減衰中間層を有する複合積層板及びその作製方法
減衰作用によって騒音と振動を低減する柔軟性材料の中間層を含む構造応用に使用される複合積層板である。中間層は、衝撃、騒音又は振動によって発生する応力下で変形する粘弾性材料を含むことができる。粘弾性材料に強化材を組み込んで積層板の機械的強度と剛性を維持することができる。強化材は、中間層に剛性を付与する単繊維又は織り繊維あるいは隆起チューブを含むことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、構造応用、特に航空機に使用される複合積層板に関し、更に具体的には構造減衰性を付与する強化中間層を有する複合積層板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボン繊維強化エポキシ樹脂等の複合材料は、アルミニウム等の金属に比べ、その軽量性及び高強度から航空機への応用に使用されている。更に最近では、これらの複合材料は航空機内の内部キャビンを囲む胴体構造に使用されている。胴体構造への複合材料の使用により、エンジン及び空気力学的騒音だけでなく、航空機の内部への振動の伝達を低減できる可能性がある。
【０００３】
騒音及び振動を低減するために、振動及び騒音を少なくとも部分的に減衰させて内部キャビンへの伝播を防ぐ機能を持つ「増設」パーツを航空機に設置することができる。騒音及び振動を十分低減するために、材料及び設置作業にかかる費用両方の視点から高価である比較的多数のこの増設パーツが必要となる可能性がある。さらに、この追加パーツにより航空機の重量が増す。
【０００４】
複合材料を使用する場合、特有の高い減衰度を有する胴体等の航空機の構造を設計するのは特に難しい。複合材料は通常、胴体外板が一般的な飛行高度において華氏マイナス６０度以下に達する温度に通常曝される航空機の稼働状態とは対照的に、比較的高温及び高圧で硬化される。したがって、低温でうまく機能する（普通非常に柔軟な材料が要求される）が、基板と同時に硬化される際の熱と圧力に耐えることができる減衰材料システムを設計するのは特に難しい可能性がある。上記のような低い稼働温度でうまく機能する理想的な材料は、非常に低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有するため、稼働温度においては柔軟な移行段階にある。さらに、低重量への応用のために、このような低温において薄い減衰材料の膜を使用するには、材料の弾性率が通常カーボン／エポキシ複合材料と比べて非常に低くなる。このため、複合材料構造内に固有の減衰性を付与するために比較的柔らかい材料を使用することによって剛性が下がる可能性があり、これは、比較的柔軟な減衰材料が、しばしば有機複合材料とも呼ばれる通常のカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の層よりも実質的に柔らかいためである。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、実質的に剛性及び構造の他の機械性能特性を低減することなく比較的高い固有の減衰性を持つ複合材料構造が必要とされている。本開示の実施形態はこの必要を満たすためのものである。
【０００６】
本開示の一実施形態は、減衰複合積層板を提供し、この減衰複合積層板は、強化樹脂材料の少なくとも第１層及び第２層、及び第１層及び第２層に同時硬化された減衰材料の第３層を含むことができる。減衰材料の第３層は、粘弾性材料を堅くするための強化媒体を有する粘弾性材料を含むことができる。強化媒体は粘弾性材料に組み込まれた繊維を含むことができる。この繊維の長さは第１層及び第２層の面に対して概して直角の方向に延びていてよい。この繊維は粘弾性材料を含浸させた又は粘弾性材料でコーティングしたガラス又はカーボン束又は軽量合成布からできていてよい。この繊維は、繊維が組み込まれた粘弾性材料のガラス転移温度よりも高いガラス転移温度を有する第２粘弾性材料でできていてよい。第３層は、グラファイトナノ繊維又はナノチューブ（多重壁（ＭＷＮＴ）又は単一壁（ＳＷＮＴ））又は粘弾性材料内に分散されたナノ又はマイクロサイズの粒子を含むことができる。ナノ繊維又はナノチューブ又は粒子は、熱可塑性ポリウレタン等の粘弾性材料の膜に含まれていてよい。
【０００７】
別の実施形態によると、複合積層板構造が提供されており、この複合積層板構造はカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の少なくとも第１及び第２層と、第１及び第２層の間の強化粘弾性材料の第３層を含むことができる。粘弾性材料は熱可塑性ポリウレタン、又はアクリル又はラテックスゴム等の別の高減衰ポリマーであってよい。第３層は連続的でなく、第１及び第２層の間を橋渡しする非連続的な層であってよい。この橋渡しは、高弾性率のカーボン有機樹脂プリプレグ、又はスリットテープの幅の狭い一片によって達成することができる。スリットテープは航空機の胴体部分の縦型補強材に対し直角の方向に延びる長さ部分を有することができる。この橋渡しはまた、硬化中に第１及び第２層から移動する樹脂で充填された粘弾性材料に目打ちを行うことによって達成できる。この橋渡しは、第１及び第２層に直交し第３層の厚さ方向に延びる繊維糸状体（Ｚ繊維）を採用することにより達成できる。これらの繊維糸状体の長さが第３層の厚みを超えて、端部が第１及び第２層まで延びる可能性もある。これらの繊維糸状体はカーボン又はガラス繊維でできていてよく、エポキシ又は好適な有機樹脂を予め含浸させておいてよい。第３層は第１及び第２層と同時硬化させて、複合積層板に構造の固有減衰性を付与する強化中間層を形成する。
【０００８】
本開示の別の実施形態では、減衰複合積層板構造の作製方法が提供されている。本方法は、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材料の第１及び第２層の間に減衰材料の層を置き、減衰材料の層を第１及び第２層とともに同時硬化させるステップを含むことができる。同時硬化は、第１及び第２層を減衰材料の層と共に圧縮し、第１及び第２層を減衰材料の層とともに同時硬化させることで達成される。減衰材料の層を第１層に付着させ、その後に減衰材料の層の上に第２層が形成することができる。本方法は、同時硬化が行われる前に減衰材料の層に強化材を導入するステップを更に含む。減衰材料の層に強化材を導入するには、強化媒体を供給し、強化媒体に粘弾性材料を注入するステップを含むことができる。
【０００９】
本開示の更なる実施形態では、第１及び第２プリプレグを形成するステップと、構造に減衰特性を付与する減衰材料の層を形成するステップと、第１及び第２プリプレグの間に減衰材料の層を配置することによって積層体を形成するステップと、積層体を同時硬化させるステップを含むことができる複合積層板構造を作製する方法が提供される。第１及び第２プリプレグは、減衰層とともに同時硬化中に圧縮される。第１及び第２プリプレグは、カーボンエポキシ複合材料等のカーボン繊維強化プラスチック材料の複数の層を積み重ねることにより、形成することができる。減衰材料の層は、単繊維又は強化繊維ウェブのいずれかを含む熱可塑性物質でコーティングされた強化繊維のプリプレグを形成することにより形成することができる。
実施形態のこれらの及び更なる特徴、態様及び利点は、下記の図面、説明及び請求項を参照することにより、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本開示の一実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図２】図２は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図３】図３は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図４】図４は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図５】図５は図４に示す複合積層板構造に使用できる湿潤強化繊維の断面図である。
【図６】図６は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図７】図７は図６に示す複合積層板構造の一部の部分拡大図である。
【図８】図８は図６及び７に示す中間層に使用される単一Ｚ繊維の斜視図である。
【図９】図９はＺ繊維が予め挿入されたＶＥＭ中間層の側面立面図である。
【図１０】図１０は図９と同様の図だが、ＶＥＭ中間層の反対側にプレスされた積層を示す図である。
【図１１】図１１はＶＥＭ中間層の周囲に分布しているＺ繊維を有する複合積層板構造の平面断面図である。
【図１２】図１２は図１１に同様の図であるが、ＶＥＭ中間層全体に均一に分布しているＺ繊維を示す図である。
【図１３】図１３は中間層にスリットテープ強化材を採用している複合積層板構造の別の実施形態を示す平面図である。
【図１４】図１４は図１３の線１４−１４に沿った断面図である。
【図１５】図１５は穿孔中間層を有する複合積層板減衰構造の別の実施形態の平面図である。
【図１６】図１６は図１５の線１６−１６に沿った断面図である。
【図１７】図１７ａ〜１７ｃは図１５及び１６に示す穿孔中間層に利用可能な穿孔形状の例図である。
【図１８】図１８は網で強化した中間層を有する複合積層板構造の別の実施形態の平面図である。
【図１９】図１９は図１８の線１９−１９に沿った断面図である。
【図２０】図２０は減衰中間層が粒子で強化されている複合積層板構造の別の実施形態の部分拡大図である。
【図２１】図２１は減衰中間層を有する複合積層板構造の加工に使用されるプリプレグに強化膜を転写する装置を示す図である。
【００１１】
図１にそれぞれ第１層１２及び第２層１４と、第１層１２と第２層１４との間に配置され第１層１２と第２層１４に同時硬化される中間層１６を備える減衰複合積層板構造１０を示す。各層１２、１４は例えばカーボン繊維強化エポキシ樹脂及びカーボン繊維強化プラスチック材料等の強化合成材料の複数の層を含むことができる。中間層１６は強化材１７を含むことができる。強化材１７は粘弾性材料を含浸させた、編み糸、繊維糸状体、粗糸、テープ、又は樹脂の形状の連続的な繊維性糸状体を含む織物又は編物であってよい。強化材１７はまた、繊維状の第２粘弾性材料を含むこともできる。強化材１７を形作っている強化繊維は、1つの層の中の全ての繊維が互いに平行に延びている配向方向を有し、隣接する層の配向方向が異なる角度を有することができ、これにより機械特性、特に積層板構造１０の剛性を改善することができる。
【００１２】
中間層１６は第１層１２及び第２層１４と比べて比較的柔らかい材料、例えば非限定的に粘弾性材料（ＶＥＭ）でできていてよい。ＶＥＭは、熱可塑性物質、熱可塑性エラストマー又は熱硬化性樹脂として分類される様々な材料を含んでいる。ＶＥＭは積層板構造１０に減衰特性を付与するために高い損失正接又は損失弾性率の貯蔵弾性率に対する比を有する必要がある。ＶＥＭ材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、ＶＥＭが柔らかい転移期に稼働するように、稼働温度よりも低くあるべきである。Ｔｇはガラスの転移が起きる温度範囲のほぼ中間点であり、分子運動性を増加させて硬化樹脂システムの特性を大幅に変化させる温度である。通常、ポリマーはガラス転移温度以下では、効果的に延性である又は柔らかいとはいえないが、この温度以上では、大幅な弾性／可塑性の変形を起こすことができる。
【００１３】
ＶＥＭは、第１層１２及び第２層１４の層内に使用される樹脂の弾性率よりもほぼ２桁以上小さい弾性率を有し得る。中間層１６を形成しているＶＥＭの相対的な柔軟さにより、中間層１６は比較的薄くなるが、非常に低い温度においても効果的であるため重量効率のよい設計となる。更に具体的には、中間層１６の相対的な柔軟さにより、第１層１２及び第２層１４がそれぞれの面内で互いに相対的に移動することが可能になり、これにより中間層１６のＶＥＭが歪んでずれが生じる。中間層１６内部のＶＥＭのせん断歪みは高い損失正接特性を伴って、衝撃、振動及び音響励起によって積層板構造１０に生じるエネルギーを消散させることが可能になる。積層板構造１０の例えば剛性等の機械特性が、中間層１６の比較的柔らかいＶＥＭの存在によって衰えることがないように、強化材１７によって中間層１６を強化する。
【００１４】
積層板構造１０の減衰作用は、ＶＥＭの負荷応力及び歪み応答の間の位相差から生じる。減衰性又は損失正接は応力と歪みの間の位相角であり、材料固有の特性である。位相差は、長い鎖状の分子の弛緩から生じる。減衰又は弛緩は、事前荷重（静的）が高いと減るが、（動的）交互応力が高いと増加する。積層板構造１０の設計には、中間層１６内のＶＥＭの歪みを増加させることが望ましい。ＶＥＭのせん断歪みはカーボンエポキシ積層板構造１０の位置に基づいて最適化することができる。この歪みはまた、例えば非限定的に粒子又は細断したカーボン繊維等の局所的含有物を使用して増加させることもできる。これらの含有物はポリマー中間層１６の歪みを増加させ、これにより積層板構造１０におけるエネルギー消散作用を増加させる。
【００１５】
図２に、中間層１６を有する積層板構造１０ａの別の実施形態を示す。中間層１６はＶＥＭ繊維あるいはＶＥＭ帯の粗目織りの網又は布１９から形成されていてよく、ＶＥＭ繊維あるいはＶＥＭ帯の粗目織りの網又は布１９は、航空機のあらゆる稼働温度においても十分な剛性を発揮するが、せん断される際に高い減衰性を呈するようなガラス転移温度Ｔｇを有している。
【００１６】
ＶＥＭ網１９は、比較的低いＴｇを有するＶＥＭ樹脂を含浸させてあるため、ＶＥＭ網１９を囲むＶＥＭマトリックスは航空機のあらゆる稼働温度においても比較的柔らかいままである。ＶＥＭマトリックスは、例えば非限定的に低いＴｇと高い損失正接を有する熱可塑性物質又は熱可塑性エラストマーを含むことができ、ＶＥＭ網１９は、ＶＥＭを含浸させた熱可塑性ポリウレタン又は他の合成繊維布を含むことが出来る。
【００１７】
図２に示す実施形態においては、任意のバリア層２０、２２を中間層１６、及び第１層１２と第２層１４の間にそれぞれ形成する。バリア層２０、２２は、例えば非限定的にエポキシ樹脂と化学的及び熱的に混合可能である別の熱可塑性物質、又はナイロン布（Ｃｅｒｅｘ）等の材料を含むことができる。このバリア層２０、２２は、中間層１６におけるＶＥＭの移動及び層１２、１４でのエポキシ樹脂の移動を制限するように機能することにより、これら２つの材料が分離され混合が避けられる。ＶＥＭとエポキシ樹脂の混合により、中間層１６の減衰特性が低下する可能性がある。満足な結果をもたらす一実施形態では、バリア層２０、２２の厚さは０．０００５〜０．００２インチの間であってよい。バリア層２０、２２はまた、ＶＥＭ膜が自動テープ敷設装置を使用して取り出されるのに好適になるように働く。各バリア層２０、２２は比較的剛性であるため、自動の繊維配置製造工程で使用される際に、マルチヘッドテープレイヤー（ＭＨＴＬ）装置を使用して１本のロールからＶＥＭ膜をはがすことが可能になる。
【００１８】
図３に、中間層１６がカーボン繊維の織布又は編布２１から形成されている積層板構造１０ｂの別の実施形態を示す。このカーボン繊維の織布又は編布２１では、繊維房が交互に配置されクロスプライ（すなわち、０／９０°）又はアングルプライ（＋□／−□）形状となっている。カーボン繊維布２１には低ＴｇＶＥＭを含浸させている。このＶＥＭはカーボン繊維布２１に加熱プレスされた熱可塑性ポリウレタン又は他の樹脂マトリックス等の材料膜を含むことができる。
【００１９】
図４及び５に、積層板構造１０ｃの更なる実施形態を示す。この積層板構造１０ｃでは、中間層１６がＶＥＭ３２でコーティングされた単向性のカーボン繊維糸状体３０でできている。図６に示すように、繊維糸状体３０の中のカーボン繊維はＶＥＭ３２で完全に湿潤していてよい。応用形態によっては、ガラス繊維をカーボン繊維糸状体３０と置き換えることができる。図４及び５に示す実施形態では、カーボン又はガラス繊維３０によって、中間層１６に必要な機械的剛性及び強度が付与され、ＶＥＭ３２を繊維３０にコーティングすることにより、所望の減衰性が得られる。ＶＥＭ材料３２によって付与される減衰メカニズムは図４及び５の実施形態におけるせん断よりも主として伸張から起こるため、中間層１６を積層板構造１０ｃの様々な位置に配置させることができる。例えば、各層１２、１４が複数の複合材料層を含むところでは、中間層１６を層１２又は層１４のいずれか、あるいは両方の層のいずれかの間に配置させることができる。応用形態によっては一以上の中間層１６が使用され、これら複数の中間層１６は互いに隣接して、又は層１２、１４内のいずれかの層の間に位置づけされる。
【００２０】
更なる実施形態１０ｄを図６〜１２に示す。この実施形態１０ｄでは、中間層１６はＶＥＭマトリックス４３内に保持される複数のＺ繊維３４（繊維の厚みを通る）でできている。繊維３４は、これらが挿入される向きが従来のいわゆる幾何学的Ｚ方向であり、層１２、１４の面に対して垂直であるために、「Ｚ」繊維と呼ばれている。各Ｚ繊維３４は、例えばガラス又はカーボン繊維等の強化繊維糸状体３７を含み、繊維糸状体３７の端部３９、４１は繊維糸状体３７の本体に対して垂直に配向した単繊維として扇形に広がっている。図７から分かるように、繊維糸状体３７の本体はおおむね層１２、１４に対して垂直に延びており、端部３９、４１の単繊維房はそれぞれ積層１２、１４とともに同時硬化される。
【００２１】
Ｚ繊維３４は、周知の挿入方法で膜であってよいＶＥＭマトリックス４３に、端部３９、４１がＶＥＭ４３の両側から突き出すように組み込まれる。図７から良くわかるように、繊維糸状体３７の端部３９、４１によってＶＥＭ４３の両側の層１２、１４のより剛性の材料に、及び／又はその中に繊維３４が固定され、これにより荷重が「Ｚ」方向４０ａに移動する。したがって、Ｚ繊維３４の間の空間は、中間層１６に必要な減衰性を付与するＶＥＭ材料４３で充填されている。Ｚ繊維３４により積層１２、１４が効率的に機械的に接続され、これにより中間層１６に必要な剛性を付与し、中間層１６の曲げ剛性が増加する。
【００２２】
図９に示すように、Ｚ繊維３４を従来の挿入器具を用いてＶＥＭ膜４３に挿入することにより中間層１６を形成することができる。Ｚ繊維３４が膜４３に予め挿入されたあとに、膜４３が図１０に示すように積層体４５の層１２、１４の間に配置される。積層体４５は次に従来技術を用いて高温で圧縮及び硬化される。
【００２３】
Ｚ繊維３４は中間層１６内に様々なレイアウトで配置させることができる。例えば、図１１はＶＥＭ４３の中間層１６を含む航空機の外板部分４４を示している。Ｚ繊維３４はＶＥＭ層４４のＶＥＭ膜４３周囲の周りに挿入される。Ｚ繊維３４はまた、図１２に示すＺ繊維３４のマトリックスレイアウトで図示されるように、中間層１６全体に一定のパターンで挿入することもできる。
【００２４】
図１３及び１４に、複合積層板構造１０ｅの更なる実施形態を示す。航空機の外板部分４６は、カーボン繊維強化エポキシ等の強化材料のスリットテープ５０の一片を含む中間層１６パッチを含んでいる。テープ５０はＶＥＭマトリックス４８に配置される。中間層１６は、中間層１６の幅が外板部分４６の幅よりも狭く、中間層１６の長さが外板部分４６の長さよりも短いため、「パッチ」と呼ばれる。中間層１６は複数の層５４の間に完全に配置されている。層５４の外側表面はカーボン繊維強化エポキシ含浸布の層５２で覆われている。
【００２５】
ここで、胴体の外板部分６４等の複合積層板構造１０ｆの別の実施形態を図示する図１５及び１６を参照する。胴体の外板部分６４では、中間層１６は、積層１２、１４の間に延在する複数の穿孔５８が形成される好適なＶＥＭ膜６０によって形成されている。膜６０は例えばフランス、ツーロンのＳＭＡＣから入手可能な商品名ＳＭＡＣＴＡＮＥ（登録商標）で特定されるような粘弾性ゴム等を含むことができる。穿孔５８の数と大きさは特定の応用形態によって変わる。中間層１６を完全に貫通する穿孔５８によって、樹脂が層１２、１４の間を移動可能になり、硬化するとＶＥＭ膜マトリックス６０で囲まれる層１２、１４の間に堅い接続部を形成する。穿孔５８を充填する樹脂による層１２、１４の間の直接的な接続により、中間層１６が柔らかすぎるときに積層板構造１０ｆが分割積層板として機能する可能性が低減される。
【００２６】
穿孔５８は中間層１６全体に不規則に又は一定のパターンで形成することができる。穿孔５８はいずれかの様々な断面形状を有することができる。例えば、穿孔５８の断面形状は図１７ａに示すように丸くてもよく、図１７ｂに示すように細長くてもよく、又は図１７ｃに示すように四角くてもよく、又は一以上のこれらのあるいは他の形状との組み合わせであってよい。
【００２７】
図１８及び１９に、外板部分６６を備える複合積層板構造１０ｇの別の実施形態を示す。外板部分６６は、図２の積層板構造１０ａとおおむね同様の、ＶＥＭ樹脂７０を含浸させた単一層のＶＥＭ網６８を含む中間層１６を備えている。ＶＥＭ網６８のガラス転移温度ＴｇはＶＥＭ樹脂７０のＴｇよりも高いため、航空機の全ての稼働範囲にわたって、ＶＥＭ網６８により適切な剛性が付与され、ＶＥＭ樹脂７０は比較的柔軟に保たれる。この実施形態においては、中間層１６が積み重ねられた層１２、１４によって完全に包囲されて覆われることにより、外板部分６６に減衰パッチを形成する。
【００２８】
上述した各積層板構造１０−１０ｇの場合、中間層１６は第１層１２及び第２層１４とともに積層体として形成され、真空バッグ処理又はオートクレーブ法等の従来技術を用いて同時硬化されることにより、中間層１６は第１層１６及び第２層１８に同時硬化されて連結積層板構造１０−１０ｇが作製される。
【００２９】
上述した減衰積層板構造の他の変形例も可能である。例えば、図２０に示すように、ＶＥＭマトリックス材料４３を含む中間層１６は、比較的剛性の材料をＶＥＭ材料４３に混合させることにより強化することができる。この強化材料は、細断したカーボン又はセラミックマイクロバルーンのマイクロ（メートル）サイズの粒子７７であってよい。また、粒子７７は多重壁及び単一壁のナノチューブ又はナノ繊維を用いてナノ（メートル）の大きさにすることもできる。これらの粒子７７又は含有物はまだ水相状態にある時（薄膜に形成される前）に減衰ポリマーに混合させることができる。マイクロメートルサイズの粒子７７はＶＥＭ４３よりもかなり硬く、ＶＥＭ４３に分散された時に２つの材料の組み合わせは（混合の法則によれば）滑らかなＶＥＭ４３よりもより硬くより強くなる、つまりＶＥＭ４３はいずれの強化材料も含んでいない。ナノサイズの粒子７７は主に分子の原子レベルで機能して分子間のイオン結合の強度を上げるのに役立ち、これによりＶＥＭ４３とカーボンエポキシ層１２、１４の間の結合の強度が上がる。
【００３０】
図２１に、繊維強化エポキシ樹脂マトリックス７８とＶＥＭ膜７４のプリプレグを形成するための装置を示す。ＶＥＭ膜７４は連続ロール７６から繊維強化エポキシ樹脂材料のプリプレグ７８と共に、加熱素子８０に供給される。加熱素子８０によりプリプレグ７８と膜７４が予熱されたあとに、膜７４をプリプレグ７８に結合させる連結ローラー８２に通して処理される。連続ロール８６から剥離紙８４がプリプレグ７８の表面に供給され、その結果、最終的なプリプレグ８８がロール９０上に堆積する。
【００３１】
本開示の実施形態を特定の例示の実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明を目的とした非限定的なものであり、当業者であれば他の変形例を発想することが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、構造応用、特に航空機に使用される複合積層板に関し、更に具体的には構造減衰性を付与する強化中間層を有する複合積層板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボン繊維強化エポキシ樹脂等の複合材料は、アルミニウム等の金属に比べ、その軽量性及び高強度から航空機への応用に使用されている。更に最近では、これらの複合材料は航空機内の内部キャビンを囲む胴体構造に使用されている。胴体構造への複合材料の使用により、エンジン及び空気力学的騒音だけでなく、航空機の内部への振動の伝達を低減できる可能性がある。
【０００３】
騒音及び振動を低減するために、振動及び騒音を少なくとも部分的に減衰させて内部キャビンへの伝播を防ぐ機能を持つ「増設」パーツを航空機に設置することができる。騒音及び振動を十分低減するために、材料及び設置作業にかかる費用両方の視点から高価である比較的多数のこの増設パーツが必要となる可能性がある。さらに、この追加パーツにより航空機の重量が増す。
【０００４】
複合材料を使用する場合、特有の高い減衰度を有する胴体等の航空機の構造を設計するのは特に難しい。複合材料は通常、胴体外板が一般的な飛行高度において華氏マイナス６０度以下に達する温度に通常曝される航空機の稼働状態とは対照的に、比較的高温及び高圧で硬化される。したがって、低温でうまく機能する（普通非常に柔軟な材料が要求される）が、基板と同時に硬化される際の熱と圧力に耐えることができる減衰材料システムを設計するのは特に難しい可能性がある。上記のような低い稼働温度でうまく機能する理想的な材料は、非常に低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有するため、稼働温度においては柔軟な移行段階にある。さらに、低重量への応用のために、このような低温において薄い減衰材料の膜を使用するには、材料の弾性率が通常カーボン／エポキシ複合材料と比べて非常に低くなる。このため、複合材料構造内に固有の減衰性を付与するために比較的柔らかい材料を使用することによって剛性が下がる可能性があり、これは、比較的柔軟な減衰材料が、しばしば有機複合材料とも呼ばれる通常のカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の層よりも実質的に柔らかいためである。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、実質的に剛性及び構造の他の機械性能特性を低減することなく比較的高い固有の減衰性を持つ複合材料構造が必要とされている。本開示の実施形態はこの必要を満たすためのものである。
【０００６】
本開示の一実施形態は、減衰複合積層板を提供し、この減衰複合積層板は、強化樹脂材料の少なくとも第１層及び第２層、及び第１層及び第２層に同時硬化された減衰材料の第３層を含むことができる。減衰材料の第３層は、粘弾性材料を堅くするための強化媒体を有する粘弾性材料を含むことができる。強化媒体は粘弾性材料に組み込まれた繊維を含むことができる。この繊維の長さは第１層及び第２層の面に対して概して直角の方向に延びていてよい。この繊維は粘弾性材料を含浸させた又は粘弾性材料でコーティングしたガラス又はカーボン束又は軽量合成布からできていてよい。この繊維は、繊維が組み込まれた粘弾性材料のガラス転移温度よりも高いガラス転移温度を有する第２粘弾性材料でできていてよい。第３層は、グラファイトナノ繊維又はナノチューブ（多重壁（ＭＷＮＴ）又は単一壁（ＳＷＮＴ））又は粘弾性材料内に分散されたナノ又はマイクロサイズの粒子を含むことができる。ナノ繊維又はナノチューブ又は粒子は、熱可塑性ポリウレタン等の粘弾性材料の膜に含まれていてよい。
【０００７】
別の実施形態によると、複合積層板構造が提供されており、この複合積層板構造はカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の少なくとも第１及び第２層と、第１及び第２層の間の強化粘弾性材料の第３層を含むことができる。粘弾性材料は熱可塑性ポリウレタン、又はアクリル又はラテックスゴム等の別の高減衰ポリマーであってよい。第３層は連続的でなく、第１及び第２層の間を橋渡しする非連続的な層であってよい。この橋渡しは、高弾性率のカーボン有機樹脂プリプレグ、又はスリットテープの幅の狭い一片によって達成することができる。スリットテープは航空機の胴体部分の縦型補強材に対し直角の方向に延びる長さ部分を有することができる。この橋渡しはまた、硬化中に第１及び第２層から移動する樹脂で充填された粘弾性材料に目打ちを行うことによって達成できる。この橋渡しは、第１及び第２層に直交し第３層の厚さ方向に延びる繊維糸状体（Ｚ繊維）を採用することにより達成できる。これらの繊維糸状体の長さが第３層の厚みを超えて、端部が第１及び第２層まで延びる可能性もある。これらの繊維糸状体はカーボン又はガラス繊維でできていてよく、エポキシ又は好適な有機樹脂を予め含浸させておいてよい。第３層は第１及び第２層と同時硬化させて、複合積層板に構造の固有減衰性を付与する強化中間層を形成する。
【０００８】
本開示の別の実施形態では、減衰複合積層板構造の作製方法が提供されている。本方法は、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材料の第１及び第２層の間に減衰材料の層を置き、減衰材料の層を第１及び第２層とともに同時硬化させるステップを含むことができる。同時硬化は、第１及び第２層を減衰材料の層と共に圧縮し、第１及び第２層を減衰材料の層とともに同時硬化させることで達成される。減衰材料の層を第１層に付着させ、その後に減衰材料の層の上に第２層が形成することができる。本方法は、同時硬化が行われる前に減衰材料の層に強化材を導入するステップを更に含む。減衰材料の層に強化材を導入するには、強化媒体を供給し、強化媒体に粘弾性材料を注入するステップを含むことができる。
【０００９】
本開示の更なる実施形態では、第１及び第２プリプレグを形成するステップと、構造に減衰特性を付与する減衰材料の層を形成するステップと、第１及び第２プリプレグの間に減衰材料の層を配置することによって積層体を形成するステップと、積層体を同時硬化させるステップを含むことができる複合積層板構造を作製する方法が提供される。第１及び第２プリプレグは、減衰層とともに同時硬化中に圧縮される。第１及び第２プリプレグは、カーボンエポキシ複合材料等のカーボン繊維強化プラスチック材料の複数の層を積み重ねることにより、形成することができる。減衰材料の層は、単繊維又は強化繊維ウェブのいずれかを含む熱可塑性物質でコーティングされた強化繊維のプリプレグを形成することにより形成することができる。
実施形態のこれらの及び更なる特徴、態様及び利点は、下記の図面、説明及び請求項を参照することにより、より良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本開示の一実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図２】図２は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図３】図３は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図４】図４は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図５】図５は図４に示す複合積層板構造に使用できる湿潤強化繊維の断面図である。
【図６】図６は本開示の別の実施形態による減衰中間層を有する複合積層板構造の断面図である。
【図７】図７は図６に示す複合積層板構造の一部の部分拡大図である。
【図８】図８は図６及び７に示す中間層に使用される単一Ｚ繊維の斜視図である。
【図９】図９はＺ繊維が予め挿入されたＶＥＭ中間層の側面立面図である。
【図１０】図１０は図９と同様の図だが、ＶＥＭ中間層の反対側にプレスされた積層を示す図である。
【図１１】図１１はＶＥＭ中間層の周囲に分布しているＺ繊維を有する複合積層板構造の平面断面図である。
【図１２】図１２は図１１に同様の図であるが、ＶＥＭ中間層全体に均一に分布しているＺ繊維を示す図である。
【図１３】図１３は中間層にスリットテープ強化材を採用している複合積層板構造の別の実施形態を示す平面図である。
【図１４】図１４は図１３の線１４−１４に沿った断面図である。
【図１５】図１５は穿孔中間層を有する複合積層板減衰構造の別の実施形態の平面図である。
【図１６】図１６は図１５の線１６−１６に沿った断面図である。
【図１７】図１７ａ〜１７ｃは図１５及び１６に示す穿孔中間層に利用可能な穿孔形状の例図である。
【図１８】図１８は網で強化した中間層を有する複合積層板構造の別の実施形態の平面図である。
【図１９】図１９は図１８の線１９−１９に沿った断面図である。
【図２０】図２０は減衰中間層が粒子で強化されている複合積層板構造の別の実施形態の部分拡大図である。
【図２１】図２１は減衰中間層を有する複合積層板構造の加工に使用されるプリプレグに強化膜を転写する装置を示す図である。
【００１１】
図１にそれぞれ第１層１２及び第２層１４と、第１層１２と第２層１４との間に配置され第１層１２と第２層１４に同時硬化される中間層１６を備える減衰複合積層板構造１０を示す。各層１２、１４は例えばカーボン繊維強化エポキシ樹脂及びカーボン繊維強化プラスチック材料等の強化合成材料の複数の層を含むことができる。中間層１６は強化材１７を含むことができる。強化材１７は粘弾性材料を含浸させた、編み糸、繊維糸状体、粗糸、テープ、又は樹脂の形状の連続的な繊維性糸状体を含む織物又は編物であってよい。強化材１７はまた、繊維状の第２粘弾性材料を含むこともできる。強化材１７を形作っている強化繊維は、1つの層の中の全ての繊維が互いに平行に延びている配向方向を有し、隣接する層の配向方向が異なる角度を有することができ、これにより機械特性、特に積層板構造１０の剛性を改善することができる。
【００１２】
中間層１６は第１層１２及び第２層１４と比べて比較的柔らかい材料、例えば非限定的に粘弾性材料（ＶＥＭ）でできていてよい。ＶＥＭは、熱可塑性物質、熱可塑性エラストマー又は熱硬化性樹脂として分類される様々な材料を含んでいる。ＶＥＭは積層板構造１０に減衰特性を付与するために高い損失正接又は損失弾性率の貯蔵弾性率に対する比を有する必要がある。ＶＥＭ材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、ＶＥＭが柔らかい転移期に稼働するように、稼働温度よりも低くあるべきである。Ｔｇはガラスの転移が起きる温度範囲のほぼ中間点であり、分子運動性を増加させて硬化樹脂システムの特性を大幅に変化させる温度である。通常、ポリマーはガラス転移温度以下では、効果的に延性である又は柔らかいとはいえないが、この温度以上では、大幅な弾性／可塑性の変形を起こすことができる。
【００１３】
ＶＥＭは、第１層１２及び第２層１４の層内に使用される樹脂の弾性率よりもほぼ２桁以上小さい弾性率を有し得る。中間層１６を形成しているＶＥＭの相対的な柔軟さにより、中間層１６は比較的薄くなるが、非常に低い温度においても効果的であるため重量効率のよい設計となる。更に具体的には、中間層１６の相対的な柔軟さにより、第１層１２及び第２層１４がそれぞれの面内で互いに相対的に移動することが可能になり、これにより中間層１６のＶＥＭが歪んでずれが生じる。中間層１６内部のＶＥＭのせん断歪みは高い損失正接特性を伴って、衝撃、振動及び音響励起によって積層板構造１０に生じるエネルギーを消散させることが可能になる。積層板構造１０の例えば剛性等の機械特性が、中間層１６の比較的柔らかいＶＥＭの存在によって衰えることがないように、強化材１７によって中間層１６を強化する。
【００１４】
積層板構造１０の減衰作用は、ＶＥＭの負荷応力及び歪み応答の間の位相差から生じる。減衰性又は損失正接は応力と歪みの間の位相角であり、材料固有の特性である。位相差は、長い鎖状の分子の弛緩から生じる。減衰又は弛緩は、事前荷重（静的）が高いと減るが、（動的）交互応力が高いと増加する。積層板構造１０の設計には、中間層１６内のＶＥＭの歪みを増加させることが望ましい。ＶＥＭのせん断歪みはカーボンエポキシ積層板構造１０の位置に基づいて最適化することができる。この歪みはまた、例えば非限定的に粒子又は細断したカーボン繊維等の局所的含有物を使用して増加させることもできる。これらの含有物はポリマー中間層１６の歪みを増加させ、これにより積層板構造１０におけるエネルギー消散作用を増加させる。
【００１５】
図２に、中間層１６を有する積層板構造１０ａの別の実施形態を示す。中間層１６はＶＥＭ繊維あるいはＶＥＭ帯の粗目織りの網又は布１９から形成されていてよく、ＶＥＭ繊維あるいはＶＥＭ帯の粗目織りの網又は布１９は、航空機のあらゆる稼働温度においても十分な剛性を発揮するが、せん断される際に高い減衰性を呈するようなガラス転移温度Ｔｇを有している。
【００１６】
ＶＥＭ網１９は、比較的低いＴｇを有するＶＥＭ樹脂を含浸させてあるため、ＶＥＭ網１９を囲むＶＥＭマトリックスは航空機のあらゆる稼働温度においても比較的柔らかいままである。ＶＥＭマトリックスは、例えば非限定的に低いＴｇと高い損失正接を有する熱可塑性物質又は熱可塑性エラストマーを含むことができ、ＶＥＭ網１９は、ＶＥＭを含浸させた熱可塑性ポリウレタン又は他の合成繊維布を含むことが出来る。
【００１７】
図２に示す実施形態においては、任意のバリア層２０、２２を中間層１６、及び第１層１２と第２層１４の間にそれぞれ形成する。バリア層２０、２２は、例えば非限定的にエポキシ樹脂と化学的及び熱的に混合可能である別の熱可塑性物質、又はナイロン布（Ｃｅｒｅｘ）等の材料を含むことができる。このバリア層２０、２２は、中間層１６におけるＶＥＭの移動及び層１２、１４でのエポキシ樹脂の移動を制限するように機能することにより、これら２つの材料が分離され混合が避けられる。ＶＥＭとエポキシ樹脂の混合により、中間層１６の減衰特性が低下する可能性がある。満足な結果をもたらす一実施形態では、バリア層２０、２２の厚さは０．０００５〜０．００２インチの間であってよい。バリア層２０、２２はまた、ＶＥＭ膜が自動テープ敷設装置を使用して取り出されるのに好適になるように働く。各バリア層２０、２２は比較的剛性であるため、自動の繊維配置製造工程で使用される際に、マルチヘッドテープレイヤー（ＭＨＴＬ）装置を使用して１本のロールからＶＥＭ膜をはがすことが可能になる。
【００１８】
図３に、中間層１６がカーボン繊維の織布又は編布２１から形成されている積層板構造１０ｂの別の実施形態を示す。このカーボン繊維の織布又は編布２１では、繊維房が交互に配置されクロスプライ（すなわち、０／９０°）又はアングルプライ（＋□／−□）形状となっている。カーボン繊維布２１には低ＴｇＶＥＭを含浸させている。このＶＥＭはカーボン繊維布２１に加熱プレスされた熱可塑性ポリウレタン又は他の樹脂マトリックス等の材料膜を含むことができる。
【００１９】
図４及び５に、積層板構造１０ｃの更なる実施形態を示す。この積層板構造１０ｃでは、中間層１６がＶＥＭ３２でコーティングされた単向性のカーボン繊維糸状体３０でできている。図６に示すように、繊維糸状体３０の中のカーボン繊維はＶＥＭ３２で完全に湿潤していてよい。応用形態によっては、ガラス繊維をカーボン繊維糸状体３０と置き換えることができる。図４及び５に示す実施形態では、カーボン又はガラス繊維３０によって、中間層１６に必要な機械的剛性及び強度が付与され、ＶＥＭ３２を繊維３０にコーティングすることにより、所望の減衰性が得られる。ＶＥＭ材料３２によって付与される減衰メカニズムは図４及び５の実施形態におけるせん断よりも主として伸張から起こるため、中間層１６を積層板構造１０ｃの様々な位置に配置させることができる。例えば、各層１２、１４が複数の複合材料層を含むところでは、中間層１６を層１２又は層１４のいずれか、あるいは両方の層のいずれかの間に配置させることができる。応用形態によっては一以上の中間層１６が使用され、これら複数の中間層１６は互いに隣接して、又は層１２、１４内のいずれかの層の間に位置づけされる。
【００２０】
更なる実施形態１０ｄを図６〜１２に示す。この実施形態１０ｄでは、中間層１６はＶＥＭマトリックス４３内に保持される複数のＺ繊維３４（繊維の厚みを通る）でできている。繊維３４は、これらが挿入される向きが従来のいわゆる幾何学的Ｚ方向であり、層１２、１４の面に対して垂直であるために、「Ｚ」繊維と呼ばれている。各Ｚ繊維３４は、例えばガラス又はカーボン繊維等の強化繊維糸状体３７を含み、繊維糸状体３７の端部３９、４１は繊維糸状体３７の本体に対して垂直に配向した単繊維として扇形に広がっている。図７から分かるように、繊維糸状体３７の本体はおおむね層１２、１４に対して垂直に延びており、端部３９、４１の単繊維房はそれぞれ積層１２、１４とともに同時硬化される。
【００２１】
Ｚ繊維３４は、周知の挿入方法で膜であってよいＶＥＭマトリックス４３に、端部３９、４１がＶＥＭ４３の両側から突き出すように組み込まれる。図７から良くわかるように、繊維糸状体３７の端部３９、４１によってＶＥＭ４３の両側の層１２、１４のより剛性の材料に、及び／又はその中に繊維３４が固定され、これにより荷重が「Ｚ」方向４０ａに移動する。したがって、Ｚ繊維３４の間の空間は、中間層１６に必要な減衰性を付与するＶＥＭ材料４３で充填されている。Ｚ繊維３４により積層１２、１４が効率的に機械的に接続され、これにより中間層１６に必要な剛性を付与し、中間層１６の曲げ剛性が増加する。
【００２２】
図９に示すように、Ｚ繊維３４を従来の挿入器具を用いてＶＥＭ膜４３に挿入することにより中間層１６を形成することができる。Ｚ繊維３４が膜４３に予め挿入されたあとに、膜４３が図１０に示すように積層体４５の層１２、１４の間に配置される。積層体４５は次に従来技術を用いて高温で圧縮及び硬化される。
【００２３】
Ｚ繊維３４は中間層１６内に様々なレイアウトで配置させることができる。例えば、図１１はＶＥＭ４３の中間層１６を含む航空機の外板部分４４を示している。Ｚ繊維３４はＶＥＭ層４４のＶＥＭ膜４３周囲の周りに挿入される。Ｚ繊維３４はまた、図１２に示すＺ繊維３４のマトリックスレイアウトで図示されるように、中間層１６全体に一定のパターンで挿入することもできる。
【００２４】
図１３及び１４に、複合積層板構造１０ｅの更なる実施形態を示す。航空機の外板部分４６は、カーボン繊維強化エポキシ等の強化材料のスリットテープ５０の一片を含む中間層１６パッチを含んでいる。テープ５０はＶＥＭマトリックス４８に配置される。中間層１６は、中間層１６の幅が外板部分４６の幅よりも狭く、中間層１６の長さが外板部分４６の長さよりも短いため、「パッチ」と呼ばれる。中間層１６は複数の層５４の間に完全に配置されている。層５４の外側表面はカーボン繊維強化エポキシ含浸布の層５２で覆われている。
【００２５】
ここで、胴体の外板部分６４等の複合積層板構造１０ｆの別の実施形態を図示する図１５及び１６を参照する。胴体の外板部分６４では、中間層１６は、積層１２、１４の間に延在する複数の穿孔５８が形成される好適なＶＥＭ膜６０によって形成されている。膜６０は例えばフランス、ツーロンのＳＭＡＣから入手可能な商品名ＳＭＡＣＴＡＮＥ（登録商標）で特定されるような粘弾性ゴム等を含むことができる。穿孔５８の数と大きさは特定の応用形態によって変わる。中間層１６を完全に貫通する穿孔５８によって、樹脂が層１２、１４の間を移動可能になり、硬化するとＶＥＭ膜マトリックス６０で囲まれる層１２、１４の間に堅い接続部を形成する。穿孔５８を充填する樹脂による層１２、１４の間の直接的な接続により、中間層１６が柔らかすぎるときに積層板構造１０ｆが分割積層板として機能する可能性が低減される。
【００２６】
穿孔５８は中間層１６全体に不規則に又は一定のパターンで形成することができる。穿孔５８はいずれかの様々な断面形状を有することができる。例えば、穿孔５８の断面形状は図１７ａに示すように丸くてもよく、図１７ｂに示すように細長くてもよく、又は図１７ｃに示すように四角くてもよく、又は一以上のこれらのあるいは他の形状との組み合わせであってよい。
【００２７】
図１８及び１９に、外板部分６６を備える複合積層板構造１０ｇの別の実施形態を示す。外板部分６６は、図２の積層板構造１０ａとおおむね同様の、ＶＥＭ樹脂７０を含浸させた単一層のＶＥＭ網６８を含む中間層１６を備えている。ＶＥＭ網６８のガラス転移温度ＴｇはＶＥＭ樹脂７０のＴｇよりも高いため、航空機の全ての稼働範囲にわたって、ＶＥＭ網６８により適切な剛性が付与され、ＶＥＭ樹脂７０は比較的柔軟に保たれる。この実施形態においては、中間層１６が積み重ねられた層１２、１４によって完全に包囲されて覆われることにより、外板部分６６に減衰パッチを形成する。
【００２８】
上述した各積層板構造１０−１０ｇの場合、中間層１６は第１層１２及び第２層１４とともに積層体として形成され、真空バッグ処理又はオートクレーブ法等の従来技術を用いて同時硬化されることにより、中間層１６は第１層１６及び第２層１８に同時硬化されて連結積層板構造１０−１０ｇが作製される。
【００２９】
上述した減衰積層板構造の他の変形例も可能である。例えば、図２０に示すように、ＶＥＭマトリックス材料４３を含む中間層１６は、比較的剛性の材料をＶＥＭ材料４３に混合させることにより強化することができる。この強化材料は、細断したカーボン又はセラミックマイクロバルーンのマイクロ（メートル）サイズの粒子７７であってよい。また、粒子７７は多重壁及び単一壁のナノチューブ又はナノ繊維を用いてナノ（メートル）の大きさにすることもできる。これらの粒子７７又は含有物はまだ水相状態にある時（薄膜に形成される前）に減衰ポリマーに混合させることができる。マイクロメートルサイズの粒子７７はＶＥＭ４３よりもかなり硬く、ＶＥＭ４３に分散された時に２つの材料の組み合わせは（混合の法則によれば）滑らかなＶＥＭ４３よりもより硬くより強くなる、つまりＶＥＭ４３はいずれの強化材料も含んでいない。ナノサイズの粒子７７は主に分子の原子レベルで機能して分子間のイオン結合の強度を上げるのに役立ち、これによりＶＥＭ４３とカーボンエポキシ層１２、１４の間の結合の強度が上がる。
【００３０】
図２１に、繊維強化エポキシ樹脂マトリックス７８とＶＥＭ膜７４のプリプレグを形成するための装置を示す。ＶＥＭ膜７４は連続ロール７６から繊維強化エポキシ樹脂材料のプリプレグ７８と共に、加熱素子８０に供給される。加熱素子８０によりプリプレグ７８と膜７４が予熱されたあとに、膜７４をプリプレグ７８に結合させる連結ローラー８２に通して処理される。連続ロール８６から剥離紙８４がプリプレグ７８の表面に供給され、その結果、最終的なプリプレグ８８がロール９０上に堆積する。
【００３１】
本開示の実施形態を特定の例示の実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明を目的とした非限定的なものであり、当業者であれば他の変形例を発想することが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン繊維強化プラスチック材料の少なくとも第１及び第２層、及び
第１及び第２層の間に配置され第１及び第２層に同時硬化される、減衰材料及び強化媒体を含む第３層
を含む減衰複合積層板。
【請求項２】
減衰材料が粘弾性材料を含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項３】
第３層の全ての側面が第１及び第２層で囲まれている、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項４】
強化媒体が粘弾性材料に組み込まれた繊維を含む、請求項２に記載の減衰複合積層板。
【請求項５】
繊維の長さが第１及び第２層の面に対しておおむね直角の方向に延びている、請求項４に記載の減衰複合積層板。
【請求項６】
繊維がＺ繊維である、請求項５に記載の減衰複合積層板。
【請求項７】
繊維が第１及び第２層に同時硬化される、請求項４に記載の減衰複合積層板。
【請求項８】
減衰材料が、第１ガラス転移温度を有する第１粘弾性材料を含み、
強化媒体が、第１ガラス転移温度よりも高い第２ガラス転移温度を有する第２粘弾性材料で含浸された繊維を含む
請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項９】
減衰材料が、第１ガラス転移温度を有する第１粘弾性材料を含み、
強化媒体が、第１粘弾性材料の中に組み込まれた第２粘弾性材料の粗目織物を含み、第２粘弾性材料のガラス転移温度が、第１粘弾性材料のガラス転移温度よりも高い、
請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１０】
強化媒体が減衰材料の中に含まれる含有物を含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１１】
含有物が、
細断したカーボン繊維、
繊維房、
Ｚ繊維、
繊維強化樹脂の分割テープ、
セラミックマイクロバルーン、
ナノ繊維、
ナノチューブ
のいずれか１つを含む、請求項１０に記載の減衰複合積層板。
【請求項１２】
第１層及び第３層の間に配置される第１バリアと、第２層及び第３層の間に配置される第２バリアとを更に含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１３】
強化媒体が第１粘弾性材料からできた網を含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１４】
減衰材料が第２粘弾性材料からできており、網に第２粘弾性材料を含浸させている、請求項１３に記載の減衰複合積層板。
【請求項１５】
強化媒体が第２及び第３層の間の硬い結合部を含んでいる、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１６】
第３層が穿孔を含み、
硬い接続部が、穿孔内に配置され第１及び第２層の間に延びている樹脂を含む、
請求項１５に記載の減衰複合積層板。
【請求項１７】
繊維強化樹脂の少なくとも第１及び第２層、
第１及び第２層の間の粘弾性材料の第３層、ならびに
第３層の中の繊維強化材
を含む、複合積層板構造。
【請求項１８】
粘弾性材料が熱可塑性ポリウレタンである、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項１９】
繊維強化材が、第１及び第２層に対しておおむね平行である粘弾性材料を通って延びる繊維網を含む、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２０】
繊維網に粘弾性材料及びエポキシ樹脂の内の１つを含浸させている、請求項１９に記載の複合積層板構造。
【請求項２１】
繊維強化材が、粘弾性材料の中に分散された単繊維を含む、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２２】
繊維強化材が、粘弾性材料を強化するための、第１及び第２層の間に延びている複数のＺ繊維を含む、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２３】
繊維強化材が、第１及び第２層に同時硬化される、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２４】
粘弾性材料が第１ガラス転移温度を有し、
繊維強化材が、第１ガラス転移温度よりも高い第２ガラス転移温度を有する粘弾性材料を含む、
請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２５】
第３層が第１及び第２層に同時硬化される、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２６】
第１及び第３層の間に配置される第１バリア層と、第２及び第３層の間に配置される第２バリア層を更に備える、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２７】
下記のステップ：
（Ａ）強化媒体を減衰材料の層に組み込むステップ
（Ｂ）繊維強化樹脂材料の第１及び第２層の間に減衰材料の層を配置するステップ
（Ｃ）減衰材料の層を第１及び第２層と共に同時硬化させるステップ
を含む、減衰複合積層板構造を作製する方法。
【請求項２８】
ステップ（Ｃ）が、第１及び第２層と、減衰材料の層を圧縮するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ステップ（Ｂ）が、
減衰材料の層を第１層に付着させるステップ、及び
その後に、第２層を減衰材料の層の上に形成するステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
ステップ（Ａ）が、強化含有物を液状の粘弾性材料の中に混合させるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
ステップ（Ａ）が、強化媒体に粘弾性材料を注入するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
ステップ（Ａ）が、
強化合成繊維ウェブを提供するステップ、及び
粘弾性材料膜をウェブにプレスするステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
ステップ（Ａ）が、
強化合成繊維を提供するステップ、及び
繊維に粘弾性材料をコーティングするステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
ステップ（Ａ）が、
第１ガラス転移温度を有する粘弾性材料ウェブを提供するステップ、及び
ウェブに第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する粘弾性材料を含浸させるステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
ステップ（Ａ）が、ナノ粒子を液状の粘弾性材料に取り入れるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
ステップ（Ａ）が、Ｚ繊維を第１及び第２層の間に配置して曲げ剛性を増加させるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
ステップ（Ａ）が、ステップ（Ａ）を行う前に、Ｚ繊維を粘弾性膜に挿入するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
（Ａ）第１及び第２プリプレグを形成するステップ、
（Ｂ）構造に減衰特性を付与する減衰材料層を形成するステップ、
（Ｃ）強化媒体を減衰材料層に取り入れるステップ、
（Ｄ）第１及び第２プリプレグの間に強化減衰材料の層を配置することによって積層体を形成するステップ
（Ｅ）積層体を同時硬化させるステップ
を含む、複合積層板構造を作製する方法。
【請求項３９】
（Ｆ）ステップ（Ｅ）が行われている間に、第１及び第２プリプレグと減衰層を圧縮させる
ステップを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ステップ（Ａ）が、カーボン繊維強化樹脂材料の複数の層を積み重ねるステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
ステップ（Ｂ）と（Ｃ）が、熱可塑性物質をコーティングした強化繊維のプリプレグを形成することによって行われる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
強化繊維のプリプレグが、強化繊維ウェブを形成し、このウェブを液状の熱可塑性材料の槽に通すことにより形成される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
ステップ（Ｃ）が、分散した強化粒子を含む膜を提供するステップを含み、
ステップ（Ｂ）が、膜を第１プリプレグと直接接触させて、膜を第１プリプレグと結合させるステップを含む、
請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
ステップ（Ｃ）が、粘弾性材料膜を強化合成繊維ウェブ上にプレスするステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
ステップ（Ｃ）が、
強化合成繊維を提供し、
繊維を粘弾性材料でコーティングする
ステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
ステップ（Ｃ）が、
第１ガラス転移温度を有する粘弾性材料ウェブを提供し、
ウェブに、第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する粘弾性材料を含浸させる
ステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
ステップ（Ｃ）が、Ｚ繊維で第１及び第２プリプレグの間を橋渡しするステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項１】
カーボン繊維強化プラスチック材料の少なくとも第１及び第２層、及び
第１及び第２層の間に配置され第１及び第２層に同時硬化される、減衰材料及び強化媒体を含む第３層
を含む減衰複合積層板。
【請求項２】
減衰材料が粘弾性材料を含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項３】
第３層の全ての側面が第１及び第２層で囲まれている、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項４】
強化媒体が粘弾性材料に組み込まれた繊維を含む、請求項２に記載の減衰複合積層板。
【請求項５】
繊維の長さが第１及び第２層の面に対しておおむね直角の方向に延びている、請求項４に記載の減衰複合積層板。
【請求項６】
繊維がＺ繊維である、請求項５に記載の減衰複合積層板。
【請求項７】
繊維が第１及び第２層に同時硬化される、請求項４に記載の減衰複合積層板。
【請求項８】
減衰材料が、第１ガラス転移温度を有する第１粘弾性材料を含み、
強化媒体が、第１ガラス転移温度よりも高い第２ガラス転移温度を有する第２粘弾性材料で含浸された繊維を含む
請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項９】
減衰材料が、第１ガラス転移温度を有する第１粘弾性材料を含み、
強化媒体が、第１粘弾性材料の中に組み込まれた第２粘弾性材料の粗目織物を含み、第２粘弾性材料のガラス転移温度が、第１粘弾性材料のガラス転移温度よりも高い、
請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１０】
強化媒体が減衰材料の中に含まれる含有物を含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１１】
含有物が、
細断したカーボン繊維、
繊維房、
Ｚ繊維、
繊維強化樹脂の分割テープ、
セラミックマイクロバルーン、
ナノ繊維、
ナノチューブ
のいずれか１つを含む、請求項１０に記載の減衰複合積層板。
【請求項１２】
第１層及び第３層の間に配置される第１バリアと、第２層及び第３層の間に配置される第２バリアとを更に含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１３】
強化媒体が第１粘弾性材料からできた網を含む、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１４】
減衰材料が第２粘弾性材料からできており、網に第２粘弾性材料を含浸させている、請求項１３に記載の減衰複合積層板。
【請求項１５】
強化媒体が第２及び第３層の間の硬い結合部を含んでいる、請求項１に記載の減衰複合積層板。
【請求項１６】
第３層が穿孔を含み、
硬い接続部が、穿孔内に配置され第１及び第２層の間に延びている樹脂を含む、
請求項１５に記載の減衰複合積層板。
【請求項１７】
繊維強化樹脂の少なくとも第１及び第２層、
第１及び第２層の間の粘弾性材料の第３層、ならびに
第３層の中の繊維強化材
を含む、複合積層板構造。
【請求項１８】
粘弾性材料が熱可塑性ポリウレタンである、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項１９】
繊維強化材が、第１及び第２層に対しておおむね平行である粘弾性材料を通って延びる繊維網を含む、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２０】
繊維網に粘弾性材料及びエポキシ樹脂の内の１つを含浸させている、請求項１９に記載の複合積層板構造。
【請求項２１】
繊維強化材が、粘弾性材料の中に分散された単繊維を含む、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２２】
繊維強化材が、粘弾性材料を強化するための、第１及び第２層の間に延びている複数のＺ繊維を含む、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２３】
繊維強化材が、第１及び第２層に同時硬化される、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２４】
粘弾性材料が第１ガラス転移温度を有し、
繊維強化材が、第１ガラス転移温度よりも高い第２ガラス転移温度を有する粘弾性材料を含む、
請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２５】
第３層が第１及び第２層に同時硬化される、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２６】
第１及び第３層の間に配置される第１バリア層と、第２及び第３層の間に配置される第２バリア層を更に備える、請求項１７に記載の複合積層板構造。
【請求項２７】
下記のステップ：
（Ａ）強化媒体を減衰材料の層に組み込むステップ
（Ｂ）繊維強化樹脂材料の第１及び第２層の間に減衰材料の層を配置するステップ
（Ｃ）減衰材料の層を第１及び第２層と共に同時硬化させるステップ
を含む、減衰複合積層板構造を作製する方法。
【請求項２８】
ステップ（Ｃ）が、第１及び第２層と、減衰材料の層を圧縮するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ステップ（Ｂ）が、
減衰材料の層を第１層に付着させるステップ、及び
その後に、第２層を減衰材料の層の上に形成するステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
ステップ（Ａ）が、強化含有物を液状の粘弾性材料の中に混合させるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
ステップ（Ａ）が、強化媒体に粘弾性材料を注入するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
ステップ（Ａ）が、
強化合成繊維ウェブを提供するステップ、及び
粘弾性材料膜をウェブにプレスするステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
ステップ（Ａ）が、
強化合成繊維を提供するステップ、及び
繊維に粘弾性材料をコーティングするステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
ステップ（Ａ）が、
第１ガラス転移温度を有する粘弾性材料ウェブを提供するステップ、及び
ウェブに第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する粘弾性材料を含浸させるステップ
を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
ステップ（Ａ）が、ナノ粒子を液状の粘弾性材料に取り入れるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
ステップ（Ａ）が、Ｚ繊維を第１及び第２層の間に配置して曲げ剛性を増加させるステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
ステップ（Ａ）が、ステップ（Ａ）を行う前に、Ｚ繊維を粘弾性膜に挿入するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
（Ａ）第１及び第２プリプレグを形成するステップ、
（Ｂ）構造に減衰特性を付与する減衰材料層を形成するステップ、
（Ｃ）強化媒体を減衰材料層に取り入れるステップ、
（Ｄ）第１及び第２プリプレグの間に強化減衰材料の層を配置することによって積層体を形成するステップ
（Ｅ）積層体を同時硬化させるステップ
を含む、複合積層板構造を作製する方法。
【請求項３９】
（Ｆ）ステップ（Ｅ）が行われている間に、第１及び第２プリプレグと減衰層を圧縮させる
ステップを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ステップ（Ａ）が、カーボン繊維強化樹脂材料の複数の層を積み重ねるステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
ステップ（Ｂ）と（Ｃ）が、熱可塑性物質をコーティングした強化繊維のプリプレグを形成することによって行われる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
強化繊維のプリプレグが、強化繊維ウェブを形成し、このウェブを液状の熱可塑性材料の槽に通すことにより形成される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
ステップ（Ｃ）が、分散した強化粒子を含む膜を提供するステップを含み、
ステップ（Ｂ）が、膜を第１プリプレグと直接接触させて、膜を第１プリプレグと結合させるステップを含む、
請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
ステップ（Ｃ）が、粘弾性材料膜を強化合成繊維ウェブ上にプレスするステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
ステップ（Ｃ）が、
強化合成繊維を提供し、
繊維を粘弾性材料でコーティングする
ステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
ステップ（Ｃ）が、
第１ガラス転移温度を有する粘弾性材料ウェブを提供し、
ウェブに、第１ガラス転移温度よりも低い第２ガラス転移温度を有する粘弾性材料を含浸させる
ステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
ステップ（Ｃ）が、Ｚ繊維で第１及び第２プリプレグの間を橋渡しするステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１７ｃ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１７ｃ】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公表番号】特表２０１０−５１６５１２（Ｐ２０１０−５１６５１２Ａ）
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４７２４４（Ｐ２００９−５４７２４４）
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８７２６７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１１５３０１
【国際公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８７２６７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１１５３０１
【国際公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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