(57)【要約】      （修正有）【課題】基材内における繊維の移動を制御することが可能な複合材料構造体に使用できる選択的に脆弱化された延伸フィルムを提供する。【解決手段】複合材料製品用のフィルムは、非脆弱部分および脆弱部分を含み得る。脆弱部分は、非脆弱部分の特性よりも低くすることができる少なくとも１つの特性を有し得る。前記特性は、引張強度、引張係数、および終局歪みの中の少なくとも１つを含む。前記脆弱部分は、ラインおよび蛇行経路の少なくとも一方の形状を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非脆弱部分（１４０）と、
前記非脆弱部分（１４０）の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有する脆弱部分（１６０）と
を備える、複合材料用のフィルム。
【請求項２】
前記特性は、引張強度、引張係数、および終局歪みの中の少なくとも１つを含む、
請求項１に記載のフィルム。
【請求項３】
前記脆弱部分（１６０）は、ラインおよび蛇行経路の少なくとも一方の形状を形成する、
請求項１または２に記載のフィルム。
【請求項４】
前記フィルムは、前記脆弱部分（１６０）の長手方向に対してほぼ平行に配向された延伸方向を有する延伸フィルム（１３２）を備える、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項５】
前記フィルムは、波状断面形状を有する波状フィルム（２０４）を備える、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項６】
前記脆弱部分（１６０）は、
前記脆弱部分（１６０）中の前記フィルムの形状変更部（１９２）、および
前記脆弱部分（１６０）中の前記フィルムの化学修飾部（１９０）
の少なくとも一方により形成される、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項７】
前記フィルムは、フィルム厚さを有し、
前記形状変更部（１９２）は、前記フィルム厚さにおける局所的低下部（１９２）を備える、
請求項６に記載のフィルム。
【請求項８】
前記フィルム厚さにおける前記局所的低下部（１９２）は、溝、ノッチ、およびスライスの中の少なくとも１つを備える、
請求項７に記載のフィルム。
【請求項９】
前記フィルムは、約３ミクロン〜約５０００ミクロンの範囲内のフィルム厚さを有する、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項１０】
前記非脆弱部分（１４０）は、約３〜約５００の、非脆弱部分（１４０）幅とフィルム厚さのアスペクト比を有する細長断面形状を有する、
請求項１ないし９のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項１１】
前記フィルムは、延伸フィルム（１３２）であり、前記延伸フィルムは、一方向に延伸されたものおよび二方向に延伸されたものの一方である、
請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のフィルム。
【請求項１２】
脆弱部分（１６０）および非脆弱部分（１４０）を有する延伸フィルム（１３２）を形成するステップと、
前記脆弱部分（１６０）が前記非脆弱部分（１４０）の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有するように、前記延伸フィルム（１３２）を構成するステップと
を含む、フィルムを形成する方法。
【請求項１３】
前記特性は、引張強度、引張係数、および終局歪みの中の少なくとも１つを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ライン、矩形形状、および蛇行経路の中の少なくとも１つの形状で前記脆弱部分（１６０）を形成するステップ
をさらに含む、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
延伸フィルム（１３２）として前記フィルムを形成するステップ
をさらに含む、請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「ＢＩＣＯＭＰＯＮＥＮＴ  ＦＩＢＥＲＳ  ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＮＡＮＯ−ＦＩＬＡＭＥＮＴＳ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＩＮ  ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ  ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ  ＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ」と題する、２０１２年６月１４日に出願された、同時出願の米国特許出願第１３／５２３，１０８号に関する。
【０００２】
本開示は、一般的には複合材料に関し、より詳細には弾道性能および光学性能が改良されたフィルムを備える複合材料製品に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来型の複合材料構造体は、典型的には、基材中に埋め込まれた補強繊維を備える。繊維強化複合材料構造体は、典型的には、繊維の長さ方向に沿って荷重を伝達するように設計される。ある繊維からの荷重は、基材材料中を通過することにより、同一層中の別の繊維に、または隣接層中の繊維に伝達され得る。しかし、基材は、典型的には、繊維よりも脆弱であり、そのため十分な高荷重がある繊維から別の繊維へと基材を越えて伝達されると、基材は破壊される。基材の破壊により、繊維は、複合材料構造体内において移動することが可能となる。
【０００４】
複合材料パネルが発射体による衝突を受ける弾道事象の際には、繊維が基材内で移動し得ることが、複合材料パネルの弾道性能に影響を及ぼし得る。例えば、繊維が基材内で移動し得ることが、発射体に対する複合材料パネルの耐侵徹性に影響を及ぼし得る。また、透明な複合材料パネルの場合には、基材に対する繊維の移動が、複合材料パネルの光学性能にも影響を及ぼし得る。例えば、弾道事象の際に基材に対して繊維が移動することが、発射体による衝突の結果として生ずる複合材料パネルの光学的劣化領域のサイズに影響を及ぼし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１３／５２３，１０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
理解されるように、複合材料構造体の弾道性能が改良され得るように、基材内における繊維の移動を制御することが可能な複合材料構造体に対する必要性が、当技術分野において存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
具体的には、複合材料製品に関連する上述の必要性は、一実施形態においてフィルムが脆弱部分および非脆弱部分を備え得る複合材料製品用のフィルムを提供する本開示によって、対処および緩和される。この脆弱部分は、非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。
【０００８】
また、複数のフィルムを有する複合材料製品が開示される。これらのフィルムは、積層構成に配置され得る。これらのフィルムの中の少なくとも１つが、非脆弱部分および脆弱部分を有してもよい。脆弱部分は、非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。
【０００９】
さらに、フィルムを形成する方法が開示される。この方法は、脆弱部分および非脆弱部分を有する延伸フィルムを形成することを含んでもよい。また、この方法は、脆弱部分が非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有するように、延伸フィルムを構成することを含んでもよい。
【００１０】
他の一実施形態においては、各延伸フィルムが非脆弱部分および脆弱部分を有し得る、複数の延伸フィルムを形成することを含む、複合材料製品を形成する方法が開示される。延伸フィルムの中の少なくとも１つの脆弱部分は、ライン、矩形、および／または蛇行経路形状の形状で形成されてもよい。また、脆弱部分は、非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。複合材料製品を形成する方法は、積層構成で複数の延伸フィルムを配置することを含んでもよい。
【００１１】
また、複合材料製品を使用する方法が開示される。この方法は、複数のフィルムを有する複合材料製品を形成することを含んでもよい。各フィルムは、非脆弱部分および脆弱部分を有してもよい。脆弱部分は、非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。この使用方法は、非荷重条件下に複合材料製品を設置することを含んでもよい。さらに、この方法は、荷重条件下に複合材料製品を設置することを含んでもよい。
【００１２】
論じてきたこれらの特徴、機能、および利点は、本開示の様々な実施形態の個々において実現することが可能であり、またはさらに他の実施形態へと組み合わされてもよい。これらのさらなる詳細は、以下の説明および図面を参照することにより理解されよう。
【００１３】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、図面を参照することによってより明らかになろう。これらの図面においては、同様の数字は、図面全体を通じて同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】脆弱部分がフィルム中に形成された、複数のフィルムを備える一実施形態における複合材料製品の斜視図である。
【図２】図１の複合材料製品の分解斜視図である。
【図３】積層構成に配置されたフィルムを示す、図１の複合材料製品の側面図である。
【図４】フィルム中の脆弱部分および非脆弱部分の配置を示す、図３のフィルムの中の１つの上面図である。
【図５】脆弱部分における強度を低下させるために化学修飾部により形成された脆弱部分の一実施形態を示す、フィルムの一部分の断面図である。
【図６】脆弱部分の強度を低下させるために形状変更部により形成された脆弱部分の一実施形態を示す、フィルムの一部分の断面図である。
【図７】連続長手方向脆弱セグメントとして形成された脆弱部分を示す、フィルムの一部分の上面図である。
【図８】一連の圧痕部として形成された脆弱部分を示す、フィルムの一部分の上面図である。
【図９】横方向脆弱セグメントと相互連結する複数の長手方向脆弱セグメントとして脆弱部分が配置された、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１０】脆弱部分が、段形状に配置された複数の長手方向脆弱セグメントおよび横方向脆弱セグメントからなる、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１１】段形状同士が相反方向に向いた、脆弱部分を有するフィルムの一実施形態の上面図である。
【図１２】脆弱部分が正弦波形状で配置され、実質的に均等な間隔が脆弱部分同士の間に存在する、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１３】脆弱部分が正弦波形状で配置され、異なる幅の間隔が脆弱部分同士の間に存在する、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１４】横方向脆弱セグメントが正弦波形状脆弱部分と相互連結された、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１５】横方向脆弱セグメントが隣接対の正弦波形状脆弱部分と相互連結された、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１６】一連の長手方向脆弱セグメントによりフィルムの非脆弱部分同士の間に複数の整列された非脆弱連結部が形成された、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１７】一連の長手方向脆弱セグメントによりフィルムの非脆弱部分同士の間に複数のスタッガ状非脆弱連結部が形成された、フィルムの一実施形態の上面図である。
【図１８】波状複合材料製品の斜視図である。
【図１９】選択的に脆弱化された部分を有する複数の波状フィルムを示す、図１８の波状複合材料製品の分解斜視図である。
【図２０】一対の面シートの間に積層構成に配置された波状フィルムを示す、図１８の複合材料製品の側面図である。
【図２１】脆弱部分の配置および波状フィルムの延伸方向を示す、図２０の波状フィルムの上面図である。
【図２２】脆弱部分を有するフィルムの製造方法に含まれ得る１つまたは複数の作業を示す流れ図である。
【図２３】複合材料製品の製造方法に含まれ得る１つまたは複数の作業を示す流れ図である。
【図２４】複合材料製品を使用する方法に含まれ得る１つまたは複数の作業を示す流れ図である。
【図２５】１つまたは複数の実施形態における複合材料製品を組み込み得る航空機の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本開示の好ましい種々の実施形態を図示することを目的として示される図面を参照すると、図１には、複合材料製品１００が示される。複合材料製品１００は、複合材料パネル１０４の上側１０６および下側１０８に製品表面１０２を有する複合材料パネル１０４として構成され得る。複合材料製品１００は、複数のフィルム１２０から作製され、積層構成１３０に配置され得る。フィルム１２０は、１つまたは複数の接着層１１２を使用して、または接着剤基材材料１１０を使用して、一体的に積層または結合され得る。一実施形態においては、接着層１１２は、フィルム１２０に対して光学的に整合するものであってもよい。例えば、接着層１１２およびフィルム１２０が、相互に相補的であるか、あるいは可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトルの範囲内などの所定の波長帯域について実質的に均等である、屈折率を有してもよい。
【００１６】
図２を参照すると、積層構成１３０の複数のポリマーフィルム１２０を示す、図１の複合材料製品１００の分解斜視図が示される。有利には、この複合材料製品１００中のフィルム１２０の中の１つまたは複数が、少なくとも１つの延伸方向１３４に沿って延伸され得る。この延伸方向１３４に沿ったフィルム１２０の延伸は、非延伸方向または横方向１３６に沿ったフィルム１２０の強度よりも高くてもよい（図６）。横方向１３６は、延伸方向１３４に対してほぼ垂直に配向されたものであってもよい。１つまたは複数の隣接対のフィルム１２０が、比較的薄い接着層１１２を使用して一体的に結合されてもよい。各接着層１１２は、フィルム１２０の接合表面同士の間に薄い結合ラインを形成してもよい。接着層１１２は、基材材料、樹脂、またはフィルム１２０同士を一体的に接着により結合するために隣接し合うフィルム１２０間に実装し得る他の材料から形成されてもよい。
【００１７】
図２においては、各フィルム１２０が、フィルム１２０中において所定のパターンで配置された比較的幅狭のストリップまたは経路として形成され得る、複数の脆弱部分１６０を備えてもよい。例えば、脆弱部分１６０は、フィルム１２０において長手方向経路１６２（図４）に沿ったライン１７６（図４）の形状で形成されてもよい。上述のように、フィルム１２０の中の１つまたは複数が、延伸フィルム１３２を備えてもよい。延伸フィルム１３２中の脆弱部分１６０は、延伸フィルム１３２の延伸方向１３４とほぼ整列するか、または平行であってもよい。しかし、延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０の中の１つまたは複数が、延伸フィルム１３２の延伸方向１３４に対してほぼ非平行である１つまたは複数の方向に沿って配向されてもよい。
【００１８】
各フィルム１２０において、脆弱部分１６０は、フィルムの複数の比較的大きな非脆弱部分１４０を画定してもよい。各フィルム１２０の非脆弱部分１４０は、各フィルム１２０の大部分を構成してもよい。図２は、複数の非脆弱部分１４０を図示し、各脆弱部分１４０は、脆弱部分１６０の長手方向経路１６２により境界を画されたほぼリボン形状構成１５２を有する。フィルム１２０の脆弱部分１６０は、フィルム１２０の非脆弱部分１４０の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。例えば、フィルム１２０の脆弱部分１６０は、フィルム１２０の非脆弱部分の強度よりも低い強度を有するように変更されてもよい。一実施形態においては、フィルム１２０の脆弱部分１６０の中の１つまたは複数が、フィルム１２０の非脆弱部分１４０と比べて化学的に修飾されてもよく、この化学修飾により、脆弱部分１６０は、フィルム１２０の非脆弱部分１４０の引張強度、引張係数、終局歪み、および／または他の特性よりも低い引張強度、引張係数、終局歪み、および／または他の特性を有し得る。他の一実施形態においては、フィルム１２０の脆弱部分１６０の中の１つまたは複数が、形状的に変更されてもよく、それにより、フィルム１２０は、非脆弱部分１４０におけるフィルム１２０の引張強度および／または横方向（例えば面外）剪断強度よりも低い引張強度および／または低い横方向剪断強度を有することになる。
【００１９】
有利には、各フィルム１２０が、所望のパターンで配置された１つまたは複数の脆弱部分１６０を備えることにより、フィルム１２０は、外部荷重を受けた場合に、所望の態様で破壊され得る。例えば、複合材料パネル１０４が発射体（図示せず）による衝突を受け得る弾道事象の際に、複合材料パネル１０４中の１つまたは複数のフィルム１２０が、伸長または延伸により、発射体の運動エネルギーを吸収することができる。初めに、複合材料パネル１０４中のフィルム１２０の中の１つまたは複数が、脆弱部分１６０の中の１つまたは複数に沿って破壊され得る（例えば局所的破砕）。有利には、フィルム１２０の非脆弱部分１４０が、脆弱部分１６０の破壊後に、非損傷状態に留まり得る。この非損傷状態の非脆弱部分１４０は、発射体が複合材料パネル１０４の中へとまたは貫通しようと経路に沿って進み続ける際に、撓曲、伸長、または延伸することにより、発射体の運動エネルギーを吸収し続けることができる。非脆弱部分１４０の撓曲、伸長、または延伸により、フィルム材料の終局歪みに達して非脆弱部分１４０が破壊されるまでは、発射体は減速され得る。
【００２０】
有利には、初めに脆弱部分１６０においてフィルム１２０の破壊を生じさせることにより、非脆弱部分１４０は、非脆弱部分１４０が破壊されるまでに、比較的多量の撓曲および伸長（例えば延伸）を被り続けることができる。さらに、延伸フィルム１３２については、延伸フィルム１３２の延伸方向１３４に対してほぼ平行に延伸フィルム１３２の非脆弱部分１４０を配向することにより、延伸方向１３４における延伸フィルム１３２の強度がより高くなることによって、延伸フィルム１３２の横方向１３６に沿ったより低いエネルギー吸収能力に比べてより改善された衝突エネルギー吸収能力が実現され得る。さらに、初めに脆弱部分１６０において延伸フィルム１３２の破壊を生じさせることにより、より多量のフィルム材料が、弾道事象に関与し得る。
【００２１】
例えば、図２を参照すると、初めに脆弱部分１６０においてフィルム１２０の破壊を生じさせることにより、非脆弱部分１４０は、撓曲および伸長をし続けることができることによって、結果的に、複合材料パネル１０４の積層構成１３０中のさらなるフィルム１２０が関与できるようになる。撓曲量および伸長量が高まることにより、弾道事象に関与することとなる非脆弱部分１４０の量が増加し得る。弾道事象に関与する非脆弱部分１４０の量が増加することにより、発射体による複合材料パネル１０４の侵徹を低下または防止させ得る、フィルム１２０が発射体の運動エネルギーを吸収し得る期間の時間量が、増加し得る。これに関連して、フィルム１２０に選択的に脆弱化された部分１６０を設けることにより、複合材料製品１００の弾道性能は、従来型の複合材料製品（図示せず）の弾道性能に比べて著しく向上し得る。
【００２２】
本開示により実現されるさらなる利点は、繊維（図示せず）を用いて作製された従来型の透明複合材料製品（図示せず）の光学性能と比べた場合の、延伸フィルム１３２を用いて作製された透明複合材料製品１００の光学性能の向上である。例えば、従来型の複合材料製品においては、繊維は、ほぼ円筒状の構成を有し得ることにより、各繊維は、この従来型の複合材料製品を通過する光に対して小型レンズとして作用する。従来型の複合材料製品は、それぞれ異なる方向に配向された複数の繊維層を備えてもよい。複数の繊維による累積効果は、光が従来型の複合材料製品を通過する際の光の散乱であり、これにより、従来型の複合材料製品を通して見た物体は、不鮮明に見える場合がある。
【００２３】
有利には、本開示においては、フィルム１２０の脆弱部分１６０は、脆弱部分１６０が、非脆弱部分１４０の特性よりも低い特性（例えば低い強度）を有するにもかかわらず、フィルム１２０の非脆弱部分１４０と実質的に同一の光学特性を有し得る。フィルム１２０がフィルム１２０全体にわたって実質的に均等な光学特性を有することにより、本開示における選択的に脆弱化されたフィルム１２０によって、従来型の繊維強化複合材料に付随する望ましくない光学的効果が回避される。
【００２４】
図２においては、各フィルム１２０は、延伸方向１３４と、延伸方向１３４に対してほぼ垂直に配向された横方向１３６とを有する、延伸フィルム１３２を備えてもよい。延伸フィルム１３２は、横方向１３６においては実質的に延伸されていなくてもよい。図２に示す延伸フィルム１３２は、一方向に延伸されたものであってもよく、非脆弱部分１４０は、横方向１３６における非脆弱部分１４０の引張強度および／または引張係数よりも高い引張強度および／または引張係数を、延伸方向１３４において有してもよい。しかし、この複合材料製品１００は、二方向に延伸された延伸フィルム１３２（図示せず）から構成されてもよい。例えば、複合材料製品１００中の１つまたは複数の延伸フィルム１３２が、長手方向に沿っておよび横方向１３６に沿って延伸されてもよい。代替的には、複合材料製品１００が、延伸されない１つまたは複数のフィルム１２０（図示せず）を用いて構成されてもよいことが企図される。
【００２５】
図２においては、延伸フィルム１３２同士が、各延伸フィルム１３２の延伸方向１３４が隣接する延伸フィルム１３２の延伸方向１３４に対してほぼ垂直に配向されるように、配置される。しかし、延伸フィルム１３２は、任意の態様で配置されてもよく、延伸方向１３４が交互に垂直に配向されることに限定されない。例えば、複合材料製品１００は、延伸フィルム１３２の延伸方向１３４同士が実質的に同一方向に配向されるように、構成されてもよい。代替的には、複合材料製品１００は、延伸フィルム１３２の延伸方向１３４同士が相互に対して非垂直角度にて配向されるように、構成されてもよい。例えば、複合材料製品１００は、１つまたは複数の延伸フィルム１３２の延伸方向１３４が、相互に対して所定の角度（例えば１５°、２２．５°、４５°、６０°、７５°等々）で配向され得るように、構成されてもよい。
【００２６】
これに同じく関連して、複合材料製品１００は、図２１に図示するように、クロスパターンの脆弱部分２２０を有して構成されてもよく、各延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０が、隣接する延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０に対してほぼ垂直角度で配向される。しかし、複合材料製品１００は、脆弱部分１６０がほぼ同一方向に配向された延伸フィルム１３２（図示せず）を有して、構成されてもよい。代替的には、複合材料製品１００は、脆弱部分１６０が隣接する延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０に対して非垂直角度（例えば１５°、２２．５°、４５°、６０°、７５°等々）で配向された延伸フィルム１３２を有して構成されてもよい。さらに、複合材料製品１００は、延伸フィルム１３２の中の１つの延伸方向１３４に対する脆弱部分１６０の配向が、複合材料製品１００中の他の延伸フィルム１３２の中の１つまたは複数の延伸方向１３４に対する脆弱部分１６０の配向とは異なるように、構成されてもよい。
【００２７】
図３を参照すると、積層構成１３０にある延伸フィルム１３２を示す、図１の複合材料製品１００が図示される。延伸フィルム１３２の中の１つまたは複数が、１つまたは複数の非脆弱部分１４０を備えてもよい。非脆弱部分１４０は、脆弱部分１６０により境界を画されてもよい。各延伸フィルム１３２は、上方フィルム表面および下方フィルム表面１２８を備えてもよい。接着層１１２が、隣接し合う延伸フィルム１３２の上方フィルム表面と下方フィルム表面１２８との間に実装されて、延伸フィルム１３２同士を接着により結合してもよい。上述のように、接着層１１２は、ある波長帯域（例えば可視スペクトルおよび／または赤外線スペクトル）内において接着層１１２およびフィルム１２０の屈折率を実質的に整合させることによって、および／または、ある温度範囲（例えば−６５Ｆ〜＋２００Ｆ）内において接着層１１２およびフィルム１２０の屈折率の温度係数を実質的に整合させることなどによって、フィルム１２０に対して光学的に整合され得る接着剤のフィルム１２０を備えてもよい。複数の接着層１１２が、延伸フィルム１３２に重ねられてもよい。代替的には、接着層１１２は、延伸フィルム１３２間に塗布され得る接着剤基材材料または接着剤樹脂を含んでもよい。
【００２８】
図４は、フィルム長さ１２２およびフィルム幅１２４を有する延伸フィルム１３２の中の１つの上面図である。図示する実施形態においては、脆弱部分１６０は、延伸フィルム１３２中に形成される。各脆弱部分１６０は、ライン１７６の形状で構成される。脆弱部分１６０は、延伸フィルム１３２の延伸方向１３４に対してほぼ平行に配向され得る長手方向経路１６２に沿って延在する。各脆弱部分１６０は、フィルム長さ１２２に沿って延在する脆弱部分長さ１６８を有する。脆弱部分１６０は、フィルム幅１２４にわたってほぼ均等に離間されるものとして、および実質的に均等な非脆弱部分幅１４４を有する複数の非脆弱部分１４０を画定するものとして、図示される。しかし、非脆弱部分幅１４４は、フィルム１２０中において均等でなくてもよい。
【００２９】
図５は、フィルム１２０中に形成され得る脆弱部分１６０を有するフィルム１２０の断面図である。一実施形態においては、フィルム厚さ１２６が、約５ミクロン〜約５，０００ミクロン（０．０００２〜０．２インチ）の範囲内であってもよい。しかし、フィルム１２０は、任意のフィルム厚さ１２６で形成されてもよく、限定されない。脆弱部分１６０は、脆弱部分幅１７０を有してもよい。脆弱部分１６０同士は、相互に離間されてもよく、非脆弱部分幅１４４を画定してもよい。非脆弱部分１４０は、ほぼ細長い断面形状１５４で、または比較的高いアスペクト比を有し得るリボン形状構成１５２で、形成されてもよい。一実施形態においては、非脆弱部分１４０は、約３〜約５００の、非脆弱部分１４０幅とフィルム厚さ１２６のアスペクト比を有してもよいが、非脆弱部分１４０は、任意の値の任意のアスペクト比を有してもよい。
【００３０】
脆弱部分１６０は、非脆弱部分１４０における特性に対して脆弱部分１４０内においてフィルム１２０の特性の低下を実現するための多様な種々の手段の中の任意の１つにより、延伸フィルム１３２などのフィルム１２０中に形成されてもよい。例えば、脆弱部分１６０は、フィルム１２０の化学修飾部１９０により、および／またはフィルム１２０の形状変更部１９２（図６）により、フィルム１２０中に形成されてもよい。
【００３１】
図５においては、脆弱部分１６０を形成するためのフィルム１２０の化学修飾部１９０が、紫外線放射に対する、または電子ビーム放射などの他の形態の放射に対するフィルム１２０の局所的曝露部を含んでもよい。放射は、脆弱部分１６０の所望の箇所においてフィルム１２０に対して適用されることにより、フィルム１２０の分子結合を変化、変更、および／または脆弱化し得る。放射ヘの曝露により、分子結合強度の低下をもたらし得る鎖切断が引き起こされ得る。放射曝露の副生成物は、フィルム１２０の局所的変色を含む場合がある。しかし、変色は、熱処理または光アニーリングにより軽減または最小限に抑えることができる。また、化学修飾部１９０は、レーザに対するフィルム１２０の曝露部を含んでもよく、これは、フィルム１２０の局所的加熱を引き起こし得るものであり、ポリマーフィルム材料に異なる特性を持たせ得る。
【００３２】
図５においては、化学修飾部１９０が、フィルム１２０の局所的領域に軟化剤または硬化剤を添加するフィルム１２０の選択的ドーピング部をさらに含んでもよく、これは、脆弱部分１６０の形成に望ましい。また、化学修飾部１９０は、ポリマーフィルム１２０材料の性能を局所的に低下させることが知られている様々な材料の適用を含んでもよい。化学修飾部１９０は、非脆弱部分１４０における材料組成に比べて脆弱部分１６０における材料組成が若干異なるフィルム１２０の作製をさらに含んでもよい。例えば、フィルム１２０が、非脆弱部分１４０におけるポリマー鎖の分子量に比べて、脆弱部分１６０におけるポリマー鎖の分子量が低くなるように、形成されてもよく、これにより、脆弱部分１６０における材料強度が低い状態で、脆弱部分１６０および非脆弱部分１４０において実質的に同一の光学特性が実現されるため、有利となる。一実施形態においては、化学修飾部１９０は、脆弱部分１６０の長さに沿って変化し得る（図示せず）脆弱部分幅１７０を有してもよい。同様に、化学修飾部１９０は、異なる脆弱部分深さ１７２で設けられてもよい。脆弱部分深さ１７２は、延伸フィルム１３２などのフィルム１２０のフィルム表面１２８から測定されてもよい。
【００３３】
図６は、脆弱部分１６０を形成するための形状変更部１９２の一実施形態を示す、延伸フィルム１３２の断面図である。形状変更部１９２は、フィルム厚さ１２６における局所的低下部１９４を備えてもよい。フィルム厚さ１２６におけるかかる局所的低下部１９４により、フィルム１２０の非脆弱部分１４０におけるフィルム１２０の強度に比べて、フィルム１２０の強度が低下（例えば引張強度が低下）し得る。フィルム厚さ１２６における局所的低下部１９４は、延伸フィルム１３２の長さに沿って任意の脆弱部分幅１７２で溝、ノッチ、またはスクラッチを形成することにより、設けられてもよい。形状変更部１９２は、脆弱部分厚さ１７４がフィルム厚さ１２６の約９０パーセント未満になるように、フィルム厚さ１２６を局所的に低下させ得る。例えば、延伸フィルム１３２は、脆弱部分厚さ１７４がフィルム厚さ１２６の約１０パーセント〜９０パーセントになるように、形状的に変更されてもよいが、１０〜９０パーセントの範囲外の他の相対厚さも企図される。
【００３４】
Ｖ字形状溝が図示されるが、形状変更部１９２は、任意のサイズ、形状、および構成で形成されてもよく、限定されない。例えば、フィルム１２０の形状変更部１９２は、一定厚さのフィルム１２０中にラインを刻み付けることによってフィルム１２０から材料を除去することにより、形成されてもよい。また、フィルム１２０の形状変更部１９２は、フィルム１２０の作製中にフィルム１２０中に形状変更部１９２を形成または成形することにより、形成されてもよい。フィルム１２０中の溝、ノッチ、またはスクラッチにより、望ましくない光学的効果が得られる場合があるが、かかる光学的効果は、基材樹脂または接着層１１２材料などの光学的に整合する材料でこの溝、ノッチ、スクラッチ、または他の形状変更部１９２を充填することにより、緩和され得る。かかる材料は、複合材料製品１００の積層の際に適用されてもよい。また、望ましくない光学的効果は、フィルム１２０の一方または両方の側において任意の脆弱部分深さ１７２で延伸フィルム１３２の長さに沿って延在する、極薄カット（図示せず）または極薄スライス（図示せず）として形状変更部１９２を形成することによって、回避または緩和され得る。有利には、かかる極薄カットまたは極薄スライスは、延伸フィルム１３２からの材料の除去を伴わずに、延伸フィルム１３２を局所的に脆弱化し得る。脆弱部分１６０は、延伸方向１３４とほぼ平行であるものとして図示されるが、脆弱部分１６０は、横方向１３６とほぼ整列して、または上述のような任意の他の方向において形成されてもよい。
【００３５】
図７は、脆弱部分１６０を形成するためのフィルム１２０の形状変更部１９２の一実施形態を示す、フィルム１２０の一部分の上面図である。脆弱部分１６０は、ライン１７６の形状のフィルム１２０の連続刻み目１９６として示される。脆弱部分は、フィルム１２０に沿って長手方向経路１６２中に延在してもよい。脆弱部分１６０は、延伸方向１３４とほぼ平行であるものとして図示されるが、脆弱部分１６０は、延伸方向１３４に対して任意の方向に配向されてもよく、延伸方向１３４に対してほぼ平行に配向されるようには限定されない。
【００３６】
図８は、フィルム１２０の一実施形態を示す。脆弱部分１６０は、フィルム１２０中において所定のパターンで配置された一連の不連続形状変更部１９２または局所的形状変更部１９２として形成されてもよい。例えば、脆弱部分１６０は、対向し合うフィルム表面１２８の一方または両方の中に形成され得る一連の圧痕部１９８または凹部を備えてもよい。かかる圧痕部１９８は、フィルム１２０の断面積における局所的低下部１９４をもたらし得る。図８は、概して直線状に形成された一連の圧痕部１９８を示すが、圧痕部１９８は、任意のパターン、配向、または構成で配置されてもよく、限定されない。局所的圧痕部１９８の望ましくない光学的効果は、上述のように圧痕部１９８に対して光学的に整合する材料を適用することにより、緩和され得る。
【００３７】
図９は、脆弱部分１６０が、図４に図示され上述されたパターンと同様のパターンで形成された、フィルム１２０の一実施形態の上面図である。しかし、図９の実施形態における非脆弱部分１４０は、脆弱部分１６０に対してほぼ垂直に配向された横方向脆弱セグメント１６６を備える。各横方向脆弱セグメント１６６は、脆弱部分１６０の中の少なくとも２つの間に延在することにより、矩形１７８形状をそれぞれが有する複数の非脆弱部分１４０を画定し得る。横方向脆弱セグメント１６６は、非脆弱部分長さ１４２を画定する。長手方向脆弱セグメント１６４は、非脆弱部分幅１４４を画定する。長手方向脆弱部分１６０同士が相互連結されることにより、フィルム１２０のさらなる脆弱化が得られ、フィルム１２０の破壊を制御するための追加的な手段を得ることができる。
【００３８】
図１０は、蛇行経路１８０をそれぞれが形成する複数の脆弱部分１６０を有するフィルム１２０の一実施形態の上面図である。各蛇行経路１８０は、相互にずらされ、横方向脆弱セグメント１６６と相互連結することにより段形状部１８２を形成する、長手方向脆弱セグメント１６４を備えてもよい。長手方向脆弱セグメント１６４は、フィルム１２０の延伸方向１３４に対してほぼ平行に配向されてもよい。図１０に図示する段形状部１８２は、実質的に一定の断面積をフィルム長さ１２２の方向に沿って有するリボン形状構成１５２を有する非脆弱部分１４０をもたらす。図１０に図示する段形状部１８２の配置により、発射体などによる衝突によるエネルギーの吸収においてフィルム１２０の能力を向上させ得る比較的鋭角な隅部が得られる。
【００３９】
図１１は、脆弱部分１６０の段形状部１８２の配置の、さらなる実施形態の上面図である。この段形状部１８２の配置により、フィルム長さ１２２の方向に沿って変動する断面積を有するリボン形状構成１５２を有する非脆弱部分１４０を得ることができる。これに関連して、断面積の変動は、非脆弱部分１４０の非脆弱部分幅１４４の変動を含み得る。図１１において配置される段状部により、衝突事象の際に非脆弱部分１４０の面内移動（例えば形状変化）がもたらされ得る。
【００４０】
図１２〜図１３は、蛇行経路１８０実施形態の上面図である。脆弱部分１６０は、正弦波形状部１８４で配置される。正弦波形状部１８４は、図１０および図１１に示す段形状部１８２実施形態では生じ得る応力集中を軽減することができる。図１２の蛇行経路１８０実施形態は、脆弱部分１６０同士の間に実質的に均等な間隔を有する。非脆弱部分１４０のリボン形状構成１５２により、実質的に均等な非脆弱部分幅１４４が得られる。図１３は、脆弱部分１６０同士の間にそれぞれ異なる間隔を有する蛇行経路１８０実施形態を図示する。この実施形態により、図１２の実施形態に比べて、フィルム１２０のエネルギー吸収能力が変更され得る。いずれの蛇行経路１８０実施形態においても、正弦波形状部１８４の周期および振幅は、フィルム１２０の所望の破壊モードおよび／または所望のエネルギー吸収能力を実現するために、変更されてもよい。
【００４１】
図１４〜図１５は、それぞれ図１２〜図１３と同様である、および脆弱部分１６０の正弦波形状部１８４を相互連結する横方向脆弱セグメント１６６をさらに備える、蛇行経路１８０実施形態の上面図である。横方向脆弱セグメント１６６は、フィルム１２０の所望の脆弱度を実現するために、様々な箇所に位置決めされてもよい。図１５においては、横方向脆弱セグメント１６６の対の間の間隔が、非脆弱部分１４０の非脆弱部分長さ１４２を画定し得る。理解されるように、横方向脆弱セグメント１６６を使用した脆弱部分１６０の配置、パターン、配向、および相互連結は、フィルム１２０の所望の脆弱度を実現するように配置されてもよい。
【００４２】
図１６〜図１７は、脆弱部分１６０が端部続きの長手方向脆弱セグメント１６４で配置された、フィルム１２０の一実施形態の上面図である。隣接し合う長手方向脆弱セグメント１６４の端部間の各隙間が、非脆弱連結部１４６を備える。図１６は、フィルム１２０中において相互整列配置１４８にある非脆弱連結部１４６を図示する。図１７は、スタッガ状配置１５０にある非脆弱連結部１４６を図示する。これらの非脆弱連結部１４６は、フィルム１２０の隣接し合う対の非脆弱部分１４０を機械的に結合し得る。これに関連して、非脆弱連結部１４６は、フィルム１２０の破壊モードおよび／またはエネルギー吸収能力を制御するための追加的な手段を与え得る、相互連結される非脆弱部分１４０の相対移動度を制限し得る。非脆弱連結部１４６は、フィルム１２０の所望の破壊応答および／または複合材料製品１００の所望の破壊応答を実現するために、任意の所望の間隔で、または任意のパターンの間隔で、離間されてもよい。
【００４３】
図１８は、波状複合材料製品２００の斜視図である。波状複合材料製品２００は、積層構成１３０で配置された複数の波状フィルム２０４を備える。各波状フィルム２０４は、波状フィルム２０４が正弦波断面形状２０６を形成し得るという意味において、波状構成を有し得る。しかし、波状フィルム２０４は、方形波断面形状、のこぎり波断面形状、または正弦波断面形状２０６以外の断面形状などの、断面形状で形成されてもよい。
【００４４】
図１９は、波状複合材料製品２００の分解斜視図である。波状フィルム２０４は、積層構成１３０で配置される。波状フィルム２０４の中の１つまたは複数が、波状フィルム２０４同士を一体的に接着により結合するために、波状フィルム２０４同士の間に配置された接着層１１２を備えてもよい。各波状フィルム２０４は、一連のほぼ平行なリッジ２１０およびトラフ２１４を備えてもよい。各リッジ２１０は、リッジ配向２１２を有してもよい。複合材料製品１００は、波状フィルム２０４の積層構成１３０の両側に取り付けられた一対の面シート２０２を備えてもよい。面シート２０２は、ポリマーフィルム材料などの複合材料から形成されてもよく、ほぼ平坦な形状を有してもよい。しかし、面シート２０２は、波状フィルム２０４の断面形状に整合し得る形状などの非平面形状で形成されてもよい。
【００４５】
図１９においては、各波状フィルム２０４は、延伸方向１３４を有する延伸フィルム１３２を備えてもよい。さらに、各波状フィルム２０４は、波状フィルム２０４に沿って長手方向経路１６２に配向され得る複数の脆弱部分１６０を備えてもよい。図示される実施形態においては、波状フィルム２０４の一部分は、延伸フィルム１３２中の脆弱部分１６０が延伸フィルム１３２のリッジ配向２１２に対してほぼ垂直に、および波状フィルム２０４の延伸方向１３４に対してほぼ垂直に配向されるように、構成されてもよい。さらに、波状フィルム２０４の一部分は、延伸フィルム１３２の中の脆弱部分１６０が、延伸フィルム１３２のリッジ配向２１２に対してほぼ平行に、および波状フィルム２０４の延伸方向１３４に対してほぼ平行に配向されるように、構成されてもよい。上述のように、複合材料製品１００においては、脆弱部分１６０および延伸方向１３４は、相互に対して任意の方向に配向されてもよい。
【００４６】
図２０においては、図１８〜図１９の波状複合材料製品２００の側面図が示される。これらの波状フィルム２０４は、接着層１１２により結合され得る。上述のように、波状フィルム２０４は、リッジ２１０を備えてもよい。最外波状フィルム２０４のリッジ２１０は、波状フィルム２０４と隣接する面シート２０２との間に隙間２１６を画定し得る。隙間２１６は、直ぐ隣りの波状フィルム２０４に対して各面シート２０２を結合するために、充填基材２１８（例えば接着剤充填剤）で実質的に充填されてもよい。
【００４７】
有利には、波状複合材料製品２００は、発射体（図示せず）などによる衝突によるエネルギーを吸収する高い能力を実現し得る。これに関連して、波状フィルム２０４の波状断面形状は、ばねとして作用することができ、波状フィルム２０４は、衝突による運動エネルギーを吸収し得る。例えば、衝突事象の際には、波状フィルム２０４の脆弱部分１６０が、初めに破壊され得る。波状フィルム２０４の非脆弱部分１４０（図１２）は、衝突事象によるエネルギーを吸収しつつ、撓曲および伸長をし続けることができる。波状フィルム２０４の伸長により、波状部は、より平坦または平面的な形状へと付勢され得る。より平坦な形状へと波状フィルム２０４が付勢されることにより、衝突事象の際の運動エネルギー吸収量が高くなり得る。理解されるように、波状複合材料製品２００の破壊モードおよびエネルギー吸収能力は、波状フィルム２０４の振幅および周期を制御することにより制御され得る。
【００４８】
図２１においては、波状複合材料製品２００の波状フィルム２０４の上面破断図が示される。波状フィルム２０４は、クロスパターンの脆弱部分２２０が形成されるように配置される。クロスパターンの脆弱部分２２０により、複合材料製品１００（図２０）の所望のエネルギー吸収能力が実現され得る。これに関連して、波状複合材料製品２００（図２０）のエネルギー吸収能力は、延伸方向１３４に対する、および波状フィルム２０４のリッジ配向２１２に対する、脆弱部分１６０のサイズ、形状、構成、および配向を制御することにより制御され得る。波状フィルム２０４が、上述のように一方向に延伸された、二方向に延伸された、またはそれらの組合せからなるものであり得る、実施形態が実現され得る。
【００４９】
本明細書において開示されるいずれの実施形態においても、複合材料製品１００のフィルム１２０または延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０の配置は、フィルム１２０間において実質的に同様であってもよい。しかし、脆弱部分１６０の配置は、１つの複合材料製品１００内において、フィルム１２０間で異なってもよい。さらには、フィルム１２０は、フィルム１２０の様々な箇所にそれぞれ異なる配置の脆弱部分１６０を有してもよい。さらに、複合材料製品１００は、脆弱部分１６０を備えるいくつかのフィルム１２０と、脆弱部分１６０を備えない他のフィルム１２０とを有して、作製されてもよいことが企図される。
【００５０】
本明細書において開示される実施形態のいずれにおいても、脆弱部分１６０の量、位置、パターン、サイズ（深さ、幅、長さ）、およびタイプ（例えば化学修飾部１９０、形状変更部１９２）は、様々な要素に基づき規定され得る。かかる要素には、各フィルム１２０により得られる所望の脆弱量、各フィルム１２０またはフィルム１２０の積層体の破壊メカニズム、ならびに弾道事象要素および環境要素などの他の要素が含まれ得る。弾道事象要素には、発射体速度、発射体質量、発射体硬度、発射体の形状サイズおよび断面積、ならびに発射体に関する他の要素が含まれ得る。環境要素には、温度、湿度、および他の要素が含まれ得る。
【００５１】
本明細書において開示される実施形態のいずれにおいても、フィルム１２０は、任意の適切な熱可塑性材料、熱硬化性材料、および／またはガラス材料から形成されてもよく、限定されない。接着層１１２および／または基材材料１１０は、熱可塑性材料および／または熱硬化性材料から形成されてもよい。一実施形態においては、フィルム１２０は、以下の材料、すなわちアクリル樹脂、ナイロン、フッ化炭素、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、延伸ポリマー、および任意の他の適切な熱可塑性材料の中の少なくとも１つを含む熱可塑性材料から形成されてもよい。代替的には、フィルム１２０、接着層１１２、および／または基材材料１１０は、以下の材料、すなわちポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、エポキシ、シルセスキオキサン、および任意の他の適切な熱硬化性材料の中の任意の１つを含み得る熱硬化性材料から形成されてもよい。フィルム１２０が延伸フィルム１３２を備える場合には、延伸フィルム１３２は、上述の熱可塑性材料の中の１つを含むがそれに限定されない熱可塑性材料から形成されてもよい。一実施形態においては、フィルム１２０、接着層１１２、および／または基材材料１１０は、金属材料から形成されてもよい。
【００５２】
一実施形態においては、フィルム１２０、接着層１１２、および／または基材材料１１０は、複合材料製品１００に向かう、および／または複合材料製品１００（図２０）に入射する入射光線（図示せず）に対して少なくとも部分的に透過性を有する、実質的に光学的に透明な材料から形成されてもよい。例えば、フィルム１２０、接着層１１２、および／または基材材料１１０の少なくとも一部分が、可視スペクトル、近可視スペクトル、および／または金赤外線スペクトルにおいて実質的に光学的に透明であってもよい。しかし、フィルム１２０、接着層１１２、および／または基材材料１１０は、実質的に不透明または半透明の材料から形成されてもよい。
【００５３】
波状複合材料製品２００（図２０）などの複合材料製品１００（図１）が、複合材料パネル１０４（図１および図２０）のコンテクストにおいて図示され説明されるが、複合材料製品１００は、様々な種々の形状、サイズ、および構成の中の任意の１つにおいて構成されてもよい。これに関連して、複合材料製品１００は、任意のビークル用途または非ビークル用途において使用するために構成されてもよい。例えば、複合材料製品１００は、航空機などのビークルの透明部として構成されてもよい。また、複合材料製品１００は、航空機の前面ガラスまたは天蓋を構成してもよい。さらに、複合材料製品１００は、ビークル用途または非ビークル用途において窓として使用するために構成されてもよい。そのうえさらに、複合材料製品１００は、膜、装甲パネル、構造パネル、建築パネル、非構造パネル、もしくは製品として、または複合材料製品１００の任意の他の実装形態において、実装されてもよく、限定されない。
【００５４】
一実施形態においては、複合材料製品１００は、第１の延伸フィルム３００および第２の延伸フィルム３２０を備える複数の対２９８を使用して作製されてもよく、延伸方向３０６、３２６が、相互に対して任意の角度で配向されてもよい。例えば、図２に示す実施形態においては、複合材料製品１００は、各対２９８の第１の延伸フィルム３００および第２の延伸フィルム３２０の延伸方向３０６、３２６が、相互に対してほぼ垂直に配向されるように配置される。しかし、複合材料製品１００は、延伸方向が相互に対して平行関係にあることを含め、相互に対して非垂直関係に配向された、複数の延伸フィルムを使用して作製されてもよい。
【００５５】
図２２は、脆弱部分１６０（図２）を有するフィルム１２０を製造する方法４００の流れ図である。フィルム１２０（図２）は、上述のような延伸フィルム１３２（図２）を備えてもよい。方法４００のステップ４０２は、少なくとも１つの脆弱部分１６０および非脆弱部分１４０（図２）を有する延伸フィルム１３２を形成することを含んでもよい。１つまたは複数の脆弱部分１６０が、上述のように延伸フィルム１３２の化学修飾部１９０（図５）および／または形状変更部１９２（図５）により既存の延伸フィルム１３２中に形成されてもよい。代替的には、脆弱部分１６０は、延伸フィルム１３２の製造中に延伸フィルム１３２中に形成されてもよい。脆弱部分１６０は、上述のような多様なパターン、形状、および配向の中の任意の１つにおいて形成されてもよい。
【００５６】
図２２の方法４００のステップ４０４は、延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０が非脆弱部分１４０の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有するように、延伸フィルム１３２（図６）を構成することを含んでもよい。例えば、延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０は、化学修飾により脆弱部分１６０が延伸フィルム１３２の非脆弱部分１４０の引張強度、引張係数、終局歪み、および／または他の特性よりも低い引張強度、引張係数、終局歪み、および／または他の特性を有するように、延伸フィルム１３２の非脆弱部分１４０と比べて化学的に修飾されてもよい。代替的には、フィルム１２０の脆弱部分１６０は、フィルム１２０が、非脆弱部分１４０におけるフィルム１２０の引張強度および／または横方向剪断強度よりも低い引張強度および／または横方向剪断強度などの、低い強度を有するように、形状的に変更されてもよい。
【００５７】
図２２の方法４００のステップ４０６は、フィルム１２０（図９）における所定のパターンまたは形状において脆弱部分１６０（図９）を形成することを含んでもよい。例えば、この方法は、フィルム１２０中に脆弱部分１６０を形成することを含んでもよく、この脆弱部分１６０は、ライン１７６（図７）および／または矩形１７８（図９）の形状を形成する。また、脆弱部分１６０は、図１０〜図１１に図示される段形状部１８２または図１２〜図１５に図示される正弦波形状部１８４などの、蛇行経路１８０で形成されてもよい。しかし、脆弱部分１６０は、様々な代替的な構成の蛇行経路１８０で形成されてもよい。
【００５８】
図２２の方法４００のステップ４０８は、脆弱部分１６０が延伸フィルム１３２の延伸方向１３４に対してほぼ平行に位置するように、延伸フィルム１３２を形成することを含んでもよい。例えば、図２は、複合材料製品１００の一実施形態を図示し、脆弱部分１６０は、フィルム１２０の延伸方向１３４に対して平行な長手方向経路１６２を形成する。代替的には、図１９は、波状複合材料製品２００を図示し、波状フィルム２０４の一部分が、波状フィルム２０４の延伸方向１３４に対して平行に配向された脆弱部分１６０を備え、波状フィルム２０４の一部分が、波状フィルム２０４の延伸方向１３４に対して垂直に配向された脆弱部分１６０を備える。上述のように、波状フィルム２０４は、延伸方向１３４に対して平行または垂直のいずれかに配向された脆弱部分１６０を有するようには限定されず、波状フィルム２０４の延伸方向１３４に対して任意の角度で配向された脆弱部分１６０を備えてもよい。
【００５９】
図２３は、複合材料製品１００（図１）を製造する方法５００の流れ図である。方法５００のステップ５０２は、少なくとも１つの非脆弱部分１４０（図２）および少なくとも１つの脆弱部分１６０（図２）をそれぞれが有する複数の延伸フィルム１３２（図２）を形成するステップを含んでもよい。延伸フィルム１３２の脆弱部分１６０は、ライン１７６（図７）、矩形１７８（図９）の形状を有してもよく、および／または、脆弱部分１６０は、蛇行経路１８０（図１０）に沿って配向されてもよい。上述のように、脆弱部分１６０は、非脆弱部分１４０の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。
【００６０】
図２３の方法５００のステップ５０４は、積層構成１３０（図１８）に複数の延伸フィルム１３２（図１８）を配置することを含んでもよい。延伸フィルム１３２は、実質的に同一のサイズおよび／または形状で形成されてもよいが、延伸フィルム１３２は、異なるサイズおよび形状で形成されてもよい。延伸フィルム１３２は、積層構成１３０内において相互にほぼ位置合わせされた状態で整列されてもよい。
【００６１】
図２３の方法５００のステップ５０６は、延伸フィルム１３２（図１９）の１つの延伸方向１３４（図１９）が別の延伸フィルム１３２の延伸方向１３４に対して所望の配向で配向されるように、延伸フィルム１３２を配向することを含んでもよい。例えば、図２に示す実施形態においては、第１の延伸フィルムの延伸方向１３４は、第２の延伸フィルム３２０の延伸方向１３４に対してほぼ垂直に配向されてもよい。延伸方向１３４を相互に非平行に配向することにより、複合材料製品１００（図１９）は、脆弱部分１６０（図１９）においてフィルムが初めに破壊を生じることによって、発射体の運動エネルギーを吸収する能力の向上を実現し得る。上述のように、フィルム１２０（図１９）の脆弱部分１６０が初めに破壊されることによって、フィルム１２０の非脆弱部分１４０（図１９）の撓曲および伸長が増加することが続く可能性がある。フィルム１２０の非脆弱部分１４０の撓曲および伸長により、フィルム１２０の比較的広い部分の関与が得られ、これにより、複合材料製品１００の総エネルギー吸収能力が上昇し得る。
【００６２】
図２３の方法５００のステップ５０８は、延伸フィルム１３２間に配置され得る接着層１１２を用いて延伸フィルム１３２同士を相互に結合することを含んでもよい。図２および図１９に示すように、１つまたは複数の隣接し合う対のフィルム１２０が、延伸フィルム１３２の接合表面に沿ってフィルム１２０同士を一体的に結合するための接着層１１２を備えてもよい。
【００６３】
図２４の方法５００のステップ５１０は、接着層１１２（図１９）を硬化および／または固化することを含んでもよい。例えば、熱および／または圧力が、複合材料製品１００（図１９）に対して加えられてもよい。熱により、接着層１１２の粘度の低下が引き起こされてもよく、これにより、延伸フィルム１３２（図１９）の結合が促進され得る。圧力は、複合材料製品１００を強固にするために加えられてもよい。
【００６４】
図２４は、複合材料製品１００を使用する方法６００の流れ図である。方法６００のステップ６０２は、複数のフィルム１２０を有する複合材料製品１００（図１）を形成することを含んでもよく、各フィルム１２０が、上述のような脆弱部分１６０（図２）および非脆弱部分１４０（図２）を有してもよい。脆弱部分１６０は、非脆弱部分１４０の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有してもよい。
【００６５】
図２４の方法６００のステップ６０４は、非荷重条件下に複合材料製品１００（図１）を設置または維持することを含んでもよい。非荷重条件は、複合材料製品１００の静的条件を含んでもよい。例えば、複合材料製品１００は、静止状態または実質的に不動状態にあるビークル７０１（図２５）の一部分を構成してもよい。一実施形態においては、ビークル７０１は、航空機７００（図２５）を含んでもよい。
【００６６】
図２５を参照すると、本明細書において開示されるような複合材料製品１００（図１）の１つまたは複数の実施形態を組み込み得る航空機７００の斜視図が示される。航空機７００は、一対の翼７０４および尾セクション７０８を有する胴体７０２を備えてもよく、尾セクション７０８は、垂直安定板７１２および水平安定板７１０を備えてもよい。航空機７００は、操縦翼面７０６および推進装置７１４をさらに備えてもよい。航空機７００は、本明細書において開示されるような複合材料製品１００の中の１つまたは複数を組み込み得る様々なビークルの中の１つを一般的に表すものであり得る。
【００６７】
一実施形態においては、複合材料製品１００（図１）は、複合材料パネル１０４（図１）を備えてもよい。非荷重条件下においては、複合材料パネル１０４に対する荷重は、複合材料パネル１０４の質量に対して作用する重力による静荷重または航空機７００（図２５）に対して作用する他の静荷重に限定され得る。非荷重条件の一例は、航空機７００が空港の舗装路上に駐機されている場合などに、航空機７００の胴体７０２（図２５）が加圧を受けない状態を含み得る。
【００６８】
図２４の方法６００のステップ６０６は、ビークルが移動中であり、および／または複合材料パネル１０４（図１）が動荷重を受け得る、荷重条件下に複合材料製品１００（図１）を設置することを含んでもよい。例えば、このビークルは、離陸時に滑走路上を移動中の航空機７００（図２５）を含んでもよい。また、荷重条件は、航空機７００の胴体７０２（図２５）が加圧される状態を含んでもよい。この荷重条件下においては、複合材料製品１００に対する荷重は、圧縮荷重、引張荷重、剪断荷重、ねじり荷重、またはそれらの任意の組合せの中の任意の１つを含んでもよい。
【００６９】
本開示の一態様によれば、複数のフィルムを有する複合材料製品を形成するステップであって、各フィルムが非脆弱部分および脆弱部分を有し、脆弱部分が非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有する、ステップと、非荷重条件下に複合材料製品を設置するステップと、荷重条件下に複合材料製品を設置するステップとを含む、複合材料製品を使用する方法が提供される。有利には、非荷重条件は、ビークルが実質的に移動中ではないことに関連するものであり、荷重条件は、移動中の車両に関連するものである。
【００７０】
本開示の一態様によれば、非脆弱部分および脆弱部分をそれぞれが有する複数の延伸フィルムを形成するステップであって、脆弱部分が非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有する、ステップと、積層構成で複数の延伸フィルムを配置するステップとを含む、複合材料製品を形成する方法が提供される。有利には、少なくとも一対の延伸フィルムを接着により結合するさらなるステップが存在する。有利には、ライン、矩形形状、および蛇行経路の中の少なくとも１つの形状で脆弱部分を形成するさらなるステップが存在する。
【００７１】
本開示の一態様によれば、積層構成に配置された複数のフィルムを備える複合材料製品であって、フィルムの中の少なくとも１つが、非脆弱部分および脆弱部分を有し、脆弱部分が、非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有する、複合材料製品が提供される。有利には、少なくとも一対のフィルムの間に配置された接着層が存在する。有利には、この特性は、引張強度、引張係数、および終局歪みの中の少なくとも１つを含む特性を含む。有利には、脆弱部分は、以下の形状、すなわちライン、矩形、および蛇行経路の中の少なくとも１つを有する。有利には、フィルムの中の少なくとも１つが、脆弱部分の長手方向に対してほぼ平行に配向された延伸方向を有する延伸フィルムを備える。有利には、延伸フィルムは、一方向に延伸されたものおよび二方向に延伸されたものの一方である。有利には、フィルムは、積層構成に配置された波状フィルムを備える。有利には、一対の面シートが、波状フィルムの積層構成の両側に取り付けられる。
【００７２】
本開示の一態様によれば、非脆弱部分と、非脆弱部分の特性よりも低い少なくとも１つの特性を有する脆弱部分とを備える、複合材料製品用のフィルムが提供される。有利には、フィルムは、熱可塑性材料、熱硬化性材料、および金属材料の中の少なくとも１つから形成される。有利には、フィルムは、熱可塑性材料から形成された延伸フィルムを備える。有利には、フィルムは、少なくとも一対のフィルムの間に配置された接着層をさらに備える。
【００７３】
本開示のさらなる変更および改良は、当業者には明白であろう。したがって、本明細書において説明および図示されるパーツのこれらの特定の組合せは、本開示の特定の実施形態のみを表すように意図され、本開示の趣旨および範囲内に代替的な実施形態またはデバイスを限定するものとしては意図されない。
【符号の説明】
【００７４】
１００    複合材料製品
１０２    製品表面
１０４    複合材料パネル
１０６    上側
１０８    下側
１１０    基材材料
１１２    接着層
１２０    フィルム
１２２    フィルム長さ
１２４    フィルム幅
１２６    フィルム厚さ
１２８    フィルム表面
１３０    積層構成
１３２    延伸フィルム
１３４    延伸方向
１３６    横方向
１４０    非脆弱部分
１４２    非脆弱部分長さ
１４４    非脆弱部分幅
１４６    非脆弱連結部
１４８    相互整列構成
１５０    スタッガ状構成
１５２    リボン形状構成
１５４    ほぼ細長い断面形状
１６０    脆弱部分
１６２    長手方向経路
１６４    長手方向脆弱セグメント
１６６    横方向脆弱セグメント
１６８    脆弱部分長さ
１７０    脆弱部分幅
１７２    脆弱部分深さ
１７４    脆弱部分厚さ
１７６    ライン
１７８    矩形
１８０    蛇行経路
１８２    段形状部
１８４    正弦波形状部
１９０    化学修飾部
１９２    形状変更部
１９４    局所的低下部
１９６    連続刻み目
１９８    圧痕部
２００    波状複合材料製品
２０２    面シート
２０４    波状フィルム
２０６    正弦波断面形状
２１０    リッジ
２１２    リッジ配向
２１４    トラフ
２１６    隙間
２１８    充填基材
２２０    脆弱部分
２９８    対
３００    第１の延伸フィルム
３２０    第２の延伸フィルム
７００    航空機
７０１    ビークル
７０２    胴体
７０４    翼
７０６    操縦翼面
７０８    尾セクション
７１０    水平安定板
７１２    垂直安定板
７１４    推進装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【外国語明細書】
2014000808000001.pdf
2014000808000002.pdf
2014000808000003.pdf
2014000808000004.pdf