(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化ポリマー樹脂の製造方法であって、
強化する繊維（２４）を、第１のポリマー樹脂（２６）を用いてコーティングすることと、
第１のポリマー樹脂（２６）のコーティングの上に第３のポリマー樹脂（２８）のコーティングを塗布することと、
コーティングされた繊維を、第２のポリマー樹脂（２２）に埋め込むことと
を含み、第１のポリマー樹脂のねじれ変形能力は第２のポリマー樹脂（２２）よりも大きく、第３のポリマー樹脂（２８）のねじれ変形能力は、第１のポリマー樹脂（２６）よりも大きい、方法。
【請求項２】
第１のポリマー樹脂（２６）は繊維（２４）と比べて耐熱であるエポキシ樹脂である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
繊維（２４）の弾性率は、第１のポリマー樹脂（２６）の弾性率より高い、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
繊維（２４）を、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より選択することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
向上したねじれ変形能力を有する繊維強化樹脂複合材料であって、
ポリマー樹脂マトリックス（２２）、
マトリックス中に保持された強化繊維（２４）、及び
繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善するための、繊維上のコーティング（２６、２８）を含み、コーティング（２６、２８）は、各々がポリマー樹脂マトリックス（２２）の変形能力よりも大きいそれぞれ異なるねじれ変形能力を有するポリマー樹脂の外側層（２８）及び内側層（２６）を含んでいて、ポリマー樹脂の外側層（２８）のねじれ変形能力はポリマー樹脂の内側層（２６）よりも大きい、繊維強化樹脂複合材料。
【請求項６】
繊維（２４）にはポリマー樹脂マトリックス（２２）が含浸している、請求項５に記載の繊維強化樹脂複合材料。
【請求項７】
繊維（２４）は、それぞれ異なる剛性または強度を有する少なくとも二組の繊維を含んでいる、請求項５または６に記載の繊維強化樹脂複合材料。
【請求項８】
繊維は、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より選択される、請求項５から７のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、繊維強化樹脂複合材料に関するものであり、具体的には、複合構造の機械的性能を向上させるためにねじれ樹脂でコーティングした繊維を有する複合材料を扱う。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材料では、繊維と周囲のマトリックスとの間のマイクロスケールレベルの荷重伝達の効率が、連続体レベルで複合体の全体的な機械的性能に直接影響を与える。繊維の存在によって実質的に影響されうるマトリックスの領域は、時に「相間領域」と呼ばれ、繊維を直接取り囲むマトリックスの界面領域である。複合材料では、繊維と周囲のマトリックスとの間での弾性剛性の不整合に起因する高い剪断ひずみを受けるのはこの相間領域である。
【０００３】
ポリマー樹脂のねじれ能力を最大化するために種々の樹脂マトリックス組成が開発されてきたが、高い性能を呈しうる組成は、例えば、限定された流体抵抗、並びに不十分な粘着性及び／又はプリプレグの取扱寿命といった目標に満たないプリプレグの取扱特性などの限界を有する。これらの問題は、マトリックスを形成するバルクポリマー樹脂の化学的性質を変更することによって部分的に対処することができるが、このような変更は、特殊なモノマー又は添加剤の開発を必要とする場合があり、これは製品コストを上昇させうる。さらに、これらの特殊な組成及び添加剤はマトリックス樹脂の流体抵抗を改善するかもしれないが、複合材料の他の性能特性を低下させうる。
【０００４】
繊維とマトリックスとの間での適正な荷重伝達は、炭素繊維で強化された耐熱マトリックスを用いる複合材料において、樹脂−繊維の界面で比較的高い熱ひずみが発生するために、特に問題となり得る。このような熱ひずみは、典型的に、所望の機械的特性を下回る硬化複合材料を産む原因となる微小亀裂に対する感受性を高めうる。
【０００５】
したがって、特に繊維が比較的高い弾性率を有し、マトリックスが耐熱樹脂で形成されている場合に、強化繊維と周辺の樹脂マトリックスとの間の荷重伝達能力に改善を呈する繊維強化樹脂複合材料が必要とされている。また、従来のバルク樹脂を使用し、且つ樹脂添加剤又は特殊な樹脂組成の必要性を回避するような複合材料を製造する方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
複合材料中の強化繊維は、マトリックスを形成する周囲のバルクポリマー樹脂に比べて相対的に高いねじれ変形能力を有するポリマー樹脂でコーティングされている。このコーティングは、繊維の周囲に、繊維の不連続性又は欠陥を横切る樹脂−繊維間の荷重伝達を最適化するエネルギー散逸性のねじれ相間領域を生成し、それにより複合材料の機械的特性を向上させる。高度なねじれを有する樹脂で繊維をコーティングするプロセスは、バルクマトリックス樹脂を繊維に含浸する前に行うことができるので、現在の市販の繊維を既存のプリプレグ製造プロセスに利用することができる。強度及び／又はゆがみの増加と、層間剥離及び微小亀裂に対する抵抗性の潜在的向上といった現在の複合材料の機械的性能の実質的な改善は、ねじれ繊維コーティングによって達成される。ねじれ樹脂でコーティングされた繊維の使用も、弾性繊維（例えば、限定されないが、炭素繊維）と、耐熱樹脂マトリックスとの間の樹脂−繊維界面で発生する過度の熱ひずみによる悪影響の軽減を助けることができる。高ねじれ樹脂でコーティングされた強化繊維を採用した複合構造は、重量及びコストを削減できる最適化された複合材料の設計を可能にする。
【０００７】
開示される一実施形態によれば、第１のポリマー樹脂で強化繊維をコーティングすることと、第２のポリマー樹脂に、コーティングされた繊維を埋め込むことを含む繊維強化ポリマー樹脂の作製方法が提供される。第１のポリマー樹脂のねじれ変形能力は第２ポリマー樹脂よりも大きく、第１のポリマー樹脂は、エポキシのような、高い変形能を呈するように特に設計されている種々の樹脂化学のいずれであってもよい。繊維は、第１のポリマー樹脂の弾性率と比較して高い弾性率を有することができる。この方法はさらに、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、金属繊維及びセラミック繊維からなる群より繊維を選択することを含む。この方法はまた、第１ポリマー樹脂のコーティングの上に第３のポリマー樹脂のコーティングを適用することを含み、ここで第３のポリマー樹脂は、第１のポリマー樹脂よりも大きいが第２のポリマー樹脂より小さいねじれ変形能力を有する。
【０００８】
別の実施形態によれば、ポリマー樹脂マトリックスを提供することと、樹脂マトリックスを強化する繊維を提供することとを含む繊維強化ポリマー複合材料の作製方法が提供される。この方法はさらに、マトリックス中に繊維を埋め込むことと、繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善するために、繊維とマトリックスとの間にねじれ相間領域を形成することとを含む。相間領域を形成することは、樹脂マトリックスとは異なる少なくとも１つの特性を有すポリマーねじれ樹脂で繊維をコーティングすることを含む。少なくとも１つの特性は、流体抵抗、高い弾性率、高温性能、加工性、及び取扱特性からなる群より選択される。マトリックス中に繊維を埋め込むことは、マトリックス樹脂を繊維に含浸することと、マトリックスを硬化させることとを含む。繊維を提供することは、炭素繊維、有機繊維、金属繊維及びセラミック繊維からなる群より繊維を選択することを含む。樹脂マトリックスを強化するための繊維を提供することは、それぞれ異なる弾性率を選択的に有する二組の繊維を提供することを含み、繊維とマトリックスとの間にねじれ相間領域を形成することは、各組の繊維を、各々がバルクマトリックス樹脂よりも高いねじれ変形能力を有する異なるポリマー樹脂でコーティングすることを含む。
【０００９】
開示されるさらに別の実施形態によれば、繊維強化樹脂複合材料は、ポリマー樹脂マトリックスと、マトリックス中に保持された強化繊維と、繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善する繊維上のコーティングとを含んでいる。コーティングは、樹脂マトリックスよりも大きいねじれ変形能力を有するポリマー樹脂を含んでいる。コーティングは、各々が樹脂マトリックスのねじれ変形能力よりも大きい、それぞれ異なるねじれ変形能力を有するポリマー樹脂の、第１の層及び第２の層を含む。繊維にはマトリックス樹脂が含浸されており、繊維はそれぞれ異なる剛性又は強度を有する少なくとも二組のマトリックス樹脂を含むことができる。
【００１０】
さらなる実施形態によれば、繊維強化樹脂複合材料は、ポリマー樹脂マトリックスと、マトリックス中に保持された強化繊維と、樹脂マトリックスより高いねじれ変形能力を有する相間領域とを含んでいる。相間領域は、繊維上の少なくとも第１のポリマー樹脂コーティングによって画定される。相間領域は、第１のポリマーコーティング上の第２のポリマー樹脂コーティングによって画定することができる。第１ポリマー樹脂コーティングは耐熱樹脂であってもよい。
【００１１】
繊維強化ポリマー樹脂作製方法は、
第１ポリマー樹脂で強化繊維をコーティングすることと、
コーティングされた繊維を第２ポリマー樹脂中に埋め込むことと
を含む。
【００１２】
この方法では、第１のポリマー樹脂のねじれ変形能力が第２のポリマー樹脂のねじれ変形能力よりも大きい。
【００１３】
この方法では、第１ポリマー樹脂は耐熱樹脂である。
【００１４】
この方法では、繊維は、第１ポリマー樹脂の弾性率に比べて高い弾性率を有する。
【００１５】
この方法は、さらに、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より繊維を選択することを含む。
【００１６】
この方法は、さらに、
第１のポリマー樹脂のコーティングの上に第３のポリマー樹脂のコーティングを適用することを含み、ここで、第３のポリマー樹脂は、第１のポリマー樹脂よりも大きいが第２のポリマー樹脂より小さいねじれ変形能力を有している。
【００１７】
繊維強化ポリマー複合材料の別の作製方法は、
ポリマー樹脂マトリックスを形成することと、
樹脂マトリックスを補強する繊維を提供することと、
マトリックス中に繊維を埋め込むことと、
繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善するために、繊維とマトリックスとの間にねじれ相間領域を形成することと
を含む。
【００１８】
この方法では、相間領域を形成することは、樹脂マトリックスとは異なる少なくとも１つの特性を有するポリマーねじれ樹脂で繊維をコーティングすることを含む。
【００１９】
この方法では、少なくとも１つの特性は、
流体抵抗
高弾性率、
高温性能、
加工性、及び
取扱特性
からなる群より選択される。
【００２０】
この方法では、マトリックス中に繊維を埋め込むことは、
繊維にマトリックス樹脂を含浸することと、
マトリックスを硬化させることと
を含む。
【００２１】
この方法では、繊維を提供することは、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より繊維を選択することを含む。
【００２２】
この方法では、
樹脂マトリックスを強化する繊維を提供することは、それぞれ異なる弾性率を有する二組の繊維を提供することを含み、
繊維とマトリックスとの間にねじれ相間領域を形成することは、各々がマトリックス樹脂よりも高いねじれ変形能力を有する異なるポリマー樹脂で各組に含まれる繊維をコーティングすることを含む。
【００２３】
この方法では、
相間領域を形成することは、マトリックス樹脂よりも大きいねじれ変形能力を有するポリマーねじれ樹脂で繊維をコーティングすることを含み、
マトリックス中に繊維を埋め込むことは、コーティングされた繊維を使用して繊維プリフォームを形成することと、プリフォームにマトリックス樹脂を含浸することとを含む。
【００２４】
改良されたねじれ変形能力を有する繊維強化樹脂複合材料は、
ポリマー樹脂マトリックスと、
マトリックス中に保持された強化繊維と、
繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善するための、繊維上のコーティングと
を含む。
【００２５】
この繊維強化樹脂複合材料では、
コーティングは、樹脂マトリックスよりも大きいねじれ変形能力を有するポリマー樹脂を含む。
【００２６】
この繊維強化樹脂複合材料では、
コーティングは、各々が樹脂マトリックスのねじれ変形能力よりも大きい、それぞれ異なるねじれ変形能力を有するポリマー樹脂の、第１及び第２の層を含む。
【００２７】
この繊維強化樹脂複合材料では、繊維にはマトリックス樹脂が含浸されている。
【００２８】
この繊維強化樹脂複合材料では、
繊維は、それぞれ異なる剛性又は強度を有する少なくとも二組の繊維を含む。
【００２９】
この繊維強化樹脂複合材料では、繊維は、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より選択される。
【００３０】
別の繊維強化樹脂複合材料は、
ポリマー樹脂マトリックスと、
マトリックス中に保持された強化繊維と、
樹脂マトリックスより高いねじれ変形能力を有する、繊維を取り囲む相間領域と
を含む。
【００３１】
この繊維強化樹脂複合材料では、相間領域は、繊維上の少なくとも第１のポリマー樹脂コーティングによって画定される。
【００３２】
この繊維強化樹脂複合材料では、相間領域は、第１のポリマーコーティング上の第２のポリマー樹脂コーティングによって画定される。
【００３３】
この繊維強化樹脂複合材料では、第１のポリマー樹脂コーティングは耐熱樹脂である。
【００３４】
強度を高めた繊維強化樹脂複合材料のさらなる作製方法は、
それぞれ異なる第１組及び第２組の強化繊維を提供することであって、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、金属繊維及びセラミック繊維からなる群より、第１組及び第２組の各々に含まれる繊維を選択することを含む、第１組及び第２組の強化繊維を提供することと、
第１組に含まれる各繊維に、少なくとも１つの第１のポリマー樹脂のコーティングを塗布することと、
第２組に含まれる各繊維に、少なくとも１つの第２のポリマー樹脂のコーティングを塗布することであって、第１及び第２のポリマー樹脂の各々はそれぞれ異なる特性を有する、塗布することと、
第１及び第２の組に含まれる繊維に、第１及び第２の樹脂の各々より小さいねじれ変形能力を有するポリマー樹脂を含浸することと、
含浸させた繊維を硬化させて、繊維が埋め込まれた実質的に均一な樹脂マトリックスを形成することであって、繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善する相間領域が繊維とマトリックスとの間に存在している、樹脂マトリックスを形成することと
を含む。
【００３５】
また別の繊維強化樹脂複合材料は、
異なる繊維特性をそれぞれ有する少なくとも二組の強化繊維であって、各組が、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、金属繊維及びセラミック繊維の一つを含む、少なくとも二組の強化繊維と、
第１の組に含まれる繊維上の、第１のポリマー樹脂のコーティングと、
第２の組に含まれる繊維上の、第２のポリマー樹脂のコーティングと、
第１及び第２の組の繊維を保持し、第１及び第２のポリマー樹脂よりも小さいねじれ変形能力を有するポリマー樹脂マトリックスと
を含んでおり、繊維上のコーティングが、繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善するための相間領域を形成している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、ねじれ樹脂をコーティングした強化繊維を用いた複合材料の機能的ブロック図である。
【図２】図２は、ねじれ樹脂をコーティングした直径の小さなフィラメントの束を用いた繊維トウ又はストランドの断面図ある。
【図３】図３は、図２に「３」で示した領域を示す、ねじれ樹脂をコーティングしたフィラメントの断面図である。
【図４】図４は、ねじれ樹脂コーティングを有する個々のフィラメントの断面図である。
【図５】図５は、図３と同様の図であるが、異なる弾性率又は強度とねじれ樹脂コーティングとを有する二種類の強化繊維の使用を示す。
【図６】図６は、複数のねじれ樹脂コーティングを有する繊維の断面図である。
【図７】図７は、ねじれ樹脂でコーティングされた不連続な強化繊維を有する複合材料の断面図である。
【図８】図８は、ねじれ樹脂でコーティングされた繊維を用いた複合構造の製造方法のフロー図である。
【図９】図９は、航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図１０】図１０は航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１〜４に示すように、複合材料２０は、バルク樹脂マトリックス２２中に埋め込まれた強化繊維２４を備える。強化繊維２４は、連続でも、不連続（例えば、短繊維）でもよく、限定しないが、炭素、ガラス、有機物、金属、セラミック、及びその他を含む様々な材料のいずれかから形成することができる。開示された実施形態によれば、繊維２４は、その上に、周囲のバルク樹脂マトリックス２２のねじれ変形能力より高いねじれ変形能力を有するポリマーねじれ樹脂コーティング２６を有している。ねじれコーティング２６により、極限強度及び／又はひずみの増大、並びに層間剥離及び微小亀裂に対する抵抗性の潜在的改善といった、複合材料２０の機械的性能の大幅な改善がもたらされる。
【００３８】
樹脂コーティング２６のねじれ変形能力は、ミーゼスひずみ能力の観点から表現することができ、繊維２４と周囲の樹脂マトリックス２２との間に最適な樹脂−繊維間の荷重伝達能力を達成するために、バルク樹脂マトリクス２２より高い。ミーゼスひずみ又は応力は、材料中の任意の地点における主な応力の組み合わせから得られる指標であり、材料のいずれの地点で応力により故障が発生するかを決定することができる。マトリックス２２を形成するバルクポリマー樹脂は、低いミーゼスひずみ能力に現れる、繊維２４より低いねじれ能力を有し、複合材料２０の全体的な機械的性能は、繊維２４の各々をとり囲む個別のねじれ相間領域２５を形成することにより大幅に向上する。相間領域２５は、複合材料２０中において、繊維２４とマトリックス２２との間の弾性剛性の不整合に起因する高い剪断ひずみを受ける領域である。加えられた力に対するポリマー樹脂マトリックス２２のねじれ又は偏差応答は、ひずみバイアスに応答するポリマー鎖の特定の容積又はセグメントの急激なせん断変換又は共同運動とみなすことができる。繊維２４上のねじれ樹脂コーティング２６は、特にマトリックス２２に耐熱樹脂を用いた複合材料２０において、相間領域２５に生じる過度の熱ひずみによって生成される横方向の微小亀裂の影響を軽減するのにも有益でありうる。
【００３９】
このねじれ樹脂コーティング２６は、米国特許第７７４５５４９号に記載のポリマー樹脂と類似であり、同特許の開示内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。前述の米国特許の開示されたポリマー樹脂は、ミーゼスひずみ関係に表されるように、ねじれ変形の増大、及び／又は膨張負荷の低減を呈す。先述の米国特許に説明されているように、繊維性能は、既知の複合材料に使用される熱硬化樹脂のマトリックスに必須のねじれ能力が低いことによる限界を有する。この先行米国特許に開示された複合ポリマーマトリックスでは、ねじれ変形が改善され（すなわち増大し）、及び／又は膨張負荷が減少（すなわち低下）しており、ミーゼスひずみが増大し、複合材料の性能が強化されている。
【００４０】
ねじれ能力が改善された樹脂は、繊維中の故障発生部位と考えられる繊維中のマイクロスケールの欠陥の周囲で、繊維に荷重がかかるときに繊維の長手軸に沿って加重を伝達することができると仮定することができる。欠陥の周囲に荷重を再分配することができることにより、繊維は故障せずに負荷を支持し続けることができる。加えられた力に応答してねじれを受けるポリマーマトリックスの能力の分子的基礎は、ポリマー鎖の特定の容積又はセグメントの共同運動によるものと理論化されている。したがって、加えられた力と共形に調整することができる分子構造は、そのねじれ応答を受けて増加させるポリマーの能力を強化する。
【００４１】
図２は、マトリックス２２（図１）を形成する樹脂を予め含浸した単一の繊維トウを示しており、各々がマトリックス樹脂によって囲まれたねじれコーティング２６を有する個々のフィラメント又は繊維２４の重複を含んでいる。ねじれ樹脂コーティング２６は、限定しないが、浸漬、及び噴霧を含む様々な従来技術のいずれかを用いて繊維２４に適用することができる。コーティング２６の厚さ「ｔ」（図４）は、複合材料２０の特定の用途及び性能要件によって決まる。バルク樹脂マトリックス２２は、高性能な構造複合材に使用される種々のポリマー樹脂のいずれかを含むことができる。
【００４２】
前述のように、繊維強化複合材料では、マイクロスケールレベルでの強化繊維２４と周囲のマトリックス２２との間の荷重伝達の効率が、実質的に複合材料２０の全体的な機械的性能に影響を与える。繊維２４の存在によって影響を受けるマトリックス２０の重要な領域は、相間領域２５である。この相間領域２５は、繊維２４の高い弾性剛性と周囲のマトリックス２２の低い弾性剛性との不整合に起因する相対的に高いせん断ひずみを受ける。
【００４３】
マトリックス２２を形成するポリマー樹脂は、ねじれ樹脂コーティング２６とは異なる所望の物理的特性を有する任意の適切な市販の又は特別仕様の樹脂系とすることができる。このような物理的特性の相違により、ねじれ樹脂コーティング２６は、マトリックス２２よりも高いねじれ能力を有する。例えば、限定しないが、マトリクス２２に使用されてそのねじれ能力に影響を及ぼすバルクポリマー樹脂の典型的な物理的特性には、限定されないが、ねじれ樹脂コーティング２６と比較した場合の、優れた流体抵抗、高い弾性率、高い高温性能、加工性及び／又は取扱特性の向上（例えば、粘着性の度合い及び粘着性の持続性）が含まれる。
【００４４】
複合材料２０がプリプレグから製造される場合、繊維２４にマトリックス２２を形成するバルク樹脂を含浸する前に、ポリマーねじれ樹脂コーティング２６を繊維２４に適用することができる。コーティング２６を適用した後で繊維２４を含浸することにより、繊維２４をコーティングするために種々の周知のプロセスを用いることができる。硬化後、樹脂を含浸した、コーティングされた繊維２４は、周囲のマトリックス２２に埋め込まれる。複合材料２０は、ねじれ樹脂をコーティングした繊維プリフォーム（図示せず）に、マトリックス樹脂を注入することにより製造することもできる。樹脂を注入したプリフォームを硬化させる間に、ねじれ樹脂コーティングされた繊維はマトリックス２２に埋め込まれる。
【００４５】
図５は、高い弾性と低い弾性をそれぞれ有する二組の強化樹脂２４ａ、２４ｂを有する複合材料２０を示している。異なる弾性率を有する繊維２４ａ、２４ｂを有する複合材料２０は、時にハイブリッド複合材料と呼ばれる。繊維２４ａ、２４ｂの弾性係数が異なることにより、これらの繊維２４ａ、２４ｂ間に熱的不整合が生じ、これにより複合材料２０に微小亀裂が生じうる。しかしながら、開示される実施形態によれば、繊維２４ａ、２４ｂの上にねじれ樹脂コーティング２６を適用することにより、ねじれコーティング２６の分子レベル配置により熱ひずみの不整合が調整される。いくつかの実施形態では、異なる繊維部２４ａ、２４ｂに対して、熱ひずみの不整合を調整するために役立つそれぞれ異なる物理的特性を有する異なるコーティング２６ａ、２６ｂを、それぞれ適用することができる。
【００４６】
図６に示すように、一部の用途では、繊維２４とマトリックス２２を形成する周囲のバルク樹脂との間での荷重伝達能力を増加させる遷移領域を形成するために、繊維２４の上に、それぞれ異なるねじれ変形能力を有するねじれ樹脂の多重コーティング２６、２８を適用することが望ましい。この実施例では、外側のコーティング２８のねじれ変形能力は、内側のコーティング２６よりも大きい。
【００４７】
図７は、各々がねじれコーティング２６を有する短繊維とも呼ばれる不連続な繊維３０で強化されたポリマーマトリックス２２を含む複合材料２０を示す。
【００４８】
次に図８を参照する。図８は、前述の複合材料２０を用いた複合構造体（図示せず）の製造方法の工程を概略的に示している。３２で開始され、適用に適した強化繊維２４が提供される。この繊維は、前述のように、連続していてもよく、又は不連続であってもよい。３４では、繊維２４を、マトリックス２２を形成するポリマー樹脂よりも大きいねじれ能力を有するねじれポリマー樹脂でコーティングする。
【００４９】
一実施形態では、ステップ３６で、コーティングされた繊維２４にバルクマトリックス樹脂を含浸し、そしてステップ３７において、含浸した、コーティングされた繊維２４をプリプレグに成形する。プリプレグは、プリプレグトウ、プリプレグテープ、又はプリプレグ布を含むことができる。３８では、複合構造体をレイアップし、プリプレグを用いて成形する。別の実施形態では、ステップ４０に示すように、樹脂をコーティングした繊維２４を使用して、乾燥した、又は実質的に乾燥した繊維プリフォームを生成し、ステップ４２において、例えば真空補助樹脂トランスファー成形法を用いて、このプリフォームにバルクマトリックス樹脂を注入する。最後に、４４において、構造体を硬化させる。硬化中に、ねじれ樹脂でコーティングした繊維２４を周囲のマトリックス２２に埋め込む結果、繊維２４とマトリックス２２との間に前述の相間領域２５が形成される。
【００５０】
一部の用途では、硬化プロセス中にねじれ樹脂コーティング２６の移動を制御することが必要である。この問題に対する一の解決策では、マトリックス２２を形成するバルク樹脂よりも高い粘度を有するようにねじれポリマー樹脂コーティング２６を配合する。硬化時、ねじれ樹脂２６は、その高い粘度と流れにくいこととにより繊維の表面に保持される。この問題の別の解決法は、繊維２４をコーティングした後で、ねじれコーティングを有する繊維２４を、適切に上昇させた温度に曝すことにより、ねじれ樹脂をわずかに交差結合（硬化）させ、それによりその粘度及び繊維２４に対する接着性を増加させることである。
【００５１】
次に図９及び１０を参照する。図９及び１０に示す本発明の実施形態は、図９に示す航空機の製造及び保守方法４６、及び図１０に示す航空機４８という観点から使用されている。製造前の段階では、例示的な方法４６は、航空機４８の仕様及び設計５０と、材料調達５２とを含みうる。製造段階では、航空機４８のコンポーネント及びサブアセンブリの製造５４と、システムインテグレーション５６とが行われる。ステップ５４の間に、開示される方法及び装置を利用して、部品を形成する複合部品を作製し、次いでステップ５６においてこれらの部品を組み立てる。その後、航空機４８は認可及び納品５８を経て使用６０される。顧客により使用される間に、航空機４８は定期的な整備及び保守６２（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。
【００５２】
方法４６の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
【００５３】
図１０示すように、例示的方法４６によって製造された航空機４８は、複数のシステム６６及び内装６８と共に機体６４とを含むことができる。開示される方法及び装置は、機体６４又は内装６８の部品を形成する複合部品を作製するために使用される。高レベルのシステム６６の例には、推進システム７０、電気システム７２、油圧システム７４、及び環境システム７６のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用しうる。
【００５４】
本明細書で具現化した装置は、製造及び保守方法４６の一又は複数の段階で使用可能である。例えば、製造プロセス５４に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機４８の使用中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリに類似の方法で作製又は製造される。また、一又は複数の装置の実施形態は、例えば、航空機４８の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機４８のコストを削減することにより、製造段階５４及び５６の間に利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態を、航空機４８の使用中に、例えば限定しないが整備及び保守６２に利用することができる。
【００５５】
特定の例示的実施形態に関連させて本発明の実施形態を説明したが、これらの特定の実施形態は説明を目的としているのであって、限定を目的とするものではなく、当業者には他の変形例も想起可能であろう。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
繊維強化ポリマー樹脂の製造方法であって、
強化する繊維を、第１のポリマー樹脂を用いてコーティングすることと、
コーティングされた繊維を、第２のポリマー樹脂に埋め込むことと
を含む方法。
（態様２）
第１のポリマー樹脂のねじれ変形能力は第２のポリマー樹脂よりも大きい、態様１に記載の方法。
（態様３）
第１のポリマー樹脂は耐熱樹脂である、態様２に記載の方法。
（態様４）
繊維の弾性率は、第１のポリマー樹脂の弾性率より高い、態様２に記載の方法。
（態様５）
繊維を、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より選択することをさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様６）
第１のポリマー樹脂のコーティングの上に第３のポリマー樹脂のコーティングを適用することをさらに含み、第３のポリマー樹脂のねじれ変形能力は、第１のポリマー樹脂よりも大きいが第２のポリマー樹脂よりも小さい、態様１に記載の方法。
（態様７）
向上したねじれ変形能力を有する繊維強化樹脂複合材であって、
ポリマー樹脂マトリックス、
マトリックス中に保持された強化繊維、及び
繊維とマトリックスとの間での荷重伝達を改善するための、繊維上のコーティング
を含む繊維強化樹脂複合材料。
（態様８）
コーティングは、樹脂マトリックスよりも大きいねじれ変形能力を有するポリマー樹脂を含んでいる、態様７に記載の繊維強化樹脂複合材料。
（態様９）
コーティングは、各々が樹脂マトリックスのねじれ変形能力よりも大きなそれぞれ異なるねじれ変形能力を有するポリマー樹脂の第１及び第２の層を含んでいる、態様７に記載の繊維強化樹脂複合材料。
（態様１０）
繊維にはマトリックス樹脂が含浸している、態様７に記載の繊維強化樹脂複合材料。
（態様１１）
繊維は、それぞれ異なる剛性及び強度を有する少なくとも二組の繊維を含んでいる、態様７に記載の繊維強化樹脂複合材料。
（態様１２）
繊維は、
炭素繊維、
ガラス繊維、
有機繊維、
金属繊維、及び
セラミック繊維
からなる群より選択される、態様７に記載の繊維強化樹脂複合材料。
【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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