(57)【要約】【課題】複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料の製造方法が提供される。【解決手段】方法は、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させたポリマーナノ粒子のポリマー懸濁液を生成するステップと、ポリマー懸濁液を超音波処理するステップとを含む。方法は、ＤＩ水に懸濁させたＧＯシートの酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップと、ＧＯ懸濁液を超音波処理するステップとを含む。方法は、超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理されたＧＯ懸濁液を混合するステップを含む。方法は、超音波処理された混合物を有効温度の不活性雰囲気中で加熱し、静電的相互作用反応により、静電プロセスを利用して、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子を含むナノ補強フィラー材料を得るステップを含む。方法は、ナノ補強フィラー材料を洗浄及び乾燥するステップと、複合構造のためのエポキシ樹脂系中でこれを使用するステップとを含む。【選択図】図4
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構造（２８）のためのエポキシ樹脂系（６２）のためのナノ補強フィラー材料（１５０）の製造方法（２００）であって、
（２０２）脱イオン（ＤＩ）水（１０２）に懸濁させた複数のポリマーナノ粒子（８０）を含むポリマー懸濁液（１００）を生成するステップと、
（２０４）超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）を得るために前記ポリマー懸濁液（１００）を超音波処理するステップと、
（２０６）脱イオン（ＤＩ）水（１０２）に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０）を含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６）を生成するステップと、
（２０８）超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６ａ）を得るために前記酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６）を超音波処理するステップと、
（２１０）超音波処理された混合物（１３０）を得るために前記超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）及び前記超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６ａ）を一緒に混合容器（１２４）内で混合するステップと、
（２１２）前記超音波処理された混合物（１３０）を有効温度（１３６）の不活性雰囲気（１３２）中で加熱し、静電的相互作用反応（１４２）により、個々のポリマーナノ粒子（８０ａ）を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０ａ）で均一に被覆するために静電プロセス（１４０）を利用して、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子（１５２）を含む前記ナノ補強フィラー材料（１５０）を得るステップと、
（２１４）前記ナノ補強フィラー材料（１５０）を洗浄するステップと、
（２１６）前記ナノ補強フィラー材料（１５０）を乾燥するステップと、
（２１８）前記エポキシ樹脂系（６２）に強靱化ナノ補強（１７２）を施すために前記複合構造（２８）のための前記エポキシ樹脂系（６２）中で前記ナノ補強フィラー材料（１５０）を使用するステップと
を含む方法（２００）。
【請求項２】
前記ポリマー懸濁液（１００）を生成するステップ（２０２）が、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径（８８）を有する前記複数のポリマーナノ粒子（８０）のそれぞれを含む前記ポリマー懸濁液（１００）を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項３】
前記ポリマー懸濁液（１００）を生成するステップ（２０２）が、ポリスチレン（７８ａ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）−ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＢＡ−ＰＭＭＡ）、ブチルメチルアクリレート（ＢＭＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ニトリルゴム、アクリルゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、ポリイソプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びスチレン−ブタジエンからなる群から選択されるポリマー（７８）を含む前記複数のポリマーナノ粒子のそれぞれを含む前記ポリマー懸濁液（１００）を生成するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法（２００）。
【請求項４】
前記酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６）を生成するステップ（２０６）が、約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内のシートサイズ（９８）を有する前記複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０）のそれぞれを含む前記酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６）を生成するステップを含む、請求項１、２又は３に記載の方法（２００）。
【請求項５】
前記超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）及び前記超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６ａ）を混合するステップ（２１０）が、６：１（ｗ／ｗ）の前記複数のポリマーナノ粒子（８０）対前記複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０）の比で前記超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）及び前記超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６ａ）を混合するステップを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（２００）。
【請求項６】
前記超音波処理された混合物（１３０）を加熱するステップ（２１２）が、約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の前記有効温度（１３６）で加熱するステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２００）。
【請求項７】
前記超音波処理された混合物（１３０）を加熱するステップ（２１２）が、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧（１３５）を含む有効圧力（１３４）で加熱するステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（２００）。
【請求項８】
前記超音波処理された混合物（１３０）を加熱するステップ（２１２）が、約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間（１３８）加熱するステップを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法（２００）。
【請求項９】
前記ナノ補強フィラー材料（１５０）を使用するステップ（２１８）が、航空機（１２）内のエポキシ複合構造（２８ａ）を含む前記複合構造（２８）のための前記エポキシ樹脂系（６２）中で前記ナノ補強フィラー材料（１５０）を使用するステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（２００）。
【請求項１０】
複合構造（２８）のためのエポキシ樹脂系（６２）のためのナノ補強フィラー材料（１５０）であって、
それぞれポリマーコア部（１５４）及び酸化グラフェン（ＧＯ）シェル部（１５６）を含む複数のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子（１５２）であって
超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）を得るために脱イオン（ＤＩ）水（１０２）に懸濁させ、次いで、超音波処理プロセス（１１２）により超音波処理することにより調製された、それぞれ約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径（８８）を有し、それぞれ球形状（８４）を有する複数のポリマーナノ粒子（８０）と、
前記超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）とは別に調製された超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液（１０６ａ）を得るために脱イオン（ＤＩ）水（１０２）に懸濁させ、次いで、前記超音波処理プロセス（１１２）により超音波処理することにより調製された、それぞれ約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内のシートサイズ（９８）を有し、それぞれ平面形状（９４）を有する複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０）と
を含み、
前記超音波処理されたポリマー懸濁液（１００ａ）及び前記超音波処理されたＧＯ懸濁液（１０６ａ）が混ぜ合わせられて超音波処理された混合物（１３０）が得られ、前記超音波処理された混合物（１３０）が不活性雰囲気（１３２）中で加熱され、静電プロセス（１４０）を経て、静電的相互作用反応（１４２）により、個々のポリマーナノ粒子（８０ａ）が個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０ａ）で均一に被覆され、前記ナノ補強フィラー材料（１５０）が得られ、さらに前記ナノ補強フィラー材料（１５０）が洗浄され、乾燥され、且つ前記複合構造（２８）のための前記エポキシ樹脂系（６２）中で使用される、
複数のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子（１５２）
を含む、ナノ補強フィラー材料（１５０）。
【請求項１１】
前記複数のポリマーナノ粒子（８０）のそれぞれが、ポリスチレン（７８ａ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）−ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＢＡ−ＰＭＭＡ）、ブチルメチルアクリレート（ＢＭＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ニトリルゴム、アクリルゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、ポリイソプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びスチレン−ブタジエンからなる群から選択されるポリマー（７８）を含む、請求項１０に記載のナノ補強フィラー材料（１５０）。
【請求項１２】
前記超音波処理された混合物（１３０）が、６：１（ｗ／ｗ）の前記複数のポリマーナノ粒子（８０）対前記複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０）の比を有する、請求項１０又は１１に記載のナノ補強フィラー材料（１５０）。
【請求項１３】
前記複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０）のそれぞれの前記シートサイズ（９８）が、前記複数のポリマーナノ粒子（８０）のそれぞれの前記粒径（８８）と調和して、前記個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（９０ａ）によって前記個々のポリマーナノ粒子（８０ａ）を均一に被覆するのを容易にする、請求項１０、１１又は１２に記載のナノ補強フィラー材料（１５０）。
【請求項１４】
前記超音波処理された混合物（１３０）が、約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度（１３６）で加熱され、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧（１３５）を含む有効圧力（１３４）で加熱され、且つ約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間（１３８）加熱される、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のナノ補強フィラー材料（１５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合構造のための補強材料又は強靱化材料に関し、とりわけ、航空機複合構造及び他の複合構造などの複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、その高い重量比強度、耐食性及び他の有利な特性のために、航空機、宇宙船、回転翼航空機、船舶、自動車、トラック及び他のビークルの製造における使用を含め、多種多様な構造及び構成部品において使用される。特に、航空機の構成において、胴体、翼、尾部、外板パネル及び他の航空機の構成部品を形成するために、ますます多くの複合構造及び構成部品が使用されている。
【０００３】
エポキシ樹脂は一般に、その高温性能、耐薬品性及び良好な接着特性のために、繊維補強複合材料のマトリックスとして使用される。このようなエポキシ樹脂には、硬化後は永続的に硬くなる構造的な熱硬化性ポリマーであるエポキシポリマーが含まれる。しかし、エポキシポリマーは、亀裂伝播に対して弱くなる恐れがある三次元架橋構造を有する。したがって、破壊靭性を改善するだけでなく、他の機械的特性及び他の物理特性も改善するために、補強又は強靱化フィラー材料をエポキシ樹脂に加える必要がある場合がある。
【０００４】
エポキシ樹脂のための既知の補強又は強靱化フィラー材料が存在する。例えば、このような既知の補強又は強靱化フィラー材料には、カルボキシル末端ブタジエン−アクリロニトリル（ＣＴＢＮ）ゴム及びコア−シェルガラスビーズ−ポリマーマイクロスフェアが含まれ得る。しかし、このような既知の補強又は強靱化フィラー材料は、破壊靭性を改善し得るが、強度及び熱的特性などの他の物理特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００５】
さらに、エポキシ樹脂のための既知の補強又は強靱化フィラー材料には、無機シリカナノ粒子などのナノ補強フィラー材料が含まれる。しかし、このような無機シリカナノ粒子は、重量が大きい望ましくない複合材になり得る高い密度を有する。重量が大きくなると、燃料の使用量が増えてコスト高につながるため、重量が大きい複合構造は、航空機、宇宙船及び他のビークルには望ましくない可能性がある。したがって、重量がより小さい構造の製造を可能にする複合材料が有利であり、望ましい。
【０００６】
さらに、エポキシ樹脂のための既知のナノ補強フィラー材料には、グラファイトの酸化剥離によって得られる酸化グラフェン（ＧＯ）ナノシート、すなわち、ＧＯシートなどのグラフェン及び修飾グラフェン補強フィラー材料が含まれる。酸化グラフェン（ＧＯ）シートは、多くのヒドロキシル基、エポキシ基及びカルボキシル基を有し、これらは、その表面及び縁部でエポキシ樹脂との化学的親和性があり、良好な官能基化、加工及び水溶性をＧＯシートに与える。他の物理特性を損なわずに機械的特性を向上させるために、０．１〜３重量％（重量パーセント）の極めて低い添加レベルで酸化グラフェン（ＧＯ）シートの調査が行われた。しかし、粒子の凝集など、様々な問題が存在し得る。さらに、このようなＧＯシートの形状及びサイズがどのように制御され得るのかについては十分理解されておらず、これは複合材の得られる特性に影響し得る。
【０００７】
さらに、このような既知の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（ナノシート）は、合成後に乾燥プロセスを経ると、望ましくないことに再び自己積層する恐れがある。個々のＧＯシートの再積層を防止又は回避するために、溶媒の使用が必要になることもある。しかし、何らかの残留溶媒が存在すると、ＧＯシートとエポキシ樹脂マトリックスの間の架橋反応を妨害する可能性があり、エポキシ樹脂マトリックスの機械的特性に悪影響を及ぼす恐れがある。何らかの残留溶媒の存在を防止又は回避するために、溶媒除去が必要になることもある。このような溶媒除去には、溶媒を除去するための真空オーブン又は別の溶媒除去装置の使用が必要になることもある。このような溶媒除去は非常に時間がかかる（すなわち、２３ｈ（２３時間）以上）ことがあり、非常に費用がかかることがある。ＧＯ被覆無機シリカナノ粒子の合成には無溶媒添加が利用されてきたが、ポリマーナノ粒子などのＧＯ被覆有機ナノ粒子の合成に無溶媒添加が必要とされている。
【０００８】
さらに、エポキシ樹脂のための既知のナノ補強フィラー材料には、ポリマーナノ粒子などのナノ粒子と共に使用される既知の酸化グラフェン（ＧＯ）シート（ナノシート）が含まれる。しかし、このような既知のＧＯ被覆ポリマーナノ粒子には、３５０ｎｍ（ナノメートル）〜数ミクロンのサイズの範囲のポリマーナノ粒子が含まれ、これには、大きいサイズのＧＯシートの使用が必要になることもある。大きいポリマーナノ粒子は、ＧＯシートとエポキシ樹脂マトリックスの間の相互作用又は界面の表面積を小さくする可能性がある。
【０００９】
さらに、大きいサイズのＧＯシートは単一のＧＯシートで多くの粒子を覆い、粒子構造を凝集させる可能性がある。単一のＧＯシート内の被覆された凝集粒子は、樹脂マトリックスとのエポキシの硬化反応を妨害する可能性があり、これは、不満足なナノ補強フィラー材料の機械的特性につながる恐れがある。
【００１０】
したがって、当技術分野において、エポキシ樹脂マトリックスとの相互作用を向上させ、無溶媒であり、合成時間又は生産時間を短縮し、複合構造の重量を小さくし、既知のナノ補強フィラー材料及び方法に比べて利益を提供する、複合構造のためのエポキシ樹脂系と共に使用される改善されたナノ補強フィラー材料及びその製造方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この改善されたナノ補強フィラー材料及びその製造方法の必要が満たされる。以下の詳細な説明で述べる通り、改善されたナノ補強フィラー材料及びその製造方法の実施形態は、既知の材料及び方法に比べて著しい利益を提供し得る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の実施形態において、複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料の製造方法が提供される。方法は、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数のポリマーナノ粒子を含むポリマー懸濁液を生成するステップを含む。方法はさらに、超音波処理されたポリマー懸濁液を得るためにポリマー懸濁液を超音波処理するステップを含む。
【００１３】
方法はさらに、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップを含む。方法はさらに、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を得るために酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を超音波処理するステップを含む。
【００１４】
方法はさらに、超音波処理された混合物を得るために超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を一緒に混合容器内で混合するステップを含む。方法はさらに、超音波処理された混合物を有効温度の不活性雰囲気中で加熱し、静電的相互作用反応により、個々のポリマーナノ粒子を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートで均一に被覆するために静電プロセスを利用して、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子を含むナノ補強フィラー材料を得るステップを含む。
【００１５】
方法はさらに、ナノ補強フィラー材料を洗浄するステップと、ナノ補強フィラー材料を乾燥するステップとを含む。方法はさらに、エポキシ樹脂系に強靱化ナノ補強を施すために複合構造のためのエポキシ樹脂系中でナノ補強フィラー材料を使用するステップを含む。
【００１６】
本開示の別の実施形態において、複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料の製造方法が提供される。方法は、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子を含むポリスチレン（ＰＳ）懸濁液を生成するステップを含む。複数のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子のそれぞれは、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径を有する。方法はさらに、超音波処理されたポリスチレン（ＰＳ）懸濁液を得るためにポリスチレン（ＰＳ）懸濁液を超音波処理するステップを含む。
【００１７】
方法はさらに、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップを含む。方法はさらに、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を得るために酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を超音波処理するステップを含む。
【００１８】
方法はさらに、超音波処理された混合物を得るために超音波処理されたポリスチレン（ＰＳ）懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を一緒に混合容器内で混合するステップを含む。方法はさらに、超音波処理された混合物を約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度の不活性雰囲気中で加熱し、静電的相互作用反応により、個々のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートで均一に被覆するために静電プロセスを利用して、ポリスチレン−ＧＯコア−シェルナノ粒子を含むナノ補強フィラー材料を得るステップを含む。
【００１９】
方法はさらに、ナノ補強フィラー材料を洗浄するステップと、ナノ補強フィラー材料を乾燥するステップとを含む。方法はさらに、エポキシ樹脂系に強靱化ナノ補強を施すために複合構造のためのエポキシ樹脂系中でナノ補強フィラー材料を使用するステップを含む。
【００２０】
本開示の別の実施形態において、複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料が提供される。ナノ補強フィラー材料は、複数のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子を含む。各ポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子は、ポリマーコア部及び酸化グラフェン（ＧＯ）シェル部を含む。
【００２１】
複数のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子は、超音波処理されたポリマー懸濁液を得るために脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させ、次いで、超音波処理プロセスにより超音波処理することにより調製された複数のポリマーナノ粒子を含む。各ポリマーナノ粒子は、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径を有し、それぞれ球形状（８４）を有する。
【００２２】
複数のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子はさらに、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を得るために脱イオン（ＤＩ）水（１０２）に懸濁させ、次いで、超音波処理プロセスにより超音波処理することによる複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートを含む。超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液は、超音波処理されたポリマー懸濁液とは別に調製される。各ＧＯシートは、約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内のシートサイズを有し、それぞれ平面形状を有する。
【００２３】
超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理されたＧＯ懸濁液が混ぜ合わせられて超音波処理された混合物が得られる。超音波処理された混合物は、不活性雰囲気中で加熱され、静電プロセスを経て、静電的相互作用反応により、個々のポリマーナノ粒子を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートで均一に被覆し、ナノ補強フィラー材料を得る。ナノ補強フィラー材料はさらに洗浄され、乾燥され、且つ複合構造のためのエポキシ樹脂系中で使用される。
【００２４】
述べた形態、機能及び利点は、本開示の様々な実施形態において独立して実現することができて、又は、さらに別の実施形態において組み合わせてもよく、さらにその詳細は、以下の説明及び図面を参照することによって分かる。
【００２５】
本開示は、好ましい例示的な実施形態を示すが必ずしも原寸に比例して描かれていない添付図面と併せて、以下のより詳細な説明を参照してよりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示の補強フィラー材料の実施形態で補強された１つ又は複数の複合構造を組み込むことができる航空ビークルの斜視図の例示である。
【図２】航空機の製造及び保守点検方法のフロー図である。
【図３】航空機のブロック図の例示である。
【図４】本開示のナノ補強フィラー材料の実施形態の生成を示す概略図である。
【図５】本開示のナノ補強フィラー材料及び生産システムの実施形態を示す機能ボックス図の例示である。
【図６Ａ】本開示の方法の例示的な実施形態のフロー図の例示である。
【図６Ｂ】本開示の方法の別の例示的な実施形態のフロー図の例示である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
ここで、一部であってすべてではない開示されている実施形態を示す添付図面を参照して開示されている実施形態を以下でさらに詳しく説明する。実際、いくつかの異なる実施形態が記載され得るが、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全になり、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように記載される。
【００２８】
ここで図を参照すると、図１は、本開示のナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の実施形態で補強された、エポキシ複合構造２８ａの形態などの１つ又は複数の複合構造２８を組み込むことができる、航空機１２の形態などの航空ビークル１０の斜視図の例示である。図１にさらに示す通り、航空機１２の形態などの航空ビークル１０は、胴体１４、機首１６、翼１８、エンジン２０、並びに水平安定板２４及び垂直安定板２６を含む尾翼２２を含む。
【００２９】
図１に示す航空ビークル１０は一般に民間旅客航空機を表すが、開示されている実施形態の教示は、他の旅客航空機、貨物航空機、軍用航空機、回転翼航空機及び他のタイプの航空機又は航空ビークル、並びに航空宇宙ビークル、人工衛星、宇宙発射ビークル、ロケット及び他の航空宇宙ビークルに適用されてもよい。また、本開示に従って、ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の１つ又は複数の実施形態で補強された複合構造は、ボート及び他の船舶、列車、自動車、トラック、バスなどの他の輸送ビークル、又は他の適した輸送ビークルにおいて利用されてもよいと理解することができる。
【００３０】
ここで図２及び図３を参照すると、図２は航空機の製造及び保守点検方法３０のフロー図であり、図３は航空機４６のブロック図の例示である。本開示の実施形態は、図２に示す航空機の製造及び保守点検方法３０、並びに図３に示す航空機４６の文脈において記述され得る。先行生産の間、例示的な航空機の製造及び保守点検方法３０（図２参照）は、航空機４６（図３参照）の仕様及び設計３２（図２参照）並びに材料調達３４（図２参照）を含んでもよい。製造の間、航空機４６（図３参照）の構成要素及び部分組立品の製造３６（図２参照）並びにシステム統合３８（図２参照）が行われる。その後、航空機４６（図３参照）は、就航中４２（図２参照）にするために、認証及び搬送４０（図２参照）を経てもよい。顧客による就航中４２（図２参照）、航空機４６（図３参照）は、定期的な整備及び保守点検４４（図２参照）（変更、再構成、改修及び他の適した保守点検を含んでもよい。）が予定されてもよい。
【００３１】
航空機の製造及び保守点検方法３０（図２参照）のプロセスのそれぞれは、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てもよい。本説明において、システムインテグレーターは、限定することなしに、任意の数の航空機メーカー及び主要システム下請業者を含んでもよく、第三者は、限定することなしに、任意の数の販売業者、下請業者及び供給業者を含んでもよく、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事実体、サービス組織及び他の適したオペレーターを含んでもよい。
【００３２】
図３に示す通り、例示的な航空機の製造及び保守点検方法３０によって生産される航空機４６は、複数のシステム５０及び内部５２を備えた機体４８を含んでもよい。図３にさらに示す通り、システム５０の例は、推進システム５４、電気システム５６、油圧システム５８及び環境システム６０のうちの１つ又は複数を含んでもよい。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙の例が示されているが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。
【００３３】
本明細書において具体化される方法及びシステムは、航空機の製造及び保守点検方法３０（図２参照）の１つ又は複数の任意の段階の間に用いられてもよい。例えば、構成要素及び部分組立品の製造３６（図２参照）に対応する構成要素又は部分組立品は、航空機４６（図３参照）が就航中４２（図２参照）に生産される構成要素又は部分組立品と同様の方法で生産又は製造されてもよい。また、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はその組み合わせは、例えば、航空機４６（図３参照）の組立を大幅に早めたり、コストを低減したりすることによって、構成要素及び部分組立品の製造３６（図２参照）並びにシステム統合３８（図２参照）の間に利用されてもよい。同様に、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、あるいはその組み合わせは、航空機４６（図３参照）が就航中４２（図２参照）、例えば、限定することなしに、整備及び保守点検４４（図２参照）に利用されてもよい。
【００３４】
ここで図４及び図５を参照すると、図４は、本開示のナノ補強フィラー材料１５０の実施形態の生成を示す概略図である。図５は、本開示のナノ補強フィラー材料１５０、１５０ａ及び生産システム７６の実施形態を示す機能ボックス図の例示である。ナノ補強フィラー材料１５０を図４及び図５と共に説明する。
【００３５】
図４は複数のポリマーナノ粒子８０を示す。複数のポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）のそれぞれは、正電荷８２（図４、図５参照）、球形状８４（図４、図５参照）、例えば、マイクロスフェア形状、及び表面８６（図５参照）、例えば、曲面を有する。
【００３６】
複数のポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）のそれぞれはポリマー７８（図５参照）を含む。ポリマー７８は、ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）のポリマーコア部１５４（図５参照）を形成する。
【００３７】
ポリマー７８（図５参照）は、ポリスチレン（ＰＳ）７８ａ（図５参照）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）−ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）（ＰＢＡ−ＰＭＭＡ）、ブチルメチルアクリレート（ＢＭＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ニトリルゴム、アクリルゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、ポリイソプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチレン−ブタジエン又は別の適したポリマーからなる群から選択される。ポリマー７８（図５参照）は好ましくは、表面官能基化あり、又はなしのアリルポリマーである。好ましくは、ポリマー７８はポリスチレン（ＰＳ）７８ａ（図５参照）である。本明細書に開示されているナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）中で使用されるポリスチレンナノ粒子８１（図５参照）は、ペンシルベニア州ウォリントンのＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．から入手することができる。
【００３８】
好ましくは、各ポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）は、約３０ｎｍ（３０ナノメートル）〜約１８０ｎｍ（１８０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。より好ましくは、各ポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）は、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。最も好ましくは、各ポリマーナノ粒子８０は、約８０ｎｍ（８０ナノメートル）〜約１００ｎｍ（１００ナノメートル）の範囲内の粒径８８を有する。
【００３９】
図４はさらに、ポリマー懸濁液１００を生成するために第１の容器１０４内の脱イオン（ＤＩ）水１０２に懸濁させた複数のポリマーナノ粒子８０を示す。生産システム７６（図５参照）はＤＩ水１０２（図５参照）を含む。好ましくは、ポリマー懸濁液１００（図５参照）はポリスチレン懸濁液１０１（図５参照）である。ポリマー懸濁液１００（図５参照）を生成又は調製するステップの一例において、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１（図５参照）は、１２ｍｇ／ｍｌ（１２ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有しており、２００ｍｌ（２００ミリリットル）のＤＩ水１０２（図５参照）中に周囲温度又は室温で懸濁させた。
【００４０】
図４はさらに、バスソニケーターなどの超音波処理装置１１０（図５も参照）を用いる浴超音波処理プロセスなどの超音波処理プロセス１１２（図５も参照）を経てＤＩ水１０２に懸濁させた複数のポリマーナノ粒子８０を含むポリマー懸濁液１００を示す。本明細書において用いられるとき、「超音波処理プロセス」は、液体中のナノ粒子を均一に分散させ、ナノ粒子のあらゆる凝集塊を崩壊させる目的で、脱イオン（ＤＩ）水などの液体中でナノ粒子などの粒子の懸濁液を撹拌するために、且つ／又は特定の化学反応を進めるためのエネルギーを供給するために、超音波又は他の超音波手段によって音響エネルギーなどのエネルギーを加えるためのプロセスを意味する。
【００４１】
図４に示す通り、超音波処理装置１１０は、第１の容器１０４内のポリマー懸濁液１００中に部分的に沈められたソニケーターなどの超音波処理プローブ部１１４を含む。超音波処理プローブ部１１４は、超音波処理される超音波処理ゾーン又は領域の直上又は近傍の強度が高度に局在する。しかし、超音波処理装置１１０は、ソニケーターとして働く超音波処理プローブ部に加えて、他の適したタイプの装置を使用してもよく、又は超音波処理装置は、バスソニケーターを備えた超音波処理浴の形態であってもよい。図４にさらに示す通り、超音波処理プローブ部１１４は、超音波処理装置１１０の超音波処理コントローラー部１１６に接続される。図４にさらに示す通り、ポリマー懸濁液１００が入った第１の容器１０４は、超音波処理装置１１０の超音波処理プラットホーム１１８上に配置される。超音波処理プローブ部１１４は、超音波処理プロセス１１２の間、ポリマー懸濁液１００中に音響エネルギー１２０を放射する。ポリマー懸濁液１００は超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）を経て、超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ（図４、図５参照）が得られる。超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ（図５参照）は、十分に分散したポリマー粒子懸濁液である。ポリマー懸濁液１００がポリスチレン懸濁液１０１（図５参照）を含み、ポリスチレン懸濁液１０１が超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）を経るとき、超音波処理されたポリスチレン懸濁液１０１ａ（図５参照）が得られる。超音波処理されたポリスチレン懸濁液１０１ａ（図５参照）は、十分に分散したポリスチレン粒子懸濁液である。好ましくは、ポリマー懸濁液１００は、約１５分〜約６０分の範囲内の時間、より好ましくは１５分の時間、周囲温度又は室温で超音波処理プロセス１１２を経る。超音波処理プロセス１１２は、ポリマーナノ粒子８０の凝集塊（すなわち、互いに密着した複数のナノ粒子）の形成の防止に役立ち、形成したポリマーナノ粒子８０の凝集塊の除去に役立つ。しかし、６０分を超えてポリマー懸濁液１００の超音波処理プロセス１１２を実施することは、超音波に過剰に暴露されることによってポリマーナノ粒子８０のモルホロジーが変形する恐れがあるため、回避したい場合がある。
【００４２】
図４はさらに、ＧＯナノシートとも呼ばれる複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０を示す。複数のＧＯシート９０（図４、図５参照）のそれぞれは、負電荷９２（図４、図５参照）、平面形状９４（図５参照）、例えば、平面のシート形状、及び滑らかな表面９６（図５参照）を有する。ＧＯシート９０のそれぞれは、ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の酸化グラフェン（ＧＯ）シェル部１５６（図５参照）を形成する。
【００４３】
複数のＧＯシート９０（図４、図５参照）のそれぞれは、強酸の存在下のグラファイトの酸化剥離又は酸化により生成されるグラフェンの酸化形態である酸化グラフェン（ＧＯ）を含む。ＧＯは、様々な酸素含有官能基（例えば、ヒドロキシル、エポキシ、カルボキシル、ケトン）を含み、これらは、その表面及び縁部でエポキシ樹脂との化学的親和性がある。ＧＯは好ましくは、エポキシ樹脂マトリックスなどの有機マトリックスに取り込むために小分子又はポリマーで官能化される。化学的又は熱的方法によるＧＯの還元は、当初のグラフェン骨格の部分的な回復を可能にする。ＧＯシートは、０．１〜３重量％（重量パーセント）の極めて低い添加レベルで、他の物理特性を損なわずに機械的特性を向上させる。
【００４４】
図４はさらに、酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６を生成するために第２の容器１０８内の脱イオン（ＤＩ）水１０２に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０を示す。ＧＯ懸濁液１０６（図４、図５参照）を生成又は調製するステップの一例において、ＧＯシート９０（図５参照）は、１ｍｇ／ｍｌ（１ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有しており、２００ｍｌ（２００ミリリットル）のＤＩ水１０２（図５参照）中に周囲温度又は室温で懸濁させた。ＧＯ懸濁液１０６の安定性は非常に高く、使用前まで３カ月以上懸濁し得る。
【００４５】
図４はさらに、バスソニケーターなどの超音波処理装置１１０（図５も参照）を用いる浴超音波処理プロセスなどの超音波処理プロセス１１２（図５も参照）を経てＤＩ水１０２に懸濁させた複数のＧＯシート９０を含むＧＯ懸濁液１０６を示す。図４に示す通り、超音波処理装置１１０は、第２の容器１０８内のＧＯ懸濁液１０６中に部分的に沈められたソニケーターなどの超音波処理プローブ部１１４を含む。しかし、超音波処理装置１１０は、ソニケーターとして働く超音波処理プローブ部に加えて、他の適したタイプの装置を使用してもよい。図４にさらに示す通り、超音波処理プローブ部１１４は、超音波処理装置１１０の超音波処理コントローラー部１１６に接続される。図４にさらに示す通り、ＧＯ懸濁液１０６が入った第２の容器１０８は、超音波処理装置１１０の超音波処理プラットホーム１１８上に配置される。超音波処理プローブ部１１４は、超音波処理プロセス１１２の間、ＧＯ懸濁液１０６中に音響エネルギー１２０を放射する。ＧＯ懸濁液１０６は超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）を経て、超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａ（図４、図５参照）が得られる。
【００４６】
好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６（図５参照）は、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１などのポリマーナノ粒子８０をコーティングするための所望のナノサイズのＧＯシート９０を得るために、有効時間の超音波処理プロセス１１２（図５参照）を経る。ＧＯ懸濁液１０６を生成するために使用されるとき、超音波処理プロセス１１２の前に、ＧＯシート９０は当初、約５００ｎｍ（５００ナノメートル）〜約５ミクロンの範囲内のシートサイズ９８（図５参照）を有する。ＧＯ懸濁液１０６は、ＧＯシート９０の横寸法など、ＧＯシート９０のシートサイズ９８（図５参照）を小さくするために、有効時間の超音波処理プロセス１１２を経る。有効時間の超音波処理プロセス１１２を経た後、ＧＯシート９０（図４、図５参照）は、好ましくは約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内、より好ましくは約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）〜約３００ｎｍ（３００ナノメートル）の範囲内、最も好ましくは約２００ｎｍ（２００ナノメートル）〜約３００ｎｍ（３００ナノメートル）の範囲内のシートサイズ９８（図５参照）を有する。
【００４７】
本明細書において用いられるとき、ＧＯシートの「シートサイズ」は、ＧＯシートの横寸法を含む、ＧＯシートの平均シート直径又は特徴的な長さスケールを意味する。個々又は単一のＧＯシート９０ａ（図５参照）のシートサイズ９８（図５参照）は、それぞれの個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）の表面８６（図５参照）を完全且つ十分に被覆するのに十分である必要があり、各ポリマーナノ粒子８０は、約３０ｎｍ（３０ナノメートル）〜約１８０ｎｍ（１８０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。各ＧＯシート９０は好ましくは、約１ｎｍ（１ナノメートル）〜約５ｎｍ（５ナノメートル）の範囲内の厚さを有する。
【００４８】
好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６は、約１ｈ（１時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の時間、周囲温度又は室温で超音波処理プロセス１１２を経る。好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６の超音波処理プロセス１１２の間、室温は、ＧＯシート９０の熱安定性の閾値未満、例えば、５０℃（摂氏５０度）未満に保たれる。一例では、ＧＯシート９０の横寸法を小さくするために、ＧＯ懸濁液１０６が、初めに、バスソニケーターの形態の超音波処理装置１１０（図４、図５参照）を室温で２ｈ（２時間）使用する超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）で超音波処理され、次いで、その後、超音波処理装置１１０及び超音波処理プローブ部１１４（図４参照）を室温で３ｈ（３時間）使用する超音波処理プロセス１１２で超音波処理された。
【００４９】
超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａ（図４、図５参照）は、別の時間で、且つ／又は別の超音波処理装置１１０（図４参照）を使用して、超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａとは別に調製される。好ましくは、超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）は、個々のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１ａ（図５参照）など、個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）を効果的且つ均一に被覆又はコーティングする所望の許容されるサイズまで個々のＧＯシート９０ａ（図５参照）の横サイズを小さくする。ＧＯシート９０がＧＯ懸濁液１０６（図４、図５参照）の形態であるとき、超音波処理プロセス１１２は、ＧＯシート９０の横サイズを小さくする好ましい方法である。
【００５０】
超音波処理プロセス１１２の代替として、ＧＯシート９０（図５参照）は、ボールミル粉砕プロセス１２２（図５参照）を経てもよい。例えば、ナノサイズのプレートレットまでのグラファイトのボールミル粉砕プロセス１２２は、超音波処理プロセス１１２なしでナノサイズのＧＯシート９０を与え得る。本明細書において用いられるとき、「ボールミル粉砕プロセス」は、静電プロセスなどのプロセスにおける使用材料を粉砕且つブレンドするボールミル粉砕機の使用を意味する。ボールミルは、材料の粉砕又は混合に使用される円筒形の装置であり、粉砕される材料及び粉砕媒体が部分的に入れられて、水平軸周りに回転する。セラミック球、フリントボール及びステンレス鋼球を含む様々な材料が媒体として使用される。内部のカスケード効果によって、微粉末になる材料が減少する。
【００５１】
図４にさらに示す通り、超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ（図５参照）及び超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａ（図５参照）が、ＤＩ水１０２が入った混合容器１２４内などで混ぜ合わせられ、ホットプレート１２６ａ又は別の適した加熱装置１２６などの加熱装置１２６で加熱されると、物理的混合物などの超音波処理された混合物１３０が得られる。超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）は、不活性雰囲気１３２（図５参照）中で加熱され、静電プロセス１４０（図４、図５参照）又は静電現象を経て、静電的相互作用反応１４２により、個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図４、図５参照）が個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０ａ（図４、図５参照）で均一に被覆され、ナノ補強フィラー材料１５０が得られる。本明細書において用いられるとき、静電プロセス又は静電現象は、電荷が互いに及ぼす力を意味し、他の表面との接触による物体表面の電荷の蓄積を伴う。
【００５２】
静電プロセス１４０（図４、図５参照）は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１ａなどの正電荷を帯びたポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）と、負電荷を帯びたＧＯシート９０（図４、図５参照）との間の静電的相互作用反応１４２（図５参照）を起こし、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２（図４、図５参照）を含むナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）が得られる。反対の電荷を帯びたポリマーナノ粒子８０とＧＯシート９０との間の静電的相互作用反応１４２（図５参照）は、自己集合化ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ｂ（図５参照）を生じる。複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０のそれぞれのシートサイズ９８（図５参照）は好ましくは、複数のポリマーナノ粒子８０のそれぞれの粒径８８と調和して、個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０ａによる個々のポリマーナノ粒子８０ａの均一で完全な被覆又はコーティングを容易にする。
【００５３】
好ましくは、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）は、約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度１３６（図５参照）の不活性雰囲気１３２（図５参照）中で加熱され、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧１３５（図５参照）を含む有効圧力１３４（図５参照）で、より好ましくは１ａｔｍ（１気圧）の気圧１３５（図５参照）で加熱され、且つ約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間１３８（図５参照）加熱される。好ましくは、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）の加熱は、約４００ｒｐｍ（４００回転／分）の混合速度１３３（図５参照）で実施される。ＧＯシート９０で被覆又はコーティングされたポリマーナノ粒子８０を生じる自己集合化ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ｂ（図５参照）の自己集合は、好ましくは、約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）かかる。
【００５４】
好ましくは、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）は、約５．５８：１．１２（ｗ／ｗ）〜約６．０９：０．９１（ｗ／ｗ）の範囲内の複数のポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）対複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０（図４、図５参照）の比を有する。より好ましくは、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）は、約６：１（ｗ／ｗ）の複数のポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）対複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０（図４、図５参照）の比を有する。
【００５５】
さらに、好ましくは、複数のポリスチレンナノ粒子８１対ＧＯシート９０の比は６：１であり、各ＧＯシート９０の滑らかな表面９６（図５参照）がポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１のものよりも多いように最適化された比である。したがって、１重量部のＧＯシート９０当たり約６重量部のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１が必要である。したがって、８５．７重量％のＰＳナノ粒子８１に対して１４．３重量％（重量パーセント）のＧＯシート９０が必要である。したがって、上限及び下限を対象に含むために、比は、１３重量％のＧＯシート９０から１６％のＧＯシートまで変化し得る。これにより、ＰＳナノ粒子対ＧＯシートは、１．１２〜５．５８から０．９１〜６．０９の範囲になる。この限界値を超える比は、コーティングされないＰＳナノ粒子８１が生じる恐れがあり、又は超音波処理された混合物１３０（図５参照）中でＧＯシート９０を失う恐れがある。
【００５６】
図４にさらに示す通り、ナノ補強フィラー材料１５０はさらに洗浄され、乾燥され、且つ使用され、又はエポキシ複合構造２８ａなどの複合構造２８のためのエポキシ樹脂系６２（図５参照）に取り込まれる。ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の乾燥は好ましくは、熱風乾燥器又は他の乾燥装置内で、４５℃（摂氏４５度）又は別の適した温度で約６〜１２時間行われる。
【００５７】
図４にさらに示す通り、ナノ補強フィラー材料１５０は、ポリマーコア部１５４及び酸化グラフェン（ＧＯ）シェル部１５６をそれぞれ含むポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２を含む。各ＧＯシェル部１５６（図４、図５参照）は、滑らかな表面９６（図５参照）を有し、ポリマーコア部１５４（図４、図５参照）を完全且つ十分に被覆又はコーティングする。
【００５８】
ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）は好ましくは、エポキシ複合構造（図４、図５参照）などの複合構造２８（図４、図５参照）のためのエポキシ樹脂系６２（図５参照）中で使用するためのものである。図５に示す通り、エポキシ樹脂系６２は、三次元（３Ｄ）架橋構造６８を有するエポキシポリマー６３を含む。図５にさらに示す通り、エポキシ樹脂系６２は、エポキシ樹脂６６の形態などのマトリックス樹脂６４を含む。エポキシ樹脂（図５参照）は、ナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）で補強されるとき、補強されたエポキシ樹脂６６ａ（図５参照）を含んでもよい。エポキシ樹脂系６２（図５参照）は、エポキシ硬化温度７０、破壊靭性７２ａ、強度７２ｂ及び他の適した機械的特性などの機械的特性７２、並びに熱安定性７４ａ及び他の適した熱的特性などの熱的特性７４を有する。
【００５９】
ナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）は、複合構造２８のためのエポキシ樹脂系６２（図５参照）中で、好ましくは航空機１２（図１、図５参照）などの航空ビークル１０（図１、図５参照）において使用される。ナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）は、ＧＯシート９０と、エポキシ樹脂系６２（図５参照）のエポキシ樹脂６６（図５参照）との間に、向上した界面領域１５８（図５参照）を有する。ナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）はさらに、ＧＯシート９０による複数のポリマーナノ粒子８０の均一な被覆１６０及び密な被覆又はコーティングを有し、ＧＯシート９０は、滑らかな被覆表面１６２（図５参照）を有する。
【００６０】
ナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）は、ＤＩ水１０２（図４、図５参照）懸濁液と、ＧＯシート９０（図５参照）の低減したひだ１６４（図５参照）、ＧＯシート９０（図５参照）の低減した再積層１６６（図５参照）、短縮した生産時間１６８（図５参照）、低減した欠陥構造レベル１７０（図５参照）、ナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）による強靱化ナノ補強１７２を実現する超音波処理プロセス１１２並びに静電プロセス１４０と、無溶媒プロセス１４４（図５参照）とによって調製される。
【００６１】
ここで図６Ａを参照すると、別の実施形態では、複合構造２８（図４、図５参照）のためのエポキシ樹脂系６２（図４参照）のためのナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の製造方法２００が提供される。図６Ａは、本開示の方法２００の例示的な実施形態のフロー図の例示である。
【００６２】
図６Ａに示す通り、方法２００は、脱イオン（ＤＩ）水１０２（図４、図５参照）に懸濁させた複数のポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）を含むポリマー懸濁液１００（図４、図５参照）を生成又は調製するステップ２０２を含む。生成ステップ２０２はさらに、複数のポリマーナノ粒子８０のそれぞれを含むポリマー懸濁液１００を生成するステップを含む。好ましくは、各ポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）は、約３０ｎｍ（３０ナノメートル）〜約１８０ｎｍ（１８０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。より好ましくは、各ポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）は、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。最も好ましくは、各ポリマーナノ粒子８０は、約８０ｎｍ（８０ナノメートル）〜約１００ｎｍ（１００ナノメートル）の範囲内の粒径８８を有する。
【００６３】
生成ステップ２０２はさらに、ポリスチレン７８ａ（図５参照）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）−ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）（ＰＢＡ−ＰＭＭＡ）、ブチルメチルアクリレート（ＢＭＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ニトリルゴム、アクリルゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、ポリイソプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、スチレン−ブタジエン又は別の適したポリマーからなる群から選択されるポリマー７８（図５参照）を含む複数のポリマーナノ粒子のそれぞれを含むポリマー懸濁液１００（図４、図５参照）を生成するステップを含む。
【００６４】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ（図４、図５参照）を得るためにポリマー懸濁液１００（図４、図５参照）を超音波処理するステップ２０４を含む。超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ（図５参照）は、十分に分散したポリマー粒子懸濁液である。超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）及び超音波処理装置１１０（図４、図５参照）は、図４及び図５を参照して上で詳細に説明されている。
【００６５】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、脱イオン（ＤＩ）水１０２（図４、図５参照）に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０（図４、図５参照）を含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６（図４、図５参照）を生成又は調製するステップ２０６を含む。生成ステップ２０６はさらに、複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０のそれぞれを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６を生成するステップを含む。ＧＯ懸濁液１０６は、ＤＩ水１０２に懸濁させた複数のＧＯシート９０を含み、バスソニケーターなどの超音波処理装置１１０（図５も参照）を使用する浴超音波処理プロセスなどの超音波処理プロセス１１２（図５も参照）を利用して、複数のＧＯシート９０をＤＩ水１０２中で懸濁させたり、又は混合したりしてもよい。
【００６６】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａ（図４、図５参照）を得るために酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６（図４、図５参照）を超音波処理するステップ２０８を含む。超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａは好ましくは、小さくなったＧＯシート９０の横寸法又はサイズを有する。プロセスパラメータ（超音波処理のエネルギー及び時間）に基づいて、ＧＯシート９０のシートサイズ９８（図５参照）を所望の通り調整したり、又は適応させたりしてもよい。超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）及び超音波処理装置１１０（図４、図５参照）は、図４及び図５を参照して上で詳細に説明されている。
【００６７】
好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６（図５参照）は、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１などのポリマーナノ粒子８０をコーティングするための所望のナノサイズのＧＯシート９０を得るために、有効時間の超音波処理プロセス１１２（図５参照）を経る。ＧＯ懸濁液１０６を生成するために使用されるとき、超音波処理プロセス１１２の前に、ＧＯシート９０は当初、約５００ｎｍ（５００ナノメートル）〜約５ミクロンの範囲内のシートサイズ９８（図５参照）を有する。ＧＯ懸濁液１０６は、ＧＯシート９０の横寸法など、ＧＯシート９０のシートサイズ９８（図５参照）を小さくするために、有効時間の超音波処理プロセス１１２を経る。有効時間の超音波処理プロセス１１２を経た後、ＧＯシート９０（図４、図５参照）は、好ましくは約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内、より好ましくは約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）〜約３００ｎｍ（３００ナノメートル）の範囲内、最も好ましくは約２００ｎｍ（２００ナノメートル）〜約３００ｎｍ（３００ナノメートル）の範囲内のシートサイズ９８（図５参照）を有する。
【００６８】
個々又は単一のＧＯシート９０ａ（図５参照）のシートサイズ９８（図５参照）は、それぞれの個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）の表面８６（図５参照）を完全且つ十分に被覆するのに十分である必要があり、各ポリマーナノ粒子８０は、約３０ｎｍ（３０ナノメートル）〜約１８０ｎｍ（１８０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。各ＧＯシート９０は好ましくは、約１ｎｍ（１ナノメートル）〜約５ｎｍ（５ナノメートル）の範囲内の厚さを有する。
【００６９】
好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６は、約１ｈ（１時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の時間、周囲温度又は室温で超音波処理プロセス１１２を経る。好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６の超音波処理プロセス１１２の間、室温は、ＧＯシート９０の熱安定性の閾値未満、例えば、５０℃（摂氏５０度）未満に保たれる。一例では、ＧＯシート９０の横寸法を小さくするために、ＧＯ懸濁液１０６が、初めに、バスソニケーターの形態の超音波処理装置１１０（図４、図５参照）を室温で２ｈ（２時間）使用する超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）で超音波処理され、次いで、その後、超音波処理装置１１０及び超音波処理プローブ部１１４（図４参照）を室温で３ｈ（３時間）使用する超音波処理プロセス１１２で超音波処理された。
【００７０】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、物理的混合物などの超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）を得るために超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ（図４、図５参照）及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａ（図４、図５参照）を一緒に混合容器１２４（図４参照）内で混合するステップ２１０を含む。超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａを混合する混合ステップ２１０は、約５．５８：１．１２（ｗ／ｗ）（重量による、ポリマーナノ粒子対ＧＯシート）〜約６．０９：０．９１（ｗ／ｗ）（重量による、ポリマーナノ粒子８０対ＧＯシート９０）の範囲内の複数のポリマーナノ粒子８０対複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０の比で超音波処理されたポリマー懸濁液１００ａ及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａを混合するステップを含む。好ましくは、比は６：１（ｗ／ｗ）（重量による、ポリマーナノ粒子８０対ＧＯシート９０）である。
【００７１】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）を有効温度１３６（図５参照）の不活性雰囲気１３２（図５参照）中で加熱し、静電的相互作用反応１４２（図５参照）により、個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０ａ（図５参照）で均一に被覆するために静電プロセス１４０（図４、図５参照）又は静電現象を利用して、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２（図４、図５参照）を含むナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）を得るステップ２１２を含む。
【００７２】
加熱ステップ２１２はさらに、超音波処理された混合物１３０を、約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度１３６で加熱するステップを含む。加熱ステップ２１２はさらに、超音波処理された混合物１３０を、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧１３５（図５参照）を含む有効圧力１３４（図５参照）で、より好ましくは１ａｔｍ（１気圧）の気圧１３５（図５参照）で加熱するステップを含む。加熱ステップ２１２はさらに、超音波処理された混合物１３０を、約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間１３８加熱するステップを含む。好ましくは、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）の加熱は、約４００ｒｐｍ（４００回転／分）の混合速度１３３（図５参照）で実施される。
【００７３】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）を洗浄するステップ２１４を含む。図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）を乾燥するステップ２１６を含む。ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の乾燥は好ましくは、熱風乾燥器又は他の乾燥装置内で、４５℃（摂氏４５度）又は別の適した温度で約６〜１２時間行われる。
【００７４】
図６Ａに示す通り、方法２００はさらに、複合構造２８（図４、図５参照）のためのエポキシ樹脂系６２（図５参照）においてナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）を使用するか、又は取り込むステップ２１８を含む。ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）は、エポキシ樹脂系６２（図５参照）に強靱化ナノ補強１７２（図５参照）を施す。
【００７５】
使用ステップ２１８はさらに、航空機１２内のエポキシ複合構造２８ａを含む複合構造２８のためのエポキシ樹脂系６２においてナノ補強フィラー材料１５０を使用するか、又は取り込むステップを含む。
【００７６】
ここで図６Ｂを参照すると、別の実施形態では、複数のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１を使用する、複合構造２８のためのエポキシ樹脂系６２のためのナノ補強フィラー材料１５０の製造方法２５０が提供される。図６Ｂは、本開示の方法２５０の別の例示的な実施形態のフロー図の例示である。
【００７７】
図６Ｂに示す通り、方法２５０は、脱イオン（ＤＩ）水１０２に懸濁させた複数のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１を含むポリスチレン（ＰＳ）懸濁液１０１を生成又は調製するステップ２５２を含む。好ましくは、各ＰＳナノ粒子８１（図５参照）は、約３０ｎｍ（３０ナノメートル）〜約１８０ｎｍ（１８０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。より好ましくは、各ＰＳナノ粒子８１（図５参照）は、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。最も好ましくは、各ＰＳナノ粒子８０は、約８０ｎｍ（８０ナノメートル）〜約１００ｎｍ（１００ナノメートル）の範囲内の粒径８８を有する。方法２５０のＰＳ懸濁液１０１を生成するステップ２５２はさらに、１２ｍｇ／ｍｌ（１２ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有するＰＳ懸濁液１０１を生成するステップ２５２を含む。ＰＳナノ粒子８１は乳化重合により合成されてもよい。ＰＳナノ粒子８１種の重合及び合成には５ｈ（５時間）〜１２ｈ（１２時間）かかり得る。
【００７８】
図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、超音波処理されたポリスチレン懸濁液１０１ａを得るためにポリスチレン懸濁液１０１を超音波処理するステップ２５４を含む。超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）及び超音波処理装置１１０（図４、図５参照）は、図４及び図５を参照して上で詳細に説明されている。
【００７９】
図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、脱イオン（ＤＩ）水１０２に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０を含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６を生成又は調製するステップ２５６を含む。方法２５０のＧＯ懸濁液１０６を生成するステップ２５６はさらに、複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０のそれぞれを含むＧＯ懸濁液１０６を生成するステップを含む。方法２５０のＧＯ懸濁液１０６を生成するステップ２５６はさらに、１ｍｇ／ｍｌ（１ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有するＧＯ懸濁液１０６を生成するステップを含む。ＧＯ懸濁液１０６は、ＤＩ水１０２に懸濁させた複数のＧＯシート９０を含み、バスソニケーターなどの超音波処理装置１１０（図５も参照）を使用する浴超音波処理プロセスなどの超音波処理プロセス１１２（図５も参照）を利用して、複数のＧＯシート９０をＤＩ水１０２中で懸濁させたり、又は混合したりしてもよい。
【００８０】
図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａを得るために酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６を超音波処理するステップ２５８を含む。超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａは好ましくは、小さくなったＧＯシート９０の横寸法又はサイズを有する。プロセスパラメータ（超音波処理のエネルギー及び時間）に基づいて、ＧＯシート９０のシートサイズ９８（図５参照）を所望の通り調整したり、又は適応させたりしてもよい。超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）及び超音波処理装置１１０（図４、図５参照）は、図４及び図５を参照して上で詳細に説明されている。
【００８１】
好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６（図５参照）は、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１などのポリマーナノ粒子８０をコーティングするための所望のナノサイズのＧＯシート９０を得るために、有効時間の超音波処理プロセス１１２（図５参照）を経る。ＧＯ懸濁液１０６を生成するために使用されるとき、超音波処理プロセス１１２の前に、ＧＯシート９０は当初、約５００ｎｍ（５００ナノメートル）〜約５ミクロンの範囲内のシートサイズ９８（図５参照）を有する。ＧＯ懸濁液１０６は、ＧＯシート９０の横寸法など、ＧＯシート９０のシートサイズ９８（図５参照）を小さくするために、有効時間の超音波処理プロセス１１２を経る。有効時間の超音波処理プロセス１１２を経た後、ＧＯシート９０（図４、図５参照）は、好ましくは約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内、より好ましくは約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）〜約３００ｎｍ（３００ナノメートル）の範囲内、最も好ましくは約２００ｎｍ（２００ナノメートル）〜約３００ｎｍ（３００ナノメートル）の範囲内のシートサイズ９８（図５参照）を有する。
【００８２】
個々又は単一のＧＯシート９０ａ（図５参照）のシートサイズ９８（図５参照）は、それぞれの個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）の表面８６（図５参照）を完全且つ十分に被覆するのに十分である必要があり、各ポリマーナノ粒子８０は、約３０ｎｍ（３０ナノメートル）〜約１８０ｎｍ（１８０ナノメートル）の範囲内の粒径８８（図５参照）を有する。各ＧＯシート９０は好ましくは、約１ｎｍ（１ナノメートル）〜約５ｎｍ（５ナノメートル）の範囲内の厚さを有する。
【００８３】
好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６は、約１ｈ（１時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の時間、周囲温度又は室温で超音波処理プロセス１１２を経る。好ましくは、ＧＯ懸濁液１０６の超音波処理プロセス１１２の間、室温は、ＧＯシート９０の熱安定性の閾値未満、例えば、５０℃（摂氏５０度）未満に保たれる。一例では、ＧＯシート９０の横寸法を小さくするために、ＧＯ懸濁液１０６が、初めに、バスソニケーターの形態の超音波処理装置１１０（図４、図５参照）を室温で２ｈ（２時間）使用する超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）で超音波処理され、次いで、その後、超音波処理装置１１０及び超音波処理プローブ部１１４（図４参照）を室温で３ｈ（３時間）使用する超音波処理プロセス１１２で超音波処理された。
【００８４】
図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、超音波処理された混合物１３０ａを得るために超音波処理されたＰＳ懸濁液１０１ａ及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａを一緒に混合容器１２４内で混合するステップ２６０を含む。超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）及び超音波処理装置１１０（図４、図５参照）は、図４及び図５を参照して上で詳細に説明されている。
【００８５】
請求項１０に記載の方法２５０の超音波処理されたＰＳ懸濁液１０１ａ及び超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａを混合するステップ２６０はさらに、約５．５８：１．１２（ｗ／ｗ）（重量による、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子対ＧＯシート）〜約６．０９：０．９１（ｗ／ｗ）（重量による、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子対ＧＯシート）の範囲内の複数のＰＳナノ粒子８０対複数のＧＯシート９０の比で超音波処理されたＰＳ懸濁液１０１ａ及び超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａを混合するステップを含む。好ましくは、複数のＰＳナノ粒子８０対複数のＧＯシート９０の比は６：１（ｗ／ｗ）である。
【００８６】
図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、超音波処理された混合物１３０ａを約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度１３６の不活性雰囲気１３２中で加熱し、静電的相互作用反応１４２により、個々のポリスチレンナノ粒子８１ａを個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０ａで均一に被覆するために静電プロセス１４０を利用して、ポリスチレン−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａを含むナノ補強フィラー材料１５０ａを得るステップ２６２を含む。
【００８７】
方法２５０の超音波処理された混合物１３０ａを加熱するステップ２６２はさらに、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧１３５（図５参照）を含む有効圧力１３４（図５参照）で、より好ましくは１ａｔｍ（１気圧）の気圧１３５（図５参照）で加熱するステップを含む。方法２５０の超音波処理された混合物１３０ａを加熱するステップ２６２はさらに、約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間１３８加熱するステップを含む。好ましくは、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）の加熱は、約４００ｒｐｍ（４００回転／分）の混合速度１３３（図５参照）で実施される。
【００８８】
図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、ナノ補強フィラー材料１５０ａを洗浄するステップ２６４を含む。図６Ｂに示す通り、方法２５０はさらに、ナノ補強フィラー材料１５０ａを乾燥するステップ２６６を含む。ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）の乾燥は好ましくは、熱風乾燥器又は他の乾燥装置内で、４５℃（摂氏４５度）又は別の適した温度で行われる。
【００８９】
図６Ｂに示す通り、方法２５０は、複合構造２８のためのエポキシ樹脂系６２においてナノ補強フィラー材料１５０ａを使用するか、又は取り込むステップ２６８を含む。ナノ補強フィラー材料１５０ａは、エポキシ樹脂系６２に強靱化ナノ補強１７２を施す。
【００９０】
実施例
１つの例示的な実施形態において、静電的相互作用反応１４２（図５参照）（すなわち、静電力）の結果、ポリスチレン（ＰＳ）−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）の形態のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子１５２（図４、図５参照）を調製して得た。
【００９１】
ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１（図５参照）を、乳化重合プロセス、すなわち、脱イオン（ＤＩ）水１０２（図４、図５参照）中のＰＳナノ粒子の分散により合成した。ビーカーの形態の第１の容器１０４（図４参照）内の２００ｍｌ（２００ミリリットル）のＤＩ水１０２に室温で懸濁させた１２ｍｇ／ｍｌ（１２ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有するＰＳナノ粒子８１を使用してポリスチレン（ＰＳ）懸濁液１０１（図５参照）を生成した。ＰＳナノ粒子８１は、１３０ｎｍ（ナノメートル）の粒径８８（図５参照）を有していた。
【００９２】
ＰＳ懸濁液１０１（図５参照）を次いで超音波処理し、超音波処理されたポリスチレン（ＰＳ）懸濁液１０１ａ（図５参照）を得た。超音波処理装置１１０（図４、図５参照）を室温で１５分間使用する超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）で、ＰＳ懸濁液１０１を第１の容器１０４（図４参照）内で超音波処理した。
【００９３】
改良したＨｕｍｍｅｒの方法、すなわち、グラファイト、硝酸ナトリウム及び硫酸の溶液に過マンガン酸カリウムを添加して酸化グラファイトを生成するために使用され、酸化グラフェンを生成するよう改良された化学プロセスにより酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０（図４、図５参照）を合成した。合成されたＧＯシートを、別のビーカーなど、第２の容器１０８（図４参照）内の２００ｍｌ（２００ミリリットル）の脱イオン（ＤＩ）水１０２（図４、図５参照）中に１ｍｇ／ｍｌ（１０ミリグラム／ミリリットル）の濃度、室温で懸濁させ、酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６（図５参照）を得た。
【００９４】
ＧＯ懸濁液１０６（図４、図５参照）を次いで超音波処理し、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液１０６ａ（図４、図５参照）を得た。合成されたＧＯシートの横寸法を５００ｎｍ（５００ナノメートル）〜５ミクロンの初期のサイズから２００ｎｍ（２００ナノメートル）〜３００ｎｍ（３００ナノメートル）に小さくするために、初めに、バスソニケーターの形態の超音波処理装置１１０（図４、図５参照）を室温で２ｈ（２時間）使用する超音波処理プロセス１１２（図４、図５参照）でＧＯ懸濁液１０６を超音波処理し、次いで、その後、超音波処理装置１１０及び超音波処理プローブ部１１４（図４参照）を室温で３ｈ（３時間）使用する超音波処理プロセス１１２で超音波処理した。超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａ及び超音波処理されたＰＳ懸濁液１０１ａを別々のビーカー内で別々に調製した。
【００９５】
超音波処理されたＰＳ懸濁液１０１ａ（図５参照）及び超音波処理されたＧＯ懸濁液１０６ａ（図５参照）を、次いで、ＤＩ水１０２（図５参照）が入った混合容器１２４（図４参照）、例えば、別のビーカー内で４００ｒｐｍ（４００回転／分）の混合速度で混ぜ合わせ、超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）を生成した。超音波処理された混合物１３０は、重量で１部のＧＯシート対６部のＰＳナノ粒子の１：６の比を有していた。超音波処理された混合物１３０（図４、図５参照）を混合し、不活性雰囲気中、ホットプレートの形態の加熱装置１２６で７０℃（摂氏７０度）、１ａｔｍ（１気圧）の気圧で６ｈ（６時間）加熱し、ポリスチレン（ＰＳ）−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）を含むナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）の形態の最終生成物を得た。ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）を含むナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）の形態の最終生成物を脱イオン（ＤＩ）水で洗った。ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）を含むナノ補強フィラー材料１５０ａ（図５参照）の形態の最終生成物を、次いで、４５℃（摂氏４５度）の熱風乾燥器内で一晩乾燥させた。
【００９６】
キャラクタリゼーション。ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）の構造及びモルホロジーを、米国オレゴン州ヒルズボロのＦＥＩから入手したＦＥＩ  Ｓｉｒｉｏｎ  ＸＬ３０  ＦＥＧ（電界放出電子源）走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して調査した。超音波処理プロセス、例えば、浴超音波処理を利用して、ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）をＤＩ水中で３０分間分散させ、ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子懸濁液を得た。清浄にしたばかりのケイ素基板にＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子懸濁液をドロップキャスティングした。電荷の蓄積を避けるため、ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子懸濁液サンプルを１０ｎｍ（１０ナノメートル）厚のＡｕ（金）層でコーティングした。
【００９７】
結果。ＦＥＩ  Ｓｉｒｉｏｎ  ＸＬ３０  ＦＥＧ走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０ａ（図５参照）で被覆された、離散した被覆された個々のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１ａ（図５参照）としてＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）が観察された。ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）、すなわち、ＧＯ被覆ＰＳナノ粒子の平均サイズは１３０ｎｍ（１３０ナノメートル）であり、動的光散乱（ＤＬＳ）法（これは、懸濁液中のナノ粒子のサイズ分布プロファイルを決定する。）により測定した。ＦＥＩ  Ｓｉｒｉｏｎ  ＸＬ３０  ＦＥＧ−ＳＥＭ顕微鏡写真により、ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）、すなわち、ＧＯ被覆ＰＳナノ粒子のサイズが、ＤＬＳにより得られたものと同じサイズであることを確認した。
【００９８】
この実施例を要約すると、反対の電荷を帯びたＧＯシート（負電荷）及びＰＳナノ粒子（正電荷）の静電的相互作用反応を利用して、ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）、すなわち、ＧＯ被覆ＰＳナノ粒子を合成し、自己集合化ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子を得た。ＰＳ−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２ａ（図５参照）、すなわち、ＧＯ被覆ＰＳナノ粒子は離散且つ分離しており、凝集したＧＯ被覆ＰＳナノ粒子がなかったが、その理由は、使用されるＧＯシートのシートサイズが小さく、それによって単一の大きいＧＯシート内の複数のＰＳナノ粒子の被覆が回避及び排除されたからである。
【００９９】
開示されているナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）、ナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）、方法２００（図６Ａ参照）及び方法２５０（図６Ｂ参照）の実施形態により、酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０（図４、図５参照）によって滑らかに十分且つ完全に被覆又はコーティングされた、ＧＯシート９０のひだ又はしわが全くない、あるいは低減したひだ１６４（図５参照）を伴う滑らかな被覆表面１６２（図５参照）を有する、ポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子８１（図５参照）などのポリマーナノ粒子８０（図４、図５参照）に基づく新規の有機性強靱化ナノ補強１７２（図５参照）が実現する。ＧＯシート９０のひだ及び凝集がないため、ＧＯシート９０の潜在能力を最大限に利用することができる。低減したひだ１６４（図５参照）及び減少した凝集は、エポキシ樹脂系６２（図５参照）のエポキシ樹脂６６（図５参照）とのより効率的な機械的相互作用をもたらし、緩く配置されたさらに大きなＧＯシートによって生じ得る異方性を低下させる。ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）は、既知のＧＯシートと比べて、エポキシ樹脂系６２（図５参照）の機械的特性７２（図５参照）を向上させ、酸化グラフェン（ＧＯ）シート９０とエポキシ樹脂系６２（図５参照）の間の界面において低減した欠陥構造レベル１７０（図５参照）及び向上した界面領域１５８（図５参照）を実現する。エポキシ樹脂系６２（図５参照）のエポキシ樹脂６６との相互作用のためのＧＯシート９０のこのような向上した界面領域１５８及び表面積は、低減した製造コスト、短縮した生産時間１６８（図５参照）につながり得、より良い機械的特性７２（図５参照）につながる。さらに、ＧＯシート９０（図５参照）の滑らかな被覆表面１６２（図５参照）は、エポキシ樹脂系６２（図５参照）マトリックスとの相互作用を向上させることができて、ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）及びナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）の球状のモルホロジーは、より良い相互作用のための増大した表面積を生み出す。
【０１００】
さらに、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子１５２（図５参照）を含むナノ補強フィラー材料１５０（図５参照）は再積層を示さず、又は、ＧＯシート９０の低減した再積層１６６（図５参照）を有する。ＧＯシート９０（図５参照）の滑らかな被覆表面１６２（図５参照）は、ナノ補強フィラー材料１５０の乾燥時、ＧＯシート９０生成後又は合成後の低減した再積層１６６（図５参照）を実現し、これは、既知の平面形態のグラフェンシートはＰＳナノ粒子などのポリマーナノ粒子表面に強く固定されるため、既知の平面形態のグラフェンシートの場合は避けらない。そして、ＧＯシート９０の低減した再積層１６６（図５参照）は、複合構造２８（図１、図４、図５参照）におけるＧＯシート９０（図４、図５参照）のより効率的な使用を可能にする。
【０１０１】
さらに、開示されているナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）、ナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）、方法２００（図６Ａ参照）及び方法２５０（図６Ｂ参照）の実施形態により、ポリマーナノ粒子８０生成又は合成のすべての段階の溶媒、あるいは複合構造２８（図４、図５参照）におけるＧＯシート９０（図４、図５参照）の分散のための溶媒が不要になり、無溶媒プロセス１４４（図５参照）が実現する。これは有用であるが、その理由は、溶媒を使用すると、エポキシ樹脂系６２（図５参照）及び複合構造２８（図５参照）の機械的特性を悪化させる原因になり得る残留溶媒につながる恐れがあるからである。溶媒除去プロセスを排除すると、エネルギーを消費する溶媒除去のための真空オーブンの長時間の使用が不要になるため、ナノ補強フィラー材料１５０の生産コストが低減される。さらに、方法２００（図６Ａ参照）及び方法２５０（図６Ｂ参照）により、溶媒が不要になるため、ナノ補強フィラー材料１５０を添加した後にエポキシ樹脂６６をコンディショニングする時間のかかるステップが排除され、ナノ補強フィラー材料１５０及びナノコンポジットの生産プロセスの時間効率が高くなる。ナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）は別の表面官能基化を必要としない。
【０１０２】
さらに、開示されているナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）、ナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）、方法２００（図６Ａ参照）及び方法２５０（図６Ｂ参照）の実施形態により、主として溶媒除去ステップの排除により、例えば、２４ｈ（２４時間）から７ｈ（７時間）に短縮した生産時間１６８（図５参照）又は大幅に短縮した複合材生産プロセスの期間が実現する。溶媒除去は時間と費用のかかるプロセスであり、開示されているナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）、ナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）、方法２００（図６Ａ参照）及び方法２５０（図６Ｂ参照）によって回避される。
【０１０３】
さらに、開示されているナノ補強フィラー材料１５０（図４、図５参照）、ナノ補強フィラー材料１５０ａ（図４、図５参照）、方法２００（図６Ａ参照）及び方法２５０（図６Ｂ参照）の実施形態により、ＧＯ被覆ポリマーナノ粒子凝集塊の数が少ない、個々のＧＯシート９０ａ（図５参照）によって被覆又はコーティングされた離散した個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）が実現する。使用されるＧＯシート９０のサイズは、ＰＳナノ粒子８１などのポリマーナノ粒子８０のサイズと調和して、個々のポリマーナノ粒子８０ａ（図５参照）の被覆又はコーティングを容易にする。既知のナノ粒子と比べてさらに小さいポリマーナノ粒子８０のサイズ（４０ｎｍ〜１５０ｎｍ）は、低レベルの欠陥構造及びエポキシ樹脂６６（図５参照）との向上した化学結合を実現し、同じ添加レベルで機械的特性７２（図５参照）が改善される。
【０１０４】
さらに、本開示は、以下に列挙した段落に従った例を含む：
Ａ１．複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料の製造方法であって、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数のポリマーナノ粒子を含むポリマー懸濁液を生成するステップと、超音波処理されたポリマー懸濁液を得るためにポリマー懸濁液を超音波処理するステップと、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップと、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を得るために酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を超音波処理するステップと、超音波処理された混合物を得るために超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を一緒に混合容器内で混合するステップと、超音波処理された混合物を有効温度の不活性雰囲気中で加熱し、静電的相互作用反応により、個々のポリマーナノ粒子を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートで均一に被覆するために静電プロセスを利用して、ポリマー−ＧＯコア−シェルナノ粒子を含むナノ補強フィラー材料を得るステップと、ナノ補強フィラー材料を洗浄するステップと、ナノ補強フィラー材料を乾燥するステップと、エポキシ樹脂系に強靱化ナノ補強を施すために複合構造のためのエポキシ樹脂系中でナノ補強フィラー材料を使用するステップとを含む方法。
【０１０５】
Ａ２．ポリマー懸濁液を生成するステップが、約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径を有する複数のポリマーナノ粒子のそれぞれを含むポリマー懸濁液を生成するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１０６】
Ａ３．ポリマー懸濁液を生成するステップが、ポリスチレン、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）−ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＢＡ−ＰＭＭＡ）、ブチルメチルアクリレート（ＢＭＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ニトリルゴム、アクリルゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、ポリイソプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びスチレン−ブタジエンからなる群から選択されるポリマーを含む複数のポリマーナノ粒子のそれぞれを含むポリマー懸濁液を生成するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１０７】
Ａ４．酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップが、約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内のシートサイズを有する複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートのそれぞれを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１０８】
Ａ５．超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を混合するステップが、６：１（ｗ／ｗ）の複数のポリマーナノ粒子対複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートの比で超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を混合するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１０９】
Ａ６．超音波処理された混合物を加熱するステップが、約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度で加熱するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１１０】
Ａ７．超音波処理された混合物を加熱するステップが、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧を含む有効圧力で加熱するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１１１】
Ａ８．超音波処理された混合物を加熱するステップが、約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間加熱するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１１２】
Ａ９．ナノ補強フィラー材料を使用するステップが、航空機内のエポキシ複合構造を含む複合構造のためのエポキシ樹脂系中でナノ補強フィラー材料を使用するステップを含む、Ａ１．に記載の方法。
【０１１３】
Ｂ１．複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料の製造方法であって、それぞれが約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径を有する、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子を含むポリスチレン（ＰＳ）懸濁液を生成するステップと、超音波処理されたポリスチレン（ＰＳ）懸濁液を得るためにポリスチレン（ＰＳ）懸濁液を超音波処理するステップと、脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させた複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップと、超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を得るために酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を超音波処理するステップと、超音波処理された混合物を得るために超音波処理されたポリスチレン懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を一緒に混合容器内で混合するステップと、超音波処理された混合物を約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度の不活性雰囲気中で加熱し、静電的相互作用反応により、個々のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子を個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートで均一に被覆するために静電プロセスを利用して、ポリスチレン−ＧＯコア−シェルナノ粒子を含むナノ補強フィラー材料を得るステップと、ナノ補強フィラー材料を洗浄するステップと、ナノ補強フィラー材料を乾燥するステップと、エポキシ樹脂系に強靱化ナノ補強を施すために複合構造のためのエポキシ樹脂系中でナノ補強フィラー材料を使用するステップとを含む方法。
【０１１４】
Ｂ２．酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップが、約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内のシートサイズを有する複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートのそれぞれを含む酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップを含む、Ｂ１．に記載の方法。
【０１１５】
Ｂ３．ポリスチレン懸濁液を生成するステップが、１２ｍｇ／ｍｌ（１２ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有するポリスチレン懸濁液を生成するステップを含み、さらに酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップが、１ｍｇ／ｍｌ（１ミリグラム／ミリリットル）の濃度を有する酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を生成するステップを含む、Ｂ１．に記載の方法。
【０１１６】
Ｂ４．超音波処理されたポリスチレン（ＰＳ）懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を混合するステップが、６：１（ｗ／ｗ）の複数のポリスチレン（ＰＳ）ナノ粒子対複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートの比で超音波処理されたポリスチレン（ＰＳ）懸濁液及び超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を混合するステップを含む、Ｂ１．に記載の方法。
【０１１７】
Ｂ５．超音波処理された混合物を加熱するステップが、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧を含む有効圧力で加熱するステップを含む、Ｂ１．に記載の方法。
【０１１８】
Ｂ６．超音波処理された混合物を加熱するステップが、約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間加熱するステップを含む、Ｂ１．に記載の方法。
【０１１９】
Ｃ１．複合構造のためのエポキシ樹脂系のためのナノ補強フィラー材料であって、超音波処理されたポリマー懸濁液を得るために脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させ、次いで、超音波処理プロセスにより超音波処理することにより調製された、それぞれ約４０ｎｍ（４０ナノメートル）〜約１５０ｎｍ（１５０ナノメートル）の範囲内の粒径を有し、それぞれ球形状を有する複数のポリマーナノ粒子と、超音波処理されたポリマー懸濁液とは別に調製された超音波処理された酸化グラフェン（ＧＯ）懸濁液を得るために脱イオン（ＤＩ）水に懸濁させ、次いで、超音波処理プロセスにより超音波処理することにより調製された、それぞれ約５０ｎｍ（５０ナノメートル）〜約３５０ｎｍ（３５０ナノメートル）の範囲内のシートサイズを有し、それぞれ平面形状を有する複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートとを含む、それぞれポリマーコア部及び酸化グラフェン（ＧＯ）シェル部を含む複数のポリマー−酸化グラフェン（ＧＯ）コア−シェルナノ粒子を含み、超音波処理されたポリマー懸濁液及び超音波処理されたＧＯ懸濁液が混ぜ合わせられて超音波処理された混合物が得られ、超音波処理された混合物が不活性雰囲気中で加熱され、静電プロセスを経て、静電的相互作用反応により、個々のポリマーナノ粒子が個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートで均一に被覆され、ナノ補強フィラー材料が得られ、さらにナノ補強フィラー材料が洗浄され、乾燥され、且つ複合構造のためのエポキシ樹脂系中で使用されるナノ補強フィラー材料。
【０１２０】
Ｃ２．複数のポリマーナノ粒子のそれぞれが、ポリスチレン、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）（ＰＢＡ）、ポリ（ブチルアクリレート）−ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＢＡ−ＰＭＭＡ）、ブチルメチルアクリレート（ＢＭＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸ビニルコポリマー、ポリクロロプレン（ネオプレン）、ニトリルゴム、アクリルゴム、フルオロエラストマー（ＦＫＭ）、ポリイソプレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びスチレン−ブタジエンからなる群から選択されるポリマーを含む、Ｃ１．に記載のナノ補強フィラー材料。
【０１２１】
Ｃ３．超音波処理された混合物が、６：１（ｗ／ｗ）の複数のポリマーナノ粒子対複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートの比を有する、Ｃ１．に記載のナノ補強フィラー材料。
【０１２２】
Ｃ４．複数の酸化グラフェン（ＧＯ）シートのそれぞれのシートサイズが、複数のポリマーナノ粒子のそれぞれの粒径と調和して、個々の酸化グラフェン（ＧＯ）シートによって個々のポリマーナノ粒子を均一に被覆するのを容易にする、Ｃ１．に記載のナノ補強フィラー材料。
【０１２３】
Ｃ５．超音波処理された混合物が、約７０℃（摂氏７０度）〜約１００℃（摂氏１００度）の範囲内の有効温度で加熱され、約１ａｔｍ（１気圧）〜約１２ａｔｍ（１２気圧）の範囲内の気圧を含む有効圧力で加熱され、且つ約３ｈ（３時間）〜約６ｈ（６時間）の範囲内の有効時間加熱される、Ｃ１．に記載のナノ補強フィラー材料。
【０１２４】
前述の説明及び関連する図面に提示されている教示の利益を有する本開示の多くの修正及びその他の実施形態が、本開示に関連する当業者には想起されるであろう。本明細書に記載の実施形態は例示するためのものであって、限定するためのものでも、網羅するためのものでもない。本明細書では特定の用語が用いられているが、それらは一般的な意味及び記述的な意味でのみ使用されており、限定するために使用されているのではない。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  航空ビークル
１２  航空機
１４  胴体
１６  機首
１８  翼
２０  エンジン
２２  尾翼
２４  水平安定板
２６  垂直安定板
２８  複合構造
２８ａ  エポキシ複合構造
３０  航空機の製造及び保守点検方法
３２  仕様及び設計
３４  材料調達
３６  構成要素及び部分組立品の製造
３８  システム統合
４０  認証及び搬送
４２  就航中
４４  整備及び保守点検
４６  航空機
４８  機体
５０  システム
５２  内部
５４  推進システム
５６  電気システム
５８  油圧システム
６０  環境システム
６２  エポキシ樹脂系
６３  エポキシポリマー
６４  マトリックス樹脂
６６  エポキシ樹脂
６６ａ  補強されたエポキシ樹脂
６８  三次元架橋構造
７０  エポキシ硬化温度
７２  機械的特性
７２ａ  破壊靭性
７２ｂ  強度
７４  熱的特性
７４ａ  熱安定性
７６  生産システム
７８  ポリマー
７８ａ  ポリスチレン
８０  ポリマーナノ粒子
８０ａ  個々のポリマーナノ粒子
８１  ポリスチレンナノ粒子
８１ａ  個々のポリスチレンナノ粒子
８２  正電荷
８４  球形状
８６  表面
８８  粒径
９０  酸化グラフェンシート
９０ａ  個々の酸化グラフェンシート
９２  負電荷
９４  平面形状
９６  滑らかな表面
９８  シートサイズ
１００  ポリマー懸濁液
１００ａ  超音波処理されたポリマー懸濁液
１０１  ポリスチレン懸濁液
１０１ａ  超音波処理されたポリスチレン懸濁液
１０２  脱イオン水
１０４  第１の容器
１０６  酸化グラフェン懸濁液
１０６ａ  超音波処理された酸化グラフェン懸濁液
１０８  第２の容器
１１０  超音波処理装置
１１２  超音波処理プロセス
１１４  超音波処理プローブ部
１１６  超音波処理コントローラー部
１１８  超音波処理プラットホーム
１２０  音響エネルギー
１２２  ボールミル粉砕プロセス
１２４  混合容器
１２６  加熱装置
１２６ａ  ホットプレート
１３０  超音波処理された混合物
１３０ａ  超音波処理された混合物
１３１  比
１３２  不活性雰囲気
１３３  混合速度
１３４  有効圧力
１３５  気圧
１３６  有効温度
１３８  有効時間
１４０  静電プロセス
１４２  静電的相互作用反応
１４４  無溶媒プロセス
１５０  ナノ補強フィラー材料
１５０ａ  ナノ補強フィラー材料
１５２  ポリマー−酸化グラフェンコア−シェルナノ粒子
１５２ａ  ポリスチレン−酸化グラフェンコア−シェルナノ粒子
１５２ｂ  自己集合化ポリマー−酸化グラフェンコア−シェルナノ粒子
１５４  ポリマーコア部
１５４ａ  ポリスチレンコア部
１５６  酸化グラフェンシェル部
１５８  向上した界面領域
１６０  均一な被覆
１６２  滑らかな被覆表面
１６４  低減したひだ
１６６  低減した再積層
１６８  短縮した生産時間
１７０  低減した欠陥構造レベル
１７２  強靱化ナノ補強
２００  方法
２５０  方法
【図１】
2018188614.tif 000003
【図２】
2018188614.tif 000004
【図３】
2018188614.tif 000005
【図４】
2018188614.tif 000006
【図５】
2018188614.tif 000007
【図６Ａ】
2018188614.tif 000008
【図６Ｂ】
2018188614.tif 000009
【外国語明細書】
2018188614000001.pdf