(57)【要約】  典型的な繊維金属積層物は、少なくとも２つの金属層と、該２つの金属層の間に結合された少なくとも１つの繊維層とを含む。該繊維層は、樹脂マトリックスと、約２７０ＧＰａより大きな弾性係数を有する有機ポリマー繊維とを含む。該ポリマー繊維は、ポリジイミダゾピリジニレン繊維を含み得る。該金属層は、前処理されたアルミニウム合金層を含み得る。
2007521995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの金属層、及び
該少なくとも２つの金属層の間に配置された少なくとも１つの繊維層を備える繊維‐金属積層材であって、
該少なくとも１つの繊維層が、樹脂マトリックスと、約２７０ＧＰａよりも大きい弾性係数を有する有機ポリマー繊維とを含む、繊維‐金属積層材。
【請求項２】
該少なくとも１つの繊維層が、該少なくとも２つの金属層に結合されている、請求項１の積層材。
【請求項３】
該ポリマー繊維が該金属層とガルバニック反応を起こさないものである、請求項１の積層材。
【請求項４】
該ポリマー繊維がポリジイミダゾピリジニレン繊維を含む、請求項１の積層材。
【請求項５】
該ポリジイミダゾピリジニレン繊維がポリ｛２，６‐ジイミダゾ［４，５‐ｂ４’，５’‐ｅ］ピリジニレン‐１，４（２，５‐ジヒドロキシ）フェニレン｝繊維を含む、請求項４の積層材。
【請求項６】
該少なくとも２つの層がアルミニウム合金を含む、請求項１の積層材。
【請求項７】
該アルミニウム合金が熱処理可能なアルミニウム合金を含む、請求項１の積層材。
【請求項８】
該アルミニウム合金が２０２４アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項９】
該アルミニウム合金が７０７５アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項１０】
該アルミニウム合金が７０５５アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項１１】
該アルミニウム合金が２０００系アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項１２】
該アルミニウム合金が７０００系アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項１３】
該アルミニウム合金が５０００系アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項１４】
該アルミニウム合金が６０００系アルミニウム合金を含む、請求項６の積層材。
【請求項１５】
該少なくとも２つの層がチタン合金を含む、請求項１の積層材。
【請求項１６】
該少なくとも２つの層がステンレス鋼合金を含む、請求項１の積層材。
【請求項１７】
該樹脂マトリックスがエポキシ樹脂を含む、請求項１の積層材。
【請求項１８】
該樹脂マトリックスが熱硬化性材料を含む、請求項１の積層材。
【請求項１９】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の重量の４０％未満を構成する、請求項１の積層材。
【請求項２０】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の体積の約１０％〜５０％を構成する、請求項
１の積層材。
【請求項２１】
該繊維の少なくとも一部が、実質的に同じ方向に並べられている、請求項１の積層材。
【請求項２２】
該繊維の９０％を超えるものが、該実質的に同じ方向に並べられている、請求項２１の積層材。
【請求項２３】
該繊維の約１００％が該実質的に同じ方向に並べられている、請求項２１の積層材。
【請求項２４】
該繊維の少なくとも一部が互いに対して４５°で並べられている、請求項１の積層材。
【請求項２５】
該繊維の少なくとも一部が複数の方向に並べられている、請求項１の積層材。
【請求項２６】
該繊維が連続繊維を含む、請求項１の積層材。
【請求項２７】
該少なくとも２つの金属層が３〜１５の層を含む、請求項１の積層材。
【請求項２８】
該少なくとも１つの繊維層が３〜１５層の繊維を含む、請求項１の積層材。
【請求項２９】
該少なくとも２つの金属層がそれぞれ約０．００４インチ〜０．０２５インチの厚みを有する、請求項１の積層材。
【請求項３０】
該少なくとも２つの金属層が表面の前処理を受けている、請求項１の積層材。
【請求項３１】
該前処理がリン酸陽極酸化を含む、請求項３０の積層材。
【請求項３２】
該前処理が該少なくとも２つの金属層を相間層で被覆することを含む、請求項３０の積層材。
【請求項３３】
該前処理がゾル‐ゲル表面処理を含む、請求項３２の積層材。
【請求項３４】
該少なくとも１つの繊維層が接着剤で結合されている、請求項２の積層材。
【請求項３５】
該接着剤がエポキシ接着剤を含む、請求項３４の積層材。
【請求項３６】
該少なくとも２つの金属層の間に配置される少なくとも１つのコア層をさらに備える、請求項１の積層材。
【請求項３７】
該コア層がハニカムコアを含む、請求項３６の積層材。
【請求項３８】
該ハニカムコアが六角形のハニカムコアを含む、請求項３７の積層材。
【請求項３９】
少なくとも２層のアルミニウム合金、及び
該少なくとも２層の間に結合された少なくとも１つの樹脂‐繊維複合材を備える繊維‐金属積層材であって、
該複合材が、樹脂マトリックスとポリジイミダゾピリジニレン繊維とを含む、繊維‐金属積層材。
【請求項４０】
該ポリジイミダゾピリジニレン繊維がポリ｛２，６‐ジイミダゾ［４，５‐ｂ４’，５’‐ｅ］ピリジニレン‐１，４（２，５‐ジヒドロキシ）フェニレン｝繊維を含む、請求
項３９の積層材。
【請求項４１】
該アルミニウム合金が熱処理可能なアルミニウム合金を含む、請求項３９の積層材。
【請求項４２】
該アルミニウム合金が２０２４アルミニウムを含む、請求項４１の積層材。
【請求項４３】
該アルミニウム合金が７０７５アルミニウム合金を含む、請求項４１の積層材。
【請求項４４】
該アルミニウム合金が７０５５アルミニウム合金を含む、請求項４１の積層材。
【請求項４５】
該アルミニウム合金が２０００系アルミニウム合金を含む、請求項４１の積層材。
【請求項４６】
該アルミニウム合金が７０００系アルミニウム合金を含む、請求項４１の積層材。
【請求項４７】
該アルミニウム合金が５０００系アルミニウム合金を含む、請求項４１の積層材。
【請求項４８】
該アルミニウム合金が６０００系アルミニウム合金を含む、請求項４１の積層材。
【請求項４９】
該少なくとも１つの樹脂‐繊維複合材が、接着剤により、該少なくとも２つの層の間に結合されている、請求項３９の積層材。
【請求項５０】
該樹脂マトリックスがエポキシ樹脂を含む、請求項３９の積層材。
【請求項５１】
該樹脂マトリックスが熱硬化性材料を含む、請求項３９の積層材。
【請求項５２】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の重量の４０％未満を構成する、請求項３９の積層材。
【請求項５３】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の体積の約１０％〜５０％を構成する、請求項３９の積層材。
【請求項５４】
該繊維の約９０％を超えるものが、実質的に同じ方向に並べられている、請求項３９の積層材。
【請求項５５】
該繊維の約１００％が該実質的に同じ方向に並べられている、請求項５４の積層材。
【請求項５６】
該繊維の少なくとも一部が互いに対して４５°で並べられている、請求項３９の積層材。
【請求項５７】
該繊維の少なくとも一部が複数の方向に並べられている、請求項３９の積層材。
【請求項５８】
該少なくとも２つの金属層が３〜１５の金属層を含む、請求項３９の積層材。
【請求項５９】
該少なくとも１つの繊維層がポリマー繊維からなる３〜１５の補強層を含む、請求項３９の積層材。
【請求項６０】
該少なくとも２つの金属層がそれぞれ０．００４インチ〜０．０２５インチの厚みを有する、請求項３９の積層材。
【請求項６１】
該少なくとも２つの金属層が表面の前処理を受けている、請求項３９の積層材。
【請求項６２】
該前処理がリン酸陽極酸化を含む、請求項６１の積層材。
【請求項６３】
該前処理がゾル‐ゲル表面処理を含む、請求項６１の積層材。
【請求項６４】
該前処理が該少なくとも２つの金属層を相間層で被覆することを含む、請求項６１の積層材。
【請求項６５】
該少なくとも２つの金属層の間に配置される少なくとも１つの中空コア層をさらに備える、請求項３９の積層材。
【請求項６６】
該中空コア層がハニカムコアを含む、請求項６５の積層材。
【請求項６７】
該ハニカムコアが六角形のハニカムコアを含む、請求項６６の積層材。
【請求項６８】
約０．００４インチ〜約０．０２５インチの範囲の厚みをそれぞれ有する少なくとも２つのアルミニウム合金箔層、及び
該少なくとも２つの箔層の間に結合された少なくとも１つのポリマー複合材料層を備える航空機用複合部材であって、
該複合材料層が、樹脂マトリックスと、配列されたポリジイミダゾピリジニレン繊維とを含む、航空機用複合部材。
【請求項６９】
該ポリジイミダゾピリジニレン繊維がポリ｛２，６‐ジイミダゾ［４，５‐ｂ４’，５’‐ｅ］ピリジニレン‐１，４（２，５‐ジヒドロキシ）フェニレン｝繊維を含む、請求項６８の積層材。
【請求項７０】
該アルミニウム合金が２０２４アルミニウム合金を含む、請求項６８の積層材。
【請求項７１】
該アルミニウム合金が７０７５アルミニウム合金を含む、請求項６８の積層材。
【請求項７２】
該アルミニウム合金が７０５５アルミニウム合金を含む、請求項６８の積層材。
【請求項７３】
該樹脂マトリックスがエポキシ樹脂を含む、請求項６８の積層材。
【請求項７４】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の重量の４０％未満を構成する、請求項６８の積層材。
【請求項７５】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の体積の約１０％〜５０％を構成する、請求項６８の積層材。
【請求項７６】
該繊維の９０％を超えるものが、実質的に同じ方向に並べられている、請求項６８の積層材。
【請求項７７】
該繊維の約１００％が該実質的に同じ方向に並べられている、請求項６８の積層材。
【請求項７８】
該繊維の少なくとも一部が互いに対して４５°で並べられている、請求項６８の積層材。
【請求項７９】
該繊維の少なくとも一部が複数の方向に並べられている、請求項６８の積層材。
【請求項８０】
該少なくとも２つの金属層が３〜１５の層を含む、請求項６８の積層材。
【請求項８１】
該少なくとも１つのポリマー複合材料層が３〜１５のポリマー複合材料層を含む、請求項６８の積層材。
【請求項８２】
該少なくとも２つの金属層が表面の前処理を受けている、請求項６８の積層材。
【請求項８３】
該前処理がリン酸陽極酸化を含む、請求項８２の積層材。
【請求項８４】
該前処理がゾル‐ゲル表面処理を含む、請求項８２の積層材。
【請求項８５】
該少なくとも２つの金属層と該少なくとも１つのポリマー複合材料層との間に配置される少なくとも１つのゾル‐ゲル相間層をさらに備える、請求項６８の積層材。
【請求項８６】
該少なくとも２つの金属層の間に配置される少なくとも１つのコア層をさらに備える、請求項６８の積層材。
【請求項８７】
該少なくとも１つのコア層がハニカムコアを含む、請求項８６の積層材。
【請求項８８】
複数の金属層を設けること、
約２７０ＧＰａよりも大きな弾性係数を有する複数のポリマー繊維を並べて少なくとも１つの繊維層にすること、及び
該複数の金属層の間に該少なくとも１つの繊維層を挟むことを備える、繊維‐金属積層材の製造方法。
【請求項８９】
該少なくとも１つの高弾性率繊維層を、該高弾性率繊維層に隣接する該複数の金属層に結合することをさらに備える、請求項８８の方法。
【請求項９０】
該複数の金属層を前処理することをさらに備える、請求項８８の方法。
【請求項９１】
前処理することが、ゾル‐ゲルコーティングで前処理することを含む、請求項９０の方法。
【請求項９２】
該ポリジイミダゾピリジニレン繊維がポリ｛２，６‐ジイミダゾ［４，５‐ｂ４’，５’‐ｅ］ピリジニレン‐１，４（２，５‐ジヒドロキシ）フェニレン｝繊維を含む、請求項８８の方法。
【請求項９３】
該複数の金属層がアルミニウム合金を含む、請求項８８の方法。
【請求項９４】
該複数の金属層がチタン合金を含む、請求項８８の方法。
【請求項９５】
該複数の金属層がステンレス鋼合金を含む、請求項８８の方法。
【請求項９６】
該樹脂マトリックスがエポキシ樹脂を含む、請求項８８の方法。
【請求項９７】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の重量の４０％未満を構成する、請求項８８の方法。
【請求項９８】
該少なくとも２つの金属層が、該積層材の体積の約１０％〜５０％を構成する、請求項８８の方法。
【請求項９９】
該複数の金属箔層の間に中空コアを形成することをさらに備える、請求項８８の方法。
【請求項１００】
中空コアを形成することが、ハニカムコアを形成することを含む、請求項９９の方法。
【請求項１０１】
複数の金属層を設けること、
約２７０ＧＰａよりも大きな弾性係数を有する複数のポリマー繊維を並べて少なくとも１つの繊維層にすること、及び
該複数の金属層の間に該少なくとも１つの繊維層を挟むことを備える方法により製造された繊維‐金属積層材
【請求項１０２】
該少なくとも１つの高弾性率繊維層を、該高弾性率繊維層に隣接する該複数の金属層に結合することをさらに備える該方法により製造された、請求項１０１の積層材。
【請求項１０３】
該複数の金属層を前処理することをさらに備える該方法により製造された、請求項１０１の積層材。
【請求項１０４】
前処理することが、ゾル‐ゲルコーティングで前処理することを含む、請求項１０３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、総じて複合材料に関し、より具体的には繊維強化積層材に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
一般に航空機などの装備は構造及び外板材料にアルミニウム合金を用いる。航空機の重量を減らすことが望ましいため、軽量の複合材料を用いることも航空機にとって一般的になってきた。これらの軽量複合材料には、繊維金属積層材（ＦＭＬ）がある。一例として、複合アルミニウム‐繊維積層材及び他の金属‐繊維積層材が開発されており、それらは、アルミニウム又は他の金属の層間に散在させた炭素及びガラス繊維層を用いている。多くのより低い弾性率の繊維は、アルミニウムとガルバニック反応（電気化学的腐食反応）を起こさない。しかし、積層材に繰り返し荷重がかけられるとき、ガラスなどの低い弾性率の繊維は、多くの場合、アルミニウム層に過度の応力を与えたり、アルミニウム層を疲労させたりする可能性なく大きな荷重を支えるには、十分に高い弾性係数を有さないおそれがある。
【０００３】
高強度特性を有する繊維、例えば高弾性率の繊維を用いることが望まれる。しかし、グラファイトなどの弾性率が高い繊維は、多くの場合、積層材において金属とガルバニック反応を起こす。
【０００４】
従って、従来技術では、弾性係数が高くかつガルバニック反応性が低い繊維を有する繊維金属積層材がいまだに求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の要約
本発明の実施形態は、弾性率が高くかつガルバニック反応性が低い繊維を有する繊維金属積層材を提供する。該繊維金属積層材は、アルミニウム‐繊維積層材であることが有利である。本発明の繊維金属積層材は、適度に高い強度特性及び低いガルバニック反応性を有し、そのため、航空機などの装備の構造及び外板材料によく適するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の典型的実施形態は、繊維金属積層材を提供する。少なくとも２つの金属層が設けられ、かつ、少なくとも１つの繊維層が該２つの金属層の間に結合される。該繊維層は、樹脂マトリックスと、約２７０ＧＰａより大きな弾性係数を有する有機ポリマー繊維とを含むことが適当である。
【０００７】
本発明のさらなる態様に従って、該ポリマー繊維は、ポリジイミダゾピリジニレン繊維を含み得る。本発明の他の態様に従って、該金属層は、前処理されたアルミニウム合金層を含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
発明の詳細な説明
包括的に、本発明の典型的な実施形態は、繊維金属積層材を提供する。少なくとも２つの金属層が設けられ、かつ、少なくとも１つの繊維層が該２つの金属層の間に結合される。該繊維層は、樹脂マトリックスと、約２７０ＧＰａより大きな弾性係数を有する有機ポ
リマー繊維とを含むことが適当である。
【０００９】
本発明のさらなる態様に従って、該ポリマー繊維は、ポリジイミダゾピリジニレン繊維を含み得る。本発明の他の態様に従って、該金属層は、前処理されたアルミニウム合金層を含み得る。
【００１０】
図１を参照して、典型的で非限定的な繊維金属積層材１０は、４つの金属層２４と３つの繊維層２０とを含む。各繊維層２０は、２つの金属層２４の間に結合される。この非限定的な例において、積層材１０は７つの層を含む。外側の２つの層は金属層２４である。しかし、当然のことながら、特定の用途に応じて任意の数の層を設けることができる。
【００１１】
非限定的な具体例として、一つの好ましい実施形態において、金属層２４は約０．００４インチ〜約０．０２５インチの厚みの熱処理可能なアルミニウム合金箔層を含む。下記の図４Ｂについてさらに説明するように、より厚い箔の層を用いてもよい。金属層２４は、金属層２４内の箔部分２５の間に突き合せ接合部２６を含み得る。また、繊維層２０も、適宜、突き合せ接合された部分（図示せず）を含むことができ、これにより、意図する積層材１０の用途に応じて、積層材１０を大きなシートに製造することができる。金属層２４用の適当なアルミニウム合金箔には、２０００系、５０００系、６０００系、及び７０００系（限定されることなく例えば、２０２４、７０７５、及び７０５５を含む）の熱処理可能なアルミニウム合金及び熱処理可能でないアルミニウム合金がある。他の適当な金属箔は、チタン及び高強度ステンレス鋼を含み得る。
【００１２】
金属層２４を繊維層２０と共に使用することにより、単純な繊維複合積層材とは対照的に、主に引っ張り荷重にさらされる構造物及び外板に対し、クロスプライをほとんど又は全く用いないことが可能になる。金属層２４は、金属層２４の面におけるすべての方向においてほぼ等しく応力を支える一方、繊維層２０は、典型的に、繊維２２に斜めの方向よりも、繊維２２に概して平行な方向に、実質的により高い強度を示す。また、積層材１０における金属層２４は、導電性、防湿性、耐候性、及び耐損傷性の利点を付加する。金属層２４は、繊維層２０単独よりも、鋭利なものに対してより大きな抵抗力を示し、そして、他のものから衝撃を受けたとき、目に見える衝撃損傷を示す。図１において、複数の繊維層２０はすべて、同じ方向に並べられた繊維２２を有する。明らかなように、高い剪断剛性が必要な領域（例えば、航空機の翼及びある胴体の領域）において、繊維２２を、互いに対して任意の角度（例えば、一次応力の方向に対して４５°）で並べることができる。
【００１３】
繊維層２０は、アルミニウムとガルバニック反応を起こさない非常に高い弾性率のポリマー繊維を含むことが有利である。高弾性率繊維２２は、積層材１０にかかる応力のほとんどを支える一方、金属層２４への過度の応力及び疲労を最小限にする。非常に高い弾性率の非反応性ポリマー繊維によって、積層材１０は、わずか約１０重量％〜約４０重量％の金属とすることができる。同時に、例えば、複合的な負荷に対してさらに多方向の応力を支える能力が必要な領域（例えば、構造継手）に対し、積層材１０は、１０体積％〜５０体積％の金属とすることができる。
【００１４】
１つの好ましい実施形態において、繊維層２０は、ポリマー繊維２２を保持する樹脂マトリックス（図示せず）を含む。樹脂マトリックスは、多くの場合、熱硬化性材料であり、これは、積層材の熱硬化を可能にする。典型的な樹脂マトリックスには、例えば、熱硬化性のエポキシ類及び樹脂類（例えば、Ｔｏｒａｙ  ３９００‐２、Ｃｙｔｅｃ  ＣＹＣＯＭ  ９３４、及びＨｅｘｃｅｌ  Ｆ１５５）、ビスマレイミド系接着剤（例えば、Ｃｙｔｅｃ  ５２５０‐４）、並びにシアン酸エステル類（例えば、Ｓｔｅｓａｌｉｔ  ＰＮ‐９００）があるが、これらに限定されるものではない。マトリックス樹脂は、典型的に
熱硬化させることができる。該樹脂は、繊維２２とともに「プレプレグ」にすることができ、これは、多くの場合、繊維２２の複数の層を含む予め組立てられた予備含浸層である。複数の又は多数のプレプレグ（図示せず）によって繊維層２０を形成してもよい。
【００１５】
有利には、本発明の好ましい一実施形態において、積層材１０は、約２７０ＧＰａを超える弾性係数を有する非常に弾性率の高い非反応性ポリマー繊維２２を含む。非常に高い弾性係数を有する典型的な非反応性繊維には、ポリ２，６‐ジイミダゾ［４，５‐ｂ４’，５’‐ｅ］ピリジニレン‐１，４（２，５‐ジヒドロキシ）フェニレン類（ＰＩＰＤ）（例えば３００ＧＰａを超える弾性係数を有するＭ５ファイバー（Ｍａｇｅｌｌａｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製））があるが、これに限定されるものではない。非反応性で弾性係数が非常に高い他のポリマーには、ポリ（ｐ‐フェニレン‐２，６‐ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）（例えば、ザイロン（Ｚｙｌｏｎ）（東洋紡績株式会社（大阪、日本）製））がある。繊維２２は、典型的に、並べて集められ、樹脂マトリックス中に埋め込まれて繊維層２０を形成する。
【００１６】
好ましい実施形態において、金属層２４は、積層材１０の組立て中に、繊維層２０に結合される。積層材１０を組立て、そして、熱硬化時に圧力下で保持する際、繊維層２０は、適当に、それ自身を金属層２４に結合することができる。しかし、必要に応じて、繊維層２０と金属層２４との結合強度を高めることができ、それは、限定されることなく例えば、金属層２４の前処理によって、また、金属層２４と繊維層２０との間で接着剤を別途用いることにより、行うことができる。
【００１７】
必要に応じて繊維層２０と金属層２４との間の結合強度を高めるための必要に応じた適当な接着剤には、熱硬化エポキシ類（限定されることなく、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｅｒａｍｉｃ，Ｉｎｃ．  ＭＳＲ‐３５５  ＨＳＣ及びＡｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｅｒａｍｉｃ，Ｉｎｃ．  ＭＳＲ‐３５１）がある。これらのエポキシ類（図示せず）は、繊維層２０と金属層２４との間で相間接着剤として働く。
【００１８】
繊維層２０への接着力を高め、それにより積層材１０の強度及び耐久性を高めるため、金属層２４自身を、適宜、前処理することができる。適宜、前処理には、種々の金属前処理（酸又はアルカリによるエッチング、化成被覆、リン酸陽極酸化などを含む）が含まれ得る。そのような前処理は、表面粗さを増加させることができ、それにより、接着剤とのより強い物理的結合を促進することができる。あるいは、そのような前処理は、接着剤とのより良い化学的結合を促進することができる。一つの好ましい実施形態において、金属層２４にゾル‐ゲルコーティングを施すさらに別の前処理を、積層材１０の組立ての前に用いることができる。そのようなゾル‐ゲル法は一般に、無機高分子ゾルを形成するため、無機又は有機金属の前駆体を用いる。ゾル‐ゲルコーティングには、ジルコニウム‐シリコーンコーティング、例えば、Ｂｌｏｈｏｗｉａｋ，ｅｔ  ａｌ．、米国特許第５，８４９，１１０号、米国特許第５，８６９，１４０号、及び米国特許第６，０３７，０６０号（これらの内容はすべて、この引用により本明細書に記載されたものとする）に記載されるものがある。得られる無機高分子ゾルコーティングは、金属層２４と繊維層２０との間で相間層として働き、その際、それらが互いに結合される。また、前処理は、グリットブラスト仕上げを含み得る。グリッドブラスト仕上げにより、適宜、金属層２４中の合金を冷間加工することもできる。さらに典型的な前処理は、適宜、熱処理及び湿式ホーニング仕上げを含み得る。
【００１９】
明らかなように、積層材１０に金属層２４を含ませることにより、繊維層２０の繊維２２すべてを整列させることができる。典型的に、金属層２４を含まない複合材では、１０％‐９０°則が適用される。周知のとおり、これは、複合材において、約１０％の繊維を応力の主軸に対して９０°配向させることを意味する。応力の主軸に対して９０°で配向
した１０％の繊維は、複合材の剪断において分解を防ぐ。金属層２４が高弾性率の非反応性ポリマー繊維２２のような繊維層２０と組み合わされるとき、一次応力に対して９０°で配向する繊維２２を０％まで低くすることができる。従って、すべての繊維２２がある共通の方向に並べられた積層材１０は、さらなる材料やクロスプライを含む製造工程を用いることなく、有利に組立てることができ、利用することができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、必要であれば、上述したようにまず金属層２４を前処理することにより、積層材１０を組立てることが適当である。次いで、複数の金属層２４の間に繊維層２０を散在させる。接着剤（図示せず）を、金属層２４と繊維層２０との各境界に塗布する。得られる積層物を真空バッグに入れる。この真空バッグをオートクレーブに投入する。真空バッグに真空をかけ、オートクレーブを加圧する。接着剤（図示せず）及び樹脂マトリックス（図示せず）を活性化しかつ硬化させるのに適した温度において十分な時間、オートクレーブを加熱かつ保持し、それにより、積層材１０を硬化させる。明らかなように、このオートクレーブのための温度及び保持時間は、接着剤（図示せず）及び樹脂マトリックス（図示せず）の硬化に適するものである。典型的な実施形態において、３５０°Ｆ硬化のＴｏｒａｙ  ３９００‐２樹脂を樹脂マトリックス（図示せず）に用いる場合、オートクレーブを約３５０°Ｆに加熱し、約１２０分間その温度で保持する。熱硬化性樹脂接着剤及びマトリックス樹脂に対する典型的な硬化温度には、約２時間で２５０°Ｆ〜３５０°Ｆ±１０°の硬化がある。明らかなように、マトリックス樹脂（図示せず）における接着剤（図示せず）の熱硬化により、有利に、金属層２４も同時に熱処理又は熱保持または熱熟成することができる。
【００２１】
明らかなように、硬化に先立って、成形時に、積層材１０をある型又は複雑な形に成形してもよい。これにより、曲った形又は区分された形（例えば、図５Ｂについて下記で説明する曲った区分）に積層材１０を成形しかつ硬化させることが可能になる。
【００２２】
図２を参照すると、別の典型的な積層材４０が、内部構造が見えるよう切断された等角投影図で示される。積層材１０（図１）と同様に、積層材４０は、４つの金属層５４と、金属層５４の間に挟まれた３つの繊維層５０とを含む。しかし、当然のことながら、特定の用途のため必要に応じて任意の数の層を設けることができる。金属層５４は、金属層５４の内部に突き合せ接合部５６を有する金属箔から組立てられる。金属層５４、繊維層５０、マトリックス樹脂（図示せず）、接着剤（図示せず）、並びにこの積層材４０のための組立て方法及び硬化方法は、積層材１０（図１）について上述したとおりである。しかし、この典型的な実施形態において、繊維層５０における繊維５１は、積層材１０（図１）のようにすべて共通の方向に並べられているわけではない。その代わり、２つの繊維層５０の繊維５１が揃えられ、そして、３つ目の繊維層５０の繊維５１は、他の２つの繊維層５０の方向に対して９０°の向きにされている。その結果、積層材４０は、積層材１０（図１）よりも大きな多方向への強度を有する一方、２つのそろった繊維層５０における繊維５１の配向方向においていくらか強度が下がるのを犠牲にしている。また、上述したように、積層材４０は、積層材４０が利用される用途に適した任意の方向の組合せで配列された繊維を含んでもよい。
【００２３】
明らかなように、複数の繊維層５０を２つの金属層５４の間に配置してもよく、これにより、金属層５４に対する繊維層５０の割合を高くすることができる。ここで図３を参照して、典型的な積層材６０は、２つの金属層７４を含む。３つの繊維層７０、７１、及び７２が、該２つの金属層７０の間にはさまれている。この実施形態において、３つの繊維層は、２つの第１繊維層７０及び７２（それらの繊維７５は、第１の方向に配向している）と、該２つの第１繊維層７０と７２の中間にある１つの第２繊維層７１（その繊維は、第１層７０及び７２の繊維７５の方向に対して９０°の向きにされている）とを含む。明らかなように、積層材６０を用いる部品にかかる応力に応じて、種々の数の金属層７４の
間に、複数の繊維層を互いに集めて挟み込むことができる。図３においても、材料及び組立て方法は、適宜、図１を参照して説明したとおりのものとされる。
【００２４】
ここで図４Ａを参照して、本発明のさらなる典型的な積層材８０は、４つの金属層９４を含む。この実施形態において、非限定的に例えば、積層繊維層９２が、各組の金属層９４の間にある。各積層繊維層９２は、すべて共通する並びの繊維９３の４つの列又は層を含む。得られる積層材８０は、従って、１２列の繊維９３と、４つの金属層９４とを含む。積層材８０に使用される材料及び組立て方法は、適宜、図１を参照して説明されたとおりのものとされる。
【００２５】
いくつかの用途に対し、積層材の１つ又は２つ以上の金属層が他の層よりも厚いことは、有利となり得る。図４Ｂにおいて、もう１つの典型的な積層材８１は、図４Ａの積層材８０と類似するが、積層材８１は、他の金属層９４よりも厚い最も外側の金属層９５を含む。より厚い金属層は、例えば限定されることなく、積層材８１の外側に組み込まれるとき、雷に対してさらなる保護をもたらすことができ、設置締め具、取付け金具、あるいは他の連結のためさらに厚みを付与することができ、あるいは、より複雑な表面形状及び厚みを形成するため後に行われるケミカルミリングのためさらに厚みを付与することができる。
【００２６】
明らかなように、中空コア層を、高弾性率繊維‐金属積層材に組み込むことができる。ここで図５Ａを参照すると、典型的な中空コア積層材１１０は、２つの繊維金属複合層１２０（例えば、上記の図１〜４を参照して説明したもの）の間に挟まれたハニカムコア層１２２を含む。限定されることなく例えば、典型的な積層材１１０における中空コア層１２２は、六角形セルのハニカム層１２２である。そのようなハニカムには、Ｈｅｘｃｅｌ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のアルミニウムハニカムがある。明らかなように、繊維金属積層材１１０に中空コア１２２を組み込むことにより、積層材１１０の剛性が高められる。
【００２７】
本発明の高弾性率繊維積層材は、有利に、航空機部品に組み込むことができる。ここで図５Ｂを参照すると、機体の外板部１３０は、本発明の典型的な積層材を組み込んでいる。機体部１３０は、特定の用途に応じて、円筒形又は円錐形（ここでは、二次元の断面で示される）に形成される。この典型的な実施形態において、機体部１３０は、高弾性率繊維層１４０と金属層１４４とに挟まれた中空コア層１５２を含み、それらはすべて組立てられ、一つの予備成形された機体部１３０に硬化される。この典型的な実施形態において、多層繊維金属積層材の組立て品１５６は、中空コア層１５２の各側にある。各組立品１５６は、突き合せ接合されたアルミニウム合金箔の３つの金属層１４４と、２つの繊維層１４０とを含む。繊維層１４０は、複数の金属層１４４の間に挟まれている。機体部１３０は、上記の図１を参照して説明した材料及び方法によって組立てられる。かくして得られる機体部１３０は、（外側から内側に向かって）金属層１４４、繊維層１４０、金属層１４４、繊維層１４０、金属層１４４、中空コア層１５２、金属層１４４、繊維層１４０、金属層１４４、繊維層１４０、及び、最後の金属層１４４を含む。上述したとおり、明らかなように、機体部１３０の外側及び内側に金属層１４４を有することは、適宜、防湿性、損傷抵抗性、及び耐候性を該組立て品に付加することとなる。
【００２８】
図６を参照すると、本発明の繊維金属積層材を組立てる典型的な方法２００は、ブロック２１０から始まり、そこにおいて、金属箔層を前処理する。ブロック２１０での前処理には、上記の図１を参照して説明したように、ゾル‐ゲルコーティングなどの前処理がある。金属箔の前処理の後、ブロック２２０において、金属層と繊維層の接合部を形成する領域に接着剤を塗布する。ブロック２３０において、繊維層を複数の金属層の間に挟むことにより積層材組立て品を準備する。ブロック２４０において、積層材を、上記の図１を
参照して説明した方法により、硬化させる。硬化には、典型的に熱硬化がある。その結果、高弾性率の繊維層が金属層と結合され、それにより、本発明の繊維金属積層材が形成される。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態を例示し説明してきたが、上述したとおり、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。従って、本発明の技術的範囲は、好ましい実施形態の開示によって限定されるものではない。むしろ、本発明は、以下の請求の範囲をもっぱら参照することにより決定すべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の好ましい実施形態及び他の実施形態を、以下の図面を参照して下記に詳細に説明する。
【図１】本発明の一実施形態に従う典型的な繊維金属積層材の内部構造を示す切取等角投影図である。
【図２】本発明のもう一つ実施形態に従う典型的な繊維金属積層材の内部構造を示す切取等角投影図である。
【図３】本発明の他の実施形態に従う典型的な繊維金属積層材の内部構造を示す切取等角投影図である。
【図４Ａ】本発明のさらに他の実施形態に従う典型的な繊維金属積層材の断面図である。
【図４Ｂ】本発明のさらに他の実施形態に従う典型的な繊維金属積層材の断面図である。
【図５Ａ】本発明のハニカムコア層を有する典型的な繊維金属積層材の等角投影図である。
【図５Ｂ】本発明のハニカムコア層を含む典型的な繊維金属積層材による航空機胴体の部分を示す断面図である。
【図６】本発明の繊維金属積層材を製造するための典型的な方法を示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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