(57)【要約】  フレキシブルな複合布材からなるレドームであって、複合布材はフレキシブルな樹脂マトリックス材中にポリエステル‐ポリアリレート繊維を含んでいる。
2007532019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルな複合布材を具備してなるレドームであって、前記複合布材は、フレキシブルな樹脂マトリックス材中にポリエステル‐ポリアリレート繊維を含むことを特徴とするレドーム。
【請求項２】
前記ポリエステル‐ポリアリレート繊維は織られて布となっていることを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項３】
前記ポリエステル‐ポリアリレート繊維は編まれて布となっていることを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項４】
前記フレキシブルな樹脂マトリックスはポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項５】
前記フレキシブルな複合布材に対して接合された外皮をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項６】
前記外皮はポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)からなることを特徴とする請求項５に記載のレドーム。
【請求項７】
前記外皮はフッ化エチレンプロピレン(ＦＥＰ)からなることを特徴とする請求項５に記載のレドーム。
【請求項８】
前記外皮はペルフルオロアルコキシ樹脂(ＰＦＡ)からなることを特徴とする請求項５に記載のレドーム。
【請求項９】
前記ポリエステル‐ポリアリレート繊維は数百フィートの長さを有することを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項１０】
前記ポリエステル‐ポリアリレート繊維は糸を形成していることを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項１１】
前記糸は織られていることを特徴とする請求項１０に記載のレドーム。
【請求項１２】
前記糸は編まれていることを特徴とする請求項１０に記載のレドーム。
【請求項１３】
前記フレキシブルな複合布材は１層からなることを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項１４】
前記フレキシブルな複合布材は一つ以上の層を含むことを特徴とする請求項１に記載のレドーム。
【請求項１５】
前記布は多軸状のものであることを特徴とする請求項２に記載のレドーム。
【請求項１６】
前記布は多軸状のものであることを特徴とする請求項３に記載のレドーム。
【請求項１７】
フレキシブルな複合材を具備してなるレドームであって、前記複合材は、フレキシブルな樹脂マトリックス中に、織られたポリエステル‐ポリアリレート繊維を含むことを特徴とするレドーム。
【請求項１８】
フレキシブルな複合材を具備してなるレドームであって、前記複合材は、フレキシブルな樹脂マトリックス中に、編まれたポリエステル‐ポリアリレート繊維を含むことを特徴とするレドーム。
【請求項１９】
レドームを製造するための方法であって、
ポリエステル‐ポリアリレート繊維をフレキシブルな樹脂マトリックス材と組み合わせて、フレキシブルな複合布材を形成することを具備することを特徴とするレドーム製造方法。
【請求項２０】
前記ポリエステル‐ポリアリレート繊維は織られて布となっていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリエステル‐ポリアリレート繊維は編まれて布となっていることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記フレキシブルな樹脂マトリックス材はポリウレタン樹脂であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記フレキシブルな複合布材に対して外皮を接合することをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記外皮はポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)からなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記外皮はフッ化エチレンプロピレン(ＦＥＰ)からなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記外皮はペルフルオロアルコキシ樹脂(ＰＦＡ)からなることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記外皮は前記フレキシブルな複合布材に対して化学的エッチングによって接合されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記外皮は前記フレキシブルな複合布材に対して、接着剤接合と組み合わされたコロナ処理によって接合されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記外皮は前記フレキシブルな複合布材に対してラミネーションによって接合されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記外皮は前記フレキシブルな複合布材に対して融解処理によって接合されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
フレキシブルな複合布材の層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記布は多軸状のものであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
前記布は多軸状のものであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線周波伝送損失を低減すると同時に高強度をもたらすポリエステル‐ポリアリレート繊維によって強化された高強度フレキシブルレドームに関する。
【０００２】
この出願は、2003年7月16日に提出された米国特許出願No.10/620,884に関する利益を主張する。そしてこの出願は、「RIGID RADOME WITH POLYESTER-POLYARYLATE FIBERS AND A METHOD OF MAKING SAME」という名称の米国特許出願(U.S.シリアルNo.10/621,155)に関連する。この米国特許出願は引用によって本明細書中に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
レーダーあるいは通信アンテナ用の空気支持式フレキシブル布レドームは、風、熱ひずみ、日光、雨、雪、氷、ひょう、砂、塵埃およびその他の作用からの防護物として機能する。
【０００４】
約２０年間、フレキシブル膜レドームに使用される一般的な素材は、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)ガラス繊維複合布であった。ある程度上首尾ではあったが、現存するレドームは、大きな荷重を受けた際の応力破断あるいは布断裂はもちろん、製造工程および輸送中の折込みおよび屈曲による極めて著しい機械的強度の低下、環境条件による老化ダメージを受けやすい。こうした制約は、かなりの部分、布構造において使用されるガラス繊維補強材の材料特性に起因する。繊維補強材としてのガラス繊維は、繊維対繊維磨耗、折込み、折畳みおよびクリープ破断によって機械的強度が低下しやすい。高い残存性用途に関しては、これら潜在的影響をカバーするため安全マージンが要求される。太いガラス繊維束を備えた厚手の複合布が必要になる。だが、より厚みの大きな構造は、無線周波(ＲＦ)伝送損失を増大させ、受信感度を低下させ、これによって多額のコストを払ってレーダーおよび通信アンテナの伝送出力あるいはサイズを増大させる必要が生じる。さらに、布製織工程における実際上の制約によって、布厚みが、したがって構造的性能が制限される。最終的な帰結は、あらゆる布特性を考慮した場合、厳しい環境条件下での製品残存性は保証されない、ということである。この結果、ＲＦ効率、構造的完全性、そして残存性の間の妥協が必要となる。
【０００５】
公知の素材および手法を用いて、繊維織り密度を増大させる研究が行われ、著しい進展がみられた。だが、折込み、屈曲、水圧ドラムバースト試験、およびクリープ破断破壊引張り試験を受けた際のダメージ耐性の低さは、適当な無線周波(ＲＦ)伝送特性を備えた高強度ダメージ耐性補強材の必要性を実証した。風洞測定データを用いた有効な構造解析および非線形有限要素モデリングは、レドーム素材に関する高強度および強度維持の必要性を裏付けている。要するに、高い強度を備えた従来型フレキシブル膜レドームは、許容できない無線周波(ＲＦ)損失を生じるであろうし、一方、ＲＦ損失が許容できるようなレドームは、概して、さまざまな環境で十分な強度を持たない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ本発明の目的は、無線周波(ＲＦ)伝送損失が低減されかつＲＦ受信感度が向上した高強度フレキシブルレドームを提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、長期間にわたって高い応力にさらされることに対してはもちろん、クリープ破断、折込みダメージ、屈曲ダメージ、磨耗に抗する実証された能力を備えた高強度フレキシブルレドームを提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、ガラス繊維のような公知の素材に比べて、際立ったノックダウン率(機械的特性の劣化のために必要な布強度の余裕)を要しない高強度フレキシブルレドームを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、レドームによって保護されるアンテナまたは通信システムの出力要求およびコストを低減する高強度フレキシブルレドームを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、低ＲＦ損失および高い構造的完全性および残存性を備えた高強度フレキシブルレドームが、ガラス繊維または他の現在公知あるいは現在使用されている素材の替わりに、レドームにポリエステル‐ポリアリレート繊維を使用することによって実現される、という知見に基づくものである。
【００１１】
本発明は、フレキシブルな樹脂マトリックス材中にポリエステル‐ポリアリレート繊維を有するフレキシブルな複合布材を含むレドームを特徴とする。ポリエステル‐ポリアリレート繊維は織られてもあるいは編まれてもよく、そしてフレキシブルな樹脂マトリックスはポリウレタン樹脂であってもよい。レドームはさらに、フレキシブルな複合布材に接合された外皮すなわち疎水性外部カバーを備えてもよく、しかも外皮は、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、フッ化エチレンプロピレン(ＦＥＰ)あるいはペルフルオロアルコキシ樹脂(ＰＦＡ)からなっていてもよい。ポリエステル‐ポリアリレート繊維は数百フィートの長さを有していてもよい。ポリエステル‐ポリアリレート繊維は糸を形成していてもよく、しかもこの糸は織られてもあるいは編まれてもよい。一つ以上のフレキシブルな複合布材の層が存在してもよい。
【００１２】
本発明はさらに、フレキシブルな樹脂マトリックス材中に織られたポリエステル‐ポリアリレート繊維を有するフレキシブルな複合材を含むレドーム、ならびにフレキシブルな樹脂マトリックス材中に編まれたポリエステル‐ポリアリレート繊維を有するフレキシブルな複合材を含むレドームを特徴とする。
【００１３】
本発明はさらにレドームを製造する方法を特徴とし、この方法は、フレキシブルな複合布材を形成するためポリエステル‐ポリアリレート繊維をフレキシブルな樹脂マトリックス材と組み合わせることを具備する。ポリエステル‐ポリアリレート繊維は織られてもあるいは編まれてもよい。フレキシブルな樹脂マトリックスはポリウレタン樹脂であってもよい。本方法はさらに、外皮をフレキシブルな複合布材に対して接合することを含んでもよい。外皮は、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)、フッ化エチレンプロピレン(ＦＥＰ)、あるいはペルフルオロアルコキシ樹脂(ＰＦＡ)からなっていてもよい。外皮はフレキシブルな複合布材に対して、化学的エッチングによって、接着剤接合と組み合わされたコロナ処理によって、ラミネーションによって、あるいは融解処理によって、接合されてもよい。本方法はさらに、フレキシブルな複合布材の層を形成することを含んでいてもよい。
【００１４】
当業者であれば、他の目的、特徴および利点を、好ましい実施形態に関する以下の説明ならびに添付図面から見出すであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下で説明する好ましい実施形態に加えて、本発明は他の形態をとることもでき、またさまざまな様式で実施あるいは実行できる。ゆえに、本発明は、その応用に関して、以下の説明あるいは図面に開示された構成の細部および構成要素の配置に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１６】
アンテナおよび通信設備に関する環境保護を提供するために布製レドームがよく使用される。空気支持式レドーム１０(図１)を含む代表的な現在公知の布製レドームおよび展張膜レドーム(図示せず)は、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)ガラス繊維複合布セクション１２ａ〜１２ｎからなるが、これは、上記背景段落で説明したように、製造・輸送中に機械的強度が低下し、しかも折込み、屈曲、クリープ破断および環境条件にさらされることによって老化が生じるという欠点がある。この不具合を埋め合わせるため、ガラス繊維の厚みを増大させることが知られている。だが、この増大によってＲＦ損失が増大する。さらに、布層製織工程における実際的な制約によって布厚みは制限される。
【００１７】
本発明はこうした欠点を、ポリエステル‐ポリアリレート繊維を有するフレキシブルな複合布レドーム素材の使用によって解決し、このポリエステル‐ポリアリレート繊維は強度の増大およびＲＦ伝送損失の低減をもたらす。本発明によるポリエステル‐ポリアリレート製レドームは適当な強度を提供し、そして低誘電率を備えた疎水性外部カバーを含むことが可能であり、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)ガラス繊維のような公知の素材に比べてＲＦ損失を低減させる。公知の素材に替わるポリエステル‐ポリアリレート繊維はまた、総布厚みの低減を可能にし、湿気を吸収し難くし、さらにＲＦ損失の低減に寄与する。
【００１８】
ＲＦ損失を最小限にするため、レドーム膜布素材は低い誘電率および小さな誘電正接を有することが、そして最小限の厚みであることが有利である。ＲＦ伝送測定試験において、ポリエステル‐ポリアリレート繊維強化布複合材は、低い誘電率および小さな誘電正接を含む優れた電気的特性を示した。さらに、ポリエステル‐ポリアリレート繊維強化複合材は吸水性が低いという特性を有し、これによってさらに、長期間、湿気の多い環境に置かれてもＲＦ伝送損失が最小限に抑えられる。
【００１９】
ポリエステル‐ポリアリレート繊維に関する繊維強度は、ガラスの５００Msiに比べて４１２Msiである。考慮すべき素材ノックダウンファクター(特定の事象、曝露、あるいは特質に起因する特性低下に関するファクター)は、老化、折込みおよび折畳み損傷、二軸応力状態、荷重持続、引裂き抵抗、環境曝露、内部繊維磨耗、クリープ破断耐性、繊維浸食、そして(特定の繊維に依存する)他の可能性に関するファクターを含む。ポリウレタン樹脂系および外部疎水性カバーと組み合わされたポリエステル‐ポリアリレート繊維は、上記ファクターのほぼ全てに関してガラスに比べて優れた特性を有する。図２のグラフは、ガラス繊維２２とポリエステル‐ポリアリレート繊維２４の耐荷重性を比較したものである。
【００２０】
水圧ドラムバースト試験はさらに、ガラス繊維と比べ、ポリエステル‐ポリアリレートに対する構造的利点を示した。あるポリエステル‐ポリアリレート試料は、ガラス繊維複合材が０.０５３インチの厚みであるのに比べて、０.０３３インチの厚みであった。損傷していない試料に関しては、本発明の複合布はガラス複合材よりも９０％強いことを示した。折畳みによって損傷を与えた後、ガラス複合材は、ポリエステル‐ポリアリレート複合材が強度低下を生じていないのに対して、４２％の強度維持(５８％の強度低下)を示した。本発明によりポリエステル‐ポリアリレート繊維を用いて設計されたレドームは、風荷重変化、環境悪化(ＵＶ、湿気、温度、荷重サイクル)、一定せずしかも持続する荷重効果、布ダメージおよび折込みダメージ、多軸荷重状況、および素材特性変化に関するノックダウンを勘案しても、２０年の耐用年数の間、０.９９９の統計的に計算された信頼性を有する(およそ５より大きな安全率に匹敵する)。
【００２１】
本発明のレドームおよびこのレドームを製造する方法はそれゆえ、出来上がったレドームのフレキシブルな複合布材３５における構造上の補強物としてポリエステル‐ポリアリレート繊維３２(図３)を含む。ポリエステル‐ポリアリレート繊維３２は、図３に示すように簡単に織り上げて布３４とすることができ、これはクロスとすることができ、しかも特定用途の必要性のために仕立てることができる。ポリエステル‐ポリアリレート繊維３２はまた、従来公知の繊維編み物のように、編んで布３４(図示せず)とすることができる。本発明のレドームの一実施例において、布３４は多軸状のものである(図示せず)。布３４にはフレキシブルな樹脂マトリックス４０(これはポリウレタン樹脂系であってもよい)が充填されるか、あるいは布３４はそれを用いてコートされ、フレキシブルな複合布材３５が形成される。フレキシブルな複合布材３５はフレキシブルな樹脂マトリックス４０中にポリエステル‐ポリアリレート繊維３２の一つの層５０を含んでいてもよく、あるいはフレキシブルな複合布材３５は一つ以上の層を含んでいてもよい。通常、フレキシブルな複合布材３５は二つの層５０,５２を含み、これらの層はフレキシブルな樹脂マトリックス４０中にポリエステル‐ポリアリレート繊維３２を含んでいる。ポリエステル‐ポリアリレート繊維３２を含むフレキシブルな複合布材３５はさらに、外皮すなわち疎水性外部カバー４２を備え、これは、フッ化エチレンプロピレン(ＦＥＰ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)あるいはペルフルオロアルコキシ樹脂(ＰＦＡ)からなるか、あるいはそれらを具備していてもよい。最後のものは、多くの市販されているレドーム布と同じ、耐久性のある疎水性外面特性を提供する。疎水性外部カバー４２のフレキシブルな複合布材３５への接合は、化学的エッチング、接着剤接合と組み合わされたコロナ処理、ラミネーション、融解処理、あるいは従来公知の他の技術を用いて実現可能である。
【００２２】
Celanese Acetate LLPによって製造されたVectran(登録商標)繊維のようなポリエステル‐ポリアリレート繊維３２を使用できる。ある実施例では、繊維３２は数百フィートの長さを有し、しかも２００ないし５０００デニールである。ポリエステル‐ポリアリレート繊維３２は糸を形成してもよく、この糸は、当該技術分野においては公知であるように、繊維糸番手の変更を伴って、織られるかあるいは編まれて布３４となってもよい。当業者であればさらに、繊維は糸を形成するために組み合わされてもよく、しかも繊維あるいは繊維配向などについての本明細書中での言及は繊維からなる糸にも同様に当てはまることが分かるであろう。
【００２３】
それゆえ本発明は、無線周波(ＲＦ)伝送損失を低減させかつＲＦ受信感度を向上させる高強度フレキシブルレドームをもたらす。本発明のレドーム布は、長期間にわたって高い応力にさらされることに対してはもちろん、クリープ破断、折込みダメージ、屈曲ダメージ、磨耗に抗する能力を有する。上記フレキシブルレドーム素材は、ガラス繊維のような公知の素材に比べて際立ったノックダウンファクターを持たず、それは、レドームによって保護されるアンテナあるいは通信システムのコストと同様、出力要求あるいはアンテナサイズを低減する。高い構造的な完全性および残存性と結び付いた低ＲＦ損失は、ガラス繊維あるいは他の素材の替わりに、レドーム布にポリエステル‐ポリアリレート繊維を用いたことによって達成される。
【００２４】
本発明の具体的特徴は全ての図面には示していないが、これは便宜的なものに過ぎず、各特徴は本発明による他の特徴のいずれかあるいは全てと組み合わせることができる。本明細書で使用した「含む」、「具備する」、「有する」、および「備える」という用語は、広くかつ包括的に解釈されるべきであり、いかなる物理的な相互連結にも限定されるものではない。さらに、本出願で開示した実施形態を唯一の可能な実施形態として考えるべきではない。当業者ならば他の実施形態も思い付くであろうし、それも特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】フレキシブルな布膜カバーを備えた代表的な空気支持式地上レドームの概略図である。
【図２】ガラス繊維およびポリエステル‐ポリアリレート繊維に関する耐荷重性を比較したグラフである。
【図３】ポリエステル‐ポリアリレート繊維を含む本発明によるレドームの一部の概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  空気支持式レドーム
１２ａ〜１２ｎ  複合布セクション
２２  ガラス繊維
２４  ポリエステル‐ポリアリレート繊維
３２  ポリエステル‐ポリアリレート繊維
３５  複合布材
４０  樹脂マトリックス
４２  疎水性外部カバー
５０,５２  層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2007532019.tif 000006
2007532019.tif 000007