(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材料、複合材料から作製された複合材構成要素、及び複合材構成要素を備えるより大型の構造物、並びに複合材構成要素の作製方法を提供する。【解決手段】複数のプリプレグプライ１２を配置してプリプレグプライスタック１０ａを形成することと、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルム１４で被覆することと、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆硬化複合材構成要素１０ｂを作製する方法。【選択図】図１
2019001151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプリプレグプライ（１２）を配置してプリプレグプライスタック（１０ａ）（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）を形成することと、
前記プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルム（１４）（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（３４）で被覆することであって、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面は前記プリプレグプライスタックに近接して位置している、前記プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルム（１４）（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（３４）で被覆することと、
前記熱可塑性フィルムを含む前記プリプレグプライスタックを硬化して被覆硬化複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）を作製することであって、
前記熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、前記熱可塑性フィルムを含む前記プリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を製作することとを含む、被覆複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）の作製方法。
【請求項２】
前記プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆するステップの前に、少なくとも前記熱可塑性フィルム第１面をプラズマ処理することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆するステップで、前記熱可塑性フィルムはポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記プリプレグプライスタック及び前記熱可塑性フィルムを硬化するステップで、前記プリプレグプライスタックは、約２５０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度で硬化される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のプリプレグプライは、樹脂含有構成要素及び繊維含有構成要素を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のプリプレグプライは、エポキシ含有樹脂構成要素及び繊維含有構成要素を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記熱可塑性フィルムの前記熱膨張率は、前記プリプレグプライスタックの前記熱膨張率を上回る、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のプリプレグプライは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル；ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノフェニルメタン；ｐ−アミノフェノールトリグリシジルエーテル；エポキシフェノールノボラック樹脂；エポキシクレゾールノボラック樹脂；１，３，５−トリグリシジルイソシアヌレート；トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート；グリセロールジグリシジルエーテル；トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、またはそれらの組み合わせを含む、エポキシ樹脂含有構成要素を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
複合材料（３２）であって、
プリプレグプライスタック（１０Ａ）（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）を形成している複数のプリプレグプライ（１２）と、
前記プリプレグプライスタックを被覆するように構成された被覆であって、熱可塑性フィルム（１４）（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（３４）を含み、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面は前記プリプレグプライスタックに近接して位置している、被覆を含み、
前記熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０ｐｐｍ／°Ｆから約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、複合材料（３２）。
【請求項１０】
前記熱可塑性フィルムは、
ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む、請求項９に記載の複合材料。
【請求項１１】
前記熱可塑性フィルムの前記熱膨張率は、前記プリプレグプライスタックの前記熱膨張率を上回る、請求項９または１０に記載の複合材料。
【請求項１２】
前記複数のプリプレグプライは個別のプリプレグプライを含み、前記個別のプリプレグフライは樹脂含有構成要素及び繊維含有構成要素を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１３】
前記複数のプリプレグプライは個別のプリプレグプライを含み、前記個別のプリプレグプライはエポキシ含有樹脂構成要素及び繊維含有構成要素を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１４】
複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）であって、
プリプレグプライスタックを形成する複数のプリプレグプライを含む複合材料と、
前記プリプレグプライスタックに近接している被覆であって、前記被覆は、
熱可塑性フィルムであって、熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する熱可塑性フィルムを含む、被覆と
を含む、複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）。
【請求項１５】
前記熱可塑性フィルムは、前記複合材料に約０．５ｐｓｉから約１０ｐｓｉの範囲の圧縮予荷重を印加するように構成されている、請求項１４に記載の複合材構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して複合材料、並びに複合材料から作製された複合材構成要素、及び複合材構成要素を備えるより大型の構造物に関する。具体的には、本開示は、被覆複合材料の製造、及び開示の方法に従って作製された被覆複合構成要素に関する。この被覆複合構成要素では、被覆と複合材料とは共硬化されてよく、被覆は熱可塑性フィルムを含む。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）は、限定しないが航空機を含む、限定しないがビークルを含む、構造物の分野で有用性を有する。ＣＦＲＰは、いわゆるプリプレグを作製するために樹脂材料（例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂など）に含浸された繊維材料（例えば炭素繊維など）を含む。プリプレグは、部分的に硬化された層であり、ロールとして製造することができる。このロールからは、複合材料の製造で使用するための、ロールでないシートを生み出すことができる。次に、プリプレグ材料、即ち「プリプレグ」は、「レイアップ」または「スタック」されて多層の「スタック」とすることができる。「スタック」は、形成用マンドレルまたは他の工具上で成形することができ、続いてこの成形された材料を硬化または部分硬化して、所望であれば、工具によって与えられた所望の且つ所定の形状と寸法を持ち、所望の重量及び強度を有する、複合材料を製作することができる。代わりに、プリプレグを配向してスタックとし、トリミング及び硬化して、複合材料構造物または他のタイプの複合材構成要素として使用される中実（ｓｏｌｉｄ）スタックとしてもよい。
【０００３】
ＣＦＲＰは、航空機の構造構成要素（例えばストリンガ、スパー、リブなど）として使用され得る。時間の経過と共に、ＣＦＲＰを含むものといった複合材料に亀裂またはひび割れが生じ、修理または交換が必要となることがある。こうした修理または交換を行うと、この複合材料を包含しているより大型の構造物稼働中止にしなければならないため、時間と費用がかかってしまう。ＣＦＲＰ及び他の複合材料を含む構成要素を保護する試みは、複合材料に圧縮力を与えるかまたは他の態様で複合材料を補強及び保護する、オーバーラップまたは、例えば硬化済み織物層といった他の層を含み得る。しかし、例えば硬化性織物材料シェルなどといった保護用オーバーラップ材料は、時として、下層の複合材料の劣化に寄与し得る特性を有する可能性がある。例えば、あるオーバーラップシェル材料が複合材料のものとは異なる熱膨張率（ＣＴＥ）及び／またはヤング率を有している場合、このオーバーラップ材料は、複合材料に対して損傷や劣化からの保護を十分に与えることができないかもしれず、そうした劣化に寄与する可能性がある。本開示の目的に関しては、別様に明記されていない限り、用語「係数（ｍｏｄｕｌｕｓ）」は用語「ヤング率」と同等に用いられており、したがってこれらの用語は相互に代替可能である。
【０００４】
複合材スタックと、その複合材スタックをオーバーラップしているシェル材料との間の、ＣＴＥ及び／または係数のミスマッチによって、スタックアップされたプリプレグプライアセンブリからなる複合材スタック（例えば複合材料の「スタック」）がオーバーラップシェルと比べてより大きな程度まで収縮または膨張し、複合材スタックに損傷が生じ得る。その結果、複合材構成要素の製造中の硬化段階及び「ラッピング」段階、並びにラッピングされた複合材料が使用中に受ける条件が熱応力につながる結果となり、複合材料スタックの端部に亀裂、ひび割れ、及び／または微小クラックが生じ得る。こうしたひび割れは、しばしば複合材料の端部において起き始める。こうした複合材料の損傷は、構成要素の検査の際に発見された場合には、こうした複合材料または部品の不合格という結果につながり、材料廃棄が発生し、製造コストが上昇する。より大型の構造物内に設置され、「稼働中」である複合材構成要素に損傷が発生した場合、損傷を受けた複合材部品の修理または交換が必要となり得る。この場合もまた材料廃棄が発生し、コストが上昇し、その一方でこの複合材構造物を包含するより大きな構造物が修理のために使用不能となる。
【０００５】
さらに、複合材料から作製された複合材構成要素は、より大型の構造物（例えば航空機）の製造に用いられ得る。こうした構造物は、限定しないが例として落雷を含む、電磁的影響（ＥＭＥ）に遭遇し得る。ある構造物がＥＭＥに遭遇すると、この構造物に加えられる電荷が任意の導電経路を通って伝わり、複合材料を含む露出した誘電体に対して損傷を与え得る。複合材料の端部が露出した炭素繊維を含んでいる場合、ＥＭＥに起因する複合材料の電気的損傷が悪化し得る。
【発明の概要】
【０００６】
一態様によると、本開示は、被覆複合材構成要素の作製方法に関する。本方法は、複数のプリプレグプライを配置してプリプレグプライスタックを形成することと、このプリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆することであって、熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置している、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆することと、プリプレグプライスタック及び熱可塑性フィルムを硬化して被覆複合材構成要素を作製することであって、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆ（即ち、２×１０−５／ｉｎ／ｉｎ／°Ｆから７×１０−５／ｉｎ／ｉｎ／°Ｆ）の範囲の熱膨張率を有する、プリプレグプライスタック及び熱可塑性フィルムを硬化して被覆複合材構成要素を作製することとを含む。
【０００７】
別の態様では、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆するステップの前に、少なくとも熱可塑性フィルムの第１面をプラズマ処理することを含んでいる。
【０００８】
さらなる態様では、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆するステップで、前記熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含んでいる。
【０００９】
別の態様では、プリプレグプライスタック及び熱可塑性フィルムを硬化するステップで、プリプレグプライスタック及び熱可塑性フィルムは、約２５０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度で硬化される。
【００１０】
別の態様では、複数のプリプレグプライは、樹脂含有構成要素及び繊維含有構成要素を含む。
【００１１】
別の態様では、複数のプリプレグプライは、エポキシ含有樹脂構成要素及び繊維含有構成要素を含む。
【００１２】
さらなる態様では、複数のプリプレグプライはエポキシ含有樹脂構成要素と繊維含有構成要素とを含み、繊維含有構成要素は炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、またはこれらの組み合わせを含む。
【００１３】
別の態様では、複数のプリプレグプライは、それぞれＢステージのエポキシ樹脂を含む。
【００１４】
さらに別の態様では、複数のプリプレグプライは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル；ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノフェニルメタン；ｐ−アミノフェノールトリグリシジルエーテル；エポキシフェノールノボラック樹脂；エポキシクレゾールノボラック樹脂；１，３，５−トリグリシジルイソシアヌレート；トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート（及びイソシアヌレート）；グリセロールジグリシジルエーテル；トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、並びにそれらの組み合わせを含む、エポキシ樹脂含有構成要素を含む。
【００１５】
本開示によると、さらなる態様は、プリプレグプライスタックを形成している複数のプリプレグプライを含む複合材料であって、プリプレグプライスタックは熱可塑性フィルムを含み、熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置し、前記熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０ｐｐｍ／°Ｆから約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、複合材料に関する。
【００１６】
別の態様では、共硬化された熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む。
【００１７】
別の態様では、熱可塑性フィルムを含むプリプレグスタックは、約２５０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度で硬化される。
【００１８】
別の態様では、複数のプリプレグプライは、樹脂含有構成要素及び繊維含有構成要素を含む。
【００１９】
別の態様では、複数のプリプレグプライは、エポキシ含有樹脂構成要素及び繊維含有構成要素を含む。
【００２０】
さらなる態様では、繊維含有構成要素は、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、またはこれらの組み合わせを含む。
【００２１】
別の態様では、プリプレグプライは、Ｂステージのエポキシ樹脂を含む。
【００２２】
さらなる態様では、プリプレグプライは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル；ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノフェニルメタン；ｐ−アミノフェノールトリグリシジルエーテル；エポキシフェノールノボラック樹脂；エポキシクレゾールノボラック樹脂；１，３，５−トリグリシジルイソシアヌレート；トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート（及びイソシアヌレート）；グリセロールジグリシジルエーテル；トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、並びにそれらの組み合わせを含む、エポキシ樹脂を含む。
【００２３】
さらなる態様では、熱可塑性フィルム材料は、約３ＧＰａから約２０ＧＰａの範囲の値のヤング率を有する。
【００２４】
別の態様では、熱可塑性フィルムの熱膨張率は、プリプレグプライスタックの熱膨張率を上回る。
【００２５】
本開示のさらなる態様は、プリプレグプライスタックを形成する複数のプリプレグプライを含む複合材料と、プリプレグプライスタックに近接している被覆であって、被覆は熱可塑性フィルムを含み、熱可塑性フィルムは約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約３０から約６０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、被覆とを含む、複合材構成要素に関する。
【００２６】
別の態様では、熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む。
【００２７】
さらなる態様では、プリプレグプライスタックは樹脂構成要素と繊維含有構成要素とを含み、繊維含有構成要素は炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、またはこれらの組み合わせを含む。
【００２８】
別の態様では、硬化済みプリプレグプライスタックは、プリプレグプライスタック内にひび割れを生じさせるのに必要な層間引張応力の量よりも小さい、ある量の層間引張応力を受ける。
【００２９】
別の態様では、硬化済み複合材料は、複合材料内にひび割れを生じさせるのに必要な層間引張応力の量よりも小さい、ある量の層間引張応力を受ける。
【００３０】
さらなる態様では、熱可塑性フィルムは、複合材料に圧縮予荷重を印加するように構成されている。
【００３１】
さらなる態様では、熱可塑性フィルムは、複合材料に約０．５ｐｓｉから約１０ｐｓｉの範囲の圧縮予荷重を印加するように構成されている。
【００３２】
別の態様では、熱可塑性フィルム材料は、複合材料の熱膨張率値よりも大きい熱膨張係数値を有する。
【００３３】
本開示の態様はさらに、複合材料を含む複合材構成要素を含む構造物であって、複合材料はプリプレグプライスタックを形成している複数のプリプレグプライを含み、プリプレグプライは熱可塑性フィルムを含み、熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置しており、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０ｐｐｍ／°Ｆから約７０ｐｐｍ／°Ｆ（即ち、２×１０−５／ｉｎ／ｉｎ／°Ｆから７×１０−５／ｉｎ／ｉｎ／°Ｆ）の範囲の熱膨張率を有する、構造物に関する。
【００３４】
さらなる態様では、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約３０から約６０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する。
【００３５】
別の態様では、熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む。
【００３６】
別の態様では、複合材構成要素の複合材料は、複合材料内にひび割れを生じさせるのに必要な層間引張応力の量よりも小さい、ある量の層間引張応力を受ける。
【００３７】
本開示の別の態様は、複合材料を含む複合材構成要素を含むビークルであって、複合材料はプリプレグプライスタックを形成している複数のプリプレグプライを含み、プリプレグプライは熱可塑性フィルムを含み、熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置しており、前記熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、ビークルに関する。
【００３８】
さらなる態様によると、ビークルは、航空機である。
【００３９】
別の態様では、ビークルは、有人航空機、無人航空機、有人宇宙船、無人宇宙船、有人回転翼航空機、無人回転翼航空機、衛星、ロケット、有人地上ビークル、無人地上ビークル、有人水上ビークル、無人水上ビークル、有人水中ビークル、無人水中ビークル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００４０】
さらなる態様によると、熱可塑性フィルムは複合材料に圧縮予荷重を印加するように構成されており、圧縮荷重は約０．５ｐｓｉから約１０ｐｓｉの範囲である。
【００４１】
本開示の各種の例について、ここまで概略的に説明してきたが、ここで添付の図面を参照する。図面は、必ずしも正寸で描かれている訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本開示の一態様の側面断面図である。
【図２】本開示の一態様の立面斜視図である。
【図３】本開示の一態様の立面斜視図である。
【図４】本開示の態様の概要を示すフローチャートである。
【図５】本開示の態様の概要を示すフローチャートである。
【図６】本開示の態様の概要を示すフローチャートである。
【図７】本開示の態様の概要を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本開示の態様によると、複合材の「スタック」を含む複合材積層材料の作製方法、並びにこうした方法に従って作製された複合材料、及びこうした複合材料を含む構造物が開示される。
【００４４】
本開示の態様は、例えば、複合材料とオーバーラップ材料との間のＣＴＥのミスマッチを含む要因による複合材料の端部のひび割れが低減されるかほぼ根絶される、複合材料の製造方法に関する。
【００４５】
本開示の態様は、熱可塑性材料フィルムを含む複合材料オーバーラップを提供することを含む。熱可塑性材料フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度における約２０から７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率と、複合材料よりも低いヤング率を有する。
【００４６】
別の態様では、熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）もしくはポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、または例えばＣＴＥを含む特性に関してＰＥＥＫ及び／またはＰＥＫＫと同様である、熱可塑性材料を含む。
【００４７】
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、ポリアリルエーテルケトン（ＰＡＥＫ）族に属する有機熱可塑性物質であり、ＰＥＥＫは、以下の一般式を有する。
2019001151.tif 000003
【００４８】
ＰＥＥＫは、約２０から約８０ｐｐｍ／°Ｆ（即ち、約２から約８×１０−５インチ／インチ／°Ｆ）の範囲の値（等級による）の熱膨張率と、約３．６ＧＰａのヤング率の値と、約９０ＭＰａから約１００ＭＰａの範囲の引張強度とを有する。ＰＥＥＫは、熱劣化、並びに有機的環境及び水性環境（限定しないが例として、燃料及び燃料システムと接触する環境など）からの攻撃に対して高度な抵抗性を有し、生物分解に対して高度な抵抗性を有する。
【００４９】
ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）は、ＰＡＥＫ族に属する半結晶性熱可塑性物質であり、ＰＥＫＫは、以下の一般式を有する。
2019001151.tif 000004
【００５０】
ＰＥＫＫは、約１０から約２０ｐｐｍ／°Ｆ（即ち、約１から約２×１０−５インチ／インチ／°Ｆ）の範囲の値（等級による）の熱膨張率と、約４．５ＧＰａのヤング率の値と、約１０２ＭＰａの引張強度とを有する。ＰＥＥＫもまた、熱劣化、並びに有機的環境及び水性環境（限定しないが例として、燃料及び燃料システムと接触する環境など）からの攻撃に対して高度な抵抗性を有し、生物分解に対して高度な抵抗性を有する。
【００５１】
本開示で検討されているように、複合材料スタックを作製するのに使用されるＣＦＲＰは、典型的には、約２０から約３０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の値の熱膨張率（ＣＴＥ）を有する。ＣＦＲＰを覆うのに使われている熱可塑性フィルムのオーバーラップのＣＴＥ値に差異があるということは、ＣＦＲＰの硬化後に、またはラッピングされた複合材構成要素の使用中に、検討されている熱可塑性フィルムがＣＦＲＰ（例えば複合材料）のスタックよりも大きく収縮することがあり得ることを意味する。これによって、熱可塑性フィルムがＣＦＲＰスタックに対して圧縮力または予荷重を印加する結果となり、ＣＦＲＰスタック内、具体的にはその端部におけるひび割れや亀裂（例えば端部のひび割れ）の発生が、低減またはほぼ根絶される。
【００５２】
その結果、本開示による熱可塑性被覆によって、ＥＭＥからの防護が向上した複合材料を含む、複合材料スタック及び構成要素が提供される。なぜなら、連続した熱可塑性フィルムによって、ＣＦＲＰの端部の露出した炭素繊維端に対するバリアが提供されるか、またはこの炭素繊維端が他の態様で覆われるからである。したがって、熱可塑性フィルムの被覆、すなわちオーバーラップの存在によってＣＦＲＰに与えられているこのレベルのＥＭＥからの防護が、ＣＦＲＰ及び、ＣＦＲＰスタックに近接している金属構成要素の、卓越した腐食保護（例えば、熱可塑性フィルムの存在がなければ発生したであろう電解腐食からの保護）を提供しているのである。熱可塑性フィルムの検討されている厚さは、厚さ約２から約２０ミル（ｍｉｌ）の範囲であり、好ましくは厚さ約３から約５ミルの範囲である。この厚さは、織物から作られた従来型のＣＦＲＰラッピング（厚さ８ミル）よりも、著しく薄い。
【００５３】
加えて、検討されている熱可塑性フィルム材料の密度（例えば、検討されている熱可塑性フィルムの密度は約１．３から約１．４ｇ／ｃｃの範囲である）もまた、複合材料スタックを覆う、即ち「ラップ」するのに現在使われている織物の密度よりも低い。材料の密度とフィルムの厚さがこのように削減されているので、測定できるほどの重量削減が生み出されている。例えば、航空機の分野では、こうした重量削減は約３００ポンドに達するかまたは約３００ポンドを超えることができる。これは、燃料消費の点で、顕著なコスト節約を意味している。
【００５４】
さらに検討されている態様によると、必要に応じて、熱可塑性物質に添加物を与えることによって、熱可塑性フィルムは様々な特性（例えば物理的特性、化学的特性、熱的特性など）を持つようにカスタマイズされ得る。例えば、検討されている熱可塑性フィルムは、約１０５から１０１１ｏｈｍ／ｍ２の範囲の、所望の表面抵抗率を達成するようにカスタマイズすることができる。本書で開示している複合材料から作製される構成要素は、航空機を含むビークルの製造で使用される構成要素（例えばリブ、スパー、ストリンガなど）の分野で、またこうしたビークルの燃料タンクの製造において使用される構造構成要素の分野で、具体的な有用性を見出し得る。
【００５５】
加えて、検討されている熱可塑性フィルムは、材料のハンドリングと貯蔵の点で、例えば冷蔵保管を必要とし得る織物のオーバーラップと比べて著しく大きい処理上の利点を提供する。それによって、設備用スペース、処理の複雑さ、及び全体的なコストがさらに削減される。加えて、本開示の態様では、湿気に対する防護がより強力であり、したがって現在使用されている織物製オーバーラッピングと比べてより強化された防湿層の役割を果たす、熱可塑性のラッピングまたは被覆の使用が検討される。
【００５６】
さらなる態様では、複合材料を作製するためのプリプレグプライはエポキシ含有樹脂構成要素と繊維含有構成要素とを含み、繊維含有構成要素は炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、またはこれらの組み合わせを含む。
【００５７】
別の態様では、プリプレグプライスタックは、Ｂステージのエポキシ樹脂を含む。
【００５８】
さらに別の態様では、プリプレグプライスタックは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル；ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノフェニルメタン；ｐ−アミノフェノールトリグリシジルエーテル；エポキシフェノールノボラック樹脂；エポキシクレゾールノボラック樹脂；１，３，５−トリグリシジルイソシアヌレート；トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート（及びイソシアヌレート）；グリセロールジグリシジルエーテル；トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、並びにそれらの組み合わせを含む、エポキシ樹脂含有構成要素を含む。本開示では、このプリプレグプライ（例えば、プリプレグプライを含むプリプレグプライスタックを含む複合材料）が、限定しないが、アクリレート樹脂系システム、ベンゾアジンを含む複合材システムを含む、エポキシ樹脂系システム以外のシステムに基づいていてよいことがさらに検討される。
【００５９】
図１に示すように、プリプレグスタック１０ａは複数のレイアップされたプリプレグプライ１２を含む。被覆複合材構成要素１０ｂは、本開示の一態様を示す。プリプレグスタック１０ａは、複数のレイアップされたプリプレグプライ１２と、被覆複合材構成要素１０ｂをほぼ完全に覆うために外面に付けられた熱可塑性被覆１４を含む。
【００６０】
図２は、製造中の様々な段階にある、本開示の態様による被覆複合材料の立面斜視図を示す。段階２０ａでは、熱可塑性フィルム２４ａが、複合材プリプレグプライスタック２２ａに近接する位置にもたらされている。段階２０ｂでは、熱可塑性フィルム２４ｂは、複合材プリプレグプライスタック２２ｂに対する最終的な位置に配向されている。段階２０ｃは、熱可塑性フィルム２４ｃを含んでいる複合材プリプレグプライスタック２２ｃを示す。
【００６１】
図３は、熱可塑性フィルム３４で覆われた硬化済み複合材料３２を有する複合材構成要素３０の立面斜視図を示す。
【００６２】
図４から図７は、本開示の態様の概要を示すフローチャートである。図４は、複数のプリプレグプライを配置してプリプレグプライスタックを形成すること（４２）と、このプリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（４４）であって、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置している、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（４４）と、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（４４ａ）であって、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材格構成要素を作製すること（４４ａ）とを含む、方法（４０）の概略を示す。
【００６３】
図５は、少なくとも熱可塑性フィルムの第１面をプラズマ処理すること（５２）と、複数のプリプレグプライを配置してプリプレグプライスタックを形成すること（４２）と、このプリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（４４）であって、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置している、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（４４）と、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（４４ａ）であって、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（４４ａ）とを含む、方法（５０）の概略を示す。
【００６４】
図６は、複数のプリプレグプライを配置してプリプレグプライスタックを形成すること（４２）と、このプリプレグプライスタックをポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む熱可塑性フィルムで被覆すること（６２）であって、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置している、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（６２）と、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（４４ａ）であって、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（４４ａ）とを含む、方法（６０）の概略を示す。
【００６５】
図７は、複数のプリプレグプライを配置してプリプレグプライスタックを形成すること（４２）と、このプリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（４４）であって、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置している、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆すること（４４）と、約２５０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度で熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（７２）であって、熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製すること（７２）とを含む、方法（７０）の概略を示す。
【００６６】
本開示のさらなる態様では、複合材プリプレグプライスタックに熱可塑性フィルムを付ける前に熱可塑性フィルムを処理する方法が検討される。こうした処理は、限定しないが、熱可塑性フィルムをプラズマ処理して熱可塑性フィルムの少なくとも一面を活性化することを含む。本書では「プラズマ表面活性化」と同等に使用されている「プラズマ処理」の語は、ポリマーに極性基または官能基を付着させることによって、ポリマーの表面を予測可能に変化させる。こうしたプラズマ処理は、容易には接合しないかもしれない化学的に不活性なポリマーを、他の材料に接合しようと試みるときに特に有用である。プラズマ処理された表面は、数か月間活性化されたままであり得る。既知のプラズマ処理方法によると、（例えば紫外線などの）放射と、生成されたプラズマからの活性酸素種とによって材料表面が破壊され、プラズマからの活性酸素種（例えばラジカル）が、処理された材料表面上に生じた活性部位と結合することが可能になり、それによって他の材料表面との接合に関して高度な活性を有する材料面が作り出される。
【００６７】
実施例
以下の実施例は、共硬化性複合材（例えばＣＦＲＰ）スタックに対してＰＥＥＫまたはＰＥＫＫの熱可塑性ラッピングまたは被覆を設けるための、一般的な方法の概略を示している。ＰＥＥＫまたはＰＥＫＫの熱可塑性フィルムがプラズマ処理されて、熱可塑性フィルムの表面反応性が向上する。ＰＥＥＫフィルムは例えば、０．５’’の高さで、３００’’／分で、所定のイオン濃度レベルで、処理されてよい。ＰＥＥＫまたはＰＥＫＫの熱可塑性フィルムは、共硬化性熱可塑性オーバーラップとして、共硬化性複合材スタック上に配向される。熱可塑性オーバーラップ付きのスタックは、適切な真空及び通常の圧力用にプログラムされたオートクレーブ内で共硬化される。以下のように、オートクレーブ用の段階的加熱サイクルが定められている。遅行の（ｌａｇｇｉｎｇ）熱電対を観測しながら行う。１）気温に応じて、２２０°Ｆの温度が達成されるまで３°Ｆ／分、２）気温に応じて、３１０°Ｆまで１．２°Ｆ／分、３）気温に応じて、３５５°Ｆまで０．４°Ｆ／分。遅行の熱電対が３４５°Ｆに達したとき、１５０分間保持する。共硬化されている熱可塑性フィルムとスタックは、気温に応じて、３°Ｆ／分で放冷される。先行の（ｌｅａｄｉｎｇ）熱電対が１４０°Ｆ未満の温度を記録したとき、圧力が低減されてサイクルは終了する。本明細書の目的に関しては、ＰＥＥＫ及び／またはＰＥＫＫの熱可塑性フィルムに言及する場合、「ラップする」「オーバーラップする」「ラッピング」及び「被覆」の語は同等の用語であり、相互に代替可能に用いられてよい。本開示では、プリプレグプライスタックを含む未硬化の複合材料に付けられた、熱可塑性フィルムが検討される。この態様では、熱可塑性フィルムは、すぐ上に記載された実施例で概説された複合材料用の硬化処理を受ける。本開示の態様によると、熱可塑性フィルムは、ラップとして、未硬化のまたは部分的に硬化済みの複合材料に提供される。次に、熱可塑性フィルムは、熱可塑性フィルム付きの複合材料が複合材料の硬化処理を受ける際に、複合材料に接合される。硬化処理中に熱可塑性フィルムの化学構造が変化しないことは認識されているが、本開示の目的に関しては、本処理は「硬化」処理または「共硬化」処理として同等に呼ばれてよく、これらの単語は相互に代替可能に使用される。
【００６８】
本開示のさらなる態様では、限定しないが、航空機を含むビークル用の構造構成要素及び他の構成要素（例えばスパー、リブ、ストリンガなど）が検討される。こうした構成要素では、ビークルの燃料タンク及び燃料タンクシステムに関連して有用性が見出されている。こうしたビークルは、有人航空機、無人航空機、有人宇宙船、無人宇宙船、有人回転翼航空機、無人回転翼航空機、衛星、ロケット、有人地上ビークル、無人地上ビークル、有人水上ビークル、無人水上ビークル、有人水中ビークル、無人水中ビークル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【００６９】
さらに、本開示は以下の条項による例を含む。
【００７０】
条項１．複数のプリプレグプライ（１２）を配置してプリプレグプライスタック（１０ａ）（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）を形成することと、
このプリプレグプライスタックを熱可塑性フィルム（１４）（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（３４）で被覆することであって、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、前記熱可塑性フィルム第１面はプリプレグプライスタックに近接して位置している、プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルム（１４）（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（３４）で被覆することと、
熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）を作製することであって、
熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、熱可塑性フィルムを含むプリプレグプライスタックを硬化して被覆複合材構成要素を作製することとを含む、被覆硬化複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）の作製方法。
【００７１】
条項２．プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆するステップの前に、少なくとも熱可塑性フィルム第１面をプラズマ処理することをさらに含む、条項１に記載の方法。
【００７２】
条項３．プリプレグプライスタックを熱可塑性フィルムで被覆するステップで、前記熱可塑性フィルムは
ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む、条項１に記載の方法。
【００７３】
条項４．プリプレグプライスタック及び熱可塑性フィルムを硬化するステップで、プリプレグプライスタックは、約２５０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度で硬化される、条項１に記載の方法。
【００７４】
条項５．複数のプリプレグプライは、樹脂含有構成要素及び繊維含有構成要素を含む、条項１に記載の方法。
【００７５】
条項６．複数のプリプレグプライは、エポキシ含有樹脂構成要素及び繊維含有構成要素を含む、条項１に記載の方法。
【００７６】
条項７．プリプレグプライはエポキシ含有樹脂構成要素と繊維含有構成要素とを含み、前記繊維含有構成要素は炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、またはこれらの組み合わせを含む、条項１に記載の方法。
【００７７】
条項８．熱可塑性フィルムの熱膨張率は、プリプレグプライスタックの熱膨張率を上回る、条項１に記載の方法。
【００７８】
条項９．プリプレグプライは、それぞれＢ−ステージのエポキシ樹脂を含む、条項６に記載の方法。
【００７９】
条項１０．プリプレグプライは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル；ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−ジアミノフェニルメタン；ｐ−アミノフェノールトリグリシジルエーテル；エポキシフェノールノボラック樹脂；エポキシクレゾールノボラック樹脂；１，３，５−トリグリシジルイソシアヌレート；トリス（２，３−エポキシプロピル）イソシアヌレート；グリセロールジグリシジルエーテル；トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、またはそれらの組み合わせを含む、エポキシ樹脂含有構成要素を含む、条項６に記載の方法。
【００８０】
条項１１．複合材料（３２）であって、
プリプレグプライスタック（１０Ａ）（２２ａ）（２２ｂ）（２２ｃ）を形成している複数のプリプレグプライ（１２）と、
前記プリプレグプライスタックを被覆するように構成された被覆であって、熱可塑性フィルム（１４）（２４ａ）（２４ｂ）（２４ｃ）（３４）を含み、前記熱可塑性フィルムは熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、熱可塑性フィルム第１面は前記プリプレグプライスタックに近接して位置している、被覆とを含み、
前記熱可塑性フィルムは、約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において、約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する、複合材料（３２）。
【００８１】
条項１２．熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む、
条項１１に記載の複合材料。
【００８２】
条項１３．熱可塑性フィルムの熱膨張率は、プリプレグプライスタックの熱膨張率を上回る、条項１１に記載の複合材料。
【００８３】
条項１４．複数のプリプレグプライは個別のプリプレグプライを含み、前記個別のプリプラグフライは樹脂含有構成要素及び繊維含有構成要素を含む、条項１１に記載の複合材料。
【００８４】
条項１５．個別のプリプレグプライは、エポキシ含有樹脂構成要素及び繊維含有構成要素を含む、条項１４に記載の複合材料。
【００８５】
条項１６．個別のプリプレグプライはエポキシ含有樹脂構成要素と繊維含有構成要素とを含み、前記繊維含有構成要素は炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、またはこれらの組み合わせを含む、条項１４に記載の複合材料。
【００８６】
条項１７．複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）であって、
プリプレグプライスタックを形成する複数のプリプレグプライを含む複合材料と、
プリプレグプライスタックに近接している被覆であって、前記被覆は、
熱可塑性フィルムであって、熱可塑性フィルム第１面及び熱可塑性フィルム第２面を含み、
約６０°Ｆから約３５０°Ｆの範囲の温度において約２０から約７０ｐｐｍ／°Ｆの範囲の熱膨張率を有する熱可塑性フィルムを含む、被覆と
を含む、複合材構成要素（１０ｂ）（２０ｃ）（３０）。
【００８７】
条項１８．熱可塑性フィルムは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルケトンケトンを含む、条項１７に記載の複合材構成要素。
【００８８】
条項１９．熱可塑性フィルムは、複合材料に約０．５ｐｓｉから約１０ｐｓｉの範囲の圧縮予荷重を印加するように構成されている、条項１７に記載の複合材構成要素。
【００８９】
条項２０．条項１７に記載の複合材構成要素を備える航空機。
【００９０】
本開示に示される諸態様は、もちろん、本書に具体的に明記した以外の方法によっても、本開示の諸態様の本質的な特性から逸脱することなしに実施され得る。本態様は、あらゆる観点で例示的且つ非限定的だと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲の主旨及び均等性の範囲内にある全ての変更は、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【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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【外国語明細書】
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