(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的にマトリクス（２２）中に組み込まれた、複数の繊維（３０）を各々が含む複数の層を含み、
前記繊維が、少なくとも１つの局在する連結領域である少なくとも１つの連結箇所パターンにおいて、前記複数の層に含まれる個別の層内で及び前記複数の層に含まれる異なる層間で、互いに連結されており、前記少なくとも１つの連結箇所パターンの外側において互いに連結されていない
複合材構造体。
【請求項２】
各連結箇所（８０）が連結型及び連結品質を有する、
請求項１に記載の複合材構造体。
【請求項３】
複数の連結箇所（８０）において互いに連結された前記複数の繊維を含む第１の層（６２）
をさらに含む、請求項１または２に記載の複合材構造体。
【請求項４】
第１の連結型及び／または連結品質の、複数の連結箇所（８０）において互いに連結された第１の繊維（３２）を有する第１の層（６２）、並びに
前記第１の連結型及び／または連結品質とは異なる第２の連結型及び／または連結品質の、複数の連結箇所（８０）において互いに連結された第２の繊維（３４）を有する第２の層（６４）
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の複合材構造体。
【請求項５】
前記第１の繊維（３２）及び前記第２の繊維（３４）が、前記複数の連結箇所（８０）において互いに連結されている、
請求項４に記載の複合材構造体。
【請求項６】
前記第１の層（６２）が、前記複数の繊維（３０）を含む繊維織物プライ（７４）を含み、
前記繊維織物プライ（７４）内の前記連結箇所（８０）の内の少なくとも一部が、前記繊維織物プライ（７４）内で前記繊維が交差する箇所に位置づけられている、
請求項１から５のいずれか一項に記載の複合材構造体。
【請求項７】
連結箇所（８０）が、前記繊維を連結する前記連結箇所（８０）の連結強度、連結の降伏及び／もしくは破壊ひずみ、並びに／または弾性係数を含む連結品質を有する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の複合材構造体。
【請求項８】
前記繊維（３０）が第１の繊維（３２）及び第２の繊維（３４）を含み、
前記連結品質が、前記第１の繊維と第２の繊維との間の第１の連結箇所（８０ａ）における高強度／低ひずみ連結、及び、前記第１の繊維と第２の繊維との間の第２の連結箇所（８０ｂ）における低強度／高ひずみ連結を含む、
請求項７に記載の複合材構造体。
【請求項９】
前記繊維（３０）の少なくとも一部がコアシース繊維として構成され、
前記コアシース繊維のそれぞれが、可融性材料から形成されたシースに取り囲まれたコアからなり、
前記コアシース繊維の内の少なくとも２つの内の前記シース（５８）が、１または複数の連結箇所（８０）において共に融着されている、
請求項１から８のいずれか一項に記載の複合材構造体。
【請求項１０】
前記繊維（３０）が、実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性の材料から形成され、
マトリクス（２２）が、実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性のポリマーマトリクス（２２）から形成されている、
請求項１から９のいずれか一項に記載の複合物構造体。
【請求項１１】
複合品を製造する方法であって、
複数の繊維（３０）を各々が含む複数の層を提供するステップと、
少なくとも１つの局在する連結領域である少なくとも１つの連結箇所パターンにおいて、前記複数の層に含まれる個別の層内で及び前記複数の層に含まれる異なる層間で、前記繊維を互いに連結し、前記少なくとも１つの連結箇所パターンの外側において前記繊維を互いに連結しないステップと、
前記繊維を含む前記複数の層をマトリクス（２２）中に組み込むステップを含む、方法。
【請求項１２】
異なる連結型及び／または異なる連結品質を有する少なくとも２つの連結箇所（８０）を提供するステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の層（６２）内の前記繊維（３０）の少なくとも一部を配置するステップと、
異なる連結型及び／または異なる連結品質の、少なくとも２つの連結箇所（８０）において、前記第１の層内の前記繊維の内の少なくとも２つを連結するステップと、
をさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１の繊維（３２）を有する第１の層（６２）内の前記繊維の少なくとも一部を配置するステップと、
第２の繊維（３４）を有する第２の層（６４）内の前記繊維の少なくとも一部を配置するステップと、
第１の連結型及び／または連結品質の連結箇所（８０）において、前記第１の繊維の内の少なくとも２つを連結するステップと、
前記第１の連結型及び／または連結品質とは異なる第２の連結型及び／または連結品質の連結箇所において、前記第２の繊維の内の少なくとも２つを連結するステップと、
をさらに含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の層（６２）を、前記複数の繊維（３０）を含む繊維織物プライ（７４）として提供するステップと、
前記繊維が交差する１または複数の連結箇所（８０）において、前記繊維織物プライ内の前記繊維（３０）の少なくとも一部を連結するステップと、
をさらに含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１０年１２月１５日に出願され、「複合材中の選択的に結合された繊維」と題する、係属中の米国特許出願Ｎｏ．１２／９６８，５７５の継続出願であり、同願に対して優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、一般的には複合材に関し、より具体的には、バリスティック（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ）性能改良のための結合された繊維を有する、繊維補強された複合材構造体に関する。
【背景技術】
【０００３】
複合材構造体には、典型的には繊維によって補強されたマトリクスが含まれ、繊維は、マトリクス中に組み込まれている。複合材構造体は、負荷を繊維長に沿って伝達するよう設計されている。１つの繊維からの負荷は、マトリクス材料を通過して、同一層中の別の繊維または隣接層中の繊維に伝わり得る。しかし、マトリクスは典型的に繊維よりも弱く、このため１つの繊維から別の繊維にマトリクス経由で十分に高い負荷が伝えられた場合、マトリクスは破壊される。マトリクスの破壊によって、繊維は複合材構造体中で横方向に移動することが可能になる。
【０００４】
複合材パネルが発射体によって衝撃を受けるようなバリスティック事象の間、繊維が側方にまたは横方向に移動可能であることは、一般的には当該複合材パネルの全体的なバリスティック性能にとって不利益である。例えば、マトリクス中の繊維が横方向に移動可能だと、発射体が繊維同士の間に刺さり込むことが可能になる。繊維同士の間に発射体が刺さり込むことによって、繊維が破壊されることなく、発射体が複合材パネルの厚さを貫通することが可能になる。これに関し、繊維が横方向に移動し、続いて発射体が刺さり込むことによって、パネルのバリスティック性能の能力は低下する。
【０００５】
以上から明らかなように、当該技術分野において、バリスティック性能が改良され得るように、繊維の横方向への移動に対する脆弱性の低減を提供する複合材構造体の必要が存在する。繊維の横方向への移動に対する脆弱性を低減することによって、複合物構造体に静的及び／または準静的な荷重がかかる間の複合材構造体の構造的性能もまた、改良される結果になり得る。
【発明の概要】
【０００６】
バリスティック用途及び構造用途のための複合材構造体に関連付けられた上記の必要性は、具体的には、一実施形態においてマトリクス中に組み込まれた複数の繊維を有する複合材構造体を提供する、本開示によって対処され、軽減される。繊維は、互いに実質的に平行な関係に配向され得る、第１及び第２の繊維を含み得る。第１及び第２の繊維は、１または複数の連結箇所において互いに連結され得る。
【０００７】
さらなる実施形態では、マトリクス中に組み込まれた複数の繊維を有する複合材構造体が開示される。繊維は、互いに実質的に平行な関係に配向され得る、第１及び第２の繊維を含み得る。第１及び第２の繊維は、第１の平面内に配置され得、複数の連結箇所において互いに連結され得る。
【０００８】
複数の繊維を互いに実質的に平行な関係に配置するステップを含み得る、複合材構造体を製造する方法が付加的に開示される。複数の繊維は、第１及び第２の繊維を含み得る。方法は、少なくとも１つの連結箇所において、第１の繊維を第２の繊維に連結することをさらに含み得る。方法は、複数の繊維をマトリクス中に組み込むことをさらに含み得る。
【０００９】
少なくとも部分的にマトリクス中に組み込まれた複数の繊維を含み得る複合材構造体も、また開示される。繊維は、複数の連結箇所において互いに連結され得る。各連結箇所は、連結型及び連結品質を有し得る。連結箇所のうちの少なくとも２つは、異なる連結型及び／または異なる連結品質を有し得る。
【００１０】
さらなる実施形態においては、少なくとも部分的にマトリクス中に組み込まれた複数の繊維を含み得る、複合材構造体が開示される。繊維は、２以上の層内に配置され得る。少なくとも１つの層内の繊維の内の少なくとも１つは、別の層内の繊維の内の少なくとも１つと連結され得る。
【００１１】
本開示には、複合材構造体を製造する方法もまた、含まれる。方法は、複数の繊維を提供すること、及び当該繊維の少なくとも一部を連結箇所において互いに連結することを含み得る。方法は、異なる連結型及び／または異なる連結品質を有する少なくとも２つの連結箇所を提供することを、追加で含み得る。方法は、繊維をマトリクス中に組み込むことをさらに含み得る。
【００１２】
さらなる実施形態では、複数の繊維を２以上の層内に配置することを含み得る、複合物構造体を製造する方法が開示される。方法は、少なくとも１つの層内の繊維のうちの少なくとも１つを別の層内の繊維の少なくとも１つに連結すること、及び、当該繊維をマトリクス中に組み込むことを含み得る。
【００１３】
本明細書に記載された特徴、機能及び利点は、本開示のさまざまな実施形態中で単独で実現可能であり、または、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解可能である、また別の実施形態中に組み合わされてもよい。
【００１４】
本開示のこれらの特徴及びその他の特徴は、図面を参照することでより明らかになり、図面では、その全体を通じて類似の番号は類似の部品を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による、マトリクス及び複数の繊維を含む複合材構造体の斜視図である。
【図２】図１の複合材構造体の分解斜視図であり、繊維が連結箇所において規則的な間隔で互いに連結されている、一実施形態中の繊維の複数の層を示す。
【図３】図１の複合材構造体の一部の拡大斜視図であり、マトリクス中の繊維の層の配置を示し、さらに各層の繊維の平面内結合を示す。
【図４】図３に示すものと同様の複合材構造体の拡大断面図であり、概して引き伸ばされた断面形状を有する繊維の一実施形態を示す。
【図５】複数の連結箇所において互いに連結された、単一の層の繊維の概略図であり、平面内の隣接する繊維の結合を示す。
【図６】層が一方向構成で配置され、繊維が、層のあちこちの複数の連結箇所において連結され、複合品の一方向構成による、平面外の隣接する繊維の結合を表す、繊維の概略図である。
【図７】一方向構成で配置された、繊維の１つのペアをなす層の概略図であり、隣接する繊維を連結する複数の連結箇所を示し、複合品の一方向構成による、平面内及び平面外の隣接する繊維の結合を表す。
【図８】プライ交差（ｃｒｏｓｓ−ｐｌｙ）構成で配置された、繊維の１つのペアをなす層の概略図であり、層のあちこちで繊維を連結する、交互にずれて配置された複数の連結箇所を示し、複合品のプライ交差構成による、平面外の隣接する繊維の結合を表す。
【図９】プライ交差構成で配置された、繊維の１つのペアをなす層の概略図であり、層のあちこちで繊維を連結する複数の連結箇所を示し、複合品のプライ交差構成による、隣接する層内の隣接する及び隣接しない繊維の結合を表す。
【図１０】複数の層を含む複合材構造体の図であり、平面内の構成による、複数の連結箇所に連結された繊維の最外層を示す。
【図１１】複合物構造体に衝突している発射体の、コンピュータシミュレーションされた衝撃事象の図であり、発射体が繊維同士の間に刺さり込むのを妨げている、繊維の平面内結合を示す。
【図１２】複数の連結箇所を有する複合材構造体を製造する方法に含まれ得る、１または複数の工程のフロー図である。
【図１３】図１３Ａは、第１及び第２の連結領域内に配置された連結箇所において相互連結された繊維を有する複合物構造体の、概略上面図である。図１３Ｂは、図１３Ａの複合材構造体の概略側面図であり、第１及び第２の連結領域に沿った第１及び第２の層の繊維の、平面外結合を表す。図１３Ｃは、図１３Ａの複合材構造体の概略端面図であり、第１及び第２の連結領域に沿った第２及び第３の層の繊維の、平面外結合をさらに表す。
【図１４】一方向構成による複合材構造体の概略側面図であり、残りの層が他の繊維と連結されていない、第１及び第２の層の繊維の平面外結合を表す。
【図１５】一方向構成による複合物構造体の概略側面図であり、１つおきの層（例えば交互の層）の繊維の平面外結合を表す。
【図１６】プライ交差構成による複合物構造体の概略側面図であり、ペアをなす層同士の間の繊維の平面外結合を表す。
【図１７】プライ交差構成による複合物構造体の概略側面図であり、異なるペアをなす層同士の間で連結品質に差異がある、繊維の平面外結合を表す。
【図１８】少なくとも２つの異なる連結型及び／または連結品質を有する複数の連結箇所において互いに連結された、一方向の繊維の単一の層の概略図である。
【図１９】複数の連結箇所において互いに連結された第１の繊維を有する第１の層、並びに、第１の繊維間の連結箇所とは異なる連結型及び／または連結品質を有する、複数の連結箇所において互いに連結された第２の繊維を有する第２の層の、概略図である。
【図２０】異なる連結型及び／または連結品質を有する第１、第２及び第３の連結箇所において連結された、それぞれ第１、第２及び第３の繊維を有する、第１、第２及び第３の層の概略図である。
【図２１】フィルム、シートまたはプレートを含む平面要素として構成された第２の層に連結された繊維の第１の層を有する、複合物構造体の概略図である。
【図２２】繊維織物プライを含む平面要素として構成された第２の層に連結された繊維の第１の層を有する、複合物構造体の概略図である。
【図２３】繊維織物プライとして構成された第１の層であって、繊維織物プライ内の連結された繊維が、繊維が交差する箇所で連結されている、第１の層の概略図である。
【図２４】個別の層内で繊維を結合する、または異なる層の間で繊維を結合する、全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれが円形を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図２５】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれが中実の（ｃｌｏｓｅｄ）円形を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図２６】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれが中実の円形を有し、図２５に示す局在する連結領域よりも高い密度で配置された、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図２７】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれが正弦波形状を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図２８】異なる太さの正弦波形状を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図２９】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれが三日月形を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図３０】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれがＸ字形を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図３１】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれがＸ字形を有し、図３０に示す局在する連結領域よりも高い密度で配置された、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図３２】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれがＸ字形を有し、図３１に示す局在する連結領域よりも高い密度で配置された、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図３３】全体的連結箇所パターンの一部としてそれぞれがバー形状を有する、複数の局在する連結領域の概略図である。
【図３４】可融性のシースに囲まれたコアを有する、コアシース繊維の断面図である。
【図３５】互いに隣接した、一対のコアシース繊維の断面図である。
【図３６】シースを融着することによって互いに相互連結された、一対のコアシース繊維の断面図である。
【図３７】プライ交差構成によって配置されたコアシース繊維の、複数の層の概略分解図である。
【図３８】押し固められ、シースが融着された、図３７の各層の概略側面図である。
【図３９】層内にマトリクス材を注入した後の、複合材構造物の概略側面図である。
【図４０】第１の官能性繊維及び第２の官能性繊維を含む、第１及び第２の層のプライ交差構成の概略斜視図である。
【図４１】プライ交差構成によって配置された、複数の第１の官能性繊維及び第２の官能性繊維の、概略分解図である。
【図４２】第２の官能性繊維が第１の官能性繊維と接触する箇所において、第２の官能性繊維を第１の官能性繊維に化学的に接合するため、押し固められた図４１の各層の概略側面図である。
【図４３】化学的に接合した層にマトリクス材を注入した後の、複合材構造物の概略側面図である。
【図４４】異なる連結型及び／または異なる連結品質を持つ複数の連結箇所において連結された繊維を有する複合材構造体の製造方法に含まれ得る１または複数の工程を示すフローチャートである。
【図４５】複数の層を有する複合材構造体であって、少なくとも１つの層内の繊維が、別の層の繊維と連結されている複合材構造体の製造方法に含まれ得る、１または複数の工程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】
【００１６】
ここで図面を参照すると、これらの図面は本開示の有利かつ様々な実施形態を例示する目的のためのものであり、図１には、複合材構造体１０の実施形態が示されている。複合材構造体１０は、実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性を有するポリマーマトリクス２２、並びに、当該ポリマーマトリクス２２中に組み込まれていてよい、複数の同様に実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性を有する繊維３０を含む、繊維強化複合材パネル１４として製造され得る。複合材構造体１０は、図１でパネル１４中にパネル表面１６を有する構成で描かれているが、限定されることなく、様々な大きさ、形状及び構成の内の任意の１つで提供され得、平面及び／または複合曲率の表面を含み得る。
【００１７】
図２を参照すると、図１のパネル１４の分解図が示されており、引き伸ばされた断面形状を有し、層６０内に配置された小片として形成される複数の繊維３０を表している。図２では、中間の繊維は参照番号３１で示される。層６０の内の任意のものの中にある繊維３０は、任意の大きさ、形状及び構成で提供され得、引き伸ばされた断面形状に限定されない。本明細書で開示される任意の実施形態において、繊維３０は、任意の所与の層６０内で互いに実質的に平行な関係に配向され得る（層６０内における繊維３０の平行でない配向も検討されるが）。有利には、図２に概略的に示されるように、本明細書で開示される複合材構造体１０は、１または複数の連結箇所８０における繊維３０の互いの結合を提供する。例えば、図２には、層６０のうちの３つが示される。これらの層それぞれには、互いに実質的に平行に配置された複数の繊維３０が含まれている。層６０のそれぞれの中にある繊維３０は、複数の連結箇所８０において隣接する繊維３０に連結されている。複数の連結箇所８０は、１または複数の繊維３０の長さに沿って、任意の望ましい間隔で配置され得る。１または複数の連結箇所８０における繊維３０の結合は、隣接する繊維３０及び／または隣接しない繊維３０の間の、相互作用及び／または連携を促進し得る。それによって、複合材構造体１０を通る負荷の経路（例えば、負荷経路の方向及び／または長さ）は著しく変更され得、バリスティック衝撃事象といった破壊事象の間に起こり得るような複合材構造体１０を通る損傷の伝播は、制限され得る。さらに、本明細書で開示される任意の実施形態で、１または複数の連結箇所８０に繊維３０の結合を追加することは、層間せん断強度、剥離抵抗、剛性、圧縮強度、破壊靱性、及び損傷許容性といった複合材構造体１０の特性を改良することを含め、複合材構造体１０の機械的特性を有利に改良及び／または制御し得る。
【００１８】
図２では連結箇所８０が、複合物構造体の１０の概して平らである繊維３０の間に伸びる相対的に細い線で概略的に表されているが、図１〜９の概略図及び図１３Ａ〜３３の概略図においては、層６０のそれぞれの中の繊維３０は、１または複数の連結箇所８０における繊維３０の結合の概念を例示するため、互いに誇張されたスペースを空けて示されていることは留意されたい。しかし、実際の複合物構造体１０内の層６０内の繊維３０は、相対的に互いにごく接近した間隔で配置され得、幾つかの例においては、層６０のそれぞれの内の平行な繊維３０は、互いに接触し得るが、１または複数の接触点８０においてのみ互いに結合され得る。さらに、図１〜４の概略図では、繊維３０は、複合材構造体１０の大きさに対して、誇張された断面積で示されている。例えば、図２では複合材構造体１０の３つの層６０のそれぞれの中に７本の個別の繊維３０が示されているが、実際の複合材構造体１０は、層６０のそれぞれにおいて何万またはそれより多くの繊維３０を有し得る。さらに、実際の複合材構造体１０は１００の層６０を有し得る。さらに、実際の複合材構造体１０においては、各繊維３０の厚さは相対的に小さい。例えば、各繊維３０の厚さは、約５ミクロンから約５，０００ミクロン（例えば０．０００２〜０．２０インチ）の範囲であり得る。しかし、繊維３０は、限定されることなく、任意の繊維の厚さ５０で提供され得る。
【００１９】
図２の連結箇所８０の概略図は、層６０のそれぞれの内の繊維３０の、平面内結合８２を示す。しかし、本開示では、下記の様々な異なる配置の内の任意の１つとして、繊維３０の平面外結合８４、または繊維３０の平面内結合８２及び平面外結合８４との組み合わせが検討される。繊維３０は、１または複数の連結箇所８０において、限定しないが、接着接合、化学的結合、熱融着、機械的ピンニング、及び／または他の好適な連結型を含む、１または複数の連結型８８を用いて結合され得る。接着接合には、好適な接着剤を用いて繊維３０を連結箇所８０で接着することが含まれ得る。化学的結合には、繊維３０の外表面を、繊維３０が互いに接触する箇所において、以下に記載するように、繊維３０の材料の化学組成の結果として、反応的に接合することが含まれ得る。熱融着には、繊維３０を各連結箇所８０で融着または溶着するため、繊維３０を各連結箇所８０で局所加熱することが含まれ得る。例えば、繊維３０は、繊維３０を共に融着するため、ガラス転移温度を超える温度まで、レーザ（図示せず）によって各連結箇所８０において局所加熱され得る。
【００２０】
繊維３０を連結箇所８０において互いに連結することの技術的効果は、発射体による複合材構造体１０の貫通への抵抗に関する、複合材構造物１０の改良にある。より具体的には、複合材構造体１０の至る所の１または複数の連結箇所８０において繊維３０を互いに結合することによって、発射体の繊維３０同士の間に刺さり込む能力が低減する。さらに、複合材構造体１０の至る所の１または複数の連結箇所８０において繊維３０を互いに結合することによって、複合材構造体１０が、発射体による衝撃の結果として損傷され得る大きさ及び領域を制御する手段が提供される。これに関し、複合材構造体１０の至る所の１または複数の連結箇所８０において繊維３０を互いに結合することによって、繊維３０が相対的に高いひずみ速度を受け得るバリスティック事象の間などのバリスティック性能の改良のために、複合材構造体１０の剛性を調整するまたは適合させる手段が提供される。さらに、繊維３０の結合は、静的荷重及び／または準静的荷重を受ける複合材構造体１０の構造性能を改良するため、こうした複合材構造体１０に適用され得る。
【００２１】
図３を参照すると、マトリクス２２中の層６０内に配置された繊維３０を示す、複合材構造体１０の拡大斜視図が示されている。図３では、層６０のそれぞれの層には、互いに実質的に平行に配置された複数の繊維３０が含まれている。各層６０内の繊維３０は、図２に示すものと同様の複合材構造体１０のプライ交差構成７２を形成するように、隣接する層６０内の繊維３０に対して垂直に配向されている。しかし、本明細書で開示する任意の実施形態については、繊維３０は、複合材構造体１０内で互いに対して任意の方向に配置され得、図２及び図３に示す配置に限定されない。例えば、層６０のそれぞれの層内の繊維３０は、複合材構造体１０の一方向構成７０（図６）を形成するように、隣接する層６０内の繊維３０と平行に配向され得る。さらに、任意の所与の層６０内の繊維３０は、限定されずに、隣接する層６０内の繊維３０の方向に対して任意の角度で配向され得る。例えば、本明細書に開示される任意の実施形態において、１つの層６０内の繊維３０は、隣接する１つの層６０内の繊維３０に対して、任意の垂直でない角度（即ち、１５°、２２．５°、４５°、６０°、７５°など）で配向され得る。
【００２２】
図３では、複合材構造体１０は繊維３０の層６０を３つ有するように示されているが、任意の数の層６０が提供され得る。例えば、複合材構造体１０は、繊維３０の単一の層６０、または何十もしくは何百もの層６０を含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態において、１または複数の層６０内の繊維３０は、隣接する層６０内の繊維３０と接触するか、または接触しない関係に配置され得る。例えば、マトリクス２２は、繊維３０を互いに接触しない関係で保持し得る。しかし、幾つかの実施形態においては、繊維３０の層６０は、図２及び図３に示すように、並びに下記の図５〜９の代替的実施形態で示すように、連結箇所８０における繊維の結合を例外として、接触しない関係で配置される。例えば、図３〜４は、繊維３０が互いに接触しない関係にあるように間隔を開けて配置された層６０を、誇張された方法で概略的に示す。しかし、層６０はマトリクス２２中で概して互いに接触する関係で配置され得る。繊維のうちの幾つかは、繊維３０の長さに沿った幾つかの箇所で互いに接触し得る。他の箇所では、層６０同士の間に相対的に薄いマトリクス２２の膜が存在し得る。層６０同士の間の間隔は、各繊維３０を取り囲んでいるまたは覆っているマトリクス２２の厚さに部分的に依存する。例えば、繊維３０は、繊維３０の周囲にマトリクス２２の被覆を有する、プリプレグ繊維３０として提供され得る。
【００２３】
当該技術分野において良く知られているプロセスによる複合材構造体１０の製造の間、繊維３０は、層６０内で１つずつ重ねられ得、柔らかくするためと隣接する繊維３０同士の間にマトリクス２２が入り混じるのを可能にするために加熱され得、その後、マトリクス２２を凝固させるために複合材構造体１０は冷却され、その結果、完成した複合材構造体１０となる。各繊維３０上のマトリクス２２の厚さによって、繊維３０の層６０同士の間の間隔が決定される。当該技術分野で知られるように、複合材構造体１０の望ましい繊維体積分率を実現するため、複合材構造体１０の設計の間に、繊維３０上のマトリクス２２の被覆の厚さは、選択することができる。層６０が相対的に間隔を開けて配置された複合物構造体１０は、層６０が共により近接して配置された複合材構造体１０よりも、より少ない総量の繊維、したがってより少ない繊維３０の総体積（即ち、より低い繊維体積分率）を有する。これに関し、繊維体積分率は、硬化された複合材構造体１０の総体積に対する、硬化された複合材構造体１０内の繊維３０の総体積を表す。
【００２４】
相対的に高い繊維体積分率を有する硬化された複合物構造体１０は、より低い繊維体積分率を有する硬化された複合材構造体１０よりも、より高い比強度及び／またはより高い比剛性を有し得る。したがって、当該技術分野において良く知られるように、幾つかの用途においては、相対的に高い繊維体積分率を有する複合材構造体１０を設計及び製造することが、望ましいことであり得る。幾つかの例においては、複合物構造体１０の繊維体積分率は、約５０〜７０パーセントの範囲であり得るが、より高い繊維体積分率も実現可能であり得る。しかし、複合材構造体１０は、１００パーセントの繊維体積分率（即ち複合材構造物１０がまったくマトリクス２２を含まない）が典型的には望ましくないように、その寿命の間、繊維３０を互いに対する位置を保つように保持するために十分なマトリクス２２を、典型的には含まなければならない。用途が異なれば、複合材構造体１０に望まれ得る具体的な比強度及び比剛性は異なり得ることは、留意されるべきである。さらに、当該技術分野においてよく知られるように、複合材構造体１０の繊維体積分率、及び層６０が接触する関係にあるか接触しない関係にあるかは、製造条件、重量条件、コスト条件、及び様々な他の条件に基づき得る。
【００２５】
図４を参照すると、図３に示すものと同様の複合材構造体１０の断面図が示されており、マトリクス２２中の３つの層６０内に繊維３０が配置されている、実施形態が示されている。図４では、上層及び下層６０の間に位置する中間の繊維が、参照番号３１で示されている。図４から分かるように、上層６０及び下層６０内の２つの繊維３０は、光が曲面に当たるまたは曲面を通過する際に起こり得る光の散乱を最小限に抑えるために、相対的に扁平か、または実質的に平面である繊維３０の表面、例えば、上表面４４及び下表面４６を有しながら、引き伸ばされた断面形状を備えていてよい。図４の中間の繊維は、（図４が採られた元である）図３の繊維３０、３１の方向に対応する側面図で示されている。
【００２６】
有利には、繊維３０の上表面４４及び下表面４６が実質的に平面である構成によって、複合材構造体１０の光学的ひずみが低減される。例えば、複合材構造体１０が例えば建物または乗り物の窓のように透過性を有する場合、光学的ひずみの低減によって、複合材構造体１０を通して見られる物体の光学的透過度が改善され得る。繊維３０の一般的に引き伸ばされた断面形状は、好適には、相対的に高いアスペクト比を有し、アスペクト比は繊維の厚さ５０に対し繊維の幅５２という割合と規定され得る。本明細書で開示される任意の実施形態において、繊維３０の断面は任意のアスペクト比を備え得るが、繊維は約３から約５００の間で異なり得るアスペクト比を有し、繊維３０は、相対的に扁平または実質的に平面の繊維表面を有する、引き伸ばされた断面形状を備え得る。さらに、繊維の厚さ５０は任意の好適な厚さであってよい。本明細書で開示される任意の実施形態において、繊維３０の厚さは、約５ミクロンから約５，０００ミクロン（例えば０．０００２〜０．２０インチ）の範囲であり得る。しかし、繊維３０は、限定されることなく、任意の繊維の厚さ５０で提供され得る。
【００２７】
引き続き図４を参照すると、繊維３０の引き伸ばされた断面形状には、一対の実質的に平面である繊維３０の表面（即ち上表面４４及び下表面４６）が含まれ得る。繊維３０の表面は、好適には、複合材構造体１０の構造体表面１２に実質的に平行に配向される。しかし、本明細書で開示される任意の実施形態において、繊維３０は、繊維３０の表面が構造体表面１２に対して任意の方向に配置されるように、マトリクス２２中に組み込まれ得、配向され得る。繊維３０の表面は、実質的に平面であるとして示されているが、わずかに凹形状である、わずかに凸形状であるまたは王冠形であることを含めてわずかに曲面であってよく、厳密に実質的に平面または平らな輪郭であることに限定されない。さらに、繊維３０の表面は、１または複数の繊維３０の表面において１または複数の表面特性（図示せず）を含み得、図４に示す厳密に長方形の引き伸ばされた断面形状には限定されないと考えられる。
【００２８】
図４は、図３の複合材構造体１０の断面を概略的に示す。上記のように、図３の複合材構造体１０内の繊維は、当該技術分野において知られるプライ交差構成７２によっており、各層６０内の繊維３０の長さ方向は、隣接する層６０内の繊維３０の長さ方向に対して垂直に配向されている。これに関し、図４は、図３の線４に沿って切り取られた、上、中間及び下の層６０内の繊維３０の断面を示している。図４の上層６０において、断面は、上層６０内の繊維３０の長さ方向に対して垂直である。図４の中間層６０において、繊維３１の断面は、中間層６０内の繊維３１の長さ方向に対して平行である。図４の下層６０において、断面は、下層６０内の繊維３０の長さ方向に対して垂直である。    
【００２９】
上及び下の層６０内において、隣接する繊維３０同士の側端４８は、互いに間隔を開けて配置されているように示される。しかし、示されていない実施形態では、層６０内の繊維３０は、１つの繊維３０の側端４８が、繊維３０のうちの隣接する１つの側端４８と接触する関係であるように配置され得る（例えば、図３５〜３６を参照）。しかし、上記のように、繊維３０は任意の望ましい間隔で配置され得、図４に示す繊維３０の間隔に限定されない。
【００３０】
ここで図５を参照すると、互いに分離している平行な繊維３０の層６０の概略図が示される。これに関し、図５は、図２に示す平面内結合８２の配置と同様の平面内結合８２の配置で繊維３０と結合している、連結箇所８０を概略的に示している。繊維３０は相対的に太いウェートの線で示されており、繊維３０を表す線のウェートに比べて相対的に細いウェートの線で示されている連結箇所８０で、選択的に結合され得る。図５の繊維３０の配置は、繊維３０が少なくとも１つの連結箇所８０で互いに連結され得る単一の層６０を表している。
【００３１】
衝撃事象の間に複合材構造体１０の望ましい反応が提供されるように、図５に示す繊維３０は、少なくとも１つの連結箇所８０で、以下に記載されるように、連結品質１００を有し得る連結型８８を用いて、互いに選択的に連結され得る。より具体的には、図５は、複数の連結箇所８０において互いに連結され得る、複数の繊維３０のうちの第１の繊維３２及び第２の繊維３４を示している。本明細書で開示される任意の実施形態において、連結箇所８０は、繊維３０の長さに沿って様々な配置で分布し得る。例えば、図５は、繊維３０の長さに沿った連結箇所８０の相対的に均一な間隔８６を示している。しかし、隣接する繊維３０を連結する連結箇所８０は、以下でより詳細に記載されるように既定の周期性による間隔で、繊維３０の長さに沿って配置され得る。
【００３２】
第１の繊維３２及び第２の繊維３４は、複数の連結箇所８０において、接着接合、融着、及び／もしくは機械的ピンニングまたは他の好適な連結型８８によって互いに連結され得る。接着接合には、連結箇所８０において繊維３０を互いに直接接合するため、例えばエポキシといった好適な接着剤を用いて、連結箇所８０において繊維３０を接合することが含まれ得る。しかし、他の好適な接着剤もまた、連結箇所８０において繊維３０を共に接合するために用いられ得る。別の実施形態においては、連結型８８は、連結箇所８０において繊維３０を共に融着または溶着することを含み得る。例えば、繊維３０を共に融着または溶着するため、繊維３０は、ガラス転移温度または繊維３０もしくは繊維被覆の融点を超えて、局所加熱され得る。幾つかの実施形態においては、層６０内の繊維３０の側端４８（図４）は、同一の層６０内の隣接する繊維３０の側端４８と接触する関係で配置され得る。側端４８は、連結箇所８０を形成するため、繊維３０を共に局所的に融着または溶着するように、局所加熱され得る。図３１〜３３に示すさらなる実施形態においては、繊維３０は、可融性の材料で形成された可融性シース５８に取り囲まれたコア５７を有するとして記載され得る、コアシース繊維５６として提供され得る。可融性シース５８は、２つのコアシース繊維５６の可融性シース５８が、少なくとも１つの箇所で互いに接触するように配置され得、可融性シース５８が連結箇所で溶解及び融着するように、連結箇所を局所加熱され得る、という点で可融性である。可融性シース５８は、限定されず、金属材料、セラミック材料、複合材料（例えばエポキシ、熱可塑性材料など）を含む、任意の材料で形成され得る。例えば、可融性シース５８は、以下でより詳細に記載されるように、連結箇所８０において別の繊維３０の可融性シース５８と熱可塑的に融着され得る、熱可塑性素材で形成され得る。
【００３３】
引き続き図５を参照すると、さらなる実施形態においては、繊維３０は機械的ピンニングによって局所で機械的に結合され得る。例えば、繊維３０を連結箇所８０において共に機械的に結合する表面特性は、繊維３０を共に結合するため、繊維３０の側端４８（図４）に取り入れられ得る。これに関し、繊維３０の任意の好適な部分が、連結箇所８０において機械的に共に結合され得る。非限定的な実施形態においては、機械的にピンニングすることは、繊維３０の相対的な軸方向の動きを低減または防止するため、繊維３０にそった局所において表面粗さを増大することを含み得る。さらなる実施形態においては、ノッチ（図示せず）、スカラップ（図示せず）、または他の機構もまた、繊維３０を共に機械的にピンニングし、繊維３０の互いに対する相対的な軸方向の動きを制限する、または動きに抵抗するため、繊維表面４２（図４）に適用され得る。繊維３０同士の間の結合または連結は、繊維３０の相対的な移動の度合を制限し得る。より具体的には、繊維３０が連結箇所８０で互いに連結されることによって、繊維３０の互いに対する移動の度合が制限され得、及び／または、繊維３０のマトリクス２２に対する移動が制限され得る。
【００３４】
連結型８８の選択は、望ましい連結の度合に基づき得る。例えば、連結型８８は、繊維３０の互いに対する移動の量を制限するため、マトリクス２２の破壊ひずみよりも低くてよい連結破壊ひずみを提供するように選択され得る。本開示の文脈においては、ひずみは、繊維３０同士の間の連結が破壊または破断されるひずみを表す、破壊ひずみを含む。さらに、本明細書で開示される実施形態の任意の１つの文脈において、強度、ひずみ、及び弾性係数といった特性は、動的特性及び／または準静的特性に関するものである。連結品質１００は、連結箇所８０における、連結強度、連結破壊ひずみ、及び弾性係数として表され得る。連結強度は、繊維同士の間の連結箇所８０において連結を破断するのに必要な力の大きさを表し得る。連結強度は、絶対値または相対値という点で特徴づけられ得る。例えば、連結箇所８０における連結強度の絶対値は、２つの繊維３０の間の連結を破断するのに必要な何ポンドの力という点から特徴づけられ得る。連結強度は、複合材構造体１０内のマトリクス材料の強度のパーセンテージとしての相対的な点でも、また特徴づけられ得る。連結破壊ひずみは、繊維３０同士の間の連結が破壊または破断されるひずみを表し得、上記のマトリクス２２の破壊ひずみの（プラスまたはマイナスの）パーセンテージとして特徴づけられ得る。連結箇所８０の弾性係数は、連結箇所８０の引張弾性率またはヤング率として示され得、剛比または、力が適用された場合に伸長する繊維３０同士の間の連結の傾向として特徴づけられ得る。
【００３５】
連結型８８が相対的に低度の連結ひずみを含む配置においては、衝撃事象の間、結合された繊維３０同士の間に相対的に強度の相互作用が発生し得る。一実施形態によると、繊維３０同士の間の連結は、少なくとも約２５％、マトリクス２２の破壊ひずみに対して異なる破壊ひずみを有する連結として特徴づけられ得る。例えば、当該連結は、マトリクス２２の破壊ひずみよりも少なくとも２５％、より高い破壊ひずみを有し得る。代替的に、当該連結は、マトリクス２２の破壊ひずみよりも少なくとも２５％、より低い破壊ひずみを有し得る。しかし、当該連結は、マトリクス２２の破壊ひずみの任意のパーセンテージを含む破壊ひずみを有し得る。
【００３６】
さらに、例えば図５に示す第１の繊維３２と第２の繊維３４といった繊維３０同士の間の連結は、マトリクス２２の引張強度に関連した連結強度によって規定され得る。本明細書で開示される実施形態のうちの任意の一つによると、繊維３０同士の間の連結強度は、少なくとも約２５％、マトリクス２２の引張強度に対して異なる引張強度を有する連結として特徴づけられ得る。例えば、連結強度は、マトリクス２２の引張強度よりも２５％高くてよい。代替的に、連結強度は、マトリクス２２の引張強度よりも２５％低くてよい。しかし、連結強度には、マトリクス２２の引張強度の任意のパーセンテージを含む引張強度が含まれ得、少なくとも２５％、マトリクス２２の引張強度に対して異なる連結強度に限定されない。
【００３７】
図５は、結合されている繊維３０が同一の層６０内で互いに直接隣接するように位置づけられている、平面内結合８２の構成による繊維３０の結合を示す。これに関し、各図面は概して隣接する繊維３０同士の結合を示しているが、繊維３０同士の結合には隣接しない繊維３０同士の結合が含まれ得ると考えられる。図５から分かるように、第１の層６２には、互いに隣接して位置づけられ、連結箇所８０において互いに結合されている、第１の繊維３２及び第２の繊維３４が含まれる。本出願において、第１の層６２は、複合物構造体１０の層スタック６６を有する任意の層６０を示し得、層スタック６６の最外層６０（例えば最上層６０もしくは最下層６０）、または層スタック６６内の１つの内部層６０を含み得る。本明細書に開示される任意の実施形態において、連結箇所８０は、間隔８６のパターンまたは周期性を含む、任意の望ましい間隔で配置され得る。間隔８６のこうしたパターンまたは周期性によって、繊維３０及び／または複合材構造体１０の製造は促進され得る。しかし、任意の形態による連結箇所８０の間隔８６は、ランダムな、またはランダムと周期性の組み合わせの間隔による、連結箇所８０の間隔８６であり得、以下でより詳細に記載されるように、複合物構造体の任意の所与の部分において望ましい破壊応答を実現するために、任意の望ましい態様で変化し得る。さらに、所与の層６０内の繊維３０同士を連結する連結箇所８０は、図２４〜３３の非限定的な例に示され、かつ以下でより詳細に記載されるように、全体的連結箇所パターン１１０によって配置され得る。
【００３８】
引き続き図５を参照すると、繊維３０の平面内結合８２によって、図５に示されるように、基準座標系２４のｘ−ｙ平面に概して平行として記載され得る、繊維３０の平面層６０が概して規定され得る。図６〜９に示されるように、平面外結合８４は、概して基準座標系２４のｚ軸に沿って配向された結合のように、ｘ−ｙ平面と整合しない結合を含み得る。しかし、平面外結合８４は、図９に示す平面外結合８４を含むがそれに限定しない、ｘ−ｙ平面に対して任意の角度の結合を含み得る。
【００３９】
図６は、連結箇所８０を用いた繊維３０の平面外結合８４を示す。より具体的には、図６は、それぞれ複数の繊維３０を含む、第１の層６２及び第２の層６４を示す。上記のように、本出願において、第１の層６２は複合材構造体１０の層スタック６６を有する任意の層６０を示し得る。同様に、第２の層６４は、複合物構造体１０の層スタック６６を有する任意の層６０を示し得、層スタック６６の２つの最外層６０（例えば２つの最上層６０もしくは２つの最下層６０）、または層スタック６６内の２つの内部層６０を含み得る。図６では、第１の層６２は、第１の繊維３２を含み得る。第２の層６４は、第２の繊維３４を含み得る。第１の層６２の第１の繊維３２は、第２の層６４の第２の繊維３４と隣接して位置づけられ得る。図６から分かるように、第１の層６２及び第２の層６４のうちのそれぞれには、図６の配置が層６０の一方向構成７０を形成するように、それぞれが互いに対して実質的に平行に配向された複数の繊維３０が含まれる。
【００４０】
図６では、層６０のそれぞれの１つの層内の繊維３０は、平面外結合８４を促進するために概して互いに対して位置合わせされ得るが、隣接的に配置される繊維３０同士は、図６に示す基準座標系２４のｚ軸に平行であり得る方向に沿って、連結箇所８０で連結される。図６の連結箇所８０は均一の間隔で配置されているように示されているが、連結箇所８０は、様々の異なる間隔８６の配置のうちの任意の１つによる間隔で配置され得る。例えば、連結箇所８０は、繊維３０の長さに沿った既定の周期性による間隔で配置され得る。連結箇所８０の間隔８６の周期性には、図５及び図６に示す、実質的に均一な間隔８６が含まれ得る。しかし、周期性には、繊維３０の長さに沿った、幾何学的に変化するまたは累進的な（即ち、累進的に増加または減少する）間隔が含まれ得る。連結箇所８０は、ランダムな間隔または正弦波の周期性による間隔、または、用途によって適合され得る他の好適な間隔による配置を含む、様々な他の配置による間隔で配置され得る。
【００４１】
ここで図７を参照すると、繊維３０を選択的に結合するための、図５に示す平面内結合８２の構成を図６に示す平面外結合８４の構成と組み合わせる構成の、さらなる実施形態が示されている。例えば、図７は、第１の層６２が第１の繊維３２及び第２の繊維３４を含み、第２の繊維６４が第３の繊維３６及び第４の繊維３８を含む配置を示している。第３の繊維３６及び第４の繊維３８は、第１の繊維３２及び第２の繊維３４と実質的に平行に配向されている。これに関し、第１の層６２及び第２の層６４のそれぞれの内の繊維３０は、図７が層６０の一方向構成７０を示すように、互いに実質的に平行に配向され得る。図７は、第１の層６２内の第１の繊維３２及び第２の繊維３４が複数の連結箇所８０において相互連結しているとして示されている、平面内結合８２を示す。同様に、第２の層６４内の第３の繊維３６及び第４の繊維３８は、複数の連結箇所８０において相互連結しているとして示されている。
【００４２】
図７においては、平面外結合８４は、１または複数の連結箇所８０を用いて、第１の層６２中の第１の繊維３２を第２の層６４中の第３の繊維３６に連結すること、及び、第１の層６２中の第２の繊維３４を第２の層６４中の第４の繊維３８に連結することによって、提供される。図７は、互いに直接隣接して配置された繊維３０同士の結合を示す。しかし、本開示では、隣接しない繊維３０同士の結合も検討される。さらに、図７は、第２の層６４内の繊維３０と位置合わせされている第１の層６２の繊維３０の結合を示している。しかし、異なる層６０の間では、繊維３０は、必ずしも互いに垂直に位置合わせされていなくてよいが、水平的に（すなわちｙ軸に対して）オフセットされていてよいと考えられる。
【００４３】
図８を参照すると、層６０のプライ交差構成７２のための繊維３０の結合を表す配置が示されている。図８は、１つの層６０内の繊維３０と、別の層６０内の繊維３０との平面外結合８４を示す。例えば、図８には、互いに直接隣接して位置づけられた第１の繊維３２及び第２の繊維３４を含む、第１の層６２が示される。明らかなように、第１の層６２内の繊維３０は、互いに実質的に平行である。図８の第２の層６４には、同様に互いに実質的に平行に配向されているが、第１の繊維３２及び第２の繊維３４に対しては実質的に垂直に配向されている、第３の繊維３６、第４の繊維３８、第５の繊維４０が含まれる。これに関し、第１の層６２及び第２の層６４は、図２及び図３に示す複合材構造体１０で実装されているように、層６０のプライ交差構成７２を示している。
【００４４】
引き続き図８を参照すると、第３の繊維３６及び第５の繊維４０は、第４の繊維３８と直接隣接するように位置づけられ、第４の繊維３８を挟んで反対の側に位置づけられている。第１の層６２及び第２の層６４の平面外結合８４は、第１の繊維３２を、特記された連結箇所８０において第３の繊維３６及び第５の繊維４０のそれぞれに連結することによって促進され得る。特記された連結箇所８０は、第１の繊維３２と、第３の繊維３６及び第５の繊維４０との間のほぼ最短距離にある位置にあり得る。同様に、第２の繊維３４は、第２の繊維３４と、第４の繊維３８との間のほぼ最短距離に位置する連結箇所８０において、第４の繊維３８と結合され得る。図８に示す配置は、交互にずれた配置における繊維３０の平面外結合８４を表す。図８には、１つの層６０内の繊維３０が隣接する層６０内の繊維３０と概して垂直に配向されているプライ交差配置が示されるが、本明細書に開示される任意の実施形態のプライ交差配置には、複合材構造体１０の任意の別の層６０の繊維に対して平行でない角度（即ち１５°、２２．５°、４５°、６０°、７５°、その他）で配向された、１または複数の層６０内の繊維３０が含まれ得る。
【００４５】
図９を参照すると、図８に示される実施形態の変形例が示されており、図９では、第１の層６２の、第２の層６４内の隣接する繊維３０との平面外結合８４が示されている。図９にはさらに、隣接しない繊維３０の、交互にずれた平面外結合８４が示される。例えば、図９には、第３の繊維３６及び第５の繊維４０が第１の繊維３２と連結されている場所である連結箇所８０において、第３の繊維３６及び第５の繊維４０とさらに連結または結合された第２の繊維３４が示されている。これに関し、図９には、単一の連結箇所８０における複数の繊維３０の結合が示される。これによって、単一の連結箇所８０において単一の連結しか有しない繊維３０の結合に比べて、結合された繊維３０同士の、改良されたあるいはより強力な相互作用が提供され得る。
【００４６】
図５〜９は、例えば衝撃事象に対する、複合材構造体１０の望ましい応答を実現するために、異なる層６０の間で繊維３０を結合する構成を示す。例えば、図５〜９には、隣接する繊維３０及び隣接しない繊維３０、並びに一方向構成７０及びプライ交差構成７２のための、平面内結合８２、平面外結合８４、並びに、平面内結合８２及び平面外結合８４の組み合わせが示されている。しかし、既に示したとおり、１つの層６０内の繊維３０は、隣接する層６０内の繊維３０に対する任意の垂直でない方向を含めて、隣接する層６０内の繊維３０に対して任意の方向で配置され得、一方向構成７０及びプライ交差構成７２に限定されない。
【００４７】
本明細書で開示される実施形態の内の任意の１つに関して、繊維３０及び／またはマトリクス２２は、実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性を有する任意の材料からなり得る。光学的透過性には、可視スペクトルに対する透過性が含まれ得る。赤外線透過性には、赤外線スペクトルに対する透過性が含まれ得る。しかし、複合材構造体１０の光学的透過性が望ましくない用途においては、繊維３０及びマトリクス２２は、限定しないが、実質的に不透明な材料を含む、低下した光学的透過性を備える材料からなり得る。これに関し、繊維３０及びマトリクス２２は、光学及び／または赤外線スペクトルに対して実質的に透過性を有するのと実質的に不透明であるのとの間の、任意の望ましいレベルの透過性を有する材料からなり得る。一実施形態によると、マトリクス２２及び／または繊維３０は、以下の材料、フッ化炭素、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタラート、及びポリオキシメチレン、のうちの少なくとも１つを含み得る、熱可塑性の材料から形成され得る。加えて、マトリクス２２及び／または繊維３０は、限定しないが、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリエステル、及びエポキシを含む、任意の好適な熱硬化性の材料から形成され得る。さらに、マトリクス２２及び／または繊維３０は、Ｅ−ガラス（即ちアルミニウム−ホウケイ酸塩ガラス）、Ｓ−ガラス（即ちアルミノケイ酸塩ガラス）、純シリカ、ホウケイ酸塩ガラス、光学ガラス及び他の好適なガラス類を含む、ガラスまたはガラス材料から形成され得る。繊維３０及び／またはマトリクス２２はまた、限定しないが、炭素、炭化ケイ素、及びホウ素を含む、無機材料からも形成され得る。繊維３０はまた、限定しないが、鋼、チタン、銅、アルミニウム、及び他の金属材料または金属合金を含む、金属材料からもさらに形成され得る。マトリクス２２及び／または繊維３０はまた、セラミック材料からも形成され得る。
【００４８】
図１０を参照すると、プライ交差構成７２によって配列された複数の層６０を有する、複合材構造体１０の図が示されている。図１０に示す複合材構造体１０には、複合材構造体１０の最上部に位置づけられた最外層６８、及び複合材構造体１０の最下部に位置づけられた最外層６８を有する、層６０のスタック６６が含まれる。一実施形態においては、複合物構造体１０は、バリスティック保護を提供するパネル１４として構成され得る。最外層６８内の繊維３０は、パネル１４の打撃面１８に直接隣接して配置され得る。打撃面１８は、例えば発射体からの衝撃を受けるように意図または構成された、パネル１４の面を備え得る。図１０に示すように、パネル１４の背面２０は、パネル１４の反対側に位置づけられ得る。最外層６８は、図１０に示す最外層６８のそれぞれが、図５に概略的に示すものと同様の繊維３０の平面内結合８２を表すように、図１０では、複数の連結箇所８０において互いに結合された、複数の実質的に平行な繊維３０を含むとしてそれぞれ示されている。層６０は、好適なマトリクス２２中に組み込まれ得る。例えば、マトリクス２２は、エポキシといった樹脂を含み得る。上記のように、繊維３０及びマトリクス２２は様々な異なる材料及び材料の組み合わせから形成され得るが、別の非限定的な実施形態においては、繊維３０は、セラミックまたはガラスのマトリクス２２に組み込まれた金属繊維３０をオプションで含み得る。
【００４９】
図１１を参照すると、矢印２０８によって示される方向に沿って移動した発射体が、図１０に示すパネル１４と同様のパネル１４を部分的に通過した、コンピュータシミュレーションされた衝撃事象２００が示されている。図１１には、パネル１４の背面２０上の発射体の衝撃の影響が示されている。図１１から分かるように、発射体は、繊維３０の複数の連結箇所８０（図５〜９）における結合（図５〜９）の結果として、複合材構造体１０を完全には通過することなく、減速され捕獲され得る。背面２０は、コンピュータシミュレーションにおいて、マトリクスの亀裂２０２及び繊維の剥離２０４を示すとして表されているが、背面２０の最外層６８（図１０）内の繊維３０の結合によって、発射体が結合された繊維３０同士の間に刺さり込んで貫通することは妨げられ得る。
【００５０】
既に示したように、例えば図１１に示す平面内結合８２といった繊維３０の結合は、接着接合、融着、機械的ピンニング、及び他の好適な手段によって実現され得る。さらに、繊維３０の結合は、複合材パネル１４の意図される環境または用途に応じて調整または適合され得る。例えば、本明細書に開示される実施形態のうちの任意の１つに関して、衝撃事象の間の、結合された繊維３０同士の間の望ましい量の相互作用を提供するために、繊維３０を結合している連結箇所８０の周期性が選択され得る。上記のように、繊維３０同士の間の連結箇所８０によって、複数の繊維３０の相互作用及び／または連携が促進され得、それによって、バリスティック衝撃事象の間の複合材構造体１０を通る負荷の経路（例えば、負荷経路の方向及び／または長さ）が変更され得、バリスティック衝撃事象の間に複合材構造体１０を通る損傷の伝播が制限され得る。さらに、１または複数の連結箇所８０を介した繊維３０の結合によって、複合材構造体１０の、層間せん断強度、剛性、圧縮強度、破壊靱性、及び損傷許容性が改良及び／または制御され得る。望ましい衝撃性能を実現するために、繊維３０の連結性の度合が選択され得る。例えば、本明細書に開示される実施形態のうちの任意の１つに関して、発射体（図１１）の相対的な移動を妨げ、その刺さり込みによる貫通を最小限に抑えるか、または根絶するように繊維３０を共に結び付けるために、１または複数の連結箇所８０は、マトリクス２２の降伏及び／または破壊ひずみよりも低くてよい、連結の降伏及び／または破壊ひずみを用いて構成され得る。当該結合は、パネル１４の非影響部分（図１１）の光学的透過性を保持するため、衝撃事象の間に与えられる損傷の量を制限するように適合され得る。
【００５１】
図１２を参照すると、複合材構造体１０の製造方法内で実施され得る、１または複数の工程を含むフロー図が示されている。図１２のステップ３０２は、第１の繊維３２及び第２の繊維３４を含み得る複数の繊維３０を、互いに対して実質的に平行に配置することを含み得る。これに関し、図５〜９には、層６０のうちのそれぞれの層内の繊維３０が、互いに対して実質的に平行に配向されているとして示されている。図面中の繊維３０は、層６０の幅にわたって相対的に均一の間隔８６で配置されているように示されている。しかし、上記のように、本開示では、バリスティック事象に対する望ましい応答を提供するため、または望ましいレベルの光学的もしくは機械的性能を提供するため、繊維３０の非均一的なまたは変化する間隔が検討される。
【００５２】
引き続き図１２を参照すると、複合材構造体１０の製造方法のステップ３０４は、図５に示すものと同様、第１の繊維３２を第２の繊維３４と連結することを含み得る。これに関し、第１の繊維３２と第２の繊維３４との間の連結は、複数の連結箇所８０において実施され得る。既に示したように、こうした連結箇所８０は、限定しないが、接着接合（図５）、融着（図５）、機械的ピンニング、及び連結箇所８０において繊維３０を結合する他の方法を含む、１または複数の連結型８８（図５）を用いて実現され得る。
【００５３】
繊維３０は、図５に示すものと同様の平面内８２構成で結合され得る。第１の繊維３２は、第１の層６２内の複数の繊維３０の内の第２の繊維と結合され得、第１の繊維３２及び第２の繊維３４は、互いに隣接して位置づけられ得る。代替的に、方法は、図６に示すものと同様の、第１の層６２及び第２の層６４を含む２つの層６０内に、複数の繊維３０を配置することを含み得る。図６から分かるように、第１の層６２は第１の繊維３２を含み得、第２の層６４は第２の繊維３４を含み得る。方法は、第１の繊維３２及び第２の繊維３４を互いに隣接して配置すること、及び、繊維３０の平面外結合８４を提供するため、第１の繊維３２と第２の繊維３４を１または複数の連結箇所８０で連結することを含み得る。
【００５４】
図１２のステップ３０４は、複数の層６０内の繊維３０を、平面内８２及び平面外結合８４の組み合わせによって結合することをさらに含み得る。例えば、図７には、第１の層６２及び第２の層６４内の複数の繊維３０が示される。第１の層６２は、第１の繊維３２及び第２の繊維３４を含んでいるとして示される。第３の繊維３６及び第４の繊維３８は、第２の層６４に含まれる。第１の層６２内の繊維３０は、図７が層６０の一方向構成７０を示すように、第２の層６４内の繊維３０と平行である。ステップ３０４は、連結箇所８０において平面内結合８２を提供するため、複数の連結箇所８０において第３の繊維３６と第４の繊維３８を連結することを含み得る。同様に、第１の繊維３２及び第２の繊維３４は、１つまたは複数の連結箇所８０において、平面内８２で連結され得る。平面外結合８４は、第１の繊維３２及び第２の繊維３４を、複数の連結箇所８０において第３の繊維３６及び第４の繊維３８とそれぞれ連結することによって、ステップ３０４で実現され得る。
【００５５】
図８に示す配置の構築において、第１の層６２内の複数の繊維３０には、互いに実質的に平行に配向され得、互いに直接隣接して位置づけられ得る、第１の繊維３２及び第２の繊維３４が含まれ得る。同様に、第２の繊維６４には、これも互いに実質的に平行に、かつ第１の層６２内の第１の繊維３２及び第２の繊維３４に対して垂直に配向され得る、第３の繊維３６、第４の繊維３８、及び第５の繊維４０が含まれ得る。ステップ３０４は、第１の繊維３２と、第３の繊維３６及び第５の繊維４０のそれぞれとの間のほぼ最短距離に位置する連結箇所８０において、第１の繊維３２を、第３の繊維３６及び第５の繊維４０のうちのそれぞれに連結することを含み得る。同様に、第２の繊維３４は、第２の繊維３４と第４の繊維３８との間の最短距離に位置する連結箇所８０において、第４の繊維３８と連結され得る。
【００５６】
これに関し、ステップ３０４は、層６０内の繊維３０が、交互にずれた、平面外結合８４の構成で連結される、層６０のプライ交差構成７２を構築することを含み得る。図９は、第１の繊維３２が第３の繊維３６及び第５の繊維４０に連結されている連結箇所８０において、第２の繊維３４を第３の繊維３６及び第５の繊維４０に連結することによる、繊維３０同士の間の追加のレベルの連結を示す。これに関し、図９は、平面外８４構成における、交互にずれた、隣接する及び隣接しない繊維３０の結合の手段を示している。
【００５７】
繊維３０（図５〜９）は、限定しないが、例えば、繊維３０の、隣接する繊維３０に接合されるべき側面４８（図４）または他の箇所を、例えばエポキシといった好適な接着材を用いて、連結箇所８０において接着接合することを含む、好適な連結手段によって、連結箇所８０において連結され得る。
繊維３０はまた、連結箇所８０において、例えば、隣接する繊維３０（複数）の局所（複数）に熱エネルギーまたは熱を局所的に適用するといった、融着または溶着によっても連結され得る。例えば、局所加熱は、繊維３０の当該局所の材料が共に融着し、次いで放冷されるように、繊維３０をガラス転移温度または融点を超えて加熱することを含み得る。非限定的な一実施形態においては、繊維３０の局所加熱は、繊維３０を局所的に融着するため、連結箇所８０に局所的に熱を適用するための加熱エレメントを含み得る。代替的に、局所加熱は、繊維３０を超音波によって加熱することを含み得る。さらなる実施形態においては、繊維３０同士の間の連結は、例えば繊維３０上の表面粗さを局所的に増大させることや、または例えば繊維３０を連結箇所８０の箇所において局所的に変形させるといった方法で繊維３０上に機械的機構を形成することにより、連結箇所８０において繊維３０を機械的にピンニングすることによって促進され得る。例えば、繊維表面４２（図４）内に、隣接する繊維３０内に形成された対応する機械的機構と係合するための、局所的なノッチが形成され得る。
【００５８】
上記のように、結合された繊維３０同士の間の望ましい度合の相互作用を提供するために、連結箇所８０の連結品質１００（図５〜９）もまた選択され得る。例えば、連結品質１００は、連結の降伏ひずみ及び／または連結の破壊ひずみであり得る、連結ひずみを含み得る。連結の降伏ひずみは、連結された繊維３０同士の、または繊維３０と平面要素７８との間の連結が塑性的に変形する（例えば、非弾性的に変形する）時点である、連結ひずみを表し得る。連結の破壊ひずみは、連結された繊維３０同士の間の、または繊維３０と平面要素７８との間の連結が破壊されるまたは破断される時点の、ひずみを表し得る。連結品質１００は、連結箇所８０の、連結強度及び／または弾性係数もまた含み得る。衝撃事象の間、結合された繊維３０の高い度合の相互作用を提供するため、連結強度は、マトリクス２２の引張強度よりも高くてよい。一実施形態では、連結ひずみは、マトリクス２２の破壊ひずみよりも低くてよい。代替的に、連結品質１００は、衝撃事象の間、結合された繊維３０の低い度合の相互作用を提供するため、及び／または、連結された繊維３０の互いに対する相対的に大きな量の移動を促進するため、マトリクス２２の破壊ひずみよりも高くてよい連結ひずみ、及びマトリクス２２の引張強度よりも低くてよい連結強度を含み得る。連結箇所８０の弾性係数は、連結箇所８０の引張弾性率またはヤング率として示され得、以下に記すように、繊維３０同士の間の及び／または、繊維３０と平面エレメント７８との間の、連結の剛比を表し得る。
【００５９】
非限定的な実施形態では、各連結箇所８０（図５〜９）は、連結品質１００（図５〜９）を含み得、マトリクス２２の破壊ひずみから少なくとも約２５％異なる連結の降伏及び／もしくは破壊ひずみ（図５〜９）、並びに／または、マトリクス２２の引張強度から少なくとも約２５％異なる連結強度（図５〜９）を含み得る。しかし、複合材構造体１０の望ましい応答を実現するため、連結品質１００は、マトリクス２２の破壊ひずみ及び引張強度に対する連結ひずみ及び連結強度の任意の望ましい組み合わせを含み得る。連結品質１００は、限定しないが、温度や湿度といった環境要因を含む要因を考慮して、及び／または、限定しないが、発射体の速度、質量、硬度、幾何学径、断面積や他の諸要因を含む事象のパラメータの関数として、選択され得る。
【００６０】
上記のように、繊維３０は、例えば接着接合、化学的結合、熱融着、機械的ピンニング、及び／または他の連結型といった連結型８８を用いて、共に結合され得る。２つの繊維の間の接着接合の連結強度及び連結ひずみといった連結品質１００は、既定の強度及びひずみの特性を有する接着剤を用いることによって、制御され得る。接着剤の連結強度及び／または連結ひずみは、当該接着剤の製造業者によって提供された、公表された特性であり得る。代替的に、接着剤の連結強度及び／または連結ひずみは、例えば実験室の環境における制御された条件下で、当該接着剤によって接合された２つの構成要素を引き離すのに必要な力の量を測定することによって、実験的に決定され得る。連結強度が測定されるときに、当該接着剤の連結の破壊ひずみもまた、測定され得る。当該技術分野において知られているように、連結ひずみは、測定された変位量、または、接着の破壊時点における２つの構成要素間の接着の伸びである。２つの繊維３０間の化学的結合の連結強度及び／または連結ひずみは、繊維３０のうちの少なくとも１つの化学組成を変更することによって変更され得る。例えば以下に記載されるように、第１の官能性繊維１４０（図４０）は、第１の官能性繊維１４０と第２の官能性繊維１４２とが互いに接触する箇所で、第２の官能性繊維１４２（図４０）の材料と化学的に反応して化学的結合を形成する化学的組成を有する材料から形成され得る。
【００６１】
２つの構成要素の異なる化学的組成物の結果として化学的に結合された二つの組成物を、引き離すのに必要な力の量を測定する一連の試験を実施することによって、化学的組成物の異なる組み合わせが、実験室環境で試験され得る。こうした実験室での試験から得た連結強度及び連結ひずみのデータは、第１の官能性繊維１４０を第２の官能性繊維１４２と連結する連結箇所８０において、化学的結合が望ましい連結強度及び連結ひずみを有するような、第１の官能性繊維１４０の化学的組成及び第２の官能性繊維１４２の化学的組成を選択するために使用され得る。繊維３０の熱融着及び繊維３０の機械的ピンニングの連結強度及び連結ひずみもまた、実験室環境において、接着接合及び化学的結合に関して上記したのと同様の方法で、決定され得る。例えば、２つの繊維３０同士の間の熱融着の連結強度及び／または連結ひずみは、２つの繊維３０の間の熱融着連結の大きさまたは長さを変更することによって変更され得る。例えば、２つの繊維３０同士の間の、相対的に長い熱融着連結箇所８０は、２つの繊維３０同士の間の、相対的に短い熱融着連結箇所８０に比べて、より高い連結強度を有するであろう。異なる型の機械的ピンニングは、実験室において決定され得る、及び／または、各機械的ピンニング構成の各タイプに対応する連結強度及び連結ひずみを決定するための、よく知られた強度分析技術を用いて分析的に決定され得る。異なる型の熱融着及び異なる型の機械的ピンニングの、連結強度及び連結ひずみを表す実験室の試験データは、複合材構造体１０内の繊維３０を連結する際に実施される連結の型を選択するために用いられ得る。連結強度及び連結ひずみはまた、各連結型の強度特性を決定するための強度分析を実施することによっても決定され得る。
【００６２】
有利には、繊維３０（図５〜９）同士の結合は、バリスティック事象または衝撃事象の間に発射体（図１１）が繊維３０同士の間に刺さり込むことに対する繊維３０の抵抗性を増大させることによって、パネル１４または他の複合材構造体１０のバリスティック性能を改良する手段を提供する。加えて、繊維３０を結合させることによって、バリスティック事象または衝撃事象によって損傷を受ける範囲または領域の大きさを制御することが促進され得る。同様に、連結箇所８０において繊維３０を結合させることによって、望ましい度合のパネルの剛性または屈曲抵抗性を獲得し、パネル１４の非影響部分における光学的ひずみを最小化するための手段が提供され得る。
【００６３】
複合材構造体１０内の繊維３０を連結するのに用いられる連結型８８及び／または連結品質１００の選択は、上記のように、異なる連結型８８の、強度分析及び／または実験室内試験の結果に基づいて決定され得る。例えば、所与の連結型８８の連結強度及び／または連結ひずみは、実験室において決定され得る。強度分析の技術分野においてよく知られるように、実際の複合材構造体１０の有限要素モデルまたはコンピュータモデル（図示せず）は、複合材構造体１０内の繊維３０同士の間の連結箇所８０における、望ましい連結強度及び／または連結ひずみの予測を促進するように構築され得る。実際の複合材構造体１０のコンピュータモデルは、当該複合材構造体１０内に含まれる繊維３０のコンピュータモデルを含み得る。コンピュータモデル内の繊維３０同士の連結箇所８０は、上記のように、分析的に及び／または実験的に決定された、対応する連結強度を有する連結型８８及び／または連結強度を指定され得る。決定は、供用中に複合材構成体１０が受け得る負荷（例えば、負荷の大きさ及び方向）に関連してなされ得る。
【００６４】
荷重シナリオのコンピュータシミュレーションは、負荷に対する複合材構造体１０の応答を決定するために、複合材構造体１０のコンピュータモデルに適用され得る。コンピュータシミュレーションの結果は、シミュレーションされた荷重の下での複合材構造体１０の相対的な撓みを表し得る。コンピュータモデルの相対的な撓みは、連結型８８及び／または連結品質１００を用いて連結された繊維３０を含む複合材構造体１０の剛性を表し得る。負荷を受けたときの複合材構造体１０の応答（即ち、剛性）を決定するため、複数のコンピュータシミュレーションが、複合材構造体１０の繊維３０を連結する様々な異なる連結箇所８０を用いて実施され得る。この方法によって、実際の複合材構造体１０の連結箇所８０に対して取り入れる、最適な連結型８８及び／または連結品質１００に関する決定が行われ得る。
【００６５】
図１２のステップ３０６には、少なくとも部分的に、繊維３０をマトリクス２２に組み込むことが含まれる。上記のように、マトリクス２２は、好ましくは実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性を有する材料で形成される。同様に、繊維３０は、好ましくは実質的に光学的透過性及び／または赤外線透過性を有する材料で形成される。ステップ３０６には、繊維３０が望ましい連結型８８及び／または連結品質１００で連結されている、連結箇所８０を有する複合物構造体１０を形成するため、マトリクス２２及び／または繊維３０を硬化または凝固することが含まれる。上記のように、連結箇所８０に対して取り入れる連結型８８及び／または連結品質１００は、上記のデータのように、分析的に選択され得る及び／または実験的に決定され得る。これに関し、複合材構造体１０は、硬化または固化を促進するため、熱及び／または圧力を受け得る。
【００６６】
図１３Ａ〜１３Ｃを参照すると、一方向構成７０における、かつ局在する連結領域１１４、１１６内に配置された連結箇所８０において相互連結されている繊維３０を有する、複合材構造体１０の例の概略図が示されている。上記のように、複数の繊維３０は、複合材構造体１０のマトリクス２２中に少なくとも部分的に組み込まれ得る。各連結領域１１４、１１６は、同一の層６０内の繊維３０が共に結合され得、及び／または異なる層６０間の繊維３０が共に結合され得る、場所を表し得る。図１３Ａは、複数の第１の連結領域１１４及び複数の第２の連結領域１１６の配置を示している複合材構造体１０の上面概略図である。示されている実施形態では、水平に配向された第１の連結領域１１４は、水平に配向された第２の連結領域１１６よりも、互いにより近接している。垂直に配向された第１の連結領域１１４は、垂直に配向された第２の連結領域１１６よりも間隔を開けて配置され得る。しかし、複合材構造体１０は、任意の配置または間隔で配向された連結領域を備え得、図１３Ａに示す配置に限定されない。さらに、連結領域は、任意の幾何学径、形状、方向、及び構成で提供され得、図１３Ａに示す、相対的に細く直線的な形状の第１の連結領域１１４及び第２の連結領域１１６に限定されない。
【００６７】
図１３Ｂは、図１３Ａの複合材構造体１０の概略側面図である。図１３Ｂでは、繊維３０は相対的にヘビーな（例えば、太い）ウェートの線で示されており、繊維３０を表す線のウェートに比べて相対的にライトな（例えば、細い）ウェートの線で示されている連結箇所８０において、選択的に共に結合され得る。図１３Ｂは、第１の連結領域１１４に沿った第１の層６２及び第２の層６４内の繊維３０の平面外結合８４、並びに、第２の連結領域１１６に沿った第２の層６４及び第３の層６５内の繊維３０の平面外結合８４を示している。第１の層６２、第２の層６４、及び第３の層６５内の繊維３０は各層内の繊維３０が平行な一方向構成７０を有しているとして示されているが、第１の層６２、第２の層６４、及び第３の層６５の内の任意の１つの内の繊維３０は、同一層内の他の繊維３０に対して任意の方向に、及び他の層内の他の繊維３０に対して任意の方向に配置され得る。加えて、層６２、６４、６５の内の任意の１つは、下記のように、繊維織物プライ７４（図２２）または、例えばフィルム、シート、もしくはプレートといった平面要素７８（図２２）として提供され得る。さらに、複合材構造体１０には１または複数の連結領域に沿って相互連結された繊維３０を有する任意の数の層６０が含まれ得、図１３Ｂに示す３層６２、６４、６５の配置に限定されない。
【００６８】
図１３Ｃは、図１３Ａの複合材構造体１０の概略端面図であり、第１の連結領域１１４に沿った第１の層６２及び第２の層６４内の繊維３０の平面外結合８４を示しており、さらに、第２の連結領域１１６に沿った第２の層６４及び第３の層６５内の繊維３０の平面外結合８４を示している。しかし、上記のように、複合材構造体１０には、同一層６０内の繊維３０同士の間の連結箇所及び／または異なる層６０内の繊維３０の間の連結箇所８０を表す、連結領域が設けられ得る。同一の層６０内及び／または異なる層６０内の繊維３０が結合する場所である連結領域１１４、１１６が局在するように設けられることによって、複合材構造体１０の性能が、当該複合物構造体１０が意図される環境または用途に応じて適合され得る。例えば、局在する連結領域１１４、１１６によって、衝撃事象の間に複合材パネル１４の非影響部分の光学的透過性を保持するため、または複合材パネル１４の他のバリスティックもしくは光学的性能特性を提供するため、複合材パネル１４の特定の箇所において繊維３０の結合及び繊維３０の相互作用が提供され得る。さらに、連結領域の内の任意の１つ内の連結箇所８０には、異なる連結型８８及び／または異なる連結品質１００が提供され得、各連結箇所８０の連結型８８及び／または連結品質１００は、同一のものに限定されない。
【００６９】
図１４は、一方向構成７０における、１０の層６０を備える層スタック６６を有する複合材構造体１０の概略側面図であり、層１と２の間のように直接隣接した層６０の間の繊維３０の平面外結合８４を示している。残りの層３〜１０の内の任意の１つの内の繊維３０は、他の層６０の繊維３０に連結されていなくてよい。図１４の繊維３０は、各層６０内の繊維３０が他の層６０内の繊維３０と平行な、一方向構成７０で配置されているが、層６０の内の任意の１つの内の繊維３０は、他の層６０内の繊維３０と平行でなくてもよい。例えば、層６０の内の２以上の内の繊維３０は、（例えば、１つの層６０内の繊維３０が、別の層６０内の繊維３０と垂直である）プライ交差構成７２、または他の角度の配向で提供され得る。有利には、層６０の内の２以上の内の繊維３０を相互連結することによって、複合材構造体１０のバリスティック性能は適合され得る。例えば、複合材構造体１０の最外層６０（例えば層１〜２）内の繊維３０を連結することによって、最外層６０内で相互連結された繊維３０の間の相互作用が増大し得る。それによって、連結されない繊維３０を有する内側の層６０（例えば層３〜１０）のより低い剛性に比べて、最外層６０の剛性が増大するという結果になり得る。
【００７０】
図１５は、一方向構成７０における複合材構造体１０の概略側面図である。複合材構造体１０は１０の層６０を持つ層スタック６６を有するとして示されており、層スタック６６内の交互の層６０内の繊維３０の平面外結合８４を示している。示される実施形態においては、層１、３、５、７及び９内の繊維３０が結合され得、層２、４、６、８、１０内の繊維３０は結合されない。図１５は、少なくとも１つの層６０内の繊維３０の内の少なくとも１つが、少なくとも１つの他の層６０内の少なくとも１つの繊維３０と連結されている、幅広い様々な実施形態の内の１例を示す。繊維３０は、複数の連結箇所８０において連結され得る。例えば複合材パネル１４といった複合材構造体１０内で、層６０の内の２つの間で繊維３０を結合している連結箇所８０は、２以上の他の層６０の間の繊維３０を結合している連結箇所８０とは異なる連結型８８及び／または異なる連結品質１００であり得る。加えて、層６０の内の任意の１つ内で、繊維３０は、同一または異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る連結箇所８０で、同一の層６０内の他の繊維３０と結合され得る。例えば、本明細書で開示される多層複合材構造体１０の実施形態の内の任意の１つにおいて、低強度／高ひずみ連結１０８を有し得る、内側層６０同士の間で連結された繊維３０の間の連結箇所８０の連結品質１００に対して、最外層６０内の繊維３０同士の間の連結箇所８０は、高強度／低ひずみ連結１０６を含む連結品質を有し得る。
【００７１】
図１６は、プライ交差構成７２における複合物構造体１０の概略側面図であり、異なる連結密度を有する、異なるペアの層６０内の繊維３０の間の、平面外結合８４を表す。例えば、図１６は、層２の１または複数の繊維３０と結合されている、層１の全ての繊維３０を示す。層２と３、４と５、６と７、８と９は、連結されていなくてよい。層３−４間の連結密度は、層１−２間の連結密度よりも低くてよい。例えば、層３の１つおきの繊維３０が、層４の１または複数の繊維３０と連結され得る。結合された層のペアの内の残りのペアは、より低い連結密度を有し得る。例えば、層５の３つおきの繊維３０が、層６の１または複数の繊維３０と連結され得る。例えば、層７の７つおきの繊維３０が、層８の１または複数の繊維３０と連結され得る。層９−１０間の連結密度は、層７−８間の連結密度よりも低くてよい。層６０の特定の対に対して増大した連結密度を提供することによって、連結された層６０のペアは、より低い連結密度を有する層のペアの全体剛性に比べて、より増大した全体剛性を示し得る。
【００７２】
層６０の結合されたペアの全体剛性は、繊維３０同士の間の連結箇所８０における局所剛性とは異なることは、留意されるべきである。例えば、図１６の複合材構造体１０は、最外層１−２によって規定される複合材構造体１０の領域においては相対的に高く、複合材構造体の層３から１０に向かって下がる順に、低くなっていく剛性を有し得る。複合材構造体１０の、最外層における相対的に高い剛性、及び内側層６０におけるより低い剛性によって、有利には、複合材構造体１０のバリスティック性能が改良され得る。図１６の実施形態においては、層のペア内の繊維３０を結合している連結箇所８０は、同一の連結型８８及び／または連結品質１００を有するとして示される。
【００７３】
図１７は、図１６に示す実施形態と同様、層６０の異なるペア間の平面外結合８４を有する、プライ交差構成における複合材構造体１０のさらなる実施形態の概略側面図であり、異なる層のペア間の、連結箇所８０における連結品質１００の変化をさらに示す。例えば、層１−２間の繊維３０を結合している連結箇所８０には、第１の連結型８８ａ及び／または第１の連結品質１００ａが提供され得る。第１の連結型８８ａの例は、限定しないが、接着接合、化学的結合、熱融着、及び機械的ピンニングを含み得る。上記のように、接着接合は、接着剤を用いて繊維３０を連結箇所８０で接合することを含み得る。図４０〜４３に示し以下に記載するように、化学的結合は、第１の官能性繊維１４０が第２の官能性繊維１４２と接触する箇所において、第１の官能性繊維１４０（図４０）を第２の官能性繊維１４２（図４０）に反応的に接合することを含み得る。
【００７４】
熱融着は、図３４〜３９に示し以下に記載するように、コアシース繊維５６の可融性シース５８とコアシース繊維５６の可融性シース５８を、可融性シース５８が互いに接触する箇所で局所加熱及び融着することを含み得る。例えば、２つのコアシース繊維５６の可融性シース５８を局所的に共に融着するため、可融性シース５８は、可融性シース５８のガラス転移温度を超える温度まで、レーザ（図示せず）によって連結箇所８０において局所加熱され得る。図１７において、残りの結合された層のペア間の繊維３０を結合している連結箇所８０には、第１の連結型８８ａ及び／または第１の連結品質１００ａとは異なり得る、第２の連結型８８ｂ及び／または第２の連結品質１００ｂが提供され得る。第２の連結型８８ｂの例もまた、限定しないが、接着接合、化学的結合、熱融着、及び機械的ピンニングを含み得る。理解され得るように、複合材構造体１０の望ましいバリスティック性能を実現するため、同一の層６０内の連結箇所８０に、異なる連結型８８及び／または連結品質１００が提供され得る。
【００７５】
図１８は、一方向の繊維３０の、単一の（例えば第１の）層６２の概略図である。本明細書に開示される任意の実施形態において、複合材構造体１０は、図示しない追加の層６０を含み得る。こうした追加の層６０は繊維３０からなり得る、及び／または、当該追加の層６０は、以下で示すように平面要素７８（図１９）として構成され得る。図１８において、一方向の繊維３０は、互いに対して実質的に平行に配向され得、複数の連結箇所８０において、平面内結合８２によって互いに連結され得る。
【００７６】
図１８において、第１の層６２内の連結箇所８０は、少なくとも２つの異なる連結型８８ａ及び８８ｂ、並びに／または連結品質１００ａ及び１００ｂを有し得る。幾つかの実施形態において、第１の層６２内で異なる連結型８８（複数）がパターンで配置され得る。具体的には、層６０は、第１の繊維３２、第２の繊維３４、第３の繊維３６、及び第４の繊維３８を含み得る。第１の繊維３２は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａを有する１または複数の連結箇所８０において、第２の繊維３４と連結され得る。第３の繊維３６は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａとは異なり得る第２の連結型８８ｂ及び／または連結品質１００ｂを有する１または複数の連結箇所８０において、第４の繊維３８と連結され得る。例えば、図１８には、繊維３０同士の間に延びている実線によって表され、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａの連結箇所８０を有する第１の層６２の外側領域上の連結箇所８０、並びに、繊維３０同士の間に延びている破線によって表され、第２の連結型８８ｂ及び／または連結品質１００ｂの連結箇所８０を有する第１の層６２の内側部分上の連結箇所８０が示される。
【００７７】
複合材構造体１０は、所与の層３０内で、パターンで配置される異なる連結型８８を含み得る。連結型８８のパターンは、任意の形で提供され得、図１８に示される連結パターンに限定されない。上記のように、本明細書で開示される実施形態の内の任意の１つにおいて、連結型８８は、接着接合、融着、機械的ピンニング、化学的結合、及び／または連結箇所８０において繊維３０を相互連結するための他の手段を含み得る。上記のように、連結品質１００は、連結箇所８０における連結強度として表され得る。上記のように、連結品質１００はまた、連結箇所８０における連結の破壊ひずみとしても表され得る。上記のように、連結の破壊ひずみは、繊維３０同士の間の連結が破壊または破断されるひずみを表し得、上記のマトリクス２２の破壊ひずみの（プラスまたはマイナスの）パーセンテージとして特徴づけられ得る。加えて、連結品質１００は、連結箇所８０における弾性係数または引張弾性率として表され得、上記のように連結箇所８０の剛比として特徴づけられ得る。
【００７８】
図１９は、複数の連結箇所８０において互いに連結された第１の繊維３０を有する第１の層６２、及び、複数の連結箇所８０において互いに連結された第２の繊維３０を有する第２の層６４を有する、複合材構造体１０の概略図である。第１の層６２内で第１の繊維３０同士を連結している連結箇所８０は、第２の層６４内で第２の繊維３０同士を連結している連結箇所８０とは、異なる連結型８８及び／または連結品質１００であり得る。例えば、第１の繊維３０は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａの複数の連結箇所８０において、共に連結され得る。第２の繊維３０は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａとは異なり得る第２の連結型８８ｂ及び／または連結品質１００ｂの複数の連結箇所８０において、共に連結され得る。図示しないが、加えて、第１の繊維３０の内の１または複数は、複数の連結箇所８０において、１または複数の第２の繊維３０と連結され得る。当該複数の連結箇所８０は、同一の連結型８８及び／また連結品質１００でも、異なる連結型８８及び／または連結品質１００でもあり得る。第１の層６２及び第２の層６４は、一方向構成、プライ交差構成、または、第１の層６２内の繊維３０が第２の層６４内の繊維３０に対して平行ではない、他の配置で提供され得る。
【００７９】
図２０は、第１の層６２、第２の層６４、及び第３の層６５、並びに、異なる連結型８８ａ、８８ｂ、８８ｃ及び／または連結品質１００ａ、１００ｂ、１００ｃを有する、それぞれ第１、第２、及び第３の連結箇所８０ａ、８０ｂ、８０ｃにおいて連結されている、それぞれ第１の繊維３２、第２の繊維３４、第３の繊維３６を有する、複合材構造体１０の実施形態の概略図である。第１の層６２中の第１の繊維３２同士の間の連結箇所８０は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａの実線で表される。第２の層６４中の第２の繊維３４同士の間の連結箇所８０は、第２の連結型８８ｂ及び／または連結品質１００ｂの破線で表される。第３の層６５中の第３の繊維３６同士の間の連結箇所８０は、第３の連結型８８ｃ及び／または連結品質１００ｃの点線で表される。しかし、層６０の内のどの１つも、第１、第２並びに／または第３の連結型８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、及び／もしくは連結品質１００ａ、１００ｂ、１００ｃの任意の組み合わせを含み得る。
【００８０】
図２１は、それぞれが一方向の繊維３０からなる第１の層６２及び第３の層６５を有する、複合材構造体１０の概略図である。第２の層６４は、平面要素７８として構成され得る。第１の層６２及び第３の層６５の内の少なくとも１つの層内の、繊維３０の内の少なくとも１つは、１または複数の連結箇所８０において平面要素７８と連結され得る。繊維３０と平面要素７８との間の連結によって、複合材構造体１０が発射体による衝撃を受けたような場合に、当該繊維３０と当該平面要素７８との間の相互作用が増大し得る。これに関し、繊維３０と平面要素７８との間の連結箇所８０によって、例えば発射体が複合材構造体１０に衝突する及び／または複合材構造体１０を貫通するといったバリスティック事象の間の、繊維３０の移動が制限され得る。異なる層６０内の繊維３０の結合に関連して上記されたように、繊維３０と平面要素７８との間の連結箇所８０によって、繊維３０同士の間に発射体が刺さり込むことが抑えられまたは妨げられ得る。加えて、繊維３０と平面要素７８との間の連結箇所８０によって、平面要素７８の平面外の剛性（例えば平面要素７８に垂直の）が増大され得る。それによって、バリスティック事象の間に、発射体が複合材構造体１０を貫通するのを減速させる、平面要素７８の能力が向上し得る。
【００８１】
図１９は、複数の連結箇所８０において平面要素７８と結合された、第１の層６２及び第３の層６５の内の繊維３０を示す。繊維３０を平面要素７８と結合する連結箇所８０は、同一のまたは異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る。平面要素７８は、フィルム、シートまたはプレートであり得る。フィルム、シートまたはプレートは、複合材または非複合材の材料から形成され得、非繊維材料または繊維材料を含み得る。非複合材料には、伸長ポリマーの材料もしくはフィルム、または非伸長ポリマーフィルムが含まれ得る。伸長ポリマーフィルムは、１方向に伸長され得る、または２方向に伸長され得る。当該フィルムは、フィルムの形成中またはフィルムの形成後に、意図的に伸長され得る。フィルムが伸長することによって、フィルム分子が実質的に整列され得、それによってフィルムの引張強度が増大し得る。伸長フィルムは、他の繊維３０の層６０と共にマトリクス材料中に組み込まれると、複合材構造体１０の特定の性能を向上し得る。一実施形態によると、平面要素７８は、ガラス、複合材料、セラミック材料、金属箔といった金属材料といった材料から形成され得、布及びフェルトを含む織物または非織物材料をさらに含み得る。
【００８２】
図２２は、繊維織物プライ７４と連結された繊維３０の第１の層６２を有する、複合材構造体１０の概略図である。一実施形態においては、繊維織物プライ７４は複数の繊維３０を含み得る。繊維３０は、限定しないが、ポリマー材料、ガラス、セラミック材料、及び／または金属材料を含む、様々な異なる材料の中の任意の１つによって形成され得る。一実施形態においては、第１の層６２の繊維３０は、織物の繊維３０が交差する１または複数の箇所で、第２の層６４の繊維織物プライ７４と結合され得る。繊維３０を繊維織物プライ７４と結合する連結箇所８０は、同一の及び／または異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る。
【００８３】
図２３は、複合材構造体１０内に含まれ得る第１の層６２の概略図である。第１の層６２は、繊維織物プライ７４として構成され得る。繊維織物プライ７４内の繊維３０は、繊維３０が平面内結合８２において交差する連結箇所８０（例えばノード７６）において、互いに連結され得る。連結箇所８０における繊維３０の結合によって、バリスティック事象の間のような衝撃の間の、繊維３０の相互作用が増大し得る。繊維３０の相互作用が増大することによって、バリスティック事象に対して、繊維３０が結合していない場合に関与していたであろうものに比べて、より大量の繊維３０が関与することになり得る。繊維３０の相互作用が増大することによって、発射体の速度が低減させられ得る。連結箇所８０は、同一のまたは異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る。連結型８８及び／または連結品質１００は、繊維織物プライ７４を含む複合材構造体１０のバリスティック性能及び／または光学的性能を適合させる手段として、変更され得る。繊維織物プライ７４は、ポリマー、金属、ガラス、セラミックス、及び／または他の材料の内の任意の１つから形成され得る。
【００８４】
図２４〜３３は、個別の層６０内の繊維３０同士を連結、異なる層６０の間の繊維３０を連結、及び／または繊維３０を１または複数の平面要素７８と連結するために、複合材構造体１０内に実装され得る、全体的連結箇所パターン１１０の非限定的な実施例の概略図である。概して、繊維３０、層６０、及び／または平面要素７８の連結によって、こうした結合された繊維３０、層６０、及び／または平面要素７８の間の相互作用は増大し得、それによって、複合物構造体１０に衝突する及び／または複合物構造体１０を貫通する発射体を減速させる、連結された各構成要素のエネルギー吸収能力が増大する。
【００８５】
全体的連結箇所パターン１１０で連結箇所８０を配置することによって、構造物複合体１０全体にわたって均一に繊維３０を見つける代わりに、製造コスト及び時間が低減される。加えて、全体的連結箇所パターン１１０で連結箇所８０を配置することによって、発射体による衝撃を受けた際、複合材構造物１０は特定のバリスティック性能を示し得る。例えば、全体的連結箇所パターン１１０を中空の円（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｌｅ）１１８（図２４）または中実の円（ｃｌｏｓｅｄ  ｃｉｒｃｌｅ）１２０（図２５〜２６）の配置で提供することによって、バリスティック事象の間、他の繊維３０に連結されていない繊維３０は、円１１８、１２０で表される領域内の他の繊維３０と連結されている繊維３０と比べて、より大きく伸長し得る。結合されていない繊維３０の伸長が増大したことによって、バリスティック事象の間、こうした繊維３０が、他の繊維３０と結合された繊維３０に比べて、発射体からのより大量のエネルギーを吸収することが可能になり得る。しかし、結合された繊維３０は、バリスティック事象の間、改善された変形抵抗性を有し得、したがって、円１１８、１２０の領域内においては、バリスティック事象の間により大きい程度で変形し得、バリスティック事象の後にこうした領域でより大きく光学的透過性が失われる結果となる、結合されていない繊維３０に比べて、複合材構造体１０の光学的透過性が元のレベルを保持するのを助け得る。局在する連結領域１１２の幾何学的な形状、大きさ及び間隔は、当該複合物構造体の物理的環境、遭遇するバリスティック発射体の大きさ、及び様々な他の要素に基づいて設計され得る。
【００８６】
一実施形態においては、１または複数の全体的連結箇所パターン１１０は、層６０内の繊維３０同士を連結するため、個別の層６０内で実装され得る。代替的に、または層６０内の繊維３０同士を連結することに加えて、１または複数の層６０内の繊維３０を他の層６０内の繊維３０と連結するために、１または複数の全体的連結箇所パターン１１０が実装され得る。１または複数の全体的連結箇所パターン１１０はまた、１または複数の層６０において、繊維３０を、例えばフィルム、シート、プレートまたは繊維織物プライといった平面要素７８と連結するためにも、実装され得る。
【００８７】
例えば、図２４においては、全体的連結箇所パターン１１０は、円１１８の形状に配置された複数の連結箇所８０において互いに連結された、一方向的繊維３０の層６０の概略上面図として特徴づけられ得る。図２４に示す全体的連結箇所パターン１１０はまた、層６０のスタックの概略側面図としても特徴づけられ得、円形１１８に配置された連結箇所８０の位置を表す、局在する連結領域１１２における層６０の連結を示す。本明細書で開示される任意の実施形態において、１または複数の全体的連結箇所パターン１１０は、層６１の上方から見て、１もしくは複数の層６１の実質的に全体に、または、１もしくは複数の連結領域１１２に適用され得る。または、パターンは、層６１の上方から見て、１または複数の層６１の局所的な部分に適用され得る。例えば、全体的連結箇所パターン１１０は、外周縁１３２に沿った繊維３０の抑止力を増大または低減させるために、繊維３０同士の間の連結箇所８０を複合材パネル１４の外周縁１３２に沿って局所的に集中されるために、複合材パネル１４の外周縁１３２に沿って、局所的に適用され得る。別の実施例においては、１または複数の全体的連結箇所パターン１１０は、複合材パネル１４の局所的な機械的特性を変更するために、例えば複合材パネル１４の機構の周囲または近隣というように、複合材パネル１４に局所的に適用され得る。例えば、ファスナ孔１３０付近で繊維３０を連結する連結箇所８０の集中度を増大するため、複合材パネル１４内のファスナ孔１３０周辺に、連結領域１１２が与えられてよい。ファスナ孔１３０周辺の繊維３０の連結は、ファスナ孔１３０周辺の複合材パネル１４の剛性、損傷許容性（例えば剥離抵抗性）、及び他の局所的（例えば機械的な、バリスティックな）特性を、局所的に増大し得る。同様に、複合材構造体１０の（例えば機械的な、バリスティックな）特性を局所的に変化させるため、１もしくは複数の全体的連結箇所パターン１１０が、側面から見た複合材構造体１０の層スタック６６全体に対して適用され得、または、複合材構造体１０の層スタック６６の局所的な一部に対して１もしくは複数の連結領域が適用され得る。
【００８８】
図２５は、全体的連結箇所パターン１１０の一部としてそれぞれが中実の円形１２０を有する、複数の局在する連結領域１１２の概略図である。繊維３０及び／または層６０は、中実の円形１２０によって囲まれた領域内で、互いに連結され得る。局在する連結領域１１２同士の間の間隙は、層６０内の非連結繊維３０及び／または複合材構造体１０内の非連結層６１を表し得る。非連結繊維６１は、例えば発射体のエネルギーを吸収するような衝撃事象の間に、繊維３０が長手方向に伸長し得る、及び／または繊維３０が横方向にバラバラに広がり得る、複合材構造体１０内の箇所を表し得る。
【００８９】
図２６は、全体的連結箇所のパターンの一部としてそれぞれが中実の円形１２０を有し、図２３に示す中実の円形１２０よりも高い密度で配置された、複数の局在する連結領域１１２の概略図である。中実の円形１２０がより高密度で集っている場合、中実の円形１２０がより低密度である場合に比べて、複合物構造体１０のバリスティック性能及び／または光学的性能に差異が生じる結果になり得る。本明細書に開示される任意の実施形態において、局在する連結領域１１２のそれぞれ１つの中の連結型８８及び／または連結品質１００は、同一であり得る。代替的に、局在する連結領域１１２の異なるものの間では、異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る。
【００９０】
図２７は、全体的連結箇所パターン１１０の一部としてそれぞれが正弦波形１２４を有する、複数の局在する連結領域１１２の概略図である。望ましいバリスティック性能特性を実現するため、正弦波形１２４は、繊維３０の長さ方向に関して、概して長さ方向に位置合わせされているが、繊維３０に対して、任意の（例えば４５°または他の）角度で配向され得る。図２８は、異なる太さの正弦波形１２４を有する、局在する連結領域１１２の概略図である。図２８の異なる太さの正弦波形１２４には、より多数の連結領域８０が含まれ得る。それによって、複合材構造体１０が、図２７に示す配置と比較して異なる性能特性を有する結果になり得る。
【００９１】
図２９は、全体的連結箇所パターン１１０の一部としてそれぞれが三日月形１２６を有する、複数の局在する連結領域１１２の概略図である。三日月形１２６は、任意の大きさ、形状、密度及び構成で提供され得る。これに関し、図２４〜３３に示す、局在する連結箇所８０は、複合材構造体１０の繊維３０及び／または層６０を連結するために実装され得る、広い多様性で異なる全体的連結箇所パターン１１０の任意の例のうちの幾つかである。
【００９２】
図３０は、全体的連結箇所パターン１１０のさらなる実施形態の一部としてそれぞれがＸ字形１２２を有する、複数の局在する連結領域１１２の概略図である。図３０に示すように、Ｘ字形１２２同士の間に位置する領域における繊維の抑止力の制御を可能にするため、Ｘ字形１２２は、互いに間隔を開けて位置づけられ得る。加えて、Ｘ字形１２２は、所与の層１６０内の幾つかの繊維３０が、同一層６０内の他の繊維３０と結合されていないように、または、複合材構造体１０の幾つかの層が他の層と結合されていないように、互いから間隔を開けて配置され得る。
【００９３】
図３１は、図３０に示すＸ字形１２２の局在する連結領域１１２よりも高い密度で配置された、複数のＸ字形１２２の局在する連結領域１１２の概略図である。密度がより高いことは、より連結の程度が高いという結果に結びつき得、したがって、衝撃事象の間に繊維３０及び／または層６０間の相互作用が増大する結果に結びつき得る。図３２は、図３０または３１に示す局在する連結領域１１２よりもさらに高い密度で配置された、Ｘ字形１２２の局在する連結領域１１２の概略図である。複合材構造体１０の任意の実施形態において、異なる型の局在する連結領域１１２が、単一の複合材構造体１０内で実装され得る。例えば、複合材構造体１０は、Ｘ字形１２２、中実の円形１２０、及び／または任意の他の幾何学的形状もしくは大きさの組み合わせを含み得る。
【００９４】
図３３は、全体的連結箇所パターン１１０で配置され、それぞれがバー形状１２８を有する、複数の局在する連結領域１１２の概略図である。バー形状１２８は、繊維３０及び／または層６０の方向に対して概して垂直に配向されているが、バー形状１２８は、繊維３０または層６０に対し、任意の方向または方向の組み合わせによって配置され得る。例えば、バー形状１２８は、繊維３０の長さ方向に対して、及び／または層６０の長さ方向に対して、４５°または他の角度に配向され得る。
【００９５】
図３４は、可融性のシース５８に囲まれたコア５７を有する、繊維３０の１タイプであるコアシース繊維５６の断面図である。コアシース繊維５６は、複合材構造体１０の任意の実施形態内に含まれ得る。例えば、複合材構造体１０の１または複数の層６０は、一方向のコアシース繊維５６を含み得る。さらなる実施形態においては、複合材構造体１０の１または複数の層６０は、共に織り合わされていてよい複数のコアシース繊維５６からなる繊維織物プライ７４（図２１）を含み得る。一実施形態においては、コア５７はシース５８よりもより高い強度を有し得る。幾つかの実施形態においては、繊維５６の引張強度の改善のため、コア５７の形成の間、またはコア５７の形成の後、コア５７は伸長され得る。幾つかの実施形態において、コアシース繊維５６は、複合材構造体１０の光学的性能の向上を提供するため、概して偏平な断面形状で提供され得る。例えば、図３４は、平行四辺形の形状を有するコアシース繊維５６を示しているが、例えば概して長方形の形状といった、他の偏平な形状も備え得る。一実施形態においては、コアシース繊維５６は、概して平面の上面４４及び下面４６を有し得、それらは概して互いに平行であり得る。これに関し、偏平な及び／または実質的に平面の繊維５６の面によって、光が、概して丸い断面形状を有するコアシース繊維５６に当たるまたはそれを通過する際に起こり得る光の散乱を最小限に抑えることで、複合材構造体１０の光学的ひずみは低減され得る。複合材構造体１０を通過する光の散乱を最小限に抑えることで、光学的ひずみは低減され得、それによって透過性を有する複合材構造体１０を通して見える物体の明確さが向上し得る。
【００９６】
図３５は、隣同士の配置で互いに隣接した、一対のコアシース繊維５６の断面図である。コアシース繊維５６は、複数の一方向コアシース繊維５６を含む、繊維３０の層６０内に含まれ得る。代替的に、上記のとおり、コアシース繊維５６は、複数の一方向コアシース繊維５６からなる、繊維織物プライ７４内に含まれ得る。
【００９７】
図３６は、例えばシース５８を局所加熱といった方法によって、辺と辺でシース５８を融着した後の、コアシース繊維５６を示す。繊維３０がマトリクス２２に組み込まれた後、１または複数のコアシース繊維５６のシース５８はまた、１または複数の箇所においてマトリクス２２にも融着され得る。一実施形態においては、シース５８は、マトリクス２２が形成されたのと同じ材料から形成され得る。例えば、可融性のシース５８は、マトリクス２２の熱可塑性材料と実質的に同様であり得る、熱可塑性の材料から形成され得る。しかし、可融性シース５８は、金属材料、セラミック材料、複合材料（例えばエポキシ、熱可塑性材料など）といった、任意の型の材料で形成され得る。コアシース繊維５６からなる繊維織物プライ７４内では、可融性シース５８は、繊維３０が繊維織物プライ７４内で互いに交差する箇所で、共に融着９２され得る。上記のように、可融性シース５８はまた、１または複数の連結箇所８０において、融着９２または他の方法により他の層６０に連結され得る。
【００９８】
図３７は、プライ交差構成７２によって配置されたコアシース繊維５６の、複数の層６０の概略分解側面図である。示される実施形態においては、コアシース繊維５６のそれぞれの１つは、概して長方形の断面または他の形状を有し得る。上記のように、コア５７は、相対的に高い強度の材料で形成され得る。可融性シース５８は、コア５７を覆う熱可塑性の材料で形成され得る。１または複数の層６０内のコアシース繊維５６は、コアシース繊維５６同士の間に間隙を有し得る。示される実施形態においては、コアシース繊維５６の上面及び／または下面と垂直な方向に沿って複合材構造体１０を見たときに、１つの層６０内のコアシース繊維５６が、別の層６０内のコアシース繊維５６同士の間の間隙と少なくとも部分的に位置合わせされているように、１つおきの層６０内のコアシース繊維５６が、交互にずれた構成または同様の構成によって配置され得る。図３７には複合材構造体１０のプライ交差構成７２が示されているが、コアシース繊維５６は、限定されることなく、任意の望ましい配置またはパターンで配向され得る。
【００９９】
図３８は、コアシース繊維５６（複数）の可融性シース５８（複数）が互いに接触するように層６０が押し固められた、図３７の複合材構造体１０の概略側面図である。シース５８を共に融着するために、熱が適用され得る。例えば、シース５８が熱可塑性材料で形成されている実施形態においては、図３８には、コアシース繊維５６の上面及び下面の熱可塑性融着が示される。１または複数の箇所を局所的に加熱するため、コアシース繊維５６（複数）のシース５８（複数）が互いに接触する１または複数の箇所で、レーザまたは他の加熱機構を用いて、熱が局所的に適用され得る。代替的に、複合材構造体１０は、例えば、オーブンもしくは加圧滅菌器内で、または他の加熱方法を用いて加熱され得る。一実施形態においては、熱は、シース５８が共に融着するような方法で適用され得る。例えば、熱可塑性シース５８は、シース５８の接触部同士が少なくとも部分的に溶融し共に融着するように、熱可塑性材料の融点まで加熱され得る。
【０１００】
図３９は、図３８の複合材構造体１０の、可融性シース５８の熱可塑性融着を経た後の、概略側面図である。コアシース繊維５６間の間隙または空間を埋めるため、複合材構造体１０に、マトリクス２２材料を浸透させ得るか、または注入し得る。複合材構造体１０を硬化及び／または凝固させるために、熱及び／または圧力を適用し得る。
【０１０１】
図４０は、第１の層６２及び第２の層６４のプライ交差構成７２の概略斜視図である。上記のように、第１の層６２及び第２の層６４は、層スタック６６内の任意の位置に位置づけられ得る。第１の層６２は第１の繊維３２を含み得、第２の層６４は、第２の繊維３４を含み得る。第１の繊維３２の少なくとも一部は、第１の官能性繊維１４０として提供され得る。第２の繊維３４の少なくとも一部は、第２の官能性繊維１４２として提供され得る。第１の官能性繊維１４０は、第１の官能性繊維１４０が第２の官能性繊維１４２と接触する箇所において、第２の官能性繊維１４２との化学的反応性が高くてよい（例えば、第２の官能性繊維１４２と化学的結合をしてよい）。これに関し、第１の官能性繊維１４０は、限定されることなく、第２の官能性繊維１４２と反応する及び／または化学的に結合するが、自身とは反応も化学的結合もしない、任意の材料から形成され得る。同様に、第２の官能性繊維１４２は、限定されることなく、第１の官能性繊維１４０と反応する及び／または化学的に結合するが、自身とは反応も化学的結合もしない、任意の材料から形成され得る。より具体的には、第１の官能性繊維１４０は、他の第１の官能性繊維１４０とは反応しなくてよい（例えば、化学的結合をしなくてよい）。同様に、第２の官能性繊維１４２は、他の第２の官能性繊維１４２とは反応しなくてよい（例えば、化学的結合をしなくてよい）。第１の官能性繊維１４０及び第２の官能性繊維１４２は、上記のように、互いに対して化学的反応性が高くてよい。対照的に、上記のように、コアシース繊維５６は、２つのコアシース繊維５６の間の局所的な連結を形成するため、別のコアシース繊維５６の可融性シース５８と局所的に融着（例えば、共に溶融）されることができる可融性シース５８を有する。
【０１０２】
一実施形態においては、第１の官能性繊維１４０は、上記の繊維材料のうちの任意の１つから形成され、エポキシ樹脂材料で被覆されたエポキシ官能性繊維１４０ａ（図４１〜４３参照）として提供され得るか、またはエポキシ官能性繊維１４０ａは、中まで同じ材質の（ｓｏｌｉｄ）エポキシ樹脂から形成され得る。一実施形態においては、第２の官能性繊維１４２は、アミノ官能性繊維１４２ａ（図４１〜４３）を含み得る。アミノ官能性繊維１４２ａは、エポキシ官能性繊維１４０ａと接触したときにエポキシ樹脂と化学的に反応する、アミノ化合物または他の化合物から形成され得る。エポキシ官能性繊維１４０ａとアミノ官能性繊維１４２ａとの接触によって、エポキシ官能性繊維１４０ａとアミノ官能性繊維１４２ａとが接触する箇所において、架橋結合並びに／または少なくとも部分的な硬化及び化学的結合９６という結果が生じ得る。
【０１０３】
複合材構造体１０の幾つかの実施形態において、第１の層６２は、互いに対して平行な関係に配置された、エポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａを含み得るが、エポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａは、限定されないが、織られた配置を含む、平行でない関係に配向され得る。アミノ官能性繊維１４２ａは、エポキシ官能性繊維１４０ａと交互に配置されてよい。例えば、図４０においては、第１の層６２内の２つおきの繊維がアミノ官能性繊維１４２ａであり得、第１の層６２の残りの繊維がエポキシ官能性繊維１４０ａであり得る。第２の層６４の第１の繊維３０は、第１の層６２内の繊維３０に対して直角（または他の角度）に配向され得、アミノ官能性繊維１４２ａである２つおきの繊維３０と、エポキシ官能性繊維１４０ａである残りの繊維３０もまた、含み得る。
【０１０４】
繊維３０を官能化させる方法は、プラズマ処理、コロナ処理、湿式化学法、ポリマーブレンド、及び／または他の方法を含み得る。これに関し、繊維３０は、繊維の長さ全体にわたって官能化され得る。代替的に、繊維３０は、繊維３０の長さに沿ったあるパターンに従って官能化され得る。一実施形態においては、各繊維３０には、繊維３０の長さに沿って、ある増分で望ましい官能性が提供され得る。例えば、繊維３０には、繊維３０の長さに沿って０．５インチの増分ごとに、または、繊維３０の長さに沿った任意の他の均一もしくは不均一なパターンで、エポキシ官能性（例えば、エポキシ被覆）が提供され得る。他の繊維３０には、繊維３０の長さに沿って、望ましい増分でアミノ官能性が提供され得る。複合材構造体１０内の、望ましいパターンによる繊維３０の結合を提供するやり方で、繊維は官能化され得る。
【０１０５】
さらなる実施形態においては、複合材構造体１０は、自己反応性被覆繊維（ｓｅｌｆ−ｒｅａｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏａｔｅｄ  ｆｉｂｅｒｓ）（図示せず）を備え得る。自己反応性被覆繊維は、自身と接触したときに化学的に反応する（例えば、化学的に結合する）が、露出した繊維（未被覆の繊維）とは化学的に反応または結合しない、自己反応性被覆（図示せず）を有し得る。当該自己反応性被覆は、マトリクス２２と反応しても反応しなくてもよい。一実施形態においては、複合材構造体１０は、第１の層６２内及び第２の層６４内に配置された繊維３０を含み得る。第１の層６２及び第２の層６４は、それぞれ第１の繊維３２及び第２の繊維３４を含み得る。
【０１０６】
第１の繊維３２の少なくとも一部は自己反応性被覆を含み得、第１の層６２内の残りの繊維は、未被覆の繊維３０、または自己反応性被覆で被覆されていない繊維３０を含み得る。同様に、第２の繊維３４の少なくとも一部は自己反応性被覆繊維を含み得、第２の層６４内の残りの繊維３０は、未被覆の繊維３０、または自己反応性被覆で被覆されていない繊維３０を含み得る。こうした複合材構造体１０内において、自己反応性被覆繊維は、自己反応性被覆繊維が互いに接触する箇所で、他の自己反応性被覆繊維と連結され得る。幾つかの実施形態において、自己反応性被覆は、自己反応性被覆が自身と反応し化学的に結合するのを開始しまたは引き起こすために、外部の反応開始源（図示せず）からの熱及び／またはエネルギーの適用を必要とし得る。例えば、１つの繊維３０の自己反応性被覆が別の繊維３０の自己反応性被覆と接触する箇所において、熱、放射、湿気、または他の反応開始機構が、全体的なパターンまたは局所的なパターンで繊維３０に適用され得る。外部の反応開始源は、こうした繊維３０が互いに接触する箇所において自己反応性被覆繊維を結合させるため、局所的なパターンで熱を適用し得る、レーザを含み得る。
【０１０７】
幾つかの実施形態においては、繊維３０の結合は、自己反応型被覆を望ましいパターン（例えば０．５インチ毎）で１または複数の繊維３０の長さに沿って適用することによって、制御され得る。さらに、複合材構造体１０内の少なくとも１つの層６０は、自己反応性被覆繊維３０及び、未被覆の繊維３０または露出した繊維３０（例えば、自己反応性被覆をされていない繊維３０）を含み得る。例えば、複合材構造体１０の１つの層６０は、交互に並んだ自己反応性被覆繊維３０と未被覆の繊維３０とを含み得る。さらに、層スタック６６内の異なる層６０は、複合材構造体１０内で繊維３０を結合する異なる配置を提供するため、異なるパターンの自己反応性被覆繊維３０及び未被覆の繊維３０を含み得る。複合材構造体１０内のある層６０は実質的に自己反応性被覆繊維３０からなり得るが、一方で当該複合材構造体１０内の他の層６０は、実質的に未被覆繊維３０からなり得る。
【０１０８】
繊維３０同士の間の化学反応（例えば化学的結合）が望むように起こるように、第１の官能性繊維１４０、第２の官能性繊維１４２、及び他の官能性繊維３０の化学的組成及び／または官能性の選択は、第１の官能性繊維１４０及び第２の官能性繊維１４２の化学的互換性に基づき得る。第１の官能性繊維１４０及び第２の官能性繊維１４２の化学的組成及び／または官能性の選択は、望ましい連結品質１００（例えば、強度、弾性係数、連結の降伏及び／または破壊ひずみ、など）にもまた基づき得る。加えて、第１の官能性繊維１４０及び第２の官能性繊維１４２の化学的組成及び／または官能性は、複合材構造体１０の望ましい光学的特性に基づき得る。例えば、第１の官能性繊維１４０及び第２の官能性繊維１４２の化学的組成または材料は、使用中に複合材構造体１０が受け得る所与の温度変化及び光の波長に対する、繊維３０の材料及びマトリクスの屈折率及び／または屈折率の温度係数に基づいて選択され得る。自己反応性被覆繊維３０の化学的組成及び／または材料の選択は、繊維３０の材料、被覆材料、及びマトリクス材料と適切に適合するための、化学的互換性、望ましい連結品質１００、及び／または望ましい光学的特性（例えば屈折率）にもまた基づき得る。
【０１０９】
官能化／被覆の存在、密度、型、または品質もまた、任意の個別の繊維３０内の長さに沿って、層６０内の繊維から繊維ごとに、及び／または層から層ごとに、異なり得る。例えば、上記のように、エポキシ被覆の連結型８８または連結品質１００は、繊維３０の長さに沿って異なり得る。理解され得るように、任意の層６０内の繊維３０は、限定されずに任意の配向で配置され得、図４０に示すプライ交差構成７２に限定されない。さらに、任意の層６０内の繊維３０は、当該層６０内のエポキシ官能性繊維１４０ａの一部に関連した、アミノ官能性繊維１４２ａの任意の一部からなり得る。さらに、所与の層６０内の繊維３０の内の任意の１つは、非エポキシ官能性繊維１４０ａまたは非アミノ官能性繊維１４２ａであり得る。例えば、第１の層６２は、実質的に全てエポキシ官能性繊維１４０ａからなり得、アミノ官能性繊維１４２ａが実質的に存在しなくてよい。第２の層６４は、実質的に全てアミノ官能性繊維１４２ａからなり得、エポキシ官能性繊維１４０ａが実質的に存在しなくてよい。エポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａを含む層６０に関しては、繊維３０は、層内で任意の配置で、交互にあってよい。例えば、繊維３０は、エポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａとが交互にあってよい。様々な配置の内の任意の数が、エポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａを配置するために実装され得る。
【０１１０】
図４１は、層６０内に配置された、複数のエポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａの概略分解側面図である。示される実施形態においては、エポキシ官能性繊維１４０ａ及びアミノ官能性繊維１４２ａのそれぞれは、概して長方形の断面形状を有し得るが、こうした繊維１４０ａ、１４２ａは、限定されることなく、任意の断面形状で提供され得る。繊維１４０ａ、１４２ａは、最初は、図４１に示すプライ交差構成といった、望ましい配向で配置され得る。光の散乱を最小限に抑え、それによって複合材構造体１０の光学的性能を向上させるため、示される実施形態においては、１つおきの層６０内の繊維１４０ａ、１４２ａは、複合物構造体１０を繊維１４０ａ、１４２ａの上表面及び／または下表面と垂直の方向に沿って見た場合に、１つの層６０内の繊維１４０ａ、１４２ａが、別の層６０内の繊維１４０ａと１４２ａの間の間隙と、少なくとも部分的に位置合わせされるように、交互にずれた形態で配置され得る。
【０１１１】
図４２は、繊維１４０ａ、１４２ａの層６０が互いに接触するように押し固められた、図４１の層６０の概略側面図である。エポキシ官能性繊維１４０ａがアミノ官能性繊維１４２ａと接触する箇所においては、エポキシ樹脂とアミノ化合物との間で化学反応が起こり得る。アミノ官能性繊維１４２ａ及びエポキシ官能性繊維１４０ａが互いに接触する箇所において、化学反応は化学的結合９６という結果につながり得る。化学的結合９６は、エポキシ樹脂を局所的に硬化させる及び／または固めることであって、その結果、エポキシ官能性繊維１４０ａとアミノ官能性繊維１４２ａとの間の連結箇所が形成されることとして、特徴づけられ得る。例えば湿分硬化、紫外線放射硬化、可視光線硬化、及び他の放射硬化方法といった他の硬化方法が、エポキシ官能性繊維１４０ａとアミノ官能性繊維１４２ａとの間の化学的結合９６を硬化させるために実施され得る。幾つかの実施形態においては、エポキシ官能性繊維１４０ａとアミノ官能性繊維１４２ａとの間の化学的結合９６の連結品質１００は、アミノ化合物またはエポキシ化合物の化学的性質を変えることによって変化し得る。例えば、アミノ化合物もしくはエポキシ化合物の鎖の長さを変化させること、及び／または、アミノ化合物もしくはエポキシ化合物の鎖の化学的性質を変化させることによって、エポキシ官能性繊維１４０ａとアミノ官能性繊維１４２ａとの間の化学的結合９６における引張強度、降伏ひずみ、破壊ひずみ、及び／または弾性係数を制御する手段が提供され得る。
【０１１２】
図４３は、化学的に結合した層６０にマトリクス２２材料を注入した後の、複合材構造物１０の概略側面図である。一実施形態においては、エポキシ官能性繊維１４０ａ、アミノ官能性繊維１４２ａ、及び／または、複合材構造体１０内に含まれ得る非エポキシ官能性繊維及び非アミノ官能性繊維といった、他の型の繊維３０の間のいかなる間隙も、マトリクス２２によって埋められるように、例えばエポキシマトリクスといったマトリクス２２材料が、化学的に結合した層６０内に注入され得る。マトリクス２２を硬化させる及び／または固めるために、熱及び／または圧力を適用し得る。
【０１１３】
複合材構造体１０は、繊維３０を他の繊維３０と連結する、及び／または繊維３０を平面要素７８（図２１）と連結する、任意の１または複数の配置及び方法を用いて、連結型８８及び／または連結品質１００の複数の態様を組み込んだ、複合的な３次元の実施形態で提供され得る。これに関し、こうした複合的３次元実施形態は、バリスティック性能の向上を実現するため、バリスティックパネル内の連結品質１００及び連結型８８の３次元の位置を制御する目的で、バリスティックパネルのための連結型及び／または連結品質の３次元構造を具体的に選択することを含み得る。
【０１１４】
図４４は、複合材構造体１０の製造方法４００に含まれ得る、１または複数の工程を示すフロー図である。方法４００のステップ４０２は、繊維３０の少なくとも一部を第１の層６２内に配置することを含み得る、複数の繊維３０を提供することを含み得る。第１の層６２の内の繊維３０は、互いに対して実質的に平行に配置され得る。しかし、繊維３０は、互いに対して任意の角度による配向で配置され得る。繊維３０はまた、層スタック６６内の２つ以上の層６０内に配置され得る。図１７に示すように、方法は、例えば、繊維３０の少なくとも一部を、第１の繊維３０を有する第１の層６２内に配置し、繊維３０の少なくとも一部を第２の繊維３０を有する第２の層６４内に配置することを含み得る。
【０１１５】
方法４００のステップ４０４は、連結箇所８０において、繊維３０の少なくとも一部を互いに連結することを含み得る。ステップ４０６は、連結箇所８０のうちの少なくとも２つに、異なる連結型８８及び／または異なる連結品質１００を提供することを含み得る。例えば、方法は、異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有する少なくとも２つの連結箇所８０において、第１の層６２内の繊維３０のうちの少なくとも２つを連結することを含み得る。幾つかの実施形態においては、連結品質１００は、第１の繊維３２と第２の繊維３４との間の第１の連結箇所８０ａにおける高強度／低ひずみ連結１０６及び、第１の繊維３２と第２の繊維３４との間の第２の連結箇所８０ｂにおける低強度／高ひずみ連結１０８を含み得る。
【０１１６】
２以上の層６０を有する複合材構造体１０に関して、方法４００は、同一のまたは異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る複数の連結箇所８０において、第１の層６２内の第１の繊維３０の少なくとも１つを、第２の繊維６４の少なくとも１つの第２の繊維３０に連結することを含み得る。さらなる実施形態において、方法は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａの連結箇所８０において、第１の層６２内の第１の繊維３０のうちの少なくとも２つを連結すること、並びに、第１の連結型８８ａ及び／または第１の連結品質１００ａとは異なり得る第２の連結型８８ｂ及び／または連結品質１００ｂの連結箇所８０において、第２の層６４内の第２の繊維３０のうちの少なくとも２つを連結することを含み得る。
【０１１７】
さらなる実施形態においては、方法４００は、図１８に示すように、第１の繊維３２、第２の繊維３４、第３の繊維３６、及び第４の繊維３８を提供することを含み得る。第１の繊維３２及び第２の繊維３４は、同一の層６０または異なる層６０に含まれ得る。同様に、第３の繊維３６及び第４の繊維３８は、同一の層６０または異なる層６０に含まれ得る。例えば、第３の繊維３６及び第４の繊維３８は、第１の繊維３２及び第２の繊維３４と同一の層６０、または第１の繊維３２及び第２の繊維３４とは異なる層６０に含まれ得る。第１の繊維３２は、第１の連結型８８ａ及び／または連結品質１００ａの、１または複数の連結箇所８０において第２の繊維３４に連結され得、第３の繊維３６は、第１の連結型８８ａ及び／または第１の連結品質１００ａとは異なり得る第２の連結型８８ｂ及び／または連結品質１００ｂの１または複数の連結箇所８０において、第４の繊維３８に連結され得る。任意の実施形態において、方法４００のステップ４０８は、繊維３０をマトリクス２２に組み込み、マトリクス２２を硬化させることを含み得る。
【０１１８】
図２１に示すように、一実施形態において、方法４００は、複数の繊維３０を含む繊維織物プライ７４として第１の層６２を提供することを含み得る。繊維織物プライ７４内の繊維３０の少なくとも一部は、ノード７６として示され得る、繊維３０が交差する箇所において、相互連結され得る。一実施形態においては、連結箇所８０は、連結型８８及び／または連結品質１００が、繊維織物プライ７４内の繊維の交点（即ちノード７６）にある異なる連結箇所８０によって様々であり得るように、構成され得る。
【０１１９】
図３４〜３６または図３７〜３９に示すように、さらなる実施形態においては、方法４００は、繊維３０の少なくとも一部をコアシース繊維５６として提供することを含み得る。コアシース繊維５６のそれぞれは、熱可塑性材料から形成されたシース５８によって取り囲まれたコア５７からなり得る。コア５７は、シース５８の強度に比べて、高強度の材料から形成され得る。幾つかの実施形態においては、シース５８は、熱可塑性材料であり得るマトリクス２２と同じ材料から形成され得る。図３４〜３６に示すように、方法は、層６０内で隣同士で互いに接触するように、コアシース繊維５６を配置することを含み得る。幾つかの実施形態においては、方法は、コアシース繊維５６の上面と下面とが互いに接触し得るように、コアシース繊維５６の層６０を配置することを含み得る。例えば、図３７〜３９に示すように、コアシース繊維５６の２以上の層６０は、プライ交差構成７２で配置され得る。
【０１２０】
方法４００は、コアシース繊維５６の層６０を押し固め、シース５８に熱を適用することを含み得る。例えば、熱は、シース５８が互いに接触している、１または複数の箇所で適用され得る。熱の適用によって、連結箇所８０においてシース５８を共に熱可塑的に融着するといった方法により、１または複数の連結箇所８０において、コアシース繊維５６の少なくとも一部が互いに連結する結果となり得る。シース５８を熱可塑的に融着することに続いて、マトリクス２２材料を、コアシース繊維５６に浸透させ得るか、または注入し得る。複合材構造体１０を形成するために、方法は、マトリクス２２材料を硬化させることをさらに含み得る。幾つかの実施形態においては、コアシース繊維５６は、繊維織物プライ７４（図示せず）になるように織り合わされ得る。コアシース繊維５６のシース５８は、繊維３０が交差する箇所（例えばノード７４）において、共に熱可塑的に融着９２され得る。
【０１２１】
図４１〜４２に示すさらなる実施形態において、方法は、第１の繊維３２を含む第１の層６２、及び第２の繊維３４を含む第２の層６４を提供することを含み得る。第１の繊維３２の少なくとも一部は、エポキシ官能性繊維１４０ａ及び／またはアミノ官能性繊維１４２ａ（図４１〜４３）であり得る。第２の繊維３４の少なくとも一部もまた、エポキシ官能性繊維１４０ａ及び／またはアミノ官能性繊維１４２ａであり得る。上記のように、アミノ官能性繊維１４２ａは、アミノ化合物から形成され得る。第１の層６２及び第２の層６４のそれぞれの内のアミノ官能性繊維１４２ａ及び、エポキシ官能性繊維１４０ａは、互いに交互の関係に配置され得る。第１の繊維６２及び第２の繊維６４は、図４１に示すプライ交差構成または任意の他の構成といった、望ましい構成で配置され得る。
【０１２２】
方法は、第１の層６２と第２の層６４を一緒に押し固めるなどにより、第１の層６２を第２の層６４に接触するように配置することを含み得る。上記のように、第１の層６２と第２の層６４との接触によって、アミノ官能性繊維１４２ａがエポキシ官能性繊維１４０ａと接触する連結箇所８０において、化学的結合９６が起きるという結果になり得る。方法は、第１の層６２及び第２の層６４にマトリクス２２材料を注入することを追加で含み得る。マトリクス２２材料を硬化させて複合材構造体１０を形成するために、熱及び／または圧力を適用し得る。
【０１２３】
図４５は、複合材構造体１０のさらなる製造方法５００に含まれ得る、１または複数の工程を示すフロー図である。図１３Ａ〜１７に示すように、方法５００のステップ５０２には、複数の繊維３０を２以上の層６０内に配置することが含まれ得る。方法５００のステップ５０４は、少なくとも１つの層６０内の繊維３０の内の少なくとも１つを、別の層６０内の少なくとも１つの繊維３０と連結することを含み得る。一実施形態においては、方法５００は、１つの層６０内の少なくとも１つの繊維３０を、直接隣接する層６０内の少なくとも１つの繊維３０と連結することを含み得る。例えば、図１３Ａ〜１３Ｃは、第１の連結領域１１４に沿った第１の層６２及び第２の層６４内の、一方向構成７０による繊維３０の連結、並びに、第２の連結領域１１６に沿った第２の層６４及び第３の層６５内の繊維３０の連結を示している。
【０１２４】
さらなる実施形態において、図１４が層１〜２内の繊維３０の結合を示す一方で、図１５は、１つおきの層１、３、５、７、９内の繊維３０の結合を示す。ある実施形態においては、少なくとも１つの層６０内の繊維３０は、別の層６０内の繊維３０と連結されていなくてよい。例えば、図１４においては、層３〜１０は、互いに、または他のいかなる層６０とも連結されていなくてよい。図１５においては、層２、４、６、８、１０は、互いに、または他のいかなる層６０とも連結されていなくてよい。理解され得るように、層スタック６６の任意の数の層６０内の繊維３０は、複合材構造体１０の望ましい光学的性能及び／またはバリスティック性能特性を実現するため、任意の配置で連結され得る。
【０１２５】
図２４〜３３を参照すると、方法５００は、１または複数の幾何学パターンによって連結箇所８０を配置することを含み得る。例えば、方法は、層６０の全体的連結箇所パターン１１０によって配置された複数の連結箇所８０において、少なくとも１つの層６０内の繊維３０を連結すること、及び／または、全体的連結箇所パターン１１０によって１または複数の層６０を連結することを含み得る。全体的連結箇所パターン１１０のそれぞれは、１または複数の局所的連結領域１１２を含み得る。局所的連結領域１１２のそれぞれは、層６０内の繊維３０が互いに、及び／または層６０が互いに連結されている、連結箇所８０を含み得る。上記のように、図２４〜３３は、局在する連結領域１１２の幾何学的形状の幾つかの例を示す。しかし、理解されるように、局在する連結領域１１２は、限定されることなく、任意の数の異なる幾何学的大きさ、形状及び構成で提供され得る。
【０１２６】
図２１〜２２に示すように、ある実施形態においては、方法５００は、１または複数の層６０を平面要素７８として提供することを含み得る。例えば、平面要素７８は、フィルム、シートまたはプレートとして提供され得る。平面要素７８は、非繊維性の平面要素７８を含み得る。しかし、平面要素７８は繊維材料であり得る。例えば、平面要素７８は、チョップド繊維、フェルト、または任意の他の型の繊維材料を含み得る。ある実施形態においては、平面要素７８は、金属箔または、上記のように伸長フィルムもしくは非伸長フィルムといった、ポリマーフィルムを含み得る。平面要素７８はまた、複合材料及び／またはセラミック材料も含み得る。図２１〜２２に示すように、方法５００は、層６０の内の少なくとも１つの層内の繊維３０の内の少なくとも１つを、複数の連結箇所８０において、平面要素７８と連結することを含み得る。平面要素７８を１または複数の繊維３０と連結する連結箇所８０は、同一の及び／または異なる連結型８８及び／または連結品質１００を有し得る。
【０１２７】
方法５００は、図４０〜４３に概略的に示すように、それぞれ第１の繊維３２及び第２の繊維３４を含む第１の層６２内及び第２の層６４内に、繊維３０を配置することを含み得る。第１の繊維３２の少なくとも一部は、第１の官能性繊維１４０として提供され得る。第２の繊維３４の少なくとも一部は、第２の官能性繊維１４２として提供され得る。方法５００は、第１の層６２を第２の層６４に接触するように配置すること、及び、第１の官能性繊維１４０が第２の官能性繊維１４２と接触する箇所において、第１の官能性繊維１４０を第２の官能性繊維１４２と化学的に反応させる（例えば化学的に結合させる）ことをさらに含み得る。上記のように、方法５００は、第１の繊維３２及び／または第２の繊維３４に、プラズマ処理、コロナ処理、湿式化学法、ポリマーブレンド、及び官能化または被覆のための他の様々な方法の内の任意の１つを受けさせることによって、第１の官能性繊維１４０及び／または第２の官能性繊維１４２を製造することを含み得る。
【０１２８】
他の実施形態において、方法５００は、第１の繊維３２を含む第１の層６２内、及び第２の繊維３４を含む第２の層６４内に、繊維３０を配置すること、並びに、第１の繊維３２の少なくとも一部を、自己反応性被覆繊維として提供することを含み得る。方法は、第２の繊維３４の少なくとも一部を自己反応性被覆繊維として提供することをさらに含み得る。第１の層６２は、第２の層６４と接触するように配置され得る。上記のように、方法は、自己反応性被覆繊維が互いに接触する箇所において、自己反応性被覆繊維を互いに化学的に反応させる（例えば化学的に結合させる）ことを含み得る。幾つかの実施形態においては、方法は、自己反応性被覆繊維が互いに接触している箇所で化学反応を開始するために、自己反応性被覆繊維を、熱、放射、及び／または湿気といった外部の反応開始源に曝すことを含み得る。
【０１２９】
さらに、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【０１３０】
条項１
少なくとも部分的にマトリクス（２２）中に組み込まれた、複数の繊維（３０）を含み、
繊維が少なくとも１つの連結箇所（８０）において互いに連結されている
複合材構造体。
【０１３１】
条項２
複合材構造体であって、連結箇所が、
接着接合、
融着、
機械的ピンニング、及び
化学的結合
の内の少なくとも１つを含む連結型を有する、条項１に記載の複合材構造体。
【０１３２】
条項３
複合材構造体であって、マトリクス及び繊維のうちの少なくとも１つが、
フッ化炭素、ポリアミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタラート、及びポリオキシメチレンの内の少なくとも１つを含む、熱可塑性材料、
ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、ビスマレイド、ポリエステル、エポキシの内の少なくとも１つを含む、熱硬化性材料、
Ｅ−ガラス（アルミニウム−ホウケイ酸塩ガラス）、Ｓ−ガラス（アルミノケイ酸塩ガラス）、純シリカ、ホウケイ酸塩ガラス、光学ガラスを含むガラス、
鋼、チタン、銅、アルミニウム、及び金属合金を含む金属材料、並びに
セラミック材料
の内の少なくとも１つの材料から形成されている、条項１に記載の複合材構造体。
【０１３３】
条項４
少なくとも部分的にマトリクスに組み込まれた複数の繊維、
２以上の層内に配置された繊維、及び
別の層内の繊維の内の少なくとも１つに連結された、少なくとも１つの層内の繊維の内の少なくとも１つ
を含む、複合材構造体。
【０１３４】
条項５
少なくとも１つの層内の繊維が、別の層内の繊維と連結されていない、
条項４に記載の複合材構造体。
【０１３５】
条項６
少なくとも１つの層内の繊維の少なくとも一部が、層の全体的連結箇所パターンによって配置された連結箇所において互いに連結されている、
条項４に記載の複合材構造体。
【０１３６】
条項７
層の内の少なくとも１つが、フィルム、シートまたはプレートとして構成された平面要素として構成され、
層の内の少なくとも１つの層内の繊維の内の少なくとも１つが、複数の連結箇所において平面要素に連結されている、
条項４に記載の複合材構造体。
【０１３７】
条項８
平面要素が、
伸長ポリマー材料または非伸長ポリマー材料、
ガラス、
金属材料、
複合材料、
セラミック材料、及び
織布または非織布材料
の内の少なくとも１つの材料から形成されている、条項７に記載の複合材構造体。
【０１３８】
条項９
繊維が、それぞれ第１の繊維及び第２の繊維を含む第１の層及び第２の層内に配置され、
第１の繊維の少なくとも一部が第１の官能性繊維を含み、
第２の繊維の少なくとも一部が第２の官能性繊維を含み、
第１の官能性繊維が第２の官能性繊維と接触する箇所において、第１の官能性繊維が第２の官能性繊維と化学的反応性が高く、かつ連結されており、
第１の官能性繊維が他の第１の官能性繊維と反応せず、
第２の官能性繊維が他の第２の官能性繊維と反応しない、
条項４に記載の複合材構造体。
【０１３９】
条項１０
それぞれ、第１の繊維及び第２の繊維を含む第１の層及び第２の層内に繊維が配置され、
第１の繊維の少なくとも一部が自己反応性被覆繊維を含み、
第２の繊維の少なくとも一部が自己反応性被覆繊維を含み、
自己反応性被覆繊維が自身と接触したときに化学的に反応する自己反応性被覆を有し、
自己反応性被覆繊維が互いに接触している箇所において、自己反応性被覆繊維が他の自己反応性被覆繊維と連結されている、
条項４に記載の複合材構造体。
【０１４０】
条項１１
複数の繊維を２以上の層内に配置するステップと、
少なくとも１つの層内の繊維の内の少なくとも１つを、別の層内の繊維の内の少なくとも１つと連結するステップと、
繊維をマトリクス中に組み込むステップと、
を含む、複合品の製造方法。
【０１４１】
条項１２
少なくとも１つの層内の繊維が別の層内の繊維と連結されていない、
条項１１に記載の方法。
【０１４２】
条項１３
１または複数の局在する連結領域内に、及び／または、全体的連結箇所パターンによって配置された複数の連結箇所において、少なくとも１つの層内の繊維を連結するステップ
をさらに含む、条項１１に記載の方法。
【０１４３】
条項１４
フィルム、シートまたはプレートとして構成された平面要素を提供するステップと、
層の内の少なくとも１つの層内の繊維の内の少なくとも１つを、複数の連結箇所において平面要素に連結するステップと、
をさらに含む、条項１１に記載の方法。
【０１４４】
条項１５
繊維のうちの少なくとも一部をコアシース繊維として提供することであって、コアシース繊維のそれぞれが可融性材料から形成されるシースによって取り囲まれるコアからなる、提供することと、
コアシース繊維のうちの少なくとも２つの内のシースを、互いに接触するように配置することと、
シースが互いに接触する１または複数の箇所において、シースに熱を適用することと、
コアシース繊維同士の間で１または複数の連結箇所を形成するためにシースを共に融着することと、
をさらに含む、条項１１に記載の方法。
【０１４５】
条項１６
繊維を、それぞれ第１の繊維及び第２の繊維を含む第１の層及び第２の層内に配置することと、
第１の繊維の少なくとも一部を第１の官能性繊維として提供することと、
第２の繊維の少なくとも一部を第２の官能性繊維として提供することと、
第１の層を、第２の層と接触するように配置することと、
第１の官能性繊維が第２の官能性繊維と接触する箇所において、第１の官能性繊維を第２の官能性繊維と化学的に反応させることと、
をさらに含む、条項１１に記載の方法。
【０１４６】
条項１７
繊維を、それぞれ第１の繊維を含む第１の層及び第２の繊維を含む第２の層内に配置することと、
第１の繊維の少なくとも一部を自己反応性被覆繊維として提供することと、
第２の繊維の少なくとも一部を自己反応性被覆繊維として提供することと、
第１の層を、第２の層と接触するように配置することと、
自己反応性被覆繊維が互いに接触する箇所において、自己反応性被覆繊維を互いに化学的に反応させることと、
をさらに含む、条項１１に記載の方法。
【０１４７】
本開示の追加的な修正及び改良は、当業者には明白であり得る。したがって、本明細書に説明され図示されている、部品の特定の組み合わせは、本開示のある種の実施形態のみを表すことを意図し、本開示の趣旨及び範囲に含まれる代替的な実施形態または装置を限定することを意図していない。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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