(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂に組み込むための繊維トウであって、
フィラメント断面幅を各々有する複数の強化フィラメント（１５８）と、
前記フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する、複数のポリマーナノ粒子（２００）とを含み、
前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部は、前記強化フィラメント（１５８）の少なくとも一つ及び／又は他のポリマーナノ粒子（２００）に結合され、
前記ポリマーナノ粒子の少なくとも一部が、前記樹脂の硬化温度までは固体の状態に維持され、前記樹脂の硬化温度では前記樹脂に溶解するように構成されている材料組成物を有する、繊維トウ。
【請求項２】
前記複数の強化フィラメント（１５８）は、第１のフィラメントと第２のフィラメントとを含み、
前記複数のポリマーナノ粒子（２００）は、前記第１のフィラメントに結合された第１のポリマーナノ粒子と、前記第２のフィラメントに結合された第２のポリマーナノ粒子とを含み、
前記第１のポリマーナノ粒子は、前記第２のフィラメント及び／又は第２のポリマーナノ粒子に接触している、
請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項３】
前記ポリマーナノ粒子（２００）は、１０〜２００ナノメートルの粒子断面幅を有する、請求項１又は２に記載の繊維トウ。
【請求項４】
前記ポリマーナノ粒子（２００）は下記、
熱可塑性材料、アクリル、フッ化炭素、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、及びポリフェニルスルホン；
熱硬化性材料、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、スルホン化ポリマー（ポリフェニレンスルフィド）、導電性ポリマー（例：ポリアニリン）、ベンゾキサジン、ビスマレイミド、シアネートエステル、ポリエステル、エポキシ、チオール、及びシルセスキオキサン
の内の少なくとも一つを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維トウ。
【請求項５】
前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部は、コア（２１２）を封入するシース（ｓｈｅａｔｈ）（２１０）を有するコア−シースナノ粒子（２０８）であり、前記シースは、前記コアとは異なる材料で形成されており、
前記シースは、少なくとも一つの強化フィラメントに結合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の繊維トウ。
【請求項６】
前記シース（２１０）が、前記強化フィラメントに融解結合した熱可塑性材料で形成されている、請求項５に記載の繊維トウ。
【請求項７】
複数のポリマーナノ粒子（２００）を一又は複数の強化フィラメント（１５８）に結合させることであって、各強化フィラメントがフィラメント断面幅を有する一又は複数の強化フィラメント（１５８）に、前記フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有するポリマーナノ粒子 （２００）を結合させることと、
前記強化フィラメント（１５８）に樹脂を注入することと、
樹脂注入中に、前記ポリマーナノ粒子（２００）を使用して、前記強化フィラメント（１５８）間にフィラメント間隔を維持することと、
前記強化フィラメント（１５８）の樹脂注入後に、前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部を前記樹脂に溶解させることと、
を含み、
前記ポリマーナノ粒子の少なくとも一部が、前記樹脂の硬化温度までは固体の状態に維持され、前記樹脂の硬化温度では前記樹脂に溶解するように構成されている材料組成物を有する、
複合構造を製造するための方法。
【請求項８】
前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部は、前記強化フィラメント（１５８）の少なくとも別の一つに、及び／又は他のポリマーナノ粒子（２００）に結合される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部は、コア（２１２）を封入するシース（２１０）を有するコア−シースナノ粒子（２０８）であり、前記ポリマーナノ粒子（２００）を一又は複数の強化フィラメント（１５８）に結合させるステップは、
前記ポリマーナノ粒子（２００）のシースを、一又は複数の強化フィラメント（１５８）に少なくとも部分的に融解結合させること
を含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリマーナノ粒子（２００）のシースを前記強化フィラメントに融解結合させるステップが、
前記強化フィラメント（１５８）を加熱することと、
前記ポリマーナノ粒子（２００）を、前記ポリマーナノ粒子（２００）を含むガスの渦を使用して、加熱された強化フィラメントに噴霧することと
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
プリプレグ工程前又はその最中に、及び／又は乾燥繊維プリフォームの樹脂注入前に、前記ポリマーナノ粒子（２００）を一又は複数の強化フィラメント（１５８）に結合させることを更に含む、請求項７から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記強化フィラメント（１５８）を複合レイアップに配置することを更に含む、請求項７から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合構造の繊維体積率を上げるために、前記ポリマーナノ粒子（２００）の前記一部を溶解させた後で、前記強化フィラメント（１５８）と共に圧縮させることを更に含む請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
樹脂注入後に、前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部を固体の状態に維持することと、
樹脂注入後、そして樹脂硬化中に、前記複合レイアップの所望の繊維体積率を維持することと
を更に含む、請求項７から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部は、前記樹脂よりも高い強靭性を有する熱可塑性材料で形成されており、
樹脂硬化前又はその最中に、前記ポリマーナノ粒子（２００）の少なくとも一部を前記樹脂に溶解させることと、
前記ポリマーナノ粒子（２００）を溶解させた結果として、ポリマーナノ粒子（２００）が欠けている樹脂に比べて、前記樹脂の強靭性を高めることと
を更に含む、請求項７から１２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】
本発明は概して複合材料に関し、更に具体的には、繊維ベッドの透過性及び繊維体積率を制御するための複合構造におけるナノ粒子の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合構造は、複合プライのスタックを積層して、複合レイアップを形成することによって形成することができる。各複合プライには、複数の強化繊維又は繊維トウが含まれうる。各繊維トウには、複数の強化フィラメントが含まれうる。例えば、単一の繊維トウは、数千以上の強化フィラメントの束として形成することができる。複合レイアップに熱及び／又は圧力を印加して、複合プライのスタックを圧密化し、樹脂を硬化させる又は凝固させることができる。複合レイアップを、受動的に又は能動的に冷却して複合構造を形成することができる。
【０００３】
複合構造は通常、複合構造の強度、剛性、及びその他の構成要件を満たすために特定の繊維体積率を有するように構成される。繊維体積率は、複合構造の総体積に対する複合構造の強化繊維の総体積の比率として表すことができる。製造中に複合レイアップの繊維体積率の可能な制御精度は、複合構造の構成要件を満たす能力に多大な影響を及ぼしうる。
【０００４】
複合レイアップの強化フィラメント間の間隔は、複合構造の繊維体積率に直接影響を与えうる。積層前に樹脂を予め含浸させた複合プライ（例：プリプレグ複合プライ）においては、強化フィラメント間の間隔は、プリプレグ工程中に繊維トウ又は強化フィラメントに適用される樹脂の量を制御することによって直接制御することができる。乾燥繊維複合プライでできた複合レイアップにおいては、強化フィラメント間の間隔は、乾燥繊維複合プライの中へ樹脂を注入している間に印加される圧密化圧力及び／又は真空圧の規模及び／又は期間を制御する等、レイアップ処理の条件を制御することによって、間接的に制御することができる。
【０００５】
従来の複合物の製造においては、強化フィラメント間の局所的な間隔は、フィラメントの多数の直径からゼロまで変化しうる。ゼロの間隔では、強化フィラメントは互いに直接接触している。強化フィラメント間の直接的な接触により、幾つかの望ましくない影響が生じうる。例えば、直接接触している強化フィラメントにより、樹脂注入プロセスの間の強化フィラメント間の樹脂の流れを妨げる可能性があり、これにより、強化フィラメントの濡れが不完全になり、望ましくない空洞、また亀裂の核生成が発生しうる。加えて、強化フィラメントの直接的な接触は、複合構造における応力が高い箇所を示す場合があり、樹脂に微小な亀裂が形成されうる。
【０００６】
このことから分かるように、当技術分野において、フィラメント間の樹脂の流れを可能にするため、繊維体積率の要件を満たすため、また強化フィラメント間の直接的な接触を減らす又は避けるために、複合レイアップの強化フィラメント間の局所的な間隔を制御するためのシステム及び方法が必要である。
【発明の概要】
【０００７】
複合レイアップに関する上記の必要性は、各々フィラメント断面幅を有する複数の強化フィラメントを含みうる繊維トウを提供する本発明によって特に対処される。一又は複数のポリマーナノ粒子を、強化フィラメントの少なくとも一つに、及び／又は他のポリマーナノ粒子に結合させることができる。ポリマーナノ粒子は、強化フィラメントの断面幅よりも小さい粒子断面幅を有しうる。ポリマーナノ粒子は、強化フィラメント間の直接的な接触を減らす又は避けるために、フィラメント間の樹脂の流れを可能にするために、及び／又は繊維体積率の要件を満たすために、強化フィラメント間に局所的なフィラメント間隔を提供しうる。
【０００８】
また、樹脂と、樹脂の中に組み込まれた複数の繊維トウを含む組成物も開示されている。各繊維トウは、複数の強化フィラメントを含みうる。各強化フィラメントは、フィラメント断面幅を有しうる。組成物は更に、強化フィラメントに結合された複数のポリマーナノ粒子を含みうる。ポリマーナノ粒子は、フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有しうる。
【０００９】
また、複合構造の製造方法も開示される。本方法は、複数のポリマーナノ粒子を一又は複数の強化フィラメントに結合させることを含みうる。各強化フィラメントは、フィラメント断面幅を有しうる。ポリマーナノ粒子は、フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有しうる。本方法は更に、ポリマーナノ粒子を使用して、例えば樹脂注入中に、隣接する強化フィラメント間にフィラメント間隔を維持することを含みうる。
【００１０】
既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立して実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の特徴は、図面を参照することにより明確となり、ここでは全図を通して類似の番号が類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】樹脂と、強化フィラメントで形成されており、隣接する強化フィラメント間にフィラメント間隔を維持するためのポリマーナノ粒子を含む繊維トウを含む複合構造のブロック図である。
【図２】各々が複数の連続的な強化繊維でできた単向性プライのスタックを含む複合構造の斜視図である。
【図３】異なる角度に配向された単向性複合プライの強化フィラメントを示す、図２の線３に沿って切り取った複合構造の一部の断面図である。
【図４】互いに直接的に接触し、この結果樹脂に亀裂が生じている強化フィラメントを示す、樹脂に組み込まれた複数の強化フィラメントの概略断面図である。
【図５】強化フィラメント間に局所的なフィラメント間隔を維持しているポリマーナノ粒子を更に含む、図４の強化フィラメントの概略断面図である。
【図６】ポリマーナノ粒子が第１及び第２のフィラメント間の接触を防止するように、第１のフィラメントに、及び／又は第２のフィラメントに結合されうるポリマーナノ粒子によって、第２のフィラメントから分離された第１のフィラメントを示す、樹脂に組み込まれた第１のフィラメントと第２のフィラメントの概略図である。
【図７】第１及び第２のフィラメント間の接触を防止している、第１のフィラメントに結合された第１のポリマーナノ粒子と、第２のフィラメントに、そして第１のポリマーナノ粒子に結合された第２のポリマーナノ粒子を示す概略図である。
【図８】溶解結合シースを有するコア−シースナノ粒子の概略図である。
【図９】強化フィラメントに融解結合されたコア−シースナノ粒子のシースの概略図である。
【図１０】強化フィラメントのサイジングに結合されたポリマーナノ粒子の概略図である。
【図１１】複合構造の製造方法に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。
【図１２】繊維トウの強化フィラメントにポリマーナノ粒子を連続的に適用するためのシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
これより図面を参照するが、提示事項は本発明の様々な実施形態を例示するためのものであり、図１には、繊維トウ１５０を備える繊維ベッドを含む複合構造１００のブロック図を示す。繊維トウ１５０は樹脂１１０に組み込むことができる。各繊維トウ１５０は、複数の強化フィラメント１５８を含みうる。各強化フィラメント１５８は、フィラメント断面幅１６０（図６）又は直径を有しうる。一又は複数のポリマーナノ粒子２００は、強化フィラメント１５８に、及び／又は他のポリマーナノ粒子２００に結合されうる。
【００１４】
幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子２００の一部は、一又は複数の強化フィラメント１５８に隣接して、及び／又は一又は複数のポリマーナノ粒子２００に隣接して機械的に封入されうる、非結合ナノ粒子２１４（例：図５参照）を含みうる。各ポリマーナノ粒子２００は、フィラメント断面幅１６０よりも小さくて良い粒子断面幅２０２（図６）を有しうる。例えば、ポリマーナノ粒子２００は、１０〜２００ナノメートルの粒子断面幅２０２を有し、強化フィラメント１５８は、５〜３０ミクロンのフィラメント断面幅１６０を有しうる。例えば、炭素強化フィラメント１５８は、５〜１０ミクロンのフィラメント断面幅を有しうる。ガラス強化フィラメント１５８は、１０〜２５ミクロンのフィラメント断面幅を有しうる。
【００１５】
ポリマーナノ粒子２００が強化フィラメント１５８間のスペーサとして機能することができ、繊維ベッド１５２の透過性を維持する、あるいは制御することができ、これにより、樹脂１１０が強化フィラメント１５８（図１）間を流れる、及び／又は強化フィラメント１５８に注入する、又は均一に湿らせることができることが、利点である。加えて、ポリマーナノ粒子２００により、強化フィラメント１５８間の直接的な接触が防止されうる。上で示したように、強化フィラメント１５８間のフィラメント同士の直接的な接触は、複合構造１００（図１）における局所的に繊維含有量が多い領域を示しうる。ポリマーナノ粒子２００により、フィラメント同士の直接的な接触、及び複合レイアップ１０２における局所的に繊維含有量が多い関連領域を防止することができ、これにより、亀裂開始部位を示しうる上記の箇所における応力の集中を減らすあるいは避けることができる。
【００１６】
更に、ポリマーナノ粒子２００は、最終的な複合構造１００の繊維体積率を正確に制御するための手段を提供しうる。上述したように、複合構造１００の繊維体積率は、複合構造１００の総体積に対する複合構造１００の強化繊維１５０（図１）の体積の比率として表すことができる。ポリマーナノ粒子２００は、樹脂が強化フィラメント１５８を通って、あるいは強化フィラメント１５８の間で流れる時に、少なくとも製造プロセスの一部において、強化フィラメント１５８間のスペーサとして構成されうる。ポリマーナノ粒子２００の粒子断面幅２０２及び／又は樹脂体積に対するポリマーナノ粒子２００の総体積は、例えば強度及び剛性条件等の構成要件を満たすための複合構造１００の能力に多大な影響を与えうる、複合レイアップ１０２の繊維体積率を正確に制御するための手段を提供しうる。
【００１７】
図２は、複合プライ１０４のスタックでできた複合構造１００を示す図である。図示した例では、複合構造１００は単向性プライ１０６で形成されていてよい。各複合プライ１０４は、おおむね平行する連続的な複数の強化繊維又は繊維トウ１５０を含みうる。単向性プライ１０６は、並べて配置された繊維トウ１５０を各々含む複数の単向性テープ１５４を含みうる。あるいは、一又は複数の複合プライ１０４は、平行する繊維トウ１５０を含む単向性シートで形成されていてよい。上述したように、各繊維トウ１５０は、数千もの強化フィラメント１５８の束でできていてよい。例えば、単一の繊維トウ１５０は、最大１０万あるいはそれ以上の強化フィラメント１５８を含みうる。各強化フィラメント１５８は、最大３０ミクロンの直径を有しうる。例えば、上述したように、炭素強化フィラメント１５８は、５〜１０ミクロン（例：５〜７ミクロン）のフィラメント断面幅を有しうる。ガラス強化フィラメント１５８は、１０〜２５ミクロンのフィラメント断面幅を有しうる。本発明においては、繊維、強化繊維、複合繊維、及び繊維トウという用語を交互に使用しうる。
【００１８】
複合レイアップ１０２は、非限定的に、単向性テープ、織布、編組繊維、縫合繊維形状、短繊維形状（例：短繊維マット）、並びにその他任意の種類の波形及び非波形繊維形状を含む様々な異なる繊維形状の内の任意の一つに配置された繊維トウ１５０を使用して供給することができる。繊維トウ１５０（図２）の形状又は配置に関わらず、強化フィラメント１５８間にフィラメント間隔１６６（図６）を維持する又は制御し、これにより、複合レイアップ１０２の透過性、及び／又は最終的な複合構造１００の繊維体積率を制御するために、ポリマーナノ粒子２００を、一又は複数の繊維トウ１５０の一又は複数の強化フィラメント１５８に結合させることができる。
【００１９】
図３は、異なる角度に配向された単向性複合プライ１０４の強化フィラメント１５８を示す、図２の複合構造１００の一部の断面図である。隣接する強化フィラメント１５８間に最小限のフィラメント間隔１６６を維持するために、ポリマーナノ粒子２００を、一又は複数の強化フィラメント１５８に結合させることができる。例えば、各単向性テープ１５４は、単向性テープ１５４の他の強化フィラメント１５８間にフィラメント間隔１６６を維持するために、ポリマーナノ粒子２００を結合させることができる強化フィラメント１５８を含みうる。図示していないが、隣接する繊維トウ１５０の強化フィラメント１５８、又は単向性テープ１５４と最小限のフィラメント間隔１６６を維持するために、ポリマーナノ粒子２００を、繊維トウ１５０の最外部の強化フィラメント１５８又は単向性テープ１５４にも結合させることができる。ポリマーナノ粒子２００はまた、所望のフィラメント間隔１６６を維持するために、織布、又は編組繊維の強化フィラメント１５８にも結合させることができる。
【００２０】
図３では、最上部及び最下部の複合プライ１０４の強化フィラメント１５８を、紙面に対して垂直方向に沿って配向させることができる。真中の２つの複合プライ１０４は、紙面に平行して配向された強化フィラメント１５８を含むことができる。真中の複合プライ１０４と最上部の複合プライ１０４との間、及び真中の複合プライ１０４と最下部の複合プライ１０４との間に位置づけされる複合プライ１０４は、紙面に対して平行しない、また垂直でない方向に配向された強化フィラメント１５８を含みうる。しかしながら、隣接する複合プライ１０４は、互いに対して任意の角度に配向された強化フィラメント１５８を含みうる。
【００２１】
複合構造１００は、樹脂１１０を予め含浸させうる複合プライ１０４のスタック（例：プリプレグ複合プライ）を積層することによって形成することができる。複合プライ１０４（図３）の積層後に、樹脂１１０（図３）の粘度を低減して、樹脂１１０が流れ、隣接する複合プライ１０４の樹脂１１０と混ざり合うことを可能にするために、熱を印加することができる。樹脂１１０を硬化させ及び／又は凝固させて複合構造１００を形成するために、熱及び／又は圧力を印加することができる。ポリマーナノ粒子２００を、プリプレグ工程の前又はその最中に、一又は複数の強化フィラメント１５８に結合させることができる。幾つかの例では、ポリマーナノ粒子２００を、強化フィラメント１５８の製造中に強化フィラメント１５８に適用することができる。下記の一例では（図１２参照）、ポリマーナノ粒子２００を、移動している繊維トウ１５０の強化フィラメント１５８上に噴霧することができる。
【００２２】
あるいは、複合レイアップ１０２は、ポリマーナノ粒子２００を結合させることができる強化フィラメント１５８（図３）を含む乾燥繊維複合プライ１０４のスタックを積層することによって、形成することができる。乾燥繊維複合プライ１０４は、様々な樹脂注入プロセスのうちの任意の一つを使用して、樹脂１１０と共に圧密化しうる及び／又は樹脂１１０を注入しうる。例えば、樹脂膜注入（ＲＦＩ）、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）、真空補助樹脂トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、制御気圧樹脂注入（ＣＡＰＲＩ）、又はその他様々な樹脂トランスファープロセスの内の任意のものを使用して、樹脂１１０を乾燥繊維複合プライ１０４の中に注入することができる。樹脂１１０を硬化させ及び／又は凝固させて複合構造１００を形成するために、熱及び／又は圧力を印加することができる。
【００２３】
本明細書に開示されるいかなる例においても、樹脂１１０及び／又はポリマーナノ粒子２００を、熱可塑性材料及び／又は熱硬化性材料から形成することができる。熱可塑性材料は、アクリル、フッ化炭素、ポリアミド、ポリオレフィン（例：ポリエチレン、ポリプロピレン）、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアリールエーテルケトン（例：ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトン（ＰＥＫＥＫ））、等）、及び／又はポリエーテルイミドを含みうる。熱硬化性材料は、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、スルホン化ポリマー（ポリフェニレンスルフィド）、導電性ポリマー（例：ポリアニリン）、ベンゾキサジン、ビスマレイミド、シアネートエステル、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサンを含みうる。強化フィラメント１５８は、炭素、炭化ケイ素、ホウ素、セラミック、及び金属材料等の材料から形成することができる。強化フィラメント１５８はまた、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、光学ガラス等のガラス、及び他のガラス組成物から形成されていてもよい。
【００２４】
図４に、樹脂１１０と強化フィラメント１５８の組成物１０８に組み込まれた強化フィラメント１５８の断面を示す。強化フィラメント１５８は、単向性テープ、単向性シート、織布、編組繊維、及びその他様々な繊維形状の内の任意の形状の繊維トウ１５０を形成する強化フィラメント１５８の束に含まれうる。図４において、幾つかの強化フィラメント１５８は、フィラメント同士が互いに直接接触している。強化フィラメント１５８間のフィラメント同士の直接的な接触は、複合構造１００において局所的に繊維含有量が多い領域を表しうる。加えて、強化フィラメント１５８が直接接触すると、複合レイアップ１０２の中に樹脂を注入中等に、強化フィラメント１５８間の樹脂の流れが妨げられる可能性があり、この結果、強化フィラメント１５８の湿りが不完全になり、望ましくない空洞、また亀裂の核生成が発生しうる。加えて、強化フィラメント１５８の直接的な接触は、複合構造１００の応力が高い箇所を表す可能性があり、フィラメント同士が直接接触する箇所において樹脂１１０に亀裂１１４が形成されうる。
【００２５】
図５は、強化フィラメント１５８に結合されたポリマーナノ粒子２００を更に含む、図４の強化フィラメント１５８の断面図である。見て分かるように、ポリマーナノ粒子２００は、フィラメント断面幅１６０に対して小さい粒子断面幅２０２（図６）を有する。ポリマーナノ粒子２００は、局所的なフィラメント間隔１６６を維持し、直接的なフィラメント同士の接触、及び局所的に繊維含有量が多い関連領域を防止することにより、上記箇所における応力の集中を低減するあるいは防止することができることが、利点である。図５にはまた、強化フィラメント１５８に、又は他のポリマーナノ粒子２００に結合されていない非結合ナノ粒子２１４も示す。上記の自由な又は結合されていないナノ粒子２１４を、繊維トウ１５０内に組み込む、及び／又は繊維トウ１５０の強化フィラメント１５８で囲むことができる。上記の自由なナノ粒子２１４は強化フィラメント１５８に結合されていなくてよいが、自由なナノ粒子２００もまた、強化フィラメント１５８間のフィラメント間隔１６６を維持するためにスペーサとして機能することができる、及び／又は自由なナノ粒子を溶解させて樹脂１１０を強化することができる。
【００２６】
図５を再び参照すると、ポリマーナノ粒子２００が欠けている繊維ベッドの透過性に対して複合レイアップ１０２の繊維ベッド１５２の透過性を上げるのに十分な密度又は体積含有量で供給可能な複数のポリマーナノ粒子２００が示されている。加えて、ポリマーナノ粒子２００は、複合構造１００の所望の繊維体積率を達成するために、特定の粒子断面幅２０２（例：直径）及び／又は樹脂１１０の特定密度又は体積含有量で含まれうる。例えば、複合レイアップ１０２は、結果的に複合構造１００が３０から７０％の繊維体積率を有するような体積含有量のポリマーナノ粒子２００を含みうる。
【００２７】
強化フィラメントの長さに沿った所定のポイントにおいて、ポリマーナノ粒子２００（図５）を、強化フィラメント１５８を断面から見た時にポリマーナノ粒子２００が円周方向に互いに間隔を置いて配置されるように、強化フィラメント１５８（図５）の円周周囲に位置決めされうる。一つの強化フィラメント１５８上の対のポリマーナノ粒子２００間の円周方向の間隔は、別の強化フィラメント１５８とのフィラメント同士の直接的な接触が不可能となるようなものにすることができる。強化フィラメント１５８はまた、いずれのポリマーナノ粒子２００も他のポリマーナノ粒子２００と接触しえないような、ポリマーナノ粒子２００の線密度を含みうる。非限定的な例では、強化フィラメント１５８は、強化フィラメント１５８を側面から見た時に、強化フィラメント１５８の単位長さ毎に約１〜１０００の線形密度のポリマーナノ粒子２００を含みうる。
【００２８】
上述したように、ポリマーナノ粒子２００は、フィラメント断面幅１６０又は直径よりも小さい粒子断面幅２０２又は直径で供給されうる。強化フィラメント１５８は、最大１０ミクロンの直径を有しうる。幾つかの実施例では、強化フィラメント１５８は、約５〜７ミクロンの直径を有しうる。ポリマーナノ粒子２００は、１０〜２００ナノメートルの粒子断面幅２０２を有する。幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子２００は、１０〜１００ナノメートルの断面幅を有しうる。粒子断面幅２０２は、最終的な複合構造１００の繊維体積率が３０〜７０パーセントになるようなフィラメント間隔１６６を得られるように選択することができる。他の例では、ポリマーナノ粒子２００の量及び断面幅は、最終的な複合構造１００の繊維体積率が約４０〜６５パーセントとなるように、供給することができる。
【００２９】
ポリマーナノ粒子２００は、樹脂１１０が強化フィラメント１５８に注入される時に、ポリマーナノ粒子２００の上の樹脂１１０の流れの制約が低減されうる又は最小限なりうるような、おおむね丸い又は球状で供給されうる。しかしながら、ポリマーナノ粒子２００はおおむね丸い又は球状に制限されない。例えば、ポリマーナノ粒子２００は、図示していないが、非限定的に、長方形、又は楕円形、円筒形、管状、立方体、矩形、ピラミッド等の三次元形状、及び他の丸くない形状を含む他の形状で供給されうる。他の例では、強化フィラメント１５８間での機械的封入を促進するために、高アスペクト比の長円形又は立方体の形状のポリマーナノ粒子（図示せず）を供給することができる。
【００３０】
幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子２００は、硬化プロセス中に所定のポイントにおいて樹脂１１０に部分的に又は完全に溶解可能であるように構成することができる。例えば、ポリマーナノ粒子２００は、固体のまま構成することができ、これにより、樹脂の注入中及び／又は樹脂の硬化サイクル中に、特定ポイント（例：特定温度及び／又は関連時間）までその初期形状（例：球状）を保つことができ、樹脂の注入及び／又は樹脂の硬化サイクルの後に、ポリマーナノ粒子２００が樹脂１１０に部分的に又は完全に溶解し始めうる。幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子２００の溶解は、ポリマーナノ粒子２００が強化フィラメント１５８から解放される又は分離する原因となりうる。
【００３１】
幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子２００は、樹脂１１０の強靭性よりも高い強靭性を有する材料組成物１０８（図４）いてよい。ポリマーナノ粒子２００の溶解により、ポリマーナノ粒子２００が欠けている樹脂１１０の強靭性に対する樹脂混合物１１２の強靭性の純増加を得ることができる。一例では、ポリマーナノ粒子２００は、少なくとも樹脂１１０の硬化温度まで、及び／又は大部分の樹脂の流れが完了するまでその球形状を保つように構成することができ、樹脂１１０の硬化温度において、及び／又は大部分の樹脂の流れが完了した時点において、ポリマーナノ粒子２００は部分的に又は完全に樹脂１１０の中に溶解するように構成されうる。
【００３２】
図６に、樹脂１１０に組み込まれた第１のフィラメント１６２と、第２のフィラメント１６４を示す。第１のフィラメント１６２は、ポリマーナノ粒子２００によって第２のフィラメント１６４から分離されている又は間隔をおいて配置されている。図から分かるように、粒子断面幅２０２は、フィラメント断面幅１６０よりも小さい。幾つかの実施例では、ポリマーナノ粒子２００は、第１のフィラメント１６２に結合（例：接着）させることができ、第２のフィラメント１６４と接触させて、第１のフィラメント１６２と第２のフィラメント１６４との間にフィラメント間隔１６６を維持して、第１のフィラメント１６２が第２のフィラメント１６４と直接接触することを防止することができる。他の実施例では、ポリマーナノ粒子２００を第１及び第２のフィラメント１６２、１６４に結合（例：接着）させることができ、第１のフィラメント１６２と第２のフィラメント１６４との間にフィラメント間隔１６６を維持して、第１及び第２のフィラメント１６２、１６４が直接接触しないように防止することができる。
【００３３】
図７に、第１のフィラメント１６２に隣接する（例：結合された又は接着された）第１のポリマーナノ粒子２０４と、第２のフィラメント１６４に隣接する（例：結合された又は接着された）第２のポリマーナノ粒子２０６を示す。第１のポリマーナノ粒子２０４を、第１のフィラメント１６２と第２のフィラメント１６４との間のフィラメント間隔１６６を広げる第２のポリマーナノ粒子２０６に結合させる（例：接着させる）こともでき、第１のフィラメント１６２が第２のフィラメント１６４と直接接触するのを防止することができる。複合レイアップ１０２は、図６に示す単一のナノ粒子間隔と、図７に示す二重のナノ粒子間隔の任意の数の組み合わせを含みうる。更に、複合レイアップ１０２は、上述したように、繊維トウ１５０内に組み込み、強化フィラメント１５８によって囲むことができる結合されていない、又は自由なナノ粒子２１４を含みうる。非結合ナノ粒子２１４は、樹脂の強靭性等の樹脂の特性を局所的に変更する又は改善するために、隣接する繊維間の層間領域等の複合レイアップの他の領域に、又はその他の領域に位置づけすることもできる。
【００３４】
図８は、コア−シースナノ粒子２０８として構成され、繊維トウ１５０（図５）の一又は複数の強化フィラメント１５８に結合されうる種類のポリマーナノ粒子２００の概略図である。コア−シースナノ粒子２０８は、コア２１２を封入するシース２１０を含みうる。シース２１０は、少なくとも一つの強化フィラメント１５８に結合されるように構成されうる。シース２１０及び／又はコア２１２は、ポリマーナノ粒子２００を形成することができる上述した熱硬化性材料の内の任意の一つで形成されていてよい。幾つかの実施例では、シース２１０及び／又はコア２１２は、ポリマーナノ粒子２００を形成することができる上述した熱可塑性材料の内の任意の一つで形成されていてよい。シース２１０は、コア２１２とは異なる材料で形成され得る。一例では、コア２１２は、シース２１０のガラス転移温度よりも高い場合があるガラス転移温度を有しうる。
【００３５】
図９は、コア−シースナノ粒子２０８のシース２１０の概略図である。シース２１０は、熱可塑性材料で形成され得る。シース２１０の温度を、シース２１０を強化フィラメント１５８に接着させる又は融解結合させる一方で、コア２１２を固体のまま保つことを可能にしうるシース２１０のガラス転移温度を超えるまで加熱することができる。幾つかの例では、コア２１２もまた不溶性材料で形成され得る。他の例では、コア２１２は、樹脂１１０の硬化プロセスの間の特定ポイントにおいて溶解可能な材料で形成されていてよい。例えば、コア２１２は、樹脂硬化サイクルのピーク温度と関連期間において溶解可能であってよい。
【００３６】
幾つかの例では、シース２１０は、硬化サイクル中の特定ポイントにおいて樹脂１１０に溶解するように構成可能である。例えば、シース２１０は、複合レイアップ１０２の中を大部分の樹脂の流れが生じた後に、樹脂１１０に溶解してもよい。シース２１０は、樹脂１１０の強靭性よりも高い強靭性を有しうる熱可塑性材料で形成されていてよい。シース２１０は、樹脂硬化前又は硬化中に樹脂１１０に溶解可能であってもよく、これにより樹脂１１０の強靭性が上がりうる。シース２１０が溶解した結果、複合レイアップ１０２の樹脂注入後に、コアーシースナノ粒子２０８が強化フィラメント１５８から解放されうる又は分離されうる。このように、シース２１０が部分的に又は完全に溶解することにより、繊維ベッド１５２の圧縮が可能になり、樹脂注入の後で、複合レイアップ１０２の繊維体積率を上げることができる。あるいは、シース２１０は樹脂１１０に不溶性であってよく、これにより、強化フィラメントがフィラメント間隔に維持され、樹脂注入後及び樹脂硬化中に複合レイアップの所望の繊維体積率が維持されうる。
【００３７】
図１０は、強化フィラメント１５８の製造中等に、強化フィラメント１５８にオプションとして適用されうるサイジング１６８又は表面コーティングに結合された非コアーシースポリマーナノ粒子２００の概略図である。上記サイジング１６８は、強化フィラメント１５８と樹脂１１０との間の接着性を改善するために、及び／又は強化フィラメント１５８の製織又は編組中、／又はプリプレグ工程中等の破損から強化フィラメント１５８を守るために、強化フィラメント１５８の表面に堆積させることができる表面仕上げを含みうる。
【００３８】
本明細書に開示されるいかなる例においても、ポリマーナノ粒子２００の少なくとも一部は、樹脂１１０よりも高い強靭性を有する熱可塑性材料で形成されていてよい。ポリマーナノ粒子２００は、樹脂硬化前に、又はその最中に樹脂１１０に溶解するように構成することができ、この結果、硬化された樹脂１１０の強靭性が上がりうる。例えば、原樹脂１１０に加えたポリマーナノ粒子２００の一部を、樹脂１１０の強靭性を上げる手段として、硬化プロセス中の特定ポイント後に、樹脂１１０に溶解させることができる。ポリマーナノ粒子２００の残りの部分を、繊維ベッド１５２に所望レベルの透過性を付与するために、強化フィラメント１５８に結合させることができる。樹脂の硬化又は凝固プロセス中に、強化フィラメント１５８に結合されたポリマーナノ粒子２００を、大部分の樹脂の流れが完了した後に溶解させることもできる。
【００３９】
幾つかの例では、樹脂混合物１１２は、一種類を超えるポリマーナノ粒子２００を含みうる。例えば、樹脂混合物１１２は、樹脂１１０に溶解可能な、ある種類のポリマーナノ粒子２００等の２つ以上の異なる種類のポリマーナノ粒子２００と、樹脂１１０に不溶性の別の種類のポリマーナノ粒子２００とを含みうる。また更に、樹脂混合物１１２は、異なる溶解度を有するポリマーナノ粒子２００を含みうる。例えば、樹脂混合物１１２は、樹脂１１０の硬化中等の異なる時点で溶解する、異なるレベルの溶解度を有するポリマーナノ粒子２００を含みうる。
【００４０】
樹脂の強靭性が上がると、樹脂１１０の亀裂の成長又は亀裂の開始の傾向が低減されうる又は阻止されうる。複合構造１００の一又は複数の箇所の亀裂の成長又は亀裂の開始の傾向を低減することによって、複合構造１００の荷重担持性能を上げることができ、複合構造１００の構造質量を削減することが可能になりうる。構造質量の削減は、幾つかの性能の利点をもたらしうる。航空機の場合、構造質量の削減は、燃料効率、範囲、最大積載量、又は他の性能の改善に相当しうる。
【００４１】
図１１は、  複合構造１００の製造方法３００に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。本方法のステップ３０２は、複数のポリマーナノ粒子２００を一又は複数の強化フィラメント１５８に結合させることを含みうる。上述したように、複数の強化フィラメント１５８を互いに束ねて、繊維トウ１５０を形成することができる。ポリマーナノ粒子２００を、強化フィラメント１５８の製造中に、強化フィラメント１５８に結合させることができる、又は適用することができる。幾つかの例では、ポリマーナノ粒子２００を、強化フィラメント１５８が繊維形成装置（図示せず）から引き出される時に強化フィラメント１５８に適用することができる。
【００４２】
幾つかの例では、ポリマーナノ粒子２００を、繊維トウ１５０が単向性テープ、単向性シート、織布、編組繊維、及び他の繊維の形態に形成される時に、強化フィラメント１５８に適用することができる。ポリマーナノ粒子２００を、プリプレグ工程中に一又は複数の強化フィラメント１５８に結合させる又は適用させることもでき、ここで、樹脂１１０は、繊維トウ、単向性テープ、織布、編組繊維、及び他の繊維の形態に適用される。加えて、ポリマーナノ粒子２００を、強化フィラメント１５８の表面全体でポリマーナノ粒子２００の含有量が変化するように、強化フィラメント１５８上に組織的に印刷パターン（図示せず）で加えることができる。印刷パターンは、強化フィラメント１５８を含む複合構造の一又は複数の特性を変える効果を有しうる。
【００４３】
ポリマーナノ粒子２００を、移動している繊維トウ１５０の個々の強化フィラメント１５８に連続的に適用するためのシステムの一例の概略図を示す図１２を簡潔に参照する。システムは、噴霧ノズル３５６によって放射されるポリマーナノ粒子２００を含むガスの渦３５８をの中を、繊維トウ１５０を支持して通過させる噴霧ノズル３５６及び対のローラ３５４を含みうる。噴霧ノズル３５６は、繊維トウ１５０がポリマーナノ粒子２００を含む高圧ガスの渦３５８の中を通過する時に、強化フィラメント１５８を分離した状態３５０に一時的に分離し、又はバラバラにすることができる高圧噴霧ノズルであってよい。
【００４４】
幾つかの例では、繊維トウ１５０がガスの渦を通過する前に、繊維トウ１５０を加熱することができる。例えば、各ローラ３５４を、繊維トウ１５０の抵抗加熱用の電源に接続させることができる。あるいは、繊維トウ１５０を、非限定的に、繊維トウに熱風を吹き付ける、繊維トウを輻射加熱する、又はその他の加熱手段を含む他の手段によって加熱することができる。幾つかの例では、ポリマーナノ粒子２００が分離された強化フィラメント１５８の逆帯電した表面に引き付けられるように、渦３５８の中のポリマーナノ粒子２００を帯電させることができる。強化フィラメント１５８の加熱された表面にポリマーナノ粒子２００が接触した結果、ポリマーナノ粒子２００が強化フィラメント１５８に接着されうる、又は融解結合されうる。強化フィラメント１５８が渦３５８から出た後に、強化フィラメント１５８は、繊維トウ１５０が分離していない状態３５２に戻りうる。ポリマーナノ粒子２００を含む繊維トウ１５０を、積層、及び複合構造１００への処理のために、様々な異なるプリプレグ、又は乾燥繊維の形態（例：単向性テープ、織布、編組繊維）の内の任意の一つに配置することができる。
【００４５】
ステップ３０２において、ポリマーナノ粒子の強化フィラメント１５８への結合は、ポリマーナノ粒子２００の少なくとも一部の、強化フィラメント１５８への結合（例：図６）及び／又は他のポリマーナノ粒子２００（例：図７）への結合を含みうる。ポリマーナノ粒子２００の一部を、強化フィラメント１５８に、又は他のポリマーナノ粒子２００に結合されえない、又は接着されえない、自由な又は非結合ナノ粒子２１４として供給することができる。例えば、図５に、樹脂１１０の幾つかの非結合ナノ粒子２１４を示す。上述したように、上記非結合ナノ粒子２１４を繊維トウ１５０の内に組み込むことができ、強化フィラメント１５８に結合されたポリマーナノ粒子２００として同じスペーサの機能を発揮させることができる。本明細書に開示された例の内の任意の例では、非結合ナノ粒子２１４及び／又はポリマーナノ粒子２００を、上述したように、樹脂の処理特性を改善する、及び／又は樹脂１１０の強靭性を改善する等の樹脂１１０の特性を変えるために、樹脂１１０の中で溶解可能でありうる。
【００４６】
幾つかの例では、ポリマーナノ粒子２００を強化フィラメント１５８に結合させるステップは、コア−シースナノ粒子２０８のシース２１０を一又は複数の強化フィラメント１５８に融解結合させることを含みうる。コア２１２は、熱可塑性材料で形成されていてよいシース２１０のガラス転移温度よりも高いガラス転移温度を有しうる。本方法は、シース２１０を、シースのガラス転移温度を上回る温度に、またコア２１２のガラス転移温度を下回る温度に加熱することを含みうる。本方法は更に、一又は複数の強化フィラメント１５８を加熱することと、コア−シースナノ粒子２０８のシース２１０を強化フィラメント１５８に接触するように配置することと、コア２１２をおおむね固体に保つ一方で、シース２１０を強化フィラメント１５８に接着させる、又は融解結合させることを含みうる。一例では、本方法は、上述したように、ポリマーナノ粒子２００を含むガスの渦３５８の噴霧を利用して、加熱された強化フィラメント１５８上に、ポリマーナノ粒子２００を噴霧することを含みうる。
【００４７】
また更なる実施例では、ポリマーナノ粒子２００を強化フィラメント１５８に結合させるステップは、強化フィラメント１５８を第１の極性の電荷で荷電させることと、第１の極性とは逆の第２の極性の電荷でポリマーナノ粒子２００を荷電させることとを含みうる。本方法は更に、ポリマーナノ粒子２００を強化フィラメント１５８の近くに配置することと、第１及び第２の極性の間に生じる引力により、ポリマーナノ粒子２００を強化フィラメント１５８との接触関係に引き入れることを可能にすることとを含みうる。おそらくお気づきのように、ポリマーナノ粒子２００を強化フィラメント１５８に適用するために、他の方法を実行することができる。例えば、ポリマーナノ粒子２００を、強化フィラメント１５８へのコーティングとして適用されうる溶剤懸濁液に供給することができる。上述したように、ポリマーナノ粒子２００の強化フィラメント１５８への結合は、様々な異なる樹脂注入法の内の任意の方法を利用して、プリプレグ工程の前又は最中に、及び／又は乾燥繊維プレフォームの樹脂注入前に、行うことができる。
【００４８】
方法３００のステップ３０４は、ポリマーナノ粒子２００を使用して、隣接する強化フィラメント１５８間のフィラメント間隔１６６を維持することを含みうる。上述したように、ポリマーナノ粒子２００の存在により、強化フィラメント１５８が互いに接触しないように維持され、これにより、繊維ベッド１５２に透過性が付与されうる。フィラメント間隔１６６により、樹脂１１０のはっきりした経路が、繊維ベッド１５２内で強化フィラメント１５８に注入されうる、又は強化フィラメント１５８を湿らせうるように、強化フィラメント１５８間を流れることが可能になりうる。加えて、ポリマーナノ粒子２００により、強化フィラメント１５８間の直接的な接触が防止されうる。ポリマーナノ粒子２００の存在は、強化フィラメント１５８間の直接的なフィラメント同士の接触を低減する又は防止することによって、そうでない場合に、上記の箇所において応力の集中及び亀裂開始の可能性につながりうる、複合構造１００の局所的に繊維含有量が高い領域を避けることができる。
【００４９】
方法３００のステップ３０６は、強化フィラメント１５８に樹脂１１０を注入することを含むことができる。上述したように、本方法は、強化フィラメント１５８を複合レイアップ１０２の中に配置することを含みうる。例えば、乾燥繊維複合プライ１０４を、スタックの形態に配置することができる。本方法は、上述した湿潤樹脂レイアッププロセスの内の任意の一つによって、又は樹脂膜注入によって、強化フィラメント１５８に樹脂１１０を注入することを含みうる。本方法は更に、樹脂注入中に、強化フィラメント１５８の間にフィラメント間隔１６６を維持することを含みうる。
【００５０】
本方法は更に、強化フィラメント１５８の樹脂注入の後で、樹脂１１０に、ポリマーナノ粒子２００の少なくとも一部を溶解させることを含みうる。例えば、強化フィラメント１５８に結合された幾つかのポリマーナノ粒子２００は、レイアップ及び硬化プロセスの間の所定の温度及び／又は関連期間の後で、樹脂１１０に溶解可能な材料で形成されていてよい。本方法は、複合構造１００の繊維体積率を上げる手段として、ポリマーナノ粒子２００の少なくとも一部を溶解させた後で、強化フィラメント１５８を互いに圧縮することを含みうる。
【００５１】
本方法３００のステップ３０８は、樹脂１１０を硬化させて又は凝固させて、複合構造１００を形成することを含みうる。強化フィラメント１５８を含む繊維ベッド１５２の樹脂注入の後に、ポリマーナノ粒子２００が溶解した結果として、ポリマーナノ粒子２００の少なくとも一部により、強化フィラメント１５８が分離する又は解放される。ポリマーナノ粒子２００の溶解により、樹脂の注入後、及び樹脂の硬化中に、最終的な複合構造１００の繊維体積率が高まるように、追加の繊維ベッドの圧縮が可能になりうる。幾つかの実施例では、溶解可能なポリマーナノ粒子２００は、原樹脂１１０の強靭性に対して高い強靭性を有することができ、この結果、硬化された複合構造１００の樹脂の強靭性が高まる。例えば、ポリマーナノ粒子２００の一部は、樹脂の硬化前又はその最中に樹脂１１０に溶解され、硬化樹脂１１０の強靭性を高めうる熱可塑性材料で形成されていてよい。
【００５２】
本発明の一態様によれば、組成物が提供されており、組成物は、樹脂と、樹脂に組み込まれ、一又は複数が、フィラメント断面幅を各々有する複数の強化フィラメント、及び強化フィラメントに結合され、且つフィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する複数のポリマーナノ粒子とを含む複数の繊維トウとを含む。組成物は、ポリマーナノ粒子が１０〜２００ナノメートルの粒子断面幅を有するものであることが、利点である。組成物は、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部が強化フィラメント、あるいはポリマーナノ粒子に結合していないものであることが、利点である。組成物は、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部がコアを封入しているシースを有するコア−シースナノ粒子であり、シースは少なくとも一つの強化フィラメントに融解結合されているものであることが、利点である。組成物は、シースが熱可塑性材料で形成されており、下記：樹脂に溶解可能であり、強化フィラメントを含む繊維ベッドの樹脂注入後に強化フィラメントから分離するように構成されたもの；樹脂に不溶性であり、樹脂注入後及び樹脂硬化中に、複合レイアップの所望の繊維体積率を維持するように構成されたものの内の一つである、組成物であることが、利点である。組成物は、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部は、樹脂よりも高い強靭性を有する熱可塑性材料で形成されており、ポリマーナノ粒子が、樹脂硬化前、又はその最中に樹脂に溶解し、硬化樹脂の強靭性を高めるように構成された組成物であることが、利点である。組成物は、樹脂及び／又はポリマーナノ粒子が、下記熱可塑性材料、アクリル、フッ化炭素、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、及びポリフェニルスルホン；
熱硬化性材料、ポリウレタン、フェノール、ポリイミド、スルホン化ポリマー、導電性ポリマー、ベンゾキサジン、ビスマレイミド、シアネートエステル、ポリエステル、エポキシ、及びシルセスキオキサンの内の少なくとも一つを含む組成物であることが、利点である。
【００５３】
本発明の一態様によれば、各々フィラメント断面幅を有する複数の強化フィラメントと、フィラメント断面幅よりも小さい粒子断面幅を有する複数のポリマーナノ粒子とが提供されており、ポリマーナノ粒子の少なくとも一部は、強化フィラメント及び／又は他のポリマーナノ粒子の内の少なくとも一つに結合される。繊維トウは、ポリマーナノ粒子がおおむね球状であることが、利点である。
【００５４】
他の例では、本方法は、樹脂注入後及び樹脂硬化中に、ポリマーナノ粒子２００の少なくとも一部を固体で維持し、これにより、樹脂注入後に複合レイアップ１０２の所望の繊維体積率を維持することを含みうる。粒子断面幅２０２の選択によって、及び複合レイアップ１０２の総体積に対する、ポリマーナノ粒子２００の総体積の選択によって、最終的な複合物において所望の繊維体積率を維持することができる。
【００５５】
本発明の図示した実施形態は、航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントの製造及び／又は保守方法（図示せず）の背景において説明することができる。試作、構成部品の製造及び／又は保守は、航空宇宙コンポーネントの仕様及び設計、材料の調達を含みうる。製造段階では、航空宇宙コンポーネントの、構成部品及びサブアセンブリの製造と、システムインテグレーションとが行われる。その後、航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントは、認可及び納品を経て運航されうる。
【００５６】
一例では、製造及び保守方法によって製造された航空宇宙コンポーネントは、複数のシステム及び内装を有する機体を含みうる。複数のシステムの例には、推進システム、電気システム、油圧システム、及び環境システムのうちの一又は複数が含まれうる。任意の数の他のシステムも含まれ得る。航空宇宙産業の例を示したが、様々な例示的実施形態は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。
【００５７】
本明細書で実施される装置及び方法は、航空コンポーネントの製造及び／又は保守方法のうちの少なくとも１つの段階で用いられ得る。具体的には、複合構造１００（例：図１参照）、コーティング、射出成形プラスチック、及び／又は接着剤は、航空宇宙コンポーネントの製造及び保守方法の内の任意の段階において製造することができる。例えば、限定しないが、複合構造は、構成部品及びサブアセンブリの製造、システムインテグレーション、定期的な整備及び保守、又は航空機の製造及び保守方法における他の何らかの段階のうちの少なくとも１つで製造可能である。また更に、複合構造を、航空宇宙コンポーネントの一又は複数の構造に使用することができる。例えば、複合構造を、機体、内装、又は航空機、宇宙船、衛星、又は他の航空宇宙コンポーネントの他の何らかの部品の構造に含むことができる。
【００５８】
本開示の更なる修正及び改良が、当業者には明らかであろう。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又は装置を限定することを意図していない。
【符号の説明】
【００５９】
要素リスト
１００    複合構造
１０２    複合レイアップ
１０４    複合プライ
１０６    単向性プライ
１０８    組成物
１１０    樹脂
１１２    樹脂混合物
１１４    亀裂
１５０    繊維トウ
１５２    繊維ベッド
１５４    単向性テープ
１５６    繊維プレフォーム
１５８    強化フィラメント
１６０    フィラメント断面幅
１６２    第１のフィラメント
１６４    第２のフィラメント
１６６    フィラメント間隔
１６８    サイジング
２００    ポリマーナノ粒子
２０２    粒子断面幅
２０４    第１のポリマーナノ粒子
２０６    第２のポリマーナノ粒子
２０８    コア−シースナノ粒子
２１０    シース
２１２    コア
２１４    非結合ナノ粒子
３００    製造方法
３５０    強化フィラメントの分離した状態
３５２    非分離状態
３５４    ローラ
３５６    噴霧ノズル
３５８    ＰＮＰを含むガスの渦又は噴霧
【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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