(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合サンドイッチパネルであって、
完全に圧密化された、混合された第１の繊維（８０）と第１の熱可塑性マトリクス（８６）とを含む第１の表面部（３２）と、
完全に圧密化された、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性マトリクスとを含む第２の表面部（３４）と、
１００％未満に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性マトリクスとを含み且つ前記第１の表面部と前記第２の表面部との間に介在している少なくとも１つのコア部（３６）とを含み、
前記第１の熱可塑性マトリクスは、前記第３の熱可塑性マトリクスと融合され、前記第２の熱可塑性マトリクスは、前記第３の熱可塑性マトリクスと融合され、
前記第３の繊維の密度が、前記複合サンドイッチパネルの前記少なくとも１つのコア部の厚さにわたって非均一であり、前記第１及び第２の表面部の近くの前記少なくとも１つのコア部で高く、前記少なくとも１つのコア部の中央で低い、
複合サンドイッチパネル。
【請求項２】
前記繊維（８０）密度の変化率は、前記複合サンドイッチパネルの前記少なくとも１つのコア部の厚さにわたって一定である、請求項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【請求項３】
前記第１の繊維（８０）、前記第２の繊維、及び前記第３の繊維はランダムに方向付けされている、請求項１又は２に記載の複合サンドイッチパネル。
【請求項４】
前記第１及び第２の熱可塑性マトリクス（８６）は、前記第３の熱可塑性マトリクスとは異なる材料からできている、請求項１から３のいずれか一項に記載の複合サンドイッチパネル。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコア部（３６）は、各々が同じ圧密度を有する複数のコア部（１６）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の複合サンドイッチパネル。
【請求項６】
前記少なくとも１つのコア部（３６）は、各々が異なる圧密度を有する複数のコア部（１６）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の複合サンドイッチパネル。
【請求項７】
複合サンドイッチパネル（３０）を製造する方法であって、
スタック（３０）を形成するために、少なくとも１つのコア板（３６）を第１の表面板（３２）と第２の表面板（３４）との間に位置決めする（３１０）ことであって、前記第１の表面板は、混合された第１の繊維（８０）と第１の熱可塑性フィラメント（８２）とを含み、前記第２の表面板は、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性フィラメントとを含み、前記少なくとも１つのコア板は、１００％未満に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性フィラメントとを含み、前記第３の繊維の密度が、前記複合サンドイッチパネルの前記少なくとも１つのコア板の厚さにわたって非均一であり、前記第１及び第２の表面板の近くの前記少なくとも１つのコア板で高く、前記少なくとも１つのコア板の中央で低い、位置決めすることと、
前記スタック（１０）を圧縮させる（３２０）ことと、前記スタックを合わせて押圧している間に、前記スタックを加熱する（３３０）こととを含む、方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのコア板（３６）は第１の圧密度を有し、前記スタック（１０）は、前記少なくとも１つのコア板が前記第１の圧密度よりも高い第２の圧密度を有するようになるまで圧縮され（３２０）、加熱される（３３０）、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記スタック（１０）を加熱する（３３０）ことは、
前記第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメント（８２）をそれぞれ溶融させて、第１、第２、及び第３の熱可塑性マトリクス（８６）にすることと、
前記第１の熱可塑性マトリクスと前記第３の熱可塑性マトリクスとを融合させることと、
前記第２の熱可塑性マトリクスと、前記第３の熱可塑性マトリクスとを融合させることと
を含む、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
複合サンドイッチパネル（３０）を製造する方法であって、
スタック（３０）を形成するために、少なくとも１つのコア板（３６）を第１の表面板（３２）と第２の表面板（３４）との間に位置決めする（３１０）ことであって、前記第１の表面板は、混合された第１の繊維（８０）と第１の熱可塑性フィラメント（８２）とを含み、前記第２の表面板は、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性フィラメントとを含み、前記少なくとも１つのコア板は、１００％未満に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性フィラメントとを含む、位置決めすることと、
前記スタック（１０）を圧縮させる（３２０）ことと、前記スタックを合わせて押圧している間に、前記スタックを加熱する（３３０）こととを含み、
前記第１及び第２の熱可塑性フィラメント（８２）はそれぞれ、第１の融点及び第２の融点を有し、
前記第３の熱可塑性フィラメントは、第３の融点を有し、
前記第３の融点は、前記第１の融点と前記第２の融点の各温度よりも低く、
前記スタック（１０）を加熱する（３３０）ことは、前記第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントを少なくとも前記第１の融点及び前記第２の融点の温度まで加熱することを含み、
前記スタックを圧縮させる（３２０）ことは、前記少なくとも１つのコア板（３６）が完全に圧密化され、前記スタックが完全圧密パネルとなるまで、前記スタックを圧縮させることを含み、
前記第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメント（８２）を少なくとも前記第１の融点及び前記第２の融点の温度まで加熱（３３０）し、前記少なくとも１つのコア板（３６）が完全に圧密化され、前記スタックが完全圧密パネルとなるまで、前記スタック（１０）を圧縮させた（３２０）後に、前記完全圧密パネルの温度を前記第３の融点を下回る温度に低下させることを含み、
前記完全圧密パネルの温度を前記第３の融点を下回る温度まで低下（４２０）させた後に、前記完全圧密パネルへの圧力を解放（４３０）する一方で、前記完全圧密パネルを、少なくとも前記第３の融点であり、前記第１の融点と前記第２の融点を下回る温度に再加熱（４４０）することを更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、複合材料からできた構成要素に関し、更に具体的には複合サンドイッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料、例えば複合パネルは様々な用途に使用される。ある用途では、複合パネルは様々な構造の輸送手段、例えば航空機に使用される。複合パネルは、高い曲げ剛性と、耐せん断性を有することが望ましい。しかしながら、従来の非サンドイッチ型の複合パネルが提供する曲げ剛性及び耐せん断性は、パネルの重量と厚さを極度に増加させない限り、許容範囲のレベルにはならない。例えば、曲げ剛性が最適化された従来の複合パネルは、複合パネル内の全ての層の性能を完全に活用していない場合があり、結果的にパネルは重くなる。しかしながら、異なる材料、又は異なる構成の材料からできた、高いせん断性能がある低密度コア層を加えて高い曲げ剛性を有する軽量サンドイッチ複合パネルを製造することによって、複合パネルの高い曲げ剛性が達成されてきた。サンドイッチ複合パネルの設計の利点に係らず、余分なコア層を追加した結果、非サンドイッチ型複合パネルの設計と比べて、費用と複雑性がアップする。
【発明の概要】
【０００３】
本願の主題は、従来技術の複合パネルの上述した欠点を克服する、複合サンドイッチパネルの実施形態、及び関連する方法と装置を提供することである。本願の主題は、当技術分野の現行技術に対応して、具体的には、複合サンドイッチパネルを含む従来の複合パネルに関する欠点に対応して開発されたものである。
【０００４】
一実施形態によれば、複合サンドイッチパネルは、完全に圧密化された、混合された第１の繊維と第１の熱可塑性マトリクスとを有する第１の表面部を含む。複合サンドイッチパネルは、完全に圧密化された、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性マトリクスとを有する第２の表面部を含む。加えて、複合サンドイッチパネルは、部分的に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性マトリクスとを有する少なくとも１つのコア部を含む。少なくとも１つのコア部は、第１の表面部と第２の表面部との間に介在している。第１の熱可塑性マトリクスは、第３の熱可塑性マトリクスと融合され、第２の熱可塑性マトリクスは、第３の熱可塑性物質と融合される。繊維密度は、複合パネルの厚さにわたって非均一である。
【０００５】
複合サンドイッチパネルの幾つかの実装態様によれば、繊維密度の変化率は複合サンドイッチパネルの厚さにわたって一定である。
【０００６】
複合サンドイッチパネルの幾つかの実装態様によれば、第１の繊維、第２の繊維、及び第３の繊維はランダムに方向付けされている。
【０００７】
複合サンドイッチパネルの特定の実装態様では、第１、第２、及び第３の繊維は炭素繊維を含み、第１、第２、及び第３の熱可塑性マトリクスはポリフェニレンスルフィドを含む。
【０００８】
複合サンドイッチパネルの別の幾つかの実装態様では、第１及び第２の繊維は、第３の繊維とは異なる材料からできている。第１及び第２の熱可塑性マトリクスは、第３の熱可塑性マトリクスとは異なる材料からできている場合がある。
【０００９】
複合サンドイッチパネルの幾つかの実装態様によれば、少なくとも１つのコア部は、各々が同じ圧密度を有する複数のコア部を含む。他の実装態様では、少なくとも１つのコア部は、各々が異なる圧密度を有する複数のコア部を含む。
【００１０】
別の実施形態では、複合サンドイッチパネルを製造する第１の方法は、少なくとも１つのコア板を第１の表面板と第２の表面板との間に位置決めして、スタックを形成することを含む。第１の表面板は、完全に圧密化された、混合された第１の繊維と第１の熱可塑性フィラメントとを含む。第２の表面板は、完全に圧密化された、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性フィラメントとを含む。少なくとも１つのコア板は、部分的に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性フィラメントとを含む。第１の方法は、スタックを圧縮させることも含む。加えて、第１の方法は、スタックを合わせて押圧しながら、スタックを加熱することを含む。
【００１１】
第１の方法の幾つかの実装態様によれば、少なくとも１つのコア板は第１の圧密度を有する。スタックは、少なくとも１つのコア板が第１の圧密度よりも高い第２の圧密度を有するようになるまで圧縮され、加熱されうる。
【００１２】
第１の方法の特定の実装態様では、スタックを加熱することは、第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントをそれぞれ溶融させて、第１、第２、及び第３の熱可塑性マトリクスにすることとを含む。スタックを加熱することは、第１の熱可塑性マトリクスと第３の熱可塑性マトリクスを融合させることと、第２の熱可塑性マトリクスと、第３の熱可塑性マトリクスとを融合させることも含む。
【００１３】
第１の方法の別の幾つかの実装態様では、少なくとも１つのコア板は各々圧密度を有する複数のコア板を含む。複数のコア板の圧密度は、同じであってよい、又は異なっていてよい。
【００１４】
第１の方法の特定の実装態様によれば、第１の表面板、第２の表面板、及び少なくとも１つのコア板の各々の厚さにわたる繊維密度は均一である。
【００１５】
第１の方法の更に特定の実装態様では、第１及び第２の熱可塑性フィラメントは、第３の熱可塑性フィラメントとは異なる材料からできている。
【００１６】
第１の方法の幾つかの実装態様では、第１及び第２の熱可塑性フィラメントがそれぞれ、第１の融点及び第２の融点を有する。第３の熱可塑性フィラメントは、第３の融点を有する。第３の融点は、第１の融点と第２の融点の各温度よりも低い。スタックを加熱することは、第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントを少なくとも第１の融点及び前記第２の融点の内の１つの温度まで加熱することを含む。スタックを圧縮させることは、少なくとも１つのコア板が完全に圧密化され、スタックが完全圧密パネルとなるまで、スタックを圧縮させることを含む。第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントを少なくとも第１の融点及び第２の融点の温度まで加熱し、少なくとも１つのコア板が完全に圧密化され、スタックが完全圧密パネルとなるまで、スタックを圧縮させた後に、第１の方法は、完全圧密パネルの温度を第３の融点を下回る温度に低下させることを更に含む。完全圧密パネルの温度を第３の融点を下回る温度まで低下させた後に、第１の方法は、完全圧密パネル上の圧力を解放する一方で、完全圧密パネルを、少なくとも第３の融点であり、第１の融点と第２の融点を下回る温度に再加熱することを更に含む。
【００１７】
別の実施形態によれば、複合サンドイッチパネルを製造する第２の方法は、混合された繊維と熱可塑性フィラメントを含む少なくとも１つの板を提供することを含む。第２の方法はまた、少なくとも１つの板を加熱して、熱可塑性フィラメントを溶融し、完全圧密パネルを形成することも含む。加えて、第２の方法は、完全圧密パネルを冷却することを含む。完全圧密パネルを冷却した後に、第２の方法は、完全圧密パネルを、完全圧密パネルの第１の表面から再加熱して、完全圧密パネルの厚さにわたって第１の温度勾配を誘発することを含む。第２の方法は更に、完全圧密パネルを非均一にロフト化して、完全圧密パネルの厚さにわたって第１の温度勾配と比例する第１の密度勾配を誘発し、密度勾配複合パネルを形成することを含む。
【００１８】
第２の方法の幾つかの実装態様では、密度勾配複合パネルは、第１の密度勾配複合パネルを含む。第２の方法は更に、第２の密度勾配複合パネルを形成することを含みうる。また、第２の方法は、第１の密度勾配複合パネルを第２の密度勾配複合パネルに接着させて、結合された密度勾配複合パネルの厚さにわたって対称的な密度勾配を有する結合された密度勾配複合パネルを形成することを含みうる。
【００１９】
幾つかの実装態様によれば、第２の方法は更に、完全圧密パネルを冷却した後に、完全圧密パネルの第１の表面に対向する第２の表面から完全圧密パネルを再加熱して、完全圧密パネルの厚さにわたって第２の温度勾配を誘発することを含む。また、第２の方法は、完全圧密パネルを非均一にロフト化して、完全圧密パネルの厚さにわたって第２の温度勾配に比例する第２の密度勾配を誘発することを含む。第１の密度勾配は、第２の密度勾配と対称的であってよい。
【００２０】
更に別の実施形態では、複合サンドイッチパネルは、第１の表面部、第２の表面部、及び第１の表面部と第２の表面部との間に介在するコア部を含む。コア部は、熱可塑性マトリクスに強化繊維を含む。コア部の厚さにわたる強化繊維の密度は、非均一である。コア部はまた、幾つかの実装態様において発泡剤も含む。
【００２１】
記載される本開示の主題の特徴、構造、利点、及び／又は特性は、任意の適切な方式で一又は複数の実施形態及び／又は実装態様に組み合されてもよい。本開示の主題にかかる実施形態の深い理解を促すために、後述の記載において、複数の具体的な詳細が提供されている。本開示の主題が、特定の実施形態又は実装態様の特定の特徴、詳細、構成要素、材料、及び／又は方法のうちの一又は複数なしに実施され得ることを、当業者は理解するであろう。その他の場合、すべての実施形態又は実装態様に存在しないことがある追加の特徴及び利点が、特定の実施形態及び／又は実装態様において認識され得る。更に、幾つかの場合、本開示の主題の態様を不明瞭にしないよう、周知の構造、材料、又は工程は詳細に記載又は図示されていない。本開示の主題の特徴及び利点は、後述の記載及び添付の特許請求の範囲によって更に明らかとなるか、或いは、本主題を下記に記載するように実施することにより理解されるであろう。
【００２２】
本主題の利点に対する理解を促進するために、上記で概説した本主題のより具体的な記載が、添付図面に示す特定の実施形態を参照して提供される。これらの図面が本主題の典型的な実施形態のみを図示すると理解し、従って本主題の範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面の使用を通し、本主題の更なる特異性及び詳細を記載し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態に係る混合された繊維と熱可塑性フィラメントを各々有する板のスタックの斜視図である。
【図２】一実施形態に係る図１のスタックから形成された複合パネルの斜視図である。
【図３】別の実施形態に係る混合された繊維と熱可塑性フィラメントを各々有する板のスタックの斜視図である。
【図４】一実施形態に係る図３のスタックから形成された複合パネルの斜視図である。
【図５】一実施形態に係る複合パネルの斜視図である。
【図６】更に別の実施形態に係る複合パネルの斜視図である。
【図７】一実施形態に係る混合された繊維と熱可塑性フィラメントの板の側面立面図である。
【図８】一実施形態に係る図７の板から形成された複合パネルの側面立面図である。
【図９】一実施形態に係る第１の複合パネルを製造するためのシステムである。
【図１０】一実施形態に係る第２の複合パネルを製造するためのシステムである。
【図１１】一実施形態に係る第３の複合パネルを製造するためのシステムである。
【図１２】一実施形態に係る第４の複合パネルを製造するためのシステムである。
【図１３】一実施形態に係る複合パネルを製造する方法の概略フロー図である。
【図１４】別の実施形態に係る複合パネルを製造する方法の概略フロー図である。
【図１５】別の実施形態に係る複合パネルを製造する方法の概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本明細書全体で言及される「ある実施形態」、「一実施形態」、又は同様の文言は、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性は、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書全体の「ある実施形態では」、「一実施形態では」という表現及び同様の文言の記載は全て、同じ実施形態を指すものでありうるが必ずしもそうではない。同様に、「実装態様」という語の使用は、本開示の一又は複数の実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、又は特性を有する実装態様を意味するが、特に相互関係を表す指示がなければ、実装態様は一又は複数の実施形態に関連付けられうる。
【００２５】
一実施形態による平坦な板のスタック１０を示す図１を参照する。板は、第１の表面板１２、第２の表面板１４、及び複数のコア板１６を含む。板は、コア板１６がそれぞれ第１の表面板１２、及び第２の表面板１４の間に介在するように、互いに相対的に積み重ねられる。図示した実施形態では、スタック１０の板は順に重ねて位置決めされる。第１の表面板１２、第２の表面板１４、及びコア板１６は各々、それぞれの上面２０及び底面２２の間の厚さを画定する。互いに積み重ねられてスタック１０が形成される場合、板が組み合わさった厚さは、スタックの上面及び底面（すなわち、第１の表面板１２の上面２０と、第２の表面板１４の底面２２）の間に画定されるスタックの全厚さｔを画定する。スタック１０の各板は、スタックの全断面にわたって、又はスタックの断面の一部にわたって、同じ又は異なる厚さ及び／又は物質量を有しうる。更に、幾つかの実装態様によれば、スタック１０の各板は、板の外周又は縁部が互いにほぼ同一平面上にありうるように、ほぼ同じ面積及び周囲形状を有する。しかしながら、他の実装態様では、板の外周形状が異なっていて、互いにほぼ同一平面上になくてもよい。例えば、スタック１０を使用して、非平坦又は非平面の構成要素を形成しうる。幾つかの実装態様では、板は板同士の間に例えば接着層等のいかなる介在層もなしで、互いに直接積み重ねられる。
【００２６】
幾つかの実施形態では、スタック１０は、第２の表面板１４上に複数のコア板１６を位置決めすることによって、また複数のコア板１６上に第１の表面板１２を位置決めすることによって形成される。例示の実施形態では、第１及び第２の表面板１２、１４は各々、単一の材料層を含む。しかしながら、他の実施形態では、第１及び第２の表面板１２、１４は各々、複数の材料層を含みうる。複数のコア板１６の第２の表面板１４上への位置決めは、第２の表面板上にコア板を１つずつ置くことによって実施されうる。あるいは、コア板１６のスタックは、第２の表面板１４上に予め形成され、合わせて位置決めされうる。
【００２７】
図１に示すスタック１０は、１枚の第１の表面板１２、１枚の第２の表面板１４、そして５枚のコア板１６を含むが、他の実施形態では、スタックは５枚より少ない、あるいは多いコア板を含みうる。加えて、スタック１０の第１の表面板１２、第２の表面板１４、及びコア板１６の各厚さは図示した実施形態とほぼ同じであるが、他の実施形態では、スタックの各シートの厚さは同じでなくてもよい。例えば、コア板１６の各厚さは、第１の表面板１２及び第２の表面板１４の各厚さより厚く又は薄くてよい。あるいは、又は加えて、第１の表面板１２の厚さは、第２の表面板１４の厚さとは異なっていてよい。スタックの所望の全厚さ、及び第１及び第２の表面板１２、１４と比較したコア板１６の所望の相対厚さは、板の厚さ及び／又は板の量を調節することによって達成されうる。例えば、スタックの全厚さｔは、コア板又は表面板の数を変更することによって、又は一又は複数のコア板又は表面板の厚さを変更することによって変更されうる。
【００２８】
スタック１０の各板は、混合された繊維と熱可塑性フィラメントを含む。例えば、図７に示すように、コア板１６の断面は、複数の熱可塑性フィラメント８２と混合された複数の繊維８０を含む。本明細書で定義されるように、繊維８０は強化繊維である。図８を参照する。複数の熱可塑性フィラメント８２は、熱及び圧力を加えると完全に圧密化されて、共連続熱可塑性マトリクス８６になる。従って、加熱及び加圧下において、混合された繊維８０と熱可塑性フィラメント８２は、熱可塑性共連続マトリクス（すなわち、繊維強化熱可塑性物質）の繊維となる。繊維は、当技術分野で周知の様々な天然繊維又は合成繊維のいずれかであってよい。例えば、繊維８０は、一又は複数の炭素繊維、  ガラス繊維、アラミド繊維等であってよい。同様に、熱可塑性フィラメント８２は、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ塩化ビニル、高密度ポリエチレン、ナイロン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等、当技術分野で既知の様々な熱可塑性フィラメントのいずれかであってよい。幾つかの実装態様のコア板１６、及び表面板１２、１４は、繊維８０と熱可塑性フィラメント８２との間にボイド８４又は自由空間を含みうる。幾つかの実施形態によれば、表面板１２、１４は、例えば織布材料、不織マット、布、単向性テープ等の他の材料からできていてよい。
【００２９】
混合された繊維８０と熱可塑性フィラメント８２の板を製造する方法の一実施形態は、繊維、熱可塑性フィラメント、及びバインダを互いに十分に混ぜて繊維とフィラメントの分散混合物を形成し、この混合物を板状に固めることを含み、これには、材料を乾燥させてバインダを取り除くことが含まれ得る。繊維８０と熱可塑性フィラメント８２が十分に混ぜ合わさっているため、混合物の密度（例えば繊維密度）は、板の厚さにわたって実質的に均一である。本明細書で画定されるように、繊維の密度又は繊維密度は、各個別の繊維密度を指すものではなく、板／パネルの単位面積当たりの繊維の重量（すなわち繊維の単位面積ごとの重量）、又は板／パネルの繊維分布を指すものである。
【００３０】
板の厚さ全体の繊維８０の密度は、繊維の量とサイズ、熱可塑性フィラメント８２、及び繊維と熱可塑性フィラメントとの間のボイド８４に依存する。従って、所与の繊維の量及びサイズ、熱可塑性フィラメント、及びバインダ、繊維密度は、板のボイド又は自由空間のサイズと量に依存する。混合された繊維と熱可塑性フィラメントの板のボイドの特性は、板の圧密度、又は板のロフト性、又はかさばり指数を単位として表され得る。板の圧密度は、板の総体積に対する板のボイドの容積割合として定義される。例えば、１００％の圧密度を有する（例えば１００％圧密化された）板は、繊維と熱可塑性フィラメント（又は、後により詳しく説明するように、熱可塑性フィラメントが溶融されて、パネルが形成された後の熱可塑性マトリクス）との間にボイド又は自由空間を有さない。対照的に、３０％の圧密度を有する（例えば３０％圧密化された）板は、板の総体積の約７０％を占めるボイドを繊維と熱可塑性フィラメントとの間に有する。板の圧密度はまた、板のロフト性としても表され得る。一般に、繊維、熱可塑性フィラメントが混ぜ合わされ、ベルト上に配置された後、この混合された繊維と熱可塑性フィラメントは任意の様々な望ましい圧密度を有しうる。
【００３１】
混合された繊維と熱可塑性フィラメントの板の性能は、板の圧密度、繊維の特性、及び熱可塑性フィラメントの特性に依存する。板の圧密度が高いほど、板は強い／堅い。しかしながら、板の圧密度が高いほど、単位厚さ当たりの板が重くなる。従って、所与の板については、板の強度／剛性と、板の厚さとが相殺しあう。しかしながら、サンドイッチパネルのレバレッジ理論では、密度が高い（例えば単位厚さ当たりの重量が重い）表面部間に介在する軽量コア部を有する、板、又は複数の板からできたパネルの曲げ剛性は、ただ重い表面部を有する板、又はパネルよりも高くなる。つまり、全体重量が最低限増加することで、板、又は複数の板のパネルの剛性は、軽量コアを板又はパネルに追加することによって大幅に高まりうる。更に、表面部間に軽量コア部を有するサンドイッチパネルの強度（例えばせん断強度）と耐久性は、コア部と表面部を互いに接着させるための接着剤の使用を減らす又はなくすことによって、高めることができる。
【００３２】
スタック１０が、対向する第１の表面部３２と第２の表面部３４との間にコア部３６を有する複合サンドイッチパネル３０に転換される図１及び２を参照する。第１の表面板１２と第２の表面板１４は各々、コア板１６よりも高い圧密度を有する。例えば、第１の表面板１２と第２の表面板１４は、１００％の圧密度を有して（例えば完全に圧密化されて、又は１００％圧密化されて）いてよく、各コア板１６は１００％未満の圧密度を有しうる（例えば部分的に圧密化されている）。図１の例示の実施形態では、各コア板１６の圧密度は同じである。本明細書で定義されるように、部分的な圧密化は、１００％の圧密化未満の全ての圧密化であってよい。しかしながら、幾つかの実装態様では、部分的な圧密化は、約９５％の圧密化未満の圧密化である。一実装態様によれば、例えば、各コア板１６は約７５％圧密化されている。
【００３３】
一般的に、加圧及び加熱下で、第１の表面板１２は第１の表面部３２となり、第２の表面板１４は第２の表面部３４となり、コア板１６は全体的に、複合サンドイッチパネル３０のコア部３６となる。従って、複合サンドイッチパネル３０の第１の表面部３２及び第２の表面部３４は、それぞれ第１の表面板１２と第２の表面板１４として同じ圧密度を有し、コア部３６は、各コア板１６よりも少なくともわずかに高い圧密度を有する。このため、加熱及び加圧前の板の圧密度は、板の初期圧密度と見なすことができ、加熱及び加圧後のパネルの圧密度は、最終圧密度と見なすことができる。しかしながら、圧力は、第１の表面部３２と第２の表面部３４がコア部３６よりも高い圧密度を有するように制御される。更に、各コア板１６は同じ圧密度を有するため、コア部３６はコア部の厚さ全体で均一の繊維密度又は圧密度を有する。特定の実装態様では、繊維密度又は圧密度はコア部３６の厚さにわたって均一であるが、スタック１０に加えられた圧力が十分に高い場合、コア部の圧密度は、各コア板１６の圧密度よりも大幅に高いが、第１の表面部３２と第２の表面部３４の圧密度よりも依然として低いままの場合がある。パネルの厚さにわたって複合サンドイッチパネル３０の繊維密度又は圧密度が（例えば高いところから低くなる、高くなる等）変わるため、パネルは、その厚さにわたって非均一の繊維密度又は繊維密度勾配を有すると見なされうる。
【００３４】
図１３に示す方法３００の一実施形態では、３１０においてスタック１０が形成され、３１０においてスタックが圧縮され、３３０においてスタックが加熱されることによって、複合サンドイッチパネル３０が製造される。一般的に、スタック１０に加えられる圧力及び熱は、第１の表面板１２、第２の表面板１４、及びコア板１６の熱可塑性フィラメントを圧縮させ、溶融して、第１の表面部３２、第２の表面部３４、及びコア部３６をそれぞれ形成するのに十分である。図７のコア板１６から形成されたコア部３６の断面の一例を示す図８を参照する。コア部３６の断面は、繊維８０、及び溶融された熱可塑性フィラメント８２又は熱可塑性マトリクス８６を含む。繊維８０は、熱可塑性フィラメント８２が溶融され互いに融合されることによって形成される熱可塑性マトリクス８６の中で効率的に分散される。コア部３６の断面は、熱可塑性マトリクス８６に分散されるボイド８４も含む。コア部３６の断面のボイド８４の総容積は、コア板１６のボイドの総容積以下であってよい。必要であれば、コア板１６に加えられる圧力は、コア板と同じ圧密度、又はコア板と同じボイド８４の容積がコア部３６の断面に保持されるように選択される。対照的に、コア板１６に加えられる圧力は、コア板と比較して、コア部３６の断面の圧密度を高めるように、又はコア部の断面のボイド８４の容積を縮小するように選択されうる。
【００３５】
各板の溶融された熱可塑性フィラメント又は熱可塑性マトリクスは、一又は複数の隣接する板の溶融された熱可塑性フィラメント又は熱可塑性マトリクスと融合される又は混ざる。例えば、パネル３０の第１の表面部３２の熱可塑性マトリクスはコア部３６の熱可塑性マトリクスと融合され、パネルの第２の表面部３４の熱可塑性マトリクスはコア部の熱可塑性マトリクスと融合され、コア部の熱可塑性マトリクスは第１の表面部と第２の表面部のマトリクス両方と融合される。２つの板の熱可塑性マトリクスの融合により、接着層が介在しなくても２つの板を互いに接着される。更に、特定の実装態様では、隣接する板の融合された熱可塑性マトリクスの間に形成された接着部は、板と板の間に別の接着層が介在することによって形成された接着部よりも強く（例えば高いせん断応力に耐えることができ）、軽い。隣接する板の溶融された熱可塑性フィラメント又は熱可塑性マトリクスは、幾つかの実装態様では、例えば図示したように、互いに溶融される、又は混ざるため、隣接する板の間にはっきりとした接着線がない。
【００３６】
混合された繊維と熱可塑性フィラメントからできた板のスタックから、複合サンドイッチパネルを製造するための装置１００の一実施形態を示す図９を参照する。装置１００は、第１のプラテン１０２及び第２のプラテン１０４を含む。第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４は、第１のプラテンと第２のプラテンとの間に介在するスタック１０に圧力を加えるために、互いに移動可能である。従って、第１のプラテンと第２のプラテンの内の少なくとも１つは、固定基準に対して移動可能である。図示した実施形態では、第２のプラテン１０４は、固定基準に対して移動不能であり、スタック１０がその上に支持される固定プラットフォームとして機能し、第１のプラテン１０２は、スタックに圧力を加える（例えば押圧装置を閉める）ために方向矢印１０６によって示すように固定基準に対して移動可能である。他の実施形態では、第１のプラテン１０２を固定基準に対して固定してよく、第２のプラテン１０４が固定基準に対して移動可能であってよい。更に別の実施形態によれば、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４は両方とも、固定基準に対して移動可能である。スタック１０が第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４との間に介在し、これらと接触しているため、互いに向かって相対的に移動することによってスタック１０に圧力をかかると、スタックが圧縮される。装置１００は、コア板１６又はコア部３６の所望の圧密化に達する及び／又は複合サンドイッチパネル３０の所望の全厚さに達するまで、所望速度でスタック１０に所望の圧力をかけるように制御されうる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４の一方あるいは両方が、伝導を介してスタック１０を加熱するように構成される。図示したように、一実装態様では、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４が各々、熱１０８を生成しスタック１０に伝達して、スタックを加熱する。熱１０８は、所望の時間スタック１０に加えられる。所望の時間は、スタック１０の各板１２、１４、及び１６の温度が、同じ最終温度に達するのに十分なものでありうる。熱のレベルは必要に応じて調節して、スタック１０の板１２、１４、１６の様々な最終温度のいずれかに達することができる。他の実施形態では、熱をスタック１０に伝達して、他の技術、例えば放射及び対流等を介してスタックと、装置の温度を上げる。
【００３８】
板１２、１４、及び１６の最終温度は、板の熱可塑性フィラメント８２の融点又は軟化温度と少なくとも同じ高さである。しかしながら、後により詳しく説明するように、幾つかの実施形態では、一又は複数の板の熱可塑性フィラメント８２は、複合サンドイッチパネルの製造が、板のスタックを複数の最終温度に加熱することを含むように、異なる融点又は軟化温度を有しうる。
【００３９】
装置１００は、図１４に示す異なる方法４００に従って、スタック１０を複合サンドイッチパネルに転換するのにも使用されうる。方法４００の実施により、複合サンドイッチパネル３０と同様の複合サンドイッチパネルが製造される。しかしながら、さらに詳しく説明するように、方法４００によって製造された複合サンドイッチパネルの表面部は、コア部とは異なる熱可塑性物質を有する。
【００４０】
幾つかの実施形態によれば、スタック１０の第１の表面板１２、第２の表面板１４、及びコア板１６はそれぞれ、第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントを有する。第１の表面板１２及び第２の表面板１４の第１及び第２の熱可塑性フィラメントはそれぞれ、コア板１６の第３の熱可塑性フィラメントとは異なる材料からできていてよい。更に、第１及び第２の熱可塑性フィラメントは、同じ材料からできていてよい。第１及び第２の熱可塑性フィラメントは、第３の熱可塑性フィラメントの第１の融点よりも高い第１及び第２の融点を有する。
【００４１】
方法４００は、４１０において例えば図９の完全圧密パネル１３０等の完全圧密パネルを形成するために、板のスタック１０を加熱し圧縮させることを含む。より具体的には、スタック１０が、第１の表面板１２と第２の表面板１４の熱可塑性フィラメントの第１及び第２の融点と少なくとも同じ高さの第１の温度まで加熱される。従って、スタック１０を第１の温度まで加熱すると、第１の表面板１２と第２の表面板１４の第１及び第２の熱可塑性フィラメントが溶融される。第３のフィラメントの第３の融点は、第１及び第２の融点よりも低いため、スタック１０を第１の温度まで加熱することで、コア板１６の第３の熱可塑性フィラメントも溶融される。スタック１０の圧縮により、コア板１６のボイドが低減し、コア板が１００％圧密化されて第１の表面板１２と第２の表面板１４の圧密度と一致するようになるまで、コア板１６の圧密度が高まる。しかしながら、幾つかの実装態様では、スタック１０が圧縮され、コア板１６の圧密度が１００％未満であるが、コア板の初期の圧密度を上回るようになるまでが高まる。
【００４２】
第１の熱可塑性フィラメントと第２の熱可塑性フィラメントを溶融させることで、第１の表面板１２及び第２の表面板１４が完全圧密パネル１３０の第１及び第２の部分１３２、１３４にそれぞれ転換される。同様に、第３の熱可塑性フィラメントを溶融し、コア板１６を圧縮させて完全に圧密化することで、コア板が、第１の表面部１３２と第２の表面部１３４との間に介在する完全圧密パネル１３０のコア部１３６に転換される。第１の表面部１３２、第２の表面部１３４、及びコア部１３６は完全に圧密化され、第１の部分及び第２の部分の熱可塑性物質は、コア部の熱可塑性物質とは異なったまま保たれる。
【００４３】
４１０においてスタック１０を加熱し圧縮させることによって、完全圧密パネル１３０が形成された後に、方法４００は、４２０において完全圧密パネル１３０の温度を低下させることを含む。完全圧密パネル１３０の温度は、第３のフィラメントの第３の融点を下回る第２の温度、そして続けて、第１及び第２のフィラメントの第１の融点及び第２の融点まで低下する。完全圧密パネル１３０の温度を第３の融点を下回るまで低下させることで、完全圧密パネルの熱可塑性物質が少なくとも部分的に固化される。幾つかの実装態様では、完全圧密パネル１３０の温度が十分に低下する、及び／又は低下した温度で十分な時間保持されることで、完全圧密パネルの熱可塑性物質が完全に固化される。
【００４４】
４２０において完全圧密パネル１３０の温度を低下させた後に、方法４００は、４３０において完全圧密パネル上の圧力を少なくとも部分的に開放することを含む。図９に示すように、４３０において完全圧密パネル上の圧力を解放することは、装置１００の第１のプラテン１０２を第２のプラテン１０４から方向１１２へ離れるように移動させる（例えば、押圧装置を開ける）ことを含みうる。つまり、４３０において完全圧密パネル上の圧力を解放することは、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４との間の間隙を大きくすることと関連づけられる。完全圧密パネルから解放される圧力の量（すなわち、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４との間の間隙の厚さ）は、完全圧密パネル１３０から形成される複合サンドイッチパネルのコア部１３６に所望される圧密度又はロフト性に従って選択される。更に具体的には、コア部１３６の比較的低い圧密度又は高いロフト性のために、更なる圧力の開放（すなわち、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４との間の間隙をより大きくすること）が選択され得、コア部の比較的高い圧密度又は低いロフト性のために、より少ない圧力の解放（すなわち、第１のプラテン１０２と第２のプラテン１０４との間の間隙をより小さくすること）が選択されうる。４３０において、完全圧密パネルのコア部１３６のロフト化を支援する、又は圧密度を低下させるために、４１０においてコア板を加熱し圧縮させる前に、スタック１０のコア板１６に発泡剤を加えることができる。一般的に、発泡剤は、コア部１３６のロフト化を促進する発泡プロセスを介して、気泡構造を製造することができるいずれかの物質でありうる。発泡剤は、熱膨張又は化学反応を介して活性化するように構成されうる。
【００４５】
４３０において完全圧密パネル１３０から圧力を解放する前、解放している最中、又は解放した後に、本方法４００は、４４０において完全圧密パネル１３０を第３の温度まで加熱することを含む。第３の温度は、第１の温度よりも低く、第２の温度よりも高い。従って、パネルの温度を第３の温度まで上げるために、完全圧密パネル１３０に熱１１０を再び加えると、結果的に、完全圧密パネル１３０のコア部１３６の熱可塑性物質が再溶融され、軟化している間は再溶融されずに、第１の表面板１３２と第２の表面板１３４の熱可塑性物質となる。完全圧密パネルから圧力を解放すると共に、完全圧密パネルのコア部１３６の熱可塑性物質を溶融させることで、コア部が第１の表面部１３２と第２の表面部１３４に対してロフト化することが可能になり、これにより、完全に圧密化された第１の表面部と第２の表面部を保持しながら、コア部の圧密度が減少する。一般的には、融点において、パネル内の内部応力が緩和され得、繊維が強化され、その結果パネルのロフト化が可能になる。また、コア部１３６が再溶融され、第１の表面部１３２と第２の表面部１３４が軟化して、パネルが所望の形状に成形されうる。コア部１３６の繊維密度又は圧密度が、第１の表面部１３２と第２の表面部１３４とは異なるものになるため、パネル３０と同様の、結果的に得られるパネルは、その厚さにわたって非均一の密度又は密度勾配を有すると見なされ得る。
【００４６】
図９及び１３を再び参照する。本方法３００及び装置１００は、スタック１０とは異なる板のスタックを、複合サンドイッチパネル３０とは異なる複合サンドイッチパネルに転換するのにも使用されうる。例えば、図３を参照すると、スタック１０は、第１の表面板４２、第２の表面板４４、及び第１の表面板と第２の表面板との間に介在する複数のコア板４６Ａ〜Ｃを含む。スタック１０のように、第１の表面板４２と第２の表面板４４は、完全に圧密化され得、５つのコア板４６Ａ〜Ｃは部分的に圧密化されうる。しかしながら、スタック１０のコア板１６とは異なり、スタック１０のコア板４６Ａ〜Ｃは異なる圧密度を有する。一般的には、コア板４６Ａ〜Ｃは、圧密度又は繊維密度が、第１の表面板４２と第２の表面板４４から第１の表面板と第２の表面板との間の中央の面に向かって減少するように配置される。加えて、特定の実装態様では、コア板４６Ａ〜Ｃの数及び圧密度は、密度の減少が中央の面に対して又は中央の面を中心として対称的であるように選択される。更に具体的には、各コア板４６Ａは第１の圧密度を有し、各コア板４６Ｂは第１の圧密度とは異なる第２の圧密度を有し、コア板４６Ｃは、第１及び第２の圧密度とは異なる第３の圧密度を有する。図示した実施形態では、例えば、第１の圧密度は、第１の表面板４２及び第２の表面板４４の圧密度よりも低く、第２の圧密度よりも高く、第２の圧密度は第３の圧密度よりも高い。
【００４７】
本方法３００に係る装置１００による加圧及び加熱下で、第１の表面板４２は第１の表面部５２となり、第２の表面板４４は第２の表面部５４となり、コア板４６Ａ〜Ｃは合わせて複合サンドイッチパネル５０のコア部となる。更に具体的には、コア板４６Ａが第１のコア部５６Ａとなり、コア板４６Ｂが第２のコア部５６Ｂとなり、コア板４６Ｃが第３のコア部５６Ｃとなる。一般的に、複合サンドイッチパネル５０の一部は、対応する板と同じ圧密度を共有する。コア板４６Ａ〜Ｃの圧密度及び配置が異なるために、複合サンドイッチパネル５０のコア部は、コア部の厚さにわたって非均一の繊維密度又は圧密度を有する。しかしながら、繊維密度又は圧密度が各コア板４６Ａ〜Ｃの厚さにわたって均一であるため、コア部の厚さにわたる繊維密度又は圧密度の非均一性は段階的に起こる。複合サンドイッチパネル５０のコア部の厚さにわたる非均一の繊維密度又は圧密度は、第１の表面部５２と第２の表面部５４から第１の表面部と第２の表面部との間の中央の面に向かって繊維密度又は圧密度が減少し、第１の表面部と第２の表面部との間の中央の面を中心として対称的であることに相当する。複合サンドイッチパネル５０の繊維密度又は圧密度はパネルの厚さ、より具体的にはパネルのコア部の厚さにわたって変化するため、パネルは、その厚さにわたって非均一の密度又は密度勾配を有すると見なされ得る。
【００４８】
別の実施形態による複合サンドイッチパネル６０を示す図５を参照する。複合サンドイッチパネル３０、５０のように、複合サンドイッチパネル６０はその厚さにわたって非均一の密度又は密度勾配を有する。しかしながら、複合サンドイッチパネル３０、５０とは違い、複合サンドイッチパネル６０の厚さにわたる密度勾配は連続的（例えば線形、漸進的、又は非段階的）である。複合サンドイッチパネル６０は、第１のサブパネル６２と第２のサブパネル６４、又は接着剤６８によって互いに接着された半分を含む。一般的に、接着剤６８の厚さを考慮しなければ、複合サンドイッチパネル６０の全厚さｔは、第１のサブパネル６２の厚さｔ１と、第２のサブパネル６４の厚さｔ２の合計とおおよそ等しい。
【００４９】
各サブパネル６２は、その厚さにわたって非均一の密度又は密度勾配を有する。しかしながら、複合サンドイッチパネル３０及び５０とは異なり、各サブパネル６２、６４の厚さにわたる密度勾配は減少した後に増加しない。むしろ、各サブパネル６２、６４の厚さにわたる密度勾配は、視点によって減少又は増加するのみである。一般的には、サブパネル６２、６４の密度勾配は互いに効率的な鏡像になっている。更に具体的には、複合サンドイッチパネル６０の密度勾配は、複合サンドイッチパネルの中央の面を画定する接着剤６８に対して、又は接着剤６８を中心として対称的である。
【００５０】
幾つかの実施形態によれば、サブパネル６２、６４は個別に製造され、互いに組み立てられて、複合サンドイッチパネル６０が形成される。一実施形態では、サブパネル６２、６４は、１つのサブパネルが逆さにされ、接着剤６８で他のサブパネルに取り付けられて、複合サンドイッチパネル６０に形成される、ほぼ同一のサブパネルである。従って、各サブパネル６２、６４は、同じ製造プロセス又は同一の製造プロセスを使用して製造されうる。例えば、所望の密度勾配のサブパネルを１つ有する単一のサブパネル板が形成され、個別のサブパネル６２、６４にカットされうる。あるいは、所望の密度勾配を有する各サブパネルが個別に形成されうる。
【００５１】
一実施形態によれば、サブパネル６２、６４は、図１５に示す方法５００を使って形成される。本方法５００は、５１０において混合された繊維と熱可塑性フィラメントの少なくとも１つの板を提供することを含む。幾つかの実装態様では、混合された繊維と熱可塑性フィラメントの少なくとも１つの板は、１つの完全又は部分圧密板である。更に他の実装態様では、少なくとも１つの板は、スタックの形態の、複数の完全又は部分圧密板を含む。５２０において、混合された繊維と熱可塑性フィラメントの少なくとも１つの板が加熱されて、完全圧密パネル（例えば図１１の完全圧密パネル２３０）が形成される。５２０において少なくとも１つの板に加えられる熱により、熱可塑性フィラメントが溶融される。加熱に加え、５３０において、混合された繊維と熱可塑性フィラメントの少なくとも１つの板が圧縮されて、完全圧密パネル２３０が形成されうる。例えば、少なくとも１つの板の内のいずれか１つが部分圧密板である場合、少なくとも１つの板は、板が完全圧密パネルになるまで圧縮される。一実装態様において、少なくとも１つの板は、完全圧密パネルが形成されるまで加熱され圧縮される部分圧密板のスタックを含む。少なくとも１つの板が完全圧密板だけを含む場合であっても、少なくとも基準の加圧と共に、完全圧密パネルを加熱することによって完全圧密パネルが形成されうる。従って、少なくとも１つの板が部分又は完全圧密板を含むか否かにかかわらず、少なくとも１つの板は完全圧密パネルに形成される。本方法５００のステップ５２０、５３０は、幾つかの実装態様において、装置１００によって実施されうる。
【００５２】
完全圧密パネル２３０が形成された後、本方法５００は、５４０において完全圧密パネルを冷却して、冷却された完全圧密パネルを形成することを含む。完全圧密パネル２３０を冷却することは、完全圧密パネルの温度を、溶融された熱可塑性物質の硬化に関連付けられる所望の基準温度まで低下させることを含む。所望の基準温度は、完全圧密パネルの熱可塑性物質の融点を下回る様々な温度のいずれかであってよい。一実装態様では、所望の基準温度はおおよそ室温（例えば華氏約６０度から約８０度の間）である。しかしながら、他の実装態様では、所望の基準温度は室温未満の、又は室温を超える温度である。
【００５３】
５４０において完全圧密パネル２３０を冷却した後で、本方法５００は、５５０において、冷却された完全圧密パネルを再加熱することを含む。５５０において、冷却された完全圧密パネル２３０を再加熱することは、冷却された完全圧密パネルの片側又は片面、例えば底面２２からのみ熱を導入することを含む。熱は、熱が加えられたパネルの表面から、パネルの厚さにわたって完全圧密パネル２３０の中に拡散する。完全圧密パネル２３０の中に熱が所望の時間拡散すると、パネルの厚さにわたって温度勾配が形成される。つまり、パネルの温度が平衡温度に達する前は、完全圧密パネル２３０のパネルの厚さにわたる温度は非均一である。一般的に、完全圧密パネル２３０の温度は、熱が加えられるパネルの表面から、パネルの反対の面、例えば上面２０に向かって低下する。
【００５４】
一実施形態では、冷却された完全圧密パネル２３０を、図１１の装置２００を介して再加熱することができる。装置２００は、熱２０８を生成して、伝導を介して完全圧密パネル２３０の底面２２に伝達する加熱されたプラテン２０２を含む。加熱されたプラテン２０２によって伝導を介して加熱された完全圧密パネル２３０を示したが、完全圧密パネル２３０は、他の加熱装置によって伝導、対流、及び放射の内の少なくとも１つを介して加熱されうる。
【００５５】
温度勾配が完全圧密パネル２３０に形成されると、パネルの温度が上昇している部分がロフト化し始める。この文脈において、ロフト化は、パネルへの空気又はボイドの導入と定義される。ロフト化により、パネルの圧密度が低下し、このためパネルの繊維密度が低下する。完全圧密パネルのロフト化は、パネルの温度を、ロフト化が起きる特定温度まで上げることによって誘発される。ロフト化の強度又は量は、この特定温度以上の温度にさらされる時間に比例しうる。更に、パネルのロフト化の強度は、幾つかの実装態様ではパネルの温度に比例しうる。つまり、温度が高いほど、パネルがロフト化する、逆に温度が低いほど、パネルのロフト化が弱まる。この理由で、パネルの厚さにわたる温度勾配又は非均一な温度により、パネルの厚さにわたってロフト化勾配又は非均一のロフト化が誘発され、その結果、パネルの厚さにわたって繊維密度勾配又は非均一の密度が起きる。その厚さにわたって繊維密度勾配を有するパネルは、密度勾配複合パネルとして定義されうる。
【００５６】
別の実施形態による複合サンドイッチパネル７０を示す図６を参照する。複合サンドイッチパネル６０のように、複合サンドイッチパネル７０は、連続的なその厚さにわたって非均一の密度又は密度勾配を有する。更に、複合サンドイッチパネル７０の密度勾配は、複合サンドイッチパネルの中央の面に対して又は中央の面を中心として対称的である。しかしながら、複合サンドイッチパネル６０とは異なり、複合サンドイッチパネル７０は、接着剤によって互いに接着された個別のサブパネルを含まない。むしろ、複合サンドイッチパネル７０の対称的な密度勾配は共に、単一のパネル又はサブパネルに形成される。
【００５７】
一実施形態によれば、複合サンドイッチパネル７０は、図１５に示し、上述したように、方法５００を使用して形成される。しかしながら、５４０において完全圧密パネル２３０が冷却された後に、５５０において完全圧密パネル２３０が片面からのみ再加熱される代わりに、完全圧密パネルは両面から再加熱される。更に具体的には、図示した実施形態において、完全圧密パネル２３０は、底面２２及び上面２０から再加熱される。熱は、パネルの厚さにわたって完全圧密パネル２３０の両面から拡散して、パネルの厚さにわたって２つの分離した温度勾配が形成される。温度勾配は、互いにほぼ鏡像となっている。一般的には、完全圧密パネル２３０の温度は、パネルの１つの面からパネルの中央の面まで低下し、パネルの中央の面からパネルの反対の面まで上昇する。
【００５８】
複合サンドイッチパネル７０を製造する一実施形態では、冷却された完全圧密パネル２３０は図１２の装置２０１を介して加熱されうる。装置２０１は、伝導を介して完全圧密パネル２３０の底面２２及び上面２０それぞれの中に熱２０８を生成し伝達する２つの加熱されたプラテン２０２、２０４を含む。図１２に、伝導を介して加熱されたプラテン２０２、２０４によって両面が加熱された完全圧密パネル２３０を示したが、他の加熱装置によって伝導、対流、及び放射の内の少なくとも１つを介して、完全圧密パネル２３０の両面が加熱されうる。
【００５９】
上述したように、パネルの厚さにわたる温度勾配又は非均一の温度は、パネルの厚さにわたるロフト化勾配又は非均一のロフト化を誘発し、その結果、パネルの厚さにわたって繊維密度勾配又は非均一密度が発生する。従って、パネルの厚さにわたる２つの温度勾配は、パネルの厚さにわたる２つのロフト化勾配を誘発し、その結果、パネルの厚さにわたって２つの繊維密度勾配が発生する。
【００６０】
上述の記載において、「上」「下」「上方」「下方」「水平」「垂直」「左」「右」「上部」「下部」などの特定の表現が用いられていることがある。これらの語が存在する場合、これらは、相関関係を取り扱う際に説明に何らかの明確性をもたらすために用いられている。しかしながら、これらの語に絶対的な関係、位置、及び／又は向きを含意させる意図はない。例えば、ある物体に関して、単純にこの物体の上下を逆にすることで「上方の」表面が「下方の」表面となり得る。それでもなおこれは同じ物体である。更に、「含む」「備える」「有する」などの語及びこれらの変化形は、そうでないと明示的に記載のない限り、「〜を含むがそれらに限定されない」ことを意味する。列挙されたアイテムは、そうでないと明示的に記載のない限り、それらアイテムのうちの任意のもの又はすべてが互いを排除する及び／又は互いを含むものであることを含意しない。「１つの（ａ）」「１つの（ａｎ）」及び「（ｔｈｅ）」などの語は、明示的に別途記載のない限り、「一又は複数の」も表現する。更に、「複数」の語は「少なくとも２つ」と定義され得る。
【００６１】
更に、本明細書における、１つの要素が他の要素に「結合される」ことは、直接的な結合及び間接的な結合を含み得る。直接的結合は、１つの要素が他の要素と結合しており及び他の要素と何らかで接触していることと定義され得る。間接的結合は、互いに直接的に接触しておらず、結合された要素間で一又は複数の追加の要素を有する、２つの要素間の結合と定義され得る。更に、本明細書で使用する、１つの要素を他の要素に固定することは、直接的な固定及び間接的な固定を含み得る。更に、本明細書で使用する、「隣接」は必ずしも接触を表さない。例えば、１つの要素が他の要素に、要素に接触することなく隣接し得る。
【００６２】
本明細書で使用されるように、列挙されたアイテムと共に使用される「〜のうちの少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうちの一又は複数の種々の組み合わせが使用可能であり、かつ、列挙されたアイテムのうち１つだけあればよいということを意味する。アイテムとは、特定の物体、物品、又はカテゴリのことでありうる。すなわち、「〜のうちの少なくとも１つ」は、アイテムの任意の組み合わせ、あるいはいくつかのアイテムが列挙から使用されうることを意味するが、列挙されたアイテムの全てが必要なわけではない。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、例えば、「アイテムＡ」、「アイテムＡとアイテムＢ」、「アイテムＢ」、「アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ」、又は「アイテムＢとアイテムＣ」を意味し得る。幾つかの場合には、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、例えば、限定するものではないが、「２個のアイテムＡと１個のアイテムＢと１０個のアイテムＣ」、「４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ」、又は他の好適な組み合わせを意味しうる。
【００６３】
別途提示されない限り、「第１」「第２」などの語は、本書では単に符号として使用され、それらの語が表すアイテムに順序的、位置的、又は序列的な要件を課すことは意図していない。更に、例えば「第２」のアイテムへの言及は、例えば「第１」の、又はより小さい数のアイテム、及び／又は、「第３」の、又はより大きい数のアイテムが存在することを、必要とすること、或いは排除することはない。
【００６４】
本明細書に記載の概略フローチャートは一般的に、論理フローチャートとして記載されている。従って、記載の順序及び名付けられた工程は、提供される方法の一実施形態を示す。示される方法の一又は複数の工程もしくはそれらの部分の機能、論理、又は効果と同等の他の工程及び方法が想起され得る。更に、用いられている形式及びシンボルは、本方法の論理的工程を説明するために提供されており、本方法の範囲を限定するものではないことが理解されよう。フローチャートにおいて様々なタイプの矢印及び線が用いられうるが、これらに対応する方法の範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。実際、幾つかの矢印又はその他の接続部は、本方法の論理的フローのみを示すために用いられうる。例えば、矢印は、記載の方法の列挙された工程間において指定されてない期間の待機又は監視を示し得る。更に、具体的な方法が発生する順序は、図示されている対応する工程の順序に厳格に従うこともあるが、従わないこともある。
【００６５】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００６６】
条項１．複合サンドイッチパネルであって、
完全に圧密化された、混合された第１の繊維と第１の熱可塑性マトリクスとを含む第１の表面部と、
完全に圧密化された、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性マトリクスとを含む第２の表面部と、
部分的に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性マトリクスとを含み、第１の表面部と第２の表面部との間に介在している少なくとも１つのコア部とを含み、
第１の熱可塑性マトリクスは、第３の熱可塑性マトリクスと融合され、第２の熱可塑性マトリクスは、第３の熱可塑性マトリクスと融合され、
複合パネルの厚さにわたる繊維密度が非均一である、複合サンドイッチパネル。
【００６７】
条項２．繊維密度の変化率が前記複合サンドイッチパネルの厚さにわたって一定である、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００６８】
条項３．第１の繊維、第２の繊維、及び第３の繊維はランダムに方向付けされている、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００６９】
条項４．  第１、第２、及び第３の繊維は炭素繊維を含み、第１、第２、及び第３の熱可塑性マトリクスはポリフェニレンスルフィドを含む、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００７０】
条項５．第１及び第２の繊維が、第３の繊維とは異なる材料からできている、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００７１】
条項６．第１及び第２の熱可塑性マトリクスは、第３の熱可塑性マトリクスとは異なる材料からできている、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。      
【００７２】
条項７．少なくとも１つのコア部が、各々が同じ圧密度を有する複数のコア部を含む、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００７３】
条項８．少なくとも１つのコア部が、各々が異なる圧密度を有する複数のコア部を含む、条項１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００７４】
条項９．複合サンドイッチパネルを製造する方法であって、
スタックを形成するために、少なくとも１つのコア板を第１の表面板と第２の表面板との間に位置決めすることであって、第１の表面板は、完全に圧密化された、混合された第１の繊維と第１の熱可塑性フィラメントとを含み、第２の表面板は、完全に圧密化された、混合された第２の繊維と第２の熱可塑性フィラメントとを含み、少なくとも１つのコア板は、部分的に圧密化された、混合された第３の繊維と第３の熱可塑性フィラメントとを含む、位置決めすることと、
スタックを圧縮させることと、スタックを合わせて押圧している間に、スタックを加熱することとを含む、方法。
【００７５】
条項１０．少なくとも１つのコア板は第１の圧密度を有し、スタックは、少なくとも１つのコア板が第１の圧密度よりも高い第２の圧密度を有するようになるまで圧縮され、加熱される、条項９に記載の方法。
【００７６】
条項１１．スタックを加熱することは、
第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントをそれぞれ溶融させて、第１、第２、及び第３の熱可塑性マトリクスにすることと、
第１の熱可塑性マトリクスと第３の熱可塑性マトリクスを融合させることと、
第２の熱可塑性マトリクスと第３の熱可塑性マトリクスとを融合させることと
を含む、条項９に記載の方法。
【００７７】
条項１２．少なくとも１つのコア板が、各々が圧密度を有する複数のコア板を含む、条項９に記載の方法。
【００７８】
条項１３．複数のコア板の圧密度が同じである、条項１２に記載の方法。
【００７９】
条項１４．複数のコア板の圧密度が異なる、条項１２に記載の方法。
【００８０】
条項１５．第１の表面板、第２の表面板、及び少なくとも１つのコア板の各厚さにわたる繊維密度が均一である、条項９に記載の方法。
【００８１】
条項１６．第１及び第２の熱可塑性フィラメントは、第３の熱可塑性フィラメントとは異なる材料でできている、条項９に記載の方法。
【００８２】
条項１７．第１及び第２の熱可塑性フィラメントはそれぞれ、第１の融点及び第２の融点を有し、
第３の熱可塑性フィラメントは第３の融点を有し、
第３の融点は、第１の融点と第２の融点の各温度よりも低く、
スタックを加熱することは、第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントを少なくとも第１の融点及び第２の融点の温度まで加熱することを含み、
スタックを圧縮させることは、少なくとも１つのコア板が完全に圧密化され、スタックが完全圧密パネルとなるまで、スタックを圧縮させることを含み、
第１、第２、及び第３の熱可塑性フィラメントを少なくとも第１の融点及び第２の融点の温度まで加熱し、前記少なくとも１つのコア板が完全に圧密化され、スタックが完全圧密パネルとなるまで、スタックを圧縮させた後に、完全圧密パネルの温度を第３の融点を下回る温度に低下させることを含み、
完全圧密パネルの温度を第３の融点を下回る温度まで低下させた後に、完全圧密パネル上の圧力を解放しつつ、完全圧密パネルを、少なくとも第３の融点であり且つ第１の融点と第２の融点を下回る温度に再加熱することを更に含む、条項１６に記載の方法。
【００８３】
条項１８．複合サンドイッチパネルを製造する方法であって、
混合された繊維と熱可塑性フィラメントを含む少なくとも１つの板を提供することと、
熱可塑性フィラメントを溶融させて完全圧密パネルを形成するために、少なくとも１つの板を加熱することと、
完全圧密パネルを冷却することと、
完全圧密パネルの厚さにわたって第１の温度勾配を誘発するために、完全圧密パネルを冷却した後に、完全圧密パネルの第１の面から完全圧密パネルを再加熱することと、
完全圧密パネルの厚さにわたって第１の温度勾配に比例する第１の密度勾配を誘発して、密度勾配複合パネルを形成するために、完全圧密パネルを非均一にロフト化すること
とを含む方法。
【００８４】
条項１９．密度勾配複合パネルが、第１の密度勾配複合パネルを含み、更に、
第２の密度勾配複合パネルを形成することと、
組み合わされた密度勾配複合パネルの厚さにわたって対称的な密度勾配を有する組み合わされた密度勾配複合パネルを形成するために、第２の密度勾配複合パネルに第１の密度勾配複合パネルを接着することと
を含む、条項１８に記載の方法。
【００８５】
条項２０．更に、
完全圧密パネルを冷却した後に、完全圧密パネルの厚さにわたって第２の温度勾配を誘発するために、第１の面とは反対の完全圧密パネルの第２の面から完全圧密パネルを再加熱することと、
完全圧密パネルの厚さにわたって第２の温度勾配に比例する第２の密度勾配を誘発するために、完全圧密パネルを非均一にロフト化することとを含み、
第１の密度勾配が第２の密度勾配に対して対称である、
条項１８に記載の方法。
【００８６】
条項２１．複合サンドイッチパネルであって、
第１の表面部と、
第２の表面部と、
第１の表面部と第２の表面部との間に介在するコア部とを含み、コア部は、熱可塑性マトリクスに強化繊維を含み、強化繊維の密度は、コア部の厚さにわたって非均一である、複合サンドイッチパネル。
【００８７】
条項２２．コア部は更に発泡剤を含む、条項２１に記載の複合サンドイッチパネル。
【００８８】
本主題は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の特定の形で実施することができる。前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【図１】
0006779051.tif 000002
【図２】
0006779051.tif 000003
【図３】
0006779051.tif 000004
【図４】
0006779051.tif 000005
【図５】
0006779051.tif 000006
【図６】
0006779051.tif 000007
【図７】
0006779051.tif 000008
【図８】
0006779051.tif 000009
【図９】
0006779051.tif 000010
【図１０】
0006779051.tif 000011
【図１１】
0006779051.tif 000012
【図１２】
0006779051.tif 000013
【図１３】
0006779051.tif 000014
【図１４】
0006779051.tif 000015
【図１５】
0006779051.tif 000016