(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
を含み、
前記複数の繊維が、
前記プライの前記断面の前記幅に沿った方向に延在するように配置され、前記プライの前記断面の前記下部と、性能強化材料の前記第1のシートとの間に配置された、繊維の第1のトウと、
前記プライの前記断面の前記幅に沿って延在するように配置され、前記プライの前記上部と、性能強化材料の前記第1のシートとの間に配置された、繊維の第2のトウと、
を含み、
繊維の前記第1のトウが、ある幅寸法まで広がり、性能強化材料の前記第1のシートが、前記第1のトウの前記幅寸法の上にあって延在し、
前記繊維の第2のトウが、性能強化材料の前記第1のシートおよび前記第1のトウの上にあって、前記第1のトウの前記幅寸法と同一の幅寸法を有する幅寸法まで広がっており、前記第1のトウの前記幅寸法と、前記第2のトウの前記幅寸法とが、互いに同一の広がりをもつように配置されており、
前記複数の繊維が、
前記第1のトウ、前記第2のトウ、および性能強化材料の前記第1のシートから横方向に、かつこれらに対して横方向に配置された、前記プライの前記断面の前記幅に沿った前記方向に広がっている、複数の繊維を含む別のトウであって、前記別のトウの前記複数の繊維が、前記第1のトウ、および前記第2のトウの前記複数の繊維と同一の方向に延在しており、
前記第1のトウおよび前記第2のトウが、前記別のトウの2倍の幅寸法を有し、
前記第1のトウ、前記第2のトウ、および前記別のトウが、各々、同数の繊維を有する、別のトウをさらに含む、プライ。
【請求項２】
繊維の第3のトウであって、前記プライの前記断面の前記幅に沿った方向に広がっており、前記第2のトウの前記幅寸法と同一の幅寸法を有する前記第3のトウの前記幅寸法で、前記第2のトウの前記複数の繊維の上にあるように配置された繊維の第3のトウと、
性能強化材料の第2のシートであって、前記第2のトウの上にあるように配置され、かつ前記第3のトウと前記第2のトウとの間に配置され、
前記第3のトウの前記複数の繊維の前記幅寸法、および前記第2のトウの前記複数の繊維の前記幅寸法が、互いに同一の広がりをもつように配置され、
性能強化材料の前記第2のシートが、前記第3のトウの前記幅寸法、および前記第2のトウの前記幅寸法にわたって延在している、性能強化材料の第2のシートと、
を含む、第3のトウをさらに含む、請求項1に記載のプライ。
【請求項３】
前記プライの前記上部に沿って延在し、かつ前記第3のトウの上にあるように配置された、性能強化材料の上部シートと、前記プライの前記下部に沿って延在し、かつ前記第1のトウの下にあるように配置された、性能強化材料の下部シートとをさらに含む、請求項2に記載のプライ。
【請求項４】
前記プライの前記上部に沿って延在するように、かつ前記第2のトウおよび前記別のトウの上にあるように配置された、性能強化材料の上部シートをさらに含む、請求項1に記載のプライ。
【請求項５】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
を含み、
性能強化材料の前記第1のシートが、前記プライの前記上部から前記プライの前記下部まで延在している、プライ。
【請求項６】
前記複数の繊維が、
第1のトウと、
第2のトウであって、前記第2のトウの一部が、前記第1のトウの少なくとも一部の上にあり、性能強化材料の前記第1のシートが、前記第1のトウと前記第2のトウとの間に配置されている、第2のトウと、
第3のトウであって、前記第3のトウの一部が、前記第2のトウの少なくとも一部の上にあり、性能強化材料の第2のシートが、前記第2のトウと前記第3のトウとの間に配置されている、第3のトウと、
を含む、請求項5に記載のプライ。
【請求項７】
性能強化材料の前記第1のシートが、前記プライの前記上部と前記下部との間で延在しており、
性能強化材料の前記第2のシートが、前記プライの前記上部と前記下部との間で延在している、請求項6に記載のプライ。
【請求項８】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
を含み、
前記複数の繊維が、
第1のトウと、
第2のトウであって、前記第2のトウの一部が、前記第1のトウの少なくとも一部の上にあり、性能強化材料の前記第1のシートが、前記第1のトウと前記第2のトウとの間に配置されている、第2のトウと、
第3のトウであって、前記第3のトウの一部が、前記第2のトウの少なくとも一部の上にあり、性能強化材料の第2のシートが、前記第2のトウと前記第3のトウとの間に配置されている、第3のトウと、
を含み、
性能強化材料の前記第1のシートが、前記プライの前記上部と前記下部との間で延在しており、
性能強化材料の前記第2のシートが、前記プライの前記上部と前記下部との間で延在しており、
前記プライの前記断面の前記幅に沿って、前記プライの前記上部にわたって延在している、性能強化材料の上部シートであって、性能強化材料の前記上部シートが、性能強化材料の前記第1および前記第2のシートに接触している、上部シートと、
前記プライの前記断面の前記幅に沿って、前記プライの前記下部にわたって延在している、性能強化材料の下部シートであって、性能強化材料の前記下部シートが、性能強化材料の前記第1のシートおよび第2のシートに接触している、下部シートと、
をさらに含む、プライ。
【請求項９】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
を含み、
前記複数の繊維が、
第1のトウと、
第2のトウであって、
前記第1のトウ、および前記第2のトウが、前記断面の前記幅に沿った前記方向及び前記厚さ方向の両方と直交する方向において互いに隣接し、
前記第2のトウの少なくとも一部が、前記第1のトウの少なくとも一部の上にあり、
性能強化材料の前記第1のシートの少なくとも一部が、前記第1のトウと前記第2のトウとの間に配置されている、第2のトウと、
を含む、プライ。
【請求項１０】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
を含み、
性能強化材料の前記第1のシートが前記断面の前記幅に沿った前記方向に延在する凹所を形成し、
前記複数の繊維が、前記凹所内に配置された第1のトウを含み、
前記第1のトウを包み込む前記凹所の上にある、性能強化材料の第2のシートをさらに含む、プライ。
【請求項１１】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
性能強化材料の別のシートであって、
性能強化材料の前記別のシートが、前記プライの前記上部と前記下部との間で延在しており、
性能強化材料の前記第1のシートが、前記プライの前記断面の幅に沿った方向において性能強化材料の前記別のシートから離間して配置され、かつ前記プライの前記上部と前記下部との間で延在している、別のシートと、
性能強化材料の上部シートであって、前記プライの前記断面の前記上部に沿って延在するように配置され、かつ性能強化材料の前記第1のシート、および性能強化材料の前記別のシートに接触している、上部シートと、
性能強化材料の下部シートであって、前記プライの前記断面の前記下部に沿って延在するように配置され、かつ性能強化材料の前記第1のシート、および性能強化材料の前記別のシートに接触しており、
前記複数の繊維が、第1のトウを含み、
前記第1のトウが、性能強化材料の前記第1のシート、前記別のシート、前記上部シート、および前記下部シートに包み込まれている、下部シートと、
を含む、プライ。
【請求項１２】
複合材料を製造するためのプライであって、
前記プライの面に直交する方向に切った前記プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維と、
前記複数の繊維内、ならびに前記プライの前記断面の厚さ方向の上部と下部との間で延在している、性能強化材料の第1のシートと、
を含み、
性能強化材料の前記第1のシートの少なくとも一部が、前記プライの前記断面の前記上部および前記下部のうちの少なくとも1つに対して角度付けされた関係で、前記プライの前記断面の幅に沿った方向に延在している、プライ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に複合材料の製造におけるプライの構成に関し、さらに詳細には、プライ内の繊維の配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合構造の製造では、複数のプライが作成され、その後に互いに結合または接着して、最終的な複合製品を作成する。プライを接着して複合製品にする第1の例示的な方法は、様々な繊維の形状（繊維トウ、一方向性テープ、織布、編組した繊維等）のプライを樹脂混合物で予め含浸してから、これらのプリプレグ複合プライをレイアップして複合レイアップを形成するステップを含むことができる。プライを接着して複合体にする第2の例示的な方法は、乾燥した繊維のプライ／プリフォームをレイアップしてから、プライの積層／プリフォームの少なくとも一部に樹脂を注入するステップを含むことができる。第1および第2の両方の例で、個々のプライは、複合体の強度、弾性率その他の機械的特性を多方向で制御するために、0度、±20度、±30度、±45度、±60度、または±90度等の異なる角度で配向することができる。複合製品の製造に使用されている現行のプライは、通常、プライごとの厚さが約0.0075インチである。時には、異なる強化材料の層が、プライの外側を覆うように配置されて、このプライの性能を強化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
薄いプライを使用すれば、微小亀裂耐性および機械的性能に対する利点が発生すると考えられてきた。しかしながら、これらの利点には、特に製造する時間に関して、多大なコストが伴う。薄いプライは、標準的なレイアップの工程を用いて構成される。しかしながら、例えば、製造する薄いプライが、通常のプライの半分の厚さである場合、最終的な厚さに達するには、直線的な量で2倍のプライの製造が必要になり、結果として、レイダウンを製造する時間およびコストが2倍になる。
【０００４】
複合材料を製造するための現在の工程において、プライは、所望の最終的なプライ厚さをもたらす幅まで広がった繊維のトウで作成される。これらの広がった繊維のトウは、製造工程中に並べて配列され、分離した繊維のトウがもはや区別できない均一な繊維床になる。均一な繊維床が作成されると、厚さ方向またはZ方向の性能を提供することは難しい。Z方向の性能は、過去において、厚さ方向の縫合の追加、Zピン、およびプライ間への強化材料の追加によって強化されてきた。このような方法は、製造時のコスト、および材料の複雑さを増大させがちなだけでなく、微小亀裂が入る傾向を増加させ、有孔圧縮強度を削減する等、他の性能属性を与える。
【０００５】
また、面内の性能を強化する必要性もある。面内の性能の強化は、その複合材料構造において、他のプライに対して異なる角度配置で配置、または配向された繊維を有するプライを使用することで達成されてきた。また、面内の性能強化は、複合材料製品を組み立てるときに、プライ間に、熱可塑性強化剤、ベール、フィラメント、フィルム、および粒子等の材料を追加することで対処されてきた。
【０００６】
プライを組み立てる際は、トウ内で繊維を安定させる必要がある。一方向性テープは、これまでは、樹脂の粘度および粘着性を制御することによって、ならびに結合剤／2Dベールの組み合わせの使用を介して、安定化されてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
複合材料を製造するためのプライは、プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維を含む。また、プライは、複数の繊維内、およびプライの断面の上部と下部との間に延在する、性能強化材料の第1のシートを含む。
【０００８】
複合材料を製造するためのプライは、プライの断面の幅に沿った方向に、ある幅寸法まで広がる複数の繊維を含む、第1のトウを含む。性能強化材料の第1のシートは、第1のトウの上にあるように配置され、第1のトウの幅寸法にわたって延在している。第2のトウは、複数の繊維を含む。第2のトウ内の複数の繊維は、性能強化材料の第1のシート、および第1のトウの上にあるように、プライの断面の幅に沿った方向に広がっている。第2のトウの複数の繊維は、第1のトウの幅寸法とほぼ同一の幅寸法を有する幅寸法まで広がっており、第1のトウの幅寸法と第2のトウの幅寸法とは、互いに同一の広がりをもって配置されている。別のトウは、第1のトウ、第2のトウ、および性能強化材料の第1のシートから横方向に、かつこれらに対して横方向に配置された、プライの断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維を含む。別のトウの複数の繊維は、第1および第2のトウの複数の繊維とほぼ同一の方向に延在している。別のトウは、第1および第2のトウの幅寸法とほぼ同一の幅寸法を有し、第1のトウおよび第2のトウは、各々、別のトウの約半分の複数の繊維を有する。性能強化材料の上部シートは、第2のトウ、および別のトウの上にあるように配置される。
【０００９】
複合材料を製造するためのプライは、プライの断面の幅に沿って延在する、性能強化材料の第1のシートを含む。性能強化材料のシート、および第2のトウの下にあるように配置された第1のトウは、第1のトウの少なくとも一部の上にある、性能強化材料の第1のシートの対向する側に配置され、したがって、性能強化材料の第1のシートの少なくとも一部は、第1のトウと第2のトウとの間に配置されて、プライの断面の下部から、プライの断面の上部までの間で延在している。プライの断面の上部に配置された、性能強化材料のシートの一部は、第1のトウの上にある、プライの断面の上部に沿った部分から延在している、性能強化材料のシートの第1の部分を有する。プライの断面の下部に配置された、性能強化材料のシートの一部は、第2のトウの下にある、プライの断面の下部に沿った部分から延在している、性能強化材料のシートの第2の部分を有する。
【００１０】
これまで述べてきた特徴、機能、および利点は、種々の実施形態において別個独立に達成することができ、あるいは以下の説明および図面を参照してさらなる詳細を見ることができる、さらに別の実施形態で組み合わせることができる。
【００１１】
また、本開示は、以下の節に基づく実施形態を含む。
節1  複合材料を製造するためのプライであって、前記プライの断面の幅に沿った方向に、ある幅寸法まで広がる複数の繊維を含む第1のトウと、前記第1のトウの上にあるように配置され、前記第1のトウの前記幅寸法にわたって延在する、性能強化材料の第1のシートと、複数の繊維を含む第2のトウであって、前記第2のトウ内の前記複数の繊維が、性能強化材料の前記第1のシート、および前記第1のトウの上にあるように、前記プライの前記断面の前記幅に沿った方向に広がっており、前記第2のトウの前記複数の繊維が、前記第1のトウの前記幅寸法とほぼ同一の幅寸法を有する、ある幅寸法まで広がっており、前記第1のトウの前記幅寸法、および前記第2のトウの前記幅寸法が、互いに同一の広がりをもって配置されている、第2のトウと、前記第1のトウ、前記第2のトウ、および性能強化材料の前記第1のシートから横方向に、かつこれらに対して横方向に配置された、前記プライの前記断面の前記幅に沿った前記方向に広がる、複数の繊維を含む別のトウであって、前記別のトウの前記複数の繊維が、前記第1のトウおよび前記第2のトウの前記複数の繊維とほぼ同一の方向に延在しており、前記別のトウが、前記第1のトウおよび前記第2のトウの前記幅寸法とほぼ同一の幅寸法を有し、前記第1のトウおよび前記第2のトウが、各々、前記別のトウの約半分の複数の繊維を有する、別のトウと、前記プライの前記上部に沿って延在するように、かつ前記第2のトウおよび前記別のトウの上にあるように配置された、性能強化材料の上部シートとを含むプライ。
【００１２】
節2  複合材料を製造するためのプライであって、前記プライの断面の幅に沿って延在している、性能強化材料の第1のシートと、性能強化材料の第1のシートの下にあるように配置された、繊維の第1のトウと、性能強化材料の前記第1のシートの対向する側に配置された、繊維の第2のトウであって、前記繊維の第2のトウの、少なくとも一部の繊維が、前記繊維の第1のトウの少なくとも一部の上にあり、その結果、性能強化材料の前記第1のシートの一部が、繊維の前記第1のトウと前記第2のトウとの間に配置され、かつ前記プライの前記断面の下部と、前記プライの前記断面の上部との間に延在し、前記プライの前記断面の前記上部に配置された、性能強化材料の前記第1のシートの前記部分が、前記第1のトウの上にあって、前記部分から前記プライの前記断面の前記上部に沿った方向に延在している、性能強化材料の第1のシートの第1の部分を有し、前記プライの前記断面の前記下部に配置された、性能強化材料の前記第1のシートの前記部分が、前記第2のトウの下にあって、前記部分から前記プライの前記断面の前記下部に沿った方向に延在している、性能強化材料の第1のシートの第2の部分を有する、第2のトウとを含むプライ。
【００１３】
節3  性能強化材料の前記シートが、波形のシートを含む、節2に記載のプライ。
【００１４】
節4  複合材料を製造するためのプライであって、少なくとも2つの凹所を画定する、波形の形状に構成された性能強化材料の第1のシートを含む、前記プライの第1の副層であって、性能強化材料の前記第1のシートが、前記プライの断面にわたって延在し、複数の繊維の少なくとも1つのトウが、各凹所内に配置されている、第1の副層と、少なくとも2つの凹所を画定する、波形の形状に構成された性能強化材料の第2のシートを含む、前記プライの第2の副層であって、性能強化材料の前記第2のシートが、前記プライの前記断面にわたって延在し、複数の繊維の少なくとも1つのトウが、各凹所内に配置されており、前記第2の副層が、前記第1の副層の上にある、第2の副層とを含むプライ。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術のプライの断面の概略図である。
【図２】複合材料を製造するためのプライの例の、断面の概略図である。
【図３】複合材料を製造するためのプライの第2の例の、断面の概略図である。
【図４】複合材料を製造するためのプライの第3の例の、断面の概略図である。
【図５】複合材料を製造するためのプライの第4の例の、断面の概略図である。
【図６】複合材料を製造するためのプライの第5の例の、断面の概略図である。
【図７】複合材料を製造するためのプライの第6の例の、断面の概略図である。
【図８】複合材料を製造するためのプライの第7の例の、断面の概略図である。
【図９】複合材料を製造するためのプライの第8の例の、断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図1を参照すると、従来技術のプライ10の断面が示されている。プライ10は、標準的な樹脂浸透加工材の上に繊維を置き、プライ10を約0.0075インチの厚さに構成して製造されている。繊維のトウ12は、通常、予め設定された量の繊維の、撚りの掛かっていない繊維の束を含んでいる。このような繊維の束、すなわちトウは、プライ10の断面に沿った、「A」で示されている線同士の間に配置されるものとして示されている。このようなトウは、樹脂浸透加工材の上に並べて置かれていた。繊維のトウ12の各々は、プライの所望の厚さを達成する幅まで広げられていた。繊維のトウは、幅広い繊維数で設けられる。例えば、あるトウは、1,000、3,000、6,000、12,000、24,000、または50,000等の繊維を含むことができる。
【００１７】
この従来技術の例で、トウ12は、一体化した繊維床を形成しながら、並べて配置されることによって、別個の異なる繊維床を除去していた。この構造は、矢印14の方向で示されているような、プライ10のZ方向の性能または厚さ方向の性能をもたらすために、プライの製造をより困難でより高価なものにしていた。プライ10にZ方向の性能を追加するために、プライ10の製造は、複合材料の組み立てにおいて、厚さ方向の縫合等の項目の追加、Zピンの追加、または場合によっては、プライ同士の間に配置される強化材料のシートを追加することによって、より高いコストと複雑性が必要とされていた。プライ10のより高いZ方向の性能を達成する必要性があると同時に、さらに、より高い面内の性能を達成する必要性もある。
【００１８】
薄いプライのほうが、組み立てられた複合材料の微小亀裂耐性、および機械的性能の強化をより効果的にもたらすことが分かっている。しかしながら、薄いプライを製造するために製造コストが増大し、特に製造時間の増大を伴う。例えば、薄いプライを用いて所望の厚さを達成するには、薄いプライの直線的な量の追加がなされることが必要になり、その後、所望の厚さを達成するまで、互いに結合または接着する必要がある。追加の直線的な量のプライの製造における、繊維のこのレイダウンの追加によって、製造のコストが増加する。
【００１９】
繊維は、樹脂の粘度および粘着性を制御することによって、ならびに乾燥した繊維形状における結合剤／2Dベールの組み合わせの使用を介して、プライ10の製造時に予め安定化されてきた。繊維の安定化のためのこのような手法もまた、プライ10の製造コストを増加させる。
【００２０】
図2を参照すると、プライの構造の一例である、プライ20の断面が示されており、これは、互いに結合される薄いプライによってもたらされる、微小亀裂耐性および機械的性能の利点をもたらす。プライは、樹脂を有しても有さなくてもよく、かつ強化層を有しても有さなくてもよい、繊維床からなる。プライは、そこから積層が作成されるバルク材料である。より多い直線的な量の薄いプライを製造する代わりに、プライ20は、プライ20自身の中に、例えば21および22のような副層を構成して、微小亀裂耐性および機械的性能の利点をもたらす。このようなプライは、航空宇宙技術、ならびに複合材料を使用する他の技術において、複合体を製造するのに役立つであろう。この構成によって、追加の量の薄いプライを置くために、余分な時間を費やすことを回避する。本明細書で述べる副層の様々な実施形態は、厚さ、すなわちプライの断面内の垂直方向で再現することができ、これらの副層は、また、プライの幅寸法を通って横方向に延在することができる。複合材料を製造するためのプライ20は、プライ20の断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維、およびプライ20の断面の上部「T」と下部「B」との間の複数の繊維内で延在している、性能強化材料の第1のシート26とを含み、その例については、以下でさらに詳細に述べる。
【００２１】
標準的な、あるいは増加した全体の厚さを有するプライ20の多層構造によって、図2に示す構造のもとで、追加の薄いプライを製造するのに使用される、コストが増加するレイダウン工程なしに、微小亀裂耐性および機械的特性をもたらすことができる。さらに、追加の材料は、本明細書でより詳細に述べられるように、繊維の異なる層同士の間に配置でき、靱性、耐損傷性、軸線外引張性能、導電性、難燃、発煙および毒性（flame,smoke, and toxicity）排出の削減等の、プライに対して望ましい様々な性能を強化することができる。
【００２２】
上述したように、プライの製造において、繊維のトウには、多量の繊維が使用されている。トウは、所定の量の繊維を含み、トウ当たり1，000から、トウ当たり50，000相当あるいはそれ以上の繊維を含んでいる。トウ内に含まれている繊維は、炭素、またはアラミドやガラス等の材料から選択した材料で作られている。本明細書で述べる実施形態は、特に指定しない限り、炭素で構成された6，000の繊維を含む。しかしながら、他の大きさのトウ、および他の複合体の繊維が、本明細書のプライを構成するために用いられてもよい。異なるかまたは同一の大きさのトウ、および異なるかまたは同一の繊維複合体を、プライの構造に使用することができる。
【００２３】
図2に示す例で、プライ20は断面で示されており、例えば、繊維の第1のトウ24、および繊維の第2のトウ28等、複数の繊維がトウに関連付けられている。トウの複数の繊維は、この図では繊維の端部として示されており、上述したように、プライ20の断面の幅に沿った方向に広がっている。先に述べたように、「A」として画定された線は、樹脂浸透加工材、またはプリフォーム製造装置の上に置かれ、プライ20の断面の幅にわたる方向に広がっている、トウの対向する端部のおおよその位置を示す。プライ20の断面の幅寸法の方向は、図2に示すように、関連付けられた矢印を伴う「幅」で示されている。この幅方向は、本明細書で図示し説明する全ての例に適用される。
【００２４】
この例で、第1のトウ24は6，000の繊維を含み、第1のトウ24は、プライ20の約半分の厚さまで、プライ20の断面の幅に沿って広がっている。この例で、プライ20の厚さは、約0.0075インチである。性能強化材料の第1のシート26は、以下でさらに詳しく述べるが、第1のトウ24の複数の繊維の上にあるように配置される。第1のトウ24は、プライ20の断面の下部「B」と、性能強化材料の第1のシート26との間に配置されている。繊維の第2のトウ28もまた、プライ20の断面の幅に沿う方向に広がり、プライ20の上部「T」と、性能強化材料の第1のシート26との間に配置されている。
【００２５】
さらに図2の実施形態を参照すると、繊維の第1のトウ24は、幅寸法「W1」まで広がっており、性能強化材料の第1のシート26は、繊維の第1のトウ24の幅寸法「W1」の上にあって延在している。繊維の第2のトウ28は、性能強化材料の第1のシート26、および第1のトウ24を覆い、第1のトウ24の幅寸法W1とほぼ同一の幅寸法を有する幅寸法「W2」まで広がっている。この例で、繊維の第1のトウ24の幅寸法「W1」、および繊維の第2のトウ28の幅寸法「W2」は、互いに同一の広がりをもって配置されている。トウ24および28の端部の位置は、プライ20のこの断面でほぼ垂直に整列したトウ24と28との端部に位置する、「A」で識別される線で表された位置で示されている。
【００２６】
図2に見られるように、性能強化材料の第1のシート26は、第1のトウ24と第2のトウ28とを分離して、プライ20内で、副層21および22を各々形成している。この例で、性能強化材料の上部シート29は、繊維の第2のトウ28の上にあるように配置されている。この性能強化材料の上部シート29は、プライ20の断面の幅に沿った方向で、プライ20の断面の上部「T」に沿って延在し、この例では、プライ20の断面の上部「T」にわたっている。性能強化材料の第1のシート26は、プライ20の断面の幅に沿って延在している。性能強化材料の下部シート31は、この例では、プライ20の断面の下部「B」に沿って延在するように配置され、繊維の第1のトウ24の下にあり、プライ20の幅に沿って延在している。
【００２７】
性能強化シートの厚さは、本明細書で述べる他のプライと同様に、プライ20内で同一であるか、または異なる厚さとすることができる。この例では、プライ20で、上部シート29と下部シート31とが、各々、性能強化材料の第1のシート26の半分の厚さである。また、図2のシート26、29および31等の性能強化シートは、それぞれ、このプライに必要とされる特定の機能に適合する、様々な材料から選択することができる。例えば、シート26、29および31は、全て同一の材料で構成するか、あるいは各々異なる材料で構成することができる。また、シート26、29および31等のシートは、例えば、2つのシートを同一の材料から構成できる等の材料で、選択的に構成することができる。本明細書で述べる例の目的として、性能強化材料の各シートは、以下で述べるように、様々な材料から選択することができる。
【００２８】
樹脂材料が、処理中に性能強化シートを通って移動することが望ましい場合には、この移動のための空間を本質的に有するベール材料が有用な場合がある。樹脂が移動できるように、開口部や空間、および穴その他の形状を有していないフィルム等の他の材料を、このような材料に提供することができる。
【００２９】
同様に、本明細書の様々な例で説明されるトウに対して、様々な材料から特定の材料が構成されるように、各トウの複数の繊維を選択することができる。このような材料には、炭素、アラミド、またはガラス等が含まれる。その結果、各トウは各々、このような材料のうちの1つで構成されるように選択でき、プライに含まれる繊維に対して、様々に選択された構成を取得する。
【００３０】
性能強化材料の第1のシート26を参照すると、例えば、本明細書の様々な例で述べた性能強化材料の他のシートだけでなく、プライおよび複合材料内で所望の性能強化機能を実行するように、プライ用の材料として使用するために、選択するべき幅広い性能強化材料がある。
【００３１】
このような強化機能は、例えば、複合材料に対して靱性を強化する材料を含むことができる。この材料は、例えば、ナイロン、ポリウレタン、ポリアリルエーテルケトン（例えば、PEEK、PEK、PEKK）、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン（PPSU）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド等の熱可塑性材料を含むことができる。また、例えば、硬化したエポキシ、ポリウレタン、ベンゾオキサジン等の熱硬化性材料、または高靱性を与えるその他の材料も含むことができる。
【００３２】
この機能強化は、例えば、上述の強化材料等に加えて、高強度および／または高破壊ひずみの熱硬化性または熱可塑性材料等の、軸線外引張性能を強化する材料を含むことができる。
【００３３】
この機能強化は、例えば、炭素繊維マット、金属部品、カーボンナノチューブ、グラフェンシート等の導電性の材料、あるいはその他の導電材を含むことができる。これらの導電材は、様々な幾何学的形状の、適切な熱可塑性または熱硬化性材料内に配置することができる。
【００３４】
この機能強化は、例えば、複合材料に難燃、発煙および毒性（fire, smoke, and toxicity）レベルの低減をもたらす材料を含むことができる。この材料は、ベンゾオキサジン、フェノール、特殊なエポキシ、シアン酸エステル等の熱硬化性材料を含むことができる。この材料はまた、ポリアリルエーテルケトン（例えば、PEEK、PEK、PEKK）、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン（PPSU）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド等の高性能な熱可塑性樹脂も含むことができる。この材料は、さらに、ガラスやセラミック等の無機材料、または炭化率の高い材料やアブレーティブ材料等の、FST性能を強化する他の材料を含む、前述した材料も含むことができる。
【００３５】
本明細書でさらに理解できるように、性能強化機能は、プライ内で製造されることによって、このようなプライから組み立てられた複合材料として製造される。この性能強化機能は、プライに対して面内にもたらされ、同様に、Z方向またはプライの厚さ方向にももたらされる。
【００３６】
図2をさらに参照すると、繊維の別の第1のトウ30が、プライ20の断面の幅に沿った方向に広がっている。この例で、別の第1のトウ30の幅寸法「W3」は、第1のトウ24の複数の繊維の幅寸法W1とほぼ同一の幅寸法を有している。別の第1のトウ30は、繊維の第1のトウ24とほぼ同一の方向に延在している。繊維の別の第1のトウ30は、プライ20の繊維の第1のトウ24から横方向に、かつこれに対して横方向に配置されている。
【００３７】
繊維の別の第2のトウ32が、プライ20の断面の幅に沿った方向に広がっている。繊維の別の第2のトウ32の幅寸法「W4」は、繊維の別の第1のトウ30の幅寸法「W3」とほぼ同一の幅寸法を有している。繊維の別の第2のトウ32は、繊維の別の第1のトウ30とほぼ同一の方向に延在しており、繊維の別の第2のトウ32は、繊維の第2のトウ28から横方向に、かつこれに対して横方向に配置されている。性能強化材料の第1のシート26は、繊維の別の第1のトウ30の上にあるように、プライ20の断面の幅に沿った方向に延在している。第1のシート26は、繊維の別の第1のトウ30の幅寸法に延在している。図に示されているように、この例で、性能強化材料のシート26は、トウの副層21と22との間で、断面全体にわたって延在している。
【００３８】
性能強化材料のシート26のこの延在によって、例えば、面内における導電性、靱性、難燃、発煙および毒性（flame, smoke and toxic）の低減等、またはその他の性能強化をもたらすことができる。繊維の別の第2のトウ32は、性能強化材料のシート26、および繊維の別の第1のトウ30の上にある。この例で、繊維の別の第1のトウ30の幅寸法「W3」、および繊維の別の第2のトウ32の幅寸法「W4」は、互いに同一の広がりをもって配置されている。上述したのと同様に、トウ30および32の対向する端部は、「A」で識別された線で示されているように、プライ20のこの断面で、ほぼ垂直に整列している。また、先に述べたように、性能強化材料の上部シート29、および性能強化材料の下部シート31が、各々、プライ20の幅に沿って延在している。性能強化材料の上部シート29は、トウ28と32との上にあり、プライ20の幅にわたって引き続き延在している。性能強化材料の下部シート31は、トウ24と30との下にあり、プライ20の幅にわたって引き続き延在している。
【００３９】
副層21は、プライ20にわたって、トウ24および30と整列して横方向に配置された追加のトウと併せて、第1のトウ24で形成されている。同様に、副層22は、プライ20にわたって、トウ28および32と整列して横方向に配置された追加のトウと併せて、第2のトウ28および別の第2のトウ32で形成されている。副層21および22の各々は、同じかまたは異なる厚さを有することができる。1つの副層内の繊維は、もう1つの副層内の繊維と同一にしてもよく、あるいは異なるものにしてもよい。先に述べたように、各トウの繊維は、本明細書で述べた様々な材料から選択される。副層21および22のこのような様々な形状は、本明細書の他の実施形態で述べた他の副層に適用され、副層の厚さ、および副層内の各トウ内の繊維の組成は、各々選択することができる。
【００４０】
図3を参照すると、第2の例が示されており、プライ40の断面の幅に沿った方向に広がる、繊維の第3のトウ34を含んでいる。この例では、図2で上述した例に、追加の副層23が追加されている。繊維のトウ34から横方向に、プライ40の幅にわたって延在している複数のトウが、副層23を形成している。プライ40は、この例では、3層の副層21、22、および23を含んでいる。図2および図3に示す実施形態と同じ構成要素は、同じ参照番号を有する。第3のトウ34は、第2のトウ28の複数の繊維の上にあるように配置され、繊維の第3のトウ34の幅寸法「W5」は、繊維の第2のトウ28の「W2」とほぼ同じ幅寸法を有している。性能強化材料の第2のシート36は、繊維の第2のトウ28の上にあるように配置され、かつ繊維の第3のトウ34と、繊維の第2のトウ28との間に配置されている。第3のトウ34の複数の繊維の幅寸法「W5」、および第2のトウ28の複数の繊維の幅寸法「W2」は、互いに同一の広がりをもつように配置されている。これは、各トウの対向する端部を識別する「A」で識別された線によって示されていることが分かる。性能強化材料の第2のシート36は、繊維の第3のトウ34の幅寸法「W5」、および第2のトウ28の幅寸法「W2」にわたって延在している。図3に示すように、性能強化材料の上部シート38は、繊維の第3のトウ34の上にあるように、プライ40の上部「T」に沿って延在するように配置されている。この例では、さらに、副層23のトウの上にありつつ、プライ40の断面にわたって延在している。性能強化材料の第1のシート26、および第2のシート36もまた、プライ40の幅にわたって延在している。この例ではさらに、性能強化材料のシート31は、繊維の第1のトウ24の下にある、プライ40の下部「B」に沿って延在するように配置され、副層21のトウの下にありつつ、プライ40にわたって延在している。
【００４１】
図3をさらに参照すると、トウ24、28、および34の積層に隣接して配置された、別のトウの積層30、32、および42が示されている。別のトウの積層30、32、および42は、後述するが、プライ40の副層21、22、および23の各々に、横方向に追加される。別の第1のトウ30の複数の繊維は、第1のトウ24の複数の繊維の幅寸法W1とほぼ同一の幅寸法を有する幅寸法「W3」まで、プライ40の断面の幅に沿った方向に広がっている。別の第1のトウ30の複数の繊維は、第1のトウ24の複数の繊維とほぼ同一の方向に延在しており、別の第1のトウ30は、第1のトウ24から横方向に、かつこれに対して横方向に配置されている。
【００４２】
別の第2のトウ32の複数の繊維は、プライ40の断面の幅に沿った方向に広がっており、別の第1のトウ30の上にあり、別の第2のトウ32は、もう1つの第1のトウ30の複数の繊維の幅寸法「W3」とほぼ同じ幅寸法を有する幅寸法「W4」を有し、別の第2のトウ32の複数の繊維は、第2のトウ28の複数の繊維とほぼ同じ方向に延在し、さらに別の第2のトウ32は、第2のトウ28から横方向に、かつこれに対して横方向に配置されている。
【００４３】
性能強化材料の第1のシート26は、プライ40の断面の幅に沿う方向に、別の第1のトウ30と、別の第2のトウ32との間で延在している。別の第1のトウ30、および別の第2のトウ32の幅寸法「W3」、「W4」は、各々、互いに同一の広がりをもって配置されている。性能強化材料の第1のシート26は、別の第1のトウ30、および別の第2のトウ32の幅に延在し、プライ40の幅にわたって引き続き延在している。
【００４４】
別の第3のトウ42の複数の繊維は、プライ40の断面の幅に沿った方向に広がっており、別の第2のトウ32の上にある。別の第3のトウ42は、別の第2のトウ32の複数の繊維の幅寸法「W4」とほぼ同じ幅寸法をもつ、幅寸法「W6」を有している。別の第3のトウ42の複数の繊維は、第3のトウ34の複数の繊維とほぼ同じ方向に延在しており、他の第3のトウ42は、第3のトウ34から横方向に、かつこれに対して横方向に配置されている。
【００４５】
性能強化材料の第2のシート36は、プライ40の断面の幅に沿った方向に、別の第2のトウ32と、別の第3のトウ42との間で延在している。別の第2のトウ32、および別の第3のトウ42の幅寸法「W4」、「W6」は、各々、互いに同一の広がりをもって配置されている。別の性能強化材料の第2のシート36は、別の第2のトウ32、および別の第3のトウ42の幅に延在している。性能強化材料の上部シート38は、プライ40の上部「T」にわたって延在し、繊維の別の第3のトウ42の上にある。性能強化材料の上部シート38は、性能強化材料のシート26および36と同様に、この例では、プライ40の断面の幅にわたって延在している。性能強化材料の下部シート31は、第1のトウ24、別の第1のトウ30の下にあり、プライ40の幅にわたって、プライ40の下部「B」に沿って延在している。
【００４６】
図4を参照すると、第3の例であるプライ50が、断面図で示されている。繊維の別のトウ44は、プライ50の断面の幅に沿った方向に広がる複数の繊維を含む。別のトウ44は、第1のトウ46、第2のトウ48の横方向に、かつこれらに対して横方向に配置され、また、第1のトウ46と第2のトウ48との間に配置された、性能強化材料の第1のシート52に対して横方向に配置されている。別のトウ44の複数の繊維は、第1のトウ46、および第2のトウ48の複数の繊維とほぼ同じ方向に延在している。この実施形態で、第1のトウ46、および第2のトウ48は、幅寸法「W8」を有する別のトウ44のほぼ2倍の幅寸法「W7」を有する。第1、第2、および第3のトウ46、48、44は、ほぼ同数の繊維を各々有する。この例で、性能強化材料の上部シート54は、プライ50の上部「T」に沿って延在するように、別のトウ44および第2のトウ48の上にあるように、かつ、この例では、プライ50の断面に沿って延在するように配置されている。また、性能強化材料のシートは、プライ50の下部「B」に沿って延在するように、かつ第1のトウ46、および別のトウ44の各々の下にあるように配置され、プライ50にわたって延在することができる。
【００４７】
図5を参照すると、第4の例であるプライ60が、断面図で示されている。性能強化材料の下部シート62は、プライ60の断面の幅にわたって、プライ60の下部「B」に沿った方向に延在し、性能強化材料の上部シート64は、プライ60の断面の幅にわたって、プライ60の上部「T」に沿った方向に延在している。
【００４８】
図5に見られるように、繊維の第1のトウ66は、性能強化材料の上部シート64に沿って延在する第1の部分68と、性能強化材料の下部シート62に沿って延在する第2の部分70とを有する。第1のトウ66は、プライ60の断面の幅に沿って第1のシート83から離間されている性能強化材料の第1のシート84と、性能強化材料の別のシート83との間に配置されている。繊維の第2のトウ72は、性能強化材料の上部シート64に沿って延在する第1の部分74と、性能強化材料の下部シート62に沿って延在する第2の部分76とを有する。繊維の第3のトウ78は、性能強化材料の上部シート64に沿って延在する第1の部分80と、性能強化材料の下部シート62に沿って延在する第2の部分82とを有する。繊維の第2のトウ72の第1の部分74は、繊維の第1のトウ66の第2の部分70の上にある。繊維の第3のトウ78の第1の部分80は、繊維の第2のトウ72の第2の部分76の上にある。性能強化材料の第1のシート84は、繊維の第1のトウ66と、繊維の第2のトウ72との間に配置されている。性能強化材料の第2のシート86は、繊維の第2のトウ72と、繊維の第3のトウ78との間に配置されている。
【００４９】
性能強化材料の第1のシート84は、プライ60の上部「T」と下部「B」との間に延在している。同様に、性能強化材料の別のシート83、および第2のシート86は、プライ60の上部「T」と下部「B」との間に延在している。この例で、上部「T」にわたって、かつプライ60の断面の幅に沿って延在している上部シート64は、性能強化材料の第1のシート84、性能強化材料の別のシート83、および性能強化材料の第2のシート86に接触している。さらにこの例で、下部「B」にわたって、かつプライ60の断面の幅に沿って延在している性能強化材料の下部シート62は、性能強化材料の第1のシート84、性能強化材料の別のシート83、および性能強化材料の第2のシート86に接触している。
【００５０】
図5に見られるように、繊維の第1のトウ66、および繊維の第2のトウ72の配列は、互いに隣接している。繊維のトウ72の少なくとも一部、すなわちこの例では、第1の部分74は、第1のトウ66の少なくとも一部、この例では、第2の部分70の上にある。性能強化材料の第1のシート84は、繊維の第1のトウ66と、繊維の第2のトウ72との間に配置されている。第1の部分74と第2の部分70との間に配置された第1のシート84を用いて、第1のトウ66の第2の部分70の上に、第2のトウ72の第1の部分74を配置することによって、プライ60内に、第1の部分74を有する繊維の副層、および第2の部分70を有する繊維の第2の副層が設けられる。
【００５１】
上述され、図5のこの例で示されているように、性能強化材料の第1のシート84は、プライ60の上部「T」と下部「B」との間に延在している。性能強化材料の第1のシート84のこの配置によって、プライ60の厚さ方向またはZ方向に、第1のシート84の特定の材料によってもたらされる通りの機能がもたらされる。この機能の厚さ方向は、例えば、性能強化材料の下部シート62および上部シート64とは対照的であり、シート62および64の材料によってもたらされる機能の方向は、面方向、あるいはプライ60の断面の幅にわたって延在する。また、図5に示されているように、性能強化材料の第1のシート84の部分85および88は、プライ60の上部「T」および下部「B」のうちの少なくとも1つに対して角度付けされた関係で、プライ60の断面の幅に沿った方向に延在している。このような強化材料は、靱性、導電性、および難燃、発煙および毒性（flame, smoke and toxicity）の低減等、先に述べたような幅広い機能のために使用される。
【００５２】
図5をさらに参照すると、性能強化材料の第1のシート84、および性能強化材料の別のシート83は、プライ60の断面の幅に沿う方向に、互いに離間されている。第1のシート84、および別のシート83は両方とも、プライ60の上部「T」と下部「B」との間で延在している。繊維の第1のトウ66は、第1のシート84と別のシート83との間に配置されている。性能強化材料の上部シート64は、プライ60の断面の上部「T」に沿って延在するように配置され、性能強化材料の第1のシート84、および別のシート83に接触している。同様に、性能強化材料の下部シート62は、プライ60の断面の下部「B」に沿って延在するように配置され、性能強化材料の第1のシート84、および別のシート83に接触している。繊維の第1のトウ66は、この例では、プライ60の性能強化材料のシート62、84、64、および83内に囲まれているか、または包み込まれている。
【００５３】
図6を参照すると、第5の例がプライ100で示されている。複数の繊維の第1のトウ102は、プライ100の断面の幅に沿う方向に、幅寸法「W9」まで広がっている。性能強化材料の第1のシート104は、繊維の第1のトウ102の上にあるように配置され、繊維の第1のトウ102の幅寸法「W9」に延在している。複数の繊維の第2のトウ106は、性能強化材料の第1のシート104、および繊維の第1のトウ102の上にあるように、プライ100の断面の幅に沿う方向に広がっている。第2のトウ106の複数の繊維は、繊維の第1のトウ102の幅寸法「W9」とほぼ同一の幅寸法を有する幅寸法「W10」まで広がっており、第1のトウ102の複数の繊維の幅寸法「W9」と、第2のトウ106の複数の繊維の幅寸法「W10」とは、互いに同一の広がりをもって配置されている。
【００５４】
図6で、プライ100の断面の幅に沿った方向に広がっている複数の繊維を含む別のトウ108は、第1のトウ102、第2のトウ106、および性能強化材料の第1のシート104から横方向に、かつこれらに対して横方向に配置されている。別のトウ108の複数の繊維は、第1のトウ102および第2のトウ106の複数の繊維とほぼ同一の方向に延在している。別のトウ108は、第1のトウ102、および第2のトウ106の、各々の幅寸法「W9」、「W10」とほぼ同一の幅寸法「W11」を有する。第1のトウ102および第2のトウ106は、各々、別のトウ108の約半分の複数の繊維を有している。性能強化材料の上部シート110は、繊維の別のトウ108、および繊維の第2のトウ106の上にあるように配置されている。この例では、シート110は、プライ100の断面の幅の上部「T」に沿って延在し、繊維の第2のトウ106、および繊維の別のトウ108の上にある。性能強化材料の下部シートは、この例では、第1のトウ102、および別のトウ108の下にあるように配置され、プライ100の断面の幅の下部「B」に沿って延在することができる。
【００５５】
図7を参照すると、第6の例がプライ120で示されている。性能強化材料の第1のシート122は、プライ120の断面の幅に沿って延在している。繊維の第1のトウ124は、性能強化材料のシート122の下にあるように配置され、繊維の第2のトウ126は、シート122の対向する側に配置されている。この例では、繊維の第2のトウ126の少なくとも一部127が、繊維の第1のトウ124の少なくとも一部129の上にある。性能強化材料の第1のシート122の部分128は、第2のトウ126の部分127と、第1のトウ124の部分129との間に配置されている。性能強化材料の第1のシート122の部分128は、プライ120の断面の下部「B」から、プライ120の断面の上部「T」までの間に延在している。性能強化材料のシート122の部分128が、プライ120の下部「B」から上部「T」までの間に延在していることによって、シート122の材料の機能が、プライ120の厚さ方向およびZ方向にもたらされる。また、性能強化材料の第1のシート122の部分128もまた、プライ120の断面の上部「T」および下部「B」のうちの少なくとも1つに対して角度付けされた関係で、プライ120の断面の幅に沿った方向に延在している。
【００５６】
図7に示されているこの例において、第1のトウ124および第2のトウ126は、互いに隣接し、繊維の第1のトウ124と繊維の第2のトウ126との間に、性能強化材料の第1のシート122の部分128が配置されている。上述したように、繊維の第2のトウ126の、繊維の部分127は、繊維の第1のトウ124の、繊維の部分129の上にあってもよい。この構成によって、繊維の部分127を有する副層が設けられ、この副層は、繊維の第1のトウ124の、繊維の部分129によって形成された別の副層の上にあり、性能強化材料の第1のシート122の部分128は、繊維の部分127と129との間に配置されている。
【００５７】
プライ120の断面の上部「T」に配置された、性能強化材料の第1のシート122の部分128は、性能強化材料のシート122の第1の部分134を有し、第1の部分134は、部分128からプライ120の断面の上部「T」に沿う方向に延在し、繊維の第1のトウ124の上にある。プライ120の断面の下部「B」に配置された、性能強化材料の第1のシート122の部分128は、性能強化材料の第1のシート122の第2の部分136を有し、第2の部分136は、部分128からプライ120の断面の下部「B」に沿う方向に延在し、繊維の第2のトウ126の下にある。
【００５８】
性能強化材料の第1のシート122は、1つの例において、熱可塑性フィルム、不織ベール、織布ベール、連続ストランドマット、熱硬化性フィルム、カーボンナノチューブシート等の材料の可撓性シートで構成されている。このような形状は、単一の材料タイプや複数の材料タイプ、あるいは改質された材料タイプを使用して作成することができる。改質された材料タイプの一例は、カーボンナノチューブやグラフェン板等を充填した熱可塑性材料等である。したがって、トウ124と126とを第1のシート122の対向する側に配置することによって、凹所138および140が作成または形成される。凹所138は、開口部が下を向いており、凹所140は、凹所138に隣接して、開口部が上を向いている。凹所138および140は、各々、トウ124および126に対する横方向の支持をもたらす。凹所138および140は、プリプレグの組み立て工程中に、トウ124および126の各々の中に複数の繊維を閉じ込めて安定させ、これによって、繊維を安定させるため、または母材の稠度や内容を変更するための、別の材料の必要性を低減する。これらの凹所は、各凹所内に1つ以上のトウを受けるように拡張可能である。あるいは、シート122は、予め形成された凹所138および140を設ける、波形の構成をもつように予め形成することができ、製造工程中にトウ124および126を安定させるよう、同様に機能する。予め形成された波形の材料には、熱可塑性フィルム、不織ベール、連続ストランドマット、熱硬化性フィルム、カーボンナノチューブシート、フィラメントを充填した熱可塑性物質、粒子トウ等が含まれる。
【００５９】
この例は、Z方向および面内の両方に性能強化をもたらすために、プライ120の構成時に、第1のシート122の使用を介して所望の材料を追加する、コスト効率の良い方法である。上述したように、強化は、靱性、導電性、難燃、発煙および毒性（flame, smoke and toxicity）の低減等を含むことができる。さらに、第1のシート122のこの構成によって、閉じた凹所を用いた製造中に、複数の繊維の安定化を同時にもたらす。トウに結合／固定する波形フィルムまたはベールを取り込むことによってプリプレグ樹脂の流動性の制御の必要なしに、あるいは乾燥した繊維への結合剤／2Dベールの使用を介して、一方向性テープの安定化および歪みの最小化が可能になる。
【００６０】
また、性能強化材料の上部シート（図示せず）は、プライ120の断面の上部「T」に沿って延在するように配置することができ、例えば、性能強化材料の第1のシート122の凹所140内に配置された、繊維の第2のトウ126の上にある。性能強化材料の上部シートを配置することによって、プライ120の断面に沿って配置された、他の同様に配向された凹所内に配置された繊維を包み込むことになる。同様に、性能強化材料の下部シート（図示せず）は、プライ120の断面の下部「B」に沿って延在するように配置することができ、例えば、性能強化材料の第1のシート122の凹所138内に配置された、繊維の第1のトウ124の下にある。性能強化材料の下部シートを配置することによって、プライ120の断面に沿って配置された、他の同様に配向された凹所内に配置された繊維を包み込むことになる。
【００６１】
図8を参照すると、この実施形態では、プライ150の断面が、図7について上述したプライ120の構造を各々有する、2層の副層142および144を有している。副層142および144の各々の構成要素の番号は、図7で先に示し、説明したものと同一の番号を有する。副層144は、副層142の上にある。プライ150は、この実施形態では、副層142と144との間に配置された、性能強化材料の第2のシート146を含んでいる。性能強化材料の第2のシート146は、プライ150の断面の幅にわたって延在している。先の実施形態で説明したように、性能強化材料の他のシートは、プライ150の上部「T」にわたって延在して副層144の上にあるように、かつプライ150の下部「B」にわたって延在して副層142の下にあるように配置することができる。
【００６２】
性能強化材料の第2のシート146は、例えば、凹所138および140内に配置された、繊維のトウを包み込んでいる。この例では、性能強化材料のシート146は、副層144の凹所138の下にあり、副層142の凹所140の上にある。プライ150の断面にわたって配置された、凹所の開口部にわたって延在しているシート146のこの構成が、各凹所内に配置された複数の繊維を包み込んでいる。図9を参照すると、この実施形態では、プライ160の断面が、2つの副層152および154を有している。副層154は、副層152の上にある。副層152は、この実施形態では、図7で上述したプライ120の構造と同じ構造を有する。副層152の構成要素の番号は、図7で先に示し、説明したものと同一の番号を有する。プライ160は、この例では、強化材料のシートを含んでいないが、しかしながら、副層152と154との間に、強化材料のシートを配置してもよい。また、性能強化材料の追加のシートを、副層154の上にあるように、かつ副層152の下にあるように配置してもよい。
【００６３】
副層154に関して、波形の構造は、副層152のものと非常に類似しているが、しかしながら、副層154の凹所138´の長さ「L」は、副層152の凹所138の長さ「L」の約2倍の長さである。プライ160の幅に沿って延在している、副層154の性能強化シートのシート122´の、この細長い形状によって、凹所138´は、副層152の凹所140に重なって、凹所140に架橋している。性能強化シート122および122´のこの構成によって、副層152および154の各々の凹所との間に不整列または互い違いの関係がもたらされ、140の上にある138´のように、複数の凹所が重なり合う結果となる。また、副層154の連続する凹所138´および140´は、例えば、副層152の連続する凹所138および140の各々によって保持された複数の繊維の約2倍の複数の繊維を各々保持している。
【００６４】
様々な実施形態について述べてきたが、本開示は、それに限定されることを意図するものではない。開示した実施形態に対して変更を加えることができ、これも添付の特許請求の範囲内である。
【符号の説明】
【００６５】
10  プライ
12  トウ
14  Z方向または厚さ方向
20  プライ
21、22、23  副層
24  第1のトウ
26  第1のシート
28  第2のトウ
29  上部シート
30  別の第1のトウ
31  下部シート
32  別の第2のトウ
34  第3のトウ
36  第2のシート
38  上部シート
40  プライ
42  別の第3のトウ
44  別のトウ
46  第1のトウ
48  第2のトウ
50  プライ
52  第1のシート
54  上部シート
60  プライ
62  下部シート
64  上部シート
66  第1のトウ
68  第1の部分
70  第2の部分
72  第2のトウ
74  第1の部分
76  第2の部分
78  第3のトウ
80  第1の部分
82  第2の部分
83  別のシート
84  第1のシート
85  第1のシート84の部分
86  第2のシート
88  第1のシート84の部分
100  プライ
102  第1のトウ
104  第1のシート
106  第2のトウ
108  別のトウ
110  上部シート
120  プライ
122、122'  第1のシート
124  第1のトウ
126  第2のトウ
127  第2のトウ126の部分
128  第1のシート122の部分
129  第1のトウ124の部分
134  第1の部分
136  第2の部分
138、138'  凹所
140、140'  凹所
142、144  副層
146  第2のシート
150  プライ
152、154  副層
160  プライ
B  下部
T  上部
L、L'  長さ
W1、W2、W3、W4、W5、W6  幅寸法
【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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