(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材を硬化させるための方法及びシステム並びに関連する微小亀裂抵抗性複合材を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂、強化材料、及び熱可塑性添加物を含む、複合材を硬化させるための方法であって、熱可塑性添加物が溶融開始温度を有し、該方法は、熱硬化性樹脂の樹脂温度を高めるために、複合材を加熱すること、及び、その加熱中に、熱硬化性樹脂が９８パーセントの硬化の程度に達する前に、樹脂温度が溶融開始温度を超えるように、樹脂温度を制御することを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂（１２）、強化材料（１４）、及び熱可塑性添加物（１６）を含む、複合材（１０）を硬化させるための方法（１００）であって、前記熱可塑性添加物（１６）は、溶融開始温度（Teim）を有し、前記方法（１００）は、
前記熱硬化性樹脂（１２）の樹脂温度（TR）を高めるために、前記複合材（１０）を加熱すること（１１０）、及び
前記加熱（１１０）中に、前記熱硬化性樹脂（１２）が９８パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）を含む、方法（１００）。
【請求項２】
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約８５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、請求項１に記載の方法（１００）。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂（１２）がエポキシを含む、請求項1又は２に記載の方法（１００）。
【請求項４】
前記強化材料（１４）が炭素繊維を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項５】
前記強化材料（１４）が少なくとも２つのプライ（１８、２０）を備え、前記熱可塑性添加物（１６）が前記２つのプライ（１８、２０）の間に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項６】
前記強化材料（１４）及び前記熱可塑性添加物（１６）がプリフォーム（５０）を備え、前記方法（１００）が更に、前記熱硬化性樹脂（１２）を前記プリフォーム（５０）の中に注入すること（２２０）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項７】
前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を高めるために、前記複合材（１０）を加熱すること（１１０）が、前記樹脂温度（TR）を最大硬化温度（TM）に高めるために、前記複合材を加熱することを含み、前記最大硬化温度（TM）が、前記溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏５度高い、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（１００）。
【請求項８】
熱硬化性樹脂（１２）、強化材料（１４）、及び熱可塑性添加物（１６）を含む、複合材（１０）を硬化させるためのシステム（３００）であって、前記熱硬化性樹脂（１２）は樹脂温度（TR）を有し、前記熱可塑性添加物（１６）は溶融開始温度（Teim）を有し、前記システム（３００）は、
オーブン温度（TO）を有するオーブン（３０２）、
前記オーブン温度（TO）を検知するために配置された第１の温度センサ（ST1）、
前記オーブン（３０２）内に配置されたツール（３０６）であって、その上の前記複合材（１０）を支持するためのツール表面（３０８）を画定するツール（３０６）、
真空バッグ（３１０）であって、前記真空バッグ（３１０）と前記ツール（３０６）との間の注入空間（３１２）を画定するように前記ツール（３０６）に結合された真空バッグ（３１０）、
前記注入空間（３１２）に前記熱硬化性樹脂（１２）を供給するために前記注入空間（３１２）に流体結合された樹脂源（３１４）、
前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を検知するために配置された第２の温度センサ（ST2）、並びに
前記第１の温度センサ（ST1）、前記第２の温度センサ（ST2）、及び前記オーブン（３０２）と通信するコントローラ（３５０）を備え、前記コントローラ（３５０）は、前記複合材（１０）の硬化中に、前記熱硬化性樹脂（１２）が約８５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を制御する、システム（３００）。
【請求項９】
前記コントローラ（３５０）は、前記オーブン温度（TO）を少なくとも部分的に制御することによって、前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を制御する、請求項８に記載のシステム（３００）。
【請求項１０】
前記ツール（３０６）の前記ツール表面（３０８）上に配置されたプリフォーム（５０）を更に備え、前記プリフォーム（５０）は、前記強化材料（１４）及び前記熱可塑性添加物（１６）を含む、請求項８又は９に記載のシステム（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、炭素繊維強化プラスチックなどの複合材の硬化に関し、特に、熱可塑性強化・熱硬化性ポリマーマトリックス複合材（thermoplastic-toughened thermoset polymer-matrix composites）の硬化に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチックなどの繊維強化・熱硬化性ポリマーマトリックス複合材は、比較的軽量で高い強度を示す傾向がある。したがって、そのような繊維強化・熱硬化性ポリマーマトリックス複合材は、一般的に、航空宇宙産業の全体にわたり、ならびに他の産業（例えば、自動車及び海洋）において、様々な用途（例えば、構造的用途）に使用される。
【０００３】
繊維強化・熱硬化性ポリマーマトリックス複合材が、内部に様々な熱可塑性添加物を組み込むことによって強化され得ることは、しばらく前から知られている。例えば、熱可塑性フィラメントを含有する中間層が、炭素繊維強化材料の強化層の間に組み込まれて、結果として生じる繊維強化・熱硬化性ポリマーマトリックス複合材の強度を高めた。
【０００４】
熱硬化サイクル中に、複合材内の成分の膨張及び収縮によって、材料にわたり印加される応力が変化し、それが微小亀裂をもたらし得る。そのような微小亀裂は、熱硬化性ポリマーマトリックス内で、特に、樹脂と強化材料との間の界面、及び樹脂と熱可塑性添加物との界面で生じる傾向がある。
【０００５】
したがって、複合材の硬化に注目した研究開発の努力を、当業者は続けている。
【発明の概要】
【０００６】
熱硬化性樹脂、強化材料、及び熱可塑性添加物を含む、複合材を硬化させるための方法が開示される。熱可塑性添加物は、溶融開始温度を有する。
【０００７】
一実施例では、本開示の方法が、熱硬化性樹脂の樹脂温度を高めるために、複合材を加熱すること、及び、その加熱中に、熱硬化性樹脂が約１００パーセントの硬化の程度に達する前に、樹脂温度が溶融開始温度を超えるように、樹脂温度を制御することを含む。
【０００８】
別の一実施例では、本開示の方法が、熱硬化性樹脂の樹脂温度を高めるために複合材を加熱すること、及び、その加熱中に、熱硬化性樹脂が９８パーセントの硬化の程度に達する前に、樹脂温度が溶融開始温度を超えるように、樹脂温度を制御することを含む。
【０００９】
別の一実施例では、本開示の方法が、以下のステップを含む、すなわち、（１）強化材料及び熱可塑性添加物を含むプリフォームをオーブンの中に配置すること、（２）樹脂注入プリフォームを生成するために、熱硬化性樹脂をプリフォームの中に注入すること、（３）熱硬化性樹脂の樹脂温度を高めるために、樹脂注入プリフォームを加熱すること、並びに（４）その加熱中に、熱硬化性樹脂が約５パーセントと約８５パーセントとの間の硬化の程度を有している間に、樹脂温度が溶融開始温度を超えるように、樹脂温度を制御することである。
【００１０】
熱硬化性樹脂、強化材料、及び熱可塑性添加物を含む、複合材を硬化させるためのシステムも開示される。熱硬化性樹脂は、樹脂温度を有し、熱可塑性添加物は、溶融開始温度を有する。
【００１１】
一実施例では、本開示のシステムが、オーブン温度を有するオーブン、オーブン温度を検知するために配置された第１の温度センサ、オーブン内に配置されたツールであって、その上の複合材を支持するためのツール表面を画定するツール、真空バッグであって、真空バッグとツールとの間の注入空間を画定するようにツールに結合された真空バッグ、注入空間に熱硬化性樹脂を供給するために注入空間に流体結合された樹脂源、注入空間内の熱硬化性樹脂の樹脂温度を検知するために配置された第２の温度センサ、並びに、第１の温度センサ、第２の温度センサ、及びオーブンと通信するコントローラを含み、コントローラは、複合材の硬化中に、熱硬化性樹脂が約８５パーセントの硬化の程度に達する前に、注入空間内の熱硬化性樹脂の樹脂温度が溶融開始温度を超えるように、注入空間内の熱硬化性樹脂の樹脂温度を制御する。
【００１２】
本開示の方法及びシステムを使用して製造される亀裂抵抗性複合材も開示される。
【００１３】
本開示の、複合材を硬化させるための方法及びシステム並びに関連する微小亀裂抵抗性複合材は、以下の詳細な説明、添付の図面、及び付随する特許請求の範囲により、明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の、複合材を硬化させるための方法の一実施例を描くフロー図である。
【図２】図１の方法を使用して製造され得る複合材の概略断面図である。
【図３】図１の方法に従って実行されなかった熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）である。
【図４】図１の方法に従って実行された一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）である。
【図５】図１の方法に従って実行された別の一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）である。
【図６】図１の方法に従って実行された別の一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）である。
【図７】図１の方法に従って実行された更に別の一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）である。
【図８】本開示の複合材を硬化させるための方法の別の一実施例を描くフロー図である。
【図９】本開示の複合材を硬化させるためのシステムの一実施例の概略表示である。
【図１０】航空機の製造及び保守方法のフロー図である。
【図１１】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の詳細な説明は添付の図面に言及しているが、これら図面は本発明の具体的な実施例を示している。種々の構造及び工程を有する他の例も、本開示の範囲から逸脱するものではない。同様の参照番号は、種々の図面において同一の要素又は構成要素を表すことがある。
【００１６】
図１を参照すると、本開示の、複合材１０（図２）を硬化させるための方法１００の一実施例を描くフロー図が示されている。図２で示されているように、複合材１０は、熱硬化性樹脂１２、強化材料１４、及び熱可塑性添加物１６を含み得る。熱硬化性樹脂１２は、樹脂温度（TR）を有する。熱可塑性添加物１６は、溶融開始温度（Teim）を有する。本明細書で使用される際に、溶融開始温度（Teim）は、ASTM D3418に従って特定されるような外挿溶融開始温度（extrapolated melting onset temperature）を意味する。
【００１７】
ブロック１１０で示されているように、方法１００は、熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を高めるために、複合材１０を加熱するステップを含み得る。加熱すること（ブロック１１０）は、複合材１０を図９で示されているオーブン３０２などのオーブン３０２の内部空間３０４の中に配置することによって実行され得る。
【００１８】
ブロック１２０で示されているように、方法１００は、熱硬化性樹脂１２が約１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御するステップを更に含み得る。制御すること（ブロック１２０）は、図９で示されているコントローラ３５０などのコントローラなどによって、加熱中（ブロック１１０）に実行され得る。
【００１９】
特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約８５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約８０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約７５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約７０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約６０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約５０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約４０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約３０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。更に別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約２０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。
【００２０】
樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）は、熱硬化性樹脂１２が約１パーセントの硬化の程度（DC）に達した後でのみ、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約５パーセントの硬化の程度（DC）に達した後でのみ、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。更に別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約１０パーセントの硬化の程度（DC）に達した後でのみ、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。
【００２１】
樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）は、熱硬化性樹脂１２が約５パーセントと約８０パーセントとの間の硬化の程度（DC）を有している間に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約１０パーセントと約７０パーセントとの間の硬化の程度（DC）を有している間に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。別の特定の一実施例では、樹脂温度（TR）を制御すること（ブロック１２０）が、熱硬化性樹脂１２が約２０パーセントと約６０パーセントとの間の硬化の程度（DC）を有している間に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、樹脂温度（TR）を制御することを含み得る。
【００２２】
熱化硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を高めるために、複合材１０を加熱すること（ブロック１１０）は、樹脂温度（TR）を最大硬化温度（TM）に高めるために、複合材１０を加熱することを含み得る。特定の一実施例では、加熱すること（ブロック１１０）が、複合材１０を、溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏５度高い最大硬化温度（TM）に加熱することを含む。別の特定の一実施例では、加熱すること（ブロック１１０）が、溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏１０度高い最大硬化温度（TM）に加熱することを含む。別の特定の一実施例では、加熱すること（ブロック１１０）が、複合材１０を、溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏１５度高い最大硬化温度（TM）に加熱することを含む。更に別の特定の一実施例では、加熱すること（ブロック１１０）が、溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏２０度高い最大硬化温度（TM）に加熱することを含む。
【００２３】
図２を参照すると、図１の方法１００に従って製造され得る複合材１０が示されている。複合材１０は、熱硬化性樹脂１２、強化材料１４、及び熱可塑性添加物１６を含み得る。強化材料１４は、少なくとも２つのプライ１８、２０を含み得る。任意選択的に、熱可塑性添加物１６は、２つのプライ１８、２０の間に配置され得る。
【００２４】
特定の一実施例では、熱硬化性樹脂１２が、エポキシであってよい（又はそれを含んでよい）。しかし、他の熱硬化性樹脂１２も考慮されており、それらの使用は、本開示の範囲から逸脱しないことになる。他の適切な熱硬化性樹脂１２の非限定的な例には、ポリウレタン、ポリエステル樹脂、ベンゾキサジン、ポリイミド、及びビスマレイミドが含まれる。
【００２５】
特定の一実施例では、強化材料１４が、炭素繊維であってよい（又はそれを含んでよい）。しかし、他の強化材料も考慮されており、強化材料１４としてのそれらの使用は、本開示の範囲から逸脱しないことになる。他の適切な強化材料１４の非限定的な例には、熱硬化性繊維、カーボンナノチューブ、ガラス繊維、セラミック繊維、及び金属繊維が含まれる。
【００２６】
熱可塑性添加物１６は、中間層、ベール（veil）、繊維／フィラメントの塊、フィルム／シート、ファブリック（織られているか又は不織の）などであってよく、複合材１０を強化する目的で複合材１０の中に組み込まれてよい。組成的に、熱可塑性添加物１６は、熱可塑性ポリマーであってよい（又はそれを含んでよい）。熱可塑性添加物１６内で又は熱可塑性添加物１６として使用され得る熱可塑性ポリマーの例は、非限定的に、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエステル、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン-1、アクリル、ポリ（メタクリル酸メチル）、及び／又はナイロンを含む。
【００２７】
熱可塑性添加物１６は、ある範囲の溶融開始温度（Teim）を有し得る。特定の一実施例では、熱可塑性添加物１６の溶融開始温度（Teim）が、少なくとも摂氏約１５０度の温度であってよい。別の特定の一実施例では、熱可塑性添加物１６の溶融開始温度（Teim）が、摂氏約１６０度から摂氏約１９０度の温度の間であってよい。更に別の特定の一実施例では、熱可塑性添加物１６の溶融開始温度（Teim）が、摂氏約１７０度から摂氏約１８０度の温度の間であってよい。
【００２８】
特定の一実施態様では、方法１００が、プリフォーム５０（図９で示されているような）として構成された強化材料１４及び熱可塑性添加物１６を含んでよく、プリフォーム５０の中に熱硬化性樹脂１２を注入すること（図８のブロック２２０）を更に含み得る。
【００２９】
この時点で、当業者は、方法１００が硬化された複合材１０をもたらし得ることを理解するだろう。硬化された複合材１０は、輸送体（例えば、航空機）の部品などの有用な物品であってよい。
【００３０】
図８を参照すると、本開示の複合材１０を硬化させるための方法２００の別の一実施例が示されている。ブロック２１０で示されているように、方法２００は、プリフォーム５０をオーブン３０２の中に配置するステップで開始し得る。プリフォーム５０は、強化材料１４及び熱可塑性添加物１６を含み得る。プリフォーム５０は、熱硬化性樹脂１２を実質的に含まなくてよい（すなわち、プリフォーム５０はドライプリフォームであってよい）。
【００３１】
ブロック２２０では、方法２００が、樹脂注入プリフォーム５０’を生成するために、プリフォーム５０の中に熱硬化性樹脂１２を注入することを更に含み得る。熱硬化性樹脂１２の注入（ブロック２２０）は、図９で示されているシステム３００などのシステムを使用して実行され得る。
【００３２】
ブロック２３０では、方法２００が、熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を高めるために、熱硬化性樹脂１２及び樹脂注入プリフォーム５０’を加熱することを更に含み得る。加熱すること（ブロック２３０）は、図９で示されているように、プリフォーム５０をオーブン３０２の中に配置することによって実行され得る。
【００３３】
ブロック２４０では、方法２００が、熱硬化性樹脂１２が約５パーセントと８５パーセントとの間の硬化の程度（DC）に達する前など、熱硬化性樹脂１２が約１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達する前に、樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を制御することを更に含み得る。制御すること（ブロック２４０）は、図９で示されているコントローラ３５０などによって、加熱中（ブロック２３０）に実行され得る。
【００３４】
図９を参照すると、本開示の複合材１０を硬化させるためのシステム３００の一実施例の概略表示が示されている。システム３００は、オーブン温度（TO）を有するオーブン３０２、オーブン温度（TO）を検知するために配置された第１の温度センサ（ST1）、及びオーブン３０２内に配置されたツール３０６であって、その上で複合材１０を支持するためのツール表面３０８を画定するツールを含み得る。
【００３５】
システム３００は、ツール３０６と真空バッグ３１０との間の注入空間３１２を画定するようにツール３０６に結合された真空バッグ３１０を更に含み得る。樹脂源３１４は、熱硬化性樹脂１２を注入空間３１２に供給するために、注入空間３１２と流体結合（例えば、流体ライン３１６によって）され得る。第２の温度センサ（ST2）が、注入空間３１２内の熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を検知するために配置され得る。
【００３６】
システム３００は、第１の温度センサ（ST1）、第２の温度センサ（ST2）、及びオーブン３０２と通信する、コントローラ３５０を更に含み得る。コントローラ３５０は、複合材１０の硬化中、熱硬化性樹脂１２が約５パーセントと８５パーセントとの間の硬化の程度（DC）に達する前など、熱硬化性樹脂１２が約１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達する前に、注入空間３１２内の熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）が溶融開始温度（Teim）を超えるように、注入空間３１２内の熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を制御し得る。
【００３７】
システム３００は、本開示の範囲から逸脱することなしに、様々なやり方で構成又は変形され得る。一実施例では、コントローラ３５０が、オーブン温度（TO）を少なくとも部分的に制御することによって、注入空間３１２内の熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を制御するように、システム３００が構成され得る。別の一実施例では、コントローラ３５０が、樹脂源３１４から注入空間３１２に流れる熱硬化性樹脂１２の流量を更に制御するように、システム３００が構成され得る。別の一実施例では、第２の温度センサ（ST2）が、注入空間３１２内の熱硬化性樹脂１２の樹脂温度（TR）を間接的に検知するように、システム３００が構成され得る。別の一実施例では、システム３００が、樹脂の分散を促進するために、注入空間３１２内に配置された流れ媒体（flow media）３２０を含むように構成され得る。更に別の一実施例では、プリフォーム５０がツール３０６のツール表面３０８上に配置されるように、システム３００が構成され得る。その場合、プリフォーム５０は、強化材料１４及び熱可塑性添加物１６を含む。
【００３８】
実施例
比較例
図３を参照すると、本開示の方法に従って実行されなかった熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）が示されている。この実験は、熱可塑性添加物＃１を硬化サイクル＃１に曝露することによって行われた。熱可塑性添加物＃１はポリアミドである。
【００３９】
硬化サイクル＃１は、約１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達するように、ある時間にわたり温度を上昇させること、次いで、サンプルが冷却され、オーブンから取り出されることを可能にすることを含んだ。次いで、サンプルは、微小亀裂試験を受け、図３で使用された実施例は、微小亀裂試験に合格できなかった。
【００４０】
微小亀裂試験は、周期的な湿度状態と組み合わされた多い回数のサイクルにおいて、高温と低温との間での積層板の標準的な熱湿度サイクリングを含んだ。試験は、環境チャンバ内で実行された。チャンバ温度、積層板温度、及びチャンバ湿度が、試験中に記録された。微小亀裂の存在は、微小亀裂試験の完了時に積層板から切断された断面の光学顕微鏡検査によって特定される。試験は、組織的な、有害な、又は拡大する亀裂が存在しないときに、成功である。典型的には、これは、試験の終了時において、明らかな亀裂が存在しないことを意味する。
【００４１】
図３のグラフ表示は、１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達する前に、熱可塑性添加物＃１が、摂氏１８５度の溶融開始温度（Teim）未満に近づいた（摂氏約２度から摂氏約５度の範囲内）ことを示している。使用された各熱可塑性添加物についての溶融開始温度（Teim）は、ASTM D3418に従って特定された。硬化の程度（DC）は、樹脂の実際の示差走査熱量測定（DSC）試験から構築された樹脂モデルに基づいて、コンピュータモデル化を使用して測定された。
【００４２】
実施例1
図４を参照すると、本開示の方法に従って実行された一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）が示されている。この実験は、熱可塑性添加物＃１を硬化サイクル＃２に曝露することによって行われた。
【００４３】
硬化サイクル＃2は、約１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達するように、ある時間にわたり温度を上昇させること、次いで、サンプルが冷却され、オーブンから取り出されることを可能にすることを含んだ。次いで、サンプルは、微小亀裂試験を受け、図４で使用された実施例は、微小亀裂試験に合格した。図４のグラフ表示は、１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度に達する前に、熱可塑性添加物＃１が、摂氏１８５度の溶融開始温度（Teim）を超えた（摂氏約６度から摂氏約１２度）ことを示している。硬化の程度（DC）は、熱可塑性添加物＃１が、溶融開始温度（Teim）に等しくなったときに、６９パーセントだった。
【００４４】
実施例２
図５を参照すると、本開示の方法に従って実行された別の一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）が示されている。この実験は、熱可塑性添加物＃２を硬化サイクル＃１に曝露することによって行われた。熱可塑性添加物＃２はポリアミドである。
【００４５】
硬化サイクル＃１が完了した後で、サンプルは、微小亀裂試験を受けて合格した。図５のグラフ表示は、１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達する前に、熱可塑性添加物＃２が、摂氏１６８度の溶融開始温度（Teim）を超えた（摂氏約１２度から摂氏約１８度）ことを示している。硬化の程度（DC）は、熱可塑性添加物＃２が、溶融開始温度（Teim）に等しくなったときに、１４パーセントだった。
【００４６】
実施例３
図６を参照すると、本開示の方法に従って実行された別の一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）が示されている。この実験は、熱可塑性添加物＃３を硬化サイクル＃1に曝露することによって行われた。熱可塑性添加物＃３はポリアミドである。
【００４７】
硬化サイクル＃１が完了した後で、サンプルは、微小亀裂試験を受けて合格した。図６のグラフ表示は、１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度に達する前に、熱可塑性添加物＃３が、摂氏１６２度の溶融開始温度（Teim）を超えた（摂氏約１６度から摂氏約２２度）ことを示している。硬化の程度（DC）は、熱可塑性添加物＃３が、溶融開始温度（Teim）に等しくなったときに、１１パーセントだった。
【００４８】
実施例４
図７を参照すると、本開示の方法に従って実行された更に別の一例示的な熱硬化サイクルのグラフ表示（時間に対する温度及び硬化の程度）が示されている。この実験は、熱可塑性添加物＃４を硬化サイクル＃１に曝露することによって行われた。熱可塑性添加物＃４はポリアミドである。
【００４９】
硬化サイクル＃１が完了した後で、サンプルは、微小亀裂試験を受けて合格した。図７のグラフ表示は、１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度に達する前に、熱可塑性添加物＃4が、摂氏１７１度の溶融開始温度（Teim）を超えた（摂氏約８度から摂氏約１２度）ことを示している。硬化の程度（DC）は、熱可塑性添加物＃４が、溶融開始温度（Teim）に等しくなったときに、０．１６だった。
【００５０】
図３〜図７で提示されたデータを併せて考えると、１００パーセント（すなわち、９８パーセント以上）の硬化の程度（DC）に達する前に、熱可塑性添加物が溶融開始温度（Teim）を超えることを許容されたときに、微小亀裂が大幅に減少した（例えば、微小亀裂がゼロ）。この時点で、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の硬化サイクル及び熱可塑性添加物を使用して、これらの状態を実現できることを理解するだろう。
【００５１】
本開示の実施例は、図１０で示されるような航空機の製造及び保守方法１１００、並びに図１１で示されるような航空機１１０２の文脈で説明され得る。航空機の製造及び保守方法１１００は、製造前段階において、航空機１１０２の仕様及び設計１１０４と、材料の調達１１０６とを含み得る。製造段階では、航空機１１０２の構成要素／サブアセンブリの製造１１０８とシステムインテグレーション１１１０とが行われる。その後、航空機１１０２は、認可及び納品１１１２を経て、運航１１１４に供され得る。顧客により運航される期間に、航空機１１０２には、改造、再構成、改修等も含み得る、定期整備及び保守１１１６が予定される。
【００５２】
方法１１００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ(例えば顧客)によって実施又は実行され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、且つ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００５３】
図１１で示されるように、例示的な方法１１００によって製造された航空機１１０２は、複数のシステム１１２０及び内装１１２２を有する機体１１１８を含み得る。複数のシステム１１２０の例には、推進システム１１２４、電気システム１１２６、液圧システム１１２８、及び環境システム１１３０のうちの１以上を含み得る。任意の数の他のシステムが含まれることもある。
【００５４】
本開示の方法及びシステムは、航空機の製造及び保守方法１１００の１以上の任意の段階で採用することができる。一実施例として、構成要素／サブアセンブリの製造１１０８、システムインテグレーション１１１０、並びに／又は整備及び保守１１１６に対応する、構成要素又はサブアセンブリは、開示されている方法及びシステムを使用して組み立てられ得る。別の一実施例として、機体１１１８は、本開示の方法及びシステムを使用して構築されてよい。また、１以上の装置例、方法例、又はこれらの組み合わせは、例えば、機体１１１８及び／又は内装１１２２のような航空機１１０２の組み立てを実質的に効率化するか、又は航空機１１０２のコストを削減することにより、構成要素／サブアセンブリの製造１１０８及び／又はシステムインテグレーション１１１０において利用され得る。同様に、システムの例、方法の例、これらの組み合わせのうちの１以上は、航空機１１０２の運航期間中に、例えば（限定するものではないが）整備及び保守１１１６のために利用され得る。
【００５５】
開示された実施例の態様は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせにおいて実装され得る。個別或いは組み合わせのいずれかの、システムの様々な要素は、プロセッサによって実行される機械可読記憶デバイスにおいて有形に具現化されたコンピュータプログラム製品として実装され得る。実施例の様々なステップは、入力において動作し、出力を生成することによって機能を実施するために、コンピュータ可読媒体上に有形で具現化されたプログラムを実行するコンピュータプロセッサによって実行され得る。コンピュータ可読媒体は例えば、メモリ、例えばコンパクトディスク、又はフラッシュドライブ等の可搬型の媒体であってよく、これにより、開示された本開示の態様を具現化するコンピュータプログラムが、コンピュータに読み込まれ得る。
【００５６】
上述の方法及びシステムは、航空機の文脈で説明されている。しかし、本開示の方法及びシステムは、様々な用途向けに適切であり、本開示は、航空機製造用途に限定されないことを、当業者は明確に理解するだろう。例えば、本開示の方法及びシステムは、例えば、ヘリコプター、客船、自動車、海洋製品（ボート、発動機船など）などを含む、様々な種類の輸送体内に実装されてよい。輸送体ではない用途も考えられている。
【００５７】
また、上述の説明は、複合材を硬化させるための方法及びシステム並びに関連する微小亀裂抵抗性複合材が、様々な規制（例えば、民間、軍事など）に準拠して航空産業において飛行機の部品の製造を可能にすると説明してきたが、本開示の方法及びシステムは、適用可能な産業標準にしたがって任意の産業において部品の製造を容易にするために実装され得ると考えられる。特定の方法及びシステムは、特定の用途に応じて選択及び調整されてよい。
【００５８】
更に本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
条項１．
熱硬化性樹脂（１２）、強化材料（１４）、及び熱可塑性添加物（１６）を含む、複合材（１０）を硬化させるための方法（１００）であって、前記熱可塑性添加物（１６）は、溶融開始温度（Teim）を有し、前記方法（１００）は、
前記熱硬化性樹脂（１２）の樹脂温度（TR）を高めるために、前記複合材（１０）を加熱すること（１１０）、及び
前記加熱（１１０）中に、前記熱硬化性樹脂（１２）が９８パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）を含む、方法（１００）。
条項２．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約８５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項３．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約８０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項４．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約７５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項５．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約７０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項６．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約６０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項７．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約５０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項８．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約４０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項９．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約３０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１０．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約２０パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１１．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約１パーセントの硬化の程度（DC）に達した後でのみ、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１２．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約５パーセントの硬化の程度（DC）に達した後でのみ、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１３．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約１０パーセントの硬化の程度（DC）に達した後でのみ、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１４．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約５パーセントと約８０パーセントとの間の硬化の程度（DC）を有している間に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１５．
前記樹脂温度（TR）を制御すること（１２０）が、前記熱硬化性樹脂（１２）が約１０パーセントと約７０パーセントとの間の硬化の程度（DC）を有している間に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御することを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１６．
前記熱硬化性樹脂（１２）がエポキシを含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１７．
前記強化材料（１４）が炭素繊維を含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項１８．
前記強化材料（１４）が少なくとも２つのプライ（１８、２０）を備え、前記熱可塑性添加物（１６）が前記２つのプライ（１８、２０）の間に配置される、条項１に記載の方法（１００）。
条項１９．
前記熱可塑性添加物（１６）が、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエステル、ポリエーテルスルフォン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン-1、アクリル、ポリ（メタクリル酸メチル）、ナイロン、及びそれらの組み合わせから成る群から選択された要素を含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項２０．
前記熱可塑性添加物（１６）の前記溶融開始温度（Teim）が、摂氏約１６０度と摂氏約１９０度との間の温度である、条項１に記載の方法（１００）。
条項２１．
前記強化材料（１４）及び前記熱可塑性添加物（１６）がプリフォーム（５０）を備え、前記方法（１００）が更に、前記熱硬化性樹脂（１２）を前記プリフォーム（５０）の中に注入すること（２２０）を含む、条項１に記載の方法（１００）。
条項２２．
前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を高めるために、前記複合材（１０）を加熱すること（１１０）が、前記樹脂温度（TR）を最大硬化温度（TM）に高めるために、前記複合材を加熱することを含み、前記最大硬化温度（TM）が、前記溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏５度高い、条項１に記載の方法（１００）。
条項２３．
前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を高めるために、前記複合材（１０）を加熱すること（１１０）が、前記樹脂温度（TR）を最大硬化温度（TM）に高めるために、前記複合材を加熱することを含み、前記最大硬化温度（TM）が、前記溶融開始温度（Teim）よりも少なくとも摂氏１０度高い、条項１に記載の方法（１００）。
条項２４．
条項１に記載の方法（１００）によって製造される硬化された複合材（１０）。
条項２５．
エポキシを含む熱硬化性樹脂（１２）、炭素繊維を含む強化材料（１４）、及び熱可塑性添加物（１６）を含む、複合材（１０）を硬化させるための方法（２００）であって、前記熱可塑性添加物（１６）は、摂氏約１６０度と摂氏約１９０度との間の溶融開始温度（Teim）を有し、前記方法（２００）は、
前記強化材料（１４）及び前記熱硬化性樹脂（１６）を含むプリフォーム（５０）をオーブン（３０２）の中に配置すること（２１０）、
樹脂注入プリフォーム（５０’）を生成するために、前記熱硬化性樹脂（１２）を前記プリフォーム（５０）の中に注入すること（２２０）、
前記熱硬化性樹脂（１２）の樹脂温度（TR）を高めるために、前記樹脂注入プリフォーム（５０’）を加熱すること（２３０）、並びに
前記加熱（２３０）中に、前記熱硬化性樹脂（１２）が約５パーセントと約８５パーセントとの間の硬化の程度（DC）を有している間に、前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記樹脂温度（TR）を制御すること（２４０）を含む、方法（２００）。
条項２６．
熱硬化性樹脂（１２）、強化材料（１４）、及び熱可塑性添加物（１６）を含む、複合材（１０）を硬化させるためのシステム（３００）であって、前記熱硬化性樹脂（１２）は樹脂温度（TR）を有し、前記熱可塑性添加物（１６）は溶融開始温度（Teim）を有し、前記システム（３００）は、
オーブン温度（TO）を有するオーブン（３０２）、
前記オーブン温度（TO）を検知するために配置された第１の温度センサ（ST1）、
前記オーブン（３０２）内に配置されたツール（３０６）であって、その上の前記複合材（１０）を支持するためのツール表面（３０８）を画定するツール（３０６）、
真空バッグ（３１０）であって、前記真空バッグ（３１０）と前記ツール（３０６）との間の注入空間（３１２）を画定するように前記ツール（３０６）に結合された真空バッグ（３１０）、
前記注入空間（３１２）に前記熱硬化性樹脂（１２）を供給するために前記注入空間（３１２）に流体結合された樹脂源（３１４）、
前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を検知するために配置された第２の温度センサ（ST2）、並びに
前記第１の温度センサ（ST1）、前記第２の温度センサ（ST2）、及び前記オーブン（３０２）と通信するコントローラ（３５０）を備え、前記コントローラ（３５０）は、前記複合材（１０）の硬化中に、前記熱硬化性樹脂（１２）が約８５パーセントの硬化の程度（DC）に達する前に、前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）が前記溶融開始温度（Teim）を超えるように、前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を制御する、システム（３００）。
条項２７．
前記コントローラ（３５０）は、前記オーブン温度（TO）を少なくとも部分的に制御することによって、前記注入空間（３１２）内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を制御する、条項２６に記載のシステム（３００）。
条項２８．
前記コントローラ（３５０）は、前記樹脂源（３１４）から前記注入空間（３１２）に流れる前記熱硬化性樹脂（１２）の流量を更に制御する、条項２６に記載のシステム（３００）。
条項２９．
前記第２の温度センサ（ST2）が、前記注入空間(３１２)内の前記熱硬化性樹脂（１２）の前記樹脂温度（TR）を間接的に検知する、条項２６に記載のシステム（３００）。
条項３０．
前記注入空間（３１２）内に配置された流れ媒体（３２０）を更に備える、条項２６に記載のシステム（３００）。
条項３１．
前記ツール（３０６）の前記ツール表面（３０８）上に配置されたプリフォーム（５０）を更に備え、前記プリフォーム（５０）は、前記強化材料（１４）及び前記熱可塑性添加物（１６）を含む、条項２６に記載のシステム（３００）。
【００５９】
本開示の、複合材を硬化させるための方法及びシステム並びに関連する微小亀裂抵抗性複合材の様々な実施例が示され、説明されたが、当業者は、本明細書を読むことで、変形例を想起し得る。本出願は、かかる変形例を含み、且つ特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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