(57)【要約】中空ミクロスフィアなどの小粒子（１１）を、マトリックス材料（１３）中に高密度で含む新規な複合材料（１２）を開示する。ミクロスフィア（１１）は、隣接するミクロスフィアが互いに接触するか、または非常に近接して位置するように、マトリックス材料（１３）中に密に充填される。ファイバーフランキングを、小粒子（１１）及びマトリックス材料（１３）を含む複合材料（１２）のコアの層の向かい合う面上に設けても良い。前記複合材料の製造方法および使用方法もまた開示される。
2004520452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス材料；及び
前記マトリックス材料中の複数の粒子；
を含む複合材料であって、前記複数の粒子が、複合材料の約４０体積％乃至約８５体積％の範囲を占める、複合材料。
【請求項２】
前記複数の粒子が、複合材料の約６９体積％乃至約８１体積％の範囲を占める、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記複数の粒子が、複合材料の約７５体積％を成す、請求項１に記載の複合材料。
【請求項４】
前記複数の粒子が、互いに異なるサイズを有する少なくとも複数の第１粒子及び複数の第２粒子を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項５】
前記複数の粒子が、中空のミクロスフィアである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項６】
前記中空ミクロスフィアが、少なくとも２つの異なるサイズのミクロスフィアを含む、請求項５に記載の複合材料。
【請求項７】
近隣のミクロスフィア間のいかなる所与の距離もが、最も小さいミクロスフィアの直径よりも小である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項８】
前記複数の粒子の実質的に全てが、近隣の粒子と接触している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項９】
前記粒子が、セラミック粒子、ガラス粒子、プラスチック粒子、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１０】
前記マトリックス材料が、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリウレタン、接着剤、セメント、マトリックス材料バインダー、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１１】
粒子を含む前記マトリックス材料と接触する、少なくとも１つの材料の層を更に含む、請求項１乃至３のいずれか一項の複合材料。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの層が、カーボンファイバー、ガラス繊維、一方向繊維、クロス織り繊維、マット繊維、繊維ブレイド、一方向性ステッチ織りカーボンファイバーブレイド、プラスチック、皮革、ホイル、金属、ラミネート、複合物、熱可塑性プラスチック、熱硬化性物質、樹脂、セラミック、ビニール、剛性物質、可撓性物質、フランキング物質、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１１の複合材料。
【請求項１３】
前記複合材料が、約０．３８乃至約２．２の比重を有する、請求項１乃至３のいずれか一項の複合材料。
【請求項１４】
前記複合材料が、１．０未満の比重を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１５】
約１５体積％乃至約６０体積％のマトリックス材料；及び約４０体積％乃至約８５体積％のミクロスフィア；を含む複合材料。
【請求項１６】
前記マトリックス材料が、約１９体積％乃至約３１体積％であり、前記ミクロスフィアが、約６９体積％乃至約８１体積％である、請求項１５の複合材料。
【請求項１７】
前記マトリックス材料が約２５体積％であり、前記ミクロスフィアが約７５体積％である、請求項１６の複合材料。
【請求項１８】
マトリックスバインダー材料及びミクロスフィアを含み、前記ミクロスフィアが、前記マトリックスバインダー材料よりも大きな体積を有する、複合材料。
【請求項１９】
コアの約１５乃至約６０体積％のマトリックス材料を含むコア；及び前記コアの約４０乃至約８５体積％のミクロスフィア；及び前記コアに接合したフランキング層；を含む、複合材料。
【請求項２０】
前記コアが、コアの反対側に接合したフランキング層を有する、請求項１９の複合材料。
【請求項２１】
前記フランキング層が、実質的にコアを囲む、請求項１９の複合材料。
【請求項２２】
前記フランキング層が、カーボンファイバー、ガラス繊維、一方向繊維、クロス織り繊維、マット繊維、繊維ブレイド、一方向性ステッチ織りカーボンファイバーブレイド、プラスチック、皮革、ホイル、金属、複合物、熱可塑性プラスチック、熱硬化性物質、樹脂、セラミック、ビニール、剛性物質、可撓性物質、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１９の複合材料。
【請求項２３】
マトリックス材料が実質的に粒子で飽和するまで、マトリックス材料中に粒子を混合する工程；
混合したマトリックス材料と粒子とを所望の形状に成形する工程；及び
前記マトリックス材料を硬化させる工程；
を含む、複合材料の製造方法。
【請求項２４】
前記混合工程が、加圧下において粒子を互いに押し合わせることを更に含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
マトリックス材料の一部はフィルターを通過させる一方で、粒子は保持することによって、マトリックス材料の一部を除去する工程を更に含む、請求項２４の方法。
【請求項２６】
混合したマトリックス材料と粒子とに、フランキング層を接合する工程を更に含む、請求項２３の方法。
【請求項２７】
前記フランキング層が、マトリックス材料を硬化させることによって接合される、請求項２６の方法。
【請求項２８】
マトリックスバインダー及びミクロスフィアまたは粒子を含む複合材料であって、前記ミクロスフィアまたは粒子が、前記複合材料に対して、前記マトリックスバインダーよりも大なる重量％を成す、複合材料。
【請求項２９】
複合材料であって、前記複合材料の全重量に基づいて５０重量％までのマトリックスバインダー；及び、約５０重量％以上のミクロスフィアまたは粒子を含む、複合材料。
【請求項３０】
マトリックスバインダー及びミクロスフィアまたは粒子を含む複合材料であって、前記ミクロスフィアまたは粒子が、前記複合材料に対して、前記マトリックスバインダーよりも小なる重量パーセンテージを成す、複合材料。
【請求項３１】
複合材料であって、前記複合材料の全重量に基づいて５０重量％までのミクロスフィアまたは粒子；及び、約５０重量％以上のマトリックスバインダーを含む複合材料。
【請求項３２】
前記複合材料が、前記複合材料全重量に基づいて約３０乃至約４５重量％の前記ミクロスフィアまたは粒子；及び約７０乃至約５５重量のマトリックスバインダーを含む、請求項３１の複合材料。
【請求項３３】
前記複合材料が、前記複合材料全重量に基づいて約３８乃至約４１重量％の前記ミクロスフィアまたは粒子；及び約７２乃至約５９重量のマトリックスバインダーを含む、請求項３１の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に複合材料に関する。より明確には、本発明は、マトリックス材料中に中空ミクロスフィア等の小粒子を高密度で含む複合材料に関する。本発明はまた、前記複合材料及び前記複合材料から製造された製品の、製造及び使用の方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合材料は、様々な応用に用いられている。中空のミクロスフィアもまた、材料への添加剤として使用されている。ミクロスフィアは、塗料、プラスチック、シート成型化合物（ＳＭＣ）、複合材料、射出成形物、接着剤、シンタクチックフォーム、及び他の応用のための、充填物質及び添加剤として使用されている。しかしながら、改善された複合材料が求められている。更にまた、新たな、且つ強化された物質特性を有する新規な物質が常に求められている。
【０００３】
既存の複合材料及び前記材料から製造される製品に伴う問題の例には、重量が大なること、材料の高価なこと、製造コストの高価なこと、及び製造時間の長いことが含まれる。問題の更なる例には、伝熱耐性が不十分なこと、音響効果に乏しいこと、化学耐性に乏しいこと、耐水性または耐湿性に乏しいこと、及び電気特性に劣ることが含まれる。既存の複合材料にはまた、構造部材または高強度物質としての使用のためのわずかなコスト効果しか証明されていない。既存の複合材料によっては十分に得られていない所望の物質特性には、例えば、重量比に対する高い強度、高温及び冷温での絶縁、高い衝撃耐性及び圧縮耐性、高い曲げ係数／剛性、低い比重、化学安定性、サンダビリティ、成形性、加工性、音響性、低誘電率、不燃性、耐水性、低湾曲及び収縮性、従来の金具または接着剤を介して別の物質に接着または付着する性能が含まれる。更にまた、既存の複合材料では、様々な所望の物質特性が一つの物質中に十分に混合されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
より軽い重量、より低いコスト、より低い製造コスト、構造強度、及び他の特性などの、改善された材料及び該材料から製造される製品が、常に求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の新規な複合材料には、マトリックス材料及び、中空ミクロスフィア等の小粒子が含まれる。マトリックス材料中に小粒子の高密度充填が成されるように、マトリックス材料の量に対して多量の小粒子が存在する。該小粒子は、互いに非常に近接して位置し、該小粒子の多くが近隣の小粒子と接触さえしている。前記マトリックス材料は小粒子間の間隙空間を満たす。該複合材料は、体積、重量、及び比率にして、または重量パーセンテージ及び体積パーセンテージにして、マトリックス材料よりも多量の小粒子を含むことができる。
【０００６】
マトリックス材料中における、小粒子のガウス分布またはランダム分布は、マトリックス材料が小粒子によって飽和することによって、またはほぼ飽和することによって起こる。小粒子は、マトリックス材料を押しのけてネットワーク構造を作り出すが、これは著しく強力な物質もしくはコアを与える。マトリックス材料のネットワーク構造は、該複合材料全般に渡る、多数の小粒子の周囲のマトリックス材料の連続性の広がりである。小粒子の均一な分布をもって、前記ネットワーク構造は、マトリックス材料中における「空隙」のほぼ完全に均一な分布となるが、ここではマトリックス材料中において前記小粒子が「空隙」を成している。これは特に、ミクロスフィアが小粒子として使用される場合である。この明細書は、しばしば中空のミクロスフィアに言及しているが、本発明が一般的に小粒子に適合することは理解されるべきである。新規な複合材料から製造される装置に適用される力は、複合材料全般に渡って小粒子及びマトリックス材料によって分配される。硬化前のマトリックス材料及び小粒子の圧縮は、小粒子を分布させること及び複合材料構造から捕捉された空気または気体を除去することを促進する。
【０００７】
例として、本発明の複合材料は、体積にしておよそ４０乃至８５％のミクロスフィア及び体積にしておよそ１５乃至６０％のマトリックス材料（樹脂）なる組成を有してよい。前記複合材料は、所望により別の成分を含むことができる。本発明の、別の、より好ましい複合材料は、体積にしておよそ６９乃至８１％の中空ミクロスフィア及び、体積にしておよそ１９乃至３１％のマトリックス材料という組成を有してよい。本発明の一つの好ましい複合材料は、体積にしておよそ７５％のミクロスフィア及び体積にしておよそ２５％のマトリックス材料という組成を有する。本発明の別の新規な複合材料は、およそ３部の中空ミクロスフィア及び１部の樹脂を含み、粘土またはピザ生地のような粘稠度を有する。本発明の別の複合材料は、体積にしておよそ２５乃至８８％のミクロスフィア及び体積にしておよそ１２乃至７５％のマトリックス材料という組成を有しうる。前記複合材料は、所望により別の成分を含むことができる。例えば、前記樹脂マトリックス材料は、添加剤、離型剤、阻害剤、チキソトロープ（増粘剤）、及び開始剤（樹脂硬化触媒）を含みうる。更なる付加的成分には、以下に限定されないが、例えばチョップドファイバーが含まれ、これは、ミクロスフィアの体積パーセント量を、加えるチョップドファイバーの同じ体積パーセント量だけ低減しうるものである。本発明の新規な複合材料は広範な応用のために使用することができ、広範な方法によって製造することができる。
【０００８】
新規な複合材料の様々な例の組成は、重量による成分の相対量として記載される。これは、基本的な成分材料（マトリックス材料及び小粒子）の所望の量を、前記成分を計量することによってバルク貯蔵から容易に取り出すことができるためである。従って、如何なる所与の成分についても、該成分の相対重量を、組成を表すために使用することができる。しかしながら、前記成分（小粒子及びマトリックス材料）の相対体積量を、組成を示すために使用することができる。これは、マトリックス材料中における小粒子の、所望の密な充填が、該成分の重量ではなくその相対体積に依存するためである。
【０００９】
本発明の別の例には、３Ｍ（登録商標）から入手可能なＳｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）Ｋ４６ガラスバブル及びポリエステル樹脂が含まれる。該複合材料には、複合材料の約３８乃至約４１重量％のミクロスフィア及び複合材料の約７２乃至約５９重量％のポリエステル樹脂が含まれる。ミクロスフィアは、該複合材料中において、樹脂よりも大きな空間を占める。ミクロスフィア及び樹脂の重量は、これらの成分の分子量によって変化し、例えばミクロスフィアの重量％は、マトリックス材料の重量％よりも大きくなりうるし、逆もまた然りである。この例におけるこれらの重量は、コア複合材料（マトリックス材料に加えミクロスフィア）についてのみであり、フランキング繊維（ガラス、アラミド、またはカーボンファイバー）等の如何なる付加的成分も含まない。
【００１０】
新規な複合材料は、物質特性における著しい改善を提供し、例えば複合材料の重量を劇的に低減させる一方で、いくつかの物質特性強度を増大させる。マトリックス材料中における中空ミクロスフィアの密な充填はネットワーク構造を提供し、一つのミクロスフィアから次なるミクロスフィアに、全方向へのランダムな経路に沿って接線圧力が与えられることにより、該複合材料は著しい強度及び他の特性を示す。新規な複合材料を製造する一つの方法では、マトリックス材料及びミクロスフィアの混合物を圧縮し、過剰なマトリックス材料をフィルターに通して除去する。前記ミクロスフィアはマトリックス材料中に保持され、互いに非常に近接して位置してランダムなガウス分布をなし、ミクロスフィアの高密度充填を形成する。
【００１１】
新規な複合材料を製造するための別の方法には、小粒子及びマトリックス材料を、小粒子がマトリックス材料中に均等に分布するまで混合することが含まれる。
【００１２】
本発明の技術はまた、密に充填された小粒子、例えばミクロスフィア、ガラス／セラミックスフィア、またはミクロバルーンを、マトリックス材料でカプセル封入するための方法及び前記カプセル封入を含む製品に適合する。マトリックス材料の例には、以下に限定されるものではないが、一般的に樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリウレタン、接着剤、セメント、スーパーグルー、Ｅｌｍｅｒｓ（登録商標）グルー、及び別のバインダー物質が含まれる。前記製品及び方法は、更なる物質、例えば、非限定的に、マトリックス材料中に混合される物質、フランキング物質、繊維、カーボンファイバー、ガラス繊維、アラミド繊維、ラミネート、及び他の物質を含みうる。
【００１３】
本発明の技術はまた、容器中へのマトリックス材料の吹き込みのために真空を利用することによる、容器の内側に物質をマトリックス材料でカプセル封入するための方法、及び前記カプセル封入を含む製品にも適合する。例えば、低レベルの（強度でない）真空圧を吹き込み方法のために利用しても良い。正の圧力もまた、容器中へのマトリックス材料の吹き込みを補助するために使用しうる。カプセル封入される材料の例には、以下に限定されるものではないが、タイル、セラミックタイル、繊維、織製または不織製の繊維、カーボンファイバー、ガラス繊維、クロスファイバー、及び他の材料が含まれる。マトリックス材料の例には、以下に限定されるものではないが、一般的に樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリウレタン、接着剤、セメント、スーパーグルー、Ｅｌｍｅｒｓ（登録商標）グルー、及び別のバインダー物質が含まれる。小粒子、例えばミクロスフィアまたはミクロバルーンは、カプセル封入された物質と共に含まれうる。
【００１４】
本発明を実施するために、望ましいが必ずしも要求されない目的及び利点は、添付の図面及び別紙のクレームを参照しつつ本明細書を読むことにより明らかにすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、多くの異なる形態で実施することができるが、現在好ましい実施態様は、この明細書中に記載され、また添付の図面中に示される。この開示は、本発明の原理を例示するが、本発明の広範な態様を、詳説された実施態様にのみ限定するものではない。
【００１６】
一般的に、本発明の複合材料は、マトリックス材料及び複数の小粒子を含む。前記マトリックス材料は、前記小粒子を高密度で含む。マトリックス材料中において小粒子が高密度であるため、前記小粒子は互いに非常に近接して位置する。近隣の小粒子は、互いに接触さえしうる。典型的には、該複合材料は、マトリックス材料の体積量よりも大なる体積量の小粒子を含む。例えば、一つの新規な複合材料は、マトリックス材料に対して、体積にして約二倍の量の小粒子を有する。
【００１７】
本発明の好ましい実施態様は、複合材料（ミクロスフィア及び樹脂）のコアを有し、該コアの片面又は両面に繊維フランキングを有する、層状構造を提供するものである。該層状構造もしくはサンドウィッチは、あらゆる所望の形状、例えば平面形状、棒形状、または曲面形状を有することができる。繊維フランキングを伴う複合材料のコアは、著しい強度を提供し、且つ非常に軽量である。
【００１８】
本発明の一つの複合材料は、およそ４０乃至８５体積％のミクロスフィア及びおよそ１５乃至６０体積％のマトリックス材料（樹脂）なる組成を有して良い。該複合材料は、所望により別の成分を含むことができる。本発明の、別の、より好ましい複合材料は、およそ６９乃至８１体積％の中空ミクロスフィア及びおよそ１９乃至３１体積％のマトリックス材料という組成を有する。本発明の一つの好ましい複合材料は、およそ７５体積％のミクロスフィア及びおよそ２５体積％のマトリックス材料という組成を有する。本発明の別の新規な複合材料は、およそ３部の中空ミクロスフィア及び１部の樹脂を含み、粘土またはピザ生地のような粘稠度を有する。本発明の別の複合材料は、体積にしておよそ２５乃至８８％のミクロスフィア及び体積にしておよそ１２乃至７５％のマトリックス材料という組成を有して良い。前記複合材料は、所望により別の成分を含むことができる。例えば、前記樹脂マトリックス材料は、添加剤、離型剤、阻害剤、チキソトロープ（増粘剤）、及び開始剤（樹脂硬化触媒）を含みうる。更なる付加的成分には、以下に限定されないが、例えばチョップドファイバーが含まれ、これは、ミクロスフィアの体積パーセント量を、加えるチョップドファイバーの同じ体積パーセント量だけ低減するであろうものである。
【００１９】
この明細書は、便宜上、しばしば中空のミクロスフィアに言及しているが、本発明が一般的に小粒子に適合しており、ミクロスフィアに限定されないことは理解されるべきである。本発明の小粒子は、様々なサイズ及び様々な形状、例えば球形、楕円形、またはいかなる別の形状を有する粒子を含むことができる。該小粒子は、所望により、中空、中密であっても、または別の物質を内部に含んでも、外部を被覆してあってもよい。該小粒子は好ましくは無孔質であるが、所望であれば多孔質であってもよい。
【００２０】
図面の図１は、本発明による新規なコア複合材料１２を有する、一つの新規な装置１０を示す。前記コア複合材料１２には、マトリックス材料及び複数の中空ミクロスフィアが含まれる。ミクロスフィアは、前記ミクロスフィアが互いに比較的近接して位置するように、マトリックス材料中に密に充填されている。付加的材料が、該複合材料１２中に含まれていても、該複合材料１２の外側にあってもよい。該コア複合材料１２は、体積にしてマトリックス材料の量よりも大なる体積量でミクロスフィアを含む。該マトリックス材料は、ミクロスフィアで飽和していても、またはほぼ飽和していても良い。
【００２１】
複合材料１２は、キュアまたは硬化の前に如何なる所望の形状にも成形することができる。また、複合材料１２は、所望により、硬化の後に加工することができる。したがって、新規な複合材料１２から、広範な製品を製造することができる。マトリックス材料を硬化させて複合材料１２を形成する前には、マトリックス材料とミクロスフィアとの混合物は、例えば粘土、パンケーキ生地、またはこね粉に類似する粘稠度を有する。未硬化の複合材料の粘稠度、すなわち、ミクロスフィアとマトリックス材料の相対量は、様々な要因によって異なる。例えば、より多量の（またはより少量の）ミクロスフィアを複合材料に加えて、硬化した材料の強度を比較的に増大（または低減）してもよい。同様に、ミクロスフィアとマトリックス材料との量を、結果的な物質特性を得るために変化させることができる。未硬化の複合材料の粘度はまた、該複合材料から製品を製造するための特定の製造方法によって調整しても良い。未硬化の複合材料は、例えば注型のために低粘度、及び低温成形のために高粘度を有して良い。更に、マトリックス材料は、粉末状樹脂または、プラスチックもしくは別のマトリックス材料のペレットの形態であって良い。
【００２２】
図１に示される装置１０は、複合材料１２製のコア１４、及び前記コア１４の上側及び下側にフランキング物質１６を有する。フランキング物質１６は、コア１４の上面及び下面の一方にあっても、または両方にあっても、またはどちらにもなくてよい。フランキング物質１６が該構造の内部に位置し、コア１４がフランキング物質１６のいずれかの面上にあるか、これを囲んでいることも可能である。フランキング物質１６は、単一層、食い違い状にした層、多層であって、所望により一つのタイプの物質または様々な物質で製造されたものであってよい。マトリックス材料は繊維フランキング１６に溶け込み、繊維フランキング１６をウェットアウトして該フランキング物質１６をコア１４に接着する。マトリックス材料及びミクロスフィアのフランキング物質１６への浸透は、流動複合材料が硬化して複合材料１２となる前に起こる。図１の装置１０は、平板形状を有し、コア１４の上面及び下面の両方にフランキング物質１６を有する。結果として、装置１０は、「サンドウィッチ」形状を有する。好適なフランキング物質１６の例には、以下に限定されるものではないが、カーボンファイバー、ガラス繊維、一方向繊維、クロス織り繊維、マット繊維、繊維ブレイド、一方向性ステッチ織りカーボンファイバーブレイド、カーボンまたは別のフェルト、プラスチック、皮革、ホイル、金属、複合物、熱可塑性プラスチック、熱硬化性物質、樹脂、セラミック、ビニール、剛性物質、可撓性物質、及び他のあらゆる望ましい物質が含まれる。
【００２３】
図２は、コア１４の複合材料１２の一部を拡大して示す。中空のミクロスフィア１１は、互いに接して、即ち近隣のミクロスフィア１１は互いに接触して、または互いに対して僅かな空間をおいたのみで位置する。ミクロスフィア１１は、より小径のミクロスフィア１１がより直径の大なるミクロスフィア１１の間の領域を満たすように、ガウス分布で収まっている。近隣のミクロスフィア１１は互いに比較的に近接して位置し、互いに接触さえしていてもよい。マトリックス材料は、近隣のミクロスフィア１１間の間隙空間１３を満たしてネットワーク構造を形成する。互いに接触していないミクロスフィア１１の近隣では、マトリックス材料がミクロスフィア１１間の空間体積１３を満たす。ミクロスフィアの好ましい分布においては、近隣のミクロスフィア間の実質的な如何なる所与の距離も、最も小さなミクロスフィアの直径よりも小である。
【００２４】
図１及び２を参照すると、複合材料１２のマトリックス材料は、装置１０の意図する目的に適する、如何なるマトリックス材料であってもよい。マトリックス材料の例には、以下に限定されるものではないが、一般的に樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリウレタン、接着剤、セメント、スーパーグルー、Ｅｌｍｅｒｓ（登録商標）グルー、及び別のバインダー物質が含まれる。一般的に、マトリックス材料及びミクロスフィアを、他のあらゆる付加的成分と共に混合し、所望の形状にキュアまたは硬化させる。中空のミクロスフィアは、マトリックス材料の硬化前に該マトリックス材料中に密に充填される。該マトリックス材料は、近隣のミクロスフィア間の空間を満たす。該マトリックス材料は、ミクロスフィアで有効に飽和状態となり、またはほぼ飽和状態となり、密な充填を達成する。複合材料（マトリックス材料及びミクロスフィア）の製造の例を、以下に議論する。マトリックス材料への添加剤の例には、以下に限定されるものではないが、硬化促進剤、促進剤、触媒、脱気剤、及び架橋剤が含まれる。
【００２５】
複合材料１２と共にまたは前記複合材料１２内で使用可能な中空のミクロスフィアは、様々なサイズ、原料、及び特性にて購入可能である。本発明で使用可能な、既存の中空ミクロスフィアの幾つかの例は、３Ｍ（登録商標）及びＺｅｅｌａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．より、３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｇｈｔ（登録商標）ガラスバブル、３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｇｈｔ（登録商標）ガラスバブルフローテッドシリーズ、３Ｍ（登録商標）Ｚ−Ｌｉｇｈｔ（登録商標）Ｓｐｈｅｒｅｓミクロスフィア、及び３Ｍ（登録商標）Ｚｅｅｏｓｐｈｅｒｅｓ（登録商標）ミクロスフィアの名称で入手可能である。該ミクロスフィアは、様々な物質、例えばガラス、セラミック、またはプラスチック製であってよい。該ミクロスフィアは、所望により表面処理、被覆、または着色されたものであってよい。複合材料１２中に使用されるミクロスフィアは、好ましくは様々なサイズ（外径）、例えば約１５ミクロン乃至約１２０ミクロンを有する。中空のミクロスフィアは、典型的には、外径で約１ミクロン乃至約３５０ミクロンの範囲をとり、本発明において使用してよいが、これ以外の直径及び形状も同様に前記新規な複合材料に使用して良い。ミクロスフィアが様々なサイズであるため、より小さなミクロスフィアによってより大きなミクロスフィアの間の空間が満たされる。こうして、マトリックス材料中におけるミクロスフィアのより高密な充填が達成される。マトリックス材料と混合される際に、前記ミクロスフィアは、互いと接触すると小さなボールベアリングとして作用し、これにより相互間で大径及び小径のミクロスフィアをランダムに分布させて、充填密度を最適化し、且つミクロスフィア間の間隙を最少化する傾向がある。ミクロスフィアは様々な壁厚で購入することができ、２５０乃至６０，０００ｐｓｉの範囲の破砕強さによって測定することができる。マトリックス材料中のミクロスフィアの充填密度は、該ミクロスフィアの破砕強さによらず、およそ同じに維持される。ミクロスフィアの別の例は、Ｔｈｅ ＰＱ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより購入可能である。
【００２６】
複合材料１２は、ミクロスフィア及びマトリックス材料以外の付加的成分を含みうる。付加的成分は、以下に限定されるものではないが、ガラス繊維、カーボンファイバー、アラミド繊維、チョップドファイバー、強化繊維、長繊維、ワイヤブレイド、気孔開口または気孔閉口製品用の繊維、樹脂、液体、固体、及びあらゆる他の適切な添加剤を含むことができる。例として、別の成分はまた、炭酸カルシウムまたは硫酸バリウムを充填剤として、ステアリン酸亜鉛を離型剤として、パーライト（絶縁物質）、脱気剤、膨張剤、導電物質、粉末金属、ワームホール冷却のためのロストワックス、チューブ材、ハードウェア挿入物、及び表面挿入物（ガラス、ベニヤ等）を含むことができる。
【００２７】
Ｐｏｌａｒｏｉｄデジタルカメラシステムを備えたＮｉｋｏｎ ＳＭＺ−Ｕ双眼実体顕微鏡を使用して、本発明による複合材料の実施例の写真及びミクロスフィアのみの写真を撮った。図３乃至６の写真は、Ｎｉｋｏｎ及びＰｏｌａｒｏｉｄカメラ及び顕微鏡システムによって撮った。Ｐｏｌａｒｏｉｄデジタルカメラシステムを備えたＮｉｋｏｎ ＳＭＺ−Ｕ双眼実体顕微鏡に使用されている高輝度ファイバ光照明のため、複合材料の架橋表面にぎらぎらする光に圧倒されて、該表面を実際に見ることはできない。該表面を着色または染色することにより、前記「ぎらぎらする光」は劇的に低減される。
【００２８】
図３は、本発明による複合材料のカラー写真である。この実施例の複合材料には、透明な３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）Ｋ−４６ミクロスフィア及び、マトリックス材料としてオフホワイトのエポキシ樹脂が含まれる。該複合材料は、マトリックス材料とミクロスフィアとの対照を示すために黒色に染色された。
【００２９】
黒色Ｒｉｔｔ（登録商標）染料を複合材料の試料の表面に使用し、アセトンで拭って清浄にした。該複合材料の表面をアセトンで拭った後、該染料が表面の「穴」内に残留して、透明なミクロスフィアの幾分かの外部軌跡を示す。該表面の穴は、双眼実体顕微鏡下での観察のために複合材料を切片にカットすることによって、破損または崩壊した中空ミクロスフィアである。表面の穴は、図３において高度に拡大されており、これにより図３を見ると穴（黒色に着色された領域）は実際に存在するものよりもずっと大きな空隙であるかのような印象を作り出している。マトリックス材料中のミクロスフィアの密な充填は、図３に示される。２つのミクロスフィアのサイズは、４１．８８９μｍ及び２６．５３８μｍと測定される。また、５００μｍの基準線を、図３中に示す。
【００３０】
図４は、本発明による別の複合材料のカラー写真である。この実施例の複合材料は、３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）Ｋ−４６ガラスミクロスフィア及び、マトリックス材料としてポリエステル樹脂を含む。
【００３１】
該複合材料を緑色に着色して、マトリックス材料中のミクロスフィアを示した。この試料に使用された緑色着色料は、昇華染料、３７５°Ｆより高温且つ、４００°Ｆまでで昇華する熱伝達染料である。乾燥染料を、複合材料試料の近くに置き、該染料が蒸発し、前記複合材料に接触してこでを着色するように加熱した。顕微鏡は、２０ミクロン未満の、比較的浅い場の深度を有する。場の深度は、焦点内の全てのミクロスフィアを撮影する性能を制限する。しかしながら、明確に目に見えるより大きなミクロスフィアは、２７乃至３７ミクロンのの寸法である。５００μｍの基準線はまた、図４にも示される。図４の写真中では明確に見えないが、より小さなミクロスフィアは、より大きく、且つ目に見えるミクロスフィア間のマトリックス材料中に近接して充填されている。
【００３２】
図５は、本発明による別の複合材料のカラー写真である。この実施例の複合材料は、３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）Ｋ−４６ミクロスフィア及び、マトリックス材料としてポリエステル樹脂を含む。図５の複合材料試料は、図３及び４の複合材料試料の組成物と、同様の組成を有する。
【００３３】
マトリックス材料中のミクロスフィアの密な充填をより明確に示すために、該複合材料を赤色に着色し、より高倍率の顕微鏡を使用した。この試料に使用された赤色着色料は、昇華インクである。５００μｍの基準線は、図５にも示される。
【００３４】
図６は、ガラススライド上で拡大された、ミクロスフィア単独のカラー写真である。透明なミクロスフィアを、清浄なガラススライド上に振りかけ、顕微鏡にセットした。ミクロスフィアの照明を補助するために黒色の背景を用いた。
【００３５】
図７は、中空の内部を備えた外部剛性構造２０を有する装置１８の概要図である。剛性構造２０の内部は、本発明による複合材料で満たされ、該複合材料のコア２２を形成する。該複合材料（ミクロスフィア及びマトリックス材料）を、外部剛性構造２０に吹き込んでコア２２を形成することができる。ミクロスフィアは、該ミクロスフィアが互いに非常に近接して位置するように、マトリックス材料中に密に充填される。例えば、近隣のミクロスフィアの中には、互いに接触しているものがあり、また別の近隣のミクロスフィアは、互いに僅かに空間をおいている。
【００３６】
図７に図示される装置１８は、外部剛性構造２０によって定義されるあらゆる所望の形状を有しうる。外部剛性構造２０を、最初は可撓性物質から形成しても良く、これはその後より剛性になる。例えば、可撓性物質を外部構造２０に使用することができ、これは複合材料２２のコアが硬化するにつれ、より剛性になる。
【００３７】
本発明による装置の別の例を、図８に示す。装置２４は、剛性の外部チューブ２６及び該外部チューブ２６の内側に吹き込まれた複合材料２８のコアを有する。複合材料２８のコアは、マトリックス材料及び、該マトリックス材料中に密に充填されたミクロスフィアを含む。本発明の複合材料の全ての実施態様について、別の成分が該複合材料中に含まれてもよい。装置２４の剛性外部チューブ２６は、断面が円形であるが、如何なる所望の断面形状を有しても良い。
【００３８】
マトリックス材料及びミクロスフィアを含む複合材料３２で製造された別の装置３０が、図９に示される。装置３０は、図７に示される装置１８のような外部構造を含まない。むしろ、複合材料３２は、所望の形態に成型することができる。装置３０の形態はまた、硬化した後に、例えば加工によってマトリックス材料を再成形することによっても成形することができる。図９に示される複合材料３２の角銅形は、単なる例示であって、むろん該複合材料は如何なる所望の形状を達成するために使用することもできる。図９はまた、複合材料３２中に含まれる任意の添加剤の例として、短いチョップドファイバーも示す。
【００３９】
図１０は、新規な複合材料を有する、装置３４の更に別の例を示す。装置３４は、材料３８の層に接合した、裏打ちプレート３６を有する。裏打ちプレート３６は、複合材料４０の層及び任意のフランキング物質層を有する。フランキング物質層４２、４４は、複合材料層４０の層の向き合う側の側面の一方もしくは両方に設けられていても、またはいずれにも設けられていなくても良い。材料３８の層に接合する裏打ちプレート３６は、裏打ちプレート３６のない材料３８の層に比べて、装置３４に利点を与えうる。例えば、複合材料層４０を有する裏打ちプレート３６は、虚弱または脆性の物質、例えば大理石、セラミック、ガラス、石、及び他の脆弱な物質に改善された強度を与える。
【００４０】
【実施例】
ミクロスフィアなどの小粒子を、マトリックス材料中に高密度で含む本発明の複合材料は、新規且つ著しい物質特性を与える。また、該複合材料の以下の例には、複合材料のコア（マトリックス材料及びミクロスフィア）と前記コアの両方の面上の繊維フランキングとの層状構造を含む。該複合材料コアは、マトリックス材料中にミクロスフィアの密な充填を有する。ミクロスフィア間の間隙を満たすマトリックス材料を伴う、ミクロスフィアの密な充填により、該コアには著しい三次元強度が与えられる。複合コアへの繊維フランキングの添加により、強度は更に増大する。
【００４１】
既存の複合材料と別の材料との物質特性を上回って大幅に改善されることが判明した、該複合材料の物質特性には、例えば、熱伝達抵抗性または絶縁性、重量に対する強度、衝撃及び圧縮特性、曲げ係数（剛性）、比重及び真密度、音響特性導電特性、加工容易性、高衝撃耐性、付着性、及び放射／マイクロ波シールド性が含まれる。新規な複合材料の更なる著しい特性には、化学及び腐食耐性、サンダビリティ、低誘電率、低湾曲及び収縮性、耐水性、重量減少、硬度、及び摩擦耐性が含まれる。本発明のこれらの物質特性はまた、未硬化複合材料から装置（例えば自動車のフェンダー、ドア、及びトランク）を成型して、その後成型部品を硬化させる性能を含む。
【００４２】
（試験試料）
新規な複合材料の様々な試料小板（ｐｌａｑｕｅ）を製造し、試験した。試料小板は、複合材料（樹脂及びミクロスフィア）のコアの、平坦な層状構造を有し、前記コアの両面に繊維フランキングを有する（図１参照のこと）。下記の試験結果は、該複合材料構造が著しい強度を有することを示す。バッチ１−４の全ての試料が、コア及び繊維フランキングを含んで５／１６インチ厚さを有する。ミクロスフィアの比重は、その特定のミクロスフィアによって約０．１２乃至２．４０の範囲である。バインダー樹脂もまた触媒、開始剤、及び離型剤の添加剤を含む。
【００４３】
試料小板の圧縮強度を、水平及び垂直の２つの方向で測定した。水平圧縮強度は、水平位置の小板で測定した（すなわち、小板の表面に対して垂直に力を適用した）。垂直圧縮強度は、垂直位置の小板で測定した（すなわち、小板をその端部上に立て、小板の表面に対して平行に、試料の末端から力を適用した）。
全てのバッチ１の試料小板は、マトリックス材料としてポリエステル樹脂を含んでいた。
【００４４】
【表１】
2004520452.tif 000003
【００４５】
バッチ２、試料１−６、８、１０、１１、及び１３は、ポリエステル樹脂を含み、試料７、９、１２、及び１４はビニルエステル樹脂を含む。バッチ２の全ての試料１−１４はキシレン被覆されたＰＱ Ｃｏｒｐ． ＳＧセラミックミクロスフィアを含んでいた。バッチ２、試料１−８は、１インチの幅を有し、試料９−１４は０．５インチの幅を有する。
【００４６】
【表２】
2004520452.tif 000004
【００４７】
バッチ３及び４の全ての試料１−１４は、マトリックス材料としてのポリエステル樹脂及びＰＱ Ｃｏｒｐ． ＳＧセラミックミクロスフィアから製造され、キシレン被覆されていた。バッチ３及び４、試料１−６及び８−１４は単一層線形炭素繊維フランキングを有し、試料７は二層線形炭素繊維フランキングを両面に有する。ベールは、試料７の各二層炭素繊維フランキングについて、互いに向き合っている。
【００４８】
【表３】
2004520452.tif 000005
【００４９】
（耐熱性）
新規な複合材料は、著しい熱伝達耐性特性を示す。該複合材料製の試験試料小板に、熱伝達試験を行った。試験試料小板の複合材料には、Ｃｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１がマトリックス材料として、及び３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）Ｋ−４６ガラスバブルが中空ミクロスフィアとして含まれる。試験試料小板は、該複合材料の５／１６インチの壁厚さを有していた
【００５０】
約７５８°Ｆの出口温度を有する手持ちブロードライヤーを、該複合材料小板の正面が約７５８°Ｆの温度に達するように、前記正面に近接させて長時間保持した。該小板の裏面（逆側）には、著しい温度上昇は見られなかった。該複合材料の裏面は、およそ室温に維持され、触れても快適であった。
【００５１】
マトリックス材料中に高密度で存在する中空ミクロスフィアにより、ほぼ完全な断熱材が提供される。該複合材料構造は、該構造の表面、またはその近辺にて、極端な温度から隔離することにより、そうしなければ脆弱であるエポキシを、高熱による著しい劣化から保護する。これは、ほとんどのエポキシもしくは樹脂が、手持ち式ブロードライヤーによって発せられる熱などの長期間の高温に曝されると著しく劣化することから、重要である。フェノール樹脂は、高温及び低温の両方の極端な熱の適用のためにはエポキシよりも好まれ、試験した試料エポキシベース複合材料よりもより高い性能を提供するであろう。
【００５２】
複合材料試験小板との対照として、ミクロスフィアを含まないが同様のエポキシも同様の方法で試験した。エポキシのみを含む小板は、ゴム様物質に変化し、その後高温下でかなり迅速に化学的に崩壊した。高温応用のために処方された高温樹脂が数多くある一方で、本発明の複合材料は熱伝達性能が著しく改善され、また高温応用のために材料の重量を低減したものである。
【００５３】
該複合材料の絶縁特性を更に例示するために、プロトタイプのカラフェを、およそ１／２インチの壁厚で製造し、１インチのＣｅｌｏｔｅｘ（登録商標）絶縁板片を、密閉蓋として前記容器の上にのせた。該複合材料のカラフェには、マトリックス材料としてＣｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１が、中空ミクロスフィアとしての３Ｍ（登録商標）Ｋ−４６ Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）ガラスバブルと共に含まれていた。蓋付きＴｈｅｒｍｏｓ（登録商標）ボトル（二重のクローム壁ボトルであって、前記壁間に真空を有する）を比較の目的で使用し、特に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）バケツである第三のプラスチック容器をコントロールとして使用した。
【００５４】
各容器を、１５４°Ｆの水８オンスで満たした。該容器は約７０°Ｆの環境温度におき、水を満たす前には予熱しなかった。全ての容器中において、水の温度計測のためにデジタル温度計を使用した。温度計測は、３時間半の周期で定期的に行った。Ｔｈｅｒｍｏｓ（登録商標）ボトルと比べて、複合材料カラフェは同様の性能であり、すなわち同様の温度損失を示した。Ｔｈｅｒｍｏｓ（登録商標）ボトルは、壁が薄いために、より厚い壁の複合材料カラフェと比べて、その起こす温度損失が少なかった。下記の温度データ及びグラフは、３つの容器についての水の温度損失試験の比較結果を示す。
【００５５】
【表４】
2004520452.tif 000006
【００５６】
新規な複合材料の著しい熱伝達耐性特性の別の例である、試料複合材料を、非常に低温での液体窒素の保持について試験した。新規な複合材料の試料容器を、厚さ３インチをもたせて製造した。該複合材料容器には、マトリックス材料としてＣｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１が、中空ミクロスフィアとしての３Ｍ（登録商標）Ｋ１ガラススフィアと共に含まれていた。約−３２８°Ｆの液体窒素を、複合材料容器内に仕込んだ。液体窒素の温度を、８時間に亘って測定した。８時間の試験期間に亘り、複合材料容器の底部外側に、温度プローブを配置した。温度プローブにより、二重のプローブ観察が可能になり、７０°Ｆ（上下約４°Ｆ）の環境温度が観察された。該容器の底部外側にもプローブが含まれていた。８時間の試験の間、容器プローブの内側および外側の間の温度差に変化はなかった。また、液体窒素は依然として容器内に存在し、これは−３２８°Ｆの一定温度に維持されていた。注目すべきことに、該複合材料容器の絶縁による容器プローブの外側の温度に低下はなかった。
【００５７】
ミクロスフィアの多い複合材料は、炎が該材料に適用され、その後取り除かれる場合には自己消火性であり、燃焼を持続させないであろうと思われる。
【００５８】
（重量比に対する強度）
新規な複合材料はまた、重量比に対する著しい強度特性を示すが、これは高い強度及び低重量を有する複合材料を意味する。高密度のミクロスフィアと共にマトリックス材料を有する複合材料の構造により、重量に対する強度の特性の改善を可能にする。
【００５９】
製品部品を製造するための、カーボンファイバー、ガラス繊維、アラミド繊維、天然の、または別の高強度材料の使用における、基本的なアプローチは、型または形状の上から、予め織製し、且つ樹脂を浸透させた材料の多数の層を積層させることである。型を閉じて固定し、オートクレーブで加熱する。予備浸透させた材料の場合には、前記層に、オートクレーブ内にて約７５ｐｓｉの圧力をかける。単一部品（ｓｉｎｇｌｅ ｐａｒｔ）ポリエステル樹脂は、熱活性化（典型的には２００°Ｆより高温）させ、前記部品を一定期間維持して捕捉された空気を排出させ、該部品を硬化させる。この方法は遅く、オートクレーブは非常に高価である。ほとんどの応用（例えばトラックフードまたはボディパネル）について、剛性及び衝撃耐性を達成するために、多層の布が要求されるか、またはランダムな繊維の高度充填が前記マトリックス材料に加えられて、例えばＳＭＣ（シート成型化合物）等の前記部品が製造される。この最終的なサンドウィッチ層または高度充填樹脂化合物は、マトリックス材料中に混入して密に充填したミクロスフィアを有する新規な複合材料から製造される同様の製品部品と比較した場合に、比較的重い部品をもたらす。新規な複合材料のミクロスフィアを織生地に浸透させた場合には、純粋樹脂がより軽いミクロスフィアによって押しのけられるために、前記部品の最終重量はさらに低減される。これはまた、マトリックス材料内における繊維の列を安定化し、外部圧力に曝された際には隣接する繊維の側面負荷及びより小さな内部シアーを可能にする。
【００６０】
トラック座席を傾けるために使用される、アルミニウムダイキャストシートリフタアーム（シート一つ毎に２つのリフタアーム、それぞれが該リフタアームの穴に挿入した軸ピンを一端としてその周囲を旋回する）を、新規な複合サンドウィッチ材料を使用して複製し、そのアルミニウム対照物に対して、該部品のの総重量の約６８％を除去する一方で劇的な強度増大を得た（前記リフタアームに要する強度要求を約５５０％上回る）。該複合材料シートリフタアームは、マトリックス材料としてＣｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１を、中空ミクロスフィアとしての３Ｍ（登録商標）Ｋ−４６ Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）ガラスバブルと共に含む。該複合材料リフタアームは、その両側が、９０°の繊維方向及び４６Ｋカーボンファイバーをもって、商業等級のクロス織りカーボンファイバーでフランキングされている。マトリックス材料中における高密度のミクロスフィアは、該マトリックス材料中においてほぼ完全なネットワーク構造を作り出す球形の空隙として作用すると考えられる。該ネットワーク構造は、ハニカムボードのアルミニウム、チタン、または非鉄対象物よりも格段に優れている。新規な複合材料の圧縮強度は、ミクロスフィアが高密度充填されたマトリックス材料のネットワーク構造から誘導され、ミクロスフィアの破砕強度のみから誘導されるのではないと考えられる。したがって、重量に対する最終的な構造強度の特性を最大化するためには、おそらく最軽量のミクロスフィアを使用することが望ましい。
【００６１】
新規な複合材料の著しい強度は、該複合材料が、力による側面負荷を受けた場合に特に大である。図１を参照すると、側面負荷は図の紙面に対して垂直の力を適用しており、すなわち該力は、フランキング層１６の表面に適用されているというよりも、断面を見せている複合材料の側面に適用されている。該複合材料コア１４は、繊維フランキング層１６間のスペーサーとして作用する。該複合材料コア１４は、製造工程の間に繊維フランキング層１６を飽和（ウェットアウト）させる。繊維間のフランキング材料１６に浸透する複合材料コア１４は、前記繊維をその方向（例えば線形方向）に固定し、繊維束中の各繊維を、力がかかった際の摩擦または破損に対して保護する。
【００６２】
（衝撃及び圧縮特性）
新規な複合材料はまた、著しい衝撃及び圧縮特性を示す。４６Ｋ線形カーボンファイバーフランキングを備えた、幾つかの５／１６インチ厚さの複合材料バー試料を製造した。該複合材料は、マトリックス材料としてＡＯＣポリエステルＥ−９２０樹脂を、ＰＱ−ＳＧシラン被覆セラミックミクロスフィアと共に含み、カーボンファイバーフランキング層が該試料の両面に施されていた。重量にして、該コアは４８％のミクロスフィア及び５２％の樹脂を含む。このバーについての試験結果は、ノッチ無しアイゾッド衝撃評価２６；曲げ強度２７，７９０；曲げ係数４，８５１，０００、及び圧縮強度１５，６９０を示す。
【００６３】
別の試料複合材料ボードを製造し、ドリルで穴を開けて３／８インチのボルトで２−１／２インチ角の鉄ブラケットに固定した。該複合材料コアは、３９重量％の３Ｍ（登録商標）Ｋ−４６ミクロスフィア及び６１重量％の樹脂を含んでいた。フランキング繊維は、付加的であった。試料ボードを、レバーとして外側に延びる、およそ２−１／２フィートの角鉄で、取付万力にきつく固定した。固定した構造を外す試みとして、角鉄レバーに全体圧をかけた。該複合材料は依然完全であり、破砕しなかった。また、クランプ３／８インチボルトは、過去およそ６ヶ月の間に緩んでおらず、新規な該複合材料のこの上なく高い圧縮特性を示した。
【００６４】
従来のハニカムボードは、サンドウィッチ構成内でのハニカム材料の著しい間隔のために、別の構造体への付着または固定が非常に困難であることに注意すべきである。既存のハニカムボードは、別の構造体に固定された場合には容易に圧縮し、経時的に更に圧縮して、結果としてその固定されたアッセンブリが緩むことになる。既存のハニカム構造体には、破壊強度を改善する試みとして支持挿入物が添加されてきた。しかしながら、これはハニカムボードの費用を著しく増大させると共に、元々ある非挿入ハニカムボードを支持挿入物を備えたハニカムボードで置き換えることは困難となりうる。新規な複合材料製のボードは安価で、支持挿入物を必要とせず、使用が容易であり、例えば該複合材料製の床板は、リベット、ボルト、または接着剤によってを取り付けることができる。
【００６５】
新規な複合材料「サンドウィッチ」の小片を取付万力に挿入し、万力を強力に締めても、該複合材料は破壊されず、既存の複合材料に予期されるように、該複合材料が粉々になることもない。該複合材料は、マトリックス材料としてＣｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１を、中空ミクロスフィアとしての３Ｍ（登録商標）Ｋ−４６ Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅガラスバブルと共に含み、４６Ｋ線形カーボンファイバーフランキング層が、該試料の両面に施されていた。該複合材料コアには、３９重量％の３Ｍ（登録商標）Ｋ−４６ミクロスフィア及び６１重量％の樹脂が含まれていた。更に、同様の新規な複合材料のボードをハンマーで強力にたたいても、該構造体には目立った影響はなかった。こうした特性は、複合材料には非常に希であり、というのもこれらは、たたかれ、別の構造体に固定され、または特に設計された調節の無い場合には、破壊的に劣化するのが常だからである。さらにまた、新規な複合材料は、研磨、穴開け、及び切断を含む伝統的な木工設備を使用して容易に加工することができる。
【００６６】
（曲げ係数（剛性））
新規な複合材料はまた、著しい曲げ係数（剛性）特性を示す。パレットは、新規な複合材料によって与えられる、著しく改善された剛性を示す製品の一例である。既存のパレットは、プラスチックを使用して製造されてきた。しかしながら、プラスチックパレットは、酷使される応用のためにさらなる補強材料を含むものであった。ある既存のプラスチックパレットには、政府及び食品市場仕様に見合うように、角形の１／８インチ壁のアルミニウムチューブ（１インチ×１インチ×４０インチ）が補強挿入物として含まれる。各パレットは、総計約９．６ポンドの重量になる五つのアルミニウムチューブを要する。工業的要件の一つは、２８００ポンドの均一な重量負荷を４０インチ×４８インチのプラスチックパレット上に分布させた場合に、強化アルミニウムバーが中心点において１／２インチの偏差を越えてはならないということである。該パレットは、１０日後にも１／２インチの偏差を超えないように、その４８インチの端部両方に沿って支持される。該パレットは、熱、低温、及び湿度を含む環境変化に曝される。
【００６７】
新規な複合材料製のバーが製造され、上述の偏差要件を満たす。該バーには、４８重量％のＰＱセラミックミクロスフィア及び５２重量％の樹脂を有する複合材料コアが含まれ、４６Ｋ線形カーボンファイバーでフランキングされている。新規な複合材料バーは、アルミニウムに対して約６．８３ポンドの総重量減少（７５．６％減少）、及びスチールに対して約２５．８ポンドの総重量減少（９２．１４％減少）を伴って必要な剛性を発揮し、かかったコストはアルミニウムと比較して著しく低かった。
【００６８】
（比重）
新規な複合材料は、著しい比重特性も示す。新規な複合材料の試料を、３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅガラスバブル＃Ｋ４６とＣｉｂａ８６０１樹脂マトリックス材料とを利用して製造し、両側に４６Ｋフランキングカーボンファイバー層を設けた。Ｋ４６ ３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅガラスミクロスフィアは、０．４６（ｇ／ｃｃ）の真密度を有する。樹脂及びファイバー層は、いずれも１．０を著しく越える比重を有する。しかしながら、試料複合材料は、実際には水に浮き、推定される比重はおよそ０．８０である。一般的には、新規な複合材料は、約０．３８乃至約２．２、好ましくは１．０未満の比重を有しうる。該比重は、より密なコア材料を使用する場合には、１．０を越えてもよい。
【００６９】
Ｃｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１をマトリックス材料として有し、３Ｍ（登録商標）Ｋ１中空ミクロスフィアを有する本発明の試料複合材料は、０．３８の比重を有する。複合材料には、約２５体積％の樹脂及び約７５体積％のミクロスフィアが含まれる。長方形の複合材料コアの両側に、線形２４Ｋ織製カーボンファイバーフランキングを加えることにより、コアの厚さによって比重が約０．７１まで増大する。
【００７０】
（音響効果）
新規な複合材料はまた、著しい音響特性を示す。該新規な複合材料の１／２インチ厚さのボードを製造し、遮音について試験した。試料複合材料ボードには、Ｃｉｂａツーパートエポキシ樹脂＃８６０１をマトリックス材料として含み、３Ｍ（登録商標）Ｋ１中空ミクロスフィアを含む。該複合材料には、約８５重量％の樹脂及び約１５重量％のミクロスフィアが含まれる。Ｋ１スフィアの比重は、０．１２５である。試料複合材料ボードは、Ｂｏｓｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ（登録商標）コンパクトスピーカーへの音声出口を、該ボードをスピーカー出口に寄せて設置して遮断することによって試験した。デカップリング音響フォーム隔膜を、フランキングノイズを遮断するためにスピーカーの側面に沿って配置した。スピーカーのスイッチを入れたところ、音量の低減が観察された。この複合材料試料は、最も困難な低周波数バス音を含む音響出力を著しく減少させた。
【００７１】
新規な複合材料の遮音特性及び高強度により、該複合材料は、住居用及び商業用構造物のために使用することができる。例えば、住居用及び商業用の構造物のための、内壁及び外壁のいずれにも使用可能な壁パネル（例えば４フィート×８フィートまたは４フィート×１０フィートの壁パネル）が、該複合材料から製造可能である。該複合材料の壁は、アルミニウムまたはビニールの壁板、石または煉瓦、及び遮音建材を上回る利点を提供するであろう。また、高湿度の気候において、漆喰を含む多くの壁被覆材料は、捕捉された湿分または水分が壁の間に入るとひどく劣化する。新規な複合材料から構成された壁は、湿分を含む実質的に全ての環境要因から、影響を受けないであろう。
【００７２】
（導電特性）
新規な複合材料はまた、該材料中にカーボンファイバーを含むことによって著しい導電特性を示しうる。カーボンファイバーを含む新規な複合材料の試料を製造し、電流を該試料に適用した。重量にして、コアは３９％の３Ｍ（登録商標）Ｋ−４６ミクロスフィア及び６１％の樹脂を含んでいた。該コアは、カーボンファイバー４６Ｋでフランキングした。電流源を該試料複合物サンドウィッチの片面、とりわけカーボンファイバーに接続したところ、該複合材料試料の温度は、該試料に明確な損傷を与えることもなく著しく上昇した。該試料複合小板は、１秒未満のうちに高温まで均一に昇温し、これは触れると火傷する程であった。電気伝導性カーボンファイバーが熱発生源として作用する一方で、マトリックス材料及びミクロスフィアコアは電気絶縁性である。カーボンファイバー以外の導電性物質もまた使用することができる。
【００７３】
電気伝導性添加剤、例えばカーボンファイバーを有する複合材料は、制御された方法において熱を発生するために使用することができ、所望の表面を均一に加熱することができる。例えば、全壁面または別の表面を、該複合材料を使用することによって加熱することができる。変圧器または別の電気制御装置を使用して、該複合材料に適用される電流の量を制御することができ、よって該複合材料によって発生する熱量を制御することができる。
【００７４】
該複合材料で構成された壁の使用は、従来のガス熱風、電気ベースボード、温水ラジエータ、及びプロパン暖房と比べて、部屋の暖房のためには大躍進であろう。複合材料を使用する、こうした部屋暖房構造物はまた、軍用、娯楽用、永年または一時用のシェルター、及び別のシェルターとしても多大な可能性を提示する。別の応用には、以下に限定されるものではないが、例えば、加熱した外科用または医療用テーブル、緊急車両ストレッチャー、及び例えば女性の乳房造影装置などの医療試験装置が含まれる。低温の表面に曝された際に患者が不快感を経験することは不要であり、新規な複合材料の使用によっておそらくは取り除くことが可能であろう。
【００７５】
（赤外線周波数及び伝送シールド）
新規な複合材料はまた、Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ／Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ （ＥＭ／ＲＦＩ）について、著しい赤外線周波数及び伝送シールド特性を示す。該複合材料で製造した小板の表面または内部に銅粉末または同等の物質を供給することによって、該小板は内部及び外部の伝送波をいずれも独特にシールドすることができる。赤外線及び伝送シールドのための応用の例には、軍事応用、軍事分野自動車、航空機、水上機、及び赤外線探知からのシールド要員を含みうる。該複合材料は、衛星または他の調査技術による伝送検出を避けるために使用可能である。
【００７６】
（成形性）
新規な複合材料の別の特性は、成形性である。該複合材料は、マトリックス材料の硬化前に所望の形状に容易に成型することが可能である。また、剛性の該複合材料は、該マトリックスが硬化した後に、例えばすり割り、切削、機械加工、研磨、造型、及びダイス切断等により容易に成形することが可能である。
【００７７】
（該複合材料の製造方法の例）
本発明の新規な複合材料を製造するためには、様々な方法を使用することが可能である。該複合材料の製造のために使用されうる幾つかの方法は、下記の通りである。これらの製造方法は、該複合材料の板、または例えばゴルフクラブドライバーのヘッドなどの成形部品の製造のために使用することができる。
【００７８】
（混合及び成型）
新規な複合材料の製造方法の一つの例は、未硬化複合材料を混合すること、混合した該複合材料を所望の形状に成型すること、及びその後、成型複合材料を硬化させることである。小粒子、例えば中空のミクロスフィアを、マトリックス材料と混合し、ミクロスフィアの所望の密度及び前記材料の所望の粘稠度が達成される。例えば、充分なミクロスフィアを、マトリックス材料とよく混合して粘土様未硬化混合物を達成することができる。所望であれば、別の成分を該混合物に混合することも可能である。
【００７９】
未硬化の複合材料混合物は、成型するか、または所望の形状に成形する。むろん、特定の所望の形状を得るために型を使用することも可能である。粘土様の未硬化複合材料は、いっそう容易に、手で所望の形状に成形することさえ可能である。フランキング物質または別の成分を、所望により該マトリックス材料／ミクロスフィア混合物に加えることも可能である。成型複合材料中のマトリックス材料を、その後硬化させて剛性の成型製品を形成する。該複合材料の硬化は、使用されるマトリックス材料によって、様々な方法により達成可能である。例えば、該複合材料を、熱、硬化剤、光、またはマイクロ波によって硬化させることができる。
【００８０】
混合及び成型の方法を利用して、試料複合材料小板を製造した。該試料小板は平坦で、一般的には四角または長方形の形状を有する。中空ミクロスフィアを、自動車用等級ポリエステル（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｇｒａｄｅ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、フェノールまたはビニルエステル樹脂と混合して、前記樹脂をミクロスフィアで飽和させ、粘度様未硬化複合材料混合物のコアを形成させた。粘度様複合材料混合物コアをシート成型化合物（ＳＭＣ）水圧小板プレスで平坦な板様小板形状に平坦化し、その後平坦化したコアを該プレスから取り除いた。乾燥クロス織りカーボンファイバーを、該複合材料コアの両面に適用した。任意に、濾紙（コーヒータイプのフィルターペーパー）を、繊維／コア／繊維サンドウィッチタイプ構造の両面にフランキングし、四辺全てにおいてシールし、繊維／コア／繊維構造を封入してなる、シールしたフィルターバッグを形成した。適当なフィルターペーパーの一つは、Ｄｅｘｔｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ製であり、Ｇｒａｄｅ１１６９７Ｆｉｌｔｅｒ Ｐａｐｅｒと呼称される。封入された構造を、水圧プレスに挿入し、該プレスを加熱し、小板プレスで封入構造をおよそ３分間圧縮した。圧縮の際に加えた熱により前記熱硬化樹脂が硬化した。前記プレスを開けると、試料複合小板がフランキング織りファイバーを完全にウェットアウトしたことが観察され、ミクロスフィアの形跡が、透明な濾紙を通して明確に目に見えた。試料複合材料小板を、約２分半乃至３分間で圧縮して硬化させた。これは、硬化に８乃至２４時間要して、更に硬化後に２乃至６時間要する、低速硬化樹脂成型に比べると著しく速い製造時間である。本発明の複合材料を用いて迅速に製品を製造する性能により、高速製造、連続シート製造ライン、及び製造コストの低減などの著しい利点が得られる。
【００８１】
任意の濾紙は、圧縮の間に未硬化複合材料を包含する役割を果たす。しかしながら、濾紙は必要ではない。例えば、圧縮の間に複合材料を包含するために、型キャビティを有する型を使用しても良い。また、試料複合材料小板は、濾紙を用いない代わりに、織製ガラスマットベールまたは綿ベールを線形またはクロス織りの繊維の裏に使用して、製造されてきた。
【００８２】
更なる試料複合材小板（カーボンフランキングを備えた未硬化粘土様複合材料）を、プレスで５／１６インチ厚さの小板に成形した。プレス圧縮の間に熱は加えなかった。未硬化試料小板をプレスから取り除き、一晩硬化させて試料小板の仕上げとした。これにより、新規な複合材料は低温形成可能なことが示される。また、複合材料製品を迅速（圧縮または成形サイクルに約１０乃至１５秒）製造するために、安価なプレス及び型を使用することもできる。プレスまたは型の外で複合材料製品を迅速に硬化させるために、乾燥またはマイクロ波加熱オーブンを使用することも可能であり、然るにプレス及び型が空いて更なる複合材料製品を形成することが可能である。また、複合材料を、可撓性物質、例えばカーペット、ビニール、及び皮革と接合させ、所望の形状に予備成形し、その後硬化させて硬化後に所望の形状となるようにすることも可能である。
【００８３】
（反応容器）
新規な複合材料の製造方法の一例は、密閉した真空チャンバの中において、型を有する反応容器を使用することによる。該型を真空圧に曝し、マトリックス材料及びミクロスフィアを含む流動複合材料が前記型への入り口を覆う、流動体シールを形成する。流動複合材料は、型の内側と流動複合材料の外側との間の圧力の差異によって型の中へ注入される。型内の複合材料をキュアまたは硬化させた後、成型部分を型から除く。前記型は、前記流動複合材料の型内への注入の前、またはその間、漏れのないように密閉しておく。真空チャンバ内の真空は、適切な時点、例えば複合材料の型への注入の後または注入の前に、前記型が型の内部への気体の漏れを起こさない限りにおいて、開放してもよい。
【００８４】
密閉真空チャンバまたは、例えば末端閉鎖した市販等級のパイプの使用は、閉鎖されたキャビティ型、例えばプラスチックまたはシリコーンの型に注入するために要する、必要な負の真空圧を作り出すために利用することができる。エポキシ、熱硬化物質、またはポリエステル等のマトリックス材料を含む新規な複合材料を、減圧前の密閉真空チャンバに、前記型の入り口上を覆う液体シールとして注入することにより、これらの液体が、ミクロスフィア及びあらゆる添加剤、例えばガラス繊維、カーボンファイバー、ガラスもしくはカーボンファイバーのマットを完全に型内に注入し、その結果実質的に全ての捕捉気体を除去することになる。これは、型表面を反映し、従来の成型傷、ポッパー、及び製品表面の欠陥のない最終製品をもたらす。
【００８５】
複合材料はまた、部品を製造するために使用される型を製造するためにさえ使用することができる。典型的には、成型しようとするほとんどの製品は、予め著しい型押し費用と、高品質プラスチックまたは金属成型用ダイの過剰な需要による製造遅延とを要する。新規な複合材料は、任意に廃棄しうる低コスト注型プラスチック型（例えばプラスチックコア／キャビティ容器）を有効且つ迅速に製造するために使用することができる。所望であれば、複合材料の型の内部は、テフロン（登録商標）被覆、または別の適当な物質で被覆することができ、液体複合材料のロボット注入及び硬化後操作のための多数個取り（マルチキャビティ）トレイ中に容易に設置することができる。複合材料の製造のためのこの方法は、厳密な耐久性、再現性のある１等級表面（ｃｌａｓｓ ｏｎｅ ｓｕｒｆａｃｅ）を要する部品、及び発泡体等のコアを有する部品のために特に望ましい。
【００８６】
図１１は、システム４６の一例及び新規な複合材料の製造方法を図式的に示す。システム４６及び製造方法は、セラミックタイルのカプセル封入による小板の製造に関して説明されるが、システム４６及び方法は、新規な複合材料を有する別の製品の製造にも使用することができる。システム４６及び製造方法によって製造される小板は、面内にあるがぐらつくセラミックタイルの層及び織製布繊維（例えばカーボンまたはガラス繊維）の層を含み、これらのいずれもが、ミクロスフィアを含むエポキシ等の樹脂によってカプセル封入されている。
【００８７】
カプセル封入された小板の製造方法には、可撓性の容器４８の内側へのセラミックタイルの層及び織製布ファイバーの層の設置が含まれる。可撓性の容器またはバッグ４８は、上端が開放され、残りの３側片が気密にシールされている。セラミック板及び繊維の層を有する可撓性の容器４８は、圧力容器５０内に収容される。末端が開放された可撓性容器４８は、二枚の平坦な端板５２によってフランキングされており、圧力容器５０内に収容された膨張性嚢５４は、平坦な端板５２の一つに隣接している。膨張性嚢５４は、一方の平坦な端板５２に向かって膨張し、可撓性容器４８及びセラミックタイルとファイバー層との「サンドウィッチ」に圧力を加える。
【００８８】
ステンレススチール真空タンク５６は圧力容器５０を収容しており、コンピューター制御された真空システム５８に接続されている。流動複合材料６０（エポキシマトリックス材料及びミクロスフィア）は、真空タンク５６の外側の容器６２から真空タンク５６内に収容された別の容器６４にもたらされる。
【００８９】
コンピュータ制御された真空システム５８を作動させ、真空タンク５６から気体分子を除去することによって真空タンク５６に真空を適用する。可撓性容器４８及び圧力容器５０が真空タンク５６に対して開放されているために、可撓性容器４８及びその内容物は真空に曝される。容器６４内に収容された流動複合材料６６もまた真空に曝され、部分的に脱気されてもよい。真空ポンプシステム５８が真空タンク５６中に約０または＋１トルスケール真空を作り出す。約０または＋１トルの真空レベルは、例えば荒引きポンプ６８を使用することによって作り出すことができる。また、所望により分子ポンプ７０を使用することもできる。制御システム７２は、ポンプ工程を制御する。真空は、約３０分間までの時間に亘り適用される。
【００９０】
真空ポンプシステム５８が、可撓性容器４８、セラミック板、、及び可撓性容器４８内のファイバー層、及び容器６４内の複合材料を含む真空タンク５６内の内容物を、著しく脱気するために十分な程、真空タンク５６内に強度の真空を作り出すことは必要でない。
【００９１】
真空タンク５６及びその内容物が真空に曝された後、流動複合材料６６は、容器６４から可撓性容器４８の開放上部に流れ、可撓性容器４８を気密状態に密閉する。真空システム５８を留め、真空タンク５６を常圧に戻す。容器６４内の複合材料６６と可撓性容器４８の内側との間に、圧力差が作り出される。前記圧力差により、複合材料６６は可撓性容器４８に押し込まれ、セラミック板及びファイバーの層をカプセル封入する。複合材料６６が可撓性容器４８に押し込まれる一方で、可撓性容器４８は気密密閉を維持して如何なる気体分子が可撓性容器４８内に入ることも防ぐ。容器６４は、可撓性容器４８の開放端と複合材料６６との間の密閉が破られないように、過剰な複合材料６６を収容する。
【００９２】
可撓性容器４８は、可撓性容器４８中への複合材料６６の進入が監視できるように、透明である。可撓性容器４８が完全に複合材料６６で満たされた後は、カプセル封入された小板を硬化させる。膨張性嚢５４は膨張し、カプセル封入された小板は可撓性容器４８から除去される。可撓性嚢５４は、複合材料注入の前後に、およそ１０乃至３０ｐｓｉで可撓性容器４８及びその内容物に圧力を加えると推定される。
【００９３】
小板を製造する際、システム４６において使用される真空の強度及び持続時間は、容器４８内で繊維内に吸収及び化学吸収された原子及び気体を、実質的に繊維から蒸発させるためには、不十分である。可撓性容器４８中の繊維を、吸収及び化学吸収された原子及び気体が前記繊維から蒸発するようなレベルに脱気することは、小板の性能に劣化を引き起こしうる。吸収及び化学吸収された原子及び気体を除去することによって繊維が脱気されると、エポキシマトリックス材料と前記繊維との間の接合は過剰に強度になる。こうした強度の接合は、投射物に衝突された際に破損しがちな、脆性の小板をもたらすであろう。エポキシマトリックス材料と繊維との、幾分弱い接合が、小板が脆性となることを避け、飛行物体の攻撃に対する耐性の有効度を増大させるために望まれる。システム４６によって製造される小板及び製造方法は、強度ではあるが、幾分「寛容であり」、飛行物体の攻撃に対して有効な保護を提供する。むろん、システム４６及び製造パラメータは、別の応用のためには変化させて良い。
【００９４】
小板の製造のためには、カプセル封入システム４６及び方法が、複合材料６６の注入の間に可撓性容器４８内に気密密閉を維持することが望ましい。気密密閉が可撓性容器４８内で維持されないならば、気体分子が可撓性容器４８内に入り、小板を汚染しうる。例えば、気体の漏れにより、可撓性容器４８に肺って小板を形成する複合材料６６の量を減少させうるし、またエポキシマトリックス材料、セラミック板、及び繊維層の間に作り出される接合を汚染しうる。明らかに、汚染された小板は、飛行物体の投射による損傷に対する防御性能に減少をきたしうる。
【００９５】
システム４６及び製造方法は、一体型マトリックス中にセラミック板及び／またはタイルをカプセル封入するための低コストの製造方法を提供することができる。これはセラミックタイプ、裏打ち材料、及び小兵器攻撃に対する飛行物体保護のためのスポーリングシールドを含みうる。小板は、既存のシステム及び構造体、例えば自動車、戦術シェルター、及び軍服（ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ａｐｐａｒｅｌ）等への調整の容易性を含めて設計することができる。前記小板は、既存の飛行物体構成材料と比べて、著しい重量の減少を示しうる。さらにまた、システム４６及び製造方法は、単一の製造工程で大スケールの兵器小板製造が可能な、コスト的に有効な製造を提供しうる。最終的に、該方法は単一回注入複合シャシー構成物、自動車車体の熱制御システムのためのステルス応用、及び自動車総重量の減少をもたらしうる。
【００９６】
新規なシステム４６及び製造方法により、飛行物体材料の製造のための既存の方法を上回る著しい利点が提供される。様々な脅威の下で、飛行物体性能の改善のために、構成材料の需要が増大している。今日の典型的な構造は、セラミックタイルと、セラミック飛行物体タイルの小型四角アレイに機械的に貼りつけた外部プレプレグスポーリング層とのカプセル化封入を含む。該アレイは、セメント化されたプレプレグの多数の付加的な層で裏打ちされ、前記カプセル封入を自動車に取り付けるために様々な方法が使用される。この方法には、１）満水保管（ｗｅｔ ｈａｎｄ ｌａｙ−ｕｐ）；２）プレプレグ、ハニカムまたは別の裏打ち板、及びセラミックタイルの層間接合弱さ；３）高価な製造方法；４）隣接するタイル間の二次的な損傷；５）現場でのタイル交換；及び６）現場の木、自動車、及び障壁などの障害物との衝突による、自動車における破壊的な武器故障であって、現場外での修理を要するものを含む、幾つかの問題が付随しうる。新規なシステム４６及びカプセル封入方法でこれらの問題を扱っても良いが、本発明を実施することは要しない。
【００９７】
新規なカプセル封入方法は、様々なマトリックス化学組成、繊維直径及び方向（一方向繊維を含む）、ショット含量、及び繊維長を許容する乾燥保管方法である。前記繊維は、「製造されたまま」の形態、最良の性能を求めて加工された、またはセラミック板または粉末等の別の物質とブレンドされた形態で使用することができる。受信停止用機械的挿入物を、あらゆる種類の自動車、航空機、または水上機に搭載するための小板設計に導入することができる。
【００９８】
（シート化方法）
新規な複合材料の製造方法の別の例は、シート化方法の利用による。該シート化方法により、新規な複合材料の板を、連続的に製造するかまたはバッチで製造することができる。該シート化方法の利点には、低コスト製造方法及び複合材料を含む最終製品を製造する性能が含まれる。
複合材料板を製造するためのシート化方法の一つには、以下の工程が含まれる。
１．セラミックまたはガラスのミクロスフィアを予めマトリックス材料に混合し、パンケーキ生地の粘稠度として、流動複合材料を形成する。
２．クッキーシートと類似のパンを使用して、板、または所望の形状を有する別の型形態を製造するための成分を保持することができる。複合材料板の製造のために使用される一つのパンは、６インチ幅×５０インチ長さ×１．２５インチ厚さの寸法を有していた。ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）製のプラスチックの２４ｍｉｌ厚さの可撓性フィルム（寸法２４インチ×５８インチ）を敷きがねとしてパンの中に敷いて、前記流動複合材料及び繊維を加えられるようにした。
【００９９】
３．可撓性フィルムライナーの上に一枚の濾紙を配したが、含浸熱活性化接着剤の側を上に向けた。濾紙は、流動マトリックス材料がフィルターを通過する一方でミクロスフィア及び別の固体添加物がフィルターを通るのを防ぐように選択されるべきであり、例えば前記フィルターの孔サイズは、ミクロスフィアのサイズよりも小さいが、マトリックス材料がフィルターを通ることが可能なほどに十分大きくあるべきである。前記ライナーは、前記パン及びフィルターよりも充分に大きなサイズであって、パン内の成分の上にライナーを折り返してパッケージを形成することができる。
濾紙の使用は任意である。例えば、ベールのライナーを有するカーボンファイバーを使用することができる。これらのベールは、綿または不織ガラス繊維マットである。
【０１００】
４．織り生地（例えば、ガラス、カーボンファイバー、ガラスマット、または高強度アラミドタイプ物質）または別の物質を、パン内の低い方のフィルタのの上に直接置くことができる。これらの物質は、強度の改善または最終生成物に対して望まれる別の特性を提供しうる。ベールライナーを有するカーボンファイバーを使用するならば、前記ファイバーを濾紙に代えてフィルムライナーの上に配置することができる。
【０１０１】
５．マトリックス材料は、ミクロスフィア及びいかなる他の所望の成分とも混合して流動複合材料を形成することができる。前記複合材料は、その後パン内に注入するかまたは均一に分散させ、４番の工程で挙げた物質があれば、これを同様にする。製造生成物の特定の改善のために、更なる増粘剤及び別の樹脂変性剤を加えることも可能である。
【０１０２】
６．工程４番で挙げた物質もまた、流動組成物材料の上に置くことができる。例えば、底の繊維に合う複製材料を、その後流動複合材料の上に置く。最上層の繊維物質が流動複合材料中に沈むのを避けるため、同等サイズの別個の濾紙を繊維層の上にヒートシールするか、またはベールライナーを備えたカーボンファイバーを使用することも可能である。濾紙のポロシティーは、平均的なミクロスフィア直径よりも小であり、このアッセンブリが固定されている場合は液体マトリックス材料のみが通過できる。これはまた、マトリックス材料中のミクロスフィア密度を増大させ、製品重量を低減する。ほとんどの応用においては、重量低減及び強度増大は、望ましい特性である。
【０１０３】
７．濾紙またはベールライナーの上または下に、格子（オフィスにおいて架空照明器具に使用されているものと同様の形状）または空隙を受容するマトリックス材料を有するスペーサーが備え付けられ、サンドウィッチパッケージの上部または底部に圧力が加えられた場合は過剰なマトリックス材料が空隙中に流れ込むようになっている。
【０１０４】
８．可撓性ライナーを、その後積層成分の上部に折り返し、端部をシールして密閉パッケージを形成する。
【０１０５】
９．その後圧力プレートをパン及びパッケージアッセンブリの上に置き、固定する。固定されたアッセンブリは、この後所望に従って、水平方向に９０℃または別の如何なる方向に回転させることもできる。
【０１０６】
１０．固定されたパッケージは、例えば膨張性嚢を備えた幾分寸法の大きな圧力チャンバなどの圧力アプリケータ内に置き、圧力を圧力板にかける。過剰なマトリックス材料が、濾紙またはベールライナーを通過することによって流動複合材料から一掃され、複合材料中のミクロスフィアの密度が増大する。フィルターが断裂するかまたはその側部が破裂することのないよう、徐々に圧力を加える。前記アッセンブリに加えられた圧力を監視し、且つ制御して、適切な圧縮、ミクロスフィアの密度向上、及び過剰のマトリックス材料の除去を確実にする一方で、濾紙及びシールされたライナーの破裂を回避する。過剰なマトリックス材料が濾紙を通過すると、マトリックス材料は格子またはスペーサー中の空隙に入りうる。およそ１０乃至２０ｐｓｉの圧力がパッケージの圧縮に使用され、例えばマトリックス材料をフィルターまたはベールライナーから押出し、ミクロスフィアを互いに近接させる。特定の応用による必要に応じて、別の圧力を使用しても良い。１０ｐｓｉ未満、例えばクランプ圧を伴う手の圧力さえもが、新規な複合材料の成型に使用されている。これらの低い成型圧力は、ＳＭＣまたは別の圧力成型技術について一般に使用されている成型圧力（例えば１０００乃至１２００ｐｓｉ）よりも著しく小である。
【０１０７】
１１．加圧パッケージ中のマトリックス材料をキュアもしくは硬化させた後、前記パッケージを取り外して新規な複合材料が製造される。
【０１０８】
１２．所望であれば、アッセンブリパッケージ内部に捕捉された空気を、前記マトリックス材料を硬化させる前に除去することができる。例えば、未硬化の流動複合材料は、加圧の前及び／または間に真空の適用によって脱気しうる。真空のレベルを調整して所望の量の気体を除去することができ、例えば一般の真空を適用して捕捉された気体を最少化することも、または分子ポンプを使用してより高レベルで脱気することもできる。更にまた、ミクロスフィアはそうでなければ捕捉されていた気体を押しのけるようであり、遮断されない気体の出口通路が製品設計に企画されていれば、気体出口通路が気体を脱出させうる。加圧が捕捉された気体の除去を助ける。
【０１０９】
捕捉された気体が、真空補助装置にもかかわらず、ＳＭＣ成型を含む既存の複合材料製造において進行中の問題であることには留意すべきである。
【０１１０】
（チューブ製作）
新規な複合材料の製造方法の別の例は、チューブ製作工程の使用によるものである。チューブ製作方法には、予め混合した流動複合材料をチューブに吹き込むことが含まれる。マトリックス材料、ミクロスフィア、及び所望であれば他の成分を混合して、予め混合した流動複合材料を形成する。ミクロスフィアは、マトリックス材料中に高密度で混合される。また、補強剤、コア挿入物、または別の挿入物は、流動複合材料の注入の前にチューブ内に設置しうる。チューブ内部の複合材料を、キュアまたは硬化させて成型製品を形成する。
【０１１１】
図８は、チューブ製作方法により製造される装置２４の例を示す。流動複合材料を、剛性の外部チューブ２６に注入し、硬化させて複合材料のコア２８を形成する。
【０１１２】
ミクロスフィアの高密度充填は、ミクロスフィアのマトリックス材料への予備混合によって注入前に達成することができるが、ミクロスフィアの密な充填は更に向上させることができる。一つ以上の開口部をチューブに設けることができ、前記開口部は上述のシート化方法と同様に濾紙で覆われていても良い。流動複合材料は、チューブ中に注入され、過剰なマトリックス材料は濾紙を通過してチューブから出る。チューブ内から過剰なマトリックス材料が押し出される一方でミクロスフィアが維持されることによって、チューブ内のミクロスフィアは、マトリックス材料中にさらに高密度で充填されるであろう。チューブ製作方法は、流動複合材料を別の容器または型に注入することによって、可撓性もしくは非可撓性の容器または型に注入することによってさえも、利用することができる。
【０１１３】
チューブ製作方法を例示すれば、予め混合した複合材料を注入した様々なプラスチックチューブ材料を使用して、プロトタイプ試料を作成した。チューブ試料は、予備織り金属、従来のロープまたは紐（合成または天然）、及び線状連続カーボンファイバートウの様々な補強材を含んでいた。該複合材料は、６１重量％のＣｉｂａ８６０１樹脂及び、３９重量％の３Ｍ（登録商標）Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標）Ｋ４６スフィアを含んでいた。
【０１１４】
（複合材料裏打ち）
新規な複合材料で製品を製造する別の例は、別の物質にとっての裏打ちとして該複合材料を使用することである。自動車車体パネル、コックピットモジュール、ハッチバックドア、ハードトリム、外層複合物、トリム、及び他の表面は、新規な複合材料で裏打ちすることが可能である。様々な構造体を、新規な該複合材料で強化して、その重量を軽減し、且つ強度などの他の特性を向上させることが可能である。重量を軽減する一方で強度を維持することは、自動車の応用において望ましい。さらにまた、複合裏打ち材料の表面に薄いフィルムアップリケを使用することによって、「Ａ」クラスの表面を達成することができる。
【０１１５】
新規な複合材料は、マトリックス材料の体積を減少させてミクロスフィアの密度を増大させ、粘土とおよそ同様の稠度を有する未硬化複合材料を形成するために、上述のシート化方法と同様に、濾紙またはベールライナーを有する繊維の間に絞り込むことができる。この可撓性のサンドウィッチは、その後二片の熱可塑性層の間に配置し、所望であれば熱可塑性層は直接濾紙に接触させうる。例えば、圧縮型または真空アシスト型を、例えば、閉鎖し、圧縮し、所望の形状にアッセンブリを形成する。複合材料の内部コアを、硬化させる。複合材料のコアは、成型工程の間に熱可塑性層に接合し、所望の形状を有する製品が製造される。
【０１１６】
様々な最終生成物を、新規な複合材料による裏打ち材料によって製造することができる。例えば、自動車への使用のための１等級表面を有する物質の層を、新規な複合材料で裏打ちして新規な１等級表面パネルを形成しうる。
【０１１７】
（複合材料応用の実施例）
本発明の新規な複合材料技術は、限りない使用または応用を有しうる。新規な該複合材料の応用の例は、本明細書の別の部分を読むことによって明らかになりうるが、以下の応用は、更に新規な該複合材料の使用を例示する。新規な複合材料技術の以下の応用は、様々に可能な応用を例示するための、新規な複合材料の使用の例に過ぎない。該複合材料の発明は、これらの実施例のみに制限されることを企図しない。本発明者等は、該複合材料技術は、これらの実施例及び、現在既知及び未知である他の分野において、使用可能であると考える
【０１１８】
多くの製品が、この複合材料技術を、例えばストーブ、冷蔵庫、給湯器、住居及び建造物建造、キャンプ向けポータブル住居、航空機建造、及び軍用応用のために利用しうる。新規な複合材料のための応用の更なる例には、航空宇宙、海洋、自動車用、自動車車体建造、パレット用補強剤、ボート船体、ドック、デッキ、壁、娯楽用製品、スノーボード、高速道路遮音障壁、プール台、及びスキーが含まれる。断熱材及び断熱障壁は、新規な該複合材料の、冷却タンクなどの更なる応用である。
【０１１９】
（シートタイプ部品製造）
シートまたは板からの部品製造は、新規な複合材料の別の応用である。例えば、板またはシートを、連続的製造ライン上で、様々な高強度材料を使用してフランキングされた新規な複合材料のコアを備えたものとして、従来の壁板製造と同様に製造することができる。アルミニウム部品を含む多くの自動車または工業ダイカスト部品が、こうしたシートから容易にダイカットされ、その後目標とする部品仕様に加工されうる。新規なシート板はまた、所望の幅及び適当な長さに切り離すことが可能である。また、新規な複合材料板は、押出ラインから押出し、カットし、所望により切り離しまたは加工することができる。
【０１２０】
（重ね板バネ及びねじり棒）
重ね板バネ及びねじり棒は、新規な複合材料の更なる応用であり、図１に示される装置１０と同様に構成することができる。複合材料重ね板バネ及びねじり棒は、自動車の、ハイウェイ外車両、トラック、バス、及びオートバイなどを含む、様々な工業に使用することができる。新規な複合材料重ね板バネ及びねじり棒は、軽量でこの上ないメモリー機能を有し、すなわち該複合材料から負荷たわみが除かれた後には本来の位置に戻る。好ましくは、重ね板バネは、ファイバーフランキング１６により長端に垂直の側面負荷（図１のページに垂直に適用される力）がかかるように建造され、且つ配置される。新規な複合材料バネのこの配置は、繊維が積み重なり、スフィア及び樹脂によって安定化されて、フランキングの平面上に上から負荷をかけた場合よりも側面負荷をかけた場合に、曲げ係数を増大させる。垂直位置に繊維を保持または整列させることにより、優れたバネ、衝撃吸収剤、及び振動緩衝装置が提供される。
【０１２１】
ガラスミクロスフィアは、該ミクロスフィアに力が加えられると、弾力を持って変形しうる。したがって、ガラスミクロスフィアを備えた本発明の複合材料は、負荷の下に置かれると有利な弾性の変形を示す。
【０１２２】
（消防）
消防製品は、新規な複合材料のための別の応用である。消防士の軽量ヘルメット及び保護ギヤを、新規な複合材料、特に薄壁複合材料層を利用して製作することが可能である。更にまた、アルミニウム梯子を新規な複合材料製の梯子で置き換えることができる。新規な複合材料梯子は、梯子の重量を著しく軽減する一方で、充分な強度を提供する。典型的なポータブル２８フィートのアルミニウム梯子は、約７８ポンドの重量である。しかしながら、新規な複合材料製の２８フィート梯子は、およそ１８ポンド未満であり、注目に値する重量軽減である。
【０１２３】
（チューブ材）
新規な複合材料製品の応用の一例は、複合材料チューブ材で既存の金属チューブ材を置き換えることである。複合材料チューブ材は、上述のチューブ製作工程によって製造可能である。板状スチールチューブ材を、新規な複合材料をチューブ内に注入したプラスチックチューブで置き換えて、買い物カートを製造することができる。北部の気候において塩分を含んだ駐車場に放置されることによる錆及び腐食は、金属の買い物カートにとって問題であるが、新規な複合材料チューブ材は腐食しにくい。また、新規な複合材料チューブ材は、金属のチューブ材よりも軽量である。
【０１２４】
幾つかの試料複合材料チューブ材を、ＰＥＥＫ回旋状のチューブ材料（波形）を使用して製造した。波形のチューブ材には、内部チューブ材寸法を損なうことなく曲げ、例えば９０°の曲げが可能である。前記試料を製造するために使用された波形チューブ材を、所望の角度に曲げ、新規な複合材料を注入した。該複合材料は、６１重量％のＣｉｂａ８６０１樹脂及び３９重量％の３Ｍ（登録商標）Ｋ４６ミクロスフィアを含んでいた。曲がったチューブ材は、取付具中に保持し、マトリックス材料を、例えば熱硬化オーブン中において硬化させて、複合材料チューブ材を形成する。波形チューブ材を、複合材料注入及び硬化の間所望の形状に保持するための取付具の必要性をなくすために、ワイヤを前記波形チューブ材の中央に挿入して前記形状を維持することもできる。新規な複合材料チューブ材のための更なる応用には、例えば車椅子、杖、歩行用スティック、及び別のチューブ材応用が含まれうる。
【０１２５】
（自動車の衝撃構造）
新規な複合材料の更に別の応用は、自動車及び衝撃構造のためのものである。バンパービーム、側面衝撃構造、ロールバー、及び本体パネルを、新規な複合材料から製造しうる。新規な複合材料の、構造コアまたはＩビームデザインとしての使用は、これらの構造物のための未来の自動車用デザインについて、劇的に重量を軽減しうる。２５０ｐｓｉ乃至６００００ｐｓｉの範囲の破砕圧を有するセラミックまたはガラスのミクロスフィアの積層は、ほぼ完璧な折り畳み可能な衝撃エネルギー吸収構造体をもたらしうる。複合材料構造体を、適当なガラス、カーボン、またはアラミド繊維でフランキングしてもよい。所望の圧力強度目標によって、複合材料に、短線または中線のチョップドファイバーと、また適当なフランキング材料とを積層させて、ビームデザインアプローチを完了させうる。
【０１２６】
新規な複合材料から製造される新規な自動車用構造体は、重量にしてより軽量であり、より優れた構造的性能、強度、及び衝撃エネルギー吸収を示すであろう、著しく改善された構造体を提供する。複合材料構造体は、異なる破壊強度の多重層を有しうる。比較的に低い破壊強度の層を片側に設け、相次いで破壊強度が増大していく層を、最初の層の上に配置することができる。所望であれば、多層材料を別の材料、例えばプラスチックもしくは金属の層、またはセラミック板に接合することも可能である。中空の中心部及び選択可能なミクロスフィアの破砕比率を有するミクロスフィアの性質は、表面に最軽量のミクロスフィア（例えば２５０ｌｂの破壊強度）を有し、層毎にバンパーの裏まで選択的に破壊強度が増大していくように選択しうる。この技術では、対象積層物からエネルギーを徐々に吸収することができ、これはインディアナポリスで水または砂で充填されたレースカーバリアに、これらがトラックを離れてピットに入る際に使用されるのと同様の原理である。固体スフィアも同様にこのデザインにおいて有用であることが証明されうる。
【０１２７】
これはまた、弾道防護応用において使用される原理でもあり、ここでは外層（スポーリング層）が、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）織り生地、次いでハニカムアルミニウムに裏打ちされた軍等級のセラミック、及び背面にエポキシ綴じした９重サンドウィッチのサンドウィッチによって作られている。このデザインは、徹甲弾が外側のスポーリング裏打ちを貫通し、セラミック板に衝突し、ノーズコーン発射体の変形、フラグメンテーションをもたらし、楽観的に言えばフラグメントが背面の７乃至９重のサンドウィッチによって捕捉されることを意図する。
【０１２８】
新規な複合材料を有する軍用弾道小板の実施例を製造した。試料弾道小板は、１／４インチ厚さ、１２インチ角のマーブルタイルの一片に接合した、５／１６インチ厚さの複合材料を含んでいた。該複合材料は、６１重量％のＣｉｂａ８６０１樹脂及び、３９重量％の３Ｍ（登録商標）Ｋ４６ミクロスフィアを含んでいた。複合材料を有する試料弾道小板を、約６フィートの高さから、コンクリート上に裏なしの工業等級のカーペットを敷いた床に繰り返し落下させたところ、破損しなかった。比較のため、新規な複合材料で保護されていない同様のマーブルタイルを同じ高さから同様の床に落としたところ、ガラスのように粉砕した。新規な複合材料は、セラミック／マーブル板を強化し、弾道防護小板として使用することができる。また、弾道小板用に使用されているアルミニウム、フェノール、チタン、または他のハニカム材料は現場での性能が平凡であり、新規な複合材料小板をこれらと置き換えることができる。
【０１２９】
現行の好ましい実施態様が例示及び説明される一方で、本発明の精神及び範囲から離れることなく多数の変化及び変更が可能である。したがって、本発明者等は、こうした変化及び変更は、添付のクレームによって包含されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の原理に従う複合材料を有する装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の複合材料の一部の拡大した概略全体図である。
【図３】図３は、拡大し、黒色染料で着色した、本発明による複合材料のカラー写真である。
【図４】図４は、緑色染料で着色した、本発明による複合材料の顕微鏡カラー写真である。
【図５】図５は、赤色染料で着色した、本発明による複合材料の顕微鏡カラー写真である。
【図６】図６は、ガラススライド上のミクロスフィアの顕微鏡カラー写真である。
【図７】図７は、本発明による複合材料を有する装置の概略図である。
【図８】図８は、本発明による複合材料を有する別の装置の全体図である。
【図９】図９は、本発明による複合材料を有する別の装置の全体図である。
【図１０】図１０は、本発明による複合材料を有する別の装置の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明による複合材料を製造するためのシステムの概要図である。
【国際公開パンフレット】
2004520452.tif 000007
2004520452.tif 000008
2004520452.tif 000009
2004520452.tif 000010
2004520452.tif 000011
2004520452.tif 000012
2004520452.tif 000013
2004520452.tif 000014
2004520452.tif 000015
2004520452.tif 000016
2004520452.tif 000017
2004520452.tif 000018
2004520452.tif 000019
2004520452.tif 000020
2004520452.tif 000021
2004520452.tif 000022
2004520452.tif 000023
2004520452.tif 000024
2004520452.tif 000025
2004520452.tif 000026
2004520452.tif 000027
2004520452.tif 000028
2004520452.tif 000029
2004520452.tif 000030
2004520452.tif 000031
2004520452.tif 000032
2004520452.tif 000033
2004520452.tif 000034
2004520452.tif 000035
2004520452.tif 000036
2004520452.tif 000037
2004520452.tif 000038
2004520452.tif 000039
2004520452.tif 000040
2004520452.tif 000041
2004520452.tif 000042
2004520452.tif 000043
2004520452.tif 000044
2004520452.tif 000045
2004520452.tif 000046
2004520452.tif 000047
2004520452.tif 000048
2004520452.tif 000049
2004520452.tif 000050
2004520452.tif 000051
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月12日(2002.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス材料；及び
前記マトリックス材料中の複数の粒子；
を含む複合材料であって、ミクロスフィア粒子が、複合材料の約４０体積％乃至約８５体積％の範囲を占める、複合材料。
【請求項２】
前記複数の粒子が、複合材料の約６９体積％乃至約８１体積％の範囲を占める、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記複数の粒子が、複合材料の約７５体積％を成す、請求項１に記載の複合材料。
【請求項４】
前記複数の粒子が、互いに異なるサイズを有する少なくとも複数の第１粒子及び複数の第２粒子を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項５】
複数のミクロスフィア粒子が、中空のミクロスフィアである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項６】
前記中空ミクロスフィアが、少なくとも２つの異なるサイズのミクロスフィアを含む、請求項５に記載の複合材料。
【請求項７】
近隣のミクロスフィア間のいかなる所与の距離もが、最も小さいミクロスフィア粒子の直径よりも小である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項８】
前記複数の粒子の実質的に全てが、近隣の粒子と接触している、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項９】
前記粒子が、セラミック粒子、ガラス粒子、プラスチック粒子、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１０】
前記マトリックス材料が、エポキシ樹脂、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ポリウレタン、接着剤、セメント、マトリックス材料バインダー、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１１】
粒子を含む前記マトリックス材料と接触する、少なくとも１つの材料の層を更に含む、請求項１乃至３のいずれか一項の複合材料。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの層が、カーボンファイバー、グラスファイバー、一方向繊維、クロス織り繊維、マット繊維、繊維ブレイド、一方向性ステッチ織りカーボンファイバーブレイド、プラスチック、皮革、ホイル、金属、ラミネート、複合物、熱可塑性プラスチック、熱硬化性物質、樹脂、セラミック、ビニール、剛性物質、可撓性物質、フランキング物質、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１１の複合材料。
【請求項１３】
前記複合材料が、約０．３８乃至約２．２の比重を有する、請求項１乃至３のいずれか一項の複合材料。
【請求項１４】
前記複合材料が、１．０未満の比重を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１５】
約１５体積％乃至約６０体積％のマトリックス材料；及び約４０体積％乃至約８５体積％のミクロスフィア；を含む複合材料。
【請求項１６】
前記マトリックス材料が、約１９体積％乃至約３１体積％であり、前記ミクロスフィアが、約６９体積％乃至約８１体積％である、請求項１５の複合材料。
【請求項１７】
前記マトリックス材料が約２５体積％であり、前記ミクロスフィアが約７５体積％である、請求項１６の複合材料。
【請求項１８】
マトリックスバインダー材料及びミクロスフィアを含み、前記ミクロスフィアが、前記マトリックスバインダー材料よりも大きな体積を有する、複合材料。
【請求項１９】
コアの約１５乃至６０体積％のマトリックス材料を含むコア；及び前記コアの約４０乃至約８５体積％のミクロスフィア；及び前記コアに接合したフランキング層；を含む、複合材料。
【請求項２０】
前記コアが、コアの反対側に接合したフランキング層を有する、請求項１９の複合材料。
【請求項２１】
前記フランキング層が、実質的にコアを囲む、請求項１９の複合材料。
【請求項２２】
前記フランキング層が、カーボンファイバー、グラスファイバー、一方向繊維、クロス織り繊維、マット繊維、繊維ブレイド、一方向性ステッチ織りカーボンファイバーブレイド、プラスチック、皮革、ホイル、金属、複合物、熱可塑性プラスチック、熱硬化性物質、樹脂、セラミック、ビニール、剛性物質、可撓性物質、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１９の複合材料。
【請求項２３】
マトリックス材料が実質的にミクロスフィア粒子で飽和するまで、マトリックス材料中にミクロスフィア粒子を混合する工程；
混合したマトリックス材料とミクロスフィア粒子とを所望の形状に成形する工程；及び
前記マトリックス材料を硬化させる工程；
を含む、複合材料の製造方法。
【請求項２４】
前記混合工程が、加圧下において粒子を互いに押し合わせることを更に含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
マトリックス材料の一部はフィルターを通過させる一方で、粒子は保持することによって、マトリックス材料の一部を除去する工程を更に含む、請求項２４の方法。
【請求項２６】
混合したマトリックス材料と粒子とに、フランキング層を接合する工程を更に含む、請求項２３の方法。
【請求項２７】
前記フランキング層が、マトリックス材料を硬化させることによって接合される、請求項２６の方法。
【請求項２８】
マトリックスバインダー及びミクロ粒子を含む複合材料であって、前記ミクロ粒子が、前記複合材料に対して、前記マトリックスバインダーよりも大なる重量％を成す、複合材料。
【請求項２９】
複合材料であって、前記複合材料の全重量に基づいて５０重量％までのマトリックスバインダー；及び、約５０重量％以上のミクロ粒子を含む、複合材料。
【請求項３０】
マトリックスバインダー及びミクロ粒子を含む複合材料であって、前記ミクロ粒子が、前記複合材料に対して、前記マトリックスバインダーよりも小なる重量パーセンテージを成す、複合材料。
【請求項３１】
複合材料であって、前記複合材料の全重量に基づいて５０重量％までのミクロ粒子；及び、約５０重量％以上のマトリックスバインダーを含む複合材料。
【請求項３２】
前記複合材料が、前記複合材料全重量に基づいて約３０乃至約４５重量％の前記ミクロ粒子；及び約７０乃至約５５重量のマトリックスバインダーを含む、請求項３１の複合材料。
【請求項３３】
前記複合材料が、前記複合材料全重量に基づいて約３８乃至約４１重量％の前記ミクロ粒子；及び約７２乃至約５９重量のマトリックスバインダーを含む、請求項３１の複合材料。
【請求項３４】
前記ミクロ粒子が、ミクロスフィアである、請求項２８の複合材料。
【請求項３５】
前記ミクロ粒子が、ミクロスフィアである、請求項２９の複合材料。
【請求項３６】
前記ミクロ粒子が、ミクロスフィアである、請求項３０の複合材料。
【請求項３７】
前記ミクロ粒子が、ミクロスフィアである、請求項３１の複合材料。
【国際調査報告】
2004520452.tif 000052