(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質上円形断面を有する標準撚り繊維、やや変形した楕円形断面を有する撚りをほどいた繊維、および実質上楕円形の断面を有する一度も撚っていない繊維からなる群から選択された少なくとも２つの異なる種類の糸を含む経糸および緯糸を含み、それら選択された異なる種類の糸が一本ずつ相互に織り交ぜられている、複合材料。
【請求項２】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち少なくとも１つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち少なくとも１つを含み、経糸の少なくとも１つが緯糸の少なくとも１つと異なる、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
経糸が、標準撚り繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸が標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む、請求項２に記載の複合材料。
【請求項４】
経糸が、撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸が撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む、請求項２に記載の複合材料。
【請求項５】
経糸が、標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸が標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち他方を含む、請求項２に記載の複合材料。
【請求項６】
経糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、経糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項７】
経糸の第１の割合が、標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、経糸の第２の割合が、標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む、請求項６に記載の複合材料。
【請求項８】
経糸の第１の割合が、標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち一方を含み、経糸の第２の割合が、標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち他方を含む、請求項６に記載の複合材料。
【請求項９】
経糸の第１の割合が、撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、経糸の第２の割合が、撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む、請求項６に記載の複合材料。
【請求項１０】
緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１１】
緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸の第２の割合が、標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む、請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１２】
緯糸の第１の割合が、撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸の第２の割合が、撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む、請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１３】
緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸の第２の割合が、標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち他方を含む、請求項１０に記載の複合材料。
【請求項１４】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１５】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち同じ２つを含む、請求項１４に記載の複合材料。
【請求項１６】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１７】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他の２つを含む、請求項１６に記載の複合材料。
【請求項１８】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１９】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他の１つを含む、請求項１８に記載の複合材料。
【請求項２０】
経糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、経糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含み、経糸の第３の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち残りの１つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２１】
緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含み、さらに緯糸の第３の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち残りの１つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２２】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む、請求項１に記載の複
合材料。
【請求項２３】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２４】
経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２５】
複合材料がプリプレグ複合材料を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２６】
繊維が炭素繊維を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２７】
繊維がガラス繊維を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項２８】
実質上円形断面を有する標準撚り繊維、やや変形した楕円形断面を有する撚りをほどいた繊維、および実質上楕円形の断面を有する一度も撚っていない繊維からなる群から選択された少なくとも２つの異なる種類の糸を含む織編された材料の少なくとも第１および第２の方向構成を有する多方向繊維を含み、それら選択された異なる種類の糸が一本ずつ相互に織り交ぜられている、織物材料であって、
前記群から選択された少なくとも２つの異なる種類の組合せが多孔およびコアクラッシュ欠陥の頻度を減じることを容易にする、織物材料。
【請求項２９】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３０】
織編された材料の第１の方向構成の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、織編された材料の第１の方向構成の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３１】
織編された材料の第２の方向構成の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、織編された材料の第２の方向構成の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３２】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３３】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３４】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３５】
織編された材料の第１の方向構成の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、織編された材料の第１の方向構成の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含み、織編された材料の第１の方
向構成の第３の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち残りの１つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３６】
織編された材料の第２の方向構成の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、織編された材料の第２の方向構成の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含み、織編された材料の第２の方向構成の第３の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち残りの１つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３７】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３８】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【請求項３９】
織編された材料の第１の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含み、織編された材料の第２の方向構成が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む、請求項２８に記載の織物材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は複合プリプレグまたは織物材料に関し、より具体的には、コアクラッシュ（core crush）および多孔性に対する耐性が向上した複合材料に関する。
【０００２】
【発明の背景】
補強用ハニカムコアおよびせぎり継ぎされた（joggled）フランジ（たとえばリブ、スパー、昇降舵、方向舵、およびフラップなど）を有して設計された飛行機の構造複合部は、これら２つの設計要素に関する生産性の問題（producibility problems）を頻繁に経験する。複合部のハニカムコアは、ハニカムコアの部分が潰れると生じる修理不可能な欠陥である「コアクラッシュ」を経験することがある。コアクラッシュは、プリプレグおよび織物複合材料の特性に関連すると考えられる。複合プリプレグ材料は、液体樹脂で含浸され、熱によって粘性ステージへと進められた繊維強化成形品（通常テープまたは織物）を含む。複合織物材料は、通常平坦な構造で織編された糸（yarn）または繊維を含み、これが改良型複合層において繊維成分として用いられる糸による織目を確立する。
【０００３】
せぎり継ぎされたフランジを有する部分もまた、プリプレグが半径に対して「定位置を保って」いられないことと、レイアップ（lay-up）および硬化中の工具のせぎりとにより、せぎり領域における多孔性の影響を受けやすい。多孔性は、材料内部の充填されていない空間に係わる欠陥であり、材料の強度をしばしば制限する。
【０００４】
これらのコアクラッシュおよび多孔の欠陥は、現在世界的に経験されている生産性の問題である。コアクラッシュおよび多孔は、これらの状況がほぼ修理不可能であることから、プリプレグおよび織物複合材料において部品の廃棄につながる２種の主な欠陥である。
【０００５】
コアクラッシュの生産性の問題を解決しようとする広範囲な研究および開発が何年にもわたって複合部品の製造者たちによって行なわれてきた。このコアクラッシュの問題を減じるために、コアの細部および近接するプリプレグプライ（ply）は、既存の製造部品においてさまざまな異なる方法（プライ間を繋ぎ止める、コア上の粘着剤を予め硬化させる、など）によって安定化されている。詳しい安定化の方法は、ボーイング・カンパニー（Boeing Company）の複合ＢＡＣ処理仕様（composite BAC Process Specifications）に文書化されており、これをここに引用により援用する。しかしながら、これらの安定化法は、時間がかかり、また、サンドイッチ構造部分の既存の製造に加えてさらに著しい費用がかかるという点で、満足できるものではない。
【０００６】
同様に、せぎり継ぎ部分における多孔の生産性の問題に取組もうとする広範囲の研究および開発も行なわれてきた。これらは、特に、ボーイング社のＢＭＳ８−２５６プリプレグ材料（ここに引用により援用されるボーイング材料仕様（Boeing Materials Specifications）に詳述される）を利用した部品に関して行なわれてきた。このプリプレグ樹脂の流動性が極めて低いことが、せぎりを有して設計された部品における多孔の問題を特に悪化させている。ＢＭＳ８−２５６プリプレグ材料は、現在、飛行機の複合２次構造および１次構造に最も広く用いられるプリプレグ材料の１つである。多孔をなくそうとする試みの中で、材料および処理法の両方の改良が評価されてきた。これらは、硬化中にせぎりに対して弾性圧力パッドを使用すること、硬化前の部品の工程時間を減じること、また、プリプレグの粘着性（tack）および被覆性（drape）を増すことを含む。これらの測定値は未だ、流動性の低い樹脂特性を有するプリプレグ材料を用いて製造された部品のせぎり部分における多孔を完全にかつ確実になくすものではない。
【０００７】
この分野ではなおも、コアクラッシュおよび多孔の欠陥に対して耐性のあるハニカムコアで設計された構造複合材料、特に高い樹脂粘性および／または低い流動性を有する材料が必要とされる。
【０００８】
【発明の概要】
この発明は、経糸（warp yarns）および緯糸（fill yarns）を含む複合材料に関する。経糸および緯糸は、標準撚り繊維（ＳＴ）、撚りをほどいた繊維（ＵＴ）、および一度も撚っていない繊維（ＮＴ）からなる群から選択された少なくとも２つの異なる種類の糸で構成される。以下にさらに詳細に記すように、ＳＴ繊維、ＵＴ繊維、およびＮＴ繊維の多くの異なる組合せを経糸および緯糸として用いることが可能である。
【０００９】
この発明の好ましい実施例では、経糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む。したがって、この好ましい実施例の１つのバージョンでは、経糸が標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維を含む群のうち一方を含み、緯糸が標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む。この好ましい実施例の別のバージョンでは、経糸が撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸が撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む。この好ましい実施例のさらに別のバージョンでは、経糸が、標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸が標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち他方を含む。
【００１０】
この発明の別の好ましい実施例では、経糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、経糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む。したがって、この好ましい実施例の１つのバージョンは、経糸の第１の割合が標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、経糸の第２の割合が標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む。この好ましい実施例の別のバージョンでは、経糸の第１の割合が標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち一方を含み、経糸の第２の割合が標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち他方を含む。この好ましい実施例のさらに別のバージョンでは、経糸の第１の割合が撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、経糸の第２の割合が撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む。
【００１１】
この発明の好ましい実施例の別の局面では、緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸の第２の割合が標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含む。したがって、この好ましい実施例の１つのバージョンでは、緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸の第２の割合が標準撚り繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む。この好ましい実施例の別のバージョンでは、緯糸の第１の割合が、撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸の第２の割合が撚りをほどいた繊維および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他方を含む。この好ましい実施例のさらに別のバージョンでは、緯糸の第１の割合が標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち一方を含み、緯糸の第２の割合が標準撚り繊維および撚りをほどいた繊維からなる群のうち他方を含む。
【００１２】
この発明のさらに別の好ましい実施例では、経糸は標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸は標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む。この好ましい実施例の１つのバージョンでは、経糸は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸が標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち同じ２つを含む。
【００１３】
この発明のさらに別の好ましい実施例では、経糸は標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸は標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む。この好ましい実施例の１つのバージョンでは、経糸が標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸が標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち他の２つを含む。
【００１４】
この発明の好ましい実施例の１つは、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む経糸と、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含む緯糸とを含む。この好ましい実施例の１つのバージョンは、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む経糸と、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうちその他の１つを含む緯糸とを含む。
【００１５】
この発明の好ましい代替例では、経糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、経糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含み、経糸の第３の割合は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち残りの１つを含む。この好ましい代替例の別の局面では、緯糸の第１の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち１つを含み、緯糸の第２の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち別の１つを含み、緯糸の第３の割合が、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち残りの１つを含む。
【００１６】
この発明の別の好ましい代替例では、経糸は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含み、緯糸は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む。別の好ましい実施例は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む経糸と、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち２つを含む緯糸とを含む。
【００１７】
この発明のさらに別の好ましい代替例では、経糸は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含み、緯糸は、標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群のうち３つすべてを含む。好ましくは、この発明の複合材料はプリプレグ複合材料であり、この発明の繊維は炭素繊維である。さらに、標準撚り繊維は実質上円形の断面を有し、一度も撚っていない繊維は実質上楕円形の断面を有し、さらに、撚りをほどいた繊維はやや変形した楕円形の断面を有する。
【００１８】
この発明の別の実施例は、織編された材料の少なくとも第１および第２の方向構成を有する多方向繊維を含み、これは標準撚り繊維、撚りをほどいた繊維、および一度も撚っていない繊維からなる群から選択された少なくとも２つの異なる種類の糸を含む。この発明のさらなる実施例は、経繊維トウおよび緯繊維トウの材料を含む。経トウおよび緯トウは少なくとも２つの異なる種類の繊維を含み、少なくとも２つの異なる種類の繊維のうち第１のものは、ほぼ円形の断面を有し、延伸度が低く、摩擦抵抗度が高く、少なくとも２つの異なる種類の繊維のうち第２のものは、ほぼ楕円形の断面を有し、延伸度が高く、摩擦抵抗度が低い。その群から選択された少なくとも２つの異なる種類の糸の組合せにより、多孔およびコアクラッシュの欠陥の頻度を減じることを容易にする。
【００１９】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図１は、さまざまな断面構成を有する複数の異なる繊維成形品を組入れるこの発明に従って構築された、コアクラッシュおよび多孔に対する耐性を向上させた複合プリプレグ材料１０の好ましい実施例を表わす。好ましくは、繊維は経糸と緯糸とが垂直な配向パターンで織り合わされる。異なる繊維成形品のさまざまな断面構成により、この繊維成形品は、異なる延伸性のレベルを有するようになり、これが織り構造の開放度を決定し、最終的にはプリプレグ自体の動きに対する摩擦抵抗を決定する。この発明は、さまざまな断面構成を有する複数の繊維成形品を組入れることにより、１組の断面構成を有する単一の繊維成形品の複合材料に付随する多くの欠陥（特にコアクラッシュおよび多孔）に対する感受性を克服する。この多繊維成形品を組入れることにより、ある繊維成形品の特性の長所が別の繊維成形品の特性の短所を補償する助けとなり、またその逆も可能になる。以下にさらに詳細に述べるように、多くのさまざまな多繊維成形品の織物設計を、この発明の範囲から離れることなく利用することができる。
【００２０】
炭素繊維、好ましくはＴ３００繊維（Ｔ３００繊維仕様書をここに引用により援用する）が、プリプレグ材料（好ましくはＢＭＳ８−２５６、仕様書をここに引用により援用する）用の平織りの織物（好ましくは３Ｋ−７０−ＰＷ、仕様書をここに引用により援用する）を製造するのに用いられ、ＢＭＳ９−８（ボーイング材料仕様ＢＭＳ９−８をここに引用により援用する）により適性であると認められる。Ｔ３００炭素繊維は３つの異なる適性な成形品として入手可能である。（１）Ｔ３００ＳＴ（標準撚りトウ）、（２）Ｔ３００ＵＴ（撚りをほどいたトウ、すなわち初めに撚っておき、後にほどいたトウ）、および（３）Ｔ３００ＮＴ（一度も撚っていないトウ）である。標準撚りトウ（ＳＴ）は、断面が実質上円形であり、典型的には図４および５に示すように「ロープ状」であると言われる。一度も撚っていないトウ（ＮＴ）は断面が実質上平坦な楕円形であり、一般に「リボン状」であると言われる（これも図４および５に示す）。撚りをほどいたトウ（ＵＴ）はＳＴ繊維およびＮＴ繊維の間の断面構成を有し、すなわちこの断面は楕円形ではあるが、ＮＴ繊維と比べるとより円形に近く、ＮＴ繊維ほど平坦ではない（これもまた図４および５に示す）。別の好ましい実施例では、炭素繊維の代わりに、またはそれに加えて、ガラス繊維が用いられる。
【００２１】
図１を再び参照して、この発明の好ましい実施例は、単一プリプレグ材料（織物成形品）におけるコアクラッシュと多孔との生産性の問題の両方を、Ｔ３００ＳＴおよびＴ３００ＮＴの両者の繊維成形品を織物の組織内に組入れることにより、解決する。これら２つの繊維成形品のさまざまな組合せを単一の平織りの織物に組入れる、好ましい実施例が多数存在する。図１に示すこの発明の実施例１０では、経糸１４はすべて１つの繊維成形品（この実施例ではＮＴ）であり、緯糸１８はすべて別の繊維成形品（この実施例ではＳＴ）である。経糸は、織物の長さ方向に走行する織物の糸として規定される。緯糸は、織物の経糸に対して垂直に配向された織物の糸として規定される。この発明の好ましい代替例では、すべての経糸がＳＴ繊維成形品であり、すべての緯糸がＮＴ繊維成形品であり得る。
【００２２】
さらに、各方向（経方向および緯方向）における糸の総数のさまざまな比率は、混合繊維成形品の組合せを含み得る。これらの比率の例は以下の表１に示す。
【００２３】
【表１】
0004299417.tif 000002
【００２４】
図２は、表１に表わしたパラメータの比率に含まれるこの発明の一実施例２０を示す。具体的には、この実施例２０では、経糸の５０％はＳＴ繊維成形品の経糸２４であり、経糸の残りの５０％はＮＴ繊維成形品の経糸２８である。さらに、同じ実施例において、緯糸の５０％はＳＴ繊維成形品の緯糸３２であり、緯糸の残りの５０％はＮＴ繊維成形品の緯糸３６である。
【００２５】
同様に、他のさまざまな総糸数の比率が、ＵＴおよびＳＴの組合せ、ならびにＵＴおよびＮＴの組合せを組入れるこの発明の好ましい代替例に関して用いられる。これらの実施例の比率の詳細は以下の表２および表３に含まれる。
【００２６】
【表２】
0004299417.tif 000003
【００２７】
【表３】
0004299417.tif 000004
【００２８】
この発明のさらに好ましい実施例は、３つすべての繊維成形品（ＳＴ、ＵＴ、およびＮＴ）の組合せを用いる。３つすべての繊維成形品を組入れる一実施例は、一方向（経方向または緯方向のいずれか）に１つの繊維成形品（ＳＴ、ＵＴ、またはＮＴのいずれか）を用い、残りの２つの繊維成形品または３つすべての繊維成形品のいずれかの組合せを他方向（緯方向または経方向の他方）に用いる。この複合の実施例は、（１）経糸−ＵＴ繊維１００％、緯糸−ＳＴ繊維５０％およびＮＴ繊維５０％、（２）経糸−ＳＴ繊維１００％、緯糸−ＵＴ繊維４０％、ＮＴ繊維４０％、およびＳＴ繊維２０％である。３つすべての繊維成形品を組入れる別の好ましい実施例は、２つの繊維成形品を１方向に用い、３つすべての繊維成形品の組合せを他方向に用いる。この複合の実施例は次のとおりである。経糸−ＳＴ繊維５０％およびＮＴ繊維５０％、緯糸−ＳＴ繊維４０％、ＮＴ繊維４０％、およびＵＴ繊維２０％。３つの繊維成形品を用いるこの発明のさらに別の実施例は、総糸数が３つすべての繊維成形品が両方向（経方向および緯方向）に走行する割合を含む。このタイプの実施例は次のとおりである。経糸−ＳＴ繊維３３．３％、ＮＴ繊維３３．３％、およびＵＴ繊維３３．３％、緯糸−ＳＴ繊維３３．３％、ＮＴ繊維３３．３％、およびＵＴ繊維３３．３％。
【００２９】
さらに、この発明の別の実施例は、織物構造におけるさまざまな開放率（percentage openness）を有する上記の織物材料を含む。開放率は、光が繊維トウによって遮断される領域に対して光が繊維を通り抜ける領域として規定される。各繊維成形品ＳＴ、ＵＴ、およびＮＴは延伸性が異なるため、各繊維成形品は、樹脂含浸および研磨中に同じ状況下で処理された場合、織物組織内に、異なるが特定の開放率を有する。この開放の割合は、プリプレグ材料の最終製品において含浸および研磨処理パラメータによって制御することもできる。これらの特徴は、特定の織物の開放率が、最終段階で多孔およびコアクラッシュをなくす効果に寄与するので、特に関心が持たれる。
【００３０】
コアクラッシュおよび多孔の欠陥を調査する研究および開発が広く行なわれており、これは複合部品におけるコアクラッシュおよび多孔の欠陥に係わる機構を明らかにするために、製造部品のデータを広く試験および収集することを含む。このデータ収集および試験のかなりの量が、ＢＭＳ８−２５６プリプレグ材料に焦点を当てている。これは、この材料で製造された部品が、最も高度のコアクラッシュおよび多孔による不良を経験する傾向にあるからである。
【００３１】
製造部品の試験によるデータの分析は、Ｔ３００繊維成形品（ＳＴ、ＵＴ、またはＮＴ）と、ＢＭＳ８−２５６平織り織物材料におけるコアクラッシュおよび多孔の出現との間の相関を示す。特に、Ｔ３００ＮＴ繊維で製造されたサンドイッチ構造の部品は、コアクラッシュに対して非常に高い感受性を有するが、多孔に対しては非常に低い感受性を有する。逆に、Ｔ３００ＳＴ繊維で製造された同じ部品は、コアクラッシュに対して非常に低い感受性を有するが、多孔に対しては非常に高い感受性を有する。これらの関係は、各繊維成形品の特性、特にトウ（トウはヤーン（yarn）と称されることもある）の延伸性および織物製品の成形品に組入れられたときの動きに対するトウの摩擦抵抗に関連し得る。これらの関連性を以下の表４にまとめる。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
複合部品は典型的には、補強用ハニカムコアとせぎりとの両方の特徴を含むので、平織り織物に単一繊維成形品（すなわち複合プリプレグ材料製造に用いられる既存の従来技術の方法）を用いる場合、これら２つの欠陥問題（コアクラッシュまたは多孔）のうち、一度に１つしか解決することができない。具体的には、Ｔ３００ＳＴ繊維を用いるとコアクラッシュ欠陥は著しく減じられるが、結果として多孔に対する感受性がより高くなり、一方Ｔ３００ＮＴ繊維を用いると多孔欠陥は著しく減じられるが、コアクラッシュ欠陥に対してより高い感受性を有する結果となる。この発明は繊維成形品の組合せを用いて多孔およびコアクラッシュ欠陥に対してバランスの取れた耐性を有する複合材料を製造する。
【００３４】
コアクラッシュおよび内部の多孔は、現在、材料の製造者が経験する２つの主な繰返し起こる複合部品の生産性の問題である。この発明は構造複合部品の製造費用を減じることにかなりの重要性をもつ。製造所およびそれらの下請業者は世界的に、複合プリプレグおよび織物材料がコアクラッシュおよび多孔に対して極めて感受性が高いことによる部品の廃棄および処分の問題を、繰返し経験している。この発明を用いることにより、基本的には最小の付加費用で、これら２つの生産性の問題を著しく減じることができ、よって部品の廃棄および処分を減じ、構造複合部品に関する製造コストを全体的に削減することが可能になる。
【００３５】
この発明はいくつかの好ましい実施例に関して述べられてきた。当業者は前述の説明を読むことにより、他の種々の変更例、代替例、および代用例または等価物を開示された広い概念から離れることなく実行することが可能である。また、前述の説明はこの発明が飛行機の構造要素の製造において特に有利であると示しているが、この発明を他の車両または構造物の部品の製造に用いることもできる。したがって、ここに付与される特許の範囲は、添付の請求項およびその均等物に含まれる定義によってのみ限定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の好ましい実施例を表わす図である。
【図２】  この発明の別の好ましい実施例を表わす図である。
【図３】  この発明のさらに別の好ましい実施例を表わす図である。
【図４】  図３の好ましい実施例の断面図である。
【図５】  図３の実施例で用いられた３つの繊維成形品の断面図である。
【符号の説明】
１０  複合プリプレグ材料、１４  緯糸、１８  経糸。
【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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