(57)【要約】  構造化可能なコンポジット材料、その作製方法、およびその使用が記載される。コンポジット物品は、交互配置されてかつ互いに部分的に重なり合っている複数のシートを含み、複数のシート間の相互作用および複数のシートにまたがる圧縮力により合わせられており、ここで、複数のシートの各々にエラストマーが浸出して、少なくとも１つの滑らかな表面を形成しており、複数のシートの各々は隣接する複数のシートと密着しており、複数のシートの重なり合っている領域がコンポジット物品に対して印加されたせん断応力抵抗に対する抵抗を付与する。
2016534895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互配置されてかつ互いに部分的に重なり合っている複数のシートを含み、かつ複数のシート間の相互作用と複数のシートをまたがる圧縮力により合わせられている、コンポジット物品であって、
ここで複数のシートの各々に、エラストマーが浸出して、かつ少なくとも１つの滑らかな表面を形成しており、
複数のシートの各々は隣接する複数のシートと密着しており、
複数のシートの重なり合っている領域がコンポジット物品に対して印加されたせん断応力に対する抵抗を付与する、コンポジット物品。
【請求項２】
複数のシートが、布シートを含む、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項３】
複数のシートが、炭素布シート、金属メッシュまたは紙のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項４】
エラストマーがポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項５】
複数のシートを封入している変形可能容器をさらに含み、ここで圧縮力が変形可能容器の外部と内部の圧力の違いによって生成されている、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項６】
変形可能容器が気密性である、請求項５に記載のコンポジット物品。
【請求項７】
圧縮力が約１ｂａｒである、請求項５に記載のコンポジット物品。
【請求項８】
圧縮力が電場により生成される、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項９】
圧縮力が磁場により生成される、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項１０】
外部連結部と連結した少なくとも１つの末端部をさらに含む、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項１１】
複数のシートの数が増大すると、せん断応力に対する抵抗が増大する、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項１２】
重なり合っている領域が増大すると、せん断応力に対する抵抗が増大する、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項１３】
少なくとも１つの滑らかな表面が、約２００ｎｍの平均ラフネスＲａを有する、請求項１に記載のコンポジット物品。
【請求項１４】
複数のシートの提供、
複数のシートの各々にプラスチック（例えば、エラストマー）を浸出して少なくとも１つの滑らかな表面の形成、
複数のシートの交互配置および互いの部分的な重ね合わせ、および
複数のシートにまたがる圧縮力の印加、
を含む、コンポジット物品の作製方法であって
ここで複数のシートの各々は隣接する複数のシートと密着しており、
かつ複数のシートの重なり合っている領域がコンポジット物品に対して印加されたせん断応力に対する抵抗を提供する、コンポジット物品の作製方法。
【請求項１５】
さらに、
第２の滑らかな表面を基体へ提供、
基体の第２の滑らかな表面上へのエラストマーの適用、
基体の第２の滑らかな表面上への複数のシートの各々の配置、
基体に対して複数のシートの各々をプレスしてエラストマーを複数のシートの各々へと浸出、
複数のシートの各々に浸出したエラストマーのキュアリング、および
基体から複数のシートの各々を取り外し、
を含み、ここで少なくとも１つの滑らかな表面が、複数のシートの各々上で形成される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数のシートが、布シートを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
複数のシートは、炭素布シート、金属メッシュまたは紙のうち少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
エラストマーが、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、
複数のシートの変形可能容器内部への配置、および
変形可能容器内部の気圧の低下
を含み、ここで圧縮力は変形可能容器の外部と内部の圧力の違いにより生成される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
圧縮力が約１ｂａｒである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
圧縮力が電場により生成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
圧縮力が磁場により生成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、せん断応力に対する抵抗を増大させる複数のシートの数の増大を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、せん断応力に対する抵抗を増大させる重なり合っている領域の増大を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの滑らかな表面が、約２００ｎｍの平均ラフネスＲａを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
第１の層における第１の複数のタイルおよび
第１の層の上に配置される、第２の層における第２の複数のタイル、
を含む、コンポジット物品であって、
ここで第１および第２の複数のタイルの各々にエラストマーが浸出して少なくとも１つの滑らかな表面を形成しており、
第２の層における第２の複数のタイルの各々が、第１の層における第１の複数のタイルの少なくとも２つと部分的に重なり合って、橋架けをしており、
第１および第２の複数のタイルが、第１および第２の複数のタイル間の相互作用および第１および第２の複数のタイルをまたがる圧縮力により合わせられて、かつ互いに対して固定されており、
第１および第２の複数のタイルの重なり合っている領域はコンポジット物品に対して印加されたせん断応力に対する抵抗を付与する、コンポジット物品。
【請求項２７】
圧縮力が解除されたとき、第１および第２の複数のタイルは互いに対して可動となる、請求項２６に記載のコンポジット物品。
【請求項２８】
第１および第２の複数のタイルは布基材タイルを含む、請求項２６に記載のコンポジット物品。
【請求項２９】
第１の層における第１の複数のタイルの作製、
第２の層における第２の複数のタイルを第１の層の上への重ね合わせ、
（ここで、第２の複数のタイルの各々が、少なくとも２つの第１の複数のタイルと部分的に重なり合って、橋架けをしている）、
第１および第２の複数のタイルが密着してかつ互いに固定化されるよう第１および第２の複数のタイルにまたがる圧縮力を印加、
第１および第２の複数のタイルを物体のプロファイルにフィッティング、
第１および第２の複数のタイルが互いに可動するように圧縮力の解除、
物体のプロファイルに一致するように第１および第２の複数のタイルの再配列、および
第１および第２の複数の布タイルが再び密着して互いに固定化されるように第１および第２の複数のタイルにまたがる第２の圧縮力の印加
を含む構造化可能なコンポジット物品の作製方法。
【請求項３０】
第１および第２の複数のタイルが布基材タイルを含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１３年１０月３日に出願された米国特許出願第６１／８８６，２１０号の出願日遡及の権益を主張し、その内容は本明細書においてその全体が参照により組み込まれる。
【０００２】
本出願の分野は概略的にコンポジット材料、それらの形成方法、およびそれらの使用に関する。
【０００３】
本発明は、米国陸軍より授与された米国政府助成金第Ｗ９１１ＮＦ−０９−１−０７４６号からの支援によって、なされた。米国政府は本発明に対して一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００４】
鉄筋強化コンクリート、積層木材、炭素繊維強化コンポジットのような従来の構造のコンポジットは、静的である物理的および機械的な特性（例えば、形状、強度、適合性など）を有している。そのような構造は容易に変造することはできず、損傷を受けると修復することは難しい。このように、ときにおいて、特別のニーズに適合する構造化可能なコンポジット材料を形成することが、有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
構造化可能であるコンポジット材料、その作製、およびその使用が記載される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様において、開示内容は、
交互配置されてかつ互いに部分的に重なり合っている複数のシートを含み、かつ複数のシート間の相互作用と複数のシートをまたがる圧縮力により合わせられている、コンポジット物品を含み、
ここで複数のシートの各々に、プラスチック（例えば、エラストマー）が浸出して、かつ少なくとも１つの滑らかな表面を形成しており、
複数のシートの各々は隣接する複数のシートと密着しており、
複数のシートの重なり合っている領域がコンポジット物品に対して印加されたせん断応力に対する抵抗を付与する。
【０００７】
いくつかの実施形態において、複数のシートが、布シートを含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、複数のシートが、炭素布シート、金属メッシュまたは紙のうち少なくとも１つを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、エラストマーはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、コンポジット物品は、複数のシートを封入している変形可能容器をさらに含み、ここで圧縮力が変形可能容器の外部と内部の圧力の違いによって生成されている。
【００１１】
いくつかの実施形態において、変形可能容器は気密性である。
【００１２】
いくつかの実施形態において、圧縮力は約１ｂａｒである。
【００１３】
いくつかの実施形態において、圧縮力は電場により生成される。
【００１４】
いくつかの実施形態において、圧縮力は磁場により生成される。
【００１５】
いくつかの実施形態において、コンポジット物品は、外部連結部と連結した少なくとも１つの末端部をさらに含む。
【００１６】
いくつかの実施形態において、複数のシートの数が増大すると、せん断応力に対する抵抗は増大する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、重なり合っている領域が増大すると、せん断応力に対する抵抗は増大する。
【００１８】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの滑らかな表面が、約２００ｎｍの平均ラフネスＲａを有する。
【００１９】
ある他の態様において、開示内容は、
複数のシートの提供、
複数のシートの各々にプラスチック（例えば、エラストマー）を浸出して少なくとも１つの滑らかな表面の形成、
複数のシートの交互配置および互いの部分的な重ね合わせ、および
複数のシートにまたがる圧縮力の印加、
を含む、コンポジット物品の作製方法を含み、
ここで複数のシートの各々は隣接する複数のシートと密着しており、
かつ複数のシートの重なり合っている領域がコンポジット物品に対して印加されたせん断応力に対する抵抗を提供する。
【００２０】
いくつかの実施形態において、方法はさらに、
第２の滑らかな表面を基体へ提供、
基体の第２の滑らかな表面上へのエラストマーの適用、
基体の第２の滑らかな表面上への複数のシートの各々の配置、
基体に対して複数のシートの各々をプレスしてエラストマーを複数のシートの各々へと浸出、
複数のシートの各々に浸出したエラストマーのキュアリング、および
基体から複数のシートの各々を取り外し、
を含み、ここで少なくとも１つの滑らかな表面が、複数のシートの各々上で形成される。
【００２１】
いくつかの実施形態において、複数のシートは布シートを含む。
【００２２】
いくつかの実施形態において、複数のシートは、炭素布シート、金属メッシュまたは紙のうち少なくとも１つを含む。
【００２３】
いくつかの実施形態において、エラストマーはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態において、方法はさらに、
複数のシートの変形可能容器内部への配置、および
変形可能容器内部の気圧の低下
を含み、ここで圧縮力は変形可能容器の外部と内部の圧力の違いにより生成される。
【００２５】
いくつかの実施形態において、圧縮力は約１ｂａｒである。圧縮力は１ｂａｒより低く、かつ０ｂａｒより大きくてよい。いくつかの例において、圧縮力は６４０ｍｂａｒから約１ｂａｒの範囲である。
【００２６】
いくつかの実施形態において、圧縮力は電場により生成される。
【００２７】
いくつかの実施形態において、圧縮力は磁場により生成される。
【００２８】
いくつかの実施形態において、方法はさらに、せん断応力に対する抵抗を増大させる、複数のシートの数の増大を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、方法はさらに、せん断応力に対する抵抗を増大させる、重なり合っている領域の増大を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの滑らかな表面が、約２００ｎｍの平均ラフネスＲａを有する。
【００３１】
さらにある他の態様において、開示内容は、
第１の層における第１の複数のタイルおよび
第１の層の上に配置される、第２の層における第２の複数のタイル、
を含むコンポジット物品を含み、
ここで第１および第２の複数のタイルの各々にエラストマーを浸出して少なくとも１つの滑らかな表面を形成しており、
第２の層における第２の複数のタイルの各々が、第１の層における第１の複数のタイルの少なくとも２つと部分的に重なり合って、橋架けをしており、
第１および第２の複数のタイルが、第１および第２の複数のタイル間の相互作用および第１および第２の複数のタイルをまたがる圧縮力により合わせられて、かつ互いに対して固定されており、
第１および第２の複数のタイルの重なり合っている領域はコンポジット物品に対して印加されたせん断応力に対する抵抗を付与する。
【００３２】
いくつかの実施形態において、圧縮力が解除されたとき、第１および第２の複数のタイルは互いに対して可動となる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、第１および第２の複数のタイルは布基材タイルを含む。
【００３４】
さらにある他の態様において、開示内容は
第１の層における第１の複数のタイルの作製、
第２の層における第２の複数のタイルを第１の層の上への重ね合わせ、
（ここで、第２の複数のタイルの各々が、少なくとも２つの第１の複数のタイルと部分的に重なり合って、橋架けをしている）、
第１および第２の複数のタイルが密着してかつ互いに固定化されるよう第１および第２の複数のタイルにまたがる圧縮力を印加、
第１および第２の複数のタイルを物体のプロファイルにフィッティング、
第１および第２の複数のタイルが互いに可動するように圧縮力の解除、
物体のプロファイルに一致するように第１および第２の複数のタイルの再配列、および
第１および第２の複数の布タイルが再び密着して互いに固定化されるように第１および第２の複数のタイルにまたがる第２の圧縮力の印加
を含む構造化可能なコンポジット物品の作製方法を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態において、第１および第２の複数のタイルは布基材タイルを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
以下の図は図示の目的のためだけに提供されて、限定を意図するものではない。
【００３７】
【図１】図１は、例証的な構造化可能なコンポジット物品の断面図を図示する；
【００３８】
【図２】図２は、変形可能容器中の例証的な構造化可能なコンポジット物品の透視図を図示する；
【００３９】
【図３】図３は、例証的な構造化可能なコンポジット物品の例証的作製方法を図示する；
【００４０】
【図４】図４は、構造化可能なコンポジット物品の構築のためのシートの例証的作製方法を図示する；
【００４１】
【図５】図５は、構造化可能なコンポジット物品の構築のためのシートのある他の例証的作製方法を図示する；
【００４２】
【図６】図６は、構造化可能なコンポジット物品の例証的試験方法を図示する；
【００４３】
【図７】図７は、いくつかの例証的な構造化可能なコンポジット物品の機械的特性を図示する；
【００４４】
【図８】図８は、ある他の例証的な構造化可能なコンポジット物品の斜視図を図示する；
【００４５】
【図９】図９Ａは、図８の例証的な構造化可能なコンポジット物品における接触面の断面図を図示している；
【００４６】
図９Ｂは、図８の例証的な構造化可能なコンポジット物品における接触面の上面図を図示している；および
【００４７】
【図１０】図１０は、図８の例証的な構造化可能なコンポジット物品の使用の例証的方法を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
詳細な説明
本明細書中に言及の特許および科学的文献は、当業者に使用可能な知識を確定させる。本明細書中で引用された、発行されたアメリカ合衆国特許、許可された出願、公開された外国の出願、および参照は、それぞれが具体的に、また、個々に参照として援用されていたのと同程度において、本明細書中で参照として援用される。
【００４９】
利便性のため、明細書、例および特許請求の範囲において採用される一定の用語をここに集約する。特段定義されない限り、本開示で用いられる全ての技術的および科学的用語は、本開示が属する技術において当業者が共通に認識する意味を有する。特段の定めがない限り、本開示において提供される群または用語のために提供される初めの定義が、本開示全体にわたってその群または用語に対して、個々にまたはある他の群の一部として適用される。
【００５０】
指令によって耐力構造へと再構造化可能なコンポジットは、仮設構造物の迅速な構築を可能とする。コンポジットそれ自身が平面的なシートとして輸送されることが可能であり；コンポジットは重ね合わさることが可能であるので、平面幾何を有する材料は組立済み構造物よりも容易かつより安価で輸送することが可能となる。これらの構造化可能なコンポジットを用いて形成された構造物は、状況に応じてカスタマイズされることが可能である。
【００５１】
いくつかの実施形態において、交互配置されているシートからなり、ともに（例えば、バキュームジャム、電場、磁場などを用いて）圧縮されている構造化可能なコンポジット物品は、高い荷重を保持可能であり、様々な形状へと形作られることが可能であり、および変化する内圧により変形することが可能である。もし耐力システムが破壊されても、コンポジットは交互配置および真空密閉により、迅速および利便的方式で再組織化および再構築されることが可能である。いくつかの実施形態において、構造化可能なコンポジットからなる耐力装具は、耐力構造へと構造変換可能であり、かつ被験体が老朽化しても取り替えられる必要はない。
【００５２】
開示内容のある態様において、構造化可能なコンポジット物品の物理的および機械的特性が構造化されて様々なニーズに適合することが可能である。ある例において、交互配置されているシートの数、交互配置されているシートの重なり合っている領域、交互配置されているシートにまたがる圧縮力、および／または交互配置されているシートの組成が、調整されて、構造化可能なコンポジット物品を構造化することが可能である。ある他の例において、個々のシートの特性もまた変換されて、構造化可能なコンポジット物品の、物理的および機械的特性（例えば、伝導性、透過性、化学抵抗性、など）を調整することが可能である。
【００５３】
図１は、開示内容のいくつかの実施形態に記載の例証的な構造化可能なコンポジット物品１００の概略的断面図を含む。構造化可能なコンポジット物品１００は、複数のシート１１０−１、１１０−２、１１０−３、１１０−４、および１１０−５を含むことが可能である。この文書における参照番号１１０は集合的に複数のシートまたは個々に１つのシートを言及するために使用されることが可能である。いくつかの実施形態において、シート１１０は布状シートであって、織られているかまたは織られていなくても可能である。柔軟で、大規模実現が可能であり、および軽量である、布は、構造化可能なコンポジット物品に対して強度を付与することが可能である。シート内において布は伸張性を有することが可能である。布は、例えば炭素布、伸縮性ウール、硬質なケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）、紙、ポリエチレン／紙ブレンド、ポリエステル布、ガラス繊維布、金属メッシュ（例えばアルミニウムまたはスチール）、など様々な種類のものであることが可能である。
【００５４】
複数のシート１１０の各々に、材料１２０を浸出させて、シート１１０上に滑らかな表面１３０を形成することが可能である。材料１２０は、ゲル、熱可塑性プラスチック、剛質プラスチックおよびクレイなどのような、多くの形態をとることが可能である。いくつかの実施形態において、材料１２０はエラストマー１２０であることが可能である。エラストマーの例はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）およびウレタンラバー（例えば、ＲｅｏＦｌｅｘ）、などが挙げられる。いくつかの実施形態において、シート１１０が、わずかに空洞構造である、網目様の品質を有することが可能である。これはエラストマーのような材料１２０が布状シート１１０に対してより容易に浸出することを支援する。布の伸張性に加えて材料１２０の弾性はコンポジット物品１００を伸張させることが可能である。加えて、シート１１０に浸出したエラストマー１２０は、コンポジット物品１００に対して機械的柔軟性を付与することを支援する。
【００５５】
複数のシート１１０は互いに交互配置されることが可能である。いくつかの実施形態において、複数のシートは完全に互いに重なり合わない。例えば、シート１１０−１、１１０−２、１１０−３、１１０−４、および１１０−５は、互いに、単に部分的に重なり合って、重なり合っている領域１４０を形成している。シートの重なり合っていない部分１５０は、外部連結部（例えばクランプ）へと接続されることが可能である。いくつかの実施形態において、力は複数のシートにまたがって及ぼされて複数のシートを互いに対して圧縮させることが可能である。滑らかな表面１３０は、シートが互いに密着することを確実にすることを支援する。
【００５６】
エラストマー浸出シート間の密着は、効果的な接触面領域を増大することで、構造化可能なコンポジットのせん断抵抗を増大させることが可能である。より多い接触点は、隣接する２つのシート間での相互作用を増大させることが可能である。例えば、部分的にキュアリングされたウレタンは、隣接するシート間で繰り返し共有結合を形成することが可能である。非共有結合相互作用の例はファンデルワールス力、ｐｉ−ｐｉスタッキング、水素結合、電荷移動、および静電相互作用などを含む。また、エラストマーはある他のものに対して接着的引力を有するように選択されることが可能であり、それによって隣接する層間に内在するせん断抵抗性を増大することが可能である。これらのシート間の相互作用は、スライディング（例えば、せん断応力）に対して、抵抗（例えば摩擦）を付与することが可能である。
【００５７】
前に議論されたように、シート１１０にエラストマー１２０のような材料を浸出させることは表面１３０の滑らかさを改善することを支援でき、これは接触面領域を増大させる。表１は、いくつかの例証的表面に対する平均ラフネスＲａおよびその標準偏差を、表にしている。
【００５８】
【表１】
2016534895.tif 000003
【００５９】
表１に示されるように、炭素布は２０μｍのオーダーの平均ラフネスを有することが可能である。エラストマー（例えば、ＰＤＭＳ）を浸出させると、平均ラフネスが２００ｎｍのオーダーまで減少することが可能である。圧縮されたとき、表面のエラストマーは変形して接触領域の量を同様に増大させることができる。したがって、エラストマー浸出表面は、少なくともその滑らかさおよび変形可能性により、広範囲の表面を接触させる。
【００６０】
さらに図１を参照すると、１つの態様において、全ての重なり合っている領域が増大することで、構造化可能なコンポジット物品のせん断応力抵抗が増大することが可能となる。いくつかの実施形態において、構造化可能なコンポジット物品のせん断応力抵抗は全ての重なり合っている領域におおよそ比例している。全ての重なり合っている領域は、ある方法では、それぞれの個々の重なりあっている面積および個々の重なり合っている領域の数の積として定義される。例えば、図１に図示される構造化可能なコンポジット物品１００における全ての重なり合っている領域は、個々の重なりあっている面積（すなわち１４０として参照される領域）に個々の重なり合っている領域の数（すなわち４つ（１１０−１と１１０−２間の１つ、１１０−２と１１０−３間の１つ、１１０−３と１１０−４間の１つ、および１１０−４と１１０−５間の１つ））の積の領域となる。１つの例証的な実施形態において、１７４１ｃｍ２の全ての重なり合っている領域を有する、構造化可能なコンポジット物品は、シートの長軸方向に沿って４５６ｋｇｆの引っ張り荷重の抵抗を有する。ある他の態様において、物品は、布層に対してある角度で印加されているせん断応力を含む。１つまたは複数の実施形態において、図１に図示されるように、圧縮力は本質的に布層に対して直立方向である。圧縮力が増大すると、構造化可能なコンポジット物品のせん断応力抵抗は増大する。いくつかの実施形態において、構造化可能なコンポジット物品のせん断応力抵抗が、複数のシートにまたがって及ぼされる圧縮力におおよそ比例することが可能である。
【００６１】
上記で議論されたように、隣接している複数のシート１１０は、構造化可能なコンポジット物品の１つまたは２つの末端において重なり合っていない領域１５０が存在するように、単に部分的に重なり合っているだけでる。外部荷重が、末端部１５０に連結されて、引っ張り応力が複数のシート１１０の長軸方向に沿って印加されることが可能である。いくつかの実施形態において、同時にそれぞれのシート１１０の両方の末端を引っ張ることなしに、（それぞれの個々のシートそのものの引っ張り強度と）２つの隣接するシート間の（例えば、スライディングに対する）せん断応力抵抗が、構造化可能なコンポジット物品１００の引っ張り強度を提供することが可能である。
【００６２】
さらに図１を参照して、重なり合っている領域１４０および重なり合っていない領域１５０が、様々なニーズに適合するように調整されることが可能である。上記で議論されたように、一般に、重なり合っている領域１４０が広くなると、全ての重なり合っている領域が広くなり、構造化可能なコンポジット物品の引っ張り強度が大きくなる。いくつかの実施形態において、複数のシートは、外部物体（例えば、引っ張り強度試験機のクランプ）との連結のために十分な、重なり合っていない領域が存在するような方法において交互配置されている。いくつかの他の実施形態において、重なり合っていない領域は強化されて、重なりあっている領域１４０により提供されるせん断応力抵抗と少なくとも同じ引っ張り強度を提供することが可能である。
【００６３】
図２は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載の、例証的な構造化可能なコンポジット物品２００の透視図を図示する。構造化可能なコンポジットの配列２００は、容器２１０に含まれる構造化可能なコンポジット物品１００を含むことが可能である。容器２１０は変形可能である。いくつかの実施形態において、容器２１０は変形して、同時に含まれる構造化可能なコンポジット１００の外部プロファイルにフィットすることが可能である。変形可能容器２１０の例は、（例えばナイロンからなる）袋を含む。いくつかの実施形態において、変形可能容器２１０は気密性であることが可能である。いくつかの実施形態において、変形可能容器２１０から空気がポンプで排気されることが可能である。もたらされる外部気圧と内部気圧の違いが、構造化可能なコンポジット１００のシートをまたがる圧縮力を提供することが可能である。ある１つの例において、容器２１０の外部と内部の圧力の違いは、約９５０ｍｉｌｌｉｂａｒ（ｍｂａｒ）であって；約６００ｃｍ２の圧縮力の領域を有する構造化可能なコンポジットにとって、９５０ｍｂａｒの圧力の違いは約５８４ｋｇｆの圧縮力を生み出すことが可能である。
【００６４】
いくつかの実施形態において、構造化可能なコンポジット１００のシートをまたがる圧縮力は他のメカニズムにより生み出されることが可能である。ある実施形態において、圧縮力は電場を用いて生成される。例えば、２つの分けられたプレートが、（キャパシターのように）反対の電荷を有することが可能であり；もたらされるマクスウェル応力はシートに圧縮力を及ぼすことが可能である。ある他の実施形態において、それぞれのシートは個別に電荷を帯びている。隣接するシートは反対の電荷を有することが可能であり、「交互配置されている」キャパシターを創り出す。ある他の実施形態において、圧縮力は磁場を用いて生成される。例えば、隣接するシートは、磁場により同じ方向に分極されることが可能であり；２つの隣接するシート間の磁場の相互作用はシート上へと圧縮力をおよぼすことが可能である。さらに他の実施形態において、圧縮力は磁場を用いて生成される。例えば、コンポジット物品の２つの反対面における強力な磁石がシート上へと圧縮力を及ぼすことが可能である。さらに他の実施形態において、クランプ、ゴムバンド、または合わせてねじ止めされるプレート、のような機械的拘束が物理的にシートを圧縮するために使用可能である。さらに他の態様において、空気圧式の袋がシートのまわりを覆って、膨張してシートを圧縮することが可能である。
【００６５】
図３は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載の例証的な構造化可能なコンポジット物品を作製する例証的方法３００を図示している。方法３００において１つまたは複数のステップが付け加えられる、除かれる、または順番が再変更されることが可能である。ステップ３１０において、複数のエラストマー浸出シートが提供されることが可能である。エラストマー浸出シートの作製の例証的プロセスが、後の図４および５と組み合わせて、詳細に記載される。ステップ３２０において、複数のエラストマー浸出シートが合わさって交互配置されることが可能である。複数のエラストマー浸出シートは、互いに部分的に重なり合っているだけである。ステップ３３０において、交互配置されている複数のエラストマー浸出シートは、容器内部に配置されることが可能である。いくつかの実施形態において、容器は変形可能である。いくつかの実施形態において、容器は気密性である。ステップ３４０において、変形可能容器から空気がポンプで排気される。変形可能容器の内部と外部の気圧の違いが、複数のエラストマー浸出シートにまたがる圧縮力をおよぼすことが可能である。
【００６６】
図４は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載の構造化可能なコンポジット物品を構築するための、例証的エラストマー浸出シートの作製の例証的方法４００を図示している。方法４００において、１つまたは複数のステップが、付け加えられる、除かれる、または順番が再変更されることが可能である。ステップ４１０において、布シートが提供される。布シートの例は、炭素布または紙を含むことが可能である。ステップ４２０において、エラストマーが、滑らかな表面を有する基体上に、適用される。滑らかな表面を有する基体の例は、ガラスプレートを含むことが可能である。エラストマーの例はＰＤＭＳおよびＲｅｏＦｌｅｘを含むことが可能である。エラストマーは様々な形態（例えば液体、ゲル、混合物、など）において方法に用いられることが可能である。いくつかの実施形態において、最終コンポジットにおけるエラストマーは固体またはゲルであり得るが、中間状態（例えば、液体またはゾル状態）において、エラストマーが布シートへと浸出することが可能である。ステップ４３０において、布シートが、エラストマーを有する基体の滑らかな表面上へと配置される。エラストマーが均一に布シートへと分配かつ浸出するように、布シートは基体の滑らかな表面に対して均一にプレスされることが可能である。いくつかの実施形態において、ローラーが基体に対して布シート上を回転可能である。追加的なエラストマーが布シートの他の面に、適用されて、浸出することが可能である。ステップ４４０において、布シート上に浸出したエラストマーが（例えば、一定期間高温下におかれて）キュアリングされることが可能である。キュアリングされたエラストマー浸出布シートが、続けて基体から剥がされることが可能である。方法４００は、布シート上において、滑らかな表面が形成することを支援する。ある例証的実施形態において、（例えば、ステップ４１０における）元々の布シート平均ラフネスＲａは５０μｍの範囲であることが可能であるが、（例えば、ステップ４４０の後の）エラストマー浸出シートのＲａは２００ｎｍの範囲であることが可能である。表面ラフネスのさらなる例がテーブル１に表示されている。滑らかな表面は、布シートが隣接する布シートと密着することを確実にすることを支援することが可能である。エラストマー浸出布シート間の密着は効果的な接触面領域を増大して、構造化可能なコンポジットのせん断抵抗を増大することが可能である。
【００６７】
図５は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載の構造化可能なコンポジット物品を構築するための、例証的エラストマー浸出シートの作製の他のある例証的方法５００を図示している。エラストマーシート５１０は、布シート５２０（例えば、メッシュ）上に配置されることが可能である。それらは上部プレート５３０と下部プレート５４０の間に配置されることが可能である。上部プレート５３０および下部プレート５４０の少なくとも１つが加熱されることが可能である。上部プレート５３０および下部プレート５４０は滑らかな表面を有することが可能である。上部プレート５３０は、下部プレート５４０に対してプレスされて、エラストマー５１０を布シート５２０に浸出させて、横断面図が５５０に例示されているエラストマー浸出布を得ることが可能である。
【００６８】
図６は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載の構造化可能なコンポジット物品３００の、例証的試験方法を図示する。真空容器３００の内部に含まれている構造化可能なコンポジットはその引っ張り強度試験が施されることが可能である。上部グリップおよび下部グリップが、構造化可能なコンポジット物品の２つの末端６１０に連結されることが可能である。いくつかの実施形態において、複数のシートの隣接するシートは、連結のために、２つの末端６１０において重なり合っていない。隣接するシートが重なり合っていない、末端部分の拡大図がさらに図１（例えば１５０）において図示される。図６を参照し直すと、上部および下部グリップのいずれか１つまたは両方が互いから離れて、構造化可能なコンポジット物品３００における張力を生み出すことが可能である。構造化可能なコンポジット物品３００が伸張されるとき、引っ張り応力／荷重が測定される。
【００６９】
図７は、いくつかの例証的な構造化可能なコンポジット物品の機械的特性を図示している。図７に図示されているように、ＲｅｏＦｌｅｘ浸出炭素布を用いて形成された構造化可能なコンポジット物品は約１５ミリメーター（ｍｍ）伸張したときに約４５０ｋｇｆの最大引っ張り荷重を保持可能であり；ＰＤＭＳ浸出炭素布を用いて形成された構造化可能なコンポジット物品は約２０ミリメーター（ｍｍ）伸張したときに約２８０ｋｇｆの最大引っ張り荷重を保持可能であり；ＰＤＭＳ浸出紙を用いて形成された構造化可能なコンポジット物品は約２０ミリメーター（ｍｍ）伸張したときに約１００ｋｇｆの最大引っ張り荷重を保持可能である。
【００７０】
本開示内容のある他の態様において、構造化可能なコンポジット物品の形状は、個々の交互配置されているシートのレイアウトを変化させることにより、特別のニーズに適合するように調整されることが可能である。
【００７１】
図８は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載のある他の例証的な構造化可能なコンポジット物品８００の斜視図を図示している。構造化可能なコンポジット物品８００は、第１の層（例えば、底部の層）における第１の複数のタイルを有し、かつ第２の層（例えば、頂部の層）における第２の複数のタイル有することが可能である。いくつかの実施形態において、それぞれのタイルは、本文書で前に議論したエラストマー浸出布シートであることが可能である。いくつかの実施形態において、それぞれの層におけるタイルは、市松模様に配置されることが可能である。例えば、タイルは２ｃｍ×２ｃｍの四角形の形状で、互いに１ｃｍ離して配置される。図９Ａは、例証的な構造化可能なコンポジット物品８００における接触面の断面図を図示している。図９Ｂは、例証的な構造化可能なコンポジット物品８００における接触面の上面図を図示している。１つの層（例えば頂部の層）におけるタイル８２０が、他の層（例えば、底部の層）における少なくとも２つのタイル８１０と部分的に重なり合うように、タイルの第１および第２の層が交互配置されることが可能である。重なり合っている領域８３０が２つの層からのタイルを橋架けすることが可能である。
【００７２】
構造化可能なコンポジット物品８００は、（図８には示されていない）変形可能容器の内部に配置されることが可能である。変形可能容器の例は気密性ナイロン袋を含むことが可能である。変形可能容器から、空気が引かれるとき、容器の内部と外部の間の空気圧が、タイルの第１および第２の層が重なり合っている領域８３０にまたがって圧縮力を及ぼすことが可能である。圧縮されたときの重なり合っている領域８３０は、本文書で前に議論した構造化可能なコンポジット物品８００に対して、せん断応力抵抗を提供することが可能である。重なり合っている領域８３０は、調整されて構造化可能なコンポジット８００の物理的および機械的特性を設定することができる。いくつかの実施形態において、それぞれの重なり合っている領域８３０の増大および／または重なり合っている領域の数の増大は、構造化可能なコンポジット物品８００の引っ張り強度を増大することが可能で；その一方で、構造化可能なコンポジット物品８００の剛質性を増大かつ柔軟性を減少させることが可能である。
【００７３】
図１０は、本開示内容のいくつかの実施形態に記載の例証的な構造化可能なコンポジット物品８００の使用の、例証的方法１０００を図示している。方法１０００における１つまたは複数のステップは、付け加えられる、除かれる、または順番が再変更されることが可能である。ステップ１０１０において、構造化可能なコンポジット物品（例えば図８における８００）を封入している変形可能容器から、空気が引かれることが可能である。タイルが広範囲で互いに固定されるように、真空により生成された圧縮力は、所定の位置に配置されたタイルの２層を「硬直させる（ｆｒｅｅｚｅ）」ことが可能である。ステップ１０２０において、真空の変形可能容器内の「硬直した（ｆｒｏｚｅｎ）」構造化可能なコンポジット物品は、テンプレート（例えばロッド）上にフィットすることが可能である。構造化可能なコンポジット物品８００の柔軟性が、それをテンプレートのプロファイルに一致することを可能とする。ステップ１０３０において、変形可能容器は室内の気圧までベントされて、気圧の違いの消失が構造化可能なコンポジット物品８００にまたがった圧縮力を解放して、構造化可能なコンポジット物品８００を「非硬直化（ｕｎｆｒｅｅｚｉｎｇ）」させることを可能とする。「非硬直（ｕｎｆｒｏｚｅｎ）」タイルの２層の位置は、変形可能容器の内部に含まれておりさらに、それらがより良好にテンプレートとフィットすることができるように調整されることが可能である。ステップ１０４０において、一度、構造化可能なコンポジット物品８００における、タイルの２層がテンプレートに満足にフィットするように調整されると、再び変形可能容器から空気が引かれて、所定の位置のタイルの２層を硬直させることが可能である。一度、構造化可能なコンポジット物品が、その理想的な形状および構造に到達すると、テンプレートは取り外されることが可能である。
【００７４】
当業者は、本明細書において記載されるすべてのパラメータ、および構造が例証的なものであることが意図されており、実際のパラメータおよび構造は、本発明のシステムおよび方法が用いられる特定の用途に応じて決まることを容易に理解するであろう。当業者は、日常的な実験のみを用いて、本明細書において記載される本発明の特定の実施形態への多くの等価物を認識するか、または確認することができる。従って、前述の実施形態が、例示のみの手段により提供されており、本発明が本明細書において具体的に記載されている以外の方法で実施されることが可能であることが、理解されるべきである。本発明は、本明細書において記載されるそれぞれの個別の特徴、システム、または方法に向けられている。さらに、このような特徴、システム、または方法が互いに矛盾しない場合、２以上のこうした特徴、システム、または方法のあらゆる組合せは、本発明の範囲内に包含される。
【図１】
2016534895.tif 000004
【図２】
2016534895.tif 000005
【図３】
2016534895.tif 000006
【図４】
2016534895.tif 000007
【図５】
2016534895.tif 000008
【図６】
2016534895.tif 000009
【図７】
2016534895.tif 000010
【図８】
2016534895.tif 000011
【図９】
2016534895.tif 000012
【図１０】
2016534895.tif 000013
【国際調査報告】
2016534895.tif 000014
2016534895.tif 000015