JP2017226206A - 補強材を有する複合構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合構造体、特に、補強部材を含む複合構造体のより効率的な製造方法の提供。【解決手段】寸法を変える事が可能なプリプレグ複合積層外板要素の第１の側に沿って複数の乾燥繊維を配置するステップ３０、複数の乾燥繊維とプリプレグ複合積層外板要素の第１の側との間に中間層を配置するステップ４４、及び、樹脂を複数の乾燥繊維に注入して複数の注入された繊維を形成するステップ５２を更に含み、プリプレグ複合積層外板要素と複数の注入された繊維を共硬化させるステップ５８も含む方法。【選択図】図３

Description

本開示は、概して、複合構造体に関し、特に、補強部材を含む複合構造体及びその製造方法に関する。

必要とされる強度及び／又は剛性の要件を満たすために、航空宇宙産業で使用されるものなどの複合構造体を補強することが、しばしば、必要である。例えば、これらの構造体は、翼及び／又は胴体のものなどの航空機の外板を含む。外板構造体は、軽量であり、しばしば、更なる強度及び剛性を必要とする薄く適合されたパネルである。他の産業での構造体のみならず、航空宇宙産業での他の構造体も、更なる強度及び／又は剛性を必要とする。航空機の外板構造などの複合構造体に補強材を追加することは、航空機の外板構造体に必要とされる強度及び剛性を提供する。

従来、外板及び補強材又はストリンガ構造体を備えた、補強された外板を製造することにおいて、様々な製造工程が採用されて、補強された外板が製造されてきた。１つの製造工程では、外板と補強材構造体の両方に対して複合プリプレグ材料をレイアップすることが使用されてきた。代替的に、製造工程は、注入工程を使用してきた。注入工程では、補強材要素のために樹脂が乾燥繊維に注入され、外板パネル要素のために樹脂が複数の乾燥繊維に均一に注入される。

プリプレグを利用することは、外板要素を製造する目的に対して有利であった。何故ならば、複合プリプレグ材料は、構造上の効率のために最適化された繊維体積の厳密な制御を促進し、自動化された積層装備を利用して労働力を削減する機会を提供したからである。一方、補強材又はストリンガ構造体は、自動化されない且つ高価な手作業の積層工程を必要とした。補強材は、しばしば、補強材又はストリンガ構造体要素を構成することにおいて、複雑な幾何学的形状を必要とした。ストリンガは、補強材構造体内で繊維が波打つことを避けるために、外板要素に注意深く配置されることを必要とした。さもなければ、繊維の波形は、補強材の性能を低減させ得る。補強材要素と外板要素の両方がプリプレグレイアップ工程によって製造される場合には、更なる複雑さが生じた。この製造での従来のプリプレグ材料の使用は、高温高圧の硬化工程を必要とし、それは、最終製品において望ましくない結果を導入し得る。プリプレグ材料に対するこれらの高温高圧の硬化要件は、より最近になって、より低温低圧で硬化するプリプレグ材料を利用することによって幾らか改善されてきた。

補強された外板構造体を組み立てるための他の従来の方法は、上述のように、２つの構造体を同時に硬化させることを用いる、注入される繊維製造工程から、均一に製造される外板及び補強材又はストリンガ構造体の両方を作ることを含む。外板構造体及び補強材構造体は、異なる繊維構成及び配置を有する。異なる繊維構成及び配置は、これらの構造体の両方に対する注入工程の間に、樹脂を湿潤させることに対して異なる要求を導入する。これらの要求は、外板と補強材構造体の両方の均一な共注入（ｃｏ‐ｉｎｆｕｓｉｏｎ）工程のための更なる複雑さを提供する。

例えば、風力タービンブレードを製造するための他の工程は、樹脂が注入される乾燥繊維から製造される外側構造体、及び外側構造体内に配置されたレイアッププリプレグ構造体から製造される内側構造体を含む。これらの構造体の両方は、その後、共硬化（ｃｏ‐ｃｕｒｅ）される。この工程では、単一方向プリプレグ材料が、繊維織物システム内に配置され、又はさもなければ繊維織物システム内に包含される。その後、繊維織物システム及び包含されたプリプレグ材料は、真空バッグ内に封入される。樹脂の注入は、プリプレグ要素を取り囲む繊維織物システム上で実行される。注入されたアセンブリは、共硬化される。この工程では、プリプレグ材料が、プリプレグ材料を取り囲む注入された繊維層との連結を形成する。

他の製造工程では、予め硬化された補強材が、レイアップ工程によって製造された予め硬化されたプリプレグ外板から分離してそれとは別に製造される。予め硬化された補強材構造体と予め硬化された外板構造体は、二次的な接合によって接合される。予め硬化された補強材と予め硬化された外板構造体は、幾何学的精度を伴って個別に製造され、これらの予め硬化された構造体の各々の表面を互いに適正に補足し、組み立てられた構造体の必要とされる幾何学的形状を実現し、且つ、２つの構造体の確実な二次的共接合を促進する。

補強された複合構造体を組み立てるための方法の一実施例は、プリプレグ複合積層外板要素の第１の側に沿って複数の乾燥繊維を配置するステップを含む。プリプレグ複合積層外板要素は、寸法を変えることが可能である。該方法は、複数の乾燥繊維とプリプレグ複合積層外板要素の第１の側との間に中間層を配置するステップ、及び、樹脂を複数の乾燥繊維に注入して複数の注入された繊維を形成するステップを更に含む。該方法は、プリプレグ複合積層外板要素と複数の注入された繊維を共硬化させるステップを更に含む。

航空機の斜視図である。 プリプレグ複合積層胴体外板要素に連結された、注入された複合補強材要素を伴う、図１の航空機のプリプレグ複合積層胴体外板要素の部分切欠き斜視図である。 注入された複合補強材要素をプリプレグ複合積層外板要素に連結させること、及び、これらの要素を共硬化させることを含む、補強された複合構造体を組み立てるための方法のフローチャートである。 図３で説明された方法によって補強された複合構造体を組み立てるためのレイアップの概略分解部分図である。 図３で説明された補強された複合構造体を組み立てるための方法によって組立てられた補強された複合構造体の概略分解断面図である。

図１及び図２を参照すると、航空機１０は、胴体１２、翼１４、ノーズセクション１６、及びテールセクション１８の構造体を含む。航空機１０のこれらの構造体の多くが、次に、複合材料を用いて製造される。複合材料は、軽量であり強度も提供するという有益な特性を、航空機１０の構造体に提供する。翼１４及び胴体１２の外板要素又は構造体２０などの、航空機１０の外側部分は、概してパネル形状の構造を有する複合材料から製造される。この構造は、航空機１０の運航中に空力的な力に晒される。これらの作動力に耐えるために、ストリンガなどの補強材２２を外板構造体２０と更に連結させることによって、更なる強度が外板要素又は構造体２０に提供される。

図２を参照すると、この実施例では、プリプレグ複合積層外板要素又は構造体２０が、胴体１２の構造の一部分である。プリプレグ複合積層外板要素又は構造体２０に更なる強度を提供し、且つ、同時に航空機１０の複合積層外板構造体２０の外面２６の空力的な力と干渉しないために、補強材又はストリンガ２２は、プリプレグ複合積層外板要素又は構造体２０の内面２４に配置される。複合積層外板要素又は構造体２０に必要な補強を効率的に提供するために、補強材２２は、外板要素又は構造体２０の幾何学的形状にぴったりと従うことが必要である。それらは、航空機１０の胴体１２及び翼１４などの構造体の製造において、平坦な表面、湾曲した表面、及び外板構造体２０によって提示される他の複雑な幾何学的形状を含み得る。図４で見られるように、補強材２２を製造することにおいて、自動化設備が、複数の乾燥繊維２７のプリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）を形成することにおいて使用され、必要とされる外板要素２０の表面形状にぴったりと従うことを正確且つ効果的にもたらし得る。複数の乾燥繊維２７をプリフォームへと自動で作ることは、補強材２２の複合材料内で繊維の望ましくないしわ形状が生じることを更に避ける。それは、さもなければ、補強材２２の強度性能に影響を与え得る。本明細書で説明されるように、補強材２２は、例えば、図４で見られるように、複数の乾燥繊維２７の中への樹脂の注入を使用することによって製造され、プリプレグ複合積層外板要素２０と共硬化される。

プリプレグ複合積層外板要素又は構造体２０を作るために、自動化設備を採用することが、有益であることも理解されるだろう。上述したように、注入された補強材２２のために複数の乾燥繊維をプリフォームへと正確に製造及び配置することのみならず、自動化は、プリプレグのレイアッププライのための労働コスト削減を提供する。

図３で示されるように、且つ、本明細書で説明されるように、補強された複合構造体２８を組み立てるための方法は、図４で概略的に見られるように、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４に沿って、複数の乾燥繊維２７を配置するステップ３０を含む。プリプレグ複合積層外板要素２０は、寸法を変えることが可能である。該方法は、図４で見られるように、複数の乾燥繊維２７とプリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４との間に、中間層３８を配置するステップ４４を更に含む。この方法は、樹脂を複数の乾燥繊維２７に注入して、複数の注入された繊維を形成するステップ５２を更に含む。該方法は、プリプレグ複合積層外板要素２０と複数の注入された繊維を共硬化させるステップ５８を更に含む。この方法は、本明細書でより詳細に説明される。

補強された複合構造体２８を組み立てるための本方法は、寸法を変えることが可能なプリプレグ複合積層外板要素２０を使用することを含む。複合積層外板要素２０は、オートクレーブ外（ｏｕｔ ｏｆ ａｕｔｏｃｌａｖｅ）プリプレグとオートクレーブ内（ｉｎ‐ａｕｔｏｃｌａｖｅ）プリプレグのうちの一方などの、広範なプリプレグ複合積層材料のうちの１つから製造され得る。プリプレグの何れかの選択によって、プリプレグは、本方法を開始することにおける硬化に関してＢステージ化される。それは、積層材料の寸法を変えて、望ましい形状へと容易に従うことを可能にする。

プリプレグ複合積層外板２０のプライは、ガラス、アラミド、炭素、炭化ケイ素、ボロン、セラミック、金属材料Ｅガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）、Ｓガラス（アルミノシリケートガラス）、純石英、ホウケイ酸ガラス、光学ガラス、及び他のガラス組成物、などの多種多様な材料のうちの１つから選択された材料から製造された繊維を含む。同様に、プライは、エポキシ、ビスマレイミド、ポリウレタン、フェノール樹脂、ポリイミド、スルホン化ポリマー（ポリフェニレンスルファイド）、導電性ポリマー（例えば、ポリアニリン）、ベンゾキサジン、シアン酸エステル、ポリエステル、及びシルセスキオキサン樹脂などの、多種多様な樹脂から選択された樹脂から製造される。それらは、熱可塑性物質若しくはシリコン又は他の粒子などの、強化添加物又は成分も含み得る。積層は、特定の複合要素又は構造から製造されるために必要な幾つかのプライを用いて作られ得る。各プライのための繊維配向は、同様に、特定の複合要素又は構造から製造されるために必要なように配置され得る。

上述したように、多種多様なプリプレグ複合積層材料のうちの１つが、補強された複合構造体２８の外板要素２０の製造のために採用され得る。複合材料の１つのカテゴリーは、オートクレーブ内プリプレグ複合積層材料を含む。それは、複合積層材料の硬化のために、オートクレーブ外複合積層材料を含む複合積層材料の別のカテゴリーよりも、高い温度及び高い圧力を利用する。複数の注入された繊維とプリプレグ複合積層外板要素２０を共硬化させる図３のステップ５８では、オートクレーブ内複合積層材料を使用する。別の言い方をすれば、これらの組み立てられた構成要素は、補強された複合構造体２８と呼ばれる。共硬化は、平方インチ当たり４５ポンド（４５ｐｓｉ）から平方インチ当たり１００ポンド（１００ｐｓｉ）までの範囲内に含まれる圧力、及び華氏４００度（４００°Ｆ）までの温度を利用する。補強された複合構造体２８のためにオートクレーブ内プリプレグ材料を利用することにおいて、これらの、より高温高圧の硬化温度及び圧力を使用することによって、補強された複合構造体２８の製造において欠陥が導入されることを避けるための注意が必要である。

補強された複合構造体２８を製造するために、オートクレーブ外プリプレグ複合積層材料が使用され得る。図３で見られるように、樹脂を複数の乾燥繊維２７に注入するステップ５２を採用するときに、使用される樹脂に応じて、注入するステップ５２は、熱を加えるステップを更に含む。注入するステップ５２を採用するときに、樹脂の注入と複数の乾燥繊維２７、及びプリプレグ複合積層外板要素２０に対して熱が加えられる。熱を加えることは、プリプレグ複合積層外板要素２０が、中間の硬化段階を経ることをもたらす。熱を加えることは、補強された複合構造体２８のこれらの構成要素の温度を、華氏１４０度（１４０°Ｆ）から華氏２８０度（２８０°Ｆ）までの範囲内に含まれる温度へ高める。中間の硬化段階に到達した後で、オートクレーブ外プリプレグ複合積層外板要素２０と補強材２２の複数の注入された繊維を共硬化させるステップ５８が採用される。共硬化のステップ５８は、外板要素２０と補強材２２を、華氏２８０度（２８０°Ｆ）から華氏４００度（４００°Ｆ）までの範囲内に含まれる温度へ加熱し、且つ、平方インチ当たり４５ポンド（４５ｐｓｉ）までの範囲に含まれる圧力を加えることによって、外板要素２０と補強材２２を最終硬化へ持っていくことを含む。オートクレーブ外プリプレグ複合材料の使用は、補強された複合構造体２８に欠陥を導入する可能性が低い。

図３を参照すると、図４で見られるように、補強された複合構造体２８を組み立てるための方法は、上述のように、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４に沿って、複数の乾燥繊維２７を配置するステップ３０を含む。プリプレグ複合積層外板要素２０のプリプレグ複合材料は、寸法を変えることが可能である。それは、外板要素２０が、望ましい形状に従うことを可能にする。複数の乾燥繊維２７は、編組（ｂｒａｉｄｅｄ）、ウォーブン（ｗｏｖｅｎ）、単方向（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）、非捲縮（ｎｏｎ‐ｃｒｉｍｐｅｄ）、及び他の既知の繊維形態のうちの１つであるように構成される。この実施例では、複数の乾燥繊維２７が、編組形状で構成されている。上述のように、複数のこれらの編組乾燥繊維２７は、編組されるか又はさもなければ自動化設備によって構成され、低コストのプリプレグ複合積層外板２０によって提示される、平坦な、湾曲した、及び他の複雑な幾何学形状に対して確実に従うように配置される。自動化設備とマンドレルの使用は、必要に応じて、補強材２２の寸法精度を高め且つ望ましくない繊維の波立ちの発生を低減させる。複数の乾燥繊維２７の組成は、プリプレグ複合積層材料のための繊維組成の例に対して上述され且つ特定された、幾つかの組成物のうちの１つから製造された繊維から選択される。この実施例では、炭素繊維が乾燥繊維２７に対して採用される。

方法のステップ３０は、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４に沿って複数の乾燥繊維２７を配置することを含む。この実施例では、プリフォーム内の複数の編組乾燥繊維２７が、航空機１０の全ての関連する要素を含んで、胴体１２、翼１４、ノーズセクション１６、及びテールセクション１８などの、航空機１０の部分の製造のための補強された複合構造体２８の補強材２２の製造において使用される。この実施例では、複数の編組乾燥繊維２７が、図２で見られるように、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４の全面より小さい領域に沿って配置される。複数の編組乾燥繊維２７のこの配置は、外板要素２０の計画的な補強のための結果としての補強材の選択的な配置を提供する。

複数の乾燥繊維２７を配置するステップ３０は、上述のように、外板要素２０の第１の側３４に沿って複数の乾燥繊維２７を配置することを更に含む。第１の側３４の形状の一例は、図示せぬ平坦な表面を含む。複数の乾燥繊維２７は、インチ毎に１０度（１０°／インチ）未満の、（図示せぬ）第１の軸の周りでの幾らかの捩じりによって構成されることを含み得る。第１の軸は、概して、平坦な表面に対して平行に延在する。他の実施例では、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４が、図２で示されるような湾曲した表面を含み得る。複数の乾燥繊維２７は、インチ毎に１０度（１０°／インチ）未満の、（図示せぬ）第１の軸の周りでの幾らかの捩じりによって構成されることを含み得る。第１の軸は、概して、湾曲した表面に対して平行に延在する。複数の乾燥繊維２７は、（図示せぬ）第２の軸の周りで四百インチ（４００インチ）未満の曲率半径（ｒａｄｉｕｓ）を有する構成へ、複数の乾燥繊維２７を形成することも含み得る。第２の軸は、湾曲した第１の側３４の接線と垂直な方向へ延在する。ステップ３０において補強材２２を製造するための、複数の乾燥繊維２７のこの配置は、外板要素２０のための広範な第１の側３４の表面形状を受け入れることを含み、第１の側３４の非常に急な湾曲、緩やかな湾曲、平坦な又は直線的な表面、及び複雑な幾何学的形状の表面を含む。

上述のように、図４は、以下でより詳細に説明されるように、レイアップツール３６を使用する、補強された複合構造体２８の組み立ての分解概略図を描いている。図４を参照すると、この実施例では、補強された複合構造体２８が、図５の概略分解図で示されるような、最終的に組み立てられた補強された複合構造体２８とは対照的に、逆さまにした配置で組み立てられている。図５は、図４で示されるものとは異なる反対の配向を有する。図５では、図４で見られるように、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４が、複数の乾燥繊維２７の方向に面している。複数の乾燥繊維２７は、注入された補強材２２の範囲内に位置決めされることになる。第１の側３４は、その上に補強材２２が配置されるところの外板要素２０の一方の側である。プリプレグ複合積層外板要素２０の第２の反対側４０は、航空機１０の外側部分と面するように配置される。

前述したように、自動化設備及び必要に応じてマンドレルは、複数の乾燥繊維２７を配置し且つ構成する。複数の乾燥繊維２７は、この実施例で、補強された複合構造体２８の補強材２２を作ることにおいて、必要とされる精度でプリフォームを形成する。複数の乾燥繊維２７のプリフォームは、上述されたように、外板要素又は構造体２０の第１の側３４の表面の様々な幾何学的形状に従い、補強材２２内の複数の繊維の望ましくないしわ形状を避ける。さもなければ、望ましくないしわ形状は、補強材２２の強度性能に影響を与え得る。更に、補強された複合構造体２８を組み立てることにおいて、この実施例では、図４で示されているように、複数の繊維２７が、レイアップツール３６内のスロット４２の中へ配置される。この実施例では、レイアップツール３６が、内側モールドライン「ＩＭＬ」ツーリングであり、他の実施例では、そのようなツーリングが、補強された複合構造体２８を組み立てることにおいて、複数の編組乾燥繊維２７のために必要とされる幾何学的形状を提供する助けとなるために、（図示せぬ）外側モールドライン「ＯＭＬ」ツーリングを含み得る。

補強された複合構造体を組み立てるための方法のステップ４４は、図３及び図４で見られるように、複数の乾燥繊維２７とプリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側との間に中間層３８を配置することを含む。この実施例では、２つの一般的な種類の中間層３８構造のうちの一方が採用される。中間層３８は、浸透性バリア構造又は不浸透性バリア構造から製造される。不浸透性中間層３８は、接着フィルム、テクスチャ加工された（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）フィルム、及び二重層フィルムなどの、様々な構造のうちの１つを含み得る。不浸透性中間層３８は、乾燥繊維２７に注入される樹脂とプリプレグ複合積層外板要素２０との間に、ガス及び樹脂バリアを提供する。浸透性中間層３８は、中間層３８を通って延在する（図示せぬ）複数の孔を画定する中間層３８を含む。浸透性中間層３８は、同様に、孔が開けられた接着フィルム、孔が開けられたテクスチャ加工されたフィルム、孔が開けられた二重層フィルム、及びベール（ｖｅｉｌ）などの、様々な構造のうちの１つを含む。

接着フィルムは、通常シートの形態で供給され、接着フィルムの何れかの側で構成要素に化学的に接合することができ、更に、一貫した接合厚さ及び強度を提供することができる、層間接着剤である。テクスチャ加工されたフィルムは、補強材２２のための注入された樹脂との機械的連結、及びプリプレグ複合積層外板要素２０の樹脂との機械的連結を提供する、３次元表面を有する。二重層フィルムは、フィルムが、二重層フィルムの一方の側の注入された樹脂との高められた化学的固定、及び二重層フィルムの反対側のプリプレグ樹脂との高められた化学的固定を提供するための、化学的特異性を有する表面を提供する。ベールは、ランダムな又は特定のパターンの紡糸繊維のマットであり、一旦、隣接する層からの樹脂がそこを通って浸透したら、プリプレグと樹脂が注入された層との間の高靱性インターフェースを提供する。中間層３８のこれらの様々な実施例は、補強材２２の樹脂とプリプレグ複合積層外板要素２０の樹脂との間の共硬化工程における固定を最適化するために利用され得る。

図４で見られるように、中間層３８の第１の側４６は、複数の乾燥繊維２７が第１の側４６と接触するように配置される。中間層３８の第２の反対側４８は、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４と接触するように配置され、又はそこに配置される。この実施例では、複数の乾燥繊維２７と外板要素２０の第１の側３４との間に中間層３８を配置するステップ４４が、図４で見られるように、樹脂バリア５２内に複数の乾燥繊維２７を配置するのに先立って実施される。この実施例では、中間層３８を配置するステップ４４が、更に、樹脂を複数の乾燥繊維２７に注入して複数の注入された繊維を形成するステップ５２を実施する前に実施される。一旦、樹脂が複数の乾燥繊維２７に注入されると、本明細書で説明されるように、複数の注入された繊維とプリプレグ複合積層外板要素２０を共硬化させるステップ５８が、採用される。

プリプレグ外板要素２０と樹脂が注入された補強材２２を共硬化させるときに、外板要素２０と補強材２２の樹脂の相違する化学性と粘度に関連して、相違が生じる。例えば、ベンゾキサジンプリプレグ樹脂の化学的構造を使用する難燃性の外側層を、低粘度高強度湾曲内側層エポキシ注入樹脂の化学的構造と組み合わせたときに、これが生じ得る。シアン酸エステルプリプレグ樹脂の化学的構造を使用する頑丈な対衝撃性の外側層を、低粘度高強度湾曲内側層エポキシ注入樹脂の化学的構造と組み合わせたときに、別の一例が生じる。

中間層３８は、異なる樹脂の化学的構造を有する、注入された繊維とプリプレグ複合積層外板要素２０の共硬化を促進する。例えば、二重層フィルムである不浸透性中間層３８は、中間層３８の一方の側の１つの樹脂の化学的構造と接合する官能基、及び中間層３８の他方の側の他の樹脂の化学的構造と接合する異なる官能基を提供し得る。二重層フィルムなどの不浸透性中間層３８は、例えば、補強材２２を形成することと共に使用される注入樹脂の品質に影響を与えるプリプレグからのガス放出を妨げるガスバリアであるなどの更なる特性を提供する。不浸透性二重層フィルムは、樹脂バリアとしても機能し、プリプレグ樹脂が補強材２２の複数の乾燥繊維２７の中へ流れることを妨げる。プリプレグが注入された樹脂の中へ流れること、又は注入された樹脂がプリプレグ２０樹脂の中へ流れることは、プリプレグ外板要素２０の樹脂の化学的構造の崩壊、及び補強材２２の注入された樹脂の化学的構造の崩壊をもたらし得る。

テクスチャ加工されたフィルムなどの他の不浸透性中間層３８が、採用され得る。それは、例えば、中間層３８の両側に配置された樹脂の間の機械的連結を提供する３次元表面を有する。樹脂の共通な（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）又は共通でない（ｎｏｎ‐ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）官能基は、テクスチャ加工された中間層３８の何れの側でも使用され得る。不浸透性なので機械的連結も促進する、これらの不浸透性のテクスチャ加工された中間層３８は、更に、樹脂バリアとしてのみならずガスバリアとしても機能する。

Ｍｅｔｌｂｏｎｄ１５１５などの不浸透性接着フィルムは、中間層３８の両側に配置された樹脂に化学的な硬化を提供する。樹脂の共通な官能基の使用は、テクスチャ加工された中間層３８の何れかの側の材料において必要とされる。

ベールは、紡糸繊維、例えば、不規則に輪状にされるか又は特定のパターンを生成するために製造されるかの何れかであり得る、ポリマー又はカーボンから成る。面積重量（重量／面積）は、ベール繊維密度の大きさであり、ベール浸透性に影響を与える。ベールは、プライに接合され、スタック内で中間層位置に配置される。ベールは、多機能であり、乾燥形態の炭素繊維材料を安定化させ、亀裂の成長を抑制することによって接合ラインを頑丈にし、部品がより多くのエネルギーを吸収し且つ破砕することなく変形することを可能にする。

中間層３８は、浸透性であるようにも構成され得る。中間層３８は、樹脂の浸透性を制御するために、特定の孔又は細孔のサイズを有する（図示せぬ）孔又は細孔を画定する。物理的な接合は、中間層３８の孔を貫通する樹脂によって生じる。浸透性の中間層３８を利用することにおいて、細孔又は孔のサイズは、樹脂の粘度と併せて影響をもたらすように選択される。樹脂の粘度は、温度硬化プロファイルによって制御され、各樹脂が中間層３８の中へ流れることを可能にするが、中間層３８を越えて流れ続け、樹脂が共通でない場合に異種の樹脂と混ざることはできない。

浸透性中間層３８の一例では、中間層３８の各側に１つが分配される２つの種類の官能基を有する、二重層フィルムが採用され得る。一方の官能基は、プリプレグ２０樹脂の化学的構造と接合し、他方の異なる官能基は、注入された樹脂の化学的構造と接合する。注入された樹脂とプリプレグ樹脂の各々の樹脂の化学的構造の化学的接合は、二重層フィルムの中間層３８の両側に配置された官能基の部位で生じる。浸透性の二重層フィルムの中間層３８の使用は、中間層３８の一方の側の中間層３８に注入された繊維２７の樹脂を固定させるため、及び中間層３８の他方の側にプリプレグの樹脂を固定させるために有用である。中間層３８の各側の樹脂は、固定された化学的連結を形成することにおいて共通でない。別の一実施例では、テクスチャ加工された中間層３８が、中間層３８の他方の側に配置された樹脂との機械的連結を形成するという目的のために選択され得る。浸透性中間層３８の他の実施例は、所定の面積重量のポリアミドベールの孔が開けられた接着フィルムを含む。

注入された繊維とプリプレグ２０からの２つの異なる樹脂の機能的な化学的構造が結合されるように、それらが共通になるという事態が生じる。浸透性中間層３８の使用は、２つの樹脂が化学的に接合し、互いに固定され、樹脂が浸透性中間層３８の孔を通して互いにアクセスするように、採用され得る。例えば、高度に曲線を付けて作られた樹脂の注入された補強材２２を有する、高衝撃靱性外側外板プリプレグ要素２０の製造において、そのようなことが生じ得る。頑丈な樹脂の構築は、通常、樹脂注入工程に対して不適切な高粘度を有する。高度に曲線を付けて作られる幾何学的形状は、引き続き樹脂が注入される乾燥繊維のプリフォームを使用して、より容易に製造される。一例は、アミン硬化エポキシ注入樹脂と結合されたアミン硬化エポキシプリプレグ材料であろう。

不浸透性中間層３８は、２つの異なる樹脂が特に共通でない場合に選択され得る。不浸透性中間層３８は、ガス及び樹脂バリアとして作用し、二重層フィルムの中間層３８の使用において、中間層３８の何れかの側に配置された同じ官能基の樹脂に接合され得る。更に、不浸透性のテクスチャ加工された中間層３８の実装を伴って、不浸透性中間層３８が、共通でない樹脂との機械的連結を促進するように選択され得る。両方の樹脂の化学的構造と接合し且つ不浸透性バリアを提供して樹脂を分離させたままにする、不浸透性の接着フィルムの中間層３８も、同様に採用され得る。

代替的に、二重層フィルム、接着フィルム、テクスチャ加工されたフィルム、又はベールなどの、浸透性中間層３８は、中間層３８の両側に配置された樹脂が、類似の官能基の化学的構造と共通し、中間層３８の孔を通して係合することを許容される場合に、採用され得る。更に、浸透性中間層３８は、樹脂が異なる官能基の化学的構造と特に共通しないが、中間層３８の両側に配置された樹脂が混ざることを許容しない制御された状況下で使用される場合に、採用され得る。

複数の乾燥繊維２７の注入によって、共硬化工程の間に、中間層３８の第１の側４６は、以前に複数の編組乾燥繊維２７であった注入された繊維に固定される。更に、共硬化工程の間に、中間層３８の第２の反対側４８は、プリプレグ複合積層外板要素２０の第１の側３４に固定される。中間層３８は、プリプレグ外板２０と複合補強材２２という２つの要素の間のロバストな機械的接合を提供することにおいて役に立つ。それらは、共通な樹脂システム又は異なる樹脂システムを含み得る。異なる樹脂システムは、化学的接合を提供し得るか、又はさもなければ学的接合を提供しない場合もある。

前述したように、補強された複合構造体２８を組み立てるための方法は、樹脂バリア５２内に複数の編組乾燥繊維２７を配置することを更に含む。この実施例では、樹脂バリア５２が、真空バギングフィルムなどの消耗品を含み得る。この実施例では、当て板５６も樹脂バリア５２内に配置される。バギングフィルムの内側に真空が適用され、その中身及び補強材２２を製造するためのエポキシ又は他の適切な注入できる樹脂などの注入樹脂は、樹脂バリア又はバギングフィルム５２の中へ引かれ、樹脂を複数の乾燥繊維２７に注入するステップ５２を実行する。結果として、図４で見られ得るように、中間層３８と接触するように配置された、注入された複合補強材２２が形成される。

複数の注入された繊維を用いて注入された補強材２２が形成され、複数の注入された繊維２７とプリプレグ複合積層外板要素２０を共硬化させるステップ５８が実行され、それによって、複合補強材２２の注入された繊維が、それらの間に配置された中間層３８を伴って、プリプレグ複合積層外板要素２０に連結される。注入された複合補強材２２とプリプレグ複合積層外板要素２０を共硬化させるステップ５８は、本実施例において、以前に詳細に説明されたように、オートクレーブ内プリプレグ複合積層外板要素２０を硬化させるため、且つ、オートクレーブ外プリプレグ複合積層外板要素２０を硬化させるために、注入された複合補強材２２とプリプレグ複合積層外板要素２０に熱を加え、圧力を加える。上述された熱と圧力のパラメータは、補強材２２と外板要素２０を共硬化させることにおいて使用される。

様々な実施形態が上述されてきた一方で、本開示がそれらに限定されることは企図されない。更に、添付の特許請求の範囲内に含まれる、本開示の実施形態に対する変形例が作られ得る。

Claims (20)

1. 補強された複合構造体を組み立てるための方法であって、
   寸法を変えることが可能なプリプレグ複合積層外板要素の第１の側に沿って複数の乾燥繊維を配置するステップ、
   前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素の前記第１の側との間に中間層を配置するステップ、
   樹脂を前記複数の乾燥繊維に注入して、複数の注入された繊維を形成するステップ、及び
   前記プリプレグ複合積層外板要素と前記複数の注入された繊維を共硬化させるステップを含む、方法。
2. 前記複数の乾燥繊維を配置する前記ステップが、前記複数の乾燥繊維が、編組、ウォーブン、単方向、及び非捲縮の繊維のうちの１つの構成を備えることを更に含む、請求項１に記載の補強された複合構造体を組み立てるための方法。
3. 前記プリプレグ複合積層外板要素の前記第１の側に沿って前記複数の繊維を配置する前記ステップが、前記プリプレグ複合積層外板要素の前記第１の側の全面より小さい領域に沿って延在するように、前記複数の乾燥繊維を配置することを更に含む、請求項１又は２に記載の組み立てるための方法。
4. 前記複数の乾燥繊維を配置する前記ステップが、前記プリプレグ複合積層外板要素の前記第１の側が、平坦な表面を備えることを更に含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
5. 前記複数の乾燥繊維を配置する前記ステップが、前記複数の乾燥繊維を、１インチ当たり１０度（１０°／インチ）未満の第１の軸の周りでの幾らかの捩じりを有する構成へと形成することを含む、請求項４に記載の組み立てるための方法。
6. 前記複数の乾燥繊維を配置する前記ステップが、前記プリプレグ複合積層外板要素の前記第１の側が、湾曲した表面を備えることを更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
7. 前記複数の乾燥繊維を配置する前記ステップが、前記複数の乾燥繊維を、１インチ当たり１０度（１０°／インチ）未満の第１の軸の周りでの幾らかの捩じりを有する構成へと形成することを含む、請求項６に記載の組み立てるための方法。
8. 前記複数の乾燥繊維を配置する前記ステップが、前記複数の乾燥繊維を、第２の軸の周りで四百インチ（４００インチ）未満の曲率半径を有する構成へと形成することを含む、請求項６又は７に記載の組み立てるための方法。
9. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記中間層が不浸透性バリアを備えることを更に含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
10. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記中間層が、接着フィルム、テクスチャ加工されたフィルム、二重層フィルム、及びベールのうちの１つを備えることを更に含む、請求項９に記載の組み立てるための方法。
11. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記中間層が浸透性バリアを備えることを更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
12. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記中間層が複数の孔を画定することを更に含む、請求項１１に記載の組み立てるための方法。
13. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記中間層が、接着フィルム、テクスチャ加工されたフィルム、二重層フィルム、及びベールのうちの１つを備えることを更に含む、請求項１２に記載の組み立てるための方法。
14. 前記樹脂を前記複数の乾燥繊維に注入する前記ステップの前に、前記複数の乾燥繊維を樹脂バリアの中へ配置するステップを更に含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
15. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記プリプレグ複合積層外板要素が、オートクレーブ外プリプレグ複合材料を含むことを更に含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
16. 注入する前記ステップが、前記プリプレグ複合積層外板要素が中間の硬化段階を経るように、前記樹脂の注入と前記複数の乾燥繊維、及び前記プリプレグ複合積層外板要素に対して熱を加えるステップを更に含む、請求項１５に記載の組み立てるための方法。
17. 共硬化させる前記ステップが、前記複数の注入された繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素に対して、大気圧から平方インチ当たり四十五ポンド（４５ｐｓｉ）までの範囲内に含まれる圧力を加えるステップを更に含む、請求項１６に記載の組み立てるための方法。
18. 共硬化させる前記ステップが、前記複数の注入された繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素を、華氏二百八十度（２８０°Ｆ）から華氏四百度（４００°Ｆ）までの範囲内に含まれる温度へ加熱することを更に含む、請求項１６に記載の組み立てるための方法。
19. 前記複数の乾燥繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素との間に中間層を配置する前記ステップが、前記プリプレグ複合積層外板要素が、オートクレーブ内プリプレグ複合材料を含むことを更に含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の組み立てるための方法。
20. 共硬化させる前記ステップが、前記複数の注入された繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素に対して、平方インチ当たり四十五ポンド（４５ｐｓｉ）から平方インチ当たり百ポンド（１００ｐｓｉ）までの範囲内に含まれる圧力を加え、且つ、前記複数の注入された繊維と前記プリプレグ複合積層外板要素を、華氏四百度（４００°Ｆ）までの範囲内に含まれる温度へ加熱するステップを更に含む、請求項１９に記載の組み立てるための方法。
    

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