JP5300197B2 - アルミニウム−繊維積層材 - Google Patents
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Description
本発明は、総じて複合材料に関し、より具体的には繊維強化積層材に関する。
一般に航空機などの装備は構造及び外板材料にアルミニウム合金を用いる。航空機の重量を減らすことが望ましいため、軽量の複合材料を用いることも航空機にとって一般的になってきた。これらの軽量複合材料には、繊維金属積層材(FML)がある。一例として、複合アルミニウム‐繊維積層材及び他の金属‐繊維積層材が開発されており、それらは、アルミニウム又は他の金属の層間に散在させた炭素及びガラス繊維層を用いている。多くのより低い弾性率の繊維は、アルミニウムとガルバニック反応(電気化学的腐食反応)を起こさない。しかし、積層材に繰り返し荷重がかけられるとき、ガラスなどの低い弾性率の繊維は、多くの場合、アルミニウム層に過度の応力を与えたり、アルミニウム層を疲労させたりする可能性なく大きな荷重を支えるには、十分に高い弾性係数を有さないおそれがある。
本発明の実施形態は、弾性率が高くかつガルバニック反応性が低い繊維を有する繊維金属積層材を提供する。該繊維金属積層材は、アルミニウム‐繊維積層材であることが有利である。本発明の繊維金属積層材は、適度に高い強度特性及び低いガルバニック反応性を有し、そのため、航空機などの装備の構造及び外板材料によく適するものである。
包括的に、本発明の典型的な実施形態は、繊維金属積層材を提供する。少なくとも2つの金属層が設けられ、かつ、少なくとも1つの繊維層が該2つの金属層の間に結合される。該繊維層は、樹脂マトリックスと、約270GPaより大きな弾性係数を有する有機ポ
リマー繊維とを含むことが適当である。
熱硬化させることができる。該樹脂は、繊維22とともに「プレプレグ」にすることができ、これは、多くの場合、繊維22の複数の層を含む予め組立てられた予備含浸層である。複数の又は多数のプレプレグ(図示せず)によって繊維層20を形成してもよい。
した10%の繊維は、複合材の剪断において分解を防ぐ。金属層24が高弾性率の非反応性ポリマー繊維22のような繊維層20と組み合わされるとき、一次応力に対して90°で配向する繊維22を0%まで低くすることができる。従って、すべての繊維22がある共通の方向に並べられた積層材10は、さらなる材料やクロスプライを含む製造工程を用いることなく、有利に組立てることができ、利用することができる。
間に、複数の繊維層を互いに集めて挟み込むことができる。図3においても、材料及び組立て方法は、適宜、図1を参照して説明したとおりのものとされる。
Corporation製のアルミニウムハニカムがある。明らかなように、繊維金属積層材110に中空コア122を組み込むことにより、積層材110の剛性が高められる。
参照して説明した方法により、硬化させる。硬化には、典型的に熱硬化がある。その結果、高弾性率の繊維層が金属層と結合され、それにより、本発明の繊維金属積層材が形成される。
Claims (73)
- 少なくとも2つの金属層、及び
少なくとも2つの金属層の間に配置された少なくとも1つの繊維層を備える繊維‐金属積層材であって、
少なくとも1つの繊維層が、樹脂マトリックスと、該金属層とガルバニック反応を起こさないものであり、ポリ{2,6‐ジイミダゾ[4,5‐b4’,5’‐e]ピリジニレン‐1,4(2,5‐ジヒドロキシ)フェニレン}繊維を含んだポリジイミダゾピリジニレン繊維を含み、約270GPaよりも大きい弾性係数を有する有機ポリマー繊維とを含む、繊維‐金属積層材。 - 少なくとも1つの繊維層が、少なくとも2つの金属層に結合されている、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層がアルミニウム合金を含む、請求項1の積層材。
- アルミニウム合金が熱処理可能なアルミニウム合金を含む、請求項1の積層材。
- アルミニウム合金が2024アルミニウム合金、7075アルミニウム合金、7055アルミニウム合金、2000系アルミニウム合金、7000系アルミニウム合金、5000系アルミニウム合金および6000系アルミニウム合金の群から選択される、請求項3の積層材。
- 少なくとも2つの金属層がチタン合金またはステンレス鋼合金を含む、請求項1の積層材。
- 樹脂マトリックスがエポキシ樹脂または熱硬化性材料を含む、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層が、該積層材の重量の40%未満を構成する、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層が、該積層材の体積の約10%〜50%を構成する、請求項1の積層材。
- 繊維の少なくとも一部が、実質的に同じ方向に並べられている、請求項1の積層材。
- 繊維の90%を超えるものが、該実質的に同じ方向に並べられている、請求項10の積層材。
- 繊維の少なくとも一部が互いに対して45°で並べられている、請求項1の積層材。
- 繊維の少なくとも一部が複数の方向に並べられている、請求項1の積層材。
- 繊維が連続繊維を含む、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層が3〜15の層を含む、請求項1の積層材。
- 少なくとも1つの繊維層が3〜15層の繊維を含む、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層がそれぞれ約0.004インチ〜0.025インチの厚みを有する、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層が表面の前処理を受けている、請求項1の積層材。
- 前処理がリン酸陽極酸化を含む、請求項18の積層材。
- 前処理が少なくとも2つの金属層を相間層で被覆することを含む、請求項18の積層材。
- 前処理がゾル‐ゲル表面処理を含む、請求項20の積層材。
- 少なくとも1つの繊維層が接着剤で結合されている、請求項1の積層材。
- 少なくとも2つの金属層の間に配置される少なくとも1つのコア層をさらに備える、請求項1の積層材。
- コア層がハニカムコアを含む、請求項23の積層材。
- 少なくとも2層のアルミニウム合金、及び
少なくとも2層のアルミニウム合金の間に結合された少なくとも1つの樹脂‐繊維複合材を備える繊維‐金属積層材であって、
前記複合材が、樹脂マトリックスと、該少なくとも2層のアルミニウム合金とガルバニック反応を起こさないものであり、ポリ{2,6‐ジイミダゾ[4,5‐b4’,5’‐e]ピリジニレン‐1,4(2,5‐ジヒドロキシ)フェニレン}繊維を含んだポリジイミダゾピリジニレン繊維とを含む、繊維‐金属積層材。 - アルミニウム合金が熱処理可能なアルミニウム合金を含む、請求項25の積層材。
- アルミニウム合金が2024アルミニウム合金、7075アルミニウム合金、7055アルミニウム合金、2000系アルミニウム合金、7000系アルミニウム合金、5000系アルミニウム合金および6000系アルミニウム合金の群から選ばれる、請求項26の積層材。
- 少なくとも1つの樹脂‐繊維複合材が、接着剤により、該少なくとも2つの層の間に結合されている、請求項25の積層材。
- 樹脂マトリックスがエポキシ樹脂または熱硬化性材料を含む、請求項25の積層材。
- 少なくとも2層のアルミニウム合金が、該積層材の重量の40%未満を構成する、請求項25の積層材。
- 少なくとも2層のアルミニウム合金が、該積層材の体積の約10%〜50%を構成する、請求項25の積層材。
- 繊維の約90%を超えるものが、実質的に同じ方向に並べられている、請求項25の積層材。
- 繊維の少なくとも一部が互いに対して45°で並べられている、請求項25の積層材。
- 繊維の少なくとも一部が複数の方向に並べられている、請求項25の積層材。
- 少なくとも2層のアルミニウム合金が3〜15の金属層を含む、請求項25の積層材。
- 少なくとも1つの繊維層がポリマー繊維からなる3〜15の補強層を含む、請求項25の積層材。
- 少なくとも2層のアルミニウム合金がそれぞれ0.004インチ〜0.025インチの厚みを有する、請求項25の積層材。
- 少なくとも2層のアルミニウム合金が表面の前処理を受けている、請求項25の積層材。
- 前処理がリン酸陽極酸化またはゾル‐ゲル表面処理を含む、請求項38の積層材。
- 前処理が少なくとも2層のアルミニウム合金を相間層で被覆することを含む、請求項38の積層材。
- 少なくとも2つの金属層の間に配置される少なくとも1つの中空コア層をさらに備える、請求項25の積層材。
- 中空コア層がハニカムコアを含む、請求項41の積層材。
- ハニカムコアが六角形のハニカムコアを含む、請求項42の積層材。
- 約0.004インチ〜約0.025インチの範囲の厚みをそれぞれ有する少なくとも2つのアルミニウム合金箔層、及び
該少なくとも2つの箔層の間に結合された少なくとも1つのポリマー複合材料層を備える航空機用複合部材であって、
該複合材料層が、樹脂マトリックスと、該少なくとも2つの箔層とガルバニック反応を起こさないものであり、ポリ{2,6‐ジイミダゾ[4,5‐b4’,5’‐e]ピリジニレン‐1,4(2,5‐ジヒドロキシ)フェニレン}繊維を含んだ、配列されたポリジイミダゾピリジニレン繊維とを含む、航空機用複合部材。 - 該アルミニウム合金が2024アルミニウム合金、7075アルミニウム合金および7055アルミニウム合金の群から選ばれる、請求項44の複合部材。
- 樹脂マトリックスがエポキシ樹脂を含む、請求項44の複合部材。
- 少なくとも2つの箔層が、該積層材の重量の40%未満を構成する、請求項44の複合部材。
- 少なくとも2つの箔層が、該積層材の体積の約10%〜50%を構成する、請求項44の複合部材。
- 繊維の90%を超えるものが、実質的に同じ方向に並べられている、請求項44の複合部材。
- 繊維の少なくとも一部が互いに対して45°で並べられている、請求項44の複合部材。
- 繊維の少なくとも一部が複数の方向に並べられている、請求項44の複合部材。
- 少なくとも2つの箔層が3〜15の層を含む、請求項44の複合部材。
- 少なくとも1つのポリマー複合材料層が3〜15のポリマー複合材料層を含む、請求項44の複合部材。
- 少なくとも2つの箔層が表面の前処理を受けている、請求項44の複合部材。
- 前処理がリン酸陽極酸化を含む、請求項54の複合部材。
- 前処理がゾル‐ゲル表面処理を含む、請求項54の複合部材。
- 少なくとも2つの箔層と該少なくとも1つのポリマー複合材料層との間に配置される少なくとも1つのゾル‐ゲル相間層をさらに備える、請求項44の複合部材。
- 少なくとも2つの箔層の間に配置される少なくとも1つのコア層をさらに備える、請求項44の複合部材。
- 少なくとも1つのコア層がハニカムコアを含む、請求項58の複合部材。
- 複数の金属層を設けること、
該複数の金属層とガルバニック反応を起こさないものであり、ポリ{2,6‐ジイミダゾ[4,5‐b4’,5’‐e]ピリジニレン‐1,4(2,5‐ジヒドロキシ)フェニレン}繊維を含んだポリジイミダゾピリジニレン繊維を含み、約270GPaよりも大きな弾性係数を有する複数のポリマー繊維を並べて少なくとも1つの繊維層にすること、及び
前記複数の金属層の間に該少なくとも1つの繊維層を挟むことを備える、繊維‐金属積層材の製造方法。 - 少なくとも1つの繊維層を、該繊維層に隣接する該複数の金属層に結合することをさらに備える、請求項60の方法。
- 複数の金属層を前処理することをさらに備える、請求項60の方法。
- 前処理することが、ゾル‐ゲルコーティングで前処理することを含む、請求項62の方法。
- 該複数の金属層がアルミニウム合金、チタン合金、およびステンレス鋼合金の群から選ばれる、請求項60の方法。
- 前記繊維層が樹脂マトリックスを含み、該樹脂マトリックスがエポキシ樹脂を含む、請求項60の方法。
- 該複数の金属層が、該積層材の重量の40%未満を構成する、請求項60の方法。
- 該複数の金属層が、該積層材の体積の約10%〜50%を構成する、請求項60の方法。
- 複数の金属層の間に中空コアを形成することをさらに備える、請求項60の方法。
- 中空コアを形成することが、ハニカムコアを形成することを含む、請求項68の方法。
- 複数の金属層を設けること、
該複数の金属層とガルバニック反応を起こさないものであり、ポリ{2,6‐ジイミダゾ[4,5‐b4’,5’‐e]ピリジニレン‐1,4(2,5‐ジヒドロキシ)フェニレン}繊維を含んだポリジイミダゾピリジニレン繊維を含み、約270GPaよりも大きな弾性係数を有する複数のポリマー繊維を並べて少なくとも1つの繊維層にすること、及び、
前記複数の金属層の間に該少なくとも1つの繊維層を挟むことを備える方法により製造された繊維‐金属積層材。 - 少なくとも1つの繊維層を、該繊維層に隣接する該複数の金属層に結合することをさらに備える該方法により製造された、請求項70の積層材。
- 複数の金属層を前処理することをさらに備える該方法により製造された、請求項70の積層材。
- 前処理することが、ゾル‐ゲルコーティングで前処理することを含む、請求項72の積層材。
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