特許 6463469 高い曲げ剛性を有する複合材サンドイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6463469

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年2月6日

(54)【発明の名称】高い曲げ剛性を有する複合材サンドイッチ

(51)【国際特許分類】

   B32B 5/28 20060101AFI20190128BHJP

   B29C 43/18 20060101ALI20190128BHJP

   B29C 43/20 20060101ALI20190128BHJP

   B32B 3/12 20060101ALI20190128BHJP

   B32B 37/24 20060101ALI20190128BHJP

【ＦＩ】

   B32B5/28 A

   B29C43/18

   B29C43/20

   B32B3/12 Z

   B32B37/24

【請求項の数】7

【全頁数】42

(21)【出願番号】特願2017-516259(P2017-516259)

(86)(22)【出願日】2015年6月3日

(65)【公表番号】特表2017-518907(P2017-518907A)

(43)【公表日】2017年7月13日

(86)【国際出願番号】US2015034070

(87)【国際公開番号】WO2016028359

(87)【国際公開日】20160225

【審査請求日】2017年1月31日

(31)【優先権主張番号】62/007,614

(32)【優先日】2014年6月4日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/007,632

(32)【優先日】2014年6月4日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/007,652

(32)【優先日】2014年6月4日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/007,670

(32)【優先日】2014年6月4日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/007,685

(32)【優先日】2014年6月4日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/108,837

(32)【優先日】2015年1月28日

(33)【優先権主張国】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】516363053

【氏名又は名称】ブライト ライト ストラクチャーズ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドッドワース アントニー

【審査官】 春日 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２０７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２５８１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−３２０１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０８８２２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ１／００−４３／００

Ｂ２９Ｃ３９／００−４３／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合材サンドイッチを製作する方法であって、
第１のポリマ樹脂含浸繊維シートと、
第２のポリマ樹脂含浸繊維シートと、および
前記第１の繊維シートと前記第２の繊維シートとの間に位置付けられ、複数のチューブ状部材を含むポリマコアブランクと、
を含むスタックアセンブリを組み立てる工程と、
第１の成形型部分と第２の成形型部分の間に前記スタックアセンブリを配置する工程と、
ならびに
前記スタックアセンブリを加熱し、それに圧力を印加して前記ポリマ樹脂の発泡体を形成するように前記第１の成形型部分と前記第２の成形型部分の間の前記スタックアセンブリを圧縮することによって、前記第１および第２の繊維シートを前記ポリマコアブランクに結合させて、前記複合材サンドイッチを形成する工程と、
を含み、
前記発泡体が、１つ以上の前記チューブ状部材の中に部分的に延在していることを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、前記スタックアセンブリを加熱し、それに圧力を印加して前記第１および第２の繊維シートを前記ポリマコアブランクに結合させて、前記複合材サンドイッチを形成する工程が、前記コアブランクの第１の部分を第１の厚さに圧縮し、前記コアブランクの第２の部分を前記第１の厚さよりも大きい第２の厚さに圧縮する工程を含むことを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、互いに結合して前記コアブランクを形成する前記チューブ状部材をさらに含むことを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の方法であって、前記コアブランクを圧縮する工程が、その中にある前記チューブ状部材の少なくともいくつかの曲がり、座屈、または融解のうち１つ以上を含むことを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の方法であって、前記第１のポリマ樹脂含浸繊維シートと前記コアブランクとの間に発泡体を形成する工程、または前記第２のポリマ樹脂含浸繊維シートと前記コアブランクとの間に発泡体を形成する工程のうち１つ以上を更に含むことを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の方法であって、前記スタックアセンブリを加熱し、圧力を印加する工程が、第２の成形型部分を第１の成形型部分よりも高い温度に加熱する工程を更に含むことを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の方法であって、前記スタックアセンブリに圧力を印加する工程が、５ｂａｒ〜１０ｂａｒの圧力を印加する工程を含むことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高い曲げ剛性を有する複合材サンドイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６１４号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。

【0003】

本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６３２号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。

【0004】

本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６５２号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。

【0005】

本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６７０号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。

【0006】

本出願は、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６８５号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。

【0007】

本出願は、２０１５年１月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／１０８，８３７号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体を本願に引用して援用する。

【0008】

複合材構造は、任意数の好適な用途に使用することができる。一般に、複合材構造はまた、重量強度比の低減が重要である各種用途にも用いることができる。例えば、複合材構造は、車両シャーシ、通信機器用パネル、輸送手段または車両（例えば、自転車、オートバイ、トラック等）用フレームまたは本体部分、農業用途（例えば、農業機器）、エネルギ関連用途（例えば、風力、太陽）、衛星用途、航空宇宙用途、建設材料（例えば、建築材料等）、ならびに消費者製品（例えば、特に家具、便座、および電気製品）に用いることができる。

【0009】

したがって、複合材構造の製造者および使用者は、複合材構造の改善を求め続けている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本明細書に記載された実施形態は、比較的高い曲げ剛性を持ち比較的軽い重量を持つことができる複合材構造（例えば、複合材サンドイッチ）、ならびにそのような複合材構造の使用および製作の関連方法に関する。例えば、複合材サンドイッチは、少なくとも２つの複合材スキンの間に挟まれたコア構造を含んでいてもよい。一部の実施形態において、少なくとも２つの複合材スキンのうち少なくとも１つは、ポリママトリックス（例えば、固化または硬化ポリマ樹脂）およびポリママトリックスに埋設された補強繊維を含んでいてもよい。更に、硬化および固化の後に、ポリマ樹脂は、コアとの間に適度に強固な結合を形成することができる。少なくとも１つの実施形態において、ポリマ樹脂は、固化したとき、複合材サンドイッチに対する構造剛性および／または支持を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施形態には、複合材サンドイッチが含まれる。より具体的には、複合材サンドイッチは、ポリママトリックスに埋設された複数の補強繊維を含む第１の複合材スキンおよびポリママトリックスに埋設された複数の補強繊維を含む第２の複合材スキンを含む。複合材サンドイッチはまた、第１の複合材スキンと第２の複合材スキンとの間に位置付けられそれらに結合したコアを含む。コアは、対応するセル壁によって画定された複数のセルを含む。例えば、コアはポリマコアを含んでいてもよい。

【0012】

実施形態には、複合材サンドイッチを製作する方法もまた含まれる。前記方法は、第１のポリマ樹脂含浸繊維シート、第２のポリマ樹脂含浸繊維シート、および第１の繊維シートと第２の繊維シートとの間に位置付けられたコアブランクを含むスタックアセンブリを組み立てる工程を含む。前記方法はまた、スタックアセンブリを加熱しそれに圧力を印加して第１および第２の繊維シートをポリマコアブランクに結合させて、複合材サンドイッチを形成する工程を含む。

【0013】

本開示における実施形態のいずれかの特徴は、制限なく、相互に組み合わせて用いてもよい。加えて、本開示の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面を考慮すれば、当業者にとって明らかとなるだろう。

【0014】

理解を容易にするため、各種添付図全体を通じて、同じエレメントに同じ参照番号が振られている。これらの図は本発明の典型的実施形態を表すものにすぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことを踏まえて、本発明の実施形態が、以下の添付図面を用いることにより、追加的特徴および詳細と共に記述され説明される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1A】一実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的平面図である。

【図1B】図１Ａの複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図2】一実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図3】別の実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図4】更に別の実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図5】少なくとも１つの実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図6】一実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図7】別の実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図8】更に別の実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図9】少なくとも１つの実施形態に従う複合材サンドイッチの等角図である。

【図10】一実施形態に従う複合材サンドイッチの部分的断面図である。

【図11】一実施形態に従う、複合材サンドイッチを製作するためのコアブランクの平面図である。

【図12】別の実施形態に従う、複合材サンドイッチを製作するためのコアブランクの平面図である。

【図13】一実施形態に従うコアブランクの１つ以上の部分を押し出し成形するための押出成形機の概略図である。

【図14】一実施形態に従う圧縮成形型の断面図である。

【図15】一実施形態に従い製作されたサンプル複合材サンドイッチの写真である。

【図16】一実施形態に従うサンドイッチアセンブリを製作する方法のフローチャートである。

【図17】別の実施形態に従うサンドイッチアセンブリを製作する方法のフローチャートである。

【図18】１つ以上の実施形態に従う各種構成のパネルの曲げ剛性を比較したグラフである。

【図19】曲げ剛性を計算するためのパネルの図である。

【図20】一実施形態に従う、曲げ剛性を計算するための複合材サンドイッチの図である。

【図21A】一実施形態に従う複合材構造の側面図である。

【図21B】一実施形態に従う複合材サンドイッチの側面図である。

【図21C】別の実施形態に従う複合材サンドイッチの側面図である。

【図22A】等価厚さのプレートについて重量およびコストの材料比較を示したグラフである。

【図22B】等価剛性のプレートについて重量およびコストの材料比較を示したグラフである。

【図23】異なる複合材サンドイッチの曲げ弾性率を比較した棒グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本明細書に記載された実施形態は、比較的高い曲げ剛性を持ち比較的軽い重量を持つことができる複合材構造（例えば、複合材サンドイッチ）、ならびに前記複合材構造の使用および製作の関連方法に関する。例えば、複合材サンドイッチは、少なくとも２つの複合材スキンの間に挟まれたコア構造を含んでいてもよい。一部の実施形態において、少なくとも２つの複合材スキンのうち少なくとも１つは、ポリママトリックス（例えば、固化または硬化ポリマ樹脂）およびポリママトリックスに埋設された補強繊維を含んでいてもよい。一般に、硬化または固化ポリマ樹脂は、実質的に完全に硬化または固化されるか、部分的に硬化または固化される（例えば、ポリマ樹脂が少なくとも部分的に粘性を有するままになっている場合など）。更に、硬化および固化の後に、ポリマ樹脂は、コアとの間に適度に強固な結合を形成することができる。少なくとも１つの実施形態において、ポリマ樹脂は、固化したとき、複合材サンドイッチに対する構造剛性および／または支持を提供する。

【0017】

一般に、複合材サンドイッチは、任意数の装置および／または構造における任意数の好適な要素またはエレメントとして使用されるか、それらの要素またはエレメントを形成することができる。例えば、複合材サンドイッチは、自動車などの車両内の要素（例えば、構造要素またはフレーム要素、パネル等）として使用することができる。一部の実施形態において、複合材サンドイッチは、家具、床板等に使用することができる。いずれの場合も、複合材サンドイッチは、各種用途において構造要素および／または非構造要素として使用することができる。

【0018】

１つ以上の実施形態において、コアブランクを製作時に少なくとも部分的に圧縮して、複合材サンドイッチのコアを形成してもよい。例えば、コアブランクをポリマ樹脂含浸繊維シート間に位置付け、それらを一緒に加熱および／または圧縮して複合材サンドイッチを形成してもよい。特に、ポリマ樹脂と組み合わされた繊維シートは、複合材サンドイッチの複合材スキンを形成してもよく、複合材スキンは（コアブランクから形成された）コアに結合する。一部の実施形態において、異なる高さまたは厚さにコアブランクを圧縮し、コアの異なる部分ごとに対応して異なる厚さを有するコアを形成してもよい。したがって、一部の実施形態において、複合材サンドイッチの異なる部分は、異なる厚さを有していてもよい（例えば、複合材サンドイッチは、三次元の構成を有していてもよい）。更に、複合材サンドイッチは、概ね、平面状および／または非平面状表面を持つパネルとして形成されてもよい。

【0019】

コア材料および構成は、実施形態ごとに異なっていてもよい。一般に、比較的硬いコアは、コアの一方の端からコアの他方の端へと全荷重を効率的に伝達することができる。例えば、「硬質」コアは、塑性材料（例えば、熱可塑物、熱硬化物等）を含むコアブランクから形成されてもよく、対応する１つ以上のセル壁により画定された複数のセルを含んでもよい（例えば、塑性材料は、セルが任意数の好適な形状を有し得るハニカム様構造を画定してもよい）。一部の実施形態において、プラスチックチューブ（例えば、低コスト材料を含有し比較的軽量であり得る飲用ストロなどのストロ）を一緒に組み合わせて、コアブランクを集合的に形成してもよい（例えば、各ストロがコアの対応セルを画定し、隣接コアがセル間の隙間または空間内の追加セルを画定するようにしてもよい）。追加的または代替的に、高密度発泡体ならびにその他の好適なおよび／または圧縮可能な材料（例えば、多孔質であるか、微小または微細な孔またはセルを含み、材料内で三次元配置を持ち得る材料）が、コアブランクに含まれてもよい。

【0020】

追加的または代替的実施形態において、コアの１つ以上は、比較的軟質であってもよく、板紙もしくはカードボードまたは低密度発泡体などの比較的軟質の材料を含むか、そのような材料から構成されてもよい。「軟質」コアは、コアの端に荷重が印加されたとき、コアの一方の端からコアの反対側の端へと全荷重を伝達しないことがある。例えば、「軟質」コアは、板紙またはカードボード等から形成されてもよい。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも７０％を意味する。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも８０％を意味する。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも９０％を意味する。一部の実施形態において、全荷重は、印加荷重の少なくとも１００％を意味する。「軟質」コアは、複合材スキンに対して実質的に直角をなす垂直方向において、「硬質」コアよりも大きなエネルギまたは衝撃を吸収することができる。

【0021】

上記のように、複合材スキンの構成および／または組成（例えば、ポリママトリックスおよび／または補強繊維の組成）は、実施形態ごとに異なっていてもよい。一般に、繊維は、連続繊維（例えば、スキンの両端間に延在し得る繊維）および／またはランダムに配向した不連続もしくは短繊維であり得る。一部の実施形態において、不連続繊維は、材料コストを大幅に低減するため、ＲＴＭなどによる屑繊維からの再生利用繊維であってもよい。また、繊維も任意数の好適な材料を含んでもよい（例えば、繊維は、炭素繊維、ガラス繊維等であってもよい）。

【0022】

更に、繊維（連続繊維および／または不連続繊維）を一緒に配置し、繊維シートを画定してもよい。一部の実施形態において、繊維シート中の繊維は、重ね合わされてもよく、および／または織り合わされてもよい。あるいは、繊維を緩く一緒にして位置付け、および／または一緒にマット状にして、繊維シートを画定してもよい。一実施形態では、緩く位置付けられた繊維を一緒に付着または結合させて、繊維シートを形成してもよい。

【0023】

一部の実施形態において、本明細書に記載された複合材サンドイッチは、比較的高い曲げ剛性および複合材サンドイッチに沿った比較的良好なエネルギ吸収性を有し得る（例えば、複合材サンドイッチは比較的硬質なコアを含む）。例えば、高い曲げ剛性および／または良好なエネルギ吸収性を有する複合材サンドイッチは、任意数の好適な要素（例えば、シャーシなどの、車両の構造要素）として製作されるのに使用されてもよく、またはそれらの要素として製作されてもよい。上記のように、複合材サンドイッチから製作される要素は、二次元および／または三次元構成を有し得る。本明細書で使用するとき、用語「二次元」複合材サンドイッチとは、概ね平坦または平面的な対向する外側表面および概ね均一な厚さを有する複合材サンドイッチを指す。対照的に、本明細書で使用するとき、用語「３次元」複合材サンドイッチとは、１つ以上の非平面外側表面および／または不均一な厚さを有する複合材サンドイッチを指す。

【0024】

一実施形態において、複合材サンドイッチは、実質的に表面の欠陥がないポリマ表面を含んでいてもよい。例えば、本明細書に記載された低圧圧縮成形プロセスは、実質的にピンホールのないポリマ表面を生成し得る（例えば、複合材サンドイッチのスキン層の１つ以上の外側表面が、ピンホールなどの欠陥を含まないことがある）。一部の実施形態において、実質的に欠陥のない表面は、（例えば、欠陥のある表面と比較して）塗装がより容易および／またはより安価になり得る。通常、ＲＴＭプロセスは、仕上げられた複合材表面上のピンホールの大きさを低減するために１２０ｂａｒ（約１７６４ｐｓｉ）などの高圧の印加を必要とするが、前記ピンホールは加工が高圧で実施されたときにも残留することがある。場合によって、高圧ＲＴＭプロセスは、低圧圧縮成形よりも高価になることがあり、および／または低圧圧縮成形プロセスよりも収率が低下することがある。

【0025】

図１Ａおよび１Ｂはそれぞれ、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００の概略上面図および断面図を示している。図示された実施形態において、複合材サンドイッチ１００は、上部複合材スキン１０２、底部複合材スキン１０４、および上部複合材スキン１０２と底部複合材スキン１０４との間に挟まれたコア１０６を含んでいる。一般に、用語「上部」および「底部」は、簡潔な記載のために複合材スキンに関連して用いられているものであり、複合材スキンまたは複合材サンドイッチの特定の配向を表すことを意図したものではない。

【0026】

上記のように、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４は、複合材を含んでもよく、複合材から形成されてもよい（例えば、硬化樹脂に埋設された繊維を含んでもよい）。一部の実施形態において、複合材サンドイッチ１００は、比較的軽量であってもよく、および／または比較的薄い上部および／もしくは底部複合材スキン１０２、１０４を有していてもよい。更に、一部の実施形態において、比較的薄い複合材スキンは、例えば複合材サンドイッチと同一または類似の容積を有するバルク中実複合材よりも短い硬化時間を必要とすることがある。

【0027】

図１Ａは、上部複合材スキン１０２の概略図を図示しており、ポリマ樹脂に埋設された、繊維シートの繊維を示している。一般に、繊維シート（複数可）にポリマ樹脂を含浸させ、前記繊維シートをコアブランクに押し付けて、図１Ｂに示される複合材サンドイッチ１００のコア１０６に圧縮して結合させた対応する上部および底部複合材スキン１０２、１０４を形成する。例えば、上部および底部複合材スキン１０２、１０４を形成し得る含浸繊維シートは、コア１０６を形成し得るコアブランクに対して押し付けられるとき少なくとも部分的に未硬化であってもよく、硬化および固化の後に、上部および底部複合材スキン１０２、１０４がコア１０６に結合し、それにより複合材サンドイッチ１００を形成するようにしてもよい。

【0028】

更に、下記において詳細に記載されているように、一部の実施形態において、コアブランクは、少なくとも部分的に圧縮可能であってもよい。例えば、コアブランクは、圧縮可能材料（例えば、圧縮可能発泡体）を含んでいてもよく、ならびに／または圧縮可能部材またはセル（例えば、圧縮するために（塑性または弾性変形などによる）曲がりおよび／もしくは融解が生じ得る部材）を含んでいてもよい。一部の実施形態において、コアブランクの圧縮可能セルは、チューブまたはストロによって形成または画定されてもよい。あるいは、前記セルはシート材料から形成されてもよい（例えば、各セルは、単一の壁によって画定されてもよい）。一部の実施形態において、コアブランクは押出成形されてもよく、セルは好適な形状を有していてもよい（例えば、押出ダイは、任意数の形状を生成するように構成されてもよい）。

【0029】

いずれの場合も、セルは、任意数の好適な形状および大きさを有していてもよく、これらの形状および大きさは実施形態ごとに異なっていてもよい。１つ以上の実施形態において、セルは、概ね円筒形であってもよい（例えば、セルの１つ、いくつか、またはそれぞれは、セルの開いた空間またはキャビティを画定する、概ね円筒形の壁を含んでいてもよい）。円筒形セルを含むコア１０６は、複合材サンドイッチ１００に沿った任意数の方向に対して同様の耐荷重性を示し得ると理解すべきである。

【0030】

三角形、正方形、五角形、六角形、八角形等の多角形形状を１種以上有するセルを備えたコア１０６を含む複合材サンドイッチ１００は、（例えば、荷重の方向に対するコア１０６のセルの配向に応じて）異なる方向に沿った異なる耐荷重性を有していてもよい。いずれの場合も、複合材サンドイッチ１００の製作時に、コアブランクを少なくとも部分的に圧縮して、コア１０６を形成してもよい。代替的または追加的に、コアブランクの少なくとも一部分は、複合材サンドイッチ１００の製作後に実質的にまたは少なくとも部分的に非圧縮のままでもよい（例えば、コアブランクの高さまたは厚さは、コア１０６の高さまたは厚さと類似または同一のものであってもよい）。一部の実施形態において、コアブランクは、実質的に中実のコアを形成するために完全に圧縮されていてもよい。実質的に非圧縮であるか部分的に圧縮されたコアブランクから形成されたコア１０６は、自身の中に間隙またはキャビティを持つセルを含み得ると理解すべきである。

【0031】

少なくとも１つの実施形態において、（コア１０６を形成し得る）コアブランクは、プラスチックチューブまたはストロなどのチューブ状部材の１つ以上の束を含んでいてもよい。例えば、チューブの少なくともいくつかは、（隣接チューブなどへの）熱結合などにより、互いに付着または結合していてもよい。あるいは、チューブは緩くまとめて設置されていてもよい。一般に、任意数の好適なチューブ状部材が、１つ以上のチューブおよび／または１つ以上の束のチューブ（例えば、比較的低コストで複合材サンドイッチ１００について高い曲げ剛性を実現し得る、ポリカーボネートチューブ、ポリエチレンチューブ等）を含むコアブランクを組み立てるために使用されてもよい。一実施形態において、チューブの１つ、いくつか、またはそれぞれは、対向する２つの開口端を有していてもよい。あるいは、チューブの１つ、いくつか、またはそれぞれは、１つ以上の閉塞端を有していてもよい。

【0032】

一実施形態において、複数のチューブから形成されるコア１０６は、その一方の端から他方の端へと荷重を効率的に伝達できる「硬質」コアを形成してもよい。飲用ストロなどのチューブ状部材またはチューブを含むコア１０６は、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４に対して垂直方向または実質的に直角をなす方向では、比較的小さな衝撃エネルギしか吸収できないが、例えば上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４に沿った水平方向では、比較的良好なエネルギ吸収性を持つことができる。あるいは、比較的「軟質」のコアは、「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ａｎｄ／Ｏｒ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａ Ｄｅｆｅｃｔ Ｆｒｅｅ Ｓｕｒｆａｃｅ」という表題のＰＣＴ国際出願第 （代理人整理番号２４４３５３ＷＯ０１＿４９６７１４−２３）に詳細に記載されているように、軟質コアを形成するための材料を含んでいてもよく、および／または軟質コアを形成するための構成を有していてもよい。当該出願は、本願と同時に出願され、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６７０号、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６５２号、および２０１５年１月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／１０８，８３７号に対する優先権を主張するものであり、前記出願のそれぞれの開示全体を本願に引用して援用する。

【0033】

一般に、コアブランク（およびそれから形成されるコア１０６）は、任意数の好適な材料から形成されてもよいが、その材料は実施形態ごとに異なっていてもよい。更に、コアブランク材料は、コアブランク（およびそれから形成されるコア１０６）の部分ごとに異なっていてもよい。一部の実施形態において、コア１０６のチューブまたはチューブ状部材は、ポリカーボネート（例えば、飲用ストロと類似または同一のもの）、ポリエチレン、または任意の好適な熱可塑性または熱硬化性材料から形成されてもよい。例えば、コア１０６を形成するために使用されるコアブランクは、７０ｋｇ／ｍ^３の密度および７ｍｍのセル高さを有していてもよい。ただし、本明細書に記載されているように、コアブランクおよびそれから形成されるコア１０６のセル高さまたは厚さは、実施形態ごとに異なっていてもよい（例えば、コアブランクの厚さは３ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい）。

【0034】

上記のように、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４は、ポリママトリックス（例えば、硬化ポリマ樹脂）中に埋設された炭素繊維を含んでいてもよい。ポリマ樹脂は、液体状で提供されてもよく、硬化されポリマ樹脂に埋設された繊維と共に固化されていてもよい。一実施形態において、液体ポリマ樹脂は、エポキシとポリウレタンの混合物などの、熱硬化物と熱可塑物との混合物を含んでいてもよい。例えば、硬化または固化の後に、ポリマ樹脂が、硬化エポキシとポリウレタン微細発泡体または多孔質ポリウレタンの混合物を含み得るポリママトリックスを形成してもよい（例えば、微細発泡体は微孔質発泡体であってもよい）。ただし、エポキシまたはポリウレタン発泡体は、任意数の好適な大きさおよび／または形状を有し得ると理解すべきである。

【0035】

一般に、硬化または固化の後に、ポリマ樹脂は、繊維間で荷重を伝達できるようになる。一部の実施形態において、１つの熱硬化性ポリマは、別の熱硬化性ポリマよりも高い荷重伝達能力を持ち得る。例えば、エポキシはポリウレタンより硬く、したがって、繊維中で荷重をより効率的に伝達することができる。更に、ポリマの混合物（例えば、エポキシおよびポリウレタンなどの熱硬化物の混合物）、および／または場合により熱可塑物（例えば、混繊熱可塑性繊維）から形成されたポリマ樹脂マトリックスは、単独の熱硬化性ポリママトリックスと比較して改善された機械的性能を持ち得る。

【0036】

一部の実施形態において、２種類の熱硬化物の混合物が、１種類の熱硬化物よりも好ましい場合がある。更に、発泡体は、表面積を増加させ、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４をコア１０６に結合することを促進させ得る。いくつかの構成において、１つの熱硬化物（例えば、エポキシ）は、別の熱硬化物（例えば、ポリウレタン）よりも高い荷重伝達能力を実現し得る。例えば、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４は、１つ以上の熱硬化物（例えば、エポキシおよびポリウレタンの混合物またはポリウレタンのみ）ならびに所望により熱可塑物（例えば、混繊熱可塑性繊維）から形成されてもよく、これらは（例えば、単独の熱硬化性および熱可塑性材料を含む複合材スキンと比較して）機械的性能を改善させ得る。一部の実施形態において、熱可塑物は、（例えば、熱可塑性材料を含まない複合材スキンと比較して）上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４の靭性を改善することができる。複合材スキンを製作する際の各種材料、構成、および方法は、「Ｍｕｌｔｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｒｅｓｉｎ、Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ、ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｍｉｎａｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」という表題のＰＣＴ国際出願第 （代理人整理番号２４３７２１ＷＯ０１＿４９６７１４−２５）に詳細に記載されており、当該出願は、本願と同時に出願され、２０１４年６月４日に出願された米国特許仮出願第６２／００７，６３２号、および２０１５年１月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／１０８，８３７号に対する優先権を主張するものであり、前記出願のそれぞれの開示全体を本願に引用して援用する。

【0037】

いくつかの構成において、エポキシとポリウレタンの混合物を含むポリマ樹脂は、エポキシ単独と比較して、コア１０６との間でおよび／またはコア１０６に対して（例えば、プラスチックチューブに対して）強く結合することができ、コア１０６の剥離に耐えることができる（例えば、より大きな剥離力に耐えることができる）。発泡体（例えば、ポリウレタン発泡体）は、硬化中に形成されてもよく、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４のコア１０６への付着を促進することができる。例えば、発泡体は、部分的または完全に、コア１０６のキャビティを埋めてもよく、化学結合よりむしろ主に機械的結合を介してコア１０６に付着してもよい。いくつかの構成において、複合材スキン中の従来的エポキシは、「硬質」コアに付着することができない（例えば、複合材スキンが「硬質」コアの端から比較的容易に剥離することが本発明者により見出されている）。

【0038】

一実施形態において、ポリマ樹脂は、Ｂａｙｅｒプリプレグに使用されるＶＩＴＲＯＸなどのポリウレタンとは異なっていてもよい。例えば、ポリウレタン発泡体は、発泡体への水浸透性を有することがあり、エポキシと比較して、はるかに軟質であることがある。エポキシとポリウレタンの混合物を含むポリマ樹脂は、複合材サンドイッチの硬質表面を提供することができ、および／またはポリウレタンから形成された表面よりも高い耐水性を有することができる。

【0039】

１つ以上の実施形態において、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４は、約５０重量％の炭素繊維および約５０重量％のポリママトリックスを含んでいてもよい。ただし、繊維の重量含有率および／または繊維とポリママトリックスの重量百分率は、実施形態ごとに異なり得ると理解される。一部の実施形態において、補強炭素繊維（ＲＣＦ）は、重量約２００ｇ／ｍ^２であってもよく、この値は、繊維が埋設されたポリマ樹脂が硬化されたとき約０．２ｍｍの複合材スキンを生成できるものである。例えば、東レＴ７００ ６０Ｅ炭素繊維を、乾燥ＮＣＦ廃棄物から３５ｍｍ繊維に切断し、次いで面密度２００ｇ／ｍ^２のランダム繊維マットを形成するために使用してもよい。

【0040】

ＮＣＦは、複合材を更に強化するために、３００ｇ／ｍ^２の質量または重量を有していてもよい。複合材スキンの厚さを増加させるために、複数の繊維シートおよび／または複数層の繊維をポリママトリックスに埋設してもよい。例えば、複合材スキンにおける２層の繊維は０．４ｍｍの厚さを生成することができ、３層の繊維は０．６ｍｍの厚さを生成することができ、それ以上も同様である。繊維シートの数が増加すると、複合材スキンは厚くなり、したがって、比較的薄い複合材スキンよりも強度および硬度が高くなる。

【0041】

一部の実施形態において、繊維シートは、ノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）、織布等の高性能材料を含んでいてもよく、高性能材料は、引抜荷重に対する複合材スキンの抵抗および／または複合材スキンの引張強度を増大させ得る。ＮＣＦは、一方向連続繊維の２つ以上の積層材または層を含んでいてもよい。更に、一部の実施形態において、各層は、異なる軸に沿っておよび／または別の層に対して異なる角度（例えば、任意数の好適な角度のうち特に０°、９０°、４５°）で、配向されていてもよい。例えば、層の数および／または各層の配向に応じて、一方向、二軸、三軸および四軸構成を、多層シート（ｍｕｌｔｉ−ｓｈｅｅｔ）または多層パイルスタックまたはアセンブリに組み立ててもよい。

【0042】

上記のように、上部および底部複合材スキン１０２、１０４は、コア１０６に結合していてもよい。例えば、上部および底部複合材スキン１０２、１０４および／またはそのマトリックスを形成するポリマの１つ以上の部分は、コア１０６の１つ以上の間隙またはキャビティ内部に（例えば、コア１０６のチューブの壁によって画定されたキャビティ内に）位置付けられていてもよい。更に、コア１０６のキャビティ内に位置付けられたポリマは、少なくとも部分的に、対応する上部および／もしくは底部複合材スキン１０２、１０４をコア１０６に結合させてもよい。一部の実施形態において、発泡体は、実質的に硬質発泡体であってもよい。例えば、上記のように、上部または底部複合材スキン１０２、１０４のマトリックスを形成する、ポリマ樹脂または２種以上のポリマの混合物は、コア１０６との界面および／またはその付近において発泡体を含有または形成してもよい。即ち、繊維シートに含浸させポリママトリックスを製作するために使用されるポリマ（例えば、ポリウレタン）は、複合材サンドイッチ１００ｂの製作中に含浸繊維シートがコアブランクと接触した状態で位置付けられる前、途中、および／または後に、発泡してもよい。したがって、少なくとも１つの実施形態において、発泡体は、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４のポリママトリックスと同一または類似の材料を含んでいてもよく、概ね上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４のポリママトリックスと同一または類似の硬度を有していてもよいが、密閉または非密閉であり得るガスポケットを含んでいてもよい（例えば、発泡体の１つ以上の部分は、連続気泡および／または独立気泡であり得る）。

【0043】

一部の実施形態において、発泡体は、複合材スキンの一方のみとコアとの間（例えば、上部複合材スキン１０２とコア１０６との間）に位置付けられてもよい。上記のように、発泡体は、複合材スキン１０２からコア１０６におけるセル内のキャビティの中に部分的にのみ延在していてもよい。また、複合材サンドイッチは、底部スキン１０４からコア１０６内のセルの１つ以上のキャビティの中に部分的に延在する発泡体を含んでいてもよい。更に、一実施形態において、発泡体は、上部複合材スキン１０２と底部複合材スキン１０４との間で、コア１０６内のセルのキャビティの中に延在していてもよい（例えば、部分的にまたは完全にコア１０６内のセルの１つ以上のキャビティを埋めてもよい）。

【0044】

１つ以上の実施形態において、発泡体は、コア１０６内のキャビティの１つ以上の中に位置付けられていてもよく、少なくとも部分的に、上部および／もしくは底部複合材スキン１０２、１０４を隣接したコア１０６に結合させてもよい。追加的または代替的に、上記のように、コアブランクの１つ以上の部分は、実質的に中実のコア１０６を形成するために圧縮されてもよい。例えば、コア１０６の実質的に中実の部分は、コア１０６の中実部分の実質的に中実の材料を形成するために圧縮されたコアブランクの発泡体および熱可塑性材料を含んでいてもよい。即ち、一部の実施形態において、コア１０６の実質的に中実の部分は、ガスポケットまたは微細孔などの細孔をその中に含んでいてもよい（例えば、コア１０６の中実部分における、ガスポケットを含む発泡体は、チューブ状部材の壁などの融解および／または圧潰したセル壁から形成される中実の壁および／または中実の障壁によって、区分化または分割されていてもよい）。したがって、一部の実施形態において、コア１０６の実質的に中実の部分は、多孔質ポリマ樹脂および実質的に非多孔質の熱可塑物（例えば、ポリカーボネート、ポリエチレン）、ならびに／または多孔質ポリマ樹脂部分と混合され、および／もしくはそれらを隔離する熱硬化性材料を含んでいてもよい。

【0045】

この場合も、一部の実施形態において、発泡体は、２種以上のポリマ樹脂（例えば、ポリウレタンとエポキシ）を混合した結果として発泡体を形成し得る。発泡体は、コア１０６内のセルのキャビティの中に延在し得る。例えば、発泡体が上部複合材スキン１０２とコア１０６との間の界面において形成されると、（圧力が含浸繊維シートに印加されている間などに）発泡体はキャビティの中に延在し得る。一実施形態において、発泡体は、チューブ状部材の壁を圧迫し、硬化した際に上部複合材スキン１０２とコア１０６との間に機械的接着をもたらし得る（例えば、発泡体は延在するか、さもなければ、チューブ状部材の壁などの、コア１０６のセルを画定する壁を変形させ得る）。

【0046】

図２は、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ａの断面図である。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ａならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００（図１）ならびにその対応するエレメントおよび要素に類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ａは、コア１０６ａの対向面に対して接触して結合した上部および底部複合材スキン１０２ａ、１０４ａを含んでいてもよく、これらは複合材サンドイッチ１００の上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびコア１０６（図１Ａ〜１Ｂ）に類似していてもよい。

【0047】

上記のように、コア１０６ａは、それぞれ対応する１つ以上の壁によって画定された対応する空間またはキャビティを含む１つ以上のセルを含んでいてもよい。より具体的には、例えば、コア１０６ａのセルの１つ、いくつか、またはそれぞれは、対応するチューブ状部材によって、少なくとも部分的に形成されてもよく、前記チューブ状部材は、図示された実施形態におけるキャビティ１０７ａなどのセルの対応する間隙またはキャビティを画定する壁を含んでもよい。

【0048】

更に、一部の実施形態において、コア１０６ａを形成するチューブの１つ以上の端は、上部および／または底部複合材スキン１０２ａ、１０４ａの付着前に、開放していてもよい。一実施形態では、上部複合材スキン１０２ａをコア１０６ａに結合することにより、上部複合材スキン１０２ａが、コア１０６ａのセル内の（キャビティ１０７などの）キャビティの１つ、いくつか、またはそれぞれの中に圧入するか押し込むことができる。同様に、底部複合材スキン１０４ａをコア１０６ａに結合することにより、底部複合材スキン１０４ａがコア１０６ａのセル内の（キャビティ１０７などの）キャビティの１つ、いくつか、またはそれぞれの中に圧入するか押し込むことができる。したがって、例えば、対応する１つ以上のディンプルまたは裏移り陥没が、上部および／または底部複合材スキン１０２ａ、１０４ａの露出または外部表面に形成され得る。

【0049】

一部の実施形態において、上部および／または底部複合材スキン１０２ａ、１０４ａの外側表面に形成され得る１つ以上の圧痕は、複合材サンドイッチ１００ａの曲げ剛性またはその他の機械的性質に有意な影響を及ぼさない。ただし、いくつかの用途では、圧痕を含む上部および／または底部複合材スキン１０２ａ、１０４ａの外側表面の美的外観は望ましくない場合がある。したがって、一部の実施形態において、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４は、それらの外側表面に圧痕を形成することなく、コア１０６に結合されることがある（例えば、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４の外側表面に圧痕を形成することなく、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４の１つ以上の部分がコアのセル内のキャビティの中に入ることを容易にするために、十分なまたは好適な厚さを有する材料が使用されることがある）。

【0050】

代替的または追加的実施形態において、間隙またはキャビティ１０７の大きさは、上部および／または底部複合材スキン１０２ａ、１０４ａがキャビティ１０７ａの中に入ることを阻止または制限し、ディンプルまたは圧痕が実質的にない複合材サンドイッチ１００ａの外側表面を生成するものであってもよい。例えば、製作中に比較的大きな圧力を含浸繊維シートに印加する（例えば、コアブランクをその他の実例よりも小さな厚さに圧縮する）場合、コアブランクが比較的小さなキャビティを持つチューブ状部材を含むようにすることができる。逆に、製作中に比較的小さな圧力を含浸繊維シートに印加する（例えば、コアブランクをその他の実例よりも大きな厚さに圧縮する）場合、コアブランクが比較的大きなキャビティを持つチューブ状部材を含むようにすることができる。更に、一部の実施形態において、コアブランク（およびそれから形成された対応するコア１０６ａ）は、比較的小さいキャビティと比較的大きなキャビティを有し得る、２つ以上の大きさのチューブ状部材を含んでいてもよい。

【0051】

例えば、比較的大きなキャビティを有するチューブ状部材は、より小さいキャビティを有するチューブ状部材を含む部分よりも少なく圧縮されるコアブランクの部分に位置付けられてもよい（例えば、曲げ部、角部等を形成する場合、コアブランクは、複合材サンドイッチの平面状またはやや湾曲した部分を形成する場合よりも多く圧縮され得る）。一部の実施形態において、比較的小さなキャビティを有するチューブ状部材（例えば、より小さな直径のチューブ状部材）は、複合材サンドイッチの製作中に、より大きな圧縮力を受け、および／またはより大きな応力が生じ得るコアブランク（ｂｌａｎｋ ｃｏｒｅ）の部分、例えば複合材サンドイッチの曲り部分に含まれることがある。したがって、例えば、（少なくとも部分的に、コアブランクを圧縮して複合材サンドイッチのコアを形成するために必要な圧縮量等に基づいて）チューブ状部材の大きさを変えることにより、ディンプルまたは圧痕が実質的にない外側表面を有する複合材サンドイッチの生成を促進することができる。

【0052】

図３は、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ｂの概略側面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｂならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ（図１〜２）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。少なくとも１つの実施形態において、前記複合材サンドイッチは、上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア１０６（複合材サンドイッチ１００（図１Ａ〜１Ｂ）に類似したもの）を含んでいてもよい。

【0053】

一実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｂは、上部複合材スキン１０２とコア１０６との間および／または底部複合材スキン１０４とコア１０６との間に位置付けられた、プラスチック発泡体層などの中間層を含んでいてもよい。ポリマ発泡体層１０８は、コアブランクからの裏移りを減少させることに役立ち得る。図示された実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｂは、上部複合材スキン１０２とコア１０６との間に位置付けられた発泡体１０８（例えば、プラスチック発泡体）を含んでいる。より具体的には、例えば、発泡体１０８は、第１の側面においてコア１０６に結合し、第２の側面において上部複合材スキン１０２に結合しているかまたはそれらと一体化していてもよい（例えば、発泡体１０８が、上部複合材スキン１０２をコア１０６に結合させてもよい）。発泡体１０８は、各種部分において均一および／または不均一であり得る好適な厚さを有することがあると理解すべきである。更に、発泡体１０８は、概ね連続であっても不連続であってもよい。

【0054】

発泡体１０８の材料は、実施形態ごとに異なっていてもよい。例えば、発泡体１０８は、独立気泡または連続気泡発泡体を含んでいてよい。一般に、独立気泡発泡体は、連続気泡発泡体よりも耐水性が高いことがある。例えば、独立気泡発泡体は、複合材要素が耐水性であることが必要となる用途に用いることができる。一部の実施形態では、Ｒｏｈａｃｅｌ発泡体が使用されてもよい。

【0055】

一般に、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４の厚さは、実施形態ごとに異なっていてもよい。一部の実施形態において、上部複合材スキン１０２は底部複合材スキン１０４よりも薄くてもよく、その逆であってもよい。一部の実施形態において、上部複合材スキン１０２は、底部複合材スキン１０４と同じ厚さを有していてもよい。更に、発泡体１０８は、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４よりも薄くても厚くてもよい。

【0056】

一部の実施形態において、発泡体１０８は、複合材サンドイッチ１００ｂの耐衝撃性および／または防音性を改善することができる。泡体１０８に加えて、またはそれに代えて、複合材サンドイッチ１００ｂは、上部複合材スキン１０２とコア１０６との間に、任意数の好適な材料または材料の組合せを含み得ると理解すべきである。例えば、複合材サンドイッチ１００ｂは、上部複合材スキン１０２とコア１０６との間に位置付けることができる、紙、カードボード、その他のセルロース系材料、その他の発泡体、これらの組合せ等を含んでいてもよい。

【0057】

本明細書に記載されているように、複合材サンドイッチは、コアに加えて、対向する複合材スキンの間に、任意数のエレメント、要素、層等を含んでいてもよい。更に、一部の実施形態において、複合材サンドイッチは、上部および／または底部スキン１０２、１０４の外側表面と結合した追加のエレメント、要素、層等を含んでいてもよい。図４は、一実施形態に従う、表面欠陥のない少なくとも１つの外側表面を有する複合材サンドイッチ１００ｃの概略側面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｃならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ、１００ｂ（図１〜３）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ｃは、上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア１０６を含んでいてもよい。

【0058】

図４に示されるように、一部の実施形態では、ポリマ表面層１１０が、上部複合材スキン１０２に付着および／または結合していてもよい。ポリマ表面層１１０は、（例えば、その外側表面に）ピンホールなどの表面欠陥が実質的にない場合がある。１つ以上の実施形態において、ポリマ表面層１１０は、「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ａｎｄ／Ｏｒ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ａ Ｄｅｆｅｃｔ Ｆｒｅｅ Ｓｕｒｆａｃｅ」という表題の、本願と同時出願のＰＣＴ国際出願第 号（代理人整理番号２４４３５３ＷＯ０１＿４９６７１４−２３）に詳細に記載されているように、硬質表面を提供するための熱硬化性粉体などの粉体、または表面に靭性を与えるための熱可塑性粉体もしくは熱可塑物と熱硬化物の混合物の粉体から形成されてもよい。更に、本明細書にて開示されている実施形態は、複合材サンドイッチの厚さを増加させるための方法および前記方法により製造される複合材サンドイッチに関する。前記方法は、複合材積層を生成するための厚い繊維シート、またはｓ厚い複合材積層を形成するために一緒に硬化される複数の薄い複合材積層を生成するための繊維シートのパイルを用いる。

【0059】

図５は、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ｄの概略断面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｄならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ（図１〜４）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ｄは、上部および底部複合材スキン１０２ｄ、１０４ｄおよびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア１０６ｄを含んでいてもよく、これらは複合材サンドイッチ１００の上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびコア１０６（図１）に類似していてもよい。

【0060】

一部の実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｄは、複数の複合材スキンのスタックを含んでいてもよい。例えば、複合材サンドイッチは、第１および第２の底部複合材スキン１０４ｄ、１０４ｄ’などの２つの底部複合材スキン、ならびに単層の上部複合材スキン１０２ｄを含んでいてもよい。上記のように、上部および底部複合材スキン１０２ｄ、１０４ｄ、１０４ｄ’は、ポリマ樹脂含浸繊維シートを含んでいてもよく、および／またはポリマ樹脂含浸繊維シートから形成されてもよい。

【0061】

図示された実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｂは、外側スキン１０９ｄを含んでいてもよく、外側スキン１０９ｄは、上部複合材スキン１０２ｄ上に位置付けられていてもよく、および／また上部複合材スキン１０２ｄの外側表面に結合していてもよい。例えば、外側スキン１０９ｄは、ＮＣＦ、織布、これらの組合せ等を含んでいてもよい。これらは、引抜荷重に対する複合材サンドイッチの抵抗を増大させることに役立ち、および／またはコアからの裏移りを低減することができる。一実施形態において、外側スキン１０９ｄは、二軸構成（例えば、軸線に対して０°〜９０°に配向された層）を有するＮＣＦを含んでいてもよい。二軸ＮＣＦは、二方向の強度および剛性ならびに曲げ強度および剛性を持ち得る。外側スキン１０９ｄ（例えば、ＮＣＦを含む外側スキン１０９ｄ）は、例えば外側スキン１０９ｄの配向に対して実質的に平行である（例えば、外側スキン１０９ｄと同一面内の）方向、および／または複合材サンドイッチ１００ｄの断面に対して実質的に直角をなす方向の引抜荷重に対して、より大きな抵抗を提供することができる。

【0062】

一部の実施形態において、外側スキン１０９ｄ（例えば、ＮＣＦ）は、複合材サンドイッチ１００ｄの外側表面を画定し得る自身の外側表面に圧痕をほとんどまたは実質的に持たないことがある。上記のように、複合材サンドイッチ１００ｄは、自動車車体要素などの各種用途に用いることができる。例えば、外側スキン１０９ｄは、外側に面していてもよく、および／または自動車の外部表面の少なくとも一部分を画定もしくは形成してもよい。したがって、場合によって、圧痕が実質的にない外側表面は、その中に圧痕またはディンプルがある類似の外側表面よりも優れた美的外観を持つことできる。

【0063】

一実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｂはまた、複合材サンドイッチ１００ｄの底部側面に（例えば、第２の底部複合材スキン１０４ｄ’に付着および／または結合した）外側スキン（例えば、ＮＣＦを含む外側スキン）を含んでいてもよい。前記外側スキンは、引抜荷重に対する複合材スキン１００ｄの抵抗を増大させることができ、および／またはコアからの裏移りを低減することに役立ち得る。更に、第２の底部複合材スキン１０４ｄ’に結合し得る外側複合材スキン（例えば、第２の底部複合材スキン１０４ｄ’の外側表面）は、第２の底部複合材スキン１０４ｄ’の外側表面に形成され得るディンプルまたは圧痕を隠すか埋めることができ、実質的に滑らかなまたはへこみのない表面を形成することができる。

【0064】

図６は、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ｅの概略断面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｅならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ（図１〜５）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ｅは、上部および底部複合材スキン１０２ｅ、１０４ｅおよびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア１０６ｅを含んでいてもよく、これらは複合材サンドイッチ１００の上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびコア１０６（図１）に類似していてもよい。

【0065】

一部の実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｅは、コア１０６ｅの各側面に２つの複合材スキンを含んでいてもよい。より具体的には、例えば、複合材サンドイッチ１００ｅは、コア１０６ｅと互いに結合しコア１０６ｅに結合した第１および第２の上部複合材スキン１０２ｅ、１０２ｅ’、ならびにコア１０６ｅと互いに結合しコア１０６ｅに結合した第１および第２の底部複合材スキン１０４ｅ、１０４ｅ’を含んでいてもよい。図示された実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｅは、引抜荷重に対して複合材サンドイッチ１００ｄ（図５）よりも小さい抵抗を持つように、複合材サンドイッチ１００ｅの外側スキンを形成するＮＣＦを含んでいない。

【0066】

上記のように、上部および／または底部複合材スキン１０２ｅ、１０２ｅ’、１０４ｅ、１０４ｅ’は、ポリマ樹脂含浸繊維シートから製作されてもよい。したがって、一部の実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｅの製作中に（例えば、含浸繊維シートがコアブランクに押し付けられているときに）、２つの含浸繊維シートが互いに結合してもよい。一実施形態において、隣接する繊維シート（例えば、上部複合材スキン１０２ｅ、１０２ｅ’を形成し得る繊維シート）に含浸するポリマ樹脂は、両方の繊維シートにおいて同一または類似のものであってよい。したがって、例えば、前記繊維シートから形成される複合材スキンは、一体化されてもよい（例えば、硬化後、２つ以上の隣接複合材スキンの２つ以上の繊維シートが、均一または一体式のポリママトリックスに埋設されてもよい）。

【0067】

図７は、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ｆの概略断面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｆならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ（図１〜６）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ｆは、上部および底部複合材スキン１０２ｆ、１０４ｆおよびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア１０６ｆを含んでいてもよく、これらは複合材サンドイッチ１００の上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびコア１０６（図１）に類似していてもよい。

【0068】

上記のように、複合材サンドイッチは、複合材サンドイッチ１００ｆのコア１０６ｆを形成するためにコアブランクを圧縮することにより製作されてもよい。更に、コアブランクの異なる部分は、異なる高さまたは厚さに圧縮されてもよい。例えば、コアブランクの第１の部分は、第１の厚さに圧縮されて、第１の厚さを有するコア１０６ｆの第１の部分１０６ｆ’を形成してもよい（第１の厚さは、上部および底部複合材スキン１０２、１０４に対応する第１の部分１０２ｆ’、１０４ｆ’間の距離によって画定される）。更に、コアブランクの第２の部分は、第２の厚さ（例えば、第１の厚さより小さい厚さ）に圧縮されて、第２の厚さを有するコア１０６ｆの第２の部分１０６ｆ’’を形成してもよい（第２の厚さは、上部および底部複合材スキン１０２、１０４に対応する第２の部分１０２ｆ’’、１０４ｆ’’間の距離によって画定される）。

【0069】

換言すれば、複合材サンドイッチ１００ｆは、異なる厚さを有する２つ以上の部分を含んでいてもよい。更に、製作中に各種部分ごとに厚さを変化させることにより、複合材サンドイッチ１００ｆを、三次元構成または形状を持つように構成することができる。コアブランクを任意の好適な厚さに（例えば、３ｍｍ〜６０ｍｍの厚さに）圧縮して、コア１０６を形成してもよい。更に、コアブランクは、３ｍｍ〜６０ｍｍの厚さに圧縮され得る任意の好適な厚さを有する。一部の実施形態において、硬質コアの最大高さは、チューブの直径に応じて異なっていてもよいが、例えばコアが座屈するほど大きすぎてはいけない。一実施形態において、軟質コアは、座屈しないように好適な高さを有していてもよいが、軟質コアの反対端において変形することがある。一部の実施形態において、コアブランクは、複数のセル（例えば、チューブまたはストロなどのチューブ状部材から形成され得る、概ねチューブ状の構成を有するセル）を含んでいてもよいが、複合材サンドイッチ１００ｆの製作中に、コアブランクおよび少なくとも部分的に未硬化の上部および底部複合材スキン１０２、１０４に対して熱および圧力が印加されるとき、前記セルには、圧縮、曲がり、軟化、少なくとも部分的な融解、またはこれらの組合せが生じることがある。

【0070】

したがって、一部の実施形態において、コア１０６ｆは、圧縮、曲がり、軟化、少なくとも部分的な融解、またはこれらの組合せが生じたコアブランクの部材（例えば、チューブまたはストロなどのチューブ状部材）を含むことがある。例えば、コア１０６を形成するコアブランクの部材は、可塑的または弾性的に変形することがある。更に、コア１０６ｆを形成するコアブランクの部材における圧縮、軟化、および／または融解、曲がり、残留応力等の量は、上記のように、そのような部分において好適なおよび／または所定の厚さを得るために、コア１０６ｆの部分ごとに異なっていてもよい。上記のように、コア１０６ｆは、圧縮可能発泡体または任意数のその他の好適な圧縮可能材料を含み得ることも理解すべきである。したがって、例えば、好適な圧縮可能材料からなるコアブランクを、（例えば、材料を圧縮および／または融解させることにより）任意数の好適なおよび／または所定の厚さに圧縮して、複合材サンドイッチ１０６ｆの三次元形状を製作してもよい。

【0071】

一部の実施形態では、コアブランクの一部分を圧縮して、コア１０６ｆにおける実質的に中実の部分を形成してもよい。図示された実施形態において、コア１０６ｆの第２の部分１０６ｆ’’は、実質的に中実であってもよい。例えば、コア１０６ｆの第２の部分１０６ｆ’’を画定する実質的に中実のまたは一体式の熱可塑性および／または熱硬化性材料を形成するために、コアブランクのセルを形成し得るチューブ状部材を軟化し、ならびに／または融解および圧縮してもよい。

【0072】

一般に、コア１０６ｆの材料の圧縮性は、コア１０６ｆを製作するために使用されるコアブランクの圧縮性とは異なっていてもよい。一部の実施形態において、コア１０６ｆ全体の１つ以上の部分は、実質的に圧縮不可能であってもよい（例えば、コアブランクを圧縮して、コアブランクの圧縮性と比較して実質的に圧縮不可能であり得る実質的に一体式のコア１０６ｆを形成してもよい）。更に、いくつかの構成において、コア１０６ｆは、コアブランクよりも小さい圧縮性を示してもよい。いずれの場合も、コア１０６ｆの圧縮性は、その部分ごとにおよび実施形態ごとに異なっていてもよく、コア１０６ｆの構成（例えば、製作後の構成）、使用する材料、動作温度等に依存し得る。

【0073】

コア１０６ｆの各種部分は、同一の材料または異なる材料を有し得ると理解すべきである。例えば、コア１０６ｆ全体は、実質的に同一の材料から製作されてもよい。一部の実施形態において、コア１０６ｆの１つ以上の部分は、１つ以上の他の部分よりも小さなキャビティを持つセルを含むコアブランクから製作されてもよい。例えば、第２の部分１０６ｆ’’は、第１の部分１０６ｆ’のキャビティよりも小さいキャビティを有していてもよい。一実施形態において、上部および／または底部複合材スキン１０２、１０４の外側表面における比較的小さなキャビティは、（例えば、（複合材スキンを形成するために使用される）含浸繊維シートがコア１０６ｆのセルのキャビティの中に入ることを阻止または制限することにより）ディンプルまたは圧痕の形成を制限または排除し得る。

【0074】

複合材サンドイッチ１００ｆは、上部複合材スキン１０２ｆと底部複合材スキン１０４ｆとの間および／またはそれらの外側表面（例えば、上記のような、プラスチック発泡体層、ポリマ表面層等）上に位置付けられた、任意数の追加の層および／または材料を含み得ると理解すべきである。更に、一部の実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｆは、上部および／または底部複合材スキン１０２ｆ、１０４ｆによって画定された、概ね平面状の外側表面を有していてもよい。あるいは、複合材サンドイッチは、非平面状の外側表面を有していてもよい。図８は、一実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ｇの概略断面図を示している。

【0075】

本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｇならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ（図１〜７）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ｇは、上部および底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇおよびそれらの間に位置付けられそれらに結合したコア１０６ｇを含んでいてもよく、これらは複合材サンドイッチ１００の上部および底部複合材スキン１０２、１０４およびコア１０６（図１）に類似していてもよい。一実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｇの外側表面（例えば、上部および／または底部スキン１０２ｇ、１０４ｇの外側表面）は、非平面状であってもよい。

【0076】

更に、一部の実施形態において、上部および底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇの１つ以上の部分は、概ね互いに平行であってもよい（例えば、コア１０６ｇの厚さは、上部および底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇが互いに平行である複合材サンドイッチ１００ｇの部分において、概ね均一であってもよい）。あるいは、上部および底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇの１つ以上の部分は、互いに対して非平行であってもよい。図８に示されるように、コア１０６ｇの厚さは（例えば、連続的に）変化してもよく、上部および底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇが互いに対して非平行になるように位置付けられ配向されてもよい。例えば、上部複合材スキン１０２ｇは、第１の三次元形状または構成（例えば、湾曲、曲がり等）を有していてもよく、底部複合材スキン１０４ｇは、第１の三次元構成とは異なる第２の三次元形状または構成を有していてもよい。更に、コア１０６ｇの厚さの変化により、（例えば、上部複合材スキン１０２ｇと底部複合材スキン１０４ｇとの間の距離を変えることにより）複合材サンドイッチ１００ｇの三次元形状に対応し、またはその三次元形状を形成してもよく、上部および底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇの厚さが概ね均一であってもよい。

【0077】

上記のように、コア１０６ｇは、上部複合材スキン１０２ｇと底部複合材スキン１０４ｇとの間のコアブランクを、コア１０６ｆの部分ごとに異なっていてもよい好適な厚さに圧縮することにより、製作されてもよい。更に、一部の実施形態において、コア１０６ｇは、少なくとも部分的に圧縮されたセルを含んでいてもよい（例えば、セルは壁によって画定されてもよく、壁は複合材サンドイッチ１００ｇの製作中に圧縮されてもよい）。一部の実施形態において、セルの壁は、ストロなどのチューブ状部材により形成されてもよい。いずれの場合も、少なくとも１つの実施形態において、コア１０６ｇのセルを画定する壁は、上部および／または底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇに対して概ね直角をなしていてもよい（例えば、上部および／もしくは底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇの平面状内側または内部表面に対して直角をなし、ならびに／またはコア１０６ｇのセルを画定する壁との接触点において上部および／もしくは底部複合材スキン１０２ｇ、１０４ｇの非平面状内部表面に接する想像線に対して、直角をなしていてもよい）。

【0078】

図９は、１つ以上の実施形態に従う複合材サンドイッチ１００ｈの等角図である。図示されるように、複合材サンドイッチ１００ｈは、いくつかの異なる厚さを有する部分を有している。例えば、上部および／または底部複合材スキンは、概ね均一な厚さを有していてもよく、複合材サンドイッチ１００ｈのコアは、その異なる部分において異なる厚さを有し、複合材サンドイッチ１００ｈの外部形状を画定するようになっていてもよい。追加的または代替的に、複合材サンドイッチ１００ｈの上部および／または底部スキンは、その異なる部分において異なる厚さを有していてもよく、複合材サンドイッチ１００ｈの各種厚さを少なくとも部分的に画定してもよい。

【0079】

更に、図９に示されるように、複合材サンドイッチ１００ｆの異なる部分における各種厚さは、（例えば、実質的に平坦またはシート状の複合材サンドイッチと比較される）複合材サンドイッチ１００ｈの三次元形状を画定または形成してもよい。特に、例えば、複合材サンドイッチ１００ｈは、互いに異なる形状および厚さを有する部分１０１ｈ〜１０５ｈを有する。例えば、部分１０５ｈは、概ね平面状または平坦（例えば、シート状）であってもよく、部分１０１ｈ〜１０４ｈよりも薄くてもよい。対照的に、部分１０１ｈ〜１０４ｈは、部分１０５ｈよりも厚くてもよく、概ね三次元の構成を有していてもよい。

【0080】

図１０は、一実施形態に従うインサート１１１ｋを含む複合材サンドイッチ１００ｋの概略断面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、複合材サンドイッチ１００ｅならびにそのエレメントおよび要素は、複合材サンドイッチ１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ、１００ｇ（図１〜８）ならびにそれらの対応するエレメントおよび要素のいずれかに類似するか同一のものであってもよい。例えば、複合材サンドイッチ１００ｋは、複合材サンドイッチ１００ｄ（図５）と同様に、第１の側面にてコア１０６ｋと結合した底部複合材スキン１０４ｋ、ならびにその第２の対向面にてコア１０６ｋと結合した上部複合材スキン１０２ｋおよび外側スキン１０９ｋを含んでいてもよい。

【0081】

図示された実施形態において、複合材サンドイッチ１００ｋは、インサート１１１ｋを含んでいてもよい。一般に、インサート１１１ｋは、任意の好適な材料を含んでいてもよく、任意の好適な材料から形成されていてもよい。インサート１１１ｋは、好適な材料として特に金属、プラスチック、ガラス、木材を含んでいてもよい。一部の実施形態において、インサート１１１ｋは、複合材スキンとコアとの間に位置付けられていてもよい。例えば、インサート１１１ｋは、底部複合材スキン１０４ｋとコア１０６ｋとの間に位置付けられていてもよい。一実施形態において、コア１０６ｋを形成するコアブランクは、インサート１１１ｋ周辺にて、部分的または完全に圧縮され、ならびに／または軟化および／もしくは融解してもよい（例えば、インサート１１１ｋ付近におけるコア１０６ｋの圧縮ならびに／または軟化および／もしくは融解は、インサート１１１ｋとコア１０６ｋを互いに結合させ得る）。

【0082】

一部の実施形態において、コア１０６ｋを形成するコアブランクは、インサート１１１ｋを含む部分またはその付近において、１つ以上のその他の部分よりも圧縮されていてもよい。いくつかの構成において、コア１０６ｋは、製作中にいくつかの部分（例えば、コア１０６ｋの部分１０６ｋ’）において実質的に圧縮されないコアブランクから形成されてもよい。追加的または代替的に、コア１０６ｋは、（例えば、コア１０６ｋの部分１０６ｋ’’および１０６’’’において）製作中に部分的に圧縮されまたは実質的に完全に圧縮されたコアブランクから形成されてもよい。ただし、（上記のように）複合材サンドイッチ１００ｋは、その任意数の位置および／または部分において、任意の好適な量または百分率だけコアブランクを圧縮することにより形成されたコア１０６ｋを含み得ると理解すべきである。

【0083】

上記のように、本明細書に記載された複合材サンドイッチは、任意数の用途に用いることができる。例えば、複合材サンドイッチ１００ｋは、自動車の座席取付具（ｓｅａｔ ｍｏｕｎｔｉｎｇｓ）に使用されるように構成されてもよい。座席取付具は、複合材サンドイッチ１００ｋが比較的高い引抜荷重を示すことを必要とする場合がある。座席取付具が複合材サンドイッチ１００ｋから形成され、複合材サンドイッチ１００ｋが（例えば、複合材サンドイッチ１００ｋの底部に）ＮＣＦおよび／または別の外側スキンを含む外側スキン１０９ｋを含む場合、外側スキンは、例えば、シートベルトが座席取付具から引き抜かれることを防止または阻害することができる（例えば、シートベルトはインサート１１１ｋに接続することができ、外側スキン１０９ｋはインサートの引抜きを防止または阻害することができる）。例えば、車が急停止するとき、シートベルトが引っ張られ、複合材サンドイッチ１００ｋのインサート１１１ｋに外向きの力がかかることがあるが、外側スキン１０９ｋなどの、ＮＣＦを含む１つ以上の外側スキンは、インサート１１１ｋが動くことおよび／または複合材サンドイッチ１００ｋから引き抜かれることを防止または阻害することができる。

【0084】

上記のように、複合材サンドイッチのコアは、実施形態ごとに異なることがある任意数の好適なエレメント、構成、材料等を含んでいてもよい。一部の実施形態において、コアは、複数の連結セル（例えば、ハニカム等）によって画定または形成されてもよい。図１１は、一実施形態に従うコアブランク１１６の概略平面図を示している。コアブランク１１６は、本明細書に記載された複合材サンドイッチのいずれかにおいて使用され、および／またはその中に組み込まれ得ると理解すべきである。更に、コアブランク１１６は、任意の好適な大きさを有していてもよい（例えば、コアブランク１１６は、１つ以上のスキンの両端間に延在し、任意の好適な大きさの複合材サンドイッチなどを形成していてもよい）。一部の実施形態において、コアブランクは、スキンの端を越えて延在していてもよく、および／または（少なくともいくつかの部分において）スキンはコアブランクの外辺部を越えて延在していてもよい。例えば、複合材サンドイッチを加工し形成した後、複合材サンドイッチの外辺部は、選択されたまたは好適な大きさおよび／または形状に切断またはトリミングされてもよい。

【0085】

一実施形態において、コアブランク１１６は、互いに結合し得るチューブ状部材１１７を含んでいてもよく、および／またはそれらから形成されていてもよい。あるいは、コアブランク１１６のチューブ状部材１１７は互いの付近におよび／または互いに接触して位置付けられていてもよいが、チューブ状部材１１７の壁は互いに付着していないままでもよい。更に、チューブ状部材１１７は、任意数の好適な配置を有していてもよい。図示された実施形態において、チューブ状部材は、概ね平行である横列および縦列に配列されていてもよい（例えば、同じ横列にあるチューブ状部材１１７の中心は概ね直線である第１の線に沿って並んでいてもよく、同じ縦列にあるチューブ状部材１１７の中心は概ね直線である第２の線に沿って並んでいてもよく、第２の線は第１の線に対して概ね直角をなしていてもよい）。いずれの場合も、コア１１７は、複合材サンドイッチ間に位置付けられていてもよく、それらに結合して複合材サンドイッチを形成してもよい。

【0086】

コアブランク１１６のチューブ状部材１１７は、セル１１８、１１９を形成または画定してもよい。特に、チューブ状部材１１７の壁は、コアブランク１１６のセル１１８、１１９を画定していてもよい。例えば、セル１１９のキャビティは、概ね円筒形であってもよい（例えば、チューブ状部材１１７の概ね円筒形の内部によって画定される）。一部の実施形態において、セル１１８のキャビティは、（例えば、４つのチューブ状部材１１７の間の空間によって画定される）ほぼダイヤモンド形または正方形角錐台であってもよい。

【0087】

チューブ状部材１１７は、コアブランク１１６の高さまたは厚さを画定し得る任意の好適な高さを有していてもよい。更に、チューブ状部材１１７は、好適に圧縮可能な材料を含んでいてもよく、コアの部分ごとに異なる１つ以上の好適な高さを有するコアを形成するようにコアブランク１１６が圧縮されてもよい。追加的または代替的に、チューブ状部材１１７は、（例えば、チューブ状部材１１７を損傷または破損させることなく）チューブ状部材１１７およびコアブランク１１６の圧縮を促進するように、適切な温度で軟化および／または融解し得る材料を含んでいてもよい。例えば、コアブランク１１６のチューブ状部材１１７が、圧縮され、ならびに／または軟化および／もしくは融解されると、そのようなチューブ状部材１１７の壁は、曲がり、折り重なり、軟化し、融解して、セル１１８、１１９のキャビティの中に入る（例えば、チューブ状部材１１７内のキャビティおよび／またはチューブ状部材１１７間のキャビティの中に入る）。

【0088】

前述の通り、コアブランクは、任意数の好適な配置を持ち得るチューブ状部材を含んでいてもよい。図１２は、一実施形態に従う、横列をオフセット配置したチューブ状部材１１７を含むコアブランク１１６ａの概略平面図を示している。本明細書に別途の記載がない限り、コアブランク１１６ａならびにそのエレメントおよび要素は、コアブランク１１６（図１１）ならびにその対応するエレメントおよび要素に類似するか同一のものであってもよい。例えば、チューブ状部材１１７の横列のうち２つ、いくつか、またはすべては、隣接する１つ以上のチューブ状部材１１７の横列から、横方向にオフセットされていてもよい。一部の実施形態において、横列間のオフセット距離１０は、チューブ状部材１１７の幅の約半分（例えば、チューブ状部材１１７の外径の約１／２）であってもよい。

【0089】

更に、一実施形態において、コアブランク１１６ａは、チューブ状部材１１７によって画定されたセル１１８ａ、１１９を含んでいてもよい。例えば、（隣接するチューブ状部材１１７の外部表面間の対応する隙間等によって画定される）セル１１８ａのキャビティは、概ね三角形の角錐台であってもよい。一部の実施形態において、セル１１８ａのキャビティは、セル１１８（図１１）のキャビティより小さくてもよい。一部の実施形態において、コアブランクのセルは、複数のチューブ状部材から形成されてもよいが、追加的または代替的実施形態において、コアブランクのセルは、任意数の好適な構成を有していてもよく、任意数の好適な要素から形成されてもよいと理解すべきである。例えば、セルが中実ブロックから機械加工されてもよく、コアブランクが押出成形され、セルがチューブ状部材によって形成される部分的な二重壁の代わりに単一の壁によって画定されるようにしてもよく、コアブランクが折り重なったシート等から形成されてもよい。いずれの場合も、コアブランクにおけるセルの壁は、本明細書に記載されている態様で、複合材サンドイッチのコアを形成するために、加圧および／または加熱によって変形されてもよい。

【0090】

一部の実施形態において、複数のチューブ状部材を含むコアブランクの少なくとも一部分は、押出成形されてもよい（例えば、押出形成後にコアブランクのチューブ状部材が互いに結合するようにしてもよい）。図１３は、実施形態に従う、押出成形または互いに熱結合されたプラスチックチューブ１２０の束の概略側面図を示している。図示されているように、チューブ１２０は、押出機２００から押出成形されてもよく、および／または１つ以上の側面から熱ローラ２１０によって加圧されてもよく、プラスチックチューブ１２０が互いに熱結合して、コアブランクとして使用され、その後に複合材サンドイッチのコアを形成し得るプラスチックチューブの束を形成するようにしてもよい。

【0091】

例えば、チューブ束は、コアブランクの高さを画定するために、押出成形中および／または押出成形後に、所定の間隔で切断されてもよい。更に、好適なコアブランクを形成するために、複数のチューブ束が、互いに位置付けられ、および／または互いに結合してもよい。したがって、一部の実施形態において、チューブ状部材のうち２つ、いくつか、またはすべては、（例えば、概ね均一な厚さを有するコアブランクを形成するために）同一または類似の高さを有していてもよいが、代替的または追加的実施形態において、コアブランクのうち２つ、いくつか、またはすべては、（例えば、変厚を有するコアを形成するために）異なる高さを有していてもよい。

【0092】

図１４は、１つ以上の実施形態に従う、複合材サンドイッチ製作用の圧縮成形型３００の概略図を示している。一般に、複合材サンドイッチを製作するために、スタックアセンブリが、成形型３００内に位置付けられ、少なくとも部分的に加工されてもよい。成形型３００は、上部成形型部分３１０および下部成形型部分３２０を含んでいてもよい。型閉時に、上部および下部成形型部分３１０、３２０は、スタックアセンブリを圧縮して複合材サンドイッチを形成する、キャビティおよび／またはコア構成を画定してもよい（例えば、スタックアセンブリは、ポリマ樹脂含浸繊維シートおよびそれらの間に位置付けられたコアブランクを含んでいてもよい）。

【0093】

例えば、上部成形型部分３１０は、スタックアセンブリの少なくともいくつかのキャビティ内での配置を容易にするキャビティ３１１を含んでもよい。例えば、ポリマ樹脂が含浸し得る第１の繊維シート１１２、コアブランク１１６、およびポリマ樹脂が含浸した第２の繊維シート１１４。成形型３００はまた、下部成形型部分３２０を含んでもよい。図示された実施形態において、下部成形型部分３２０は、概ね平坦な上部表面３２１を有する。例えば、スタックアセンブリは、上部成形型部分３１０と下部成形型部分３２０との間に形成される加工容積内に閉じ込められてもよい（例えば、選択された厚さおよび／または選択された形状へとスタックアセンブリを圧縮して、そのような厚さおよび形状の複合材サンドイッチを形成してもよい）。即ち、成形型３００をプレス機内に位置付け、上部および下部成形型部分３１０、３２０を互いに加圧させて、それによりスタックアセンブリを圧縮してもよい。

【0094】

一部の実施形態において、（例えば、第１および／または第２の繊維シート中のポリマ樹脂を硬化させること、コアブランクの１つ以上の部分を軟化および／または融解させること等のために）成形型３００を製作中に加熱してもよい。上記のように、複合材スキンは、ポリママトリックス（例えば、固化ポリマ樹脂）に埋設された不連続および／または連続繊維を含んでいてもよい。複合材形成中に複合材積層をコアに結合させてもよい。一部の実施形態において、ランダムに配向した不連続および／または連続繊維を含む複合材スキンは、連続繊維を含む同等の複合材スキンよりも曲がりやすくおよび／または伸びやすいことがある。

【0095】

１つ以上の実施形態において、成形型３００の加工容積からガス（例えば、空気）が抜かれてもよい。例えば、成形型３００はまた、成形型３００が閉じた構成になっているときに、成形型３００の加工容積内において、成形型３００の内部加工容積からガスを排気する（例えば、それによって少なくとも不完全真空を生じさせる）ための真空ポンプ（図示せず）に接続できる出口３３０を含んでいてもよい。

【0096】

上部および下部成形型部分３１０、３２０は、成形型３００の選択された動作圧力および／または温度に好適であり得る好適な材料を含んでいてもよい。例えば、上部および下部成形型部分３１０、３２０は、鋼、アルミニウム等の好適な金属から製作されてもよい（例えば、場合によって、より高圧での加工にあたり、鋼がアルミニウムよりも好適である場合がある）。一部の実施形態において、成形型３００の（例えば、アルミニウムから製作された上部および／または下部成形型部分３１０、３２０の）多孔質表面は、成形型封止剤で封止されてもよい。低圧圧縮成形プロセスは、例えば、鋼製成形型よりむしろアルミニウム製成形型を使用して機械加工コストを低減することにより、更に、より薄い成形型壁を使用して成形型材料のコスを低減することにより、高圧ＲＴＭと比較して設備コストを著しく低減することができる。具体的には、アルミニウム製成形型壁は、高圧ＲＴＭ用の鋼製成形型壁よりも薄い。例えば、アルミニウム製成形型壁は、低圧圧縮成形の場合、厚さ約１０ｍｍ以下であってもよいが、鋼製成形型壁は、ＲＴＭの場合、厚さ約３０ｍｍである。更に、圧力または荷重機械は、低圧圧縮成形のために、高圧ＲＴＭよりも小さい荷重を発生させる。

【0097】

本明細書に記載された複合材サンドイッチはいずれも、成形型３００または類似の成形型により製作することができ、前記成形型は、そのような製作のために好適に構成することができると理解すべきである。図１５は、本明細書に記載された一実施形態に従い製作されたサンプル複合材サンドイッチ１００ｍである。より具体的には、複合材サンドイッチ１００ｍは、含浸繊維シートおよび飲用ストロから形成されたコアブランクにより製作されたものであり、それらによって複合材サンドイッチ１００ｍの複合材スキン１０２ｍ、１０４ｍおよびコア１０６ｍを形成している。コア１０６ｍは約２０ｍｍの高さを有する。コアブランクの飲用ストロの端は、コア１０６ｍを形成し複合材スキン１０２および１０４に結合させるため、軟化または融解された。

【0098】

図１６は、一実施形態に従う複合材サンドイッチを製作する方法のフローチャートである。例えば、前記方法は、成形型の加工容積内にスタックアセンブリを位置付けるアクト４００を含んでもよい。一部の実施形態において、スタックアセンブリは、加工容積の内部で組み立てられてもよい。あるいは、スタックアセンブリの少なくとも一部分は、加工容積の外部で組み立てられてもよい。上記のように、スタックアセンブリは、成形型内で加工されたとき複合材サンドイッチを形成し得る任意数のエレメントおよび要素を含んでもよい。例えば、スタックアセンブリは、２つのポリマ樹脂含浸繊維シートおよびそれらの間に位置付けられたコアブランクを含んでいてもよい（例えば、一緒に加工されたとき、含浸繊維シートは複合材スキンを形成し、コアブランクは複合材サンドイッチのコアを形成し得る）。

【0099】

少なくとも１つの実施形態に従えば、成形型が閉じられて加工容積が画定される前に、作業時に第１の繊維シートおよび／または第２の繊維シートにポリマ樹脂を吹き付けてもよい。成形型を閉じる前にポリマ樹脂を繊維シートに吹き付けることにより、高圧ＲＴＭよりも低い圧力でスタックアセンブリを加工することができ、好適に繊維を含浸させることができる。樹脂を吹き付けるために、大型部品の大量生産向けの市販スプレーヘッドを使用してもよい。低圧圧縮成形プロセスの場合、市販スプレーヘッドの代わりに、小型部品または試作品の少量生産のための高温圧力ポット（ｈｏｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｏｔ）を使用してもよく、これにより製造コストを低減させることができる。低圧高温ポット（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｏｔ ｐｏｔ）は、樹脂を吹き付けることができる。

【0100】

ポリマ樹脂は、ポリウレタン、エポキシ、別の好適なポリマ樹脂、またはこれらのいずれかの混合物であってよい。低粘度混合物は、より容易に吹き付けができる。ポリマ樹脂の場合、高温圧力ポット内で樹脂を温め、圧縮成形の段階までハードニングの開始を遅らせることにより、粘度を低減することができる。前記混合物を含むポリマ樹脂のためのハードナは、エポキシとポリウレタンがほぼ同一または類似の硬化時間を有するように選択してもよい。同一または類似の硬化時間を促進することにより、２種の熱硬化物（例えば、エポキシとポリウレタン）が、ポリマ樹脂中の前記熱硬化物の一方のために硬化プロセスを延長することなく、一緒に硬化を完了するようにしてもよい。

【0101】

一部の実施形態において、前記方法はまた、成形型の加工容積および繊維シートからガスの少なくとも一部を除去するアクト４１０を含んでもよい。例えば、上記のように、真空ポンプは、加工容積からガスを排気することができ、それによって加工容積内で圧力を低下させるか少なくとも不完全真空を生じさせることができる。前記方法はまた、成形型内でスタックアセンブリを圧縮し加熱するアクト４２０を含んでもよい。特に、例えば、スタックアセンブリが加熱され圧縮されるとき、ポリマ樹脂は、硬化することができ、および／または含浸繊維シートをコアブランクに結合させることができる。更に、コアブランクおよび補強繊維を持つポリマ樹脂は、スタックアセンブリが加熱され圧縮されるとき、好適な形状に形成され得る。例えば、補強繊維を持つポリマ樹脂は、硬化して、選択された形状および／または厚さの複合材スキンを形成することができ、コアブランクは、圧縮され、ならびに／または軟化および／もしくは融解されて、選択された形状および／または厚さのコアを形成することができる。

【0102】

一部の実施形態において、スタックアセンブリに印加される加工圧力は、５ｂａｒ〜１０ｂａｒの範囲（例えば、約６ｂａｒ（約８８ｐｓｉ））であってもよく、この圧力は、従来的ＲＴＭにおいて典型的に使用される約１２０ｂａｒ（１７６４ｐｓｉ）の圧力と比較して著しく低いことがある。ただし、加工圧力は、１０ｂａｒより大きくてもよく、５ｂａｒより小さくてもよいと理解すべきである。本明細書に記載されたアクトまたは工程は、実施形態ごとに異なり得る好適な順序で実行されてもよいことも理解すべきである。

【0103】

一部の実施形態において、スタックアセンブリの加工により、ピンホールまたは多孔性が実質的にない１つ以上の外側表面を有する複合材サンドイッチを生成することができる（例えば、外側表面は、光沢があってもよく、および／またはそれへの塗装が容易なものであってもよい）。追加的または代替的に、複合材サンドイッチの外側表面の１つ以上は、表面が後加工の高温に耐えることができるように高いガラス転移温度を持つポリマを含んでいてもよい。一部の実施形態において、ボンネット、ドアパネル等の各種自動車部品として使用され得る複合材サンドイッチは、比較的高い動作温度に耐えることを要求されることがある。例えば、複合材サンドイッチは、約１８０℃にて電着され、次いで約１４０℃にて下塗りされてもよく、その後、塗装プロセスが実行されてもよい。

【0104】

図１７は、１つ以上の実施形態に従うサンドイッチアセンブリを製作するための方法のフローチャートである。一部の実施形態において、前記方法は、第１の成形型部分に静電荷を帯電させるアクト５００を含んでもよい。例えば、第１の成形型部分を帯電させても、帯電した熱可塑性および／または熱硬化性粉体を保持しやすくしてもよい。静電荷帯電はまた、粉体の廃棄物を低減することに役立ち、および／または成形型周囲の作業空間に概ね粉体がない状態を維持することができる。

【0105】

一実施形態において、前記方法は、第１の成形型部分上および／または中に、１種以上の粉末（例えば、熱可塑性および／または熱硬化性粉体）を設置または配するアクト５１０を含んでいてもよい。例えば、粉体スプレーガンは、前記粉体を第１の成形型部分の上および／または中へと吹き付けることができる。更に、一部の実施形態において、前記粉体を第１の成形型部分の１つ以上の表面の上に概ね均一に塗布してもよい。成形型表面に前記粉体を塗布することにより、繊維層と成形面との間の隙間を通じて、および粉体における個々の顆粒または粒子間の隙間または空間を通じて、繊維内に捕捉された空気を抜き出すことができる。前記粉体はまた、ピンホールが実質的にない複合材サンドイッチの外側表面の形成を促進することもできる。

【0106】

一般に、粉体の顆粒または粒子は、大きさおよび／または形状が異なることがある。一部の実施形態において、顆粒または粒子は、不連続繊維内に捕捉された空気が減圧により（例えば、顆粒間の空間を通過することにより）効率的に除去されることを可能にする大きさおよび／または形状にしてもよい。いくつかの構成において、連続繊維は、不連続繊維よりも空気を捕捉しにくい場合がある。少なくとも１つの実施形態において、空気は、ＲＴＭから再生される廃棄物繊維から効率的に除去することができる。

【0107】

使用される粉体の量は、実施形態ごとに異なっていてもよく、特に、粉体の顆粒の大きさおよび／または形状によって変わり得る。一部の実施形態において、粉体顆粒の大きさは、約４０μｍ〜約１００μｍの範囲に及んでもよい。前記粉体は、ポリマ樹脂シェルに取り囲まれたハードナを含んでいてもよく、硬化が開始したがまだ硬化が完了していないことがある。前記粉体は、最初に高温度に加熱され、次いで、（例えば、厚さ約１００μｍ以上であり得る）固体コーティング層を形成するために硬化または架橋を開始するとき、軟質になり得る。

【0108】

前記粉体は、複合材サンドイッチの１つ以上の外側表面に硬度を与え得る、エポキシなどの熱硬化物であってもよい。前記粉体はまた、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリエステルなどの熱可塑物であってもよい。前記粉体はまた、熱硬化物と熱可塑物のブレンドであってもよい。前記熱可塑物またはブレンドは、表面に靭性を与えることができ、および／または熱硬化性粉体を硬化することで生じる収縮を低減することにも役立つことがある。前記粉体はまた、後加工温度に耐えることができるように、高いガラス転移温度（Ｔ_ｇ）または高い融解温度を有していてもよい。更に、一部の実施形態において、前記粉体は、スタックアセンブリから空気を除去することを促進するために十分な時間にわたり粉体が固体または軟化形態に留まるように、複合材スキンのマトリックスを形成するために使用されるポリマよりも高いＴ_ｇ温度を有していてもよい。熱硬化物は、硬化前に液体形態であってもよく、ポリマ鎖の架橋を含む硬化後に固体になってもよい。追加的または代替的に、熱硬化物は接着剤であってもよい。一部の実施形態において、熱可塑物は、ペレットまたは顆粒の形態であってもよく、顆粒を軟化および／または溶解させ、次いで成形型で成形することにより、最終製品へと造形することができる。例えば、熱可塑物の加工またはハードニングは、硬化または架橋を含まないことがある。

【0109】

一実施形態では、エポキシ粉体を使用して、「クラスＡサーフェス」または光沢表面とも呼ばれる、ピンホールおよび／または多孔性が実質的にない表面を生成してもよい。エポキシ粉体は、約１８０℃の開始Ｔ_ｇなどの高いＴ_ｇを有していてもよく、塗装可能自動車部品に使用することができる。エポキシ粉体は、約２００℃以上の温度において熱劣化を示し始めることがある。エポキシ粉体の高いＴ_ｇにより、高温（例えば、電着プロセス、プライマ塗布プロセス、塗装などの後加工に必要な温度）に耐え得る複合材サンドイッチの製造は容易になり得る。

【0110】

前記方法はまた、第１の成形型部分上および／もしくは中に、ならびに／または粉体上および／もしくは中に、スタックアセンブリを配するアクト５２０を含んでもよい。上記のように、スタックアセンブリは、第１のポリマ樹脂含浸繊維シート（例えば、ポリマ樹脂を伴う第１の繊維シートを粉体上に設置してもよい）、コアブランク、およびコアブランク上に位置付けられた第２のポリマ樹脂含浸繊維シートを含み、コアブランクが第１の含浸繊維シートと第２の含浸繊維シートとの間に位置付けられるようになっていてもよい。

【0111】

前記方法はまた、閉じた成形型の第１の部分および第２の部分によって形成される成形型の加工容積内に粉体およびスタックアセンブリを閉じ込めるアクト５３０を含んでもよい。更に、成形型の第１および第２の部分は、選択された圧力を粉体およびスタックアセンブリに印加してもよい。一部の実施形態において、前記方法はまた、成形型の加工容積内を減圧にするアクト５４０を含んでもよい。追加的または代替的に、前記方法はまた、第１および第２の成形型部分を加熱することにより粉体および／またはスタックアセンブリを加熱するアクト５５０を含んでもよい。第２の成形型部分を第１の成形型部分よりも低い温度に加熱し、ポリマ樹脂が第２の成形型部分から第１の成形型部分に向かってゲル化を開始するか、その逆になるようにしてもよい。このゲル化プロセスは、不連続繊維内に捕捉された空気を粉体の顆粒またはペレット間の隙間に向かわせ、減圧により空気が除去されるようにすることができる。一部の実施形態において、第１の成形型部分と第２の成形型部分との間の温度差は、少なくとも５℃であってもよい。例えば、第１の成形型部分と第２の成形型部分との間の温度差は、少なくとも１０℃、少なくとも１５℃等であってもよい。第１の成形型部分が比較的低い温度であるとき、粉体はハードニングせずに昇温することができる。例えば、粉体のゲル化時間は約９０秒であってもよく、このゲル化時間は、実質的に滑らかな表面仕上げを生成するために、繊維シートの繊維内に捕捉された空気を（例えば、自然吸気（ｎａｔｕｒａｌ ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）および／または減圧により）少なくとも部分的に除去できるようにするものである。

【0112】

一実施形態において、スタックアセンブリに使用されるポリマ樹脂の硬化温度は、約１２０℃であってもよい。例えば、第１の成形型部分が１１５℃になり、第２の成形型部分が１２５℃になってもよい。あるいは、例えば、硬化温度が約１２５℃であり、第１の成形型部分が１２０℃になり、第２の成形型部分が１３０℃になってもよい。一般に、硬化時間は、実施形態ごとに異なっていてもよい。少なくとも１つの実施形態において、エポキシの硬化は、約９８％の硬化に約６〜７分かかることがある。硬化する際に、ポリマ樹脂は、（例えば、未硬化ポリマ樹脂の全容積（ｆｉｌｌ ｖｏｌｕｍｅ）と比較して）約２．５％〜３％収縮することがある。

【0113】

一部の実施形態において、第１の成形型部分と第２の成形型部分との間の温度差は、少なくとも５０℃であってもよい。いくつかの加工条件下で、温度差が約５０℃に拡大すると、異なる成形型温度における異なる熱膨張による寸法差もまた大きくなり、例えば成形型が閉じたときにスキンアセンブリに高い局所的圧力が生じることがある。この高い局所的圧力は、成形型の著しい摩耗をもたらし得る。

【0114】

一部の実施形態において、完全硬化のために、複合材サンドイッチを後硬化加工（例えば、オーブンまたはオートクレーブ内での加熱）に供してもよい。例えば、オーブンは、２℃の勾配にて室温から高温度に加熱してもよく、前記高温度には電着などの後加工中に到達し得る。一実施形態において、複合材サンドイッチは、約１８０℃まで加熱されてもよく、その温度で一定時間（例えば、１時間）保持されてもよい。これにより、完全硬化の確保が促進され、更なる収縮が低減または停止され得る。後硬化中の緩やかな昇温は、熱衝撃の可能性および／または効果を低減させ得る。オーブンの利用効率を向上させるために、多数の複合材料部品をオーブン内に設置し、後硬化プロセスを経るようにしてもよい。一般に、硬化温度および硬化時間は、実施形態ごとに異なっていてもよく、特に、エポキシの種類、エポキシの厚さ等に依存することがある。例えば、硬化温度が上がると、硬化時間は短くなることがある。

【0115】

一部の実施形態において、第１および／または第２の成形型部分からの複合材サンドイッチの取り出しを容易にするため、ワックスなどの成形型離型剤を塗布してもよい。１つ以上の実施形態において、シリコーン成形型は、塗装されることが意図された表面にとって望ましくない場合があることに留意されたい。一部の実施形態において、複合材サンドイッチは、成形型から取り外され、その後冷却されてもよい。

【0116】

図１８は、本開示の実施形態に従う各種材料からなるパネルの曲げ剛性の比較を示すグラフである。これらの曲線は、わずかな材料の変化を伴う複合材サンドイッチパネルについて実験から得られたものである。曲線９０２は、ポリカーボネート飲用ストロから形成された硬質コアを表している。各ストロは７ｍｍの直径を有し、コアは７０ｋｇ／ｃｍ^３ （ＰＣ７−７０）の密度を有する。前記複合材スキンは、第１の供給者から供給された６００ｇｓｍのガラス繊維および４００ｇｓｍのＮＣＦをエポキシ中に含む。曲線９０４は、ポリカーボネート飲用ストロから形成されたコアを表している。各ストロは６ｍｍの直径を有し、コアは７０ｋｇ／ｃｍ^３（ＰＣ６−７０）の密度を有する。前記複合材スキンは、第１の供給者から供給された６００ｇｓｍのガラス繊維をエポキシ中に含む。曲線９０６は、第１の供給者から供給された６００ｇｓｍのガラス繊維をエポキシ中に含むＰＣ７−７０を表している。曲線９０８は、第２の供給者から供給された６００ｇｓｍのガラス繊維をエポキシ中に含む６−７０を表している。

【0117】

図示されているように、曲線９０２は、最も高い曲げ剛性を示している。具体的には、曲線９０２は曲線９０６よりも高い曲げ剛性を示しており、このことは追加のＮＣＦが複合材サンドイッチの曲げ剛性を増大させ得ることを示唆している。曲線９０２は曲線９０６よりも高い曲げ剛性を示しており、このことはチューブのより大きな直径が曲げ剛性を増大させ得ることを示唆している。曲線９０４は曲線９０８よりも高い曲げ剛性を示しており、このことはガラス繊維の供給者が曲げ剛性に影響し得ることを示唆している。

【0118】

以下の部分では、理論的モデリングに基づく複合材スキンおよび複合材サンドイッチの剛性、曲げ強度の計算に関する詳細を説明する。加えて、アルミニウムに対する各種複合材構造の比較も行う。曲げ剛性を得るために、表１．１〜１．５に、複合材積層またはスキンならびにアルミニウムの密度、弾性率、幅、長さ、および厚さ、更にコア高さを含むデータが挙げられている。アルミニウムもしくは複合材スキン、または複合材サンドイッチの曲げ剛性は、下記の部分に記載されている式に基づいて計算される。

【0119】

【表1】

【0120】

【表2】

【0121】

【表3】

【0122】

【表4】

【0123】

【表5】

【0124】

図１９は、本開示の実施形態に従い曲げ剛性を計算するためのパネルの図である。前記パネルは、複合材スキン、複合材サンドイッチ、アルミニウムシート等であり得る。ｙ軸に沿った厚さおよびｚ軸に沿った幅を含む寸法が、ｘ−ｙ−ｚ座標に関して示されている。図示されているように、曲げはｚ軸周りに生じる。

【0125】

一体式炭素繊維（ＣＦ）積層の曲げ剛性は、下記の式（１）における弾性率と慣性モーメントの積として表すことができる。

【数1】

【0126】

式中、Ｄ_ｃｆはＣＦ積層の曲げ剛性を意味し、Ｅ_ｃｆはＣＦ積層の弾性率を意味し、Ｉ_ｚはｚ軸に関する慣性モーメントを意味し、ｗはＣＦ積層の幅を表し、ｔはＣＦ積層の厚さを表す。Ｉ_ｚは積層の厚さおよび幅に依存する。

【0127】

中実アルミニウムシートの曲げ剛性は、式（１）によって表すことができるが、Ｄ_ｃｆをアルミニウムの曲げ剛性Ｄ_Ａｌに置き換え、Ｅ_ｃｆをアルミニウムの弾性率Ｅ_Ａｌに置き換える。ＣＦ積層においてアルミニウムシートと同じ曲げ剛性を達成する場合、ＣＦ積層に要求される厚さは、下記の式（２）から得ることができる。

【数2】

【0128】

したがって、要求されるＣＦ積層の厚さは、式（２）から計算することができ、下記の式（３）によって得ることができる。

【数3】

【0129】

図２０は、本開示の実施形態に従う複合材サンドイッチの曲げ剛性を計算するための複合材サンドイッチの図である。複合材サンドイッチ１１００は、上部複合材スキン１１０２Ａと底部複合材スキン１１０２Ｂとの間に挟まれたコア１１０４を含んでいる。前記コアは、プラスチックチューブなどのチューブまたは高密度発泡体を含む「硬質」コアであっても、板紙もしくはカードボードまたは低密度発泡体などの「軟質」コアであってもよい。図２０に示されるように、ｗは複合材スキン１１００の幅を意味し、ｔ_ｃはコア１１０４の厚さまたは高さを意味し、ｔ_ｓは複合材スキン１１０２Ａおよび１１０２Ｂの厚さを意味し、ｄ_ｓは複合材スキン１１０２Ａ〜Ｂ間の中間部分の距離（即ち、ｔ_ｃ＋ｔ_ｓ）を意味する。

【0130】

複合材サンドイッチ１１００に関して、曲げ剛性は、下記の式（４）において、図心軸からの複合材スキン１１０２Ａ〜Ｂとコア１１０４の曲げ剛性の合計として表すことができる。

【数4】

【0131】

複合材サンドイッチ１１００の２つのスキンまたは表面仕上材１１０２Ａ〜Ｂに対して対称分布および同一の材料を仮定すれば、複合材サンドイッチ１１００の曲げ剛性は、下記の式（５）により、複合材スキン１１０２Ａ〜Ｂおよびコア１１０４の弾性係数および慣性モーメントの点から表すことができる。

【数5】

【0132】

スキン１１０２Ａ〜Ｂにシュタイナーの定理を適用すると、スキン１１０２Ａまたは１００２Ｂおよびコア１１０４の慣性モーメントは、下記の式（６）に表すことができる。

【数6】

【0133】

式中、ｗは複合材ビームの幅を意味し、ｔ_ｃはコアの厚さを意味し、ｔ_ｓはスキンの厚さを意味し、ｄ_ｓはスキン間の中間部分の距離（即ち、ｔ_ｃ＋ｔ_ｓ）を意味している。

【0134】

式（６）を式（５）に代入すると、下記の式（７）が得られる。

【数7】

【0135】

コアの低い弾性率により、複合材サンドイッチ１１００の曲げ剛性に対するコア１１０４の寄与は、通常わずかであり、１％未満であるため、複合材サンドイッチ１１００の曲げ剛性は、下記の式（８）によって概算することができる。

【数8】

【0136】

式（８）における曲げ剛性の初項は、ｄ_ｓが４ｔ_ｓより大きい場合、２．５％未満となり得る。ほとんどの場合、複合材スキン１１０２Ａまたは１１０２Ｂは薄く、複合材コア１１０４は複合材スキン１１０２Ａまたは１１０２Ｂと比較して著しく厚い。したがって、複合材サンドイッチ１１００の曲げ剛性は、下記の式（９）によって概算することができる。

【数9】

【0137】

式（７）〜（９）に示されるように、複合材スキンの厚さｔ_ｓが増大すると、複合材サンドイッチの曲げ剛性も増大する。

【0138】

曲げ剛性に対するコア高さの影響を示す、いくつかの例を以下に挙げる。図２１Ａは、本開示の実施形態に従う複合材構造の図である。本実施形態において、中実複合材構造１２００Ａは、組み合わされた厚さｔを有する２つの複合材スキンを含んでいる。中実複合材構造１２００Ａは、コアを含んでいない（例えば、コアは厚さ０に圧縮され得ると仮定する）。

【0139】

図２１Ｂは、別の実施形態に従う複合材サンドイッチの図である。本実施形態において、複合材サンドイッチ１２００Ｂは、組み合わされた厚さｔを有する２つの複合材スキンを含んでいる。複合材サンドイッチ１２００Ｂはまた、厚さｔのコアも含んでいる。複合材サンドイッチ１２００Ｂは、下記の式（１０）によって表される曲げ剛性を有する。

【数10】

【0140】

したがって、前記コアが、上部複合材スキン層と底部複合材スキン層両方を含む中実複合材構造１２００Ａのスキン層と同じ厚さを有する場合、複合材構造１２００Ｂの曲げ剛性は、中実複合材構造１２００Ａの曲げ剛性の７倍に増大する。

【0141】

図２１Ｃは、更に別の実施形態に従う複合材サンドイッチの図である。本実施例において、複合材サンドイッチ１２００Ｃは、厚さ３ｔのコアを含んでおり、２つのスキン層の組み合わされた厚さはｔであり、これは中実複合材構造１２００Ａの厚さである。複合材サンドイッチ１２００Ｃは、下記の式（１１）によって表される曲げ剛性を有する。

【数11】

【0142】

式（１１）に示されるように、中実複合材構造１２００Ａの厚さｔに対して３倍の厚さのコアを使用する複合材サンドイッチ１２００Ｃの曲げ剛性は、中実複合材構造１２００Ａの曲げ剛性の３７倍の曲げ剛性を生じる。

【0143】

複合材サンドイッチの曲げ強度は、下記の式（１２）を用いて計算することができる。

【数12】

【0144】

式中、σ_ｍａｘは曲げ強度を意味し、Ｍ_ｍａｘは最大曲げモーメントを意味する。
Ｉは慣性モーメントを意味し、ｙ_ｍａｘは中立軸からの最大距離ｙｍａｘを意味する。

【0145】

通常の荷重構成の場合、Ｍ_ｍａｘは、中実複合材構造１２００Ａおよび複合材サンドイッチ１２００Ｂ〜Ｃにとって定数のままとなる。ｙ_ｍａｘは、中実複合材構造１２００Ａおよび複合材サンドイッチ１２００Ｂ〜Ｃの厚さに応じて変化し、慣性モーメントＩは、式（１）によって示される厚さにより増大し得る。

【0146】

表２は、図２１Ａ〜Ｃに示されている中実複合材構造１２００Ａおよび複合材サンドイッチ１２００Ｂ〜Ｃについての剛性、曲げ強度および重量の比較を示している。表２に示されているように、コア高さが増大すると、複合材サンドイッチの曲げ剛性および曲げ強度が増大する。より長いコア高さにより曲げ剛性を増大させることが望まれるが、ポリカーボネート飲用ストロなどのコアは、より座屈し易くなることがあるため、長すぎまたは高すぎてはいけない。

【0147】

【表6】

【0148】

表２に示されているように、複合材サンドイッチのコアは、中実複合材構造の約２重量％〜６重量％となり、複合材サンドイッチの曲げ剛性および曲げ強度は、コアによって全体の重量を増大させることなく、著しく増大し得る。

【0149】

上記の式に基づいて、等価曲げ剛性をもたらす複合材スキンおよびアルミニウムシートの厚さが計算され、表３に示されている。表に示されているように、厚さはＣＦ積層の弾性率に依存することがある。同様に、アルミニウムの等価厚さは、複合材サンドイッチのＣＦスキンの厚さの影響を受けやすい。計算のために、平均弾性率値が、炭素繊維データから、Ｅ＝３７．７ＧＰａであると推測された。

【0150】

【表7】

【0151】

表４は、同じ曲げ剛性を得るための一定の弾性率（Ｅ＝３７．７ＧＰａ）を仮定して、種々のＣＦスキン厚さおよび等価アルミニウム厚さを示している。

【0152】

【表8】

【0153】

飲用ストロ、例えばポリカーボネート（ＰＣ）から形成されたコアに関しては、コア高さが変化すると、アルミニウム等価厚さも変化し得る。ＣＦスキンのそれぞれについて一定の弾性率３７．７ＧＰａおよび厚さ０．６ｍｍを仮定して、表５は、同じ曲げ剛性を達成するためのＰＣコア高さと等価アルミニウム厚さの変化を示している。

【0154】

【表9】

【0155】

上記の式に基づいて、追加の計算を行うことができ、そのデータは図２２Ａおよび２２Ｂに示されている。図２２Ａは、等価厚さのプレートについて重量およびコストの材料比較を示したグラフである。図２２Ａに示されているように、例えば、アルミニウムは、一体式炭素繊維積層およびポリカーボネートチューブおよび複合材スキンから形成されたコアを含む複合材サンドイッチと比較して最も重く、一体式炭素繊維積層は最もコストが高い。例えば、複合材サンドイッチは、（同等の厚さおよび大きさの）アルミニウムの重量の約８０％の重量を持つことがあり、アルミニウムのコストの約５０％のコストがかかることがある。一体式炭素繊維積層は、アルミニウムの重量の約６０％の重量を持つことがあり、アルミニウムのコストの１３０％のコストがかかることがある。

【0156】

図２２Ｂは、等価剛性のプレートについて重量およびコストの材料比較を示したグラフである。図２２Ｂに示されているように、複合材サンドイッチは、アルミニウムと同一または類似の剛性を持つために、アルミニウムの重量の約１０％の重量を持ち、アルミニウムのコストの約１０％のコストがかかることがある。対照的に、一体式炭素繊維積層は、アルミニウムと同一または類似の剛性を持つために、アルミニウムの重量の約６０％の重量を持つが、アルミニウムのコストの約１３０％のコストがかかる。

【0157】

図２２Ａ〜Ｂの棒グラフを作成するために、下記のＣＦデータおよび樹脂データを使用した。（１）厚さ２０ｍｍのアルミニウム６０６１ Ｔ６；（２）厚さ２０ｍｍ、弾性率５０ＧＰａの一体式炭素繊維積層；ならびに（３）２つの複合材スキン（各スキンは厚さ０．４ｍｍ、コア高さは２０ｍｍ、繊維の容積分率は複合材スキン中４０％、弾性率は３５ＧＰａである。）に対しておよびそれらの間に結合したコアを含む複合材サンドイッチ。

【0158】

図２３は、異なる複合材サンドイッチの曲げ弾性率を比較した棒グラフである。曲げ弾性率は、材料の本来的特性であり、幾何学的配置に依存しない。図２３に示されているように、棒１４０６は、全ての複合材サンドイッチのなかで最も高い曲げ弾性率を有する、エポキシを含む複合材スキン間に挟まれたポリカーボネートコアを含む、複合材サンドイッチの曲げ弾性率を表している。棒１４０４は、最も低い曲げ弾性率を有する、ポリウレタン含浸チョップトストランドマット（ＣＳＭ）から製作された複合材スキン間に挟まれた紙を含む、複合材サンドイッチの曲げ弾性率を表している。棒１４０２は、ポリカーボネートコア、およびエポキシの代わりにポリウレタンを含有する、より軟質の複合材スキンを含み、棒１４０６によって表される複合材サンドイッチよりも低い曲げ弾性率を有する、複合材サンドイッチの曲げ弾性率を表している。

【0159】

本発明は、その精神および主要な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施することができる。記載された実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。したがって、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲によって示すものであって、前述の記載には拘束されない。特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更は、本発明の範囲内に含まれる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図21C】

【図22A】

【図22B】

【図23】