JP2003080607A - プリフォームおよびそれからなるｆｒｐならびにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、注入成形時に樹脂の含浸性に優れ、
かつ、衝撃付与後または湿熱処理後の圧縮強度等の力学
特性および軽量化効果を高く発現し、品質が安定したプ
リフォームおよびＦＲＰを提供せんとするものであり、
また、かかるプリフォームならびにＦＲＰを高い生産性
で製造する方法を提供せんとするものである。 【解決手段】本発明のプリフォームは、少なくとも強化
繊維糸条によって形成された強化布帛を複数枚積層して
なるプリフォームであって、前記プリフォーム内の層間
に強化布帛以外の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料
を有し、かつ、前記強化布帛と樹脂材料とを含む各層が
接着しており、前記プリフォームにおける強化繊維体積
率Ｖ_Pfが４５〜６２％の範囲内であることを特徴とする
ものである。また、本発明のＦＲＰは、上記プリフォー
ムとマトリックス樹脂とからなり、プリフォームにマト
リックス樹脂が含浸されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化プラスチ
ック（以下ＦＲＰと呼称）の成形に用いるプリフォーム
およびそれからなるＦＲＰならびにそれらの製造方法に
関する。

【０００２】より詳しくは、マトリックス樹脂の注入成
形時に樹脂の含浸性に優れ、かつ、力学特性および軽量
化効果を高く発現し、品質が安定したＦＲＰを高い生産
性で得られるプリフォームおよびそれからなるＦＲＰな
らびにそれらの製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】最近、亜音速機の開発等が矢継ぎ早に発
表され、民間航空機も大きく変革しようとしている。こ
れらの革新機の材料および構造材の技術的課題は、機械
的特性を十分に満足してかつ画期的な軽量化と徹底した
コストダウンであり、とくに軽量化を達成するため、主
翼や胴体などの、これまでＦＲＰが使用されていなかっ
た１次構造材まで材料転換を図る必要に駆られている。
また、最近、自動車のボデー、ドアやシャーシなども軽
量化を求めてＦＲＰ化の動きがあり、航空機以上にコス
トダウンの要求が強い。

【０００４】これらＦＲＰの代表的な製造方法として
は、オートクレーブ成形が知られている。オートクレー
ブ成形では、予め強化繊維にマトリックス樹脂を含浸さ
せたプリプレグを、目的とする形状の成形型に積み重ね
て加熱・加圧し、ＦＲＰを成形する。ここで用いる中間
基材としてのプリプレグは、極めて信頼性が高い、即ち
強化繊維体積率Ｖ_fが高度に制御された力学特性に優れ
るＦＲＰが得られる利点があるが、プリプレグの製造に
高いコストがかかることとＦＲＰの低い生産性に問題が
あった。

【０００５】一方、ＦＲＰの生産性に優れる成形法とし
ては、レジン・トランスファー成形法（ＲＴＭ）等の注
入成形が挙げられる。かかる注入成形では、マトリック
ス樹脂が含浸されていない（ドライな）強化繊維を成形
型の中に配置して、マトリックス樹脂を注入し、強化繊
維にマトリックス樹脂を含浸させてＦＲＰを成形する。

【０００６】ここで、例えば特表平９−５０８０８２号
公報等では、熱硬化樹脂の粘着性付与剤を強化布帛に付
与し、ＦＲＰよりも小さい体積に圧縮したプリフォーム
を用いてＦＲＰを得る方法が提案されている。

【０００７】しかしながら上記提案によると、プリフォ
ームをＦＲＰよりも小さい体積に圧縮するため強化繊維
糸条が密に充填され過ぎ、注入成形時にプリフォームへ
のマトリックス樹脂の含浸性に著しく劣るといった問題
があった。一方、含浸性を改善するためにＦＲＰより嵩
高すぎるプリフォームを用いると、得られるＦＲＰの品
質が安定しない、即ち強化繊維体積率Ｖ_fが高度に制御
できないといった問題が引き起こされていた。

【０００８】この他にも、上記提案によると、ＦＲＰの
生産性には優れるが、注入成形では用いるマトリックス
樹脂が低粘度なものに制限されるためＦＲＰが脆く、衝
撃付与後の常温圧縮強度（Compression After Impact、
以下ＣＡＩと呼称）等に代表される特に衝撃や靱性に関
する力学特性に劣る問題があり、特に航空機の１次構造
材等への適応には制限があるが、その問題については解
決されたものではなかった。

【０００９】ここで、ＣＡＩの重要性について説明す
る。例えば航空機の構造材には、鳥の衝突や航空機の組
立・修理の際にＦＲＰへの工具の落下等により衝撃が加
わることがある。強化繊維が積層されたＦＲＰの厚さ方
向に衝撃が加わると、ＦＲＰの層間が剥離してクラック
が発生し、衝撃エネルギーが吸収される。このような層
間剥離したＦＲＰに圧縮力が作用すると、クラックが進
展して圧縮強度が大幅に低下する現象があり、特に航空
機の構造部材では重要視されるものである。

【００１０】この力学特性の問題に対して、例えば特開
平８−３００３９５号公報等には、ガラス転移点が１０
０℃以上のプラスチックを用いて靭性に優れたＦＲＰを
得る方法についての提案がある。しかしながら、上記提
案によると、プラスチックのガラス転移点が高く、硬い
ものであるため、強化布帛同士の接着および賦形が難し
く、強化布帛をプリフォーム化することが著しく困難で
あるという問題点を有していた。

【００１１】更には、以上の提案では、二方向性織物を
用いているが、例えば航空機の一次構造部材において
は、非常に高い力学特性（特に、ＣＡＩ、湿熱処理後の
高温圧縮強度、Compression at Hot/Wet）が要求され
る。二方向性織物では、強化繊維を二方向に織組織する
ため、それぞれ一方向における強化繊維量は本質的に半
分となること、たて糸とよこ糸とがほぼ同じ繊度である
ため、たて糸とよこ糸の交錯点では強化繊維の大きな屈
曲（クリンプ）が発生することにより、一方向に強化繊
維を配列したプリプレグの約半分レベルの力学特性しか
発現し得なかった。

【００１２】つまり、注入成形時にマトリックス樹脂の
含浸性に優れ、かつ衝撃付与後または湿熱処理後の圧縮
強度等の力学特性および軽量化効果を高く発現し、品質
が安定したＦＲＰを高い生産性で得られるプリフォーム
およびそれからなるＦＲＰは得られておらず、これら要
求を満たす技術が渇望されていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、マトリックス樹脂の注入成形時に樹
脂の含浸性に優れ、かつ、ＣＡＩやＣＨＷ等の力学特性
および軽量化効果を高く発現し、品質が安定した（強化
繊維体積率が高度に制御された）プリフォームおよびＦ
ＲＰを提供せんとするものであり、また、かかるプリフ
ォームならびにＦＲＰを高い生産性で（低コストに）製
造する方法を提供せんとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明のプリフォームは、少なくとも強
化繊維糸条によって形成された強化布帛を複数枚積層し
てなるプリフォームであって、プリフォーム内の層間に
強化布帛以外の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を
有し、かつ、強化布帛と樹脂材料とを含む各層が接着し
ており、前記プリフォームにおける強化繊維体積率Ｖ_Pf
が４５〜６２％の範囲内であることを特徴とするもので
ある。

【００１５】本発明のＦＲＰは、上記プリフォームとマ
トリックス樹脂とによって形成されたＦＲＰであって、
プリフォームにマトリックス樹脂が含浸されたものであ
る。

【００１６】また、本発明のプリフォームの製造方法
は、少なくとも次の工程からなることを特徴とするもの
である。

【００１７】（Ａ）少なくとも強化繊維糸条によって形
成された強化布帛をプリフォーム型に複数枚積層する積
層工程。

【００１８】（Ｂ）積層体をプリフォーム型内に配置す
る配置工程。

【００１９】（Ｃ）積層体を加熱する加熱工程。

【００２０】（Ｄ）積層体を冷却する冷却工程。

【００２１】また、本発明のＦＲＰの製造方法は、上記
プリフォームを用い、少なくとも強化繊維糸条によって
形成された強化布帛を複数枚積層してなる強化繊維体積
率Ｖ _Pfのプリフォームにマトリックス樹脂を注入して強
化繊維体積率Ｖ_fのＦＲＰを成形するＦＲＰの製造方法
であって、ＦＲＰの強化繊維体積率Ｖ_fをプリフォーム
の強化繊維体積率Ｖ_Pf〜（Ｖ_Pf＋１０）％の範囲内とな
るように成形することを特徴とするものである。

【００２２】更に、本発明のＦＲＰの製造方法は、上記
プリフォームを用い、少なくとも次の工程からなること
を特徴とするものである。

【００２３】（Ｅ）本発明のプリフォームを成形型に配
置するセット工程。

【００２４】（Ｆ）液体化しているマトリックス樹脂
を、成形型に注入してプリフォームにマトリックス樹脂
を含浸させる注入工程。

【００２５】（Ｇ）マトリックス樹脂を固化させる固化
工程。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明のプリフォームについて説
明する。本発明のプリフォームは、前述したように少な
くとも強化繊維糸条によって形成された強化布帛を複数
枚積層してなるプリフォームであって、プリフォーム内
の層間に強化布帛以外の熱可塑性樹脂を主成分とする樹
脂材料を有し、かつ強化布帛と樹脂材料とを含む各層が
接着しており、プリフォームにおける強化繊維体積率Ｖ
_Pfが４５〜６２％の範囲内にあるものである。

【００２７】本発明をさらに、図面を用いて説明する。

【００２８】図１は、本発明のプリフォーム１１の一態
様を説明する概略断面図である。この例のものは、強化
繊維糸条によって形成された強化布帛１２が複数枚、所
定の方向に所定の枚数が積層されてプリフォーム１１を
構成している。そして、強化布帛１２の間に位置する樹
脂材料１３は少なくともプリフォーム内の前記層間に存
在している。各強化布帛１２と樹脂材料１３とは、樹脂
材料１３自体および／または後述の強化繊維糸条や強化
布帛に付着している粘着性付与剤等で接着されているも
のである。

【００２９】また、図２は、本発明のプリフォーム２１
の別の一態様を説明する概略断面図である。この例のも
のは、強化繊維糸条によって形成された強化布帛２２が
複数枚積層され、樹脂材料２３は各強化布帛２２の表
面、すなわちプリフォーム内の層間に存在し、各強化布
帛２２と樹脂材料２３とは、後述の粘着性付与剤２４に
よって接着されているものである。

【００３０】本発明のプリフォームにおける一つの特徴
は、プリフォーム内の層間に強化布帛以外の熱可塑性樹
脂を主成分とする樹脂材料を有する処にある。樹脂材料
をプリフォーム内の層間に存在させることにより、 （イ）プリフォームを得る際の強化布帛同士の接着性を
付与することができる。

【００３１】（ロ）プリフォームに適度なコシ（剛性）
を付与することができる。

【００３２】（ハ）プリフォーム中の強化布帛の目ズレ
を防止する等の形態安定効果を付与することができる。
等、プリフォームの取り扱い性の向上ができる。特に、
本発明の樹脂材料は、その主成分が熱可塑性樹脂である
ことから、熱硬化性樹脂を主成分にする場合に比べてさ
らに、 （ニ）樹脂材料がスペーサーとなり、強化布帛層間に後
述のマトリックス樹脂スペースの確保（マトリックス樹
脂による強化布帛層間の塑性変形能の付与）することが
できる。

【００３３】（ホ）樹脂材料が強化布帛層間に発生する
クラックのストッパーとなる。等、衝撃を受けた時に、
布帛層間の損傷を抑制することができ、特に優れた力学
特性（特にＣＡＩ）を達成することができるという効果
を発現する。

【００３４】上記効果以外にも、 （ヘ）樹脂材料がスペーサーとなって、プリフォームの
強化布帛層間にマトリックス樹脂の流路が確保され、注
入成形に供した際にマトリックス樹脂の含浸が容易にな
るだけでなく、その含浸速度も速くなり、ＦＲＰの生産
性により優れる、といった全く新しい効果をも発現す
る。

【００３５】かかる樹脂材料は、強化布帛の各層と接着
し、少なくともプリフォーム内の層間に存在していれば
よく、強化布帛の内部に存在（強化繊維糸条に付着）し
ていても、その表面に存在していてもよい。好ましく
は、前述の理由で強化布帛の表面にその５０重量％以上
（より好ましくは７０重量％以上）が偏在しているのが
好ましい。

【００３６】また、本発明のプリフォームにおけるもう
一つの特徴は、かかる樹脂材料をプリフォーム内の層間
に有しながら、プリフォームにおける強化繊維体積率Ｖ
_Pfを４５〜６２％の範囲内、より好ましくは５０〜５８
％、特に好ましくは５２〜５６％の範囲内に制御すると
ころにある。

【００３７】強化繊維体積率Ｖ_Pfが４５％未満である
と、特に真空圧によりマトリックス樹脂を含浸させるよ
うな真空注入成形では、成形の際に大気圧以上の圧力が
プリフォームにはかからないので、プリフォームの嵩、
すなわち強化繊維体積率Ｖ_Pfが所望の範囲に制御でき
ず、得られるＦＲＰにおける強化繊維体積率Ｖ_fも力学
特性に最適な４５〜６２％範囲内に制御することができ
ない。すなわち、力学特性に優れ軽量化効果を高く発現
し、品質が安定したＦＲＰが得られない。また、６２％
を超えると、注入成形の場合には、密に充填され過ぎた
強化繊維がマトリックス樹脂の流れを阻害する結果、含
浸性が悪くなり、未含浸部分（ボイド）を有する力学特
性に劣るＦＲＰしか得られない。かかる強化繊維体積率
Ｖ_Pfを４５〜６２％の範囲内に制御することにより、得
られるＦＲＰにおける強化繊維体積率Ｖ_fを所望の範囲
に厳密に制御することが可能となるのである。

【００３８】本発明では、かかる樹脂材料が熱可塑性樹
脂であるために、加熱により樹脂材料による強化繊維の
拘束を一旦解放し、強化布帛、強化繊維糸条ひいては強
化繊維の単繊維を所望の範囲まで充填、冷却によりそれ
らの充填レベルにて再拘束することができる。このメカ
ニズムにより、プリフォームにおける強化繊維体積率Ｖ
_Pfを上記範囲内にすることができるのである。

【００３９】なお、本発明でいうプリフォームにおける
強化繊維体積率Ｖ_Pfとは、次式で求めた値をいう（単位
は％）。なお、ここで用いた記号は下記に準ずる。ここ
で、測定に供するプリフォームは、プリフォーム化した
後、少なくとも２４時間以上経過し、プリフォームのス
プリングバック量が実質的に飽和したものとする。

【００４０】Ｖ_Pf＝（Ｗ１×１００）／（ρ×Ｔ１）
（％） Ｗ１：プリフォーム１ｃｍ²当たりの強化繊維の重量
（ｇ／ｃｍ²） ρ ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ³） Ｔ１：ＪＩＳ Ｒ ７６０２に準拠し、０．１ＧＰａの
荷重下で測定したプリフォームの厚さ（ｃｍ） 本発明で使用する樹脂材料は、プリフォームに対して１
〜２０重量％の範囲内で含まれているのがよい。Ｖ_Pfを
上記範囲に容易に制御する観点からは１〜１０重量％、
より好ましくは２〜８重量％、特に好ましくは３〜６重
量％の範囲内である。かかる樹脂材料が１重量％未満で
あると、上記の効果を発現できないため好ましくない。
また、樹脂材料が２０重量％を超えると、プリフォーム
における強化繊維体積率Ｖ_Pfが４５〜６２％の範囲内に
することが困難となる場合があるため好ましくない。

【００４１】また、別の視点からは、本発明の樹脂材料
は、２〜５０ｇ／ｍ²の範囲内で含まれているのがよ
い。好ましくは２〜２０ｇ／ｍ²、より好ましくは４〜
２０ｇ／ｍ²、特に好ましくは６〜１５ｇ／ｍ²の範囲内
で強化布帛に接着しているのがよい。２ｇ／ｍ²未満で
あると、力学特性（特にＣＡＩ）の向上効果が小さくな
るため好ましくない。また、５０ｇ／ｍ²を超えると、
ＦＲＰの耐熱性、耐薬品性やＣＨＷが低下するので好ま
しくない場合がある。

【００４２】次に、本発明で使用する樹脂材料の好まし
い形態について説明する。かかる樹脂材料としては、有
機繊維糸をによって形成された有機繊維布帛、粒子また
はフィルムの形態を有するものを使用することができ
る。かかる形態のものであれば、何れの形態であって
も、本発明の課題を解決することができる。なお、フィ
ルムとしては、穿孔フィルムや多孔フィルムの様に、プ
リフォームの厚み方向にマトリックス樹脂の流路を確保
できるものが好ましく使用される。

【００４３】これらの中でも、後述のプリフォームを製
造する際に樹脂材料としての取り扱い性やマトリックス
樹脂の含浸性の面から有機繊維布帛の形態であるのが好
ましい。かかる有機繊維布帛とは、例えば不織布、マッ
ト、ネット、メッシュ、織物、編物、短繊維群等の、強
化布帛の積層と垂直方向に樹脂流路を確保できるものを
指し、これらを組み合わせたものも含まれる。中でも不
織布、マットまたはメッシュは安価に入手でき、かつ、
上述の効果が高く発現するためとりわけ好ましい。

【００４４】また、プリフォームにおける強化繊維体積
率Ｖ_Pfを特に高くするといった視点からは、樹脂材料は
粒子の形態であるが好ましい。粒子の形態であると、有
機繊維布帛やフィルムとは異なり、樹脂材料の配合量が
容易に設定できるだけでなく、布帛化やフィルム化が困
難（または加工費が高価）な熱可塑性樹脂を使用するこ
とができるため好ましい。この場合の平均粒子直径は１
〜５００μｍの範囲内であるのが好ましい。力学特性の
観点からは１〜１５０μｍ、より好ましくは５〜１００
μｍ、特に好ましくは８〜５０μｍの範囲内である。す
なわち、平均粒子直径が１μｍ未満であると、粒子が強
化繊維間に入り込むことによって、層間に介在する粒子
の量がばらついたりする。また、平均粒子直径が５００
μｍを超えると、所定の粒子の散布重量に対して、散布
される粒子数が少なくなり、均一な粒子の散布が困難と
なるため好ましくない。なお、平均粒子直径はレーザー
回折・散乱法にて測定したＤ₅₀とし、本発明での測定は
セイシン企業株式会社製ＬＭＳ−２４にて行った。

【００４５】かかる樹脂材料は、熱可塑性樹脂を主成分
とするものである。かかる熱可塑性樹脂としては、マト
リックス樹脂との相性がよく、本発明の課題を解決でき
るものを選択できる。特に、ＣＨＷを高く発現するため
には、高いガラス転移点（好ましくは１００℃以上、更
に好ましくは１５０℃以上）を有するものが好ましく、
例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエーテルイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルス
ルフォン、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルニト
リル、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリエーテル
ケトンケトン、これらの変性樹脂、共重合樹脂等を使用
することができる。

【００４６】その中でも更に好ましくは共重合ポリアミ
ド樹脂である。かかる共重合ポリアミド樹脂は、高い本
発明の効果を安価に達成することができる。かかる共重
合ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、６６、１
２、６１０、６１２などのポリアミドと、イソフタル酸
やテレフタル酸やパラキシレンジアミンやメタキシレン
ジアミン等の芳香族のジカルボン酸またはジアミン、ジ
メチルビス（ｐ−アミノシクロヘキシル）メタン等の脂
環式のジカルボン酸またはジアミンから選ばれる少なく
とも１種の成分、とりわけ好ましくは２種からから構成
される共重合ポリアミド樹脂が使用される。かかる共重
合ポリアミド樹脂としては、例えば、東洋紡績株式会社
製透明ナイロンＴ−７１４ＥやＴ−７１４Ｈ、ダイセル
・ヒュルス製トロガミドＴ５０００やＣＸ７３２３、株
式会社ＥＭＳ昭和電工製グリルアミドＴＲ５５、ＴＲ９
０、東レ株式会社製ＳＰ５００（粒子状）、株式会社ク
ラレ製ジェネスタ等を使用することができるが、これに
制限されるものではない。なお、これらポリアミドのＤ
ＳＣにより測定されるガラス転移点は、好ましくは１０
０℃以上、より好ましくは１２５℃以上、特に好ましく
は１５０℃以上であるものを使用するのがよい。かかる
高いガラス転移点を有するポリアミドであると、ＦＲＰ
の成形時に対する耐熱性が充分であり、かつ、吸水によ
る影響を最小限に抑えて、ＣＨＷを高く発現するので好
ましい。但し、例えばポリアミド１２等は、ガラス転移
点が１００℃未満だが高いＣＡＩの向上効果を発現す
る。すなわち、融点を有するポリアミドに関しては、ガ
ラス転移点は３０℃〜２８０℃の範囲内であるものも好
ましいといえる。

【００４７】また、かかる樹脂材料は、更なる機能付与
（特に強化布帛への接着性、樹脂材料自体の柔軟性、耐
薬品性、耐水性、耐熱性等）のために熱可塑性樹脂以外
の副成分を有することができる。かかる副成分として
は、例えば熱硬化性樹脂や、滑剤、可塑剤、熱安定剤等
の樹脂以外の化合物等が挙げられる。

【００４８】かかる副成分自体、または副成分を有する
樹脂材料が、プリフォーム形態の時には低いガラス転移
点で、ＦＲＰに成形された後は高いガラス転移点になっ
ていると、プリフォーム化が可能で、かつ優れた力学特
性を付与することができるため、本発明の最も好ましい
態様ということができる。かかる要件から、副成分とし
て熱硬化性樹脂を含むのが好ましい。熱硬化性樹脂によ
り主成分である熱可塑性樹脂が被覆されいたり、熱硬化
性樹脂が少なくとも部分的（好ましくは全面的）にアロ
イ（好ましくは相互侵入網目構造（ＩＰＮ））化されて
いると、マトリックス樹脂との化学的相互作用を制御で
きることにより、強化布帛への接着性や力学特性（特に
ＣＡＩ）を一層高めることができるだけでなく、樹脂材
料の耐薬品性や耐熱性の向上、吸水の抑制といった効果
も発現するため好ましい。

【００４９】すなわち、本発明の樹脂材料は、主成分の
熱可塑性樹脂のガラス転移点が高いものであっても、そ
の副成分により樹脂材料としてのガラス転移点が１００
℃未満、好ましくは９０℃未満、更に好ましくは８５℃
未満となっていることが好ましく、かかる要件を満たす
ことにより、容易に本発明の課題は解決されるのであ
る。

【００５０】本発明のプリフォームは、少なくとも複数
の強化布帛と熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料とに
よって形成されるが、更にプリフォーム内の層間に粘着
性付与剤を含んでもよい。かかる粘着性付与剤を層間に
配置したり、強化繊維糸条や強化布帛に付着させておく
と、各強化布帛同士の接着や強化布帛と樹脂材料との接
着がさらに効率的にできるだけでなく、特に樹脂材料が
粒子の場合はそれを確実に強化布帛に接着できる。

【００５１】かかる粘着性付与剤は、熱可塑性樹脂でも
熱硬化性樹脂でもよいが、熱可塑性を有するもの（熱可
塑性樹脂のみでなく硬化前の熱硬化性樹脂等をも含む）
であると、上述の樹脂材料と同様の理由でプリフォーム
におけるＶ_Pfを４５〜６２％の範囲内にし易いため好ま
しい。中でも熱硬化性樹脂を主成分とすると、得られる
ＦＲＰの力学特性（特にＣＨＷ）が一弾と高く発現する
ため好ましい。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、
エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール等が挙げら
れ、熱可塑性樹脂としては、ポリウレタン、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリオレフィン等が挙げられる。こ
れらの中では、エポキシ、ポリウレタン、ポリアミドか
ら選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。なお、
かかる粘着性付与剤は硬化剤、硬化促進剤、触媒などを
含んでもよい。

【００５２】かかる粘着性付与剤は、特に強化繊維糸条
に付着させると、強化繊維の集束とプリフォームにおけ
る粘着性付与との機能を兼ね備えることができ、強化布
帛としての取り扱い性、各強化布帛層の接着性等を兼ね
備えることができるため好ましい。この場合、０．４〜
１．５重量％の範囲内であるのが好ましい。より好まし
くは０．５〜１．２重量％、更に好ましくは０．６〜１
重量％の範囲内である。かかる粘着性付与剤が０．４重
量％未満であると、強化繊維糸条が巻かれたボビンの取
り扱い時にボビンの最外層や側面の強化繊維が毛羽立つ
ため好ましくない。また、１．５重量％を超えると、強
化繊維糸条の表面に強固な被膜を形成するため、マトリ
ックス樹脂の含浸にも悪影響を及ぼすため好ましくな
い。。

【００５３】次に本発明で使用する少なくとも強化繊維
糸条によって形成された強化布帛について説明する。か
かる強化布帛としては、織物（一方向性、二方向性、多
軸）、編物、組物、一方向に引き揃えられたシート（一
方向シート）、一方向シートを２層以上重ね合わせた多
軸シート等が挙げられ、これら布帛はステッチ糸、結節
糸、粗布、バインダー等の樹脂等による各種接合手段に
より複数のものを一体化したものであってもよい。特に
輸送機器（特に航空機）の構造（特に一次構造）部材と
して用いる場合には、一方向シート、一方向性織物、ま
たは多軸シート（特にステッチ接合したもの）であるの
が好ましい。

【００５４】図３は、本発明に用いる強化布帛としての
一方向性織物３１を示す概略斜視図である。強化繊維糸
条３２が強化布帛３１の長さ方向、つまりたて方向に配
列し、よこ方向には強化繊維糸条より細い補助糸３３が
配列し、たて糸３２とよこ糸３３が交錯し、図３に示す
織組織を有する一方向性織物である。かかる補助糸とし
ては低収縮性のものであることが好ましく、例えば、ガ
ラス繊維糸、アラミド繊維糸、炭素繊維糸等が挙げら
れ、補助糸の繊度は１０〜１５０ｔｅｘの範囲内である
のが好ましい。特に１５０ｔｅｘを超えると、補助糸が
太くなるので、補助糸によって強化繊維糸条がクリンプ
し、ＦＲＰにした際に若干強化繊維の強度低下をもたら
す。上記範囲の繊度であると、強度低下を最小限にし、
かつ成形の際に補助糸と強化繊維糸条の交錯によって形
成される間隙が樹脂流路となり、マトリックス樹脂の含
浸が促進できるので好ましい。

【００５５】また、別の視点からは、樹脂材料として熱
可塑性樹脂によって形成された補助糸を用いるのも、本
発明の好ましい形態の一つである。本発明の樹脂材料
は、かかる熱可塑性樹脂によって形成された補助糸であ
ってもその効果を発現する。上記補助糸はカバリング、
混繊、交織等の加工されたものであっても、芯鞘繊維で
あってもよい。特に、芯鞘型繊維の鞘部を低融点熱可塑
性樹脂、芯部を高融点熱可塑性樹脂にすると、プリフォ
ームを作製する際、低融点熱可塑性樹脂を溶融させるこ
とによって強化布帛同士を接着でき、また高融点熱可塑
性樹脂は衝撃エネルギーを効率よく吸収するので好まし
い。この場合の熱可塑性樹脂としては、ポリアミドであ
るのが好ましく、かかるポリアミドとしては、ポリアミ
ド６および６６から選ばれた少なくとも１種を含む共重
合であると、安価に高い効果を発現するため、特に好ま
しい。

【００５６】図４は、本発明に用いる強化布帛としての
二方向性織物４１を示す概略斜視図である。強化繊維糸
条４２が強化布帛４１の長さ方向、つまりたて方向に配
列し、よこ方向に強化繊維糸条４３が配列し、たて糸４
２とよこ糸４３が交錯し、図４に示す織組織を有する二
方向性織物である。

【００５７】一方向シート、一方向性および二方向性織
物における好ましい強化繊維目付は５０〜８００ｇ／ｍ
²の範囲内である。より好ましくは１００〜８００ｇ／
ｍ²、更に好ましくは１９０〜８００ｇ／ｍ²の範囲内で
ある。５０ｇ／ｍ²未満であると所定のＦＲＰの厚みを
得るための積層枚数が増え、成形の作業性が悪く好まし
くない。また、８００ｇ／ｍ²を超えるとマトリックス
樹脂の含浸性が悪くなるので好ましくない。

【００５８】図５は、本発明に用いる強化布帛としての
ステッチ布帛５１を示す概略斜視図である。ステッチ布
帛５１の下面から、まず長さ方向イに対して斜め方向に
多数本の強化繊維糸条が並行に配列して＋α゜層５２を
構成し、次いで強化布帛の幅方向に多数本の強化繊維糸
条が並行に配列して９０゜層５３を構成し、次いで斜め
方向に多数本の強化繊維糸条が並行に配列して−α゜層
５４を構成し、次いで強化布帛の長さ方向に多数本の強
化繊維糸条が並行に配列して０゜層５５を構成し、互い
に配列方向が異なる４つの層が積層された状態で、ステ
ッチ糸５６でこれら４層が縫合一体化されている。縫合
一体化にあたってのステッチ糸５６が形成する縫い組織
としては、例えば単環縫い、１／１のトリコット編みが
挙げられる。なお、図５で、あたかも断面形状が楕円で
示されている繊維の集合体が１糸条で、この糸条間にス
テッチ糸５６が配列しているかに見えるが、ステッチ糸
５６は糸条に対してはランダムに挿入され、楕円で示さ
れている繊維の集合体はステッチ糸の拘束によって形成
されているのである。

【００５９】ここで、図５に示した多軸ステッチ布帛の
強化繊維の構成は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜
層の４層構成について説明したが、これに限定するもの
ではない。たとえば０°層／＋４５°層／０°層／−４
５°層／９０°層／−４５°層／０°層／＋４５°層／
０°層のように、０°層が多く含まれるような、０゜、
＋α゜、−α゜、９０゜の４方向を含むものであっても
よい。また、０゜、＋α゜、−α゜、９０゜のいずれか
を含むものであってもよい。なお、バイアス角α゜は、
ステッチ布帛をＦＲＰの長さ方向に積層し、強化繊維に
よる剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好まし
い。

【００６０】図６は、本発明に用いる強化布帛としての
多軸織物６１を示す概略斜視図である。多軸織物６１の
下面から、まず織物の幅方向に多数本の強化繊維糸条６
２が並行に配列して９０゜層を構成し、次いで織物の長
さ方向に多数本の強化繊維糸条６３が並行に配列して０
゜層を構成し、長さ方向イに対して斜め方向に多数本の
強化繊維糸条６４が並行に配列して＋α゜層を構成し、
次いで斜め方向に多数本の強化繊維糸条６５が並行に配
列して−α゜層を構成し、互いに配列方向が異なる４つ
の層が、強化繊維糸条が真直ぐな状態で積層され、織物
の長さ方向に配列する多数本の結節糸６６₁、６６₂、６
６₃・・・が、これら４層の糸条間に挿入されている。
この結節糸６６は、上面の強化繊維糸条６５と下面の強
化繊維糸条６２と１本交互に交錯し、上面、下面、上
面、下面の順で浮き沈みしながら４つの層が織組織で一
体化されている。

【００６１】なお、図６に示した多軸織物６１の強化繊
維の構成は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層の４
層構成について説明したが、これに限定するものではな
い。たとえば、０°層が多く含まれるような、０゜、＋
α゜、−α゜、９０゜の４方向を含むものであってもよ
い。なお、バイアス角α゜は、多軸織物６１をＦＲＰの
長さ方向に積層し、強化繊維による剪断補強を効果的に
行う観点から４５゜が好ましい。

【００６２】本発明におけるステッチ布帛および多軸織
物の各層の強化繊維目付は１００〜１０００ｇ／ｍ²の
範囲内ものが好ましい。より好ましくは１００〜８００
ｇ／ｍ²、更に好ましくは１００〜５００ｇ／ｍ²の範囲
内である。ステッチ糸や結節糸の挿入部には部分的に強
化繊維の存在しない箇所ができ、層方向からの樹脂含浸
が可能となるので、通常の織物などの強化布帛に比べて
比較的高目付の強化布帛としてもマトリックス樹脂の含
浸が阻害されることはないが、１０００ｇ／ｍ ² を超え
るとなると含浸速度が遅くなるので好ましくない。ま
た、１００ｇ／ｍ ² 未満になると所定の厚みを得るため
に必要となる強化布帛枚数が多くなり、積層に手間がか
かり好ましくない。各層の強化繊維目付より好ましい範
囲は、１５０〜４００ｇ／ｍ²の範囲内ものである。

【００６３】なお、上記に説明したステッチ布帛ならび
に多軸織物は、その層方向の強化繊維糸条はクリンプす
ることなく真っ直ぐに配列しているから、ＦＲＰにした
とき、強化繊維糸条やマトリックス樹脂に応力集中が働
かないため、強度や弾性率の低下が無く、本発明で使用
する好ましい強化布帛といえる。

【００６４】本発明に使用する強化繊維糸条は、マルチ
フイラメント糸であってガラス繊維糸、有機（アラミ
ド、ＰＢＯ、ＰＶＡ、ＰＥ等）繊維糸、炭素繊維（ＰＡ
Ｎ系、ピッチ系等）糸等である。炭素繊維は比強度およ
び比弾性率に優れ、殆ど吸水しないので、航空機構造材
や自動車の強化繊維として好ましく用いられる。なかで
も、下記の高靭性炭素繊維糸であると、ＦＲＰの衝撃吸
収エネルギーが大きくなるので、航空機の１次構造材と
しても使えるようになる。すなわち、ＪＩＳ Ｒ７６０
１に準拠して測定される引張弾性率Ｅ（ＧＰａ）が２１
０ＧＰａ以上、破壊歪エネルギーＷ（ＭＪ／ｍ³＝１０⁶
×Ｊ／ｍ³）が４０ＭＪ以上であると好ましい。より好
ましくは、引張弾性率２８０ＧＰａ以上、かつ破壊歪エ
ネルギーが５３ＭＪ／ｍ³以上である。引張弾性率Ｅが
２１０ＧＰａ未満の炭素繊維糸を用いると、構造材とし
てのＦＲＰの撓み量が許容される様にするために、ＦＲ
Ｐを構造材として用いる場合に板厚を厚くせねばなら
ず、結果的に重くなってしまう。また、破壊歪エネルギ
ーが４０ＭＪ／ｍ³未満であると、ＦＲＰに衝撃が付与
される際、炭素繊維の破壊によって吸収される衝撃エネ
ルギーが小さいので、余剰のエネルギーは層間のマトリ
ックス樹脂層の破壊に費やされ、層間のクラックも大き
くなるので好ましくない。また、信頼性にも劣ったＦＲ
Ｐとなる。ここで、破壊歪エネルギーとは、ＪＩＳ Ｒ
７６０１に準拠して測定される引張強度σ（ＧＰａ）
と、上記したＥ値とを用いて、式Ｗ＝σ² ／２Ｅに基づ
いて算出される値のことをいう。

【００６５】本発明に使用する炭素繊維糸条の太さは１
２，０００〜２４，０００フイラメントであるのが好ま
しい。とくに、これら太い炭素繊維糸条を用いると、炭
素繊維が安くなるので安価な強化布帛が得られ好まし
い。

【００６６】一方、一層当たりの強化繊維の目付が小さ
いと、層内の強化繊維糸条と強化繊維糸条の間に隙間が
でき、強化繊維体積率Ｖ_fが部分的に不均一となり、成
形すると強化繊維体積率Ｖ_fが大きなところはＦＲＰが
厚くなり、また強化繊維体積率Ｖ_fが小さなところはＦ
ＲＰが薄くなり、表面が凸凹したＦＲＰとなる。このよ
うな場合には、製織寸前やステッチ糸による一体化加工
前に、または／および強化布帛加工後に強化繊維糸条を
ローラの揺動操作やエアー・ジェット噴射で薄く拡げる
と、強化布帛の全面にわたり強化繊維の体積比が均一と
なり、表面が平滑なＦＲＰが得られるので好ましい。

【００６７】次に、本発明のＦＲＰについて説明する。
本発明のＦＲＰは、上述のプリフォームにマトリックス
樹脂が含浸したものである。かかるマトリックス樹脂は
必要に応じて固化（硬化または重合）される。かかるマ
トリックス樹脂の好ましい例としては、例えば、熱硬化
性樹脂、ＲＩＭ用熱可塑性樹脂等が挙げられるが、中で
も注入成形に好適であるエポキシ、フェノール、ビニル
エステル、不飽和ポリエステル、シアネートエステル、
ビスマレイミドおよびベンゾオキサジンから選ばれる少
なくとも１種であるのが好ましい。

【００６８】かかるＦＲＰにおける強化繊維体積率Ｖ_f
は４５〜７０％の範囲内であると、本発明の課題である
力学特性（特にＣＡＩ、ＣＨＷ）、軽量化効果を高く発
現できるため好ましい。より好ましくは４５〜６２％、
さらに好ましくは５０〜６０％の範囲内である。かかる
ＦＲＰは、予めプリフォームの段階でＶ_Pfを制御してお
くことにより、Ｖ_fを上記範囲に安定して制御でき、品
質が安定したＦＲＰを得ることができる。なお、ＦＲＰ
における強化繊維体積率Ｖ_fとは、次式で求めた値をい
う（単位は％）。なお、ここで用いた記号は下記に準ず
る。

【００６９】Ｖ_f＝（Ｗ２×１００）／（ρ×Ｔ２）
（％） Ｗ２：ＦＲＰ１ｃｍ²当たりの強化繊維の重量（ｇ／ｃ
ｍ²） ρ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ³） Ｔ２：ＦＲＰの厚さ（ｃｍ） また、本発明のＦＲＰは優れた力学特性を有し、かつ軽
量であるため、その用途が航空機、自動車、船舶の輸送
機器のいずれかにおける一次構造部材、二次構造部材、
外装部材または内装部材であることが好ましい。

【００７０】以下、具体的に図面を用いて説明する。

【００７１】図７は、本発明のＦＲＰを用いた航空機７
１の概略図である。各種フェアリング、メインランデン
グギアドア、テイルコーン、エンジンナセルなどの２次
構造材以外に、主翼７２、床支持桁７３、胴体７４、垂
直尾翼７５、水平尾翼７６、ウイング・ボックス （図
示せず）、 キール（図示せず）等の１次構造材として
本発明のプリフォームを成形したＦＲＰを使用すると、
優れた特にＣＡＩ、ＣＨＷ等の力学特性、軽量化効果を
発現するだけでなく、高い生産性でこれら製造でき、品
質が安定しているため、これら航空機の構造部材は本発
明のＦＲＰの特に好ましい用途といえる。

【００７２】図８、図９は、本発明の構造要素８１、９
１としての実施例で、従来はスキン材８２、９２，桁材
８３、９３，リブ材８４、９４を別々に成形し、これを
リベットまたはボルトナット止め、接着剤による接着を
施し、組み立てていたが、本発明のＦＲＰおよびその製
造方法によれば、スキン材と桁材やリブ材とを一体成形
することが可能となり、成形コストを大幅に低減するこ
とができる。

【００７３】次に、本発明のプリフォームの製造法につ
いて説明する。本発明のプリフォームは、少なくとも次
の工程からなる方法にて製造する。

【００７４】まず、（Ａ）積層工程にて、少なくとも強
化繊維糸条によって形成された強化布帛をプリフォーム
型に複数枚積層する。

【００７５】次に、（Ｂ）配置工程にて、積層体をプリ
フォーム型内に配置し、更に、（Ｃ）加熱工程にて、プ
リフォームが強化繊維体積率Ｖ_Pfの範囲内になるように
積層体を加熱して、（Ｄ）冷却工程にて、積層体を冷却
する。

【００７６】ここで、（Ａ）積層工程において、強化布
帛の少なくとも一方の表面に熱可塑性樹脂を主成分とす
る樹脂材料（有機繊維布帛、粒子もしくはフィルム等）
が予め接着している強化布帛を積層すると、その優れた
形態安定性により積層時間を短くできるため好ましい。
かかる樹脂材料は、それ自体で強化布帛に接着していて
もよいし、前述の粘着性付与剤にて接着していてもよい
が、Ｖ_Pfを本発明の範囲内にするためには、前者の方が
好ましい態様といえる。

【００７７】一方、（Ａ）積層工程において、強化布帛
の少なくとも一方の表面に粘着性付与剤が予め接着され
ている強化布帛を積層したり、粘着性付与剤により被覆
された強化繊維糸条によって形成された強化布帛を用
い、強化布帛の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする有機
繊維布帛、粒子もしくはフィルム等を同時に積層または
塗布して接着すると、積層時間や製造コストの面から若
干不利なるものの、所望のＦＲＰ特性を自由に設計する
ことができるため、好ましい方法といえる。

【００７８】（Ｂ）配置工程において、プリフォーム型
は、その一方がバッグ材（例えば、フィルム、予め型形
状が賦形されている柔軟ラバー等）であり、もう一方が
雄型または雌型（例えば、金型、木型、樹脂型またはＦ
ＲＰ型等）のいずれかであってもよいし、バッグ材を用
いない雄型および雌型（共に金型、木型、樹脂型または
ＦＲＰ型等）であってもよい。また、プリフォーム型は
成形型として用いられても何ら問題はなく、特に大型Ｆ
ＲＰの場合には、設備費を安価にするためプリフォーム
化と成形とに兼用できる型を用いるのが好ましい。

【００７９】かかる積層体は、（Ｃ）加熱工程におい
て、プリフォーム型を加圧して、積層体を強化繊維体積
率Ｖ_Pfが４５〜６２％の範囲内にするのが好ましい。プ
リフォーム型の加圧方法としては、積層体をプリフォー
ム型内に密閉し、プリフォーム型内を大気圧以下に減圧
することにより、大気圧でプリフォームを加圧する方法
が挙げられ、特にプリフォーム型としてバッグ材と雄型
または雌型とを用いる場合に特に好適である。かかる加
圧方法は、設備を安価に抑えることができるため、本発
明の好ましい態様ということができる。また、プリフォ
ーム型が、雄型および雌型である場合には、積層体の厚
み方向に対して機械的に加圧する方法を用いることがで
き、かかる方法によると設備が高価になるものの、更に
正確にＶ_Pfが制御できる。

【００８０】上記（Ｃ）加熱工程において、積層された
強化布帛および樹脂材料を、６０〜２００℃の範囲内で
加熱すると、樹脂材料や粘着性付与剤が可塑化し、強化
布帛を形成している強化繊維を適度な範囲に充填できる
様に移動させることができるため、Ｖ_Pfが４５〜６２％
の範囲内のものが得られ易く、高いＶ_fで且つ品質が安
定したＦＲＰを得ることができる。樹脂材料や粘着性付
与剤の種類にもよるが、生産性を鑑みるとより好ましい
加熱温度は８０〜１６０℃、更に好ましくは１００〜１
４０℃の範囲内である。

【００８１】次に、本発明のＦＲＰの製造法について説
明する。

【００８２】本発明のＦＲＰの製造方法は、少なくとも
強化繊維糸条によって形成された強化布帛を複数枚積層
してなる強化繊維体積率Ｖ_Pfのプリフォームにマトリッ
クス樹脂を注入して強化繊維体積率Ｖ_fのＦＲＰを成形
するＦＲＰの製造方法であって、ＦＲＰの強化繊維体積
率Ｖ_fをプリフォームの強化繊維体積率Ｖ_Pf〜（Ｖ_Pf＋
１０）％の範囲内となるように成形する。より好ましく
は（Ｖ_Pf＋２）〜（Ｖ _Pf＋８）％、更に好ましくは（Ｖ
_Pf＋３）〜（Ｖ_Pf＋６）％の範囲内である。従来は、Ｖ
_fよりも小さいＶ_Pfのプリフォームを成形することによ
りＶ_fを制御していたが、その高いＶ_Pfのためにマトリ
ックス樹脂の含浸性に劣る問題があった。Ｖ_PfとＶ_fが
かかる範囲内になるように成形を行う、すなわちマトリ
ックス樹脂を注入した後に強化繊維を更に密に充填させ
る（Ｖ_fを高める）ことにより、前記問題を解決するこ
とが可能となる。一方、所望のＶ_fより１０％を越えて
低いＶ_Pfのプリフォームを用いると、含浸性には優れる
ものの、所望のＶ_fに成形することが困難となるだけで
なく、ＦＲＰ中のＶ_fの不均一性が大きくなり好ましく
ない。

【００８３】かかるＶ_Pfは４５〜６２％であり、かつＶ
_fは４５〜７０％の範囲内であるのが好ましい。より好
ましくはＶ_Pfが５０〜５８％であり、かつＶ_fが５０〜
６５％の範囲内、更に好ましくはＶ_Pfが５２〜５６％で
あり、かつＶ_fが５５〜６０％の範囲内である。なお、
Ｖ_PfやＶ_fは上述の方法で測定したものである。

【００８４】かかるプリフォームは、その層間に強化布
帛以外の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、
かつ強化布帛と樹脂材料とを含む各層が少なくとも部分
的に接着していると、前述の（イ）〜（ヘ）の効果を発
現できるため好ましい。

【００８５】また、異なる視点からは、本発明のＦＲＰ
は、本発明のプリフォームを用いて、少なくとも次の工
程からなる方法にて製造する。

【００８６】まず、（Ｅ）セット工程にて、本発明のプ
リフォームを成形型に配置する。

【００８７】次いで、（Ｆ）注入工程にて、液体化して
いるマトリックス樹脂を、成形型に注入してプリフォー
ムにマトリックス樹脂を含浸させる。

【００８８】更に、（Ｇ）固化工程にて、マトリックス
樹脂を固化（硬化または重合）させる。なお、固化させ
る際、固化効率を上げるために加熱するのが好ましい。
必要に応じて、マトリックス樹脂の固化を確実なものに
するために、ＦＲＰを再度加熱して固化するアフターキ
ュア（二次固化）工程を経てもよい。

【００８９】ここで、上記（Ｅ）セット工程において、
成形型が雄型および雌型を含む２つから形成されると、
マトリックス樹脂の注入時に大気圧以上の圧力をかける
ことができるため、短サイクルで成形でき、成形コスト
を低減することが可能となる。

【００９０】また、上記（Ｅ）セット工程において、成
形型が少なくとも雄型または雌型のいずれかとバック材
（例えばフィルム状、型形状を賦形されている柔軟ラバ
ー等）からなり、プリフォームの少なくとも最表面に樹
脂拡散媒体を積層し、上記（Ｆ）注入工程において、ま
ずマトリックス樹脂を優先的に樹脂拡散媒体（例えばメ
ッシュ、金網等）に注入した後に、プリフォームの厚み
方向に含浸させると、成形型費を安くすることができ、
成形コストを低減することが可能となる。なお、この場
合は樹脂拡散媒体とＦＲＰを成形後に簡単に分離できる
ようにピールプライ（例えば熱収縮が小さくなる処理を
行った熱可塑性繊維によって形成された離型織物等）を
樹脂拡散媒体とプリフォームとの間に積層しておくのが
好ましい。

【００９１】更に、上記（Ｆ）注入工程において、成形
型内を真空ポンプ等で脱気して、真空に保ちながらマト
リックス樹脂を注入すると、プリフォームへのマトリッ
クス樹脂の含浸が容易となり、より品質の高いＦＲＰ
を、短サイクルで成形でき、成形コストをより低減する
ことができるため好ましい。

【００９２】また、本発明のＦＲＰは、本発明のプリフ
ォームを用いて少なくとも次の工程からなる方法で製造
してもよい。かかる方法でも本発明の課題を解決でき
る。

【００９３】まず、（Ｈ）セット工程にて、上述のプリ
フォームとマトリックス樹脂とによって形成された樹脂
フィルムとを成形型に配置し、成形型（一方が雌型また
は雄型で、一方がバッグ材であるのが好ましい）内を真
空に減圧する。

【００９４】次いで、（Ｉ）浸透工程にて、成形型を加
熱して樹脂フィルムを溶融させ、プリフォームにマトリ
ックス樹脂を浸透させる。

【００９５】更に、（Ｊ）固化工程にて、マトリックス
樹脂を固化（硬化または重合）させる。

【００９６】

【実施例】以下、実施例によって更に詳細に説明する。
実施例における原材料は次の通りである。

【００９７】強化布帛Ａ：ＰＡＮ系炭素繊維束［ＴＥＸ
＝８００、引張弾性率＝２３５ＧＰａ、破壊歪エネルギ
ー＝５２ＭＪ／ｍ³、粘着性付与剤：ポリウレタン樹脂
とエポキシ樹脂との混合物を炭素繊維束に対して１重量
％］をたて糸（２．４本／ｃｍ）とした一方向性織物
［補助よこ糸：ガラスヤーン（ＥＣＥ２２５ １／０１
Ｚ、バインダータイプＤＰ、日東紡績株式会社製）３本
／ｃｍ、炭素繊維目付＝１９３ｇ／ｍ²］。

【００９８】強化布帛Ｂ：ＰＡＮ系炭素繊維束［ＴＥＸ
＝１０３０、引張強度５８３０ＭＰａ、引張弾性率２９
４ＧＰａ、破壊歪エネルギー５８ＭＪ／ｍ³、］をたて
糸（１．９本／ｃｍ）とした一方向性織物［補助よこ糸
および炭素繊維目付は強化布帛Ａと同様］。

【００９９】強化布帛Ｃ：強化布帛Ｂに用いたＰＡＮ系
炭素繊維をたて糸（２．８本／ｃｍ）とした一方向性織
物［補助よこ糸は強化布帛Ａと同様、炭素繊維目付は２
９５ｇ／ｍ²］。

【０１００】樹脂材料Ａ：芯鞘型ポリアミド繊維によっ
て形成された不織布［芯部：ポリアミド６、鞘部：融点
１１０℃の共重合ポリアミド、目付＝１０ｇ／ｍ²］。

【０１０１】樹脂材料Ｂ：ポリエーテルスルフォン樹脂
（住友化学工業株式会社製スミカエクセル５００３Ｐの
微粉砕品）６０重量％と、エポキシ樹脂（日本化薬株式
会社製ＡＫ−６０１）４０重量％とを溶融混練して相溶
化させ、粉砕した塊状粒子［レーザー回折・散乱法によ
る平均粒径（Ｄ₅₀）が１２４μｍ、樹脂材料としてのガ
ラス転移点は６８℃の１ピーク］。

【０１０２】樹脂材料Ｃ：ポリアミド樹脂（株式会社Ｅ
ＭＳ昭和電工製グリルアミドＴＲ５５、ガラス転移点＝
１６２℃）９０重量％とエポキシ樹脂および硬化剤１０
重量％とをアロイ化（ＩＰＮ化）した球状粒子（Ｄ₅₀＝
１３μｍ）１００重量部を、エポキシ樹脂（ジャパンエ
ポキシレジン株式会社製エピコート１００４ＡＦ）８０
重量部とを溶融混練して粉砕した塊状粒子［Ｄ₅₀＝４６
μｍ、樹脂材料としてのガラス転移点は６８℃と１５５
℃との２ピーク］。

【０１０３】樹脂材料Ｄ：エポキシ樹脂［３Ｍ Ｃｏｍ
ｐａｎｙ製ＰＴ５００］ マトリックス樹脂Ａ：ＲＴＭ用エポキシ樹脂［東レ株式
会社製ＴＲ−Ａ３１］ マトリックス樹脂Ｂ：主液１００重量部に硬化液を３２
重量部加えた液状エポキシ樹脂［７０℃におけるＥ型粘
度計による初期粘度が２５０ｍＰａ・ｓ］。

【０１０４】主液：Ｖａｎｔｉｃｏ ＧｍｂＨ製”アラ
ルダイト”ＭＹ−７２１を３０重量部、ジャパンエポキ
シレジン株式会社製”エピコート”８２５を２０重量
部、日本化薬株式会社製ＡＫ−６０１を２０重量部、大
日本インキ化学工業株式会社製”エピクロン”ＨＰ−７
２００Ｌを３０重量部、および硬化促進剤としてｐ−ト
ルエンスルホン酸−ｎ−プロピル１．４重量部が均一に
なるまで攪拌されたもの。

【０１０５】硬化液：ジャパンエポキシレジン株式会社
製”エピキュア”Ｗを１８．１重量部、三井化学ファイ
ン株式会社製３，３’−ジアミノジフェニルスルホンを
７．２重量部、住友化学工業株式会社製”スミキュア”
Ｓを７．２重量部が均一になるまで撹拌されたもの。

【０１０６】本発明のプリフォームおよびそれを成形し
て得られたＦＲＰに関する評価項目およびその方法は次
の通りである。 ＜プリフォーム（ＦＲＰ）における強化繊維体積率Ｖ_Pf
（Ｖ_f）＞プリフォームまたはＦＲＰ平板の厚みを測定
し、Ｖ_Pf＝Ｗ_P／（ρ×Ｔ_P）またはＶ_f＝（Ｗ_f×１０
０）／（ρ×Ｔ_f）の式に基づき算出した（単位は
％）。上式に用いた記号は下記の通り。なお、プリフォ
ームについては、プリフォーム化した後、少なくとも２
４時間経過したものを測定に供した。

【０１０７】Ｗ_P（Ｗ_f）：プリフォーム（ＦＲＰ）１ｃ
ｍ²当たりの強化繊維の重量（ｇ／ｃｍ²） ρ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ³） Ｔ_P（Ｔ_f）：ＪＩＳ Ｒ ７６０２に基づいた０．１Ｇ
Ｐａの荷重下で測定したプリフォーム（ＦＲＰ）の厚さ
Ｔ（ｃｍ） ＜衝撃後の常温圧縮試験（ＣＡＩ）＞得られたＦＲＰ平
板１〜３および５を長１５２ｍｍ×幅１０２ｍｍに切り
出しクーポンを得た。そのクーポンの中心に５．４４ｋ
ｇ（１２ポンド）の錘を０．５８６ｍの高さから落下さ
せて６．７ｋＪ／ｍ（１５００ｉｎ・ｌｂ／ｉｎ）の落
錘衝撃を与えた後、衝撃後の常温圧縮強度を測定した
（負荷速度１．３ｍｍ／ｍｉｎ）。なお、本測定では４
サンプル測定し、それらの平均値をＶ_fで割った値に５
５を乗じた値（Ｖ_f＝５５％換算）を用いた。なお、本
試験の詳細は、ＳＡＣＭＡ ＳＲＭ ２Ｒ−９４中に記
載がある。 ＜湿熱処理後の高温圧縮強度（ＣＨＷ）＞得られたＦＲ
Ｐ平板４、６からＳＡＣＭＡ ＳＲＭ １Ｒ−９４に準
拠したクーポンを得た。クーポンを７０℃の温水中に１
４日間浸漬し（湿熱処理）、直ちに高温（８２℃）０°
圧縮強度を測定した。なお、本測定では５サンプル測定
し、それらの平均値をＶ_fで割った値に５５を乗じた値
（Ｖ_f＝５５％換算）を用いた。

【０１０８】実施例１ 強化布帛Ａと樹脂材料Ａである不織布とを遠赤外線ヒー
ターとホットローラーとで加熱して接着し、複合布帛Ａ
を得た。かかる樹脂材料Ａは、樹脂材料Ａ自体および強
化繊維束に予め付着させておいた粘着性付与剤により接
着していた。複合布帛Ａを［−４５°／０°／＋４５°
／９０°］_3Sの構成で積層して積層体を得た。この積層
体を平面状のプリフォーム型とバッグフィルムとシーラ
ントとにて密閉して真空に減圧した状態で、１４０℃の
オーブンに６０分間放置した。その後、オーブンから取
り出し、プリフォーム型を室温まで冷却した後に放圧し
てプリフォーム１を得た。

【０１０９】実施例２ 樹脂材料Ｂを強化布帛Ｂ上に２７ｇ／ｍ²塗布し、遠赤
外線ヒーターで加熱して接着し、複合布帛Ｂを得た。複
合布帛Ｂを実施例１と同様に積層した積層体を得た。こ
の積層体を８０℃の平面状のプリフォーム型にてプレス
（１５０ｋＰａ、５分間）し、プリフォーム型を室温ま
で冷却した後に放圧してプリフォーム２を得た。

【０１１０】実施例３ 樹脂材料Ｃを強化布帛Ｃ上に２６ｇ／ｍ²塗布し、遠赤
外線ヒーターで加熱して接着し、複合布帛Ｃを得た。複
合布帛Ｃを［−４５／０／＋４５／９０］_2Sの構成で積
層した積層体を得た。オーブンの温度を１３０℃にする
以外は実施例１と同様にして、この積層体をプリフォー
ム化してプリフォーム３を得た。

【０１１１】実施例４ 複合布帛Ｃを用い、［０］₄の構成で積層した以外は実
施例３と同様にして、プリフォーム４を得た。

【０１１２】以上の実施例１〜４で得られたプリフォー
ム１〜４は、強化布帛同士が樹脂材料により少なくとも
部分的に接着され、バラバラにならない強固にバルク化
されたものであり、プリフォームとしての取り扱いが可
能なものであった。

【０１１３】実施例５ 得られたプリフォーム１を、４０℃のキャビティが平面
状の成形金型（雌型）内に配置し、次いで成形金型（雄
型）にて型締して−８０ｋＰａ以下に減圧した。予め準
備していたマトリックス樹脂Ａを４０℃に保ちながら成
形金型に、圧力をかけながら注入した。樹脂が含浸した
後、８０℃に昇温し、１２時間放置して硬化させて脱型
した。脱型した後、更に１８０℃にて２時間、フリース
タンドでアフターキュアして更に硬化させて、ＦＲＰ平
板１を得た。

【０１１４】実施例６ 得られたプリフォーム２〜４上にに樹脂拡散媒体（アル
ミ金網）を積層し、平面状の成形金型とバッグ材とでシ
ーラントを用いて密閉することによりキャビティを形成
し、８０℃のオーブン中に入れる。プリフォームの温度
が８０℃に達した後に密閉したキャビティを真空に減圧
して、マトリックス樹脂Ｂを８０℃に保ちながら大気圧
との差圧のみで注入した。樹脂が含浸した後、減圧を続
けながら１３０℃に昇温し、２時間放置して硬化させて
脱型した。その後、実施例５と同様にアフターキュアを
行って、ＦＲＰ平板２〜４を得た。

【０１１５】比較例１ 実施例１で用いた積層体を真空減圧して加熱せずに積層
して、そのままをプリフォーム５を得た。

【０１１６】比較例２ 樹脂材料Ｃに替えて樹脂材料Ｄを１０ｇ／ｍ²用い、オ
ーブンの温度を１００℃にした以外は実施例３と同様に
してプリフォーム６を得た。得られたプリフォーム６を
実施例６と同様に成形してＦＲＰ平板５を得た。

【０１１７】比較例３ 樹脂材料Ｃを用いなかった以外は実施例３と同様にして
プリフォーム７を得た。得られたプリフォーム７を実施
例６と同様に成形してＦＲＰ平板６を得た。

【０１１８】比較例４ 樹脂材料Ｃを用いなかった以外は実施例４と同様にして
プリフォーム８を得た。得られたプリフォーム８を実施
例６と同様に成形してＦＲＰ平板７を得た。

【０１１９】以上の比較例で得られたプリフォーム５、
７、８は、強化布帛同士が接着できずにバラバラにな
り、プリフォーム自体を形成することができなかった。

【０１２０】比較例５ プレスによる加圧条件を１１０℃で５００ｋＰａ、１５
分間にした以外は実施例２と同様にしてプリフォーム８
を得た。このように得られたプリフォーム８を実施例６
と同様に成形したが、Ｖ_Pfが高過ぎ、マトリックス樹脂
Ｂが含浸出来ず、ＦＲＰ平板を得ることができなかっ
た。

【０１２１】評価結果を次の表１に示す。各実施例、比
較例にて用いた材料種類と配合率は表１に示した通りで
ある。

【０１２２】

【表１】

【０１２３】表１から明らかなように、実施例１〜４の
プリフォームを成形したＦＲＰは、樹脂材料に熱可塑性
樹脂を用いていない比較例２や、樹脂材料そのものを用
いていない比較例３のＦＲＰに比して、著しく高いＣＡ
Ｉを有した。また、本発明の強化繊維体積率Ｖ_Pf範囲外
のプリフォームを成形した比較例４のＦＲＰよりもマト
リックス樹脂の含浸性に優れ、かつ強化繊維体積率Ｖ_f
を高くすることができ、軽量化を達成することができ
た。

【０１２４】

【発明の効果】本発明のプリフォームによると、注入成
形時にマトリックス樹脂の含浸性に優るプリフォーム、
および力学特性（特にＣＡＩ、ＣＨＷ）および軽量化効
果を高く発現し、品質が安定した（高度にＶ_fが制御さ
れた）ＦＲＰを高い生産性で（低コストに）製造でき
る。このようなＦＲＰは、航空機、自動車、船舶等の輸
送機器における一次構造部材、二次構造部材、外装部
材、内装部材等を始め、特に航空機の一次構造部材に好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリフォームの一態様を説明する概略
断面図である。

【図２】本発明のプリフォームの別の一態様を説明する
概略断面図である。

【図３】本発明に係る強化布帛としての一方向性織物を
示す概略斜視図である。

【図４】本発明に係る強化布帛としての二方向性織物を
示す概略斜視図である。

【図５】本発明に係る強化布帛としてのステッチ布帛を
示す概略斜視図である。

【図６】本発明に係る強化布帛としての多軸織物を示す
概略斜視図である。

【図７】本発明のＦＲＰを使用している航空機の概略斜
視図である。

【図８】本発明の構造要素としての実施例を示す概略斜
視図である。

【図９】本発明の構造要素としての別の実施例を示す概
略斜視図である。

【符号の説明】

１１、２１：プリフォーム １２、２２：強化布帛 １３、２３：樹脂材料 ２４：粘着性付与剤 ３１：一方向性織物 ３２、４２：強化繊維糸条（たて糸） ３３：補助糸（よこ糸） ４１：二方向性織物 ４３：強化繊維糸条（よこ糸） ５１：ステッチ布帛 ５２：強化布帛を形成する＋α゜の強化繊維層 ５３：強化布帛を形成する９０゜の強化繊維層 ５４：強化布帛を形成する−α゜の強化繊維層 ５５：強化布帛を形成する０゜の強化繊維層 ５６：ステッチ糸 ６１：多軸織物 ６２：９０゜層の強化繊維糸条 ６３：０゜層の強化繊維糸条 ６４：＋α゜層の強化繊維糸条 ６５：−α゜層の強化繊維糸条 ６６：結節糸 ６６₁、６６₂、６６₃・・・：結節糸 ７１：航空機 ７２：主翼 ７３：床支持桁 ７４：胴体 ７５：垂直尾翼 ７６：水平尾翼 ８１、９１：構造要素 ８２、９２：スキン材 ８３、９３：桁材 ８４、９４：リブ材 イ ：強化布帛の長さ方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F072 AB05 AB06 AB10 AD23 AG02 AG17 AG20 AH02 AH22 AK14 AL02 4F205 AA39 AD16 AH18 AH31 HA06 HA19 HA25 HA33 HA44 HB01 HG02 HM02

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも強化繊維糸条によって形成さ
   れた強化布帛を複数枚積層してなるプリフォームであっ
   て、プリフォーム内の層間に強化布帛以外の熱可塑性樹
   脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、強化布帛と樹
   脂材料とを含む各層が接着しており、プリフォームにお
   ける強化繊維体積率Ｖ_Pfが４５〜６２％の範囲内である
   ことを特徴とするプリフォーム。
2. 【請求項２】 樹脂材料を、プリフォームに対して１〜
   ２０重量％の範囲内で有していることを特徴とする請求
   項１に記載のプリフォーム。
3. 【請求項３】 樹脂材料を、プリフォームに対して１〜
   １０重量％の範囲内で有していることを特徴とする請求
   項１に記載のプリフォーム。
4. 【請求項４】 強化布帛は、強化繊維糸条が一方向に並
   行に配列された状態で形態安定された一方向シートであ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプ
   リフォーム。
5. 【請求項５】 強化布帛は、強化繊維糸条が一方向に並
   行に配列した形態を有し、他方向には補助糸が配列した
   織組織を有する一方向性織物であることを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載のプリフォーム。
6. 【請求項６】 強化布帛は、強化繊維糸条が長さ方向と
   幅方向に並行に配列した織組織を有する二方向性織物で
   あることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   プリフォーム。
7. 【請求項７】 強化布帛は、強化繊維糸条が並行に配列
   して層構成をなし、これらがステッチ糸で一体化されて
   いる多軸ステッチ布帛であることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載のプリフォーム。
8. 【請求項８】 強化布帛は、強化繊維糸条が並行に配列
   して層構成をなし、これらが強化布帛の長さ方向に対し
   て０゜、＋α゜、９０゜、−α゜を含む方向に配列した
   層を、０゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化さ
   れている多軸織物であることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれかに記載のプリフォーム。
9. 【請求項９】 強化繊維は、引張弾性率が２１０ＧＰａ
   以上、かつ、破壊歪エネルギーが４０ＭＪ／ｍ³以上の
   炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
   かに記載のプリフォーム。
10. 【請求項１０】 樹脂材料は、有機繊維糸によって形成
    された有機繊維布帛の形態を有するものであることを特
    徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のプリフォー
    ム。
11. 【請求項１１】 樹脂材料は、粒子の形態を有するもの
    であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載
    のプリフォーム。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかに記載のプ
    リフォームとマトリックス樹脂とによって形成されたＦ
    ＲＰであって、プリフォームにマトリックス樹脂が含浸
    されたものであることを特徴とするＦＲＰ。
13. 【請求項１３】 ＦＲＰにおける強化繊維体積率Ｖ_fが
    ４５〜７０％の範囲内であることを特徴とする請求項１
    ２に記載のＦＲＰ。
14. 【請求項１４】 ＦＲＰにおける強化繊維体積率Ｖ_fが
    ４５〜６２％の範囲内であることを特徴とする請求項１
    ２または１３に記載のＦＲＰ。
15. 【請求項１５】 前記ＦＲＰの用途が、航空機、自動
    車、船舶の輸送機器のいずれかにおける一次構造部材、
    二次構造部材、外装部材または内装部材であることを特
    徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載のＦＲＰ。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１１のいずれかに記載のプ
    リフォームを少なくとも次の工程（Ａ）〜（Ｄ）を経て
    製造することを特徴とするプリフォームの製造方法。 （Ａ）少なくとも強化繊維糸条によって形成された強化
    布帛をプリフォーム型に複数枚積層する積層工程。 （Ｂ）積層体をプリフォーム型内に配置する配置工程。 （Ｃ）積層体を加熱する加熱工程。 （Ｄ）積層体を冷却する冷却工程。
17. 【請求項１７】 （Ａ）積層工程において、強化布帛の
    少なくとも一方の表面に、熱可塑性樹脂を主成分とする
    有機繊維布帛、粒子もしくはフィルムが予め接着してい
    る強化布帛を積層することを特徴とする請求項１６に記
    載のプリフォームの製造方法。
18. 【請求項１８】 （Ｂ）配置工程において、配置するプ
    リフォーム型の一方がバッグ材であり、もう一方が雄型
    または雌型のいずれかであることを特徴とする請求項１
    ６または１７に記載のプリフォームの製造方法。
19. 【請求項１９】 （Ｃ）加熱工程において、予め（Ｂ）
    配置工程で積層体をプリフォーム型内に密閉してプリフ
    ォーム型内を大気圧以下に減圧することにより、大気圧
    でプリフォームを加圧することを特徴とする請求項１６
    〜１８のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
20. 【請求項２０】 少なくとも強化繊維糸条によって形成
    された強化布帛を複数枚積層してなる強化繊維体積率Ｖ
    _Pfのプリフォームにマトリックス樹脂を注入して強化繊
    維体積率Ｖ_fのＦＲＰを成形するＦＲＰの製造方法であ
    って、ＦＲＰの強化繊維体積率Ｖ_fをプリフォームの強
    化繊維体積率Ｖ_Pf〜（Ｖ_Pf＋１０）％の範囲内となるよ
    うに成形することを特徴とするＦＲＰの製造方法。
21. 【請求項２１】 プリフォーム内の層間に強化布帛以外
    の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、
    強化布帛と樹脂材料とを含む各層が少なくとも部分的に
    接着しているプリフォームを用いる請求項２０に記載の
    ＦＲＰの製造方法。
22. 【請求項２２】 プリフォームの強化繊維体積率Ｖ_Pfが
    ４５〜６２％の範囲内であり、かつＦＲＰの強化繊維体
    積率Ｖ_fが４５〜７０％の範囲内であることを特徴とす
    る請求項２０または２１に記載のＦＲＰの製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項１〜１１のいずれかに記載のプ
    リフォームを用いて少なくとも次の工程（Ｅ）〜（Ｇ）
    を経て請求項１２〜１５のいずれかに記載のＦＲＰを製
    造することを特徴とするＦＲＰの製造方法。 （Ｅ）プリフォームを成形型に配置するセット工程。 （Ｆ）液体化しているマトリックス樹脂を、成形型に注
    入してプリフォームにマトリックス樹脂を含浸させる注
    入工程。 （Ｇ）マトリックス樹脂を固化させる固化工程。
24. 【請求項２４】 （Ｅ）セット工程において、成形型が
    少なくとも雄型または雌型のいずれかとバック材とによ
    って形成されることを特徴とする請求項２３に記載のＦ
    ＲＰの製造方法。
25. 【請求項２５】 （Ｅ）セット工程において、プリフォ
    ームの最表面に樹脂拡散媒体を積層し、（Ｆ）注入工程
    において、まずマトリックス樹脂を優先的に樹脂拡散媒
    体に注入した後に、プリフォームの厚み方向に含浸させ
    ることを特徴とする請求項２３または２４のいずれかに
    記載のＦＲＰの製造方法。