JP2003165851A - 繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた構造材並びに繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法 - Google Patents

繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた構造材並びに繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強化繊維束に熱可塑性樹脂が含浸し易く、し
かも、強化繊維の配向を乱すこともなく、製造コストも
低減できる繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用い
た構造材並びに繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法
を提供する。 【解決手段】 繊維強化熱可塑性樹脂シートは、複数本
の強化繊維束を一方向に引き揃えた強化繊維シートに熱
可塑性樹脂繊維を不織状態で布帛とした熱可塑性樹脂不
織布を重ね合わせて加熱しつつ加圧することにより、熱
可塑性樹脂不織布を溶融させ、強化繊維束中に熱可塑性
樹脂を含浸させて、強化繊維束中に熱可塑性樹脂が略均
一に含浸したプリプレグ状態としたものである。この繊
維強化熱可塑性樹脂シートを細幅テープ状に切断してな
る繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートを製織、製編又は製
組して織物構造材、編物構造材又は組紐構造材を構成す
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、熱可塑性樹脂をマ
トリックスとした繊維強化複合材料よりなる成形品を得
るために使用される、熱可塑性樹脂が強化繊維束中に含
浸した繊維強化熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた構
造材並びに繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維
強化複合材料は、その優れた靭性、成形性、貯蔵安定
性、リサイクル性等のために、従来より注目される材料
となっている。近年の地球環境問題から、二酸化炭素の
削減、材料のリサイクル化は重要な課題となっている
が、その一つの対策として、航空機、自動車等の部材を
リサイクルできる材料により軽量化することが必要とさ
れてきている。そのための材料として、熱可塑性樹脂を
マトリックスとする繊維強化複合材料が注目され、航空
機、自動車等の部材を熱可塑性樹脂複合材料により成形
する加工技術の開発が進んでいる。
【０００３】繊維強化された熱可塑性樹脂複合材料とし
ては、基本的には、強化繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸
した繊維強化熱可塑性樹脂シートを用いる。この繊維強
化熱可塑性樹脂シートを用いた主な成形方法としては、
広幅な繊維強化熱可塑性樹脂シートを型に必要枚数積層
して所定形状にした後、再度、加熱しながら加圧するこ
とにより最終成形品とする方法がある。又、細幅な繊維
強化熱可塑性樹脂シートを型に順次積層させていく方法
であって、詳しくは、新しく積層する細幅の繊維強化熱
可塑性樹脂シートと既に積層されている繊維強化熱可塑
性樹脂シートとの当接面を加熱溶融させながら、新しく
積層する繊維強化熱可塑性樹脂シートの上を冷却ロール
で加圧して積層するトウ・プレースメント法と呼ばれる
方法がある。
【０００４】従って、品質の良い最終成形品を得るため
に、繊維強化熱可塑性樹脂シートに要求される重要ポイ
ントは、 強化繊維束中に熱可塑性樹脂が均一に含浸している
か、又は、最終成形品に加熱しつつ加圧するときに、強
化繊維束中に熱可塑性樹脂が均一に含浸し易い状態にな
っていること。 強化繊維の引張特性が十分に発現できるよう、強化
繊維が配向乱れなく、なるべく真直な状態になっている
こと。 繊維強化熱可塑性樹脂シートが最終成形品の形状に
沿うよう、ドレープ性に優れていること。 繊維強化熱可塑性樹脂シートが低コストで製造でき
ること。である。
【０００５】現在、繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造
する主な方法としては、複数本の強化繊維束を一方向に
引き揃えた強化繊維シートに熱可塑性樹脂からなる延伸
フィルムを重ね合わせて加熱しつつ加圧することにより
製造する方法、強化繊維シートに熱可塑性樹脂からなる
粉体（パウダー）を付着させて加熱しつつ加圧すること
により製造する方法等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、熱可塑性樹
脂は溶融粘度が高いため、強化繊維束中に均一に含浸さ
せることは難しい。強化繊維束中に熱可塑性樹脂がどの
ようにして含浸するかについては種々の報告が為されて
いるが、本願の発明者によっても、その点に関して報告
する文献が公表されている（福井県工業技術センター平
成１２年度研究報告Ｎｏ．１７「熱可塑性プリプレグ装
置を開発するための樹脂含浸シュミレーション」，川邊
和正他著）。この文献によると、強化繊維束と熱可塑性
樹脂とが複合化し、一体構造になる過程は、強化繊維束
の圧密化、熱可塑性樹脂の強化繊維束中への含浸、そし
て、強化繊維束中に熱可塑性樹脂が拡散する融合、とい
う３つの過程を経ると考えられている。そして、強化繊
維束中に熱可塑性樹脂が含浸する課程が成形品の良し悪
し、成形時間に大きな影響を与えるとして、この含浸過
程について図１に示すようなモデル化を行い、含浸理論
式を導出している。この理論式により、含浸にかかる時
間は、 熱可塑性樹脂の粘度が低いとき 成形圧力が高いとき 強化繊維束の厚みが薄いとき（強化繊維シートの厚
みが薄いとき）に速くなることが導かれている。
【０００７】このことから、熱可塑性樹脂を強化繊維束
中にスムーズに含浸させるには、強化繊維束の厚みを薄
くすることが望ましいといえる。そして、強化繊維束の
厚みを薄くするには、繊維本数の少ない強化繊維束を使
用するか、強化繊維束を開繊により幅広く薄くすればよ
い。しかし、強化繊維束を薄くすると、供給されるべき
熱可塑性樹脂量も少なくしなければならない。よって、
繊維強化熱可塑性樹脂シートを従来より行われている延
伸フィルムを用いる方法で製造する場合には、延伸フィ
ルムを薄くしなければならない。しかし、延伸フィルム
をさらに薄くするには熱可塑性樹脂の種類によって限界
があり、延伸フィルムとしての供給が困難となった。
又、パウダーを用いる方法では、パウダーの粒径を小さ
くしなければならず、こちらも熱可塑性樹脂の供給には
限界があった。
【０００８】又、延伸フィルムを用いる方法において
は、加熱時に延伸フィルムが収縮し、強化繊維の配向を
乱してしまうという問題があった。そして、強化繊維の
配向が乱れないように強化繊維シートに高張力を付与す
ると、強化繊維の切断や強化繊維束の幅収縮が起こり易
くなるという問題を生じた。パウダーを用いる方法にお
いては、樹脂パウダーの粒径を揃えるのが難しく、樹脂
量が均一にならないという問題を生じた。又、パウダー
を強化繊維シート上に均一に付着させることも難しく、
このことからも樹脂量が均一化しないという問題が生じ
た。さらに、熱可塑性樹脂の粉体化にはコストがかか
り、繊維強化熱可塑性樹脂シートが高額化するという問
題もあった。
【０００９】広幅な繊維強化熱可塑性樹脂シートを型に
沿わせて必要枚数積層する工程においては、曲面状の型
に沿うためには繊維強化熱可塑性樹脂シートにドレープ
性がなくてはならない。ドレープ性を得るためには繊維
強化熱可塑性樹脂シートを薄くしなければならないが、
上述する如く、供給する樹脂の問題から、繊維強化熱可
塑性樹脂シートはある程度の厚みをもたざるを得ない。
このため、曲率の大きな曲面に対するドレープ性に欠
け、成形できる形状等に限界を生じるという問題化があ
った。
【００１０】さらに、細幅な繊維強化熱可塑性樹脂シー
トを得る方法としては、一本の強化繊維束に熱可塑性樹
脂を含浸させて製造している。これは、広幅な繊維強化
熱可塑性樹脂シートを製造した後に細幅にスリットしよ
うとすると、強化繊維の配向が乱れた広幅なシートに対
してスリット加工を行うため、強化繊維を切断して強化
繊維本来の物性が得られないという問題があるためであ
る。又、一本の強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて
製造する方法は製造効率が悪く、コストが高くなるとい
う問題もあった。
【００１１】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて為
されたものであり、その目的とするところは、強化繊維
束に熱可塑性樹脂が含浸し易く、しかも、強化繊維の配
向を乱すこともなく、製造コストも低減できる繊維強化
熱可塑性樹脂シート及びそれを用いた構造材並びに繊維
強化熱可塑性樹脂シートの製造方法を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化熱可塑
性樹脂シートは、上記目的を達成するために、複数本の
強化繊維束を一方向に引き揃えた強化繊維シートに熱可
塑性樹脂繊維を不織状態で布帛とした熱可塑性樹脂不織
布を重ね合わせて加熱しつつ加圧することにより、熱可
塑性樹脂不織布を溶融させ、図２（Ａ）に示すように、
強化繊維束中に熱可塑性樹脂を含浸させて、強化繊維束
中に熱可塑性樹脂が略均一に含浸したプリプレグ状態と
したものである。
【００１３】又、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シート
は、複数本の強化繊維束を一方向に引き揃えた強化繊維
シートに熱可塑性樹脂繊維を不織状態で布帛とした熱可
塑性樹脂不織布を重ね合わせて加熱しつつ加圧すること
により、熱可塑性樹脂不織布を溶融させ、図２（Ｂ）又
は（Ｃ）に示すように、強化繊維束中に熱可塑性樹脂を
含浸させて、強化繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸しない
空隙部が存在するセミプレグ状態としたものである。
【００１４】ここで、図２（Ｂ）は強化繊維シートの両
面に熱可塑性樹脂不織布を当接した場合にのみ、図２
（Ｃ）は強化繊維シートの片面又は両面に熱可塑性樹脂
不織布を当接した場合にも得られる。図１に示すような
理論では、モデルを簡単な系にするため、溶融樹脂が厚
み方向（一軸方向）のみから含浸するとしたが、実際に
は、溶融樹脂は強化繊維間の広いところを流れ、その
後、強化繊維間の狭いところを流れるため、厚み方向、
幅方向と、あらゆる方向から、未含浸領域へと流れ込
む。このため、図２（Ｃ）のようになる場合が生じるの
である。
【００１５】強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊
維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、炭化
珪素繊維、金属繊維等を使用することができるが、これ
らに限定されるものではない。
【００１６】又、熱可塑性樹脂不織布とは、熱可塑性樹
脂繊維を用いて不織布としたものである。熱可塑性樹脂
繊維としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリス
チレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、
ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ン、ポリフェチレンオキサイト、ポリイミド、ポリアセ
タール、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポ
リアリレート、ポリフェニレンサルファィド、ポリエー
テルエーテルケトン等の単量体、共重合体、変性体、及
びそれら２種以上の混合体からなる繊維を使用すること
ができるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】不織布とは、例えば、オルゴールの突起の
出た円筒状のようなもの（カード機と呼ばれる）で繊維
を縦、横方向に並べたり、絡ませたりしてシート状にし
たものであって、繊維同士を接着するために、化学接着
剤（バインダー）を噴霧又は塗布し、乾燥させることに
より得られる。しかし、ここで用いる不織布は、バイン
ダーを使用しないで製造されるノーバインダー不織布で
あって、ウェッブ（綿状のシート）を造り、接着剤の代
わりに、 熱プレスによりある程度繊維同士を接着（溶着）さ
せる方法、 高圧の水流等を上下から当て繊維を強力に絡ませる
方法、 等により造られるものである。
【００１８】熱可塑性樹脂不織布を用いることによっ
て、次のような効果が生じる。 樹脂量の制限がなく、樹脂量を少なくも多くもでき
る。よって、延伸フィルムやパウダーを用いる場合に比
して、強化繊維シートの厚みを薄くすることができる。 延伸フィルムの場合において加熱時に生じるシート
全体の収縮が生じない。よって、強化繊維の配向乱れが
少ない。 熱可塑性樹脂不織布では構造上加熱された空気との
接触面積が大きくなる。よって、不織布全体を素早く均
一に加熱することが容易となる。 このような熱可塑性樹脂不織布を使用して製造した、強
化繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸した繊維強化熱可塑性
樹脂シートは、強化繊維の配向乱れが少ないものとな
る。又、加熱しつつ加圧することも素早く行えるから、
製造コストの低減にもつながるものとなる。
【００１９】加熱しつつ加圧する条件下において、加圧
時間を短縮することにより、図１に関する説明からもわ
かるように、熱可塑性樹脂不織布が溶融した熱可塑性樹
脂の強化繊維束中への含浸が不完全な状態、すなわち、
強化繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸しない空隙部が存在
する半含浸の状態とすることができる。これによれば、
次のような効果が生じる。 繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造にかかる時間を
短縮できる。 半含浸であるため、内部において強化繊維同士が挙
動し易い。よって、より柔軟性を有する繊維強化熱可塑
性樹脂シートが得られる。 繊維強化熱可塑性樹脂シートとしては半含浸ではある
が、強化繊維シートを薄くできることから、未含浸部分
を少なくすることができ、最終成形品に加工する際の加
熱しつつ加圧する時に十分含浸を完了させることができ
る。
【００２０】本発明は、又、強化繊維シートが強化繊維
束による織物又は編物であることを特徴とする繊維強化
熱可塑性樹脂シートである。
【００２１】織物では、経方向と緯方向に繊維方向があ
るため、２軸方向に補強される。又、編物でも、経、緯
方向以外に±４５°方向にも繊維を挿入し、編糸で布帛
とした多軸挿入布帛では、４軸方向に補強される。これ
らの織物又は編物を強化繊維シートとして、熱可塑性樹
脂不織布を溶融させた熱可塑性樹脂を含浸させることに
より、繊維の配向が乱れていない、又、ドレープ性に優
れた、さらには、多軸方向に繊維補強された繊維強化熱
可塑性樹脂シートが得られる。
【００２２】本発明は、又、強化繊維束を幅広く薄く開
繊させた開繊糸から構成されている一方向強化繊維シー
ト、織物強化繊維シート、又は、編物強化繊維シートを
用いて繊維強化熱可塑性樹脂シートとしたものである。
【００２３】強化繊維シートは、細繊度、すなわち繊維
本数の少ない繊維束を使用することにより薄くすること
ができる。しかし、材料コストから見ると、細繊度繊維
束は太繊度繊維束、すなわち繊維本数の多い繊維束に比
して高額となる。よって、太繊度繊維束を使用して強化
繊維シートを構成したいが、そのまま使用したのでは、
樹脂含浸性が悪く、最終成形品にしたときにボイド（空
隙）が残る可能性がある。従って、太繊度繊維束を幅広
く、薄く連続して開繊させた後に、強化繊維シートを構
成すれば、材料コストが安く、樹脂含浸性に優れた強化
繊維シートを得ることができる。
【００２４】本発明は、又、前記繊維強化熱可塑性樹脂
シートを細幅テープ状に切断して繊維強化熱可塑性樹脂
細幅シートとしたものである。
【００２５】トウ・プレースメント法等に用いられる、
ある一定幅の細幅の繊維強化熱可塑性樹脂シートは、一
本の強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸して製造するもの
である。これは、広幅の繊維強化熱可塑性樹脂シートを
製造した後に細幅にスリットしようとすると、強化繊維
を切断し、強化繊維本来の物性が得られないという問題
があるためである。しかし、熱可塑性樹脂不織布を溶融
含浸させることにより製造された前記繊維強化熱可塑性
樹脂シートは、上述した理由から強化繊維の配向乱れが
少ない。又、強化繊維シートとして開繊糸を利用すれ
ば、開繊工程により繊維の引き揃えがさらに向上するた
め、繊維強化熱可塑性樹脂シートにしたときに、各繊維
はさらに真直な状態で配向されることになる。よって、
このような繊維強化熱可塑性樹脂シートをある幅にスリ
ットしても、強化繊維の配向乱れから生じる繊維破断現
象がほとんどなく、各細幅シートの物性は強化繊維本来
の物性から得られるものとなる。
【００２６】本発明は、又、前記繊維強化熱可塑性樹脂
細幅シートを製織、製編、製組して織物構造材、編物構
造材、又は、組紐構造材としたものである。
【００２７】繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートは、熱可
塑性樹脂が含浸又は半含浸していることから、形態安定
性が大変優れるものとなる。よって、従来からある、公
知な製織技術、製編技術、又は製組技術を用いて、織
物、編物、又は、組紐を製造することが可能となる。繊
維強化熱可塑性樹脂細幅シートが薄ければ、ドレープ性
があるため、織り構造部等におけるシートの屈曲は大変
小さくなり、強化繊維本来の物性を損なうことはない。
さらに、強化繊維束中への熱可塑性樹脂の含浸状態が半
含浸であるとき（セミプレグ状態であるとき）は、さら
にドレープ性が向上するものである。
【００２８】又、経糸と緯糸との交差部等において、繊
維強化熱可塑性樹脂細幅シートは接着しているものでは
ないから、例えば、織物、組紐構造材であれば、経糸と
緯糸が挙動し、シートとしてせん断変形をすることがで
きる。編物構造材においても、各方向に挿入されている
繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートは接着していないの
で、各細幅シートにはある程度の自由度があり、織物構
造材同様、シートとしてせん断変形をすることができ
る。このことは、この織物構造材、編物構造材、組紐構
造材が自由曲面（単純な円柱面ではなく、球面も含め
て）に皺がよることなく、沿うことができるということ
である。つまり、繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートを使
用して、ドレープ性の向上と多軸方向への強化を可能と
した広幅の繊維強化熱可塑性樹脂シートを得ることがで
きる。
【００２９】本発明は、図３に示すように、強化繊維シ
ートの片面又は両面に熱可塑性樹脂不織布を当接させつ
つ搬送させ、熱可塑性樹脂不織布を構成する熱可塑性樹
脂の溶融温度以上の温度で加熱しつつ加圧することによ
り、溶融した熱可塑性樹脂を強化繊維束中に含浸又は半
含浸させ、熱可塑性樹脂によるプリプレグシート又はセ
ミプレグシートを成形するようにした繊維強化熱可塑性
樹脂シートの製造方法である。
【００３０】熱可塑性樹脂不織布を加熱して熱可塑性樹
脂に溶融化させることは、熱可塑性樹脂不織布を構成す
る熱可塑性樹脂繊維を溶融化させることであり、加熱に
より熱可塑性樹脂繊維は収縮して熱可塑性樹脂の溶融化
した状態となる。よって、熱可塑性樹脂繊維が収縮する
際、強化繊維の配向を乱す可能性がある。しかし、その
収縮は、例えば、延伸フィルムであれば、フィルム全体
がある一方向に収縮するため、その際に生じる樹脂の移
動も大きく、強化繊維の配向を大きく乱すことになる
が、熱可塑性樹脂繊維の場合には、微小範囲（繊維の大
きさの範囲）で、それも熱可塑性樹脂繊維がランダムに
配置することから、ランダムな方向で収縮が生じるた
め、全体としてみたときには、強化繊維が大きく乱れる
ことはないと考えられる。しかし、強化繊維の配向が局
所的にでも乱れることを防止するために、本発明の製造
方法に示すように、強化繊維シートの片面又は両面に熱
可塑性樹脂不織布を当接させた後、加熱時に加圧する方
法を用い、熱可塑性樹脂繊維の収縮に伴う強化繊維の配
向の乱れを防止するものである。
【００３１】ここで、加熱条件、加圧条件を変えること
により、強化繊維束中への熱可塑性樹脂の含浸を完全で
ない状態、つまり、半含浸にすることができる。強化繊
維束中に樹脂を完全に含浸するには、加熱しつつ加圧す
る時間が長くかかるが、半含浸にするのであれば、加熱
しつつ加圧する時間を短縮でき、生産量の向上につなが
る。つまり、製造コストの低減につながることとなる。
【００３２】本発明は、又、図４に示すように、強化繊
維シートの片面又は両面に熱可塑性樹脂不織布を当接さ
せたものを複数積層してなる多層構造のシートを搬送さ
せて、繊維強化熱可塑性樹脂シートを得る製造方法であ
る。
【００３３】繊維強化熱可塑性樹脂シートは、用途によ
って、薄いものが要求されたり、厚いものが要求された
りする。厚い繊維強化熱可塑性樹脂シートを製造する方
法としては、強化繊維シートの厚みを厚くして両面に熱
可塑性樹脂不織布を当接し、加熱しつつ加圧することも
考えられるが、強化繊維束中への熱可塑性樹脂の含浸時
間は大変長くなり、又、品質的にも好ましいものができ
ない（ボイドができる）。本発明の製造方法によれば、
各層の強化繊維シートは厚みが薄いから、熱可塑性樹脂
の含浸は素早く、よって、製造コストの低減、及び品質
の良いものを得ることができる。
【００３４】強化繊維シートとして、強化繊維束による
織物又は編物を用いるようにしてもよい。又、一方向に
引き揃えた又は織物若しくは編物を用いた強化繊維シー
トが、強化繊維束を幅広く開繊させた開繊糸から構成さ
れていてもよい。
【００３５】幅広く薄く広がった開繊糸は原糸の状態の
ものよりも形態安定性には劣るが、各強化繊維の引き揃
え度合いは向上している。このような開繊糸に熱可塑性
樹脂を含浸させる場合には、熱可塑性樹脂の大きな移動
があっては強化繊維の配向を乱してしまう。よって、強
化繊維シートの片面又は両面に熱可塑性樹脂不織布を当
接させた後、加熱時に加圧する方法を用いることによ
り、各強化繊維の移動は加圧力により防止されるうえ、
熱可塑性樹脂繊維の収縮も小さいため、強化繊維の配向
の乱れを防止することができる。
【００３６】本発明は、図５に示すように、前記繊維強
化熱可塑性樹脂シートを、その幅を崩すことなく幅なり
のままにて巻き取りを行い、所定の巻き量になったロー
ルにして、前記ロールの断面の半径よりも大きな半径を
有する１枚又は所定間隔で並べた複数枚の円盤状のカッ
ター刃により、前記ロールの幅方向に対してそのカッタ
ー刃を垂直に移動させながら、前記ロールを切断して繊
維強化熱可塑性樹脂細幅シートを得るものである。
【００３７】かかる製造方法によれば、繊維強化熱可塑
性樹脂細幅シートを、鍔の付いていない紙管やボビンに
両端の巻き乱れもなく、巻き上がった状態で得ることが
できる。そして、繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートの幅
が一定であり、かつ巻き乱れがないことは、この繊維強
化熱可塑性樹脂細幅シートを使用した次の成形工程で精
度良い積層加工を可能とする。又、強化繊維の配向が乱
れていない繊維強化熱可塑性樹脂シートを用いるから、
カッター刃でスリットしても細幅の精度は良い。
【００３８】本発明は、又、図６に示すように、前記繊
維強化熱可塑性樹脂シートを搬送させながら、１枚又は
所定間隔で並べた複数枚のカッター刃を前記繊維強化熱
可塑性樹脂シートに押し当ててカット（スリット）し、
所定幅の繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートとして巻き取
るようにしたものである。
【００３９】かかる製造方法によれば、繊維強化熱可塑
性樹脂シートを製造した後直ちに、繊維強化熱可塑性樹
脂細幅シートに加工することができる。又、次の成形工
程では必要となる鍔付きボビン等への巻き取りもでき
る。又、強化繊維の配向が乱れていない繊維強化熱可塑
性樹脂シートを用いるから、カッター刃でスリットして
も細幅の精度は良い。
【００４０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の繊維強化熱可塑性
樹脂シート及び繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法
について、従来の繊維強化熱可塑性樹脂シート及びその
製造方法と比較して、具体的実施例によって説明する。
【００４１】
【実施例】（実施例１）強化繊維シートとしては、炭素
繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン
（株）製）を特許３０６４０１９号公報の方法により幅
２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に１５
本並べた目付け４０ｇ／ｍ２ の一方向シートにしたも
のを使用した。熱可塑性樹脂不織布としては、ナイロン
６樹脂による目付け１０ｇ／ｍ２（日本バイリーン
（株）製）の不織布を幅３００ｍｍにして使用した。
【００４２】強化繊維シートの両面に熱可塑性樹脂不織
布を当接し、図３に示すようにして、繊維強化熱可塑性
樹脂シートを製造した。ここで、加熱温度は２７０℃、
加工速度は３ｍ／ｍｉｎとした。
【００４３】製造された繊維強化熱可塑性樹脂シート
は、厚みは約０．０６ｍｍ、繊維束中への樹脂の含浸状
態は半含浸であった。又、強化繊維の配向乱れはほとん
どなく、ドレープ性も大変良好であった。
【００４４】（実施例２）強化繊維シートとしては、炭
素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨ
ン（株）製）を特許３０６４０１９号公報の方法により
幅１５ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に２
０本並べた目付け５３ｇ／ｍ２ の一方向シートにした
ものを使用した。熱可塑性樹脂不織布としては、ポリプ
ロピレン樹脂による目付け２０ｇ／ｍ２（（株）クラレ
製）の不織布を幅３００ｍｍにして使用した。
【００４５】上から、不織布、強化繊維シート、不織
布、強化繊維シート、不織布、強化繊維シート、不織布
の順に多層化し、その多層状態のシートを搬送して、図
４に示すようにして、繊維強化熱可塑性樹脂シートを製
造した。ここで、加熱温度は２００℃、加工速度は３ｍ
／ｍｉｎとした。
【００４６】製造された繊維強化熱可塑性樹脂シート
は、厚みは約０．２３ｍｍ、繊維束中への樹脂の含浸状
態は半含浸であった。又、強化繊維の配向乱れはほとん
どなく、ドレープ性も大変良好であった。
【００４７】（実施例３）実施例２において製造した繊
維強化熱可塑性樹脂シートから、図６に示すようにし
て、幅１０ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートを製
造した。
【００４８】製造された繊維強化熱可塑性樹脂細幅シー
トは、幅精度、スリット状態ともに良く、強化繊維の切
れ端が飛び出す等の問題もなく、真直な状態でスリット
されていた。
【００４９】（実施例４）実施例３において製造した繊
維強化熱可塑性樹脂細幅シートを経糸、緯糸として、レ
ピア織機にて製織を行った。ここで、製織幅は１ｍ（経
糸本数１００本）、緯糸挿入速度は１０本／ｍｉｎ、組
織は平織りとした。
【００５０】織物構造材は、経糸間、緯糸間の開きもな
く、細幅シートが詰まった状態で製織された。特に、細
幅シートの幅精度があるため、製織された織物は綺麗
な、一辺が１０ｍｍの四角形ができている状態であっ
た。又、細幅シートにドレープ性があるため、織糸屈曲
部でも細幅シートが折れて強化繊維が座屈する等の問題
も生じていなかった。さらに、各経糸、各緯糸が挙動す
るため（ズレル）、せん断変形して、球面にも皺よりな
く綺麗に沿うことが確認できた。
【００５１】（実施例５）実施例４において得られた織
物から２００ｍｍ×２００ｍｍの大きさの織物を５枚取
り出し、積層して、加熱プレス装置により板材を作成し
た。ここで、加熱温度は２００℃、加圧条件は３０ｋｇ
ｆ／ｃｍ２ の加圧時間は設定温度（２００℃）に達し
た後、３分間とした。
【００５２】織物を５枚積層した積層材は、厚み約１．
８ｍｍ、繊維体積含有量約５０％のものとなった。その
断面を観察したところ、熱可塑性樹脂が十分に含浸した
状態となっており、半含浸の繊維強化熱可塑性樹脂シー
トを使用しても、最終成形品にした時には含浸すること
が確認できた。
【００５３】（比較例１）強化繊維シートとしては、炭
素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨ
ン（株）製）を特許３０６４０１９号公報の方法により
幅２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に１
５本並べた目付け４０ｇ／ｍ２ の一方向シートにした
ものを使用した。熱可塑性樹脂延伸フィルムとしては、
ナイロン６樹脂による厚み１５μｍの二軸延伸フィルム
（ユニチカ（株）製）を幅３００ｍｍにして使用した。
【００５４】強化繊維シートの片面に熱可塑性樹脂延伸
フィルムを当接し、図３に準じたようにして、繊維強化
熱可塑性樹脂シートを製造した。ここで、加熱温度は２
５０℃、加工速度は３ｍ／ｍｉｎとした。
【００５５】製造された繊維強化熱可塑性樹脂シート
は、延伸フィルムが幅３００ｍｍから約２８０ｍｍに収
縮しており、その収縮現象により強化繊維の配向が大き
く乱れていた。又、繊維強化熱可塑性樹脂シートは、厚
みムラがあり、さらに、加熱温度を低くしたことによ
り、強化繊維シートの延伸フィルムを当接した側の面の
みに熱可塑性樹脂が含浸し、もう一方の面には熱可塑性
樹脂が流出せず、強化繊維の状態のままであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】強化繊維と熱可塑性樹脂とが一体化する過程を
示す説明図である。
【図２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの断面を
示す説明図であり、（Ａ）はプリプレグ状態となった場
合、（Ｂ）及び（Ｃ）はセミプレグ状態となった場合を
示す。
【図３】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方
法を示す説明図である。
【図４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方
法を示す説明図である。
【図５】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートの製
造方法を示す説明図である。
【図６】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートの製
造方法を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｄ０３Ｄ 15/12 Ｄ０４Ｂ 1/14 ４Ｌ０４８ Ｄ０４Ｂ 1/14 21/00 Ｂ 21/00 Ｄ０４Ｃ 1/02 Ｄ０４Ｃ 1/02 Ｂ２９Ｋ 105:08 // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｌ (72)発明者 菅原 寿秀 福井県福井市問屋町２丁目29番地 丸八株 式会社内 Ｆターム(参考） 4F072 AA08 AB06 AB08 AB09 AB10 AB11 AB22 AB29 AD04 AD05 AD06 AD09 AD37 AD42 AD44 AD45 AD46 AG03 AG20 AG22 AH04 AH21 AJ03 AJ04 AJ13 AJ35 AJ37 AK05 AK14 AK16 AK20 AL09 4F100 AD11 AK01A AK46 BA02 BA03 BA07 BA08 BA10B BA10C DG07A DG12A DG13A DG15A DG15B DG15C DH01A EJ17A EJ42A EJ82A JB16A JB16B JB16C 4F205 AA29 AD02 AD16 HA06 HA14 HA34 HA35 HA45 HF01 HM13 HT02 HT26 4L002 AA05 AB00 FA06 4L046 AA01 AA24 BB00 4L048 AA05 AB28 BA02 DA24

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数本の強化繊維束を一方向に引き揃え
    た強化繊維シートに熱可塑性樹脂繊維を不織状態で布帛
    とした熱可塑性樹脂不織布を重ね合わせて加熱しつつ加
    圧することにより、熱可塑性樹脂不織布を溶融させ強化
    繊維束中に熱可塑性樹脂を含浸させて、熱可塑性樹脂に
    よるプリプレグ状態としてなる繊維強化熱可塑性樹脂シ
    ート。
  2. 【請求項２】 複数本の強化繊維束を一方向に引き揃え
    た強化繊維シートに熱可塑性樹脂繊維を不織状態で布帛
    とした熱可塑性樹脂不織布を重ね合わせて加熱しつつ加
    圧することにより、熱可塑性樹脂不織布を溶融させ強化
    繊維束中に熱可塑性樹脂を空隙部分が存在する状態で含
    浸させて、熱可塑性樹脂によるセミプレグ状態としてな
    る繊維強化熱可塑性樹脂シート。
  3. 【請求項３】 強化繊維シートが強化繊維束による織物
    又は編物であることを特徴とする請求項１又は２に記載
    の繊維強化熱可塑性樹脂シート。
  4. 【請求項４】 強化繊維シートが強化繊維束を幅広く薄
    く開繊させた開繊糸から構成されていることを特徴とす
    る請求項１乃至３に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シー
    ト。
  5. 【請求項５】 前記繊維強化熱可塑性樹脂シートを細幅
    テープ状に切断してなる繊維強化熱可塑性樹脂細幅シー
    ト。
  6. 【請求項６】 前記繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートを
    製織してなる織物構造材。
  7. 【請求項７】 前記繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートを
    製編してなる編物構造材。
  8. 【請求項８】 前記繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートを
    製組してなる組紐構造材。
  9. 【請求項９】 強化繊維シートの片面又は両面に熱可塑
    性樹脂不織布を当接させつつ搬送させ、熱可塑性樹脂不
    織布を構成する熱可塑性樹脂の溶融温度以上の温度で加
    熱しつつ加圧することにより、溶融した熱可塑性樹脂を
    強化繊維束中に含浸させて、熱可塑性樹脂によるプリプ
    レグシートを成形するようにしたことを特徴とする繊維
    強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。
  10. 【請求項１０】 強化繊維シートの片面又は両面に熱可
    塑性樹脂不織布を当接させつつ搬送させ、熱可塑性樹脂
    不織布を構成する熱可塑性樹脂の溶融温度以上の温度で
    加熱しつつ加圧することにより、溶融した熱可塑性樹脂
    を強化繊維束中に空隙部分が存在する状態で含浸させ
    て、熱可塑性樹脂によるセミプレグシートを成形するよ
    うにしたことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂シート
    の製造方法。
  11. 【請求項１１】 強化繊維シートの片面又は両面に熱可
    塑性樹脂不織布を当接させたものを複数積層してなる多
    層構造のシートを搬送させて、繊維強化熱可塑性樹脂シ
    ートを成形するようにしたことを特徴とする請求項９又
    は１０に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方
    法。
  12. 【請求項１２】 強化繊維シートが強化繊維束による織
    物又は編物であることを特徴とする請求項９乃至１１に
    記載の繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法。
  13. 【請求項１３】 強化繊維シートが強化繊維束を幅広く
    薄く開繊させた開繊糸から構成されていることを特徴と
    する請求項９乃至１２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂シ
    ートの製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記繊維強化熱可塑性樹脂シートを巻
    き取ったロールを、１枚又は所定間隔で並べた複数枚の
    カッター刃を移動させながら切断して、繊維強化熱可塑
    性樹脂細幅シートを製造することを特徴とする繊維強化
    熱可塑性樹脂細幅シートの製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記繊維強化熱可塑性樹脂シートを搬
    送させながら、１枚又は所定間隔で並べた複数枚のカッ
    ター刃を前記繊維強化熱可塑性樹脂シートに押し当てて
    切断し、繊維強化熱可塑性樹脂細幅シートとして巻き取
    るようにしたことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂細
    幅シートの製造方法。
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