JP2005029781A - 強化繊維基材および繊維強化複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】強化繊維基材に液状のマトリックス樹脂組成物を含浸し、硬化させる製造法であるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）法等により衝撃後圧縮強度が優れる繊維強化複合材料を得ることができる強化繊維基材を提供する。また、この強化繊維基材とマトリックス樹脂の硬化物とからなる繊維強化複合材料を提供する。
【解決手段】本発明の強化繊維基材は、少なくとも次の構成要素（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）からなるものである。
構成要素（Ａ）：強化繊維
構成要素（Ｂ）：層間強化材
構成要素（Ｃ）：実質的にマトリックス樹脂に不溶の層間スペーサー
【選択図】なし

Description

本発明は、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材などに好適に用いられる繊維強化複合材料用の強化繊維基材、およびそれを成形してなる繊維強化複合材料に関する。

ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維と不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂などのマトリックス樹脂組成物の硬化物からなる繊維強化複合材料は、軽量でありながら、強度、弾性率、耐衝撃性、耐疲労性などの機械物性に優れ、さらに耐薬品性に優れるため、航空機、宇宙機、自動車、鉄道車両、船舶、土木建築、スポーツ用品などの数多くの分野に応用されてきた。

これらの繊維強化複合材料の製造には、強化繊維に未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されたシート状中間基材であるプリプレグが用いられることが多い。この方法では、プリプレグを複数枚積層した後、加熱することによって繊維強化複合材料を得る。ところが、この方法はプリプレグという中間基材を作らなければならないため、生産性は必ずしも優れないという問題がある。

これに対して、型内に配置した強化繊維基材あるいはプリフォームに、液状のマトリックス樹脂組成物を注入し、硬化して繊維強化複合材料を得るＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が、より生産性の優れる繊維強化複合材料の製造法として、近年注目されている。

繊維強化複合材料を航空機等の構造部材として用いる場合、耐衝撃性が重要になる。この耐衝撃性の指標として特に重要な物性に衝撃後圧縮強度がある。

従来、ＲＴＭ法で成形される繊維強化複合材料について、衝撃後圧縮強度を向上させるために、いくつかの方法が提案されている。

一つの方法として、強化繊維からなるシート状の強化繊維基材の少なくとも片面に、熱可塑性樹脂の不織布を積層し、該不織布と強化繊維基材とを一体化した複合強化繊維基材が提案されている（例えば、特許文献１）。

また他の方法として、熱可塑性樹脂の多孔質のフィルム、繊維、網目または編み目状物のほか、熱可塑性樹脂の繊維の配列体、短繊維の集合体、粉末の集合体を強化繊維基材の層間に配置したプリフォームが提案されている（例えば、特許文献２）。

これらの方法は、不織布、多孔質のフィルム、繊維、網目または編み目状物の形態に加工した熱可塑性樹脂により、層間剥離強度を改良したものであり、積層体の層間を安定した厚みに形成できる利点がある。しかしながら、上記の形態に加工が可能である熱可塑性樹脂は、ある程度の層間剥離強度の向上に有効であるが、それ自身の耐衝撃性が低いため、繊維強化複合材料の衝撃後圧縮強度向上効果は不十分であった。

また、層間剥離強度を向上する別の方法として、粒子の形態に加工した熱可塑性樹脂を表面に配置した強化繊維基材が提案されている（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７）。

この方法は不織布、フィルム、繊維の形態に加工が困難であった耐衝撃性に優れた熱可塑性樹脂を粒子の形態に加工し、層間剥離強度を向上したものである。

しかしながら、この方法には、認識されていない欠点がある。すなわち、強化繊維基材を積層した後、液状のマトリックス樹脂を注入、硬化する工程において、熱可塑性樹脂の粒子がマトリックス樹脂に溶解するため、積層体の層間が安定した厚みに形成できず、高い衝撃後圧縮強度が得られにくいという欠点である。

以上の如く、従来のＲＴＭ法では高い衝撃後圧縮強度を有する繊維強化複合材料を提供することは困難であった。
特再２０００−０５６５３９号公報（第７−１５頁） 国際公開第００／６１３６３号パンフレット（第２−５頁） 米国特許第４４７０８６２号明細書（第１−５頁） 米国特許第４９８８４６９号明細書（第２頁） 米国特許第４９９２２２８号明細書（第２−４頁） 国際公開第９４／２６４９２号パンフレット（第２−９頁） 特表２００１−５２４１７１号公報（第９−１７頁）

本発明者らは以上のことに鑑み、ＲＴＭ法等の強化繊維基材に液状のマトリックス樹脂組成物を含浸し、硬化する方法に適用可能な強化繊維基材について鋭意検討した結果、層間を高靭性化すると同時に、層間の厚みを十分に確保することが、高い衝撃後圧縮強度の発現に有効であることを見いだし、これを実現可能な強化繊維基材を提供する。また、この強化繊維基材を用いて成形された高い衝撃後圧縮強度を有する繊維強化複合材料を提供する。

本発明は上記の目的を達成するために、以下の手段をとる。すなわち本発明は、少なくとも次の構成要素（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）からなる強化繊維基材を骨子とする。

構成要素（Ａ）：強化繊維
構成要素（Ｂ）：層間強化材
構成要素（Ｃ）：実質的にマトリックス樹脂に不溶の層間スペーサー
また、本発明の繊維強化複合材料は、上記強化繊維基材と、マトリックス樹脂組成物の硬化物とからなる。

本発明により、耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料を提供でき、その有用性は多大である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明に用いる構成要素（Ａ）の強化繊維としては、用途に応じた様々なものが使用できる。強化繊維の具体例としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維など、あるいはこれらを組合せたものが挙げられる。航空機、宇宙機部材等の軽量でありながら、強度、弾性率が優れることが要求される用途には、炭素繊維が好ましく使用される。強化繊維の形状や配列は特に限定されず、例えば、強化繊維を単一方向に引き揃えた形状、織物、編み物、不織布等が挙げられる。

本発明に用いる構成要素（Ｂ）の層間強化材とは、繊維強化複合材料の層間を高靭性化し、耐衝撃性を向上させるものを意味する。

本発明において、構成要素（Ｂ）の層間強化材は、熱可塑性樹脂を主成分とすることが好ましく、中でも、ポリアリレート、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィドは、耐衝撃性に優れ、また高温時の物性低下が小さいので好ましい。

本発明において、構成要素（Ｂ）の層間強化材は、上記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との混合物であることが好ましい。本来、上記熱可塑性樹脂は高いガラス転移温度を持つため、２００℃以下で強化繊維基材への粘着性を有さず、単独の熱可塑性樹脂を強化繊維に固定することが困難である。このため、予め上記熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂と混合しておくことで、強化繊維基材への粘着性を有し、１００℃〜２００℃の低い温度で強化繊維に固定することが可能となる。ここで、上記熱可塑性樹脂と混合する熱硬化性樹脂は、特に限定されないが、具体的な例として、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、イソシアネート樹脂等を挙げることができる。

本発明において、上記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を混合する方法は、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを、１５０〜２００℃の温度で、押出機、ニーダーを用いて混練することで混合が可能である。

本発明において、構成要素（Ｂ）の層間強化材の形態は、特に限定されないが、例えば、粒子、短繊維、連続繊維を単一方向に引き揃えたもの、織物、編み物、不織布、穴あきフィルムが挙げられ、中でも、粒子の形態であると、強化繊維上に均一分布させることができるため好ましい。

本発明において、層間強化材を粒子の形態で使用する場合、体積平均粒径が０．０１〜５００μｍの範囲であることが好ましく、さらに１０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。粒子の体積平均粒径が０．０１μｍよりも小さいと、粒子が強化繊維の隙間に入り込み、粒子を層間に局在化させることでないため、繊維強化複合材料の耐衝撃性の向上幅が低下するため好ましくない。また、粒子の体積平均粒径が５００μｍよりも大きいと、強化繊維基材を積層した際に、強化繊維が屈曲し、得られる繊維強化複合材料の圧縮強度が低下することがあるため好ましくない。本発明において、構成要素（Ｂ）の層間強化材の目付は単位面積当たり５〜５０ｇ／ｍ²であることが好ましい。層間強化材の目付が５ｇ／ｍ²よりも小さいと、繊維強化複合材料の層間が十分に高靭性化されず、高い衝撃後圧縮強度が得られないことがある。また、層間強化材の目付が５０ｇ／ｍ²よりも大きいと、マトリックス樹脂の含浸性が低下し、得られる繊維強化複合材料にマトリックス樹脂の未含浸部ができ、機械強度が低下するため好ましくない。さらに、層間強化材の目付が５０ｇ／ｍ²よりも大きいと、積層して得られる繊維強化複合材料の層間を必要以上に厚くするため、複合材料としたときの物性を低下させる欠点がある。

本発明において、構成要素（Ｃ）の層間スペーサーは、マトリックス樹脂に実質的に不溶である必要がある。ここで層間スペーサーとは繊維強化複合材料の層間の厚みを十分に確保するために挿置するものである。また、マトリックス樹脂に実質的に不溶な層間スペーサーとは、マトリックス樹脂と組み合わせた系において、成形中にスペーサーの形態を実質上維持しうるもの、すなわちマトリックス樹脂の硬化前と硬化後でスペーサーの形態が実質上維持されるものをいう。したがって、本発明において用いられる層間スペーサーは、層間の厚みを一定に確保する機能を有していればよく、必ずしも耐衝撃性に優れている必要はない。

層間スペーサーとして用いる材料は無機物、有機物のいずれでもよい。層間スペーサーとして用いる無機物の具体的な形態としては、金属のメッシュ、ガラスの微粒子などが挙げられる。また、層間スペーサーとして用いる有機物の具体的な形態としては粒子、短繊維、連続繊維を単一方向に引き揃えたもの、織物、編み物、不織布、または穴あきフィルムが挙げられ、なかでも不織布、または編み物は目付の調整が容易であり、積層体の層間の厚みを適正にコントロールすることが容易であるため好ましい。

本発明に用いられる層間スペーサーの目付は１層の単位面積当たり１〜１０ｇ／ｍ²であることが好ましく、さらには１〜５ｇ／ｍ²であることが好ましい。層間スペーサーの目付が１ｇ／ｍ²よりも小さいと、層間の厚みが十分に確保できないため、層間が高靭性化されていても、衝撃後圧縮強度が不十分なことがある。一方、層間スペーサーの目付が１０ｇ／ｍ²よりも大きいと積層して得られる複合材料の層間を必要以上に厚くするため、複合材料としたときの物性を低下させる欠点がある。

本発明に用いられる層間スペーサーはポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィドからなる少なくとも１種の熱可塑性樹脂であることが好ましい。これらの熱可塑性樹脂は１〜１０ｇ／ｍ²の低い目付に加工すること容易であるためである。

本発明に用いられる層間スペーサーは、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定した２３℃の温度での曲げ弾性率が１．０〜５．０ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２．５〜４．５ＧＰａの範囲内であればより好ましい。曲げ弾性率が１．０ＧＰａよりも小さいと、吸水後高温環境下での繊維強化複合材料の層間部分の弾性率が低下し、強化繊維が坐屈破壊しやすくなり、吸水後高温環境下での圧縮強度が不足する可能性があるため好ましくない。また、曲げ弾性率が５．０ＧＰａより大きいと、繊維強化複合材料の層間部分の靭性が不足し、衝撃後圧縮強度か低下する可能性があるため好ましくない。

また、本発明に用いられる層間スペーサーは、ＡＳＴＭ Ｄ５７０に準拠して測定した温度２３℃の水中浸漬２４時間後の吸水率が１．２％未満であることが好ましい。吸水率が１．２％以上であると、吸水後高温環境下での繊維強化複合材料の層間部分での弾性率が不足し、強化繊維が坐屈破壊しやすくなり、吸水後高温環境下での圧縮強度が低下してしまう可能性があるため好ましくない。

本発明において、層間強化材を強化繊維の表面に固定する手段としては、粒子状の層間強化材を固相状態で強化繊維に散布した後、加熱により固着する方法、層間強化材の溶液を強化繊維の表面にスプレーした後、乾燥して溶媒を除去する方法、層間強化材の水分散液あるいはディスパーションを強化繊維に付与したのち乾燥する方法などを採用することができる。

また、層間強化材を層間スペーサーに固定したのち、強化繊維と一体化してもよい。

層間スペーサーを強化繊維の表面に固定する手段としては、強化繊維の表面に直接メルトブローする方法、予め別途作成した層間スペーサーをバインダーにより強化繊維の表面に固定する方法、層間スペーサーと強化繊維をステッチ糸で縫合する方法などが挙げられる。このとき、バインダーとして、層間強化材を用い、ホットプレスして一体化することも可能である。

本発明の層間強化材、および層間スペーサーは強化繊維の同じ側の表面に配置されてもいても、またそれぞれ異なる表面に配置されていてもよい。また、少なくとも片方の面にあればよく、両面にあってもよい。

本発明の繊維強化複合材料は、本発明の強化繊維基材とマトリックス樹脂組成物の硬化物からなるものであるが、それ以外の材料を含むものであっても構わない。

マトリックス樹脂組成物として用いる樹脂組成物は、特に限定されないが、具体例としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、イソシアネート樹脂等が挙げられる。

本発明の繊維強化複合材料の製造法は、本発明の強化繊維基材に液状のマトリックス樹脂を含浸し、硬化する方法であれば特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体例としては、ハンドレイアップ法、ＲＴＭ法等が挙げられる。なかでも、複雑形状の部材を効率よく製造できることから、ＲＴＭ法を用いることが好ましい。

ＲＴＭ法では、強化繊維基材を予め積層、賦形し、結着剤やステッチなどの手段で形態を固定しプリフォームとしたものも好ましく使用される。

また、型としては、剛体からなるクローズドモールドを用いてもよく、剛体のオープンモールドと可撓性のフィルム（バッグ）を用いる方法も可能である。後者の場合、強化繊維基材は、剛体オープンモールドと可撓性フィルムの間に設置する。剛体からなる型の素材としては、例えば、金属（スチール、アルミニウム、ＩＮＶＡＲなど）、ＦＲＰ、木材、石膏など既存の各種のものが用いられる。
また、可撓性のフィルムの材料としては、ナイロン、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが用いられる。剛体からなるクローズドモールドを用いる場合、加圧して型締めし、マトリックス樹脂組成物を加圧して注入することが、通常行われる。
このとき、注入口とは別に吸引口を設け、真空ポンプなどの手段により吸引することも可能である。吸引を行い、特別な加圧手段を用いずに、大気圧のみでマトリックス樹脂組成物を注入することも可能である。剛体のオープンモールドと可撓性フィルムを用いる場合は、通常、吸引口を設け真空ポンプなどの手段により吸引し、大気圧による注入を用いるＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ＲＴＭ）法を用いる。ここで、国際公開第０１／４１９９３号に引用されるＣＡＰＲＩ法のごとく、大気圧より低い圧力に注入圧力を調整する方法も可能である。大気圧あるいはそれ以下の圧力による注入で、良好な含浸を実現するためには、米国特許第４９０２２１５号明細書に示されるような、樹脂拡散媒体を用いることも有効である。

本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維の繊維体積含有率が４５〜６５％であることが好ましい。繊維体積含有率が４５％未満であると、強化繊維の性能が十分に生かされず、繊維強化複合材料の強度、弾性率が低下することがある。一方、繊維体積含有率が６５％よりも大きいと、強化繊維同士が擦過することにより、強度が低下することがある。

本発明の繊維強化複合材料は、層間の厚みが１０〜３０μｍであることが好ましい。ここで層間の厚みは、次のようにして行う。まず、繊維強化複合材料を積層面に垂直に切断し、その断面を７０倍以上に拡大して２００ｍｍ×２００ｍｍ以上の写真を作成する。なお、写真は層の面方向と写真の一辺とが平行になるように撮る。
この断面写真を用い、層間の厚みを求める。層間の厚みは写真上で、少なくとも５層以上の積層部分の厚みを、任意に選んだ５箇所で測定し、平均して求める。層間の厚みが１０μｍよりも小さいと、マトリックス樹脂が変形できる領域が狭いため、層間が高靭性化されていても、衝撃後の圧縮強度が不十分になることがある。また、層間の厚みが３０μｍよりも大きいと、強化繊維の繊維体積含有率が低下し、繊維強化複合材料の強度、弾性率が不足することがある。 本発明により得られた繊維強化複合材料の用途は特に限定されないが、例えば、航空機の胴体、主翼、尾翼、動翼、フェアリング、カウル、ドアなど、宇宙機のモーターケース、主翼など、人工衛星の構体等が挙げられる。さらに自動車のシャシー、鉄道車両の構体等も挙げられる。

以下、実施例および比較例を用いて本発明を具体的に説明する。実施例および比較例における材料は次のものを用いた。
＜強化繊維（Ａ）＞
強化繊維には次のＰＡＮ系炭素繊維を用い、次のガラス繊維、ポリアミド６６繊維とともに製織し、ノンクリンプ織物の形態にしたものを用いた。

・ＰＡＮ系炭素繊維：２４，０００フィラメント、繊度 １，０３０ｔｅｘ、引張強度 ５．９ＧＰａ、引張弾性率 ２９５ＧＰａ、破断伸度 ２．０％、破壊歪エネルギー ５９ＭＪ／ｍ³
・ガラス繊維：品番 ＥＣＥ２２５ １／０ １Ｚ、繊度 ２２．５ｔｅｘ、伸度 ３％以上、バインダータイプ”ＤＰ”（日東紡績（株）製）
・ポリアミド６６繊維：７フィラメント、繊度 １．７ｔｅｘ、融点 ２５５℃、油分 ０．６％。

本実施例におけるノンクリンプ織物の製造法を示す。図１に示すように、ＰＡＮ系炭素繊維１を１．８本／ｃｍの密度で一方向に配列し、さらにＰＡＮ系炭素繊維の間にＰＡＮ系炭素繊維と平行にガラス繊維２を配列した。次に、ポリアミド６６繊維３を、ＰＡＮ系炭素繊維と直行し、なおかつ、ＰＡＮ系炭素繊維の上、ガラス繊維の下に配置するように製織した。なお、ポリアミド６６繊維は３本／ｃｍとなるようにした。
＜層間強化剤（Ｂ）＞
層間強化材には次の材料から製造した粒子を用いた。

熱可塑性樹脂
・”スミカエクセル”５００３Ｐ（ポリエーテルスルホン、住友化学（株）製）
エポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）
・”エピコート”８０６（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン（株）製）
・ＮＣ−３０００（ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、日本化薬（株）製）
・”ＴＥＰＩＣ”−Ｐ（イソシアヌレート型エポキシ樹脂、日産化学工業（株）製）
本実施例における層間強化材の製造法を示す。”エピコート”８０６（２３．５重量％）、ＮＣ−３０００（１２．５重量％）、”ＴＥＰＩＣ”−Ｐ（４重量％）を１００℃において均一になるまで混合し、エポキシ樹脂混合物を得た。次に、”スミカエクセル”５００３Ｐ（６０重量％）、エポキシ樹脂混合物（４０重量％）を２軸押出機にて溶融混練して相溶させた樹脂組成物を、冷凍粉砕して粒子にした。得られた粒子の体積平均粒子径は９０μｍであった（レーザー回折・散乱法を用いた（株）セイシン企業製ＬＭＳ−２４にて測定）。
＜層間スペーサー（Ｃ１）＞
層間スペーサーには、メルトブロー法により製造したポリアミド１２の不織布を用いた。なお、不織布の単位面積当たりの重さは２ｇ／ｍ²であった。また、ポリアミド１２の２３℃の温度での曲げ弾性率は１．４ＧＰａであり、温度２３℃での水中浸漬２４時間後の吸水率は０．３％であった。
＜層間スペーサー（Ｃ２）＞
また、別の層間スペーサーとして、メルトブロー法により製造したメタキシレン型ナイロンの不織布を用いた。なお、不織布の単位面積当たりの重さは７ｇ／ｍ２であった。また、メタキシレン型ナイロンの２３℃の温度での曲げ弾性率は４．５ＧＰａであり、温度２３℃での水中浸漬２４時間後の吸水率は０．３％であった。
＜マトリックス樹脂組成物＞
マトリックス樹脂組成物には、次の材料から製造したものを用いた。

・”アラルダイト”ＭＹ７２１（テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、Ｖａｎｔｉｃｏ社製）
・”エピコート”６３０（アミノフェノール型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン（株）製）
・”エピコート”８２５（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン（株）製）
・ＧＡＮ（ジグリシジルアニリン、日本化薬（株）製）
・”エポキュア”Ｗ（ジグリシジルアニリン、ジャパンエポキシレジン（株）製）
・３，３’−ＤＡＳ（３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、三井化学ファイン（株）製）
・”スミキュア”Ｓ（４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、住友化学（株）製）
”アラルダイト”ＭＹ７２１（４０重量％）、”エピコート”６３０（１０重量％）、”エピコート”８２５（３５重量％）、ＧＡＮ（１５重量％）を計り取り、７０℃で均一になるまでよく撹拌し、マトリックス樹脂組成物の主剤を得た。”エピキュア”Ｗ（７０重量％）、３，３’−ＤＡＳ（２０重量％）、”スミキュア”Ｓ（１０重量％）を計り取り、９０℃で均一になるまでよく撹拌し、マトリックス樹脂組成物の硬化剤を得た。次に、主剤１００重量％に対して硬化剤を３８重量％を加え、均一になるまでよく撹拌し、マトリックス樹脂組成物を得た。
（実施例１）
層間強化材を、エンボスロールとドクターブレードにて単位面積当たりの重量が２７ｇ／ｍ²になるように計量しながら落下させ、振動ネットを介してノンクリンプ織物上に均一に分散させた。続いて、ノンクリンプ織物の表面が１８５℃になるようにセットした遠赤外線ヒーターの下を０．３ｍ／ｍｉｎで通過させ、層間強化材をノンクリンプ織物上に固着させた。次に、ポリアミド１２の不織布をノンクリンプ織物の層間強化材を固着させた面にのせ、１６０℃にセットしたプレスローラーにてノンクリンプ織物上に固定させた。

得られた強化繊維基材は、強化繊維からなるノンクリンプ織物、層間強化材、層間スペーサーである不織布が一体化されており、取り扱い性に優れるものであった。

次に、得られた強化繊維基材を用い、以下の方法で繊維強化複合材料を作製した。

４００ｍｍ×４００ｍｍ×４．５ｍｍの板状キャビティーを有する金型に、３９５ｍｍ×３９５ｍｍに切り出した強化繊維基材を、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を０°として、（４５°／０°／−４５°／９０°）を３回繰り返して１２枚積層した上に、（９０°／−４５°／０°／４５°）を３回繰り返して１２枚積層したものをセットし、型締めを行った。続いて、金型を６０℃に加温した後、予め別途６０℃に加温したマトリックス樹脂組成物を、樹脂注入装置を用い、注入圧０．２ＭＰａで型内に注入し、強化繊維基材に含浸させた。含浸後、金型を速度１．５℃／ｍｉｎで１４０℃まで昇温し、１４０℃で２時間保持した後、３０℃にまで降温し、脱型した。脱型後、次の条件でオーブン中にて後硬化を行い、繊維強化複合材料を得た。
（１）３０℃から１８０℃まで、速度１．５℃／ｍｉｎで昇温する。
（２）１８０℃で２時間保持する。
（３）１８０℃から３０℃まで、速度２．５℃／ｍｉｎで降温する。

得られた繊維強化複合材料は、未含浸部がなく、品位の良いものであった。また、強化繊維の繊維体積含有率は５６％であった。

次に、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−２Ｒ−９４に準拠し、衝撃後圧縮強度を評価した。その結果、衝撃後圧縮強度は２６０ＭＰａであり、十分に高かった。また、層間の厚みは２０μｍであった。このことから、衝撃後圧縮強度が十分に高かったのは、層間強化材により層間が高靭性化されたのに加え、層間スペーサーにより層間の厚みが十分に確保されたためであると考えられる。

さらに、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−１Ｒ−９４に準拠して、吸水後高温環境下での０°圧縮強度を測定した。試験片を７０℃の温度の温水中に１４日間浸漬した後、８２℃の温度での圧縮強度を測定した。その結果、吸水後高温環境下での０°圧縮強度は８２０ＧＰａであり十分に高いものであった。
（実施例２）メタキシレン型ナイロンを用いた以外は、実施例１と同様にして、強化繊維基材を作製した。

得られた強化繊維基材は、強化繊維からなるノンクリンプ織物、層間強化材が一体化されており、取り扱い性に優れるものであった。

次に、得られた強化繊維基材を用い、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。

得られた繊維強化複合材料は、未含浸部がなく、品位の良いものであった。また、強化繊維の繊維体積含有率は５６％であった。
次に、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−２Ｒ−９４に準拠し、衝撃後圧縮強度を評価した。その結果、衝撃後圧縮強度は２８０ＭＰａであり、十分に高いものであった。また、層間の厚みは２０μｍであった。このことから、衝撃後圧縮強度が不十分であったのは、層間強化材により層間が高靭性化されたものの、層間の厚みが不十分であったためと考えられる。
さらに、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−１Ｒ−９４に準拠して、吸水後高温環境下での０°圧縮強度を測定した。試験片を７０℃の温度の温水中に１４日間浸漬した後、８２℃の温度での圧縮強度を測定した。その結果、吸水後高温環境下での０°圧縮強度は８３０ＧＰａであり十分に高いものであった。
（比較例１）
ポリアミド１２の不織布を用いなかった以外は、実施例１と同様にして、強化繊維基材を作製した。

得られた強化繊維基材は、強化繊維からなるノンクリンプ織物、層間強化材が一体化されており、取り扱い性に優れるものであった。

次に、得られた強化繊維基材を用い、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。

得られた繊維強化複合材料は、未含浸部がなく、品位の良いものであった。また、強化繊維の繊維体積含有率は５６％であった。

次に、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−２Ｒ−９４に準拠し、衝撃後圧縮強度を評価した。その結果、衝撃後圧縮強度は２２０ＭＰａであり、不十分であった。また、層間の厚みは８μｍであった。このことから、衝撃後圧縮強度が不十分であったのは、層間強化材により層間が高靭性化されたものの、層間の厚みが不十分であったためと考えられる。

さらに、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−１Ｒ−９４に準拠して、吸水後高温環境下での０°圧縮強度を測定した。試験片を７０℃の温度の温水中に１４日間浸漬した後、８２℃の温度での圧縮強度を測定した。その結果、吸水後高温環境下での０°圧縮強度は８００ＧＰａであり十分に高いものであった。
（比較例２）
ノンクリンプ織物と層間スペーサーであるポリアミド１２の不織布を用い、以下の方法で繊維強化複合材料を作成した。

４００ｍｍ×４００ｍｍ×４．５ｍｍの板状キャビティーを有する金型に、３９５ｍｍ×３９５ｍｍに切り出した不織布とノンクリンプ織物とを交互に積層した。ノンクリンプ織物は、ＰＡＮ系炭素繊維の繊維方向を０°として、（４５°／０°／−４５°／９０°）を３回繰り返して１２枚積層した上に、（９０°／−４５°／０°／４５°）を３回繰り返して１２枚積層した。積層後、型締めを行った。続いて、金型を６０℃に加温した後、予め別途６０℃に加温したマトリックス樹脂組成物を、樹脂注入装置を用い、注入圧０．２ＭＰａで型内に注入し、強化繊維基材に含浸させた。含浸後、金型を速度１．５℃／ｍｉｎで１４０℃まで昇温し、１４０℃で２時間保持した後、３０℃にまで降温し、脱型した。脱型後、次の条件でオーブン中にて後硬化を行い、繊維強化複合材料を得た。
（１）３０℃から１８０℃まで、速度１．５℃／ｍｉｎで昇温する。
（２）１８０℃で２時間保持する。
（３）１８０℃から３０℃まで、速度２．５℃／ｍｉｎで降温する。

得られた繊維強化複合材料は、未含浸部がなく、品位の良いものであった。また、強化繊維の繊維体積含有率は５６％であった。

次に、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−２Ｒ−９４に準拠し、衝撃後圧縮強度を評価した。その結果、衝撃後圧縮強度は１６０ＭＰａであり、不十分であった。また、層間の厚みは１８μｍであった。このことから、衝撃後圧縮強度が不十分であったのは、層間スペーサーにより層間の厚みが十分に確保されたものの、層間の靭性が不足していたためであると考えられる。

さらに、得られた繊維強化複合材料を用い、ＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−１Ｒ−９４に準拠して、吸水後高温環境下での０°圧縮強度を測定した。試験片を７０℃の温度の温水中に１４日間浸漬した後、８２℃の温度での圧縮強度を測定した。その結果、吸水後高温環境下での０°圧縮強度は７００ＧＰａであり不十分であった。

以上の結果を表１にまとめる。

本発明は、航空機部材、宇宙機部材、自動車部材用途ばかりではなく、鉄道車両、船舶等の輸送機部材用途などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。

本発明の構成要素（Ａ）としての一実施形態に係わるノンクリンプ織物の概略斜視図である。

符号の説明

１：ＰＡＮ系炭素繊維
２：ガラス繊維
３：ポリアミド６６繊維

Claims (12)

1. 少なくとも次の構成要素（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）からなる強化繊維基材。
   構成要素（Ａ）：強化繊維
   構成要素（Ｂ）：層間強化材
   構成要素（Ｃ）：実質的にマトリックス樹脂に不溶の層間スペーサー
2. 構成要素（Ｂ）が熱可塑性樹脂である請求項１に記載の強化繊維基材。
3. 熱可塑性樹脂がポリアリレート、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィドからなる群から選ばれた少なくとも１種である請求項２に記載の強化繊維基材。
4. 構成要素（Ｂ）がポリアリレート、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィドからなる群から選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂と、熱硬化性樹脂との混合物である請求項１に記載の強化繊維基材。
5. 構成要素（Ｂ）が粒子である請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維基材。
6. 構成要素（Ｃ）が不織布、または編み物である請求項１〜５のいずれかに記載の強化繊維基材。
7. 不織布、または編み物の目付が１〜１０ｇ／ｍ²である請求項６に記載の強化繊維基材。
8. 構成要素（Ｃ）がポリアミド、ポリイミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィドからなる群から選ばれた少なくとも１種の熱可塑性樹脂である請求項６または７に記載の強化繊維基材。
9. 構成要素（Ｃ）が、２３℃の温度での曲げ弾性率が１．０〜５．０ＧＰａであり、かつ温度２３℃の水中浸漬２４時間後の吸水率が１．２％未満である請求項６〜８のいずれかに記載の強化繊維基材。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維基材とマトリックス樹脂組成物の硬化物からなる繊維強化複合材料。
11. 強化繊維の繊維体積含有率（Ｖｆ）が４５〜６５％である請求項１０に記載の繊維強化複合材料。
12. 層間の厚みが１０〜３０μｍである請求項１０または１１に記載の繊維強化複合材料。

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