JP2005313455A

JP2005313455A - 多軸織物及びその製造方法、プリフォーム材、繊維強化プラスチック成形品

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Publication number: JP2005313455A
Application number: JP2004133528A
Authority: JP
Inventors: Toru Kaneko; 徹金子; Sadataka Umemoto; 禎孝梅元
Original assignee: Toho Tenax Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】表面平滑性が高い繊維強化材プラスチック成形品を容易に製造することができる多軸織物を提供する。
【解決手段】互いに平行な繊維強化材からなる繊維強化材層１０ａ〜１０ｆと、熱溶着性樹脂層１２ａ〜１２ｆとが交互に積層した多軸織物。前記多軸織物は、互いに平行に並べた繊維強化材からなる繊維強化材シートと、熱溶着性糸からなる不織布とを、繊維強化材シートの繊維軸方向を互いに揃えて又は相違えさせて交互に積層し、加圧下加熱することにより製造する。前記多軸織物又は多軸織物と他の織物とを積重し、予備成形することにより容易にプリフォーム材を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱溶着性樹脂層を有する多軸織物及びその製造方法に関する。また、本発明は、前記多軸織物を積層して加圧下加熱することにより多軸織物同士又は多軸織物と他の織物とを接着したプリフォーム材、前記プリフォーム材を用いて樹脂トランスファー成形又はレジンフィルムインフュージョン成形した繊維強化プラスチック成形品に関する。

繊維強化プラスチック成形品は、従来樹脂トランスファー成形法（ＲＴＭ法）またはレジンフィルムインフュージョン成形法（ＲＦＩ法）を用いて成形されたものがある。ＲＴＭ法、ＲＦＩ法は、いずれも熱硬化性樹脂を用いた成形法の一種である。繊維強化プラスチック成形品は、ＲＴＭ法においては繊維強化材を型に敷設した後、型のキャビティーに樹脂を注入し、繊維強化材に樹脂を含浸させた後硬化させることにより製造する。一方、ＲＦＩ法においては、繊維強化材と共に樹脂フィルムを型に敷設し、加熱により溶融した樹脂を繊維強化材に含浸させた後硬化させることにより製造する。

いずれの成形法においても、型に敷設する繊維強化材は、通常シート状に加工した繊維強化材を用いる。シート状の繊維強化材としては様々な形態のものがあるが、織物、多軸織物が汎用されている。

織物、多軸織物等のシート状繊維強化材を繊維強化プラスチック成形品の表面（意匠面）に配置する場合、織目の凹凸、多軸織物のステッチ部の凹凸が成形品の表面に現れるため、成形品の平滑性が損なわれる欠点がある。

特に、最近は、低コスト基材として多軸織物が多く使用されている。多軸織物を成形品の表面に使用する場合、多軸織物のステッチが影響し、成形品の表面に凹凸が現れるので、表面平滑性の改善が求められている。

多軸織物を使用した場合に繊維強化プラスチック成形品の表面平滑性を向上させる方法として、特許文献１に記載の方法がある。この方法は、多軸織物のステッチ糸に低融点ポリマーを使用し、繊維強化プラスチック成形品を成形する際、低融点ポリマーの融点以上で加熱成形することによりステッチ糸を溶融する方法である。

しかし、低融点ポリマーをステッチ糸に使用した多軸織物を用いた場合でもステッチ糸が溶融する前の形状が保持されており、ステッチ糸の周辺には、僅かな凹みが観察され、表面を完全に平滑するのは困難である。

また、表面平滑性を向上させる他の方法として、成形品の表面（意匠面）に不織布等のサーフェースマットやゲルコート剤を使用する方法が実施されている。サーフェースマットやゲルコート剤の使用は、成形品重量を増加させる問題があり、軽量化を目指す用途には適さない。
特開２００２−２２７０６６号公報（第４頁、右欄第３９行〜第４８行）

本発明の目的は、サーフェースマットやゲルコート剤を使用することなく、表面平滑性が高い繊維強化プラスチック成形品を容易に得ることができる多軸織物及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、前記多軸織物を用いたプリフォーム材、前記プリフォーム材を用いた繊維強化プラスチック成形品を提供することにある。

上記課題を解決する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕互いに平行な繊維強化材からなる繊維強化材層と熱溶着性樹脂層とが交互に積層して一体化した多軸織物。

〔２〕多軸織物の一の表面層が繊維強化材層であって、他の表面層が熱溶着性樹脂層である〔１〕に記載の多軸織物。

〔３〕互いに平行に並べた繊維強化材からなる繊維強化材シートと熱溶着性樹脂シートとを、繊維強化材シートの繊維軸方向を互いに揃えて又は相違えさせて交互に積層し加圧下加熱する〔１〕に記載の多軸織物の製造方法。

〔４〕熱溶着性樹脂シートが熱溶着性糸からなる不織布であって、熱溶着性糸が乾熱融点７０〜１５０℃の材料を使用した糸である〔３〕に記載の多軸織物の製造方法。

〔５〕〔１〕又は〔２〕に記載の多軸織物又は多軸織物と他の織物とを積重し、加圧下で加熱することにより多軸織物同士又は多軸織物と他の織物とを接着したプリフォーム材。

〔６〕〔５〕に記載のプリフォーム材を用いて樹脂トランスファー成形法又はレジンフィルムインフュージョン成形法により成形した繊維強化プラスチック成形品。

本発明の多軸織物は、熱溶着成分からなる熱溶着性樹脂層により繊維強化材層同士を接着しているので、加熱により容易に予備成形してプリフォーム材とすることができる。また、本発明のプリフォーム材を用いて製造した繊維強化プラスチック成形品の表面は、ステッチによる凹凸が無く、表面平滑な成形面が得られる。

図１は、本発明に係る多軸織物の一実施例を示す概略斜視図である。

図１に示すように、本発明の多軸織物１００は、繊維強化材層１０ａ〜１０ｆと、熱溶着性樹脂層１２ａ〜１２ｆが交互に積層して一体化してなる。

繊維強化材層１０ａ〜１０ｆは一方向に引き揃えた互いに平行な繊維強化材で構成される。繊維強化材層１０ａ〜１０ｆの繊維軸方向は、順に０°、＋４５°、−４５°、−４５°、＋４５°、０°となっている。

繊維強化材層の繊維軸方向は、後述する製造方法において繊維強化材シートを積層する角度により決定づけられる。繊維強化材シートを積層する角度は任意の角度とすることができるが、製造が容易で、繊維強化プラスチック成形品に用いた場合に成形品の十分な強度が得られることから、０°、±４５°、９０°から適宜選択することが好ましい。これらの角度は、繊維強化材の繊維軸方向が多軸織物の長さ方向に対してそれぞれ０°、±４５°、９０°であることをいう。

多軸織物１００は、その中心面Ｓに対して繊維強化材層１０ａ〜１０ｆの繊維軸方向が対称（面対称）である。このように、繊維強化材シートを積層する角度は、得られる多軸織物が面対称となるように選択することが好ましい。

面対称の多軸織物の他の例としては、〔０／−４５／−４５／０〕、〔０／＋４５／９０／−４５／−４５／９０／＋４５／０〕等を挙げることができる。

繊維強化材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等の通常の繊維強化材に用いる材料が使用できる。中でも炭素繊維が好ましい。

繊維強化材シートは、一方向に引き揃えた繊維強化材をシート状にしたものであれば特に制限することなく用いることができる。通常、繊維強化材は、連続したフィラメントをサイズ剤を用いて集束した束（ストランド）として得られるため、便宜上繊維強化材ストランドを平行に並べてシート状としたものを用いることが好ましい。

繊維強化材の繊維径は３〜２４μｍが好ましい。また繊維強化材ストランドを用いる場合、１束あたり繊維強化材を１００〜２４０００本とすることが好ましい。

多軸織物１００の表面層は、繊維強化材層と熱溶着性樹脂層のいずれの層で形成してあっても良い（図２においては上面が繊維強化材層１０ｆ、下面が熱溶着性樹脂層１２ａになっている）。多軸織物をプリフォーム材の材料とする場合には多軸織物同士又は多軸織物と他の織物との接着性を高めるため表面層のうち少なくともいずれか１層を熱溶着性樹脂層とすることが好ましい。

また、多軸織物を成形品の表面（意匠面）に配置する場合は、熱溶着性樹脂層を形成していない面である繊維強化材層の面を表面にすることが好ましい。

本発明の多軸織物は、一方向に引き揃えた繊維強化材からなる繊維強化材シートと熱溶着性樹脂シートとを、繊維強化材シートの繊維軸方向を互いに揃えて又は相違えさせて交互に積層し、加熱プレートを用いたプレス等により加圧下加熱することにより得る。加熱により熱溶着性樹脂シートの樹脂が溶融して隣り合う繊維強化材シートと固着することにより熱溶着性樹脂シートと繊維強化材シートはそれぞれ熱溶着性樹脂層と繊維強化材層を形成して一体化し多軸織物となる。

熱溶着性樹脂シートとしては、熱溶着性糸からなる不織布等のシート状物を用いる。熱溶着糸の材質は、加熱により溶融し、繊維強化材を接着することができる糸であれば制限なく用いることができる。

熱溶着性糸としては、１成分からなる単繊維、２成分以上からなる複合繊維のいずれも用いることができる。

熱溶着性糸として単繊維を用いる場合には、乾熱融点が７０〜１５０℃であることが好ましい。

単繊維の熱溶着性糸としては、ポリエチレン糸、ポリプロピレン糸、ナイロン糸、ポリエステル糸が好ましい。

複合繊維としては、芯鞘型複合繊維、２種の繊維を複合紡糸したコンジュゲート繊維等を挙げることができる。

芯鞘型複合繊維は、繊維状の芯材の周囲を芯材とは別の材料（鞘材）で覆った構造を有する繊維をいう。芯鞘型複合繊維としては、芯材と前記芯材よりも低融点の材料からなる鞘材を用いたものが好ましい。

鞘材の乾熱融点は７０〜１５０℃が好ましい。また、芯材の乾熱融点は、鞘材より３０〜１００℃高融点からなる材料が好ましい。

また、熱溶着性樹脂シートの目付は５〜３０ｇ／ｍ²とすることが好ましく、１０〜２５ｇ／ｍ²がより好ましい。５ｇ／ｍ²未満では、多軸織物を構成する繊維強化材層同士の接着が不十分となるため繊維強化材が多軸織物から脱落し、多軸織物の形態が崩れる傾向がある。また、３０ｇ／ｍ²を超えると繊維強化材プラスチック成形品の成形に用いる樹脂の含浸が阻害されるので繊維強化材プラスチック成形品の機械的特性が低下する場合がある。

上記のように製造される多軸織物の目付は２００〜２０００ｇ／ｍ²とすることが好ましく、２００〜１０００ｇ／ｍ²がより好ましい。また、多軸織物の厚さは用途等により適宜選択するものであるが、通常０．２〜２ｍｍが好ましい。

本発明の多軸織物を用いて繊維強化プラスチック成形品とする場合には、多軸織物をそのまま用いることもできるが、取扱い性、作業性の観点から多軸織物を積重して予備成形したプリフォーム材を用いることが好ましい。

プリフォーム材の製造は、プリフォーム作製型の一面に多軸織物を所望の厚さとなるまで積み重ね、加熱プレートを用いたプレス等により加圧下加熱することにより行う。加熱により多軸織物の熱溶着成分が溶融し、多軸織物同士、または多軸織物と他の織物が接着して一体化しプリフォーム材となる。

但し、プリフォーム材を製造する場合、成形品の表面（意匠面）に配置される多軸織物は、熱溶着性樹脂層を形成していない面を成形品の表面にすることが好ましい。

プリフォーム材の厚さは使用目的によっても異なるが、１〜５ｍｍが好ましい。

多軸織物を積層して製造したプリフォーム材は、公知のＲＴＭ法又はＲＦＩ法により繊維強化プラスチック成形品とすることができる。

得られた繊維強化プラスチック成形品は、多軸織物のステッチによる凹凸が無く、表面平滑な成形面が得られる。

本発明の多軸織物の一例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ繊維強化材層
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ熱溶着性樹脂層
１００多軸織物
Ｓ中心面

Claims

互いに平行な繊維強化材からなる繊維強化材層と熱溶着性樹脂層とが交互に積層して一体化した多軸織物。
多軸織物の一の表面層が繊維強化材層であって、他の表面層が熱溶着性樹脂層である請求項１に記載の多軸織物。
互いに平行に並べた繊維強化材からなる繊維強化材シートと熱溶着性樹脂シートとを、繊維強化材シートの繊維軸方向を互いに揃えて又は相違えさせて交互に積層し加圧下加熱する請求項１に記載の多軸織物の製造方法。
熱溶着性樹脂シートが熱溶着性糸からなる不織布であって、熱溶着性糸が乾熱融点７０〜１５０℃の材料を使用した糸である請求項３に記載の多軸織物の製造方法。
請求項１又は２に記載の多軸織物又は多軸織物と他の織物とを積重し、加圧下で加熱することにより多軸織物同士又は多軸織物と他の織物とを接着したプリフォーム材。
請求項５に記載のプリフォーム材を用いて樹脂トランスファー成形法又はレジンフィルムインフュージョン成形法により成形した繊維強化プラスチック成形品。