JP2006233120A - プリフォームの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＴＭ用の基材を用いた強化繊維積層体から３次元の繊維構造体（プリフォーム）を連続的に製造するプリフォームの製造方法、製造装置、およびそれらから得られるプリフォームならびにＦＲＰを提供する。
【解決手段】配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法において、少なくとも下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
（Ａ）強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体を形成する一次一体化工程、
（Ｂ）一体化してなる凸型強化繊維構造体の突起物を基に、凹部に位置決めする位置決め工程、
（Ｃ）位置決めした凸型強化繊維構造体を一体化する二次一体化工程。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）を成形する際に用いるプリフォームの製造方法、製造装置、およびそれらから得られるプリフォームならびにＦＲＰに関し、より詳しくは、積層体からプリフォームを連続的に製造するプリフォームの製造方法、製造装置、および該プリフォームの製造方法、製造装置で製造されたプリフォームならびにＦＲＰに関する。

従来から、炭素繊維やガラス繊維を強化繊維として用いたＣＦＲＰ、ＧＦＲＰは軽量でかつ高い耐久性を有するものであるから、自動車や航空機などの各種構成部材としての適用されている。しかしながら、材料、成形、保管のコストが高いために従来のプリプレグ・オートクレーブ成形ではなかなか適用が広がっていかないのが現状である。

そこで、近年ではＣＦＲＰ板を従来のプリプレグ・オートクレーブ成形より安価に成形できる方法として、ＲＴＭ成形方法や真空ＲＴＭ成形方法が注目されている。ＲＴＭ成形方法はオートクレーブ等の大型設備を必要とせず、また、樹脂が含浸前の基材を用いるので保管設備の簡易化が可能である。また、該基材はタック性がないため、一括積層、一括賦形などのプリプレグでは考えられなかった工程の短縮が期待されている。

しかしながら、成形の上工程で製造されるプリフォームは多数枚の強化繊維基材で構成され、複雑な立体形状を有することが珍しくなく、現状のプリフォーム製造は手作業がメインとなり、工程を短縮するためには大きなブレークスルーを必要としている。

従来、プリフォームを構成する積層体、およびプリフォームを比較的簡単に製造する一つの手段として、強化繊維糸条を製織した強化繊維基材を積層してなるプリフォームの層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を付加し、強化繊維基材同士を接着・固定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この樹脂材料にはプリフォームの層間強化の効果も併せ持つことが可能であるとされている。通常、ＲＴＭ用の基材に用いる樹脂材料は常温でタック性がなく、反応性が乏しい樹脂を使用するために、賦形性、取扱性、保管条件の自由度がプリプレグに対して優れる。しかしながら、逆に考えると、強化繊維基材自体、強化繊維基材積層体が変形しやすく位置決めが困難である。

さらに従来、所定積層構成に予め積層したプリプレグを巻き取り、クリールに供給し、クリールから強化繊維積層体をプレス機に供給し、連続的に賦形、成形する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この提案では、プリプレグは予め繊維に樹脂が含浸されているため、タック性を有しており、強化繊維積層体を貼り合わせればプリプレグ同士の位置決めが容易である。しかし、プリプレグは樹脂含浸前のプリフォームと比較すると変形能が小さいため、変形中にしわを内包し強度低下を招くことがあるし、樹脂のライフの関係から変形後は速やかに成形しなければならず、変形装置と成形装置が同期されているため、成形時間が律則となり製造速度が上がらない、また、製造装置が長くなる等の問題がある。
特開２００３−８０６０７号公報 請求項 特許第３４００３９９号公報

本発明の課題は、ＲＴＭ用の基材を用いた強化繊維積層体から３次元の繊維構造体（プリフォーム）を連続的に製造するプリフォームの製造方法、製造装置、およびそれらから得られるプリフォームならびにＦＲＰを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、３次元のプリフォームを作る際に強化繊維構造体自体に位置決め部を設け、連続的に配置、一体化するプリフォームを製造するものであり、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法において、少なくとも下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
（Ａ）強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体を形成する一次一体化工程、
（Ｂ）一体化してなる凸型強化繊維構造体の突起物を基に、凹部に位置決めする位置決め工程、
（Ｃ）位置決めした凸型強化繊維構造体を一体化する二次一体化工程。

（２）前記突起物が、強化繊維糸条で形成された棒状の強化繊維構造体であることを特徴とする前記（１）に記載のプリフォームの製造方法。

（３）前記棒状の強化繊維構造体が、組みひもで形成されていることを特徴とする前記（２）に記載のプリフォームの製造方法。

（４）前記棒状の繊維構造体が、引抜きで形成されていることを特徴とする前記（２）に記載のプリフォームの製造方法。

（５）配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法において、少なくとも下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
（ａ）強化繊維積層体を屈曲させて屈曲強化繊維積層体を形成する強化繊維積層体屈曲工程、
（ｂ）上記屈曲強化繊維積層体の屈曲部を基に凸型部材上に配置する位置決め工程、
（ｃ）該位置決め工程により位置決めした一対の屈曲強化繊維積層体を一体化して強化繊維繊維構造体を製造する一体化工程。

（６）前記（ｃ）の一体化工程において形成される繊強化維構造体が、長手方向に連続して凹部を有する凹型強化繊維構造体であることを特徴とする前記（５）に記載のプリフォームの製造方法。

（７）前記凹型強化繊維構造体を形成する屈曲強化繊維構造体の一対の少なくとも一方はＣ型断面、Ｚ型断面、またはＬ型断面のいずれかを有することを特徴とする前記（６）に記載のプリフォームの製造方法。

（８）強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体の突起物を長手方向に連続して凹部を有する凹型強化繊維構造体の凹部に位置決めし、その後一体化して三次元強化繊維構造体を得ることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

（９）前記強化繊維積層体が、少なくとも３枚の強化繊維基材で構成されていることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

（１０）配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造装置において、少なくとも下記の（Ａ）〜（Ｃ）の手段を含むことを特徴とするプリフォームの製造装置。
（Ａ）強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体を形成する一次一体化手段、
（Ｂ）上記一次一体化手段にて一体化してなる凸型強化繊維構造体の突起物を基に、凹部に位置決めする位置決め手段、
（Ｃ）上記位置決め手段にて位置決めした凸型強化繊維構造体を一体化する二次一体化手段。

（１１）配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造装置において、少なくとも下記の（ａ）〜（ｃ）の手段を含むことを特徴とするプリフォームの製造装置。
（ａ）強化繊維積層体を屈曲させて屈曲強化繊維積層体を形成する強化繊維積層体屈曲手段、
（ｂ）上記屈曲強化繊維積層体の屈曲部を基に凸型部材上に配置する位置決め手段、
（ｃ）上記位置決め手段により位置決めした一対の屈曲強化繊維積層体を一体化して強化繊維繊維構造体を製造する一体化手段。

（１２）前記（１）〜（９）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法、もしくは前記（１０）または（１１）のいずれかに記載のプリフォームの製造装置によって製造されたことを特徴とするプリフォーム。

（１３）前記（１２）に記載のプリフォームを用いて成形したことを特徴とする繊維強化プラスチック。

（１４）前記繊維強化プラスチックにおける強化繊維体積率Ｖｆが、４５〜７０％の範囲内であることを特徴とする前記（１３）に記載の繊維強化プラスチック。

本発明は、上記の位置決め手段を講じることで変形能の高い樹脂含浸前の基材を用いたプリフォームとプリフォームまたは他部材との位置決めを容易にすることができる。さらには、従来材料のプリプレグでは困難であった軽量化部材に良く見られる複雑形状のプリフォーム、成形品を強度を損なわずに製造できることにある。

以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。

本発明は、配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法、もしくは製造装置である。

図１は本発明の強化繊維構造体を一体化する際に用いるプリフォームの製造工程の一例を示す概略工程図である。

本発明で用いる配列された強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層した強化繊維積層体はアラミド繊維や炭素繊維やガラス繊維を強化繊維として使用しており、かつ、該強化繊維積層体は層間に樹脂材料（詳細な説明は後述する。）を有している。また、樹脂材料を層間に入れる手段は特に限定されないが、例えば、樹脂材料を少なくとも片側表面に付着させた強化繊維基材を積層する方法や、強化繊維基材を積層する毎に強化繊維基材表面に樹脂材料を散布する方法、強化繊維積層体に針状の樹脂材料を突き刺す方法、強化繊維基材に予め繊維糸条の樹脂材料を織り込み順次積層する方法等が挙げられるがこれに限るものではない。

本発明は、上記の強化繊維構造体を一体化する製造方法、もしくは製造装置において、少なくとも下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）、もしくは下記の（Ａ）〜（Ｃ）の手段を含むものである。

（Ａ）は、強化繊維積層体１の表面に突起物２を一体化させる一次一体化工程、もしくは手段である。

この工程、もしくは手段において、まず、図１に示すように、強化繊維積層体１上に突起物２を配置する。突起物２の形状は次の工程での凹部７に収まれば特に限定されないが、突起物２の凸部を凹型７に入れた際に１または２次元的に可動できるものであってもよい。突起物２の製造方法としては金型内に配置し加熱賦形後に取り出し、所定形状を得る方法がある。また、突起物２が連続的にほぼ相似な断面を有する、つまり、棒状の強化繊維構造体の場合は、例えば、組みひもの製造装置を取り入れた製造方法や、ロービングや一方向強化繊維基材を棒状にして引抜きで製造する方法などが挙げられるが、突起物２を製造できればこれに限らない。また、突起物２はプリフォームを構成する部材であり、その後、マトリックス樹脂を注入、加熱、硬化させる成形工程を経る。そのため、異なる材料を適用すると突起物２の含浸性や濡れ性が全体と大きく異なり、ボイドや未含浸を生じたり、熱膨張率が異なるため硬化冷却後にサーマルクラックが入ることが考えられる。そのため、強化繊維積層体と同じ強化繊維で構成されていることが好ましいが、コストや強度要求に応じて選択する必要があり、限定されるわけではない。突起物２を強化繊維で製造して任意の形状に強化繊維積層体１上に固定する手段は樹脂材料を用いても良いし、スティッチや、ニードリングにより一体化されても良い。また、一体化手段されればこれに限るものではない。

突起物２や強化繊維積層体１の繊維配向方向は部材の強度に大きな影響を与えるため、突起物２を強化繊維積層体１上に配置する際には位置決め手段を講じて配置することが好ましい。位置決め方法としては、例えば、予め強化繊維積層体１上の配置したい場所にテープを貼る方法、塗料を塗布する方法、樹脂材料を塗布後紫外線等の光を照射しラインを浮き上がらせる方法、レーザー光を用いて強化繊維積層体１上に投影する方法等を用いてもよい。次に、突起物２が連続的に同じ位置を通過するようにするために、例えば、棒状などの場合は、図１に示すように、ローラーを準備して、一方のローラー３に突起物２の断面形状とほぼ同形状の小さい溝を設け、ローラー３を回転させながら突起物２を強化繊維積層体１上に導き位置決めしても良い。また、ローラー３は所定の場所に導ければ１カ所でもよいし、さらに精度を向上させるために強化繊維積層体１をまたぐように２カ所以上設置しても良いがこれらに限るものではない。

次に強化繊維積層体１上に配置された突起物２を強化繊維積層体１と一体化させ凸型強化繊維構造体６を得る。この一次一体化工程の一体化手段は、突起物２と強化繊維積層体１とが一体化されれば手段は特に限定はしないが、例えば、該強化繊維積層体１が有する樹脂材料を利用し、該強化繊維積層体１と突起物２を加熱し、樹脂材料を軟化させ、加圧を行う。具体的には、強化繊維積層体１を真空パックした状態でオーブンの中に配置し、熱風で加熱一体化する方法、図１に示すように、温調機構５を有するプレス機４で加熱と加圧を同時に行う方法や、樹脂材料の凹凸、スティッチやニードルパンチによる起毛処理など物理的な結合を利用して一体化する方法などが採用できるが、これらに限るものではない。

（Ｂ）は、一次一体化工程において一体化した凸型強化繊維構造体６を他の凸型強化繊維構造体６と一体化させるための二次一体化工程２１において、配置された一対の凸型部材１０で形成される凹部７に位置決めする位置決め工程、もしくは位置決め手段である。

上記凸型強化繊維構造体６の突起物２の凸部を凹部７の位置に配置する。配置方法としては（Ａ）で記載したような方法で導いても良い。

（Ｃ）は、位置決めした構造体を一体化する二次一体化工程、もしくは二次一体化手段である。

二次一体化手段は（Ａ）で説明したため割愛するが、構造体が自由に動ける方向に力が加わらないように注意する必要がある。そのために、プレスなどで一体化してから引抜き移動させることも可能である。

さらに本発明におけるプリフォームの製造方法、もしくは製造装置は、配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法、もしくは製造装置において、少なくとも下記の工程（ａ）〜（ｃ）、もしくは下記の（ａ）〜（ｃ）の手段を含むことを特徴とするものである。

この製造工程を図１を参照しながら順次説明する。

（ａ）は、強化繊維積層体８を屈曲させ屈曲強化繊維積層体１１を形成する強化繊維積層体屈曲工程、もしくは強化繊維積層体屈曲手段である。

強化繊維積層体８は３枚以上で構成されていることが好ましい。というのも、積層層間がずれた状態で固定一体化するため３枚程度ある屈曲後のスプリングバックが抑制でき、屈曲した状態で形状を保つことができるためである。屈曲した状態で固定する際には、例えば、樹脂材料を有する強化繊維積層体８を利用し、該強化繊維積層体８を加熱し、樹脂材料を軟化させ金型９で賦形する。具体的には強化繊維積層体を真空パックした状態でオーブンの中に配置し、熱風で加熱一体化する方法や、温調機能を有するプレス機で加熱と加圧を同時に行って形状固定してもよい。また、樹脂材料の凹凸、スティッチやニードルパンチによる起毛処理など物理的な結合を利用して強化繊維積層体と一体化してもよいしこれに限るものではない。

（ｂ）は、屈曲強化繊維積層体１１の屈曲部を基に凸型部材１０上に配置する位置決め工程、もしくは位置決め手段である。

屈曲部を凸型部材１０上に配置する際には、屈曲部が一稜線のみの場合は凸型部材１０上に被せるように配置しないとずれてしまうので注意が必要であるが、二稜線または凸部を包み込むように屈曲している場合は安定して凸型部材１０上に配置することができる。

（ｃ）は、前記位置決め工程により位置決めした一対の屈曲強化繊維積層体１１を一体化して強化繊維構造体を製造する一体化工程、もしくは一体化手段である。

上記したように、一体化工程（一体化手段）２１は、位置決めした屈曲強化繊維積層体１１を（ａ）で説明した方法を用いて一体化を行う工程である。一体化する屈曲強化繊維積層体１１としてはＣ型断面、Ｚ型断面、Ｌ型断面を有することが好ましい。例えば一対のＣ型断面を背中合わせにするとＨ型断面、Ｃ型断面とＺ型断面を一体化するとＪ型断面、一対のＬ型断面を背中合わせにするとＴ型断面が得られる。これらは金属材料でも断面係数を大きくとることができ、板材などの座屈強度、曲げ剛性を向上するために有用であり、様々な構造補強部材として幅広い適用範囲を持つ。

一体化工程（一体化手段）２１では、屈曲強化繊維積層体１１用の内側の、対向する一対の凸型部材１０よりなる金型またはコア材による屈曲強化繊維積層体１１同志の一体化だけでもよく、もしくは該凸型部材１０よりなる金型またはコア材、上側および／または下側の金型またはコア材により、突起物を有する強化繊維積層体と一体化させてもよい。コア材は例えば、ウレタン、アクリル、塩ビなどの発泡体コアやサンドイッチ部材に用いられるハニカム材等のように製品になる材料であったり、次の工程で用いられる治具であっても良い。（コア材を追加した理由：コア材と一体化して製品とすることは考えられる。また、金型をそのまま抱かせてプリフォームの変形を抑制する中子したり、ハンドリングを容易にしたり、次の樹脂含浸工程で金型として転用することが考えられる。

強化繊維積層体１は繊維の剛性が高いため直角に曲げられないことが多く、屈曲部がＲを有する。そのため、Ｈ型、Ｊ型、Ｔ型断面は断面合わせ目部に凹部ができ、概して長尺物であるため、長手方向に連続的な凹部が形成される。該凹部を埋めずにプリフォームに樹脂を注入して板材と一体化、またはＨ、Ｊ、Ｔ型断面部材を平板上などに配置して成形すると、凹型部に樹脂リッチができ、部材の静的、疲労強度低下させてしまう。また、凹部のみ繊維が存在しないため、樹脂の流動抵抗の差が局所的違い、全体が樹脂で満たされる前に回り込み等で吸引口から樹脂が出てしまい、未含浸等の成形不良を起こすことがある。そのため、該凹部に突起物２または（Ａ）で説明した長手方向に連続な凸部を有する凸型強化繊維構造体６と一体化することにより好ましいプリフォームが得られる。

次に、本発明で使用する強化繊維基材としては、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維や、ポリアミド、アラミドなどの有機繊維を強化繊維とする、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（一方向性シート）、一方向性シートを２層以上重ね合わせた多軸シートなどが挙げられる（以下、上述した織物やシート等を総称して布帛という）。これら布帛は、スティッチ糸、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。ここでいう一方向シートとは、強化繊維糸条が一方向に配列した状態で、樹脂材料またはその他の手段によって形態安定化されたものであり、一方向性織物とは、強化繊維糸条が強化布帛の長さ方向つまり縦方向に配列し、横方向には強化繊維糸条により細い補助糸が配列して交錯し、織組織を構成するものである。二方向性織物とは、強化繊維糸条が強化布帛の長さ方向と幅方向に配列して交錯し、織組織を構成するものである。

樹脂材料の形態については、強化繊維の層間強度を高める機能、強化繊維基材間の接着性を有するものであれば特に限定されるものではない。樹脂材料の形態としては、例えば、粒子、有機繊維布帛、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。プリフォームにおける強化繊維体積率を高くできること、使用できる熱可塑性樹脂の種類が多様である点から、粒子の形態であることが好ましく、平均粒子直径としては１〜５００μｍの範囲内であることが好ましい。

樹脂材料は熱可塑性樹脂を主成分とするものである。ここでいう主成分とは、成分中に熱可塑性樹脂が７０重量％以上含まれていることと定義する。強化繊維積層体を加熱・加圧して樹脂材料による強化繊維層拘束を解放して板厚を変化させ、所望の板厚で冷却・除圧することにより強化繊維基材に樹脂材料を融着させることで拘束することにより強化繊維積層体の一体化部の強化繊維体積率Ｖｐｆを制御可能である。

このような熱可塑性樹脂としては、マトリックス樹脂と相溶性あるいは接着性がよいものを選択することが好ましい。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、共重合樹脂などを使用することが好ましい。また、かかる樹脂材料は、強化繊維積層体形態の時には低いガラス転移点で、ＦＲＰに形成された後は高いガラス転移点になっていることが強化繊維積層体を作成するのに好適である。例えば、熱硬化性樹脂などの熱可塑性樹脂以外の副成分を有することが好ましい。

前記強化繊維積層体の強化繊維含有率を制御する視点から、樹脂材料を強化繊維積層体１に対して１〜２０重量％の範囲内で有していることが好ましい。樹脂材料が１重量％未満の場合には、層間強度の向上効果が小さく、また、強化繊維積層体１及び強化繊維積層体を賦形することで形成されるプリフォームの強化繊維体積率の制御幅が小さいという問題点がある。また、樹脂材料が２０重量％を超える場合は、樹脂材料の体積が大きくなり、強化繊維体積率を高くし難くなる。なお、本発明で用いる強化繊維体積率Ｖｐｆとは、次式で求めた値をいう。ここで、測定に供するプリフォームは、１気圧の荷重下で静置し、厚みが平衡に達した状態のものである。

Ｖｐｆ（％）＝（Ｗ１×１００）／（ａ×Ｔ１）
ここで、Ｗ１：プリフォームの１ｃｍ^３辺りの強化繊維の重量（ｇ／ｃｍ^３）
ａ ：強化繊維の密度 （ｇ／ｃｍ^３）
Ｔ１：１気圧の荷重下で測定したプリフォームの板厚（ｃｍ）
次に、本発明における強化繊維積層体より賦形されたプリフォームの強化繊維体積率Ｖｐｆは４５〜６２％の範囲内であることが好ましい。一般に、マトリックス樹脂の強化繊維への含浸性は、プリフォーム内の空隙率、ひいては強化繊維の体積含有率に依存するため、本発明の効果は、強化繊維体積率が高い領域において特に有効である。強化繊維体積率Ｖｐｆが４５％未満の場合は、プリフォーム内の空隙率が充分に高いため、貫通孔４の効果が小さくなる。また、強化繊維体積率Ｖｐｆが６２％を超えると製造が困難になる。

次に、本発明にかかるプリフォームを使用したＦＲＰの最良の形態について述べる。

本発明は、上述のプリフォームに、マトリックス樹脂が含浸され、硬化したものである。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（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）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種であることが好ましい。

かかるＦＲＰの強化繊維体積含有率Ｖｆとしては、４５〜７０％の範囲内であると、前述の本発明の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。なお、ＦＲＰの強化繊維体積含有率Ｖｆ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のとおりである。

Ｖｆ（％）＝（Ｗ２×１００）／（ρ×Ｔ２）
ここで、Ｗ２：ＦＲＰ１ｃｍ^２当たりの強化繊維の重量（ｇ／ｃｍ^２）
ρ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３）
Ｔ２：ＦＲＰの厚さ（ｃｍ）

本発明の強化繊維構造体を一体化する際に用いるプリフォームの製造工程の一例を示す概略工程図である。

符号の説明

１：強化繊維積層体
２：突起物
３：ローラー
４：温調機構
５：プレス機
６：凸型強化繊維構造体
７：凹部
８：強化繊維積層体
９：金型
１０：凸型部材
１１：屈曲強化繊維積層体
２１：二次一体化工程（二次一体化手段）

Claims (14)

1. 配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法において、少なくとも下記の工程（Ａ）〜（Ｃ）を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
   （Ａ）強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体を形成する一次一体化工程、
   （Ｂ）一体化してなる凸型強化繊維構造体の突起物を基に、凹部に位置決めする位置決め工程、
   （Ｃ）位置決めした凸型強化繊維構造体を一体化する二次一体化工程。
2. 前記突起物が、強化繊維糸条で形成された棒状の強化繊維構造体であることを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの製造方法。
3. 前記棒状の強化繊維構造体が、組みひもで形成されていることを特徴とする請求項２に記載のプリフォームの製造方法。
4. 前記棒状の繊維構造体が、引抜きで形成されていることを特徴とする請求項２に記載のプリフォームの製造方法。
5. 配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造方法において、少なくとも下記の工程（ａ）〜（ｃ）を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
   （ａ）強化繊維積層体を屈曲させて屈曲強化繊維積層体を形成する強化繊維積層体屈曲工程、
   （ｂ）上記屈曲強化繊維積層体の屈曲部を基に凸型部材上に配置する位置決め工程、
   （ｃ）該位置決め工程により位置決めした一対の屈曲強化繊維積層体を一体化して強化繊維繊維構造体を製造する一体化工程。
6. 前記（ｃ）の一体化工程において形成される繊強化維構造体が、長手方向に連続して凹部を有する凹型強化繊維構造体であることを特徴とする請求項５に記載のプリフォームの製造方法。
7. 前記凹型強化繊維構造体を形成する屈曲強化繊維構造体の一対の少なくとも一方はＣ型断面、Ｚ型断面、またはＬ型断面のいずれかを有することを特徴とする請求項６に記載のプリフォームの製造方法。
8. 強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体の突起物を長手方向に連続して凹部を有する凹型強化繊維構造体の凹部に位置決めし、その後一体化して三次元強化繊維構造体を得ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
9. 前記強化繊維積層体が、少なくとも３枚の強化繊維基材で構成されてい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の製造方法。
10. 配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造装置において、少なくとも下記の（Ａ）〜（Ｃ）の手段を含むことを特徴とするプリフォームの製造装置。
    （Ａ）強化繊維積層体の表面に突起物を一体化させた凸型強化繊維構造体を形成する一次一体化手段、
    （Ｂ）上記一次一体化手段にて一体化してなる凸型強化繊維構造体の突起物を基に、凹部に位置決めする位置決め手段、
    （Ｃ）上記位置決め手段にて位置決めした凸型強化繊維構造体を一体化する二次一体化手段。
11. 配列した強化繊維糸条を含む強化繊維基材を複数枚積層一体化した強化繊維積層体であって、該強化繊維基材の層間に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料を有し、かつ、上記強化繊維積層体全体を厚み方向に少なくとも複数枚一体化した強化繊維積層体を用いて強化繊維構造体を一体化する製造装置において、少なくとも下記の（ａ）〜（ｃ）の手段を含むことを特徴とするプリフォームの製造装置。
    （ａ）強化繊維積層体を屈曲させて屈曲強化繊維積層体を形成する強化繊維積層体屈曲手段、
    （ｂ）上記屈曲強化繊維積層体の屈曲部を基に凸型部材上に配置する位置決め手段、
    （ｃ）上記位置決め手段により位置決めした一対の屈曲強化繊維積層体を一体化して強化繊維繊維構造体を製造する一体化手段。
12. 請求項１〜９のいずれかに記載のプリフォームの製造方法、もしくは請求項１０または１１のいずれかに記載のプリフォームの製造装置によって製造されたことを特徴とするプリフォーム。
13. 請求項１２に記載のプリフォームを用いて成形したことを特徴とする繊維強化プラスチック。
14. 前記繊維強化プラスチックにおける強化繊維体積率Ｖｆが、４５〜７０％の範囲内であることを特徴とする請求項１３に記載の繊維強化プラスチック。

Images