JP2013220609A

JP2013220609A - 繊維強化プラスチック構造物成型方法、ＶａＲＴＭ用強化繊維シート及び繊維強化プラスチック構造物

Info

Publication number: JP2013220609A
Application number: JP2012094280A
Authority: JP
Inventors: Kanji Miyao; 巻治宮尾; Akira Kobayashi; 朗小林; Masaki Arazoe; 正棋荒添
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: JP5990030B2

Abstract

【課題】ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させるＦＲＰ構造物成型方法、ＶａＲＴＭ用強化繊維シート及びＦＲＰ構造物を提供する。
【解決手段】繊維強化プラスチック構造物成型方法に使用する強化繊維シートは、（ａ）強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、各線材間に空隙（ｇ）を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、（ｂ）連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、を一体化し、ストランドシートの繊維強化プラスチック線材の空隙（ｇ）部に一方向強化繊維の少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＲＴＭ工法、特に、真空引きを伴うＶａＲＴＭ工法にて、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）構造物を作製するＦＲＰ構造物成型方法に関するものである。また、本発明は、斯かるＦＲＰ構造物成型方法に使用するためのＶａＲＴＭ用強化繊維シート及び斯かる成型方法にて成型されたＦＲＰ構造物に関するものである。

ＶａＲＴＭ工法は、樹脂を含んでいないドライ（樹脂未含浸）の強化繊維シートを用いるのが特徴で、製品の形状に合わせて予め積層したり、縫製したり、融着などをして必要な方向に必要な強度が出るように形を作り（プリフォーム）、例えば型枠に入れ込むか、或いは、フィルムで密閉して、真空引きすることにより樹脂を注入して硬化し、脱型して製品とする工法である。

現在、ＶａＲＴＭ工法により、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ構造物（成型体）を作製することが行われているが、ＶａＲＴＭ工法により大型のＦＲＰ構造物を作製する場合には、注入樹脂の流動性が良いことが必要である。

この点で、特許文献１に記載するような強化繊維シート、即ち、ストランドシートは、本願添付の図１（ａ）に示すように、強化繊維（一般に炭素繊維）ｆにマトリクス樹脂Ｒが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材２を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材２を互いに線材固定材３にて固定して構成されているが、各線材２、２間に０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）があり、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合、注入樹脂の流動性が良く、成型性に優れている。

特開２００４−１９７３２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載するようなストランドシート１Ａでは、本願添付の図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ストランドシート１Ａを構成する繊維強化プラスチック線材２は、一般には、その直径（ｄ）が０．５〜４ｍｍの略円形断面形状とされ、このシート１Ａを用いたＦＲＰ構造物は、炭素繊維の含有量Ｖｆ（Ｖｆ：単位断面積当たりの炭素繊維の断面積率）を上げるのが困難であるといった問題を有している。また、ストランドシート１Ａは、本願添付の図２（ａ）に示すような、一方向に炭素繊維ｆを引き揃えて作製される一方向炭素繊維シート１Ｂに比べるとコスト高である。

一方、一方向に炭素繊維を引き揃えて作製される炭素繊維シート１Ｂは、製造コストはストランドシート１Ａに比べると安くできるが、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合、ストランドシート１Ａを使用した場合に比べ、注入樹脂の流動性が悪く、そのため含浸性が悪く、成型の生産性が悪い、という問題を有している。

本発明の目的は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることのできるＦＲＰ構造物成型方法及びＶａＲＴＭ用強化繊維シートを提供することである。

本発明の他の目的は、ストランドシートによる成型に比べ強化繊維のＶｆ（単位断面積当たりの強化繊維の断面積比率）を高くすることができ、曲げ強度などの増大を図ることのできる良好なＦＲＰ構造物成型方法、ＶａＲＴＭ用強化繊維シート及びＦＲＰ構造物を提供することである。

上記目的は本発明に係るＦＲＰ構造物成型方法、ＶａＲＴＭ用強化繊維シート及びＦＲＰ構造物にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法による繊維強化プラスチック構造物成型方法において、
前記強化繊維シートは、
（ａ）連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
（ｂ）連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙（ｇ）部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいることを特徴とする繊維強化プラスチック構造物成型方法が提供される。本方法の一実施態様によれば、前記注入樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓである。また、他の実施態様によれば、前記注入樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、フェノール樹脂である。

第２の本発明によれば、強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法に使用する前記強化繊維シートであって、
（ａ）連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
（ｂ）連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙（ｇ）部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいることを特徴とする強化繊維シートが提供される。

第３の本発明は、上記繊維強化プラスチック構造物成型方法にて成型されたＦＲＰ構造物である。

上記第１〜第３の本発明にて一実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材は、直径（ｄ）が０．５〜４ｍｍの略円形断面形状とされるか、又は、前記線材の幅をｗ、厚さをｔ、断面積をＳとすると、１＜（ｗ／ｔ）≦１０、かつ、０．２ｍｍ²≦Ｓ≦１２．６ｍｍ²とされる略長円形状或いは略長方形状の扁平断面形状である。他の実施態様によれば、前記一方向強化繊維シートは、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持され、前記一方向強化繊維シートの前記線材固定材側の面が、前記ストランドシートの一側の面と対向するようにして一体化される。

第１〜第３の本発明の他の実施態様によれば、前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとの積層体は、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持されて一体とされる。また、他の実施態様によれば、前記線材固定材は、２軸或いは３軸に配向して形成され、表面に樹脂が被覆された糸条にて作製されたメッシュ状支持体であるか、又は、前記ストランドシートの線材及び／又は前記一方向強化繊維シートの強化繊維に直交して編み込むか、織り込むか、或いは、表面に接着又は融着される横糸である。

本発明によれば、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。また、本発明によれば、ストランドシートによるＦＲＰ構造物の成型に比べ強化繊維含有率Ｖｆ（単位断面積当たりの強化繊維の断面積比率）を高くすることができ、ＦＲＰ構造物の引張り、曲げ強度の増大を図ることができる。

ストランドシートの一例を説明するための図であり、図１（ａ）はストランドシートの斜視図であり、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は繊維強化プラスチック線材の断面図である。図２（ａ）は一方向強化繊維シートの斜視図であり、図２（ｂ）は一方向強化繊維シートを構成する強化繊維束の一例を示す。ストランドシートの他の例を説明する斜視図である。図４（ａ）、（ｂ）はストランドシートの他の例を説明する斜視図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に従った強化繊維シート（ハイブリッドシート）の一実施例を説明するための図である。図６（ａ）、（ｂ）は本発明に従ったハイブリッドシートの他の実施例を説明するための図である。図７（ａ）、（ｂ）は本発明に従ったハイブリッドシートの他の実施例を説明するための図である。図８（ａ）は本発明に従ったハイブリッドシートの他の実施例を説明するための斜視図であり、図８（ｂ）ハイブリッドシートの断面構成図である。本発明に従ったハイブリッドシートの作製工程を説明するための図であり、図９（ａ）はストランドシートの斜視図であり、図９（ｂ）は一方向強化繊維シートの斜視図であり、図９（ｃ）、（ｄ）はハイブリッドシートの断面構成図である。図１０（ａ）、（ｂ）は本発明に従ったハイブリッドシートの他の実施例を説明するための図である。ＶａＲＴＭ工法を実施するための成型装置の一実施例の概略構成図である。ＶａＲＴＭ工法を実施するための成型装置の他の実施例の概略構成図である。

以下、本発明に係るＦＲＰ構造物成型方法、ＶａＲＴＭ用強化繊維シート及びＦＲＰ構造物を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
先ず、本発明に係るＦＲＰ構造物の成型方法について説明する。

本発明に係るＦＲＰ構造物の成型方法の特徴は、ＶａＲＴＭ工法により、例えば風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造物を作製する際に、強化繊維含有率Ｖｆが高く、且つ、注入樹脂の流動性が良い強化繊維シートを使用することにある。

本発明者らは、上述のように、図１（ａ）に示すようなストランドシート１Ａ、及び、図２（ａ）に示すような一方向強化繊維シート１Ｂが有する問題点を解決するために種々の研究実験を行なった結果、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような、ストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂを積層して構成される一体化された積層体である強化繊維シート（「ハイブリッドシート」ということもある。）１０を使用することにより、従来の問題を解決し得ることを見出した。

つまり、図５（ａ）に示すように、ストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂを積層して、互いの方へと押圧して一体とすることにより、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、少なくともストランドシート１Ａの繊維強化プラスチック線材２、２間に、一方向強化繊維シート１Ｂの強化繊維ｆの一部が入り込んだハイブリッドシート１０を構成することができる。図５（ｂ）は、積層した一方向強化繊維シート１Ｂの強化繊維ｆの全部が線材２、２間に入り込んで一体化されたハイブリッドシート１０を示し、図５（ｃ）は、積層した一方向強化繊維シート１Ｂの強化繊維ｆの一部が線材２、２間に入り込んだハイブリッドシート１０を示している。即ち、一部の強化繊維ｆがストランドシート１Ａの表面層をなしている。

このようにして形成されたハイブリッドシート１０を用いたＦＲＰ構造物は、その強化繊維含有量Ｖｆを、ストランドシート１Ａにて作製したＦＲＰ構造物に比べると増大させることができる。しかも、後述する本発明者らが行なった実験結果にて理解されるように、斯かる構成のハイブリッドシート１０は、樹脂流通性がストランドシート１Ａに比較しても大きく低下することがなく良好な流通性を示すことが分かった。その理由は、特にＶａＲＴＭ工法においては、使用する注入樹脂の粘度が低く（注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ）、そのために、注入樹脂は、各線材２、２間へと容易に流動して注入される。この樹脂は、次いで、各線材２、２間に入り込んだ炭素繊維ｆによる毛細管現象にて各炭素繊維ｆ間へと流動するためであると思われる。

ハイブリッドシート１０は、上記構成に限定されるものではない。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ストランドシート１Ａの両側面に一方向強化繊維シート１Ｂを積層し、互い方へと押圧して一体化することによっても作製することができる。別法として、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、一方向強化繊維シート１Ｂの両側面にストランドシート１Ａを積層し、互い方へと押圧することによってもハイブリッドシート１０を作製することができる。このように、ハイブリッドシート１０は、所望に応じて、ストランドシート１Ａと一方向強化繊維シート１Ｂとを３層以上複数層積層して構成することもできる。

上記にて理解されるように、本発明のハイブリッドシート１０は、図５（ｂ）に示すように、各線材２、２間の空隙（ｇ）に配置するだけでなく、図５（ｃ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、スダレ状に引き揃えられた各線材２の一方の側面、或いは、両方の側面に一方向強化繊維ｆを配置した構成とすることができる。

次に、上述のような構成とされるハイブリッドシート１０を作製するためのストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂについて更に詳しく説明する。なお、本発明を限定するものではないが、以下の説明では、ストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂの強化繊維としては、最も一般に使用される炭素繊維を使用するものとして説明する。

（ストランドシート）
本実施例にて、ストランドシート１Ａは、図１に示すように、炭素繊維ｆにマトリクス樹脂Ｒが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材２を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃える。各線材２は、互いに線材固定材３にて固定することもできる。各繊維強化プラスチック線材２は、図１（ｂ）に示すように、直径（ｄ）が０．５〜４ｍｍの略円形断面形状とされる。また、図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、円形断面形状の線材２を二方向から押し潰した、所謂、扁平形状とされた略長円形状或いは略長方形状とすることもできる。従って、この場合、線材２の幅をｗ、厚さをｔ、断面積をＳとすると、１＜（ｗ／ｔ）≦１０とされる。また、扁平形状線材２は、直径（ｄ）(即ち、ｄ＝０．５〜４ｍｍ）の線材と略同じ断面積とされるので、０．２ｍｍ²≦Ｓ≦１２．６ｍｍ²とされる。

更に、各線材２、２間には、０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設ける。なお、空隙（ｇ）は、線材２の長手方向に一定である必要はない。即ち、例えば、線材２の長手方向に空隙（ｇ）が０ｍｍとなっている個所、即ち、隣り合った線材２、２が密着している個所があっても良い。

繊維強化プラスチック線材２は、強化繊維ｆとして炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを６０００〜６００００本収束した単繊維束に樹脂が含浸され、硬化して作製される。ストランドシート１Ａの繊維目付は、通常、２００〜２０００ｇ／ｍ²とされる。

本発明のハイブリッドシート１０の特徴は、上述したように、少なくとも、上記スダレ状にひき揃えられた繊維強化プラスチック線材２、２間の空隙（ｇ）領域に一方向に引き揃えた、炭素繊維などとされる連続した一方向強化繊維ｆが配置されることである。これにより、ストランドシート１Ａの強化繊維含有率Ｖｆが増大する。

このようにして得られるストランドシート１Ａの長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）は、作製されるＦＲＰ構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取扱い上の問題から、一般に、全幅（Ｗ）は、１００〜１０００ｍｍとされる。又、長さ（Ｌ）は、１〜５ｍ程度の短冊状のもの、或いは、１００ｍ以上のものを製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。

また、繊維強化プラスチック線材２に含浸されるマトリクス樹脂Ｒは、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用される。又、線材１の繊維含有率（Ｖｆ)は、４０〜７５％、好ましくは、５０〜７０％とされる。

又、各線材２を線材固定材３にて固定する方法としては、図１に示すように、例えば、線材固定材３として横糸を使用し、一方向にスダレ状に配列された複数本の線材２から成るシート形態とされる線材、即ち、連続した線材シートを、線材に対して直交して一定の間隔（Ｐ）にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。勿論、図３に示すように、横糸３を各線材間に一定間隔（Ｐ）にて織り込むこともできる。いずれの場合も、横糸３の打ち込み間隔（Ｐ）は、特に制限されないが、作製されたストランドシート１の取り扱い性を考慮して、通常１０〜１００ｍｍ間隔の範囲で選定される。

このとき、横糸３は、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ナイロン、ビニロン、ポリエステルなどが好適に使用される。

各線材２をスダレ状に固定する他の方法としては、図４（ａ）に示すように、線材固定材３として、例えば直径５〜２０μｍのガラス繊維或いは有機繊維にて作製したメッシュ状の支持体シート３を使用することができる。

つまり、線材固定材３としてのメッシュ状の支持体シートを構成するガラス繊維等の糸条とされる縦糸４及び横糸５の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート３をシート形態を成すスダレ状に引き揃えた複数本の線材２、即ち、線材シートの片側面、又は、両面積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート３の縦糸４及び横糸５の部分を線材シートに溶着する。

メッシュ状支持体シート３は、上記２軸構成のほかに、ガラス繊維等の糸条を３軸に配向して形成することもできる。また、一方向に配列された線材２に対して直交する横糸５のみを配置した、所謂、１軸に配向して前記シート状に引き揃えた線材２に接着することもできる。

線材固定材３の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。

更に、各線材２をスダレ状に固定する他の方法としては、図４（ｂ）に示すように、線材固定材３として、例えば、粘着テープ又は接着テープなどとされる可撓性帯材を使用することができる。可撓性帯材３は、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた各繊維強化プラスチック線材２の長手方向に対して垂直方向に、即ち、直交して、複数本の繊維強化プラスチック線材２の片側面、又は、両面を貼り付けて固定する。可撓性帯材３として、幅（ｗ１）１〜１０ｍｍ程度の、塩化ビニルテープ、紙テープ、布テープ、不織布テープなどの粘着テープ又は接着テープが使用される。これらテープ３を、通常、１０〜１００ｍｍ間隔（Ｐ）で各繊維強化プラスチック線材２の長手方向に対して垂直方向に貼り付ける。更に、可撓性帯材３としては、ナイロン、ＥＶＡ樹脂などの熱可塑性樹脂を帯状に、線材２の長手方向に対して垂直方向に片側面、又は、両面に熱融着させることによっても達成される。

（一方向炭素繊維シート）
図２（ａ）に、本発明にて使用することのできる一方向炭素繊維シート１Ｂの一実施例を示す。一方向炭素繊維シート１Ｂは、一方向に引き揃えた連続した炭素繊維ｆを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の一方向炭素繊維シートとされる。なお、一方向炭素繊維シート１Ｂとして、図２（ｂ）に示すように、所定本数の炭素繊維ｆをカバー糸６で収束した炭素繊維束Ｆを一方向に引き揃えて作製することもできる。

また、一方向炭素繊維シート１Ｂは、上記ストランドシート１Ａと同様に、連続した炭素繊維ｆから成る炭素繊維シートをメッシュ状の支持体シートなどとされる上述の線材固定材３にて保持した構成とすることもできる。例えば、強化繊維ｆとして炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを６０００〜６００００本収束した樹脂未含浸の単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えて使用される。炭素繊維シート１Ａの繊維目付は、通常、２００〜２０００ｇ／ｍ²とされ、これを積層して使用される。

線材固定材３としてのメッシュ状の支持体シートを構成するガラス繊維等の糸条とされる縦糸４及び横糸５の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート３をシート状に配列した炭素繊維の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート３の縦糸４及び横糸５の部分を炭素繊維シートに溶着する。

メッシュ状支持体シート３は、上記２軸構成のほかに、ガラス繊維等の糸条を３軸に配向して形成することもできる。また、一方向に配列された炭素繊維に対して直交する横糸５のみを配置した、所謂、１軸に配向して前記シート状に引き揃えた炭素繊維に接着することもできる。

上記線材固定材３の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。

また、図１、図３で説明したように、横糸５を一方向に配列された炭素繊維ｆに対して直交する方向に編み込み、或いは、織り込むこともできる。

上記実施例の説明では、ストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂは、それぞれ、複数本の繊維強化プラスチック線材２及び多数の強化繊維ｆが線材固定材３により固定されているものとして説明した。しかし、線材固定材３にて固定されていない、スダレ状態に配列されたままの複数本の繊維強化プラスチック線材２のみから成るストランドシート１Ａ、及び、一方向に引き揃えられ、線材固定材３にて固定されておらず互いに収束剤のみにてシート状形態をなしている多数本の強化繊維ｆから成る一方向強化繊維シート１Ｂを使用して、積層し、ハイブリッドシート１０を構成することも可能である。この場合は、図５（ｂ）、（ｃ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示す一体化されたハイブリッドシート１０の一側の側面、或いは、両側面に、上述した、例えば、樹脂透過性のメッシュ状支持体のような線材固定材３を接着又は融着することができる。即ち、メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維等から成る糸条を２軸或いは３軸に配向して形成し、或いは、横糸５のみを使用して糸条表面に被覆された樹脂によりストランドシートと一方向強化繊維シートとの積層体とされるハイブリッドシート１０の外表面に接着又は融着される。勿論、その他の線材固定材を使用しても構わない。図８（ａ）には、図５（ｃ）に示すハイブリッドシート１０の片側面をなす一方向強化繊維シート側にメッシュ状支持体３を配置した例を示す。また、図８（ｂ）にはハイブリッドシート１０の両側面にメッシュ状支持体のような線材固定材３を設けた例を示す。

（ハイブリッドシートの具体例）
図９（ａ）〜（ｄ）及び図１０（ａ）、（ｂ）を参照して、上記構成とされるストランドシート１Ａ及び一方向炭素繊維シート１Ｂを使用してハイブリッドシート１０を作製する場合を例に挙げて更に具体的に説明する。

図９（ａ）、（ｂ）には、線材固定材としてメッシュ状支持体３を使用したストランドシート１Ａと一方向炭素繊維シート１Ｂとを示す。メッシュ状支持体３は、ストランドシート１Ａ及び一方向炭素繊維シート１Ｂの一側の面のみを保持している。

ここで、ストランドシート１Ａと一方向炭素繊維シート１Ｂとは、図９（ｃ）に示すように、メッシュ状支持体３にて保持されていない他側の面が対向するように配置される。次いで、ストランドシート１Ａと一方向炭素繊維シート１Ｂを積層し、互いの方へと押し付ける。これにより、図９（ｄ）に示すように、一方向炭素繊維シート１Ｂの炭素繊維がストランドシート１Ａの各線材２、２間に押入され、場合によっては、図示するように、ストランドシートの他側の面にも表面層として配置されたハイブリッドシート１０を作製することができる。つまり、図５（ｂ）、（ｃ）を参照して説明したハイブリッドシート１０が作製される。

また、他の例を図１０（ａ）、（ｂ）に示す。本例では、図１０（ａ）に示すように、一方向炭素繊維シート１Ｂ（１Ｂａ、１Ｂｂ）は、線材固定材３として、図９（ｂ）に示す一方向炭素繊維シート１Ｂと同様に、メッシュ状支持体３にて片面が保持された一方向炭素繊維シートとされる。この一方向炭素繊維シート１Ｂａ、１Ｂｂの間に、ストランドシート１Ａを配置して積層する。

このとき、一方の一方向炭素繊維シート１Ｂａは、メッシュ状支持体３にて保持されていない他側の面が対向するように配置され、他方の一方向炭素繊維シート１Ｂｂは、メッシュ状支持体３にて保持されていない他側の面が対向するように配置される。次いで、一方向炭素繊維シート１Ｂａ、ストランドシート１Ａ、一方向炭素繊維シート１Ｂｂを積層し、互いの方へと押し付ける。これにより、図１０（ｂ）に示すように、一方向炭素繊維シート１Ｂａは、その炭素繊維がストランドシート１Ａの各線材２、２間に押入され、場合によっては、ストランドシートの他側の面にも配置される。一方、一方向炭素繊維シート１Ｂｂは、メッシュ状支持体３のために、その炭素繊維がストランドシート１Ａの各線材２、２間に押入されるのが抑制される。そのために、一方向炭素繊維シート１Ｂｂとストランドシート１Ａとの間におけるストランドシートの各線材２、２間には、僅かな隙間（ｖ）が形成される。この隙間（ｖ）は、樹脂の通路として機能し、ＶａＲＴＭ成型時の樹脂注入に際して樹脂の流れを良くする作用をなす。

図１０（ａ）、（ｂ）に示す例において、一方向炭素繊維シート１Ｂｂは線材固定材３としてメッシュ状支持体を使用するものとして説明したが、勿論、少なくとも一方向炭素繊維シート１Ｂｂに対しては、横糸５のみを使用した線材固定材であっても良く、また、この横糸５を一方向炭素繊維シート１Ｂｂに直交して所定間隔にて編み込み或いは織り込んだものであっても良い。勿論、この場合にも、図１０（ｂ）に示すように、一方向炭素繊維シート１Ｂｂとストランドシート１Ａとの間におけるストランドシートの各線材２、２間には、僅かな隙間（ｖ）が形成される。また、一方向炭素繊維シート１Ｂａには、線材固定材３を使用しなくても良い。

更に、他の例としては、一方向炭素繊維シート１Ｂとして、図２（ｂ）に示すように、所定本数の炭素繊維ｆをカバー糸６で収束した炭素繊維束Ｆを一方向に引き揃えて作製したものを使用した場合には、炭素繊維束Ｆがストランドシート１Ａの各線材２、２間に挿入され難く、必然的に、図１０（ｂ）に示すような僅かの空隙（ｖ）がストランドシート１Ａの各線材２、２間に形成されることとなる。この隙間（ｖ）は、上述のように、ＶａＲＴＭ成型時の樹脂注入に際して樹脂の流れを良くする作用をなす。

上記実施例、具体例の説明では、ストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂにおいて、強化繊維ｆとしては、炭素繊維を使用するものとして説明したが、炭素繊維以外にもガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；更には、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステル、高強度ポリエステルなどの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。

（ＶａＲＴＭ工法）
上述した構成のハイブリッドシート１０は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。

図１１にＶａＲＴＭ工法に使用する成型装置１００の一例の概略構成を示す。本例にて成型装置１００は、型枠（成形型）１０１にハイブリッドシート１０を入れ込み、その上に樹脂流通媒体１０２及びバキュームバッグ（フィルム）１０３がセットされる。成形型１０１に隣接して配置された樹脂注入装置１０４から、樹脂流通媒体１０２と成形型１０１との間に樹脂Ｒが注入される。また、バキュームバッグ１０３が真空引きされ、これにより、ハイブリッドシート１０に樹脂Ｒが含浸される。樹脂Ｒが含浸された炭素繊維シート１０は、成形型１０１と共に加熱装置、例えば、加熱板或いはオーブンにて加熱され、樹脂Ｒが硬化される。その後、樹脂含浸硬化されたハイブリッドシート１０は、成形型１０１から脱型されて製品（炭素繊維強化プラスチック構造物の成型体）とされる。勿論、常温硬化型の樹脂Ｒを使用した場合には、加熱装置等は不要とされる。

また、図１２には、成型装置１００の他の例の概略構成を示す。本例にて成型装置１００は、図１１に示す成型装置１００におけるフィルム１０３の代わりに上型枠１０１ｂが配置される点で異なる。つまり、本例の成型装置１００では、成形型１０１は、下型枠１０１ａと上型枠１０１ｂにて構成されるが、その他の構成及び機能は同じとされる。同じ構成及び機能を有するものには同じ参照番号を付し図１１に関連した上記説明を援用し、詳しい説明は省略する。勿論、本例においても、常温硬化型の樹脂Ｒを使用した場合には、加熱装置等は不要とされる。

このように、本発明によれば強化繊維シートであるハイブリッドシート１０を構成する、ストランドシート１Ａと一方向強化繊維シート１Ｂを所定形状にて配置し、上型枠１０１ｂ或いはフィルム１０３で密閉し、真空にしてハイブリッドシート１０に樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法による繊維強化プラスチック構造物成型方法が提供される。

ここで、ハイブリッドシート１０とされる強化繊維シートは、
（ａ）連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシート１Ａと、
（ｂ）連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シート１Ｂと、
を一体化し、ストランドシート１Ａの繊維強化プラスチック線材２の空隙（ｇ）部に一方向強化繊維シート１Ｂの少なくとも一部の強化繊維ｆが入り込んでいる。

また、注入樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓとされるＶａＲＴＭ樹脂が使用される。

なお、本実施例では、ＶａＲＴＭ用樹脂としては、エポキシ樹脂を使用したが、エポキシ樹脂の他、樹脂注入時（一例として温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓとされる、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。

このように、本発明のハイブリッドシート１０は、ストランドシート１Ａ及び一方向強化繊維シート１Ｂを積層して、一体として使用することにより、ストランドシート１Ａの少なくとも繊維強化プラスチック線材２、２間に、一方向強化繊維シート１Ｂを構成する強化繊維ｆの一部が入り込んだ強化繊維シート積層体を構成することができる。従って、本発明のハイブリッドシート１０は、その強化繊維含有量Ｖｆを、ストランドシート１Ａに比べると増大させることができる。これにより、本発明によれば、ストランドシート１ＡによるＦＲＰ構造物の成型に比べ強化繊維のＶｆ（単位断面積当たりの強化繊維の断面積比率）を高くすることができ、成型されたＦＲＰ構造物の曲げ強度の増大を図ることができる。

しかも、上述したように、斯かる構成のハイブリッドシート１０は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。

更に、一方向強化繊維シート１Ｂは柔らかく腰がないため長い成型体であるＦＲＰ構造物の成型に用いる場合、強化繊維ｆが曲がったり皺になったりする。そのため、強化繊維ｆの性能低下が危惧される。

これに対して、本発明のハイブリッドシート１０は、繊維強化プラスチック線材２が入っているため、腰があり、繊維が曲がり難く、皺にもなり難いといった特長を有しており、生産性が良く性能の発現性が良い。

実験例
本発明のＦＲＰ構造物の成型方法及びＶａＲＴＭ用強化繊維シート（ハイブリッドシート）の作用効果を立証するために、実験例１では、ハイブリッドシートの含浸性の評価を行なうための実験を行なった。また、実験例２では、本発明のハイブリッドシートが他のシートと比較して性能面で差があるのか、ＦＲＰの曲げ性能で確認した。以下に実験例１、２について説明する。

本実験例１、２で使用したストランドシート１Ａ、一方向炭素繊維シート１Ｂ、及びハイブリッドシート１０は、次のようにして作製した。本実験例１、２では、強化繊維としては炭素繊維を使用した。

（ストランドシート１Ａ）
ストランドシート１Ａは、図９（ａ）に示す構成とした。即ち、繊維強化プラスチック線材２は、強化繊維ｆとして炭素繊維を使用し、平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを５００００本収束した単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えてシート状に配列した。各線材にはエポキシ樹脂を含浸して、硬化した。線材は、ストランドシート１Ａの繊維目付が１２００ｇ／ｍ²と８００ｇ／ｍ²となるように二種類作製した。後述の表１に示すように、繊維目付が１２００ｇ／ｍ²のものは、本実施例１としてハイブリッドシート１０を作製するのに使用し、８００ｇ／ｍ²のものは比較例１として使用した。また、各繊維強化プラスチック線材２は、直径（ｄ）が１．２ｍｍの略円形断面形状とした。また、各線材２、２間には、０．２〜１．０ｍｍの空隙（ｇ）を設けた。

このシート状とされる各線材２の片面に、２軸構成のメッシュ状支持体シート３を接着した。

このようにして作製した炭素繊維シート１０は、幅（Ｗ）が２００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。

（一方向炭素繊維シート１Ｂ）
一方向炭素繊維シート１Ｂは、図９（ｂ）に示す構成とした。即ち、一方向炭素繊維シート１Ｂは、炭素繊維として平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを、収束本数２４０００本収束したＰＡＮ系炭素繊維ストランド（単繊維束）を繊維目付が４００ｇ／ｍ²となるように引き揃えてシート状に配列した。このシート状とされる単繊維束の片面に、２軸構成のメッシュ状支持体シート３を接着した。

このようにして作製した炭素繊維シート１Ｂは、幅（Ｗ）が２００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。

ハイブリッドシート１０は、図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、上記ストランドシート１Ａと一方向炭素繊維シート１Ｂとを、メッシュ状支持体シート３が接着されていない面を互いに対面させて積層し、押圧して一体としてハイブリッドシート１０を作製した。

実験例１
上記構成のハイブリッドシート１０、ストランドシート１Ａ、及び一方向炭素繊維シート１ＢをＶａＲＴＭ用成型装置を使用してＶａＲＴＭ工法により、ＦＲＰ板を作製した。

この時、表１に示すように、本実施例１としては、上記構成のハイブリッドシート１０を２枚使用し、比較例１としては上記構成のストランドシート１Ａを２枚使用し、比較例２としては上記構成の一方向炭素繊維シート１Ｂを６枚使用した。それにより、本実施例１、比較例１、２の試料は全て２４００ｇ／ｍ²のトータル目付けとなった。

本実験にて使用した成型装置１００は、図１１を参照して説明したＶａＲＴＭ工法を実施する装置とされ、型枠（成形型）１０１に本実施例１のハイブリッドシート１０を入れ込み、その上に樹脂流通媒体１０２及びバキュームバッグ１０３がセットされた。成形型１０１に隣接して配置された樹脂注入装置１０４から、樹脂流通媒体１０２と成形型１０１との間に樹脂Ｒが注入され、かつ、バキュームバッグ１０３が真空引きされた。これにより、ハイブリッドシート１０に樹脂Ｒが含浸された。樹脂Ｒが含浸された炭素繊維シート１０は、成形型１０１と共に加熱装置（オーブン）にて加熱され、樹脂Ｒが硬化された。その後、樹脂含浸硬化されたハイブリッドシート１０は、成形型１０１から脱型されて製品（炭素繊維強化プラスチック構造物の成型体）とされた。比較例１、２のそれぞれストランドシート１Ａ、一方向炭素繊維シート１Ｂも同様にして、成型装置１００にてＦＲＰ構造物（ＦＲＰ板）を作製した。

このようにして得られたＦＲＰ板は、幅２００ｍｍ×長さ２ｍとされ、厚みは、表１に示すように、本実施例１及び比較例２では２．２ｍｍ、比較例１は２．５ｍｍであった。

本実施例１、比較例１、２で使用した樹脂Ｒは、低粘度のＶａＲＴＭ用樹脂であり、ナガセケムテックス株式会社製の複合材料用エポキシ樹脂（汎用タイプ「ＸＮＲ／Ｈ６８１５」（商品名））を使用した。該樹脂の粘度は、２６０ｍＰａ・ｓ／２５℃、８０ｍＰａ・ｓ／４０℃、であった。また、型枠に注入時の粘度は、即ち、温度２５℃における樹脂粘度は、２６０ｍＰａ・ｓであった。

本実験にて上記本実施例１のハイブリッドシート１０を使用し、トータル目付２４００ｇ／ｍ²とした場合には、樹脂含浸作業が約０．５時間（総成型作業時間２．５時間）で終了し、良好な製品を得ることができた。

比較例１のストランドシート１Ａを使用して、本実施例１と同様トータル目付２４００ｇ／ｍ²の製品を作製したが、樹脂含性作業は、本実施例１のハイブリッドシート１０を使用した場合よりも早く０．２５時間（総成型作業時間２．２５時間）で終了した。

比較例２の一方向炭素繊維シート１Ｂを６枚使用して、本実施例１と同様のトータル目付２４００ｇ／ｍ²の製品を作製したが、樹脂含性作業に１．５時間（総成型作業時間３．５時間）を要した。

実験例２
本発明のＦＲＰ構造物の成型方法及び強化繊維シート（ハイブリッドシート）の作用効果を立証するために、実験例２では、ハイブリッドシートを使用した場合のＦＲＰ構造物の曲げ強度に対する評価を行なうための実験を行なった。

（試験方法）
表１に示す実験例１にて使用したと同じハイブリッドシート１０、ストランドシート１Ａ及び一方向炭素繊維シート１Ｂ、樹脂、並びに、実験装置１００を使用して、本実施例１、比較例１、２のＦＲＰ板を作製した。このＦＲＰ板を幅１０ｍｍ×長さ１２０ｍｍに切断して曲げ試験試料を作製し、ＪＩＳＫ７２０３法による３点曲げ試験を行った。試験結果を表１に示す。

実験の結果、表１にて理解されるように、本実施例１及び比較例２は、比較例１に比較して空隙が少なく、Ｖｆ（炭素繊維含有量）が高くなるためＦＲＰ板の曲げ応力が高い。一方、比較例１は、ストランドシートの線材間に隙間（ｇ）があるために、実験例１にて説明したように、樹脂含浸性は良いが、Ｖｆが他より低く、曲げ応力が低いことが分かる。

しかも、斯かる構成のハイブリッドシート１０は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。また、本発明のハイブリッドシート１０は、繊維強化プラスチック線材２が入っているため、腰があり、繊維が曲がり難く、皺にもなり難いといった特長を有しており、生産性が良く性能の発現性が良い。

１Ａストランドシート
１Ｂ一方向強化繊維シート
２繊維強化プラスチック線材
３線材固定材
４縦糸
５横糸
１０ハイブリッドシート（強化繊維シート）

Claims

強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法による繊維強化プラスチック構造物成型方法において、
前記強化繊維シートは、
（ａ）連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
（ｂ）連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙（ｇ）部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいることを特徴とする繊維強化プラスチック構造物成型方法。
前記繊維強化プラスチック線材は、直径（ｄ）が０．５〜４ｍｍの略円形断面形状とされるか、又は、前記線材の幅をｗ、厚さをｔ、断面積をＳとすると、１＜（ｗ／ｔ）≦１０、かつ、０．２ｍｍ²≦Ｓ≦１２．６ｍｍ²とされる略長円形状或いは略長方形状の扁平断面形状であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
前記一方向強化繊維シートは、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持され、前記一方向強化繊維シートの前記線材固定材側の面が、前記ストランドシートの一側の面と対向するようにして一体化されることを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
前記注入樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
前記注入樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、フェノール樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法。
強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法に使用する前記強化繊維シートであって、
（ａ）連続した複数本の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された略円形断面形状或いは扁平断面形状とされる連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、前記各線材間には０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設けて長手方向にスダレ状に引き揃えて形成されたストランドシートと、
（ｂ）連続した強化繊維を複数本、一方向に引き揃えてシート状に形成された樹脂未含浸の一方向強化繊維シートと、
を一体化し、前記ストランドシートの前記繊維強化プラスチック線材の前記空隙（ｇ）部に前記一方向強化繊維シートの少なくとも一部の強化繊維が入り込んでいることを特徴とするＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
前記繊維強化プラスチック線材は、直径（ｄ）が０．５〜４ｍｍの略円形断面形状とされるか、又は、前記線材の幅をｗ、厚さをｔ、断面積をＳとすると、１＜（ｗ／ｔ）≦１０、かつ、０．２ｍｍ²≦Ｓ≦１２．６ｍｍ²とされる略長円形状或いは略長方形状の扁平断面形状であることを特徴とする請求項６に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
前記一方向強化繊維シートは、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持され、前記一方向強化繊維シートの前記線材固定材側の面が、前記ストランドシートの一側の面と対向するようにして一体化されることを特徴とする請求項６又は７に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
前記ストランドシートと前記一方向強化繊維シートとの積層体は、少なくとも一側の面が線材固定材にて保持されて一体とされることを特徴とする請求項６又は７に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
前記線材固定材は、２軸或いは３軸に配向して形成され、表面に樹脂が被覆された糸条にて作製されたメッシュ状支持体であるか、又は、前記ストランドシートの線材及び／又は前記一方向強化繊維シートの強化繊維に直交して編み込むか、織り込むか、或いは、表面に接着又は融着される横糸であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
請求項１〜５のいずれかの項に記載の繊維強化プラスチック構造物成型方法にて成型されたことを特徴とする繊維強化プラスチック構造物。