JP2014208457A - 積層成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維補強複合材料であって、薄い繊維補強層の層間に薄い樹脂層を積層するとともに良好な強度特性を有する積層成形体の提供。
【解決手段】積層成形体１は、マトリックスとなる熱硬化性樹脂材料中に補強繊維材料が分散している厚さ２０〜８０μｍの繊維補強層ＳＲ_１〜ＳＲ_ｎを積層し、繊維補強層を積層した積層部分（例えば、上側のＳＲ_１及びＳＲ_１の積層部分）と、繊維補強層の層間に樹脂層を積層した積層部分（例えば、上側のＳＲ_２、ＴＰ_１及びＳＲ_３の積層部分）とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素繊維、ガラス繊維等の補強繊維材料と、マトリックス（母材）としてエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂材料又はポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等の熱可塑性樹脂材料とを用いた繊維補強複合材料からなる積層成形体に関するものである。

繊維補強複合材料は、補強繊維材料とマトリックスとなる材料とを組み合せたもので、軽量で剛性が高く多様な機能設計が可能な材料である。そのため、航空宇宙分野、輸送分野、土木建築分野、運動器具分野等の幅広い分野で用いられている。特に、炭素繊維、ガラス繊維といった補強繊維材料を熱硬化性樹脂材料と組み合せた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Fiber Reinforced Plastics）が主流となっている。繊維補強複合材料では、一方向に補強されたプリプレグシートを積層するとともに各層の引き揃えた方向を多方向に設定することで、多方向の強度を強化した積層成形体が用いられることが多い。

積層成形体は各層の補強方向が異なるため層間剥離が生じやすい課題がある。特に、マトリックスとして、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂材料を使用する場合、熱硬化性樹脂材料は、一般に靭性が低く、層間剥離が生じやすい課題がある。例えば、積層成形体にある衝撃荷重等が加えられた時、外観上問題ないように見えても成形体内部では層間剥離を生じ、積層成形体としての力学的特性が低下し、破壊しやすい状態になっていることも多い。

こうした積層成形体の層間剥離に対する対応策として、例えば、特許文献１では、長繊維からなる強化繊維、熱硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物に溶解しない微粒子及び熱硬化性樹脂組成物に溶解しうる樹脂を素材とする微粒子からなり、両微粒子が表面に局在化している繊維強化複合材料が記載されており、表面に局在化した両微粒子によってプリプレグのハンドリング性を維持しつつ、耐衝撃特性、層間靭性の向上を図る点が記載されている。また、強化繊維、マトリックス樹脂及び樹脂微粒子を構成要素とするプリプレグは、特許文献２においても記載されている。

一方、補強繊維束中に熱硬化性樹脂材料を含浸させた薄いプリプレグシートを積層した成形体では、従来の厚さのプリプレグシートを積層した成形体に比べ、異なった力学的特性があることがわかってきた。

例えば、薄いプリプレグシートを積層した成形体は、厚いプリプレグシートを積層した成形体に比べ、引張特性では、デラミネーション（層間剥離）の発生が抑制されるようになる（非特許文献１）。また、薄いプリプレグシートを積層した成形体に関する曲げ特性及び圧縮特性については、種々の方向に切り出した試験片の最大強度及び初期弾性率の差が少なくなり、厚いプリプレグシートを用いた場合に比べ、擬似等方性が向上していることが示されている（非特許文献２及び３）。さらに、薄いプリプレグシートを積層した成形体は、厚いプリプレグシートを用いた場合に比べ、疲労寿命が向上することもわかってきた（非特許文献４）。

衝撃特性については、厚いプリプレグシートを積層した成形体と薄いプリプレグシートを積層した成形体に対し、面外方向からの落錘衝撃荷重を与えた後の内部観察を行った結果、薄いプリプレグシートを積層した成形体においても内部の層に大きな層間剥離が生じることが観察されている（非特許文献５）。衝撃後の圧縮強度では、薄いプリプレグシートを積層した成形体は、厚いプリプレグシートを用いた場合に比べてわずかに強度の向上がみられる（非特許文献５）が、しかしながら、特許文献１等に記載されているように、各層間に微粒子が存在した層を含む成形体の衝撃特性の向上には及ばないものとなっている。

特開平７−４１５７５号公報 米国特許第５０２８４７８号明細書

笹山秀樹 外５名「多方向強化複合材料積層板の初期破損に関する層厚さの影響」、日本複合材料学会誌、３０、４（２００４）、Ｐ．１４２−１４８ 飯田直明 外６名「超薄層プリプレグシートを用いたＣＦＲＰ積層板の層厚さと積層構成が曲げ特性に及ぼす影響」、第６１回高分子学会北陸支部研究発表会要旨集、２０１２年１１月、Ｐ．１８８ 川邊和正 外３名「多方向強化複合材料積層板の圧縮特性に関する層厚さの影響」、日本複合材料学会誌、３４、５（２００８）、Ｐ．１７３−１８１ 川邊和正「開繊技術と新しいコンポジット」、繊維学会誌、６４、８（２００８）、Ｐ．２６２−２６７ H.Saito et al.,「Effect of ply-thickness on impact damage morphology in CFRP laminates」, Journal of Reinforced Plastic and Composites, 30(13), 1097-1106, (2011)

上述した特許文献１及び２に記載された方法を用いて、薄いプリプレグシート表面に微粒子を局在化させて積層した成形体を製造すれば、積層するプリプレグシートを薄くすることによる効果及び衝撃を吸収すると考えられる層間樹脂層の効果により、成形体の引張特性、疲労特性、衝撃特性等の各特性を向上させるのではないかと考えられる。

しかし、微粒子が表面に局在化した薄いプリプレグシートを積層した成形体を設計する場合、プリプレグシートの厚さが薄くなるほど樹脂層を薄くさせなければならない。そして、微粒子の粒径を小さくするとともに微量で局在化させなければならない。なぜなら、プリプレグシートを薄くすることにより繊維量も少なくなるため、繊維量の減少に合わせて樹脂層の厚さを減少させないと、補強繊維を使用することによる高強度及び高弾性といった特性が十分に発揮されなくなる。

例えば、プレプリグシートを設計する場合に、繊維が存在する繊維補強層を繊維体積含有率（Ｖｆ）約７２％で厚さ約４０μｍに設定し、その片面に厚さ約２０μｍの樹脂層が形成されるように設定する場合、得られたプリプレグシートは、厚さ約６０μｍでＶｆ約４８％となる。補強繊維の効果を十分発揮させるために、Ｖｆを５０％以上に設定する場合には樹脂層を約１７μｍ以下とする必要があり、さらにＶｆを６０％以上に設定する場合には樹脂層を約８μｍ以下にしなければならない。そして、樹脂層を２０μｍ以下にしたとき、十分な耐衝撃性の効果を得にくくなる。

２０μｍ以下、特に１０μｍ以下の熱可塑性樹脂微粒子等を含む樹脂層を安定して、かつ連続して作成することは難しい。熱可塑性樹脂微粒子等を含む樹脂層を２０μｍ以下とするためには、微粒子の粒径を小さくする必要があるが、１０μｍ以下の微粒子を量産化することは難しく、さらにその微粒子を微量で均等に分散させて層形成することも技術的に難しい。そのため、従来の積層成形体では、厚さ４０μｍ以下の薄い繊維補強層の片面に、熱可塑性樹脂微粒子を局在化させた樹脂層を有するプリプレグシート、特に、Ｖｆ５０％以上のプリプレグシートを作成することは難しく、薄い繊維補強層の層間に薄い樹脂層を有する高品質の積層成形体を成形することは困難であった。

そこで、本発明は、薄い繊維補強層を積層するとともに良好な強度特性を有する積層成形体を提供することを目的としている。

本発明に係る積層成形体は、マトリックスとなる樹脂材料の中に補強繊維材料が分散している繊維補強層を積層した積層成形体であって、前記繊維補強層は、２０〜８０μｍの厚さに設定されており、前記繊維補強層を積層した積層部分と、前記繊維補強層の層間に樹脂層を積層した積層部分とを含む。さらに、前記繊維補強層は、軸方向が異なる方向に設定されるように積層されており、設定されたすべての方向の前記繊維補強層に隣接して前記樹脂層が配置されている。さらに、前記繊維補強層は、前記補強繊維材料の軸方向が一方向である。さらに、前記積層部分は多軸補強シート材を用いて構成される。さらに、前記樹脂層の中に粉体、繊維およびフィルムの少なくとも１つが分散している。さらに、前記樹脂材料および前記樹脂層が熱硬化性樹脂材料であって、前記樹脂層の中に熱可塑性樹脂材料が分散されている。

本発明に係る積層成形体は、上記の構成を備えることで、層間剥離の発生が抑制されるとともに、耐衝撃特性及び疲労寿命が向上した良好な強度特性を有することができる。

本発明に係る実施形態である積層成形体の断面に関する模式図である。 実施例１の板状成形品の断面を撮影した写真である。 実施例１の疲労試験（最大荷重４００ＭＰａ）を行った後の試験片の断面を撮影した写真である。 実施例１の疲労試験（最大荷重５００ＭＰａ）を行った後の試験片の断面を撮影した写真である。 比較例１の疲労試験（最大荷重４００ＭＰａ）を行った後の試験片の断面を撮影した写真である。 比較例１の疲労試験（最大荷重５００ＭＰａ）を行った後の試験片の断面を撮影した写真である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態である積層成形体Ｆの断面の一部を拡大して示す模式図である。積層成形体Ｆは、マトリックスとなる樹脂材料の中に補強繊維材料を分散させたシート状の繊維補強層を複数積層するとともに、繊維補強層を積層した積層部分と、繊維補強層の層間に樹脂層を積層した積層部分とを備えている。そして、積層成形体Ｆ全体の繊維体積含有率（Ｖｆ）は、３０％〜８０％に設定しており、好ましくは５０％〜７０％、より好ましくは５５％〜６５％に設定する。Ｖｆが３０％より小さくなると、積層成形体Ｆの繊維補強効果が十分得られなくなり、８０％を超えると樹脂量が少なくなり繊維補強層の中にボイド（空隙）ができやすくなり、積層成形体Ｆの力学的特性が悪くなる。また、繊維補強層の層間に樹脂層を配置することで、耐衝撃特性等を向上させることができる。

各繊維補強層は、厚さが２０μｍ〜８０μｍで、各層の補強繊維材料の引き揃えた方向がｎ（ｎは２以上）軸方向となるように多方向に配列されて積層されている。図１では、繊維補強層ＳＲ₁〜ＳＲ_nが積層された積層体が繰り返し積層されている。各繊維補強層の軸方向は、基準の方向に対してそれぞれ
異なる角度だけずれるように設定されて、異なる軸方向となるように積層されている。そして、繊維補強層を積層した積層部分として、繊維補強層が直接積層した部分（例えば、上側のＳＲ₁及びＳＲ_２の積層部分）が形成されており、繊維補強層の層間に樹脂層を積層した積層部分として、繊維補強層、樹脂層及び繊維補強層を積層した部分（例えば、上側のＳＲ₂、ＴＰ₁及びＳＲ₃の積層部分）が形成されている。

繊維補強層の厚さを８０μｍ以下としたことで得られる積層成形体は、厚さ１２０μｍ以上の繊維補強層を積層した成形体に比べ、引張特性では、デラミネーション（層間剥離）の発生が抑制される効果を得る。また、曲げ特性及び圧縮特性については、種々の方向に切り出した試験片の最大強度及び初期弾性率の差が少なくなり、擬似等方性が向上する効果を得る。さらに、疲労寿命が向上する効果も得ることができる。

繊維補強層の厚さは薄層であるほど好ましく４０μｍ以下がより好ましい。しかし、厚さを２０μｍ以下にすることは難しい。例えば、汎用的な炭素繊維の直径は約７μｍであり、補強繊維材料に炭素繊維を使用した厚さ２０μｍ以下の繊維補強層を作成しようとした場合、厚さ方向に３本以下で炭素繊維を分散させなければならず、製造することが難しい。さらに、マトリックスとなる樹脂材料も１０μｍ以下のシート状にしなければならず、このシートの製造も難しく、連続して安定した繊維補強層を得ることが難しい。よって、繊維補強層は２０μｍ以上で作成することが品質を一定に保つことからも望ましい。

繊維補強層の補強繊維材料は、複数本の補強繊維により構成されている。補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン繊維、アロマティック・ポリアミド繊維等の繊維補強複合材料に用いられる高強度・高弾性率の無機繊維や有機繊維などが挙げられ、これらの繊維を複数組み合せてもよく、また繊度については特に限定されない。また、公知の空気開繊方法（例えば、特許第４７４０１３１号公報参照）により幅広で薄い補強繊維シートに成形されているものでもよい。補強繊維材料としては、補強繊維を経糸及び緯糸として製織した織物を用いることもできる。この場合には、補強繊維材料の軸方向は経方向及び緯方向の２つの方向となる。

繊維補強層のマトリックスとなる樹脂材料としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂材料又はポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、さらにはこれら熱可塑性樹脂を２種類以上混合してポリマーアロイとした樹脂等の熱可塑性樹脂材料が挙げられる。特に、熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂が好ましく用いられ、一般に硬化剤や硬化触媒と組み合せて用いられる。

繊維補強層は、補強繊維材料に熱硬化性樹脂材料又は熱可塑性樹脂材料を含浸させる公知のプリプレグ製造装置により製造したプリプレグシート材等を用いて製造される。また、熱可塑性樹脂材料を用いる場合、補強繊維材料をシート状となった熱可塑性樹脂材料に熱融着等により貼り合わせたシート材をプリプレグシート材として用い繊維補強層を製造することができる。プリプレグシート材を適当な長さに切断し、切断したシート材を補強繊維材料の軸方向がそれぞれ異なる方向となるように設定して積層すればよい。そして、後述するように、樹脂層を複数層おきに挿入して積層し、その積層した積層物を加熱又は加熱加圧成形することによって、積層成形体を製造することができる。

補強繊維材料にマトリックス樹脂が含浸したプリプレグシート材を用いる場合は、そのプリプレグシート材の厚みに近似した厚みが繊維補強層の厚みとなる。また、補強繊維材料にマトリックス樹脂が半含浸又は熱融着している状態のプリプレグシート材を用いる場合は、補強繊維材料にマトリックス樹脂が含浸したとしたときの厚みに近似した厚みが繊維補強層の厚みになる。

繊維補強層となるプリプレグシート材の製造として、例えば、以下のように製造される。プリプレグシート材の厚さをｔμｍに設定した時、補強繊維材料の目付けＷｆｇ／ｍ^２は、厚さｔμｍ×（設定される繊維体積含有率Ｖｆ％／１００）×補強繊維材料比重ρ_ｆで求められる。例えば、炭素繊維（比重１．８）による厚さ４０μｍ、設定される繊維体積含有率６０％のプリプレグシート材を作成したい場合、４０×（６０／１００）×１．８＝４３．２、よって目付け４３．２ｇ／ｍ^２の炭素繊維シート材を作成し、マトリックスとなる樹脂材料を含浸、又は半含浸、又は貼り付けるようにする。なお、当該樹脂材料の目付けＷｍｇ／ｍ^２は、プリプレグシート材の厚さｔμｍ×（１−（設定される繊維体積含有率Ｖｆ％／１００））×樹脂材料比重ρ_ｍで求められる。

樹脂層は、繊維補強層の層間に複数層おきに配置されている。樹脂層は、熱硬化性樹脂材料、熱可塑性樹脂材料等の樹脂材料を単独又は複数種類用いて構成される。繊維補強層のマトリックスに用いた樹脂材料と同じ樹脂を使用して形成されることが多いが、マトリックスに用いた樹脂材料とは粘度の異なる樹脂を用いてもよい。粘度の異なる樹脂を用いるとは、積層成形体に製造するとき樹脂層を形成するために、マトリックスとなる樹脂よりも粘度の高い樹脂を用いて樹脂層を形成することである。

樹脂層の厚さは２０μｍ〜８０μｍが好ましい。厚さが２０μｍ以下では樹脂層を製造することが難しく安定した樹脂層が得られない。また、樹脂層が薄くなりすぎると耐衝撃性の効果を得にくくなる。厚さが８０μｍ以上になると積層成形体の繊維体積含有率を高めることが難しくなってしまう。例えば、厚さ４０μｍ、繊維体積含有率Ｖｆ７０％の繊維補強層が積層され、５層毎に厚さ８０μｍの樹脂層を挿入するとしたときの積層成形体における全体の繊維体積含有率（Ｖｆ）は約５０％になり、積層成形体の繊維体積含有率としては好ましい値となる。

樹脂層を構成する樹脂材料中には、熱可塑性樹脂材料からなる粉体、繊維、布帛、フィルム、穴あきフィルム等の少なくとも１つを分散させたものを用いることもできる。これらの粉体、繊維、布帛、フィルム等を用いることで樹脂層が形成できやすくなる。また、熱可塑性樹脂材料により耐衝撃性の向上に対する効果が期待できる。ここで、樹脂層が形成できやすくなるとは、これらの粉体、繊維、布帛、フィルム等が存在することで積層成形体を製造する際の加熱加圧成形時に樹脂層の樹脂が過剰に流出すること等を防止でき、設計された樹脂層の厚みが得られやすいということである。

分散された熱可塑性樹脂材料の大きさは、均一に分散することができる大きさが望ましく、粉体の場合には、平均粒径が８０μｍ以下、好ましくは５〜４０μｍ程度に設定するとよい。粉体状の熱可塑性樹脂材料の代わりに繊維状の熱可塑性樹脂材料を用いる場合には、平均断面径が４０μｍ以下の短繊維又は長繊維を用いるとよい。フィルム状の熱可塑性樹脂材料の場合には、厚さ２０μｍ〜８０μｍ程度に設定するとよい。

樹脂層を構成する樹脂材料中に、金属材料からなる粉体、繊維、フィルム等の少なくとも１つを分散させることもできる。さらには、セラミックス材料からなる粉体を分散させることもできる。この場合には、樹脂層の耐熱性を向上させることが期待できる。

樹脂層内に分布する粉体、繊維等の量は設計される樹脂層の体積比に対して３０％〜７０％の量が含まれていることが好ましい。体積比が３０％未満では繊維補強層全体に分散することが難しい。また、体積比が７０％を超えると、樹脂層中のマトリックス樹脂の量が少なくなり、積層成形体Ｆを固化した場合に、層間での応力集中などにより機械的強度低下を生じやすくなる可能性がある。

厚さが２０μｍ〜８０μｍの薄い繊維補強層の各層間に樹脂層を配置する場合、積層成形体Ｆ全体のＶｆ値を３０％以上に設定するためには、各層間に配置する樹脂層の厚さを薄くする必要があるが、樹脂層全体の特性（例えば、単位面積当りの熱可塑性樹脂材料の量）を均一に保ちながら繊維補強層の厚さ以下の薄い樹脂層を安定して量産化することは、技術的に難しい。

本発明では、繊維補強層の各層間ではなく複数層おきの層間に樹脂層が配置されるので、配置する樹脂層の枚数を減少させてその分樹脂層が厚い場合でも積層成形体Ｆ全体のＶｆ値を３０％以上に設定することができる。厚さが２０μｍ〜８０μｍの薄い繊維補強層を積層して成形した積層成形体では、上述したように層間剥離が生じにくいといった特性が得られるが、本発明では、耐衝撃特性を向上させるために、薄い繊維補強層を用いるとともに複数層おきの層間に樹脂層を配置して、薄層の積層による効果と耐衝撃特性の効果を得ることができる。

図１では、積層成形体Ｆは、繊維補強層ＳＲ₁〜ＳＲ_n順次積層された積層部分を繰り返し積層し、繊維補強層の複数層おきの層間にそれぞれ樹脂層ＴＰ₁〜ＴＰ_mが一層ずつ配置して、繊維補強層を積層した積層部分及び繊維補強層の層間に樹脂層を積層した積層部分が構成されている。そして、各樹脂層は、異なる方向に設定された繊維補強層に隣接するように配置することが好ましい。図１に示す例では、繊維補強層ＳＲ₁〜ＳＲ_nが同じ順序で繰り返して積層されているので、樹脂層を（ｎ−１）層毎の層間に一層ずつ配置して繊維補強層の繰り返し順序において１つずつずれた位置となるようにしている。そのため、各樹脂層がそれぞれ軸方向が異なる方向に設定された繊維補強層に隣接して配置されるようになる。なお、樹脂層を（ｎ＋１）層毎の層間に一層ずつ配置して、各樹脂層がそれぞれ軸方向が異なる方向に設定された繊維補強層に隣設して配置されるようにしても良い。

このように、軸方向が異なる方向に設定された繊維補強層に隣接して樹脂層を配置することで、多方向の繊維補強層に対して衝撃が加えられた場合にそれぞれの方向について樹脂層が緩和作用を発揮するようになり、より耐衝撃特性の向上を図ることができると考えられる。

なお、樹脂層は、軸方向が異なる方向に設定された繊維補強層に隣接するように配置されていればよく、繊維補強層の複数層おきにランダムに配置するようにすることもできる。また、すべての方向の繊維補強層に隣接して樹脂層が配置されている場合には、樹脂層をさらに追加して同じ方向の繊維補強層に隣接して配置することもできる。そして、積層する繊維補強層の枚数が少ない場合には、一部の方向の繊維補強層にだけ隣接配置して耐衝撃特性を高めるようにすることもでき、同一方向の繊維補強層に隣接配置させるようにしてもよい。また、積層成形体は、繊維補強層及び樹脂層の積層順序が積層方向の中心から対称となるように設定することで、厚さ方向の対称性をもつことができる。

積層成形体に関して、例えば、積層構成を［４５／０／−４５／９０］_６Ｓとして、繊維補強層２層または３層毎に樹脂層を配置する積層成形体とするとき、積層構成は、４５／０／樹脂層／−４５／９０／４５／樹脂層／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／樹脂層／９０／４５／０／/樹脂層／−４５／９０／４５／樹脂層／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／樹脂層／９０／９０／樹脂層／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／樹脂層／４５／９０／−４５樹脂層／０／４５／９０／樹脂層／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／樹脂層／４５／９０／−４５／樹脂層／０／４５、となる。この積層では、繊維補強層が４８層で、樹脂層が１６層で構成されており、４５°と０°、０°と−４５°、−４５°と９０°、及び９０°と４５°のそれぞれの繊維補強層の層間に、４箇所ずつ樹脂
層が配置されている。

また、別の積層構成では、例えば、積層構成を［４５／０／−４５／９０］_６Ｓとして、繊維補強層４層おきに樹脂層を配置し中央層の９０°層同士の積層部分には樹脂層を配置しない積層成形体とするとき、積層構成は、４５／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／９０／樹脂層／・・・・・／４５／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／９０／９０／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／４５／・・・・／樹脂層／９０／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／４５、となる。この積層では、繊維補強層が４８層で、樹脂層が９０°と４５°の層間のみ配置され、計１０層から構成される。

さらに、別の積層構成では、例えば、積層構成を［（４５／０／−４５／９０］_Ｓ］_６として、繊維補強層８層おきに樹脂層を配置する積層成形体とするとき、積層構成は、４５／０／−４５／９０／９０／−４５／０／４５／樹脂層／４５／０／−４５／９０／９０／−４５／０／４５／樹脂層／・・・・／樹脂層／４５／０／−４５／９０／９０／−４５／０／４５／樹脂層／４５／０／−４５／９０／９０／−４５／０／４５、となる。この積層では、繊維補強層が４８層で、樹脂層が４５°と４５°の層間のみ配置され、計５層から構成される。この場合、厚さ方向に対称積層された積層物を複数積層する際、その層間に樹脂層を形成するものである。

樹脂層の製造方法としては、例えば、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂材料の場合、同じ熱硬化性樹脂材料を用い、当該熱硬化性樹脂材料が液状にあるときに繊維状又は粒子状の熱可塑性樹脂材料、または金属材料、またはセラミックス材料等が一様に分布するように混合しておき、混合物を繊維補強層となるプレプリグシート材上にシート状に均一に延ばして形成することができる。そして、樹脂層が形成されたプレプリグシート材を複数層おきに積層することで、積層された繊維補強層に対して複数層おきに層間に樹脂層が配置された積層成形体を得ることができる。

また、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂材料の場合における樹脂層の別の製造方法としては、マトリックス樹脂と同じ熱硬化性樹脂材料を用い、当該熱硬化性樹脂材料が液状にあるときに熱可塑性樹脂材料、または金属材料、またはセラミックス材料等を混合した混合物を離型紙上にシート状に均一に延ばして作成した樹脂シート材を用いて製造することができる。樹脂シート材は、離型紙を外して繊維補強層の間に配置すればよい。この場合には、繊維補強層となるプリプレグシート材を所定枚数積層し、複数層おきに樹脂シート材を挿入すれば、積層成形体を得ることができる。

さらに、熱可塑性樹脂材料、または金属材料、またはセラミックス材料等の粒子等を混合した樹脂シート材を繊維補強層となるプリプレグシート材上に連続して加熱、または加熱加圧して貼り合わせ、樹脂層を片面又は両面に付着させたプリプレグシート材を作成する。そして、プリプレグシート材と樹脂層が付着したプリプレグシート材を用いて、複数層おきに樹脂層が形成される積層成形体を得る方法もある。

マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂材料であるときの樹脂層の製造方法としては、例えば、ある温度での粘度がマトリックス樹脂より高い熱可塑性樹脂材料のフィルムを用いて、繊維補強層となるプリプレグシート材を複数積層した後、当該フィルムを積層することによって、樹脂層を形成することができる。

また、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂材料であるときの樹脂層の別の製造方法として、マトリックス樹脂と同じ熱可塑性樹脂に金属材料、セラミックス材料等からなる粒子を混合したフィルムを作成して、繊維補強層となるプリプレグシート材を複数積層した後、当該フィルムを積層することによって、樹脂層を形成することができる。

さらには、補強繊維束をシート状に並べた補強繊維シート材及び穴あき樹脂シート材を適宜積層した後、液状の熱硬化性樹脂材料を全体に流入させて満遍なく含浸させることで、薄層の繊維補強層が積層された部分と複数層毎に樹脂層が積層された積層成形体を得ることもできる。この場合には、熱硬化性樹脂材料を効率よく含浸させるために、積層したものを密閉容器内に収容して容器内の空気を排出しながら熱硬化性樹脂材料を含浸させるようにしてもよい。

積層された複数の繊維補強層には、補強繊維束をシート状に並べた補強繊維シート材を適宜積層したシート材、例えば、補強繊維シート材を多軸に積層した後、ステッチ糸を用いて一体化させた多軸補強シート材を用いる構成することができる。多軸補強シート材としては、例えば、０度及び９０度の方向若しくは＋４５度及び−４５度の方向に補強繊維シート材を積層しステッチ糸を用いて一体化させた二軸補強シート材、または、＋４５度、０度、−４５度及び９０度の方向に補強繊維シート材を積層しステッチ糸を用いて一体化させた四軸補強シート材などが挙げられる。

また、多軸補強シート材として、０度と９０度と＋４５度の方向、９０度と＋４５度と−４５度の方向、＋４５度と−４５度と０度の方向、または、−４５度と０度と９０度の方向に積層しステッチ糸を用いて一体化させた三軸補強シート材が挙げられる。こうした軸方向の異なる4種類の三軸補強シート材を用いて積層する場合、すべての種類の三軸補強シート材を積層して層間に樹脂層となる穴あきの熱可塑性樹脂フィルムなどを配置した状態で、液状の熱硬化性樹脂を全体に流入させて含浸硬化させた積層成形体を得る。得られた積層成形体は、熱可塑性樹脂フィルムに隣接配置された補強繊維シート材の軸方向がすべての方向に設定されるようになるため、設定されたすべての方向の繊維補強層に隣接して樹脂層を配置した積層成形体を容易に得ることができる。

したがって、積層された複数の繊維補強層に多軸補強シート材を用いることで、積層成形体を効率よく製造することができるようになる。

上述した構成を備える薄層の積層成形体は、他の成形体と合体した複合成形体とすることもできる。例えば、一対の種々の方向に繊維を配向させた積層成形体を用いて、従来の厚さの繊維補強層を積層した厚層の積層成形体を間に挟むようにして複合成形体を製造することもできる。この場合には、薄層の積層成形体を厚さ方向に対称となるように両側に配置することで、両側の表層における薄層の繊維補強層が擬似等方に積層されるので、厚層の繊維補強層に比べて曲げ特性や圧縮特性といった強度特性を向上させることができる。また、内部に厚層の繊維補強層を用いることで、薄層の繊維補強層のみを用いる場合に比べて積層成形体全体の積層枚数を減らすことができる。厚層の積層成形体の代わりに、樹脂シート材やハニカム構造材を用いることもでき、用途に合わせて様々な成形体を構成することができる。このように、成形体の一部に本発明に係る積層成形体を用いることで、層間剥離の抑止、耐衝撃特性といった強度特性を向上させることが可能となる。

［実施例１］ 以下の材料を用いて、薄層の積層成形体を作成して、引張試験及び疲労試験を行った。＜使用材料＞（補強繊維材料に使用した繊維）東レ株式会社製；Ｔ８００ＳＣ−２４Ｋ、繊維本数２４０００本、繊維目付け１．０３ｇ／ｍ（マトリックスとなる熱硬化性樹脂材料）エポキシ樹脂主剤 ｊＥＲ８２８：ｊＥＲ１００１＝４：６（重量比）（両主剤とも三菱樹脂（株）製）硬化剤 ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ−１５、三菱樹脂（株）製）硬化促進剤 ＤＣＭＵ（ＤＣＭＵ−９９、保土谷化学工業（株）製）（熱可塑性樹脂材料からなる樹脂粉体）東レ株式会社製；ＳＰ−５００、ナイロン１２パウダー、平均粒径５μｍ

＜積層成形体の積層＞（１）エポキシ樹脂主剤としてｊＥＲ８２８とｊＥＲ１００１を重量比で４対６の割合で混錬したところに、硬化剤及び硬化促進剤を重量比にて主剤１００部に対しそれぞれ８部及び３部を加えて混錬し、エポキシ樹脂を得た。（２）樹脂コーティング装置（（株）ヒラノテクシード製）にて、工程（１）で作成したエポキシ樹脂を離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量１３ｇ／ｍ^２にて連続塗布して、エポキシ樹脂シートを作成した。（３）補強繊維束を幅方向に２０ｍｍ間隔で１６本並べ、空気開繊法（特許第４７４０１３１号公報参照）により開繊する開繊装置（（株）ホクシン製）にて各繊維束を幅２０ｍｍに開繊し、補強繊維が全体にほぼ均一の厚みで分散した幅３２０ｍｍの開繊糸シートを作成した。開繊糸シートの繊維目付は５１．５ｇ／ｍ^２となる。（４）開繊糸シートをプリプレグシート製造装置（（株）笠松化工研究所製）に連続導入し、工程（２）で作成したエポキシ樹脂シートと重ね合せて開繊糸シート中にエポキシ樹脂を含浸させ、幅約３２０ｍｍで樹脂重量率（Ｗｍ）約２０％のプリプレグシートを作成した。作成されたプリプレグシートは、使用した開繊糸シート及びエポキシ樹脂シートに基づいて計算すれば、厚さ約４０μｍで、繊維体積含有率（Ｖｆ）約７２．５％となる。（５）工程（１）で作成したエポキシ樹脂に樹脂粉体ＳＰ−５００を重量比で７対３の割合で混錬した樹脂粉体入りエポキシ樹脂を作成した。（６）工程（２）と同様の樹脂コーティング装置にて、工程（５）で作成した樹脂粉体入りエポキシ樹脂を離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量４５ｇ／ｍ^２にて連続塗布して、樹脂粉体入りエポキシ樹脂シートを作成した。（７）工程（４）で作成したプリプレグシートの片面に工程（６）で作成した樹脂粉体入りエポキシ樹脂シートを重ね合わせ、プリプレグシート片面に熱可塑性樹脂材料からなる粉体が分散した樹脂層を形成し、樹脂層及びプリプレグシートを有する複合シートを作成した。複合シートは、計算上、厚さ約４０μｍのプリプレグシート片面に厚さ約４０μｍの樹脂層が形成されたものとなった。（８）工程（４）で得られたプリプレグシート及び工程（７）で得られた複合シートを適宜切断して、積層することで積層成形体を作成した。積層する場合、繊維補強層となるプリプレグシートは、基準方向に対して補強繊維の軸方向が４５°、０°、−４５°、９０°の角度となるように４方向に設定して重ね合せた。そして、重ね合せたプリプレグシートの間に適宜複合シートを挿入し、繊維補強層の２層又は３層おきに樹脂層が積層されるようにした。 得られた積層物は、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_６Ｓであり、樹脂層の配置は以下の通りである。積層構成は、４５／０／樹脂層／−４５／９０／４５／樹脂層／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／樹脂層／９０／４５／０／樹脂層／−４５／９０／４５／樹脂層／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／樹脂層／９０／９０／樹脂層／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／樹脂層／４５／９０／−４５／樹脂層／０／４５／９０／樹脂層／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／樹脂層／４５／９０／−４５／樹脂層／０／４５、とした。積層物は、繊維補強層が４８層で、樹脂層が１６層で構成されており、４５°と０°、０°と−４５°、−４５°と９０°、及び９０°と４５°のそれぞれの繊維補強層の層間に、４箇所ずつ樹脂層が配置されている。したがって、異なる方向に設定されたすべての繊維補強層に隣接して樹脂層が配置された構成となっている。 得られた積層物を成形固化した場合、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）は約５４％となる。

＜積層成形体の成形固化＞（１）得られた積層物を、オートクレーブ装置（（株）芦田製作所製）にて、１３０℃で２時間加熱処理し、内部に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。（２）得られた板状成形品は、厚さは２．５４ｍｍであった。図２は、板状成形品を積層方向に沿って切断した断面をマイクロスコープ装置（ＳＯＮＩＣ製）により撮影した写真である。写真では、樹脂層の部分が黒い層として表出しており、樹脂層の間に白く
表出する繊維補強層が２層又は３層ずつ積層されている。各層は、それぞれほぼ均一な厚さに形成されて積層されていることがわかる。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 繊維補強層の厚さは、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した。具体的には、積層方向（厚さ方向）に１０本の測定ラインを設定し、各測定ラインを所定間隔（図２の写真では１０ｍｍ間隔）を空けて配置した。そして、各繊維補強層の両側の境界面と測定ラインとが交差する点の間の長さを測定し、１０本の測定ラインの測定値の平均値を各繊維補強層の厚さとした。なお、繊維補強層から補強繊維が分離して樹脂層内に含まれている場合には、繊維補強層から補強繊維の径以上分離しているものを除いて繊維補強層の境界面を設定した。図２の場合には、各繊維補強層の平均厚さは、約４０μｍであった。

＜引張試験及びその試験結果＞（１）得られた板状成形品を、幅２０ｍｍ×長さ２５０ｍｍの短冊形状に切断して作成した試験片を用いて、引張試験を行った。引張試験には、万能材料試験機ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ（ロードセル１０トン；（株）島津製作所製）を用い、ひずみはゲージ長さ１００ｍｍのエムティエスジャパン（株）製軸伸び計を用いて計測した。引張試験において、試験片にＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサを上下２個取り付け、破損に伴い圧電素子から出力されるＡＥ信号を計測することで初期破損応力及び層間剥離を測定した。ＡＥセンサは、共振周波数１５０ｋＨｚのセンサ（日本フィジカルアコースティック（株）製）を用いた。ＡＥセンサから検出されたＡＥ信号は、プリアンプ（２０ｄＢに設定）及びバンドパスフィルタ（１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）で処理した。そして、大振幅のＡＥ信号が測定されて大きなエネルギー解放が検出された時点を層間剥離が発生した時点とした。（２）引張試験の結果、破断応力が約１０５８ＭＰａ、破断ひずみが約２．０２％、初期弾性率が約５０ＧＰａであった。そして、層間剥離は、ひずみが約１．８％の時点で発生した。

＜疲労試験及びその試験結果＞（１）得られた板状成形品に疲労試験用のタブ材として、ガラス繊維強化複合材料の板材を接着し、所定の大きさ（幅２０ｍｍ×長さ２００ｍｍ）に切断した試験片を用いて疲労試験を行った。 疲労試験には、サーボパルサＥＨＦ−１００ｋＮ（（株）島津製作所製）を使用した。試験条件は、応力制御による引張り−引張り疲労とし、ゲージ長さ１００ｍｍ、入力波形は、応力比Ｒ：１／１０の正弦波、周波数ｆ：５Ｈｚとした。印加する最大荷重（歪み）は、４００ＭＰａ（約０．８％）と５００ＭＰａ（約１％）の２種類について実験を行った。そして、サイクル回数が１０^６回（１００万回）に達した時に疲労試験を終了し、試験終了後の試験片を積層方向に沿って切断した断面を光学顕微鏡を用いて観察した。（２）図３及び図４は、それぞれ４００ＭＰａ及び５００ＭＰａの場合における断面を撮影した写真である。図３に示すように、最大荷重が４００ＭＰａの場合には、疲労試験による内部の損傷は全くなく、健全な状態であることが観察された。また、図４に示すように、最大荷重が５００ＭＰａの場合には、疲労試験の結果、試験片の外側の層において層間剥離が生じていることが観察された。なお、観察された層間剥離の開口量はわずかであった。

［実施例２］ 実施例１と同様の材料を使用して、薄層の積層成形体を作成してＣＡＩ試験（衝撃後圧縮試験）を行った。

＜積層成形体の積層＞（１）実施例１の工程（１）から（７）と同様に、幅約３２０ｍｍ、樹脂重量率（Ｗｍ）約２０％のプリプレグシートを作成するとともに、プリプレグシートの片面に熱可塑性樹脂材料からなる樹脂粉体が分散した樹脂層が形成された複合シートを作成した。作成されたプレプリグシートの厚さは約４０μｍで、複合シートは、厚さが約８０μｍであった。また、複合シートの樹脂層の厚さは約４０μｍであった。（２）得られたプリプレグシート及び複合シートを使用して、実施例１の工程（８）と同様に、積層された繊維補強層の２層又は３層おきに樹脂層が形成されるように両シートを重ね合せて、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_１２Ｓの積層成形体を作成した。作成された積層物は、薄層の繊維補強層が９６層で、樹脂層が３２層から構成され、４５°と０°、０°と−４５°、−４５°と９０°、及び９０°と４５°のそれぞれの繊維補強層の層間に、８箇所ずつ樹脂層が配置されている。積層物を成形固化した成形品は、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）が約５４％となる。

＜積層成形体の成形固化＞ 実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが４．９８ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の平均厚さは約３９μｍであった。

＜ＣＡＩ試験及びその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作成された縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍの試験片を用いて、ＣＡＩ試験を行った。ＣＡＩ試験では、まず、落錘衝撃試験機（落錘グラフィックインパクトテスタＢ型；（株）東洋精機製作所製）を使用し、５．４ｋｇの落錘を高さ約６３ｃｍから自由落下させ、エネルギー値約６．７Ｊ／ｍｍの衝撃を試験片に対して積層方向に加えた。衝撃試験後の試験片に対し、超音波探傷装置（ＡＴ−３０００；日立建機（株）製）にて内部観察を行った結果、大きな層間剥離は観察されなかった。つまり、樹脂層の部分だけではなく、繊維補強層を積層した部分においても衝撃荷重に対する大きな層間剥離を生じていないことを見出した。衝撃試験を行った試験片に対して、万能材料試験機ＵＨ−Ｆ１０００ｋＮＩ（ロードセル１００トン；（株）島津製作所製）を使用して、圧縮試験を行った。圧縮試験の結果、破断応力は、約３２７ＭＰａであった。

［実施例３］ 実施例１と同様の材料を使用して、薄層の積層成形体を作成し、積層成形体ＣＡＩ試験（衝撃後圧縮試験）を行った。

＜積層成形体の積層＞（１）実施例１の工程（１）から（４）と同様に、幅約３２０ｍｍ、樹脂重量率（Ｗｍ）約２０％のプリプレグシートを作成した。（２）実施例１の工程（５）で作成した樹脂粉体入りエポキシ樹脂を、実施例１の工程（２）と同様の樹脂コーティング装置にて、離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量３３ｇ／ｍ^２にて連続塗布して、樹脂粉体入りエポキシ樹脂シートを作成した。（３）工程（１）で作成したプリプレグシートの片面に工程（２）で作成した樹脂粉体入りエポキシ樹脂シートを重ね合わせ、プリプレグシート片面に熱可塑性樹脂材料からなる粉体が分散した樹脂層を形成し、樹脂層及びプリプレグシートを有する複合シートを作成した。複合シートは、計算上、厚さ約４０μｍのプリプレグシート片面に厚さ約２９μｍの樹脂層が形成されたものとなった。（４）工程（１）で得られたプリプレグシート及び工程（３）で得られた複合シートを使用して、実施例１の工程（８）と同様に、積層された繊維補強層の２層又は５層又は６層おきに樹脂層が形成されるように両シートを重ね合せて、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_１５Ｓの積層物を作成した。樹脂層の配置は以下の通りである。積層構成は、４５／０／樹脂層／−４５／９０／４５／０／−４５／樹脂層／９０／４５／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／９０／４５／樹脂層／０／−４５／９０／・・・・／４５／樹脂層／０／−４５／９０／９０／−４５／０／樹脂層／４５／・・・・／９０／−４５／０／樹脂層／４５／９０／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／４５／９０／樹脂層／−４５／０／４５／９０／−４５／樹脂層／０／４５、である。作成された積層成形体は、薄層の繊維補強層が１２０層で、樹脂層が２４層で構成されており、４５°と０°、０°と−４５°、−４５°と９０°、及び９０°と４５°のそれぞれの繊維補強層の層間に、６箇所ずつ樹脂層が配置されている。したがって、異なる方向に設定されたすべての繊維補強層に隣接して樹脂層が配置された構成となっている。得られた積層物を成形固化した場合、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）は約６３％となる。

＜積層成形体の成形固化＞ 実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが約５．４ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の厚さは、約３９μｍであった。

＜ＣＡＩ試験及びその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作成された縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍの試験片を用いて、ＣＡＩ試験を行った。ＣＡＩ試験では、まず、実施例２と同様の衝撃試験機を使用し、５．４ｋｇの落錘を高さ約６８ｃｍから自由落下させ、エネルギー値約６．７Ｊ／ｍｍの衝撃を試験片に対して積層方向に加えた。衝撃試験を行った試験片に対して、実施例２と同様の圧縮試験を行った。圧縮試験の結果、破断応力は、約３６７ＭＰａであった。

［実施例４］ 実施例１と同様の材料を使用して、薄層の積層成形体を作成し、積層成形体ＣＡＩ試験（衝撃後圧縮試験）を行った。

＜積層成形体の積層＞（１）実施例１の工程（１）から（７）と同様に、幅約３２０ｍｍ、樹脂重量率（Ｗｍ）約２０％のプリプレグシートを作成するとともに、プリプレグシートの片面に熱可塑性樹脂材料からなる樹脂粉体が分散した樹脂層が形成された複合シートを作成した。作成されたプレプリグシートの厚さは約４０μｍで、複合シートは、厚さが約８０μｍであった。また、複合シートの樹脂層の厚さは約４０μｍであった。（２）得られたプリプレグシート及び複合シートを使用して、実施例１の工程（８）と同様に、積層された繊維補強層の４層おきに樹脂層が形成されるように両シートを重ね合せて、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_１２Ｓの積層物を作成した。中央部分の繊維補強層において、９０°方向に２層が重なる層間には樹脂層を配置しなかった。樹脂層の配置は以下の通りである。積層構成は、４５／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／９０／樹脂層／・・・・／４５／０／−４５／９０／樹脂層／４５／０／−４５／９０／９０／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／４５／・・・・／樹脂層／９０／−４５／０／４５／樹脂層／９０／−４５／０／４５、である。作成された積層成形体は、薄層の繊維補強層が９６層で、樹脂層が９０°と４５°の層間のみ配置され、計２２層から構成されている。積層物を成形固化した成形品は、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）が約５９％となる。

＜積層成形体の成形固化＞ 実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが４．６２ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の厚さは、平均約３９μｍであった。

＜ＣＡＩ試験及びその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作成された縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍの試験片を用いて、ＣＡＩ試験を行った。ＣＡＩ試験では、まず、実施例２と同様の衝撃試験機を使用し、５．４ｋｇの落錘を高さ約５８ｃｍから自由落下させ、エネルギー値約６．７Ｊ／ｍｍの衝撃を試験片に対して積層方向に加えた。衝撃試験を行った試験片に対して、実施例２と同様の圧縮試験を行った。圧縮試験の結果、破断応力は、約２３９ＭＰａであった。

［比較例１］ 実施例と同様の材料を使用して積層成形体を作成して引張試験と疲労試験を
行った。

＜積層成形体の積層＞（１）実施例１の工程（１）及び（２）と同様に、エポキシ樹脂を離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量２０ｇ／ｍ^２にて連続塗布して、エポキシ樹脂シートを作成した。（２）補強繊維束を幅３２０ｍｍの間にほぼ等間隔で４８本並べたシート状態（シート繊維目付け約１５５ｇ／ｍ^２）で、プリプレグシート製造装置に連続して導入し、工程（１）で作成したエポキシ樹脂シートを上下から重ね合わせて補強繊維束中にエポキシ樹脂を含浸させ、幅約３２０ｍｍ、樹脂重量率（Ｗｍ）約２０％の厚いプリプレグシートを作成した。作成されたプリプレグシートは、計算上、厚さ約１２０μｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）約７２％となる。（３）実施例１の工程（５）及び（６）と同様に、樹脂粉体入りエポキシ樹脂を離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量４５ｇ／ｍ^２にて連続塗布して、樹脂粉体入りエポキシ樹脂シートを作成した。（４）工程（２）で作成したプリプレグシートの片面に工程（３）で作成した樹脂粉体入りエポキシ樹脂シートを重ね合わせ、プリプレグシート片面に熱可塑性樹脂材料からなる粉体が分散した樹脂層を形成し、樹脂層及びプリプレグシートを有する複合シートを作成した。複合シートは、計算上、厚さ約１２０μｍのプリプレグシート片面に厚さ約４０μｍの樹脂層が形成されたものとなった。（５）工程（２）で作成されたプリプレグシートと工程（４）で作成された複合シートを使用して、繊維補強層の各層間に樹脂層が形成されるように重ね合せ、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_２Ｓの積層物を作成した。なお、中央部分の繊維補強層が９０°方向に２層重なる層間には、樹脂層は配置しなかった。得られた積層物を成形固化した成形品は、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）は約５４％となる。

＜積層成形体の成形固化＞ 実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが２．４７ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の厚さは、平均約１１９μｍであった。

＜引張試験及びその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作製された幅２０ｍｍ×長さ２５０ｍｍの短冊形状の試験片を用いて、実施例１と同様の引張試験を行った。引張試験の結果、破断応力が約９５０ＭＰａ、破断ひずみが約１．８７％、初期弾性率が約４９ＧＰａであった。そして、層間剥離は、ひずみ約０．９％の時点で発生した。

＜疲労試験及びその試験結果＞（１）実施例１と同様に、得られた板状成形品から疲労試験用の試験片を作成し、実施例１と同様の試験機を用いて、同様の試験条件で疲労試験を行った。そして、サイクル回数が１０^６回（１００万回）に達した時に疲労試験を終了し、試験終了後の試験片を積層方向とに沿って切断した断面を光学顕微鏡を用いて観察した。（２）図５及び図６は、それぞれ４００ＭＰａ及び５００ＭＰａの場合における断面を撮影した写真である。図５に示すように、最大荷重が４００ＭＰａの場合には、疲労試験の結果、中央部分に層間剥離が生じていることが観察された。また、図６に示すように、最大荷重が５００ＭＰａの場合には、疲労試験の結果、中央部分に大きな層間剥離が生じており、両側の表層周辺においても剥離が観察された。

［比較例２］ 実施例１と同様の材料を使用して積層成形体を作成してＣＡＩ試験を行った。

＜積層成形体の製造＞（１）比較例１の工程（１）から（４）と同様に、厚いプリプレグシート及び厚い複合シートを作成した。（２）作成されたプリプレグシートと複合シートを使用して、比較例１の工程（５）と同様に、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_４Ｓの積層物を作成した。得られた積層物を成形固化した成形品は、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）は約５４％となる。（３）実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが５．２２ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の厚さは、平均約１１９μｍであった。

＜ＣＡＩ試験及びその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作成された縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍの試験片を用いて、実施例２と同様に、衝撃試験を行った。衝撃試験では、５．４ｋｇの落錘を高さ約６５ｃｍから落下させ、エネルギー値約６．７Ｊ／ｍｍの衝撃を試験片に積層方向から加えた。その後、実施例２と同様に、圧縮試験を行った。圧縮試験の結果、破断応力は、約３２０ＭＰａであった。

［比較例３］ 実施例１と同様の材料を使用して積層成形体を作成してＣＡＩ試験を行った。

＜積層成形体の製造＞（１）比較例１の工程（１）と同様に、エポキシ樹脂を離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量３０ｇ／ｍ^２にて連続塗布し、エポキシ樹脂シートを作成した。（２）比較例１の工程（２）と同様に、補強繊維束を幅３２０ｍｍの間にほぼ等間隔で４０本並べたシート状態（シート繊維目付け約１２９ｇ／ｍ^２）で、プリプレグシート製造装置に連続導入し、工程（１）で作成したエポキシ樹脂シートを上下から重ね合わせて補強繊維束中にエポキシ樹脂を含浸させて、幅約３２０ｍｍ、樹脂重量率（Ｗｍ）約３２％の厚いプリプレグシートを作成した。なお、作成されたプリプレグシートは、計算上、厚さ約１２０μｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）約５９％となる。（３）作成されたプリプレグシートを使用して、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_４Ｓの積層物を作成した。得られた積層物を成形固化した成形品は、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）約５９％となる。（４）実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが３．９２ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の厚さは、平均約１２２μｍであった。

＜ＣＡＩ試験とその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作成された縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍの試験片を用いて、実施例２と同様に、衝撃試験を行った。衝撃試験では、５．４ｋｇの落錘を高さ約５０ｃｍから落下させ、エネルギー値約６．７Ｊ／ｍｍの衝撃を試験片に積層方向から加えた。その後、実施例２と同様に、圧縮試験を行った。圧縮試験の結果、破断応力は、約１７１ＭＰａであった。

［比較例４］ 実施例１と同様の材料を使用して積層成形体を作成してＣＡＩ試験を行った。

＜積層成形体の製造＞（１）比較例１の工程（１）と同様に、エポキシ樹脂を離型紙上に幅３４０ｍｍ、塗布量２０ｇ／ｍ^２にて連続塗布し、エポキシ樹脂シートを作成した。（２）実施例１の工程（３）と同様に、補強繊維束を幅方向に２４ｍｍ間隔で１３本並べ、各補強繊維束を開繊させた幅約３２０ｍｍの開繊糸シートを作成した。開繊糸シートの繊維目付けは約４３ｇ／ｍ^２である。（３）実施例１の工程（４）と同様に、開繊糸シートをプリプレグシート製造装置に連続導入し、工程（１）で作成したエポキシ樹脂シートと重ね合わせて、開繊糸シート中にエポキシ樹脂を含浸させた幅約３２０ｍｍ、樹脂含有率（Ｗｍ）約３２％のプリプレグシートを作成した。作成されたプリプレグシートは、計算上、厚さ約４０μｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）約５９％となる。（４）作成されたプリプレグシートを使用して、積層構成が［４５／０／−４５／９０］_１２Ｓの積層物を作成した。得られた積層物を成形固化した成形品は、計算上、繊維体積含有率（Ｖｆ）約５９％となる。（５）実施例１の工程（９）と同様に、積層物に含まれるエポキシ樹脂を硬化させて、幅３２０ｍｍ×長さ３２０ｍｍの板状成形品を作成した。得られた板状成形品は、厚さが３．９４ｍｍであった。

＜繊維補強層の厚さの測定＞ 実施例１と同様に、板状成形品の積層方向の断面を撮影した写真を用いて測定した結果、繊維補強層の厚さは、平均約４１μｍであった。

＜ＣＡＩ試験とその試験結果＞ 得られた板状成形品を切断して作成された縦１００ｍｍ×横１５０ｍｍの試験片を用いて、実施例２と同様に、衝撃試験を行った。衝撃試験では、５．４ｋｇの落錘を高さ約５０ｃｍから落下させ、エネルギー値約６．７Ｊ／ｍｍの衝撃を試験片に積層方向から加えた。その後、実施例２と同様に、圧縮試験を行った。圧縮試験の結果、破断応力は、約１８２ＭＰａであった。

［実施例と比較例との対比］ 実施例１と比較例１とを対比した場合、比較例１では、繊維補強層の厚さが１２０μｍと厚層であるため、引張試験においてひずみ約０．９％と早い段階から層間剥離が生じているのに対し、実施例１では、引張試験においてひずみ約１．８％で層間剥離が生じるようになっており、薄層の繊維補強層では層間剥離が抑止されることがわかる。また、疲労試験についても、比較例１よりも実施例１のほうが疲労寿命が長くなって良好な結果が得られている。

実施例２、３と比較例２、３、４とを対比した場合、繊維補強層の層間に樹脂層を配置したことで、ＣＡＩ試験値が３００ＭＰａを超えるものとなっている。実施例２、３からわかるように、薄層の繊維補強層を積層した部分と薄層の繊維補強層間に樹脂層を含む部分とを組み合わせたことにより、樹脂層だけではなく薄層の繊維補強層を積層した層間においても大きな層間剥離が生じることなく、よって耐衝撃特性が向上したといえる。

実施例４と比較例３、４とを対比した場合、繊維補強層の４層おきの層間に樹脂層を配置することで、ＣＡＩ試験値が向上していることがわかる。樹脂層を配置していない場合には、ＣＡＩ試験値が２００ＭＰａ以下となっており、軸方向が特定の方向に設定された繊維補強層に隣接して樹脂層を配置しても耐衝撃特性を向上させることができる。しかしながら、実施例２、３及び実施例４の試験結果をみると、繊維補強層の複数層おきに樹脂層を配置すれば耐衝撃特性の向上及び層間剥離の抑制が可能となるが、実施例２、３のように、すべての方向に設定された繊維補強層に隣接するように層間に樹脂層を配置した方がさらに良好な結果を得ることができる。

実施例２と３の結果から、積層成形体の繊維体積含有率が向上することでＣＡＩ値が向上することがわかる。

Ｆ・・積層成形体 ＳＲ・・繊維補強層 ＴＰ・・樹脂層

Claims (7)

1. マトリックスとなる樹脂材料の中に補強繊維材料が分散している繊維補強層を積層した積層成形体であって、前記繊維補強層は、２０〜８０μｍの厚さに設定されており、前記繊維補強層を積層した積層部分と、前記繊維補強層の層間に樹脂層を積層した積層部分とを含む積層成形体。
2. 前記繊維補強層は、軸方向が異なる方向に設定されるように積層されており、設定されたすべての方向の前記繊維補強層に隣接して前記樹脂層が配置されている請求項１に記載の積層成形体。
3. 前記繊維補強層は、前記補強繊維材料の軸方向が一方向である請求項１又は２に記載の積層成形体。
4. 積層された複数の前記繊維補強層は、多軸補強シート材を用いて構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の積層成形体。
5. 前記樹脂層を構成する樹脂の中に、粉体、繊維およびフィルムの少なくとも１つが分散していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層成形体。
6. 前記樹脂材料および前記樹脂層が熱硬化性樹脂材料であ
   って、前記樹脂層の中に熱可塑性樹脂材料が分散されている請求項１から５のいずれかに記載の積層成形体。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の積層成形体を一部に積層している複合成形体。