JP2016172346A - 繊維強化プラスチックの製造方法及び積層シート - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱い性に優れた積層シートを用いて、スタンピング成形により機械特性に優れた繊維強化プラスチックを低コストに製造する。
【解決手段】一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層された積層シートをスタンピング成形して繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、各プリプレグ同士がスポット溶着された積層シートを、赤外線ヒータにより前記積層シートの厚さ方向の中心部の温度が前記熱可塑性樹脂の融点以上となるまで加熱し、前記熱可塑性樹脂の結晶化温度よりも低い温度の金型により、面圧３〜３０ＭＰａでスタンピング成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、繊維強化プラスチックの製造方法及び積層シートに関する。

航空機部材、自動車部材、風力発電用風車部材、スポーツ用具等の様々な分野において、シート状のプリプレグを積層して一体化した積層シートをスタンピング成形により賦形した繊維強化プラスチックが用いられている。

スタンピング成形に用いられる積層シートは、例えば、一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したシート状のプリプレグが複数枚積層された後、前記熱可塑性樹脂の融点以上に加熱された状態で加圧されることにより製造される（特許文献１）。この方法で得られた積層シートは、積層されたプリプレグが加熱加圧されることで一体化されているため、取り扱い性に優れる。また、該積層シートを用いることで、良好な機械特性を有する繊維強化プラスチックを得ることができる。

しかし、前記のような方法で得た積層シートを用いる場合、スタンピング成形の前に積層したプリプレグを一体化するための加熱加圧が必要になるため、コストが高く、積層シートが高価になる。

国際公開第２０１４／１４２０６１号

本発明は、取り扱い性に優れた積層シートを用いて、スタンピング成形によって機械特性に優れた繊維強化プラスチックを低コストに製造できる繊維強化プラスチックの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、取り扱い性に優れ、スタンピング成形によって機械特性に優れた繊維強化プラスチックを低コストに製造できる積層シートを提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層された積層シートをスタンピング成形して繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、各プリプレグ同士がスポット溶着された積層シートを、赤外線ヒータにより前記積層シートの厚さ方向の中心部の温度が前記熱可塑性樹脂の融点以上となるまで加熱し、前記熱可塑性樹脂の結晶化温度よりも低い温度の金型により、面圧３〜３０ＭＰａでスタンピング成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
［２］前記積層シートにおける各プリプレグ同士が、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着されている、［１］に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
［３］前記積層シートを鋸刃で切断加工した後にスタンピング成形する、［１］又は［２］に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
［４］一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層され、かつ各プリプレグ同士が、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着された、平面視での大きさが１０００ｃｍ^２以上の積層シート。

本発明の繊維強化プラスチックの製造方法によれば、取り扱い性に優れた積層シートを用いて、スタンピング成形により機械特性に優れた繊維強化プラスチックを低コストに製造できる。
また、本発明の積層シートは、取り扱い性に優れ、スタンピング成形によって機械特性に優れた繊維強化プラスチックを低コストに製造できる。

本実施例の積層シートにおける平面視でのスポット溶着の位置を示した模式図である。 本実施例の積層シートにおける平面視でのスポット溶着の位置を示した模式図である。 本実施例の積層シートにおける平面視でのスポット溶着の位置を示した模式図である。 本実施例の積層シートにおける平面視でのスポット溶着の位置を示した模式図である。

本発明において熱可塑性樹脂の融点とは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いた熱分析により得られる昇温融解時の吸熱ピーク温度（Ｔｍ）の値を意味する。
熱可塑性樹脂の結晶化温度とは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いた熱分析により得られる降温結晶化時の発熱ピーク温度（Ｔｃ）の値を意味する。

［積層シート］
本発明の積層シートは、一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層され、かつ各プリプレグ同士がスポット溶着された、平面視での大きさが１０００ｃｍ^２以上の大判の積層シートである。

本発明の積層シートの平面視での大きさは、１０００ｃｍ^２以上であり、１６００〜２００００ｃｍ^２が好ましく、２０００〜１５０００ｃｍ^２がより好ましい。積層シートの平面視での大きさが前記上限値以下であれば、取扱い性が良好である。
本発明の積層シートの具体例としては、例えば、縦１２００ｍｍ×横９００ｍｍの積層シート、縦１６００ｍｍ×横９００ｍｍの積層シート等が挙げられる。

積層シートの厚さは、０．２５〜６．０ｍｍが好ましく、０．４〜６．０ｍｍがより好ましく、０．６〜４．０ｍｍがさらに好ましい。積層シートの厚さが下限値以上であれば、優れた機械特性を有する繊維強化プラスチックが得られやすい。積層シートの厚さが上限値以下であれば、取扱い性が良好である。

積層シートにおけるプリプレグの積層数は、２〜１６が好ましく、４〜１２がより好ましい。プリプレグの積層数が下限値以上であれば、優れた機械特性を有する繊維強化プラスチックが得られやすい。プリプレグの積層数が上限値以下であれば、積層作業が容易になり、生産性に優れる。

積層シートにおいてプリプレグを積層する際の各プリプレグの繊維軸方向の向きは、特に限定されない。例えば、各プリプレグの強化繊維の繊維軸の方向が揃うように積層してもよく、平面視で各プリプレグの強化繊維の繊維軸の方向が例えば４５°ずつずれるように積層してもよい。

積層シートにおけるスポット溶着数は、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所であり、１〜５個が好ましく、１．５〜３個がより好ましい。前記スポット溶着数が前記下限値以上であれば、取り扱い性に優れた積層シートとなる。前記スポット溶着数が前記上限値以下であれば、スポット溶着の手間を低減できる。

スポット溶着は、積層シートの平面視においてできるだけ満遍なく実施することが好ましい。例えば平面視で矩形の積層シートに複数箇所のスポット溶着を行う場合、縦方向と横方向に等間隔にスポット溶着を行うことが好ましい。

積層シートにおける各プリプレグ同士をスポット溶着する方法としては、設備の取扱い性の点から、超音波溶着が好ましい。なお、スポット溶着する方法は、超音波溶着には限定されず、例えば、樹脂の融点以上に温度を保持した熱源を接触させる熱溶着等であってもよい。

（プリプレグ）
プリプレグは、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状の材料である。
強化繊維としては、特に限定されず、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維、又はこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維が使用できる。
無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のナイロン繊維、ポリエステル繊維等が挙げられる。金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維が挙げられ、また金属を被覆した炭素繊維でもよい。

強化繊維としては、スタンピング成形で得られた繊維強化プラスチックの曲げ強度等の機械特性が向上する点から、炭素繊維が好ましい。
炭素繊維としては、特に限定されず、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ＰＩＣＨ系炭素繊維等が挙げられる。

強化繊維の平均繊維直径は、１〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍがより好ましい。

熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、変性ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリエステル樹脂、アクリロニトリルとスチレンの共重合体、ナイロン６とナイロン６６の共重合体等が挙げられる。

ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン６（融点：２１５℃、結晶化温度：１８０℃）、ナイロン６６（融点：２６０℃、結晶化温度：２３０℃）、ナイロン１２（融点：１７５℃、結晶化温度：１４０℃）、ナイロンＭＸＤ６（融点：２３７℃、結晶化温度：１６１℃）等が挙げられる。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、低密度ポリエチレン（融点：９５〜１３０℃）、高密度ポリエチレン（融点：１２０〜１４０℃）、ポリプロピレン（融点：１６８℃）等が挙げられる。
変性ポリオレフィン樹脂におけるポリオレフィンを変性する化合物としては、例えば、マレイン酸等の酸が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えば、変性ポリプロピレン樹脂（融点：１６０〜１６５℃、結晶化温度：１１０〜１２０℃）等が挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、強化繊維との接着性、強化繊維への含浸性及び熱可塑性樹脂の原料コストの各々のバランスの点から、ポリオレフィン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリフェニレンサルファイド樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
熱可塑性樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

プリプレグには、目的の構造材の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等の添加剤を配合してもよい。

プリプレグには、繊維軸に交差するように切込みが形成されていてもよい。プリプレグに切込みが形成されていることで、一方向に引き揃えられた強化繊維が分断され、繊維長が短くなる。これにより、スタンピング成形時に強化繊維や熱可塑性樹脂が流動しやすく、リブやボス等の複雑な３次元形状への賦形が容易になる。

プリプレグに形成する切込みの形状は、特に限定されず、例えば、直線状でもよく、曲線状でもよく、折れ線状でもよい。
プリプレグに形成する切込みの強化繊維の繊維軸に対する角度も、特に限定されない。

プリプレグにおける、切込みによって切断された強化繊維の長さは、１〜１００ｍｍが好ましく、３〜７０ｍｍがより好ましく、５〜５０ｍｍがさらに好ましく、１０〜５０ｍｍが特に好ましく、１０〜３５ｍｍが最も好ましい。強化繊維の長さが前記下限値以上であれば、優れた機械特性を有する繊維強化プラスチックが得られやすい。強化繊維の長さが前記上限値以下であれば、スタンピング成形によってリブ等の複雑な３次元形状を有する繊維強化プラスチックを製造することが容易になる。

プリプレグにおける繊維体積含有率（Ｖｆ）は、１０〜７０体積％が好ましく、２０〜６０体積％がより好ましく、３０〜５０体積％がさらに好ましい。Ｖｆが下限値以上であれば、優れた機械特性を有する繊維強化プラスチックが得られやすい。Ｖｆが上限値以下であれば、スタンピング成形時に強化繊維や熱可塑性樹脂が良好に流動しやすい。
なお、プリプレグのＶｆ値は、プリプレグにおける強化繊維、熱可塑性樹脂、及びボイド（気体）を除く添加剤等のその他の成分の合計体積に対する強化繊維の体積の割合を意味する。ＪＩＳ Ｋ７０７５に基づいて測定されたＶｆ値はプリプレグ中のボイドの存在量により変動する値であるため、本発明においてはボイドの存在量に依存しない繊維体積含有率を採用する。

プリプレグの厚さは、５０〜５００μｍが好ましい。プリプレグの厚さが下限値以上であれば、プリプレグの取り扱いが容易になる。また、プリプレグの積層枚数が多くなりすぎることを抑制できるため、生産性が高まる。プリプレグの厚さが上限値以下であれば、プリプレグの製造時に発生するプリプレグ内部のボイド（空孔）を抑制することができ、優れた機械特性を有する繊維強化プラスチックが得られやすい。

プリプレグの製造方法は、特に限定されず、公知の方法を採用できる。プリプレグとしては、市販のプリプレグを用いてもよい。
プリプレグへの切込みの形成方法としては、例えば、レーザーマーカー、カッティングプロッタ、抜型等を用いる方法が挙げられる。レーザーマーカーを用いる方法は、曲線状やジグザグ線状等の複雑な形状の切込みでも高速で加工できる点で好ましい。カッティングプロッタを用いる方法は、２ｍ以上の大判のプリプレグでも加工が容易な点で好ましい。抜型を用いる方法は、高速で加工できる点で好ましい。

以上説明した本発明の積層シートは、各プリプレグ同士がスポット溶着されているため、取り扱い性に優れている。また、本発明の積層シートは、加熱加圧によって各プリプレグを一体化させる場合に比べて廉価である。そのため、本発明の積層シートを用いてスタンピング成形を行うことにより、繊維強化プラスチックを低コストに製造できる。

［強化繊維プラスチックの製造方法］
本発明の強化繊維プラスチックの製造方法は、一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層され、各プリプレグ同士がスポット溶着された積層シートをスタンピング成形して繊維強化プラスチックを製造する方法である。
積層シートとしては、前記した本発明の積層シートを用いることができる。

本発明の強化繊維プラスチックの製造方法においては、積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）が、積層シートにおけるプリプレグの熱可塑性樹脂の融点（Ｔｍ）以上となるまで、赤外線ヒータにより積層シートを加熱する。そして、積層シートにおけるプリプレグの熱可塑性樹脂の結晶化温度（Ｔｃ）よりも低い温度（Ｔ_Ｂ）の金型により、Ｔｍ≦Ｔ_Ａに加熱された積層シートを面圧３〜３０ＭＰａでスタンピング成形する。

なお、前記の積層シートにおけるプリプレグの熱可塑性樹脂の融点（Ｔｍ）とは、積層シートに２種以上の熱可塑性樹脂が組み合わせて用いられている場合は、それら熱可塑性樹脂の融点のうち、最も高い融点を意味するものとする。
また、前記の積層シートにおけるプリプレグの熱可塑性樹脂の結晶化温度（Ｔｃ）とは、積層シートに２種以上の熱可塑性樹脂が組み合わせて用いられている場合は、それら熱可塑性樹脂の結晶化温度のうち、最も低い結晶化温度を意味するものとする。

スタンピング成形時に加熱される積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）とは、積層シートの厚さ方向の中心から、厚さ方向に最も近いプリプレグ間において熱電対等で測定した温度を意味するものとする。
例えば、同じ厚さのプリプレグを偶数枚積層して積層シートとした場合は、測定位置よりも上側のプリプレグの枚数と下側のプリプレグの枚数が同数となるプリプレグ間で測定した温度を温度Ｔ_Ａとする。同じ厚さのプリプレグを奇数枚積層して積層シートとした場合は、厚さ方向の中心のプリプレグと、該プリプレグの上側又は下側に隣接するプリプレグとの間で測定した温度を温度Ｔ_Ａとする。厚さの異なるプリプレグを複数枚積層した場合は、厚さ方向の中心に対応するプリプレグと、該プリプレグの上側又は下側に隣接するプリプレグとの間のうち、厚さ方向の中心に近い側で測定した温度を温度Ｔ_Ａとする。

スタンピング成形時に加熱される積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）は、Ｔｍ≦Ｔ_Ａであり、Ｔｍ＋３（℃）≦Ｔ_Ａ≦Ｔｍ＋１５０（℃）が好ましく、Ｔｍ＋５０（℃）≦Ｔ_Ａ≦Ｔｍ＋１３０（℃）がより好ましい。温度Ｔ_Ａが下限値以上であれば、曲げ強度等の機械特性に優れた繊維強化プラスチックが得られる。温度Ｔ_Ａが上限値以下であれば、機械特性と外観に優れた繊維強化プラスチックが得られやすい。

スタンピング成形時の金型温度（Ｔ_Ｂ）は、Ｔ_Ｂ＜Ｔｃであり、Ｔｃ−１３０（℃）≦Ｔ_Ｂ≦Ｔｃ−５（℃）が好ましく、Ｔｃ−５０（℃）≦Ｔ_Ｂ≦Ｔｃ−１０（℃）がより好ましい。温度Ｔ_Ｂが下限値以上であれば、成形性に優れた繊維強化プラスチックが得られやすい。温度Ｔ_Ｂが上限値未満であれば、寸法安定性と離型性に優れた繊維強化プラスチックが得られる。

スタンピング成形時の面圧は、３〜３０ＭＰａであり、５〜３０ＭＰａが好ましく、１０〜２０ＭＰａがより好ましい。スタンピング成形時の面圧が下限値以上であれば、機械特性と外観に優れた繊維強化プラスチックが得られやすい。スタンピング成形時の面圧が上限値以下であれば、より安価なプレス機にてスタンピング成形が可能な繊維強化プラスチックが得られる。

積層シートを切断加工した後にスタンピング成形を行う場合は、鋸刃により積層シートを切断加工することが好ましい。鋸刃を用いることで、積層シートの切断加工時に発生する熱により、切断部分においてプリプレグ同士が溶着する。そのため、切断加工後の積層シートの取り扱い性も優れたものとなる。

スタンピング成形に用いる積層シートにおいては、各プリプレグ同士が、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着されていることが好ましい。これにより、スタンピング成形時の積層シートの取り扱い性が優れたものとなる。また、積層シートを切断加工した後にスタンピング成形を行う場合に、切断加工後の積層シートの取り扱い性も優れたものとなる。

積層したプリプレグ同士をスポット溶着した積層シートを用いたスタンピング成形では、得られる繊維強化プラスチックの機械特性が劣ることがある。この点について本発明者等が検討したところ、プリプレグ同士をスポット溶着した積層シートは、プリプレグ間に空気が存在しているため、加熱加圧してプリプレグ同士を一体化させた場合に比べて内部の温度が上がりにくいことがわかった。積層シートの表面近傍の温度が充分に高くなったとしても、厚さ方向の中心部の温度が充分に上がっていないと、得られる繊維強化プラスチックの機械特性が低下する。
これに対して、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法においては、積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）がプリプレグの熱可塑性樹脂の融点（Ｔｍ）以上となるまで積層シートを加熱した状態で、金型温度と面圧を特定の範囲に制御してスタンピング成形を行う。そのため、プリプレグ同士をスポット溶着した積層シートを用いても、優れた機械特性を有する繊維強化プラスチックを得ることができる。

また、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法においては、プリプレグ同士をスポット溶着した積層シートを用いるため、加熱加圧してプリプレグ同士を一体化させた積層シートを用いる場合に比べて、コスト面でも有利である。

以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［製造例１］
炭素繊維（商品名「パイロフィル（登録商標）ＴＲ−５０Ｓ１５Ｌ」、三菱レイヨン社製、炭素繊維直径７μｍ）を一方向に、かつ平面状に引き揃えて目付が１００ｇ／ｍ^２である繊維シートとした。ナイロン６（ＰＡ６、商品名「１０１３Ｂ」、宇部興産社製、融点Ｔｍ：２１５℃、結晶化温度Ｔｃ：１８０℃）からなる目付が３４ｇ／ｍ^２のフィルムによって、前記繊維シートを両面から挟んだ。これらをカレンダロールに複数回通して加熱と加圧を行い、樹脂を繊維シートに含浸させ、繊維体積含有率（Ｖｆ）が４８体積％、厚さ１１５μｍのプリプレグを作製した。

［実施例１］
製造例１で得たプリプレグから、繊維方向が０°／４５°／９０°／−４５°の縦１６００ｍｍ×横９００ｍｍで大きさ１４４００ｃｍ^２の矩形のプリプレグ片を切り出し、カッティングプロッタ（レザック社製、製品名：Ｌ−２５００）を用いて、一定間隔で直線状の切込みを入れて切込入りプリプレグを得た。切込み加工は、プリプレグにおける周縁から５ｍｍの部分よりも内側の部分に、炭素繊維の繊維長が２５．０ｍｍ、切込みの長さが２８．３ｍｍ、炭素繊維の繊維軸と切込みとのなす角度が４５°となるように施した。
繊維方向が異なる切込入りプリプレグ各４枚（計１６枚）を、各切込入りプリプレグの繊維方向が、上から０°／４５°／９０°／−４５°／−４５°／９０°／４５°／０°／０°／４５°／９０°／−４５°／−４５°／９０°／４５°／０°となるように積層した。積層した切込入りプリプレグ同士を、超音波溶着機（日本エマソン社製、製品名：２０００ＬＰｔ）でスポット溶接して、平面視での大きさが１４４００ｃｍ^２の疑似等方（［０／４５／９０／−４５］ｓ２）の積層シートを作製した。スポット溶着は、図３に示す（ａ）〜（ｘ）の位置に全体で２４箇所実施し、１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数を１．７箇所とした。
次いで、前記積層シートを鋸刃で切断加工し、縦３００ｍｍ×横３００ｍｍで、平面視の大きさが９００ｃｍ^２の短形の切断加工シートを１５枚切り出した。
得られた切断加工シートを、該切断加工シートの厚さ方向の中心部の温度Ｔ_Ａがナイロン６の融点Ｔｍ（２１５℃）以上である２２０℃となるまで、赤外線ヒータにより加熱した。このときの積層シートの表面温度は２６４℃であった。切断加工シートの温度は熱電対により測定した。その後、金型温度Ｔ_Ｂが、ナイロン６の結晶化温度Ｔｃ（１８０℃）よりも低い１６０℃の金型により、前記の温度に加熱された切断加工シートを面圧５ＭＰａでスタンピング成形して、繊維強化プラスチックを得た。金型としては、３１０ｍｍ×３１０ｍｍの平板の印籠型を用いた。

［実施例２〜４］
スタンピング成形時に加熱する積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）、面圧等の条件を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチックを得た。

［実施例５〜８］
プリプレグに切込みを入れない以外は、実施例１と同様にして積層シートを得た。該積層シートを用いて、スタンピング成形時に加熱する積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）、面圧等の条件を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチックを得た。

［比較例１］
スタンピング成形時に加熱する積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチックを得た。

［比較例２］
プリプレグに切込みを入れない以外は、実施例１と同様にして積層シートを得た。該積層シートを用いて、スタンピング成形時に加熱する積層シートの厚さ方向の中心部の温度（Ｔ_Ａ）を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチックを得た。

［曲げ強度及び曲げ弾性率の測定］
得られた繊維強化プラスチックから、鋸刃で切断加工し、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの曲げ試験片を切り出し、２３℃において、ＪＩＳ Ｋ７０７４に規定する試験方法に従って３点曲げ試験を行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。試験機としてはインストロン万能試験機４４６５型を用いた。測定した試験片の数はそれぞれｎ＝６とし、曲げ強度及び曲げ弾性率はそれらの平均値として算出した。

［層間せん断強度（ＩＬＳＳ）の測定］
各例で得た繊維強化プラスチックから試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ７０７８に準拠し、環境温度２３℃において試験片の層間せん断強度を測定した。

実施例１〜８及び比較例１、２の成形条件及び評価結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明に規定する条件で製造した実施例１〜８の繊維強化プラスチックは、曲げ強度、曲げ弾性率及び層間せん断強度が高く、優れた機械特性を有していた。
成形時における積層シートの厚さ方向の中心部の温度Ｔ_Ａが、プリプレグ中の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍよりも低い比較例１、２では、得られた繊維強化プラスチックの曲げ強度及び曲げ弾性率が実施例に比べて低く、機械特性が劣っていた。

［実施例９］
製造例１で得たプリプレグから、繊維方向が０°／４５°／９０°／−４５°の縦３５０ｍｍ×横３５０ｍｍで大きさ１２２５ｃｍ^２の矩形のプリプレグ片を各４枚（計１６枚）切り出した。それら１６枚のプリプレグ片を、各プリプレグ片の繊維方向が、上から０°／４５°／９０°／−４５°／−４５°／９０°／４５°／０°／０°／４５°／９０°／−４５°／−４５°／９０°／４５°／０°となるように積層した。積層したプリプレグ同士を、超音波溶着機（日本エマソン社製、製品名：２０００ＬＰｔ）でスポット溶接して、平面視での大きさが１２２５ｃｍ^２の疑似等方（［０／４５／９０／−４５］ｓ２）の積層シートを作製した。スポット溶着は、図１に示す（ａ）〜（ｉ）の位置に全体で９箇所実施し、１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数を７．３箇所とした。
次いで、前記積層シートを鋸刃で切断加工し、縦３００ｍｍ×横３００ｍｍで、平面視での大きさが９００ｃｍ^２の矩形の切断加工シートを１枚得た。

［実施例１０］
製造例１で得たプリプレグから、繊維方向が０°／４５°／９０°／−４５°の縦５００ｍｍ×横５００ｍｍで大きさ２５００ｃｍ^２の短形のプリプレグ片を各４枚（計１６枚）切り出し、実施例１と同様の順で積層して平面視での大きさが２５００ｃｍ^２の積層シートを作成した。スポット溶着は、図１に示す（ａ）〜（ｉ）の位置に全体で９箇所実施し、１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数を３．６箇所とした。
次いで、前記積層シートを鋸刃で切断加工し、縦３００ｍｍ×横３００ｍｍで、平面視での大きさが９００ｃｍ^２の矩形の切断加工シートを１枚得た。

［実施例１１］
製造例１で得たプリプレグから、繊維方向が０°／４５°／９０°／−４５°の縦１２００ｍｍ×横９００ｍｍで大きさ１０８００ｃｍ^２の短形のプリプレグ片を各４枚（計１６枚）切り出し、実施例１と同様の順で積層して平面視での大きさが１０８００ｃｍ^２の積層シートを作成した。スポット溶着は、図２に示す（ａ）〜（ｔ）の位置に全体で２０箇所実施し、１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数を１．９箇所とした。
次いで、前記積層シートを鋸刃で切断加工し、縦３００ｍｍ×横３００ｍｍで、平面視での大きさが９００ｃｍ^２の矩形の切断加工シートを１２枚得た。

［実施例１２］
製造例１で得たプリプレグから、繊維方向が０°／４５°／９０°／−４５°の縦１６００ｍｍ×横９００ｍｍで大きさ１４４００ｃｍ^２の短形のプリプレグ片各４枚（計１６枚）を切り出し、実施例１と同様の順で積層して平面視での大きさが１４４００ｃｍ^２の積層シートを作成した。スポット溶着は、図３に示す（ａ）〜（ｘ）の位置に全体で２４箇所実施し、１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数を１．７箇所とした。
次いで、前記積層シートを鋸刃で切断加工し、縦３００ｍｍ×横３００ｍｍで、平面視での大きさが９００ｃｍ^２の矩形の切断加工シートを１６枚得た。

［比較例３］
実施例１２の積層シートのスポット溶着は、図４に示す（ａ）〜（ｄ）の位置に全体で４箇所実施し、１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数を０．３箇所とする以外は実施例１２と同様の方法で、切断加工シートを得た。

［比較例４］
切断加工の際に、鋸刃の代わりにせん断刃を用いた以外は、実施例９と同様にして切断加工シートを得た。

［取り扱い性の評価］
各例で得た切断加工シートの取り扱い性を以下の基準で評価した。
○：取り扱い時に各プリプレグがばらばらにならない。
×：取り扱い時に各プリプレグの一部がばらける。

各例の製造条件及び評価結果を表２に示す。

表２に示すように、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着された積層シートを鋸刃で切断加工した実施例９〜１２では、切断加工後の切断加工シートの取り扱い性にも優れていた。
１０００ｃｍ^２あたりのスポット溶着数が１未満の積層シートを鋸刃で切断加工した比較例３では、切断加工後の切断加工シートの取り扱い性が劣っていた。
１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着された積層シートをせん断刃により切断加工した比較例４でも、切断加工後の切断加工シートの取り扱い性が劣っていた。

Claims (4)

1. 一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層された積層シートをスタンピング成形して繊維強化プラスチックを得る繊維強化プラスチックの製造方法であって、
   各プリプレグ同士がスポット溶着された積層シートを、赤外線ヒータにより前記積層シートの厚さ方向の中心部の温度が前記熱可塑性樹脂の融点以上となるまで加熱し、前記熱可塑性樹脂の結晶化温度よりも低い温度の金型により、面圧３〜３０ＭＰａでスタンピング成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
2. 前記積層シートにおける各プリプレグ同士が、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着されている、請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
3. 前記積層シートを鋸刃で切断加工した後にスタンピング成形する、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
4. 一方向に配向した強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状のプリプレグが複数枚積層され、かつ各プリプレグ同士が、１０００ｃｍ^２あたり１〜１０箇所スポット溶着された、平面視での大きさが１０００ｃｍ^２以上の積層シート。

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