JP2017155391A

JP2017155391A - 繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材、繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法

Info

Publication number: JP2017155391A
Application number: JP2016042562A
Authority: JP
Inventors: 歴堀本; Reki Horimoto; 憲宏佐藤; Norihiro Sato
Original assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurabo Industries Ltd; Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP6650296B2

Abstract

【課題】立体形状に成形する際の皺の発生を抑制することができる繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材、繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、複数本の強化繊維糸２ａが一方向に引き揃えられた強化繊維シート２と、強化繊維シート２の一方の表面に強化繊維糸２ａの引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸３を含み、強化繊維シート２及び補助繊維糸３がステッチ糸４で一体化されており、補助繊維糸３の長さＬｆが、該補助繊維糸３の長さ方向の両端点を結んだ直線Ｓの長さＬｓより長い繊維強化プラスチック用基材１に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材、繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法に関する。

プラスチックに強化繊維を混入した繊維強化プラスチック（ＦＲＰとも称される。）は、軽量で高強度であることから、スポーツ用品及び車両などの一般産業用として利用されている。

ＦＲＰは、例えば、強化繊維基材にマトリックス樹脂を含侵させたプレプレグを積層した後、マトリックス樹脂を硬化させるオートクレーブ成形法で製造することができる。また、樹脂未含浸の強化繊維基材を積層し、その積層体に液状のマトリックス樹脂を注入し、硬化させる真空注入成形法で製造することもできる。一方、近年、ＦＲＰ成形時の積層工程を簡便化するため、強化繊維基材として、多軸ステッチ基材を用いることが提案されている。例えば、特許文献１〜３には、強化繊維基材として、強化繊維束を平行にシート状に配列した層を２層以上積層し、それらの層をステッチ糸等により一体化した多軸ステッチ基材が提案されている。

特開２００２−３１７３７１号公報特開２００７−１６２１５１号公報特開２０１０−１９６１７６号公報

しかしながら、強化繊維基材として多軸ステッチ基材を用いた場合、強化繊維束を平行にシート状に配列した層を２層以上積層し、それらの層をステッチ糸等により一体化しているため、曲面を有する立体形状にプレス成形する場合、賦形性が悪く、皺が発生するという問題があった。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、立体形状に成形する際の皺の発生を抑制することができる繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材、繊維強化プラスチック用プリフォーム及びその製造方法を提供する。

本発明は、複数本の強化繊維糸が一方向に引き揃えられた強化繊維シートと、前記強化繊維シートの一方の表面に前記強化繊維糸の引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸を含み、前記強化繊維シート及び前記補助繊維糸がステッチ糸で一体化されており、前記補助繊維糸の長さが、該補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さより長いことを特徴とする繊維強化プラスチック用基材に関する。

前記強化繊維糸が炭素繊維糸であることが好ましく、前記補助繊維糸がガラス繊維であることが好ましい。

前記繊維強化プラスチック用基材において、隣接する補助繊維糸の間隔が５ｍｍ〜５５ｍｍであることが好ましい。前記補助繊維糸の長さが、該補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さの１０５〜１２０％の範囲であることが好ましい。

本発明は、また、前記の繊維強化プラスチック用基材を２層以上含む繊維強化プラスチック用多層基材において、少なくとも１層の繊維強化プラスチック用基材のいずれかの面には接着性樹脂が配置されている繊維強化プラスチック用多層基材に関する。

本発明は、また、前記の繊維強化プラスチック用多層基材で構成され、立体形状を有することを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォームに関する。

本発明は、また、前記の繊維強化プラスチック用基材を２層以上積層するとともに、少なくとも１層の繊維強化プラスチック用基材のいずれかの面に接着性樹脂を配置し、得られた積層体をプレス成形して立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを得ることを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法に関する。

本発明は、また、前記の繊維強化プラスチック用多層基材を所定の立体形状にプレス成形して立体形状の繊維強化プラスチック用プリフオームを得ることを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法に関する。

前記プレス成形は、真空成形及び／又は減圧成形であることが好ましい。

本発明は、立体形状に成形する際の皺の発生を防止することができる繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材を提供することができる。また、本発明の繊維強化プラスチック用基材や繊維強化プラスチック用多層基材を用いることで、皺の発生が抑制された立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを提供することができる。また、本発明の繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法によると、皺の発生が抑制された立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用基材の模式的平面図である。図２は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用基材の模式的平面図である。図３は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用多層基材における各繊維強化プラスチック用基材の積層順番及び構成を示す模式的説明図である。図４は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用プリフォームの模式的平面図である。図５は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用プリフォームの模式的斜視図である。図６は、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを製造する製造工程を示す模式的説明図である。図７は、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームの製造に用いた一例の下金型の模式的斜視図である。図８は、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームの製造に用いた一例の上金型の模式的平面図である。図９は、比較例１の繊維強化プラスチック用プリフォームの模式的平面図である。図１０は、比較例１の繊維強化プラスチック用プリフォームの模式的斜視図である。図１１は、実施例１の繊維強化プラスチック用プリフォームのデジタルカメラで観察した平面図である。図１２は、実施例１の繊維強化プラスチック用プリフォームのデジタルカメラで観察した斜視図である。図１３は、比較例１の繊維強化プラスチック用プリフォームのデジタルカメラで観察した平面図である。図１４は、比較例１の繊維強化プラスチック用プリフォームのデジタルカメラで観察した斜視図である。

（繊維強化プラスチック用基材）
本発明の繊維強化プラスチック用基材は、複数本の強化繊維糸が一方向に引き揃えられた強化繊維シートと、前記強化繊維シートの一方の表面に前記強化繊維糸の引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸を含み、前記強化繊維シート及び前記補助繊維糸はステッチ糸で一体化されている。

前記繊維強化プラスチック用基材において、前記補助繊維糸の長さが、該補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さより長い。すなわち、前記補助繊維糸は、前記強化繊維シートの一方の表面に直線状に配置されているのではなく、蛇行するように配置されている。これにより、前記繊維強化プラスチック用基材を２層以上積層して立体形状にプレス成形した場合でも、皺の発生が抑制される。前記繊維強化プラスチック用基材において、補助繊維糸の長さが補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さの１０１〜１５０％の範囲であることが好ましく、１０５〜１２０％の範囲であることがより好ましい。前記補助繊維糸の長さが上記の範囲であると、前記繊維強化プラスチック用基材を２層以上積層して立体形状にプレス成形する場合に、金型の形状に追従する賦形性が良好になり皺の発生が抑制されるとともに、目開きが生じることも効果的に防止することができる。本発明において、補助繊維糸の長さは、補助繊維糸を弛まない程度に直線状に引っ張ったときに常温下で測定するものである。

前記繊維強化プラスチック用基材において、隣接する補助繊維糸の間隔が５ｍｍ〜５５ｍｍであることが好ましく、１０〜３５ｍｍであることがより好ましい。隣接する補助繊維糸の間隔は、図１に示されているように、強化繊維シート上に配置されている第１の補助繊維糸の長さ方向の端点を結んだ直線と、強化繊維シート上に第１の補助繊維糸と隣接するように配置されている第２の補助繊維糸の長さ方向の端点を結んだ直線間の距離をいう。隣接する補助繊維糸の間隔が上述した範囲内であると、前記繊維強化プラスチック用基材を２層以上積層して立体形状にプレス成形する場合に、金型の形状に追随する賦形性が良好になり皺の発生が抑制されるとともに、目開きが生じることも効果的に防止することができる。

前記強化繊維糸は、特に限定されず、無機系繊維糸であってもよく、有機系繊維糸であってもよい。

無機系繊維糸としては、例えば、炭素繊維糸、ガラス繊維糸、ボロン繊維糸、鋼繊維糸等が挙げられる。無機系繊維糸は、マルチフィラメント糸が用いられる。マルチフィラメント糸であれば、プレス成形により補助繊維糸が伸びた状態になった場合でも、補助繊維糸が伸びた方向にマルチフィラメントが開繊される状態となるため、結果として目開きを効果的に防止することができる。無機系繊維糸の太さは用途及び求められる強度により適宜設定すればよく、特に限定されない。例えば、炭素繊維糸の場合であれば、２００〜４,０００ｔｅｘの範囲がよく、８００〜４,０００ｔｅｘの範囲がより好ましい。

有機系繊維糸としては、特に限定されないが、例えば、高強度ポリエチレン繊維糸、アラミド繊維糸、ポリビニルアルコール繊維糸、ナイロン繊維糸、ポリエステル繊維糸、ポリアリレート繊維糸、ＰＢＯ（ポリフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維糸等の合成繊維糸や、麻等の天然繊維糸等が使用可能である。有機系繊維糸は、無機系繊維糸の場合と同様にマルチフィラメント糸の合成繊維糸又は紡績糸の天然繊維糸が用いられる。有機系繊維糸の太さも、ＦＲＰの用途及び求められる強度により適宜設定されるものである。

上述した無機系繊維糸及び有機系繊維糸は、一種で用いても良く、二種以上を組合わせて用いても良い。強化繊維糸は、機械的な物性に優れる観点から、炭素繊維糸やガラス繊維糸であることが好ましく、炭素繊維糸であることがより好ましい。炭素繊維糸としてマルチフィラメント糸を用いる場合、フィラメントの数は特に限定されないが、例えば、１〜６０Ｋであることが好ましく、より好ましくは１２〜６０Ｋである。１Ｋは、１０００本を意味する。また、炭素繊維糸としては、市販のトウの状態の炭素繊維糸をそのまま用いても良く、市販のトウの状態の炭素繊維糸を薄く広げて扁平にした開繊糸を用いても良い。

前記強化繊維糸は一方向に引き揃えられて強化繊維シートを形成する。強化繊維糸の本数及び引き揃え方は、ＦＲＰの用途及び求められる強度により適宜設定すればよく、特に限定されない。一定の間隔を開けて引き揃えてもよく、密に引き揃えてもよい。ＦＲＰの強度を高める観点から、密に引き揃えることが好ましい。

前記強化繊維シートの単位面積あたりの重量は、特に限定されない。例えば、前記強化繊維シートが炭素繊維糸で構成されている場合、強化繊維シートの単位面積あたりの重量は２０〜５００ｇ／ｍ²であることが好ましく、５０〜４００ｇ／ｍ²であることがより好ましい。

多目的用途のために前記強化繊維シートの厚みを薄くする場合、炭素繊維フィラメント群の厚みは０．０３〜０．２２ｍｍであることが好ましい。

本発明において、補助繊維糸は、主に繊維強化プラスチック用基材の保形性に寄与するものであり、強化繊維糸より繊度が小さいものが用いられる。前記補助繊維糸は、マルチフィラメント糸であってもよく、モノフィラメント糸であってもよいが、使いやすさのため、マルチフィラメント糸であることが好ましい。前記補助繊維糸としては、後述する繊維強化プラスチック用多層基材の繊維強化プラスチック基材の間に配置されている接着樹脂を加熱して融解させる温度よりも高い融点を有する糸であることが望ましいことから、ガラス繊維糸、ナイロン繊維糸、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維糸を用いることが好ましく、ガラス繊維糸であることがより好ましい。補助繊維糸は、低融点成分と高融点成分を含む複合繊維糸であってもよい。低融点成分としては、例えば、ポリエチレン樹脂等が挙げられ、高融点成分としては、例えば、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。補助繊維糸が低融点成分と高融点成分を含む複合繊維糸である場合、繊維強化プラスチック用多層基材の繊維強化プラスチック基材の間に接着樹脂を配置しなくても、低融点成分にて複数の繊維強化プラスチック基材を融着させることができる。保形性能及び立体成形時の賦形性に優れる観点から、前記補助繊維糸は、繊度が５〜７０ｔｅｘであることが好ましく、より好ましくは１５〜４０ｔｅｘである。

前記補助繊維糸は、前記強化繊維シートの一方の表面に前記強化繊維糸の引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている。本発明において、補助繊維糸の配置方向とは、強化繊維シート上に配置されている補助繊維糸において、長さ方向の両端点を結んだ直線の配置方向をいう。強化繊維糸と補助繊維糸間の狭角が、０度より大きく、９０度以下になるように積層する。強化繊維シート上に補助繊維糸を配置しやすく、繊維強化プラスチック用基材の保形性を高める観点から、強化繊維糸と補助繊維糸間の狭角は１５〜８５度であることが好ましく、より好ましくは２０〜６０度である。

前記強化繊維シートと前記補助繊維糸はステッチ糸で縫い合わされて一体化されている。すなわち、前記強化繊維シート、前記補助繊維糸及びステッチ糸は連結されている。前記ステッチ糸としては、特に限定されないが、例えば、ポリエステル繊維糸、ナイロン繊維糸、ガラス繊維糸、アラミド繊維糸、ポリプロピレン繊維糸、ポリフェニレンスルフィド繊維糸等を用いることができる。生産性、コスト等の観点から、ポリエステル繊維糸及び／又はナイロン繊維糸が好ましい。ステッチ糸の太さは、１０〜１５０ｄｔｅｘ程度が好ましく、作業性の観点から、２０〜１００ｄｔｅｘであることがより好ましい。縫い合わせ方は、公知の種々の方法を用いればよく、特に限定されない。ステッチ糸にて強化繊維シートと補助繊維糸を一体化（連結）することで、本発明の繊維強化プラスチック用基材が、持ち運び、運搬等により大きく型くずれ、変形、破壊されない。

（繊維強化プラスチック用多層基材）
本発明の繊維強化プラスチック用多層基材は、前記繊維強化プラスチック用基材を２層以上含み、前記繊維強化プラスチック用基材が２層以上重ねて配置されている。

前記繊維強化プラスチック用多層基材において、繊維強化プラスチック用多層基材の長手方向の角度を０度としたとき、各々の繊維強化プラスチック用基材における強化繊維糸の引き揃え方向間の角度は、０度、２０〜９０度、又は−２０〜−９０度の範囲であることが好ましい。強化繊維糸が多方向に配置されていることにより、ＦＲＰに疑似等方性を持たせることができ、多方向に補強することができる。隣接する繊維強化プラスチック用基材における強化繊維糸の引き揃え方向は、互いに異なければよく、特に限定されない。例えば、５層の繊維強化プラスチック用基材を含む繊維強化プラスチック用多層基材の場合は、繊維強化プラスチック用多層基材の長手方向と繊維強化プラスチック用基材における強化繊維糸の引き揃え方向間の角度は、各表面から裏面にかけて、＋４５度／−４５度／０度／−４５度／＋４５度であってもよい。

前記繊維強化プラスチック用多層基材において、少なくとも１層の繊維強化プラスチック用基材のいずれかの面には接着性樹脂が配置されている。接着性樹脂の量は、繊維強化プラスチック用基材の表面積に対して５〜６０ｇ／ｍ²であることが好ましく、１０〜５０ｇ／ｍ²であることがより好ましい。接着性樹脂は、加熱により溶解し、その後硬化することで２層以上の繊維強化プラスチック用基材を少なくとも部分的に接着させることで、成形後の取扱い時に生じやすい繊維強化プラスチック用基材間の大きなズレを抑制することができる。繊維強化プラスチック用基材は、互いに全面的に接着していてもよく、部分的に接着していてもよい。なお、補助繊維糸が低融点成分と高融点成分を含む複合繊維糸である場合は、接着性樹脂を用いなくてもよい。加熱により低融点成分を溶融させて２層以上の繊維強化プラスチック用基材を少なくとも部分的に接着させることができる。

前記接着性樹脂としては、熱硬化性樹脂及び／又は熱可塑性樹脂を適宜選択して用いることができる。熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、ビスマレイミド等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシなどが挙げられる。中でも、成形で使用するマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂が多く使用されることから、親和性の観点よりエポキシ樹脂が好ましく、さらに使いやすさの観点から、常温では固体で、加熱により溶解する粉体及び／又はフィルム状の接着剤が好ましい。

（繊維強化プラスチック用プリフォーム）
繊維強化プラスチック用プリフォームは、前記繊維強化プラスチック用多層基材で構成され、立体形状を有する。前記繊維強化プラスチック用多層基材は、強化繊維シートと補助繊維糸を含み、強化繊維シート及び補助繊維糸がステッチ糸で一体化されており、前記補助繊維糸の長さが、該補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さより長い繊維強化プラスチック用基材で構成されていることにより、曲面を有する立体形状の場合も、表面に皺が発生しない。また、２層以上の繊維強化プラスチック用基材が接着性樹脂で接着されていることで、賦形性が良好であり、曲面を有する立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームでも、表面に皺が発生しない。

前記繊維強化プラスチック用基材、繊維強化プラスチック用多層基材及び繊維強化プラスチック用プリフォームはマトリックス樹脂を含浸させてＦＲＰとして用いることができる。また、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームは、マトリックス樹脂を含浸させて、自動車の一次構造材、航空機の構造部材などに用いることができる。

前記繊維強化プラスチック用プリフォームは、例えば、前記繊維強化プラスチック用多層基材を加熱して前記接着性樹脂を溶解させた後、所定の立体形状にプレス成形することで製造することができる。或いは、前記の繊維強化プラスチック用基材を２層以上積層するとともに、少なくとも１層の繊維強化プラスチック用基材のいずれかの面に接着性樹脂を配置して繊維強化プラスチック用多層基材とし、前記繊維強化プラスチック用多層基材を加熱して前記接着樹脂を溶解させた後、所定の立体形状にプレス成形することで製造することができる。例えば、加熱条件として温度１００〜１８０℃下で、２０〜１２０秒間行うことができる。加熱装置としては、繊維基材を加熱することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、ヒーターなどを用いることができる。プレス成形の条件として、例えば、温度５〜４０℃、圧力０．１〜１０ＭＰａ、時間５〜６０秒とすることができる。プレス成形装置は、特に限定されず、繊維基材をプレス成形することができる装置を適宜に用いることができる。所定の立体形状を有する金型を用いることで、目的の立体形状を有する繊維強化プラスチック用プリフォームを得ることができる。プレス成形は、真空成形及び／又は減圧成形で行うことができる。

以下、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用基材の模式的平面図である。該実施形態の繊維強化プラスチック用基材１は、複数本の強化繊維糸２ａが一方向に引き揃えられた強化繊維シート２と、強化繊維シート２の一方の表面に強化繊維糸の引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸３を含み、強化繊維シート２及び補助繊維糸３がステッチ糸４で一体化（連結）されている。補助繊維糸３は、強化繊維シート２の一方の表面に蛇行するように配置されており、補助繊維糸３の長さＬｆが、補助繊維糸３の長さ方向の両端点を結んだ直線Ｓの長さＬｓより長い。補助繊維糸３の長さＬｆが補助繊維糸３の長さ方向の両端点を結んだ直線Ｓの長さＬｓの１０１〜１５０％の範囲であることが好ましく、１０５〜１２０％の範囲であることがより好ましい。隣接する補助繊維糸３の間隔αは、５ｍｍ〜５５ｍｍであることが好ましく、１０〜３５ｍｍであることがより好ましい。該実施形態の繊維強化プラスチック用基材１において、複数本の強化繊維糸２ａは密に引き揃えられているが、図１において、説明の便宜上、太い線で各強化繊維糸２ａを区分けしている。以下の図面においても、説明の便宜上、各強化繊維糸を太い線で区分けしているが、複数本の強化繊維糸は密に引き揃えられている。図１において、矢印ａは繊維強化プラスチック用基材の長手方向を意味し、矢印ｂは繊維強化プラスチック用基材の幅方向を意味する。

図３は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用多層基材における各繊維強化プラスチック用基材の積層順番及び構成を示す模式的平面図である。該実施形態の繊維強化プラスチック用多層基材１０は、繊維強化プラスチック用基材１１、繊維強化プラスチック用基材２１、繊維強化プラスチック用基材３１、及び繊維強化プラスチック用基材４１の４層の繊維強化プラスチック用プラスチック基材を重ねて配置した積層体である。

繊維強化プラスチック用基材１１は、複数本の強化繊維糸１２ａが一方向に引き揃えられた強化繊維シート１２と、強化繊維シート１２の一方の表面に強化繊維糸１２ａの引き揃え方向とほぼ直交する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸１３を含み、強化繊維シート１２及び補助繊維糸１３がステッチ糸１４で一体化されている。

繊維強化プラスチック用基材２１は、複数本の強化繊維糸２２ａが一方向に引き揃えられた強化繊維シート２２と、強化繊維シート２２の一方の表面に強化繊維糸２２ａの引き揃え方向とほぼ直交する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸２３を含み、強化繊維シート２２及び補助繊維糸２３がステッチ糸２４で一体化されている。

繊維強化プラスチック用基材３１は、複数本の強化繊維糸３２ａが一方向に引き揃えられた強化繊維シート３２と、強化繊維シート３２の一方の表面に強化繊維糸３２ａの引き揃え方向とほぼ直交する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸３３を含み、強化繊維シート３２及び補助繊維糸３３がステッチ糸３４で一体化されている。

繊維強化プラスチック用基材４１は、複数本の強化繊維糸４２ａが一方向に引き揃えられた強化繊維シート４２と、強化繊維シート４２の一方の表面に強化繊維糸４２ａの引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸４３を含み、強化繊維シート４２及び補助繊維糸４３がステッチ糸４４で一体化されている。

繊維強化プラスチック用多層基材１０の長手方向（矢印ａで示されている）の角度を０度としたとき、繊維強化プラスチック用基材１１の強化繊維糸１２ａの引き揃え方向の角度は−３０度であり、繊維強化プラスチック用基材２１の強化繊維糸２２ａの引き揃え方向の角度は３０度であり、繊維強化プラスチック用基材３１の強化繊維糸３２ａの引き揃え方向の角度は−３０度であり、繊維強化プラスチック用基材４１の強化繊維糸４２ａの引き揃え方向の角度は３０度である。図３において、矢印ｂは繊維強化プラスチック用多層基材１０の幅方向を意味する。図示は無いが、繊維強化プラスチック用基材４１、繊維強化プラスチック用基材３１、及び繊維強化プラスチック用基材２１の補助繊維糸が配置されている表面に接着性樹脂が配置されている。

図４は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック用プリフォームの模式的平面図であり、図５は同斜視図である。該実施形態の繊維強化プラスチック用プリフォーム１００は、図３に示されている繊維強化プラスチック用多層基材に立体形状を付与したものである。図３に示されている繊維強化プラスチック用多層基材１０をプレス成形することで、図４及び図５に示されている繊維強化プラスチック用プリフォーム１００が得られる。

図６は、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを製造する製造工程を示す模式的説明図である。図示はないが、繊維強化プラスチック用基材４１、繊維強化プラスチック用基材３１、及び繊維強化プラスチック用基材２１の補助繊維糸が配置されている表面に接着性樹脂が配置した後、図６Ａに示しているように、繊維強化プラスチック用基材４１、繊維強化プラスチック用基材３１、繊維強化プラスチック用基材２１及び繊維強化プラスチック用基材１１をこの順番に積層し、図６Ｂに示しているように繊維強化プラスチック用多層基材１０を得る。各繊維強化プラスチック用基材は、補助繊維糸が配置された面と補助繊維糸が配置されていない面が近接するように、積層されている。次に、図６Ｃに示しているように、繊維強化プラスチック用多層基材１０をプレス成形装置５０に供給され、プレス成形装置５０の下金型５１上に配置する。次に、図６Ｄに示しているように、ヒーター６０をプレス成形装置５０の中に配置し、ヒーター６０にて繊維強化プラスチック用多層基材１０を例えば、温度１００〜１８０℃下で、２０〜１２０秒間加熱し、接着性樹脂を溶解させた後、ヒーター６０を引き抜く。次いで、図６Ｅに示されているように、下金型５１と上金型５２にて挟んで、温度５〜４０℃、圧力０．１〜１０ＭＰａの条件下、５〜６０秒間プレス成形することで、所定の立体形状に賦形成形され、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム１００が得られる。

以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜繊維プラスチック用基材の作製＞
強化繊維糸として、炭素繊維糸（三菱レイヨン社製、マルチフィラメント、１２Ｋ）を用いた。補助繊維糸として、ガラス繊維糸（日東紡社製、マルチフィラメント、フィラメント本数２００本、繊度３３．７ｔｅｘ）を用いた。図２に示されているように、まず、強化繊維糸１２ａを一方向に密に引き揃えて強化繊維シート１２（目付４４４ｇ／ｍ²）を得た。次に、補助繊維糸１３を強化繊維シート１２の一方の表面に強化繊維糸１２ａの引き揃え方向とほぼ直交するように配置した。補助繊維糸１３の長さＬｆは、補助繊維糸１３の長さ方向の端点を結んだ直線Ｓの長さＬｓの１１０％であった。隣接する補助繊維糸１３の間隔αは、２．５ｃｍであった。次に、ステッチ糸１４（ＰＥＴ繊維糸、マルチフィラメント、８４ｄｔｅｘ）によって、強化繊維シート１２と補助繊維糸１３を縫い合わせて（トリコット縫い）一体化して繊維強化プラスチック用基材１１を得た。

＜繊維強化プラスチック用プリフォーム＞
まず、一部の繊維強化プラスチック用基材１１の補助繊維糸１３が配置されている表面に、２０ｇ／ｍ²になる量の接着性樹脂（エポキシ系樹脂、モメンティブ社製、品名「Ｅｐｉｋｏｔｅ０５３９０」）を配置した。次に、接着性樹脂が配置されている繊維強化プラスチック用基材１１を繊維強化プラスチック用基材４１、３１、２１として用い、図６Ａ及び図６Ｂに示されているように、繊維強化プラスチック用基材４１、３１、２１及び１１をこの順番で繊維強化プラスチック用基材の間に接着性樹脂（図示無し）が配置されるように積層し、繊維強化プラスチック用多層基材１０を得た。図３に示されているように、繊維強化プラスチック用多層基材１０の長手方向（矢印ａで示されている）の角度を０度としたとき、繊維強化プラスチック用基材１１の強化繊維糸１２ａの引き揃え方向の角度は−３０度、繊維強化プラスチック用基材２１の強化繊維糸２２ａの引き揃え方向の角度は３０度、繊維強化プラスチック用基材３１の強化繊維糸３２ａの引き揃え方向の角度は−３０度、繊維強化プラスチック用基材４１の強化繊維糸４２ａの引き揃え方向の角度は３０度になるように配置した。次に、図６Ｃに示しているように、繊維強化プラスチック用多層基材１０をプレス成形装置５０に供給され、プレス成形装置５０の下金型５１上に配置した。次に、図６Ｄに示しているように、ヒーター６０をプレス成形装置５０の中に配置し、ヒーター６０にて繊維強化プラスチック用多層基材１０を１５０℃で４０秒間加熱し、接着性樹脂を溶解させた。次いで、図６Ｅに示されているように、加熱された繊維強化プラスチック多層基材１０を下金型５１と上金型５２にて挟んで、温度２５℃、圧力１ＭＰａの条件下、１０秒間プレス成形した。図７は下金型５１の模式的斜視図であり、図８は上金型５２の模式的斜視図である。プレス形成により、繊維強化プラスチック用多層基材１０における繊維強化プラスチック用基材１１、２１、３１及び４１が接合するとともに、立体形状に賦形され、立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム１００が得られた。

図４及び図５に、それぞれ、実施例１で得られた立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム１００の模式的平面図及び斜視図を示した。また、図１１及び図１２に、それぞれ、実施例１で得られた立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム１００のデジタルカメラによる平面図及び斜視図を示した。

（比較例１）
強化繊維糸として炭素繊維糸（三菱レイヨン社製、マルチフィラメント、１２Ｋ）を用いた。強化繊維糸を一方向に密に引き揃えて第１の繊維シート（目付４４４ｇ／ｍ²）とし、第１の繊維シートの一方の表面に、第１の繊維シートの強化繊維糸の引き揃え方向とほぼ直交するように、強化繊維糸を一方向に密に引き揃えて配置して第２の繊維シートを構成した。第１の繊維シートと第２の繊維シートをステッチ糸（ＰＥＴ繊維糸、マルチフィラメント、８４ｄｔｅｘ）にて縫い合わせて（トリコット縫い）一体化して繊維強化プラスチック用基材を得た。得られた繊維強化プラスチック用基材の第２の繊維シートの表面に２０ｇ／ｍ²の量の接着性樹脂（エポキシ系樹脂、モメンティブ社製、品名「Ｅｐｉｋｏｔｅ０５３９０」）を配置した。接着性樹脂を含む繊維強化プラスチック用基材と、接着性樹脂を含まない繊維強化プラスチック用基材を、繊維強化プラスチック用基材の間に接着性樹脂が配置されるように積層して積層体を得た。繊維強化プラスチック用多層基材１０に代えて該積層体を用いた以外は、実施例１と同様にして立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム２００を作製した。繊維強化プラスチック用プリフォーム２００において、積層順番は、表面から裏面にかけて第２の繊維シート、第１の繊維シート、第２の繊維シート、第１の繊維シートであった。積層体の長手方向の角度を０度としたとき、表面から裏面にかけて、第２の繊維シート、第１の繊維シート、第２の繊維シート及び第１の繊維シートにおける強化繊維糸の角度は、それぞれ、−３０度、３０度、−３０度、３０度であった。

図９及び図１０に、それぞれ、比較例１で得られた立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム２００の模式的平面図及び斜視図を示した。また、図１３及び図１４に、それぞれ、比較例１で得られた立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォーム２００のデジタルカメラによる平面図及び斜視図を示した。

図４、図５、図１１及び図１２から分かるように、実施例１の立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームは、いずれの曲面においても皺が発生せず、優れた表面性を有していた。一方、図９、図１０、図１３及び図１４から分かるように、比較例１の立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームは、図面からみて一番手前の角に皺が発生しており、製品として適切ではなかった。

本発明の繊維強化プラスチック用基材及び繊維強化プラスチック用プリフォームは、自動車などの車両、船舶、航空材などに好適である。

１、１１、２１、３１、４１繊維強化プラスチック用基材
２、１２、２２、３２、４２強化繊維シート
２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ強化繊維糸
３、１３、２３、３３、４３補助繊維糸
４、１４、２４、３４、４４ステッチ糸
１０繊維強化プラスチック用多層基材
１００、２００繊維強化プラスチック用プリフォーム
５０プレス成形装置
５１下金型
５２上金型
６０ヒーター

Claims

複数本の強化繊維糸が一方向に引き揃えられた強化繊維シートと、前記強化繊維シートの一方の表面に前記強化繊維糸の引き揃え方向と交差する方向に所定の間隔で配置されている複数本の補助繊維糸を含み、前記強化繊維シート及び前記補助繊維糸がステッチ糸で一体化されており、
前記補助繊維糸の長さが、該補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さより長いことを特徴とする繊維強化プラスチック用基材。
前記強化繊維糸が炭素繊維糸である請求項１に記載の繊維強化プラスチック用基材。
前記補助繊維糸がガラス繊維である請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック用基材。
隣接する補助繊維糸の間隔が５ｍｍ〜５５ｍｍである請求項1〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック用基材。
前記補助繊維糸の長さが、該補助繊維糸の長さ方向の両端点を結んだ直線の長さの１０５〜１２０％の範囲である請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック用基材。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック用基材を２層以上含む繊維強化プラスチック用多層基材において、
少なくとも１層の繊維強化プラスチック用基材のいずれかの面には接着性樹脂が配置されている繊維強化プラスチック用多層基材。
請求項６に記載の繊維強化プラスチック用多層基材で構成され、立体形状を有することを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォーム。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック用基材を２層以上積層するとともに、少なくとも１層の繊維強化プラスチック用基材のいずれかの面に接着性樹脂を配置し、得られた繊維強化プラスチック用多層基材をプレス成形して立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを得ることを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法。
請求項６に記載の繊維強化プラスチック用多層基材を所定の立体形状にプレス成形して立体形状の繊維強化プラスチック用プリフォームを得ることを特徴とする繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法。
前記プレス成形は、真空成形及び／又は減圧成形である請求項８又は９に記載の繊維強化プラスチック用プリフォームの製造方法。