JP2021066081A

JP2021066081A - 繊維強化複合材およびその製造方法並びに樹脂成形品の製造方法

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Publication number: JP2021066081A
Application number: JP2019192785A
Authority: JP
Inventors: 尚哲金森; Naotetsu Kanamori; 秀和兼岩; Hidekazu Kaneiwa
Original assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2021-04-30
Also published as: WO2021079786A1

Abstract

【課題】強化繊維を含有する比較的厚手の樹脂成形品を効率よく成形する。【解決手段】１ｍｍ以上の厚みを有する繊維強化複合材ＣＳを用いて樹脂成形品を成形する。繊維強化複合材ＣＳは、厚み方向に積層、固定された複数のチョップ材Ｃを備える。複数のチョップ材Ｃは、それぞれ熱可塑性のマトリックス樹脂と当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維とを含み、強化繊維の繊維方向が二次元的にランダムになる状態で、強化繊維の目付量が７００ｇ／ｍ２以上になりかつ強化繊維の体積含有率が２０％以上７０％以下になるように積層される。【選択図】図５

Description

本発明は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材に関する。

繊維強化複合材を製造する方法として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１の製造方法は、一方向に引き揃えられた強化繊維をマトリックス樹脂に含浸させたセミプリプレグシートを作製する工程と、作製したセミプリプレグシートを細断して多数のチョップドセミプリプレグシートを作製する工程と、作製した多数のチョップドセミプリプレグシートを二次元的にランダムに配向して重ね合わせた状態で互いに一体化した層状体を作製する工程と、作製した層状体を複数積層して一体化することにより疑似等方補強シート材を作製する工程と、作製した疑似等方補強シート材を１枚もしくは複数枚積層し、加圧・加熱して所望の形状の成形品（複合材料成形品）を得る工程とを含む。

疑似等方補強シート材は、ロール状に巻き取ることが可能な程度の柔軟性を有するものとされ、そのために種々の条件が課される。例えば、チョップドセミプリプレグシートを重ね合わせて疑似等方補強シート材を作製する場合には、チョップドセミプリプレグシート１枚あたり厚みが２０〜８０μｍに制限され、かつその積み重ね枚数（厚み方向の平均枚数）が２〜１０枚に制限される。

特開２０１６−２７９５６号公報

上記特許文献１の製造方法によれば、二次元的にランダムに配向された強化繊維を含みかつ柔軟性に富んだ疑似等方補強シート材を用いて成形品が成形されるので、平板形状以外の曲面形状や凹凸形状等を有する金型を用いた場合でも、その金型の形状に沿って材料が流動し易い。このため、強化繊維による補強効果を享受しながら、成形品の形状自由度も確保できるという利点がある。

しかしながら、上記特許文献１では、疑似等方補強シートの厚みが非常に小さい値（計算上は８００μｍ以下）に制限されるので、この疑似等方補強シートを用いて比較的厚手の成形品を成形しようとした場合には、金型内に非常に多くの疑似等方補強シートを積み重ねて配置する必要があり、成形時の工数が増大するという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、強化繊維を含有する比較的厚手の樹脂成形品を効率よく成形することを目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、１ｍｍ以上の厚みを有する繊維強化複合材であって、厚み方向に積層、固定された複数のチョップ材を備え、複数の前記チョップ材は、それぞれ熱可塑性のマトリックス樹脂と当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維とを含むとともに、前記強化繊維の繊維方向が二次元的にランダムになる状態で、前記強化繊維の目付量が７００ｇ／ｍ^２以上になりかつ前記強化繊維の体積含有率が２０％以上７０％以下になるように積層されている、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、比較的厚手の樹脂成形品を成形するための材料として好適な繊維強化複合材を提供することができる。すなわち、強化繊維の目付量が７００ｇ／ｍ^２以上で体積含有率が２０％以上７０％以下である本発明の繊維強化複合材は、樹脂成形品をプレス加工により成形する際の材料として提供されることにより、当該樹脂成形品の強度を高めることに貢献する。また、繊維強化複合材は積層された複数のチョップ材を含み、かつ複数のチョップ材は強化繊維の繊維方向が二次元的にランダムになる状態で積層されているので、繊維強化複合材がプレス加工に供されたときに強化繊維が切断される可能性を低減できるとともに、プレス加工時の樹脂の流動を促進して樹脂成形品の形状自由度を高めることができる。これにより、強化繊維による補強効果を等方的に発揮させつつ、種々の形状の樹脂成形品を支障なく成形することができる。しかも、繊維強化複合材は１ｍｍ以上の厚みを有するので、プレス加工のために繊維強化複合材を金型内で積み重ねる回数を減らすことができる。言い換えると、比較的厚手の樹脂成形品を成形する場合であっても、繊維強化複合材を金型内で積み重ねる回数が極端に多くならないので、プレス加工の工数を削減することができ、比較的厚手の樹脂成形品を効率よく成形することができる。

好ましくは、前記繊維強化複合材は、前記複数のチョップ材を積層状態で支持する熱可塑性樹脂製のキャリアシートをさらに備える（請求項２）。

この構成によれば、キャリアシートの上にチョップ材をランダム配置しかつ加熱ローラで加圧・加熱する等の方法により、１ｍｍ以上の厚みを有する前記繊維強化複合材を比較的容易に作製することができる。

前記繊維強化複合材の厚みを１ｍｍ以上にするための前記チョップ材の積層方法は種々考えられるが、好適な一例として、１０μｍ以上１００μｍ以下の厚みを有する前記チョップ材を厚み方向に１１枚以上積み重ねることが考えられる（請求項３）。

前記各チョップ材は、好ましくは、短辺の長さが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下でかつ長辺の長さが２ｍｍ以上８０ｍｍ以下の長方形を呈するように形成される（請求項４）。

チョップ材をこのようなサイズ（形状）に形成した場合には、当該チョップ材に含まれる強化繊維により繊維強化複合材の強度を効果的に向上させることができる。

また、本発明は、１ｍｍ以上の厚みを有する繊維強化複合材を製造する方法であって、熱可塑性のマトリックス樹脂と当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維とを含むＵＤシートを作製する第１の工程と、前記ＵＤシートを細断することにより所定サイズの複数のチョップ材を作製する第２の工程と、作製された複数の前記チョップ材を、前記強化繊維の繊維方向が二次元的にランダムになる状態で厚み方向に積層、固定する第３の工程とを含み、前記第３の工程では、前記強化繊維の目付量が７００ｇ／ｍ^２以上になりかつ前記強化繊維の体積含有率が２０％以上７０％以下になるように前記チョップ材を積層させる、ことを特徴とするものである（請求項５）。

さらに、本発明は、前記のようにして製造された繊維強化複合材から、パンチおよびダイを含むプレス金型を用いて樹脂成型品を製造する方法であって、複数の前記繊維強化複合材を積み重ねて前記ダイに配置する第４の工程と、前記ダイに配置された前記繊維強化複合材を加熱しながら前記パンチを前記ダイに押し込むことにより、当該パンチとダイとの間の成形空間に対応した形状に前記繊維強化複合材を変形させる第５の工程とを含む、ことを特徴とするものである（請求項６）。

この方法によれば、比較的厚手でかつ高強度な樹脂成形品を効率よく成形することができる。

以上説明したように、本発明によれば、強化繊維を含有する比較的厚手の樹脂成形品を効率よく成形することができる。

本発明の一実施形態にかかる樹脂成形品の製造方法の概略手順を示すフローチャートである。ＵＤシートを作製するシート製造装置の概略構成を示す図である。ＵＤシートからチョップ材を切り出す方法を説明するための図である。積層チョップドシートを作製する方法を説明するための図である。積層チョップドシートの断面図である。熱プレス機の構成および当該熱プレス機を用いて積層チョップドシートから樹脂成形品を成形する方法を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態にかかる樹脂成形品の製造方法について説明する。本実施形態において、樹脂成形品は、強化繊維が含有された合成樹脂製の成形品（複合成形品）であり、図１に示す各工程（Ｓ１〜Ｓ５）により製造される。すなわち、本実施形態における樹脂成形品の製造方法は、ＵＤシートを作製する工程Ｓ１と、ＵＤシートを細断してチョップ材を作製する工程Ｓ２と、チョップ材をキャリアシートに積層して積層チョップドシートを作製する工程Ｓ４と、積層チョップドシートを金型に投入して熱プレス加工する工程Ｓ４，Ｓ５とを含む。各工程の詳細は次のとおりである。

（１）ＵＤシートの作製
工程Ｓ１は、図２に示すＵＤシートＳを作製する工程（シート作製工程）である。このシート作製工程Ｓ１により作製されるＵＤシートＳは、熱可塑性樹脂製の樹脂シートＲ０に強化繊維Ｆが含浸された繊維強化樹脂シート（ＦＲＴＰシート）である。なお、シート作製工程Ｓ１は、本発明における「第１の工程」に相当する。

強化繊維Ｆとしては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維等を用いることができる。中でも炭素繊維は、成形品の強度および耐食性等を向上させる上で有利である。炭素繊維としては、強度が特に高いＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系の炭素繊維を用いることが好ましい。

樹脂シートＲ０の材料である熱可塑性樹脂、つまりＵＤシートＳのマトリックス樹脂としては、ポリアミド（特にＰＡ６，ＰＡ９Ｔ）、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリイミド、ポリアリレート、フッ素樹脂、液晶ポリマー、熱可塑性エポキシ樹脂等を例示することができる。また、これらの熱可塑性樹脂を２種類以上混合したポリマーアロイを樹脂シートＲ０の材料として用いてもよい。

ＵＤシートＳは、例えば図２に示されるシート製造装置１を用いて連続的に製造することができる。このシート製造装置１は、強化繊維の束である繊維束Ｆ０および熱可塑性の樹脂シートＲ０から、ＵＤシートＳを連続的に製造する装置である。

具体的に、シート製造装置１は、上下に並ぶ複数対（図２では２対）の加熱ローラ２と、加熱ローラ２の下側において上下に並ぶ複数対（図３では２対）の冷却ローラ３と、加熱ローラ２と冷却ローラ３との間に掛け回された一対の無端ベルト４と、無端ベルト４の下側に位置する一対の引き出しローラ５と、引き出しローラ５の下側に配置された巻き取り用のボビン６とを備えている。

最上段の加熱ローラ２の近傍には、繊維束Ｆ０を開繊して帯状に広げる開繊機構（図示省略）が設けられている。この開繊機構は、繊維束Ｆ０を連続的に開繊することにより、多数の連続した強化繊維Ｆを薄い帯状に広げつつ形成することが可能である。開繊機構としては、このような処理が可能な機構であればよく、繊維束を叩いて広げる機構、繊維束に風を当てて広げる機構、繊維束に超音波を当てて広げる機構など、種々の機構を用いることができる。

図２の例において、上記開繊機構は、樹脂シートＲ０の一方の面に開繊後の強化繊維Ｆを供給する機構と、樹脂シートＲ０の他方の面に開繊後の強化繊維Ｆを供給する機構とを有する。前者の機構は、樹脂シートＲ０の一方の面と当該面と接する加熱ローラ２との間に強化繊維Ｆを導入するように設けられ、後者の機構は、樹脂シートＲ０の他方の面と当該面と接する加熱ローラ２との間に強化繊維Ｆを導入するように設けられる。ただし、開繊機構は、樹脂シートＲ０の一方の面のみに強化繊維Ｆを供給するものであってもよい。

加熱ローラ２は、電気ヒータもしくは加熱媒体等により加熱された高温のローラである。加熱ローラ２は、樹脂シートＲ０およびその両面に導入された強化繊維Ｆを無端ベルト４を介して両側から挟み込みつつ加熱することにより、強化繊維Ｆを樹脂シートＲ０に連続的に含浸させる。強化繊維Ｆは、一方向（図２の上下方向）に引き揃えられた状態で樹脂シートＲ０に含浸される。

冷却ローラ３は、冷却媒体等により冷却された低温のローラである。冷却ローラ３は、強化繊維Ｆが含浸された状態の樹脂シートＲ０を無端ベルト４を介して両側から挟み込みながら冷却することにより、強化繊維Ｆを樹脂シートＲ０に固定する。これにより、樹脂シートＲ０（マトリックス樹脂）と強化繊維Ｆとが一体化されたＵＤシートＳが成形される。

引き出しローラ５は、成形されたＵＤシートＳに張力を付与しつつこれを下方へ引き出すローラである。

巻き取り用のボビン６は、ＵＤシートＳを巻き取るための芯材である。ボビン６は、モータ等の駆動源により回転駆動され、引き出しローラ５により引き出されたＵＤシートＳを順次巻き取ることにより、ＵＤシートＳをロール状に纏める。

以上の工程により形成されるＵＤシートＳの厚みは、１０μｍ以上１００μｍ以下とされる。このような厚みのＵＤシートＳは、ロール状に纏めるのに支障のない高い柔軟性を有する。

（２）チョップ材の切り出し
以上のようにしてＵＤシートＳの作製が完了すると、次の工程Ｓ２において、ＵＤシートＳから図３に示すチョップ材Ｃを切り出す（細断工程）。この細断工程Ｓ２では、ＵＤシートＳを長手方向および幅方向に切断することにより、所定サイズの長方形状のチョップ材Ｃを多数作製する。具体的には、次のような手順でチョップ材Ｃを作製する。なお、細断工程Ｓ２は、本発明における「第２の工程」に相当する。

まず、図３に示すように、長手方向に延びる切込みＸを形成する。すなわち、ＵＤシートＳを長手方向に送り出しながら、その送り経路の途中の区間Ｉにおいて、長手方向に連続する多数の切込みＸを形成する。切込みＸは、例えば、ＵＤシートＳの幅方向に等間隔に並ぶ多数の刃を含む切断装置を用いて形成することができる。

次いで、続く区間IIにおいて、ＵＤシートＳの幅方向の一端から他端まで連続する切込みＹを形成する。切込みＹは、例えばロータリーカッター等を用いて形成することができる。切込みＹは、ＵＤシートＳが長手方向に一定距離ずつ送り出される度に形成される。これにより、切込みＸのピッチに相当する長さの短辺と切込みＹのピッチに相当する長さの長辺とを有する長方形状の多数のチョップ材Ｃが切り出される。

上述したように、ＵＤシートＳは、その長手方向に配向された多数の強化繊維Ｆを含有する熱可塑性樹脂シートである。このため、当該ＵＤシートＳから切り出された各チョップ材Ｃも、その長手方向（長辺の方向）に配向された多数の強化繊維Ｆを含有している。すなわち、チョップ材Ｃは、熱可塑性のマトリックス樹脂と、当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維Ｆとを有している。

チョップ材Ｃのサイズは、後述するプレス工程（Ｓ５）での材料の賦形性等を考慮した適宜のサイズに定められる。一例として、チョップ材Ｃは、短辺の長さが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下で、かつ長辺の長さが２ｍｍ以上８０ｍｍ以下の長方形状に形成することができる。特に、チョップ材Ｃは５×２０ｍｍの長方形状に形成することが好ましい。

チョップ材Ｃの厚みは、ＵＤシートＳの厚みと同一であり、１０μｍ以上１００μｍ以下である。

（３）積層チョップドシートの作製
以上のようにしてチョップ材Ｃの作製が完了すると、次の工程Ｓ３において、チョップ材Ｃを積層して互いに一体化することにより、図４および図５に示す積層チョップドシートＣＳを作製する（積層工程）。この積層工程Ｓ３では、熱可塑性樹脂製のキャリアシートＲの上面に多数のチョップ材Ｃを二次元的にランダムに配置しつつ積層、固定する。具体的には、次のような手順で積層チョップドシートＣＳを作製する。なお、積層工程Ｓ３は、本発明における「第３の工程」に相当する。

まず、図４に示すように、キャリアシートＲをその長手方向に送り出しながら、当該キャリアシートＲの上面に多数のチョップ材Ｃを分散させつつ配置する。このチョップ材Ｃの分散配置には、例えばキャリアシートＲの上方からチョップ材Ｃを振動させつつ落下させる落下装置を用いることができる。そして、このような落下装置を用いたチョップ材Ｃの落下操作をキャリアシートＲの送り方向の複数個所で繰り返すことにより、キャリアシートＲ上のチョップ材Ｃの密度および積層枚数を増やしていく。すなわち、キャリアシートＲの長手方向の複数の区間XI，XII，XIII‥‥において、上記落下装置を用いたチョップ材Ｃの落下操作を繰り返し行うことにより、各チョップ材Ｃに含有される強化繊維Ｆの繊維方向（換言すればチョップ材Ｃの長手方向）が水平面上で種々の方向にばらつき、かつ厚み方向に複数枚のチョップ材Ｃが積み重なるように、キャリアシートＲの上に多数のチョップ材Ｃを積層する。このチョップ材Ｃの積層は、キャリアシートＲ上におけるチョップ材Ｃの積層枚数が１１枚以上になるまで継続して行われる（図５参照）。

次に、図外の加熱ローラを用いてキャリアシートＲおよびその上のチョップ材Ｃを加圧および加熱し、キャリアシートＲとチョップ材Ｃとを互いに一体化する。すなわち、上記加熱ローラを用いた加圧および加熱により、キャリアシートＲとチョップ材Ｃとを結合（融着）するとともに、積層されたチョップ材Ｃどうしを互いに結合（融着）する。これにより、図５に示すように、キャリアシートＲの上面に少なくとも１１枚のチョップ材Ｃが積層、固定された積層チョップドシートＣＳが成形される。この積層チョップドシートＣＳの厚みｔ、つまりキャリアシートＲとその上に１１枚以上積層されたチョップ材Ｃとの合計の厚みは、１ｍｍ以上に設定される。言い換えると、チョップ材Ｃの積層枚数（少なくとも１１枚）は、積層チョップドシートＣＳの厚みｔが１ｍｍ以上になるような枚数に設定される。

上記のように強化繊維Ｆを含むチョップ材Ｃが多数（厚みｔが１ｍｍ以上になるまで）積層されることにより、積層チョップドシートＣＳに含有される強化繊維Ｆの量は十分に大きなものとなる。具体的に、積層チョップドシートＣＳにおける強化繊維Ｆの目付量、つまり単位面積に含有される強化繊維Ｆの重量は、７００ｇ／ｍ^２以上とされる。また、積層チョップドシートＣＳにおける強化繊維Ｆの体積含有率、つまり強化繊維Ｆが占める体積を積層チョップドシートＣＳ全体の体積で割った値は、２０％以上７０％以下とされる。

キャリアシートＲの材質としては、基本的にチョップ材Ｃのマトリックス樹脂と同一の熱可塑性樹脂を用いることができる。ただし、熱可塑性樹脂である限り種々の材質のキャリアシートＲを使用可能であり、チョップ材Ｃとは異なる材質のキャリアシートＲを用いてもよい。

なお、図４および図５では、キャリアシートＲの上面のみにチョップ材Ｃを積層して積層チョップドシートＣＳを作製する場合を例示したが、キャリアシートＲの両面にチョップ材Ｃを積層することも当然に可能である。この場合は、キャリアシートＲにチョップ材Ｃを積層、固定する作業（つまりチョップ材Ｃを多重にランダム配置して加圧・加熱する作業）を、キャリアシートＲの上面および下面に対し順に行うとよい。すなわち、キャリアシートＲの上面にチョップ材Ｃを積層、固定した後、キャリアシートＲの下面が上にくるようにキャリアシートＲを裏返し、その状態でチョップ材Ｃを積層、固定する作業を同様に繰り返すことにより、キャリアシートＲの両面にチョップ材Ｃが積層された積層チョップドシートを作製することができる。

（４）金型への投入
以上のようにして積層チョップドシートＣＳの作製が完了すると、次の工程Ｓ４において、図６に示す熱プレス機１０の金型内に複数枚の積層チョップドシートＣＳを投入する（投入工程）。この投入工程Ｓ４は、本発明における「第４の工程」に相当する。

具体的に、投入工程Ｓ４では、図６（ａ）に示すように、所定サイズに切り出された板状の積層チョップドシートＣＳを複数枚用意し、これを厚み方向に積み重ねつつ熱プレス機１０の金型内に配置する。積層チョップドシートＣＳは、いずれも上述した積層工程Ｓ３を経て得られたシートであり、１ｍｍ以上の厚みを有している。

図６に示すように、熱プレス機１０は、パンチ１１およびダイ１２を備える。本実施形態において、ダイ１２は、積層チョップドシートＣＳを受け入れ可能な凹部１２ａを有する金型（雌型）であり、パンチ１１は、ベース部１１ａと当該ベース部１１ａの下面に突設された挿入部１１ｂとを有する金型（雄型）である。積層チョップドシートＣＳは、互いに積み重ねられた状態でダイ１２の凹部１２ａ内に配置される。ダイ１２には、凹部１２ａ内の積層チョップドシートＣＳを高温に加熱するためのヒータ（図示省略）が取り付けられている。

（５）プレス加工
以上のようにして熱プレス機１０（ダイ１２）への積層チョップドシートＣＳのセットが完了すると、次の工程Ｓ５において、積層チョップドシートＣＳを加熱しつつダイ１２にパンチ１１を押し込む本加工（型締め）を行うことにより、樹脂成形品Ｐを成形する（プレス工程）。このプレス工程Ｓ５は、本発明における「第５の工程」に相当する。

具体的に、プレス工程Ｓ５では、上記ヒータによるダイ１２の加熱を通じて積層チョップドシートＣＳを所定の温度まで上昇させるとともに、パンチ１１の挿入部１１ｂをダイ１２の凹部１２ａに挿入した状態で図外の加圧装置によりパンチ１１を下方に押圧し、積層チョップドシートＣＳを加圧する（図６（ｂ）参照）。この積層チョップドシートＣＳへの加熱および加圧は、積層チョップドシートＣＳを軟化および変形させる。

図６（ｃ）は、パンチ１１がストロークエンドまで押し付けられた状態を示している。この状態でパンチ１１とダイ１２との間に区画される空間（つまり成形キャビティ）は、変形した積層チョップドシートＣＳによって満たされる。すなわち、成形キャビティに対応した形状に積層チョップドシートＣＳが変形することにより、繊維強化樹脂製の成形品Ｐ（樹脂成形品）が得られる。樹脂成形品Ｐは、所定の冷却期間をおいた後、パンチ１１をダイ１２から抜き出した状態でダイ１２から取り出される。

（６）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、熱可塑性のマトリックス樹脂（樹脂シートＲ０）と当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維Ｆとを含むチョップ材Ｃが、強化繊維Ｆの繊維方向が二次元的にランダムになる状態で積層、固定されることにより、厚みが１ｍｍ以上、強化繊維Ｆの目付量が７００ｇ／ｍ^２以上、かつ強化繊維Ｆの体積含有率が２０％以上７０％以下である積層チョップドシートＣＳが作製される。そして、複数の積層チョップドシートＣＳが互いに積み重ねられた状態で熱プレス機１０によりプレス加工されることにより、樹脂成形品Ｐが成形される。このような構成によれば、比較的厚手で高強度な樹脂成形品Ｐを効率よく成形できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、目付量が７００ｇ／ｍ^２以上でかつ体積含有率が２０％以上７０％以下となる十分な量の強化繊維Ｆが含有された積層チョップドシートＣＳを用いて樹脂成形品Ｐが成形されるので、強化繊維Ｆによる十分な補強効果を得ることができ、樹脂成形品Ｐの強度を高めることができる。また、積層チョップドシートＣＳは積層された複数のチョップ材Ｃを含み、かつ複数のチョップ材Ｃは強化繊維Ｆの繊維方向が二次元的にランダムになる状態で積層されているので、積層チョップドシートＣＳがプレス加工に供されたときに強化繊維Ｆが切断される可能性を低減できるとともに、プレス加工時の樹脂の流動を促進して樹脂成形品Ｐの形状自由度を高めることができる。これにより、強化繊維Ｆによる補強効果を等方的に発揮させつつ、種々の形状の樹脂成形品Ｐを支障なく成形することができる。しかも、積層チョップドシートＣＳは１ｍｍ以上の厚みを有するので、プレス加工のために積層チョップドシートＣＳを金型内で積み重ねる回数を減らすことができる。言い換えると、比較的厚手の樹脂成形品Ｐを成形する場合であっても、積層チョップドシートＣＳを金型内で積み重ねる回数が極端に多くならないので、プレス加工の工数を削減することができ、比較的厚手の樹脂成形品Ｐを効率よく成形することができる。

また、上記実施形態では、熱可塑性樹脂製のキャリアシートＲの上に多数のチョップ材Ｃが積層、固定されることにより積層チョップドシートＣＳが作製されるので、キャリアシートＲの上に多数のチョップ材Ｃをランダム配置しかつ加熱ローラで加圧・加熱する等の方法により、１ｍｍ以上の厚みを有する積層チョップドシートＣＳを比較的容易に作製することができる。

（７）変形例
上記実施形態では、プレス工程Ｓ５において、複数枚の積層チョップドシートＣＳを熱プレス機１０の金型内に積み重ねて配置し、その状態でダイ１２にパンチ１１を押し込む本加工（型締め）を行うようにしたが、このプレス工程Ｓ５の前に、複数枚の積層チョップドシートＣＳを一体に積層した積層体を成形することも可能である。この積層体の成形は、例えば、複数枚の積層チョップドシートＣＳを積み重ねて熱融着させることにより実現可能である。

上記積層体は、１枚の積層チョップドシートＣＳの整数倍の厚みを持ったものとすることができる。このため、例えば比較的厚手の樹脂成形品Ｐを製造する際に、熱プレス機１０の型内で材料を積み重ねる回数をさらに減らすことができ、プレス工程Ｓ５の作業効率をより向上させることができる。なお、積層チョップドシートＣＳの熱融着の際には、積み重ねられた複数枚の積層チョップドシートＣＳが運搬等の過程で自然分離しない程度の強度でマトリックス樹脂が互いに結合されればよい。熱融着では、このような要求に適した過度に高くない温度、圧力を積層チョップドシートＣＳに加えることが好ましい。

上記実施形態では、積層チョップドシートＣＳを作製する際に、熱可塑性樹脂製のキャリアシートＲの上に多数のチョップ材Ｃを積層、固定したが、キャリアシートＲは省略してもよい。すなわち、積層チョップドシートとして、互いに積層、固定されたチョップ材Ｃのみからなる積層チョップドシートを作製するようにしてもよい。

Ｃチョップ材
ＣＳ積層チョップドシート（繊維強化複合材）
Ｆ強化繊維
Ｒ０樹脂シート（マトリックス樹脂）
Ｒキャリアシート
Ｐ樹脂成形品
１１パンチ
１２ダイ

Claims

１ｍｍ以上の厚みを有する繊維強化複合材であって、
厚み方向に積層、固定された複数のチョップ材を備え、
複数の前記チョップ材は、それぞれ熱可塑性のマトリックス樹脂と当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維とを含むとともに、前記強化繊維の繊維方向が二次元的にランダムになる状態で、前記強化繊維の目付量が７００ｇ／ｍ^２以上になりかつ前記強化繊維の体積含有率が２０％以上７０％以下になるように積層されている、ことを特徴とする繊維強化複合材。
請求項１に記載の繊維強化複合材において、
前記複数のチョップ材を積層状態で支持する熱可塑性樹脂製のキャリアシートをさらに備えた、ことを特徴とする繊維強化複合材。
請求項１または２に記載の繊維強化複合材において、
複数の前記チョップ材は、それぞれ１０μｍ以上１００μｍ以下の厚みを有し、かつ厚み方向に１１枚以上積み重なるように積層されている、ことを特徴とする繊維強化複合材。
請求項３に記載の繊維強化複合材において、
前記各チョップ材は、短辺の長さが２ｍｍ以上５０ｍｍ以下でかつ長辺の長さが２ｍｍ以上８０ｍｍ以下の長方形を呈するように形成されている、ことを特徴とする繊維強化複合材。
１ｍｍ以上の厚みを有する繊維強化複合材を製造する方法であって、
熱可塑性のマトリックス樹脂と当該マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸された多数の強化繊維とを含むＵＤシートを作製する第１の工程と、
前記ＵＤシートを細断することにより所定サイズの複数のチョップ材を作製する第２の工程と、
作製された複数の前記チョップ材を、前記強化繊維の繊維方向が二次元的にランダムになる状態で厚み方向に積層、固定する第３の工程とを含み、
前記第３の工程では、前記強化繊維の目付量が７００ｇ／ｍ^２以上になりかつ前記強化繊維の体積含有率が２０％以上７０％以下になるように前記チョップ材を積層させる、ことを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。
請求項５に記載の製造方法により製造された繊維強化複合材から、パンチおよびダイを含むプレス金型を用いて樹脂成型品を製造する方法であって、
複数の前記繊維強化複合材を積み重ねて前記ダイに配置する第４の工程と、
前記ダイに配置された前記繊維強化複合材を加熱しながら前記パンチを前記ダイに押し込むことにより、当該パンチとダイとの間の成形空間に対応した形状に前記繊維強化複合材を変形させる第５の工程とを含む、ことを特徴とする樹脂成型品の製造方法。