JP2024082914A - Ｆｒｐ成形品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＭＣの端部同士が出会う部分が含まれる予備成形体をワックスからなるコアと共にプレス金型内で硬化させて得られるＦＲＰ成形品の強度低下を抑制するための技法を提供すること。【解決手段】補強繊維を含有する熱硬化性成形材料からなり略正味形状を有する予備成形体を、ワックスからなる可融部を含むコアと共にプレス金型内で加熱して硬化させることを含む、ＦＲＰ成形品の製造方法であって、前記予備成形体が、前記コアの表面に平行に延在する、第一のシートモールディングコンパウンドの縁と第二のシートモールディングコンパウンドの縁との境界、および、含有する補強繊維の少なくとも一部が前記境界をまたぐように配置された補強シートを有し、前記補強シートはＵＤプリプレグ、ファブリックプリプレグまたはドライファブリックである、方法。【選択図】図２

Description

本発明は、主として、ＦＲＰ成形品を製造する方法に関する。

繊維強化樹脂（FRP; Fiber Reinforced Plastic）は、軽量かつ力学特性に優れていることから、自動車用の補強部材（reinforcement）を含む様々な用途で使用されており、近年その重要度はますます高くなっている。
プリプレグからなる予備成形体をワックスからなるコアと共にプレス金型に入れて加熱し、ワックスの融解に伴う膨張により発生する高い内圧を加えた状態で硬化させる、中空ＦＲＰ成形品の製造方法が知られている（特許文献１）。

国際公開第２０１８／０７９８２４号

特許文献１に記載する方法でシートモールディングコンパウンド（以下ではＳＭＣとも呼ぶ）からＦＲＰ成形品を製造する場合、コアを取り囲むように配置されたＳＭＣからなる、略正味形状の予備形成体が作製される。この予備成形体にはＳＭＣの端部同士が出会う部分が含まれ得る。予備成形体にかかる部分が存在することがＦＲＰ成形品の強度に如何なる影響を与えるのかは、未だ明らかでない。

本発明は、かかる状況の下、本発明者等が実験を通して得た知見に基づいてなされたものであり、補強繊維を含有する熱硬化性成形材料を用いて形成される略正味形状の予備成形体に、ＳＭＣの端部同士が出会う部分が含まれる場合に、かかる予備成形体をワックスからなるコアと共にプレス金型内で硬化させて得られるＦＲＰ成形品の強度低下を抑制するための技法を提供することを、主たる目的とする。

本発明の一態様によれば、補強繊維を含有する熱硬化性成形材料からなり略正味形状を有する予備成形体を、ワックスからなる可融部を含むコアと共にプレス金型内で加熱して硬化させることを含む、ＦＲＰ成形品の製造方法であって、前記予備成形体が、前記コアの表面に平行に延在する、第一のシートモールディングコンパウンドの縁と第二のシートモールディングコンパウンドの縁との境界、および、含有する補強繊維の少なくとも一部が前記境界をまたぐように配置された補強シートを有し、前記補強シートはＵＤプリプレグ、ファブリックプリプレグまたはドライファブリックである、製造方法が提供される。

補強繊維を含有する熱硬化性成形材料を用いて形成される略正味形状の予備成形体に、ＳＭＣの端部同士が出会う部分が含まれる場合に、かかる予備成形体をワックスからなるコアと共にプレス金型内で硬化させて得られるＦＲＰ成形品の強度低下を抑制するための技法が提供される。

図１は、コアの断面図である。 図２（ａ）は、コアと予備成形体からなる集合体の断面図であり、図２（ｂ）は該集合体の側面図である。 図３は、コアと予備成形体からなる集合体の断面図である。 図４は、予備成形体をコアと共にプレス金型内に置いたところを示す断面図である。 図５は、ＦＲＰ成形品の斜視図である。 図６は、コアと予備成形体からなる集合体の断面図である。 図７は、ＦＲＰ成形品の斜視図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、コアと予備成形体からなる集合体の断面図である。 図９は、コアと予備成形体からなる集合体の断面図である。 図１０（ａ）はコアと予備成形体からなる集合体の断面図であり、図１０（ｂ）はＦＲＰ成形品の斜視図である。 図１１は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１２は、中空ＦＲＰ物品から矩形の試験片をどのように切り出したかを示す。 図１３は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１４は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１５は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１６は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１７は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１８は、コアと予備成形体からなる集合体の断面の一部を示す。 図１９は、サンプル１～７の曲げ強度の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明のいくつかの実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。図面における寸法比は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは異なる場合がある。また、図面において同一の構成については同じ符号を用いて示し、重複する構成について説明を省略することがある。

１．成形品の製造方法
ＦＲＰ成形品として角パイプを製造する場合を例に、実施形態に係る製造方法を説明する。
（１）コアの作製
図１に示すように、ワックスからなる角柱状の可融部１をポリマーフィルム２で密に覆ってなる角柱状コア１０を準備する。図１は角柱状コア１０の横断面を示している。
ワックスの融解温度は、室温より高ければよいが、好ましくは６０℃以上である。ワックスにはフィラーが添加されていてもよい。
ワックスを角柱状に賦形する方法に限定はなく、例としてはモールドや切削が挙げられる。

ポリマーフィルムの好ましい材料の例には、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、シリコーン、フッ素ゴムのような合成ポリマーが含まれ、更には、これらのポリマーからなるエラストマーが含まれる。

可融部１をポリマーフィルム２で覆うときの方法には、例えば以下がある。
・可融部をポリマーフィルムで包み、包んだ状態が崩れないように、耐熱テープで止める。耐熱テープで止める代わりに、接着剤を用いてもよいし、ポリマーフィルム同士を融着してもよい。
・可融部をポリマーからなるシュリンクチューブの内側に配置した状態でシュリンクチューブを熱収縮させ、更に該シュリンクチューブの両端を融着で閉じる。この例では、シュリンクチューブがポリマーフィルムに相当する。
・可融部の表面に低温硬化型の液状ゴムを塗布し、コアが融解しない温度で硬化させる。この例では、液状ゴムの硬化物がポリマーフィルムに相当する。
・可融部の表面にＵＶ硬化型エラストマーの原料液を塗布し、ＵＶ照射して硬化させる。この例では、ＵＶ硬化型エラストマーの硬化物がポリマーフィルムに相当する。

（２）予備成形体の作製
図２に示すように、角柱形コア１０のひとつの側面上に配置された補強シート３と、角柱形コア１０の側面全体を補強シート３ごと覆うように配置されたＳＭＣ４とから、略正味形状の予備成形体２０を形成する。図２（ａ）は、角柱形コア１０と予備成形体２０からなる集合体の横断面を示し、図２（ｂ）は該集合体の側面図である。図２（ｂ）に示す破線は、ＳＭＣ４の下に隠れた補強シート３の側縁の位置を示している。

補強シート３は、ＵＤプリプレグ（一方向プリプレグ）、ファブリックプリプレグまたはドライファブリックである。補強シート３に含まれる補強繊維の典型例は、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維であるが、限定するものではなく、天然繊維であってもよい。
補強シート３がＵＤプリプレグまたはファブリックプリプレグである場合、補強繊維を含浸させる樹脂マトリックスは熱硬化性である。

ＳＭＣは、当業者にはよく知られているように、チョップド繊維束をキャリアフィルム上に散布し堆積させることにより形成されるランダムマットを、熱硬化性の樹脂マトリックスで含浸させることにより得られる、熱硬化性の成形材料である。
チョップド繊維束を構成する繊維の典型例は、炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維であるが、限定するものではなく、天然繊維であってもよい。
好適例において、チョップド繊維束を構成する繊維は、補強シート３に含まれる補強繊維と同種の繊維である。つまり、前者と後者の両方が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維および天然繊維のいずれかであることが好ましい。
一例では、補強シート３に含まれる補強繊維が、チョップド繊維束を構成する繊維よりも高強度であってもよい。

ＳＭＣ４は予め所定の大きさに裁断されている。予備成形体２０と角柱形コア１０との間に殆ど隙間ができないように補強シート３およびＳＭＣ４を配置したとき、角柱形コア１０の表面に平行に延在する境界ＢがＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２との間で形成される。図２（ｂ）では、境界Ｂの延在方向を両矢印で示している。

予備成形体２０において、補強シート３は境界Ｂをまたいでいる。補強シート３の一部がＳＭＣ４の縁Ｅ１を含む部分に積層され、他の一部がＳＭＣ４の縁Ｅ２を含む部分に積層されているといってもよい。
図３に示すように、ＳＭＣ４の縁Ｅ１側と縁Ｅ２側における会合部Ｍから補強シート３の縁までの距離をそれぞれ距離ｄ_１、距離ｄ_２としたとき、距離ｄ_１と距離ｄ_２はそれぞれ好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上である。

補強シート３は境界Ｂに沿って、境界Ｂの一端から他端まで連続していることが好ましいが、必須ではない。必要なことは、補強シート３が含有する補強繊維の少なくとも一部が、境界Ｂをまたいでいることである。
補強シート３は、境界Ｂをまたぐ補強繊維として、その繊維長がＳＭＣ４に含まれるチョップド繊維束のそれの好ましくは０．５倍以上、より好ましくは１倍以上、更に好ましくは１．５倍以上、特に好ましくは２倍以上である補強繊維を含有し得る。繊維長とは繊維フィラメントの長さをいい、チョップド繊維束の繊維長とは、チョップド繊維束を構成する繊維フィラメントの長さをいう。

（３）成形
図４に示すように、予備成形体２０はその内側に配置された角柱状コア１０と共にプレス金型３０内に置かれる。予備成形体２０は略正味形状を有するので、予備成形体２０とプレス金型３０との間には僅かな隙間しかない。
予備成形体２０がこのようにプレス金型３０内にぴったり収まるのは、ＳＭＣ４の端部同士が出会う部位においてＳＭＣ同士をオーバーラップさせずに、縁Ｅ１と縁Ｅ２がぶつかるようにしているからでもある。

ＳＭＣ４の厚さは通常１ｍｍ以上であり、１．５ｍｍ以上や２ｍｍ以上のこともあるので、ＳＭＣ同士をオーバーラップさせると局所的に著しく肉厚の部分ができて、予備成形体２０がプレス金型３０内にぴったり収まらない。
対照的に、補強シート３として用い得るＵＤプリプレグ、ファブリックプリプレグおよびドライファブリックは、厚さが通常０．５ｍｍ以下、典型的には０．３ｍｍ以下であり、ＳＭＣと比べるとかなり薄い。そのため、予備成形体２０をプレス金型３０内に置くうえで妨げとならない限り、補強シート３は２枚以上を重ねて使用することも可能である。

予備成形体２０でチャージする前から、プレス金型３０は成形温度に保持される。成形温度は、予備成形体２０が所望する時間内にプレス金型３０内で硬化するように設定される。通常は、３０分以内に予備成形体２０が硬化するように、予備成形体２０に含まれる成形材料の硬化特性に応じて、成形温度は１２０～１８０℃の範囲内で設定される。
予備成形体２０は、プレス金型３０内に置く前に、オーブン等を用いて予備加熱してもよい。

角柱状コア１０の可融部１のワックスが加熱によって膨張することにより、プレス金型３０内には内圧が発生する。予備成形体２０はこの内圧がかかった状態で硬化するので、良好な品質のＦＲＰ成形品が得られる。
ワックスの融解温度が成形温度より低い場合には、熱膨張に加えて、ワックスの融解に伴う膨張が内圧の発生に寄与し得る。
成形中にワックスを融解させない場合には、角柱状コア１０にポリマーフィルム２は不要である。

予備成形体が補強シートと隣接するＳＭＣ層にＳＭＣ同士のオーバーラップによる局所的な厚肉部を有する場合、成形中に該厚肉部が潰れるときにＳＭＣのマトリックス樹脂の大規模な流動が生じ、それに伴い補強シートの補強繊維の曲折が生じる可能性がある。補強シートと隣接するＳＭＣ層でＳＭＣ同士をオーバーラップさせないことは、この問題を防ぐうえでも有用である。

成形が完了したら、プレス金型３０からＦＲＰ成形品を取り出し、コア１０を抜き取る。図５は、こうして得られるＦＲＰ成形品４０の斜視図である。図５では、成形前にＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２の境界Ｂがあった場所を点線ＤＬで示している。

ＦＲＰ成形品４０に外力が加わり点線ＤＬが描かれた壁４１が撓んだときに、破壊が生じ難くなるよう、補強シート３に由来する補強繊維は点線ＤＬと直角または直角に近い角度で交差していることが望ましい。
従って、補強シート３がＵＤプリプレグの場合には、予備成形体２０において、ＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２の境界Ｂの延在方向に対して補強シート３の補強繊維がなす角度が、好ましくは９０°±４５°、より好ましくは９０°±３０°、更に好ましくは９０°±１５°、特に好ましくは９０°±５°である。
同様に、補強シート３がファブリックプリプレグまたはドライファブリックの場合、言い換えれば補強シート３がファブリックを含む場合には、予備成形体２０において、ＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２の境界Ｂの延在方向に対しファブリックの経糸または緯糸のどちらかがなす角度が、好ましくは９０°±３０°、より好ましくは９０°±１５°、更に好ましくは９０°±５°である。

（４）変形例
一変形例においては、図６に示すように、予備成形体２０を作製するときに、ＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２との境界Ｂが角柱形コア１０の稜線に沿って形成されるように、ＳＭＣ４を配置することができる。図7は、この例で得られるＦＲＰ成形品４０であり、成形前にＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２の境界Ｂがあった場所は、点線ＤＬで示すように稜線４２に沿っている。

稜線４２の近傍で破壊が生じ易いのは、ＦＲＰ成形品４０が捩じれて、点線ＤＬが描かれた部分にせん断力が加わったときである。この破壊を生じ難くするには、補強シート３に由来する補強繊維の方向が、点線ＤＬに対し傾斜していることが望ましい。
従って、補強シート３がＵＤプリプレグの場合には、予備成形体２０に補強シートを複数枚使用し、一部は補強繊維がＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２の境界Ｂの延在方向に対し３０～６０°の角度をなし、他の一部は補強繊維が該境界Ｂの延在方向に対し１２０～１５０°の角度をなすように、これらを配置することが好ましい。
補強シート３がファブリックプリプレグまたはドライファブリックの場合、言い換えれば補強シート３がファブリックを含む場合には、予備成形体２０において、ＳＭＣ４の縁Ｅ１と縁Ｅ２の境界Ｂの延在方向に対しファブリックの経糸および緯糸の一方が４５°の角度をなし、他方が１３５°の角度をなすように、補強シート３を配置することが好ましい。

ＦＲＰ成形品の形状は様々であり得るので、予備成形体においてＳＭＣの縁同士の境界に対し補強シートの補強繊維がなす角度は、その予備成形体から製造されるＦＲＰ成形品において該境界に対応する領域がどのような変形を受け易いかに応じて決定することが望ましい。

一変形例では、予備成形体２０を作製するときに、複数枚のＳＭＣを積層して用いることができる。例えば、２枚のＳＭＣを積層する例においては、図８に示すように、一方のＳＭＣ４Ａの縁同士の境界Ｂ１の位置と他方のＳＭＣ４Ｂの縁同士の境界Ｂ２の位置を一致させないことが好ましい。

図８（ａ）の例では、境界Ｂ１と境界Ｂ２が遠く離れているため、境界Ｂ１をまたぐ補強繊維を含む補強シート３Ａと、境界Ｂ２をまたぐ補強繊維を含む補強シート３Ｂが、分かれている。図８（ｂ）の例では、境界Ｂ１と境界Ｂ２が比較的近いため、１枚の補強シート３Ｃが、境界Ｂ１をまたぐ補強繊維を含む補強シートと、境界Ｂ２をまたぐ補強繊維を含む補強シートを兼用している。
図８（ａ）と図８（ｂ）のいずれにおいても、補強シートをＳＭＣとＳＭＣの間に挟まずに、ＳＭＣ層の外側に配置しているのは、補強シートの補強効果を高めるためである。

一変形例では、予備成形体２０を作製するときに、複数枚のＳＭＣを積層しないで用いることができる。図９はその一例であり、仕様が共通する４枚のＳＭＣ３Ｄがそれぞれコア１０と接するように配置され、隣り合う他のＳＭＣとの間で縁同士の境界Ｂを形成している。４つの境界Ｂはそれぞれコア１０の稜線に沿って延在している。
図９に示す予備成形体２０では、補強シート３がＳＭＣ層の内側（コア１０側）ではなく外側に配置されている。このように、補強シートは、ＳＭＣの縁同士の境界をまたぐ補強繊維を含有してさえいれば、ＳＭＣ層の内側と外側のどちらに配置されてもよく、また、両側に配置されてもよい。

一変形例では、図１０（ａ）に示すように、予備成形体２０がコア１０を取り囲んだ部分２０ａと取り囲んでいない部分２０ｂを有していてもよい。図１０（ａ）に示す予備成形体を硬化させて得られるＦＲＰ成形品を図１０（ｂ）に示す。つまり、実施形態に係る方法で製造されるＦＲＰ成形品は、中空構造を一部にのみ有するものであってもよい。

以上、ＦＲＰ成形品として角パイプを製造する場合を例に、実施形態に係る製造方法を具体的に説明したが、実施形態に係る製造方法を用いて製造し得るＦＲＰ成形品が角パイプに限定されないことは当然である。
実施形態に係る製造方法により製造し得るＦＲＰ成形品の形状および構造に限定はなく、例えば、角パイプおよび円形パイプを含む任意の管、曲がった管、折れ曲がった管、枝分かれを有する管、管以外の中空構造、および、Ｃ字、Ｌ字またはＵ字の断面を有する構造から選ばれるひとつ以上に該当する構造を少なくとも部分的に含み得る。

２．実施形態のまとめ
本発明の好ましい実施形態には以下が含まれるが、限定するものではない。
［実施形態１］補強繊維を含有する熱硬化性成形材料からなり略正味形状を有する予備成形体を、ワックスからなる可融部を含むコアと共にプレス金型内で加熱して硬化させることを含む、ＦＲＰ成形品の製造方法であって、前記予備成形体が、前記コアの表面に平行に延在する、第一のシートモールディングコンパウンドの縁と第二のシートモールディングコンパウンドの縁との境界、および、含有する補強繊維の少なくとも一部が前記境界をまたぐように配置された補強シートを有し、前記補強シートはＵＤプリプレグ、ファブリックプリプレグまたはドライファブリックである、方法。
［実施形態２］前記予備成形体において、前記補強シートが前記境界に沿って前記境界の一端から他端まで連続している、実施形態１に係る方法。
［実施形態３］前記予備成形体において、前記第一のシートモールディングコンパウンド側および前記第二のシートモールディングコンパウンド側における前記境界から前記補強シートの縁までの距離がそれぞれ１０ｍｍ以上である、実施形態１または２に係る方法。
［実施形態４］前記予備成形体において、前記補強シートが前記境界をまたぐ補強繊維として、その繊維長が前記第一のシートモールディングコンパウンドおよび前記第二のシートモールディングコンパウンドに含まれるチョップド繊維束のそれと同等以上である補強繊維を含有する、実施形態１～３のいずれかに係る方法。
［実施形態５］前記シートモールディングコンパウンドの厚さが１ｍｍ以上であり、前記補強シートの厚さが０．３ｍｍ以下である、実施形態１～４のいずれかに係る方法。
［実施形態６］前記補強シートがＵＤプリプレグであり、前記予備成形体において前記境界の延在方向に対し前記補強シートの補強繊維がなす角度が９０°±４５°、好ましくは９０°±３０°、より好ましくは９０°±１５°、更に好ましくは９０°±５°である、実施形態１～５のいずれかに係る方法。
［実施形態７］前記補強シートがファブリックを含み、前記予備成形体において前記境界の延在方向に対し前記ファブリックの経糸または緯糸がなす角度が９０°±４５°、好ましくは９０°±３０°、より好ましくは９０°±１５°、更に好ましくは９０°±５°である、実施形態１～５のいずれかに係る方法。
［実施形態８］前記予備成形体が、前記補強シートとして、前記境界の延在方向に対し補強繊維が３０～６０°の角度をなすように配置されたＵＤプリプレグと、前記境界の延在方向に対し補強繊維が１２０～１５０°の角度をなすように配置されたＵＤプリプレグとを含む、実施形態１～５のいずれかに係る方法。
［実施形態９］前記予備成形体が、前記補強シートとして、前記境界の延在方向に対しファブリックの経糸または緯糸の一方が３０～６０°の角度をなし、他方が１２０～１５０°の角度をなすように配置された、ファブリックプリプレグおよび／またはドライファブリックを含む、実施形態１～５のいずれかに係る方法。
［実施形態１０］前記コアが稜線を有し、前記予備成形体において前記境界が前記稜線に沿っている、実施形態８または９に係る方法。
［実施形態１１］前記予備成形体において、前記補強シートが第三のシートモールディングコンパウンドを介して前記第一のシートモールディングコンパウンドおよび前記第二のシートモールディングコンパウンドに積層されている、実施形態１～１０のいずれかに係る方法。
［実施形態１２］前記第一のシートモールディングコンパウンドと前記第二のシートモールディングコンパウンドの仕様が同一である、実施形態１～１１のいずれかに係る方法。
［実施形態１３］前記第一のシートモールディングコンパウンドと前記第二のシートモールディングコンパウンドが同一である、実施形態１～１１のいずれかに係る方法。
［実施形態１４］前記第一のシートモールディングコンパウンドおよび前記第二のシートモールディングコンパウンドに含まれるチョップド繊維束を構成する繊維が、前記補強シートに含まれる補強繊維と同種の繊維である、実施形態１～１３のいずれかに係る方法。

３．実験結果
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。

３．１．試験サンプルの作製
炭素繊維ＳＭＣとして三菱ケミカル株式会社製ＳＴＲ１２０Ｎ１３１、炭素繊維ファブリックプリプレグとして三菱ケミカル株式会社製ＴＲ３５２３ ３６８ＧＭＰを用いて、以下の手順にて曲げ試験サンプルを作製した。

（１）サンプル１
ワックスからなる柱状の可融部を、モールドにより作製した。この可融部をナイロンフィルムで包むことにより柱状コアを作製した。柱状のコアの側面のひとつは、柱状コアの高さ方向に平行な長辺を有する１５ｃｍ×４８ｃｍの長方形であった。以下ではこの側面を「柱状コアの大面積側面」と呼ぶ。
該柱状コアの周囲に、１枚のファブリックプリプレグと複数枚のＳＭＣを以下に記すように配置した。

ファブリックプリプレグは１５ｃｍ×４８ｃｍの長方形に裁断されたものを、柱状コアの大面積側面を覆うように配置した。その際、補強材であるファブリックの経糸と緯糸を、柱状コアの大面積側面の長辺と短辺にそれぞれ平行とした。
次いで、柱状コアの側方をファブリックプリプレグごと取り囲む、１枚のＳＭＣからなる第一プライ層を形成した。このとき、ＳＭＣの縁同士の境界が、ファブリックプリプレグの略中央を通り、かつ、柱状コアの高さ方向と平行に形成されるようにした。その結果、ファブリックプリプレグに含まれるファブリックの緯糸が、この境界と略直交した。
その後、柱状コア全体が２プライのＳＭＣで覆われた状態となるように、第一プライ層の上に他のＳＭＣからなる第二プライ層を形成した。このとき、柱状コアの大面積側面の上方において、第二プライ層がＳＭＣの縁同士の境界を含まないようにした。
こうして作製した予備成形体と柱状コアの集合体を、柱状コアの高さ方向に垂直に切断したときの、柱状コアの大面積側面を含む部分の断面を図１１に模式的に示す。

予備成形体と柱状コアの複合体を、柱状コアの大面積側面が上向きとなるように、予め１４０℃に加熱したプレス金型内に入れ、加圧した状態で９分間保持することにより、予備成形体を硬化させた。
硬化物をプレス金型から取り出した後、ホールソーを用いて壁の一部に排出孔を形成したうえで加熱することでコアに用いたワックスを融解させ、硬化物の内部から取り除いた。こうして、ひとつの側面が概ね１５ｃｍ×４８ｃｍの長方形である柱状の中空ＦＲＰ成形品を完成させた。以下ではこの側面を「中空ＦＲＰ成形品の大面積側面」と呼ぶ。

中空ＦＲＰ物品の大面積側面を構成する壁、すなわち、硬化したファブリックプリプレグを含む壁から、湿式カッターを用いて曲げ試験用の２５ｍｍ×１００ｍｍの矩形の試験片（サンプル１）を６枚切り出した。切り出しの際には、図１２に示すように、試験片の長手方向が中空ＦＲＰ成形品の大面積側面の長手方向と垂直となるように、かつ、この大面積側面の長手方向に平行で、その中央を通る直線（図１２中の一点鎖線）が各試験片の中央を横切るようにした。

（２）サンプル２
予備成形体の作製時、ＳＭＣの配置が終わった後に、１５ｃｍ×４８ｃｍに裁断されたもう一枚のファブリックプリプレグを、先に配置したファブリックプリプレグとでＳＭＣ層を挟むように配置した（図１３参照）。その際、補強材であるファブリックの経糸と緯糸を、柱状コアの大面積側面の長辺と短辺にそれぞれ平行とした。
このこと以外は、サンプル１を作製したときと同様にして、中空ＦＲＰ成形品の作製と、曲げ試験用の試験片（サンプル２）の切り出しを行った。

（３）サンプル３
予備成形体の作製時、第一プライ層を構成するＳＭＣの縁同士の境界の直上に、第二プライ層を構成するＳＭＣの縁同士の境界が形成されるように、第二プライ層を構成するＳＭＣを配置した（図１４参照）。このこと以外はサンプル１を作製したときと同様にして、中空ＦＲＰ成形品の作製と、曲げ試験用の試験片（サンプル３）の切り出しを行った。

（４）サンプル４
ＳＭＣ層を挟む２枚のファブリックプリプレグの緯糸方向の幅を、それぞれ２０ｍｍとした。更に、予備成形体の作製時、第一プライ層を構成するＳＭＣの縁同士の境界の位置と、各ファブリックプリプレグの長手方向に平行な中央線の位置とが一致するようにした（図１５参照）。そのこと以外はサンプル２を作製したときと同様にして、中空ＦＲＰ成形品の作製と、曲げ試験用の試験片（サンプル４）の切り出しを行った。

（５）サンプル５
予備成形体の作製時、ファブリックプリプレグを使用しなかった。また、第一プライ層を構成するＳＭＣを配置するときに、ＳＭＣの縁同士の境界が柱状コアの大面積側面上に形成されないようにした（図１６参照）。これら以外はサンプル１を作製したときと同様にして、中空ＦＲＰ成形品の作製と、曲げ試験用の試験片（サンプル５）の切り出しを行った。

（６）サンプル６
予備成形体の作製時、ファブリックプリプレグを使用しなかった（図１７参照）。このこと以外はサンプル１を作製したときと同様にして、中空ＦＲＰ成形品の作製と、曲げ試験用の試験片（サンプル６）の切り出しを行った。

（７）サンプル７
予備成形体の作製時、第一プライ層を配置するときに、ＳＭＣの縁同士の境界を形成する代わりに、ＳＭＣの端部同士をオーバーラップさせた（図１８参照）。このこと以外はサンプル６を作製したときと同様にして、中空ＦＲＰ成形品の作製と、曲げ試験用の試験片（サンプル７）の切り出しを行った。

３．２．曲げ試験
作製した試験片に対して５ｋＮインストロン５９６５による３点曲げ強度試験を行った。試験規格としてはＩＳＯ１４１２５ Ｃｌａｓｓ２を採用した。Ｌ／Ｄは１６とし、試験片の２つの面のうち、成形時にコアとは反対の方向を向いていた面（中空ＦＲＰ成形品における外表面側の面）に荷重を加えた。
サンプル１～７のそれぞれについて６個の試験片で得られた測定値の平均を求めた。
結果を図１９に示す。図１９では、最も強度が高かったサンプル５の強度を１として、各サンプルの相対的な３点曲げ強度を示している。

以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の効果が奏される範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。

実施形態に係る製造方法は、自動車、自動二輪車、自転車、船舶、鉄道車両、有人航空機、無人航空機その他の輸送用機器の他、スポーツ用品、レジャー用品、家電製品、農機具、建材などに用いられる各種のＦＲＰ成形品を製造するために好ましく使用することができる。

１ 可融部
２ ポリマーフィルム
３ 補強シート
４ ＳＭＣ
１０ コア
２０ 予備成形体
３０ プレス金型
３１ 下型
３２ 上型
４０ ＦＲＰ成形品
４１ 壁
４２ 稜線
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 境界
Ｅ１、Ｅ２ ＳＭＣの縁

Claims (14)

1. 補強繊維を含有する熱硬化性成形材料からなり略正味形状を有する予備成形体を、ワックスからなる可融部を含むコアと共にプレス金型内で加熱して硬化させることを含む、ＦＲＰ成形品の製造方法であって、前記予備成形体が、前記コアの表面に平行に延在する、第一のシートモールディングコンパウンドの縁と第二のシートモールディングコンパウンドの縁との境界、および、含有する補強繊維の少なくとも一部が前記境界をまたぐように配置された補強シートを有し、前記補強シートはＵＤプリプレグ、ファブリックプリプレグまたはドライファブリックである、方法。
2. 前記予備成形体において、前記補強シートが前記境界に沿って前記境界の一端から他端まで連続している、請求項１に記載の方法。
3. 前記予備成形体において、前記第一のシートモールディングコンパウンド側および前記第二のシートモールディングコンパウンド側における前記境界から前記補強シートの縁までの距離がそれぞれ１０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記予備成形体において、前記補強シートが前記境界をまたぐ補強繊維として、その繊維長が前記第一のシートモールディングコンパウンドおよび前記第二のシートモールディングコンパウンドに含まれるチョップド繊維束のそれと同等以上である補強繊維を含有する、請求項１～３のいずれかに記載の方法。
5. 前記シートモールディングコンパウンドの厚さが１ｍｍ以上であり、前記補強シートの厚さが０．３ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記補強シートがＵＤプリプレグであり、前記予備成形体において前記境界の延在方向に対し前記補強シートの補強繊維がなす角度が９０°±４５°である、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 前記補強シートがファブリックを含み、前記予備成形体において前記境界の延在方向に対し前記ファブリックの経糸または緯糸がなす角度が９０°±４５°である、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
8. 前記予備成形体が、前記補強シートとして、前記境界の延在方向に対し補強繊維が３０～６０°の角度をなすように配置されたＵＤプリプレグと、前記境界の延在方向に対し補強繊維が１２０～１５０°の角度をなすように配置されたＵＤプリプレグとを含む、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
9. 前記予備成形体が、前記補強シートとして、前記境界の延在方向に対しファブリックの経糸または緯糸の一方が３０～６０°の角度をなし、他方が１２０～１５０°の角度をなすように配置された、ファブリックプリプレグおよび／またはドライファブリックを含む、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
10. 前記コアが稜線を有し、前記予備成形体において前記境界が前記稜線に沿っている、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記予備成形体において、前記補強シートが第三のシートモールディングコンパウンドを介して前記第一のシートモールディングコンパウンドおよび前記第二のシートモールディングコンパウンドに積層されている、請求項１～１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記第一のシートモールディングコンパウンドと前記第二のシートモールディングコンパウンドの仕様が同一である、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記第一のシートモールディングコンパウンドと前記第二のシートモールディングコンパウンドが同一である、請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
14. 前記第一のシートモールディングコンパウンドおよび前記第二のシートモールディングコンパウンドに含まれるチョップド繊維束を構成する繊維が、前記補強シートに含まれる補強繊維と同種の繊維である、請求項１～１３のいずれかに記載の方法。

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