JP4867259B2 - プリフォームおよびプリフォームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は強化繊維糸条から構成されるプリフォームおよびその製造方法に関するものである。より詳しくは、面内の多方向に強化繊維糸条が配列し、ステッチ糸で一体化した多軸ステッチ基材を用いて繊維強化樹脂（以下、ＦＲＰと記す）を製造するにあたり、賦型性に優れた多軸ステッチ基材を用いて得られるプリフォームおよびそのプリフォームの製造方法に関するものである。

従来より、炭素繊維などの強化繊維糸条は、比強度、比弾性率が高いことから、ＦＲＰとして軽量化効果の大きいスポーツ・レジャー用品をはじめ、航空機用途や一般産業用に多く使われている。

近年、これらの分野において成形コストを低減させるべく、強化繊維糸条が面内の多方向に配列させ、ステッチや接着により一体化した多軸基材が提案されている。これらの多軸基材は、面内の多方向に繊維糸条が配向していることから疑似等方性が得られることや多数枚のシートを一体化できることから積層作業コストを低減できるなどのメリットがある。

しかし、面内の多方向に強化繊維糸条を配向させステッチ糸で一体化した多軸ステッチ基材は、多数枚の強化繊維層がステッチ糸で拘束されていることから、二次曲面を有する形状に賦型させるのが非常に困難な材料であるという問題があった。すなわち、この多軸ステッチ基材を雄型と雌型の中に入れ無理やり深絞り賦型しようとしても、賦型できない、または、仮に賦型できたとしても皺が入ったり、脱型する際に多軸ステッチ基材が元の平面状態に回復しようとすることから、正確な形状を保持できないという問題があった。

この問題を改善すべく、特許文献１にはステッチ糸が低融点ポリマーであるステッチ糸を用いた多軸ステッチ基材が、特許文献２にはステッチ糸が融点が異なるポリマーであるステッチ糸を用いた多軸ステッチ基材が記載されている。この多軸ステッチ基材は、低融点ポリマーでステッチ糸が構成されていることから、賦型時に多軸ステッチ基材を加熱し、ステッチ糸を溶融させることで見かけ上の賦型性を向上させることができる。しかし、ステッチ糸を完全に溶融させてしまうと強化繊維糸条を拘束するものがなくなり、強化繊維シートがばらばらになって形態保持できず、取り扱えなくなるという問題があった。

また、特許文献３には、層間に粘着性を有する糸を介在させ、プレスによって互いの層間を結合し接着により一体化した多軸基材が記載されている。この多軸基材は、ステッチ糸で強化繊維糸条を拘束していないものの積層体の層間が接着させていることから賦型性が乏しく、仮に無理やり賦型しようとすると積層体の内部で強化繊維がばらけてしまい、取り扱えなくなる問題があった。

すなわち、上記技術では、賦型性に優れた多軸基材を得ることはできないのである。かかる従来の技術により得られた多軸基材は、二次曲面への追従性が劣るとともに無理やり曲面へ追従させようとすると、強化繊維がばらけ、繊維蛇行や繊維量の粗密が発生し、ＦＲＰに成形した場合、高い力学的特性が発揮できないばかりか、表面平滑性に優れた成形品を得ることができないという課題があった。
特開２００２−２２７０６６号公報 特開２００２−２２７０６８号公報（図１） 特開平０９−１６９０７０号公報

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、多方向に強化繊維糸条が配向しながら曲面追従性に優れた多軸ステッチ基材からなるプリフォームおよびそのプリフォームの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、本発明のプリフォームおよびプリフォームの製造方法は以下のものである。

すなわち、
（１）多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して構成された層の少なくとも２層以上が交差積層されてステッチ糸にて一体化された多軸ステッチ基材が、１ないし複数枚積層されて二次曲面を有する形状に賦型されたプリフォームであって、少なくとも二次曲面に賦型された箇所において、ステッチ糸が該ステッチ糸の形態を残した状態で部分的に切断されていることを特徴とするプリフォーム。
（２）前記多軸ステッチ基材が、多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して構成された層の少なくとも２層以上が交差積層されてステッチ糸にて一体化された多軸ステッチ基材ユニットが、複数枚積層されて更にステッチ糸にて一体化されたものである、前記（１）に記載のプリフォーム。
（３）プリフォームに融点の異なる２種のステッチ糸が含まれており、一方のステッチ糸Ａの融点Ｔｍａが１００℃以上２００℃未満であり、もう一方のステッチ糸Ｂの融点Ｔｍｂが２００℃以上３００℃未満であり、かつ、ステッチ糸Ａがステッチ糸Ａの形態を残した状態で部分的に切断されている、前記（１）または（２）のいずれかに記載のプリフォーム。
（４）ステッチ糸ＡおよびＢにて一体化された多軸ステッチ基材が、１ないし複数枚積層されて所定形状に賦型されている、前記（３）記載のプリフォーム。
（５）多軸ステッチ基材ユニットを一体化しているステッチ糸がステッチ糸Ｂであり、多軸ステッチ基材を一体化しているステッチ糸がステッチ糸Ａである、前記（３）または（４）のいずれかに記載のプリフォーム。
（６）ステッチ糸Ａにて一体化された多軸ステッチ基材と、ステッチ糸Ｂにて一体化された多軸ステッチ基材とが、交互に積層されて所定形状に賦型されている、前記（３）に記載のプリフォーム。
（７）ステッチ糸の破断伸度が、（ステッチ糸の融点Ｔｍ−２０℃）〜（ステッチ糸の融点Ｔｍ＋５０℃）において５％以下である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載のプリフォーム。
（８）多軸ステッチ基材の内部またはステッチループでステッチ糸が切断されている、前記（１）〜（７）のいずれかに記載のプリフォーム。
（９）ステッチ糸による一体化手段がタフティングである、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のプリフォーム。

本発明によれば、プリフォームがステッチ糸で強化繊維束を拘束しつつ、少なくとも二次曲面に賦型された箇所において、ステッチ糸が該ステッチ糸の形態を残した状態で部分的に切断されていることから、この切断されている箇所を起点にステッチ糸がす抜けながら隣接する層間がすべり、強化繊維位置がずれることができるようになり、賦型時に二次曲面に追従できる。

また、このプリフォームは、あらかじめステッチ糸を切断させておかなくても賦型と同時にステッチ糸を切断させることにより製造することができる。

さらに、得られたプリフォームは、賦型時に強化繊維シートを構成する強化繊維がばらけることなく賦型できるので、ＦＲＰに成形した場合、高い強度および弾性率などの力学的特性を発現するだけでなく、優れた外観品位を達成できる。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに説明する。

図１は、本発明に係る多軸ステッチ基材が１ないし複数枚積層されて二次曲面を有する形状に賦型されたプリフォームの一実施例を示す一部切り欠き概略斜視図である。図１に示すように、プリフォーム１は、多軸ステッチ基材２から構成される。多軸ステッチ基材２は下面から、まず第一層が長さ方向イに対して斜め方向に多数本の強化繊維糸条３が並行に配列して＋α゜層４を構成し、次いで第二層が基材の幅方向に多数本の強化繊維糸条５が並行に配列して９０゜層６を構成し、次いで第三層が斜め方向に多数本の強化繊維糸条７が並行に配列して−α゜層８を構成し、次いで第四層が基材の長さ方向に多数本の強化繊維糸条９が並行に配列して０゜層１０を構成し、次いで第五層が斜め方向に多数本の強化繊維糸条１１が並行に配列して−α゜層１２を構成し、次いで第六層が基材の長さ方向に多数本の強化繊維糸条１３が並行に配列して９０゜層１４を構成し、次いで第七層が基材の長さ方向に多数本の強化繊維糸条１５が並行に配列して＋α゜層１６を構成し、互いに配列方向が異なる第一〜第七層の７層が積層されている。これら積層体の表面、つまり＋α゜層の強化繊維糸条１６の上部に、ステッチ糸１７が基材の長さ方向に配置され、７層の積層体４、６、８、１０、１２、１４、１６がステッチ糸１７で１／１のトリコット編み組織で縫合一体化されている。

プリフォームにおいて、少なくとも二次曲面に賦型された箇所で、ステッチ糸は多軸ステッチ基材の表面ないし内部のいずれかで少なくとも一部が切断されている。

ステッチ糸の編組織はトリコット編組織に限定されるものではなく、単環縫い組織など他の編組織であってもよい。

図２は、プリフォーム１のＡ−Ａ´断面における７層部分を示す概略断面図である。

図３は、図２におけるプリフォームの賦型後の断面を示す概略断面図である。
図２に示すように、プリフォーム１において、ステッチ糸は基材表面のシンカーループまたはニードルループないし内部のいずれかで少なくとも一部が切断されている。すなわち、ステッチ糸の少なくとも一部が切断されていることから、多軸ステッチ基材単独もしくは多軸ステッチ基材の積層体からなるプリフォームを図３に示すように二次曲面形状に賦型しようとすると、ステッチ糸が切断している箇所を起点に、ステッチ糸が基材表面や内部からす抜けたり引き込まれたりすることによって、各層の層間で強化繊維糸条の位置がずれることにより二次曲面形状に賦型することができる。

さらに、ステッチ糸はその一部が切断されているだけであるから、各層を構成している強化繊維糸条がばらけたりすることがないので多軸ステッチ基材として一体化を維持しつつ賦型が可能である。ここで、強化繊維糸条がばらけるとは、強化繊維糸条を拘束しているステッチがなくなることにより、多軸ステッチ基材の表面から強化繊維糸条がはずれてしまうことや、多軸ステッチ基材内部での繊維蛇行や、層内での強化繊維量の粗密が生じることを指す。ステッチ糸が切断されておらず連続状であると、二次曲面形状に賦型しようとすると、ステッチ糸で強化繊維糸条が拘束されていることから強化繊維糸条の移動ができず、多軸ステッチ基材を変形させようとしても強化繊維がつっぱることから二次曲面に追従させることが困難となる。このため、ステッチ糸は、その一部で切断されていることにより適度に強化繊維糸条を拘束しつつ、必要に応じてステッチ糸がす抜けることにより強化繊維糸条の移動が可能となり、多軸ステッチ基材であるにも関わらず、その変形量を大きくすることができるのである。

本発明において、ステッチ糸の少なくとも一部が切断されていることとは、切断箇所が少なくとも５ｍｍ以上の間隔を有している状態のことである。すなわち、ステッチ糸の形態が残った状態で部分的に切断している状態のことであり、溶融している存在している状態とは明確に区分されるものである。なお、ステッチ糸が溶融した状態で連続状に存在している状態であれば、プリフォームとしての一体性を保持できないため本発明における効果は得られない。

また、ステッチ糸の切断箇所数については、ステッチ密度にもよるが、おおよそ１〜１０箇所／ｃｍ^２程度である。

ここで、図１においては、多軸ステッチ基材１枚から構成されるプリフォームを示したが、本発明では、この多軸ステッチ基材を一つのユニット（以下、多軸ステッチ基材ユニットと呼称する。）とし、これを複数枚積層し、更にステッチ糸にて一体化したものであってもよい。このような態様にすることにより、各層の層間で強化繊維糸条の位置がずれることができるだけでなく、多軸ステッチ基材ユニットの層間で多軸ステッチ基材ユニット同士の位置もずれることができることにより二次曲面形状への賦型性を更に高めることができる。
上記効果以外にも、単独で賦型性に優れる多軸ステッチ基材ユニットを、更に積層して一体化することから、多軸ステッチ基材としての賦型性を維持しつつ、取り扱い性が優れ、二次曲面（場合によっては深絞り部分）を有した形状に賦型されたプリフォームを得ることができる。なお、このステッチ基材から構成される多軸ステッチ基材ユニットの積層体を一体化するステッチ糸は、連続したものであってもよいし、多軸ステッチ基材におけるステッチ糸と同様に基材表面のシンカーループまたはニードルループないし内部のいずれかで少なくとも二次曲面に賦型された箇所において、その少なくとも一部が切断されていてもよい。すなわち、多軸ステッチ基材ユニット積層体を一体化するステッチ糸は、多軸ステッチ基材ユニット同士の一体性を保持できる程度のステッチ糸密度であればよい。このようなことから、プリフォームを作製するにあたって賦型量が小さい場合においては、ステッチ糸が連続したものであってもよいし、賦型量が大きい場合においては多軸ステッチ基材におけるステッチ糸と同様に基材表面のシンカーループまたはニードルループないし内部のいずれかで少なくとも二次曲面に賦型された箇所において、その少なくとも一部が切断されるようにすればよい。

上述の単独で賦型性に優れる多軸ステッチ基材ユニットとしては、強化繊維糸条が基材の長手方向（０°方向）とその垂直方向（９０°方向）とに積層された０°／９０°の２軸ステッチ基材であるのが好ましい。かかる構成のものであると、多軸ステッチ基材ユニット単独として賦型性に非常に優れる。すなわち、変形性能が優れる強化繊維基材を得ようとすると強化繊維糸条の交錯角が大きく、かつ、繊維の配列方向が少ないほど基材の変形性能を大きくすることができることから０°／９０°の２軸に強化繊維糸条が配向された多軸ステッチ基材が好ましい。さらに、多軸ステッチ基材において強化繊維糸条の配列方向とステッチラインを同じ方向にすることにより、ステッチ糸が存在することによる変形を阻害する影響を小さくできるからである。このようなことから、多軸ステッチ基材ユニットとしては、強化繊維糸条が基材の長手方向（０°方向）とその垂直方向（９０°方向）とに積層された０°／９０°の２軸ステッチ基材であるのが好ましい。

本発明で使用するステッチ糸としては、ポリエステル繊維，ナイロン繊維，ポリアラミド繊維，ビニロン繊維，ガラス繊維，および炭素繊維などから選択することができる。

また、多軸ステッチ基材におけるステッチ糸の配列間隔は２〜１０ｍｍ、ピッチは２〜１０ｍｍであるのが好適である。より好ましくは、ステッチ糸の配列間隔は２〜８ｍｍ、ピッチは１〜６ｍｍ程度である。
ステッチ糸の配列間隔やピッチがこれより小さいとステッチ糸による強化繊維糸条の拘束が強くなり、形成されるプリフォームの賦型性が低下し、曲面形状への追従性が損なわれる。配列間隔やピッチをこれより大きくするとプリフォームの賦型性は良くなり、深絞り賦型が可能となるが、ステッチ間隔が広くなることでプリフォームの形態保持しにくくなることやステッチ糸で拘束されている範囲内において強化繊維糸条が部分的に曲がったり、偏ったりし繊維が偏在することになるので好ましくない。

また、ステッチ糸の太さは、細いとステッチする際に糸切れしやすくなり、また、太いとステッチ糸は基材の表面に位置するから、成形後のＦＲＰ表面が凸凹することになる。このため、ステッチ糸の繊度は、５〜５０テックスが好ましい。より好ましくは７〜４０テックスである。

ステッチ糸の形態は、モノフィラメントや紡績糸などいずれであってよいが、好ましくは基材表面の平滑性を得るためにマルチフイラメント糸であるとよい。マルチフィラメント糸であれば、賦型時や成形時にプリフォームを加圧することで、マルチフィラメントの配列位置が移動し、マルチフィラメント糸の厚みを薄くできるからである。

さらに、ステッチ糸の融点Ｔｍが１００℃以上であることが好ましい。融点Ｔｍが１００℃未満であると、融点が低すぎてプリフォーム賦型時に加熱するとステッチ全体が溶融してしまい、プリフォームとしての一体性を保持できなくなることやＦＲＰに成形後において高温下での力学的特性の低下が懸念される。このため、ステッチ糸の融点Ｔｍは１００℃以上であることが好ましい。

なかでも、プリフォームに融点の異なる２種のステッチ糸が含まれており、一方のステッチ糸Ａの融点Ｔｍａが１００℃以上２００℃未満であり、かつ、もう一方のステッチ糸Ｂの融点Ｔｍｂが２００℃以上３００℃未満であり、その形態を残した状態で部分的に切断されているステッチ糸がステッチ糸Ａであることが好ましい。上記融点とは、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いてＪＩＳ Ｋ７１２１（１９８７）にしたがい絶乾状態で２０℃／ｍｉｎの昇温速度にて測定した値を指す。なお、融点を示さないもの（例えば非晶性ポリマー）については、同様に測定して得られるガラス転移温度＋１００℃を融点とみなす。

本発明のプリフォームは、ステッチ糸ＡおよびＢにて一体化された多軸ステッチ基材が、１ないし複数枚積層されて所定形状に賦型されていることが好ましい態様の一つである。

すなわち、プリフォームにおいて、賦型量が大きくステッチ糸の切断が必須の箇所に低融点ステッチ糸を、また、ステッチ糸を切断したくない箇所には高融点ステッチ糸を配置することにより多軸ステッチ基材からプリフォームの作製が容易となる。

また別の視点からは、前記多軸ステッチ基材ユニットを一体化しているステッチ糸がステッチ糸Ｂであり、前記多軸ステッチ基材を一体化しているステッチ糸がステッチ糸Ａであることが好ましい態様の一つである。ここで、ステッチ糸Ｂにおけるステッチ間隔やステッチ長さは、多軸ステッチ基材ユニットの積層状体を保持できればよい程度なので、ステッチ糸Ａの間隔や長さより広くするのが好ましい。

なお、多軸ステッチ基材ユニットをステッチしたステッチ糸Ｂは、前述したステッチ糸Ａと同様にその一部が切断されていても構わない。

多軸ステッチ基材と多軸ステッチ基材ユニットの積層体を一体化した状態でステッチ間隔を拡げることができ、賦型性を向上させることができる。また、所望の厚みの一体化されたプリフォームが得られるとともに、所定形状に賦型されていることからそのままＦＲＰの成形に使用できるからである。さらに別の視点からは、ステッチ糸Ａにて一体化された多軸ステッチ基材と、ステッチ糸Ｂにて一体化された多軸ステッチ基材とが、交互に積層されて所定形状に賦型されていることも好ましい態様の一つである。

ここで、より賦形性を向上させたい場合には、ステッチ糸Ｂの多軸ステッチ基材におけるステッチ密度を小さくすることやプリフォーム製造時の保温工程において、（ステッチ糸Ｂの融点Ｔｍｂ−２０℃）〜（ステッチ糸Ｂの融点Ｔｍｂ＋５０℃）の加熱雰囲気下に把持し保温工程ないし賦型工程でステッチ糸Ｂの少なくとも一部を切断するとよい。すなわち、ステッチＢの密度を小さくすることによって層内で強化繊維糸条の位置がずれやすくなり二次曲面形状に賦型しやすくなることや保温工程ないし賦型工程でステッチ糸Ｂの少なくとも一部を切断することによっても二次曲面形状に賦型しやすくできる。

本発明で用いるステッチ糸は、その（融点Ｔｍ−２０℃）〜（融点Ｔｍ＋５０℃）における破断伸度が５％以下であることが好ましい。ステッチ糸の［（融点Ｔｍ−２０℃）〜（融点Ｔｍ＋５０℃）］において、破断伸度が５％以下であれば、多軸ステッチ基材におけるステッチ糸が完全溶融状態でなく、融点付近で僅かな力で切断しやすい状態であり、かつ、破断伸度が５％以下であれば容易にステッチ糸を切断しやすいからである。

また、ステッチ糸が切断されている箇所は、プリフォームの表面あるいは内部のいずれであってもよい。切断箇所がプリフォーム表面であれば、カッタやはさみなどにより容易に切断できるとともに、プリフォームを作製する段階でも容易にステッチ糸を切断できるというメリットがある。

なかでも、ステッチ糸が多軸ステッチ基材の内部もしくはステッチループの箇所で切断していることが好ましい。すなわちプリフォーム表面のシンカーループのステッチ糸がステッチ糸が切断されていると表層の強化繊維がはずれたり、繊維蛇行が生じる可能性がある。一方、多軸ステッチ基材の内部もしくはステッチループでステッチ糸が切断していれば、多軸ステッチ基材単独もしくは多軸ステッチ基材ユニットの積層体からなるプリフォームを曲面形状に賦型させようとすると、ステッチ糸が切断している箇所付近で基材表面や内部からす抜けたり引き込まれたりすることにより表層の強化繊維がはずれたりすることなく、各層の層間で強化繊維位置がずれつつ曲面形状に賦型することができる。また、ステッチ糸による一体化手段がタフティングであることが好ましい。タフティングの場合は前述したステッチループが切断されている効果に加えてステッチループが繋がっていないことから多軸ステッチ基材を変形させる際に、このステッチループが基材表面から内部に引き込まれることによる基材の変形量も賦型加わることによってよりいっそうプリフォームの変更量を大きくすることができることから好ましい。

本発明に使用する強化繊維糸条としては、ガラス繊維、ポリアラミド繊維や炭素繊維が挙げられるが、なかでも炭素繊維はマトリックス樹脂との接着性が良く、引張強度や引張弾性率も高いのでＦＲＰ成形体の軽量化が図られるので好ましく用いられる。

本発明に使用する強化繊維の太さは、３００〜５，０００テックス程度であることが好ましい。とくに、太い強化繊維糸条を用いると、強化繊維が安くなるので安価な基材が得られ好ましい。しかし、一層当たりの強化繊維の目付が小さいと、層内において糸条と糸条の間に隙間が出来、ステッチ糸で一体化すると繊維密度が部分的に不均一となり、成形すると繊維密度が大きなところはＦＲＰが厚くなり、また繊維密度が小さなところはＦＲＰが薄くなり、表面が凸凹したＦＲＰとなる。さらに７００〜５，０００テックスの太い強化繊維糸条を用いる場合は、ステッチ糸による一体化加工前に強化繊維糸条をローラの揺動操作やエアー・ジェット噴射で薄く拡げるなどの処理により、面内の全面にわたり強化繊維の密度が均一となり、表面が平滑なＦＲＰが得られるので好ましい。

なお、図１に示した基材の強化繊維の構成は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層／−α゜層／９０゜層／＋α゜層の７層構成について説明したが、これに限定するものではなく、少なくとも、布帛の長さ方向に対して−α゜層と＋α゜層のバイアス（±α゜）の方向に層構成をなしておればよい。さらに、多軸ステッチ基材における層構成は、ＦＲＰに成形した際にそりを生じないように鏡面対称積層にすることが好ましい。

また、層構成の順番も−α゜／９０゜／＋α゜／０゜／＋α゜／９０゜／−α゜の順番に限定するものではなく、０゜／−α゜／＋α゜／９０゜／＋α゜／−α゜／０゜など適宜設計することができる。また、−α゜層と＋α゜層のバイアス方向のみに強化繊維が配列した基材にすると、基材の長さ方向に引っ張ると簡単に強化繊維の方向がずれ、基材の幅方向が狭くなるなど、形態が不安定である。このような時には、たとえば０゜方向やまたは９０゜方向に細いガラス繊維、炭素繊維やポリアラミド繊維などの補助糸を２０〜１００ｇ／ｍ² 程度配列し、−α゜層、＋α゜層とステッチ糸で一体化すると形態を安定させることができる。

なお、本発明の多軸ステッチ基材は、必ずしも一方向に強化繊維糸条が配列し層構成をなしたシートの積層体であるが、必要はなく、織物やチョップド・ストランド・マットやコンティニュアス・ストランド・マットなどの層を有していてもよい。

なお、バイアス角α゜は、多軸ステッチ基材をＦＲＰ成形体の長さ方向に積層し、強化繊維による剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好ましい。

上記プリフォームは、本発明の多軸ステッチ基材１枚のみのケースについて説明したが、必ずしもこれに限定するのものでは無く、他の基材との併用であってもよい。他の基材としては、二方向の強化繊維織物、一方向の織物や、強化繊維を基材の長さ方向に並行に配列し、これを二軸メッシュや不織布で接着させた、いわゆるドライ・トウシートやチョップド・ストランド・マットやコンティニュアス・ストランド・マットであってもよい。

本発明のプリフォームは、あらかじめ多軸ステッチ基材の表面のシンカーループあるいはステッチループおよび層間の任意の場所で事前に切断しておくこともできるが、たとえば次のようにしても作製することができる。

多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して構成された層の少なくとも２層以上が交差積層されてステッチ糸にて一体化された多軸ステッチ基材が、１ないし複数枚積層されて二次曲面を有する形状に賦型されたプリフォームの製造方法であって、次の（Ｂ）〜（Ｃ）の工程を経ることによって得られる。（Ｂ）多軸ステッチ基材を（ステッチ糸の融点Ｔｍ−２０℃）〜（ステッチ糸の融点Ｔｍ＋５０℃）の加熱雰囲気下にて保温する保温工程。

（Ｃ）０℃〜（ステッチ糸の融点Ｔｍ−２０℃）の温度でプレスして二次曲面を有する形状に賦型する賦型工程。

なお、多軸ステッチ基材を複数枚積層したプリフォームを製造する場合は、次の（Ａ）工程を（Ｂ）の保温工程の前、同時または後に経るが、効率的にプリフォームを製造する観点からは、（Ｂ）の保温工程の前または同時に次の（Ａ）工程を経るのが好ましい。

（Ａ）多軸ステッチ基材を１ないし複数枚積層する積層工程。

上記工程を経ることによって賦型、前述の通り賦型少なくとも二次曲面に賦型された箇所においてステッチ糸の少なくとも一部が切断されているプリフォームを得ることができる。以下に順に各工程について説明する。（Ａ）積層工程
多軸ステッチ基材を複数枚積層する。積層する多軸ステッチ基材同士をそれぞれ固定しておくと、プリフォーム化における取り扱い性に優れるため好ましい。かかる固定手段としては、樹脂材料を多軸ステッチ基材の表面に付与にする方法、などが挙げられる。

（Ｂ）保温工程
多軸ステッチ基材を（ステッチ糸の融点Ｔｍ−２０℃）〜（ステッチ糸の融点Ｔｍ＋５０℃）の加熱雰囲気下にて保温する。上記温度範囲内に保温することにより、次の（Ｃ）賦型工程にてステッチ糸を溶断させることで、少なくとも二次曲面に賦型された箇所においてステッチ糸を切断されている状態にすることができ、賦型性を向上させることができる。

本工程において、ステッチ糸を切断しないことが好ましい。この保温工程でステッチ糸を切断してしまうと積層体を運搬・賦型させる際に各層がばらける可能性があることから保温工程では、ステッチ糸が切断しないことが好ましい（次の（Ｃ）賦型工程で少なくとも二次曲面に賦型する箇所でステッチ糸の少なくとも一部を切断する）。

また、プリフォームに融点の異なる２種のステッチ糸が含まれて、一方のステッチ糸Ａの融点Ｔｍａが１００℃以上２００℃未満であり、かつ、もう一方のステッチ糸Ｂの融点Ｔｍｂが２００℃以上３００℃未満である場合、（ステッチ糸Ａの融点Ｔｍａ−２０℃）〜（ステッチ糸Ａの融点Ｔｍａ＋５０℃）の範囲内に保温することにより、次の（Ｃ）賦型工程にてステッチ糸Ａのみを溶断させ、ステッチ糸Ｂを連続状に残すことで、少なくとも二次曲面に賦型された箇所においてステッチ糸Ａを切断されている状態にすることができ、賦型性をより一層向上させることができる。

（Ｃ）賦型工程
０℃〜（ステッチ糸の融点Ｔｍ−２０℃）の温度でプレスして二次曲面を有する形状に賦型する。賦型本工程において、ステッチ糸の少なくとも一部を切断することにより、積層体を賦型させるのと同時にプリフォームを作製することから各層がばらけることもなく取り扱い性に優れる。

なお、本発明において、（Ｂ）の保温工程を常温とすることもできるが、この場合においては、常温でステッチ糸を切断させようとするとステッチ糸の切断にかなりの力が必要であることと、場合によっては強化繊維が損傷してしまう可能性があることから多軸ステッチ基材を加熱し、ステッチ糸が切断しやすい状態で賦型することが好ましい。

なお、また、（Ｂ）の保温工程における加熱温度は、あまりにも高すぎるとステッチ糸全体が溶融してしまい、基材としての一体性を保持できなくなることから、ステッチ糸の（融点Ｔｍ−２０℃）〜（融点Ｔｍ＋５０℃）の加熱雰囲気下にて保温させつつステッチ糸を切断させることが好ましい。

そして、（Ｃ）の賦型工程で、賦型を（０℃）〜（融点Ｔｍ−２０℃）の温度にてプレスで行うことにより、ステッチ糸を溶融状態でなく、切断しやすい状態であることからプレス圧力でステッチ糸を簡単に切断させることができることから好ましい。

本工程において、二次曲面に賦型すると同時に、所定形状への裁断も同時に行うことが好ましい。賦型と裁断とを同時に行うことにより、プリフォームの製造効率を更に高めることができる。なお、裁断する手段としては、プレスによる打ち抜きとするのが好ましい。

このように本発明における好ましいプリフォームの製造方法は、多軸ステッチ基材を１枚ないし複数枚積層したものを加熱した状態で保温することでステッチ糸を切断しやすい状態にし、さらに、賦型工程で保温温度より低い温度でプレスすると、ステッチ糸を切断しつつ賦型できることから所望形状のプリフォームを得ることができるのである。

（実施例１）
強化繊維として、引張強度が４，９００ＭＰａ、引張弾性率が２３０ＧＰａ、フィラメント数が１２，０００本のＰＡＮ系炭素繊維糸条（総繊度：８００テックス）を用い、ステッチ糸Ａが融点Ｔｍが２６０℃の２４本フィラメントからなる５６ｄｔｅｘのポリエステル糸を用いた。そして、炭素繊維が基材の長手方向に対して、−４５゜／９０゜／＋４５゜／０゜／＋４５゜／９０゜／−４５゜となるように配列し、ステッチ糸で一体にした強化繊維基材Ａを作製した。ここで、炭素繊維の各層における目付は、３００ｇ／ｍ^２、ステッチ糸の配列間隔は３ｍｍ、ステッチのピッチは３ｍｍとした。そして、この多軸ステッチ基材を１００ｃｍ×１００ｃｍの大きさに裁断した後、２枚重ね合わせた。そして、２５０℃に加熱したオーブンに５分間放置して予熱後、１００℃に予熱した曲率半径が３０ｃｍの曲面を有する雄型と曲率半径が３０．５ｃｍの曲面を有する雌型との間に挟んで加圧し、ステッチ糸を切断するとともに曲面形状に賦型させたプリフォームＡを得た。

プリフォームＡにおいては、多軸ステッチ基材のステッチ糸がす抜けつつ炭素繊維糸条からなる各層が層間でずれることにより皺など発生することなくプリフォームを作製することができた。
（実施例２）
実施例１において、あらかじめ多軸ステッチ基材表面のニードルループのステッチ糸を３箇所／１ｃｍ^２の割合で切断した他は実施例１と同じようにしてプリフォームＢを得た。

プリフォームＢにおいては、あらかじめ多軸ステッチ基材表面のニードルループを切断しておいたことからプリフォーム作製における賦型性は優れ、多軸ステッチ基材表面のステッチループが多軸ステッチ基材内に引き込まれるとともに多軸ステッチ基材の内部ではステッチ糸がす抜けつつ炭素繊維糸条からなる各層が層間でずれることにより皺など発生することなくプリフォームを作製することができた。
（実施例３）
実施例１において、ステッチ糸Ａのポリエステル糸のかわりに融点Ｔｍが１３５℃の５本フィラメントからなる５６ｄｔｅｘの共重合ナイロン糸を用いたほかは実施例１と同じようにして多軸ステッチ基材を得た。そして、ステッチ糸Ｂとして、実施例１と同じポリエステル糸を用い、多軸ステッチ基材からなるユニットを２枚重ね合わせた後、ステッチ糸の配列間隔が９ｍｍ、ステッチのピッチが９ｍｍなるようにしてステッチした。さらに、オーブンでの保温温度を１３０℃にしたほかは実施例１と同じようにして、プリフォームＣを得た。

プリフォームＣにおいては、多軸ステッチ基材ユニットにおけるステッチ糸Ａの融点付近で保温していたことから賦型工程で簡単にステッチ糸を切断することができ、かつ、ステッチ糸Ｂのステッチ間隔が広いことからプリフォーム作製における賦型性は優れ、多軸ステッチ基材の内部ではステッチ糸がす抜けつつ炭素繊維糸条からなる各層が層間でずれることにより皺など発生することなくプリフォームを作製することができた。
（比較例１）
プリフォームの保温工程および賦型工程において、プリフォームを加熱せず常温で賦型したほかは実施例１と同じようにしてプリフォームＤを製造した。

プリフォームＤにおいては、常温で賦型したことからステッチ糸が切断できなかったことから曲面形状に追従させることができず、皺が多数発生した。
（比較例２）
実施例１において、保温温度を３２０℃としたほかは実施例１と同じようにしてプリフォームＥを製造した。

プリフォームＥにおいては、曲面形状に賦型できたもののステッチ糸が完全溶融したことから多軸ステッチ基材の各層がばらけて形態保持できなかった。
上記の実施例および比較例の結果を、表１に示す。

本発明のプリフォームは、多軸ステッチ基材からなるプリフォームであって、多軸ステッチ基材のステッチ糸の一部が切断していることからプリフォーム製造過程において皺が発生や強化繊維のバラケが発生することなく曲面形状に賦型が可能である。かかる製造方法で得られたプリフォームは、強化繊維が真直に配向されているので、ＦＲＰに成形した場合、高い強度、弾性率などの力学的特性を発現するだけでなく、優れた外観品位を達成することができる。かかるプリフォームは、構造物の補修・補強、輸送機器（自動車、船舶、航空機、自転車など）、スポーツ用品およびＦＲＰ型をはじめ、その他の一般産業に用いられるＦＲＰの強化材として好適に用いられる。

本発明に係る多軸ステッチ基材が１ないし複数枚積層されて所定形状に賦型されたプリフォームの実施例を示す一部切り欠き概略斜視図である。 図１のプリフォームのＡ−Ａ´断面における７層部分を示す概略断面図である。 図２におけるプリフォームの賦型後の断面を示す概略断面図である。

符号の説明

１：プリフォーム
２：多軸ステッチ基材
３：＋α゜層の強化繊維糸条
４：基材を形成する＋α゜の強化繊維層
５：９０゜層の強化繊維糸条
６：基材を形成する９０゜の強化繊維層
７：−α゜層の強化繊維糸条
８：基材を形成する−α゜の強化繊維層
９： ０゜層の強化繊維糸条
１０：基材を形成する０゜の強化繊維層
１１：−α゜層の強化繊維糸条
１２：基材を形成する−α゜の強化繊維層
１３：９０゜層の強化繊維糸条
１４：基材を形成する９０゜の強化繊維層
１５：＋α゜層の強化繊維糸条
１６：基材を形成する＋α゜の強化繊維層
１７：ステッチ糸
イ：布帛の長手方向
Ａ−Ａ´：断面基準線

Claims (9)

1. 多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して構成された層の少なくとも２層以上が交差積層されてステッチ糸にて一体化された多軸ステッチ基材が、１ないし複数枚積層されて二次曲面を有する形状に賦型されたプリフォームであって、少なくとも二次曲面に賦型された箇所において、ステッチ糸が該ステッチ糸の形態を残した状態で部分的に切断されていることを特徴とするプリフォーム。
2. 前記多軸ステッチ基材が、多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して構成された層の少なくとも２層以上が交差積層されてステッチ糸にて一体化された多軸ステッチ基材ユニットが、複数枚積層されて更にステッチ糸にて一体化されたものである、請求項１に記載のプリフォーム。
3. プリフォームに融点の異なる２種のステッチ糸が含まれており、一方のステッチ糸Ａの融点Ｔｍａが１００℃以上２００℃未満であり、もう一方のステッチ糸Ｂの融点Ｔｍｂが２００℃以上３００℃未満であり、かつ、ステッチ糸Ａがステッチ糸Ａの形態を残した状態で部分的に切断されている、請求項１または２のいずれかに記載のプリフォーム。
4. ステッチ糸ＡおよびＢにて一体化された多軸ステッチ基材が、１ないし複数枚積層されて所定形状に賦型されている、請求項３記載のプリフォーム。
5. 多軸ステッチ基材ユニットを一体化しているステッチ糸がステッチ糸Ｂであり、多軸ステッチ基材を一体化しているステッチ糸がステッチ糸Ａである、請求項３または４のいずれかに記載のプリフォーム。
6. ステッチ糸Ａにて一体化された多軸ステッチ基材と、ステッチ糸Ｂにて一体化された多軸ステッチ基材とが、交互に積層されて所定形状に賦型されている、請求項３に記載のプリフォーム。
7. ステッチ糸の破断伸度が、（ステッチ糸の融点Ｔｍ−２０℃）〜（ステッチ糸の融点Ｔｍ＋５０℃）において５％以下である、請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォーム。
8. 多軸ステッチ基材の内部またはステッチループでステッチ糸が切断されている、請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォーム。
9. ステッチ糸による一体化手段がタフティングである、請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォーム。

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