JP6211681B2 - 繊維強化複合材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、強化繊維からなるシート状の繊維基材を賦形により変形させて変形部を形成したプリフォームを成形前駆体とする繊維強化複合材料及びその製造方法に関する。

生産性に優れる繊維強化複合材料の製造方法として、成形型内で繊維基材に母材樹脂を含浸、硬化させることで繊維強化複合材料（ＦＲＰ成形品）を得る、いわゆるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法が知られている。このＲＴＭ法を用いて、例えば、比較的大型のＦＲＰ成形品等を得る場合には、所望のＦＲＰ成形品の形状と近い形状に予め繊維基材を賦形しておくことが一般的に行われている。すなわち、ＦＲＰ成形品の成形前駆体として、先ず、繊維基材からプリフォームを作製する。そして、このプリフォームを成形型内に配置して、上記の通り母材樹脂を含浸、硬化させることで、最終的にＦＲＰ成形品を効率的且つ高精度に得ることが可能になる。

具体的には、プリフォームは、例えば、特開２００８−１３２７７５号公報に提案されるように、強化繊維を配向させたシート状の繊維基材を、樹脂材料等で一体化した状態で賦形することによって作製される。すなわち、例えば、繊維基材に樹脂材料を設けて強化繊維を固定することで、賦形時に該強化繊維がばらけてしまうこと等を抑制している。

ところで、上記のプリフォームを作製する場合、繊維基材を加熱することで、樹脂材料の溶融度合いを大きくして軟化させた状態で賦形を行う。すなわち、繊維基材の賦形時は、樹脂材料による強化繊維の拘束力が低減している。このため、賦形時に、繊維基材の曲げ角度が急峻になる部位等の、他の部位に比して変形量（加工率）が大きくなる部位では、強化繊維の配向が乱れ易い。これによって、強化繊維同士の間隔が不均一になり、縒れや目開きが生じたプリフォームが作製されると、最終的に得られるＦＲＰ成形品の機械強度や美観意匠性等が低下する懸念がある。

本発明の主たる目的は、強化繊維の配向乱れが抑制されたプリフォームを成形前駆体とすることで、機械強度や美観意匠性を向上させた繊維強化複合材料を提供することにある。

本発明の別の目的は、上記した繊維強化複合材料の製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、本発明は、強化繊維からなるシート状の繊維基材を賦形により変形させて変形部を形成したプリフォームを成形前駆体とする繊維強化複合材料の製造方法であって、前記繊維基材にバインダ樹脂を塗布する塗布工程と、前記バインダ樹脂を塗布した前記繊維基材を加熱して、該バインダ樹脂を軟化させる加熱工程と、加熱した前記繊維基材に前記変形部が形成されるように賦形して前記プリフォームとする賦形工程と、を有し、前記賦形工程では、前記繊維基材の前記変形部を形成する第１部位に塗布した前記バインダ樹脂の溶融度合いを、前記繊維基材の前記第１部位を除く第２部位に塗布した前記バインダ樹脂の溶融度合いに比して小さくする維強化複合材料の製造方法が提供される。

上記の通り、繊維基材の第１部位は、繊維基材を賦形してプリフォームを得る際、第２部位に比して変形量が大きくなるため、強化繊維の配向が乱れ易くなる。しかしながら、本発明に係る繊維強化複合材料の製造方法では、第１部位に塗布されたバインダ樹脂の溶融度合いが、第２部位に塗布されたバインダ樹脂よりも小さくなるように賦形工程を行う。従って、賦形により繊維基材を変形させる際に、第１部位の強化繊維に作用するバインダ樹脂の拘束力が大きくなる。これによって、第１部位の強化繊維に配向の乱れが生じることを効果的に抑制できる。また、第２部位の強化繊維に作用するバインダ樹脂の拘束力は、第１部位に比して小さくなるため、繊維基材の賦形性が損なわれることを回避できる。

つまり、繊維基材の賦形性は良好に維持したまま、強化繊維の配向乱れが生じることを効果的に抑制できる。これによって、強化繊維が略均等に配向され、所望の形状に精度よく賦形されたプリフォームを得ることができる。このプリフォームを成形前駆体とすることで、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料を効率的に製造することが可能になる。

なお、例えば、繊維基材を不織布等から形成した場合、すなわち、強化繊維をランダムに配向させた場合は、強化繊維の配向乱れとして、繊維基材中の強化繊維の分布に偏り等が生じることを効果的に抑制できる。すなわち、この繊維強化複合材料の製造方法では、繊維基材を形成する強化繊維が一方向及び複数方向（ランダムを含む）のいずれに配向されている場合であっても、該強化繊維同士の間隔及び分布が不均一になることを抑制できる。このため、強化繊維が略均等に配向され、所望の形状に精度よく賦形されたプリフォームを得ることができる。つまり、強化繊維が連続繊維、長繊維、短繊維等のいずれであっても、また、繊維基材がＵＤ材、織物（クロス材）、不織布等のいずれであっても、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料を効率的に得ることができる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記塗布工程では、前記バインダ樹脂として、前記繊維基材の前記第１部位に第１バインダ樹脂を塗布し、前記繊維基材の少なくとも前記第２部位に前記第１バインダ樹脂よりも軟化点が低い第２バインダ樹脂を塗布し、前記加熱工程では、前記賦形工程時に前記繊維基材が前記第１バインダ樹脂の軟化点よりも低く、且つ前記第２バインダ樹脂の軟化点よりも高い温度になるように前記繊維基材を加熱することが好ましい。

すなわち、この場合、第１バインダ樹脂及び第２バインダ樹脂の軟化点を互いに異ならせることで、繊維基材に塗布されたバインダ樹脂の賦形工程時の溶融度合いが、第２部位よりも第１部位で小さくなるようにしている。具体的には、第２バインダ樹脂よりも軟化点が高い第１バインダ樹脂を第１部位に塗布している。そして、賦形工程時に第１バインダ樹脂による強化繊維の拘束力が維持され、且つ第２バインダ樹脂が十分に軟化する温度となるように、加熱工程において繊維基材を加熱する。

これによって、バインダ樹脂の溶融度合いを第１部位及び第２部位ごとに良好に調整することができる。その結果、繊維基材の賦形性が損なわれることを回避しつつ、強化繊維に配向の乱れが生じることを効果的に抑制できるため、強化繊維が略均等に配向され、所望の形状に精度よく賦形されたプリフォームを得ることができる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記塗布工程では、前記繊維基材の前記第１部位に対して、部分的に前記第１バインダ樹脂を塗布することが好ましい。このように、第１部位に対して、例えば、点状となるように、部分的に第１バインダ樹脂を塗布することで、第１部位の強化繊維同士を部分的に拘束して、配向の乱れを抑制することができる。すなわち、第１部位の賦形性を十分に確保しつつ、配向の乱れが生じることを抑制できる。従って、強化繊維が略均等に配向されたプリフォームを一層高精度且つ容易に賦形することが可能になる。また、繊維強化複合材料を作製する際に必要な第１バインダ樹脂の量を低減することができる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記塗布工程では、前記繊維基材の前記第１部位に前記第１バインダ樹脂を塗布した後、該第１部位及び前記第２部位の両方に前記第２バインダ樹脂を塗布することが好ましい。この場合、第１部位に塗布された第１バインダ樹脂上を含む、繊維基材の表面全体に第２バインダ樹脂が塗布される。このため、例えば、複数の繊維基材を積層した積層体からプリフォームを形成する際、積層体の層間に効果的に第２バインダ樹脂を介在させることができる。これによって、加熱工程において、軟化点以上に加熱され、良好に軟化した第２バインダ樹脂によって、積層体の層間を一層良好に接着することが可能になる。その結果、強化繊維が略均等に配向され、一層高精度且つ容易に賦形されたプリフォームを得ることができる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記塗布工程で前記繊維基材に塗布する第２バインダ樹脂は、硬化後の剛性が前記第１バインダ樹脂よりも大きいことが好ましい。この場合、上記の通り、第１部位を大きく変形させてプリフォームを得ても、第１部位を第１バインダ樹脂ごと覆う第２バインダ樹脂の剛性が大きいため、スプリングバックが生じることを効果的に抑制できる。従って、所望の形状のプリフォームを一層高精度且つ容易に作製することができる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、成形型によって形成されるキャビティ内に前記プリフォームを配置して、前記第１バインダ樹脂及び第２バインダ樹脂の各々の軟化点よりも低い温度の母材樹脂を含浸、硬化させた後に脱型して繊維強化複合材料を得ることが好ましい。この場合、成形型内でプリフォームを成形する際においても、強化繊維に対する第１バインダ樹脂及び第２バインダ樹脂の拘束力が低下することを回避できる。このため、一層効果的に強化繊維に配向の乱れが生じることを抑制できる。すなわち、強化繊維が略均等に配向し、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料を効率的に得ることが可能になる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記加熱工程では、前記繊維基材の第１部位を加熱する第１温度に比して、前記第２部位を加熱する第２温度を高くしてもよい。すなわち、この場合、加熱工程における加熱温度を第１部位と第２部位とで異ならせることで、繊維基材に塗布されたバインダ樹脂の溶融度合いが、第２部位よりも第１部位で小さくなるようにしている。具体的には、加熱工程において、バインダ樹脂による強化繊維の拘束力が維持される第１温度で第１部位を加熱する。一方、繊維基材が十分な賦形性を示すまでバインダ樹脂を軟化させることができる第２温度で第２部位を加熱する。

これによって、賦形工程において、バインダ樹脂の拘束力により、第１部位の強化繊維に配向の乱れが生じることを効果的に抑制しつつ、繊維基材の賦形性が損なわれることを回避できる。すなわち、第１部位及び第２部位の溶融度合いを効率的に調整して、強化繊維が略均等に配向され且つ高精度に賦形されたプリフォームを容易に作製することができる。その結果、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料を効率的に得ることが可能になる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、成形型によって形成されるキャビティ内に前記プリフォームを配置して、前記第２温度よりも低い温度の母材樹脂を含浸、硬化させた後に脱型して繊維強化複合材料を得ることが好ましい。この場合、成形型内でプリフォームを成形する際においても、強化繊維に対するバインダ樹脂の拘束力が低下することを回避できる。このため、一層効果的に第１部位及び第２部位の強化繊維に配向の乱れが生じることを抑制できる。すなわち、強化繊維が略均等に配向し、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料を効率的に得ることが可能になる。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記繊維基材が複数からなるとき、前記塗布工程と、前記加熱工程との間に、前記バインダ樹脂を塗布した前記繊維基材を複数積層して積層体とする積層工程をさらに有することが好ましい。このように、複数の繊維基材からプリフォームを作製する場合であっても、繊維基材のそれぞれについて、第１部位の強化繊維に配向の乱れが生じることを抑制できるとともに、賦形性が低下することを回避できる。すなわち、強化繊維が略均等に配向され且つ高精度に賦形された繊維基材の積層体からなるプリフォームを得ることができ、一層機械強度に優れた繊維強化複合材料を得ることが可能になる。

また、本発明の別の一実施形態によれば、強化繊維を配向させたシート状の繊維基材を賦形により変形させて変形部を形成したプリフォームを成形前駆体とする繊維強化複合材料であって、前記変形部は第１バインダ樹脂を含み、少なくとも前記変形部を除く部位は前記第１バインダ樹脂よりも軟化点が低い第２バインダ樹脂を含んでいる繊維強化複合材料が提供される。

この繊維強化複合材料を形成する繊維基材は、変形部が形成される第１部位に第１バインダ樹脂が塗布され、第１部位を除く第２部位に第２バインダ樹脂が塗布された状態で賦形される。第１バインダ樹脂は、第２バインダ樹脂に比べて軟化点が高いため、繊維基材の賦形時に、第１部位に作用する第１バインダ樹脂の拘束力は、第２部位に作用する第２バインダ樹脂の拘束力に比して大きくなる。

従って、第１部位では、強化繊維に配向の乱れが生じることを効果的に抑制でき、第２部位では、十分な賦形性が得られる。つまり、繊維基材の賦形性を良好に維持したまま、賦形時に大きく変形する第１部位に強化繊維の配向乱れが生じることを効果的に抑制できる。これによって、強化繊維を略均等に配向させたプリフォームを成形前駆体とすることができるため、最終的に得られる本発明に係る繊維強化複合材料では、機械強度や美観意匠性を良好に向上させることができる。

上記の繊維強化複合材料において、前記変形部は、前記第１バインダ樹脂を部分的に含んでいることが好ましい。この繊維強化複合材料は、第１部位に対して、例えば、点状となるように、部分的に第１バインダ樹脂を塗布した繊維基材から得られる。この繊維基材を賦形することで、第１部位の賦形性を十分に確保しつつ、且つ強化繊維の配向の乱れが生じることを抑制しつつプリフォームを得ることができる。従って、上記のプリフォームから得られる本発明に係る繊維強化複合材料は、高精度に成形され、且つ優れた機械強度や美観意匠性を有する。

上記の繊維強化複合材料の製造方法において、前記変形部の前記第１バインダ樹脂は、前記第２バインダ樹脂に覆われていることが好ましい。この場合、例えば、複数の繊維基材を積層した積層体からプリフォームを形成する際、積層体の層間に効果的に第２バインダ樹脂を介在させることができる。その結果、強化繊維が略均等に配向されたプリフォームから、高精度に成形された繊維強化複合材料が得られる。従って、この繊維強化複合材料は優れた機械強度や美観意匠性を有する。

上記の繊維強化複合材料において、前記第２バインダ樹脂は、前記第１バインダ樹脂よりも剛性が大きいことが好ましい。この場合、上記の通り、第１部位を大きく変形させてプリフォームを得ても、第１部位を第１バインダ樹脂ごと覆う第２バインダ樹脂の剛性が大きいため、スプリングバックが生じることを効果的に抑制できる。従って、この繊維強化複合材料は、一層高精度に成形され、且つ機械強度や美観意匠性を良好に向上させることができる。

上記の繊維強化複合材料において、前記第１バインダ樹脂及び第２バインダ樹脂の各々の軟化点よりも成形温度が低い母材樹脂を含んでいることが好ましい。ここで、成形温度とは、母材樹脂がプリフォームに注入・含浸可能となる温度である。つまり、上記の通り、第１バインダ樹脂及び第２バインダ樹脂の軟化点よりも成形温度が低い母材樹脂を含むことで、該母材樹脂の注入・含浸時に、強化繊維に対する第１バインダ樹脂及び第２バインダ樹脂の拘束力が低下することを回避できる。このため、一層効果的に第１部位及び第２部位の強化繊維に配向の乱れが生じることを抑制できる。すなわち、この繊維強化複合材料は、強化繊維が略均等に配向したプリフォームから高精度に成形されるため、優れた機械強度や美観意匠性を有する。

本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料を構成する繊維基材を示す概略構成図である。 図１の繊維基材の第１部位に第１バインダ樹脂を塗布した状態を示す概略構成図である。 図２の繊維基材の第１部位及び第２部位に第２バインダ樹脂を塗布した状態を示す概略構成図である。 図３の繊維基材を複数積層する積層工程を説明する説明図である。 図４の複数の繊維基材を積層した積層体を加熱する加熱工程を説明する説明図である。 図５の加熱した積層体を賦形型で賦形する賦形工程を説明する説明図である。 図６の賦形型で賦形されたプリフォームの概略構成図である。 図７のプリフォームに成形型内で母材樹脂を含浸させる工程を説明する説明図である。 図８の成形型から脱型した繊維強化複合材料の概略構成図である。

以下、本発明に係る繊維強化複合材料につき、その製造方法との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図９に示すように、本実施形態に係る繊維強化複合材料１０（図９参照）は、連続繊維からなる強化繊維を一方向に沿って配向させてシート状のＵＤ材とした複数個の繊維基材１２と、母材樹脂１４とから構成される（図１、図９等参照）。この繊維基材１２を構成する強化繊維は、連続繊維に限定されるものではなく、長繊維、短繊維であってもよい。また、これらの強化繊維の配向方向は、一方向に限定されず、ランダム方向を含む複数方向であってもよい。すなわち、繊維基材は、織物（クロス材）、不織布のいずれであってもよい。

強化繊維の好適な材料としては、炭素繊維、ガラス繊維、樹脂繊維等が挙げられる。母材樹脂１４の好適な材料としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

さらに、繊維強化複合材料１０では、複数個の繊維基材１２を積層して構成されることとしたが、繊維基材１２は単数であってもよい。すなわち、１枚のシート状の繊維基材１２から、繊維強化複合材料を構成してもよい。

繊維強化複合材料１０は、繊維基材１２を賦形により変形させて変形部１６ａを形成したプリフォーム１６（図７参照）を成形前駆体として製造される。この変形部１６ａは、プリフォーム１６の他の部位１６ｂに比して変形量（加工率）が大きい部位である。

プリフォーム１６は、繊維強化複合材料１０の形状と近い形状に繊維基材１２が予備成形されたものである。従って、プリフォーム１６の変形部１６ａ及び他の部位１６ｂのそれぞれに対応するように、繊維強化複合材料１０には、変形部１０ａと、該変形部１０ａに比して変形量が小さい他の部位１０ｂが形成されている（図９参照）。

繊維強化複合材料１０の変形部１０ａは、第１バインダ樹脂１８を含み、変形部１０ａ及び他の部位１０ｂは、第２バインダ樹脂２０（図３参照）及び母材樹脂１４を含んでいる。第１バインダ樹脂１８は、例えば、点状となるように、部分的に変形部１０ａに含まれ、且つ第２バインダ樹脂２０に覆われている。第２バインダ樹脂２０は、第１バインダ樹脂１８よりも剛性が大きい。なお、第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０の剛性は、添加する架橋剤の量等によって調整することができる。すなわち、例えば、第１バインダ樹脂１８よりも第２バインダ樹脂２０に添加する架橋剤の量を多くすることで、第１バインダ樹脂１８よりも第２バインダ樹脂２０の剛性を大きくすることができる。

第２バインダ樹脂２０の軟化点は第１バインダ樹脂１８の軟化点より低い温度である。また、母材樹脂１４の注入・含浸時の温度（成形温度）は、第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０の各々の軟化点より低い温度である。第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０は、母材樹脂１４と良好に接着する樹脂からなる。例えば、母材樹脂１４としてエポキシ樹脂を採用した場合、第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０もエポキシ樹脂を採用することが好ましい。また、この場合、第１バインダ樹脂１８の軟化点、第２バインダ樹脂２０の軟化点、母材樹脂１４の注入・含浸時の温度（成形温度）は、例えば、１６０℃、１２０℃、１１０℃とすることができる。これらの軟化点は、原料として用いるエポキシ樹脂や導入する置換基の導入率によって種々調整が可能である。

この繊維強化複合材料１０の製造方法につき説明する。はじめに、図１に示す繊維基材１２の表面に第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０を塗布する塗布工程を行う。この塗布工程では、先ず、図２に示すように、繊維基材１２の第１部位１２ａに対して、第１バインダ樹脂１８を塗布する。第１部位１２ａは、繊維基材１２を賦形してプリフォーム１６とした際に、変形部１６ａを形成することになる部位である。

具体的には、第１部位１２ａに対して、第１バインダ樹脂１８を、例えば、複数の点状となるように部分的に塗布する。このような塗布を行うために、例えば、熱風を用いて第１バインダ樹脂１８の粉末を溶融しつつ、第１部位１２ａに吹き付ける、いわゆる溶射を行えばよい。また、他の塗布方法としては、例えば、粉末状の第１バインダ樹脂１８を溶剤に溶かした溶液を、スプレーを用いて第１部位１２ａに噴射することが挙げられる。この際、第１部位１２ａ上に噴射された溶液が、該第１部位１２ａ上で流動しない程度の粘度となるように、第１バインダ樹脂１８の粉末と溶剤との混合比を調整することが好ましい。

この塗布工程では、次に、図３に示すように、繊維基材１２の第１部位１２ａ及び該第１部位１２ａを除く部位である第２部位１２ｂに第２バインダ樹脂２０を塗布する。すなわち、例えば、粉末状の第２バインダ樹脂２０を溶剤に溶かした溶液を、スプレーを用いて噴射したり、熱で溶かした粉末状の第２バインダ樹脂２０を噴霧したり等の公知の手法により、第１部位１２ａに塗布された第１バインダ樹脂１８上を含む繊維基材１２の表面全体に第２バインダ樹脂２０を塗布する。

次に、図４及び図５に示すように、第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０を塗布した繊維基材１２を複数積層して積層体２２とする積層工程を行う。この際、例えば、積層方向に隣接する繊維基材１２は、強化繊維の配向方向が互いに直交するように配置される。また、積層体２２の層間に第２バインダ樹脂２０を介在させることで、隣接する繊維基材１２同士を良好に接着することが可能になる。従って、積層体２２の層間を形成しない繊維基材１２の表面、すなわち、積層体２２の積層方向両端に配置される繊維基材１２の外表面には、第２バインダ樹脂２０を塗布する必要はない。

次に、図５に示すように、例えば、加熱炉（不図示）等を用いて積層体２２（繊維基材１２）を加熱し、第２バインダ樹脂２０を軟化させる加熱工程を行う。すなわち、加熱工程での加熱温度は、第１バインダ樹脂１８の軟化点よりも低く、且つ第２バインダ樹脂２０の軟化点よりも高い温度とする。これによって、第１バインダ樹脂１８が第１部位１２ａの強化繊維を拘束する拘束力を維持したまま、第２バインダ樹脂２０を軟化させて、繊維基材１２の賦形性を向上させることができる。

次に、図６に示すように、加熱した積層体２２を賦形型２４によって賦形してプリフォーム１６とする賦形工程を行う。賦形型２４は、積層体２２を、最終的な繊維強化複合材料１０の形状に近づけることが可能な形状に形成されている。すなわち、賦形型２４内で賦形して、積層体２２を変形させた後に脱型することで、図７に示すように、変形部１６ａと他の部位１６ｂとを有するプリフォーム１６を得ることが可能である。

ここで、上記の通り、加熱工程で加熱された積層体２２では、繊維基材１２の第１部位１２ａに塗布した第１バインダ樹脂１８の溶融度合いが、第２部位１２ｂに塗布した第２バインダ樹脂２０の溶融度合いに比して小さくなっている。

すなわち、第１部位１２ａでは、強化繊維に作用する第１バインダ樹脂１８の拘束力が十分に大きいため、賦形により積層体２２を変形させても、強化繊維に配向の乱れが生じることを効果的に抑制できる。また、第２部位１２ｂでは、第２バインダ樹脂２０が十分に軟化しているため、強化繊維に作用する第２バインダ樹脂２０の拘束力が小さく、積層体２２の賦形性が損なわれることを回避できる。

つまり、積層体２２の賦形性を良好に維持したまま、強化繊維の配向乱れが生じることを効果的に抑制できる。これによって、強化繊維が略均等に配向され、所望の形状に精度よく賦形されたプリフォーム１６を得ることができる。

また、上記の通り、塗布工程において、繊維基材１２の第１部位１２ａには、部分的に第１バインダ樹脂１８が塗布されている。従って、第１部位１２ａの強化繊維同士が部分的に拘束された状態で賦形工程が行われる。これによって、第１部位１２ａの賦形性を確保しつつ、配向の乱れが生じることを抑制できる。従って、強化繊維が略均等に配向されたプリフォーム１６を一層高精度且つ容易に賦形することが可能になる。

さらに、上記の通り、塗布工程において、繊維基材１２の第１部位１２ａに塗布された第１バインダ樹脂１８上を含む、繊維基材１２の表面全体に第２バインダ樹脂２０が塗布されている。このため、積層体２２からプリフォーム１６を形成する際、積層体２２の層間に効果的に第２バインダ樹脂２０を介在させることができる。これによって、軟化した第２バインダ樹脂２０によって、積層体２２の層間を一層良好に接着することが可能になる。

この第１部位１２ａを第１バインダ樹脂１８ごと覆う第２バインダ樹脂２０の剛性は、第１バインダ樹脂１８よりも大きい。従って、賦形工程によって第１部位１２ａを大きく変形させてプリフォーム１６を得ても、スプリングバックが生じることを効果的に抑制できる。その結果、所望の形状のプリフォーム１６を一層高精度且つ容易に作製することができる。

次に、図８に示すように、成形型２６によって形成されるキャビティ２８内にプリフォーム１６を配置して、該キャビティ２８に達するように形成された樹脂注入口３０から母材樹脂１４を注入する。なお、この際、キャビティ２８内の空気を吸引してもよい。これによって、プリフォーム１６の強化繊維に母材樹脂１４を含浸させる。次に、冷却や化学反応等によって母材樹脂１４を硬化させる。その後、成形型２６を脱型することで、繊維強化複合材料１０を得ることができる。

この繊維強化複合材料１０は、上記の通り、強化繊維が略均等に配向され、最終的な繊維強化複合材料１０の形状と近い形状に精度よく賦形されたプリフォーム１６を成形前駆体とする。これによって、機械強度や美観意匠性に優れる繊維強化複合材料１０を効率的に製造することができる。

また、上記の通り、母材樹脂１４の成形温度が第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０の各々の軟化点よりも低いため、母材樹脂１４をプリフォーム１６に含浸させても、第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０による強化繊維の拘束力が低下することを回避できる。これによって、一層効果的に強化繊維に配向の乱れが生じることを抑制できるため、強化繊維が略均等に配向し、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料１０を効率的に得ることが可能になる。

なお、本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。

例えば、上記の実施形態では、繊維基材１２の第１部位１２ａ及び第２部位１２ｂのそれぞれに互いに軟化点が異なる第１バインダ樹脂１８及び第２バインダ樹脂２０を塗布した。しかしながら、第１部位１２ａ及び第２部位１２ｂを互いに区別せず同様のバインダ樹脂を繊維基材１２の表面に塗布してもよい。この場合、加熱工程における加熱温度を第１部位１２ａと第２部位１２ｂとで異ならせることで、繊維基材１２に塗布されたバインダ樹脂の溶融度合いが、第２部位１２ｂよりも第１部位１２ａで小さくなるようにすることができる。

具体的には、加熱工程において、バインダ樹脂による強化繊維の拘束力が維持される第１温度で第１部位１２ａを加熱する。一方、繊維基材１２が十分な賦形性を示すまでバインダ樹脂を軟化させることができる第２温度で第２部位１２ｂを加熱する。すなわち、第２温度は、第１温度に比して高温である。これによって、賦形工程において、バインダ樹脂の拘束力により、第１部位１２ａの強化繊維に配向の乱れが生じることを効果的に抑制しつつ、繊維基材１２の賦形性が損なわれることを回避できる。

すなわち、第１部位１２ａ及び第２部位１２ｂの溶融度合いを効率的に調整して、強化繊維が略均等に配向され且つ高精度に賦形されたプリフォームを容易に作製することができる。その結果、機械強度や美観意匠性に優れた繊維強化複合材料を効率的に得ることが可能になる。

また、この場合、成形型２６によって形成されるキャビティ２８内に、上記のプリフォームを配置して、第１温度及び第２温度よりも低い温度の母材樹脂１４を含浸、硬化させた後に脱型して繊維強化複合材料を得ることが好ましい。これによって、成形型２６内でプリフォームを成形する際においても、強化繊維に対するバインダ樹脂の拘束力が低下することを回避できる。

Claims (14)

1. 強化繊維からなるシート状の繊維基材（１２）を賦形により変形させて変形部（１６ａ）を形成したプリフォーム（１６）を成形前駆体とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法であって、
   前記繊維基材（１２）にバインダ樹脂（１８、２０）を塗布する塗布工程と、
   前記バインダ樹脂（１８、２０）を塗布した前記繊維基材（１２）を加熱して、該バインダ樹脂（１８、２０）を軟化させる加熱工程と、
   加熱した前記繊維基材（１２）に前記変形部（１６ａ）が形成されるように賦形して前記プリフォーム（１６）とする賦形工程と、を有し、
   前記賦形工程では、前記繊維基材（１２）の前記変形部（１６ａ）を形成する第１部位（１２ａ）に塗布した前記バインダ樹脂（１８、２０）の溶融度合いを、前記繊維基材（１２）の前記第１部位（１２ａ）を除く第２部位（１２ｂ）に塗布した前記バインダ樹脂（１８、２０）の溶融度合いに比して小さくすることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
2. 請求項１記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   前記塗布工程では、前記バインダ樹脂（１８、２０）として、前記繊維基材（１２）の前記第１部位（１２ａ）に第１バインダ樹脂（１８）を塗布し、前記繊維基材（１２）の少なくとも前記第２部位（１２ｂ）に前記第１バインダ樹脂（１８）よりも軟化点が低い第２バインダ樹脂（２０）を塗布し、
   前記加熱工程では、前記賦形工程時に前記繊維基材（１２）が前記第１バインダ樹脂（１８）の軟化点よりも低く、且つ前記第２バインダ樹脂（２０）の軟化点よりも高い温度になるように前記繊維基材（１２）を加熱することを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
3. 請求項２記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   前記塗布工程では、前記繊維基材（１２）の前記第１部位（１２ａ）に対して、部分的に前記第１バインダ樹脂（１８）を塗布することを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
4. 請求項２の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   前記塗布工程では、前記繊維基材（１２）の前記第１部位（１２ａ）に前記第１バインダ樹脂（１８）を塗布した後、該第１部位（１２ａ）及び前記第２部位（１２ｂ）の両方に前記第２バインダ樹脂（２０）を塗布することを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
5. 請求項４記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   前記塗布工程で前記繊維基材（１２）に塗布する第２バインダ樹脂（２０）は、硬化後の剛性が前記第１バインダ樹脂（１８）よりも大きいことを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
6. 請求項３記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   成形型（２６）によって形成されるキャビティ（２８）内に前記プリフォーム（１６）を配置して、前記第１バインダ樹脂（１８）及び前記第２バインダ樹脂（２０）の各々の軟化点よりも低い温度の母材樹脂（１４）を含浸、硬化させた後に脱型して繊維強化複合材料（１０）を得ることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
7. 請求項１記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   前記加熱工程では、前記繊維基材（１２）の第１部位（１２ａ）を加熱する第１温度に比して、前記第２部位（１２ｂ）を加熱する第２温度を高くすることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
8. 請求項７記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   成形型（２６）によって形成されるキャビティ（２８）内に前記プリフォーム（１６）を配置して、前記第２温度よりも低い温度の母材樹脂（１４）を含浸、硬化させた後に脱型して繊維強化複合材料（１０）を得ることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
9. 請求項１記載の繊維強化複合材料（１０）の製造方法において、
   前記繊維基材（１２）は複数からなり、前記塗布工程と、前記加熱工程との間に、前記バインダ樹脂（１８、２０）を塗布した前記繊維基材（１２）を複数積層して積層体（２２）とする積層工程をさらに有することを特徴とする繊維強化複合材料（１０）の製造方法。
10. 強化繊維を配向させたシート状の繊維基材（１２）を賦形により変形させて変形部（１６ａ）を形成したプリフォーム（１６）を成形前駆体とする繊維強化複合材料（１０）であって、
    前記変形部（１６ａ）は第１バインダ樹脂（１８）を含み、少なくとも前記変形部（１６ａ）を除く部位（１６ｂ）は前記第１バインダ樹脂（１８）よりも軟化点が低い第２バインダ樹脂（２０）を含んでいることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）。
11. 請求項１０記載の繊維強化複合材料（１０）において、
    前記変形部（１６ａ）は、前記第１バインダ樹脂（１８）を部分的に含んでいることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）。
12. 請求項１０記載の繊維強化複合材料（１０）において、
    前記変形部（１６ａ）の前記第１バインダ樹脂（１８）は、前記第２バインダ樹脂（２０）に覆われていることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）。
13. 請求項１２記載の繊維強化複合材料（１０）において、
    前記第２バインダ樹脂（２０）は、前記第１バインダ樹脂（１８）よりも剛性が大きいこと特徴とする繊維強化複合材料（１０）。
14. 請求項１０記載の繊維強化複合材料（１０）において、
    前記第１バインダ樹脂（１８）及び前記第２バインダ樹脂（２０）の各々の軟化点よりも成形温度が低い母材樹脂（１４）をさらに含んでいることを特徴とする繊維強化複合材料（１０）。

Images