JP6426684B2 - 繊維強化樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維基材とマトリックス樹脂とを備える繊維強化樹脂成形品の製造方法に関する。

繊維基材とマトリックス樹脂との複合材である繊維強化樹脂は、軽量且つ高強度、高剛性な素材として周知であり、近時、その成形品（繊維強化樹脂成形品、以下、「ＦＲＰ成形品」ともいう）が、自動車車体や航空機の構成部材として採用されつつある。

例えば、特許文献１には、曲げ強さや曲げ剛性等の曲げ特性を向上させるべく、強化繊維織物からなる一組の表層材によりコア材を挟んで構成される繊維基材を用いた、いわゆるサンドイッチ構造のＦＲＰ成形品が提案されている。ＦＲＰ成形品は、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法によって得ることができる。このＲＴＭ成形法では、所望のＦＲＰ成形品の形状に応じた製品キャビティを形成可能な成形型を用い、該製品キャビティ内で賦形された繊維基材に液状のマトリックス樹脂を含浸させて硬化させる。これによって、ＦＲＰ成形品が得られるに至る。

特開２０１３−２３１８４号公報

上記のように、ＲＴＭ成形法によって前記サンドイッチ構造のＦＲＰ成形品を得る場合、表層材の繊維体積含有率が低いと、製品キャビティ内で表層材にコア材が押し当てられた際等に、該表層材の繊維に蛇行した部位や、密度が偏った部位が生じる懸念がある。これらの部位は、表層材に折れ曲がり等を生じさせる起点となり易い。従って、ＦＲＰ成形品の曲げ特性を十分に向上させるためには、表層材の繊維体積含有率を大きくして、表層材に前記部位が生じることを回避する必要がある。

しかしながら、表層材の繊維体積含有率を大きくするほど、繊維基材に液状のマトリックス樹脂を含浸させることが困難になる。繊維基材にマトリックス樹脂が含浸していない未含浸部位が生じると、ＦＲＰ成形品の強度が低下する懸念がある。従って、未含浸部位が生じることを回避するべく、マトリックス樹脂を繊維基材に含浸させるための時間を増大させると、ＦＲＰ成形品の生産効率が大幅に低下してしまう。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、生産効率を低下させることなく曲げ特性を向上させることが可能な繊維強化樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、繊維基材とマトリックス樹脂とを備える繊維強化樹脂成形品の製造方法において、第１連続繊維と第２連続繊維とを互いの間に不織布が介在するように積層して形成した前記繊維基材を上型と下型との間に配置する工程と、前記上型と前記下型を接近させて互いの間に製品キャビティよりも容量が大きい閉空間を形成し、該閉空間に液状の前記マトリックス樹脂を供給することで、前記繊維基材に前記マトリックス樹脂を含浸させる工程と、前記上型と前記下型をさらに接近させて前記繊維基材にプレス荷重が付与されるように前記製品キャビティを形成し、前記マトリックス樹脂の含浸時よりも前記繊維基材の繊維体積含有率が大きくなるように前記繊維基材を押圧した状態で、前記繊維基材中の液状の前記マトリックス樹脂を硬化させる工程と、を有することを特徴とする。

上記のようにして繊維基材にプレス荷重を付与すると、第１連続繊維と第２連続繊維の間で、不織布がその弾性力に抗して圧縮される。これによって、第１連続繊維及び第２連続繊維（以下、これらを総称して表層材ともいう）は、上型及び下型からのプレス荷重と不織布からの反発力とによって圧縮されるため、見掛け上の体積含有率が増大する。

つまり、この製造方法では、閉空間に配置され、プレス荷重が付与されていないために、見掛け上の繊維体積含有率が小さい状態の繊維基材に対して、液状のマトリックス樹脂を含浸させる。これによって、繊維基材にマトリックス樹脂を良好に含浸させることができるため、未含浸部位が形成されることを抑制でき、優れた強度を示す繊維強化樹脂成形品を効率的に得ることが可能になる。

また、繊維基材を製品キャビティ内に配置してプレス荷重を付与することにより、液状のマトリックス樹脂を含浸させた後の表層材について、その見掛け上の繊維体積含有率を増大させることができる。この状態で、繊維基材中の液状のマトリックス樹脂を硬化させることで、表層材の繊維体積含有率を増大させた繊維強化樹脂成形品が得られる。すなわち、曲げ強度や曲げ剛性等の曲げ特性に優れる繊維強化樹脂成形品を得ることができる。

以上から、本発明に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法によれば、繊維強化樹脂成形品の生産効率の向上と曲げ特性の向上との両立を図ることができる。

上記の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、前記第１連続繊維、前記不織布、前記第２連続繊維のそれぞれの前記プレス荷重を付与する前の厚さをｔ１’、ｔ２’、ｔ３’とし、前記第１連続繊維、前記不織布、前記第２連続繊維のそれぞれの前記プレス荷重を付与中の厚さをｔ１、ｔ２、ｔ３とするとき、ｔ２／ｔ１＜ｔ２’／ｔ１’及びｔ２／ｔ３＜ｔ２’／ｔ３’の関係が成り立つことが好ましい。

この場合、プレス荷重付与中の繊維基材における、第１連続繊維の厚さに対する不織布の厚さの比率に比して、プレス荷重付与前の繊維基材における、第１連続繊維の厚さに対する不織布の厚さの比率が大きくなる。同様に、プレス荷重付与中の繊維基材における、第２連続繊維の厚さに対する不織布の厚さの比率に比して、プレス荷重付与前の繊維基材における、第２連続繊維の厚さに対する不織布の厚さの比率が大きくなる。

つまり、不織布がプレス荷重の付与に伴って変化する厚さは、第１連続繊維及び第２連続繊維の各々がプレス荷重の付与に伴って変化する厚さよりも大きくなるように設定される。これによって、繊維基材にプレス荷重が付与された際、表層材に対して、不織布からの反発力を効果的に付与して、表層材の体積含有率を増大させることができる。その結果、曲げ特性に優れた繊維強化樹脂成形品を効率的に得ることができるとの作用効果を一層良好に得ることが可能になる。

上記の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、ｔ２’／ｔ１’＝３〜２０、ｔ２’／ｔ３’＝３〜２０、ｔ２／ｔ１＝２〜１０、ｔ２／ｔ３＝２〜１０の関係が成り立つことが好ましい。この場合、繊維強化樹脂成形品の曲げ特性の向上と、生産効率の向上との両立を一層良好に図ることが可能になる。このようにして得られた繊維強化樹脂成形品は、自動車車体構成部材として特に好適に用いることが可能である。

上記の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、積層した前記第１連続繊維と、前記不織布と、前記第２連続繊維とをニードルパンチにより一体化して前記繊維基材を形成することが好ましい。この場合、表層材と不織布との層間に厚さ方向に配向する繊維を介在させることができるため、アンカー効果等により表層材と不織布とを剥離し難くすることができる。また、厚さ方向に配向する繊維が、液状のマトリックス樹脂の流路を形成することで、繊維基材に液状のマトリックス樹脂が含浸し易くなり、未含浸部位が生じることを抑制できる。

その結果、繊維強化樹脂成形品に曲げ荷重が付与されても、表層材と不織布とが剥離することを抑制できるため、曲げ強度を一層効果的に向上させることが可能になる。また、繊維基材に良好にマトリックス樹脂を含浸させることができるため、繊維強化樹脂成形品の生産効率及び強度を一層効果的に向上させることが可能になる。

また、本発明は、繊維基材とマトリックス樹脂とを備える繊維強化樹脂成形品であって、前記繊維基材は、第１連続繊維と、第２連続繊維と、前記第１連続繊維及び前記第２連続繊維の間に介在する不織布とを有し、前記第１連続繊維の厚さ及び繊維体積含有率がそれぞれｔ１及びＶｆ１であり、前記不織布の厚さ及び繊維体積含有率がそれぞれｔ２及びＶｆ２であり、前記第２連続繊維の厚さ及び繊維体積含有率がそれぞれｔ３及びＶｆ３であるとき、Ｖｆ１＞Ｖｆ２、ｔ１＜ｔ２、Ｖｆ３＞Ｖｆ２、ｔ３＜ｔ２の関係が成り立つことを特徴とする。

本発明に係る繊維強化樹脂成形品は、上記のように、繊維体積含有率が不織布に比して大きく、且つ厚さが不織布に比して小さい表層材を有することにより、連続繊維のみを有する一般的な繊維強化樹脂成形品よりも少ない繊維の使用量で同等の曲げ特性を発現させることができる。

上記の繊維強化樹脂成形品において、前記不織布は、厚さ方向の両端側に比して中心側の繊維体積含有率が小さいことが好ましい。この場合、繊維基材の厚さ方向の中心側に比して表層側で繊維体積含有率が大きくなるため、繊維強化樹脂成形品の曲げ剛性を一層効果的に向上させることができる。

本発明では、見掛け上の繊維体積含有率が小さい状態の繊維基材に対して、液状のマトリックス樹脂を含浸させることができるため、優れた強度を示す繊維強化樹脂成形品を効率的に得ることが可能になる。また、表層材の見掛け上の繊維体積含有率を大きくした状態で、繊維基材中の液状のマトリックス樹脂を硬化させて、繊維強化樹脂成形品を得ることができるため、繊維強化樹脂成形品の曲げ強度や曲げ剛性等の曲げ特性を効果的に向上させることが可能になる。その結果、曲げ特性に優れた繊維強化樹脂成形品を効率的に得ることができる。

本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の要部概略縦断面図である。 図１の繊維強化樹脂成形品を得るための成形装置が型開き状態にあるときの要部概略縦断面図である。 図２から型閉じ状態とされている途中の状態を示す要部概略縦断面図である。 図３からさらに型閉じ状態に近づいた状態を示す要部概略縦断面図である。 図４の要部拡大図である。 図４からさらに型閉じ状態に近づいた状態を示す要部概略縦断面図である。 図６の後、型閉じされた状態を示す要部概略縦断面図である。 図７の要部拡大図である。 図７の後、型開きを行い、繊維強化樹脂成形品を離型した状態を示す要部概略縦断面図である。

以下、本発明に係る繊維強化樹脂成形品（ＦＲＰ成形品）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は、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０の要部概略縦断面図である。繊維強化樹脂成形品１０は、繊維基材１２と、該繊維基材１２と複合化されたマトリックス樹脂１４（図４参照）とを備える。繊維基材１２は、第１連続繊維１６と、不織布１８と、第２連続繊維２０とが、この順で積層され、後述するようにニードルパンチにより一体化されている。このため、第１連続繊維１６及び第２連続繊維２０（以下、これらを総称して表層材１６、２０ともいう）と不織布１８との層間には、繊維基材１２の厚さ方向に配向する繊維が介在する。

第１連続繊維１６は、例えば、強化繊維を一方向に沿って配向させたシート状のＵＤ材１６ａ、１６ｂを、互いの強化繊維の配向方向が異なるように積層して構成される。なお、第１連続繊維１６を構成するＵＤ材は、２枚に限定されず、１枚のみ又は３枚以上であってもよい。また、ＵＤ材１６ａ、１６ｂは、強化繊維が同一の配向方向となるように積層されてもよい。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。

不織布１８は、厚さ方向に弾性を有するように強化繊維からシート状に形成される。強化繊維の好適な材料としては、第１連続繊維１６を構成する強化繊維と同様のものを挙げることができる。また、不織布１８は、厚さ方向の両端側に比して中心側の繊維体積含有率が小さくなるように調整されている。

第２連続繊維２０は、第１連続繊維１６と同様に種々の構成とすることができる。本実施形態では、第２連続繊維２０は、強化繊維を一方向に沿って配向させたシート状のＵＤ材２０ａ、２０ｂを、互いの強化繊維の配向方向が異なるように積層して構成される。

ここで、繊維強化樹脂成形品１０を構成するべくマトリックス樹脂１４と複合化された繊維基材１２では、表層材１６、２０及び不織布１８が厚さ方向に圧縮された状態で維持されている。このような繊維強化樹脂成形品１０における第１連続繊維１６の厚さ（ＵＤ材１６ａ、１６ｂの合計厚さ）をｔ１、繊維体積含有率をＶｆ１、不織布１８の厚さをｔ２、繊維体積含有率をＶｆ２、第２連続繊維２０の厚さ（ＵＤ材２０ａ、２０ｂの合計厚さ）をｔ３、繊維体積含有率をＶｆ３とした場合、これらの間には、以下の関係が成り立つ。Ｖｆ１＞Ｖｆ２、ｔ１＜ｔ２、Ｖｆ３＞Ｖｆ２、ｔ３＜ｔ２。

図２は、繊維強化樹脂成形品１０を得るための成形装置１００の要部概略縦断面図である。この成形装置１００は、成形型としての下型１２０と上型１４０を備え、これら下型１２０と上型１４０の間に繊維強化樹脂成形品１０に応じた形状の製品キャビティ１６０（図７参照）及び該製品キャビティ１６０よりも容量が大きい閉空間１７０（図４及び図６参照）を形成可能である。なお、図２は、成形装置１００が型開き状態にあるときを示している。

下型１２０は位置決め固定された固定型であり、鉛直下方に指向して陥没したキャビティ形成用凹部１８０が形成された、いわゆる凹型である。ここで、下型１２０の上端面の縁部には、上型１４０に指向して突出した突部２００が前記キャビティ形成用凹部１８０を囲繞するようにして突出形成されている。

突部２００の外側面には、第１溝２２０が周回形成されている。この第１溝２２０には、第１シール部材２４０が挿入される。第１シール部材２４０の大部分は、第１溝２２０から露呈する。

一方、上型１４０は、図示しない昇降機構の作用下に、下型１２０に対して下降（接近）又は上昇（離間）することが可能な可動型である。また、上型１４０は、型閉じがなされる際に前記キャビティ形成用凹部１８０に進入するキャビティ形成用凸部２６０を有する、いわゆる凸型である。キャビティ形成用凸部２６０がキャビティ形成用凹部１８０に進入することに伴い、閉空間１７０及び製品キャビティ１６０が形成される。

上型１４０は、さらに、柱状部２８０と基部３００を有する。前記キャビティ形成用凸部２６０は、柱状部２８０を介して基部３００に連なる。

基部３００の下端面の縁部には、下型１２０に指向して延在し、型閉じがなされる際には前記突部２００の外側面側を囲繞する囲繞壁３２０が設けられる。このため、柱状部２８０と囲繞壁３２０との間には、相対的に陥没した挿入部３４０が形成される。すなわち、挿入部３４０は、柱状部２８０の側面、基部３００の下端面及び囲繞壁３２０の内側面によって形成される。

柱状部２８０の側面、すなわち、挿入部３４０には第２溝３６０が周回形成され、この第２溝３６０には第２シール部材３８０が挿入される。第１シール部材２４０と同様に、第２シール部材３８０もその大部分が第２溝３６０から露呈する。

後述するように、挿入部３４０には突部２００が進入する。これに伴って第１シール部材２４０が囲繞壁３２０の内側面に当接するとともに、第２シール部材３８０が突部２００の内側面に当接する（図４参照）。その結果、第１シール部材２４０と第２シール部材３８０の間には、シール間室４００が形成される。

基部３００には、シール間室４００に連通するようにして排気用通路４２０が形成される。該排気用通路４２０には排気管４４０が連なり、該排気管４４０には、三方弁４６０及びポンプ４８０が上流側からこの順序で介装される。

三方弁４６０には、さらに、大気に開放された開放管５００が接続される。すなわち、三方弁４６０は、ポンプ４８０に向かう流路と、大気に開放する流路とを切り換える役割を果たす。ポンプ４８０に向かう流路に切り換えられたときには、ポンプ４８０によって下型１２０及び上型１４０の内部の排気が行われる。一方、大気に開放する流路に切り換えられたときには、下型１２０及び上型１４０の内部が大気に開放される。なお、開放管５００を接続することなく、三方弁４６０の３個のポート中の１個を大気に開放するようにしてもよい。

上型１４０には、基部３００から柱状部２８０を経由してキャビティ形成用凸部２６０まで連なるランナ５４０が形成される。このランナ５４０は、注入機５６０から導出された液状のマトリックス樹脂１４（図４参照）を閉空間１７０に供給するための供給路である。

次に、成形装置１００を用いて、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品１０を製造する方法について説明する。

はじめに、第１連続繊維１６と、不織布１８と、第２連続繊維２０とをこの順で積層し、厚さ方向にニードル（不図示）を挿通させるニードルパンチ加工により一体化して繊維基材１２を形成する。ここでの繊維基材１２は、マトリックス樹脂１４と複合化される前の状態、換言すると、表層材１６、２０及び不織布１８のそれぞれが厚さ方向に圧縮される前の状態である。つまり、圧縮前（プレス荷重付与前）の繊維基材１２における第１連続繊維１６の厚さをｔ１’とし、不織布１８の厚さをｔ２’とし、第２連続繊維２０の厚さをｔ３’とすると（図５参照）、ｔ１’＞ｔ１、ｔ２’＞ｔ２、ｔ３’＞ｔ３の関係が成り立つ。

次に、図２に示すように、成形装置１００を型開き状態とし、繊維基材１２を、キャビティ形成用凹部１８０に配置する。この時点では、互いに離間した下型１２０と上型１４０の間が大気に開放される。また、三方弁４６０は閉止状態である。

次に、前記昇降機構を駆動し、上型１４０を下型１２０に向かって下降させる。この下降の最中に、上型１４０の囲繞壁３２０の内側面が下型１２０の突部２００の外側面に対向する。図３に示すように、囲繞壁３２０の内側面が第１シール部材２４０に接触すると、該第１シール部材２４０により、突部２００と囲繞壁３２０の間がシールされる。その結果、下型１２０と上型１４０の間に大気から遮断された空間５２０が形成される。

次に、ポンプ４８０を駆動するとともに、三方弁４６０を操作してポンプ４８０に向かう流路を開く。これによって、排気管４４０が下型１２０及び上型１４０の間の空間と連通状態となり、このため、空間５２０内の大気がポンプ４８０によって排気される。その結果、空間５２０が、５０〜１００ｋＰａ程度の負圧となる。

なお、空間５２０の排気が行われている最中も上型１４０の降下が継続される。従って、図４に示すように、キャビティ形成用凸部２６０がキャビティ形成用凹部１８０に進入するとともに、繊維基材１２に近接する。また、突部２００が挿入部３４０に近接し、さらに、突部２００の内側面と柱状部２８０の側面とが対向する。すなわち、成形装置１００は、型閉じ状態に一層近づく。

突部２００の内側面が第２シール部材３８０に接触すると、該第２シール部材３８０により、突部２００と柱状部２８０の間がシールされる。その結果、下型１２０と上型１４０の間に製品キャビティ１６０（図７参照）よりも容量が大きい閉空間１７０が形成される。この閉空間１７０内では、上型１４０は繊維基材１２に接触していない、換言すると、繊維基材１２にプレス荷重が付与されていない。このため、図５の要部拡大図に示すように、繊維基材１２の表層材１６、２０及び不織布１８のそれぞれは、厚さ方向に圧縮される前の状態のままである。

突部２００と囲繞壁３２０との間では、第１シール部材２４０によってシールされた状態が維持されている。従って、第１シール部材２４０と第２シール部材３８０の間にシール間室４００が形成される。シール間室４００は、第２シール部材３８０によって閉空間１７０から遮断されている。

この時点で、三方弁４６０を閉止状態とするとともにポンプ４８０を滅勢し、排気を停止する。なお、排気の停止タイミングは、第１シール部材２４０及び第２シール部材３８０の取付位置と上型１４０の降下速度からシール間室４００が形成されるタイミングを予め算出し、この算出結果に基づいて設定すればよい。

さらに、注入機５６０から液状のマトリックス樹脂１４を導出する。ここで、液状のマトリックス樹脂１４の好適な例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂（ε−カプロラクタム）等が挙げられる。ε−カプロラクタム樹脂の場合、触媒や活性剤を同時に供給するようにしてもよい。触媒としては、ナトリウム等のアルカリ金属、その酸化物、水酸化物、水素化物や、アルカリ土類金属、その酸化物、水酸化物、水素化物等が例示され、活性剤としては、イソシアネート、アシルラクタム、イソシアヌレート誘導体、酸ハライド、カルバミドラクタム等が例示される。

また、エポキシ樹脂の場合、酸無水物、脂肪族ポリアミン、アミドアミン、ポリアミド、ルイス塩基、芳香族ポリアミン等からなる硬化剤を同時に供給するようにしてもよい。

以上のような液状のマトリックス樹脂１４は、ランナ５４０を通過した後、キャビティ形成用凸部２６０の先端から閉空間１７０に導出される。液状のマトリックス樹脂１４は、注入機５６０から所定の圧力で射出されることにより、繊維基材１２とキャビティ形成用凸部２６０との間の間隙を比較的容易に流動する。所定量の液状のマトリックス樹脂１４が導出されると、該液状のマトリックス樹脂１４の射出が停止される。

この射出停止の前もしくは後、又は射出停止と同時に、三方弁４６０が操作されて大気に開放する流路が開く。すなわち、開放管５００がシール間室４００と連通状態となる。これによって、シール間室４００が大気に開放されるため、結局、シール間室４００が大気圧となる。

上型１４０がさらに下降して、図６に示すように、キャビティ形成用凹部１８０にキャビティ形成用凸部２６０が一層進入すると、該キャビティ形成用凸部２６０により、液状のマトリックス樹脂１４が押圧される。この際も、上型１４０は繊維基材１２に接触しておらず、閉空間１７０内の繊維基材１２にはプレス荷重が付与されていない。つまり、この時点においても、繊維基材１２に対して、後述するように、その見掛け上の繊維体積含有率が増大するような圧縮はなされていない。

このように、繊維基材１２が厚さ方向に圧縮されていないことと、液状のマトリックス樹脂１４がキャビティ形成用凸部２６０（上型１４０）から加圧されること、及び閉空間１７０が負圧であることが相俟って、液状のマトリックス樹脂１４は、繊維基材１２に沿って容易に展開する。これによって、液状のマトリックス樹脂１４を繊維基材１２に良好に含浸させることができる。

次に、図７に示すように、上型１４０をさらに下降させて、下型１２０と上型１４０との間に製品キャビティ１６０を形成する。これによって、製品キャビティ１６０内の繊維基材１２は、プレス荷重が付与され、厚さ方向に圧縮される。つまり、第１連続繊維１６と第２連続繊維２０の間で、不織布１８がその弾性力に抗して圧縮される。その結果、上型１４０及び下型１２０からのプレス荷重と不織布１８からの反発力とによって表層材１６、２０を圧縮して、見掛け上の体積含有率を効果的に増大させることができる。

具体的には、図８の要部拡大図に示すように、第１連続繊維１６の厚さが減少してｔ１となり、見掛け上の繊維体積含有率が増大してＶｆ１となる。また、不織布１８の厚さが減少してｔ２となり、見掛け上の繊維体積含有率が増大してＶｆ２となる。さらに、第２連続繊維２０の厚さが減少してｔ３となり、見掛け上の繊維体積含有率が増大してＶｆ３となる。

プレス荷重を付与する前の繊維基材１２の厚さと、プレス荷重を付与中の繊維基材１２の厚さとの間には、ｔ２／ｔ１＜ｔ２’／ｔ１’及びｔ２／ｔ３＜ｔ２’／ｔ３’の関係が成り立つことが好ましく、ｔ２’／ｔ１’＝３〜２０、ｔ２’／ｔ３’＝３〜２０、ｔ２／ｔ１＝２〜１０、ｔ２／ｔ３＝２〜１０の関係が成り立つことが一層好ましい。

製品キャビティ１６０内において、所定時間の経過とともに液状のマトリックス樹脂１４が硬化することによって、繊維強化樹脂成形品１０が得られるに至る。この繊維強化樹脂成形品１０では、表層材１６、２０及び不織布１８が圧縮後の厚さ及び繊維体積含有率のまま維持される。

その後、図９に示すように、前記昇降機構の作用下に上型１４０を上昇させて型開きを行った後、成形装置１００から繊維強化樹脂成形品１０を取り出す。すなわち、いわゆる離型を行う。この際には、例えば、エジェクタピン（図示せず）等が作動する。

以上から、本実施形態に係る製造方法では、閉空間１７０に配置され、プレス荷重が付与されていないことにより、見掛け上の繊維体積含有率が比較的小さい状態の繊維基材１２に対して、液状のマトリックス樹脂１４を含浸させる。これによって、繊維基材１２にマトリックス樹脂１４を良好に含浸させることができるため、未含浸部位が形成されることを抑制でき、優れた強度を示す繊維強化樹脂成形品１０を効率的に得ることが可能になる。

また、繊維基材１２を製品キャビティ１６０内に配置してプレス荷重を付与することにより、液状のマトリックス樹脂１４を含浸させた後の表層材１６、２０について、その見掛け上の繊維体積含有率を増大させることができる。この状態で、繊維基材１２中の液状のマトリックス樹脂１４を硬化させて得られる繊維強化樹脂成形品１０では、表層材１６、２０の繊維体積含有率を増大させることができるため、曲げ強度や曲げ剛性等の曲げ特性を向上させることができる。

つまり、この製造方法によれば、繊維強化樹脂成形品１０の生産効率の向上と曲げ特性の向上との両立を図ることができる。

この製造方法では、プレス荷重を付与する前の繊維基材１２の厚さと、プレス荷重を付与中の繊維基材１２の厚さとの間に上記の関係が成り立つこととした。すなわち、不織布１８にプレス荷重を付与することに伴って変化する厚さは、第１連続繊維１６及び第２連続繊維２０の各々にプレス荷重を付与することに伴って変化する厚さよりも大きくなるように設定される。これによって、繊維基材１２にプレス荷重が付与された際、表層材１６、２０に対して、不織布１８からの反発力を効果的に付与して、表層材１６、２０の体積含有率を増大させることができる。その結果、曲げ特性に優れた繊維強化樹脂成形品１０を効率的に得ることができるとの作用効果を一層良好に得ることが可能になる。

また、この製造方法では、上記の通り、ニードルパンチ処理を用いて繊維基材１２を形成することにより、表層材１６、２０と不織布１８との層間に厚さ方向に配向する繊維を介在させている。これによって、アンカー効果等により表層材１６、２０と不織布１８とを剥離し難くすることができる。また、厚さ方向に配向する繊維が、液状のマトリックス樹脂１４の流路を形成することで、繊維基材１２に液状のマトリックス樹脂１４が含浸し易くなり、未含浸部位が生じることを抑制できる。

その結果、繊維強化樹脂成形品１０に曲げ荷重が付与されても、表層材１６、２０と不織布１８とが剥離することを抑制できるため、曲げ強度を一層効果的に向上させることが可能になる。また、繊維基材１２に良好にマトリックス樹脂１４を含浸させることができるため、繊維強化樹脂成形品１０の生産効率及び強度を一層効果的に向上させることが可能になる。

さらに、繊維強化樹脂成形品１０では、上記の通り、繊維体積含有率が不織布１８に比して大きく、且つ厚さが不織布１８に比して小さい表層材１６、２０を有する。これにより、連続繊維のみを有する一般的な繊維強化樹脂成形品（不図示）よりも少ない繊維の使用量で同等の曲げ特性を発現させることができる。また、繊維強化樹脂成形品１０は、上記の通り、厚さ方向の両端側に比して中心側の繊維体積含有率が小さい不織布１８を備える。これによって、繊維基材１２の厚さ方向の中心側に比して表層側で繊維体積含有率が大きくなるため、繊維強化樹脂成形品１０の曲げ剛性を一層効果的に向上させることができる。

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更が可能である。

１０…繊維強化樹脂成形品 １２…繊維基材
１４…マトリックス樹脂 １６…第１連続繊維
１６ａ、１６ｂ、２０ａ、２０ｂ…ＵＤ材 １８…不織布
２０…第２連続繊維 １００…成形装置
１２０…下型 １４０…上型
１６０…製品キャビティ １７０…閉空間

Claims (4)

1. 繊維基材とマトリックス樹脂とを備える繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
   第１連続繊維と第２連続繊維とを互いの間に不織布が介在するように積層して形成した前記繊維基材を上型と下型との間に配置する工程と、
   前記上型と前記下型を接近させて互いの間に製品キャビティよりも容量が大きい閉空間を形成し、該閉空間に液状の前記マトリックス樹脂を供給することで、前記繊維基材に前記マトリックス樹脂を含浸させる工程と、
   前記上型と前記下型をさらに接近させて前記繊維基材にプレス荷重が付与されるように前記製品キャビティを形成し、前記マトリックス樹脂の含浸時よりも前記繊維基材の繊維体積含有率が大きくなるように前記繊維基材を押圧した状態で、前記繊維基材中の液状の前記マトリックス樹脂を硬化させる工程と
   を有することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、
   前記第１連続繊維、前記不織布、前記第２連続繊維のそれぞれの前記プレス荷重を付与する前の厚さをｔ１’、ｔ２’、ｔ３’とし、
   前記第１連続繊維、前記不織布、前記第２連続繊維のそれぞれの前記プレス荷重を付与中の厚さをｔ１、ｔ２、ｔ３とするとき、
   ｔ２／ｔ１＜ｔ２’／ｔ１’及びｔ２／ｔ３＜ｔ２'／ｔ３'の関係が成り立つことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
3. 請求項２記載の製造方法において、
   ｔ２’／ｔ１’＝３〜２０、ｔ２'／ｔ３'＝３〜２０
   ｔ２／ｔ１＝２〜１０、ｔ２／ｔ３＝２〜１０
   の関係が成り立つことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、
   積層した前記第１連続繊維と、前記不織布と、前記第２連続繊維とをニードルパンチにより一体化して前記繊維基材を形成することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。

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