JPH07195597A - 強化繊維シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人力により一方向強化繊維の配列方向と直角
の幅方向に延伸して広げることができ、ＦＲＰ船等の曲
率の大きい３次元曲面を有する繊維強化複合材料成形品
を、ハンドレイアップによりシワや糸ゆらぎ等の問題を
生じることなく製造することを可能とした強化繊維シー
トである。 【構成】 強化繊維シート１は、離型性を有する支持体
２上に強化繊維４を樹脂層３を介して一方向に配列して
接着してなり、その支持体２に、強化繊維４の配列方向
と直角の幅方向に可延伸性を備えさせた。 【効果】 人力により支持体２を幅方向に延伸して強化
繊維シート１を幅方向に広げることができるので、繊維
強化複合材料成形品の型の曲率の大きい３次元曲面の表
面に、樹脂を含浸した強化繊維シートをぴったりと添わ
せて施行することができ、目的を達成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、支持体上に強化繊維を
接着剤層を介して一方向に配列して接着した強化繊維シ
ートに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、強化繊維を樹脂で固めた繊維強化
複合材料（ＦＲＰ）が、自動車、航空機、建築材料、ス
ポーツ用品等あらゆる分野で用いられており、その繊維
強化複合材料成形品を、強化繊維にマトリクス樹脂を含
浸して半硬化したプリプレグにより製造することが行な
われている。

【０００３】このようなプリプレグによれば、人手によ
りハンドレイアップで繊維強化複合材料成形品を製造す
ることができる。即ち、プリプレグを人手により成形品
の型の表面上に所望枚数だけ積層し、そのプリプレグ積
層体を加熱若しくは加圧及び加熱して、マトリクス樹脂
を硬化することにより、繊維強化複合材料成形品が得ら
れる。

【０００４】しかしながら、プリプレグは保管中にマト
リクス樹脂の硬化が進むので、冷蔵設備に収納しておく
必要があり、又適当な大きさ、形に切断して使用に供す
るのに便利でない等の欠点があった。

【０００５】このようなことから、離型性を有する支持
体上に強化繊維を接着剤層を介して一方向に配列して接
着してなる一方向強化繊維シートが開発され、繊維強化
複合材料成形品の製造に使用されつつある。

【０００６】この一方向強化繊維シートを用いて繊維強
化複合材料成形品を製造するには、強化繊維シートにマ
トリクス樹脂を含浸し、人手により強化繊維シートを型
の表面上に積層して支持体を剥ぎ取り、或いは強化繊維
シートを型の表面上に貼り付けて積層し、支持体を剥ぎ
取った後、マトリクス樹脂を含浸し、その後、プリプレ
グのときと同様に、強化繊維シート積層体を加熱若しく
は加熱及び加圧すればよい。

【０００７】このような強化繊維シートによれば、使用
時にマトリクス樹脂を含浸すれば良いので、保管中の樹
脂の硬化の問題自体がなく、又所望の大きさ、形に切断
し易い優れた点もある。又構築物の補強に用いる場合に
は、マトリクス樹脂に室温硬化型の樹脂を使用すること
により、構築物の補強箇所に施行した強化繊維シートを
加熱する手間が省け、そのまま放置により樹脂を硬化し
て繊維強化複合材料になすことができ、作業性が良い利
点もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
強化繊維シートでは、強化繊維の配列方向と直角の幅方
向に支持体を延伸することができなかったために、ＦＲ
Ｐ船等の曲率の大きい３次元曲面を有する成形品をハン
ドレイアップにより作成する場合、強化繊維シートを型
の３次元曲面にぴったりと添わせることができない欠点
があった。

【０００９】このため、得られる成形品にシワが生じた
り、強化繊維の配列が大きく乱れる糸ゆらぎ等の問題が
発生していた。

【００１０】本発明の目的は、人力により支持体を一方
向強化繊維の配列方向と直角の幅方向に延伸して、強化
繊維シートを幅方向に広げることができ、ＦＲＰ船等の
曲率の大きい３次元曲面を有する繊維強化複合材料成形
品を、ハンドレイアップによりシワや糸ゆらぎ等の問題
を生じることなく製造することを可能とした強化繊維シ
ートを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
強化繊維シートにて達成される。要約すれば本発明は、
離型性を有する支持体上に強化繊維を樹脂層を介して一
方向に配列して接着した強化繊維シートにおいて、前記
支持体が、前記強化繊維の配列方向と直角の幅方向に可
延伸性を備えることを特徴とする強化繊維シートであ
る。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の強化繊維シートの一実施例
を示す断面図である。本発明の強化繊維シート１は、離
型性を有する支持体２上に炭素繊維等の強化繊維３を少
量の接着剤層４を介して一方向に配列して接着してなっ
ており、強化繊維３は、支持体２上に一方向に薄層状に
設けられている。

【００１３】本発明では、支持体２は、強化繊維３の配
列方向と直角の幅方向に可延伸性を備えたフィルム（厚
めのシートを含む）からなっている。これは、人力によ
り強化繊維シート１を幅方向に広げて、ＦＲＰ船等の曲
率の大きい３次元曲面を有する成形品の型の表面にぴっ
たりと添わせることができるようにするためである。こ
のために、支持体２の幅方向両端２ａを手で把持できる
ように、強化繊維３の薄層よりも支持体２を幅方向に広
くして、両端２ａを外側に突出しておくことが好まし
い。

【００１４】上記の可延伸性の支持体２の両端２ａを手
で把持して、支持体２を幅方向に幅方向に引っ張っる
と、支持体２が幅方向に広がり、支持体２上に接着剤層
３を介して接着された一方向の強化繊維４の薄層も幅方
向に広げられて、強化繊維シート１が幅方向に広がる。
そして広がった支持体２を引っ張るのを止めると、支持
体２は広がったままになり、つまり、強化繊維シート１
が広がったままになる。従ってその広がった状態で強化
繊維シート１を型に施行すれば、強化繊維シート１を型
の曲率の大きい３次元曲面の表面にぴったりと添わせる
ことができる。この人力による支持体２の可延伸量は、
３次元曲面の曲率の大きさにも依るが、実用上３％以
上、好ましくは５％以上必要である。

【００１５】このような特性を備えた可延伸性フィルム
としては、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）フィルム、
ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）フィルム或いはＣＰＰ
（キャスティングポリプロピレン）フィルム等を用いる
ことができる。これらは、特定の一方向に大きい延伸性
を有しており、幅方向に可延伸性を備えた支持体２とし
て使用するのに好適である。

【００１６】支持体２の厚みは、可撓性を有し且つ強化
繊維４を支持可能な観点から、１〜５００μｍ、好まし
くは５〜１００μｍ程度とされる。

【００１７】接着剤層３に使用する接着剤は、原則とし
て支持体２上に強化繊維４を少なくとも一時的に接着で
きるものならば何でもよいが、熱硬化性樹脂との相溶性
の良い樹脂を使用することが好ましく、例えば熱硬化性
樹脂としてエポキシ樹脂を使用するときには、エポキシ
系の接着剤を用いることがよい。接着剤層３の厚みは、
強化繊維４を一時的に接着できればよいことから、１〜
５００μｍ、好ましくは５〜３０μｍとされる。

【００１８】強化繊維４としては、炭素繊維、ＳＵＳ繊
維やチタン繊維等の金属繊維、ボロン繊維等の無機繊
維、ガラス繊維又はケブラー繊維等の有機繊維等の１種
を単独又は複数種を複合して使用することができる。

【００１９】強化繊維４は、そのフィラメントを多数本
収束した繊維束又は軽度に撚りを掛けて収束した繊維束
を支持体２上に接着剤層３を介して一方向に並べて上方
から押し潰すことにより、支持体２上に薄層状に設けら
れる。繊維束の押し潰しにより繊維束が軽度にバラされ
て、そのフィラメントが集束剤又は撚りによる結合によ
り複数層に積層した状態で、支持体２上に接着剤層３を
介して一方向に配列して接着され、かくして所望の強化
繊維シート１が得られる。

【００２０】この場合、繊維束同士を密に並べること
も、互に間隔を開けて疎に並べることもできる。又繊維
束は、フィラメントの開繊を行ったものでも、行なわな
いものでも、どちらでもよい。繊維束の押し潰しの程度
は、これによって配列した強化繊維４に得たい層厚にも
よるが、炭素繊維の場合を示すと、直径５〜１５μｍの
フィラメントを１２０００本程度収束した繊維束のと
き、これを横方向の幅５ｍｍ程度になるように押し潰す
ことが一例として挙げられる。

【００２１】強化繊維４に含浸するマトリクス樹脂とし
ては、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステ
ル、ウレタン等の熱硬化性樹脂を使用することができ
る。特に熱硬化性樹脂の硬化剤や硬化促進剤を調整する
ことにより常温で硬化するようにした室温硬化型樹脂
が、好適に使用することができる。通常の熱硬化性樹脂
を使用した場合は、樹脂を含浸した強化繊維シートを型
の表面に施工後、強化繊維シートを加熱して含浸した熱
硬化性樹脂を硬化する必要があるが、室温硬化型樹脂に
よれば、これを含浸した強化繊維シートを型の表面に施
行後そのまま放置しておくことにより、熱硬化性樹脂を
硬化することができるので、作業性が良い。

【００２２】強化繊維４への熱硬化性樹脂の含浸は、型
の表面に強化繊維シート１を貼り付ける前又は後のいず
れでもよく、その両方でもよい。

【００２３】本発明の強化繊維シート１は以上のように
構成される。この強化繊維シート１を用いて、例えばＦ
ＲＰ船の曲率の大きい３次元曲面を有する船底下部を成
形するには、次のようにすればよい。

【００２４】図２（ａ）に示すように、ＦＲＰ船の船底
下部の型の３次元曲面１０に対し強化繊維シート１を施
行する、その３次元曲面１０の長さに合わせて、強化繊
維シート１を強化繊維の配列方向と直角の幅方向に切断
し、このように用意された強化繊維シート１にマトリク
ス樹脂を含浸する。次いで、図２（ｂ）に示すように、
強化繊維４側を下側にして支持体２の両端２ａを把持
し、人手により支持体２を幅方向に引っ張って強化繊維
シート１を幅方向に広げる。そしてその状態で強化繊維
４の配列方向を３次元曲面１０の長手方向に一致させ
て、強化繊維シート１を３次元曲面１０の表面上に積層
し、含浸した樹脂で貼り付ける。積層された強化繊維シ
ート１は、上から手で押す等により３次元曲面１０の表
面に均すようにする。このとき強化繊維シート１は幅方
向に広げられているので、強化繊維シート１を３次元曲
面１０の表面上にぴったりと添わせて施行することがで
きる。

【００２５】次いで、図２（ｃ）に示すように、施行し
た強化繊維シート１から支持体２を剥離し、支持体２が
剥離された強化繊維シート１を可熱する等によりマトリ
クス樹脂を硬化して、強化繊維シート１を繊維強化複合
材料（ＦＲＰ）に形成する。以上の操作を強化繊維シー
ト１の所望枚数について行ない、かくして、ハンドレイ
アップにより、図２（ｄ）に示すように、繊維強化複合
材料からなる船底下部１２が、シワや強化繊維の糸ゆら
ぎ等を発生することなく成形される。

【００２６】以上では、強化繊維シート１に樹脂を含浸
後、型の３次元曲面１０に貼り付けて施行したが、強化
繊維シート１に樹脂を含浸せずに曲面１０に貼り付けて
から、支持体２を剥ぎ取って樹脂を含浸して施行しても
よく、或いは曲面１０又はこれに貼り付けられた強化繊
維シート１に樹脂を塗布しておき、その上から強化繊維
シート１を貼り付けることにより、塗布した樹脂を含浸
して施行するようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の強化繊維
シートは、離型性を有する支持体上に強化繊維を樹脂層
を介して一方向に配列して接着してなり、上記の支持体
に、強化繊維の配列方向と直角の幅方向に可延伸性を備
えさせたので、人力により支持体を幅方向に延伸するこ
とによって強化繊維シートを幅方向に広げることがで
き、ＦＲＰ船等の曲率の大きい３次元曲面を有する繊維
強化複合材料成形品を、ハンドレイアップによりシワや
糸ゆらぎ等を生じることなく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の強化繊維シートの一実施例を示す断面
図である。

【図２】図１の強化繊維シートを用いてＦＲＰ船の曲率
の大きい３次元曲面を有する船底下部を成形するところ
を示す工程図である。

【符号の説明】

１ 強化繊維シート ２ 支持体 ３ 接着剤層 ４ 強化繊維 １０ ３次元曲面 １２ 繊維強化複合材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｃ 70/30

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 離型性を有する支持体上に強化繊維を樹
   脂層を介して一方向に配列して接着した強化繊維シート
   において、前記支持体が、前記強化繊維の配列方向と直
   角の幅方向に可延伸性を備えることを特徴とする強化繊
   維シート。