JPH07241846A

JPH07241846A - プリフォームおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07241846A
Application number: JP6059823A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimura; 明西村; Kiyoshi Honma; 清本間; Ikuo Horibe; 郁夫堀部
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1995-09-19
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JP3214646B2

Abstract

(57)【要約】【目的】物性に優れかつそのばらつきが小さい深絞り
ＦＲＰ成形品と、それを成形するためのプリフォームお
よびその製造方法を提供する。【構成】２方向性補強織物を含み、かつ、その補強織
物の２方向に延びる織糸の最小交角が２０〜４５度であ
ることを特徴とする深絞り成形されたプリフォーム、お
よびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、成形された際に優れた
特性が期待できる繊維強化複合材料用のプリフォームと
その製造方法に関し、とくに深絞り成形されたプリフォ
ームおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化複合材料、とくに繊維強化プラ
スチック（以下、「ＦＲＰ」という）には、炭素繊維糸
やガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸等を用いて織物の
形態にした補強織物が多用されている。中でも、比弾性
率が大きく、かつ、比強度が大きい炭素繊維からなる炭
素繊維織物は、通常、一般のシャトル織機やレピア織機
により製織されており、合成樹脂と複合して所定形状に
形成することにより炭素繊維強化プラスチック（以下、
「ＣＦＲＰ」という）等の複合材料に用いる補強基材と
して多用されている。

【０００３】とくにＣＦＲＰは、その機械的特性に優れ
ることから、釣り竿、ゴルフシャフトなどや航空機の２
次構造部材のハニカムサンドイッチ構造の表皮材などと
して使われてきた。これらは、ＣＦＲＰの機械的特性や
信頼性に優れることから、炭素繊維は連続繊維の形で使
われ、一方向性プリプレグや織物およびそのプリプレグ
に加工されて成形に供されている。ところが、これら一
方向性プリプレグや織物は連続繊維から構成されたシー
ト状物であるので、深絞り成形が困難であり、つまり所
定形状に深絞り成形されたプリフォームを成形すること
が困難であり、おのずと成形される形状に制限があっ
た。

【０００４】深絞りしたＦＲＰ成形品として、たとえば
ヘルメット用帽体が知られているが、織物材は成形型に
皺を入れずにフィットさせることが困難なので、所定寸
法の小片に裁断した織物を雌型にパッチワーク的に積層
し成形する方法が採られている。ところが、このような
成形方法では、雄型でプレスする際、織物材の積層位置
がずれ、所定の補強効果が得られず、弱部が存在した帽
体となる。したがって、安全性の点から成形工程のばら
つきを考え、必要以上にヘルメット用帽体が重くなると
いう問題があった。また、数十枚の小片の繊維基材を一
枚一枚積層するから人手がかかり、生産性が悪いという
問題があった。

【０００５】また、深絞り成形品を成形する方法とし
て、補強繊維のストランドを１０〜２５ｍｍ程度に切断
してランダムに配向させ、樹脂を含浸させたシート・モ
ールディング・コンパンド（ＳＭＣ）やチョップド・ス
トランド・マット、また連続ストランドをループを描き
ながら配向したコンティニュアス・ストランド・マット
による方法が知られているが、これら繊維基材だけで
は、補強繊維が短繊維であるため、また補強繊維の配向
が制御できないため物性がばらつき、信頼性の高い成形
品とはならなかった。また、真っ直ぐ配列した連続繊維
が入っていないので、衝撃に対して弱いという問題があ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の上述した深絞りＦＲＰ成形品の問題点を解決し、物性
に優れ、しかも、そのばらつきが小さい深絞りＦＲＰ成
形品とそれを成形するためのプリフォームを提供するこ
とにある。

【０００７】また、この発明の他の目的は、そのような
プリフォームを優れた作業性をもって安価に製造できる
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の深絞り成形されたプリフォームは、２方向
性補強織物を含み、かつ、その補強織物の２方向に延び
る織糸の最小交角が２０〜４５度であることを特徴とす
るものからなる。

【０００９】ここで最小交角とは、深絞り成形された状
態で、上記補強織物中、２方向に延びる強化繊維糸の交
差する角度が最小になった部分の、両強化繊維糸の交角
のことをいう。すなわち、深絞りによって上記補強織物
の織糸（２方向に延びる強化繊維糸）には多かれ少なか
れ目ずれが生じ、目ずれによって両織糸の交角が変化す
る。そして、この変化後の交角が最小になった部分の角
度を最小交角という。通常この最小交角は、深絞り領域
の縁部あるいはその近傍に生じる。

【００１０】最小交角を２０〜４５度の範囲とすること
により、目開きがなく、カバーファクターの高いプリフ
ォームが得られる。このプリフォームのおけるカバーフ
ァクターは、８５％以上であることが好ましく、より好
ましくは９０％以上である。

【００１１】上記のような最小交角を実現するために
は、深絞り成形される補強織物の各織糸が、深絞り成形
の際剪断方向に動き易く、かつその際にも織糸の望まし
い形態を保って高いカバーファクターを保つ必要があ
る。通常の織物では、深絞り成形が困難であるか、深絞
り成形の際に生じる皺を防止するためには切れ目を入れ
ておかなければならなかったが、上記のように織糸が剪
断方向に動き易く上記のような最小交角を実現し得る補
強織物を用いると、切れ目を入れておく必要がない。

【００１２】深絞り成形された状態で上記のような最小
交角を実現できる補強織物は、たとえば扁平で実質的に
撚がない強化繊維マルチフィラメント糸を織糸とする織
物である。

【００１３】ここで「実質的に撚りがない」とは、糸長
１ｍ当たりに１ターン以上の撚りがない状態をいう。つ
まり、現実的に無撚の状態をいう。

【００１４】織糸に撚りがあると、その撚りがある部分
で糸幅が狭く収束して分厚くなり、製織された織物の表
面に凹凸が発生する。このため、製織された織物は、外
力が作用した際にその撚り部分に応力が集中し、ＦＲＰ
等に成形した場合に強度特性が不均一となってしまう。

【００１５】このような扁平状態の、実質的に撚りがな
い織糸からなる補強織物は、織糸の繊度を大きくして
も、また繊維密度を大きくしても、各織糸の交錯部にお
けるクリンプは極めて小さく抑えられ、ＦＲＰやＣＦＲ
Ｐにした際に高い強度特性が得られる。織糸の繊度を上
げられることから、織糸、ひいては補強織物が、より安
価に製造される。

【００１６】また、クリンプが極めて小さく抑えられる
ので、織物目付を高く設定でき、かつ、織糸の扁平状態
を確保した状態にてカバーファクターを１００％近くに
設定することが可能となる。したがって、ＦＲＰ等にお
いて、繊維含有率を高く設定できるとともに、織糸間の
樹脂リッチな部分を極めて小さく抑えることができ、高
強度でかつ均一な強度特性を有する複合材料が得られ
る。

【００１７】さらに、織物の形態で各織糸が扁平な状態
に維持されているから、樹脂の含浸性が極めてよい。し
たがって、一層均一な特性の複合材料が得られ、目標と
する強度特性が容易に得られる。

【００１８】このような本発明に係る補強織物において
は、上記強化繊維マルチフィラメント糸の糸厚みが０．
０５〜０．２ｍｍ、糸幅／糸厚み比が３０以上であるこ
とが好ましい。糸厚みが上記範囲未満であると、薄すぎ
て扁平糸の形態を保持するのが困難となり、上記範囲を
越えると、クリンプを小さく抑えることが困難となる。
また、糸幅／糸厚み比が３０未満であると、扁平糸の形
態の維持と同時にクリンプを抑えることの両方を同時に
達成することが難しくなる。糸幅／糸厚み比の上限は特
に限定しないが、現実の製織工程の行い易さを考慮する
と、上限値は１５０程度である。また、糸幅としては、
４〜１６ｍｍの範囲程度が製織しやすい。

【００１９】上記のような本発明で用いる補強織物は、
各種形態に製織できる。各形態の織物においては、織物
厚みおよび織物目付は以下のような範囲が好ましい。

【００２０】前記扁平な強化繊維マルチフィラメント糸
をたて糸およびよこ糸とする織物とする場合には、織物
厚みが０．０７〜０．４ｍｍ、織物目付が１００〜３０
０ｇ／ｍ²であることが好ましい（織物−１）。

【００２１】上記織物において、強化繊維マルチフィラ
メント糸を炭素繊維糸とする場合には、該炭素繊維糸の
フィラメント数が５，０００〜２４，０００本、繊度が
３，０００〜２０，０００デニールであることが好まし
い。

【００２２】また、扁平な強化繊維マルチフィラメント
糸をたて糸およびよこ糸とする織物であって、該たて糸
とよこ糸の少なくとも一方が前記強化繊維マルチフィラ
メント糸が複数積層されてなる織物とする場合には、織
物厚みが０．２〜０．６ｍｍ、織物目付が２００〜５０
０ｇ／ｍ²であることが好ましい（織物−２）。扁平な
織糸であるため、このように複数積層した状態で織成し
ても、クリンプは小さく抑えられる。積層により、織物
の繊維密度を高めることができる。

【００２３】ここで、織物の繊維密度とは、次式で定義
される値をいう。織物の繊維密度（ｇ／ｍ³）＝［織物目付（ｇ／
ｍ²）］／［織物厚さ（ｍｍ）］なお、織物目付（ｇ／ｍ²）および織物厚さ（ｍｍ）
は、それぞれＪＩＳＲ７６０２に準拠して測定した値
である。

【００２４】この織物において、強化繊維マルチフィラ
メント糸を炭素繊維糸とする場合には、該炭素繊維糸の
フィラメント数が３，０００〜１２，０００本、繊度が
１，５００〜１０，０００デニールであることが好まし
い。

【００２５】上述の如く、繊度が３，０００〜２０，０
００デニール、あるいは１，５００〜１０，０００デニ
ールの太い糸を用いても、上記最適な織物目付の範囲と
することにより、扁平糸の扁平状態が潰されたり、織り
目が粗くなりすぎたり、樹脂の含浸性が悪化したりする
ことを防止できる。

【００２６】なお、強化繊維糸が炭素繊維糸の場合、使
用する炭素繊維扁平糸の特性として、引張破断伸度が大
きく、引張破断強度が高い必要があり、引張破断伸度は
１．５％以上、引張破断強度は２００ｋｇ・ｆ／ｍｍ²
以上、引張弾性率は２０，０００ｋｇ・ｆ／ｍｍ²以上
であることが望ましい。

【００２７】上記のような各種形態の本発明で使用する
補強織物は、たとえば平組織されている。また、扁平な
織糸を用い、クリンプが極めて小さいことから、大きな
カバーファクターの達成が可能である。

【００２８】たとえば、前述の織物−１の形態とする場
合で、かつ、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸からなる場合、織物目付と炭素繊維糸の繊度と
が次式の関係を満たし、かつ、カバーファクターが９５
％以上であることが好ましい。Ｗ＝ｋ・Ｄ^1/2 但し、Ｗ：織物目付（ｇ／ｍ²）ｋ：比例定数（１．４〜３．６）Ｄ：炭素繊維糸の繊度（デニール）

【００２９】さらに前述の織物−２の形態とする場合で
あって、かつ、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸からなる場合、織物目付と炭素繊維糸の繊度
とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクターが９
５％以上であることが好ましい。Ｗ＝ｋ・Ｄ^1/2 但し、Ｗ：織物目付（ｇ／ｍ²）ｋ：比例定数（２．０〜６．０）Ｄ：炭素繊維糸の繊度（デニール）

【００３０】ここで、カバーファクターＣｆとは、織糸
間に形成される空隙部の大きさに関係する要素で、織物
上に面積Ｓ₁の領域を設定したとき、面積Ｓ₁内におい
て織糸に形成される空隙部の面積をＳ₂とすると、次式
で定義される値をいう。カバーファクターＣｆ＝［（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｓ₁］×１
００

【００３１】上記のような補強織物は、薄い扁平な強化
繊維マルチフィラメントからなるたて糸やよこ糸を用い
ている。従って、目抜け度の小さな、すなわちカバーフ
ァクターが大きな織物となる。このようなカバーファク
ターの大きな補強織物を用いてプリフォームを深絞り成
形し、さらにＦＲＰを成形すると、均一な成形品が得ら
れ、樹脂中にボイドが入ったり、応力が集中するような
繊維分布むらが発生しない。

【００３２】なお、上記のような扁平糸自身の作成方法
としては、たとえば、強化繊維糸の製造工程において、
複数の強化繊維からなる繊維束をロール等で所定の幅に
拡げ、扁平な形状にしてそのまま保持するか、あるいは
元に戻らないようにサイジング剤等で形態を保持させれ
ばよい。とくに、扁平形状を良好に保持するためには、
扁平糸に０．５〜１．５重量％程度の小量のサイジング
剤を付着させておくことが好ましい。

【００３３】上記扁平な強化繊維マルチフィラメント糸
からなるたて糸および／またはよこ糸を用いて製織され
た、本発明に係る補強織物は、それぞれの糸幅とほぼ等
しい織物構造をなしていることが好ましい。これにより
たて糸とよこ糸が交錯する交錯部においては、空隙が殆
どなく繊維密度の高い織物となる。

【００３４】しかし、実際にはたて糸とよこ糸が交錯し
ているため、糸幅と等しい糸間隔にすることは難しい。
そこで、製織された補強織物においては、たて糸または
よこ糸のいずれか一方の糸間は糸幅と等しく、他方の糸
間隔は糸幅より若干大きくなっていてもよい。但し、糸
間隔が、糸幅の１．２倍を越えると空隙が大きくなって
繊維密度の高い織物が得られない。このため、たて糸や
よこ糸の織糸ピッチは、糸幅の１．０〜１．２倍、即
ち、織糸ピッチ／糸幅比は１．０〜１．２であることが
望ましい。

【００３５】上述のような２方向性補強織物を少なくと
も一枚含む本発明のプリフォームは、生の織物を深絞り
成形したものやプリプレグの形態から深絞り成形されて
いる。また、必要に応じて、強化繊維からなるマットが
層状に積層、たとえば表面層としてマットが積層された
ものに成形されていてもよい。マットの積層により、そ
れをＦＲＰにした際、より平滑な表面形態が得られる。

【００３６】本発明に係るプリフォームの一実施態様を
図面を参照して説明する。図１、図２は、ヘルメット用
帽体成形に用いるプリフォームを示しており、図１は、
本発明に係るプリフォーム１の一部を破断した概略斜視
図、図２は、図１におけるプリフォーム１の繊維基材の
端部を図の一点鎖線に沿って除去したプリフォーム２の
縦断面図である。図３は図１のプリフォーム１の平面図
である。本発明では、プリフォーム１とともに、深絞り
加工後の余分な部分を除去したプリフォーム２もまた、
プリフォームという。

【００３７】プリフォーム１、２は、炭素繊維織物３
ａ、３ｂとガラス繊維からなるコンティニュアス・スト
ランド・マット４ａ、４ｂの４層の補強繊維基材からな
り、プリフォーム１、２の凸部１ａ、２ａ（深絞り部）
の外層部から第１層にはコンティニュアス・ストランド
・マット４ａ、第２層目には炭素繊維織物３ａ、第３層
目にはコンティニュアス・ストランド・マット４ｂ、第
４層目には炭素繊維織物３ｂが積層されて、各炭素繊維
織物およびコンティニュアス・ストランド・マットの補
強繊維基材に皺が入ることなく、切れ目がなくて一体に
半球殻状のプリフォーム１、２の全面を覆っている。第
２層目の炭素繊維織物３ａは、Ｘ１−Ｘ１軸、Ｙ１−Ｙ
１軸に対してたて糸およびよこ糸が斜め方向に繊維配向
し、第４層目の炭素繊維織物３ｂは、Ｘ１−Ｘ１軸、Ｙ
１−Ｙ１軸と４５度位相のずれたＸ２−Ｘ２軸、Ｙ２−
Ｙ２軸に対してたて糸およびよこ糸が斜め方向に繊維配
向している。第２層目と第４層目の２枚の炭素繊維織物
３ａ、３ｂによって、機械的特性が疑似等方性になるよ
うになっている。

【００３８】炭素繊維織物３ａ、３ｂは平組織の織物
で、上記プリフォーム１、２成形前には、そのたて糸お
よびよこ糸は９０度の交角をもって製織されているが、
深絞り成形されたプリフォーム１、２にあっては、各織
糸が深絞りによって目ずれし、最小交角θが本発明で特
定した範囲内の角度となっている。この最小交角θは、
本実施態様では深絞り領域（プリフォームの凸部１ａ、
２ａ）の縁上で発生している。

【００３９】なお、上記説明において、２層の炭素繊維
織物を使用したプリフォームについて説明したが、少な
くとも１層の炭素繊維織物を使用し、残りは他の補強繊
維基材であってよい。また、ガラス繊維からなるコンテ
ィニュアス・ストランド・マットと炭素繊維織物の２種
類の補強繊維基材を使用したプリフォームについて説明
したが、勿論、マットを使用せず全てが炭素繊維織物で
あってよいし、積層による繊維配向は好ましくは、上記
に説明したように、炭素繊維織物の繊維配向が疑似等方
性になるようにすればよいが、必ずしも限定するもので
はない。同様に、積層数も上記の４層に限定するもので
はなく、成形品に要求される特性や厚みによって適宜決
めることができる。

【００４０】なお、凸部の外層部から第１層目をガラス
繊維やビニロン繊維などからなるマット層にすると、成
形品の塗装の際、炭素繊維の黒色を簡単に見えないよう
にすることができて、種々のカラーを有する成形品が得
られ、また、ＦＲＰ表面の平滑性もよくなり、商品価値
の高い成形品が得られる。

【００４１】さて、型に対し、特に炭素繊維織物がフィ
ットする状況をよく観察すると、炭素繊維は引張弾性率
が大きいのでほとんど伸びず、シート状の炭素繊維織物
を半球殻状の形状に深絞り変形させると、型に対してた
て糸（０度）およびよこ糸（９０度）が繊維配向してい
る部分は引張られ、斜め方向（±４５度）に繊維配向し
ている部分は織糸の交差角が小さくなるように目ずれ変
形して織物が型にフィットした。プリフォームにおいて
織糸の交差角が元の９０度の箇所は存在するが、交差角
が目ずれにより種々に変化しており、絞り度合いの高い
プリフォームほど織糸の交差角が小さくなっていた。ま
た、鋭意検討の結果、炭素繊維織物の織物を構成する２
方向の炭素繊維の、プリフォームにおける最小交角が本
発明で特定したように２０〜４５度であれば、通常の深
絞りＣＦＲＰ成形品、たとえば、ヘルメット帽体、筐体
やスピーカコーンのプリフォームは織物に切れ目を入れ
ずとも作製することが可能であることがわかった。

【００４２】すなわち、プリフォームにおける最小交角
が４５度以上であれば、これら深絞り成形品のためのプ
リフォームは、織物に皺が入ったプリフォームとなる
し、また、皺の入らないプリフォームが入らないように
するには織物の切れ目を入れることが必要となる。ま
た、最小交角が２０度以下になると、この部分のたて糸
とよこ糸の交錯度合いがきつくなり、ＦＲＰに成形した
とき、樹脂含浸性が悪くなったり、また織糸の屈曲、す
なわち、クリンプが大きくなり、応力集中により強度低
下するという問題がある。

【００４３】また、皺を入れず、また切れ目を入れずに
一体に半球殻状のプリフォームの全面を覆うには、糸間
の隙間が大きく織糸によって形成される空隙の大きなメ
ッシュ状の炭素繊維織物を使用すれば可能である。この
場合、斜め方向に繊維配向している部分は、目ずれ変形
して織糸の交差角が小さくなり、糸間隔も小さくなり、
この部分の炭素繊維織物の織糸によって形成される空隙
が小さくなる、すなわち、カバーファクターが大きくな
るが、型に対してたて糸およびよこ糸が繊維配向してい
る部分は、型に沿わせてもあまり目ずれ変形しないの
で、織糸によって形成される空隙は元のメッシュ状の炭
素繊維織物の状態と変わらず大きい。すなわち、カバー
ファクターが小さい。

【００４４】ところが本発明においては、前述のような
扁平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント
糸を織糸とする補強織物を用いることにより、メッシュ
織物を使用することなく、高いカバーファクターが実現
される。

【００４５】プリフォームにおける炭素繊維織物のカバ
ーファクターは、前述の如く、８５％以上であることが
好ましい。炭素繊維織物のカバーファクターの小さなプ
リフォームを成形すると、ＦＲＰ成形品の表面が凸凹し
たり、織糸によって形成される空隙部に樹脂が偏在して
樹脂過多部となり、この部分にクラックが発生し、また
ボイドが集中し、ＦＲＰの強度を低下させる。また、部
分的にみてこの部分には炭素繊維が存在しないので、局
部的に極めて強度の低い部分が存在することになる。

【００４６】前記のプリフォーム１、２に用いる炭素繊
維織物においては、扁平な炭素繊維マルチフィラメント
糸からなるたて糸とよこ糸は、非常に粗い密度で製織さ
れており、さらに織糸のクリンプが小さいので、織糸を
目ずれさせやすい。すなわち、前記炭素繊維織物を目ず
れ変形させた場合、たて糸またはよこ糸の糸間隔を詰め
る余裕が十分にあるので、扁平糸の糸幅を挟めつつ糸間
隔を小さくさせながら皺を発生させることなく大きく変
形させることができるのである。つまり、たて糸とよこ
糸の交角を小さくすることができ、炭素繊維織物に皺が
入ることがなく、切れ目がなくて一体に半球殻状のプリ
フォームの全面を覆うことができ、物性が高くて、ばら
つきの少ない深絞りＦＲＰ成形品が得られる。

【００４７】本発明のプリフォームに用いる炭素繊維織
物の炭素繊維は、とくに、単繊維直径が５〜２０ミクロ
ンでＪＩＳＲ７６０１に準拠して測定される引張弾性
率が１８×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上、引張強度が２５
０ｋｇｆ／ｍｍ²以上のもので、ヘルメット帽体などの
耐衝撃性が要求される製品については、引張弾性率が２
０×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上、および次式で定義され
る破壊歪みエネルギーｗが４．０ｍｍ・ｋｇｆ／ｍｍ³
以上の高靱性炭素繊維であることが好ましい。ｗ＝σ²／２Ｅ σ：炭素繊維の引張強度（ｋｇｆ／ｍｍ²）Ｅ：炭素繊維に引張弾性率（ｋｇｆ／ｍｍ²）

【００４８】上記のような本発明に係るプリフォーム
は、次のように深絞り成形される。すなわち、本発明の
プリフォームの製造方法は、少なくとも一枚の２方向性
補強織物を含む補強基材を、前記補強織物の織糸配向方
向が深絞り中心を向く方向に対して斜めの方向となる各
隅部で固定して深絞り賦形することを特徴とする方法か
らなる。

【００４９】上記補強織物は、前述の如く、扁平で実質
的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸を織糸と
する織物であることが好ましい。また、深絞り成形され
る補強基材としては、生の補強織物であってもよいし、
補強基材の少なくとも一層がプリプレグの形態をなして
いてもよい。

【００５０】本発明に係るプリフォームの製造方法を、
前述の図１ないし図３に示したプリフォームに関して説
明するに、まず、マット４ａ、４ｂおよび炭素繊維織物
３ａ、３ｂを、型の表面積より大きな所定の寸法に、た
て糸およびよこ糸に沿って矩形または正方形に裁断す
る。次に、プリフォームの第１層目となるマット４ａ、
第２層目となる炭素繊維織物３ａ、第３層目となるマッ
ト４ｂ、第４層目となる炭素繊維織物３ｂの順に、第２
層目と第４層目の炭素繊維織物３ａ、３ｂを４５度ずら
して重ね合わせる。次に枠で、第２層目と第４層目の炭
素繊維織物各々の４隅を固定し、好ましくはマットの各
々の４隅も織物と同時に固定し雌型の上に置き、雄型で
押さえることによって、容易に、織物に皺を入れずに深
絞り賦形することができる。これによってプリフォーム
１が成形される。賦形と同時に、押し切りで隅にはみで
た繊維基材を切り取ることによって、簡単に、しかも効
率よくプリフォーム２を製造することができる。

【００５１】上記深絞り成形の際の固定点は、炭素繊維
織物３ａ、３ｂの織糸配向方向が深絞り中心５を向く方
向に対して斜めの方向となる４隅の点６および７であ
る。この固定は、完全に定点に固定してもよいが、若干
外向きに張力をかけるようにすると、最小交角θを所定
の範囲に納めるための目ずれをおこさせやすいので、よ
り好ましい。

【００５２】また、炭素繊維以外の補強繊維基材として
上記の如くコンティニュアス・ストランド・マットを使
用すると、深絞りの賦形を行っても、ループ状のストラ
ンドが伸びて型にフィットし、基材が賦形によって切れ
るようなことがないので好ましい。

【００５３】上記のプリフォームの製造法は、繊維基材
を全て同時に賦形する場合について説明したが、繊維基
材を１枚ずつ賦形し、各繊維基材を重ね合わせてプリフ
ォームとしてもよい。

【００５４】また、プリフォームの作製にあたって、マ
ットとして熱可塑性ポリマーのバインダーで形態固定さ
れたコンティニュアス・ストランド・マットを使用した
り、補強織物として熱可塑性ポリマーのバインダーを付
着させた炭素繊維織物を使用したり、または炭素繊維織
物とマットの間に熱可塑性ポリマーのバインダーとして
粉末状、糸状や極薄の不織布などを介在させ、型をこれ
ら熱可塑性ポリマーの軟化点以上に加熱させて賦形する
と、型から取り出したプリフォームの形態が安定するの
で、後の成形が容易となる。このような熱可塑性ポリマ
ーとしては、低融点で、ＦＲＰの特性を低下させないも
のが好ましく、低融点の共重合ナイロン樹脂や低融点の
ポリエステル樹脂などがよく、ＦＲＰの特性を低下させ
ないためには付着量はできるだけ少ないほうがよく、プ
リフォームの繊維重量に対して、０．５〜５重量％程度
である。

【００５５】また、前述の如く、本発明のプリフォーム
やＦＲＰを製造するための繊維基材として、炭素繊維織
物などにあらかじめＢステージの熱硬化性のマトリクス
樹脂を含浸したプリプレグを用いることもできる。熱硬
化性のマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂やフェノール樹
脂であり、プリプレグにおける樹脂割合は３０〜６０重
量％程度である。

【００５６】さらに、上記のように製造されたプリフォ
ームを用いて、本発明に係るＦＲＰが成形される。この
ＦＲＰにおいては、マトリクス樹脂として、熱硬化性樹
脂または熱可塑性樹脂が使用できる。マトリクス樹脂
は、その引張破断伸度が補強織物の織糸の引張破断伸度
よりも大きいことが好ましく、マトリクス樹脂として、
引張破断伸度が３．５〜１０％の熱硬化性樹脂または引
張破断伸度が８〜２００％の熱可塑性樹脂であることが
好ましい。

【００５７】使用するマトリクス樹脂としては、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの
熱硬化性樹脂は、織物に含浸された状態ではＢステージ
である。また、マトリクス樹脂として、ナイロン樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ビスマ
レイミド樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができ
る。

【００５８】本発明に係るＦＲＰは、通常の成形法で成
形できる。たとえば、前述のプリフォームを加熱された
雌金型で作製し、この雌金型に計量された、硬化剤を入
れた液状の熱硬化性樹脂を入れ、次に加熱された雄金型
で加圧することによって、容易に成形することができ
る。

【００５９】上記ＦＲＰの成形品としては、各種形態を
採り得る。たとえば、ヘルメット用帽体、筐体、スピー
カコーン等である。

【００６０】本発明に係るヘルメット用帽体、筐体、ス
ピーカコーンなどの深絞りＦＲＰ成形品では、少なくと
も一層の補強織物を含む繊維強化樹脂成形用プリフォー
ムにおいて、前記織物を構成する炭素繊維の最小交角が
２０〜４５度である。プリフォームの形態において、前
記織物を切れ目がなくて一体のものとでき、かつ各部に
おけるカバーファクターを８５％以上にできる。

【００６１】このようなＦＲＰ成形品は、深絞り成形品
ではあるが補強織物のたて糸およびよこ糸が切断するこ
となく、また、皺も入らず、またカバーファクターも大
きいので、成形品の物性、性能がよく、またばらつきも
少ない。したがって、軽量で信頼性の高い製品が得られ
る。

【００６２】また、深絞りＦＲＰ成形品において少なく
とも１層の補強織物が、切れ目なく、強化繊維が連続し
て成形品の全体にわたって入っているので、たとえ短繊
維系のチョップド・ストランド・マットや、連続繊維で
はあるが、ループを描きながらストランドが配列してい
る、コンティニュアス・ストランド・マットと併用して
も、耐衝撃性のよい成形品となる。

【００６３】

【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例について説
明する。実施例１糸幅が６．５ｍｍ、糸厚みが０．１２ｍｍの扁平状炭素
繊維（東レ（株）社製“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ
（繊度７，２００デニール））を用い、平織組織で、た
て糸とよこ糸の織密度が１．２５本／ｃｍで、かつ扁平
状を保持しながら製織し、目付が２００ｇ／ｍ²の織物
を得た。得られたこの織物のカバーファクターは、９９
％と織糸間の空隙がほとんどない織物であった。

【００６４】次いで、織糸方向を一辺とする６０ｃｍ角
に裁断した織物を４枚準備し、各裁断された織物片の中
心を合わせ、織糸角度が（０°，９０°）／（±４５
°）／（±４５°）／（０°，９０°）と交差積層し
た。

【００６５】そして、積層された織物基材をヘルメット
から型取りした雌型にのせ、その各織物の織糸配向方向
が深絞り中心を向く方向に対して斜めの方向となる各々
の隅を固定して、その上から雄型を押し付けて賦形させ
た。

【００６６】以上の方法によって得られたプリフォーム
は、ヘルメットの型通りで、かつ、皺の発生がなく賦形
されたものであった。また、プリフォームにおけるカバ
ーファクターは９８％と空隙部が非常に少なく、平滑な
ものであった。また、プリフォームにおける各織物のバ
イアス方向は引き伸ばされた形となり、織糸の最小交角
は４０度と大きく剪断変形されていた。

【００６７】前記プリフォームを成形型によって熱硬化
性ビニルエステル樹脂を含浸させて成形品を得た。得ら
れた成形品は、プリフォームにおける高いカバーファク
ターを維持し、樹脂が偏在するような部分がなく炭素繊
維が均一に分散し、表面平滑な製品であった。また、成
形品の断面観察においてもボイドはなく均一に樹脂含浸
されていた。

【００６８】比較例１比較例として、通常の炭素繊維織物（＃６３４３：東レ
（株）社製 “トレカ”Ｔ３００−３Ｋ（繊度１，８０
０デニール）使いで、平織組織の２００ｇ／ｍ²目付織
物）について前記実施例１と同じ方法で賦形性の評価を
行った。得られたプリフォームは、ヘルメットの縁部に
おいて各裁断織物のバイアス方向部に皺が発生した。ま
た、バイアス方向の織糸交角は５０度と前記実施例１の
プリフォームに比べ小さいものであった。

【００６９】すなわち、この比較例で用いた通常の炭素
繊維織物では、バイアス方向の伸長に対して各織糸が接
近し、拘束されているために限界を生じて皺になったも
のである。

【００７０】また、前記プリフォームを実施例と同じ方
法で成形したが、皺が存在したために設定厚さ通り成形
することが出来ず分厚いものであった。そのようなこと
から、樹脂が不足して樹脂の欠けたところが多く存在
し、表面の凸凹した製品であった。

【００７１】比較例２バイアス方向の伸長を大きくする目的で、比較例１と同
じ炭素繊維糸を用い、織糸の密度を３本／ｃｍと粗くし
た織物を作製し、比較した。織物目付は１２０ｇ／ｍ²
で、カバーファクターが８０％と目の粗いものであっ
た。

【００７２】得られた織物を実施例１と同じ方法で賦形
性の評価を行った。賦形されたプリフォームには皺の発
生は見られなかったが、織糸の拘束が非常に弱いので、
賦形させる際に織糸が大きく目ずれを起こした。また、
剪断変形されないヘルメットの頂部においては、目ずれ
はないが、カバーファクターが元の織物のカバーファク
ターのままであるため目の空いた状態であった。

【００７３】前記プリフォームを実施例１と同じ方法で
成形した。得られた成形品は、プリフォームで見られた
目ずれや低いカバーファクターがそのままの形で表れて
おり、目ずれ部や織糸間の隙間に樹脂が偏在した不均一
なものであった。また、樹脂が偏在した部分は、樹脂の
硬化収縮によって窪んでおり、表面平滑性の劣る製品で
あった。以上のように、目の粗い織物は剪断変形し易い
ものの、目ずれを起こしたり、目の空いたところが存在
し、信頼性の必要な繊維強化プラスチックには採用出来
ない問題がある。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプリフォ
ームは、および本発明のプリフォームによる深絞り成形
品は、プリフォームにおける補強織物織糸の最小交角を
特定したので、深絞りされていても、補強織物に切れ目
が入らず、皺も入らず、またカバーファクターも大きい
ので、軽量で信頼性の高いＦＲＰ製品とすることができ
る。

【００７５】また、少なくとも一層の補強織物が、切れ
目がなく、炭素繊維が連続して成形品の全体に入ってい
るので、たとえ短繊維系のチョップド・ストランド・マ
ットや、連続繊維ではあるが、ループを描きながらスト
ランドが配列している、コンティニュアス・ストランド
・マットと併用しても、耐衝撃性のよい成形品となる。

【００７６】さらに、本発明に係るプリフォームの製造
方法によれば、単に織物の各々の隅を固定することによ
って、深絞り成形された所望のプリフォームが賦形さ
れ、また、深絞りの成形品が成形されるので、生産性が
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るプリフォームの斜視
図である。

【図２】図１のプリフォームの周縁部を切断除去したプ
リフォームの縦断面図である。

【図３】図１のプリフォームの概略平面図である。

【符号の説明】

１、２プリフォーム１ａ、２ａ凸部（深絞り部）３ａ、３ｂ補強織物（炭素繊維織物）４ａ、４ｂマット５深絞り中心６、７固定部 θ 最小交角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２方向性補強織物を含み、かつ、その補
強織物の２方向に延びる織糸の最小交角が２０〜４５度
であることを特徴とする、深絞り成形されたプリフォー
ム。
【請求項２】前記補強織物に切れ目がない、請求項１
のプリフォーム。
【請求項３】前記補強織物のカバーファクターが８５
％以上である、請求項１または２のプリフォーム。
【請求項４】前記補強織物が扁平で実質的に撚りがな
い強化繊維マルチフィラメント糸を織糸とする織物であ
る、請求項１ないし３のいずれかに記載のプリフォー
ム。
【請求項５】前記強化繊維マルチフィラメント糸の糸
厚みが０．０５〜０．２ｍｍ、糸幅／糸厚み比が３０以
上である、請求項４のプリフォーム。
【請求項６】前記補強織物が前記強化繊維マルチフィ
ラメント糸をたて糸およびよこ糸とする織物であって、
織物厚みが０．０７〜０．４ｍｍ、織物目付が１００〜
３００ｇ／ｍ²である、請求項４または５のプリフォー
ム。
【請求項７】前記強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸であり、該炭素繊維糸のフィラメント数が５，
０００〜２４，０００本、繊度が３，０００〜２０，０
００デニールである、請求項４ないし６のいずれかに記
載のプリフォーム。
【請求項８】前記補強織物は前記強化繊維マルチフィ
ラメント糸をたて糸およびよこ糸とする織物であって、
該たて糸とよこ糸の少なくとも一方は前記強化繊維マル
チフィラメント糸が複数積層されてなり、織物厚みが
０．２〜０．６ｍｍ、織物目付が２００〜５００ｇ／ｍ
²である、請求項４または５のプリフォーム。
【請求項９】前記強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸であり、該炭素繊維糸のフィラメント数が３，
０００〜１２，０００本、繊度が１，５００〜１０，０
００デニールである、請求項４、５または８のプリフォ
ーム。
【請求項１０】前記補強織物が平組織されてなる、請
求項１ないし９のいずれかに記載のプリフォーム。
【請求項１１】前記補強織物に強化繊維からなるマッ
トが積層されている、請求項１ないし１０のいずれかに
記載のプリフォーム。
【請求項１２】前記強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸からなり、前記織物目付と前記炭素繊維糸の
繊度とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクター
が９５％以上である、請求項６のプリフォーム用の補強
織物。Ｗ＝ｋ・Ｄ^1/2 但し、Ｗ：織物目付（ｇ／ｍ²）ｋ：比例定数（１．４〜３．６）Ｄ：炭素繊維糸の繊度（デニール）
【請求項１３】前記強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸からなり、前記織物目付と前記炭素繊維糸の
繊度とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクター
が９５％以上である、請求項８のプリフォーム用の補強
織物。Ｗ＝ｋ・Ｄ^1/2 但し、Ｗ：織物目付（ｇ／ｍ²）ｋ：比例定数（２．０〜６．０）Ｄ：炭素繊維糸の繊度（デニール）
【請求項１４】２方向性補強織物を含む補強基材を、
前記補強織物の織糸の方向が深絞り中心を向く方向に対
して斜めの方向となる各隅部で固定して深絞り賦形する
ことを特徴とする、プリフォームの製造方法。
【請求項１５】前記補強織物が扁平で実質的に撚りが
ない強化繊維マルチフィラメント糸を織糸とする織物で
ある、請求項１４のプリフォームの製造方法。
【請求項１６】前記補強基材がプリプレグの形態をな
している、請求項１４または１５のプリフォームの製造
方法。
【請求項１７】請求項１ないし１１のいずれかに記載
のプリフォームを用いて成形された繊維強化プラスチッ
ク。
【請求項１８】マトリクス樹脂が熱硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂である、請求項１７の繊維強化プラスチッ
ク。
【請求項１９】マトリクス樹脂の引張破断伸度が補強
織物の織糸の引張破断伸度よりも大きい、請求項１７ま
たは１８の繊維強化プラスチック。
【請求項２０】マトリクス樹脂が、引張破断伸度が
３．５〜１０％の熱硬化性樹脂または引張破断伸度が８
〜２００％の熱可塑性樹脂である、請求項１７ないし１
９のいずれかに記載の繊維強化プラスチック。
【請求項２１】ヘルメット用帽体に成形された、請求
項１７ないし２０のいずれかに記載の繊維強化プラスチ
ック。
【請求項２２】筐体に成形された、請求項１７ないし
２０のいずれかに記載の繊維強化プラスチック。
【請求項２３】スピーカコーンに成形された、請求項
１７ないし２０のいずれかに記載の繊維強化プラスチッ
ク。