WO2008020628A1 - Stratifiés moulés à renfort multiaxial et leur procédé de production - Google Patents

Stratifiés moulés à renfort multiaxial et leur procédé de production Download PDF

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WO2008020628A1
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reinforcing
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Kazumasa Kawabe
Kichiro Ishida
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Fukui Prefectural Government
Mitsuya Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a multiaxial reinforced laminated molded article in which reinforcing fiber sheets made of reinforcing fibers such as carbon fibers and glass fibers are arranged in multiple directions and impregnated with a thermosetting resin as a matrix, and a method for producing the same. Is.
  • a fiber reinforced composite material is a combination of a fiber material and a matrix material, and is a material that is lightweight, rigid and capable of various functional designs. Aerospace field, transportation field, civil engineering field, exercise equipment It is used in a wide range of fields.
  • fiber reinforced plastics in which a reinforcing fiber material such as carbon fiber or glass fiber is combined with a thermosetting resin material are mainly used.
  • FRP fiber reinforced plastics
  • FRP with enhanced strength in multiple directions can be designed by laminating reinforcing fiber sheets made of long fibers aligned in one direction and setting the directions in multiple directions.
  • FRP is also produced by using a woven fabric sheet woven from strip-shaped long fiber yarns aligned in one direction.
  • thermosetting resin material such as an epoxy resin material
  • the viscosity at the time of molding is low and the resin material can be easily impregnated into the fiber bundle.
  • thermosetting resin materials generally tend to have low impact resistance characteristics of molded products with low toughness.
  • delamination tends to occur when a tensile load is applied.
  • Patent Document 1 As a countermeasure against delamination, for example, in Patent Document 1, it is not dissolved in a reinforcing fiber composed of long fibers, a thermosetting resin composition, a thermosetting resin composition !, fine particles, and a thermosetting resin. It describes a fiber-reinforced composite material that consists of fine particles made of resin that can be dissolved in a fat composition, and both fine particles are localized on the surface. It describes the point of improving impact resistance and interlaminar toughness while maintaining the above. As a method for localizing the fine particles to the surface, reinforcing fibers and a matrix are used.
  • There is a method of localizing on the surface a method of making a primary prepreader in which a part of the matrix is impregnated with reinforcing fibers, and a method of attaching a film coated with the remaining matrix resin containing both fine particles in a high concentration to the primary prepreader.
  • Such a pre-preda containing reinforced fibers, matrix resin and resin fine particles as constituent elements is also described in Patent Document 2! /.
  • Non-Patent Document 1 when a fiber reinforced composite material is manufactured by lamination molding, a micro crack (resin cracking in a layer) is performed by using a thin pre-predder sheet. It has been reported that delamination can be prevented.
  • a multiaxial reinforcing sheet material for example, in Patent Document 3, a plurality of sheet forces S in which a plurality of tow-like carbon fiber yarns are arranged in parallel with each other, and an arrangement of the carbon fiber yarns of each sheet A stitch base material integrated with stitch yarn in a state where the directions are laminated at different angles with respect to the reference direction, and a fiber reinforced plastic in which the matrix resin is impregnated with the stitch base material is described. Has been.
  • Patent Document 4 is composed of two layers of a first fiber sheet layer whose fiber sheet direction is + ⁇ ° with respect to the longitudinal direction and a second fiber sheet layer whose fiber sheet direction is ⁇ °. There is described a biaxially reinforced fiber reinforced sheet, wherein the fiber sheet is made of a heat-bonded yarn or a fiber bundle to which a sealing agent is attached.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-41575
  • Patent Document 2 US Patent No. 5028478
  • Patent Document 3 International Publication No. 2001/063033
  • Patent Document 4 JP 2006-022471
  • Patent Document 5 Pamphlet of International Publication No. 2005/002819
  • Non-Patent Document 1 Hideki Hatakeyama 5 “Effect of layer thickness on initial failure of multi-directional reinforced composite laminates”, Journal of Japan Society for Composite Materials, 30, 4 (2004), p. 142-148
  • a molded article is obtained by laminating a prepreg sheet reinforced with fibers in one direction with fine particles localized on the sheet surface.
  • thermosetting resin materials such as epoxy resin flow in the fiber bundle, so that the fine particles flow with the thermosetting resin, and the fine particles are in a stable state between the sheet layers. It is difficult to stay. If a sufficient amount of fine particles are not evenly distributed between the layers, the strength will be uneven and the interlayer toughness will be sufficiently improved.
  • Patent Documents 1 and 2 describe a method of obtaining a multi-directionally reinforced laminated product using a prepreg sheet that is unidirectionally reinforced. In such a method, unidirectional reinforcement is described. Since it takes time and effort to manufacture the prepreg sheet itself in advance and the time required to obtain a laminated molded product by increasing the number of times the prepreg sheet is laminated, the manufacturing cost must be increased. .
  • Patent Document 3 describes a fiber reinforced plastic produced by manufacturing a multiaxially reinforced stitch base material and impregnated with a resin material. Thermosetting resin material force S stitch part due to presence of stitch yarn. However, when a laminated molded product is obtained, stress concentration occurs in that portion, resulting in a problem that the strength of the laminated material is reduced. Furthermore, since the fiber bundle is restrained by the stitch yarn, there is a problem that an unimpregnated portion of the thermosetting resin is generated in the fiber bundle.
  • Patent Document 4 describes a biaxially reinforced fiber reinforced sheet using a heat-bonded yarn or a fiber sheet to which a sealant is attached.
  • the purpose of use is to prevent the fibers from separating, that is, to seal the fibers, so that the distribution of the heat-sealing yarn and the sealant on the fiber sheet is evenly distributed! Is not limited!
  • the amount of heat-sealing yarn and sealant is not limited. If there is a part, when a laminated molded product is obtained, stress concentration occurs in that part, and there is a possibility that the part may be easily broken. In other words, the use of heat-sealing yarns and sealants for the purpose of obtaining laminated molded products with excellent mechanical properties by impregnation with thermosetting resin materials is no longer necessary! .
  • the present invention is based on such a fiber-opening technology, and is a multi-axis reinforced laminated molded article comprising a reinforcing fiber and a thermosetting resin material that have high strength and suppress delamination. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a multi-axis reinforced laminated product that can reduce manufacturing time and manufacturing costs.
  • the multiaxial reinforced laminated molded product according to the present invention includes a plurality of fiber reinforced layers laminated so that reinforcing fibers are arranged in the n-axis direction (n is 2 or more), and a thermosetting resin material is provided.
  • a resin layer having an average thickness of 0.3 X t or less is formed with respect to the average thickness t of the fiber reinforcing layer, and each resin layer is a thermoplastic resin having a volume ratio of 30 to 70% in the thermosetting resin material.
  • the material is distributed almost uniformly and at least a part is adhered to the fiber reinforcement layer.
  • the average thickness of the resin layer is characterized in that the average thickness is 0.2 X t or less with respect to the average thickness t of the fiber reinforcing layer on one or both sides.
  • the thermoplastic resin material is in the form of particles or fibers. Further, all of the fiber reinforcing layers have an average thickness of 80 m or less.
  • the method for producing a multiaxial reinforced laminated molded product according to the present invention comprises a plurality of continuous reinforcing fibers arranged substantially uniformly and at least one having a basis weight of 80 g / m 2 or less. 10% or less of the weight of the reinforcing fiber sheet having a smaller weight per unit area among the reinforcing fiber sheets adjacent to each other when laminated, on one or both surfaces of each reinforcing fiber sheet.
  • a resin adhering step in which the thermoplastic resin material is dispersed almost uniformly so that the thermoplastic resin material is heated or heat-pressed to adhere to the reinforcing fiber sheet to form a resin-adhering reinforcing fiber sheet.
  • Another method for producing a multi-axis reinforced laminated molded product according to the present invention comprises a plurality of continuous reinforcing fibers arranged almost uniformly, and at least one is a plurality of sheets having a basis weight of 80 g / m 2 or less.
  • the amount of the reinforcing fiber sheet is 10% or less with respect to the weight of the reinforcing fiber sheet having a small weight per unit area among the adjacent reinforcing fiber sheets when laminated on one or both surfaces of each reinforcing fiber sheet.
  • thermoplastic resin material is dispersed almost uniformly and then attached to the reinforcing fiber sheet by heating or heat-pressing the thermoplastic resin material to form a resin-adhering reinforcing fiber sheet;
  • a plurality of resin-attached reinforcing fiber sheets including one continuous resin-attached reinforcing fiber sheet are arranged in multiple directions, and each resin-attached reinforcing fiber sheet is arranged between the resin-attached reinforcing fiber sheets.
  • thermoplastic resin material is laminated to form a continuous laminated sheet, and a continuous multiaxial structure in which the thermosetting resin material is impregnated from at least one surface side of the continuous laminated sheet
  • An impregnation step for forming a reinforced prepredder sheet, and the multiaxial reinforcing prepredder sheet is cut to a required size, and a required number of sheets are laminated at a required angle, followed by thermosetting by heat and pressure molding. And a molding step for curing the functional resin material.
  • Still another method for producing a multiaxial reinforced laminated molded product according to the present invention is configured by arranging a plurality of continuous reinforcing fibers substantially uniformly, and at least one of which has a basis weight of 80 g / m 2 or less. With respect to one reinforcing fiber sheet, the amount of the reinforcing fiber sheet is 10% or less with respect to the weight of the reinforcing fiber sheet having a smaller weight force per unit area among the adjacent reinforcing fiber sheets when laminated. After the thermoplastic resin material is dispersed almost uniformly, the thermoplastic resin material is heated or heated and pressed to adhere to the reinforcing fiber sheet to form a resin-attached reinforcing fiber sheet.
  • the process and a plurality of resin-attached reinforcing fiber sheets are stacked so that the direction in which the respective reinforcing fibers are aligned is multi-directional, and the thermoplastic resin material is disposed between the resin-attached reinforcing fiber sheets. And then laminating the laminated sheet into a required size, laminating the required number of sheets in the mold at the required angle, and then thermosetting resin in the mold A molding step of injecting a material, impregnating the laminated sheet with a thermosetting resin material, and curing the thermosetting resin material by heating or heat-press molding.
  • the manufacturing method described above further comprises an integration step of heating and pressurizing the laminated sheet so that the reinforcing fiber sheets are fused together by a thermoplastic resin material and integrated.
  • a thermoplastic resin material a thermoplastic resin material having fine particles having an average particle diameter of 80 am or less or fibers having an average cross-sectional diameter of 80 am or less is used.
  • the reinforcing fiber sheet is a spread yarn sheet having a basis weight of 80 g / m 2 or less, in which a plurality of spread yarns in which at least one sheet of reinforcing fiber bundle is continuously opened are aligned in the width direction. It is characterized by.
  • At least one of the fiber reinforced layers of the multiaxially reinforced laminated molded product according to the present invention has an average thickness of 80 111 or less.
  • a thin fiber reinforced layer to be reinforced in a direction substantially perpendicular to the direction as described in Non-Patent Document 1, microcracks (in-layer resin cracks) are delamination (interlayers). It can be expected to suppress the occurrence of peeling. Furthermore, when all layers are thin fiber reinforced layers, microcracks (in-layer Generation of delamination (delamination) can be suppressed.
  • the multiaxial reinforced laminated molded product according to the present invention has a resin having an average thickness of 0.3 X t or less with respect to the average thickness t of the fiber reinforcement layers on one side or both sides between the fiber reinforcement layers.
  • the resin layer is thinned, and stress concentration on the portion is suppressed.
  • stress concentration occurs in the portion, and delamination or delamination progresses easily.
  • each fiber reinforcing layer may improve various mechanical properties such as bending strength and compressive strength due to restraint from adjacent fiber reinforcing layers, so that the thinner the resin layer, the easier the resin layer. It is more preferable that the layer is formed at 0.2 X t or less.
  • the particulate or fibrous thermoplastic resin material is almost uniformly distributed between the fiber reinforced layers, the resin layer always exists.
  • the particulate thermoplastic resin material includes those which are crushed and flattened.
  • the minimum value of the average thickness of the resin layer is 0.
  • the resin layer has an average thickness of 0.05 Xt or more. Further, the maximum value of the average thickness of the resin layer was 0.294 Xt. Locally, there is a part where it becomes 0.3 X t or more. If you look at the force average thickness, the resin layer as a whole becomes 0.3 X t or less.
  • thermoplastic resin material having a volume ratio of 30 to 70% is almost uniformly distributed in the thermosetting resin material, and at least a part thereof is adhered to the fiber reinforcement layer. Stress concentration due to non-uniform distribution of the thermoplastic resin material does not occur, the thermoplastic resin material is present in a volume ratio of 30 to 70%, and at least a part of the thermoplastic resin material is adhered to the fiber reinforcement layer. Dispersion of reinforcing fibers and meandering due to resin flow accompanying impregnation of the curable resin material can be reliably prevented.
  • a plurality of reinforcements having a plurality of continuous reinforcement fibers arranged substantially uniformly and at least one having a basis weight of 80 g / m 2 or less. It is important to attach the thermoplastic resin material to one side or both sides of each reinforcing fiber sheet so as to seal the reinforcing fiber sheet.
  • the reinforcement that is almost uniformly arranged is pre-filled with a thermoplastic resin material to prevent fiber meandering due to resin flow. The power to do S. If the thermoplastic resin material is dispersed and adhered almost uniformly to the entire reinforcing fiber sheet, fiber meandering due to resin flow will occur on the entire reinforcing fiber sheet when it is impregnated with the thermosetting resin material. Can be prevented.
  • the amount of the thermoplastic resin material to be dispersed is set to an amount of 10% or less with respect to the weight of the reinforcing fiber sheet having a small weight per unit area among the adjacent reinforcing fiber sheets at the time of lamination.
  • a thin resin layer can be formed.
  • the amount of the thermoplastic resin material increases, the resin layer formed between the fiber reinforced layers becomes thick, and stress concentration occurs in the portion, and the occurrence of delamination and the progress of delamination are likely to occur. .
  • the amount of the thermoplastic resin material is set to a unit area of the reinforcing fiber sheet adjacent to each other when laminated. It is desirable to set within a range of 1 to 10% with respect to the weight of the reinforcing fiber sheet having a small weight.
  • thermoplastic resin material is adhered to the reinforcing fiber sheet by heating or heating and pressurizing, so that the thermoplastic resin material spreads and adheres in a flat state.
  • the resin layer can be thinned. If the thermoplastic resin material is in the form of particles or fibers, it is possible to evenly adhere to the entire fiber reinforced layer, which is preferable for distribution almost uniformly.
  • the thermoplastic resin material may be dispersed by uniformly adhering a solution obtained by dissolving the thermoplastic resin material in a volatile organic solvent onto the reinforcing fiber sheet by spraying or coating.
  • thermoplastic resin material can be more uniformly dispersed by using fine particles having an average particle diameter of 80,1 m or less or a fiber thermoplastic resin material having an average cross-sectional diameter of 80,1 m or less. This contributes to the thinning of the film. Further, if the thermoplastic resin material is dispersed by spraying or applying a solution, the resin layer can be further thinned.
  • the basis weight is 80 g / m.
  • a thin fiber reinforced layer with an average thickness of about 80 m can be obtained with a fiber amount of 2 , and a thinner fiber reinforced layer is formed to form microcracks (in-layer resin cracks) and delamination (delamination). It is possible to obtain a multiaxial reinforced laminated molded product in which occurrence of separation is suppressed.
  • thermosetting resin material is impregnated into the laminated sheet
  • the impregnation step is only required once, so that the manufacturing time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
  • a method of manufacturing a unidirectional reinforced prepredder sheet by manufacturing a unidirectional reinforced prepredder sheet by manufacturing unidirectional reinforced prepredder sheets and laminating those prepredder sheets multiple impregnation processes are required.
  • the impregnation is performed after the lamination, a multiaxial reinforced prepreg sheet can be produced efficiently.
  • the resin-impregnated portion (resin rich portion) It is difficult to do.
  • each reinforcing fiber sheet is improved by heating or pressurizing the laminated sheet so that the reinforcing fiber sheets are thermally fused and integrated with each other by a thermoplastic resin material.
  • each reinforcing fiber sheet does not come apart and becomes very easy.
  • FIG. 1 is an enlarged view of a part of a cross section of a multiaxial reinforced laminated molded product F according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram shown greatly.
  • Multiaxial reinforced laminated molded product F is composed of multiple fiber reinforced layers with reinforced fiber sheets, and the reinforced fiber force of each fiber reinforced layer is reinforced (n is 2 or more) in the axial direction. They are stacked so that they are arranged.
  • FIG. 1 the portion where the fiber reinforcement layers SR1 to SR3 including the reinforcing fiber sheets are laminated is shown in an enlarged manner so that the reinforcing fibers of the reinforcing fiber sheets of each fiber reinforcing layer are arranged in different axial directions. Stacked
  • Resin layers TP1 and TP2 are formed between the fiber reinforcing layers.
  • the thermoplastic resin materials are almost uniformly distributed and thermally fused to each other, and the distributed thermoplastic resin materials are bonded to the adjacent fiber reinforcement layers by thermal fusion. ing.
  • the thermoplastic resin material is present in the resin layer in the form of a thin layer in which the shape is flattened and spread by the heating or heating and pressing process.
  • a large number of minute gaps are formed between the thermoplastic resin materials so that the thermosetting resin material can be easily impregnated.
  • the thermosetting resin material is evenly distributed throughout each fiber reinforcing layer and each resin layer.
  • the reinforcing fiber sheet of the fiber reinforcing layer SR;! To SR3 is formed by arranging a plurality of reinforcing fibers almost uniformly in a planar shape.
  • Reinforcing fibers include carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, polyoxymethylene fibers, high-strength and high-modulus inorganic fibers and organic fibers used in FRP such as aromatized polyamide fibers. There are no particular restrictions on the fineness and fineness of the fibers. Further, it is formed into a wide and thin reinforcing fiber sheet by a known technique as described in Patent Document 3.
  • the reinforcing fiber sheet it is preferable to form the reinforcing fiber sheet so that the thickness is 80 m or less. The occurrence of delamination can be suppressed.
  • a thin fiber reinforcement layer with a weight per unit area of 80 g / m 2 and an average thickness of about 80,1 m is used.
  • thermoplastic resin material distributed in the resin layer is one in which the reinforcing fiber sheet is integrated by heat-sealing so that the reinforcing fiber is not dispersed.
  • Acrylic resin, polyester resin Various thermoplastic resins such as polyamide resins are used, and a thermoplastic resin material having a particularly low melting point is preferred. For example, polyamide 12 having a low water absorption is preferred.
  • the size of the thermoplastic resin material should be such that the long fibers can be securely fixed and dispersed uniformly in a thin state S.
  • the average particle size is 80 m or less.
  • a fibrous thermoplastic resin material can also be used in place of the particulate thermoplastic resin material. In that case, it is preferable to use short fibers or long fibers having an average cross-sectional diameter of 80 m or less.
  • the resin layer is formed by heating or heat-pressing the thermoplastic resin material to form a thin layer in which the shape is flattened.
  • a gap is formed between the thermoplastic resin materials so that the thermosetting resin material can be impregnated.
  • the thermoplastic resin materials In order to easily impregnate the thermosetting resin material with good quality without voids, and to prevent stress concentration in the thermoplastic resin material, there is no gap formed between the thermoplastic resin materials. It is important to make the gaps as uniform as possible while reducing the size. For this purpose, it is necessary to reduce the size of the thermoplastic resin material and to disperse it as uniformly as possible. For this reason, the preferred particle size of the thermoplastic resin material is more granular than the fibrous material. It is more desirable to uniformly disperse the fine particulate thermoplastic resin material.
  • thermoplastic resin material is melted with an organic solvent or the like may be used! /.
  • the solvent may be volatilized by heating or hot pressing to fix the thermoplastic resin material to the reinforcing fiber! /.
  • the solution-type thermoplastic resin includes a process of volatilizing the organic solvent, there is a concern about the influence on the human body. Therefore, the process using a powdered or fibrous thermoplastic resin material that does not use an organic solvent has less influence on the human body.
  • the amount of the thermoplastic resin material distributed in the resin layer needs to be set to an amount that does not hinder the impregnation of the thermosetting resin material while performing thermal fusion of each reinforcing fiber sheet.
  • the weight per unit area is small, and the reinforcing fibers It is more preferable to set the amount so that it is 10% or less with respect to the weight of the sheet.
  • the thermosetting resin material is preferably a resin that is cured by heat or energy such as light or electron beam, and examples thereof include epoxy resins, unsaturated polyester resins, burester resins, and phenol resins.
  • an epoxy resin is preferably used, and generally used in combination with a curing agent or a curing catalyst.
  • the resin layer preferably includes a thermoplastic resin material having a volume ratio of 30% to 70% in the thermosetting resin material!
  • the volume ratio is less than 30%, the reinforcing fiber sheet that is not sufficient for the thermoplastic resin material to be thermally fused to the entire reinforcing fiber sheet is likely to be scattered.
  • the volume ratio exceeds 70%, the amount of the thermosetting resin material to be impregnated decreases, and when the pre-predder sheet is solidified, the mechanical strength is likely to decrease due to stress concentration between layers.
  • the thickness of the resin layer may be set to an average thickness of 0.3 X t or less with respect to the average thickness t of the fiber reinforcing layer on one side or both sides.
  • the average thickness dl of the resin layer TP1 is the average thickness tl and t2 of the fiber reinforced layers SR1 and SR2 on both sides,
  • each fiber reinforcing layer may improve various mechanical properties such as bending strength and compressive strength due to constraints from adjacent fiber reinforcing layers, the thinner the resin layer, the easier it is. More preferably, it is set to 2 times or less.
  • the average thickness of the entire multiaxial reinforced pre-prepared sheet used for molding the multiaxial reinforced laminated molded product P is preferably 300 in or less. If you set the average thickness below 300 in When the pre-preder sheet is manufactured, the thermosetting resin material is surely impregnated to the inside, and a good quality sheet without voids (voids) is generated. On the other hand, if the average thickness exceeds SOO ⁇ m, the drapeability is lowered, and it becomes difficult to heat the prepreg sheet when laminated.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory diagrams relating to the resin adhesion process in the manufacturing process of the multiaxial reinforced laminated molded product, and FIG. 3 shows that the thermoplastic resin material is distributed almost uniformly on one side of the reinforcing fiber sheet. It is explanatory drawing which shows the resin adhesion process made to heat-seal
  • the reinforcing fiber sheet is, for example, described in Patent Document 3! /, which is opened by a known technique and wound around the sheet supply roller 1, and is sequentially fed from the sheet supply roller 1. It has become.
  • Basis weight of the reinforcing fiber sheet is set to 80 g / m 2.
  • a spreader T1 containing a thermoplastic resin material in the form of powder, fiber or solution is placed above the fed reinforcing fiber sheet, and is placed on the upper surface of the spreader reinforcing fiber sheet of the spreader T1.
  • the thermoplastic resin material is distributed almost uniformly over the entire width.
  • the amount to be spread is set to 5% or less with respect to the weight of the reinforcing fiber sheet having a small weight per unit area among the adjacent reinforcing fiber sheets when laminating.
  • a film supply roller 3 around which the release film R1 is wound is disposed, and the film is fed from the film supply roller 3 on the upper surface of the sprayed thermoplastic resin material.
  • Release film R1 is conveyed.
  • the release film R1 is superposed on the reinforcing fiber sheet, is carried between the heat roller 2a and the press roller 2b, and is wound around the winding roller 7 in a close contact state.
  • the thermoplastic resin material sprayed on the reinforcing fiber sheet is heat-sealed to the reinforcing fiber sheet by the heat treatment of the heat roller 2a to disperse the reinforcing fiber and prevent meandering of each fiber.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a resin adhesion process in which a thermoplastic resin material is dispersed almost uniformly on both surfaces of a reinforcing fiber sheet and thermally fused.
  • a disperser T2 containing a powdered, fibrous or solution thermoplastic resin material is arranged, and the reinforcing fiber is fed from the spout of the spreader T1.
  • the thermoplastic resin material is spread almost uniformly over the entire top surface of the sheet.
  • the amount to be spread is equal to the weight of the reinforcing fiber sheet with the smaller weight per unit area among the adjacent reinforcing fiber sheets. Set the amount to 5% or less.
  • thermoplastic resin material is spread almost uniformly over the entire width of the upper surface of the release film R3 from the spreader T3 containing the powdery, fibrous or solution-like thermoplastic resin material.
  • the amount to be sprayed is set to 5% or less with respect to the weight of the reinforcing fiber sheet having a small weight per unit area among the adjacent reinforcing fiber sheets when laminating.
  • the release film R2 is overlaid on the upper surface of the reinforcing fiber sheet, and the release film R3 is overlaid on the lower surface of the reinforcing fiber sheet and is brought into close contact with the heat roller 6a and the press roller 6b. Is taken up by the take-up roller 8.
  • the thermoplastic resin material spread on the reinforcing fiber sheet is thermally fused to the upper surface of the reinforcing fiber sheet by the heat treatment of the heat roller 6a.
  • the thermoplastic resin material dispersed on the release film R3 is heat-sealed to the lower surface of the reinforcing fiber sheet.
  • the thermoplastic resin material heat-sealed on both sides of the reinforcing fiber sheet thus prevents the reinforcing fibers of the reinforcing fiber sheet from being scattered and meandering of each fiber.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram relating to the lamination process and the impregnation process in the manufacturing process of the multiaxial reinforced laminated molded product.
  • the reinforcing fiber sheet S 1 having the resin attached to only one side as described in FIG. 3 is sequentially fed from the sheet supply roller 10.
  • the release film R1 that is in close contact with the upper surface is separated upward from the feed roller 11 and conveyed to be wound around the film winding roller 12.
  • the reinforcing fiber sheet S2 Cut to a predetermined length in accordance with the width is sequentially stacked from above.
  • the reinforcing fiber sheet S2 is a reinforcing fiber sheet having a resin attached to both sides as described in FIG. 3. After being fed from a sheet supply roller (not shown), the release films R2 and R3 on both sides are separated to a predetermined length. It was cut into pieces.
  • the reinforcing fiber sheet S2 is overlapped with the reinforcing fiber sheet S1. The direction in which the reinforcing fibers are aligned is set differently. Then, the cut reinforcing fiber sheets S2 are sequentially arranged so as to abut or overlap with the previously arranged sheets.
  • Reinforcing fiber sheet S3 is a reinforcing fiber sheet with resin attached only on the lower surface as described in FIG. 3, and separates the release film R1 on one side of the sheet after being fed out by a sheet supply roller force (not shown) to a predetermined length. Disconnected.
  • the reinforcing fiber sheet S3 is set so that the direction in which the reinforcing fibers are aligned with each other in a state where the reinforcing fiber sheets S1 and S2 are overlapped with each other is different.
  • the direction of the reinforcing fiber sheet S 2 is shifted from the opening sheet S 1 by +45 degrees
  • the direction of the reinforcing fiber sheet S 3 is the same as the direction of the reinforcing fiber sheet S 3 What is 1? Just shift it by 45 degrees.
  • the cut reinforcing fiber sheets S3 are sequentially arranged so as to abut or overlap with the previously arranged sheet.
  • the three reinforcing fiber sheets S1 to S3 are stacked and carried between the heat roller 13a and the press roller 13b, and heated and pressurized, whereby each reinforcing fiber is heated by the heat roller 13a.
  • the thermoplastic resin material adhered between the sheets melts to form a layer.
  • a continuous laminated sheet L is produced by integrating the three reinforcing fiber sheets S1 to S3 by thermal fusion of thermoplastic resin materials.
  • the layered thermoplastic resin material formed between the reinforcing fiber sheets is deposited in an amount of 5% or less per unit area in the resin adhesion process described above. The amount is set to 10% or less.
  • the force S that causes the thermoplastic resin material to adhere to each reinforcing fiber sheet in half in the resin adhering step, and the proportion of the adhering to each reinforcing fiber sheet are determined appropriately. It is not limited as long as it is set. In short, it should be set so that the final amount is 10% or less per unit area.
  • thermosetting resin material The laminated sheet body L is conveyed so as to pass between the three pairs of heat roller 17a and the press roller 17b with the release film R in close contact with the upper surface and the adhesive film T4 in close contact with the lower surface.
  • the release film R is wound around the film supply roller 15a, and the adhesive film T4 Is wound around the film supply roller 14a. Then, they are respectively fed from the film supply rollers 14a and 15a and introduced together with the laminated sheet body L between the feed rollers 16a and 16b so as to be in close contact with the upper and lower surfaces. Then, after passing between the three pairs of the heat roller 17a and the press roller 17b and then being unloaded from the feed rollers 18a and 18b, the release film R is separated from the upper surface of the laminated sheet body L, and the film winding roller 15b. The adhesive film T4 is separated from the lower surface of the laminated sheet body L and wound around the film winding roller 14b.
  • thermosetting resin material is supported on the entire surface of the release film with a substantially uniform thickness, and the surface on which the thermosetting resin material is supported is adhered to the laminated sheet body L. In the state, it passes between the heat roller 17a and the press roller 17b. Therefore, heating and pressing are performed in a state where the thermosetting resin material is in close contact with the entire lower surface of the laminated sheet body L, and the thermosetting resin material whose viscosity has been reduced by heating is laminated to the laminated sheet body. It is press-fitted in the thickness direction of L.
  • thermosetting resin material impregnates the laminated sheet body L toward the upper surface, but since the upper surface is covered with the release film R, it does not leak from the upper surface. In this way, the thermosetting resin material impregnates the inside of the laminated sheet L and spreads throughout the entire body. At that time, a large number of gaps are formed between the heat-sealing materials in the resin layer made of the thermoplastic resin material formed between the spread sheets! The force that the resin material passes through and impregnates The thermoplastic resin material itself does not flow because it is heat-sealed to the reinforcing fiber sheet.
  • the prepreader P is produced in which the thermosetting resin material is evenly distributed in the laminated sheet body L in a state in which the thermoplastic resin material is almost uniformly distributed between the reinforcing fiber sheets.
  • the pre-preparer P manufactured in this way is wound around the sheet winding roller 20 after the release film R and the adhesive film T4 are separated from the upper and lower surfaces. At that time, the release film wound around the film supply roller 19 is wound in close contact with the lower surface, thereby preventing the prepreader P from being adhered in the wound state.
  • thermosetting resin material In the impregnation step! /, And at least one surface side of the laminated sheet is a thermosetting resin material.
  • the process of impregnating the thermosetting resin material can be performed only once, so that the amount and length of the release film used can be reduced. If a required amount of the thermosetting resin material is formed thickly on the release film, the production cost of the release film to be used can be reduced as compared with the conventional technique, and the manufacturing cost burden can be reduced with the force S.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram relating to a molding process in the manufacturing process of the multiaxial reinforced laminated molded product.
  • the pre-preparer P manufactured in the impregnation process is cut to a required size (Fig. 6 (a)), and the cut pre-preders P1 to P3 are stacked at different angles, and then placed in the autoclave device 30.
  • the thermosetting resin material is cured and molded by heating and pressing the pre-preder set in the mold 31.
  • the force for laminating the reinforcing fiber sheets S2 and S3 cut into the reinforcing fiber sheet S1 in the laminating step for example, as described in JP-A-2003-221771
  • the reinforcing fiber sheet may be wound and folded and laminated in a plurality of layers. In this case as well, wrap the thermoplastic fiber material while spreading it between the reinforcing fiber sheets!
  • thermosetting resin material a pre-predator impregnated with a thermosetting resin material is laminated and molded, and the power s is cut and laminated after being laminated and molded by impregnating the thermosetting resin material. You may do it.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram relating to the molding process in this manufacturing process.
  • the laminated sheet body L created in the lamination process shown in FIG. 4 is once wound up and brought into the molding process.
  • the wound laminated sheet L is fed out and cut to a required size (FIG. 7 (a)), and the laminated sheets L1 to L3 that have been cut are laminated at different angles.
  • the laminated sheet bodies L1 to L3 are set in the mold so as to be covered with the release film R and the upper mold 40 from above (see FIG. 7).
  • the set mold is hermetically sealed with a vacuum bag 42 and set in the heating device 43 (Fig. 7 (c)).
  • the vacuum bag 42 is provided with an air suction port 42a and a resin injection port 42b, and a thermosetting resin material is injected from the resin injection port 42b while being heated at a predetermined temperature.
  • the injected thermosetting resin material has increased fluidity by heating, and smoothly flows through the vacuum bag 42. And by injecting air from the air suction port 42a while sucking it, the thermosetting resin material is uniformly impregnated into the laminated sheet bodies LI to L3.
  • thermosetting resin material After the inside of the vacuum bag 42 is filled with the thermosetting resin material, the thermosetting resin material is cured and molded by increasing the heating temperature of the heating device 43.
  • a multi-axis reinforced pre-prepared sheet was manufactured using the following materials.
  • thermosetting resin material used for thermosetting resin material
  • thermoplastic resin material used for thermoplastic resin material
  • Reinforcing fiber bundle T800SC-24K is opened to a width of 24 mm by the air opening method (see Japanese Patent No. 3049225) and wound on a reel as the opening yarn.
  • the width was 310 mm, and the fiber basis weight was about 43 g / m 2 .
  • thermoplastic resin material SP-500 is uniformly dispersed on one side of the reinforcing fiber sheet at an average weight ratio of about 8%, and then passed through a heat roll heated to 250 ° C.
  • a resin-attached reinforcing fiber sheet was obtained in which the thermoplastic resin powder was adhered and the fibers were prevented from being scattered.
  • thermosetting resin material BT250E-1 was continuously impregnated on both sides of the obtained laminated sheet with the above-mentioned continuous press machine under the processing conditions of 90 ° C and about IMPa, and the width was about 310 mm and the average thickness was about 1 77 m, a multiaxial reinforced pre-preder sheet having a fiber volume content of about 54% was obtained.
  • thermosetting resin material was cured by heat treatment to obtain a laminated molded plate having a width of 32 Omm, a length of 320 mm, and a thickness of 1 ⁇ 06 mm to be [45/0 / -45 / 90] 3S.
  • AE sensor a sensor having a resonance frequency of 1500 kHz (manufactured by Nippon Physical Acoustics) was used.
  • the AE signal detected from the AE sensor was processed with a preamplifier (set to 20 dB) and a bandpass filter (100 kHz to 300 kHz). The threshold was set at 45dB.
  • the point in time when delamination occurred was when the large amplitude AE was measured and a large energy release was detected.
  • the breaking stress was about 1080 MPa
  • the breaking strain was about 1.95%
  • the initial elastic modulus was about 52 GPa.
  • delamination occurs in the final break A short time ago, the stress occurred at a point of about 1050 MPa and a strain of about 1 ⁇ 92%.
  • a multi-axis reinforced pre-prepared sheet was manufactured using the following materials.
  • thermosetting resin material used for thermosetting resin material
  • thermoplastic resin material used for thermoplastic resin material
  • Reinforcing fiber bundle T800SC-24K is opened to a width of 24 mm by the air opening method (see Japanese Patent No. 3049225) and wound on a reel as the opening yarn.
  • the width was 310 mm, and the fiber basis weight was about 43 g / m2.
  • thermoplastic resin material SP-500 is uniformly dispersed on one side of the reinforcing fiber sheet at an average weight ratio of about 3%, and then passed through a heat roll heated to 250 ° C.
  • a resin-attached reinforcing fiber sheet was obtained in which the thermoplastic resin powder was adhered and the fibers were prevented from being scattered.
  • thermosetting resin material BT250E-1 was continuously impregnated from both sides of the obtained laminated sheet with the above-mentioned continuous press machine under the processing conditions of 90 ° C and about IMPa, and the width was about 310 mm and the average thickness was about 1 70. m, a multiaxial reinforced pre-preder sheet having a fiber volume content of about 57% was obtained.
  • a multi-axis reinforced pre-prepared sheet was manufactured using the following materials.
  • thermosetting resin material used for thermosetting resin material
  • thermoplastic resin material used for thermoplastic resin material
  • Reinforcing fiber bundle TA-12K is opened to a width of 20 mm by the air opening method (see Japanese Patent No. 3049225) and wound on a reel as the opening yarn.
  • thermoplastic fiber material CM842P48 is uniformly dispersed on one side of the reinforcing fiber sheet at an average weight ratio of about 5% in the obtained reinforcing fiber sheet, and then passed through a heat roll heated to 120 ° C.
  • a resin-attached reinforcing fiber sheet was obtained in which the plastic resin powder was adhered and the fibers were prevented from falling apart.
  • thermosetting resin material BT250E-1 was continuously impregnated on both sides of the obtained laminated sheet with the above-mentioned continuous press machine at 90 ° C under the processing conditions of about IMPa, and the width was about 320 mm and the average thickness was about 1 68. m, a multiaxial reinforced pre-preder sheet having a fiber volume content of about 56% was obtained.
  • thermosetting resin material was cured by heat treatment to obtain a laminated molded plate having a width of 320 mm, a length of 320 mm, and a thickness of 1.08 mm, resulting in [45/0 / -45 / 90] 3S.
  • a multiaxial reinforced laminated molded product was manufactured using the following materials. ⁇ Materials used>
  • Bisphenol A type epoxy resin was used.
  • Epiclone 850 (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.) was used as the main agent, and 2E4MZ (2-ethyl 4-methylimidazole, Shikoku Kasei Co., Ltd.) was used as the curing agent.
  • 2E4MZ (2-ethyl 4-methylimidazole, Shikoku Kasei Co., Ltd.) was used as the curing agent.
  • 4 parts of a curing agent was added, stirred at room temperature, and used as a resin.
  • thermoplastic resin material used for thermoplastic resin material
  • Reinforcing fiber bundle TR50S-15K is opened to a width of 24 mm by the air opening method (see Japanese Patent No. 3049225) and wound on a reel as the opening yarn.
  • the width was 310 mm, and the fabric weight was about 42 g / m 2 .
  • thermoplastic resin material SP-500 was uniformly dispersed on one side of the reinforcing fiber sheet at an average weight ratio of about 10%, and then passed through a heat roll heated to 250 ° C. Then, a resin-attached reinforcing fiber sheet was obtained by adhering thermoplastic resin powder and keeping the fibers from coming apart.
  • the obtained laminated sheet is cut to a required size, and 12 sheets are stacked to form a laminated material, and then the laminated material is set in a lower plane mold on which a release film is laid.
  • the mold was placed on a flat surface and the whole was covered with a vacuum bag. Drill holes in 2 power points on the vacuum bag, 1 power point Is the mouth for sucking the air inside, and the other one is the mouth for injecting resin.
  • a strip-shaped test piece having a width of 20 mm and a length of 250 mm was taken out of the laminated molded plate and subjected to the same tensile test as in Example 1.
  • the breaking stress was about 890 MPa
  • the breaking strain was about 1.74%
  • the initial elastic modulus was 47 GPa. Delamination occurred at a time of about 825 MPa and a strain of about 1 ⁇ 64% just before the final break.
  • a multi-axis reinforced pre-prepared sheet was manufactured using the following materials.
  • thermosetting resin material used for thermosetting resin material
  • thermoplastic resin material used for thermoplastic resin material
  • Reinforcing fiber bundle T800SC-24K is opened to a width of 24 mm by the air opening method (see Japanese Patent No. 3049225) and wound on a reel as the opening yarn.
  • the width was 310 mm, and the fiber basis weight was about 43 g / m 2 .
  • thermoplastic nylon 12 short fiber is a resin material substantially uniformly dispersed with an average basis weight 4g / m 2 approximately on one surface of the reinforcing fiber sheet was then heated 200 ° C (392 ° F) By passing it through a roll, a nylon 12 short fiber adhered, and a resin-adhered reinforcing fiber sheet was obtained with the fibers kept from falling apart.
  • thermosetting resin material BT250E-1 was continuously impregnated from both sides of the obtained laminated sheet with the above-mentioned continuous press machine under the processing conditions of 90 ° C and about IMPa, and the width was about 310 mm and the average thickness was about 1 78. m, a multiaxial reinforced pre-preder sheet having a fiber volume content of about 54% was obtained.
  • thermosetting resin material was cured by heat treatment to obtain a laminated molded plate having a width of 32 Omm ⁇ a length of 320 mm ⁇ a thickness of 1 ⁇ 07 mm, which was [45/0 / ⁇ 45 / 90] 3S.
  • a unidirectional reinforcing pre-preder sheet was manufactured using the following materials.
  • thermosetting resin material used for thermosetting resin material
  • Reinforcing fiber bundle T800SC-24K is opened to a width of 24 mm by the air opening method (see Japanese Patent No. 3049225) and wound on a reel as the opening yarn.
  • the width was 310 mm, and the fiber basis weight was about 43 g / m 2 .
  • thermosetting resin material BT250E-1 was continuously impregnated from one side of the obtained reinforcing fiber sheet under the processing conditions of 90 ° C and about IMPa with the above-mentioned continuous press machine, and the width was about 310mm and the average thickness was about 41, im, a fiber volume content of about 58%, a unidirectionally reinforced pre-preda sheet was obtained.
  • a unidirectional reinforcing prepreg sheet was produced by the same production process as in Comparative Example 1. ⁇ Manufacture and evaluation of laminated molded plates>
  • the delamination strength of the laminated molded board is the same as that of the laminated molded board having a thin fiber reinforced layer. That is, according to the present invention, it can be expected to obtain a multiaxial reinforced laminated molded product that maintains good quality and has an excellent manufacturing cost.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a multiaxial reinforced laminated molded product according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of a fiber reinforced layer.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram relating to a resin adhesion step of the manufacturing method according to the present invention. 4] It is explanatory drawing regarding another resin adhesion process of the manufacturing method which concerns on this invention.
  • FIG. 5 It is explanatory drawing regarding the lamination process and impregnation process of the manufacturing method which concerns on this invention. 6] It is explanatory drawing regarding the shaping

Landscapes

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Description

明 細 書
多軸補強積層成型品及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、炭素繊維、ガラス繊維などの補強繊維からなる補強繊維シートを多方向 に配列して熱硬化性樹脂をマトリックスとして含浸させた多軸補強積層成型品及びそ の製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 繊維補強複合材料は、繊維材料とマトリックス材料を組み合せたもので、軽量で剛 性が高く多様な機能設計が可能な材料であり、航空宇宙分野、輸送分野、土木建築 分野、運動器具分野等の幅広い分野で用いられている。特に、炭素繊維又はガラス 繊維といった補強繊維材料を熱硬化性樹脂材料と組み合せた繊維強化プラスチック (FRP)が主流となっている。 FRPでは、一方向に引き揃えられた長繊維からなる補 強繊維シートを積層しその方向を多方向に設定することで、多方向の強度が強化さ れた FRPを設計することができる。また、一方向に引き揃えられた帯状の長繊維糸を 用いて織成した織物シートを使用して FRPを製造することも行われている。
[0003] マトリックス樹脂材料としてエポキシ樹脂材料等の熱硬化性樹脂材料を使用すると 、成形時の粘度が低く繊維束中への樹脂材料の含浸が容易であり、積層成形法等 のレ、ろレ、ろな成形法により成形品を得やすレ、と!/、つた利点がある。しかし、熱硬化性 樹脂材料は、一般に靭性が低ぐ成形品の耐衝撃特性が低くなりやすい。さらに、積 層成形品では、引張り荷重が加わると層間剥離が生じやすいといった問題があった
[0004] 層間剥離への対応策として、例えば、特許文献 1では、長繊維からなる強化繊維、 熱硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物に溶解しな!、微粒子及び熱硬化性樹 脂組成物に溶解しうる樹脂を素材とする微粒子からなり、両微粒子が表面に局在化 している繊維強化複合材料が記載されており、表面に局在化した両微粒子によって プリプレダのハンドリング性を維持しつつ、耐衝撃性、層間靭性の向上を図る点が記 載されている。そして、微粒子を表面へ局在化させる方法としては、強化繊維及びマ トリックス樹脂からなるプリプレダの表面に両微粒子を付着させる方法、両微粒子をマ トリックス樹脂の中に予め均一となるように混合しておき、強化繊維に含浸させる過程 において繊維間隙によるろ過現象によりプリプレダの表面に局在化させる方法、マト リックスの一部を強化繊維に含浸させた一次プリプレダを作成し、両微粒子を高濃度 に含有する残りのマトリックス樹脂を塗布したフィルムを一次プリプレダに貼り付ける 方法が挙げられている。こうした強化繊維、マトリックス樹脂及び樹脂微粒子を構成 要素とするプリプレダは、特許文献 2にお!/、ても記載されて!/、る。
[0005] また、他の方法として、非特許文献 1では、積層成形して繊維補強複合材料を製造 する場合、厚さの薄いプリプレダシートを用いることで、マイクロクラック（層内樹脂割 れ)ゃデラミネーシヨン (層間剥離）の発生を抑止することができると報告されている。
[0006] 一方、複合材料の成形加工においても、低コストの生産技術を確立することは重要 である。成形加工法の主流といえる積層成形法では、繊維補強シートやプリプレダシ ートをいかに効率よく積層するかが課題となる力 その解決方法の 1つとして、あらか じめ多方向に繊維を配列させた多軸補強シート材を使用する方法が提案されており 、積層回数を軽減する、疑似等方性が得やすいなどの利点から注目されている。
[0007] 多軸補強シート材として、例えば、特許文献 3では、トウ状の炭素繊維糸の複数本 が互いに並列に配列されてなるシートの複数枚力 S、それぞれのシートの炭素繊維糸 の配列方向が、基準とする方向に対して、異なる角度をもって積層された状態で、ス テツチ糸で一体化されたステッチ基材であり、このステッチ基材にマトリックス樹脂を 含浸させた繊維強化プラスチックが記載されている。
[0008] また、特許文献 4では、長手方向に対して繊維シートの方向が + θ ° よりなる第 1 繊維シート層と繊維シートの方向が θ ° よりなる第 2繊維シート層の二層から構成 された繊維補強シートで、前記繊維シートが、熱融着糸、または、 目止め剤を付着さ せた繊維束よりなることを特徴とする二軸補強の繊維補強シートが記載されている。 特許文献 1 :特開平 7— 41575号公報
特許文献 2 :米国特許第 5028478号明細書
特許文献 3：国際公開第 2001/063033
特許文献 4：特開 2006— 022471 特許文献 5：国際公開第 2005/002819号パンフレット
非特許文献 1：笹山秀樹外 5名「多方向強化複合材料積層板の初期破損に関する層 厚さの影響」、 日本複合材料学会誌、 30、 4 (2004)、 p. 142-148
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 上述した特許文献 1及び 2に記載された方法では、シート表面に微粒子を局在化さ せた一方向に繊維補強されたプリプレダシートを積層して成形品を得るが、当該プリ プレダシートの積層体をオートクレープ法などにより成形する際、エポキシ樹脂等の 熱硬化性樹脂材料は繊維束中を流動するため微粒子が熱硬化性樹脂とともに流動 し、微粒子をシート層間に安定した状態で滞留させることが難しい。各層間に十分な 量の微粒子を均一に分布させないと、強度にムラが発生して層間靭性を十分向上さ せること力 Sできな!/、とレ、つた課題がある。
[0010] さらに、特許文献 1及び 2には、一方向補強されたプリプレダシートを使用して多方 向に補強された積層成形品を得る方法が記載されているが、こうした方法では一方 向補強プリプレダシートそのものを予め製造するための手間がかかり、さらにプリプレ グシートの積層回数が増えて積層成形品を得るまでの所要時間力 Sかかることから、製 造コストが高くならざるを得なレ、。
[0011] 特許文献 3では、多軸補強されたステッチ基材を製造し、樹脂材料を含浸させた繊 維強化プラスチックが記載されている力 ステッチ糸の存在により熱硬化性樹脂材料 力 Sステッチ部分に過度に存在するようになり、積層成形品を得た場合に、その部分に 応力集中が発生し積層材の強度が低下する課題がある。さらにステッチ糸により繊 維束が拘束されるため、繊維束中に熱硬化性樹脂の未含浸部分が生じる課題があ
[0012] 特許文献 4では、熱融着糸、または、 目止め剤を付着させた繊維シートを使用した 二軸補強の繊維補強シートが記載されているカ、熱融着糸及び目止め剤の使用目 的は、繊維がばらけない、つまり繊維を目止めすることにあるため、繊維シート上にお ける熱融着糸および目止め剤の分布状態が均一に分布されて!/、るとは限らな!/、。ま た、その使用量も定められているわけではなぐ熱融着糸および目止め剤の多い部 分が存在すると、積層成形品を得た場合に、その部分に応力集中が発生しその部分 から破壊しやすくなるおそれがある。つまり、熱硬化性樹脂材料を含浸させて機械的 特性に優れた積層成型品を得ることを目的とした熱融着糸及び目止め剤の使用が ネ亍われて!/ヽなレ、のである。
[0013] 本発明者らは、これまで鋭意研究開発を進めた結果、非特許文献 1に記載されて V、るように、長繊維が集束した長繊維束を開繊した幅広で厚さの薄!、繊維補強シー トを用いることで、マイクロクラック (層内樹脂割れ)ゃデラミネーシヨン (層間剥離）の 発生を抑えた積層成形品を得ることができるという知見を得ており、また、特許文献 5 に記載されて!/、るように、材料コストが安!/、太繊度繊維束を幅広で薄!/、開繊シートに 製造する開繊技術を開発している。
[0014] そこで、本発明は、こうした知見ゃ開繊技術に基づいて、高強度で層間剥離の発 生を抑止した補強繊維及び熱硬化性樹脂材料を備えた多軸補強積層成型品、並び に製造時間の短縮及び製造コストの節減を可能とする多軸補強積層成型品の製造 方法を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
[0015] 本発明に係る多軸補強積層成型品は、補強繊維が n (nは 2以上）軸方向に配列す るように積層された複数の繊維補強層を備えるとともに熱硬化性樹脂材料が全体に 含浸されて硬化した多軸補強積層成型品であって、繊維補強層のうち少なくとも一 層は平均厚みが 80 ^ 111以下であり、各繊維補強層間には、片面側又は両面側の繊 維補強層の平均厚み tに対して平均厚み 0. 3 X t以下の樹脂層が形成されており、 各樹脂層には、熱硬化性樹脂材料中に体積比 30〜70%の熱可塑性樹脂材料がほ ぼ均一に分布して少なくとも一部が繊維補強層に接着していることを特徴とする。さら に、前記樹脂層の平均厚みは、片面側又は両面側の繊維補強層の平均厚み tに対 して平均厚み 0. 2 X t以下であることを特徴とする。さらに、前記熱可塑性樹脂材料 が粒子状又は繊維状であることを特徴とする。さらに、前記繊維補強層は、すべて平 均厚み 80 m以下であることを特徴とする。
[0016] 本発明に係る多軸補強積層成型品の製造方法は、複数本の連続した補強繊維を ほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付け 80g/m2以下である複数枚 の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面又は両面に、積層する際に隣 接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さい補強繊維シートの重量に対 して 10%以下の量となるように熱可塑性樹脂材料をほぼ均一に分散させた後、当該 熱可塑性樹脂材料を加熱又は加熱加圧することにより当該補強繊維シートに付着さ せて樹脂付着補強繊維シートを形成する樹脂付着工程と、複数枚の樹脂付着補強 繊維シートを、それぞれの補強繊維の引き揃えた方向が多方向となり、かつ、各樹脂 付着補強繊維シート間に前記熱可塑性樹脂材料が配置されるように積層して積層シ ートを形成する積層工程と、積層シートの少なくとも一方の面側から熱硬化性樹脂材 料を含浸させて多軸補強プリプレダシートを形成する含浸工程と、前記多軸補強プリ プレダシートを所要の大きさに切断し、所要の角度で、所要の枚数を積層した後、加 熱加圧成型することにより熱硬化性樹脂材料を硬化させる成型工程と、を備えること を特徴とする。さらに、前記積層工程では、少なくとも 1枚の連続した樹脂付着補強 繊維シートを用いて連続した積層シートを形成することを特徴とする。
本発明に係る別の多軸補強積層成型品の製造方法は、複数本の連続した補強繊 維をほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付け 80g/m2以下である複 数枚の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面又は両面に、積層する際 に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さい補強繊維シートの重量 に対して 10%以下の量となるように熱可塑性樹脂材料をほぼ均一に分散させた後、 当該熱可塑性樹脂材料を加熱又は加熱加圧することにより当該補強繊維シートに付 着させて樹脂付着補強繊維シートを形成する樹脂付着工程と、少なくとも 1枚の連続 した樹脂付着補強繊維シートを含む複数枚の樹脂付着補強繊維シートを、それぞれ の補強繊維の引き揃えた方向が多方向となり、かつ、各樹脂付着補強繊維シート間 に前記熱可塑性樹脂材料が配置されるように積層して連続した積層シートを形成す る積層工程と、連続した積層シートの少なくとも一方の面側から熱硬化性樹脂材料を 含浸させて連続した多軸補強プリプレダシートを形成する含浸工程と、前記多軸補 強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、所要の角度で、所要の枚数を積層した 後、加熱加圧成型することにより熱硬化性樹脂材料を硬化させる成型工程と、を備え ることを特徴とする。 [0018] 本発明に係るさらに別の多軸補強積層成型品の製造方法は、複数本の連続した 補強繊維をほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付け 80g/m2以下で ある複数枚の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面又は両面に、積層 する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量力小さい補強繊維シート の重量に対して 10%以下の量となるように熱可塑性樹脂材料をほぼ均一に分散さ せた後、当該熱可塑性樹脂材料を加熱又は加熱加圧することにより当該補強繊維シ ートに付着させて樹脂付着補強繊維シートを形成する樹脂付着工程と、複数枚の樹 脂付着補強繊維シートを、それぞれの補強繊維の引き揃えた方向が多方向となり、 かつ、各樹脂付着補強繊維シート間に前記熱可塑性樹脂材料が配置されるように積 層して積層シートを形成する積層工程と、前記積層シートを所要の大きさに切断し、 所要の角度で、所要の枚数を成型型内に積層した後、当該成型型内に熱硬化性樹 脂材料を注入し前記積層シートに熱硬化性樹脂材料を含浸させ、加熱又は加熱加 圧成型することにより熱硬化性樹脂材料を硬化させる成型工程と、を備えることを特 徴とする。
[0019] さらに、上記の製造方法において、積層シートを加熱又は加熱加圧することで、各 補強繊維シートを熱可塑性樹脂材料により互いに熱融着させて一体化する一体化 工程を備えることを特徴とする。さらに、前記熱可塑性樹脂材料として、平均粒径が 8 0 a m以下の微粒子又は平均断面径 80 a m以下の繊維の熱可塑性樹脂材料を用 いることを特徴とする。さらに、前記補強繊維シートは、少なくとも 1枚力 補強繊維束 を連続して開繊させた開繊糸を幅方向に複数本引き揃えた、 目付け 80g/m2以下 の開繊糸シートであることを特徴とする。
発明の効果
[0020] 本発明に係る多軸補強積層成型品は、繊維補強層のうち少なくとも一層は平均厚 みが 80 111以下であるので、例えば、引張荷重の加わる方向がわ力、る場合、その方 向とほぼ直交する方向に補強されるよう薄層の繊維補強層を形成することにより、非 特許文献 1に記載されてレ、るように、マイクロクラック (層内樹脂割れ)ゃデラミネーシ ヨン (層間剥離）の発生を抑えることが期待できる。さらに、すべての層が薄層の繊維 補強層である場合、種々の方向力も加わる強度に対して、マイクロクラック（層内樹脂 割れ)ゃデラミネーシヨン (層間剥離）の発生を抑えることができる。
[0021] また、本発明に係る多軸補強積層成型品は、各繊維補強層間に、片面側又は両 面側の繊維補強層の平均厚み tに対して平均厚み 0. 3 X t以下の樹脂層を形成する ことで、樹脂層が薄層化されてその部分への応力集中が抑止される。平均厚みが 0. 3 X tを超えると、その部分への応力集中が発生して層間剥離の発生、剥離の進展 等が生じやすくなる。また、各繊維補強層は隣接する繊維補強層からの拘束により曲 げ強度及び圧縮強度などの種々の機械的特性が向上することもあるため、樹脂層の 厚みは薄層であるほどよぐ樹脂層は 0. 2 X t以下に形成するのがさらに好ましい。
[0022] なお、各繊維補強層間には、粒子状又は繊維状の熱可塑性樹脂材料がほぼ均一 に分布しているため、樹脂層は必ず存在するようになる。ここで、粒子状の熱可塑性 樹脂材料には、潰れて扁平状になったものも含まれる。
[0023] 本発明者らが実験した経験的な知見によれば、樹脂層の平均厚みの最小値は 0.
077 X tであり、部分的には 0. 05 X tの厚みも存在した。したがって、こうした知見に 基づき、樹脂層は、平均厚み 0. 05 X t以上となる。また、樹脂層の平均厚みの最大 値は 0. 294 X tとなった。局所的には 0. 3 X t以上になる部分もある力 平均厚みで みると全体として樹脂層は 0. 3 X t以下になる。
[0024] また、各樹脂層には、熱硬化性樹脂材料中に体積比 30〜70%の熱可塑性樹脂 材料がほぼ均一に分布して少なくとも一部が繊維補強層に接着しているので、熱可 塑性樹脂材料が不均一に分布することによる応力集中が発生せず、熱可塑性樹脂 材料が体積比 30〜70%存在して少なくとも一部が繊維補強層に接着していることで 、熱硬化性樹脂材料の含浸に伴う樹脂流動による補強繊維のばらけや蛇行を確実 に防止することができる。
[0025] 本発明に係る多軸補強積層成型品の製造方法では、複数本の連続した補強繊維 をほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付け 80g/m2以下である複数 枚の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面又は両面に、熱可塑性樹脂 材料を付着させ補強繊維シートの目止めすることが重要である。補強繊維シートを多 方向に積層した後に熱硬化性樹脂材料を含浸させる際に、ほぼ均一に引き揃えられ た補強を予め熱可塑性樹脂材料で目止めして、樹脂の流れによる繊維蛇行を防止 すること力 Sできる。そして、熱可塑性樹脂材料を補強繊維シート全体にほぼ均一に分 散させて付着させておけば、補強繊維シート全体にお!/、て熱硬化性樹脂材料の含 浸時に樹脂流動による繊維蛇行を防止できる。
[0026] また、分散する熱可塑性樹脂材料の量を、積層する際に隣接する補強繊維シート のうち単位面積当り重量が小さい補強繊維シートの重量に対して 10%以下の量に 設定することで、薄層の樹脂層を形成することができる。なお、熱可塑性樹脂材料が 補強繊維に接着し目止め効果を得るには、熱可塑性樹脂材料の量が多いほど良い 。しかし、熱可塑性樹脂材料の量が多くなると、各繊維補強層間に形成される樹脂層 が厚くなり、その部分への応力集中が発生して層間剥離の発生、剥離の進展等が生 じやすくなる。本発明者らの知見によれば、 目止め効果が得られるとともに応力集中 による剥離現象を抑えるには、熱可塑性樹脂材料の量を、積層する際に隣接する補 強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さい補強繊維シートの重量に対して 1〜1 0%の範囲内に設定することが望ましい。
[0027] また、熱可塑性樹脂材料を分散した後、加熱または加熱加圧することにより補強繊 維シートに付着させることで、熱可塑性樹脂材料が扁平な状態に広がって付着する ようになり、形成される樹脂層を薄層化することができる。熱可塑性樹脂材料が粒子 状又は繊維状であればほぼ均一に分布させる上で好ましぐ繊維補強層全体に満 遍なく接着させること力 Sできる。また、熱可塑性樹脂材料を揮発性の有機溶媒に溶解 させた溶液を噴霧又は塗布等により補強繊維シート上に満遍なく付着させることで、 熱可塑性樹脂材料を分散させるようにしてもよい。そして、熱可塑性樹脂材料として、 平均粒径が 80 ,1 m以下の微粒子又は平均断面径 80 ,1 m以下の繊維の熱可塑性 樹脂材料を用いることで、より均一に分散させられるとともに、樹脂層の薄層化に寄 与する。また、溶液の噴霧又は塗布等により熱可塑性樹脂材料を分散させれば、さら に樹脂層の薄層化が可能になる。
[0028] また、 目付け 80g/m2以下の補強繊維シートを用いることで、繊維径 7 μ mの炭素 繊維を使用し繊維体積含有率 60%の繊維補強層を考えた場合、 目付け 80g/m2 の繊維量で平均厚み約 80 mの薄層の繊維補強層を得ることができ、より薄層化し た繊維補強層を形成してマイクロクラック (層内樹脂割れ)ゃデラミネーシヨン (層間剥 離）の発生を抑えられた多軸補強積層成型品を得ることができる。
[0029] また、積層シートに熱硬化性樹脂材料を含浸させるので、含浸工程が一度で済む ため、製造時間の短縮及び製造コストの節減を実現できる。例えば、一方向補強プリ プレダシートを製造しそれらのプリプレダシートを積層して多軸補強プリプレダシート を製造する方法では、一方向補強プリプレダシートを製造するために複数回含浸ェ 程が必要となるが、本発明では、積層した後に含浸するため効率よく多軸補強プリプ レグシートを製造することができる。
[0030] また、積層シートを所要の大きさに切断し、所要の角度で、所要の枚数を成型型内 に積層することにより、従来の一方向補強シートを順に積層する場合に比べそうした 手間が省ける。特に、薄層シートであれば、積層回数が増え、またシートを構成する 繊維がばらけ易いが、本発明で使用する積層シートであれば、繊維がばらけることな ぐ積層回数を削減して、成型型内に積層する作業を効率化できる。
[0031] さらに、本発明で使用する積層シートは、ステッチ止めされた多軸補強シートと比べ 、繊維が予め均一に分散されているため、樹脂含浸において、樹脂の多い部分 (樹 脂リッチ部分）ができにくい。特に、薄層シート部分において、繊維が均一に分散して いることは重要であり、ステッチなどの存在により、繊維がまとめられている部分と樹 脂の多い部分が生じると、そうした不均一による応力集中が生じて剥離等の問題が 発生する可能性が高まる。
[0032] また、積層シートを加熱又は加熱加圧することで、各補強繊維シートを熱可塑性樹 脂材料により互いに熱融着させて一体化することで、各補強繊維シートの目止め効 果が向上し、積層シートをハンドリングする際にも各補強繊維シートがばらけずに极 いやすくなる。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実 施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々 の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨 明記されてレ、ない限り、これらの形態に限定されるものではなレ、。
[0034] 図 1は、本発明に係る実施形態に関する多軸補強積層成型品 Fの断面の一部を拡 大して示す模式図である。多軸補強積層成型品 Fは、補強繊維シートを備えた繊維 補強層を複数積層して構成されており、各繊維補強層の補強繊維シートの補強繊維 力 ¾ (nは 2以上）軸方向に配列するように積層されている。図 1では、補強繊維シート を備えた繊維補強層 SR1〜SR3が積層された部分を拡大して示しており、各繊維補 強層の補強繊維シートの補強繊維が異なる軸方向に配列するように積層されている
〇
[0035] 各繊維補強層の間には樹脂層 TP1及び TP2が形成されている。樹脂層 TP1及び TP2は、熱可塑性樹脂材料がほぼ均一に分布して互いに熱融着しており、さらに、 分布した熱可塑性樹脂材料が隣接する繊維補強層に熱融着により接着した状態と なっている。なお、熱可塑性樹脂材料は加熱または加熱加圧の工程により、その形 状が扁平に押し広げられた薄層状態になって、樹脂層に存在する。また、熱可塑性 樹脂材料の間には、多数の微小な隙間が形成されて熱硬化性樹脂材料が容易に含 浸できるようになつている。そして、図示されていないが、各繊維補強層及び各樹脂 層全体に熱硬化性樹脂材料が満遍なく行き渡つている。
[0036] 繊維補強層 SR；!〜 SR3の補強繊維シートは、複数本の補強繊維を面状にほぼ均 一に引き揃えて構成されている。補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミツ ク繊維、ポリオキシメチレン繊維、ァロマティック 'ポリアミド繊維等の FRPに用いられ る高強度 ·高弾性率の無機繊維や有機繊維などが挙げられ、これらの繊維を複数組 み合せてもよぐまた繊度については特に限定されない。また、特許文献 3に記載さ れているような公知技術により幅広で薄い補強繊維シートに成形されるようになる。
[0037] また、補強繊維シートの厚さは、 80 m以下となるように成形することが好ましぐ非 特許文献 1に記載されているように、補強繊維シートの厚さが薄くなることで、層間剥 離の発生を抑えることができる。繊維径 7 mの炭素繊維を使用し繊維体積含有率 6 0%の繊維補強層を考えた場合、 目付け 80g/m2の繊維量で平均厚み約 80 ,1 mの 薄層の繊維補強層を得ることができる。
[0038] なお、厚さの測定については、 JIS R3420— 1989「ガラス繊維一般試験方法」を 参考に、最小目盛 1 μ mの数字表示式マイクロメータを使用し、測定面が試料面に平 行に軽く接触した状態でラチェットが 3回音を立てた時の目盛値を厚さとした。 [0039] 樹脂層に分布して!/、る熱可塑性樹脂材料は、補強繊維シートを熱融着して補強繊 維がばらけないように一体化するもので、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ アミド系樹脂等の種々の熱可塑性樹脂が使用されるが、特に融点の低い熱可塑性 樹脂材料が好ましぐ例えば、吸水性の低いポリアミド 12等が好ましい。熱可塑性樹 脂材料の大きさは、長繊維を確実に止着し、かつ均一に薄い状態で分散することが できる大きさ力 S望ましく、粒子状の場合には平均粒径が 80 m以下、好ましくは 5〜 40 a m程度に設定するとよい。粒子状の熱可塑性樹脂材料の代わりに繊維状の熱 可塑性樹脂材料を用いることもでき、その場合には平均断面径が 80 m以下短繊 維又は長繊維を用いるとよレ、。
[0040] なお、樹脂層は、熱可塑性樹脂材料が加熱または加熱加圧され、その形状が扁平 に押し広げられた薄層状態になることで形成される。そして、熱可塑性樹脂材料の間 には隙間が形成されて熱硬化性樹脂材料が含浸できるようになつている。熱硬化性 樹脂材料を容易に、かつボイドなく品質の良い状態で含浸させ、熱可塑性樹脂材料 に応力集中が生じないようにするためには、熱可塑性樹脂材料の間に形成される隙 間は小さくするとともにできるだけ均一な隙間に形成することが重要となる。そのため には、熱可塑性樹脂材料の大きさを小さくするとともにできるだけ均一に分散させるこ とが必要であり、こうしたことから熱可塑性樹脂材料として繊維状のものより粒子状の ものが好ましぐ粒径の細かい粒子状の熱可塑性樹脂材料を均一に分散させること 力 Sさらに望ましい。
[0041] また、熱可塑性樹脂材料を有機溶媒などで溶力、した溶液状のものを用いてもよ!/、。
溶液状の熱可塑性樹脂材料を補強繊維シートに均一に塗布した後、加熱またはカロ 熱加圧により溶媒を揮発させ、熱可塑性樹脂材料を補強繊維に止着させてもよ!/、。 なお、溶液状の熱可塑性樹脂は有機溶媒の揮発という工程がふくまれるため、人体 への影響が懸念される。従って、有機溶媒を使用しない、粉体状または繊維状の熱 可塑性樹脂材料を用いる工程の方が、人体への影響も少なくなる。
[0042] また、樹脂層内に分布する熱可塑性樹脂材料の量は、各補強繊維シートの熱融着 を行うとともに熱硬化性樹脂材料の含浸の妨げとならない量に設定することが必要で 、積層する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さレ、補強繊維 シートの重量に対して 10%以下の量となるように設定するのがよぐ好ましくは 3〜8 %である。
[0043] 熱硬化性樹脂材料としては、熱又は光や電子線等のエネルギーにより硬化する樹 脂が好ましぐ例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビュルエステル樹脂 、フエノール樹脂が挙げられる。特に、エポキシ樹脂が好ましく用いられ、一般に硬化 剤や硬化触媒と組み合せて用いられる。
[0044] 樹脂層には、熱硬化性樹脂材料中に体積比 30%〜70%の熱可塑性樹脂材料が 含まれて!/、ることが好ましレ、。体積比が 30%未満では熱可塑性樹脂材料が補強繊 維シート全体に熱融着するのに十分ではなぐ補強繊維シートがばらけやすくなる。 また、体積比が 70%を超えると、含浸する熱硬化性樹脂材料の量が少なくなり、プリ プレダシートを固化した場合に、層間での応力集中などにより機械的強度低下を生じ やすくなる。
[0045] 樹脂層の厚さは、片面側又は両面側の繊維補強層の平均厚み tに対して平均厚み 0. 3 X t以下に設定するとよい。図 1の例では、例えば、樹脂層 TP1の平均厚み dlと すると、両面側の繊維補強層 SR1及び SR2のそれぞれの平均厚み tl及び t2である から、
dl = 0. 3 X tl、又は、 0. 3 X t2、又は、 0. 3 X (tl +t2) /2
に設定すればよい。平均厚さが繊維補強層の平均厚みの 0. 3倍を超えると、樹脂層 が厚くなつて層間剥離が発生しやすくなるため、 0. 3倍以下に設定することが好まし い。また、各繊維補強層は隣接する繊維補強層からの拘束により曲げ強度及び圧縮 強度などの種々の機械的特性が向上することもあるため、樹脂層の厚みは薄層であ るほどよぐ 0. 2倍以下に設定することがさらに好ましい。
[0046] 繊維補強層中には図 2に示すような局所的な樹脂リッチ部 PRが存在する場合があ る。しかし、その大きさは小さいため、応力集中などによる機械的強度低下の原因と なることはない。局所的な樹脂リッチ部などの存在により厚みが一定になりにくい箇所 も存在するが、厚みは、図 2に示すように層としての平均厚みを用いればよい。
[0047] 多軸補強積層成型品 Pの成型に用いる多軸補強プリプレダシート全体の平均厚み は、 300 in以下とすることが好ましい。平均厚みを 300 in以下に設定しておけば 、プリプレダシート製造時に、内部まで熱硬化性樹脂材料が確実に含浸されてボイド (空隙）部分の発生しない良好な品質のシートとなる。一方、平均厚みが SOO ^ mを 超えると、ドレープ性が低下したシートとなり、プリプレダシートを積層成形する際に加 ェが難しくなる。
[0048] 図 3及び図 4は、多軸補強積層成型品の製造工程における樹脂付着工程に関する 説明図であり、図 3は、補強繊維シートの片面に熱可塑性樹脂材料をほぼ均一に分 散させて熱融着させる樹脂付着工程を示す説明図である。
[0049] 補強繊維シートは、例えば、特許文献 3に記載されて!/、るような公知技術によって 開繊されてシート供給ローラ 1に巻き付けられており、シート供給ローラ 1から順次繰 出されるようになつている。補強繊維シートの目付けは 80g/m2に設定されている。 繰出された補強繊維シートの上方に、粉末状、繊維状又は溶液状の熱可塑性樹脂 材料が収容された散布器 T1が配置されており、散布器 T1の散布ロカ 補強繊維シ ートの上面に全幅にわたって熱可塑性樹脂材料がほぼ均一に散布される。散布する 量は、積層する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さい補強 繊維シートの重量に対して 5%以下の量に設定しておく。
[0050] 繰出される補強繊維シートの上方には、離型フィルム R1が巻き付けられたフィルム 供給ローラ 3が配置されており、散布された熱可塑性樹脂材料の上面にフィルム供給 ローラ 3から繰出された離型フィルム R1が搬送される。離型フィルム R1は、補強繊維 シートに重ね合わされてヒートローラ 2a及びプレスローラ 2bの間に搬入されて密着し た状態で巻取りローラ 7に巻き取られる。補強繊維シート上に散布された熱可塑性樹 脂材料は、ヒートローラ 2aの加熱処理により補強繊維シートに熱融着されて補強繊 維ばらけ、各繊維の蛇行を防止する。
[0051] 図 4は、補強繊維シートの両面に熱可塑性樹脂材料をほぼ均一に分散させて熱融 着させる樹脂付着工程を示す説明図である。供給ローラ 1から繰出された補強繊維 シートの上方に、粉末状、繊維状又は溶液状の熱可塑性樹脂材料が収容された散 布器 T2が配置されており、散布器 T1の散布口から補強繊維シートの上面に全幅に わたって熱可塑性樹脂材料がほぼ均一に散布される。散布する量は、積層する際に 隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さい補強繊維シートの重量に 対して 5%以下の量に設定しておく。
[0052] 繰出される補強繊維シートの上方には、離型フィルム R2が巻き付けられたフィルム 供給ローラ 4が配置されており、散布された熱可塑性樹脂材料の上面にフィルム供給 ローラ 4から繰出された離型フィルム R2が搬送される。また、繰出される補強繊維シ ートの下方には、離型フィルム R3が巻き付けられたフィルム供給ローラ 5が配置され ており、フィルム供給ローラ 5から繰出された離型フィルム R3の上面には、粉末状、 繊維状又は溶液状の熱可塑性樹脂材料が収容された散布器 T3から離型フィルム R 3の上面に全幅にわたって熱可塑性樹脂材料がほぼ均一に散布される。散布する量 は、積層する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さい補強繊 維シートの重量に対して 5%以下の量に設定しておく。
[0053] そして、離型フィルム R2は、補強繊維シート上面に重ね合わされ、離型フィルム R3 は、補強繊維シートの下面に重ね合わされてヒートローラ 6a及びプレスローラ 6bの間 に搬入されて密着した状態で巻取りローラ 8に巻き取られる。補強繊維シート上に散 布された熱可塑性樹脂材料は、ヒートローラ 6aの加熱処理により補強繊維シートの 上面に熱融着される。同様に、離型フィルム R3上に散布された熱可塑性樹脂材料 は、補強繊維シートの下面に熱融着される。こうして補強繊維シートの両面に熱融着 された熱可塑性樹脂材料は、補強繊維シートの補強繊維のばらけ、各繊維の蛇行を 防止する。
[0054] 図 5は、多軸補強積層成型品の製造工程における積層工程及び含浸工程に関す る説明図である。図 3で説明した片面のみ樹脂付着された補強繊維シート S 1がシー ト供給ローラ 10から順次繰出されるようになつている。繰出された補強繊維シート S1 は、上面に密着している離型フィルム R1がフィードローラ 11から上方に分離されて 搬送されてフィルム巻取りローラ 12に巻き取られる。
[0055] 上面に樹脂が付着した補強繊維シート S 1には、その幅に合せて所定長さに切断さ れた補強繊維シート S2が上方から順次重ね合わされていく。補強繊維シート S2は、 図 3で説明した両面に樹脂付着した補強繊維シートであり、図示せぬシート供給ロー ラから繰出された後両面の離型フィルム R2及び R3を分離して所定の長さに切断し たものである。補強繊維シート S2は、補強繊維シート S1に重ね合わされた状態で互 いの補強繊維の引き揃えた方向が異なるように設定されている。そして、切断された 補強繊維シート S2は、前に配置したシートと突き合わせるか重なるように順次配置さ れていく。
[0056] 配置された補強繊維シート S2の上面には、その幅に合せて所定長さに切断された 補強繊維シート S3が上方から順次重ね合わされていく。補強繊維シート S3は、図 3 で説明した下面のみ樹脂付着した補強繊維シートであり、図示せぬシート供給ローラ 力、ら繰出された後片面の離型フィルム R1を分離して所定の長さに切断したものであ る。補強繊維シート S3は、補強繊維シート S 1及び S2に重ね合わされた状態で互い の補強繊維の引き揃えた方向がいずれも異なるように設定されている。例えば、補強 繊維シート S 2の弓 |き揃えた方向を開繊シート S 1とは + 45度の角度ずらせた場合に は、補強繊維シート S 3の弓 Iき揃えた方向を補強繊維シート S 1とは— 45度の角度ず らせるようにすればよい。そして、切断された補強繊維シート S3は、前に配置したシ ートと突き合わせるか重なるように順次配置されていく。
[0057] こうして 3枚の補強繊維シート S1〜S3を積層した状態でヒートローラ 13a及びプレ スローラ 13bの間に搬入し、加熱及び加圧処理することで、ヒートローラ 13aの加熱に より各補強繊維シートの間に付着した熱可塑性樹脂材料が溶融して層を形成する。 こうして 3枚の補強繊維シート S1〜S3を熱可塑性樹脂材料の熱融着により一体化し 連続した積層シート体 Lが作成される。この場合、各補強繊維シートの間に形成され た層状の熱可塑性樹脂材料は、上述した樹脂付着工程でそれぞれ単位面積当り 5 %以下の量が付着しているので、一体化することで単位面積当り 10%以下の量に設 定される。なお、この例では、樹脂付着工程でそれぞれの補強繊維シートに半分ず つ熱可塑性樹脂材料を付着させるようにしている力 S、それぞれの補強繊維シートにど れだけの割合で付着させるかは適宜設定すればよぐ限定されない。要は、最終的 に単位面積当り 10%以下の量となるように設定すればよい。
[0058] 次に、熱硬化性樹脂材料の含浸工程を説明する。積層シート体 Lは、上面に離型 フィルム Rが密着するとともに下面に接着フィルム T4が密着した状態で 3対のヒート口 ーラ 17a及びプレスローラ 17bの間を通過するように搬送される。
[0059] 離型フィルム Rは、フィルム供給ローラ 15aに巻き付けられており、接着フィルム T4 は、フィルム供給ローラ 14aに巻き付けられている。そして、それぞれフィルム供給口 ーラ 14a及び 15aから繰出されて積層シート体 Lとともにフィードローラ 16a及び 16b の間に導入されて上下面に密着した状態となる。そして、 3対のヒートローラ 17a及び プレスローラ 17bの間を通過した後フィードローラ 18a及び 18bから搬出されると、離 型フィルム Rは、積層シート体 Lの上面から分離してフィルム巻取りローラ 15bに巻き 取られ、接着フィルム T4は、積層シート体 Lの下面から分離してフィルム巻取りローラ 14bに巻き取られる。
[0060] 接着フィルム T4は、離型フィルムの片面全体に熱硬化性樹脂材料がほぼ均一な 厚さで担持されており、熱硬化性樹脂材料が担持された面を積層シート体 Lに密着 した状態でヒートローラ 17a及びプレスローラ 17bの間を通過するようになっている。し たがって、積層シート体 Lの下面全体に熱硬化性樹脂材料が密着した状態で加熱及 び加圧が行われて、加熱により粘度の低下した熱硬化性樹脂材料が加圧により積層 シート体 Lの厚さ方向に圧入されるようになる。圧入された熱硬化性樹脂材料は、積 層シート体 L内を上面に向かって含浸していくが、上面は離型フィルム Rにより被覆さ れているため上面から漏れ出すことはない。こうして、熱硬化性樹脂材料は積層シー ト体 Lの内部を含浸していき、全体に満遍なく行き渡るようになる。その際に、各開繊 シートの間に形成された熱可塑性樹脂材料による樹脂層には、熱融着材の間に多 数の隙間が形成されて!/、るため、スムーズに熱硬化性樹脂材料が通過して含浸する ようになる力 熱可塑性樹脂材料自体は補強繊維シートに熱融着されているため流 動することはない。
[0061] したがって、各補強繊維シートの間に熱可塑性樹脂材料をほぼ均一に分布した状 態で積層シート体 L内に熱硬化性樹脂材料を満遍なく行き渡らせたプリプレダ Pが製 造される。
[0062] こうして製造されたプリプレダ Pは、上下面から離型フィルム R及び接着フィルム T4 が分離された後、シート巻取りローラ 20に巻き取られていく。その際に、フィルム供給 ローラ 19に巻き付けられた離型フィルムを下面に密着させて巻き込んでいくことで、 巻取り状態でプリプレダ Pが接着されてしまうことを防止する。
[0063] 含浸工程にお!/、て、積層シートの少なくとも一方の面側に対して熱硬化性樹脂材 料を担持した離型フィルムを密着させて加圧しながら加熱することで、熱硬化性樹脂 材料を含浸させる工程が一度で済むため、離型フィルムの使用量や使用長さを節減 できる。そして、離型フィルムに所要量の熱硬化性樹脂材料を厚く形成して用いれば 、使用する離型フィルムの生産コストを従来より節減でき、製造コスト負担を小さくする こと力 Sでさる。
[0064] 図 6は、多軸補強積層成型品の製造工程における成型工程に関する説明図である 。含浸工程で製造されたプリプレダ Pを所要の大きさに切断し（図 6 (a) )、切断したプ リプレダ P1〜P3を、適宜配置する角度をずらせて積層した後、オートクレープ装置 3 0内に設置した型 31にセットする。そして、型 31にセットしたプリプレダを加熱及びカロ 圧することにより熱硬化性樹脂材料を硬化させて成型する。
[0065] 以上説明した製造方法では、積層工程において補強繊維シート S 1に切断した補 強繊維シート S2及び S3を積層するようにしている力 例えば特開 2003— 221771 号公報に記載されているように、補強繊維シートを巻付け折り返して複数層に積層す るようにしてもよい。この場合にも折り返す補強繊維シートの間に熱可塑性樹脂材料 を散布しながら巻き付けて!/、くようにすればよ!/、。
[0066] 次に、多軸補強積層成型品に関する別の製造工程を説明する。上述の製造工程 では、熱硬化性樹脂材料を含浸させたプリプレダを積層して成型するようにしてレ、る 力 s、積層シートを切断して積層した後熱硬化性樹脂材料を含浸させて成型するよう にしてもよい。
[0067] この製造工程では、樹脂付着工程及び積層工程は、上述の製造工程と同一である ので、説明は省略する。図 7は、この製造工程における成型工程に関する説明図で ある。図 4に示す積層工程で作成された積層シート体 Lは、一旦巻取られて成型工程 に持ち込まれる。成型工程では、巻き取られた積層シート体 Lを繰出して所要の大き さに切断し（図 7 (a) )、切断した積層シート体 L1〜L3を、適宜配置する角度をずら せて積層した後、下型 41内に離型フィルム Rを敷いて載置する。そして、上方から離 型フィルム R及び上型 40で覆うようにして積層シート体 L1〜L3を型内にセットする（ 図 7亂
[0068] セットされた型全体を真空バック 42で密封し、加熱装置 43にセットする（図 7 (c) )。 真空バック 42には、空気吸引口 42a及び樹脂注入口 42bが設けられており、所定温 度で加熱しながら樹脂注入口 42bより熱硬化性樹脂材料を注入する。注入された熱 硬化性樹脂材料は、加熱により流動性が高まり、真空バック 42内をスムーズに流通し ていく。そして、空気吸引口 42aから空気を吸引しながら注入することで、熱硬化性 樹脂材料が積層シート体 LI〜L3内に満遍なく含浸されるようになる。
[0069] 真空バック 42内が熱硬化性樹脂材料で充填された後加熱装置 43の加熱温度を上 昇させることで熱硬化性樹脂材料を硬化させて成型する。
実施例
[0070] [実施例 1]
以下の材料を用いて多軸補強プリプレダシートを製造した。
<使用材料〉
(補強繊維に使用した繊維）
東レ株式会社製； T800SC_24K、繊維直径約 5. 5 m、繊維本数 24000本
(熱硬化性樹脂材料に使用した樹脂材料）
Bryte Technologies, Inc.，製； BT250E_1、エポキシ樹脂
(熱可塑性樹脂材料に使用した樹脂材料）
東レ株式会社製； SP_500、ナイロン 12パウダー、平均粒径 5〃 m
<製造工程〉
(1)補強繊維束 T800SC-24Kを空気開繊法（特許第 3049225号公報参照）にて幅 24 mmに開繊し、開繊糸としてリールに巻く。
(2)開繊糸を巻いたリールを幅方向に 13本並べ、特開 2005— 029912号公報記載 の方法及び装置にて隙間のな!/、補強繊維シートを得る。得られた補強繊維シートは
、幅 310mm、繊維目付け約 43g/m2であった。
(3)得られた補強繊維シートに、熱可塑性樹脂材料 SP-500を平均重量比約 8%にて 補強繊維シートの片面に均一分散させ、その後 250°Cに加熱したヒートロールに通 すことで、熱可塑性樹脂粉体を付着、繊維がばらけないように目止めした樹脂付着 補強繊維シートを得た。
(4)得られた複数枚の樹脂付着補強繊維シートを樹脂付着面を上側にして、その補 強繊維の引き揃えた方向の角度を、 90度、—45度、 0度そして 45度の順に積層し、 その後、連続プレス装置（特開 2003— 181832号公報参照）にて 250°C、約 0· 5M Paの加工条件で連続した積層シートを得た。
(5)得られた積層シートの両面から熱硬化性樹脂材料 BT250E-1を、上記連続プレス 装置にて 90°C、約 IMPaの加工条件で連続含浸させ、幅約 310mm、平均厚み約 1 77 m、繊維体積含有率約 54%の多軸補強プリプレダシートを得た。
<積層成形板の製造及び評価〉
(1)得られた多軸補強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、 6枚重ね合わせて 積層した後、オートクレープ装置 (株式会社芦田製作所製）にて、 125°C、 2時間加 熱処理して熱硬化性樹脂材料を硬化させて、 [45/0/— 45/90] 3Sとなる、幅 32 Omm X長さ 320mm X厚み 1 · 06mmの積層成形板を得た。
(2)得られた積層成形板を垂直に切断した断面を観察した。図 8は、その断面を拡大 して撮影した写真である。繊維補強層の平均厚み約 39 樹脂層の平均厚み約 5 a mであったことから、樹脂層の平均厚みは、繊維補強層の 39分の 5であり、繊維補 強層の平均厚みの約 0. 128であった。また、熱可塑性樹脂材料が樹脂層に全て存 在するとして計算すると、樹脂層に占める熱可塑性樹脂材料の割合は約 68%であつ た。
(3)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、弓 |張 り試験を行った。引張り試験には、材料万能試験機 AUTOGRAPH (ロードセル 10トン
；島津製作所製）を用い、ひずみはゲージ長さ 100mmの MTS製軸伸び計を用いて 計測した。引張り試験において、試験片に AEセンサを上下 2個取り付け，破損により 発生する AEを計測することで初期破損応力及び層間剥離を測定した。 AEセンサは 、共振周波数 1500kHzのセンサ（日本フィジカルアコースティック社製）を用いた。 A Eセンサから検出された AE信号は、プリアンプ（20dBに設定）及びバンドパスフィル タ（100kHz〜300kHz)で処理した。しきい値は 45dBに設定した。そして、大振幅 の AEが測定されて大きなエネルギー解放が検出された時点を層間剥離が発生した 時点とした。以上の引張り試験の結果、破断応力が約 1080MPa、破断ひずみが約 1. 95%、初期弾性率が約 52GPaであった。そして、層間剥離は、最終破断が生じ るわずか前、応力約 1050MPa、ひずみ約 1 · 92%の時点で発生した。
[0072] [実施例 2]
以下の材料を用いて多軸補強プリプレダシートを製造した。
<使用材料〉
(補強繊維に使用した繊維）
東レ株式会社製； T800SC_24K、繊維直径約 5. 5 m、繊維本数 24000本
(熱硬化性樹脂材料に使用した樹脂材料）
Bryte Technologies, Inc.，製； BT250E_1、エポキシ樹脂
(熱可塑性樹脂材料に使用した樹脂材料）
東レ株式会社製； SP_500、ナイロン 12パウダー、平均粒径 5〃 m
<製造工程〉
(1)補強繊維束 T800SC-24Kを空気開繊法（特許第 3049225号公報参照）にて幅 24 mmに開繊し、開繊糸としてリールに巻く。
(2)開繊糸を巻いたリールを幅方向に 13本並べ、特開 2005— 029912号公報記載 の方法及び装置にて隙間のな!/、補強繊維シートを得る。得られた補強繊維シートは
、幅 310mm、繊維目付け約 43g/m2であった。
(3)得られた補強繊維シートに、熱可塑性樹脂材料 SP-500を平均重量比約 3%にて 補強繊維シートの片面に均一分散させ、その後 250°Cに加熱したヒートロールに通 すことで、熱可塑性樹脂粉体を付着、繊維がばらけないように目止めした樹脂付着 補強繊維シートを得た。
(4)得られた複数枚の樹脂付着補強繊維シートを樹脂付着面を上側にして、その補 強繊維の引き揃えた方向の角度を、 90度、—45度、 0度そして 45度の順に積層し、 その後、連続プレス装置（特開 2003— 181832号公報参照）にて 250°C、約 0· 5M Paの加工条件で連続した積層シートを得た。
(5)得られた積層シートの両面から熱硬化性樹脂材料 BT250E-1を、上記連続プレス 装置にて 90°C、約 IMPaの加工条件で連続含浸させ、幅約 310mm、平均厚み約 1 70 m、繊維体積含有率約 57%の多軸補強プリプレダシートを得た。
[0073] <積層成形板の製造及び評価〉 (1)得られた多軸補強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、 6枚重ね合わせて 積層した後、オートクレープ装置 (株式会社芦田製作所製）にて、 125°C、 2時間加 熱処理して熱硬化性樹脂材料を硬化させて、 [45/0/— 45/90] 3Sとなる、幅 32 Omm X長さ 320mm X厚み 1 · 06mmの積層成形板を得た。
(2)得られた積層成形板を垂直に切断した断面を観察した。繊維補強層の平均厚み 約 39 m、樹脂層の平均厚み約 4 μ mであったことから、樹脂層の平均厚みは、繊 維補強層の 39分の 4であり、繊維補強層の平均厚みの約 0. 102であった。また、熱 可塑性樹脂材料が樹脂層に全て存在するとして計算すると、樹脂層に占める熱可塑 性樹脂材料の割合は約 31 %であった。
(3)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、実施 例 1と同様の引張り試験を行った。引張り試験の結果、破断応力が約 1040MPa、破 断ひずみが約 1. 91 %、初期弾性率が約 53GPaであった。そして、層間剥離は、最 終破断が生じるわずか前、応力約 995MPa、ひずみ約 1 · 87%の時点で発生した。
[実施例 3]
以下の材料を用いて多軸補強プリプレダシートを製造した。
<使用材料〉
(補強繊維に使用した繊維）
東邦テナックス株式会社製； ΗΤΑ-12Κ、直径約 7 01、繊維本数 12000本
(熱硬化性樹脂材料に使用した樹脂材料）
Bryte Technologies, Inc.，製； BT250E_1、エポキシ樹脂
(熱可塑性樹脂材料に使用した樹脂材料）
東レ株式会社製;ホットメルト用共重合ポリアミド樹脂パウダー、 CM842P48,平均粒 径 80 m、低融点（115°C)樹脂
<製造工程〉
(1)補強繊維束 TA-12Kを空気開繊法（特許第 3049225号公報参照）にて幅 20mm に開繊し、開繊糸としてリールに巻く。
(2)開繊糸を巻いたリールを幅方向に 16本並べ、特開 2005— 029912号公報記載 の方法及び装置にて隙間のな!/、補強繊維シートを得る。得られた補強繊維シートは 、幅 320mm、繊維目付け約 42g/m2であった。
(3)得られた補強繊維シートに、熱可塑性樹脂材料 CM842P48を平均重量比約 5% にて補強繊維シートの片面に均一分散させ、その後 120°Cに加熱したヒートロール に通すことで、熱可塑性樹脂粉体を付着、繊維がばらけないように目止めした樹脂 付着補強繊維シートを得た。
(4)得られた複数枚の樹脂付着補強繊維シートを樹脂付着面を上側にして、その補 強繊維の引き揃えた方向の角度を、 90度、—45度、 0度そして 45度の順に積層し、 その後、連続プレス装置（特開 2003— 181832号公報参照）にて 120°C、約 0· 5M Paの加工条件で連続した積層シートを得た。
(5)得られた積層シートの両面から熱硬化性樹脂材料 BT250E-1を、上記連続プレス 装置にて 90°C、約 IMPaの加工条件で連続含浸させ、幅約 320mm、平均厚み約 1 68 m、繊維体積含有率約 56%の多軸補強プリプレダシートを得た。
[0075] <積層成形板の製造及び評価〉
(1)得られた多軸補強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、 6枚重ね合わせて 積層した後、オートクレープ装置 (株式会社芦田製作所製）にて、 125°C、 2時間加 熱処理して熱硬化性樹脂材料を硬化させて、 [45/0/— 45/90] 3Sとなる、幅 32 0mm X長さ 320mm X厚み 1 · 08mmの積層成形板を得た。
(2)得られた積層成形板を垂直に切断した断面を観察した。繊維補強層の平均厚み 約 39 m、樹脂層の平均厚み約 3 mであったことから、樹脂層の平均厚みは、繊 維補強層の 39分の 3であり、繊維補強層の平均厚みの約 0. 077であった。また、熱 可塑性樹脂材料が樹脂層に全て存在するとして計算すると、樹脂層に占める熱可塑 性樹脂材料の割合は約 62 %であった。
(3)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、実施 例 1と同様の引張り試験を行った。引張り試験の結果、破断応力が約 820MPa、破 断ひずみが約 1. 81 %、初期弾性率が約 45GPaであった。そして、層間剥離は、最 終破断が生じるわずか前、応力約 800MPa、ひずみ約 1 · 72%の時点で発生した。
[0076] [実施例 4]
以下の材料を用いて多軸補強積層成型品を製造した。 <使用材料〉
(補強繊維に使用した繊維）
三菱レイヨン株式会社製； TR50S— 15K、繊維直径約 7 μ m、繊維本数 15000本 (熱硬化性樹脂材料に使用した樹脂材料）
ビスフエノール A型エポキシ樹脂を用いた。
主剤はェピクロン 850 (大日本インキ化学工業株式会社製）、硬化剤は 2E4MZ (2ェチ ル 4メチルイミダゾール、四国化成株式会社製）を用いた。主剤 100部に対し、硬化剤 4部を投入し、常温で撹拌後、樹脂として使用した。
(熱可塑性樹脂材料に使用した樹脂材料）
東レ株式会社製； SP_500、ナイロン 12パウダー、平均粒径 5〃 m
<製造工程〉
(1)補強繊維束 TR50S— 15Kを空気開繊法（特許第 3049225号公報参照）にて幅 24 mmに開繊し、開繊糸としてリールに巻く。
(2)開繊糸を巻いたリールを幅方向に 13本並べ、特開 2005— 029912号公報記載 の方法及び装置にて隙間のな!/、補強繊維シートを得る。得られた補強繊維シートは
、幅 310mm、繊維目付け約 42g/m2であった。
(3)得られた補強繊維シートに、熱可塑性樹脂材料 SP-500を平均重量比約 10%に て補強繊維シートの片面に均一分散させ、その後 250°Cに加熱したヒートロールに 通すことで、熱可塑性樹脂粉体を付着、繊維がばらけないように目止めした樹脂付 着補強繊維シートを得た。
(4)得られた複数枚の樹脂付着補強繊維シートを樹脂付着面を上側にして、その補 強繊維の引き揃えた方向の角度を、 90度、—45度、 0度そして 45度の順に積層し、 その後、連続プレス装置（特開 2003— 181832号公報参照）にて 250°C、約 0· 5M Paの加工条件で連続した積層シートを得た。
<積層成形板の製造及び評価〉
(1)得られた積層シートを所要の大きさに切断し、 12枚重ね合わせて積層材とした 後、離型フィルムを敷いた平面下金型に当該積層材をセットし、離型フィルムと平面 上金型をのせて、全体を真空バックで覆った。真空バックの 2力所に穴をあけ、 1力所 は内部の空気を吸引する口、もう 1力所は樹脂を注入する口とした。
(2)真空バックで覆われた一式を約 50°Cに加熱されたホットプレート上に置き、平面 上下金型及び当該積層材を約 50°Cに保持した。これは、エポキシ樹脂の粘度を下 げ、樹脂の流れを良くするために行った。
(3)空気吸引口から真空ポンプで空気を吸引させながら、樹脂注入口からエポキシ 樹脂を注入し、空気吸引口からエポキシ樹脂があふれたところで、樹脂の注入を終 了した。その後、そのまままの状態で、ホットプレートの温度を 125°Cにして、約 2時間 放置し、エポキシ樹脂を硬化させた。そして、 [45/0/— 45/90] 3Sとなる、幅 32 Omm X長さ 320mm X厚み約 2. 15mm,繊維体積含有率約 54%の積層成形板を 得た。
(4)得られた積層成形板を垂直に切断した断面を観察した。繊維補強層の平均厚み 約 38 m、樹脂層の平均厚み約 7 mであったことから、樹脂層の平均厚みは、繊 維補強層の約 38分の 7であり、繊維補強層の平均厚みの約 0. 18であった。また、熱 可塑性樹脂材料が樹脂層に全て存在するとして計算すると、樹脂層に占める熱可塑 性樹脂材料の割合は約 59%であった。
(5)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、実施 例 1と同様の引張り試験を行った。引張り試験の結果、破断応力が約 890MPa、破 断ひずみが約 1. 74%、初期弾性率が 47GPaであった。そして、層間剥離は、最終 破断が生じるわずか前、応力約 825MPa、ひずみ約 1 · 64%の時点で発生した。
[実施例 5]
以下の材料を用いて多軸補強プリプレダシートを製造した。
<使用材料〉
(補強繊維に使用した繊維）
東レ株式会社製； T800SC_24K、繊維直径約 5. 5 m、繊維本数 24000本
(熱硬化性樹脂材料に使用した樹脂材料）
Bryte Technologies, Inc.，製； BT250E_1、エポキシ樹脂
(熱可塑性樹脂材料に使用した樹脂材料）
ナイロン 12短繊維 <製造工程〉
(1)補強繊維束 T800SC-24Kを空気開繊法（特許第 3049225号公報参照）にて幅 24 mmに開繊し、開繊糸としてリールに巻く。
(2)開繊糸を巻いたリールを幅方向に 13本並べ、特開 2005— 029912号公報記載 の方法及び装置にて隙間のな!/、補強繊維シートを得る。得られた補強繊維シートは
、幅 310mm、繊維目付け約 43g/m2であった。
(3)得られた補強繊維シートに、熱可塑性樹脂材料であるナイロン 12短繊維を補強 繊維シートの片面に平均目付け 4g/m2程度でほぼ均一に分散させ、その後 200°C に加熱したヒートロールに通すことで、ナイロン 12短繊維を付着、繊維がばらけない ように目止めした樹脂付着補強繊維シートを得た。
(4)得られた複数枚の樹脂付着補強繊維シートを樹脂付着面を上側にして、その補 強繊維の引き揃えた方向の角度を、 90度、—45度、 0度そして 45度の順に積層し、 その後、連続プレス装置（特開 2003— 181832号公報参照）にて 200°C、約 0· 5M Paの加工条件で連続した積層シートを得た。
(5)得られた積層シートの両面から熱硬化性樹脂材料 BT250E-1を、上記連続プレス 装置にて 90°C、約 IMPaの加工条件で連続含浸させ、幅約 310mm、平均厚み約 1 78 m、繊維体積含有率約 54%の多軸補強プリプレダシートを得た。
<積層成形板の製造及び評価〉
(1)得られた多軸補強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、 6枚重ね合わせて 積層した後、オートクレープ装置 (株式会社芦田製作所製）にて、 125°C、 2時間加 熱処理して熱硬化性樹脂材料を硬化させて、 [45/0/— 45/90] 3Sとなる、幅 32 Omm X長さ 320mm X厚み 1 · 07mmの積層成形板を得た。
(2)得られた積層成形板を垂直に切断した断面を観察した。繊維補強層の平均厚み 約 34 111、樹脂層の平均厚み約 10 mであったことから、樹脂層の平均厚みは、補 強層の 34分の 10であり、繊維補強層の平均厚みの約 0. 294であった。また、熱可 塑性樹脂材料が樹脂層に全て存在するとして計算すると、樹脂層に占める熱可塑性 樹脂材料の割合は約 39 %であった。
(3)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、実施 例 1と同様の引張り試験を行った。引張り試験の結果、破断応力が約 1002MPa、破 断ひずみが約 1. 83%、初期弾性率が約 52GPaであった。そして、層間剥離は、最 終破断が生じるわずか前、応力約 950MPa、ひずみ約 1 · 76%の時点で発生した。
[0080] [比較例 1]
以下の材料を用いて一方向補強プリプレダシートを製造した。
<使用材料〉
(補強繊維に使用した繊維）
東レ株式会社製； T800SC_24K、繊維直径約 5. 5 m、繊維本数 24000本
(熱硬化性樹脂材料に使用した樹脂材料）
Bryte Technologies, Inc.，製； BT250E_1、エポキシ樹脂
<製造工程〉
(1)補強繊維束 T800SC-24Kを空気開繊法（特許第 3049225号公報参照）にて幅 24 mmに開繊し、開繊糸としてリールに巻く。
(2)開繊糸を巻いたリールを幅方向に 13本並べ、特開 2005— 029912号公報記載 の方法及び装置にて隙間のな!/、補強繊維シートを得る。得られた補強繊維シートは
、幅 310mm、繊維目付け約 43g/m2であった。
(3)得られた補強繊維シートの片面から熱硬化性樹脂材料 BT250E-1を、上記連続 プレス装置にて 90°C、約 IMPaの加工条件で連続含浸させ、幅約 310mm、平均厚 み約 41 ,i m、繊維体積含有率約 58%の一方向補強プリプレダシートを得た。
[0081] <積層成形板の製造及び評価〉
(1)得られた一方向補強プリプレダシートを 48枚重ね合わせて積層した後、オートク レーブ装置 (株式会社芦田製作所製）にて、 125°C、 2時間加熱処理して熱硬化性 樹脂材料を硬化させて、 [45/0/— 45/90] 6Sとなる、幅 320mm X長さ 320mm X厚み 1. 99mmの積層成形板を得た。
(2)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、実施 例 1と同様の引張り試験を行った。引張り試験の結果、破断応力が約 1014MPa、破 断ひずみが約 1. 85%、初期弾性率が約 53GPaであった。そして、層間剥離は、最 終破断が生じるわずか前、応力約 990MPa、ひずみ約 1 · 81 %の時点で発生した。 [0082] [比較例 2]
<使用材料〉
比較例 1と同様の材料を用レ、た。
<製造工程〉
比較例 1と同様の製造工程により一方向補強プリプレブレグシートを製造した。 <積層成形板の製造及び評価〉
(1)得られた一方向補強プリプレダシートを同方向に 3枚積層した、つまり厚みが薄 層の一方向補強プリプレダシートが 3倍になる一方向補強プリプレダシートを 16組重 ね合わせて積層した後、オートクレープ装置 (株式会社芦田製作所製）にて、 125°C 、 2時間加熱処理して熱硬化性樹脂材料を硬化させて、 [45/0/— 45/90] 6Sと なる、幅 320mm X長さ 320mm X厚み 1. 99mmの積層成形板を得た。
(2)積層成形板から幅 20mm X長さ 250mmの短冊形状の試験片を取り出し、実施 例 1と同様の引張り試験を行った。引張り試験の結果、破断応力が約 890MPa、破 断ひずみが約 1. 78%、初期弾性率が約 52GPaであった。そして、層間剥離は、比 較例 1よりは早い段階の、応力約 780MPa、ひずみ約 1. 48%の時点で発生した。
[0083] 以上の実施例及び比較例の結果から以下のことがわかる。
( 1 )繊維補強層の厚みが約 120 11 mの積層成形板の場合、弓 I張り試験中に層間剥 離を生じる。これに対し、繊維補強層約 4(^ 111の薄層繊維補強層を有する積層成形 板は層間剥離が最終破断強度にほぼ至るまで発生しないことがわかる。この結果は
、非特許文献 1の結果と同じである。
(2)実施例 1から 5では、積層成形板の層間剥離強度が薄層の繊維補強層を有した 積層成形板と同様の結果となっている。つまり、本発明によれば、良好な品質を維持 した、製造コスト優れた多軸補強積層成型品を得ることが期待できる。
図面の簡単な説明
[0084] [図 1]本発明に係る実施形態に関する多軸補強積層成型品の断面を示す模式図で ある。
[図 2]繊維補強層の断面を示す模式図である。
[図 3]本発明に係る製造方法の樹脂付着工程に関する説明図である。 園 4]本発明に係る製造方法の別の樹脂付着工程に関する説明図である。
園 5]本発明に係る製造方法の積層工程及び含浸工程に関する説明図である。 園 6]多軸補強積層成型品の製造工程における成型工程に関する説明図である。 園 7]別の製造工程における成型工程に関する説明図である。
園 8]積層成形板の断面を撮影した写真である。
符号の説明
F 成型品
L 積層シート体
P プリプレダ
R 離型フィルム
S 補強繊維シート
T1 散布器
T2 散布器
T3 散布器
T4 接着フィルム
1 シート供給ローラ
2a ヒートローラ
2b プレスローラ
3 フィルム供給ローラ
4 フィルム供給ローラ
5 フィルム供給ローラ
6a ヒートローラ
6b プレスローラ
7 巻取りローラ
8 巻取りローラ
10 シート供給ローラ
11 フィードローラ
12 フィルム巻取り口一 T JP2007/066034 a ヒー -トローラ
b プ tノスローラ
a フィルム供給ローラ
b フィルム卷取りローラ
a フィルム供給ローラ
b フィルム卷取りローラ
a フィードローラ
b フィードローラ
a ヒートローラ
b プレスローラ
a フィ' —ドローラ
b フィ —ドローラ
フイノ 'レム供給ローラ
シー 'ト巻取りローラ

Claims

請求の範囲
[1] 補強繊維力 (nは 2以上）軸方向に配列するように積層された複数の繊維補強層 を備えるとともに熱硬化性樹脂材料が全体に含浸されて硬化した多軸補強積層成型 品であって、繊維補強層のうち少なくとも一層は平均厚みが 80 in以下であり、各繊 維補強層間には、片面側又は両面側の繊維補強層の平均厚み tに対して平均厚み 0. 3 X t以下の樹脂層が形成されており、各樹脂層には、熱硬化性樹脂材料中に体 積比 30〜70%の熱可塑性樹脂材料がほぼ均一に分布して少なくとも一部が繊維補 強層に接着して!/、ることを特徴とする多軸補強積層成型品。
[2] 前記樹脂層は、片面側又は両面側の繊維補強層の平均厚み tに対して平均厚み 0 . 2 X t以下であることを特徴とする請求項 1に記載の多軸補強積層成型品。
[3] 前記熱可塑性樹脂材料が粒子状又は繊維状であることを特徴とする請求項 1又は
2に記載の多軸補強積層成型品。
[4] 前記繊維補強層は、すべて平均厚み 80 11 m以下であることを特徴とする請求項 1 力、ら 3のいずれかに記載の多軸補強積層成型品。
[5] 複数本の連続した補強繊維をほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付 け 80g/m2以下である複数枚の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面 又は両面に、積層する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さ い補強繊維シートの重量に対して 10%以下の量となるように熱可塑性樹脂材料をほ ぼ均一に分散させた後、当該熱可塑性樹脂材料を加熱又は加熱加圧することにより 当該補強繊維シートに付着させて樹脂付着補強繊維シートを形成する樹脂付着工 程と、
複数枚の樹脂付着補強繊維シートを、それぞれの補強繊維の引き揃えた方向が多 方向となり、かつ、各樹脂付着補強繊維シート間に前記熱可塑性樹脂材料が配置さ れるように積層して積層シートを形成する積層工程と、
積層シートの少なくとも一方の面側から熱硬化性樹脂材料を含浸させて多軸補強 プリプレダシートを形成する含浸工程と、
前記多軸補強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、所要の角度で、所要の枚 数を積層した後、加熱加圧成型することにより熱硬化性樹脂材料を硬化させる成型 工程と、
を備えることを特徴とする多軸補強積層成型品の製造方法。
[6] 複数本の連続した補強繊維をほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付 け 80g/m2以下である複数枚の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面 又は両面に、積層する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さ い補強繊維シートの重量に対して 10%以下の量となるように熱可塑性樹脂材料をほ ぼ均一に分散させた後、当該熱可塑性樹脂材料を加熱又は加熱加圧することにより 当該補強繊維シートに付着させて樹脂付着補強繊維シートを形成する樹脂付着工 程と、
少なくとも 1枚の連続した樹脂付着補強繊維シートを含む複数枚の樹脂付着補強 繊維シートを、それぞれの補強繊維の引き揃えた方向が多方向となり、かつ、各樹脂 付着補強繊維シート間に前記熱可塑性樹脂材料が配置されるように積層して連続し た積層シートを形成する積層工程と、
連続した積層シートの少なくとも一方の面側から熱硬化性樹脂材料を含浸させて 連続した多軸補強プリプレダシートを形成する含浸工程と、
前記多軸補強プリプレダシートを所要の大きさに切断し、所要の角度で、所要の枚 数を積層した後、加熱加圧成型することにより熱硬化性樹脂材料を硬化させる成型 工程と、
を備えることを特徴とする多軸補強積層成型品の製造方法。
[7] 複数本の連続した補強繊維をほぼ均一に引き揃えて構成され少なくとも 1枚は目付 け 80g/m2以下である複数枚の補強繊維シートに対して、各補強繊維シートの片面 又は両面に、積層する際に隣接する補強繊維シートのうち単位面積当り重量が小さ い補強繊維シートの重量に対して 10%以下の量となるように熱可塑性樹脂材料をほ ぼ均一に分散させた後、当該熱可塑性樹脂材料を加熱又は加熱加圧することにより 当該補強繊維シートに付着させて樹脂付着補強繊維シートを形成する樹脂付着工 程と、
複数枚の樹脂付着補強繊維シートを、それぞれの補強繊維の引き揃えた方向が多 方向となり、かつ、各樹脂付着補強繊維シート間に前記熱可塑性樹脂材料が配置さ れるように積層して積層シートを形成する積層工程と、
前記積層シートを所要の大きさに切断し、所要の角度で、所要の枚数を成型型内 に積層した後、当該成型型内に熱硬化性樹脂材料を注入し前記積層シートに熱硬 化性樹脂材料を含浸させ、加熱又は加熱加圧成型することにより熱硬化性樹脂材料 を硬化させる成型工程と、
を備えることを特徴とする多軸補強積層成型品の製造方法。
[8] 積層シートを加熱又は加熱加圧することで、各補強繊維シートを熱可塑性樹脂材 料により互いに熱融着させて一体化する一体化工程を備えることを特徴とする請求 項 5から 7のずれかに記載の製造方法。
[9] 前記熱可塑性樹脂材料として、平均粒径が 80 a m以下の微粒子又は平均断面径
80 a m以下の繊維の熱可塑性樹脂材料を用いることを特徴とする請求項 5から 8の
V、ずれかに記載の製造方法。
[10] 前記補強繊維シートは、少なくとも 1枚力 s、補強繊維束を連続して開繊させた開繊 糸を幅方向に複数本引き揃えた、 目付け 80g/m2以下の開繊糸シートであることを 特徴とする請求項 5から 9のいずれかに記載の製造方法。
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