(57)【要約】      （修正有）【課題】寸法安定性に優れた成形体を、歩留まりを高くして製造できる成形体の製造方法を提供する。【解決手段】平均繊維長５〜１００ｍｍ、目付２５〜１００００ｇ／ｍ２の強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含むランダムマットを、以下の工程１および工程２を含んで、工程３により成形する成形体の製造方法であって、工程２の搬送工程において、基材を金型形状に合わせて変形させる製造方法。工程１．基材を、熱可塑性樹脂樹の軟化温度以上に加熱する工程、工程２．加熱した基材を金型内に搬送する工程、工程３．金型温度を熱可塑性樹脂の軟化温度未満に調節し、基材を成形する工程【選択図】図１
2014051035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均繊維長１〜１００ｍｍ、目付２５〜１００００ｇ／ｍ２の強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含むランダムマットを、以下の工程１および工程２を含んで、工程３により成形する成形体の製造方法であって、工程２の搬送工程において、基材を金型形状に合わせて変形させる製造方法。
工程１．基材を、熱可塑性樹脂樹の軟化温度以上に加熱する工程
工程２．加熱した基材を金型内に搬送する工程
工程３．金型温度を熱可塑性樹脂の軟化温度未満に調節し、基材を成形する工程
【請求項２】
工程２における変形が、矩形形状から湾曲形状及び／又は屈曲形状への変形である請求項１に記載の成形体の製造方法。
【請求項３】
工程２における変形の湾曲の度合いが、曲率半径３０ｍｍ以上である請求項２に記載の成形体の製造方法。
【請求項４】
工程２において搬送する基材の面積が、１０，０００ｍｍ２以上である請求項１〜３いずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項５】
工程２における搬送方式が、ニードルによる突き刺し方式である請求項１〜４いずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項６】
工程２における基材の取り外し方法が、治具による押し出し方法である請求項５に記載の成形体の製造方法。
【請求項７】
工程２における基材の搬送方式が、グリップによる挟み込み方式である、請求項１〜４いずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項８】
工程２における基材の搬送方式が、吸引による引上げ方式である、請求項１〜４いずれかに記載の成形体の製造方法。
【請求項９】
下記（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下である請求項１〜８いずれかに記載の成形体の製造方法。
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、寸法安定性、成形性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、本発明は歩留まりが高く繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気・電子機器、医療機器、航空機、建材、一般産業用部品などの様々な分野で軽量化に関する要望が高まっており、それらに用いられる筐体や部材などについても軽量・高剛性化が求められるようになってきた。繊維強化複合材料は比強度、比剛性に優れ、かつ耐食性にも優れることから、前述の用途に広範囲に用いられている。例えば、強化繊維が一方向に配置された一方向材や、強化繊維が織物形態で配置された複合材料は、特に比強度、比剛性に優れることから、高い強度や剛性が要求される用途を中心に用いられてきた。
【０００３】
特許文献１には、強化繊維、特に連続繊維を含むシートから構成された板状部材の外縁に樹脂部材を接合した複合成形品が提案されている。これにより、複雑な形状を有する成形品を実現することが可能となった。しかしながら、当該技術は織物形態にした強化繊維を複数枚数積層するなどして製造するため、生産性が低いのも問題であった。
【０００４】
一方、特許文献２には、熱可塑性樹脂をマトリクスとした繊維強化複合材料に関する複合材料が記載されている。当該技術は、２次元ランダムに配向した強化繊維を含むプリプレグをプレス成形する事により、成形時間が大幅に短縮された繊維強化複合材料を提供するものである。今後は、成形時間の短縮に加えて、製造工程での歩留まりの向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３１８０４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７８８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
強化繊維が一方向に配置された一方向材や、強化繊維が織物形状で配置された複合材料は、強化繊維が配向しているため、搬送中に変形する事は難しい。したがって、一方向材や織物形状で強化された複合材料からなる基材を成形する場合、基材を金型形状に合わせて切り出した後に、金型キャビティへ配置する必要があり、切り出した部分以外の基材部分は有効利用できずに、歩留まりが低くなる。
本発明は、寸法安定性に優れた成形体を、歩留まりを高くして製造できる成形体の製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
１．平均繊維長１〜１００ｍｍ、目付２５〜１００００ｇ／ｍ２の強化繊維と、熱可塑性樹脂とを含むランダムマットを、以下の工程１および工程２を含んで、工程３により成形する成形体の製造方法であって、工程２の搬送工程において、基材を金型形状に合わせて変形させる製造方法。
工程１．基材を、熱可塑性樹脂樹の軟化温度以上に加熱する工程
工程２．加熱した基材を金型内に搬送する工程
工程３．金型温度を熱可塑性樹脂の軟化温度未満に調節し、基材を成形する工程
２．工程２における変形が、矩形形状から湾曲形状及び／又は屈曲形状への変形である前記１に記載の成形体の製造方法。
３．工程２における変形の湾曲の度合いが、曲率半径３０ｍｍ以上である前記２に記載の成形体の製造方法。
４．工程２において搬送する基材の面積が、１０，０００ｍｍ２以上である前記１〜３いずれかに記載の成形体の製造方法。
５．工程２における搬送方式が、ニードルによる突き刺し方式である前記１〜４いずれかに記載の成形体の製造方法。
６．工程２における基材の取り外し方法が、治具による押し出し方法である前記５に記載の成形体の製造方法。
７．工程２における基材の搬送方式が、グリップによる挟み込み方式である、前記１〜４いずれかに記載の成形体の製造方法。
８．工程２における基材の搬送方式が、吸引による引上げ方式である、前記１〜４いずれかに記載の成形体の製造方法。
９．下記（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）の強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下である前記１〜８いずれかに記載の成形体の製造方法。
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【発明の効果】
【０００９】
本発明の製造方法によると、強化繊維は、適当な長さと目付を持ち、ランダムな方向に配置されているため、搬送中に基材を変形した場合であっても、樹脂の粉落ち、樹脂中の強化繊維の偏在、および基材のちぎれを防ぐ事ができる。したがって、成形体の形状が複雑な形状であっても、金型形状に応じて基材を変形させて搬送できるため、基材を単純な形状で切出すことが可能となり、材料の歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における、装置全体を示した正面図。
【図２】ランダムマットプリプレグの切断方法と、湾曲方法を示した上面図。
【図３】ランダムマットプリプレグを搬送するための掴み具。
【図４】従来法におけるランダムマットプリプレグの裁断パターン。
【図５】両側湾曲形状のイメージ図。（Ｘ軸方向が幅、Ｙ軸方向が長さ、Ｚ軸方向が厚み）
【図６】半円形状のイメージ図。（Ｘ軸方向が幅、Ｙ軸方向が長さ、Ｚ軸方向が厚み）
【図７】湾曲と屈曲形状のイメージ図。（Ｘ軸方向が幅、Ｙ軸方向が長さ、Ｚ軸方向が厚み）
【図８】大型両端湾曲形状のイメージ図。（Ｘ軸方向が幅、Ｙ軸方向が長さ、Ｚ軸方向が厚み）
【図９】大型緩やかに湾曲形状のイメージ図。（Ｘ軸方向が幅、Ｙ軸方向が長さ、Ｚ軸方向が厚み）
【図１０】曲率半径を求める際のイメージ図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について順次説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【００１２】
［強化繊維］
本発明に用いられる強化繊維の平均繊維長は、１〜１００ｍｍである。強化繊維の平均繊維長は、好ましくは５〜１００ｍｍであり、より好ましくは１０〜１００ｍｍであり、更に好ましくは１５〜１００ｍｍであり、特に好ましくは１５〜８０ｍｍである。強化繊維の長さが５ｍｍ未満であると、基材の搬送工程において基材を変形すると、樹脂の粉落ちや、樹脂中の強化繊維の偏在が生じる。また、強化繊維の長さが１００ｍｍを超えると強化繊維の取扱い性が悪くなり、好ましくない。強化繊維のカット方法において、強化繊維を固定長にカットしてランダムマットを製造した場合、平均繊維長はカットした繊維長とほぼ等しくなる。
【００１３】
本発明に用いられる強化繊維の目付は、２５〜１００００ｇ／ｍ２である。目付が２５ｇ／ｍ２未満であると、基材が脆弱であるために、基材の搬送中に変形するとちぎれる。一方、強化繊維の目付が１００００ｇ／ｍ２より大きいと、搬送する基材が重すぎるために、搬送装置から外れて基材が脱落する。強化繊維の目付は、好ましくは５００〜７０００ｇ／ｍ２、より好ましくは１０００〜５０００ｇ／ｍ２、更に好ましくは１５００〜３０００ｇ／ｍ２である。
【００１４】
［強化繊維の繊維体積含有率（Ｖｆ）］
成形体、後述するランダムマットにおいて、繊維体積含有率（Ｖｆ）は５〜８０％であり、２０〜６０％がより好ましい。強化繊維の繊維体積含有率が５％より高くなると、補強効果が向上する。また、８０％を超えなければ、成形体中にボイドが発生しにくくなり、成形体の物性が良好になる。
【００１５】
［開繊程度］
本発明で用いられるランダムマットには、強化繊維の開繊程度がコントロールされた特定本数以上の強化繊維からなる強化繊維束に加えて、それ以外の開繊された強化繊維を特定の比率で含むことが好ましい。すなわち、本発明における強化繊維は、式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束を、強化繊維全量に対する割合が２０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満の範囲で含有する事が好ましく、３０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下の範囲がより好ましい。
臨界単糸数＝６００／Ｄ      式（１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００１６】
繊維全量に対する強化繊維束（Ａ）の割合が２０Ｖｏｌ％以上であると、成形する際に型内で繊維を流動しやすくなる。その結果、金型キャビティ端部まで繊維を充填しやすくなり、設計寸法通りの成形体を得ることが容易になる。一方で、強化繊維束（Ａ）の割合が９９Ｖｏｌ％以下であると、繊維の交絡部が局部的に厚くならず、薄肉のものが得られやすい。繊維全量に対する強化繊維束（Ａ）の割合は、好ましくは３０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％未満である。
【００１７】
なお、強化繊維束（Ａ）の割合は、例えば、後述する製造方法において、拡幅処理、スリット処理、カット工程、開繊工程等の条件を組み合わせることにより制御することができる。
さらに強化繊維束（Ａ）における平均繊維数（Ｎ）が、下記式（２）を満たす事が好ましい。
０．７×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜１×１０５／Ｄ２      式（２）
（式（２）中、Ｄは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００１８】
ランダムマットを構成する炭素繊維の平均繊維径が５〜９μｍの場合には、臨界単糸数は６７〜１２０本となり、炭素繊維の平均繊維径が５μｍの場合には、強化繊維束（Ａ）における平均繊維数（Ｎ）は２８０〜４０００本の範囲となるが、炭素繊維の平均繊維径が５μｍの場合には、強化繊維束（Ａ）における平均繊維数（Ｎ）は２８０〜２０００本であることが好ましく、なかでも６００〜１６００本であることが好ましい。また、炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合には、強化繊維束（Ａ）における平均繊維数（Ｎ）は１４２〜２０４０本の範囲となるが、炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合には、１４２〜１０２０本であることが好ましく、３００〜８００本であることがさらに好ましい。
【００１９】
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が０．７×１０４／Ｄ２以上の場合には、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得ることが容易となる。一方で、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１×１０５／Ｄ２以下の場合には、成形した際、局部的に厚い部分が生じにくく、ボイドが発生しにくい。
【００２０】
後述するランダムマットに、前述した式（１）で定義される臨界単糸以上で構成される強化繊維束（Ａ）と、単糸の状態または臨界単糸数未満の強化繊維（Ｂ）が同時に存在することにより、薄肉であり、かつ得られる物性の高いランダムマットを得ることが容易となる。
【００２１】
［強化繊維の種類］
ランダムマットを構成する強化繊維には特に制限はなく、炭素繊維、ガラス繊維、ステンレス繊維、アルミナ繊維、鉱物繊維などの無機繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリエーテルスルホン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリアリレート繊維、ポリケトン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維などの有機繊維が例示される。なかでも成形体に強度や剛性が求められる用途において炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。導電性が必要な用途においては、炭素繊維が好ましく、ニッケルなどの金属を被覆した炭素繊維がより好ましい。電磁波透過性が必要な用途においては、ガラス繊維や有機繊維が好ましく、電磁波透過性と強度のバランスからアラミド繊維とガラス繊維がより好ましい。耐衝撃性が必要な用途においては有機繊維が好ましく、コスト面を考慮するとポリアミド繊維とポリエステル繊維がより好ましい。なかでも炭素繊維が、軽量でありながら強度に優れた成形体が提供できる点で好ましい。
【００２２】
［強化繊維の平均繊維径］
強化繊維の平均繊維径には特に限定はないが、例えば、炭素繊維の場合、好ましい平均繊維径は３〜１２μｍであり、より好ましくは５〜９μｍであり、更に好ましくは５〜７μである。ポリエステル繊維の場合は、好ましい平均繊維径は１０〜５０μｍであり、より好ましくは１５〜３５μｍである。
これらは併用することもでき、成形体の部位によって強化繊維の種類を使い分けることも可能であり、異なる強化繊維を用いたランダムマットを全体または部分的に積層させた状態で成形体を作製することも可能である。
【００２３】
［熱可塑性樹脂］
本発明に用いられる熱可塑性樹脂の種類としては例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエンースチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂などが挙げられる。
【００２４】
熱可塑性樹脂の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、繊維状、粒子状、溶融状態、さらにはこれらの混合物として供給することができる。
繊維状の場合、繊度１００〜５０００ｄｔｅｘのもの、より好ましくは繊度１０００〜２０００ｄｔｅｘものがより好ましく、平均繊維長としては０．５〜５０ｍｍが好ましく、より好ましくは平均繊維長１〜１０ｍｍである。
【００２５】
粒子状の場合、球状、細片状、あるいはペレットのような円柱状が好ましく挙げられる。球状の場合は、真円または楕円形状、あるいは卵状のような形状が好ましく挙げられる。球とした場合の好ましい平均粒子径は０．０１〜１０００μｍである。より好ましくは平均粒子径０．１〜９００μｍものがより好ましく、更に好ましくは平均粒子径１〜８００μｍものがより好ましい。粒子径分布についてはとくに制限はないが、分布シャープなものがより薄い成形体を得る目的としてはより好ましいが、分級等の操作により所望の粒度分布として用いる事が出来る。
細片状の場合、ペレットのような円柱状や、角柱状、リン片状が好ましい形状として挙げられる。この場合ある程度のアスペクト比を有しても良いが、好ましい長さは上記の繊維状の場合と同程度とする。
【００２６】
熱可塑性樹脂の存在量は、好ましくは強化繊維１００重量部に対し、５０〜１０００重量部、より好ましくは５０〜５００重量部である。更に好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂６０〜３００重量部である。強化繊維１００重量部に対する熱可塑性樹脂の割合が５０重量部より多いとプリプレグ中にボイドが発生しにくくなり、強度や剛性が高くなる傾向にある。反対に、熱可塑性樹脂の割合が１０００重量部より少ない方が、強化繊維の補強効果が発現しやすい。相溶可能なものであれば、使用する熱可塑性樹脂の種類を２種以上としてもよい。
【００２７】
［他の剤］
なお、本発明の目的を損なわない範囲で、ランダムマットに機能性の充填材や添加剤を含有させても良い。例えば、有機／無機フィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤などが挙げられるが、この限りではない。特に電子・電気機器用途や自動車用途においては、高い難燃性が要求されることがあるため、難燃剤を含有させることが好ましい。難燃剤の例としては、公知のものが使用でき、本発明の熱可塑性組成物に難燃性を付与できる物であれば特に限定はされない。具体的には、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン化合物、有機アルカリ金属塩、有機アルカリ土類金属塩、臭素系難燃剤等を挙げることができ、これらの難燃剤は単独で使用しても良いし、複数を併用して用いても良い。難燃剤の含有量は、物性、成形性、難燃性のバランスから樹脂１００質量部に対して１〜４０質量部とすることが好ましく、１〜２０質量部とすることがさらに好ましい。
【００２８】
［ランダムマット］
本発明の製造方法で用いるランダムマットは、強化繊維が二次元ランダムに配向している（二次元等方性）。ランダムマットより成形体を得た場合には、ランダムマット中の強化繊維の等方性は、成形体においても維持される。したがって、二次元等方性の定量性は、ランダムマットより成形体を得て、互いに直交する二方向の引張弾性率の比を求めることで評価する。成形体の任意の方向、及びこれと直交する方向について、それぞれ測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った（Ｅδ）比が２以下、より好ましくは１．３以下であることをいう。
ランダムマットの厚さにとくに制限はなく、１〜１５０ｍｍ厚みのものを得ることができ、２〜１００ｍｍ厚みとすることがより好ましい。
【００２９】
［ランダムマットの製造方法］
ランダムマットの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、繊維状および／または粒子状の熱可塑性樹脂を強化繊維と混合して存在させるように製造してもよく、強化繊維に溶融状態の熱可塑性樹脂を供給して製造してもよい。
【００３０】
以下に、ランダムマットの好ましい製造方法を例示する。ランダムマットの製造方法としては、好ましくは、以下の（Ｉ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶ）、（Ｖ）または（Ｖ’）の各工程を実施する方法が挙げられ、好ましくは（Ｉ）と（ＩＩＩ）の工程の間に（ＩＩ）の工程を実施する方法が挙げられる。
【００３１】
（Ｉ）強化繊維ストランド供給工程
強化繊維ストランド供給工程では、クリール部に配置された複数の強化繊維巻糸体から、強化繊維それぞれの糸条を引出し、単独の糸条からなるかまたは単糸を複数本引き揃えてなる強化繊維ストランドとして供給する。供給される強化繊維のストランド幅が小さい場合には、必要に応じて、当ストランド供給工程にて所定幅まで拡幅して、薄い広幅のストランドとして供給してもよい。
【００３２】
（ＩＩ）ストランドスリット工程
ストランドスリット工程では、供給された強化繊維ストランドを、好ましくはストランド長手方向と平行に（すなわち繊維軸方向に沿って）連続的にスリットし、ストランド幅が０．０５〜５ｍｍ、好ましくは０．１〜１．０ｍｍの複数本の細幅ストランドとする。具体的には、前工程から連続的に移送されてくる広幅のストランドを、繊維軸方向と平行な刃を有する縦スリット装置（スリッター）を用いて縦方向に連続的にカットするか、広幅ストランドの走行路に１個または複数個の分割ガイドを設け、それによりストランドを複数本に分割すること等により実施することができる。
【００３３】
（ＩＩＩ）強化繊維カット工程
次に、強化繊維カット工程にて、平均繊維長５〜１００ｍｍにカット（切断）する。強化繊維のカット方法において、強化繊維を固定長にカットして製造した場合、平均繊維長はカットした繊維長とほぼ等しくなる。強化繊維を平均繊維長５〜１００ｍｍにカットする際に使用する装置としては、ロータリーカッターが好ましい。
【００３４】
（ＩＶ）強化繊維開繊工程
強化繊維開繊工程では、所定の繊維長にカットされた強化繊維のストランド（以下「ストランド片」ということがある）に気体を吹付け、該ストランド片を所望のサイズ（集束本数）の繊維束に分割するように開繊する。
具体的には、強化繊維開繊工程（ＩＶ）では、ストランド片を経路内に導入し、該経路を通過するストランド片に空気等の気体を吹き付けることにより、該ストランド片を所望の集束サイズに分離させるとともに気体中に分散させる。開繊の度合いについては、吹き付ける気体の圧力等により適宜コントロールすることができる。
この強化繊維開繊工程では、ストランド片を構成する全繊維をバラバラに分離させて完全に単糸状になるまで分離するように開繊するよりは、一部は単糸状またはそれに近い状態まで開繊し、多くの部分は単糸の一定の本数以上が集束した繊維束となるように調整するのが好ましい。すなわち、開繊の程度を、上記式（１）で定義される臨界単糸数以上からなる強化繊維束（Ａ）の割合、さらに、強化繊維束（Ａ）における平均繊維数（Ｎ）を満たすようにするのが好ましい。
【００３５】
（Ｖ）ランダムマットの形成工程
ランダムマットの形成工程においては、カットし開繊させた強化繊維を空気中に拡散させると同時に、粉粒体状または短繊維状の熱可塑性樹脂（以下、これらを「熱可塑性樹脂粒子等」と総称する）を供給し、強化繊維を熱可塑性樹脂粒子等とともに開繊装置下方に設けた通気性支持体上に散布して、該支持体上で強化繊維と熱可塑性樹脂粒子等が混在する状態を形成し、所定の厚さとなるよう堆積・定着させてランダムマットを形成させる。
【００３６】
（Ｖ’）ランダムマットの形成工程（その２）
また別のランダムマットの形成工程としては、マトリクス樹脂を含まない以外は上記（Ｖ）の形成工程と同様に強化繊維を散布した後、これに溶融状態の熱可塑性樹脂を供給し、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットを得る方法が挙げられる。このような方法としては、例えば、強化繊維開繊工程で得られる開繊された強化繊維ストランドをマット状に堆積させるとともに、上方に設けたダイから溶融状態の熱可塑性樹脂を膜状溶融体として吐出し、堆積したマット上に該熱可塑性樹脂を供給して、マットのほぼ全面に含浸させることができる。
含浸における圧力は０．１〜３０ＭＰａが好ましく、０．５〜２０ＭＰａがより好ましい。時間は０．１〜６０分が好ましく、０．５〜３０分がより好ましい。圧力が低いと含浸に時間を要し、生産性に影響を及ぼしやすい。また、圧力が高すぎると大型の成形機やユーティリティー設備が必要となり、設備投資が高額となる。
【００３７】
［プリプレグ作製工程］
本発明において、ランダムマットにおける強化繊維束内および強化繊維の単糸間に熱可塑性樹脂を含浸させたものを、プリプレグと呼ぶ。ランダムマットの性能をより発揮するためには、強化繊維束内にマトリックス樹脂を含浸し、強化繊維とマトリックス樹脂が一体化していることが好ましく、成形体の製造工程のどこかで含浸処理を行うと好ましい。含浸処理は、後述する成形体の製造方法における工程１の前でも良いし、工程１で行っても良い。含浸処理は工程３の成形と同時に実施することも出来るが、含浸と成形を分けて行うと成形体の寸法安定性、物性などに良い影響が出ることから、工程１の前か、工程１において行うと好ましい。また、工程１で含浸処理して得られたプリプレグは高温状態で工程２に進めても良いし、いったん室温まで降温して所望の加工を施した後に再度加温して工程２に進めても良い。
【００３８】
プリプレグ作製においては、ランダムマットに含まれる熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上熱分解温度未満の温度まで、非晶性の場合はガラス転移温度以上熱分解温度未満の温度まで加熱して、熱可塑性樹脂を含浸させる。ランダムマットおよびプリプレグの加熱方法に特に限定はなく、いかなる方法の利用も可能である。
プリプレグの厚みは、得ようとする成形体の厚みの１〜１０倍、好ましくは１〜５倍とすることが好ましい。厚みの限定はないが、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、上限は金型に配置して成形可能な範囲までであり、実質的には３０ｍｍ程度である。
含浸における圧力は０．１〜３０ＭＰａが好ましく、０．５〜２０ＭＰａがより好ましい。時間は０．１〜６０分が好ましく、０．５〜３０分がより好ましい。圧力が低いと含浸に時間を要する。また、圧力が高すぎると大型の成形機やユーティリティー設備が必要となる。
【００３９】
ランダムマットおよびプリプレグの加熱方法に特に限定はなく、いかなる方法の利用も可能である。具体的には、熱風乾燥機や電気加熱型乾燥機を用いる方法、飽和蒸気や過熱蒸気を用いる方法、金型・ベルトコンベアー・熱ローラーなどにおいて熱板に挟む方法、赤外線・遠赤外線・マイクロ波・高周波などによる誘電加熱や、誘導加熱（ＩＨ）が例示される。この中でも、熱板に挟む方法、誘電加熱、誘導加熱が、熱効率が高いので、より好ましい。
【００４０】
［強化繊維と熱可塑性樹脂の含有量測定方法］
ランダムマットおよび成形体における強化繊維と熱可塑性樹脂の割合は、溶解性の違いを利用して評価することが出来る。この場合、面積が１ｃｍ２から１０ｃｍ２の板状試料の重量を秤量し、繊維または樹脂のいずれか一方を溶解、または分解する薬品を使用して溶解成分を抽出すればよい。その後、残渣を洗浄および乾燥後に秤量し、残渣と溶解成分の重量、および繊維と樹脂の比重から、繊維と樹脂の体積分率を算出する。例えば、熱可塑性樹脂がポリプロピレンの場合、加熱したトルエンまたはキシレンを用いることにより、ポリプロピレンのみを溶解することができる。熱可塑性樹脂がポリアミドの場合は、加熱したギ酸によりポリアミドを分解することができる。樹脂がポリカーボネートの場合には加熱した塩素化炭化水素を用いることにより、ポリカーボネートを溶解することができる。また、強化繊維が炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維の場合には、樹脂を燃焼除去することによってもそれぞれの重量および体積分率を算出できる。この場合、よく乾燥させた試料の重量を秤量後、電気炉等を用いて５００〜７００℃で５〜６０分処理して樹脂成分を燃焼する。乾燥雰囲気で残留した繊維を放冷後、秤量することにより各成分の重量を算出することが出来る。
【００４１】
［基材］
本発明に用いる基材は、ランダムマットをそのまま用いても良いし、ランダムマットにおける強化繊維束内および強化繊維の単糸間に熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグを用いても良い。
【００４２】
［基材の切出し］
本発明で搬送して変形する基材は、図２に示すように矩形形状で切出した基材を用いる事ができるが、切出す工程は、後述する成形体の製造方法の、工程１の前であっても、工程１と工程２の間であっても良い。切出した際に残った部分は端材となる。
従来、工程３で用いる金型が湾曲形状の場合、前記基材を金型形状に合わせた湾曲形状に切り出し、湾曲形状の基材を金型キャビティへ配置していた。この場合、湾曲形状部分以外の基材部分（端材、図４の斜線部分）は有効利用できない。
これに対して、本発明において基材は搬送工程で変形する。このため、金型の形状が湾曲形状であった場合、基材を直線状に切出したのちに搬送中に湾曲させることが可能となり、端材が発生せず、基材はほぼ１００％有効利用できる。
【００４３】
［成形体の製造方法］
本発明の成形体は、以下の工程１および工程２を含んで、工程３により成形する成形体の製造方法において、工程２の搬送工程において、基材を金型形状に合わせて変形させる。
工程１．基材を、熱可塑性樹脂樹の軟化温度以上に加熱する工程
工程２．加熱した基材を金型内に搬送する工程
工程３．金型温度を熱可塑性樹脂の軟化温度未満に調節し、基材を成形する工程
【００４４】
［工程１］
工程１は成形の準備段階である。基材のマトリックスである熱可塑性樹脂は室温に近い状態では硬いため、樹脂が結晶性の場合は融点〜熱分解温度に、非晶性の場合はガラス転移温度〜熱分解温度まで加熱して、基材に柔軟性を付与する。
【００４５】
［工程２］
本発明における成形体の成形方法では、工程２の搬送工程において、基材を金型形状に合わせて変形させる。搬送される基材は、幅が３００ｍｍ〜２０００ｍｍ（図２Ｘ軸方向）、長さ５〜２０００ｍｍ（図２Ｙ軸方向）、厚さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍ（図２Ｚ軸方向）、であれば好ましい。
工程２における搬送方法に特に限定はないが、複雑形状の成形体をロスなく容易に成形するためには、基材の温度が下がらないことが好ましい。そのため、搬送・供給速度は速いほど好ましく、保温機構が備わっていればより好ましい。
【００４６】
このような搬送装置としては、基材を掴み上げるためのロボットハンドを有する設備などが例示される。フォーク等のロボットハンドを有する設備は、短時間搬送が可能であり、コンパクト化しやすいこと、自動車分野や産業機械分野などで様々な機種が使用されており、工夫や応用が施しやすいことから好ましい。また、吸引パッド、ニードル、グリップなどのロボットハンドを有する設備も短時間での搬送が可能であり、好ましい。
搬送に要する時間は１５秒以下が好ましく、より好ましくは１０秒以下、さらに好ましくは５秒以下である。搬送時間が１５秒を下回れば、その間に基材が冷えてないので、所望の形状を成形できる。また、搬送装置には基材の保温機能が備わっていればより好ましい。
【００４７】
脆弱な基材の場合、加温状態の基材は柔らかいため、搬送中に基材を変形させると、基材の型崩れ、樹脂落ち、基材のちぎれ、強化繊維と樹脂の分離、又は搬送具より全体的または部分的に脱落が生じる。一方、本発明におけるランダムマットを用いると、搬送中に基材を金型に合せて変形させても、前述の型崩れや樹脂落ち、基材のちぎれや、基材に含まれる繊維の偏在化等を抑制できる。これは、ランダムマットに含まれる強化繊維が適当な長さを持ち、無作為な方向に分散して配置されているため、搬送時に多少の揺れがあっても、強化繊維が基材の形を保つ事が出来るからである。
【００４８】
［工程２における変形］
基材の搬送工程において、変形させる形状に特に限定は無いが、矩形形状の基材を湾曲および／または屈曲させて、両側湾曲形状（図５）、半円形状（図６）、湾曲と屈曲の組合せ形状（図７）、大型両端湾曲（図８）、大型緩やかに湾曲形状（図９）にする事が出来る。
強化繊維が一方向に配置された一方向材や、繊維が織物形状で強化されたプリプレグは、強化繊維を変形しにくいため、基材を搬送中に変形する事は難しい。本発明では、平均繊維長が１００ｍｍ以下の強化繊維で構成されたランダムアット基材を湾曲および／または屈曲させているため、変形抵抗が小さく目的の形状まで変形させることができる。
一方、強化繊維が含まれていない基材（熱可塑性樹脂単体）を搬送中に変形しようとしても、搬送時の基材は融点を超えた熱可塑性樹脂であるため、溶融樹脂が搬送機具等に付着しやすく、目的の場所に良好に搬送すること自体が難しい。
【００４９】
変形させる基材の大きさに特に限定は無いが、本発明における製造方法を用いると、比較的大きな基材を搬送工程において変形しても、基材中の強化繊維の偏在、基材のちぎれ、基材の剥れを防止できる。通常、搬送する基材のサイズが大きくなると、基材の重量も増加し、搬送ロボットのハンド部位の取り回しで基材に対して大きな負荷がかかる。搬送時により大きな応力が基材にかかると基材の脱落や崩落が生じやすい。本発明における製造方法を用いれば、基材の面積が１０，０００ｍｍ２以上、より大きい基材の場合は４０，０００ｍｍ２以上、更に大きい基材の場合は１００，０００ｍｍ２以上の基材であっても、金型形状に合わせて変形させる事が出来る。ここでいう「基材の面積」とは図２のＸ軸方向の幅と、Ｙ軸方向の長さを掛け合わせたものをいう。搬送できる上限に特に制限は無いが、５，０００，０００ｍｍ２以下であれば好ましい。
【００５０】
［工程３］
搬送した基材は熱可塑性樹脂の軟化温度未満に温度調整された金型、具体的には、熱可塑性樹脂が結晶性の場合には融点未満の温度の金型に、熱可塑性樹脂が非晶性の場合にはガラス転移温度未満の温度の金型にセットされる。
基材は、下記式（３）で表されるチャージ率５〜１００％で金型に配置することが好ましい。より好ましくは２０〜９５％のチャージ率であり、更に好ましい基材のチャージ率は５０〜９０％である。チャージ率が１００％を超えると成形時にロスになる材料が生じることになる。また、チャージ率が５％を下回ると成形における流動時に基材が冷めやすく、所望の形状が得られない虞がある。
チャージ率（％）＝１００×基材面積（ｍｍ２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ２）  式（３）
（ここで基材面積とは配置した基材の抜き方向への投影面積であり、金型キャビティ投影面積とは抜き方向への金型キャビティの投影面積である）
【００５１】
工程３では、金型に搬送した基材を成形した後、または成形しながら降温して成形を終了させる。成形方法はホットプレスでもコールドプレスでも良いが、生産性を考慮すれば成形時間が短いコールドプレスが好ましい。ホットプレスの場合、金型温度は基材の熱可塑性樹脂が結晶性であれば融点から熱分解温度、非晶性であればガラス転移温度から熱分解温度となり、成形後に金型温度を結晶性樹脂の場合は融点未満、非晶性樹脂の場合はガラス転移温度未満に降温し、成形品を冷却して離型し、成形を終了させる。コールドプレスの場合は、金型温度は基材の熱可塑性樹脂が結晶性であれば融点未満、非晶性であればガラス転移温度未満となり、成形と同時に冷却し、成形を終了させる。
成形圧力は０．１〜５０ＭＰａが好ましく、０．５〜３０ＭＰａがより好ましい。成形時間は０．１〜６０分が好ましく、０．５〜３０分がより好ましい。圧力が低いと成形に時間を要し、生産性に影響を及ぼしやすい。また、圧力が高すぎると大型の成形機やユーティリティー設備が必要となる。
【００５２】
本発明においては、金型形状に対し低チャージで配置し、加圧することで基材を流動させると良い。これにより、基材が複雑な形状に充填されやすくなる。通常、強化繊維を含有した熱可塑性樹脂材料を流動させると流動方向に強化繊維が配向する傾向があり、物性に異方性が生じる可能性があるが、本発明では、前述したランダムマットを用いることにより、強化繊維の等方性を保持したまま複雑な形状が得られる。
【００５３】
［曲率半径］
工程２における変形が湾曲である場合、湾曲の度合いは、曲率半径（図１０の９の長さ）で示すことができる。工程２における変形において、曲率半径を小さくすると基材に皺がよるが、この皺は工程３における成形時に熱可塑性樹脂が流動するため、容易に消滅する。曲率半径は３０ｍｍ以上であれば、基材が裂けにくく好ましい。曲率半径は、好ましくは５０ｍｍ以上であり、より好ましくは１００ｍｍ以上であり、更に好ましくは２００ｍｍ以上である。
【００５４】
［成形体］
作製された成形体は、強化繊維の繊維束内および単糸間に熱可塑性樹脂が含浸していることが好ましく、その含浸度は９０％以上であることがより好ましい。強化繊維への樹脂の含浸度は９５％以上であることが更に好ましい。含浸度が高いと、成形体の物性がより高いレベルに到達する事が出来る。樹脂を含浸させた成形体において、強化繊維の繊維長、および束と単糸の割合はランダムマット中における状態を保っている。本発明の成形体は、各種の厚みとすることが可能であるが、厚みが０．２〜１ｍｍ程度の薄肉品も好適に得ることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明を実施例に用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５６】
［評価方法］
（１）ランダムマットにおける強化繊維束の分析
樹脂が未含浸状態のランダムマットを１００ｍｍ×１００ｍｍ程度に切り出す。切り出したランダムマットより、繊維束をピンセットで全て取り出し、繊維束の数（Ｉ）、及び繊維束の長さ（Ｌｉ）と重量（Ｗｉ）を測定し、記録した。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に重量を測定する（Ｗｋ）。重量の測定には、１／１００ｍｇまで測定可能な天秤を用いた。なお、特に強化繊維を炭素繊維とした場合や、繊維長が短い場合には、繊維束の重量が小さく、測定が困難になる。こういった場合には、分類した繊維束を複数本まとめて重量を測定した。
強化繊維の繊維径（Ｄ）より、臨界単糸数を計算し、臨界単糸数以上の強化繊維束（Ａ）と、それ以外に分ける。なお、２種類以上の強化繊維が使用されている場合には、繊維の種類毎に分け、各々について測定及び評価を行う。
【００５７】
（２）成形体における強化繊維束分析
成形体については、５００℃×１時間、炉内にて樹脂を燃焼除去した後、上記のランダムマットにおける方法と同様にして測定した。
【００５８】
（３）ランダムマットに含まれる強化繊維の平均繊維長の分析
ランダムマットより無作為に抽出した強化繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての強化繊維の長さ（Ｌｉ）から、次式により平均繊維長（Ｌａ）を求めた。複合材料の場合は５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、強化繊維を抽出した。
Ｌａ＝ΣＬｉ／１００
【００５９】
（４）プリプレグまたは成形体に含まれる強化繊維の平均繊維長と体積分率の分析
プリプレグ又は成形体に含まれる強化繊維平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、上記のランダムマットにおける方法と同様にして測定した。
体積分率は、樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の重量を秤量することによって繊維分と樹脂分の重量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、繊維と樹脂の体積分率を算出した。
【００６０】
（５）寸法安定性評価
作製した成形体を２３℃、５５％湿度下で４８時間以上放置した後、成形体の寸法（長さ、幅、厚み）を測定して設計寸法と比較し、その差から変位率を算出した。成形体のＮ数は１０とし、最も大きい寸法変位率が５％以下の場合を合格（○）、５％を超える場合を不合格（×）とした。
【００６１】
（６）歩留まりは、以下の計算方法により算出した。
（基材の面積−端材の面積）  ÷  基材の面積
端材とは、搬送する基材を切出した際に、残る部分を指す。
【００６２】
（７）曲率半径の測定法
矩形型の基材を加熱し、平板上で平面を維持したままで湾曲させて、冷却して固化する。冷却後の基材の中心線での曲率半径をスケールで測定し、曲率半径（図１０の９）とした。
【００６３】
［参考例１］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ））を２０ｍｍ幅に開繊しながら、繊維長１０ｍｍにカットし、炭素繊維の供給量を３０１ｇ／分でテーパー管内に導入し、テーパー管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、テーパー管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。またマトリックス樹脂として、２ｍｍにドライカットしたＰＡ６６繊維（旭化成せんい製ポリアミド６６繊維：Ｔ５ナイロン、繊度１４００ｄｔｅｘ）を４３０ｇ／分でテーパー管内に供給し、炭素繊維と同時に散布することで、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、炭素繊維の目付３１７ｇ／ｍ２のランダムマットを得た。
ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。炭素繊維１００重量部に対して、ＰＡ６６の割合は、１４３重量部であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は１０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットの繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。
【００６４】
［参考例２］
テーパー管内への炭素繊維の共有量を、供給量を４５１ｇ／分、ＰＡ６６繊維の供給量を６４３ｇ／分とした以外は、参考例１と同様の操作を行い、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、炭素繊維の目付が２５２０ｇ／ｍ２のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。炭素繊維１００重量部に対して、ＰＡ６６の割合は、１４３重量部であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は１０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。
【００６５】
［参考例３］
炭素繊維のカット長を０．９ｍｍにした以外は参考例１と同様の操作を行い、平均繊維長０．９ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、炭素繊維の目付が３１７ｇ／ｍ２のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は０．９ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットの繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。
【００６６】
［参考例４］
テーパー管内への炭素繊維の供給量を２２ｇ／分、ＰＡ６６繊維の供給量を３１ｇ／分とした以外は参考例１と同様の操作を行い、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、炭素繊維の目付が２３ｇ／ｍ２のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。炭素繊維１００重量部に対して、ＰＡ６６の割合は、１４３重量部であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は１０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。このランダムマットは炭素繊維の目付が小さすぎるために脆弱であり、少し乱暴に取り扱うとちぎれる傾向にあった。
【００６７】
［参考例５］
テーパー管内への炭素繊維の共有量を、供給量を２４０８ｇ／分、ＰＡ６６繊維の供給量を３４４０ｇ／分とした以外は、参考例１と同様の操作を行い、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維とＰＡ６６が混合された、炭素繊維の目付が１３４４０ｇ／ｍ２のランダムマットを得た。ランダムマットにおける強化繊維の形態を観察したところ、強化繊維の繊維軸は面とほぼ並行にあり、面内においては無作為に分散されていた。炭素繊維１００重量部に対して、ＰＡ６６の割合は、１４３重量部であった。得られたランダムマットの平均繊維長（Ｌａ）及び強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、平均繊維長（Ｌａ）は１０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は３５％、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は２４０であった。
【００６８】
［参考例６］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４ＫＳ（繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ））を２０ｍｍ幅に並べてシート状にし、カットはしないで連続繊維としたまま、熱可塑性樹脂を含浸させ、繊維配向が一方向の基材を準備した。
【００６９】
［実施例１］
参考例１で作製したランダムマットを加熱し、２６０℃に達した後に５ＭＰａの圧力で７分加圧した後、５０℃まで冷却し、炭素繊維の目付が３１７ｇ／ｍ２のプリプレグを得た。炭素繊維１００重量部に対して、ＰＡ６６は、１４３重量部であった。得られたプリプレグを、図２のように切出し、幅１０００ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚み３．２ｍｍのプリプレグを準備した。
次に、図１に示すニードルによる突き刺し機構を持つ搬送ロボットを用いて、加温状態の上記の切出しプリプレグ１枚を突き刺して持ち上げた後、図５に示す形状に湾曲させながら搬送し、温度を１２０℃に調整した金型に成形品の形状に合せる形でセットした。切出しプリプレグの面積は、金型キャビティー部の投影面積の約８０％であった（チャージ率８０％）。この金型のキャビティー部の外寸は６００ｍｍ×６００ｍｍであり、円周曲線に近い形状であった。この後、川崎油工製油圧プレス機を用いて、１０ＭＰａの圧力で４０秒間、コールドプレス成形した。
搬送ロボットが加温されたランダムマットを金型に移す時間は約３秒であった。搬送前のプリプレグの重量は２１０．０ｇ、搬送後は２１０．０ｇであった。基材は、両端合わせて２０ｍｍの端部を除いた、全ての面を有効に活用することが出来、基材の歩留まりは９８％であった。
得られた成形体は、幅６００ｍｍ×長さ６００ｍｍ×厚みは２．５ｍｍである、片側半径４００ｍｍ、他方の片側半径１００ｍｍで湾曲させた、図５に示す両側湾曲形状のものであり、炭素繊維の体積分率は３０％であった。また、この時の曲率半径は１００ｍｍであった。結果を表２に示す。
【００７０】
［実施例２］
参考例１で作製したランダムマットを加熱し、２６０℃に達した後に５ＭＰａの圧力で７分加圧した後、５０℃まで冷却し、炭素繊維の目付が３１７ｇ／ｍ２のプリプレグを得た。炭素繊維１００重量部に対して、ＰＡ６６は、１４３重量部であった。得られたプリプレグを切出し、幅１０００ｍｍ×切出し長さ５０ｍｍ×厚み３．２ｍｍのプリプレグを準備した。
次に、グリップ機構を持つ搬送ロボットを用いて、加温状態の上記の切出しプリプレグ１枚を持ち上げた後、図５に示す形状に湾曲させながら搬送し、温度を１２０℃に調整した金型に成形品の形状に合せる形でセットした。切出しプリプレグの面積は、金型キャビティー部の投影面積の約８０％であった（チャージ率８０％）。この金型のキャビティー部の外寸は６００ｍｍ×６００ｍｍであり、円周曲線に近い形状であった。この後、川崎油工製油圧プレス機を用いて、２０ＭＰａの圧力で４０秒間、コールドプレス成形した。
搬送ロボットが加温されたランダムマットを金型に移す時間は約３秒であった。搬送前のプリプレグの重量は２１０．０ｇ、搬送後は２１０．０ｇであった。基材は、両端の２０ｍｍの端部を除いて、全ての面を有効に活用することが出来、基材の歩留まりは９８％であった。
得られた成形体は、幅６００ｍｍ×長さ６００ｍｍ×厚みは２．５ｍｍである、片側半径４００ｍｍ、他方の片側半径５０ｍｍで湾曲させた、図５に示す湾曲形状のものであり、炭素繊維の体積分率は３０％であった。また、この時の曲率半径は１００ｍｍであった。結果を表２に示す。
【００７１】
［実施例３］
切出しプリプレグの大きさが幅１１００ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚み３．２ｍｍである事と、金型キャビティ形状以外は、実施例２で示された条件にて、加温状態のプリプレグ１枚を、図６で示された形状に基材を搬送装置上で湾曲させた。搬送ロボットが加温されたランダムマットを金型に移す時間は約５秒であった。搬送前のプリプレグの重量は４７．０ｇ、搬送後は４７．０ｇであった。基材は、両端の２０ｍｍの端部を除いた、全ての面を有効に活用することが出来、基材の歩留まりは９８％であった。
この後、グリップを開放し、金型キャビティへ基材を配置し川崎油工製プレス機を用いて２０ＭＰａの圧力で４０秒間コールドプレスした。得られた成形体は、幅７００ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚みは２．５ｍｍであった。また、この時の曲率半径は５０ｍｍであり、小さな曲率半径でも良好に成形できた。結果を表２に示す。
【００７２】
［実施例４］
切出しプリプレグの大きさが幅２２００ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚み３．２ｍｍである事と、金型キャビティ形状以外は、実施例２で示された条件にて、加温状態のプリプレグ１枚を、図８で示された形状に基材を搬送装置上で緩やかに湾曲させた。湾曲が緩やかであったため、搬送装置上で発生する皺は僅かであった。搬送ロボットが加温されたランダムマットを金型に移す時間は約５秒であった。搬送前のプリプレグの重量は４６６．０ｇ、搬送後は４６６．０ｇであった。基材は、両端の２０ｍｍの端部を除いた、全ての面を有効に活用することが出来、基材の歩留まりは９９％であった。
この後、グリップを開放し、金型キャビティへ基材を配置し川崎油工製プレス機を用いて２０ＭＰａの圧力で４０秒間コールドプレスした。得られた成形体は、幅１７００ｍｍ×長さ４００ｍｍ×厚みは２．５ｍｍであった。また、この時の曲率半径は２００ｍｍであった。結果を表２に示す。
【００７３】
［実施例５］
参考例２の基材を用いた事以外は、実施例３と同様の条件で処理を実施した。搬送ロボットが加温されたプリプレグを金型に移す時間は約５秒であった。搬送前のプリプレグの重量は７０．０ｇ、搬送後は７０．０ｇであった。基材は、両端の２０ｍｍの端部を除いた、全ての面を有効に活用することが出来、基材の歩留まりは９９％であった。この後、グリップを開放し、金型キャビティへ基材を配置しプレス機を用いて２０ＭＰａの圧力で４０秒間コールドプレスした。得られた成形体は、幅１７００ｍｍ×長さ４００ｍｍ×厚みは２．５ｍｍであった。また、この時の曲率半径は３０ｍｍであった。結果を表２に示す。目付が大きく、搬送時の変形は大きめであったが、ランダムマット中の繊維により形状の維持ができ、良好な成形品が得られた。
【００７４】
［比較例１］
成形品の形状に合わせ湾曲した形状で切出し（図４）、搬送中に変形する事無く基材を移動した事以外は、実施例２で示された条件にて金型に移動した。基材は、成形体の形状以外の多くの部分が端材となり、材料歩留まりは７０％に留まった。
【００７５】
［比較例２］
基材に参考例３で作製したランダムマットを用いた事以外は、実施例２と同様の条件で処理して成形体を得た。搬送ロボットが加温されたプリプレグを金型に移す時間は約５秒であった。加温されたプリプレグが軟らかすぎたため工程２の搬送工程における、基材変形で、基材が脱落し、搬送前のプリプレグ重量２１０．０ｇに対し、搬送後は１７０ｇであった。得られた成形体は、幅６００ｍｍ×長さ６００ｍｍ×厚みは２．０ｍｍで、厚み２．５ｍｍの予定に対して寸法安定性に劣った。結果を表２に示す。
【００７６】
［比較例３］
参考例４で作製したランダムマットを、実施例１と同様の条件で処理しようとしたが、加温されたプリプレグの搬送途中の脱落が多く、成形には至らなかった。結果を表２に示す。
【００７７】
［比較例４］
参考例５で作成した、炭素繊維の目付が１３４４０ｇ／ｍ２のプリプレグを用いた以外は、実施例３と同様の条件で処理しようとしたが、プリプレグが重すぎたために、プリプレグを持ち上げて湾曲させた時に搬送装置のグリップが外れ、プリプレグが脱落した。
【００７８】
［比較例５］
参考例６で作製した繊維配向が一方向の基材を、実施例３と同様の条件で処理しようとしたが、基材の繊維が湾曲の外側に集中するため、外側での厚みが増加し、逆に内側の空間が大きくなった。その結果、目的の形状（図６の形状）に湾曲をする事が出来ず、成形を中止した。
【００７９】
【表１】
2014051035.tif 000003
【００８０】
【表２】
2014051035.tif 000004
【符号の説明】
【００８１】
１  基材（ランダムマット又はプリプレグ）
２  プレス機または型締機
３  掴み部
４  加熱ヒーター
５  基材出口開口部
６  搬送ロボット
７  突刺し式掴み具
８  吸引式掴み具
９  曲率半径
【図１】
2014051035.tif 000005
【図２】
2014051035.tif 000006
【図３】
2014051035.tif 000007
【図４】
2014051035.tif 000008
【図５】
2014051035.tif 000009
【図６】
2014051035.tif 000010
【図７】
2014051035.tif 000011
【図８】
2014051035.tif 000012
【図９】
2014051035.tif 000013
【図１０】
2014051035.tif 000014