(57)【要約】  複雑形状を有しながらも、繊維含有率の高い繊維強化プラスチックを提供するため、本発明は、繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、前記繊維の平均長さが５〜５０ｍｍであり、局所領域における繊維体積含有率（以下、かかる繊維体積含有率をＶｆという）に関する母集団を得た際に、の平均値が４０〜６５％、母集団の変動係数が０．１５〜０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する繊維強化プラスチックであることを要旨とする。  （Ｖｆに関する母集団）繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍの局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維の合計の面積を局所領域の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとする。複数の局所領域を抽出して、各局所領域におけるＶｆの集合体を母集団とする。【選択図】図１
2018235512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、
前記繊維の平均長さが５〜５０ｍｍであり、
局所領域における繊維体積含有率（以下、かかる繊維体積含有率をＶｆという）に関する母集団を得た際に、母集団の平均値が４０〜６５％、母集団の変動係数が０．１５〜０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する、繊維強化プラスチック。
（Ｖｆに関する母集団）
繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍに相当する局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維リッチのピクセルの合計の面積を局所領域に含まれるピクセルの合計の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとする。複数の前記局所領域を抽出して、各局所領域において求められたＶｆの集合を母集団とする。
【請求項２】
前記母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域、及び、前記母集団の平均値よりも小さなＶｆを有する領域のいずれもが、実質的に線状に存在する、請求項１に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項３】
前記母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域が、少なくとも片方の表層から厚み方向の３０％よりも小さい範囲に存在する、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項４】
繊維が実質的に一方向に配向した層、及び、繊維が多方向に配向した層を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック。
【請求項５】
繊維が多方向に配向した層内において、断面形状の近い領域群が複数存在する、請求項４に記載の繊維強化プラスチック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑形状を有しながらも繊維含有率を高い繊維強化プラスチックに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、航空機、宇宙機、自動車、鉄道、船舶、電化製品、スポーツ等の構造用途に展開され、その需要は年々高まりつつある。【０００３】
繊維強化プラスチックを製造するための中間基材のひとつに、予め密に一方向に配向した繊維に樹脂を含浸させたプリプレグが挙げられる。プリプレグは高い繊維含有率を有するため、繊維強化プラスチックにした際に高い力学特性を発現するが、繊維の配向方向には伸張しないため、複雑形状へは追従しにくく、生産性が課題となっている。そこで、特許文献１、２に代表されるような、プリプレグに切込を挿入した切込プリプレグが開発されている。【０００４】
切込プリプレグは繊維方向への伸張を可能としているため、プリプレグよりも複雑形状への追従性が向上しており、高い繊維含有率と繊維の配向性を保った繊維強化プラスチックを製造可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６１１４１号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、切込プリプレグを用いて成形した繊維強化プラスチックは、比較的厚みの薄いプリプレグがベースとなり、同程度の厚さの層による積層構造を有するため、比較的肉厚の部分である厚肉変化部の少ないものとなる。【０００７】
そこで、本発明の課題は、厚肉変化部等の複雑形状を有しながらも、繊維含有率の高い繊維強化プラスチックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決し、複雑形状を有しながらも繊維体積含有率の高い繊維強化プラスチックとして、本発明では以下の繊維強化プラスチックを提供する。すなわち、繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、前記繊維の平均長さが５〜５０ｍｍであり、局所領域における繊維体積含有率（以下、かかる繊維体積含有率をＶｆという）に関する母集団を得た際に、母集団の平均値が４０〜６５％、母集団の変動係数が０．１５〜０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する繊維強化プラスチックである。【０００９】
ここで、Ｖｆに関する母集団は、以下のようにして得られる。【００１０】
繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍに相当する局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維リッチのピクセルの合計の面積を局所領域に含まれるピクセルの合計の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとする。複数の上記局所領域を抽出して、各局所領域において求められたＶｆの集合を母集団とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、複雑形状を有しながらも、繊維体積含有率の高い繊維強化プラスチックを提供でき、補強効果の高い繊維強化プラスチックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】繊維強化プラスチックの断面の概念図及びその一部を切り出し、二値化されたデジタル画像の概念図である。
【図２】母集団をヒストグラムにした一例である。
【図３】母集団をヒストグラムにした一例である。
【図４】繊維強化プラスチックの断面におけるＶｆ分布の一例である。
【図５】繊維強化プラスチックの断面の概念図の一例である。
【図６】実施例で成形した繊維強化プラスチックの寸法・形状である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、厚肉変化部を有しながらも高い繊維体積含有率を有する繊維強化プラスチックを提供するために、鋭意検討し、繊維及び樹脂を含む繊維強化プラスチックであって、前記繊維の平均長さが５〜５０ｍｍであり、局所領域における繊維体積含有率に関する母集団を得た際に、母集団の平均値が４０〜６５％、母集団の変動係数が０．１５〜０．４であって、前記母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する、繊維強化プラスチック、とすることでかかる課題を解決したものである。
【００１４】
本発明において、局所領域におけるＶｆに関する母集団を得た際に、母集団の変動係数が０．１５以上の場合に、繊維強化プラスチックの内部のＶｆのばらつきが大きいということができる。
【００１５】
ここで、Ｖｆに関する母集団は、繊維強化プラスチックの断面画像から、直径１００μｍに相当する局所領域を抽出した際に、局所領域内に含まれる繊維リッチのピクセルの合計の面積を局所領域に含まれるピクセルの合計の面積で除し、１００を乗じた値をＶｆとして、そして複数の上記局所領域を抽出して、各局所領域において求めたＶｆの集合を母集団とする。
【００１６】
より具体的には、まず、繊維強化プラスチックの断面画像を撮像し、該撮像画像の中から局所領域とする部分の設定を行う。取得する断面については、本発明が肉厚部の力学特性の維持が目的であるため、繊維強化プラスチック中の最厚部で取得する。撮像画像のサイズについては、繊維強化プラスチックの厚さ方向（縦方向）において上面、下面をともに含み、かつ繊維強化プラスチックの面内方向（幅方向）に２ｍｍの幅で取得する。撮像画像は、必ずしも一度の撮影で取得した画像である必要はなく、複数の画像を連結することで、一枚の大きな断面画像としてもよい。また、本発明において、局所領域は直径１００μｍの円形の領域として設定される。局所領域は、撮像画像をまず繊維強化プラスチックにおけるサイズとして０．１μｍ〜３．０μｍ四方となるピクセルに区画し、各々のピクセルについて該ピクセルの重心を中心とした繊維強化プラスチックにおけるサイズとして直径１００μｍとなる円で囲まれた部分がそのピクセルを中心とした局所領域となる。すなわち、区画されたピクセルの数だけ局所領域は設定される。なお、撮像画像の辺部においては円として局所領域を設定できないが、Ｖｆを求めるにあたって影響するものではなく、また、ピクセルの大きさと局所領域の大きさの関係から理解されるように局所領域は重なって設定される。１ピクセルのサイズは前記のとおり０．１μｍ〜３．０μｍ四方の間で任意に設定可能であるが、１ピクセルのサイズが大きすぎると正確なＶｆを測定することが困難となるため、３．０μｍ以下とする。１ピクセルのサイズが小さすぎると計算時間が大きくなるため、１ピクセルのサイズは０．１μｍよりも大きい。用いる繊維の直径にも拠るが通常用いられるような繊維であれば通常は２．０μｍ四方とすることが選択される。そのため、撮像倍率については、上記のようにピクセルサイズが繊維強化プラスチックにおける０．１μｍ〜３μｍに相当させることができるよう、十分大きくとる必要がある。ピクセルサイズの設定方法としては、特に限定はなく、予め撮像装置の解像度から所望のピクセルサイズを満たす撮像倍率を計算し断面画像を取得しても良いし、十分大きな倍率で断面画像を取得した後、画像処理によりピクセルサイズを設定しても良い。また、各ピクセルにおいては、画像処理によって、繊維リッチのピクセルと樹脂リッチのピクセルとを分けるために二値化処理を行う。あるピクセルについて繊維が観察される部分がそのピクセルの面積の半分以上を占めるときそのピクセルは繊維リッチのピクセルとされる。こうして撮像画像は繊維リッチのピクセルと樹脂リッチのピクセルとが集合した画像となる。なお、二値化にあたっての閾値は用いる樹脂と繊維の材料によって選択されるが、樹脂の部分のコントラストと繊維の部分のコントラストの差（色度差、明度差または彩度差）は通常明確なので、これらが分けられるよう設定すれば良い（例えば、中間値を用いる）。撮像条件を変えることでコントラスト差を強調することも可能である。
【００１７】
図１は本発明の繊維強化プラスチックの断面の概念図であり、樹脂２の内に繊維１が複数存在している様子を示している。図１の（ａ）は図１から切り出した部分で、二値化されたデジタル画像の概念図である。デジタル画像は複数のピクセル３で構成されており、局所領域４はあるピクセルを円の中心とした円形領域である。あるピクセルが局所領域に含まれるかは、円の外周線の一部でもそのピクセルにかかっていれば局所領域に含まれるとする。
【００１８】
局所領域におけるＶｆは、その局所領域内に含まれるとされたピクセルの総数を分母に繊維リッチであるピクセルの数を分子として１００分率にて計算される。ただし、局所領域を求めるための円の外周が断面画像からはみ出る場合は、はみ出た領域はカウントせず、断面画像内にある領域のみで計算する。
【００１９】
こうして、各局所領域についてＶｆを求めると、ピクセルの数だけＶｆが求まることになる。本発明では、かかるＶｆのデータ群を「母集団」と称して取り扱う。
【００２０】
本発明における繊維強化プラスチックは、高いＶｆとするために、母集団の平均値は４０〜６５％である。母集団の平均値が４０〜６５％であることで、高い力学特性を維持することができる。また、繊維強化プラスチック中のＶｆのばらつき、すなわち変動係数、を大きくすることで、成形時に自在に流動可能である低いＶｆの箇所を含みつつ、さらに高いＶｆの箇所を有して、結果として厚肉部を滑らかに形状追従させつつ高い力学特性を有する繊維強化プラスチックとすることができる。つまり本発明において、母集団の平均値は４０〜６５％であるが、繊維強化プラスチックの断面において全ての局所領域を４０〜６５％程度に制御する態様よりも、高いＶｆを有する箇所と低いＶｆを有する箇所の両方を存在させて、変動係数を一定の範囲としつつ、母集団の平均値を４０〜６５％とすることにより本発明の目的は達成できるのである。母集団の変動係数が０．１５以上であれば、繊維及び樹脂を良好に流動させるための低いＶｆの体積が十分確保できる。一方で、力学特性または生産性から見た母集団の変動係数としては０．４が最大である。すなわち、本発明において、母集団の変動係数は、０．１５〜０．４である。
【００２１】
なお、変動係数は標準偏差を平均値で除したパラメータとして知られているところである。
【００２２】
また本発明においては、繊維の平均長さが５〜５０ｍｍである。このようにすることで、高いＶｆの箇所も厚肉変化部以外において曲面や凹凸形状に追従した繊維強化プラスチックとすることができる。繊維の平均長さが５〜５０ｍｍの範囲内であっても、繊維の平均長さが長いほど繊維強化プラスチックの力学特性は向上し、平均繊維長さが短いほど繊維強化プラスチックは複雑な形状を実現することができる。さらに好ましい繊維の平均長さの下限は１０ｍｍ以上であり、上限としては３０ｍｍ以下である。本発明において、繊維の平均長さが５〜５０ｍｍであれば、繊維長さが５ｍｍより小さい繊維または５０ｍｍより長い繊維が含まれていてもよい。繊維強化プラスチック内の繊維の平均長さは、繊維強化プラスチックに含まれる全ての繊維の長さを測定して算出するのは現実的ではないため、繊維強化プラスチック内から任意に抽出した３００本の繊維の長さの平均値とする。繊維強化プラスチック内から繊維を抽出する方法は、高温にて樹脂を焼き飛ばす方法がある。例えば、エポキシ樹脂であれば４５０℃にて焼き飛ばすことができ、繊維強化プラスチック内の繊維を抽出することができる。ただし、繊維強化プラスチックを切断して得た繊維強化プラスチックの小片の樹脂を焼き飛ばす際は、切断面に接触する繊維が元々繊維強化プラスチックの中に存在していた時点よりも短くなっている可能性があるため、抽出の対象外とする。
【００２３】
また、本発明の繊維強化プラスチックは、図３に示すように母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級をピーク値とすると、ピーク値を複数有する。なお、本発明において、階級は、母集団中最小のＶｆの値から最大のＶｆの値の範囲を等しく１０分割することで階級数を１０とする。例えば、母集団中最小のＶｆの値が１０％、最大のＶｆの値が６０％の場合は、１０〜１５％、１５〜２０％、２０〜２５％、２５〜３０％、３０〜３５％、３５〜４０％、４０〜４５％、４５〜５０％、５０〜５５％、および５５〜６０％の計１０階級とする。さらに本発明においては、少なくとも一つのピーク値の中心値、例えばそのピーク値が５０〜５５％の繊維含有率の階級であったときは５２．５％、は母集団の平均値より低く、少なくとも一つのピーク値の中心値は母集団の平均値よりも高いことが好ましい。本発明の繊維強化プラスチックが、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際にピーク値を複数有することで、低いＶｆの箇所が、厚肉変化への追従に必要な分量含まれ、高いＶｆの箇所が力学特性を担保するために十分な分量含むことができる。本発明の繊維強化プラスチックにおいて、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、ピーク値を複数有する態様とするためには、例えば、繊維体積含有率の大きなプリプレグと繊維体積含有率の小さなプリプレグを交互に積層することで積層体として、それを硬化して繊維強化プラスチックとする方法をあげることができる。
【００２４】
本発明の繊維強化プラスチックの態様としては、母集団を階級数５０のヒストグラムにした際に、ピーク値、なお階級の分け方は上記と同様に最大のＶｆと最小のＶｆとの間を５０区間に均等に分け、また、ピーク値の意味は上記と同義であり両隣の階級よりも高い度数を示す階級である、を３つ以上有していてもよい。
【００２５】
本発明の繊維強化プラスチックの好ましい態様としては、母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域と、母集団の平均値よりも小さなＶｆを有する領域の２領域のいずれもが、実質的に線状に存在することが挙げられる。ここで、母集団の平均値よりも大きなＶｆとは、４０〜６５％の間にある平均値よりも５％以上大きなＶｆ（以下、Ｖｆ１という）であり、母集団の平均値よりも小さなＶｆとは、４０〜６５％の間にある平均値よりも５％以上小さなＶｆ（以下、Ｖｆ２という）である。実質的に線状に存在するとは、Ｖｆを求めるのに用いた撮像画像において、ＶｆがＶｆ１以上である局所領域の中心となっているピクセル、ＶｆがＶｆ２以下である局所領域の中心となっているピクセルの各々を区別してマーキングしたとき、繊維強化プラスチックの表面に平行な方向（かかる方向を幅方向とする）での長さ及び該表面に垂直な方向（かかる方向を高さ方向とする。つまりは、繊維強化プラスチックの厚み方向）での長さの比（幅／高さ）が２以上である領域が、ＶｆがＶｆ１以上である局所領域の中心となっているピクセルの群（かかるピクセルの群をＶｆ１ピクセル群という）およびＶｆがＶｆ２以下である局所領域の中心となっているピクセルの群（かかるピクセルの群をＶｆ２ピクセル群という）ともに存在することを意味する。
【００２６】
図４を参照しつつこれを具体的に説明する。図４は、断面画像において各局所領域の中心となっているピクセルをＶｆの値で以て色分けして示したピクセルの分布を表す図の一例である。図４にては、Ｖｆ１ピクセル群である領域５と、Ｖｆ２ピクセル群である領域６を認めることができる。
【００２７】
このような領域が観察されることは、繊維の厚み方向へのうねりが小さいことを指し、そのような繊維強化プラスチックは力学特性が高くなるために、好ましい。局所領域のＶｆを求めた撮像画像中、Ｖｆ１ピクセル群とＶｆ２ピクセル群はその全てが線状に存在していることが好ましいが、全ての群が線状に存在しているといえなくとも、各々の群において少なくとも１つが線状に存在していれば良い。
【００２８】
上記のように、Ｖｆ１ピクセル群とＶｆ２ピクセル群が、実質的に線状に存在する繊維強化プラスチックを製造するための方法としては、例えば、繊維体積含有率の大きなプリプレグと繊維体積含有率の小さなプリプレグを交互に積層することで積層体として、それを硬化して繊維強化プラスチックとする方法をあげることができる。
【００２９】
さらに好ましくは、少なくとも１つのＶｆ１ピクセル群、好ましくはＶｆ１ピクセル群の半数以上、また好ましくは全てのＶｆ１ピクセル群、が繊維強化プラスチックの少なくとも一方の表面から該繊維強化プラスチックの厚みの３０％までの領域に存在する繊維強化プラスチックである。また該Ｖｆ１ピクセル群は線状に存在していることが好ましい。表面に近い領域、つまり表層部にＶｆ１ピクセル群が存在することで、特に繊維強化プラスチックの曲げ剛性が向上するために好ましい。また、Ｖｆのばらつきに起因する表面の凹凸の発生が抑制され、繊維強化プラスチック表面を平滑とできる。より好ましい態様は、Ｖｆ１ピクセル群が繊維強化プラスチックの両方の面において、各面から厚み方向の３０％までの領域に存在する繊維強化プラスチックである。
【００３０】
本発明の繊維強化プラスチックの好ましい態様としては、繊維が実質的に一方向に配向した層、及び、繊維が多方向に配向した層を有することが挙げられる。以下、繊維が実質的に一方向に配向した層を一方向層、繊維が多方向に配向した層を多方向層と呼ぶ。図５は本発明の好ましい繊維強化プラスチックの例であって、層構造を有する繊維強化プラスチックの概念図である。図５には層Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが含まれており、層Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅは一方向層である。
【００３１】
一方向層とは、繊維強化プラスチックの断面において、同一の繊維断面形状が表れる繊維強化プラスチック表面に実質的に平行な領域（層）である。同一の繊維断面形状とは、繊維強化プラスチックの断面中の幅２ｍｍ、縦は繊維強化プラスチックの上面と下面までの領域の中に、幅２ｍｍでかつ厚みの等しい層をみたとき、その領域内から無作為に選んだ１００個の繊維断面の長径を測定して平均値を算出した際に、９０個以上の断面の長径がそれらの平均値の±１０％以内である場合を意味する。繊維強化プラスチック表面に実質的に平行とは、繊維強化プラスチックの断面を見た際に、集合体の境界と、繊維強化プラスチックの表面とが−１０°〜＋１０°の範囲内となる場合を意味する。また、繊維強化プラスチックの断面において、一方向層が存在する場合に限って、該断面のその他の領域も層とみなすことができ、層Ｃのように２つの一方向層に挟まれた領域あるいは、一方向層と繊維強化プラスチックの表面に挟まれた領域も層とみなす。一方向層の存在によって、効率的に力学特性を向上することが可能となる。また、一方向層がＶｆ１ピクセル群に対応する層であることで、より効率的に力学特性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、繊維強化プラスチックの断面において、一方向層が存在する場合に限っては、該断面のその他の領域も層とみなすことができ、層Ｃのように２つの一方向層に挟まれた領域あるいは、一方向層と繊維強化プラスチックの表面に挟まれた領域を層とみなしたとき、繊維強化プラスチックの断面中の同一の層中の幅２ｍｍの領域内に１００本以上繊維断面が見られ、かつ上述の一方向層の定義を満たさない層を多方向層とする。多方向層は、２つのパターンが存在する。一つは、図５の層Ｃのように、層Ｃ内をさらに断面形状の近い繊維が集合した領域が存在する場合である。断面形状が近いとは、繊維強化プラスチックの断面写真に観察される繊維断面における長径と該長径に一致する線分を該繊維の直断面に写像したときの径、すなわち該長径に対応したその繊維の実際の直径とから断面を基準面とした繊維配向角を計算した際、配向角の違いが１０°以内であるということを意味する。なお、繊維の配向角θ［°］は、θ＝ａｒｃｓiｎ（（繊維直径）／（繊維断面の長径））×１８０／πで計算される。層Ｃ内は、さらに集合体Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のように、繊維の断面形状が近い集合体が存在している。多方向層と認定されるもう一つのパターンは、断面形状が異なる繊維同士が互いに入り組んだように構成されていて、繊維の断面形状が近い集合体に分割することができない場合である。特に、Ｖｆ２ピクセル群に対応する層が多方向層であれば、小さなＶｆを有する領域中の強化繊維の繊維長が比較的長い場合であっても等方的な力学特性を有するようになる。したがって、力学特性に影響の大きい一方向層の選定を制限なくできるため好ましい。さらに、多方向層が断面形状の近い領域群が複数存在する様態であれば、基材の製造工程において強化繊維束を単糸分散させる工程が必要ないことから、生産コストに優れるためより好ましい。
【００３３】
繊維が実質的に一方向に配向した層、及び、繊維が多方向に配向した層を有する繊維強化プラスチックとするためには、例えば、繊維が実質的に一方向に配向したプリプレグ、及び、繊維が多方向に配向したプリプレグ（例えば、ＳＭＣ）を交互に積層することで積層体として、それを硬化して繊維強化プラスチックとする方法をあげることができる。
【００３４】
本発明の繊維強化プラスチックは、繊維及び樹脂を含むものであり、本発明の繊維強化プラスチックにおいて、繊維とはガラス繊維、ケブラー繊維、炭素繊維、グラファイト繊維またはボロン繊維等の一般的に繊維強化プラスチックの強化材として用いられる繊維を意味する。この内、比強度及び比弾性率の観点からは、炭素繊維が好ましい。
【００３５】
本発明において繊維強化プラスチックの意味は一般的に用いられている用語の意味と同義であり、すなわち、樹脂中に繊維、強化繊維ともいう、が含有された物であり該繊維により当該物全体の強度等の機械特性の改善が図られたものである。本発明の繊維強化プラスチックにおいて用いられる樹脂は熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂及びポリイミド樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリスルフォン、ＡＢＳ、ポリエステル、アクリル、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、液晶ポリマー、塩ビ、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどが挙げられる。
【００３６】
本発明の繊維強化プラスチックは自動車、航空機等における構造部材として、好ましく用いることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定して解釈されるものではない。【００３８】
＜樹脂フィルムの作製＞
エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製“ｊＥＲ（登録商標）”８２８：３５質量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１００１：３０質量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１５４：３５質量部）に、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール（チッソ（株）製“ビニレック（登録商標）”Ｋ）５質量部をニーダーで加熱混練してポリビニルホルマールを均一に溶解させた後、硬化材ジシアンジアミド（ジャパンエポキシレジン（株）製ＤＩＣＹ７）３．５質量部と、硬化促進剤３−（３，４―ジクロロフェニル）―１，１−ジメチルウレア（保土谷化学工業（株）製ＤＣＭＵ９９）４質量部を、ニーダーで混練して未硬化のエポキシ樹脂組成物を調整した。このエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを用いて、シリコーンコーティング処理させた離型紙上に塗布して目付６２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムを作製した。【００３９】
＜切込プリプレグの作製＞
切込プリプレグを作製するため、その元となる連続繊維プリプレグを、全体を平均した繊維体積含有率（Ｖｆ）が５８％となるように、一方向に配列させた目付２５０ｇ／ｍ２の炭素繊維（Ｔ７００Ｓ）の両面に上記手順により得られた目付６２ｇ／ｍ２の樹脂フィルムをそれぞれ重ね、加熱・加圧することによって樹脂を含浸させて得た。得られた連続繊維プリプレグに、刃が設けられたロール（回転刃）を用いて、連続繊維プリプレグ内の全ての繊維が分断されるように切込プリプレグＡと切込プリプレグＢを得た。【００４０】
切込プリプレグＡは全ての繊維が２２ｍｍの長さとなるように、切込が挿入されており、切込と繊維方向との角度は１４°、一つ一つの切込の長さは１ｍｍとした。【００４１】
切込プリプレグＢは全ての繊維が１１ｍｍの長さとなるように、切込が挿入されており、切込と繊維方向との角度は２５°、一つ一つの切込の長さは３ｍｍとした。【００４２】
＜ＳＭＣの作製＞
上記連続繊維プリプレグを幅０．３ｍｍ長さ３０ｍｍにカットしたチョップドプリプレグを、各チョップドプリプレグの繊維方向がランダムに配向するように配置し、さらに全体を平均した繊維体積含有率（Ｖｆ）が３０％となるように、上述の樹脂フィルムで挟み、７０℃で１分間真空圧着することで製造した。【００４３】
＜プレス成形＞
上記切込プリプレグＡ、切込プリプレグＢ、樹脂フィルム、ＳＭＣを組み合わせた積層体を、図６に示すような箱型形状を成形する両面型を用いてプレス成形にて固化し、繊維強化プラスチックを得た。得られる繊維強化プラスチックは幅方向が１５０ｍｍ、長さ方向が２００ｍｍの箱型形状で、底面の厚さが３ｍｍで、側面の厚さＴは４ｍｍと６ｍｍの２パターンを用意した。型は余剰分が流れ出る構造となっている。【００４４】
プレス成形方法としては、プレス機の内部であらかじめ１３０℃に温めておいた型の中央に配置した後、上型と下型で挟み、成形温度１３０℃、成形圧力６．０ＭＰａで３０分間保持した。その後脱型し、所定の繊維強化プラスチックを得た。【００４５】
＜Ｖｆに関する母集団の取得＞
得られた繊維強化プラスチックの最厚部（本成形体では側面部）を切り出し、樹脂に埋め込みバフ研磨を行った。研磨した繊維強化プラスチックの断面をデジタル顕微鏡にて撮影し、１ピクセルの一辺が繊維強化プラスチックの２μｍに相当するサイズで、繊維強化プラスチックの最厚部の表面に平行な方向を幅、該表面に垂直な方向（すなわち、厚み方向）を高さ（Ｔ）として、幅２０００個、Ｔ＝４ｍｍの場合は高さ２０００個、Ｔ＝６ｍｍの場合は高さ３０００個の正方形のピクセルで構成される繊維強化プラスチック断面のデジタル画像を得た。次に、断面のデジタル画像を２値化処理して繊維リッチのピクセルと樹脂リッチのピクセルとに区分した。各々のピクセルの重心を中心に直径１００μｍの局所領域をＴ＝４ｍｍの場合は２０００×２０００個、Ｔ＝６ｍｍの場合は２０００×３０００個設定し、各局所領域においてＶｆを求めて母集団とした。ただし、局所領域を画する外周円が前記デジタル画像からはみ出る場合は、直径１００μｍの円とデジタル画像の重なる領域を局所領域とした。以下、特に限定しない場合、平均値は母集団の平均値、変動係数は母集団の変動係数を意味する。各参考例、実施例及び比較例での測定結果は表１に示すとおりである。【００４６】
＜Ｖｆの分布状況評価＞
前記のデジタル画像において、各局所領域において求められたＶｆの値に従って、該局所領域の中心のピクセルをマーキングしてＶｆの分布図を得た。上述の方法で、Ｖｆ１ピクセル群およびＶｆ２ピクセル群を求め、観測されたこれらの群が実質的に線状であるかを評価した。Ｖｆ１ピクセル群の幅／高さの最大値、Ｖｆ２ピクセル群の幅／高さの最大値を表に記載した。【００４７】
＜繊維強化プラスチックの層構造評価＞
断面のデジタル画像から、繊維強化プラスチックが層構造を有する場合に、上述の方法で各層について繊維が実質的に一方向に配向した層であるか、繊維が多方向に配向した層であるかを評価した。【００４８】
表１には、繊維強化プラスチックが、層構造を有していない場合はＷ、繊維が実質的に一方向に配向した層のみで構成されている場合はＸ、繊維が実質的に一方向に配向した層と、繊維が多方向に配向した層で構成されている場合はＹとした。【００４９】
（参考例１）
切込プリプレグＡと切込プリプレグＢを、幅方向を０°として［−４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で積層し、２つの積層体の間に樹脂フィルム２枚を挟んで、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、切込プリプレグＢ、樹脂フィルムとからなる基材積層体を得た。【００５０】
この基材積層体をＴ＝４ｍｍの型で、側面表面が切込プリプレグＢとなるようにプレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられなかった。一方で、側面表面の繊維が大きくうねっていた。Ｔ＝６ｍｍの型でのプレス成形では型との非接触部等の成形不良が見られ、力学特性の低下が推測された。【００５１】
得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値は１箇所であった。【００５２】
（参考例２）
切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２枚積層し、２つの積層体の間に樹脂フィルム４枚を挟んで、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、樹脂フィルムとからなる基材積層体を得た。【００５３】
この基材積層体をＴ＝４ｍｍの型でプレス成形して得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられず、側面表面の繊維のうねりは実施例１よりも少なかった。断面を見ると、繊維強化プラスチック内部で大きく繊維がうねっている様子が見られた。Ｔ＝６ｍｍの型でのプレス成形では型との非接触部等の成形不良が見られ、力学特性の低下が推測された。【００５４】
得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値が１箇所であった。【００５５】
（実施例１）
切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で積層し、４ｍｍの厚さのＳＭＣ重ねて、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、ＳＭＣの基材積層体を得た。【００５６】
基材積層体をＴ＝６ｍｍの型で、繊維強化プラスチックの外面側がＳＭＣとなるように、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられなかった。ＳＭＣの側面は手触りで凹凸があることが感じられた。断面を見ると、繊維が実質的に一方向に配向している層と、繊維が多方向に配向した層が存在していた。繊維が多方向に配向した層は、断面形状の近い繊維が集合する複数の領域が存在していた。繊維が多方向に配向した層では、繊維が大きく面外へうねっている様子が見られた。【００５７】
得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値が２箇所あった。【００５８】
（実施例２）
切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２セット積層し、２つの積層体の間に３ｍｍの厚さのＳＭＣを挟んで、３００ｍｍ×３００ｍｍの切込プリプレグＡ、ＳＭＣの基材積層体を得た。【００５９】
基材積層体をＴ＝６ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックはボイド等の欠損はみられなかった。側面の手触りは凹凸がなく、平滑であった。
得られた繊維強化プラスチックのＶｆに関する母集団を取得し、母集団を階級数１０のヒストグラムにした際に、左右に隣接する階級の度数よりも大きな度数を有する階級であるピーク値が２箇所あった。【００６０】
断面を見ると、層構造を有しており、繊維が実質的に一方向に配向している層と、繊維が多方向に配向した層が存在していた。繊維が多方向に配向した層は、断面形状の近い繊維が集合する複数の領域が存在していた。Ｖｆの分布状況評価では、実質的に線状であり、母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域と、実質的に線状である平均値よりも小さなＶｆを有する領域が、共に存在していることが確認できた。【００６１】
また、母集団の平均値よりも大きなＶｆを有する領域が、表層から厚み方向の３０％よりも小さい範囲に存在していた。【００６２】
（比較例１）
連続繊維プリプレグを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２セット積層して、間に樹脂フィルムを２枚挟み、３００ｍｍ×３００ｍｍの基材積層体を得た。【００６３】
基材積層体をＴ＝４ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックは側面の大部分が型に接触しておらず、品質が良好ではなかった。そのため、力学特性の低下が推測された。【００６４】
（比較例２）
切込プリプレグＡを、幅方向を０°として［―４５°／０°／＋４５°／９０°］ｓの積層構成で２セット積層して、間に樹脂フィルムを２枚挟み、３００ｍｍ×３００ｍｍの基材積層体を得た。【００６５】
基材積層体をＴ＝４ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックは比較例１よりも改善されていたものの、側面の部分が型に接触していない箇所があり、品質が良好ではなく、力学特性の低下が推測された。【００６６】
（比較例３）
ＳＭＣを６ｍｍの厚さとなるように積層し、３００ｍｍ×３００ｍｍのＳＭＣ積層体を得た。【００６７】
基材積層体をＴ＝６ｍｍの型で、プレス成形を行った。得られた繊維強化プラスチックは目立った欠陥はなかったが、Ｖｆに関する母集団を得たところ、母集団の平均値はいずれの実施例よりも低い値となった。【００６８】
【表１】
2018235512.tif 000003
【００６９】
表において「ピーク値の個数」とは、母集団を階級数１０のヒストグラムとしたとき、ピークとして観察される階級の個数を意味する。例えば、図３の態様では２である。【００７０】
本出願は、２０１７年０６月１９日出願の日本国特許出願、特願２０１７−１１９２８８に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれうる。
【符号の説明】
【００７１】
１：繊維部
２：樹脂部
３：ピクセル
４：局所領域
５：Ｖｆ１ピクセル群
６：Ｖｆ２ピクセル群
【図１】
2018235512.tif 000004
【図２】
2018235512.tif 000005
【図３】
2018235512.tif 000006
【図４】
2018235512.tif 000007
【図５】
2018235512.tif 000008
【図６】
2018235512.tif 000009
【国際調査報告】
2018235512.tif 000010
2018235512.tif 000011
2018235512.tif 000012
2018235512.tif 000013