(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂を組物で補強することにより、力学特性を向上させると共に、力学的特性の精密な調整を可能とする。【解決手段】熱可塑性の樹脂を繊維マットで強化してなる熱可塑性樹脂層２と、組糸及び中央糸を組んでなる組物層１とを準備し、熱可塑性樹脂層２及び組物層１を加熱し、この熱可塑性樹脂層２の少なくとも一方の面側に組物層１を重ね、この積層体をプレスして成形する。そして、組物層１が仕上がり成形体の形状に組まれて、この組物層１を、プレス成形のための金型１０に嵌め込んでプレスしても良い。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性の樹脂を繊維マットで強化してなる熱可塑性樹脂層と、この熱可塑性樹脂層の少なくとも一方の面側に設けられ一対の組糸及び中央糸を組んでなる組物層とを積層してなることを特徴とする熱可塑性ＦＲＰ。
【請求項２】
前記組物層は、前記一対の組糸のそれぞれの組糸間隔が１０〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性ＦＲＰ。
【請求項３】
熱可塑性の樹脂を繊維マットで強化してなる熱可塑性樹脂層と、一対の組糸及び中央糸を組んでなる組物層とを準備し、前記熱可塑性樹脂層及び前記組物層を加熱し、この熱可塑性樹脂層の少なくとも一方の面側に前記組物層を重ね、この積層体をプレスして成形することを特徴とする熱可塑性ＦＲＰの製造方法。
【請求項４】
前記組物層の全部又は一部を、２枚のシート状又はベルト状の組物を重ねることを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性ＦＲＰの製造方法。
【請求項５】
前記組物層が予め仕上がり成形体の形状に組まれており、この組物層を、プレス成形のための金型に嵌め込んでプレスすることを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性ＦＲＰの製造方法。
【請求項６】
前記組物層を、前記一対の組糸のそれぞれの組糸間隔が１０〜５０ｍｍとなるよう組むことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱可塑性ＦＲＰ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂を組物で補強した熱可塑性ＦＲＰ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維等の繊維マットで強化した熱可塑性樹脂を補強するために、熱可塑性樹脂と、一方向に配した繊維や織物繊維とを複合した熱可塑性ＦＲＰが提供されている。しかし、一方向の繊維では全ての糸が平行に配列されており、織物では互いに直交する経糸と緯糸の組み合わせであり、織物の経糸と緯糸は、１：１又は１：２に限定されているので、ＦＲＰの力学的特性の向上には限度がある。
又、ＦＲＰ成形品の表面に模様付けをする際の、模様面のクラック等を防止するための製造法（特許文献１参照）、補強材とマトリクス樹脂の接着性を改善するために、補強基材とマトリクス樹脂の間に低弾性樹脂で柔軟性界面層を形成した積層体（特許文献２参照）等が提案されている。しかしこれらは、力学的特性を十分に向上することができない。
【特許文献１】特開平７−３０８９２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２９４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明の課題は、従来技術の諸事情に鑑み、熱可塑性樹脂層を組物層で補強することで、ＦＲＰの力学的特性を飛躍的に向上させる熱可塑性ＦＲＰ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る熱可塑性ＦＲＰは、熱可塑性の樹脂を繊維マットで強化してなる熱可塑性樹脂層と、この熱可塑性樹脂層の少なくとも一方の面側に設けられ、一対の組糸及び中央糸を組んでなる組物層とを積層してなる。
【０００５】
好ましくは、前記組物層は、一対の組糸の各組糸間隔が１０〜５０ｍｍである。
【０００６】
そして、本発明に係る熱可塑性ＦＲＰの製造方法は、熱可塑性の樹脂を繊維マットで強化してなる熱可塑性樹脂層と、一対の組糸及び中央糸を組んでなる組物層とを準備し、前記熱可塑性樹脂層及び前記組物層を加熱し、この熱可塑性樹脂層の少なくとも一方の面側に前記組物層を重ね、この積層体をプレス成形する。
【０００７】
好ましくは、前記組物層の全部又は一部が、２枚のシート状又はベルト状の組物を重ねてなる。
【０００８】
更に好ましくは、前記組物層が予め仕上がり成形体の形状に組まれており、この組物層を、プレス成形のための金型に嵌め込んでプレス成形する。
【０００９】
前記組物層を、一対の組糸のそれぞれの組糸間隔が１０〜５０ｍｍとなるよう組んでも良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の熱可塑性ＦＲＰは、繊維マットで強化した熱可塑性樹脂層と、組糸及び中央紙を組んでなる組物層とを積層してなるので、ＦＲＰの強度を増加できると共に、組物層の組糸の角度等を任意に変更することができるので、ＦＲＰ全体又は各方向の力学的特性を精密に調整することもできる。
【００１１】
又、一対の組糸の各組糸間隔が１０〜５０ｍｍになるように組めば、組糸の密度が低くなり組目の粗い組物となる。従って、組物の各組糸間に比較的大きな隙間が形成され、この隙間に熱可塑性樹脂が入り込むのでアンカー効果が生じ、熱可塑性樹脂層と組物層の密着性、安定性が向上し、熱可塑性ＦＲＰの強度が増加する。
【００１２】
そして、本発明に係る熱可塑性ＦＲＰの製造方法は、熱可塑性樹脂と組物層を予め加熱して重ね、この積層体をプレス成形することで、熱可塑性ＦＲＰを任意の形状に変形して一体化することができる。
【００１３】
又、２枚のシート状又はベルト状の組物を重ねて、組物層の全部又は一部を構成することで、組物層を簡単に形成することができ、生産効率が良い。
【００１４】
組物層を予め仕上がり成形体の形状に組み、この組物層をプレス成形のための金型に嵌め込んでプレス成形することで、プレス成形した後でも、組物層の組糸及び中央糸の角度等が保持され変化せず、繊維方向が明確であるので、熱可塑性ＦＲＰの力学的特性を十分に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本発明に係る熱可塑性ＦＲＰ及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、組物層を組成するためのブレイダーを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は切断側面図である。図１の如く、ブレイダーＢＲは、ブレイダー本体Ｂｂ及びマンドレル装置Ｂｍを備えている。ブレイダー本体Ｂｂは、軸線が水平で一側に開口ｅを有する略円筒状の機台Ｆｂを有している。この機台Ｆｂ内に、曲率半径Ｒの曲面状の上板Ｕが設けられている。そして、上板Ｕの周方向に、ボビンキャリアーＣ１の軌道が設けられており、駆動装置Ｄで、ボビンキャリアーＣ１がこの軌道に沿って走行する。
【００１７】
そして、ボビンキャリアーＣ１に取り付けられたボビンから引き出される糸条Ｙが、糸条案内装置Ｇを介して上板Ｕの略中央に集合する。又、マンドレル装置Ｂｍに取り付けられたマンドレルｍの位置は、マンドレルｍ上に形成される組物の組み上げ点Ｐが上板Ｕの中心に位置する。マンドレル装置Ｂｍは、マンドレルｍを一次元、二次元、或いは三次元的に位置制御できる。
【００１８】
ボビンキャリアーＣ１は駆動装置Ｄによって軌道に沿って走行するとともに、マンドレルｍの位置がマンドレル装置Ｂｍによって制御され、その結果多数の糸条Ｙが交錯する。又、必要に応じて、機台ＦｂのフレームＦｂ’に略水平に配置されたボビンキャリアーＣ２から中央糸用糸条ｙが、走行するボビンキャリアーＣ１から巻き戻され組み上げられる糸条Ｙに交絡することにより、ブレイディングが行われて種々の形状のマンドレルｍ上に組物層が組み上げられる。
【００１９】
図２は、組物層の一部を拡大して示す平面図である。ブレイダーＢＲで組成された組物層は、マンドレルｍの軸線に対する組角度が±θ°の一対の組糸４，５と、軸線に対する角度が０°の中央糸６によって組織されている。この組糸４，５及び中央糸６は、例えばカーボン繊維、ガラス繊維等からなる繊維束である。
図３は、組物層の全体を示す斜視図であり、（ａ）はシート状の組物層、（ｂ）はベルト状の組物層、（ｃ）は円筒状の組物層を示す。図３（ａ）に示すシート状の組物層１は、幅Ｗ１が２００ｍｍ、長さＬ１が６００ｍｍである。この組物層１は、下記の表１に記載のサンプル名［実施例１］，［実施例２］の２つの例で実施した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１の如く、サンプル名［実施例２］の組物層１は、ブレイダーＢＲに搭載した径φ８０ｍｍの円筒状マンドレル上に組物を組成し、組成された円筒状の組物を軸方向にカットして広げてシート状にする。この組物層１は、組角θが６０°、組糸４，５の本数が４８本、それぞれの組糸の間隔ｔ１，ｔ２が５．２ｍｍである。又、中央糸６の本数は２４本、間隔ｔ３が１０．５ｍｍである。そして、この組物層１は、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂で接着処理されている。サンプル名［実施例１］の組物層１は、接着処理がされていない点で、［実施例２］の組物層１と異なる。
【００２２】
図３（ｂ）に示すベルト状の組物層１’は、幅Ｗ２が５０ｍｍ、長さＬ２が６００ｍｍである。この組物層１’は、下記の表２に記載のサンプル名［実施例３］，［実施例４］で製造した。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２の如く、サンプル名［実施例４］の組物層１’は、ブレイダーＢＲに備えた径φ３０ｍｍの円筒状マンドレル上に組物を組成し、これによる円筒状の組物をプレスして押し潰してベルト状にする。この組物層１’は、組角θが１５°、組糸４，５の本数が２４本、間隔ｔ１，ｔ２が７．９ｍｍである。又、中央糸６の本数は１２本、間隔ｔ３が１０５．５ｍｍである。そして、この組物層１’は、熱可塑性樹脂で接着処理されている。サンプル名［実施例３］の組物層１’は、組糸４，５の間隔ｔ１，ｔ２が７．６ｍｍ、中央糸６の間隔ｔ３が７．９ｍｍ、接着処理がされていない点で、［実施例４］の組物層１と異なる。
【００２５】
図３（ｃ）に示す円筒状の組物層１’’は、径φ１が８０ｍｍ、高さＨ１が１５０ｍｍであり、仕上がり成形体の形状に組まれている。そして、この組物層１’’は、下記の表３に記載のサンプル名［実施例５］，［実施例６］で実施した。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
表３の如く、サンプル名［実施例６］の組物層１’’は、ブレイダーＢＲの径φ８０ｍｍの円筒状マンドレル上に組物を組成し、それをそのまま取り外したものである。この組物層１’’は、組角θが５４°、組糸４，５の本数が４８本、間隔ｔ１，ｔ２が１０．５ｍｍである。又、中央糸６の本数は２４本、間隔ｔ３が９９．７ｍｍである。そして、熱可塑性樹脂で接着処理されている。サンプル名［実施例５］の組物層１’’は、接着処理されていない点で、［実施例６］の組物層１’’と異なる。
【００２８】
図４は、熱可塑性樹脂層の一部を拡大して示す断面図である。本例の熱可塑性樹脂層２は、熱可塑性の樹脂を繊維マットで強化したものである。図４の如く、この熱可塑性樹脂層２は、熱可塑性樹脂層８，８，８と繊維マット層９，９とを互いに積層状にしたものである。熱可塑性樹脂層８は、例えばポリプロピレン樹脂等で、繊維マット層９はガラス繊維等で構成されている。
【００２９】
次に、本発明に係る熱可塑性ＦＲＰの製造方法について説明する。本実施例では、円筒状の熱可塑性ＦＲＰを製造する方法について説明するが、角筒状や皿状、ボックス状など種々の形状についても適用できる。
先ず図５の如く、赤外線ヒータを備えた加熱炉Ｈｍで、組物層１及び熱可塑性樹脂層２を予め加熱する。加熱温度は約２００〜３００°、加熱時間は約１〜５分である。これにより、組物層１及び熱可塑性樹脂２は変形可能となる。
【００３０】
図６は、シート状の組物層を用いた製造方法を示す斜視図である。図６のように、２枚のシート状の組物層１，１と、２枚の熱可塑性樹脂層２，２と、円筒状の上下金型１０を準備する（上金型は図示略）。そして、２枚のシート状組物層１，１を、クロス状に交叉して重ねる。更に、組物層１，１の上下それぞれに、熱可塑性樹脂層２，２を重ね、これら１，２を下金型１０の上に配置する。この状態で、上金型を降下させてプレス成形して脱型することにより、円筒状の熱可塑性ＦＲＰが製造される。
【００３１】
図７は、ベルト状の組物層を用いた製造方法を示す斜視図である。図７の如く、２本のベルト状の組物層１’，１’と、２枚の熱可塑性樹脂層２，２と、円筒状の上下金型１０を準備する（上金型は図示略）。そして、前記のシート状組物層と同様に、２本のベルト状組物層１’，１’をクロス状に重ねる。その後、組物層１’，１’の上下に熱可塑性樹脂層２，２を重ねて、プレス成形、脱型して円筒状の熱可塑性ＦＲＰを製造する。
【００３２】
図８は、円筒状の組物層を用いた製造方法を示す斜視図である。図８の通り、円筒状の組物層１’’と、２枚の熱可塑性樹脂層２，２と、円筒状の上下金型１０を準備する（上金型は図示略）。そして、円筒状組物層１’’を下金型１０にはめ込み、組物層１’’の上に２枚の熱可塑性樹脂層２，２を載せる。そして、プレス成形し脱型することで、円筒状の熱可塑性ＦＲＰを製造する。
【００３３】
図９は、円筒状の熱可塑性ＦＲＰを示す断面図であり、（ａ）はシート状・ベルト状の組物層１，１’を用いたもの、（ｂ）は円筒状の組物層１’’を用いたものである。図９（ａ）の熱可塑性ＦＲＰは、各熱可塑性樹脂層２，２の間に、組物層１，１’を挟んだように構成されている。図９（ｂ）の熱可塑性ＦＲＰは、組物層１’’上に熱可塑性樹脂層２，２が積層されており、組物層１’’が予めプレス成形される形状に組成されているので、熱可塑性ＦＲＰを製造する際にプレス成形しても、組糸４，５及び中央糸６の配列が保持されるので、力学的性質を十分に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】組物層を組成するためのブレイダーを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は切断側面図である。
【図２】組物層の一部を拡大して示す平面図である。
【図３】組物層の全体を示す斜視図であり、（ａ）はシート状の組物層、（ｂ）はベルト状の組物層、（ｃ）は円筒状の組物層を示す。
【図４】熱可塑性樹脂層の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】加熱炉で組物層及び熱可塑性樹脂層を加熱する状態を示す概略側面図である。
【図６】シート状の組物層を用いた製造方法を示す斜視図である。
【図７】ベルト状の組物層を用いた製造方法を示す斜視図である。
【図８】円筒状の組物層を用いた製造方法を示す斜視図である。
【図９】円筒状の熱可塑性ＦＲＰを示す断面図であり、（ａ）はシート状・ベルト状の組物層を用いたもの、（ｂ）は円筒状の組物層を用いたものである。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・シート状の組物層
１’・・・ベルト状の組物層
１’’・・・円筒状の組物層
２・・・熱可塑性樹脂層
４，５・・・一対の組糸
６・・・中央糸
８・・・熱可塑性樹脂層
９・・・繊維マット層
１０・・・下金型
ｔ１，ｔ２・・・各組糸の間隔
ｔ３・・・中央糸の間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月19日(2005.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記組物層を、前記一対の組糸のそれぞれの組糸間隔が１０〜５０ｍｍとなるよう組むことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱可塑性ＦＲＰの製造方法。