(57)【要約】【課題】高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを有するＦＲＰ成形品及びその製造方法を提供する。【解決手段】  緩衝繊維材と、該緩衝繊維材を被覆する被覆材とを含み、前記緩衝繊維材が、繊維を含有する繊維基材と、該繊維基材の少なくとも一方の面上に、平面視において規則的又は不規則的なパターンで配置した緩衝材とを含み、前記被覆材が、樹脂を含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩衝繊維材と、該緩衝繊維材を被覆する被覆材とを含み、
前記緩衝繊維材が、
繊維を含有する繊維基材と、該繊維基材の少なくとも一方の面上に、平面視において規則的又は不規則的なパターンで配置した緩衝材とを含み、
前記被覆材が、樹脂を含有する、ＦＲＰ成形品。
【請求項２】
前記緩衝繊維材を複数含み、前記複数の緩衝繊維材が積み重なった形態である、請求項１記載のＦＲＰ成形品。
【請求項３】
前記繊維が炭素繊維を含む、請求項１又は２記載のＦＲＰ成形品。
【請求項４】
前記繊維基材が布帛を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項５】
前記布帛が、織物、編物、及び不織布からなる群より選ばれる１種以上を含む、請求項４記載のＦＲＰ成形品。
【請求項６】
前記緩衝材が、衝撃吸収特性を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項７】
前記パターンが、点在する複数の突状体で構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項８】
前記突状体の形状が、平面視において円形状及び多角形状のいずれかである、請求項７記載のＦＲＰ成形品。
【請求項９】
前記パターンが、網状に形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＦＲＰ成形品。
【請求項１０】
前記網状に形成されたパターンの網目が、円形状の形態及び多角形状の形態のいずれかである、請求項９記載のＦＲＰ成形品。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＦＲＰ成形品を製造する方法であって、
繊維を含有する繊維基材の少なくとも一方の面に、緩衝材を平面視において規則的な又は不規則的なパターンで配置して緩衝繊維材を得る工程と、
前記緩衝繊維材を樹脂で被覆する工程と、を含むＦＲＰ成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ成形品及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（以下、「ＦＲＰ」という。）は、軽量かつ高い強度及び高い弾性率を有することから、浴槽などの生活品から航空宇宙分野、自動車等の移動体分野、スポーツ分野等に広く活用されている。ＦＲＰの中でも、繊維が炭素繊維である炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」という。）は、弾性率、強度が特に優れていることから、注目されており利用が拡大している。
【０００３】
近年、ＦＲＰは、ヘルメット等の保護具、スマートフォンケース等の家電分野等への用途拡大が検討されており、これらの用途に用いるためには、耐衝撃性の向上が重要となる。ＣＦＲＰは、特に割れやすい脆性材料であるため、耐衝撃性を向上することが強く求められている。
【０００４】
特許文献１には、深み感のある高い意匠性の模様が付与され、耐熱性、耐衝撃性、及び断熱性に優れたＦＲＰ成形品を提供することを目的として、最表面が透明ゲルコート層であり、その内側の層が特定の多色ゲルコート層であり、その内側の層が、所定の強化繊維を含有する強化繊維補強樹脂層であり、該樹脂層にさらに合成樹脂発泡層が積層されているＦＲＰ成形品が開示されている。この文献には、実施例１において、最表面側から内側に向かって、特定の透明ゲルコート層、特定の多色ゲルコート層、ガラス繊維を含有する強化繊維補強樹脂層、補強材、裏打ち層、及びウレタン樹脂発泡層が形成されたＦＲＰ製浴槽を作製したことが記載されている。また、この文献には、実施例１のＦＲＰ製浴槽について、１１０ｇの鋼球を２ｍの高さより浴槽中央部に落下させる落球衝撃試験を行った結果、浴槽表面に、クラック、欠け等の外観以上が生じなかったことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１６０７０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、特許文献１の実施例１のように、強化繊維補強樹脂層に、比較的柔らかい合成樹脂発泡層を積層すると、強度及び弾性率が低下する。また、この文献の実施例１では、合成樹脂発泡層の厚さが増すだけでなく、十分な強度を確保するための補強材、及び該補強材を固定するための裏打ち層を形成する必要があり、これらの層の厚さも増すため、この文献に記載の方法では、厚さが薄い成形品を製造できない。さらに、この文献に記載の方法では、強化繊維補強樹脂層に合成樹脂発泡層が積層された積層体とするため、成形品の物性を部分的に制御することができない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを同時に満たすＦＲＰ成形品及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、繊維を含有する繊維基材の少なくとも一方の面に、緩衝材を平面視において規則的な又は不規則的なパターンで配置して得られる緩衝繊維材を樹脂で被覆すると、得られるＦＲＰ成形品は、高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを同時に満たすことを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち、本発明のＦＲＰ成形品は、緩衝繊維材と、該緩衝繊維材を被覆する被覆材とを含み、前記緩衝繊維材が、繊維を含有する繊維基材と、該繊維基材の少なくとも一方の面上に、平面視において規則的又は不規則的なパターンで配置した緩衝材とを含み、前記被覆材が、樹脂を含有する。本発明のＦＲＰ成形品は、緩衝繊維材を複数含み、前記複数の緩衝繊維材が積み重なった形態であることが好ましい。前記繊維は、炭素繊維を含むことが好ましい。前記繊維基材は、布帛を含むことが好ましく、前記布帛は、織物、編物、及び不織布からなる群より選ばれる１種以上を含むことが好ましい。前記緩衝材は、衝撃吸収特性を有することが好ましい。前記パターンは、点在する複数の突状体で構成されていることが好ましく、前記突状体の形状は、平面視において円形状及び多角形状のいずれかであることが好ましい。前記パターンは、網状に形成されていることが好ましく、前記網状に形成されたパターンの網目は、円形状の形態及び多角形状の形態のいずれかであることが好ましい。
【００１０】
本発明のＦＲＰ成形品の製造方法は、本発明のＦＲＰ成形品を製造する方法であって、繊維を含有する繊維基材の少なくとも一方の面に、緩衝材を平面視において規則的な又は不規則的なパターンで配置して緩衝繊維材を得る工程と、前記緩衝繊維材を樹脂で被覆する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを同時に満たすＦＲＰ成形品及びその製造方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明のＦＲＰ成形品の一例を示す概略平面図である。
【図２】図２は、図１のＦＲＰ成形品のＡ−Ａ’線による概略断面図である。
【図３】図３は、実施例１−１のＣＦＲＰ成形品におけるパターンを示す概略図である。
【図４】図４は、実施例１−１１のＣＦＲＰ成形品におけるパターンを示す概略図である。
【図５】図５は、実施例１−１２のＣＦＲＰ成形品におけるパターンを示す概略図である。
【図６】図６は、実施例１−１３のＣＦＲＰ成形品におけるパターンを示す概略図である。
【図７】図７は、実施例１−１４のＣＦＲＰ成形品におけるパターンを示す概略図である。
【図８】図８は、落錘衝撃試験後の実施例２、比較例２、及び参考例のＣＦＲＰ成形品の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１４】
［１．ＦＲＰ成形品］
本実施形態のＦＲＰ成形品は、緩衝繊維材と、該緩衝繊維材を被覆する被覆材とを含み、前記緩衝繊維材が、繊維を含有する繊維基材と、該繊維基材の少なくとも一方の面上に、平面視において規則的又は不規則的なパターン（以下、「特定のパターン」ともいう。）で配置した緩衝材とを含み、前記被覆材が、樹脂を含有する。本実施形態のＦＲＰ成形品の一例を図１及び図２に示す。図１は、そのＦＲＰ成形品を概略的に示す平面図（ただし、説明のために後述の緩衝繊維材３を透視させている。）であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線による断面を概略的に示す断面図である。図１及び図２に示すＦＲＰ成形品１００は、繊維を含有するシート状の繊維基材１と、繊維基材１の片面に配置した緩衝材２とを有する緩衝繊維材３を５つ含み、５つの緩衝繊維材３が、片面を上面とし、片面と反対側の面を下面として、片面に対し直行する方向に積み重ねられており、この積み重ねられた５つの緩衝繊維材３を被覆材４が被覆している。緩衝材２は、平面視において円形状である複数の突状体５で構成されており、複数の突状体５は、互いに所定距離をおいて、繊維基材１の片面全体に均一に点在しており、平面視において、水玉模様のパターンを形成している。
【００１５】
特許文献１に記載のＦＲＰ成形品のように、強化繊維補強樹脂層に柔らかい合成樹脂発泡層を積層すると、合成樹脂発泡層が衝撃を吸収する緩衝材としての役割を果たすことを主因として、ＦＲＰ成形品の耐衝撃性を向上することができる。しかしながら、このＦＲＰ成形品では、高い強度及び弾性率を有する強化繊維補強樹脂層の表面に、全体的に亘って、低い強度及び弾性率を有する合成樹脂発泡層を配置していることを主因として、ＦＲＰ成形品全体としての強度及び弾性率が十分ではない。このため、特許文献１記載のＦＲＰ成形品では、強度を補強するための補強材及びこの補強材を固定するための裏打ち層を形成する必要がある。これに対し、本発明のＦＲＰ成形品は、繊維基材の片面の一部に、衝撃を緩和する緩衝材が、特定のパターン形状を形成しながら配置しており、この形態を被覆材が被覆していることを主因として、高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性を同時に満たすことができる。このため、本発明のＦＲＰ成形品は、強度を補強するための部材を備えなくても、簡易な構成により、高い強度及び弾性率を維持したまま耐衝撃性を向上できる。
【００１６】
［１−１．緩衝繊維材］
緩衝繊維材は、繊維基材と、該繊維基材の少なくとも一方の面上に、特定のパターンで配置した緩衝材とを含む。
【００１７】
［（Ａ）繊維基材］
繊維基材は、例えば、繊維を含有するシート状の基材である。繊維としては、特に制限されず、例えば、ＦＲＰ成形品の材料として、通常用いられる強化繊維が挙げられる。強化繊維としては、例えば、無機繊維（例えば、ガラス繊維及び炭素繊維）及び有機繊維（例えば、アラミド繊維及びポリエステル繊維）が挙げられる。これらの強化繊維は、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。強化繊維は、これらの中でも、無機繊維であることが好ましく、炭素繊維であることがより好ましい。本明細書にいう「炭素繊維」とは、不活性気体中で加熱分解して得られる炭素を主成分とする繊維をいい、炭化繊維ともいう。
【００１８】
炭素繊維は、比較的高い強度、高い弾性率、及び優れた軽量性を有しているため、ＦＲＰ成形品の材料として特に有用であるが、割れやすい脆性材料であるため、炭素繊維を用いたＦＲＰ成形品（ＣＦＲＰ成形品）は、その用途が限定されるという問題点がある。これに対し、本実施形態のＦＲＰ成形品は、優れた耐衝撃性を有しており、繊維として炭素繊維を用いても、脆性破壊を十分に抑えることができるため、優れた特性（高い強度、高い弾性率、及び軽量性）を有する成形品を広範囲の用途に適用することができる。
【００１９】
炭素繊維の種類としては、特に限定されないが、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、及びピッチ系炭素繊維が挙げられる。これらの炭素繊維は、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、生産性の観点から、ＰＡＮ系炭素繊維であることが好ましい。
【００２０】
炭素繊維の引張強度（ＭＰａ）は、特に限定されないが、例えば、２５００〜６５００ＭＰａであり、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、３０００〜５０００ＭＰａであることが好ましく、３０００〜４０００ＭＰａであることがより好ましい。また、炭素繊維の引張弾性率（ＧＰａ）は、特に限定されないが、例えば、２００〜６５０ＧＰａであり、本発明の作用効果をより一層確実にかつ有効に奏する観点から、２００〜４００ＧＰａであることが好ましく、２００〜３００ＧＰａであることがより好ましい。炭素繊維の引張強度及び引張弾性率は、ＪＩＳ  Ｒ  ７６０６−２０００の方法により測定することができる。また、ここでいう、炭素繊維の引張強度及び引張弾性率は、それぞれ２３℃の温度で測定された引張強度及び引張弾性率をいう。
【００２１】
炭素繊維のフィラメント数は、特に限定されず、例えば、１０００〜５００００本であり、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、２０００〜２４０００本であることが好ましく、３０００〜６０００本であることがより好ましい。
【００２２】
繊維基材は、緩衝材を特定のパターンで配置可能な面（例えば、平面）を有する形態であれば、特に限定されず、例えば、シート状の形態が挙げられ、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、シート状の形態であることが好ましい。繊維基材がシート状の形態である場合、繊維基材は、緩衝材をより一層安定に配置できる観点から、布帛及び／又は紙を含むことが好ましく、布帛を含むことがより好ましい。本明細書において、「布帛」とは、布状の形態を包含する概念をいう。布帛は、例えば、織物、編物（ニット）、不織布、及びフェルトからなる群より選択される少なくとも１種を含み、緩衝材をより一層安定に配置できる観点から、織物、編物（例えば、緯編及び経編）、及び不織布からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、織物を含むことがより好ましい。織物の組織としては、例えば、三原組織（平織、綾織、及び朱子織）、変化組織、及び多重組織が挙げられ、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、三原組織であることが好ましく、平織組織であることがより好ましい。
【００２３】
［（Ｂ）緩衝材］
本明細書において、「緩衝材」とは、例えば、外部からの衝撃を緩衝又は緩和するための衝撃緩衝材（衝撃緩和材）をいう。緩衝材は、耐衝撃性をより一層向上する観点から、衝撃吸収特性（例えば、ゴム弾性）を有することが好ましい。
【００２４】
緩衝材は、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、中身の詰まった中実状の形態であることが好ましい。ここでいう中実状の形態は、内部に隙間が形成されていない形態であってもよく、内部に少し（例えば５０％未満、好ましくは３０％以下、より好ましくは１０％以下）隙間又は孔が形成された形態（例えば、多孔質状の形態）であってもよい。
【００２５】
緩衝材は、例えば、外部からの衝撃を緩衝又は緩和するために、衝撃吸収特性（例えば、ゴム弾性）を有する軟質樹脂を含有する。前記軟質樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ウレタン系樹脂、及び合成ゴム、及び熱可塑性エラストマー（例えば、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、及びスチレン系エラストマー）などの熱可塑性樹脂が挙げられ、半硬化又は硬化した状態であってもよい。これらの熱可塑性樹脂は、１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。熱可塑性樹脂は、これらの中でも、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、合成ゴムであることが好ましい。合成ゴムとしては、例えば、アクリル系ゴム、オレフィン系ゴム、ジエン系ゴム、ウレタン系ゴム、シリコン系ゴム及びフッ素系ゴムが挙げられ、これらの中でも、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、アクリル系ゴムであることが好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、公知の方法で調製してもよく、市販品を用いてもよい。市販品としては、セイカプレンＬＸ１０、ＬＸ−２０、ＬＸ−３０Ｗｈｉｔｅ、ＬＸ−Ｍ１、ＬＸ−Ｍ２、ＬＸ−Ｍ３  Ｗｈｉｔｅ、ＥＲ−１１１Ｃ、ＥＲ−２２２Ｍ、ＥＲ−３３３Ｗ、ＳＲ−５００Ｗ（Ｋ）、ＳＲ−５１０（Ｋ）、ＵＤ−９００  Ｗｈｉｔｅ、ＵＤ−９１０（いずれも大日精化工業株式会社製製品）が挙げられる。
【００２６】
緩衝材は、必要に応じて、慣用の添加剤を含有してもよい。添加剤としては、例えば、耐衝撃改良剤、粘度調整剤、増粘剤、着色剤、安定化剤、帯電防止剤、難燃剤、充填剤、防腐剤、及び防菌剤が挙げられる。
【００２７】
本実施形態の緩衝繊維材では、緩衝材が繊維基材の少なくとも一方の面に配置されていればよく、他の面（例えば、片面と反対側の面）に配置されていてもよい。
【００２８】
本実施形態の緩衝繊維材では、緩衝材が繊維基材の一方の面上に、規則的又は不規則的なパターンで配置している。パターンが、点在する複数の突状体で構成されている場合、「規則的なパターン」とは、突状体が一定の規則性をもって配置していることをいい、「不規則的なパターン」とは、複数の突状体が不規則的に又はランダムに配置していることをいう。一方、パターンが網状に形成されている場合、「規則的なパターン」とは、網状に形成されたパターンの網目が一定の規則性をもって配置していることをいい、「不規則的なパターン」とは、パターンの網目が不規則的に又はランダムに配置していることをいう。
いう。
【００２９】
本実施形態の緩衝繊維材では、必ずしも、緩衝材が繊維基材の一方の面全体に亘って規則的又は不規則的なパターンで配置される必要はなく、面の一部に、すなわち部分的に規則的又は不規則的なパターンで配置されていてもよい。
【００３０】
パターンは、強度及び弾性率をより一層高くできる観点から、点在する複数の突状体（例えば、棒状体）で構成されていることが好ましい。突状体は、例えば、ブロック状の形態であってもよく、その断面形状は特に限定されず、例えば、四角形状（例えば、台形状及び長方形状）、凹字状であってもよい。突状体の平面視における形状は、円形状及び多角形状のいずれかであることがより好ましい。円形状とは、例えば、真円状、楕円状、及び卵形状が挙げられ、これらの一部が切り欠かれた形状（例えば、半円状及び三日月状）であってもよい。多角形状とは、例えば、三角形状、四角形状、菱形状、五角形状、六角形状、五角星形状、及び六角星形状が挙げられる。複数の突状体は互いに同一の形状であってもよく、互いに異なる２種以上の形状であってもよく、円形状と多角形状とを組み合わせもよい。
【００３１】
パターンは、強度及び弾性率をより一層高くできる観点から、網状に形成されていることが好ましく、網状に形成されたパターンの網目は、円形状の形態及び多角形状の形態のいずれかであることが好ましい。円形状とは、例えば、真円状、楕円状、及び卵形状が挙げられ、これらの一部が切り欠かれた形状（例えば、半円状及び三日月状）であってもよい。多角形状とは、例えば、三角形状、四角形状、菱形状、五角形状、六角形状、五角星形状、及び六角星形状が挙げられる。複数のパターンの網目は互いに同一の形状であってもよく、互いに異なる２種以上の形状であってもよく、円形状と多角形状とを組み合わせもよい。
【００３２】
パターンは、点在する複数の突状体で構成されていてもよく、網状に形成されていてもよいが、点在する複数の突状体で構成する方が、強度及び弾性率をより高くできる傾向にあるため好ましい。
【００３３】
緩衝材の占有率（繊維基材の一方の面の面積全体に対する、緩衝材が配置された面積の割合）は、特に限定されず、例えば、５〜９５％であり、高い強度と高い弾性率と優れた耐衝撃性とをより一層バランスよく向上する観点から、１０〜９０％であることが好ましく、２０〜８０％であることがより好ましく、３０〜７０％であることがさらに好ましい。
【００３４】
緩衝材の厚さ（高さ）は、特に限定されず、例えば、５０〜３００μｍであり、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、８０〜２００μｍであることが好ましく、１００〜１５０μｍであることがより好ましい。
【００３５】
本実施形態のＦＲＰ成形品における、緩衝繊維材の数は、１つであってもよく複数であってもよいが、高い強度と高い弾性率と優れた耐衝撃性とをより一層バランスよく向上する観点から、緩衝繊維材を複数含み、複数の緩衝繊維材が積み重なった形態であることが好ましい。
【００３６】
［１−２．被覆材］
本実施形態のＦＲＰ成形品は、緩衝繊維材を被覆する被覆材を含む。本明細書において、「緩衝繊維材を被覆する」とは、例えば、１つの緩衝繊維材又は積み重なった複数の緩衝繊維材の外面全体を覆うことをいう。被覆材は、緩衝繊維材に形成される隙間、及び緩衝繊維材が積み重なることにより形成される隙間に含浸されていなくてもよいが、本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、これらの隙間に含浸されることが好ましい。
【００３７】
被覆材は、樹脂を含有する。ここでいう「樹脂」とは、例えば、半硬化状態にある樹脂及び硬化状態にある樹脂も含む。
【００３８】
樹脂としては、例えば、成形のために用いられる成形用樹脂が挙げられる。成形用樹脂としては、例えば、硬化剤などにより反応硬化したり、加熱により硬化したりする硬化型樹脂（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂）が挙げられる。本発明の作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、成形用樹脂は硬化剤により反応硬化する硬化型樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、及びメラミン樹脂）であることが好ましく、エポキシ樹脂であることがより好ましい。
【００３９】
［２．ＦＲＰ成形品の製造方法］
本実施形態のＦＲＰ成形品の製造方法は、繊維を含有する繊維基材の少なくとも一方の面に、緩衝材を平面視において規則的な又は不規則的なパターン（以下、「特定のパターン」ともいう。）で配置して緩衝繊維材を得る工程（配置工程）と、前記緩衝繊維材を樹脂で被覆する工程（被覆工程）とを含む。本実施形態のＦＲＰ成形品の製造方法では、配置工程により、繊維基材の片面の一部に、衝撃を緩和する緩衝材を、特定のパターンが形成されるように配置し、それらを被覆材が被覆することを主因として、高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを同時に満たすＦＲＰ成形品を製造できる。
【００４０】
一般的なＦＲＰ成形品では、成形品の一部にのみ物性（例えば、強度、耐衝撃性、及び弾性率）を制御することが求められることが多い。例えば、スポーツ分野及びレジャー分野では、ラケット（例えば、テニスラケット）、ゴルフシャフト、釣竿などにおいて所定の部分にしなり（又は撓み）が必要となるため、低い弾性率を有する部分又は部位を形成する必要がある。この点、本発明では、例えば、配置工程により、繊維基材の所望の部位に緩衝材を配置した緩衝繊維材を得、被覆工程により、所定の部分に緩衝材が配置した緩衝繊維材を樹脂で被覆すれば、得られるＦＲＰ成形品の緩衝材が配置された部位のみ、弾性率を低くすることができる。このように、本発明のＦＲＰ成形品の製造方法を用いると、部分的に物性が制御されたＦＲＰ成形品を製造できる。
【００４１】
また、一般的なＦＲＰ成形品では、その用途を拡大するにあたり、柄又は模様のバリエーションを増やしたりするなどの意匠性を向上することが求められていることが多い。ここで、意匠性を向上させるには、例えば、繊維基材の組織（例えば、織物組織）を変化させたりすることが考えられるが、組織で表現できる柄又は模様に制限があり、目的の柄又は模様を形成可能な繊維基材（例えば織物）を入手することが困難である。この点、本発明では、配置工程により緩衝材を所望のパターンで配置することができるので、被覆工程により、所望のパターンを形成した緩衝材を樹脂（例えば、透明性樹脂）で被覆すれば、得られるＦＲＰ成形品に所望の柄又は模様を付与することができる。このように、本発明のＦＲＰ成形品の製造方法を用いると、所望の柄又は模様を付与できるなど、優れた意匠性を有するＦＲＰ成形品を製造できる。
【００４２】
また、特許文献１では、強化繊維補強樹脂層の一面全体に亘り、合成樹脂発泡層を積層することに起因して、強度及び弾性率が十分でないという問題点がある。このため、特許文献１の製造方法では、補強材及び裏打ち層を形成する必要があるが、この場合、層数が増えることに起因して厚さが薄い成形品を製造できない。この点、本発明では、繊維基材の一方の面の所望の部位にのみ緩衝材を配置すればよく、面全体に緩衝材を配置する必要がない。これにより、緩衝材を配置することに起因する強度及び弾性率の低下を抑制（低減）できるため、補強材及び裏打ち層を形成する必要がない。このため、本発明のＦＲＰ成形品の製造方法を用いることにより、成形品の厚さを薄くすることができる。
【００４３】
このように、本実施形態のＦＲＰ成形品の製造方法では、得られるＦＲＰ成形品に高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを付与でき、部分的に物性制御が可能であり、さらには優れた意匠性を付与でき、さらには得られる成形品の厚さを薄くできる。
【００４４】
［１．配置工程］
配置工程では、繊維を含有する繊維基材の少なくとも一方の面に、緩衝材を平面視において規則的な又は不規則的なパターン（以下、「特定のパターン」ともいう。）で配置して緩衝繊維材を得る。
【００４５】
配置工程に用いられる繊維基材としては、上記の［１−１．緩衝繊維材］の項で例示した繊維基材が挙げられ、好ましい繊維基材としては、上記の［１−１．緩衝繊維材］の項で例示した好ましい繊維基材が挙げられる。繊維基材は、上記の［１−１．緩衝繊維材］の項で例示した繊維基材をそのまま用いてもよく、繊維基材を樹脂に含浸させた、いわゆるプリプレグの形態で用いてもよい。
【００４６】
緩衝材を特定のパターンで繊維基材の少なくとも一方の面に配置する方法としては、特に限定されないが、例えば、緩衝材を構成する成分を繊維基材に転写させる方法が挙げられる。緩衝材を構成する成分を繊維基材に転写させる方法としては、特に限定されないが、例えば、公知の印刷方法が挙げられ、具体的な印刷方法としては、スクリーン印刷法（スクリーンプリント法）、グラビア印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、活版印刷法、インクジェット印刷法、及びフレキソ印刷法が挙げられる。印刷方法は、これらの中でも、緩衝材を繊維基材により安定して転写させることができる観点から、スクリーンプリント法であることが好ましい。
【００４７】
（スクリーンプリント法）
スクリーンプリント法を用いて、繊維基材表面の所定の部分に、緩衝材を構成する成分を転写する方法の一例を説明する。スクリーンメッシュに感光剤を塗布し、緩衝材を配置する繊維基材の領域に対応する、スクリーンメッシュの領域（以下、「特定領域」という。）をマスキングして露光する。次に、マスキングされた未露光領域（特定領域）に塗布した感光剤を水洗で除去することにより、特定領域に、特定のパターンに対応するパターンが形成されたスクリーンメッシュを作製する。次に、繊維基材の片面に作製したスクリーンメッシュを置いた状態で、スクリーンメッシュ上に緩衝材を構成する成分を塗布し、必要に応じてスキージを用いて押し付けることにより、繊維基材表面の所定の部分に、緩衝材を構成する成分を転写させることができる。
【００４８】
スクリーンプリント法に用いるスクリーンメッシュは、一般的に用いられるスクリーンメッシュを用いることができる。スクリーンメッシュの素材としては、特に限定されず、例えば、ポリエステル素材及びステンレス素材が挙げられ、スクリーンメッシュのメッシュサイズとしては、特に限定されず、例えば、１０〜１００メッシュ程度であってもよい。また、感光剤としては、通常、スクリーンプリント法に用いられる感光剤を用いることができる。
【００４９】
スクリーンプリント法では、繊維基材表面の所定の部分に、緩衝材を構成する成分を転写させた後、必要に応じて公知の加熱手段を用いて加熱することにより、成分を半硬化又は硬化させてもよい。加熱温度及び加熱時間は、使用する成分に応じて適宜選択できるが、例えば、１００〜１５０℃程度であってもよく、１０秒〜１０分程度であってもよい。
【００５０】
緩衝材を構成する成分（以下、「緩衝材構成成分」ともいう。）としては、特に限定されず、例えば、外部からの衝撃を緩衝又は緩和可能な成分が挙げられ、［（Ｂ）緩衝材］の項で例示した軟質樹脂などが挙げられる。スクリーンプリント法などの印刷法を用いる場合には、印刷時に０．１〜５００Ｐａ．ｓの粘度を有することが好ましい。緩衝材構成成分の使用量は、特に限定されず、用いる繊維基材、占有率などに応じて適宜選択できる。
【００５１】
［２．被覆工程］
被覆工程では、配置工程により得られた緩衝繊維材を樹脂で被覆してＦＲＰ成形品を得る。緩衝繊維材を樹脂で被覆する方法としては、特に限定されず、通常、ＦＲＰ成形品を得るために樹脂で繊維基材を被覆したり、含侵したりする方法を用いることができるが、パターンが崩れないように安定に被覆できる観点から、樹脂含浸成形法（ＲＴＭ法）、真空樹脂含浸成形法（ＶａＲＴＭ成形法）、オートクレーブ成形法、ハンドレイアップ成形法プレス成形法、及びシートワインディング成形法のいずれかを用いることが好ましく、樹脂含浸成形法及びオートクレーブ成形法のいずれかを用いることが好ましい。
【００５２】
（樹脂含浸成形法及び真空樹脂含浸成形法）
樹脂含浸成形法では、例えば、緩衝繊維材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化させることにより成形する。これにより、緩衝繊維材が樹脂で被覆されたＦＲＰ成形品が得られる。真空樹脂含浸成形法では、所定の型内に緩衝繊維材を配置し、その型内に樹脂を充填した後に真空吸引することにより成形する。これらの硬化条件は、特に限定されず、例えば、硬化温度は、８０〜１８０℃程度であってもよく、硬化時間は、３０分〜３時間程度であってもよい。用いる樹脂としては、例えば、［１−２．被覆材］の項で例示した樹脂が挙げられ、樹脂に、各樹脂に対応する公知の硬化剤を配合してもよい。樹脂に対する硬化剤の配合比（質量基準）は、特に限定されず、例えば、０．０１〜１．００程度であってもよい。
【００５３】
（オートクレーブ成形法）
オートクレーブ成形法では、例えば、繊維基材に樹脂を含浸させた状態で、緩衝材を配置し、得られる緩衝繊維材をオートクレーブ中で含浸硬化させる。これにより、緩衝繊維材が樹脂で被覆されたＦＲＰ成形品が得られる。含浸硬化条件は、特に限定されず、例えば、圧力１〜１０ｋｇ／ｃｍ2、温度８０〜１８０℃、硬化時間３０分〜３時間程度であってもよい。用いる樹脂としては、例えば、［１−２．被覆材］の項で例示した樹脂が挙げられ、樹脂に、各樹脂に対応する公知の硬化剤を配合してもよい。樹脂に対する硬化剤の配合比（質量基準）は、特に限定されず、例えば、０．０１〜１．００程度であってもよい。
【実施例】
【００５４】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。
【００５５】
［スクリーンプリント法］
本実施例及び比較例では、平織織物に水性アクリル系樹脂をプリントするためにスクリーンプリント法を用いた。スクリーンプリント法に用いるスクリーンメッシュは、以下のようにして作製した。すなわち、ポリエステル製の糸を５０メッシュに織り込んだスクリーンメッシュに感光剤（株式会社ムラカミ製品「ＳＰ７０００」）を塗布し、スクリーンメッシュの特定領域をマスキングして露光し、未露光領域（特定領域）に塗布した感光剤を水洗で除去することにより、特定領域に所定のプリントパターンが形成されたスクリーンメッシュを作製した。スクリーンメッシュは、後述する各実施例及び比較例に対応させるようにして、複数作製した。感光剤が付着した各スクリーンメッシュの厚さ（高さ）は１４０μｍであった。次いで、平織織物の片面にスクリーンメッシュを置いた状態で、スクリーンメッシュ上に水性アクリル系樹脂を塗布することにより、平織織物の片面の特定領域に対応する部分に、水性アクリル系樹脂を付着させた。
【００５６】
［実施例１］
［実施例１−１］
スクリーンメッシュを用いたスクリーン印刷法により、炭素繊維（東邦テナックス株式会社製品「テナックス（登録商標）ＨＴＡ４０、フィラメント数３０００本）」の平織織物（１５０×１００ｍｍ（使用時））の片面に水性アクリル系樹脂（大日精化工業株式会社製品「Ｎｅｗ  Ｌａｃｑｕｔｉｍｉｎｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｅｉｋａｐｒｅｎｅ  ＬＸ−２０」）を印刷した。次に、水性アクリル系樹脂が印刷された平織織物を、加熱処理装置（アサヒ繊維機械株式会社製製品名「ＮＡＰ−６００」）を用いて、１３０℃で３分間加熱処理し、水性アクリル系樹脂を硬化させることにより、緩衝繊維材を作製した。この緩衝繊維材では、平織織物の平面視において、硬化した水性アクリル系樹脂が、図３に示すように、網目が正四角形状である網状（格子状）のパターンで、平織織物の片面全体に亘って配置されている。各網目は等間隔になるように配置されている。格子の網目の一辺の長さは１．０ｍｍであり、格子の幅は２．５ｍｍであり、占有率（平織織物の片面の面積全体に対する、硬化した水性アクリル系樹脂の配置面積の割合）は７０％であった。この緩衝繊維材を合計８枚作製した。
作製した各緩衝繊維材を、水性アクリル系樹脂を配置した片面を上面とし、その片面と反対側の面を下面として、上記の片面に対し直行する方向に積み重ねた。積み重ねた８枚の緩衝繊維材を、エポキシ樹脂（日新レジン株式会社製製品「ＲＴ−４００」）及び硬化剤（変性脂肪族ポリアミン、日新レジン株式会社製製品「ＨＸ−１８」）の配合物を用いて、真空樹脂含浸成形法（ＶａＲＴＭ法）により含侵硬化させて、緩衝繊維材を硬化したエポキシ樹脂で被覆した。配合物中のエポキシ樹脂に対する硬化剤の配合比（重量）は１：０．２であり、硬化条件は常温で一晩放置後、１００℃、１時間処理した。こうして、緩衝繊維材が被覆材で被覆した板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００５７】
［実施例１−２］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の網目の一辺の長さが０．５ｍｍであり、格子の幅が１．５ｍｍである緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００５８】
［実施例１−３］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の幅が６．１ｍｍであり、占有率が３０％である緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００５９】
［実施例１−４］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の網目の一辺の長さが０．５ｍｍであり、格子の幅が３．７ｍｍである緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−３と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６０】
［実施例１−５］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の幅が５ｍｍであり、占有率が４０％である緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６１】
［実施例１−６］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の網目の一辺の長さが０．５ｍｍである格子の幅が３ｍｍである緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−５と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６２】
［実施例１−７］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の幅が３．６ｍｍであり、占有率が５０％である緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６３】
［実施例１−８］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の網目の一辺の長さが０．５ｍｍであり、格子の幅が２．２ｍｍである緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−７と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６４】
［実施例１−９］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の幅が３ｍｍであり、占有率が６０％である緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６５】
［実施例１−１０］
別のスクリーンメッシュを用いて、格子の網目の一辺の長さが０．５ｍｍであり、格子の幅が１．８ｍｍである緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−９と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６６】
［実施例１−１１］
別のスクリーンメッシュを用いて、緩衝繊維材の配置パターンを、格子状のパターンに代えて、図４に示すように、正三角形に配列した円形状の網目のパターン（表１において、「円」と記載する。）とし、円形状の網目の直径を１．０ｍｍとし、円形状の網目の中心間の距離を約１．５ｍｍとした以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６７】
［実施例１−１２］
別のスクリーンメッシュを用いて、緩衝繊維材の配置パターンを、格子状のパターンに代えて、図５に示すように、網目が小さい正三角形状と大きい逆正三角形状とを横方向に交互に組み合わせた網状のパターン（表１において、「三角」と記載する。）とし、小さい正三角形状の網目の一辺の長さを約１．８ｍｍとし、大きい逆正三角形状の網目の一辺の長さを約３．０ｍｍとし、正三角形状の網目と逆正三角形状の網目との距離を１．０ｍｍとした以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６８】
［実施例１−１３］
別のスクリーンメッシュを用いて、緩衝繊維材の配置パターンを、格子状のパターンに代えて、図６に示すように、網目が正六角形状である網状（ハニカム状）のパターン（表１において、「六角」と記載する。）とし、正六角形状の網目の一辺の長さを約１．０ｍｍとし、正六角形状の網目間の距離を１．０ｍｍとした以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００６９】
［実施例１−１４］
別のスクリーンメッシュを用いて、緩衝繊維材の配置パターンを、格子状のパターンに代えて、図７に示すように、平面視において円形状のブロック体が互いに所定距離をおいて、均一に点在した水玉模様のパターン（表１において「水玉模様」と記載する）とし、円形状のブロック体の直径を１．０ｍｍとし、ブロック体間の距離を約０．２ｍｍとした以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００７０】
［比較例１−１］
実施例１−１の平織織物を８枚積み重ねた状態で、実施例１−１の配合物を用いて、ＶａＲＴＭ法により含侵硬化した。硬化条件は実施例１−１と同様にした。これにより、平織織物が被覆材で被覆した板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００７１】
［比較例１−２］
別のスクリーンメッシュを用いて、占有率が１００％である緩衝繊維材、すなわち平織織物の片面全面に緩衝材が配置した緩衝繊維材を作製した以外は、実施例１−１と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００７２】
（曲げ強度及び曲げ弾性率の測定）
得られた実施例１−１〜１−１４、比較例１−１、及び比較例１−２のＣＦＲＰ成形品（長さ１００ｍｍ×１０ｍｍ）について、ＪＩＳ  Ｋ  ７０７４に基づき、３点曲げ弾性率（Ｇｐａ）及び曲げ弾性率（ＭＰａ）の評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2019044093.tif 000003
【００７４】
［実施例２］
スクリーンメッシュを用いたスクリーン印刷法により、熱硬化性樹脂が含侵した炭素繊維の平織織物（１５０×１００ｍｍ（使用時））である、シート状プリプレグ（東レ株式会社製製品「ＴＯＲＡＹＣＡ（登録商標）Ｆ６３４３Ｂ−０５Ｐ」）の片面に水性アクリル系樹脂（大日精化工業株式会社製品「Ｎｅｗ  Ｌａｃｑｕｔｉｍｉｎｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｅｉｋａｐｒｅｎｅ  ＬＸ−２０」）を印刷した。次に、水性アクリル系樹脂が印刷されたシート状プリプレグを、加熱処理装置（アサヒ繊維機械株式会社製製品名「ＮＡＰ−６００」）を用いて、１００℃で１０秒間加熱処理し、水性アクリル系樹脂を硬化させることにより、緩衝繊維材を作製した。この緩衝繊維材では、シート状プリプレグの平面視において、硬化した水性アクリル系樹脂が格子状のパターンで、シート状プリプレグの片面に配置されており、格子の網目の一辺の長さが１．０ｍｍであり、格子の幅が２．５ｍｍであり、占有率（平織織物の片面の面積全体に対する、硬化した水性アクリル系樹脂の配置面積の割合）は７０％であった。この緩衝繊維材を合計８枚作製した。
作製した各緩衝繊維材を、片面を上面とし、片面と反対側の面を下面として、片面に対し垂直な方向に積み重ねた。積み重ねた８枚の緩衝繊維材を、オートクレーブ（株式会社羽生田鉄工所製製品の「ＤＬ−２−１」）を用いて、オートクレーブ法により含侵硬化させて、緩衝繊維材を硬化したエポキシ樹脂で被覆した。含侵硬化条件は、圧力６ｋｇ／ｃｍ2、温度８０℃、０．５時間処理した後、圧力６ｋｇ／ｃｍ2、温度１３５℃、１．５時間で処理した。これにより、緩衝繊維材が被覆材で被覆した板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００７５】
［比較例２］
実施例２のシート状プリプレグを８枚積み重ねた形態で、実施例２のオートクレーブを用いて、オートクレーブ法により含侵硬化した。これにより、平織織物が被覆材で被覆した板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００７６】
［参考例］
別のスクリーンメッシュを用いて、占有率が１００％である緩衝繊維材、すなわち平織織物の片面全面に緩衝材が配置した緩衝繊維材を作製した以外は、実施例２と同様にして板状のＣＦＲＰ成形品を作製した。
【００７７】
（落錘型衝撃試験）
落錘式試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ社製製品名「ＣＥＡＳＴ  ９３１０」）を用いて、質量３．０９ｋｇ、直径２０ｍｍのストライカーを、高さ５００ｍｍからを示す。図８に示すように、比較例２のＣＦＲＰ成形品の表面の一部が脆性破壊されていたが、実施例２のＣＦＲＰ成形品は、参考例のＣＦＲＰ成形品と同様に表面の破壊が観察されず、耐衝撃性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本実施形態のＦＲＰ成形品は、高い強度と、高い弾性率と、優れた耐衝撃性とを有するため、生活品分野、航空宇宙分野、移動体分野、スポーツ分野、家電分野等広範な用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…繊維基材、２…緩衝材、３…緩衝繊維材、４…被覆材、５…突状体、１００…ＦＲＰ成形品。
【図１】
2019044093.tif 000004
【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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