(57)【要約】【課題】繊維積層体を用いる繊維強化樹脂の製造において、樹脂の含浸不良の問題をより確実に解消できるようにした方法を提供する。【解決手段】実質的に密閉された空間内に（例えば、型内に）配置した繊維積層体に樹脂を注入し硬化させる繊維強化樹脂の製造方法であって、繊維積層体を少なくとも三層の繊維基材から構成し、該三層のうち中央層の繊維基材の端部を、少なくとも一方の隣接層の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成することを特徴とする繊維強化樹脂の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に密閉された空間内に配置した繊維積層体に樹脂を注入し硬化させる繊維強化樹脂の製造方法であって、前記繊維積層体を少なくとも三層の繊維基材から構成し、該三層のうち中央層の繊維基材の端部を、少なくとも一方の隣接層の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成することを特徴とする繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項２】
前記中央層の繊維基材の端部を、樹脂注入側において、少なくとも一方の隣接層の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成する、請求項１に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項３】
前記中央層の繊維基材として、樹脂含浸係数が１×１０-10 ｍ2 以上の基材を配置する、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項４】
前記中央層の繊維基材として、厚みが５０μｍ〜１０００μｍの繊維基材を用いる、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項５】
前記中央層の繊維基材として、メッシュ状の繊維基材を用いる、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂の製造方法に関し、とくに、積層された繊維基材に樹脂を含浸させる際の含浸性の向上をはかった繊維強化樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂の製造においては、複数枚の繊維基材を積層し、該繊維積層体に対し樹脂を注入、含浸させる方法が多用されている。このような方法においては、注入樹脂が繊維積層体の全体にわたって極力万遍なく含浸されることが望まれる。
【０００３】
特許文献１に記載されている３層構造を有する繊維強化プラスチックス成形品の製造方法においては、繊維積層体の内層に補強繊維マット層を用いて樹脂含浸を行うようにしているが、このようなマット層の内層は、通常、表層に包み込まれるように配置されるので、内層の端部側は表層の端部側よりも短い。このように内層が表層よりも短いと、結局、樹脂含浸性の向上を目指して配置したマット層の機能が十分に発揮されず、樹脂の含浸不良や成形時間が長くなる等の問題点が残る。
【特許文献１】特開２００２−１２０３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明の課題は、繊維積層体を用いる繊維強化樹脂の製造において、樹脂の含浸不良の問題をより確実に解消できるようにした方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法は、実質的に密閉された空間内に（例えば、型内に）配置した繊維積層体に樹脂を注入し硬化させる繊維強化樹脂の製造方法であって、前記繊維積層体を少なくとも三層の繊維基材から構成し、該三層のうち中央層の繊維基材の端部を、少なくとも一方の隣接層の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成することを特徴とする方法からなる。
【０００６】
中央層の繊維基材を、つまり、内層となる繊維基材を、少なくとも一方の隣接層（例えば、一方の表層）よりも長くすることにより、その長く形成された端部から注入樹脂がその内層内に進入、展開されやすくなり、樹脂が確実に内層に供給されるようになる。その結果、繊維積層体の内層まで確実に樹脂が行き渡るようになって、繊維積層体全体に対する樹脂含浸性が大幅に向上される。
【０００７】
とくに、上記中央層の繊維基材の端部を、樹脂注入側において、少なくとも一方の隣接層の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成することにより、樹脂が内層となる中央層により注入されやすくなり、樹脂含浸がより良好となる。また、樹脂注入の際のトラップの回数が少なくなることから、成形時間も短縮される。
【０００８】
上記中央層の繊維基材としては、樹脂含浸係数が１×１０-10 ｍ2 以上の基材を配置することが好ましい。樹脂含浸係数は、樹脂の含浸のし易さを表す係数であるが、その測定方法については後述する。樹脂含浸係数が高い繊維基材を中央層として用いることにより、上記の端部を長く形成したことによる作用効果が一層良好に発現される。
【０００９】
また、上記中央層の繊維基材として、厚みが５０μｍ〜１０００μｍの繊維基材を用いることが好ましい。とくに、この中央層に用いる繊維基材には上述の如く樹脂含浸係数の高い基材が好ましいことから、十分な量の樹脂を中央層の端部から中央部あるいは反対側の端部に向けて流動させることが可能になる。しかしこの中央層に用いる繊維基材が薄すぎると、十分な量の樹脂を流動させることが難しくなり、反対に厚すぎると、繊維積層体全体として、所望の積層形態の維持が難しくなる。したがって、厚みは５０μｍ〜１０００μｍの範囲が好ましい。
【００１０】
さらに、上記中央層の繊維基材として、より具体的には、メッシュ状の繊維基材を用いることが好ましい。所定のメッシュ形態とすることにより、上記の望ましい樹脂含浸係数や厚みを容易に達成できるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法によれば、三層以上の繊維積層体を用いる繊維強化樹脂の製造において、中央層の繊維基材の端部を、少なくとも一方の隣接層の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成することにより、内層まで樹脂が確実に行き渡る良好な樹脂含浸性を得ることができる。また、樹脂含浸が良好になるため、成形時間を短縮することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。
図１は、本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法の基本形態の一例を示している。実質的に密閉された空間１（キャビティ）を形成する上型２ａ、下型２ｂからなる型２のキャビティ１内に、繊維積層体３が配置される。繊維積層体３は、本実施態様では、三層の繊維基材、つまり、両表層の繊維基材４、５と中央層の繊維基材６からなる三層積層構成に形成されている。このうち、中央層の繊維基材６の端部６ａが、本実施態様では一端部が、隣接層４の端部よりも外側に向けて長く延びるように形成されている。本実施態様では、この端部６ａは、他方の隣接層５の端部と同じ位置まで延びている。そして、この端部６ａ側において、矢印７で示すように、樹脂注入が行われ、注入された樹脂が、繊維積層体３に含浸された後、例えば加熱により硬化され、所定の繊維強化樹脂の成形体が製造される。
【００１３】
中央層の繊維基材６の端部６ａが隣接層４の端部よりも長く延びていることにより、この部分で繊維基材６の端部６ａが確実に露出され、そこから繊維基材６の内部に向けて確実に樹脂が含浸されるようになる。とくに上記実施態様のように上記端部６ａが樹脂注入側に配置されることにより、樹脂含浸がより良好となる。また、樹脂注入の際のトラップの回数が少なくなることから、成形時間も短縮される。
【００１４】
上記中央層の繊維基材６としては、前述の如く、樹脂含浸係数が１×１０-10 ｍ2 以上の基材を配置することが好ましい。このような樹脂含浸係数が高い繊維基材６を中央層として用いることにより、上記の端部６ａを長く形成したことによる作用効果が一層良好に発現される。
【００１５】
ここで樹脂含浸係数とは、以下の測定法により測定された値のことである。
樹脂の含浸過程において、基材に含浸する樹脂の挙動は下式に示すダルシー則に従うことが知られており、含浸速度は以下の式で得られる。
ｖ＝（Ｋ／μ）×（ΔＰ／ΔＬ）・・・（１）
ここで、ｖ（ｍ／ｓ）は含浸速度、Ｋ（ｍ2）は含浸係数、μは樹脂粘度（Ｐａ・ｓ）、ΔＰ（Ｐａ）／ΔＬ（ｍ）は単位長さ当たりの圧力勾配である。この式を時間ｔ（ｓ）で積分すれば、含浸係数は以下の式で得ることができる。
Ｋ＝（Ｌ×Ｌ×μ）／（２×Ｐ×ｔ）・・・（２）
ここで、Ｌ（ｍ）は樹脂注入口からフローフロント（流動樹脂の先端）までの距離である。（２）式から、樹脂注入口からフローフロントまでの距離とそこへの到達時間、樹脂粘度、成形圧力が分かれば、含浸係数が計算できる。よって含浸係数の測定は、一例として図２に示すような装置を用いて平板のような基本形状に対して含浸係数測定実験を行い、これらを測定することで含浸係数Ｋが測定できる。
【００１６】
本発明では含浸係数を測定する場合は、図２に示すような樹脂含浸係数測定装置１１を用い、該装置１１内をゲージ圧で-100kPaよりも真空度の高い圧力を保持することで、圧力ΔＰを100kPaとする。また測定においては、実際の樹脂を用いて、成形温度中で測定することが好ましいが、予め成形温度下での樹脂粘度が分かっていれば、その粘度に調整した液体、例えばシリコンオイルやエーテル系合成油等を用いて測定することもできる。なお、樹脂中入口からフローフロントまでの距離Ｌは、本発明では、５００mmとし、この時の樹脂の到達した時間ｔを1/100secまで測定可能なディジタル式のストップウオッチで計測する。更にこれら測定は、計３回行った平均値を用いて、含浸係数を算出する。図２において、１１は含浸係数測定装置、１２は樹脂タンク、１３は真空ポンプ、１４は基材、１５は注入口、１６は排出口を、それぞれ示している。
【実施例】
【００１７】
実施例で用いることのできる繊維基材および含浸させる樹脂として、以下のものを準備した。
・基材ａ：炭素繊維織物、東レ（株）製ＢＴ７０−３０（織り組織：平織り、織物目付：３１７ｇ／ｍ2、強化繊維：Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ、弾性率：２３０ＧＰａ、強度：４９００ＭＰａ、繊度：８００ｔｅｘ、フィラメント数：１２０００本）
・基材ｂ：炭素繊維織物、東レ（株）製ＢＴ７０−２０（織り組織：平織り、織物目付：２１４ｇ／ｍ2、強化繊維：Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ、弾性率：２３０ＧＰａ、強度：４９００ＭＰａ、繊度：８００ｔｅｘ、フィラメント数：１２０００本）
・基材ｃ：ガラス繊維サーフェースマット、日東紡（株）製ＭＦ３０Ｐ１００ＢＳ６（布帛の形態：連続繊維不織布、目付：３０ｇ／ｍ2）  、含浸係数Ｋ＝１.３  ×１０-10ｍ2
・基材ｇ：メッシュシート  ＮＢ２０（ＮＢＣ株式会社製：ナイロンメッシュ，厚み５２０μｍ）
含浸係数Ｋ＝２.３×１０-10ｍ2
・樹脂ａ：東レ製  エポキシ樹脂  ＴＲ−Ｃ３５
主剤：エピコート  ８２８（油化シェルエポキシ社製、エポキシ樹脂）
硬化剤：東レ（株）ブレンド  ＴＲ−Ｃ３５Ｈ（イミダゾール誘導体）
混合比：    主剤：硬化剤＝１０：１
１００℃での樹脂粘度：17mmPa・s（Ｅ型粘度計を用いて30℃，50℃，70℃にて粘度を測定しＷＬＦ式に基づき換算した値）
【００１８】
実施例１
図３に示す形状の４８０mm×４８０mmのキャビティ２１を有する成形下型２３に、図１に示した形態の繊維積層体を配置し、シール材２２でシールしつつ図示しない上型を閉じた。ここで用いた強化繊維等の各基材の構成は以下の通りである。
表層形成用基材(1) ：基材ａ（0/90°繊維配向）×１Ｐｌｙ／基材ｂ（±45°繊維配向）×１Ｐｌｙ、寸法480x480mm
中央層の基材：基材ｇ（0/90°繊維配向）×１Ｐｌｙ、寸法480x480mm
表層形成用基材(2) ：基材ｂ（±45°繊維配向）×１Ｐｌｙ／基材ａ（0/90°繊維配向）×１Ｐｌｙ、寸法450x450mm
表層形成基材(1)と中央層基材は、ほぼ同じ位置に重なるように配置して前駆体とし、表層形成基材(2)は、前記前駆体のほぼ中央部に、端部より約１５mm内側に配置した。
【００１９】
次に、成形下型２３および上型を１００℃の温度に保持し、真空状態に保った状態で、図示しない樹脂注入機を用いて樹脂ａを樹脂注入口２４より注入した。樹脂排出口２５（樹脂吸引口）から排出される樹脂にφ２mmを超えるような気泡が含まれていないことを目視にて確認して樹脂排出口２５を閉じ、続いて樹脂注入口２４を閉じた。この時の樹脂に与えた注入圧は最大で０．７５MPaであった。この状態で１５分保持した後、成形型を開けて成形品を得た。
【００２０】
この成形品の表面を観察したところ、樹脂の未含浸部分は見られなかった。次に、この成形品の四辺をトリミングし、４００×４００mmのＣＦＲＰ板を得た。
【００２１】
さらに、このＣＦＲＰ板の表面を＃６００のサンディングペーパーで研磨し、アセトンで脱脂後、ＦＲＰ用プライマー（武蔵ホルト社製）を塗布して、１時間室温で乾燥させた。その後、成形品の表面に蛍光灯の光をあてながら、目視にて口径φ0.2mmを超える表面のピンホール数を数えたところ、ピンホールは皆無であった。
【００２２】
なお、本発明においては、中央層の基材端部の延設形態について、前記図１に示した形態の他にも、種々の形態を採り得る。例えば図４に示すように、中央層の基材３１ｂの端部を隣接する両表面層３１ａ、３１ｃよりも外側に延設することができる。Ｌは中央層の３１ｂの端部の飛び出し長さを示しており、少なくとも、表面層の一方より長ければよく、少なくとも樹脂注入側が長くなっていることが好ましい。はみ出し長さは1mm以上が望ましく、好ましくは、１mm〜３０mmの範囲である。
【００２３】
また、図５に示すように、図１に示した形態に比べ、反対側の表面層４１ｃよりも外側に延設し、中央層４１ｂの長さを上側の表面層４１ａと同等の長さにすることもできる。この場合にも、Ｌは中央層の４１ｂの端部の飛び出し長さを示しており、少なくとも、表面層の一方より長ければよく、少なくとも樹脂注入側が長くなっていることが好ましい。はみ出し長さは1mm以上が望ましく、好ましくは、１mm〜３０mmの範囲である。
【００２４】
また、各表面層は１枚でも複数枚でも構わない。さらに、中央層のの端部の飛び出し形態は、種々の形態を組み合わせることもできる。例えば図６に示すように、中央層５１ｂの一方の端部は両表面層５１ａ、５１ｃよりも飛び出しており、他方の端部は一方の表面層５１ｃに対してのみ飛び出している形態とすることもできる。Ｌ１、Ｌ２は中央層５１ｂの飛び出し長さを示しており、少なくとも、表面層の一方より長ければよい。このはみ出し長さも1mm以上が望ましく、好ましくは、１mm〜３０mmの範囲である。            
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法は、三層以上の繊維積層体を用いるあらゆる繊維強化樹脂の製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る繊維強化樹脂の製造方法の基本形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】含浸係数測定装置の概略構成図である。
【図３】実施例１で用いた下型の斜視図である。
【図４】図１とは異なる形態例を示す繊維積層体の概略斜視図である。
【図５】さらに別の形態例を示す繊維積層体の概略斜視図である。
【図６】さらに別の形態例を示す繊維積層体の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  実質的に密閉された空間（キャビティ）
２  型
２ａ  上型２ａ
２ｂ  下型
３  繊維積層体
４、５  表層の繊維基材
６  中央層
６ａ  端部
７  樹脂注入（部位）
１１  含浸係数測定装置
１２  樹脂タンク
１３  真空ポンプ
１４  基材
１５  注入口
１６  排出口
２１  キャビティ
２２  シール材
２３  成形下型
２４  樹脂注入口
２５  樹脂排出口
３１ａ、３１ｃ、４１ａ、４１ｃ、５１ａ、５１ｃ  表面層
３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ  中央層
【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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