(57)【要約】【課題】従来のものよりも品質的に優れた左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品と、それを効率良く成形するための従来よりも簡単な方法を提供すること。【解決手段】一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された織物、好ましくは綾織物を、少なくとも表層に有する繊維強化材料と、マトリックス樹脂とからなる左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品。かかる成形品は、好ましくは、織目の方向が変わる位置を成形品の対称軸に合わせて成形型に敷設し、その上に任意の繊維強化材料を積層配置し、次いで樹脂トランスファー成形法により成形することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された織物を少なくとも表層に有する繊維強化材料と、マトリックス樹脂とからなる左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品。
【請求項２】
織物が綾織物である請求項１記載の左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品。
【請求項３】
樹脂トランスファー成形法により左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された織物又はそれを用いたプリフォームを、織目の方向が変わる位置を成形品の対称軸に合わせて成形型に敷設し、その上に任意の繊維強化材料を積層配置し、次いで樹脂トランスファー成形法により成形することを特徴とする左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品の成形方法。
【請求項４】
織物が綾織物である請求項３記載の左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化材料の織物とマトリックス樹脂とからなる、左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品及びその成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維強化材料とからなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
様々なＦＲＰ成形品の中で、用途によっては、左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品が望まれる場合がある。そして、かかる成形品は、従来、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法により、賦型性に優れた繊維強化材料の織物、例えば、綾織物を用いて成形するのが一般的であった。かかる方法において、表面の模様が左右対称になる成形品を得ようとした場合、対称模様となるよう綾織物基材を一旦対称軸で裁断し、残り半分は織物基材を裏返して織り目を反転させる必要があった。しかしこの方法では、中央部に基材の重なり部分が生じ、部分的な成形品厚みの変化、樹脂の部分的含浸性の違い、反転作業の非効率化等成形上色々な問題があった。
【０００４】
樹脂トランスファー成形法において、繊維強化材料として織物基材を用いることは良く知られている（例えば、特許文献１と２）。そして、左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品を得るためには、前記のごとき面倒な織物基材の準備工程を経るのがこれまでのやり方であって、本発明者の知る限り、その方法を改善・改良する提案がなされたことはなかった。
【特許文献１】特開２００６−４４２６１号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、従来のものよりも品質的に優れた左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品と、それを効率良く成形するための従来よりも簡単な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、ＦＲＰ成形品を成形するに際し、織物基材の織り目を、任意の距離又はパターンで反転して製織したものを、少なくとも表面の織物基材として用いることにより、部分的な成形品厚みの変化や樹脂の部分的含浸性の違い、織物の裁断及び反転作業に伴う作業コストの増加、更には織物基材のハンドリング数増加による意匠性の低下等、多くの問題を一つの工程のみで解決できることを知見し、本発明に到達した。
【０００７】
本発明の請求項１に記載された発明は、一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された織物を少なくとも表層に有する繊維強化材料と、マトリックス樹脂とからなる左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品である。
【０００８】
請求項２に記載された発明は、織物が綾織物である請求項１記載の左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品である。
【０００９】
請求項３に記載された発明は、樹脂トランスファー成形法により左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された綾織物又はそれを用いたプリフォームを、織目の方向が変わる位置を成形品の対称軸に合わせて成形型に敷設し、その上に任意の繊維強化材料を積層配置し、次いで樹脂トランスファー成形法により成形することを特徴とする左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品の成形方法である。
【００１０】
そして、請求項４に記載された発明は、織物が綾織物である請求項３記載の左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品の成形方法である。
【発明の効果】
【００１１】
織物基材、本発明においては織物、好ましくは綾織物を製織するに際し、任意の距離又はパターンで織り目を反転させることは製織段階で容易に行うことができる。そして、好ましくは、樹脂トランスファー成形法を採用して、得られた織物基材を少なくとも表面の織物基材として用いることにより、部分的な成形品厚みの変化や樹脂の部分的含浸性の違いのない、また、織物の裁断及び反転作業に伴う作業コストの増加もない、更には織物基材のハンドリング数増加による意匠性の低下等も起こらない等、多くのメリットを有するＦＲＰ成形品が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された織物としては、斜文織、朱子織等があるが、賦型性に優れた斜文織物（綾織物）が好ましい。斜文組織は経糸・緯糸３本以上で作られ、連続的に浮いた組織点で斜めにうね状の線が現れるが、このうねが斜文線（本発明の織目）と呼ばれる。斜文線の角度は自由に変えることができる。また、組織としては、経糸と緯糸の交錯状態が表と裏で異なる片面斜文組織、表と裏で同じ両面斜文組織等があるが、本発明においてどのような綾織物でもかまわない。織物を形成する繊維ストランドは、繊維径４〜８μｍのモノフィラメントを一束あたり５００〜２４，０００本とすることが好ましい。
【００１３】
本発明の成形品は、左右対称な表面模様を有するものであるから、成形に際して、少なくともその表層（最外層）に前記の織物を用いる必要がある。表層以外の部分は、どのような形態の繊維強化材料であってもかまわない。
【００１４】
本発明において用いられるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂があるが、好ましいのは熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を混合して用いることもできる。好ましい熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等があり、これらの熱硬化性樹脂を適宜量配合したものでも良い。これらの樹脂のうち、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていてもよい。
【００１５】
本発明において用いられる繊維強化材料としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等の、通常の繊維強化材に用いる材料が使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。表層以外に用いる繊維強化材料の形態としては特に制限されず、織物又は不織布等が利用できる。織物としては、平織物、綾織物、朱子織物等、あるいは一軸織物、多軸織物等を挙げることができる。織物を形成する強化繊維ストランドは、繊維径４〜８μｍのモノフィラメントを一束あたり５００〜２４，０００本とすることが好ましい。織物等の厚さは、成形品の用途により適宜選択するものであり、特に制限はない。
【００１６】
本発明の左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品の成形方法は特に限定されるものではないが、いったい成形が可能であるという点で、樹脂トランスファー成形法が好ましく採用される。
【００１７】
従って、本発明の他の態様は、樹脂トランスファー成形法により左右対称な表面模様を有するＦＲＰ成形品を成形するに際し、一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された綾織物又はそれを用いたプリフォームを、織目の方向が変わる位置を成形品の対称軸に合わせて成形型に敷設し、その上に任意の繊維強化材料を積層配置して樹脂トランスファー成形法により成形することを特徴とする成形方法である。
【００１８】
樹脂トランスファー成形法は、長繊維や短繊維からなる繊維強化材料を、成形品形状に賦形したプリフォームあるいはシート状で、上型下型からなる金型内部に配置し、金型を型締めした後、樹脂注入孔から樹脂を減圧下に注入して繊維強化材料に含浸させ、加熱硬化の後、金型を開いて脱型する成形方法である。いわゆるプリプレグが必要でなく、オートクレーブ法やハンドレイアップ法に比べて生産性が良く、両面の仕上がりの良い、品質の優れた成形品が得られるという特徴がある。
【００１９】
樹脂トランスファー成形法おいて用いられる型としては、特に制限はないが、剛性の高い金属の金型やＦＲＰ型等の金型が用いられる。下型には、シリコーンワックス等の公知の離型剤を用いて離型処理した後、繊維強化材料を敷設・積層しても良い。また、成形品を取出す際の離型性を高める目的で、繊維強化材料上にはピールクロス等を重ねても良い。以下、実施例により本発明を詳述する。
【００２０】
以下、図面により、一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された織物を、織目の方向が変わる位置を、成形品の対称軸に合わせて成形型に敷設する方法について説明する。
【００２１】
図１は、綾織物（織目が斜線で示されている）を繊維強化材料として、先ず、綾織物基材を一旦対称軸で裁断し、次いで、残り半分は織物基材を裏返して織り目を反転させ、その後、対称軸で対称模様となるように、織物基材の両端をオーバーラップさせて貼り付ける様子を示している。
この方法では、中央部に織物基材の重なり部分が生じ、部分的な成形品厚みの変化、樹脂の部分的含浸性の違い、反転作業の非効率化等成形上色々な問題がある。
【００２２】
図２は、綾織物を一定間隔で織目が逆になるようにジグザグに織ったものを示している。かかるジグザク織は、製織時に、一定間隔で緯糸の挿入タイミングを一段ずらし、織目の方向を逆（右下がり→右上がり）にすることで製織することができる。あるいは、織物組織図を示すことによって、例えば、電子ドビー付織機で自由に且つ容易に製織することができる。
【００２３】
図２の方法によると、織物基材の準備の工数削減ができ、また、合わせ目でオーバーラップさせる必要がなく、設計の自由度の向上も見込まれる。ジクザク織の間隔は自由に調節できるし、表面の模様（柄）にも色々と変化を持たすことができる。
【実施例】
【００２４】
［製織］
炭素繊維ＵＴ−５００  Ｓ１２Ｋ（東邦テナックス社製）を用いて、２／２綾織物を基本とし、図２に示したようなジグザグ織（東邦テナックス社製、Ｗ−７Ｕ６１）を製織した。このものの目付は３８０ｇ／ｍ２であった。織目の方向は、図２に示したように１２５０ｍｍごとに変えた。
【００２５】
［成形］
本実施例では、金型の成形キャビティに配置した繊維強化材料層に、マトリックス樹脂を含浸させ加熱硬化させる、樹脂トランスファー成形法を用いて成形した。製品面になる型面に、前記ジグザグ織物を敷設・配置した。この際、敷設・配置の仕方は、織目の方向が変わる位置を製品の対称軸に合わせるようにした。その後、製品の表面にならない裏面にかけて、ジグザグ織ではない一方向の織目を持った２／２綾織物を３枚金型内に積層・配置させた。
【００２６】
金型の下型パーティングライン面上の外周には、型内キャビティを真空状態に保ち、更に注入される樹脂が外部に漏れるのを防ぐため、Ｏリングを配した。前記繊維強化織物と真空用Ｏリングを金型に配した後、金型を型締めした。
【００２７】
次に、樹脂注入口及び排出口にウレタン製中空ホース（外径Φ１０×内径Φ８）を差し込み、樹脂注入口側のホースをクランプ等で閉じ、樹脂排出側のホース端は真空ポンプにつないだ。そして、真空ポンプを動作させ、型内を真空状態とし、その後、樹脂注入ホースの先端を樹脂タンクの中に差し込み、クランプを開放し、真空圧力を利用し、樹脂タンクから型内に樹脂を注入した。樹脂としては、エポキシ樹脂であるアデカレジンＥＰ−４９０１（アデカ社製）を１００質量部と１，３−ＢＡＣ（三菱ガス化学社製）を２０質量部混合した混合液を用いた。型内に樹脂が十分充填された後、樹脂注入側及び排出側のホースをクランプ等で閉じた。型内は密閉状態となり、型内部に注入された樹脂はその後硬化し、ＦＲＰ成形品が型内で出来上がった。
【００２８】
［脱型］
樹脂が十分硬化した後金型を開放し脱型を行った。得られたＦＲＰ成形品は、その表面が、中心軸から左右対称の模様のものであった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来行われている、綾織物を金型へ敷設する方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の一定間隔で織目の方向が逆になるようにして製織された綾織物の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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