(57)【要約】【課題】ＦＲＰを製造するためのプリプレグシート代用の積層シートを提供する。【解決手段】この積層シートは、層Ａ、層Ｂ、層Ｃの順で積層されている部分を少なくとも含む。層Ａは、一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＡ群で構成されている。層Ｂは、熱溶融性フィルムで構成されている。この熱溶融性フィルムは、最終的に得られるＦＲＰの母体となるものである。層Ｃは、フィラメントＡ群が引き揃えられている方向とは異なる方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＣ群で構成されている。層Ａ、層Ｂ及び層Ｃは、長手方向に走る複数本の縫い糸５によって縫製されて一体化している。各縫い糸５は、経編組織に編成されている。なお、フィラメントＡやＣとしては、ＦＲＰに一般的に用いられる炭素繊維やガラス繊維を採用するのが好ましい。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層Ａ、層Ｂ、層Ｃの順で積層されている部分を少なくとも含む積層シートであって、
該層Ａは、一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＡ群で構成され、
該層Ｂは、熱溶融性フィルムで構成され、
該層Ｃは、該フィラメントＡ群が引き揃えられている方向とは異なる方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＣ群で構成され、
該層Ａ、該層Ｂ及び該層Ｃは、長手方向に走る複数本の縫い糸によって縫製されて一体化しており、
各縫い糸は、経編組織で編成されていることを特徴とする、前記熱溶融性フィルムを母体とするＦＲＰを製造するための積層シート。
【請求項２】
各縫い糸を１枚筬による経編組織で編成する請求項１記載の積層シート。
【請求項３】
経編組織が鎖編組織である請求項２記載の積層シート。
【請求項４】
各縫い糸の必要糸長は、４０００〜９８００ｍｍ／４８０コースである請求項１乃至３記載の積層シート。
【請求項５】
熱溶融性フィルムが、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂で構成されている請求項１記載の積層シート。
【請求項６】
フィラメントＡ及びフィラメントＢが炭素繊維で構成されている請求項１記載の積層シート。
【請求項７】
フィラメントＡ群が積層シートの長手方向に平行に引き揃えられており、フィラメントＢ群が積層シートの長手方向に対して４５°の方向に引き揃えられている請求項１記載の積層シート。
【請求項８】
層Ａ、層Ｂ及び層Ｃの他に、さらに他の層が積層されている請求項１記載の積層シート。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の積層シートを用いて得られた、熱溶融性フィルムを母体とするＦＲＰ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）すなわち繊維強化プラスチック（繊維強化樹脂成形品）を製造する際に用いる積層シートに関し、所望の方向に高強度を持つＦＲＰを製造するのに適した積層シートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＦＲＰは、種々の方法で製造されている。例えば、炭素繊維布やガラス繊維布などの基布に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂やポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグシートを用いて、ＦＲＰを製造する方法も知られている。この製造方法は、プリプレグシートを複数枚積層して、所定の型に保持し、加熱及び加圧して、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を硬化させ、或いはポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂を溶融固化させて、ＦＲＰを得るというものである。
【０００３】
このようなプリプレグシートは、炭素繊維布などの基布に、溶液状の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を含浸させて製造されるものであるが、含浸量を一定にして、その品質を安定化することが困難であるということがあった。すなわち、基布の状態によって、設定値よりも含浸量が多くなったり少なくなったりして、単位重量当たりの含浸量がばらつくということがあった。このようなばらつきは、最終的に得られるＦＲＰの母体の状態が不均一になる原因となる。また、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂は、半硬化の状態で含浸されているため、プリプレグシートの表面がべとつき、取り扱いにくいということもあった。
【０００４】
このため、本発明者などは、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂であって熱溶融性の樹脂フィルムを用い、この樹脂フィルムを、炭素繊維やガラス繊維などで構成された層間に挿入すれば、単位重量当たり一定量の熱溶融性樹脂を確実に包含することのできる積層シートを得られると考えた。この着想の下に、積層シートを製造すべく種々検討していたが、炭素繊維などで構成された層と樹脂フィルムとを、どのようにして一体化するかが課題となった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、平面状の層と樹脂フィルムとを一体化する最も一般的な方法は、ミシンを用いて縫い糸で層と樹脂フィルムとを縫い合わせればよいのであるが、このようなミシンによる縫製は困難であった。つまり、ミシン針がこの積層シート中の樹脂フィルムを貫通するとき、縫い糸に過大な応力が負荷され、縫い糸が切断しやすいということがあった。つまり、ミシン針は先端が尖っているため、縫い糸が通りやすくなるような大きな孔が開かず、縫い糸が樹脂フィルムなどと引っ掛かって切断しやすいということがあった。また、ミシンの場合には、上糸と下糸の２本の糸があり、この両者のいずれもが切断しやすいということがあった。特に、樹脂フィルムに粘着性を持つものを採用すると、この傾向は顕著であった。本発明は、このような縫い糸の切断を防止することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ミシンなどの一般的な方法で縫製するのではなく、積層シートの表裏面で経編組織を編成しながら縫製することによって、縫い糸の切断を防止しようというものである。すなわち、本発明は、層Ａ、層Ｂ、層Ｃの順で積層されている部分を少なくとも含む積層シートであって、該層Ａは、一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＡ群で構成され、該層Ｂは、熱溶融性フィルムで構成され、該層Ｃは、該フィラメントＡ群が引き揃えられている方向とは異なる方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＣ群で構成され、該層Ａ、該層Ｂ及び該層Ｃは、長手方向に走る複数本の縫い糸によって縫製されて一体化しており、各縫い糸は、経編組織で編成されていることを特徴とする、前記熱溶融性フィルムを母体とするＦＲＰを製造するための積層シートに関するものである。
【０００７】
本発明に係る積層シートは、層Ａ、層Ｂ、層Ｃの順で積層されている部分を少なくとも含むものである。層Ａは、フィラメントＡ群が、一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるものである。また、層Ｃは、フィラメントＣ群が、フィラメントＡ群が引き揃えられている方向とは異なる方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるものである。
【０００８】
図１は、このような層の状態を模式的に示したものである。図１において符号Ａは、フィラメントＡを示している。このフィラメントＡは、その複数本がシートの長手方向に平行に引き揃えられて、平面状に並び、層Ａを構成している。また、符号Ｃは、フィラメントＣを示しており、このフィラメントＣは、その複数本が、長手方向に対して左４５°の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並び、層Ｃを構成している。図１においては、層Ａ及び層Ｃの他に、フィラメントＤが長手方向に対して右４５°の方向に平行に引き揃えられている層Ｄ、フィラメントＥが長手方向に対して９０°の方向（巾方向）に平行に引き揃えられている層Ｅも、積層されている。
【０００９】
図１においては、隣り合うフィラメントＡ，Ａ相互間が離れたように記載されているが、これは模式的に示したためであり、現実には、隣り合うフィラメントＡ，Ａ間に殆ど間隙が生じないような状態で配置されている。このことは、フィラメントＣ，Ｃ間でも、フィラメントＤ，Ｄ間でも、フィラメントＥ，Ｅ間でも同様である。なお、図１においては、熱溶融性フィルムで構成される層Ｂは省略してある。
【００１０】
図１に示した層構造のものを得るには、図２に示した装置を用いればよい。まず、コンベア１上に、フィラメントＤ群を長手方向に対して右４５°の方向に平行に引き揃える。フィラメントＤ群を引き揃えるには、フィラメントＤ群を引き揃え装置２に導入する。そして、引き揃え装置２を、長手方向に対して右４５°に配置し、一定巾に亙って往復運動させながら、フィラメントＤ群をコンベア１上に堆積させれば、層Ｄが得られる。次いで、フィラメントＥ群を長手方向に対して９０°の方向に平行に引き揃えながら、層Ｄ上に堆積させれば、層Ｅが得られる。フィラメントＥ群の引き揃えや層Ｄ上への堆積は、引き揃え装置３を用いて、フィラメントＤ群の場合と同様の要領で行えばよい。その後、また同様の要領で、フィラメントＣ群を長手方向に対して右４５°の方向に平行に引き揃えながら、層Ｅ上に堆積させれば、層Ｃが得られる。最後に、フィラメントＡ群を長手方向に平行に引き揃えて、層Ｃ上に堆積させれば、層Ａが得られるのである。フィラメントＡ群は、長手方向に平行に引き揃えるので、引き揃え装置は不要であり、単にフィラメントを長手方向に引き揃えた平面状物を、層Ｃ上に積層すればよい。
【００１１】
フィラメントＡ，Ｃ，Ｄ，Ｅなどとしては、一本の繊維よりなるモノフィラメント又は複数本の繊維よりなるマルチフィラメントが用いられる。また、フィラメントの素材としては、炭素繊維、ガラス繊維、ポリイミド繊維、ポリエステル繊維など、従来のプリプレグシートの基布を構成していた繊維であれば、どのようなものでも使用しうる。フィラメントの繊度（太さ）も、従来のものと同程度のものでよい。
【００１２】
本発明においては、少なくとも、層Ｃを成形した後、引き揃えられたフィラメントＡ群を層Ｃ上に堆積する前に、熱溶融性フィルムを層Ｃ上に積層する（図示せず。）。これによって、層Ｃと層Ａの間に、熱溶融性フィルムで構成された層Ｂが挿入されることになる。すなわち、層Ａ，層Ｂ，層Ｃの順で積層された部分を得ることができる。また、同様の要領で、層Ｃと層Ｄの間、及び／又は層Ｄと層Ｅの間に、熱溶融性フィルムを挿入してもよい。また、層Ａや層Ｂの間や、層Ｂと層Ｃの間に、熱溶融性フィルムで構成された層や、フィラメント群で構成された層などを、任意に挿入してもよい。
【００１３】
熱溶融性フィルムは、最終的にはＦＲＰの母体となるものであるから、従来のプリプレグシートに含浸されていた樹脂よりなるものであれば、どのようなものでもよい。たとえば、エポキシ樹脂と、このエポキシ樹脂を硬化させるための加熱活性型潜在性硬化剤とを含む組成物を、シート状に成型した熱硬化性フィルムを用いることができる。また、ポリイミド樹脂をシート状に成型した熱可塑性フィルムも用いることができる。なお、熱溶融性フィルムの目付や厚みは、ＦＲＰの母体を形成しうる程度であれば任意である。
【００１４】
層Ａ、層Ｂ、層Ｃの順で積層された部分を持つ積層物６は、長手方向に走る複数本の縫い糸５，５・・・で縫製して一体化する。長手方向というのは、積層物６の幅方向と直交する方向ではあるのが好ましいが、完全に直交していなくても、若干斜めになっていてもよい。本発明の特徴は、縫い糸５，５・・・での縫製を、経編組織によって行う点にある。すなわち、各縫い糸５は経編組織となっている。経編組織は、経編で用いるコンパウンドニードル，べら針，パイプ針などの編針４で編成することができる。好ましい編成方法は、トリコット編機で用いるコンパウンドニードルを編針４とし、１枚筬によって、鎖編，デンビー編，バンダイク編，コード編などの経編組織で行うのがよい。これらは、経編組織の基本的なものであり、縫い糸５に複雑な動きを要求されないため、縫い糸５に過大な応力が負荷しにくいからである。したがって、最も好ましいのは、縫い糸５が真っ直ぐに走る鎖編組織である。
【００１５】
編成に使用する縫い糸５は任意であり、モノフィラメント、マルチフィラメント、紡績糸などを用いることができる。糸の素材も任意であり、ポリエステルや炭素繊維などを用いることができる。また、編成の際に用いる縫い糸５の必要糸長も任意である。しかしながら、積層物６の枚数にもよるが、一般的には必要糸長は、４０００〜９８００ｍｍ／４８０コースであるのが好ましい。すなわち、縫い糸５によって４８０コース編成されるのに必要な糸長を、４０００〜９８００ｍｍとするのが好ましい。必要糸長が４０００ｍｍ／４８０コース未満であると、縫い糸５に過大な応力が負荷する恐れがあり、切断しやすくなる傾向が生じる。また、必要糸長が９８００ｍｍ／４８０コースを超えると、縫い糸５が若干緩んだ状態となり、層Ａ，Ｂ，Ｃ間がずれる恐れがある。以上の編成すなわち縫製によって、積層物６中の各層間は一体化され、取り扱いやすい積層シートが得られるのである。
【００１６】
本発明に係る積層シートは、たとえば、図４及び図５に示したような形状となっている。図４は本発明の一例に係る積層シートの表面図であり、図５はその裏面図である。すなわち、積層物６が、縫い糸５によって鎖編組織で編成されて得られた積層シートの表裏面図である。裏面に鎖編組織のループが現れ、表面にはループ間を繋ぐ縫い糸５の部分が現れる。
【００１７】
このような積層シートは、従来公知の用途に用いられる。たとえば、この積層シートを複数枚積層し、加熱及び加圧して、熱溶融性フィルムを溶融させた後、熱溶融性フィルムが熱硬化性フィルムである場合は硬化させ、熱可塑性フィルムである場合は冷却固化することによって、所望厚さのＦＲＰ板を得ることができる。また、加熱及び加圧時に、所定の型に保持すれば、当該型の形状のＦＲＰを得ることができる。ＦＲＰにおいて、長手方向及び左４５°の方向に強度が必要な場合には、積層シートして、フィラメント群が長手方向及び左４５°の方向に引き揃えられた層を具備するものを用いればよい。また、長手方向及び巾方向に強度が必要な場合には、積層シートして、フィラメント群が長手方向及び巾方向に引き揃えられた層を具備するものを用いればよい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。本発明は、ＦＲＰを製造する際に、従来のプリプレグシートに代えて、特定の構成を持つ積層シートを用いれば、より合理的にしかも母体の均一性に優れたＦＲＰが得られるとの知見に基づき、特に積層シートの一体化に工夫を施したものとして、解釈されるべきである。
【００１９】
実施例
図２に示した装置を用い、以下のようにして積層シートを得た。すなわち、厚さ０．２ｍｍの６−ナイロンフィルムの上に、炭素繊維マルチフィラメント（１２０００フィラメント／８００テックス）を右４５°に平行に引き揃えて層Ｃ（目付４９０ｇ／ｍ２）を積層した。次いで、層Ｃの上に、厚さ０．２ｍｍの６−ナイロンフィルム（層Ｂ）を積層した。さらに、層Ｂの上に、炭素繊維マルチフィラメント（１２０００フィラメント／８００テックス）を左４５°に平行に引き揃えて層Ａ（目付４９０ｇ／ｍ２）を積層した。最後に、層Ａの上に、厚さ０．２ｍｍの６−ナイロンフィルムを積層した。そして、この積層物を、縫い糸として８３デシテックス／２４フィラメントのナイロンマルチフィラメント糸を用い、編針としてコンパウンドニードルを用いて、１枚筬で鎖編によって編成・縫製し、一体化した積層シートを得た。この際、４８０コースを編成するのに、縫い糸は６０００ｍｍを必要とした。
【００２０】
この積層シートを、オートクレーブ内に設けられたトレイの上に置き、積層シート全体をフッ素系フィルムで被覆し、端部をシーラントテープで封緘すると共に、フッ素系フィルムで囲まれた内部を減圧した。そして、オートクレーブ内の圧力を４気圧とし、温度を２３０℃にして、約１．５時間、積層シートを加熱及び加圧した。この結果、積層シートを構成している３枚の６−ナイロンフィルムは、溶融して、層Ａ及び層Ｃ中に浸透した。この後、オートクレーブから積層シートを取り出して、室温下で冷却すると、溶融した６−ナイロンは冷却固化し、６−ナイロンを母体とする、炭素繊維で構成された層Ａ及び層Ｃを含むＦＲＰが得られた。
【００２１】
【作用】
本発明における最大の特徴は層Ａ、Ｂ及びＣを含む積層シートが、経編組織によって編成された縫い糸によって一体化されている点にある。すなわち、経編組織は、コンパウンドニードルなどの編針を用いて、１本の縫い糸で編成されるものである。このコンパウンドニードルなどの編針は、先端がかぎ状に曲がっており、この部分で層Ａ，Ｂ，Ｃ（特に、熱溶融性フィルムよりなる層Ｂ）が貫通され、層Ｂに比較的大きな孔が開く。したがって、縫い糸は、この孔を通って編成されるため、縫い糸が層Ａ，Ｂ，Ｃ（特に、熱溶融性フィルムよりなる層Ｂ）に引っ掛かりにくく、切断しにくくなる。また、ミシンの如く縫い糸が２本（上糸と下糸）あるのではなく、縫い糸が１本しか無いため、切断の可能性も半減する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る積層シートは、上記したように、フィラメント群で構成された層Ａ、熱溶融性フィルムで構成された層Ｂ及びフィラメント群で構成された層Ｃの順で積層されている部分を含む積層シートが、経編組織で編成された縫い糸によって縫製一体化されているため、ＦＲＰを製造するための積層シートを非常に製造しやすく、合理的に得ることができる。なお、熱溶融性フィルムを含まない単なる繊維層を、経編組織で編成された縫い糸によって縫製一体化することは、マリ編として知られているが、フィルムを含む層を経編組織で編成された縫い糸によって縫製一体化することは知られていなかった。本発明は、従来のマリ編をフィルムを含む層に適用したことによって、ＦＲＰを製造するための積層シートを合理的に得られるという格別顕著な効果を奏するものである。
【００２３】
そして、この本発明に係る積層シートは、従来のプリプレグシートの如く、基布に樹脂が含浸されたものではなく、層間に熱溶融性フィルムが挿入されてなるものである。そして、この熱溶融性フィルムを構成している樹脂は、従来のプリプレグシートの基布に含浸されていた樹脂である。したがって、熱溶融性フィルムの目付を任意に選択すれば、単位重量当たり所定の樹脂量を持つ積層シート（プリプレグシート代用の積層シート）が、簡単に且つ安定して得られるという効果を奏する。よって、熱溶融性フィルムを母体とするＦＲＰを製造したときには、全体に母体の樹脂量が均一になるという利点がある。
【００２４】
また、熱溶融性フィルムを積層シートの表面に配さずに、フィラメントで構成された層を表面に配すれば、熱溶融性フィルムにべたつきなどがあっても、積層シートを取り扱う際に、べたつきによるトラブルを防止しうるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明に係る積層シート中、熱溶融性フィルム以外の層として、一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＡ群で構成された層Ａと、フィラメントＡ群が引き揃えられている方向とは異なる方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメントＣ群で構成された層Ｃとを少なくとも具備している。したがって、層Ａと層Ｃ間で、フィラメント群が交差しているため、縫い糸で縫製することによって、各層間が一体化した積層シートが確実に得られるという効果を奏する。
【００２６】
さらに、層Ａや層Ｃにおいて、フィラメント群が一定の方向に引き揃えられているので、その引き揃えられた方向には、高強度を実現することができる。したがって、本発明に係るプリプレグシートを用いれば、所望の方向に高強度を持つＦＲＰを簡単に且つ確実に得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィラメント群が一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいる状態を模式的に現わした平面図である。
【図２】フィラメント群が一定の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいる層を積層する方法を示した斜視図である。
【図３】本発明の一例に係る積層シートの表面図である。
【図４】図３の積層シートの裏面図である。
【符号の説明】
Ａ    長手方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメント
Ｃ    長手方向に対して左４５°の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメント
Ｄ    長手方向に対して右４５°の方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメント
Ｅ    巾方向に平行に引き揃えられて、平面状に並んでいるフィラメント
４    編針
５    縫い糸
６    積層物
【図１】
2004346175.tif 000003
【図２】
2004346175.tif 000004
【図３】
2004346175.tif 000005
【図４】
2004346175.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月26日(2003.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係る積層シートは、たとえば、図３及び図４に示したような形状となっている。図３は本発明の一例に係る積層シートの表面図であり、図４はその裏面図である。すなわち、積層物６が、縫い糸５によって鎖編組織で編成されて得られた積層シートの表裏面図である。裏面に鎖編組織のループが現れ、表面にはループ間を繋ぐ縫い糸５の部分が現れる。