(57)【要約】【課題】  本発明では、穴あけや部分的切断といった加工後の外観がよく、かつ、表面平滑性に優れた繊維強化樹脂複合材料を製造する方法を提供する。【解決手段】  少なくとも成形後に表面平滑性が要求される部分の表面に、目付が１６０ｇ／ｍ２以下、開口率が４％以下の強化繊維織物と熱硬化性樹脂組成物とからなるプリプレグを配置した、強化繊維と熱硬化性樹脂組成物とからなる繊維強化樹脂複合材料用成形材料、および、この繊維強化樹脂複合材料用成形材料を用いて、圧縮成形により繊維強化樹脂複合材料を製造する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも成形後に表面平滑性が要求される部分の表面に、目付が１６０ｇ／ｍ２以下
、開口率が４％以下の強化繊維織物と熱硬化性樹脂組成物とからなるプリプレグを配置し
た繊維強化樹脂複合材料用成形材料。
【請求項２】
強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維および高強度ポリエチレン繊維から
なる群から選ばれる少なくとも一種類以上の強化繊維である請求項１記載の繊維強化樹脂
複合材料用成形材料。
【請求項３】
熱硬化性樹脂組成物がエポキシ樹脂組成物である、請求項１または２記載の繊維強化樹
脂複合材料用成形材料。
【請求項４】
エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂および分子内に硫黄原子を有する硬化剤を含むエ
ポキシ樹脂組成物である、請求項３記載の繊維強化樹脂複合材料用成形材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の繊維強化樹脂複合材料用成形材料を圧縮成形して熱
硬化性樹脂組成物を硬化する繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項６】
圧縮成形が、予め１２０℃以上に調温した成形型内に繊維強化樹脂複合材料用成形材料
を配置し、型締めして繊維強化樹脂複合材料用成形材料に２ＭＰａ以上の圧力をかける圧
縮成形である請求項５記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴あけや部分的な切断などの加工が容易で、かつ、表面平滑性に優れた繊維
強化樹脂複合材料（以下、ＦＲＰと言う。）用成形材料およびこの成形材料を用いたＦＲ
Ｐの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰの製造方法として、プリプレグ等からなるＦＲＰ用成形材料を成形型内で加熱お
よび加圧する方法が知られている。特に、圧縮成形による製造方法は、オートクレーブ成
形や真空バッグ成形等の製造方法と比較して短時間で成形を完了できるため、工業的に有
用な方法である（例えば、特許文献１、２および３参照）。
【０００３】
ところで、圧縮成形に限らず、ＦＲＰを製造した後に、他の成形品との接合部を作るな
どの目的で、その表面に穴あけや部分的な切断などの加工を施す場合がある。この場合、
ＦＲＰ表面の強化繊維が一方向に引き揃えられていると、加工時に切断された強化繊維が
剥離し、ささくれ立って、外観表面が悪くなるという問題があった。
一方、ＦＲＰ表面を強化繊維織物で構成すると、一方向に引き揃えられている場合に比
べてささくれなどが生じづらくなる。そこで、穴あけや部分的な切断などの加工を施す必
要があるＦＲＰを製造する場合には、表面ＦＲＰ用成形材料として強化繊維織物プリプレ
グを用いることが多い。
【０００４】
しかし、表面に強化繊維織物プリプレグを用いて圧縮成形によりＦＲＰを製造すると、
強化繊維織物の織組織の凹凸がそのままＦＲＰの表面に現れるため、ＦＲＰ表面の平滑性
が悪くなる原因となっていた。そのため、外観の表面平滑性が求められる、自動車や鉄道
車輌の外装材等で、穴あけや部分的な切断などの加工が必要な場合は、圧縮成形でＦＲＰ
を製造することは困難であった。
【特許文献１】特開昭６１−４３４５０号公報
【特許文献２】特開昭６１−４３４５１号公報
【特許文献３】特開昭６１−４３４５２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、穴あけや部分的切断といった加工後の外観がよく、表面平滑性に優れ
たＦＲＰを圧縮成形により得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要旨は、少なくとも成形後に表面平滑性が要求される部分に、目付が１６０ｇ
／ｍ２以下、開口率が４％以下の強化繊維織物と熱硬化性樹脂組成物とからなるプリプレ
グを配置したＦＲＰ用成形材料、および、この成形材料を圧縮成形するＦＲＰの製造方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＦＲＰ用成形材料を用いることで、表面平滑性に優れ、かつ、部分的切断や穴
あけなどの穴あけや部分的切断などの加工後の外観がよくＦＲＰを圧縮成形により得るこ
とができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明のＦＲＰ用成形材料について説明する。
【０００９】
本発明のＦＲＰ用成形材料は、少なくとも成形後に表面平滑性が要求される部分に、目
付が１６０ｇ／ｍ２以下、開口率が４％以下の強化繊維織物と熱硬化性樹脂組成物とから
なるプリプレグを配置したものである。
【００１０】
（強化繊維織物）
強化繊維織物は、平織、綾織、簾織、朱子織など、いかなる織組織の強化繊維織物であ
ってもよい。
強化繊維織物を構成する強化繊維の種類も特に制限はない。例えば、炭素繊維、アラミ
ド繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、高強度ポリエチレン繊維、ガラス繊維
などが例示できる。また、強化繊維織物中に、これらの強化繊維を複数種用いてもよい。
【００１１】
特に、炭素繊維は比強度および比弾性に優れるので好ましい。アラミド繊維や高強度ポ
リエチレン繊維などの高強度有機繊維は、ＦＲＰに耐衝撃性が付与されるので好ましい。
ガラス繊維を用いると、これら強化繊維の中で比較的安価なわりに強度に優れるので好ま
しい。
【００１２】
本発明は、目付が１６０ｇ／ｍ２以下の強化繊維織物を用いることを特徴としている。
【００１３】
先に述べたように、ＦＲＰ表面の強化繊維が織物を構成していると強化繊維織物の織組
織の凹凸がＦＲＰ表面に現れることがある。よって、かかる問題を解決するために、織組
織の凹凸ができるだけ小さい強化繊維織物を用いるとよい。
【００１４】
そこで、本発明では、目付の低い強化繊維織物を用いることで、強化繊維織物の織組織
の凹凸を小さくすることで、より表面平滑性の高いＦＲＰが得られることを見出したので
ある。特に、目付を１６０ｇ／ｍ２以下とすると、成形後に表面平滑性が要求される部分
の表面中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下とすることができる。さらに、目付を１
４０ｇ／ｍ２とするとＲａを０．４μｍ以下とすることができるので好ましい。目付の下
限値は特に限定されないが、目付が１００ｇ／ｍ２未満の強化繊維織物は、織組織が粗に
なりすぎて扱いが難しいので、目付を１００ｇ／ｍ２以上とすることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のプリプレグに用いる強化繊維織物の開口率は４％以下ことが必要である
。開口率を小さくすることで、より織組織の凹凸の少ない強化繊維織物となるからである
。特に２％以下であると、強化繊維織物の表面が平滑であるので好ましい。
【００１６】
開口率は、強化繊維織物の表面上に面積Ｓ１の領域を設定し、面積Ｓ１内において強化
繊維の開口部の全面積をＳ２としたときの、次式で定義される値Ｘ（％）である。
Ｘ（％）＝（Ｓ１／Ｓ２）×１００
強化繊維織物の開口部の全面積Ｓ２は、強化繊維織物の下部から光を透過し、その光の
透過部分を画像処理センサーを用いて画像処理することにより測定することができる。
【００１７】
開口率が４％以下の強化繊維織物を得るための方法として、強化繊維に開繊処理を施し
て、その開口率を４％以下としても構わない。
強化繊維織物に対する開繊処理の方法は、いかなる方法も用いることができる。例えば
、鋼球で強化繊維織物表面に鋼球を衝突させる方法、強化繊維織物表面を梨地表面で擦過
する方法、強化繊維織物表面に水やエアを吹きつける方法、強化繊維織物表面にローラー
等で振動を与える方法、静電気開繊による方法、超音波開繊による方法などが挙げられる
。特に、鋼球で強化繊維織物表面に鋼球を衝突させる方法は、開繊後の乾燥などの後処理
が不要であるので好ましい。
【００１８】
（熱硬化性樹脂組成物）
プリプレグに用いる熱硬化性樹脂組成物の種類は特に制限はなく、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、不飽和ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂
、ＢＴ樹脂、シアネートエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などを主成分とする熱硬化
性樹脂組成物のいずれも好適の用いることができる。
【００１９】
特に、エポキシ樹脂は、強化繊維との接着性が良いので、強度に優れたＦＲＰを得る場
合に特に好ましく用いることができる。エポキシ樹脂の種類としては、例えば、２官能性
エポキシ樹脂では、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ
樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂およびこれらい
ずれかを変性したエポキシ樹脂等を、３官能以上の多官能性エポキシ樹脂では、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジ
フェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルアミンのようなグ
リシジルアミン型エポキシ樹脂、テトラキス（グリシジルオキシフェニル）エタンやトリ
ス（グリシジルオキシメタン）のようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂およびこれら
いずれかを変性したエポキシ樹脂をいずれも好適に用いることができる。
【００２０】
エポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂と分子内に硫黄原子を含む硬化剤とを併用す
ると、エポキシ樹脂の効果速度を速める傾向があるため、短時間で成形が完了するので好
ましい。特に、分子内の硫黄原子含有率が７質量％以上とするとより好ましい。
分子内に硫黄原子を含む硬化剤の例としては、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォ
ン、ジアミノジフェニルスルファイド、ビス（４−（４アミノフェノキシ）フェニル）ス
ルフォン、ビス（４−（３アミノフェノキシ）フェニル）スルフォン、４，４’−ジアミ
ノジフェニルスルファイド、o−トリアジンスルフォン、などが挙げられる。
【００２１】
また、熱硬化性樹脂組成物には、硬化剤の他にも、３−（３，４−ジクロロフェニル−
１，１−ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）や３−フェニル−Ｎ，Ｎ−ジメチルウレア（ＰＤＭ
Ｕ）などの尿素化合物やジシアンジアミドなどのアミン化合物といった硬化助剤、ポリビ
ニルフォルマールやフェノキシ樹脂といった熱可塑性樹脂、金属酸化物や金属水酸化物と
いった難燃剤を加えることもできる。
【００２２】
（ＦＲＰ用成形材料）
本発明のＦＲＰ用成形材料の、成形後に表面平滑性が要求される部分の表面に配置した
、強化繊維織物と熱硬化性樹脂組成物とからなるプリプレグ以外の部分（以下、基材とい
う。）は、いかなるものを用いてもよいが、特に、強化繊維と熱硬化性樹脂組成物からな
っているとＦＲＰとしたときの強度の向上が見込めるので好ましい。
基材に用いる強化繊維の種類は特に制限はなく、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維
、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、高強度ポリエチレン繊維、ガラス繊維などが例示できる。
また、基材に用いる熱硬化性樹脂組成物の種類にも特に制限はなく、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、不飽和ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂
、ＢＴ樹脂、シアネートエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などを主成分とする熱硬化
性樹脂組成物が例として挙げられる。
基材の形状も、いかなる形態であってよい。例えば、一方向プリプレグ、織物プリプレ
グ、シートモールディングコンパウンド、またはこれらの組み合わせいずれであってもよ
い。
本発明でいう、成形後に表面平滑性が要求される部分の表面とは、ＦＲＰ用成形材料の
表面全体であっても、表面の一部分であってもよく、製造するＦＲＰの用途に応じて決定
できる。
【００２３】
（ＦＲＰの製造方法）
このようなＦＲＰ用成形材料を圧縮成形して、熱硬化性樹脂組成物を硬化することによ
り、本発明のＦＲＰを製造することができる。本発明の圧縮成形の条件は、ＦＲＰ用成形
材料の熱硬化性樹脂組成物の、種類や含有率等によって適宜決定できる。特に、短時間で
成形を完了したい場合は、成形型の温度をあらかじめ１２０℃以上に調温してからＦＲＰ
用成形材料を成形型内に配置し、成形型の温度を保ったまま型締めして、２ＭＰａ以上の
圧力で成形すると、成形が短時間で終了する。中でも、成形条件を、成形型の温度を１４
０℃以上、成形圧力８ＭＰａとすると５分以内での成形が可能となる。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明する。
【００２５】
＜熱硬化性樹脂組成物＞
本実施例では、熱硬化性樹脂組成物として、以下の成分を、均一になるまで８０℃で混
合して得られるエポキシ樹脂組成物を用いた。
・エピコート８２８（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（室温で液状）、ジャパンエポキ
シレジン(株)製）５０重量部、
・エピコート１００９（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（室温で固体）、ジャパンエポ
キシレジン(株)製）５０質量部、
・セイカキュアＳ（４，４’−ジアミノジメチルスルフォン、和歌山精化（株）製）１０
質量部
・オミキュア９４（３−フェニル−１，１−ジメチルウレア、ＰＴＩジャパン（株））５
質量部
・ＤＩＣＹ１５（ジシアンジアミド、ジャパンエポキシレジン(株)製）５質量部
【００２６】
＜強化繊維織物の製造＞
三菱レイヨン（株）製炭素繊維ＴＲ３０Ｓ（フィラメント数３０００本）をたて糸およ
びよこ糸として、津田駒製のレピア織機を用いて平織の強化繊維織物を製織した。以下の
実施例では、表１に記載したとおりの目付である、異なる４種類の強化繊維織物Ａ、Ｂ、
ＣおよびＤを得た。
【００２７】
＜開口率の測定＞
強化繊維織物の開口率の測定は以下のようにして行った。まず（株）キーエンス製、一
方から光を当てた強化繊維織物表面の様子を画像処理装置ＣＶ−１００を用いて画像処理
することにより、強化繊維織物の１００ｍｍ２あたりの開口部の全面積Ｓ２（ｍｍ２）を
測定し、このＳ２を式（１）に代入して開口率Ｘを算出した。
Ｘ（％）＝（Ｓ２（ｍｍ２）／１００（ｍｍ２））×１００…（１）
この方法で測定した、強化繊維織物Ａ〜Ｄそれぞれの開口率を表１に示した。
【００２８】
【表１】
2005126557.tif 000002
【００２９】
＜表面中心線平均粗さ（Ｒａ）の測定＞
表面中心線平均粗さ（Ｒａ）の測定は、（株）ミツトヨ製サーフテスターを用いて測定
した。カットオフ値０．８ｍｍ、測定長さ２．４ｍｍの測定条件でＦＲＰの表面の中心３
ヶ所について測定し、この３ヶ所の測定地の平均として算出した。
＜実施例１＞
【００３０】
まず、強化繊維織物Ａの開繊処理を鋼球衝突開繊装置（鋼球の速度：１ｍｍ／分）を用
いて行った。開繊処理は、強化繊維織物Ａに１５０℃の熱風を付与しながら、鋼球を強化
繊維織物Ａに衝突させることにより行った。次に、開繊処理を施した強化繊維織物Ａ（開
口率２．９％）に、エポキシ樹脂組成物を樹脂フィルム状にしたものを７５℃に加熱した
２対の加熱ロールを用いて含浸して、プリプレグ中のエポキシ樹脂組成物の含有率が４０
％の織物プリプレグを得た。
一方、エポキシ樹脂組成物の樹脂フィルムを、三菱レイヨン（株）製炭素繊維ＴＲ５０
Ｓを繊維目付２５０ｇ／ｍ２で一方向に引き揃えたシートに、７５℃に加熱した２対の加
熱ロールを用いて含浸して、樹脂含有率３０％の一方向プリプレグを製造した。そして、
この一方向プリプレグを３００ｍｍ×３００ｍｍに切りそろえたものを、第一層の繊維配
向が０°方向、次の層が９０°方向となるように交互に重ねて９プライ積層して積層体と
した。さらに、この積層体の片面に織物プリプレグを貼り合わせて本発明のＦＲＰ用成形
材料を得た。
【００３１】
このＦＲＰ用成形材料を、予め成形型の温度を１４０℃に調温した上型と下型とからな
る成形型内に配置した。ＦＲＰ用成形材料を配置した後すぐに、上型を降ろして成形型を
締め、ＦＲＰ用成形材料に８ＭＰａの圧力を５分間かけた後、型開きを行い、成形型の温
度を１４０℃に保ったまま、成形型に備え付けられたイジェクタピンを用いて、縦３００
ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ２．２ｍｍの平板状のＦＲＰを取り出した。このＦＲＰについ
て目視による外観検査を行ったところ、表面外観が鮮明であった。また、このＦＲＰのＲ
ａは０．３１μｍであり、非常に平滑なものが得られた。
＜実施例２＞
【００３２】
強化繊維織物を強化繊維織物Ｂに変更した以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを得た
。なお、開繊処理を施した強化繊維織物Ｂの開口率は２％であった。
このＦＲＰについて目視による外観検査を行ったところ、表面外観が鮮明なＦＲＰであ
った。また、このＦＲＰのＲａは０．３６μｍであり平滑なものが得られた。
＜実施例３＞
【００３３】
強化繊維織物を、強化繊維織物Ｃに変更した以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを得
た。なお、開繊処理を施した強化繊維織物Ｃの開口率は、０．０２％であった。
このＦＲＰについて目視による外観検査を行ったところ、表面外観が鮮明なＦＲＰであ
った。また、このＦＲＰのＲａは０．４０μｍであり、平滑なものが得られた。
＜比較例１＞
【００３４】
強化繊維織物を、強化繊維織物Ｄに変更した以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを得
た。なお、開繊処理を施した強化繊維織物Ｄの開口率は０．０１％であった。
このＦＲＰのＲａは０．５５μｍと各実施例で得られた成形品より粗く、目視による外
観検査でもスジ状の欠点も見られた。
＜比較例２＞
【００３５】
強化繊維織物Ｃに開繊処理を施さずに用いた以外は、実施例３と同様にしてＦＲＰを得
た。なお、開繊処理を施した強化繊維織物Ｃの開口率は、５％であった。このＦＲＰにつ
いて目視による外観検査を行ったところ、わずかに表面外観に欠点が発生した。また、こ
のＦＲＰの平均表面粗さＲａは、０．４７μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の製造方法で得られるＦＲＰは、表面平滑性に優れるので、平滑性が求められか
つ表面に加工が必要な部材に用いることができる。具体的には、オートバイフレーム、カ
ウル、フェンダー等の二輪車用途、ドア、ボンネット、テールゲート、サイドフェンダー
、側面パネル、フェンダー、エネルギー吸収部材、トランクリッド、ハードップ、サイド
ミラーカバー、スポイラー、ディフューザー、スキーキャリアー、エンジンシリンダーカ
バー、エンジンフード、シャシー、エアースポイラー、プロペラシャフト等の自動車部品
用途や、先頭車両ノーズ、ルーフ、サイドパネル、ドア、台車カバー、側スカートなどの
車輌用外板用途、荷物棚、座席等の鉄道車輌用途、インテリア、ウイングトラックにおけ
るウイングのインナーパネル、アウターパネル、ルーフ、フロアー等、自動車や単車に装
着するやサイドスカート、などのエアロパーツ用途や、窓枠、荷物棚、座席、フロアパネ
ル、翼、プロペラ、胴体等の航空機用途、ノートパソコン、携帯電話等の筐体用途、フラ
ットスピーカーパネル、スピーカーコーン等の音響製品用途、ゴルフヘッド、フェースプ
レート、スノーボード、サーフィンボード、プロテクター等のスポーツ用品用途が挙げら
れる。