(57)【要約】【課題】  簡便な加熱方法により固化した状態のＦＲＴＰを容易に加工することができる繊維強化樹脂の成形方法及びそれにより得られた被覆シートを提供すること。【解決手段】  本発明の繊維強化樹脂の成形方法は、熱可塑性樹脂とこの熱可塑性樹脂中に配された炭素繊維とを有する繊維強化樹脂を成形する方法である。この方法は、繊維強化樹脂中の炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱する加熱工程、及び、加熱工程後の繊維強化樹脂を変形させる変形工程を有するものである。また、この方法において用いられる熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化した状態の熱可塑性樹脂と、該熱可塑性樹脂中に配された炭素繊維と、を含む繊維強化樹脂を成形する方法であって、
前記繊維強化樹脂中の前記炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記繊維強化樹脂を変形させる変形工程と、を有しており、
前記熱可塑性樹脂として、熱可塑性エポキシ樹脂を用いることを特徴とする繊維強化樹脂の成形方法。
【請求項２】
前記電磁誘導加熱を、１０〜１０００ｋＨｚの周波数で行うことを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂の成形方法。
【請求項３】
前記炭素繊維は、当該炭素繊維を編組して得られたシート形状を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の繊維強化樹脂の成形方法。
【請求項４】
前記熱可塑性エポキシ樹脂は、
エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物と、
フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物と、
を重付加して得られたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂の成形方法。
【請求項５】
前記第２の２官能化合物は、フェノール性水酸基を２つ有する化合物であることを特徴とする請求項４記載の繊維強化樹脂の成形方法。
【請求項６】
被覆すべき対象物の所定部位を覆うように形成された被覆シートであって、
固化した状態の熱可塑性エポキシ樹脂と、該熱可塑性エポキシ樹脂中に配された、炭素繊維からなる強化繊維シートと、を含有するシート状の繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂層を有しており、
前記繊維強化樹脂層は、
前記熱可塑性エポキシ樹脂中の前記炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱する加熱工程と、
前記加熱工程後の前記繊維強化樹脂を変形させる変形工程と、
を有する成形方法により成形されたものであることを特徴とする被覆シート。
【請求項７】
前記変形工程において、前記繊維強化樹脂を、前記対象物における所定部位の表面形状に沿うように変形させたことを特徴とする請求項６記載の被覆シート。
【請求項８】
前記電磁誘導加熱を、１０〜１０００ｋＨｚの周波数で行うことを特徴とする請求項６又は７記載の被覆シート。
【請求項９】
前記熱可塑性エポキシ樹脂は、
エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物と、
フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物と、
を重付加反応させて得られたものであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の被覆シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂の成形方法及びそれにより形成された被覆シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）を成形する方法としては、射出成形法が知られており、ある程度複雑な形状を有する成形品を製造できることから、広く実用化されている。また、射出成形法以外のＦＲＴＰの成形方法として、シート状のＦＲＴＰを加熱して軟化させ、これを冷却プレス等により加圧成形するとともに再び固化させる成形法や、パイプ等の成形品を製造する際の押し出し成形法等も実施されている。
【０００３】
これらの成形方法においては、上述したように、必ず金型を用いてＦＲＴＰの成形が行われている。このため、アンダーカット形状を有する成形品や大型の成形品を製造しようとする場合には、ＦＲＴＰを加熱して金型等による１次加工を行った後にいったん冷却させてから、この１次加工品を、例えば、下記特許文献１に記載されているような、種々の熱源を利用した加熱装置により更に加熱して、これにより曲げや接着等を行う２次加工が必要となる場合が多かった。
【０００４】
例えば、産業用等のＦＲＴＰ製コイル状チューブを製造する際には、押し出し成形によりいったんパイプ状に成形する１次加工を実施した後、このパイプをヒートセット（熱処理加工）によりコイル状に曲げる２次加工が実施される。このヒートセットにおいては、パイプを所要の温度に加熱した状態で、又は、加熱後すぐに曲げ加工等を行っている。このときに用いられる加熱用の媒体としては、気体、流体、固体（砂、金型等）等が用いられている。
【０００５】
また、さらに複雑な形状を有する成形品を製造する際には、まず、１次加工において２種類の成形品を製造した後、２次加工においてこれらを所要の温度に加熱した状態で、又は、加熱後すぐに接着させた後に冷却し、これにより最終的なＦＲＴＰの成形品を製造する。この場合も、加熱用の媒体として、気体、流体、固体（砂、金型等）等が用いられている。
【非特許文献１】プラスチック加工技術便覧編集委員会編，「プラスチック加工技術便覧」，日刊工業株式会社，昭和４４年１２月５日，ｐ．７９３−７９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、複雑な構造を有するＦＲＴＰを成形するために、上記従来技術のように２次加工を行う場合には、２次加工においてＦＲＴＰの１次加工品全体を加熱する必要があった。つまり、２次加工で曲げや接着等の加工を行うべき部分以外の部分についても加熱する必要があった。このため、上記従来の方法には、２次加工時の加熱や冷却に長時間を要する等の問題があった。
【０００７】
また、ＦＲＴＰは加熱・冷却を繰り返すことにより何度でも変形が可能であることから、近年、このＦＲＴＰをギブス等に応用する試みがなされている。このようにＦＲＴＰをギブスとして用いる場合、複雑な構造を有する人体に密着させるために、いったんＦＲＴＰを装着した後、更に微妙な形状修正を行うことが好ましい。しかし、このような形状修正の際に上述した加熱手段（気体、流体、固体（砂、金型等））を適用することは現実的には困難であり、また、安全性の面からも好ましくない。
【０００８】
本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な加熱方法によりＦＲＴＰを容易に加工することができる繊維強化樹脂の成形方法及びそれにより得られた被覆シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、固化した状態の熱可塑性樹脂とこの熱可塑性樹脂中に配された炭素繊維とを有する繊維強化樹脂を成形する方法であって、繊維強化樹脂中の炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱する加熱工程と、加熱工程後の繊維強化樹脂を変形させる変形工程とを有しており、熱可塑性樹脂として熱可塑性エポキシ樹脂を用いることを特徴とする繊維強化樹脂の成形方法を提供する。
【００１０】
上記繊維強化樹脂の成形方法においては、繊維強化樹脂（ＦＲＴＰ）中の炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱して、この炭素繊維の周囲の熱可塑性樹脂を軟化させることにより所望の形状に加工している。このように、上記方法においては、従来の加熱手段を用いた場合のように表層部からＦＲＴＰの加熱を行うのではなく、電磁誘導加熱によって樹脂内部に存在する炭素繊維が加熱する。このため、ＦＲＴＰを迅速に軟化させることができる。
【００１１】
また、電磁誘導加熱による加熱は、ＦＲＴＰにおける局所的な部分のみの加熱を容易に実施することができる。このため、１次加工後のＦＲＴＰを加工する際に、ＦＲＴＰ全体を加熱する必要がなく、これにより効率良く２次加工を実施できる。
【００１２】
さらに、上記方法においては、熱可塑性樹脂として熱可塑性エポキシ樹脂を用いている。この熱可塑性エポキシ樹脂は、他の熱可塑性樹脂に比して低温で軟化させることができるという特性を有している。このため、加工時の加熱温度を低く抑えることができ、このＦＲＴＰをギブス等に適用した場合であっても安全性が高い。しかも、この熱可塑性エポキシ樹脂は強化繊維である炭素繊維との接着性に優れているため、成形後のＦＲＴＰは高い強度を有するものとなる。
【００１３】
上記成形方法における電磁誘導加熱は、１０〜１０００ｋＨｚの周波数で行うことが好ましい。電磁誘導加熱に用いる周波数が１０ｋＨｚ未満であると、炭素繊維の加熱が不充分となり、熱可塑性樹脂の充分に軟化せずに加工が困難となる傾向にある。一方、１０００ｋＨｚを超えると高周波がマイクロ波となり、ギプス等の加工を行う場合に安全性の観点から大掛かりな電磁シールドが必要となる等、利便性が顕著に低下する傾向にある。
【００１４】
また、上記方法に用いる炭素繊維としては、当該炭素繊維を編組して得られたシート形状を有するものが好ましい。このようなシート状の炭素繊維を用いることで、ギプス等への応用が可能なシート状の繊維強化樹脂が容易に得られる。
【００１５】
さらに、上記熱可塑性エポキシ樹脂としては、エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物と、フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物とを重付加して得られたものが好ましい。このような熱可塑性エポキシ樹脂は、加熱による加工が容易であり、しかも炭素繊維との接着性に更に優れるという特性を有している。なかでも、第２の２官能化合物としては、フェノール性水酸基を２つ有する化合物が特に好ましい。
【００１６】
本発明はまた、被覆すべき対象物の所定部位を覆うように形成された被覆シートであって、固化した状態の熱可塑性エポキシ樹脂と、この熱可塑性エポキシ樹脂中に配された、炭素繊維からなる強化繊維シートとを含有するシート状の繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂層を有しており、繊維強化樹脂層は、熱可塑性エポキシ樹脂中の炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱する加熱工程と、加熱工程後の繊維強化樹脂を変形させる変形工程とを有する成形方法により成形された被覆シートを提供する。
【００１７】
上記被覆シートが有している繊維強化樹脂層は、炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱して、この炭素繊維の周囲に存在する熱可塑性エポキシ樹脂を軟化させて加工したものである。このような電磁誘導加熱によれば、繊維強化樹脂における所望の部位を集中的に軟化することができる。このため、繊維強化樹脂に対象物の表面形状に合った変形を容易に生じさせることができる。その結果、上記電磁誘導加熱により加工して得られた被覆シートは、対象物に密着した形状を有するものとなる。このような繊維強化樹脂層を有する被覆シートは、ギブス等の用途に対して好適である。
【００１８】
また、上記繊維強化樹脂層は、熱可塑性エポキシ樹脂及び炭素繊維を含有している。この両者は、互いに接着性に優れていることから、固化後の繊維強化製樹脂層、ひいては被覆シートは、強度にも優れたものとなる。
【００１９】
上記変形工程においては、繊維強化樹脂を対象物における所定部位の表面形状に沿うように変形することが好ましい。こうして形成された繊維強化樹脂層を含む被覆シートは、対象物との密着性が極めて高いものとなる。
【００２０】
また、繊維強化樹脂層を加熱する際の電磁誘導加熱に用いる周波数は、１０〜１０００ｋＨｚとすることが好ましい。このような高周波の周波数がこのような範囲内であると、繊維強化樹脂の軟化が適度に生じ、得られる被覆シートの対象物との密着性が更に良好となる。
【００２１】
さらに、上記熱可塑性エポキシ樹脂としては、エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物と、フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物とを重付加反応させて得られたものが好ましい。第２の２官能化合物としては、なかでも、フェノール性水酸基を２つ有する化合物が特に好ましい。これらの熱可塑性エポキシ樹脂は、電磁誘導加熱による軟化を良好に生じ得るものであり、被覆シートの成形を更に良好に行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、簡便な加熱方法により１次加工後のＦＲＴＰの加工を容易に実施できる繊維強化樹脂の成形方法及びそれにより得られた被覆シートを提供することができる。こうして形成された被覆シートは、被覆すべき対象物の表面形状に良好に沿った形状を有しており、対象物との密着性が高い。従って、ギブス等の用途に対しても好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、場合により図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、図中、同一又は同等の要素に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
本発明の繊維強化樹脂の成形方法は、繊維強化樹脂中の炭素繊維を電磁誘導加熱により加熱する加熱工程、及び、加熱工程後の繊維強化樹脂を変形させる変形工程を有している。
【００２５】
（繊維強化樹脂）
まず、上記成形方法において用いる繊維強化樹脂について説明する。繊維強化樹脂は、固化した状態の熱可塑性樹脂と、当該熱可塑性樹脂中に配された炭素繊維とを含有している。この繊維強化樹脂において用いられている熱可塑性樹脂は、熱可塑性エポキシ樹脂である。
【００２６】
熱可塑性エポキシ樹脂としては、エポキシ基を２つ有する２官能化合物（第１の２官能化合物）と、フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する２官能化合物（第２の２官能化合物）とを反応させて得られるものが好ましい。
【００２７】
第１の２官能化合物としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。すなわち、カテコールジグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、ヒドロキノンジグリシジルエーテル、ｔ−ブチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノンジグリシジルエーテル、フタル酸ジグリシジルエステル等のべンゼン環を１個有する一核体芳香族ジエポキシ化合物類；Ｃｅｌｌｏｘｉｄｅ２０２１Ｐ（商品名、ダイセル化学工業（株）製）、リモネンジオキシド、ジシクロペンタジエンジオキシド等の指環式ジエポキシ化合物類；ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタンジグリシジルエーテル、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンジグリシジルエーテル、ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンジグリシジルエーテル等のビスフェノール型エポキシ化合物類及びこれらが部分縮合したオリゴマー混合物（ビスフェノール型エポキシ樹脂類）；テトラメチルビス（４−ヒドロキシフェニル）メタンジグリシジルエーテル、テトラメチルビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンジグリシジルエーテル、テトラメチルビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンジグリシジルエーテル、テトラメチルビス（４−ヒドロキシフェニル）エーテルジグリシジルエーテル、ジメチルジ−ｔ−ブチルビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフィドジグリシジルエーテル等の置換ビスフェノール型エポキシ化合物類及びこれらが部分縮合したオリゴマー混合物（置換ビスフェノール型エポキシ樹脂類）；その他、ビスフエノールフルオレン型エポキシ樹脂、ビスクレゾールフルオレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型又はテトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂類、ジヒドロキシナフタレンのジグリシジルエーテル及びこれらが部分縮合したオリゴマー混合物（ナフタレン型エポキシ樹脂類）；ジメチロールシクロヘキサンジグリシジルエーテル、１，４−シクロヘキサンジグリシジルエーテル、１，３−シクロヘキサンジグリシジルエーテル、１，２−シクロヘキサンジグリシジルエーテル、ジメチロールジシクロペンタジエンジグリシジルエーテル等の環状脂肪族アルコールのジエポキシ化合物類；ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロテレフタル酸ジグリシジルエステル等の環状脂肪族ジカルボン酸のジエポキシ化合物類；１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の脂肪族アルコールのジエポキシ化合物類；Ｅｐｉｋｏｔｅ８７１(商品名、ジャパンエポキシレジン（株）製)、Ｅｐｉｋｏｔｅ８７２（商品名、ジャパンエポキシレジン（株）製）等のダイマー酸を骨格とするエポキシ樹脂類等が例示できる。
【００２８】
これらの第１の２官能化合物と反応させる第２の官能性化合物は、フェノール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基、イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する２官能化合物である。これらのなかでも、フェノール性水酸基を２つ有する２官能化合物が好ましい。フェノール性水酸基を２つ有する２官能化合物としては、例えば、カテコール等のベンゼン環１個を有する一核体芳香族ジヒドロキシ化合物類；ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェノールＦ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ビスフェノールＡＤ）等のビスフェノール類；ジヒドロキシナフタレン等の縮合多環ジヒドロキシ化合物；ジアリルレゾルシン、ジアリルビスフェノールＡ、トリアリルジヒドロキシビフェニル等のアリル基を有する２官能フェノール化合物等が挙げられる。
【００２９】
上述したなかでも、第１の２官能化合物としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、縮合多環ジヒドロキシ化合物のジグリシジルエーテルが好ましい。また、第２の２官能化合物としては、フェノール性水酸基を２つ有する２官能化合物である、ビスフェノール、縮合多環ジヒドロキシ化合物、ｔ−ブチルヒドロキノンが好ましい。これらの組み合わせにより得られた熱可塑性エポキシ樹脂は軟化温度が低く、これらを用いた繊維強化樹脂は電磁誘導加熱による変形が容易である。
【００３０】
また、熱可塑性樹脂の軟化温度を低下させて、繊維強化樹脂の加工をさらに容易にする観点からは、第１の２官能化合物の一部を、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ｓｅｃ−ブチルフェニルグリシジルエーテル等のベンゼン環を１個有する一核体芳香族モノエポキシ化合物類等の１官能エポキシ化合物で置換してもよい。これらの置換量は、５〜３０重量％の範囲とすることが好ましい。
【００３１】
さらに、繊維強化樹脂で被覆するべき対象物に対する接着性を向上させる観点からは、第２の２官能化合物の一部を、ピロガロール、フロログルシノール、３核体フェノールノボラック、カテコールのホルムアルデヒド縮合物等３官能以上のフェノール化合物で置換してもよい。これらの置換量は、１〜２０重量％の範囲とすることが好ましい。
【００３２】
上述した第１の２官能化合物と第２の２官能化合物とを反応させることで繊維強化樹脂に用いる熱可塑性エポキシ樹脂が得られる。これらの反応は、重合を促進させるような触媒の存在下で行うことが好ましい。例えば、第２の２官能化合物としてフェノール性水酸基を２つ有する化合物を用いる場合、触媒としては、１，２−アルキレンベンズイミダゾール（ＴＢＺ）、２−アリール−４，５−ジフェニルイミダゾール（ＮＰＺ）や、以下に示すリン系触媒が挙げられる。
【００３３】
リン系触媒としては、３個の有機基を有する有機リン系化合物が挙げられ、その具体例としては、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、トリ−ｏ―トリルホスフィン、トリ−ｍ−トリルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン−トリフェニルボラン錯体、テトラフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレ−ト等が例示できる。これらのなかでは、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、トリフェニルホスフィン−トリフェニルボラン錯体が好ましい。
【００３４】
なお、熱可塑性樹脂中には、添加成分として、消泡剤、フィラー、増量剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等を加えることもできる。
【００３５】
繊維強化樹脂において、上記熱可塑性樹脂中に配する強化繊維は炭素繊維である。この炭素繊維としては、シート状の形状を有するものが好ましい。このような炭素繊維シートとしては、例えば、強化繊維の編組物、例えば、織物、組物、編物、不織布、チョップドストランドマットが挙げられる。このとき用いる炭素繊維シートとしては、５００μｍ以下の厚さを有するものが好ましく、２００μｍ以下の厚さを有するものがより好ましい。
【００３６】
繊維強化樹脂は、固化した状態の熱可塑性樹脂中にこれらの炭素繊維が配されたものである。繊維強化樹脂における炭素繊維の含有量は、繊維強化樹脂の全体積に対して、２０〜７０体積％とすることが好ましく、３０〜６０体積％とすることが好ましい。炭素繊維の含有量が２０体積％未満であると、高周波による加熱が不十分となり、繊維強化樹脂の加工が困難となる傾向にある。一方、６０体積％、特に７０体積％を超えると、炭素繊維中への樹脂の含浸が不十分となりボイドが発生し易く、これにより成形品の強度が低下する傾向にある。
【００３７】
このような繊維強化樹脂は、例えば、以下のようにして得ることができる。すなわち、まず、上述したような強化繊維シートに、重合後に熱可塑性樹脂となる上記第１及び第２の２官能化合物を含浸させる。この含浸は、例えば、強化繊維シートをこれらの２官能化合物中に浸漬するか、または、２官能化合物を強化繊維シートに塗布することにより行うことができる。
【００３８】
炭素繊維シート中に２官能化合物を均一に含浸させる観点からは、これらの２官能化合物に、メチルセロソルブ、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトン等の有機溶媒を、２官能化合物１００重量部に対して５０重量部以下となる配合量で添加してワニスとし、このワニスの状態で含浸させることもできる。この場合、ワニスの粘度は、０．１〜１００ｃＰとすることが好ましい。
【００３９】
炭素繊維シート中に第１及び第２の２官能化合物を含浸させた後、これらの２官能化合物の重合反応を生じさせる。重合反応は、例えば、加熱による方法や紫外線又は電子線等の照射による方法により実施することができる。また、上述の含浸において樹脂ワニスを用いた場合は、加熱により溶剤を揮発させた後に、紫外線又は電子線の照射を行う方法も採用可能である。加熱により重合を実施する場合、かかる重合は、反応性化合物を含浸させたシート状の基材を、乾燥機中で１００〜２００℃、好ましくは１２０〜１８０℃で、１〜３０分、好ましくは２〜１０分加熱することにより行うことができる。含浸時に樹脂ワニスを用いた場合、このような加熱によって、重合と同時にワニス中の有機溶媒が除去され得る。
【００４０】
第１の２官能化合物と第２の２官能化合物との反応としては、一例として、下記化学式（１）で示される反応が挙げられる。このような反応が生じることによって、熱可塑性エポキシ樹脂である直鎖状のポリマーが生成する。
【化１】
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【００４１】
このようにして第１及び第２の２官能化合物の重合を行ったのち、必要に応じて電磁誘導加熱等を更に実施して、熱可塑性樹脂を固化した状態とする。このように熱可塑性樹脂を固化する際には、繊維強化樹脂を、後の成形時に有利な形状としておくこともできる。
【００４２】
なお、本発明の成形方法に用いる繊維強化樹脂は、必ずしも上述した製造方法により得られたものに限定されず、射出成形、押し出し成形等の金型を用いて成形した成形品であってもよい。
【００４３】
（繊維強化樹脂の成形方法）
次に、図１及び図２を参照して上述した構成を有する繊維強化樹脂を成形する方法について説明する。図１は、繊維強化樹脂の成形に用いる電磁誘導加熱装置の概略図である。電磁誘導加熱装置１は、電源部２、電源部２にコイルリード３を介して接続されたコイル４、及びコイル４上に被覆シート８を載せることができる試料台６からなる構成を有している。
【００４４】
図２は、図１に示した被覆シート８の断面構造を模式的に示す図である。被覆シート８は、上述した繊維強化樹脂である炭素繊維強化樹脂層１４が、ガラス繊維強化樹脂層１２間に挟まれた３層構造を有している。また、ガラス繊維強化樹脂層１２は、熱可塑性樹脂２０及びこの中に配されたガラス繊維２２から構成され、炭素繊維強化樹脂層１４は、熱可塑性樹脂２０及びこの中に配された炭素繊維２４から構成されている。なお、両層１２，１４は、それぞれ同一の熱可塑性樹脂を含有するものである。このような構成を有する被覆シート８は、各層１２，１４を積層してプレス成形を施す等により得られたものである。
【００４５】
繊維強化樹脂の成形方法においては、まず、電磁誘導加熱装置１の試料台６上に、被覆シート８を、その加工すべき部位がコイル４と対向するように載せる。この際、コイル４と被覆シート８とは試料台６を介して数ｍｍ離間した状態となっている。
【００４６】
次に、電磁誘導加熱装置を動作させ、コイル４に高周波電流を流す。コイル４に高周波電流が流れると磁束が発生し、この磁束が被覆シート８における炭素繊維強化樹脂層１４中の炭素繊維２４と交差する。こうなると、この炭素繊維２４は導電体であるため、炭素繊維２４内にいわゆる渦電流が生じる。そして、この渦電流が、炭素繊維２４の電気抵抗により熱を発生する。こうして、電磁誘導加熱により被覆シート４における炭素繊維強化樹脂層１４中の加工すべき部位にある炭素繊維２４が加熱される（加熱工程）。
【００４７】
このように炭素繊維２４が電磁誘導加熱により加熱されると、炭素繊維強化樹脂層１４中及びガラス繊維強化樹脂層１２中の炭素繊維２４の周辺に存在する熱可塑性樹脂２０も加熱される。そして、この加熱によって熱可塑性樹脂２０がその軟化温度以上となると、この軟化部位において被覆シート８が柔軟性を有するようになり、自由に変形できる状態となる。被覆シート８がこのような状態になった時に、その加熱部位において被覆シート８を変形させ、所望の形状とする（変形工程）。
【００４８】
こうして電磁誘導加熱により被覆シート８を所望の形状に加工した後、電磁誘導加熱装置１の動作を停止し、炭素繊維２４の電磁誘導加熱を終了する。これにより、被覆シート８における加工部位の熱可塑性樹脂２０が冷却されて再び固化する。こうして、所望の形状に成形された被覆シート８が得られる。
【００４９】
上記成形方法においては、被覆シート８の変形を効率良く生じさせる観点から、電磁誘導加熱装置１による加熱は、３０秒以内、好ましくは１５秒以内に、１００℃以上、好ましくは１４０℃以上となるように制御することが好ましい。このような加熱時間及び加熱温度は、コイル４に流す高周波電流の電圧や周波数を調整することにより制御することができる。
【００５０】
そして、上記条件を満たすようにするためには、電磁誘導加熱を１０〜１０００ｋＨｚ、好ましくは３０〜６００ｋＨｚ、より好ましくは５０〜５００ｋＨｚ、更に好ましくは１００〜４００ｋＨｚの周波数で行うことが更に好ましい。なお、ここでいう周波数とは、コイル４に流す高周波電流の周波数をいうものとする。
【００５１】
なお、被覆シート８の成形は、必ずしも上述したように試料台６の上に載せて行う必要はなく、電磁誘導加熱装置１におけるコイル４及び試料台６を自由に移動させて行うことができる。例えば、被覆シート８をギプス等として用いる場合には、まず、被覆シート８を上述と同様にして電磁誘導加熱により加工可能な状態とし、ギプスで固定するべき人体等の対象物の所定部位を被覆する。
【００５２】
次に、対象物の所定部位を被覆した状態の被覆シート８において、更にその表面形状に沿った加工を行う必要がある部位に、電磁誘導加熱装置１におけるコイル４（試料台６）を近づけて電磁誘導加熱を行い（再加熱）、当該部位を更に表面形状に沿った形状となるように変形させる。これにより、被覆シート８は、対象物の所定部位の表面に密着した形状を有するようになる。
【００５３】
このような方法においては、再加熱時に被覆シート８を変形させる部位以外の不要な部位は加熱されないため、かかる再加熱を効率良く実施することができる。このため、上記方法によれば、被覆シート８を所望の形状に成形することが極めて容易となる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
【００５５】
（ＣＦＲＴＰの作製）
乾燥した状態の平織り炭素クロス（東邦レーヨン社製、Ｗ−６１０１：質量３３０ｇ／ｍ２、厚み０．４６ｍｍ）に、２０重量部のメチルセロソルブ及び１００重量部の熱可塑性エポキシ樹脂（ナガセケムテックス社製、ＩＦ−３１）を含むワニスを含浸させた後、１５０℃で８分の乾燥を行うことにより溶剤を除去し、熱可塑性エポキシ樹脂中に炭素クロスが配されたプリプレグを得た。このプリプレグ材を７枚準備し、これらを重ねたものを、１５０℃に加熱された状態の平板形状の金型を用いて硬化時間１時間、成形圧力１．０ＭＰａの条件でプレス成形を行い、熱可塑性エポキシ樹脂が固化した状態のシート状の炭素繊維強化樹脂を得た（得られた炭素繊維強化樹脂を以下、「ＣＦＲＴＰ」と略す）。このＣＦＲＴＰの仕上がり寸法は、幅＝２００ｍｍ、長さ＝３００ｍｍ、厚さ＝２．５ｍｍであった。また、ＣＦＲＴＰ中の炭素クロスの体積含有率は４５％であった。
【００５６】
（被覆シートの作製）
上記ＣＦＲＴＰに用いたのと同じ熱可塑性エポキシ樹脂を平織りガラスクロス（日東紡績社製、ＷＦ２３０Ｎ：質量２０３ｇ／ｍ２、厚み０．２２ｍｍ、エポキシシランカップリング剤処理品）に含浸させたシートを作製し、これを６枚重ねてガラス繊維強化樹脂のプリプレグを得た。
【００５７】
このプリプレグを２つ準備し、上述のＣＦＲＴＰの両面に接着させた後、温度１５０℃／時間、成形圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でプレス成形を行って、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＴＰ）の間にＣＦＲＴＰが挟持された構造（図２に示す構造）の被覆シートを得た。なお、本実施例においては、ＣＦＲＴＰに接するように熱伝対を挟んだ状態としておき、被覆シート中のＣＦＲＴＰ層の温度を測定可能な状態とした。
【００５８】
（ＣＦＲＴＰの貯蔵弾性率及びｔａｎδの測定）
まず、得られたＣＦＲＴＰを用いて粘弾性試験を行った。粘弾性試験の測定モードとしては両持ち曲げを採用し、周波数は１Ｈｚ、測定温度は−４０〜１６０℃の範囲とした。そして、貯蔵弾性率及び損失（ｔａｎδ）の温度変化を求めた。
【００５９】
図３は、温度変化に対する貯蔵弾性率値の変化を示すグラフである。また、図４は、温度変化に対するｔａｎδの値の変化を示すグラフである。図３より、ＣＦＲＴＰにおける熱可塑性エポキシ樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ、約１２０℃）以上の温度では、貯蔵弾性率が急激に低下していることが判明した。また、図４より、ｔａｎδの値は、Ｔｇを超える温度で急激に高くなり、それ以上に温度を上げても高い値が維持されることが判明した。
【００６０】
これらの結果から、熱可塑性エポキシ樹脂は、Ｔｇ以上の温度で溶融（再液状化）した状態となっており、ＣＦＲＴＰはこのＴｇ以上の温度で粘性的性質が大きい状態となっていることが確認された。
【００６１】
（被覆シートの成形）
得られた被覆シートを用い、図１に示す電磁誘導加熱装置により被覆シートにおけるＣＦＲＴＰ中の炭素繊維の電磁誘導加熱を行った。被覆シートと電磁誘導加熱装置におけるコイルとの距離は２ｍｍとした。また、このときの電磁誘導加熱の条件は以下の通りとした。
電磁誘導加熱装置の使用電源：５ｋＷ／４００ｋＨｚ
周波数                    ：３８３ｋＨｚ
コンデンサ電圧            ：２５Ｖｐ−ｐ（３５０Ｖ）
コイル形状                ：図５に示すコイル４０の形状（蚊取り線香型、２ターン、コイルのパイプ径  ４φ  ８０×４０）
【００６２】
図６は、被覆シート中のＣＦＲＴＰの電磁誘導加熱時間に対する温度変化を示すグラフである。図６より、被覆シートにおけるＣＦＲＴＰは、約８秒で約１５０℃に達することが判明した。そして、この状態の被覆シート１に手動で曲げ加工を実施したところ、容易に１８０°曲げて２つ折り形状とすることができた。
［実施例２］
【００６３】
（ＣＦＲＴＰの作製）
平織り炭素クロスとして、平織りカーボンクロス（新日本石油社製、グラノックスクロス、ＰＦ−ＸＮ６０−３００：質量３１１ｇ／ｍ２、厚み０．３６ｍｍ）を用い、熱可塑性エポキシ樹脂として熱可塑性エポキシ樹脂（ナガセケムテックス社製、ＩＦ−４１）を用いたこと以外は、上記「被覆シートの成形」と同様にしてＣＦＲＴＰを得た。このＣＦＲＴＰの仕上がり寸法は、幅＝２００ｍｍ、長さ＝３００ｍｍ、厚さ＝２．５ｍｍであった。また、ＣＦＲＴＰ中の炭素クロスの体積含有率は４５％であった。
【００６４】
（ＣＦＲＴＰの貯蔵弾性率の測定）
得られたＣＦＲＴＰを用い、上記「被覆シートの成形」と同様の条件で貯蔵弾性率の測定を行った。図７は、温度変化に対する貯蔵弾性率の値の変化を示すグラフである。図７より、熱可塑性エポキシ樹脂のＴｇ（約８０℃）を超える温度で、ＣＦＲＴＰの粘性的性質が大きくなることが判明した。
【００６５】
（被覆シートの成形）
得られたＣＦＲＴＰをそのまま被覆シートとして用い、これをギブスとして用いた場合の有用性について検討した。まず、下記に示す条件に従って、被覆シートにおける炭素繊維の電磁誘導加熱を行った。
電磁誘導加熱装置の使用電源：４５０Ｗ
周波数          ：３８ｋＨｚ
コイル形状              ：直径１００ｍｍのスパイラル形状
【００６６】
この条件で電磁誘導加熱を２０秒実施したところ、被覆シートの温度が１００℃となり、粘性的性質が高い状態となった。さらに、この状態の被覆シートが室温まで冷却される間に、被覆シートを人体の足首部分にあてて、当該部分の形状に沿うように加工した。その結果、被覆シートは５０Ｎ程度の微小な力で容易に変形し、成形後の被覆シートは足首部分に密着した形状を有するものとなった。以上の結果から、この被覆シートはギブスとして用いる場合であっても有用であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】繊維強化樹脂の成形に用いる電磁誘導加熱装置の概略図である。
【図２】図１に示す被覆シート８の断面構造を模式的に示す図である。
【図３】実施例１のＣＦＲＴＰにおける温度変化に対する貯蔵弾性率値の変化を示すグラフである。
【図４】実施例１のＣＦＲＴＰにおける温度変化に対するｔａｎδの値の変化を示すグラフである。
【図５】実施例１で用いた電磁誘導加熱装置のコイル４０の形状を示す図である。
【図６】実施例１の被覆シート中のＣＦＲＴＰにおける電磁誘導加熱時間に対する温度変化を示すグラフである。
【図７】実施例２のＣＦＲＴＰにおける温度変化に対する貯蔵弾性率の値の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１…電磁誘導加熱装置、２…電源部、３…コイルリード、４…コイル、６…試料台、８…被覆シート、１２…ガラス繊維強化樹脂層、１４…炭素繊維強化樹脂層、２０…熱可塑性樹脂、２２…ガラス繊維、２４…炭素繊維、４０…コイル。
【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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【図７】
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