(57)【要約】  【課題】  寸法安定性、ハンドリング性に優れたＦＲＰ構造体用中間基材１と、成形端部に至るまで優れたＦＲＰ物性を得ることができるＦＲＰ構造体中間基材１を提供すること。  【解決手段】  裁断した強化繊維織物を複数枚積層した積層体１からなる中間基材であって、該中間基材の一部に、前記強化繊維織物の裁断部同士６ａを揃えて積層した裁断部積層端面を形成するとともに、前記強化繊維織物から該裁断部積層端面にまわり込み、かつ包囲する裁断加工部５を形成したことを特徴とするＦＲＰ構造体用中間基材である。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裁断した強化繊維織物を複数枚積層した積層体からなる中間基材であって、該中間基材の一部に、前記強化繊維織物の裁断部同士を揃えて積層した裁断部積層端面を形成するとともに、前記強化繊維織物から該裁断部積層端面にまわり込み、かつ包囲する裁断加工部を形成したことを特徴とするＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項２】
裁断加工部は、中間基材の最外層に配設された強化繊維織物が裁断部積層端面にまわり込み、かつ積層端面を包囲するものであることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項３】
各強化繊維織物の裁断部が、同一寸法に切り揃えられて裁断部積層端面を形成していることを特徴とする請求項２に記載のＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項４】
最外層の強化繊維織物が、積層体の表側から積層端面、更に積層体裏側の順に折れ曲がって連続して形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項５】
積層体の裁断加工部において、積層体の表裏及び端面が最外層の強化繊維織物で包み覆われる構成としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項６】
積層体の裁断加工部が、積層体の厚み方向に貫通する手段を用いて固定されていることを特徴とする請求項４または５に記載のＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項７】
積層厚み方向に貫通する手段は、Ｉ型ピンであることを特徴とする請求項６に記載のＦＲＰ構造体用中間基材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のＦＲＰ構造体用中間基材に、マトリックス樹脂が含浸されてなるものであることを特徴とするＦＲＰ構造体。
【請求項９】
少なくとも次の工程を、順次経由してなることを特徴とするＦＲＰ構造体用中間基材の製造方法。
Ａ．強化繊維織物を所定寸法に採寸、裁断したものを所定枚数揃える基材準備工程。
Ｂ．各織物の裁断部同士を揃えて積層し、中間基材の一部に裁断部積層端面を形成する強化繊維織物の積層工程。
Ｃ．前記強化繊維織物から裁断部積層端面にまわり込み、かつ積層端面を包囲する裁断部積層端面の処理工程。
【請求項１０】
裁断部積層端面の処理工程は、中間基材の積層体を構成する強化繊維織物の最外層が積層体の表側から裁断部積層端面を経由し、更に積層体裏側へと順に連続して包囲されているとともに、積層厚み方向に貫通する手段を用いて積層体を留める工程を含むことを特徴とする請求項９に記載のＦＲＰ構造体用中間基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両用ボディパネル、フレームなどの構造体として用いられる繊維強化プラスチックス（以下、ＦＲＰ構造体という。）を製造する際に、その強化繊維として用いる中間基材に関する。詳しくは、優れたハンドリング性と寸法精度に優れ、また樹脂成形された際に良好なＦＲＰ物性値と優れた表面品位を得ることが可能なＦＲＰ構造体用中間基材およびこの基材を用いたＦＲＰ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＦＲＰ構造体の強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、ポリアラミド繊維糸等を用いて織物の形態にした、いわゆる中間基材である補強織物が多用されている。これらはＦＲＰ構造体に成形した後の強度や剛性などの機械的特性に優れていることから、釣り竿、ゴルフシャフト等や航空機の構造材として多用されている。
【０００３】
特に、最近では自動車用のアウターパネルなどの自動車部品として、ＦＲＰ構造体が上市されている。この様なＦＲＰ構造体では、その成形時の積層作業において、強化繊維織物を複数層に積層して成形型に納め、エポキシ樹脂などのマトリックス樹脂を注入、硬化させて製品化される。
【０００４】
これらＦＲＰ構造体を成形する場合、成形すべき構造体形状とほぼ同一か、もしくは近い形状（ニアネットシェイプ）をした積層体の中間基材である、いわゆるプリフォームを用いるのが望ましく、これによりＦＲＰ成形後の切削、バリ取り等の後加工が大幅に軽減され、より低コスト化、かつ品質の安定化がはかれるメリットがある。
【０００５】
しかしながら、従来、ニアネットシェイプの中間基材を製造する場合、所定の形状に合わせて積層体を裁断、採寸加工するが、裁断された強化繊維織物の切断端面は織物裁断面そのままの形態であるか、もしくはバインダー、接着剤等により固定された形態である。
【０００６】
製品端面が織物裁断面そのままであった場合には、裁断途中および裁断後のハンドリング中においても、織物がしっかりと把持されていないために積層織物間でズレを生じることとなり、結果ＦＲＰ構造体に成形した場合に裁断寸法精度の低下および端部周辺で繊維織物が少なくなり、繊維含有率が低下し、局所的な製品剛性、強度を低下させるという問題がある。
【０００７】
したがって、中間基材の寸法精度とハンドリング、およびＦＲＰ構造体の製品物性が維持できるようにするためには、製品周りのバリを十分に除去し、かつ成形後の後加工により所定の目的とする製品寸法に加工する方法が一般的に用いられている。しかしながら本方法では、バリ取りによる材料費と加工賃の無駄が発生する。また後加工すれば、成形品端部に積層織物の切断端面が露出し、外観品位を損なうばかりか、積層した強化繊維織物間の層間剥離の問題が発生し、端部の強度、見栄えを損ねる結果となる。
【０００８】
従来、このような問題を解決する手段として、特許文献１では強化繊維織物間に熱可塑性ポリマーを接着剤として設け、織物同士を確実に接着、形状保持する方法が提案されている。この方法によれば、接着剤によって繊維のバラケが防止され、層間剥離もいくらかは軽減されるので、寸法精度は維持できるが、たとえばマトリックス樹脂が製品の必要機能の面から熱硬化性樹脂である場合、繊維とマトリックス樹脂とからなるＦＲＰ構造以外の異物が介在することとなり、剛性および強度を低下させる原因となる問題がある。
【０００９】
一方、特許文献２においては、マトリックス樹脂と同じバインダーを用いてプリフォームを形成する方法が提案されている。マトリックス樹脂と同じ組成からなる接着剤を使用する方法を用いれば、剛性および強度低下を軽減することが出来るが、しかしながら接着剤とマトリックス樹脂の間には明らかな界面が存在することにより、この剛性および強度低下の問題を完全に解消するには至らない。
【００１０】
更に、他の方法として、予め強化繊維織物に未硬化樹脂を含浸させたプリプレグを使用し、材料自体のタック性により各層間のズレを防止し、積層する方法があるが、逆にタック性により積層時に発生するズレが発生しないように丁寧に作業することが要求される。したがって、ＦＲＰ構造体用中間基材において、その積層精度を向上させることと、生産性を向上させることとは相反し、両立が不可能であった。
【特許文献１】特開２００１−６４４０６号公報
【特許文献２】特開平９−１４１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、従来技術の上述した問題点を解決し、寸法精度に優れ、かつ製品端部においてもＦＲＰ構造体の物性が高く保障され、かつ製造および取り扱い時のハンドリングに優れたＦＲＰ構造体用中間基材およびそれを用いたＦＲＰ構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明のＦＲＰ構造体用中間基材は、裁断した強化繊維織物を複数枚積層した積層体からなる中間基材であって、該中間基材の一部に、前記強化繊維織物の裁断部同士を揃えて積層した裁断部積層端面を形成するとともに、前記強化繊維織物から該裁断部積層端面にまわり込み、かつ包囲する裁断加工部を形成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のＦＲＰ構造体用中間基材の製造方法は、少なくとも次の工程を、順次経由してなることを特徴とするものである。
【００１４】
Ａ．強化繊維織物を所定寸法に採寸、裁断したものを所定枚数揃える基材準備工程。
【００１５】
Ｂ．各織物の裁断部同士を揃えて積層し、中間基材の一部に裁断部積層端面を形成する強化繊維織物の積層工程。
【００１６】
Ｃ．前記強化繊維織物から裁断部積層端面にまわり込み、かつ積層端面を包囲する裁断部積層端面の処理工程。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＦＲＰ構造体用中間基材は、少なくとも１辺の積層端面において、強化繊維織物が端面に回り込み、積層端面を形成する箇所を有するＦＲＰ構造体用中間基材及びそれを用いたＦＲＰ構造体としたので、裁断採寸した形状が高い寸法精度で得られる。また、裁断されて形状が崩れ易くなった強化繊維織物積層体の端面が保護され、かつ寸法も維持されることにより高いハンドリング性が得られ、その生産性も向上する。
【００１８】
本中間基材を用いて成形されたＦＲＰ構造体は、成形端部においても繊維乱れ、抜け等が少ないことから、構造体端部においても樹脂リッチ部分が少なく、ＦＲＰ物性に優れたＦＲＰ構造体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の最良の実施形態を自動車用構造体に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明のＦＲＰ構造体用中間基材の斜視図である。図において、本発明の中間基材である積層体１は、その基本構成として、複数枚の内層基材３と、その間の発泡材３とで構成されている。このうち、各内層基材３は、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などからなる強化繊維織物であり、織り構成は繊維がバラケ難い平織りが好ましいが、朱子織りや綾織りのものでも良い。また、発泡材３は、ＦＲＰ構造体としたときのコア材ともなるべきもので、例えばアクリル、ポリウレタン、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン等の樹脂発泡体や、これら発泡体以外では、所望の形状に相当する外皮または外形を持つ中空体やハニカム構造体などからなるものである。これら部材３、４の積層順は、図に示すように発泡体４の上下に内層基材３が積層されている。
【００２１】
ところで、本発明の中間基材１は、図に示すようにその左端部が裁断線６ａに沿って凸状に形成され、これら裁断線６ａ同士が上下方向に揃えられて裁断部積層端面６（各内層基材３の裁断線６ａで形成される集合面）を構成している。そして、この裁断部積層端面６は、例えば、炭素繊維織物、ガラス繊維織物、アラミド繊維等からなる最外層基材２で覆うように包囲され、最後に積層体を貫通するようにＩ型ピン１１で留めて全体が一体に固定されている。これら部材３、４、６、６ａ、１１で裁断加工部５を構成している。なお、図では省略されているが、裁断加工部５は図の右側の合計２カ所に設けられている。
【００２２】
図２は、前述の裁断加工部５の他の実施形態を表した断面図である。
【００２３】
図に示すように図２（ア）の形態は、上下方向に複数枚が積層された内層基材３の外周を別部材の最外層基材２で覆いかぶせ、その後、Ｉ型ピン１１を用いて固定する点は図１のものと同じであるが、最外層部２を突き合わせて固定したものである。また（イ）の態様のように、固定のために最外層基材２の一部を重ね併せたりしても良く、また（ウ）で例示するように内層基材３の一部を最外層基材として用い、それら全てを包み込むように構成しても良い。固定方法としては、、Ｉ型ピンを用いて複数枚の内層基材３を固定することが簡便で、かつＦＲＰ構造物性への影響が極小であるため望ましいが、ＦＲＰ構造体として要求される構造強度、剛性、製造コストが満たされるのであれば、ステッチング、テーピング材による貼付や、揮発性の樹脂を溶媒に解かせた樹脂や市販の接着剤による接着などの固定方法を採用しても良い。
【００２４】
これら構成により製作された中間基材を、樹脂成形型に設置して雄型雌型を閉じた際も、パーティングへの中間基材の意図しない噛み込みや、基材の乱れ等が発生すること無く、型内に収まり、均一に樹脂を回り込ませ、表面品位・意匠性・強度面共に安定したＦＲＰ構造体が成形される。これにより、収率の向上、後工程での補修作業の軽減効果が得られ、生産性の大幅な向上，コストダウン効果が得られる。
【００２５】
図３および図４は、図１の中間基材とは異なる態様の本発明の中間基材１の実施形態図であり、図３はその斜視図、図４は図３の中間基材の端部の拡大図である。
【００２６】
図において、この態様の基材の基本構成は図１の基材とほぼ同様であるが、強化繊維織物の内層基材３を積層し、最外層の最外層基材２を、積層体１の切断線６ａの集合面である裁断部積層端面６に回り込ませて中間基材を構成している。本構成での外観面は紙面上方からの面のみであり、本構成では最外層基材２を上面と端面に回り込ませることにより、簡易な構成とすることにより外観の意匠性を確保している。このように、所望のＦＲＰ構造体が板状であるならば、最外層に配設されている織物を側面６にまわりこませて中間基材１を構成すれば、内層３基材相互のズレや織物構成繊維のバラケ等の防止と、端面の剥離防止と物性強化、樹脂リッチ防止の効果等が容易に得られる。
【００２７】
図５は、本発明の中間基材１を用いて、ＦＲＰ構造体２１とした斜視図である。
【００２８】
図に示すＦＲＰ構造体２１は、図１に示す中間基材１の両断部に位置する裁断加工部５が下方約４５度に折り曲げられ、これにマトリックス樹脂が注入、成形され、樹脂成形後、後加工にて取り付け用穴２２が設けられたものである。本成形品の用途としては、例えば、スタビライザーやアーム類等の取り付け部を持つ剛性部材や、ボンネット、トランクリッド等の取り付け部がヒンジ機能を持てるような部品、更にはフェンダー部材、スポイラー等の固定外板部品に適用することが出来る。
【００２９】
以上に述べたとおり、ＦＲＰ構造体用の中間基材を構成するにあたり、複数の内層基材３の裁断線同士で構成される裁断部積層端面６ａを、最外層基材２で覆い、かつピン１１で固定することにより、裁断箇所の寸法精度が向上し、内層基材同士の剥離防止が達成される。また、その後の成形工程において、中間基材を後工程に搬送する際にも損傷したり、織物が変形して寸法が変化するようなことがなく、ハンドリング性に優れた中間基材が得られる。さらに成形後においても、切断加工した端部に強化繊維織物が狂いなく配設されていることから、ＦＲＰ構造体に要求される多くの機械的物性が維持される。
【実施例】
【００３０】
以上に説明した本発明に係る中間基材を用い、自動車用部品を成形した結果を図面を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、図１の強化繊維織物である内層基材３として、約２００ｇ／ｍ2目付の東レ製ＣＯ６３４３Ｂクロスを用いて、発泡コアに巻き付けた。発泡コアの材質はウレタン樹脂であり、形状はおおよそ長さ１０００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍである。強化繊維織物は長さ１５００ｍｍ、幅１８００ｍｍとし、長さ方向両側に２５０ｍｍずつ、コアを含まない強化繊維織物だけの積層体部分を設け、強化繊維織物をコアに巻き付けるようにして積層実施した。この強化繊維織物の積層体の裁断加工部６を図１で示したような形状に裁断加工し、続いて最外層基材２で裁断加工部５を覆い、これらを長辺長さ５ｍｍのＩ型ピン１１を用いて固定した。これら中間基材製造完了後、ＲＴＭ成形した。成形後、成形品の外観、物性を検査したところ、品質に有害となるような積層体を構成する織物の乱れや、成形品端部での樹脂リッチは発生しなかった。したがって、良好な機械物性を持つ製品が得られた。
【００３２】
（比較例）
比較例として、図１と同様の積層体構成とするが、最外層基材２を除いた構成で、中間基材を同様の寸法で製造し、成形、製品を試作した。結果、切断面の強化繊維織物の乱れ、バラケが発生し、局所的な繊維含有量の低下と樹脂リッチが発生し、かつ外観品位が大幅に低下し、良好な成形品を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係わるＦＲＰ構造体用中間基材およびそれを用いたＦＲＰ構造体は、自動車用構造部材に限らず、各種一般産業や航空機、医療用構造体等にも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施態様に係る強化繊維織物の積層体の斜視図と側面図である。
【図２】図２の積層体の裁断加工部の種々形態を例示した断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る強化繊維織物の積層体の斜視図である。
【図４】図１３の積層体の部分拡大図である。
【図５】図１の中間基材を樹脂成形して得られた製品（ＦＲＰ構造体）の斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・積層体（中間基材）
２・・・最外層基材
３・・・内層基材
４・・・発泡体
５・・・裁断加工部
６・・・裁断部積層端面
６ａ ・・裁断部
１１・・・Ｉ型ピン
２１・・・ＦＲＰ構造体
２２・・・取り付け用穴
【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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