(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が交差積層されて積層体をなし、該積層体が、融点が８０〜２００℃の低融点ポリマー糸でステッチされて一体化されていることを特徴とする補強用多軸ステッチ布帛。
【請求項２】
前記交差角度が布帛の長さ方向に対して＋α゜、−α゜の２方向、０゜，９０゜の２方向、０゜，＋α゜，−α゜の３方向、＋α゜，−α゜，９０゜の３方向、および、０゜，＋α゜，−α゜，９０゜の４方向のいずれかである、請求項１に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【請求項３】
前記角度α゜が４５゜である、請求項２に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【請求項４】
前記低融点ポリマー糸が共重合ナイロン糸である、請求項１〜３のいずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【請求項５】
前記低融点ポリマー糸が変成ポリエステル糸である、請求項１〜３のいずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛に樹脂を含浸し、前記低融点ポリマー糸の融点以上に加熱成形するＦＲＰの成形方法。
【請求項７】
請求項６に記載の成形方法によって得られるＦＲＰを用いてなる自動車外板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＲＰの補強繊維基材として使用する多軸ステッチ布帛およびその多軸ステッチ布帛を用いてなるＦＲＰの成形方法ならびに自動車外板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続補強繊維からなる繊維強化プラスチックは、繊維軸方向の機械的特性には優れるが、繊維軸から離れるに従い、その方向の機械的特性は急激に低下する。
この対策として、たとえば、機械的特性が疑似等方性基材となるように繊維軸方向がＦＲＰ成形体の長さ（０゜）方向、幅（９０゜）方向や斜め（±α゜）方向となるよう積層され、成形されている。
【０００３】
しかしながら、通常の織物を使用すると、繊維の配列方向は織物の長さ（０゜）方向と幅（９０゜）方向であるから、斜め（±α゜）方向の補強ができなくなる。この対策として、織物を斜め方向に裁断し、裁断された織物の端部が０゜方向と９０゜方向に配列する織物と平行になるように積層し、斜め方向に裁断した繊維の配列方向が±４５゜になるようにしている。しかしながら、このような方法では織物の裁断や積層に手間が掛かるし、また積層の際、（０゜／９０゜）配列織物と（＋４５゜／−４５゜）配列織物がずれ、正確な繊維配向が困難となる。
【０００４】
一方、上記課題に対して、最近、よこ入れトリコット装置で、布帛の長さ方向に対して＋α゜、−α゜やこれに０゜および／または９０゜方向に、すなわち、２方向以上の多軸の各々の方向で層状に補強繊維が並行に配列し、これらが積層した状態で、ポリエステル繊維糸などのステッチで縫合一体化した、いわゆる多軸ステッチ布帛が注目を浴びている。この布帛は＋α゜、−α゜、０゜や９０゜配列繊維がステッチ糸で一体となっているから、わざわざ裁断によって、所定の方向に配列するような準備作業が必要なくなり、１枚の布帛で疑似等方性の特性が得られるので、積層作業が大幅に省力化され、安価なＦＲＰ成形体が得られるという利点はある。また、ステッチ糸のステッチ密度を最適化することによって、深絞り賦形が可能となり、成形のプリフォームを容易に作製することもできる利点がある。
【０００５】
しかしながら、ステッチ布帛は、ステッチ糸によって補強繊維を拘束する布帛構造となっているから、各層内では補強繊維の拘束部分と補強繊維がまったく存在しない部分が存在している。したがって、樹脂が含浸され、樹脂が硬化すると樹脂が硬化収縮するので、ＦＲＰの状態では補強繊維の拘束部部分の厚さ方向の収縮量は補強繊維が存在するので小さく、補強繊維がまったく存在しない部分の収縮量が大きくなって、ＦＲＰの表面の凹凸が大きくなり、表面が平滑なＦＲＰが得られなかった。
【０００６】
とくに、自動車の外板に要求される表面平滑性はクラスＡの厳しいグレードが求められるので、ＦＲＰ表面をサンデングして塗装するか、ＦＲＰの表面によほど厚いゲルコート層を設けないと、クラスＡには到達しなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、表面平滑で、しかも安価なＦＲＰが得られる多軸ステッチ布帛およびその成形方法、ならびに自動車の外板を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次の手段を採用するものである。すなわち、本発明の多軸ステッチ布帛は、
（１）多数本の強化繊維糸条が並行にシート状に配列して層構成をなし、前記層の少なくとも２層以上が交差積層されて積層体をなし、該積層体が、融点が８０〜２００℃の低融点ポリマー糸でステッチされて一体化されていることを特徴とする補強用多軸ステッチ布帛。
【０００９】
（２）前記交差角度が布帛の長さ方向に対して＋α゜、−α゜の２方向、０゜，９０゜の２方向、０゜，＋α゜，−α゜の３方向、＋α゜，−α゜，９０゜の３方向、および、０゜，＋α゜，−α゜，９０゜の４方向のいずれかである前記（１）に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１４】
（３）前記角度α゜が４５゜である前記（２）に記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１５】
（４）前記低融点ポリマー糸が共重合ナイロン糸である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１６】
（５）前記低融点ポリマー糸が変成ポリエステル糸である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛。
【００１８】
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載の補強用多軸ステッチ布帛に樹脂を含浸し、前記低融点ポリマー糸の融点以上に加熱成形するＦＲＰの成形方法。
【００１９】
（７）前記（６）に記載の成形方法によって得られるＦＲＰを用いてなる自動車外板
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る多軸ステッチ布帛の一実施例を示す一部切り欠き概略斜視図である。図１に示すように、布帛１の下面から、まず第一層が長さ方向イに対して斜め方向に多数本の強化繊維糸条２が並行に配列して＋α゜層６を構成し、次いで第二層が布帛の幅方向に多数本の強化繊維糸条３が並行に配列して９０゜層７を構成し、次いで第三層が斜め方向に多数本の強化繊維糸条４が並行に配列して−α゜層８を構成し、次いで第四層が布帛の長さ方向に多数本の強化繊維糸条５が並行に配列して０゜層９を構成し、互いに配列方向が異なる第一〜第４層が積層された状態で、ステッチ糸１０でこれら４層が縫合一体化されている。
縫合一体化にあたってのステッチ糸が形成する縫い組織としては、単環縫い、１／１のトリコット編みなどが挙げられる。
【００２２】
図２は、図１に示した多軸ステッチ布帛のＡ−Ａ´断面の拡大概略図である。図２に示すように、−α゜層６、９０゜層７、＋α゜層８、０゜層９の４層にステッチ糸１０が形成するトリコット編み組織で一体化されている。なお、各層の糸条は層内において並行に配列し、これら糸条に対してランダムにニードルが突き刺さりステッチ糸が縫い組織を形成する。この時、ステッチ糸の張力によりステッチ糸１０とステッチ糸１０の間には、強化繊維１１が存在せず、大きな空隙部Ｂが形成される。
【００２３】
図３に従来の図２に示した多軸ステッチ布帛を使用したＦＲＰ成形体の断面概略図を示したが、ステッチ糸１０とステッチ糸１０の間の空隙部Ｂには強化繊維が存在しないので、多軸ステッチ布帛に含浸された樹脂が硬化する際体積収縮し、その箇所の表面は凹む。また、ステッチ糸１０は強化繊維層の外側に位置する部分があるから、成形型に布帛が充填されて成形されても、ステッチ糸１０の部分はステッチ糸１０の存在しない箇所に比べて凸状態となり、ＦＲＰ表面が凸凹し、表面平滑性はクラスＡにはとても到達しないのである。
【００２４】
本発明の多軸ステッチ布帛の布帛構造は、従来の多軸ステッチ布帛となんら変わりはないが、本発明ではステッチ糸として低融点ポリマー糸を使用することを特徴とする。
【００２５】
本発明に使用する低融点ポリマー糸は、融点が８０〜２００℃のポリマーを溶融紡糸したもので、成形時に溶融し、成形後ステッチ糸が形成しているステッチ糸の組織が消滅してポリマーの状態となるものが好ましい。融点が８０℃未満であると、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと呼称）に成形した時に、わずかな面積、体積ではあるがＦＲＰ成形体が屋外暴露などによる昇温により低融点ポリマーの存在箇所が溶融状態となるので好ましくない。また、融点が２００℃を越えると、成形の際マトリックス樹脂の硬化のための成形型の昇温および成形型の冷却に時間がかかり、成形サイクルが長くなるので好ましくない。より好ましくは、低融点ポリマー糸の融点は１２０〜１６０℃である。
【００２６】
本発明に用いる低融点ポリマーは、通常、ナイロン、共重合ナイロン、ポリエステル、変成ポリエステル、塩化ビニリデン、塩化ビニル、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリウレタンなどから選ばれたものである。なかでも低温でポリマーを溶融でき、かつＦＲＰのマトリックス樹脂との接着性が良好な共重合ナイロンが好ましい。
【００２７】
また、低温でポリマーを溶融でき、マトリックス樹脂との接着性が良好で、吸水率の小さな変成ポリエステルが好ましい。
【００２８】
ステッチ糸の太さは、細いとステッチ操作の際糸切れし、また太いとＦＲＰにした時ステッチ糸が溶融して形成される低融点ポリマー部分が大きくなり、塗装の際に色斑などになるので５０〜４００デシテックスが好ましい。より好ましくは７０〜３００デシテックスである。
【００２９】
本発明に使用する強化繊維としては、ガラス繊維、ポリアラミド繊維や炭素繊維が挙げられるが、なかでも炭素繊維はマトリックス樹脂との接着性が良く、引張強度や引張弾性率も高いのでＦＲＰ成形体の軽量化が図られるので好ましく用いられる。
【００３０】
本発明に使用する強化繊維の太さは、３，０００〜５０，０００デシテックス程度であることが好ましい。とくに、太い強化繊維糸条を用いると、強化繊維が安くなるので安価な布帛が得られ好ましい。しかし、一層当たりの強化繊維の目付が小さいと、層内の糸条と糸条の間に隙間ができ、ステッチ糸で一体化すると繊維密度が部分的に不均一となり、成形すると繊維密度が大きなところはＦＲＰが厚くなり、また繊維密度が小さなところはＦＲＰが薄くなり、表面が凸凹したＦＲＰとなる。さらに７，０００〜５０，０００デシテックスの太い強化繊維糸条を用いる場合は、ステッチ糸による一体化加工前に強化繊維糸条をローラの揺動操作やエアー・ジェット噴射で薄く拡げると、布帛の全面にわたり強化繊維の密度が均一となり、表面が平滑なＦＲＰが得られるので好ましい。
【００３１】
もともとステッチ糸の役割は、布帛になった状態で繊維配向が乱れないように、また並行に配列した多数本の強化繊維糸条がほつれないようにするものであり、布帛の層方向にステッチ糸が配列しているとはいえ、層方向に対する補強効果はさほど大きくはない。
【００３２】
なお、図１に示した布帛の強化繊維の構成は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層の４層構成について説明したが、これに限定するものではなく、少なくとも、布帛の長さ方向に対して−α゜層と＋α゜層のバイアス（±α゜）の方向に層構成をなしておればよい。また、層構成の順番も−α゜／９０゜／＋α゜／０゜の順番に限定するものではなく、０゜／−α゜／９０゜／＋α゜や０゜／−α゜／＋α゜／９０゜など適宜設計することができる。また、−α゜層と＋α゜層のバイアス方向のみに強化繊維が配列した布帛にすると、布帛の長さ方向に引っ張ると簡単に強化繊維の方向がずれ、布帛の幅方向が狭くなるなど、形態が不安定である。このような時には、たとえば０゜方向やまたは９０゜方向に細いガラス繊維、炭素繊維やポリアラミド繊維などの補助糸を２０〜１００ｇ／ｍ2 程度配列し、−α゜層、＋α゜層とステッチ糸で一体化すると形態を安定させることができる。
【００３３】
なお、バイアス角α゜は、多軸ステッチ布帛をＦＲＰ成形体の長さ方向に積層し、強化繊維による剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好ましい。
【００３４】
本発明の多軸ステッチ布帛を使用したＦＲＰは、たとえば次のように成形することができる。
【００３５】
ＲＴＭ成形型の雌型に、本発明の多軸ステッチ布帛を所定の方向に、所定の枚数積層し、この上に雄型を乗せ、型の周囲をパテでシーリングする。ついで、真空ポンプで型内を真空状態となるよう吸引し、その後樹脂を注入する。次いで、成形型を低融点ポリマー糸の融点以上になるよう十分に加熱して、注入した樹脂を硬化させる。成形型を冷却し、脱型する。
【００３６】
なお、本発明の成形方法は、上記のＲＴＭ成形法に限定するものではなく、たとえば多軸ステッチ布帛を、乾式法では低融点ポリマー糸の融点以下の温度で加熱含浸、または、湿式法では融点以下の温度で加熱乾燥することによってプリプレグ化し、これを成形型に積層し、低融点ポリマー糸の融点以上の温度で加熱、加圧して成形する方法でもよい。
【００３７】
本発明に用いる樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂やナイロン樹脂、ＰＢＴ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂であってもよい。
【００３８】
図４に、本発明の成形法によって得られるＦＲＰ成形体の断面概略図を示したが、型の加熱と同時に多軸ステッチ布帛も低融点ポリマー糸の融点以上に加熱されるから、低融点ポリマー糸が溶融し、ＦＲＰ中にポリマー糸が存在していた箇所に低融点ポリマー１２が点在するようになる。また、低融点ポリマーからなるステッチ糸が形成していた縫い組織は、ステッチ糸の溶融によって消滅するので、ステッチ糸による強化繊維の拘束は解かれ、空隙部Ｂの箇所にも強化繊維が分散し、得られるＦＲＰの表面は平滑となる。
【００３９】
図５は自動車外板を説明する概略図で、フ−ド１３、フェンダ−１４、ドア１５、ル−フ１６、トランク・カバー１７などの外板に、本発明の補強用多軸ステッチ布帛を使用し、樹脂を含浸し、低融点ポリマー糸の融点以上に加熱成形することによって得られるＦＲＰ成形体を使用すると、表面が平滑で意匠性に優れ、安価な自動車外板となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の補強用多軸ステッチ布帛は低融点ポリマー糸でステッチ一体化されているから、樹脂を含浸し、低融点ポリマー糸の融点以上に加熱成形することによって表面が平滑なＦＲＰ成形体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多軸ステッチ布帛の一例を示す一部切り欠き概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´断面拡大概略図である。
【図３】従来の多軸ステッチ布帛のＦＲＰ成形体の断面概略図である。
【図４】本発明の多軸ステッチ布帛のＦＲＰ成形体の一例を示す断面概略図である。
【図５】自動車外板を説明する概略図である。
【符号の説明】
１：多軸ステッチ布帛
２：＋α゜層の強化繊維糸条
３：９０゜層の強化繊維糸条
４：−α゜層の強化繊維糸条
５：０゜層の強化繊維糸条
６：布帛を形成する＋α゜の強化繊維層
７：布帛を形成する９０゜の強化繊維層
８：布帛を形成する−α゜の強化繊維層
９：布帛を形成する０゜の強化繊維層
１０：ステッチ糸
１１：強化繊維
１２：低融点ポリマー
１３：自動車のフ−ド
１４：自動車のフェンダ−
１５：自動車のドア
１６：自動車のル−フ
１７：自動車のトランク・カバー
イ：布帛の長手方向
Ａ−Ａ´：断面の基準線
Ｂ：空隙部
【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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