(57)【要約】  一方向に配向した強化繊維と樹脂とを含むプリプレグの、少なくとも一部の領域に強化繊維を分断する複数の切込が挿入されたプリプレグを切込プリプレグとすると、切込プリプレグを含むプリプレグ群を、複数枚積層してプリプレグ積層体を得る積層工程と、プリプレグ積層体を、上面と側面を含む型の上面に配置又は下面と側面を含む型の下面に配置し、側面に沿って曲げ賦形し、略型形状としたプリフォームを得る賦形工程と、賦形工程で用いた型とは異なる型にプリフォームを配置し、固化する、固化工程を含む、繊維強化プラスチックの製造方法。  ホットフォーミングにより、優れた表面品位と力学特性を発現する繊維強化プラスチックの製造方法を提供する。
2017159567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配向した強化繊維と樹脂とを含むプリプレグの、少なくとも一部の領域に強化繊維を分断する複数の切込が挿入されたプリプレグを切込プリプレグとすると、切込プリプレグを含むプリプレグ群を、複数枚積層してプリプレグ積層体を得る積層工程と、
プリプレグ積層体を、上面と側面を含む型の上面に配置又は下面と側面を含む型の下面に配置し、側面に沿って曲げ賦形し、略型形状としたプリフォームを得る賦形工程と、
賦形工程で用いた型とは異なる型にプリフォームを配置し、固化する、固化工程を含む、繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２】
前記切込プリプレグは、切込プリプレグの前記領域内から任意に選択される、１０個の直径１０ｍｍの円形の小領域内に含まれる切込の個数を母集団とした場合に、母集団の平均値が１０以上、かつ変動係数が２０％以内である、請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θの絶対値が、実質的に同一であり、θが正である正切込とθが負である負切込を略同数含み、任意の切込と、当該切込の延長線上に存在する最近接する別の切込との間隔について、正切込同士の間隔と負切込同士の間隔とで長さが異なる、請求項２に記載の切込プリプレグ。
【請求項４】
プリフォームに面外変形が少なくとも一つ含まれ、該面外変形の高さがプリプレグ積層体の平均厚みの０．５倍以上３倍以下である請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
賦形工程において、略型形状としたプリフォームの少なくとも一部に対して、せん断力を加えながら前記型に押し付けて平坦化する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
樹脂と強化繊維とを含み、平面部と曲面部とを有する繊維強化プラスチックであって、
繊維強化プラスチックは、少なくとも一部が分断された強化繊維が一方向に配向し、かつ強化繊維の配向方向に隣接する繊維束間に樹脂部Ｐが存在し、
樹脂部Ｐの端部同士を結んだ線分が、強化繊維の配向方向に対して斜めに配置された樹脂部Ｐを有する層を層Ａとするとき、繊維強化プラスチックは曲面部の内周よりも外周に近い側に層Ａを含む繊維強化プラスチック。
【請求項７】
層Ａの面内の任意の樹脂部Ｐにおいて、該樹脂部Ｐの輪郭と接し、距離が最短となる２本の平行線を描いたとき、平行線の距離の平均値が０．２ｍｍ以下である、請求項６に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項８】
層Ａ中の樹脂部Ｐの体積の合計が、該層Ａの体積の５％以下である、請求項６または７に記載の繊維強化プラスチック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い力学特性を有する繊維強化プラスチックおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維と樹脂とからなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、航空機、宇宙機、自動車、鉄道、船舶、電化製品、スポーツ等の構造用途に展開され、その需要は年々高まりつつある。【０００３】
航空機等の構造部材に用いられる繊維強化プラスチックは高い力学特性が要求され、連続した強化繊維に樹脂を含浸したプリプレグの積層体を、所定の形状に賦形しプリフォームとし、プリフォームをオートクレーブ等で固化して成形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
プリフォームを得る手段として、広幅のプリプレグを繊維方向に裁断して細幅に分割したスリットテーププリプレグを、自動機を用いて連続的に積層させるオートファイバープレースメントと呼ばれる方法が知られている（例えば、特許文献１）。実質二次元変形した細幅のスリットテーププリプレグを並べることで、複雑な３次元形状であっても賦形可能としている。【０００５】
安価な広幅のプリプレグを用い、かつ生産性の高い賦形工程を実現するために、予め自動機を用いて高速に平板状に積層したプリプレグの積層体を、熱を加えながら型に押し付けて三次元形状に賦形していく、ホットフォーミングと呼ばれる賦形方法が開発されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】国際公開２００９／０５２２６３号公報
【特許文献２】国際公開９６／０６７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、スリットテーププリプレグは所望の形状に並べるのに時間を要し生産性が低く、広幅のプリプレグを裁断してスリットテーププリプレグとする工程が増えるため材料費自体も高くなるという問題があった。【０００７】
また、特許文献２の技術では、ホットフォーミングでプリプレグ積層体を三次元形状に賦形する際、三次元形状に追従しきれずにシワが発生する、あるいは強化繊維が突っ張り、型との間で強化繊維を含まない樹脂リッチ部が発生する問題がある。シワや樹脂リッチ部は繊維強化プラスチックの表面品位や力学特性を低下させる欠陥となり得るため、シワのないプリフォームへ賦形することが重要である。【０００８】
本発明の課題は、かかる背景技術における問題点に鑑み、ホットフォーミングによりシワのないプリフォームへと賦形することができ、繊維強化プラスチックとした際に高い力学特性を発現する繊維強化プラスチックの製造方法を提供することである。また、本発明の別の課題は、複雑形状を有しながらも、高い力学特性を有する繊維強化プラスチックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、かかる課題を解決するために、次の構成を有する。すなわち、
一方向に配向した強化繊維と樹脂とを含むプリプレグの、少なくとも一部の領域に強化繊維を分断する複数の切込が挿入されたプリプレグを切込プリプレグとすると、切込プリプレグを含むプリプレグ群を、複数枚積層してプリプレグ積層体を得る積層工程と、
プリプレグ積層体を、上面と側面を含む型の上面に配置又は下面と側面を含む型の下面に配置し、側面に沿って曲げ賦形し、略型形状としたプリフォームを得る賦形工程と、
賦形工程で用いた型とは異なる型にプリフォームを配置し、固化する、固化工程を含む、繊維強化プラスチックの製造方法、である。【００１０】
また、本発明の繊維強化プラスチックは、次の構成を有する。すなわち、
樹脂と強化繊維とを含み、平面部と曲面部とを有する繊維強化プラスチックであって、
繊維強化プラスチックは、少なくとも一部が分断された強化繊維が一方向に配向し、かつ強化繊維の配向方向に隣接する繊維束間に樹脂部Ｐが存在し、
樹脂部Ｐの端部同士を結んだ線分が、強化繊維の配向方向に対して斜めに配置された樹脂部Ｐを有する層を層Ａとするとき、繊維強化プラスチックは曲面部の内周よりも外周に近い側に層Ａを含む繊維強化プラスチック、である。【００１１】
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、前記切込プリプレグは、切込プリプレグの前記領域内から任意に選択される、１０個の直径１０ｍｍの円形の小領域内に含まれる切込の個数を母集団とした場合に、母集団の平均値が１０以上、かつ変動係数が２０％以内であることが好ましい。【００１２】
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θの絶対値が、実質的に同一であり、θが正である正切込とθが負である負切込を略同数含み、任意の切込と、当該切込の延長線上に存在する最近接する別の切込との間隔について、正切込同士の間隔と負切込同士の間隔とで長さが異なることが好ましい。【００１３】
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、プリフォームに面外変形が少なくとも一つ含まれ、該面外変形の高さがプリプレグ積層体の平均厚みの０．５倍以上３倍以下であることが好ましい。【００１４】
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、賦形工程において、略型形状としたプリフォームの少なくとも一部に対して、せん断力を加えながら前記型に押し付けて平坦化することが好ましい。【００１５】
本発明の繊維強化プラスチックは、層Ａの面内の任意の樹脂部Ｐにおいて、該樹脂部Ｐの輪郭と接し、距離が最短となる２本の平行線を描いたとき、平行線の距離の平均値が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。【００１６】
本発明の繊維強化プラスチックは、層Ａ中の樹脂部Ｐの体積の合計が、該層Ａの体積の５％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ホットフォーミングでプリフォームをシワなく賦形し、優れた表面品位と力学特性を有する繊維強化プラスチックを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プリフォーム作製方法の概念図である。
【図２】側面に凹凸のある型の概念図である。
【図３】型の長手方向の断面形状の例である。
【図４】切込プリプレグの概念図である。
【図５】切込プリプレグにおける切込パターンの例である。
【図６】賦形工程における面外変形の概念図である。
【図７】本発明の繊維強化プラスチックの概念図である。
【図８】樹脂部Ｐの概念図である。
【図９】実施例に用いた型である。
【図１０】曲げ賦形方法の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者らは、航空機等の構造部材に適用可能な、力学特性に優れた繊維強化プラスチックを、一方向に配向した強化繊維と樹脂とを含むプリプレグ複数枚積層してプリプレグ積層体を得る積層工程と、プリプレグ積層体を、上面と側面を含む型の上面に配置又は下面と側面を含む型の下面に配置し、側面に沿って曲げ賦形し、略型形状としたプリフォームを得る賦形工程と、賦形工程で用いた型とは異なる型にプリフォームを配置し、固化する、固化工程を含むホットフォーミングによって製造するために、鋭意検討し、プリプレグ積層体を、少なくとも一部の領域に強化繊維を分断する複数の切込が挿入された切込プリプレグを含むプリプレグ群で構成することで、かかる課題を解決することを究明したものである。
【００２０】
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は、積層工程、賦形工程、固化工程を含む。そして積層工程とは、一方向に配向した強化繊維と樹脂とを含むプリプレグ（以下、一方向プリプレグという場合がある）の、少なくとも一部の領域に強化繊維を分断する複数の切込が挿入されたプリプレグを切込プリプレグとした時に、切込プリプレグを含むプリプレグ群を、複数枚積層してプリプレグ積層体を得る工程をいう。後述するようにプリプレグ積層体を構成するプリプレグ群は、切込プリプレグを含みさえすれば特に限定されず、切込プリプレグのみから構成された態様であっても、一部に切込プリプレグを含む態様であっても特に限定されない。プリプレグ積層体は、成形対象とする繊維強化プラスチックの目標厚みに対応して部分的に積層枚数が異なるものであってもよい。なお、切込プリプレグにおいて、強化繊維を分断する複数の切込を有する領域を、以下、切込領域という。予めプリプレグ全面に切込を挿入し、全面を切込領域とした切込プリプレグの方が、生産しやすく、汎用性が高いため好ましい。切込領域内では、全ての強化繊維が切込によって分断されていても、切込によって分断されない強化繊維を含んでいても良い。凹凸形状の多い複雑な形状へと賦形する場合は、切込領域内で全ての強化繊維が切込によって分断されていることが好ましい。
【００２１】
図１は、プリプレグ積層体１を型の上面２に押し当てて配置し、側面３に沿って曲げ賦形することで、略型形状のプリフォーム４へと賦形するホットフォーミングの賦形工程の概念図を示している。図１の型を上下反転させた型を用いる場合、上面２が下面となり、賦形工程では下面の下に基材を配置し、側面へ曲げ賦形してもよい。型は上面と側面を含みさえすれば、他の面を含んでいてもよい。略型形状のプリフォームとは、プリプレグ積層体が曲げ賦形により上面または下面と側面を含む形状へと賦形されたプリプレグ積層体であり、型から取り外す前は、型と接していても良く、型から浮いた部分が存在していても良い。型から取り外す前で型から浮いている部分が存在する場合は、略型形状のプリフォームとは、プリプレグ積層体の型側の面の８０％以上が、型の表面との距離がプリプレグ積層体の平均厚みの３倍以下にある状態を指す。
【００２２】
賦形工程に用いる型は、上面と側面とを有しさえすれば、特に限定されない。つまりプリプレグ積層体を押し付ける型は、図１のように、上面に凹凸があってもよく、図２のように側面に凹凸があってもよい。上面と側面のどちらにも凹凸があってもよく、型の長手方向５が曲線であってもよい。プリフォーム曲面部を含む切断面が、例えば図３（ａ）のようなＣ型、図３（ｂ）のようなＬ型、図３（ｃ）のようなＺ型のいずれかの断面が型の長手方向５に連なる型を用いて賦形してもよい。図３（ａ）のＣ型の型については、側面が上面に対して直角な面でなくてもよい。図３（ｂ）のＬ型形状への賦形については、上面を片方の面、側面をもう片方の面としても良いし、上面を２つの面の交わる稜線部とし、２つの面を側面としてもよい。図３（ｃ）のＺ型形状のように、上面、側面とは異なる面を含んでおり、Ｃ型やＬ型のように上面に対して両側に側面があるのではなく、上面に対して片側のみに側面が存在していてもよい。
【００２３】
賦形工程では、加熱されたプリプレグ積層体を側面に沿って曲げ賦形を行うことで、略型形状のプリフォームとする。賦形工程では、熱源を有するチャンバー内やヒーター近傍で曲げ賦形を行うことでプリプレグ積層体を加熱することが好ましい。通常プリプレグ積層体の曲げ賦形を行う際、内周と外周の周長差が生じるため、プリプレグ層間を滑らせながら型の凹凸に合わせて面内変形する必要がある。切込を有さない一方向プリプレグは強化繊維の配向方向（以下、単に繊維方向という場合がある）には変形しないため、層間滑りとともに面内変形したとしても形状追従できない場合があるが、切込プリプレグは繊維方向も伸張しながら面内変形が可能なため、一方向プリプレグと比べて形状追従性が向上している。したがって、プリプレグ積層体として、切込プリプレグを含むプリプレグ群を用いることで、繊維方向へも伸張を許容し、曲げ賦形時の凹凸形状への形状追従性が向上する。プリプレグ積層体を構成するプリプレグ群は、切込プリプレグを含みさえすれば特に限定されず、プリプレグ積層体を構成するプリプレグ群のうち、全てが切込プリプレグであってもよいし、繊維方向への伸張が必要なプリプレグのみに切込が挿入されていても良い。
【００２４】
賦形工程において、曲げ賦形する方法は、密封空間で減圧吸引を行うことで型に押し付けても良いし、プリプレグ積層体を型に押し付けるための押さえを用いて賦形しても良い。あるいは、手作業で賦形しても良い。
【００２５】
略型形状のプリフォームを作製した後の固化工程では、繊維強化プラスチック表面の樹脂欠け等の欠陥を抑制し外観品位を向上させるために、賦形工程で用いた型とは異なる型にプリフォームを配置して固化することが好ましい。また、略型形状のプリフォームに面外変形が含まれていたとしても、固化時には面外変形が面内に吸収され、面外変形のない繊維強化プラスチックを得ることができる。固化工程に用いる型は、プリフォームの外周形状を想定した形状であってもよく、樹脂の熱収縮や流動を考慮して外周形状を修正した形状であってもよい。また、プリフォームに用いた型にプリフォームを配置したまま、雌型をかぶせる態様も含まれる。固化方法は、樹脂が熱硬化樹脂の場合は、ボイド等の欠陥を抑制するために、オートクレーブを用いて硬化することが好ましいが、真空圧を併用して加熱温度をコントロールしながら固化させる方法でもよい。
【００２６】
本発明に用いられる切込プリプレグおいて、切込は高密度かつ均一に分布していることが好ましい。すなわち、少なくとも一部の領域に強化繊維を分断する複数の切込が挿入されたプリプレグを切込プリプレグとした時に、切込プリプレグの前記切込領域内から任意に選択される、１０個の直径１０ｍｍの円形の小領域内に含まれる切込の個数を母集団とした場合に、母集団の平均値が１０以上、かつ変動係数が２０％以内であることが好ましい（以下、母集団の平均値が１０以上の状態を高密度、変動係数が２０％以内の状態を均質と表現する）。前記低密度の切込分布と同じ本数の強化繊維を切込により分断する場合でも、高密度で切込が分布している場合は一つ一つの切込を小さくすることができ、そうすることにより、切込プリプレグが伸張する際に一つ一つの切込の開口を最小限に抑え、固化した際の繊維強化プラスチックの力学特性が低下せず、また、表面品位が向上する。また、均一に切込が分布することで、切込プリプレグの局所的な伸張の偏りを抑制し、力学特性および、表面品位を向上させる効果がある。切込によって分断される強化繊維長さは力学特性の観点からは１０ｍｍ以上が好ましい。切込によって分断される強化繊維長さはより好ましくは１５ｍｍ以上、さらに好ましくは２０ｍｍ以上である。切込を細かく高密度で挿入することで、強化繊維の長さが１５ｍｍ以上の長い切込プリプレグとすることができ、三次元形状の追従性と良好な表面品位を保ちつつ、一つ一つの切込が小さいことによる、力学特性低下の抑制、および強化繊維が長いことによる力学特性の向上という相乗効果が期待できる。
【００２７】
図４（ａ）はプリプレグに複数の切込７が挿入された切込領域８を含む切込プリプレグ６の概念図を示しており、  図４（ｂ）は切込領域８内で直径１０ｍｍの円形の小領域９を１０箇所抽出した様子を示している。小領域は、切込領域内から小領域が重ならない程度に密に抽出することが好ましいが、切込領域が小領域を１０個全て重ならずに抽出するのに十分なサイズでない場合には、小領域同士が重なるように抽出しても良い。ただし、前述の母集団の平均値と変動係数をより精度よく測るために、切込領域の境界を越えて小領域が設定してはならない。切込領域の境界は、全ての切込が含まれるように切込の端部同士を結ぶ線分を繋げた線分群であって、かつ該線分群の長さの合計が最小となる線分群とする。
【００２８】
小領域内に含まれる切込みの個数とは、小領域内に存在する切込と、小領域の輪郭に一部が接触する切込の合計数とする。なお、前述の母集団の平均値と前述の母集団の変動係数は、１０個の小領域内の切込数をｎｉ（ｉ＝１〜１０）とすると、それぞれ式１、式２で計算される。
【００２９】
【数１】
2017159567.tif 000003
【００３０】
【数２】
2017159567.tif 000004
【００３１】
高密度で切込を挿入する方法として、強化繊維の配向方向に直角な平面に投影した長さを投影長さＷｓとすると、Ｗｓを１ｍｍよりも小さくする方法が挙げられる。賦形工程または固化工程にて、伸張に伴い切込開口部に繊維を流入させて切込開口部を見えにくくさせることができる。Ｗｓが小さいほど、この効果を顕著に引き出すことができるため、好ましい。
【００３２】
切込のパターンとしては、単にＷｓを小さくするだけでなく、図５（ａ）のように任意の近接する切込Ｓ１に最近接する切込Ｓ２が同一強化繊維を分断しないことが好ましい。最近接する切込同士で分断された強化繊維は、比較的短い強化繊維となってしまうため、繊維強化プラスチックとした際に力学特性を低下させる要因となる。また、切込Ｓ１と最近接する切込Ｓ２との間に、切込Ｓ１と切込Ｓ２のどちらによっても分断されていない強化繊維が存在することで、繊維強化プラスチックとした際に、切込Ｓ１と切込Ｓ２が損傷により連結しにくくなり、力学特性が向上する。
【００３３】
切込Ｓ１と切込Ｓ２の間の強化繊維が、切込Ｓ１および切込Ｓ２に最近接していない切込によって分断されていてもよいし、切込Ｓ１と切込Ｓ２の間の強化繊維が、切込によって分断されていなくてもよい。最近接する切込に挟まれる帯部の幅１０は、強化繊維の直角方向に、切込を強化繊維に直角な平面に投影した投影長さＷｓの０．５倍以上であることが好ましく、より好ましくはＷｓの１倍以上である。
【００３４】
高密度に切込を分布させた切込プリプレグでは、切込同士の距離が近くなり、最近接する切込同士が同一の強化繊維を分断してしまった際には非常に短い強化繊維が混入してしまう可能性があるため、最近接する切込同士が同一の強化繊維を分断しないように間隔を設けることで、高密度な切込パターンであっても短い強化繊維の混入を抑制し、安定した力学特性を発現せさることができる。
【００３５】
さらに好ましい切込パターンとしては、切込は実質的に同一の長さＹ（以下、Ｙを切込長さともいう）であり、最近接する切込同士の距離は、Ｙの０．５倍よりも長い切込プリプレグが挙げられる。ここで、実質的に同一の長さとは、全ての切込長さが全切込長さの平均値±５％以内であることをいう（以下同じ）。なお、本発明において切込は、直線状でも曲線状でもよく、いずれの場合でも切込の端部同士を結ぶ線分を切込長さＹとする。
【００３６】
最近接する切込同士の距離とは、最近接する切込同士の最短距離を意味する。最近接する切込同士の距離が近い場合、繊維強化プラスチックに損傷が入った場合に、損傷が切込同士を連結しやすくなるため、最近接する切込同士の距離が、切込長さＹの０．５倍より大きいことが好ましい。最近接する切込同士の距離は、より好ましくはＹの０．８倍以上、さらに好ましくはＹの１．２倍以上である。一方で、最近接する切込同士の距離に上限は特にないが、プリプレグに高密度な切込を付与するにあたり、最近接する切込同士の距離が切込長さＹの１０倍以上とすることは容易ではない。
【００３７】
高密度に切込が分布する切込プリプレグにおいては、三次元形状追従性は向上し、一つ一つの切込が小さいことによる力学特性の向上が見込めるが、切込同士の距離が近い場合よりも切込同士が離れている方が力学特性はさらに向上する。したがって、密に切込を挿入した場合には、切込同士の距離を空けた切込パターン、すなわち最近接する切込同士の距離を、切込長さＹの０．５倍より大きくすることが力学特性向上のために特に重要となる。さらに、図５（ａ）のように切込領域内で全ての強化繊維を分断し賦形性を向上させた切込プリプレグの場合、最近接する切込同士の距離１１を、切込長さＹの０．５倍よりも大きく空け、かつ最近接する切込同士が同一の強化繊維を分断しないことで、三次元形状への追従正および表面品位を損なわずに、最大限に力学特性を発現できる。
【００３８】
さらに好ましい切込パターンとしては、切込が、強化繊維の配向方向に対して、斜めに挿入されている切込プリプレグが挙げられる。切込が曲線状の場合は、切込の端部同士を結ぶ線分が、強化繊維の配向方向に対して斜めであることを指す。切込を、強化繊維の配向方向に対して斜めとすることで、切込プリプレグの三次元形状追従性や繊維強化プラスチックとした際の力学特性を向上することができる。強化繊維の配向方向と切込のなす角度をθとすると、θが２〜６０°であることが好ましい。特にθの絶対値が２５°以下であることで力学特性、中でも引張強度の向上が著しく、かかる観点からθの絶対値が２５°以下がより好ましい。賦形工程では切込プリプレグが伸張するに伴いθが小さくなる場合がある。θが小さくなるほど切込プリプレグ伸張時の切込開口が小さいため表面品位が良好となり、さらに、プリフォームを固化した繊維強化プラスチックの力学特性が高くなる。θの絶対値が２°以上であることがより好ましい。この好ましい範囲であると、刃で切込を入れる際、強化繊維が刃から逃げやすくなることはなく、切込の位置精度を担保しながら挿入することが可能である。なお、切込は直線状でも曲線状でもよく、曲線状の場合は切込の端部同士を結ぶ線分と強化繊維の配向方向とのなす角をθとする。
【００３９】
高密度に切込が分布する場合に限らず、θの絶対値が小さくなるほど、力学特性の向上が見込める一方、特に切込領域内で全ての強化繊維を分断する場合に、切込同士が近くなり、切込で発生した損傷が連結しやすく力学特性が低下する懸念もある。しかし、任意の切込と、当該切込に最近接する別の切込とは、同一の強化繊維を分断していないこと、かつ切込は、実質的に同一の長さＹであり、最近接する切込同士の距離が、Ｙの０．５倍よりも長く制御すると、切込が強化繊維の配向方向に対して直角な場合と比較して、さらなる力学特性の向上が見込めるので好ましい。特に、切込が高密度の場合は、力学特性の向上と共に、切込開口の抑制による表面品位の向上が見込めるので好ましい。
【００４０】
本発明における切込プリプレグの好ましい態様として、切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θの絶対値が、実質的に同一であり、さらにθが正である正切込とθが負である負切込を略同数含む切込プリプレグが挙げられる。θの絶対値が実質的に同一とは、全ての切込において角度θが、全切込における角度θの平均値±１°以内のずれであることをいう。正切込と負切込を略同数含むとは、θが正となる切込の数とθが負となる切込の数が略同数であることを意味する。そして、θが正となる切込の数とθが負となる切込の数が略同数とは、数を基準とした百分率で示した時に、正の角となるθの数と負の数となるθの数がいずれも４５％以上５５％以下であることをいう（以下同じ）。切込プリプレグ内に正切込だけでなく、負切込も挿入することで、切込プリプレグが伸張時に正切込近傍で面内せん断変形が発生した場合に、負切込近傍では逆向きのせん断変形が生じることによりマクロとして面内のせん断変形を抑制し伸張させることができる。
【００４１】
図５（ｂ）のように正切込１２と負切込１３を互いに交互に配置することで、高い密度で切込を挿入しながらも、近接する切込間の距離を確保しやすくなる。切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θの絶対値が実質的に同一であり、正切込と負切込が略同数となる切込パターンであれば、通常の連続繊維プリプレグと同様の扱いで積層が可能となり、正切込または負切込のみを含む切込プリプレグの場合とは異なって、積層手順を制御する手間が増えるのを防ぐことができる。
【００４２】
さらに好ましくは、正切込と負切込を略同数含み、任意の切込と、当該切込の延長線上に存在する最近接する別の切込との間隔について、正切込同士の間隔と負切込同士の間隔とで長さが異なる、切込プリプレグである。図５（ｂ）で正切込１２は直線１４上に、負切込１３は直線１５上に配置されており、直線１４上での正切込の間隔は直線１５上での負切込の間隔よりも小さくなっている。このような切込の配置にすることで、均質・高密度かつ近接する切込間の距離を確保することができ、最近接する切込が同一の強化繊維を分断しない切込パターンを作成することが可能である。さらに、任意の切込と、当該切込の延長線上に存在する最近接する別の切込との間隔について、正切込同士の間隔と負切込同士の間隔とで長さが同一の場合よりも強化繊維の長さを長くすることが可能であり、高密度で切込が分布されていても力学特性を維持することが可能である。なお、切込の延長線上に切込が存在するとは、切込を延長した直線と対象となる切込同士の最も近接する点同士を結んだ直線との角度が１°以内であることを指す。
【００４３】
任意の切込と、当該切込の延長線上に存在する最近接する別の切込との間隔について、正切込同士の間隔と負切込同士の間隔とで長さが異なる切込パターンとすることで、高密度であっても強化繊維の長さをより長くすることができ、さらに切込領域内で全ての強化繊維を分断する場合にも、任意の切込と、当該切込に最近接する別の切込とは、同一の強化繊維を分断せず、最近接する切込同士の距離が切込長さＹの０．５倍よりも長い切込パターンが得やすくなる。これにより、より効果的に、表面品位と三次元形状追従性を損なわずに、力学特性を向上させることができる。このことから、正切込と負切込が略同数挿入されており、任意の切込と、当該切込の延長線上に存在する最近接する別の切込との間隔について、正切込同士の間隔と負切込同士の間隔とで長さが異なり、任意の切込と、当該切込に最近接する別の切込とは、同一の強化繊維を分断せず、最近接する切込同士の距離が切込長さＹの０．５倍よりも長く、切込領域にて実質的に全ての強化繊維が繊維長さ１５ｍｍ以上に分断されている切込パターンが、三次元形状追従性、表面品位、力学特性の観点から、特に好ましい。
【００４４】
本発明において、プリプレグおよび切込プリプレグに含まれる樹脂は、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリスルフォン、ＡＢＳ、ポリエステル、アクリル、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、液晶ポリマー、塩ビ、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、樹脂が熱により架橋反応を起こし少なくとも部分的な三次元架橋構造を形成するものであればよい。これらの熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂およびポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の変形および２種以上のブレンドの樹脂を用いることもできる。また、これらの熱硬化性樹脂は熱により自己硬化する樹脂であってもよいし、硬化剤や硬化促進剤等を含むものであってもよい。
【００４５】
本発明においてプリプレグおよび切込プリプレグに含まれる強化繊維は、ガラス繊維、ケブラー繊維、炭素繊維、グラファイト繊維またはボロン繊維等であってもよい。この内、比強度および比弾性率の観点からは、炭素繊維が好ましい。
【００４６】
プリプレグ積層体中の強化繊維の体積含有率Ｖｆは７０％以下とすることで切込部の強化繊維のずれがおき、ブリッジングを効果的に抑制し、形状追従性とボイド等の成形不具合の抑制効果を得ることができる。かかる観点からＶｆが７０％以下であることがより好ましい。また、Ｖｆは低いほどブリッジングは抑制できるが、Ｖｆが４０％より小さくなると、構造材に必要な高力学特性が得られにくくなる。かかる観点からＶｆが４０％以上であることがより好ましい。より好ましいＶｆの範囲は４５〜６５％、さらに好ましくは５０〜６０％である。
【００４７】
プリプレグおよび切込プリプレグは強化繊維へ部分的に樹脂を含浸させた（すなわち、一部を未含浸とした）プリプレグを用いて製造してもよい。強化繊維に部分的に樹脂を含浸させた切込プリプレグを用いることで、プリプレグ内部の強化繊維の未含浸部が面内の流路となり、積層の際に切込プリプレグの層間に閉じ込められた空気や切込プリプレグからの揮発成分などの気体が切込プリプレグ外に排出されやすくなる（このような気体の流路を脱気パスと呼ぶ）。含浸率は１０〜９０％が好ましい。この好ましい範囲であると、強化繊維と樹脂の間で剥離が生じ難く、切込プリプレグ積層時に未含浸部で切込プリプレグが二つに割れてしまうこともないなど作業性に優れ、成形中の含浸時間を長く取らなくともボイドが残り難い。かかる観点から、含浸率の範囲のより好ましい上限は７０％であり、さらに好ましい上限は５０％であり、含浸率の範囲のより好ましい下限は２０％である。
【００４８】
本発明においてプリプレグおよび切込プリプレグは、その表面に樹脂層が存在しても良い。切込プリプレグの表面に樹脂層が存在することで、切込プリプレグを積層した際に、切込プリプレグ同士の間に層間樹脂層が形成される。これにより、面外衝撃荷重が加わった際、クラックが柔軟な層間樹脂層に誘導され、かつ熱可塑性樹脂の存在により靭性が高いため剥離が抑制されることで、面外衝撃後の残存圧縮強度を高くすることができ、航空機などの高い安全性が要求される主構造用材料として適する。
【００４９】
本発明の好ましい態様としてプリフォームに面外変形が少なくとも一つ含まれ、該面外変形の高さがプリプレグ積層体の平均厚みの０．５倍以上３倍以下であることが挙げられる。
【００５０】
プリプレグ積層体の平均厚みは、賦形前の平板状のプリプレグ積層体を先端が平坦となっているラチェット式マイクロメーターを用いて測定圧５Ｎで計った厚みとし、プリプレグ積層体の端部を３箇所計った厚みの平均値とする。プリフォームの面外変形とは、図６のように曲げ賦形後のプリフォームの端面１６を見た際に、端面の凸部と平坦部のように高低差のある箇所の高さの差１７の最大値を意味する。凸部と平坦部だけでなく、凹部が存在すれば、凹部と平面部、凹部と凸部のいずれかの高さの差（シワとも言う）とする。つまり、賦形工程におけるプリプレグ積層体の面外変形とは、賦形中のプリプレグ積層体の端部における、高さの差の最大値を意味する。
【００５１】
切込のない一方向プリプレグの場合、面外変形を面内に吸収することができないため、プリフォームに面外変形が存在すると、固化した際に、外観品位の悪い繊維強化プラスチックとなる。本発明では、面外変形をプリプレグ積層体の平均厚みの０．５倍以下とすることが困難な場合でも、固化工程にて面外変形を面内に吸収することができるため、プリフォームに面外変形が存在していても外観品位の良い繊維強化プラスチックを得ることができる。特に、図６に示したフランジ２６のように、固化時に高い圧力を与えられる箇所に有効な方法である。ただし、面外変形が大きすぎる場合は面内に吸収しきれないため、面外変形の高さはプリプレグの平均厚みの３倍以下が好ましい。プリフォームに面外変形の残存を許容することで、プリフォームの面外変形をなくす労力を削減することができ、繊維強化プラスチックの生産性が向上する。
【００５２】
また、賦形工程において、常にプリプレグ積層体の面外変形がプリプレグ積層体の平均厚みの３倍以下となるように曲げ賦形することが好ましい。さらに好ましくは１倍以下である。プリプレグ積層体の面外変形をコントロールする具体的な方法としては、型にプリプレグ積層体を面外方向に圧縮する押さえが複数個所存在する装置を用い、面外変形をセンサー等で検知しながら押さえを制御し、賦形してもよく、目視で厚み変化を確認しながら、手で面外変形が大きい箇所を押さえながら曲げ賦形してもよい。予備の曲げ賦形テストもしくはシミュレーションを行い、賦形工程中に面外変形がプリプレグ積層体の平均厚みの３倍以下を保つようにプリプレグ積層体を押さえつける箇所やタイミングを決定してもよい。
【００５３】
本発明のさらに好ましい態様として、賦形工程において、略型形状としたプリフォームの少なくとも一部に対して、せん断力を加えながら前記型に押し付けて平坦化することが好ましい。本発明では、上記のようにプリフォームに面外変形が存在していても外観品位の良い繊維強化プラスチックを得ることができるが、固化工程にて雌型にプリフォームをセットする際、圧力の与えにくい側面に面外変形が存在する場合は、予めプリフォームの面外変形を平坦化してもよい。切込の入っていないプリプレグ群のみで構成されたプリプレグ積層体の場合、プリプレグ積層体が繊維方向に伸張しないため、プリフォームの面外変形を消すことができず、凹凸が残ってしまうが、切込プリプレグでは、型にプリフォームを押さえつけて、面外方向にせん断力を加えることで、面外変形を面内に吸収させて平坦化することができる。
【００５４】
図６は、面外変形を含むプリフォーム４に、せん断力１８を加えながら型に押さえつける概念図を示している。せん断変形は面外変形を伸ばす方向であることが好ましい。具体的にせん断力を加える方法としては、ローラー等で型を押しても良いし、手作業で擦りながら面外変形を平坦化してもよい。この平坦化を行う工程では、プリプレグ積層体が軟化する温度領域で行うことが、プリプレグ積層体の面内が変形しやすく、好ましい。賦形工程でプリプレグ積層体の面外変形をプリプレグ積層体の平均厚みの３倍以下とすることで、さらにせん断力によって面外変形を平坦化しやすく、好ましい。なお、略型形状としたプリフォームに対して、せん断力を加えながら型に押し付けて平坦化する際には、プリフォームの全体に対してせん断力を加えながら型に押し付けて平坦化することも可能であるが、大きな凹凸を有する特定の箇所にのみせん断力を加えながら型に押し付けて平坦化すれば十分である。
【００５５】
上記のように、本発明においては、プリフォームの面外変形を許容して固化する場合と、平坦化してから固化する場合があり、どちらの方法を選択するかは、固化工程において、面外変形が発生した箇所に与えられる圧力が大きい場合、例えば３ＭＰａ以上の圧力をかけられる場合は面外変形を許容してもよいが、大きな圧力を与えられない場合は予め面外変形を平坦しておくことが好ましい。
【００５６】
本発明は、航空機の桁材等に好ましく適用可能であり、優れた力学特性を有し、曲面を含む繊維強化プラスチックも提供する。すなわち、樹脂と強化繊維とを含み、平面部と曲面部とを有する繊維強化プラスチックであって、繊維強化プラスチックは、少なくとも一部が分断された強化繊維が一方向に配向し、かつ強化繊維の配向方向に隣接する繊維束間に樹脂部Ｐが存在し、樹脂部Ｐの端部同士を結んだ線分が、強化繊維の配向方向に対して斜めに配置された樹脂部Ｐを有する層を層Ａとするとき、繊維強化プラスチックは曲面部の内周よりも外周に近い側に層Ａを含む繊維強化プラスチックである。このような本発明の繊維強化プラスチックの製造方法は特に限定されないが、例えば、前述の積層工程、賦形工程、固化工程を含む本発明の製造方法によって得ることができる。
【００５７】
本発明において、曲面部とは、繊維強化プラスチックの外径の曲率半径が１〜１００ｍｍである箇所を指す。
【００５８】
本発明の繊維強化プラスチックにおいて、層Ａは複数層存在してもよく、複数の層Ａが存在する場合、各層Ａにおいて強化繊維の配向方向は同じでも異なっていてもよい。層Ａを除く部分において強化繊維の配向状態は特に限定されないが、一方向に配向した方が、強化繊維の体積含有率を上げることができ、また強化繊維の配向方向の力学特性が顕著に高くなるため好ましい。
【００５９】
なお、本発明の繊維強化プラスチックの厚み方向を横切る断面を観察した際、強化繊維がランダムに配向している場合は強化繊維の断面が線状から円状まで様々な形をとり得るが、強化繊維が一方向に配向している場合は強化繊維の断面が同一となる。例えば、繊維方向に対して直角な断面では円、繊維方向に対して斜めな断面では楕円となる。本発明では、繊維強化プラスチックの厚み方向を横切る断面において、厚み方向に視認できる層が存在しており、該層内において、無作為に選んだ１００個の強化繊維の断面の長径の変動係数が２０％以下である場合に、該層に存在する強化繊維は一方向に配向しているとみなす。  また本発明の繊維強化プラスチックにおいて層Ａは、強化繊維の配向方向（以後、繊維方向という）に隣接する繊維束間に樹脂部Ｐが存在する。短繊維から成る繊維強化プラスチック内で、繊維方向に隣接する繊維束間に樹脂部Ｐが存在する場合、樹脂部は受け持つ荷重が低く、損傷の起点となりやすい。したがって、樹脂部はせん断応力によって隣接する繊維束間の荷重を伝達するために、樹脂部Ｐの端部同士を結んだ線分は、強化繊維の配向方向に対して斜めに配置されていることが好ましい。さらに、全ての強化繊維の長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００６０】
本発明の繊維強化プラスチックの曲面部における剛性を向上させるために、本発明の繊維強化プラスチックは、樹脂部Ｐを含む層Ａを、その曲面部の内周側よりも外周側に近い部位に含むことで曲面部も隅々まで強化繊維が充填される。
【００６１】
また、繊維強化プラスチックへ負荷が与えられた際、曲面部には高い応力が発生しやすく、損傷しやすいため、曲面部における層Ａの厚さを、平面部における層Ａの厚さよりも薄くすることで、樹脂部Ｐも薄くなり、損傷を抑制することができ、好ましい。
【００６２】
本発明の繊維強化プラスチックは予め強化繊維が一方向に並んだプリプレグに切込を挿入して得た切込プリプレグを含むプリプレグ積層体から成形されてもよいし、短繊維を一方向に並べ、樹脂を含浸させたプリプレグを用いても良い。
【００６３】
本発明の繊維強化プラスチックのさらに好ましい態様としては、層Ａの面内の任意の樹脂部Ｐにおいて、該樹脂部Ｐの輪郭と接し、距離が最短となる２本の平行線を描いたとき、平行線の距離の平均値が０．２ｍｍ以下の繊維強化プラスチックである。
【００６４】
樹脂部Ｐの輪郭と接し、距離が最短となる２本の平行線の距離を樹脂部Ｐの幅とすると、樹脂部Ｐの幅が小さいほど、樹脂部Ｐを挟んで隣接する強化繊維同士の荷重伝達が効率よく行われて好ましい。樹脂部Ｐの幅の平均値は０．１５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００６５】
樹脂部Ｐの幅の平均値とは、図７のように層Ａの表面を研磨機等で削り出し、その表面をデジタル顕微鏡等の撮影装置を用いて撮影することで得られる画像から樹脂部Ｐを１０個抽出し、樹脂部Ｐの幅の平均値を計算することで得られる。樹脂部Ｐの幅は、図８に示すように樹脂部Ｐの輪郭と接する２本の平行線の距離２７であるが、２本の平行線を描く手段は、画像を印刷した後に手書きで描いてもよいし、デジタル顕微鏡に備わっている計測手段を用いてもよい。
【００６６】
本発明の繊維強化プラスチックのさらに好ましい態様としては、層Ａ中の樹脂部Ｐの体積の合計が、層Ａの体積の５％以下の繊維強化プラスチックである。樹脂部Ｐに関して繊維強化プラスチックの全体の体積の５％以下であることが好ましく、より好ましくは３%以下である。この好ましい範囲であると、繊維強化プラスチックの表面品位を悪化させることはなく、構造物中の欠陥となることもない。また、曲面部における樹脂部Ｐの体積の割合は、曲面部における層Ａの体積の０．１％以上であることが好ましい。この好ましい範囲であると、強化方向に隣接する強化繊維間で樹脂が充填せずにボイド等が発生する可能性が低く、力学特性の低下を防ぐことができる。
【００６７】
層Ａにおける樹脂部Ｐの体積は、樹脂部Ｐが厚み方向に同じ形状であると仮定し層Ａの表面から計測される樹脂部Ｐの面積を用いて計算する。樹脂部Ｐ１つの面積は、樹脂部Ｐの幅と、樹脂部Ｐの長さの積の１／２と定義する。樹脂部Ｐの長さは、図８に示すように樹脂部Ｐの輪郭と接し、距離が最長となる２本の平行線の距離２８とする。層Ａの表面１０ｍｍ×１０ｍｍの領域を観察し、該領域内に存在する全ての樹脂部Ｐの面積の合計（ｍｍ２）が層Ａにおける樹脂部Ｐの体積率（％）となる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるものではない。【００６９】
＜プリプレグ積層体の作製＞
“トレカ”（商標登録）プリプレグシートＰ３０５２Ｓ−１５（強化繊維：Ｔ７００Ｓ、樹脂：２５００、強化繊維の体積含有率：５６％、片面離型紙を積層）に、所定の位置に刃を配置した回転刃ローラーに押し当てて、プリプレグを貫通する切込を挿入した。切込領域はプリプレグ全域とし、全ての強化繊維を切込によって切断した。いずれの実施例においても、２００ｍｍ×２００ｍｍの切込プリプレグの樹脂を４００℃にて焼き飛ばした際、２００ｍｍの強化繊維が残っておらず、全ての強化繊維が分断されていることを確認した。【００７０】
プリプレグ積層体を構成するプリプレグ群は全て切込プリプレグとした。積層工程にて、１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形の一辺と該辺と直角な辺をそれぞれ０°、９０°とすると、切込プリプレグの強化繊維の配向方向が、［＋４５°／０°／−４５°／９０°］2sとなるように積層し、積層後３０分間の真空引きにより密着させ、１５０ｍｍ×１５０ｍｍのプリプレグ積層体を得た。【００７１】
＜切込分布評価＞
切込プリプレグの表面を倍率１０倍のデジタルマイクロスコープで複数枚撮影し、画面上で画像を連結し、切込プリプレグの表面５０ｍｍ×５０ｍｍを画面上に表示させ、計測ソフトウェアを用いて直系１０ｍｍの円を、ボーリングのピンの配置のように、隣接する３つ円の中心が正三角形を描くように１０個描いた。隣接する円の中心間距離は１２ｍｍとした。各円に含まれる、もしくは接する切込の数をカウントして母集団とし、母集団の平均値と変動係数を算出した。【００７２】
＜賦形性評価＞
図９の上面と側面を含み、Ｃ型の断面が長手方向に続く形状の型の上面に、プリプレグ積層体の０°が長手方向となるようにプリプレグ積層体を配置し、側面に沿って曲げ賦形し、略型形状のプリフォームを得た。賦形方法は図１０のように、板の上に型を置き、その上にプリプレグ積層体を置き、バグフィルムで密封後に真空引きを行いバグフィルムが型に吸い寄せられると同時にプリプレグ積層体が曲げ賦形される方法とした。面外変形が生じた場合は手作業でせん断力を加えながら型に押し付けて、平坦化した。この賦形工程は、６０℃に温調されたオーブンの中で行った。型は、図９中のｈが２ｍｍの型と６ｍｍの型を準備した。完成したプリフォームの三次元形状追従性について、以下の３段階で評価した。
Ａ：一度目の曲げ賦形で形状に追従することができた。
Ｂ：一度目の曲げ賦形後は面外変形が生じたが、せん断力を与えながら型に押し付けることで面外変形を平坦化することができた。
Ｃ：一度目の曲げ賦形後は面外変形が生じたので、せん断力を加えながら型に押し付けたが、面外変形を平坦化することができず、面外変形が残った。【００７３】
＜繊維強化プラスチックの表面品位＞
上記プリフォームを型から取り外し、曲げ賦形に用いた型とは別の雌型にセットし、型ごとバグフィルムで被って真空引きを行いながらオートクレーブで１３０℃、１．５時間で硬化した。製造された繊維強化プラスチックの表面を目視で確認し、以下の３段階に分けた。強化繊維のうねりとは、繊維強化プラスチックの表面において、強化繊維の配向に乱れが生じ、表面品位を悪化させているものを指す。
Ａ：切込の開口がほとんど認識できず、強化繊維のうねりも発生していない
Ｂ：切込の開口が認識されるが、強化繊維のうねりが発生していない
Ｃ：強化繊維のうねりが発生している。【００７４】
＜強化繊維の配向状態評価＞
得られた繊維強化プラスチックにおいて、図９における型の上面の傾斜のある箇所の中央部を長手方向に垂直な平面で切断し、矩形の断面を得た。さらに、上面に相当する箇所を１０ｍｍ×１０ｍｍで切り出し、曲面部において外周に近い側となっている８層について、強化繊維の断面形状を観察した。各層において、無作為に選んだ１００個の強化繊維の断面の長径を計測し、長径の変動係数が２０％以下の場合に、該層は強化繊維が一方向であるとみなした。【００７５】
＜樹脂部Ｐの幅の測定＞
強化繊維の配向状態評価で、強化繊維が一方向であるとみなされた層に対して、表層から順番に研磨機で層の表面を削りだした。樹脂部Ｐが確認できた層について、１０個ずつ樹脂部Ｐの幅を測定して平均値を算出した。【００７６】
＜樹脂部Ｐの体積割合測定＞
樹脂部Ｐの幅の測定と同時に、樹脂部Ｐの長さの測定を行った。１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形の表面の画像内に含まれる全ての樹脂部Ｐの幅×長さ×１／２の和を計算し、１００ｍｍ２で割ることで、層Ａに含まれる樹脂部Ｐの体積の割合を計算した。【００７７】
＜力学特性＞
曲面部を有する繊維強化プラスチックの強度比較が困難であるため、平板状の試験片を準備し引張試験を行った。３５０ｍｍ×３５０ｍｍに切り出した切込プリプレグを積層構成が[＋４５°／０°／−４５°／９０°]２ｓとなるように積層し、オートクレーブで１３０℃、１．５時間で硬化させた。【００７８】
平板成形後、０°方向が長手方向となるように、２５ｍｍ×２５０ｍｍの試験片を切り出し、ＡＳＴＭ  Ｄ３０３９（２００８）に規定された方法で引張試験を行った。測定した試験片の数は各水準５本とし、引張弾性率および引張強度の平均値を代表値として算出した。【００７９】
（実施例１）
切込パターンが図５（ａ）に示すパターンで、分断された強化繊維の長さは２０ｍｍ、切込を強化繊維の配向方向に直角な平面に投影した投影長さＷｓ＝５ｍｍ、切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θが４５°の切込プリプレグでプリプレグ積層体を構成した。【００８０】
切込分布評価では、母集団の平均値は１．６、変動係数は３２％であった。【００８１】
賦形性評価では、ｈ＝２ｍｍの場合は問題なく賦形できたが、ｈ＝６ｍｍの場合は平坦化できず、面外変形が残った。硬化後の繊維強化プラスチックの表面品位はｈ＝２ｍｍの場合もｈ＝６ｍｍの場合も切込の開口が見られた。力学特性は切込のない場合とくらべて非常に低かった。【００８２】
繊維強化プラスチックにおける樹脂部Ｐの幅は、０．２４ｍｍ、樹脂部Ｐの体積は５．７％であった。引張強度は４９０ＭＰａであった。【００８３】
（実施例２）
切込パターンが図５（ａ）に示すパターンで、分断された強化繊維の長さは２０ｍｍ、切込を強化繊維の配向方向に直角な平面に投影した投影長さＷｓ＝０．２ｍｍ、切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θが１４°の切込プリプレグでプリプレグ積層体を構成した。切込分布評価では、母集団の平均値は１７．５、変動係数は８％であった。【００８４】
賦形性評価では、ｈ＝２ｍｍの場合は問題なく賦形できたが、ｈ＝６ｍｍの場合は平坦化できず、面外変形が残った。繊維強化プラスチックの表面品位は、ｈ＝２ｍｍの場合は切込開口が見られなかった。ｈ＝６ｍｍの場合は切込開口が見られたが、実施例１よりは開口が見えにくくなっていた。【００８５】
繊維強化プラスチックにおける樹脂部Ｐの幅、体積はともに実施例１よりも小さくなった引張強度は実施例１よりも高くなった。【００８６】
（実施例３）
切込パターンが図５（ｂ）に示した切込プリプレグでプリプレグ積層体を構成した。全ての切込の長さは、分断された強化繊維の長さは２０ｍｍ、切込を強化繊維の配向方向に直角な平面に投影した投影長さＷｓ＝０．２ｍｍ、切込と強化繊維の配向方向とのなす角度θが２０°である。さらに、θが正である正切込とθが負である負切込を略同数含み、切込の延長線上に存在する切込同士の間隔が、正切込（２．８ｍｍ）と負切込（１７ｍｍ）とで異なる。切込分布評価では、母集団の平均値は１５．１、変動係数は６％であり、高密度かつ均質に切込が分布していた。【００８７】
賦形性評価では、ｈ＝２ｍｍの場合は問題なく賦形でき、ｈ＝６ｍｍの場合は面外変形があったが、平坦化することができた。硬化後はｈ＝２ｍｍ、６ｍｍの場合共に良好な品質であった。【００８８】
繊維強化プラスチックにおける樹脂部Ｐの幅、体積はともに実施例２よりもさらに小さくなった。引張強度も実施例２よりもさらに向上していた。【００８９】
（実施例４）
実施例３と同じ切込プリプレグ積層体を用いて、賦形工程で曲げ賦形だけでなく、フランジ部も賦形し、図６（ｂ）のようにフランジのあるプリフォームを作製した。プリフォームの端に面外変形が残っており、その高さはプリプレグ積層体の厚みの１．８倍であった。面外からせん断力を与えることで面外変形を少なくすることも可能であると思えたが、労力を要するため、面外変形が存在したままフランジにも圧力を与えることのできる雌型にセットし、実施例１〜３と同じように繊維強化プラスチックを製造した。その結果、フランジに存在していた面外変形は消え、平坦なフランジを有する繊維強化プラスチックを製造することができた。【００９０】
（比較例１）
切込の入っていないプリプレグのみでプリプレグ積層体を構成した。ｈ＝２ｍｍ、６ｍｍの場合共に、面外変形が生じ、平坦化もできなかった。硬化後の表面品位はｈ＝２ｍｍ、６ｍｍの場合共に繊維のうねりが確認できた。【００９１】
【表１】
2017159567.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、ホットフォーミングによりシワのないプリフォームへと賦形することができ、繊維強化プラスチックとした際に高い力学特性を発現する繊維強化プラスチックの製造方法を提供でき、また、複雑形状を有しながらも、高い力学特性を有する繊維強化プラスチックを提供することができるので、航空機、宇宙機、自動車、鉄道、船舶、電化製品、スポーツ等の構造用途に展開することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１：プリプレグ積層体
２：型の上面
３：型の側面
４：プリフォーム
５：型の長手方向
６：切込プリプレグ
７：切込
８：切込領域
９：小領域
１０：最近接する切込間に存在する帯部の幅
１１：最近接する切込間距離
１２：正切込
１３：負切込
１４：正切込を含む直線
１５：負切込を含む直線
１６：賦形中のプリプレグ積層体の端面
１７：面外変形
１８：せん断力
２４：バグフィルム
２５：図９に示した型 
２６：フランジ部
２７：樹脂部Ｐの幅
２８：樹脂部Ｐの長さ
【図１】
2017159567.tif 000006
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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