(57)【要約】  本発明の繊維強化樹脂シートは、硬化度３％以上５０％未満の熱硬化性樹脂が強化繊維に含浸されたプリプレグを裁断したチョップドプリプレグを平面状に散布し、かつ前記チョップドプリプレグ同士を熱結着させてなる繊維強化樹脂シートである。本発明は、成形型内への緻密な充填を可能とする成形材料としての目付け量の均一性に優れるとともに、強化繊維の体積含有率を高くできることから力学特性に優れた成形品が得られる、プレス成形に供すことができる繊維強化樹脂シートを提供せんとするものである。
2018147331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化度３％以上５０％未満の熱硬化性樹脂が強化繊維に含浸されたプリプレグを裁断したチョップドプリプレグを平面状に散布し、かつ前記チョップドプリプレグ同士を熱結着させてなる繊維強化樹脂シート。
【請求項２】
前記強化繊維が前記チョップドプリプレグにおいて単一の繊維配向方向に配向されている、請求項１に記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項３】
前記繊維配向方向の両端部から該繊維配向方向の中央部に向かって連続的に強化繊維の本数が増加する遷移区間を有する、請求項２に記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項４】
前記チョップドプリプレグが、前記プリプレグを前記繊維配向方向に対し２〜３０°の角度で裁断した形状を有する、請求項２または３に記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項５】
前記チョップドプリプレグに含まれる強化繊維が５ｍｍ以上１００ｍｍ未満の数平均繊維長を有する、請求項１から４のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項６】
前記チョップドプリプレグが一平面内にランダムに配置されている、請求項１から５のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項７】
前記チョップドプリプレグの最大幅（Ｗ）の最大厚み（ｔ）に対する比率（Ｗ／ｔ）が２０〜４００の範囲内である、請求項１から６のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項８】
０．１ＭＰａ以上の引張強度を有する、請求項１から７のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項９】
繊維強化樹脂シートの表層に厚さ１００μｍ以上１０００μｍ未満の樹脂層をさらに有する、請求項１から８のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項１０】
前記樹脂層が、前記チョップドプリプレグに含浸された熱硬化性樹脂を含む、請求項９に記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項１１】
１０００ｇ／ｍ２以上４０００ｇ／ｍ２未満の平均目付け量を有する、請求項１から１０のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項１２】
目付け量の最小値が平均目付け量の４０％以上１００％未満である、請求項１から１１のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【請求項１３】
前記プリプレグが、シート状のプリプレグから、目的とする成形品の形状が切り出されて残る端材もしくはプリプレグの樹脂に硬化を生じて品質基準を満たさないリサイクル材である、請求項１から１２のいずれかに記載の繊維強化樹脂シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形に供すことができる繊維強化樹脂シートに関するものである。より具体的には、成形型内への緻密な充填を可能とする成形材料としての目付け量の均一性に優れるとともに、強化繊維の体積含有率を高くできることから力学特性に優れた成形品が得られ、自動車構造材や航空機部材およびスポーツ用具等に好適に用いることが可能な繊維強化樹脂シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不連続状の強化繊維に熱硬化性樹脂を含ませたＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、各種工業材料として広く用いられている。ＳＭＣをヒーターあるいは型上で加熱し、プリプレグを構成する樹脂成分を溶融状態にした後、熱硬化性樹脂の硬化反応を誘起可能な温度に温調した金型内で圧縮することにより、所定形状を付与するプレス成形が主要な成形方法として挙げられる。従来、この種の材料における技術課題は、材料の形状への追従性を満足しつつ、成形品の力学特性をいかに高めるかという点にあり、これまで多くの技術検討がなされてきた。【０００３】
ＳＭＣの製造方法として、強化繊維糸条を所定長にカットし、平面状に散布することで強化繊維基材とした後、強化繊維基材に対し溶融して軟化状態にある樹脂を含浸する方法がある。これは溶融含浸法と呼ばれ、低コストで大量生産に対応可能な方法として知られている。この方法を用い、ＳＭＣ成形品の力学的な特性を高めるため、強化繊維の束に含まれる強化繊維単糸の本数を制限する方法が提案されている（特許文献１）。強化繊維の束を細幅とすると、強化繊維基材の内部において強化繊維の束が密に配置されるため、ＳＭＣにおける高い繊維含有率が達成され、成形品の力学特性が高められる。【０００４】
しかしながら、厚肉の成形品への対応を容易となるよう強化繊維基材の目付け量を増やしていくと、強化繊維基材中で密に強化繊維束が配置されていることから樹脂を繊維束の内部に導くことが困難になり未含浸部位を生じやすい。この未含浸部位は、ＳＭＣの圧縮成形を経た後も成形品中に空隙として残留するため成形品の品位の低下を招くとの課題がある。【０００５】
また別に、一方向に引き揃えられた強化繊維糸条に熱硬化性樹脂を含浸せしめたプリプレグを前駆体として用い、所定の寸法に裁断されたプリプレグを平面状に散布した後、プリプレグ片同士を結着せしめてシート化されたＳＭＣを得る方法も知られている（特許文献２および３）。この場合、前駆体であるプリプレグの強化繊維の含有量を調節することによりＳＭＣとしての力学特性が制御される。本構成は、プリプレグとして高い繊維含有量を持つ場合においても、プリプレグの製造時において引き揃えられた複数の強化繊維糸条が均一な目付けを持つことにより繊維束内への樹脂含浸が容易である。この特徴から、繊維束内の樹脂未含浸を減じることにより、成形品におけるボイド量が低減され成形品の強化に有効とされている。【０００６】
しかしながら、所定寸法に裁断されたプリプレグと散布してシート化する際、プリプレグ中の樹脂成分が持つ粘着性から、プリプレグの裁断片同士が結着する場合や、裁断片が折込まれたまま形態が安定化されるものがある。このような状態の裁断片を散布してＳＭＣを得ると局所的な目付け量のバラつきを生じやすい。これはＳＭＣシートの厚さが部位ごとにバラつきを持つことを意味し、ＳＭＣ成形品の製造において成形型内で材料に均一な面圧分布を与えることが難しくなる。結果として、加圧力不足の箇所において表面概観が損なわれること、あるいは成形品内部が圧着されず成形品の強度低下を生じることが課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１５５９１２号公報
【特許文献２】米国公開第２０１１／００１１９７５号
【特許文献３】国際公開第２００８／１４９６１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決しようとするものであって、強化繊維の含有率が高い場合においても繊維束内へ樹脂が良く含浸されているとともに、成形型内への緻密な充填を可能とする成形材料としての目付け量の均一性に優れることから、ボイドが除かれた成形品を容易に得ることができる繊維強化樹脂シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決せんとするものであり、硬化度３％以上５０％未満の熱硬化性樹脂が強化繊維に含浸されたプリプレグを裁断したチョップドプリプレグを平面状に散布し、かつ前記チョップドプリプレグ同士を熱結着させてなる繊維強化樹脂シートである。【００１０】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記強化繊維が前記チョップドプリプレグにおいて単一の繊維配向方向に配向されている。【００１１】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記繊維配向方向の両端部から該繊維配向方向の中央部に向かって連続的に強化繊維の本数が増加する遷移区間を有する。【００１２】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記チョップドプリプレグが、前記プリプレグを前記繊維配向方向に対し２〜３０°の角度で裁断した形状を有する。【００１３】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記チョップドプリプレグに含まれる強化繊維が５ｍｍ以上１００ｍｍ未満の数平均繊維長を有する。【００１４】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記チョップドプリプレグが一平面内にランダムに配置されている。【００１５】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記チョップドプリプレグの最大幅（Ｗ）の最大厚み（ｔ）に対する比率（Ｗ／ｔ）が２０〜４００の範囲内である。【００１６】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、０．１ＭＰａ以上の引張強度を有する。【００１７】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、繊維強化樹脂シートの表層に厚さ１００μｍ以上１０００μｍ未満の樹脂層をさらに有する。【００１８】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記樹脂層が、前記チョップドプリプレグに含浸された熱硬化性樹脂を含む。【００１９】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、１０００ｇ／ｍ２以上４０００ｇ／ｍ２未満の平均目付け量を有する。【００２０】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、目付け量の最小値が平均目付け量の４０％以上１００％未満である。【００２１】
本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい態様によれば、前記プリプレグがシート状のプリプレグから、目的とする成形品の形状が切り出されて残る端材もしくはプリプレグの樹脂に硬化を生じて品質基準を満たさないリサイクル材である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、強化繊維の含有率が高い場合においても繊維束内へ樹脂が良く含浸されているとともに、成形型内への緻密な充填を可能とする成形材料としての目付け量の均一性に優れることにから、ボイドが除かれた成形品を容易に製造できる繊維強化樹脂シートを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明におけるチョップドプリプレグの一例を示す概略平面図である。
【図２】本発明におけるチョップドプリプレグの他の例を示す概略平面図である。
【図３】本発明におけるチョップドプリプレグのさらに他の例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、上記の課題を解決せんとするものであり、本発明の繊維強化樹脂シートは、硬化度が３％以上５０％未満の熱硬化性樹脂が強化繊維に含浸されたプリプレグを裁断したチョップドプリプレグが平面状に散布され、かつチョップドプリプレグ同士を熱結着させた繊維強化樹脂シートである。
【００２５】
次に、本発明の実施形態の詳細を説明する。
強化繊維糸条に熱硬化性樹脂を含ませた含浸体を散布してシート化した成形材料は、一般にＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）と呼ばれ、樹脂が良く含浸されたシート状の成形材料を得るのが容易であることから、空隙の少ない成形品を得るのに適している。
【００２６】
一方、プリプレグを散布してシート化することで得られるＳＭＣは、その散布の工程において、プリプレグの樹脂成分が持つ粘着性により、プリプレグが折りたたまれたり、あるいは接着されたりした三次元的な集合体を作る場合が認められる。この集合体はＳＭＣの厚さに部位ごとのバラつきを与えることから、ＳＭＣによる成形品の製造において成形型内にて材料に均一な面圧分布を与えにくくなる。このことは加圧力不足の箇所において表面外観が損なわれる要因であるとともに、成形品内部が圧着されず成形品の強度低下を生じる要因にもなり得る。さらにプリプレグは未硬化である熱硬化性樹脂の性状から柔軟性を持つものである。そのため、単一のプリプレグ内で折り込みを生じ、該形態において形状が安定化されるものがある。この場合、折りたたまれた強化繊維は補強効果に劣るようになるため、ＳＭＣ成形品の力学特性の劣化を招きやすい。
【００２７】
上記のような課題を一挙に解決するものとして、本発明の強化樹脂シートは、硬化度が３％以上５０％未満の熱硬化性樹脂が強化繊維に含浸されたプリプレグを裁断したチョップドプリプレグが平面状に散布され、かつチョップドプリプレグ同士を熱結着させた繊維強化樹脂シートである。
【００２８】
熱硬化性樹脂の硬化度がこの範囲内にあることにより、チョップドプリプレグの結着性が低減され、チョップドプリプレグがシート状に散布される工程にて、チョップドプリプレグ同士が集合体を形成する頻度が極小化される。加えて、硬化度がこの範囲内にあることにより、熱硬化性樹脂は未硬化の状態に対して固さを増す。この状態のチョップドプリプレグは適度な剛直性を示すようになり、単一のチョップドプリプレグ内で折り込みを形成する頻度が抑制される。補強効率に劣る折り込みを持つチョップドプリプレグを排除できることで、成形品の力学特性が効果的に高められる。
【００２９】
本発明の繊維強化樹脂シートにおいては、シートの最表面１ｍ２当たりに測定された折り込み部を持つチョップドプリプレグの個数が２００個未満であることが好ましく、より好ましくは１００個未満、さらに好ましくは５０個未満である。折り込み部の個数は、繊維強化樹脂シートの表面を覗き、折り込み部を持つチョップドプリプレグの個数を数えることで測定できる。
【００３０】
本発明のチョップドプリプレグはプリプレグを裁断することで得ることができる。ここでプリプレグとは、強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸されたシート状物のことである。チョップドプリプレグに含まれる熱硬化性樹脂の硬化度を所定の範囲内に調整するには、プリプレグの状態にて熱硬化性樹脂の硬化度を調整するのが良い。こうすれば、プリプレグの粘着性が抑制されることから、プリプレグを裁断してチョップドプリプレグを得る工程と、チョップドプリプレグをシート状に散布する工程において、上述した本発明の繊維強化樹脂シートの好ましい特徴を発現できるようになる。プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂の硬化度を調整する方法として、プリプレグを熱処理する方法を用いることができる。熱処理の方法に特に制限は無く、例えば、プリプレグに対して所望の温度に調整されたオーブン内で加熱する方法が好ましく利用できる。この方法は、単一のシート状プリプレグに加え、支持管に巻きつけられてロール状とされたプリプレグについても有効に用いることができる。プリプレグロールを加熱する方法は、時間当たりに処理可能なプリプレグの量が多くすることができるので、生産性に特に優れた方法として例示できる。熱処理の方法としては、赤外線ヒーター等を用いて赤外線で加熱する方法が、走行するプリプレグに対して適用が容易との利点がある。つまり、プリプレグの製造プロセスに組み込むのが容易であり、経済性の観点から好ましく利用できる。プリプレグの強化繊維として導電性繊維を用いた構成については、誘電加熱による熱処理を好適に選択することもできる。これによれば電磁誘導による導電性繊維の発熱を熱処理に利用できるため、積層あるいはロール状に巻かれて厚さを増したプリプレグに対しても均一な熱の分布を与えることができるので、プリプレグの硬化度の調整精度が高く好ましい。
【００３１】
本発明の繊維強化樹脂シートにおいて、チョップドプリプレグは、所望の硬化度に調整されているとともに、個々のチョップドプリプレグに測定される硬化度が所定範囲内であることが、チョップドプリプレグの散布工程における工程通過性を高める観点から重要である。すなわち、個々のチョップドプリプレグに測定される硬化度の変動係数３０％未満であることが好ましく、より好ましくは２０％未満、さらに好ましくは１０％未満である。変動係数の下限は、特に制限はないが、一般に０．５％以上が例示できる。
【００３２】
チョップドプリプレグの硬化度は、製造直後のプリプレグに対する硬化発熱量をＱｐ（Ｊ／ｇ）、熱処理されたチョップドプリプレグの残存発熱量をＱｃ（Ｊ／ｇ）とすると、硬化度（％）＝（Ｑｐ―Ｑｃ）／Ｑｐ×１００として求められる。チョップドプリプレグを２０個採取し、その硬化度（ｉ＝１，２，・・・２０）に対する標準偏差をＫｖ、平均値をＫａｖｅとおけば、チョップド硬化度の変動係数ＣＶは、ＣＶ（％）＝Ｋｖ／Ｋａｖｅ×１００として求められる。
【００３３】
個々のチョップドプリプレグに測定される硬化度のバラつきを小さくするには、前駆体であるプリプレグの熱処理の条件を適宜変えることで達成できる。特に、積層されたり、ロール状に巻かれたりすることによって、厚さを増しているプリプレグに対して熱処理を行う際には、プリプレグ内部の温度差が大きくなりやすい。したがって、プリプレグの熱処理温度は１００℃未満であることが好ましく、より好ましくは８０℃未満であり、さらに好ましくは６０℃未満である。処理温度が１００℃以上であれば、プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂が峻烈な硬化反応を呈す場合がある。この場合、プリプレグの局所的な部位に高い硬化度を持つこととなり、所望の硬化度バラつきに抑えることが難しくなる。熱処理温度の下限に関して特に制限は無いが、３０℃以上とすることが処理時間を短縮する上で好ましい。
【００３４】
成形品の力学特性を高めるには、強化繊維の体積含有率が高いことが好ましい。チョップドプリプレグにおける強化繊維の体積含有率は、４０％以上が好ましく、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは５５％以上である。
【００３５】
本発明の重要な特徴は、チョップドプリプレグはプリプレグを前駆体として用いることができる点である。一般に、プリプレグの製造においては、引き出された強化繊維が拡幅され、シート状とされた強化繊維束に対し、溶融した樹脂を強化繊維束内に誘導する溶融含浸法が好ましく利用することができる。本方法は、一定の厚さとした強化繊維束に対して樹脂を加圧力により含浸させることができるので含浸ムラが極めて小さく、また、繊維の体積含有率が高い場合においても良好な樹脂含浸を達成することが容易である。このようなプリプレグを利用することで、本発明の繊維強化樹脂シートにおいても含浸が良好との好ましい特徴が維持されるようになり、引いては繊維強化樹脂シートによる成形品のボイドを減じることにも有効に作用するのである。強化繊維の体積含有率の上限としては、プリプレグ中の強化繊維が最密に近く充填された場合としておよそ７％を例示できる
【００３６】
本発明の繊維強化樹脂シートのチョップドプリプレグは、強化繊維に対して熱硬化性樹脂が完全に含浸されてなることが好ましい。含浸の程度は次のように測定できる。チョップドプリプレグを１０ｇ取り、含まれる強化繊維をピンセットで分離する。強化繊維単糸に分離することが難しい場合は、強化繊維が１０〜３０本含まれる繊維束に分離しても良い。次いで強化繊維単糸あるいは束の側面を顕微鏡で拡大して樹脂の付着の有無を確認する。側面積の７０％以上において樹脂が付着していれば完全含浸と判定する。
【００３７】
本発明の繊維強化樹脂シートに利用可能な熱硬化性樹脂としては、例えば、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、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂等を例示できる。とりわけ、エポキシ樹脂を用いる構成では、本発明の繊維強化樹脂シートが高い力学特性を示すことに加え、熱処理による硬化度の調節が容易であることから好ましく選択できる。
【００３８】
本発明の繊維強化樹脂シートは、繊維強化樹脂シートを構成するチョップドプリプレグ同士が熱結着していることが特徴である。本発明の繊維強化樹脂シートは夫々形状に裁断され得るとともに、所定形状への追従を助けるために適宜積層して利用できる。本特徴を具備することにより、成形工程での材料の取り扱い性が容易となり、製造される部材の品質の同一性が高められる。
【００３９】
繊維強化樹脂シートに含まれるチョップドプリプレグ同士を熱結着させる方法としては、チョップドプリプレグを平面状に散布した後で加熱する方法を例示できる。この場合、所定の硬化度に調整されたことにより室温（２３℃）にて粘着性を失っているチョップドプリプレグに対し熱を加えることで熱硬化性樹脂の粘着性が誘起され、チョップドプリプレグ同士を熱硬化性樹脂の成分によって固定できるようになる。また、結着の程度は加熱に加え、加圧することによっても適宜調整してよい。
【００４０】
チョップドプリプレグ同士の結着力を測るには、繊維強化樹脂シートの引張試験を行い、その応力―ひずみ関係における最大応力を参照する方法を例示できる。ここで、最大応力が０．１ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは０．２ＭＰａ以上、さらに好ましくは０．５ＭＰａ以上である。最大応力の上限に特段の制限は無いが、一般に１０ＭＰａを例示できる。この状態にある繊維強化樹脂シートは、繊維強化樹脂シートの裁断や搬送時の取り扱いにおいて、シートからチョップドプリプレグが脱離することがない。
【００４１】
チョップドプリプレグ同士が結着されてなるとの特徴は、繊維強化樹脂シートの部位ごとの目付け量のバラつきが極めて小さなシートを製造できるとの利点にも繋がっている。本発明の繊維強化樹脂シートの各部位に対して測定する最小目付け量が、平均目付け量の４０％以上１００％未満であり、より好ましくは８０％以上１００％未満、さらに好ましくは９０％以上１００％未満である。
【００４２】
本発明の繊維強化樹脂シートは、肉厚の部材へ対応できるようシートの目付け量を大きくした場合においても、目付け量のバラつきの小ささを維持することが可能である。本特徴が好ましく発現する態様として、本発明の繊維強化樹脂シートの平均目付け量が１０００ｇ／ｍ２以上４０００ｇ／ｍ２未満であることが好ましく、より好ましくは１５００ｇ／ｍ２以上３５００ｇ／ｍ２未満、さらに好ましくは２０００ｇ／ｍ２以上３３００ｇ／ｍ２未満である。
【００４３】
繊維強化樹脂シート内の任意の位置で測定した目付け量の最小値が平均目付け量の４０％以上１００％未満であることが好ましい。目付け量の最小値がこの範囲内にあることは繊維強化樹脂シートの目付けばらつきが小さいことを意味し、繊維強化樹脂シートの成形型内での材料充填が緻密となることから成形品に含まれるボイド率を効果的に減じることができる。
【００４４】
本発明で使用するチョップドプリプレグは、種々形態のプリプレグを所定の寸法に裁断することにより得られる。用いられるプリプレグの種類は、シート状であれば特に制限はなく、連続した強化繊維から構成されるプリプレグや不連続状の強化繊維から構成されるプリプレグを利用できる。連続した強化繊維から構成されるプリプレグとしては、例えば、強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ（一方向プリプレグ）、強化繊維が編まれた織構造を持つプリプレグ（織物プリプレグ）、Ｎｏｎ  Ｃｒｉｍｐ  Ｆａｂｒｉｃ（ＮＣＦ）に樹脂を含浸させてなるプリプレグが例示される。不連続状の強化繊維から構成されるプリプレグとしては、チョップド強化繊維束に樹脂を含ませたＳｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ（ＳＭＣ）、単糸状の強化繊維あるいは強化繊維からなる細束が樹脂中に分散したＢｕｌｋ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ（ＢＭＣ）を用いることができる。とりわけ、連続した強化繊維から構成されるプリプレグを前駆体として用いることは、繊維含有量を高くするのが容易であるため、本発明の繊維強化樹脂シートに優れた力学特性を与えることができ好ましい。
【００４５】
本発明の繊維強化樹脂シートは、チョップドプリプレグに含まれる強化繊維の繊維配向方向が一方向であることが好ましい。チョップドプリプレグに含まれる強化繊維の樹脂成分に対する割合は、繊維強化樹脂シートの力学特性に大きな影響を及ぼす。とりわけ、緻密な強化繊維の充填を与えることが可能な一方向に強化繊維が配向する態様は、繊維強化樹脂シートの力学特性を高めるために有効である。このようなチョップドプリプレグを効率的に得るには、前駆体のプリプレグとして一方向プリプレグを好ましく用いることができる。
【００４６】
本発明の繊維強化樹脂シートは好ましいチョップドプリプレグの形状を具備することにより、成形品の力学特性を高めた態様とすることができる。図２に示す通り、繊維強化樹脂シート中のチョップドプリプレグ１の繊維方向１１の両端部１２から中央部Ｃに向かって連続的に前記強化繊維の本数が増加する遷移区間Ｓを有するのが好ましい。言い換えると、チョップドプリプレグの中央部Ｃは強化繊維本数が多く、両端部１２に向かって繊維方向１１に連続的に強化繊維本数が減少する遷移区間Ｓを有するのが好ましい。なお、本発明におけるチョップドプリプレグの繊維方向１１の端部１２とは、チョップドプリプレグ１のうち、繊維方向１１にもっとも離れた点、もしくは複数点、または線のことを指す。具体的には強化繊維１０の端部、もしくはそれらの集合からなるものを指す。一方、本発明におけるチョップドプリプレグの繊維方向の中央部Ｃとは、チョップドプリプレグにおいて幅方向に最大幅（強化繊維本数が最大）となっている区間を指す。つまり、チョップドプリプレグ１において、幅方向に最大幅となる中央部Ｃ以外が、連続的に強化繊維本数が増加する遷移区間Ｓに相当する。図３に遷移区間を有するチョップドプリプレグ１の形状の数例を示す。
【００４７】
このように、強化繊維本数をチョップドプリプレグ１内で連続的に変化させることにより、チョップドプリプレグ１の中央部Ｃで最大であるチョップドプリプレグ１の受け持つ荷重を、チョップドプリプレグ１の端部１２に向かって連続的に存在する強化繊維１０の端部１２から少しずつ周囲に解放するようにしたため応力集中が発生し難く、強化繊維の強度を成形品強度へ反映しやすい構成とできる。なお、本発明において連続的とは、遷移区間Ｓ内で少なくとも二箇所以上で強化繊維本数の増減があり、その二箇所以上（強化繊維本数の増減を判断した箇所）と同一の箇所で分断される強化繊維１０の総断面積が０．００８ｍｍ２以下であることを指す。より滑らかに強化繊維本数が増減した方が、応力集中が起きにくいとの観点から、同一箇所で分断される強化繊維１０の総断面積は０．００２２ｍｍ２以下であるのが好ましい。遷移区間Ｓにおける強化繊維１０の総断面積の変化量は１ｍｍあたり０．０５ｍｍ２以下であることで、応力集中を有効に抑制することができる。好ましくは、１ｍｍあたり０．０４ｍｍ２以下であり、さらに好ましくは０．０２５ｍｍ２以下である。強化繊維の総断面積はそれぞれの強化繊維の繊維幅方向の断面積の総和である。上述の遷移区間Ｓを有するチョップドプリプレグ１は、強化繊維本数が連続的に増えて一定値となった後に連続的に減る構成か、強化繊維本数が連続的に増えて一定値を取らず連続的に減る構成か、のいずれかの構成をとる。中でも、チョップドプリプレグ１を繊維方向１１にチョップドプリプレグ１の端部１２からもう一方の端部まで走査して、繊維方向に１ｍｍあたりに含まれる強化繊維の端部の断面積を計測し、その総断面積を和算したものが０．０５ｍｍ２以下であるのが好ましい。チョップドプリプレグ１に含まれる強化繊維１０の断面積が±１０％以下のばらつきの場合は、１ｍｍあたりに含まれる強化繊維の端部１２の数を計測し、代表的な強化繊維１０の断面積と掛算した値を用いるものとする。また、チョップドプリプレグ１の最大幅が３ｍｍ未満である場合は、チョップドプリプレグ１の全幅における変化量を測定し、１ｍｍあたりの変化量に比例換算した値を用いる。
【００４８】
特に遷移区間Ｓを有するチョップドプリプレグ１においては、繊維方向１１に１ｍｍ移動するごとに強化繊維単糸の本数の減少量が１４００本以下であると、有効に応力集中を防ぐことができるため好ましい。さらに好ましくは１ｍｍあたり１０００本以下がよく、さらに強度向上を図るためには１ｍｍあたり６００本以下がよい。ただし、チョップドプリプレグ１の最大幅Ｗが３ｍｍ未満である場合は、チョップドプリプレグ１の全幅Ｗにおける変化量を測定し、１ｍｍあたりの変化量に比例換算した値を用いる。この際、遷移区間Ｓ内で少なくとも二箇所以上で強化繊維本数の増減があり、その二箇所以上（強化繊維本数の増減を判断した箇所）と同一箇所で分断される強化繊維１０の本数が２００本以下であるのがよく、さらに好ましくは５０本以下であるのがよい。
【００４９】
本発明の繊維強化樹脂シートを構成するチョップドプリプレグの形態として、チョップドプリプレグ１の端部１２が繊維方向１１に対して斜めに設けられている形態であるのが好ましい。中でもチョップドプリプレグ１の端部１２が繊維方向と２〜３０°の角度で直線状の形態を有している形態がより好ましい。かかるチョップドプリプレグ１は、例えば、連続した一方向プリプレグを引き出し、繊維方向１１と２〜３０°の角度に直線状に裁断することにより、好ましいチョップドプリプレグ１を得ることができる。チョップドプリプレグ１の端部１２は繊維方向１１に対して小さい角度であればあるほど成形品とした際に高強度化でき、特に３０°以下でその効果が著しいが、チョップドプリプレグ１自体の取り扱い性が低下すること、裁断プロセスにおいて、繊維方向１１と裁断する刃との角度が小さければ小さいほど安定性を欠くため、２°以上の角度が好ましい。さらに好ましくはチョップドプリプレグ１の端部１２が繊維方向１１と３〜２５°の角度がよく、さらに成形品としての高強度化とプロセス性との兼ね合いから好ましくは５〜２０°がよい。
【００５０】
このようなチョップドプリプレグを得るには、例えば、ギロチンカッターや、ロービングカッター等のロータリー式カッターなどにプリプレグを挿入して所望の形状へ裁断する方法が示できる。
【００５１】
チョップドプリプレグ中の強化繊維を長くすれば、繊維強化樹脂シートによる成形品の力学特性を高めることができる一方、チョップドプリプレグは嵩張るようになるためシートの製造工程においてチョップドプリプレグの取り扱い性に劣るようになる。特に、シートの部位ごとのに適性量のチョップドプリプレグを与え、目付けバラつきが小さく品位に優れた繊維強化樹脂シートを得る観点から、強化繊維の長さに上限を持たせることもできる。このとき、チョップドプリプレグに含まれる強化繊維の数平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ未満であることが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以上６０ｍｍ未満、さらに好ましく刃２０ｍｍ以上５０ｍｍ未満である。数平均繊維長の測定は、チョップドプリプレグを４５０°とした電気炉に空気環境下で１時間静置して樹脂成分を焼きとばすことにより抽出した強化繊維の長さを測ることにより実施できる。抽出された強化繊維を無作為に４００本取り出し、その長さを１／１０ｍｍ刻みで継続し、その平均値をもって数平均繊維長とする。
【００５２】
本発明の繊維強化樹脂シートは、チョップドプリプレグが平面内にランダムに配置されているのが好ましい態様である。かかる態様であると、等方的で設計しやすい成形材料とすることができる。チョップドプリプレグの分布ムラ、配向ムラが存在すると力学物性の低下、そのバラツキの増大、薄物の成形品でのソリ、ヒケの発生などの問題が生じるため、平面方向にチョップドプリプレグがランダムに均一配置されていることが重要である。
【００５３】
さらに好ましくはチョップドプリプレグの最大幅Ｗ（ｍｍ）と最大厚みｔ（ｍｍ）との比率（Ｗ／ｔ）が２０〜４００の範囲内であるのが良い。比率（Ｗ／ｔ）は扁平率と称されるもので、扁平率が大きいほどチョップドプリプレグは扁平であり、強度向上効果が見込める。Ｗは図１に示したように、繊維方向１１に走査した際、チョップドプリプレグ中もっとも大きな幅である。また、ｔ（ｍｍ）は繊維方向１１に走査した際、チョップドプリプレグ中もっとも大きな厚みである。
【００５４】
チョップドプリプレグを構成する強化繊維としては、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維は、これら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適である。
【００５５】
炭素繊維は、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維を用いることが可能であるが、耐衝撃性、引張強度および圧縮強度との両立の点から、炭素繊維の引張弾性率は、少なくとも２００ＧＰａが好ましく、より好ましくは２００〜６００ＧＰａの範囲であり、さらに好ましくは２５０〜４５０ＧＰａの範囲である。また、炭素繊維の強度の観点からは、高い剛性、高い引張強度および高い圧縮強度等の力学特性を有する複合材料が得られることから、引張強度が４．０ＧＰａ以上の炭素繊維が好ましく用いられ、より好ましくは４．０〜７．５ＧＰａの範囲であり、さらに好ましくは５．０〜７．０ＧＰａの範囲である。また、引張伸度も重要な要素であり、引張伸度が１．５％以上の高伸度である炭素繊維であることが好ましい。従って、引張弾性率が少なくとも２００ＧＰａ以上であり、引張強度が少なくとも４．０ＧＰａ以上であり  、引張伸度が少なくとも１．５％以上であるという特性を兼ね備えた炭素繊維が最も適している。
【００５６】
炭素繊維の市販品としては、“トレカ（登録商標）”Ｔ８００Ｇ−２４Ｋ、“トレカ（登録商標）”Ｔ８００Ｓ−２４Ｋ、“トレカ（登録商標）”Ｔ８１０Ｇ−２４Ｋ、“トレカ（登録商標）”Ｔ７００Ｇ−２４Ｋ、“トレカ（登録商標）”Ｔ３００−３Ｋ、および“トレカ（登録商標）”Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ（以上東レ（株）製）などが挙げられる。
【００５７】
本発明の繊維強化樹脂シートは表層に厚さ１００μｍ以上１０００μｍ未満の樹脂層を有すことが好ましく、より好ましくは２００μｍ以上５００μｍ未満、さらに好ましくは２５０μｍ以上４００μｍ未満である。本構成では、強化繊維の割合を高くしたチョップドプリプレグを用いた場合においても、成形品の表面での強化繊維の露出や、樹脂が欠損することによる表面割れ等の成形欠陥が抑制するのに有効である。また、樹脂層をチョップドプリプレグ同士の結着を補助する成分として利用してもよい。この場合、樹脂成分がチョップドプリプレグ間を橋渡しすることで、繊維強化樹脂シートからのチョップドプリプレグの脱離を防ぐとともに、繊維強化樹脂シートにしなやかさを与えることができるのでシートのハンドリング性を高めることもできる。さらに樹脂層は、繊維強化樹脂シートのタック性を調節する目的でも利用することができる。タック性が適正であるようにすると、繊維強化樹脂が積層された場合に、積層間でシート同士が固定することができるので、積層体のハンドリングをより容易にすることができる。
【００５８】
さらに、前記樹脂層には成形品の特性を高めるため、種々添加剤を配合することができる。本発明の繊維強化樹脂シートによる成形品の耐衝撃性を高める観点からは、熱可塑性樹脂粒子を配合しても良い。中でも、ポリアミドは最も好ましく、ポリアミドの中でも、ナイロン１２、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６／１２共重合体や特開平０１−１０４６２４号公報の実施例１記載のエポキシ化合物にてセミＩＰＮ（高分子相互侵入網目構造）化されたナイロン（セミＩＰＮナイロン）は特に良好な熱硬化性樹脂との接着強度を与えるものとして例示できる。本発明の繊維強化樹脂シートによる成形品の導電性を高める観点からは、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボン粒子、金属粉体を配合することができる。また、樹脂層に銅あるいはアルミからなる金属メッシュを埋設することでも同様の効果が得られる。
【００５９】
樹脂層とチョップドプリプレグの層との接着を補助する目的で、樹脂層がチョップドプリプレグに含まれる熱硬化性樹脂と同一の成分を含ませる構成とするのが好ましい。本発明の効果を妨げない範囲でカップリング剤を添加しても良い。
【００６０】
本発明の繊維強化樹脂シートにおいて用いるプリプレグが、プリプレグの端材もしくはリサイクル材であることが好ましい。シート状のプリプレグから、目的とする成形品の形状が切り出されていくと、最終的にこれ以上製品形状を切り出すことができないプリプレグの端材が残されることとなる。本発明の繊維強樹脂シートは、このようなプリプレグの端材を利用して製造することが可能である。加えて、プリプレグ製品は、長期放置された場合や高温で保管されるなどした場合には、プリプレグの樹脂に硬化を生じて品質基準を満たさないものがでる場合がある。このようなプリプレグは通常利用されることなく、廃棄されるより他ない場合が多い。本発明の繊維強樹脂シートは、このようなプリプレグをリサイクル材として再活用することが可能である。端材もしくはリサイクル材を利用できることにより、本発明の繊維強化樹脂シートは環境負荷を低減できるとともに特に優れた経済性を発揮するようになるのである。端材もしくはリサイクル材の形態および種類は特に限定されないが、例えばロール状に巻かれたプリプレグの一般的な製品荷姿のものに加え、プリプレグ幅を調整するように裁断されたスリットテープ、繊維束に樹脂を含ませたトウプレグおよびこれらを前駆体とする加工品を例示できる。
【実施例】
【００６１】
＜成形品のボイド率測定方法＞
繊維強化樹脂シートからなる成形品を厚さ方向に切断し、その切断面を研磨して観察試料とした。観察は光学顕微鏡を用いて倍率を２００倍として行った。成形品内部のボイドは黒色にて撮像されるので、成形品の健全な部位と判別することができる。ここで、観察した成形品の面積をＳａ（ｍｍ２）、ボイドの面積をＳｂ（ｍｍ２）とおけば、ボイド率Ｖは、Ｖ（％）＝Ｓｂ／Ｓａ×１００である。観察は無作為に選ばれた成形品断面の１ｍｍ×１ｍｍの領域について、計５回実施し、その平均値をもってボイド率とした。【００６２】
＜繊維強化樹脂シートの目付け量測定方法＞
繊維強化樹脂シートから５ｃｍ×５ｃｍの領域を切り出し、その重量を測定した。無作為に選ばれた領域に対して５０回測定を繰り返し、重量の平均値を求めた。これを単位面積当たりに換算することで目付け量（ｇ／ｃｍ２）を算出した。【００６３】
＜チョップドプリプレグの硬化度方法＞
繊維強化樹脂シートより、チョップドプリプレグを５ｍｇ採取し、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）を用いて、１０℃／分の昇温速度で３０℃から３５０℃まで昇温測定し、発熱カーブを取得し、その発熱ピークを積分することにより、総発熱量Ｑｃ（Ｊ／ｇ）を算出した。同様の手順で、チョップドプリプレグの前駆体であるプリプレグについても総発熱量Ｑｐ（Ｊ／ｇ）を測定した。繊維強化樹脂シート中のチョップドプリプレグの硬化度硬化度（％）＝（Ｑｐ−Ｑｃ）／Ｑｐ×１００として求められる。【００６４】
＜チョップドプリプレグの平均幅、平均厚みの測定方法＞
繊維強化樹脂シート中のチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍ（ｍｍ）の測定は次のように行う。繊維強化樹脂シートを、４５０℃に温調された電気炉中で１時間加熱することにより、マトリックス樹脂を分解させ、残った強化繊維束をピンセットで取り出した。次いで、無作為に選んだ１０個の強化繊維束について、１つの強化繊維束の繊維方向に対し、両端部と中点部の３箇所をノギスにて１／１０ｍｍの精度で測定した。本操作を１０個の強化繊維束について実施し、その平均値をもってチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍ（ｍｍ）とした。成形材料中のチョップドプリプレグの平均厚みｔｍ（ｍｍ）の測定は、平均幅Ｗｍ（ｍｍ）を測定したチョップドプリプレグについて、１つのチョップドプリプレグの繊維方向に対して両端部と中点部の３箇所をノギスにて１／１００ｍｍの精度で測定し、その平均値ｔａ（ｍｍ）を求めた。チョップドプリプレグにおいて樹脂が一様に分布しているものと考え、チョップドプリプレグの平均厚みｔｍ（ｍｍ）は、チョップドプリプレグの０〜１．０である繊維体積含有率Ｖｆ（単位無し）を用い、ｔｍ（ｍｍ）＝ｔａ／Ｖｆとして求めた。【００６５】
＜繊維強化樹脂シートおよび成形平板の引張特性の測定方法＞
各実施例および比較例で得られたシート状の成形材料より、長さ２５０±１ｍｍ、幅２５±０．２ｍｍの引張強度試験片を切り出した。ＪＩＳ  Ｋ−７０７３（１９９８）に規定する試験方法に従い、標点間距離を１５０ｍｍとし、クロスヘッド速度２．０ｍｍ／分、室温条件にて引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン（登録商標）万能試験機４２０８型を用いた。測定した試験片の数はｎ＝５とし、平均値を引張強度とした。成形平板の引張特性も、同様の手順にて測定した。【００６６】
（実施例１）
混練装置で、２０質量部の“スミエポキシ（登録商標）”ＥＬＭ４３４（テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、住友化学（株）製）、８０質量部の“ＥＰＯＮ（登録商標）”８２５（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（株）製）を混練した後、２１質量部の“スミカエクセル（登録商標）”ＰＥＳ５００３Ｐ（ポリエーテルスルホン、住友化学工業（株）製、重量平均分子量：４７０００）を１６０℃で溶解混練した後、エポキシ樹脂組成物を８０℃に降温して６９質量部の４，４’−ＤＤＳ（４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、和歌山精化工業（株）製）を混練し、エポキシ樹脂組成物（Ａ）を作製した。【００６７】
得られたエポキシ樹脂組成物を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルム（Ａ）を作製した。次に、シート状に一方向に配列させた東レ（株）製、炭素繊維“トレカ（登録商標）”Ｔ８００Ｓ−２４Ｋ−１０Ｅ（繊維数２４０００本、引張強度５．９ＧＰａ、引張弾性率２９０ＧＰａ、引張伸度２．０％の炭素繊維、総繊度１．０３ｇ／ｍ、東レ（株）製）に、樹脂フィルム２枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を炭素繊維に含浸させ、炭素繊維の目付が１９０ｇ／ｍ２、繊維体積含浸有率が５５％、幅２７ｍｍの一方向プリプレグを得た。【００６８】
得られた一方向プリプレグを外径２０ｃｍである紙管に巻きつけ、６０℃に温調された熱風乾燥機中にて３０時間静置することにより、プリプレグに含まれるエポキシの硬化度を調整した。硬化度が調整された一方向プリプレグに測定された硬化度は１５％であった。
硬化度が調整された一方向プリプレグを、周方向に２５ｍｍ間隔、９０°の角度で切断刃が設置されているロータリー式カッターで切断することにより、端部が繊維方向と９０°の角度で直線状の形態を有した繊維長２５ｍｍのチョップドプリプレグを作製した。【００６９】
ロータリー式カッターの５０ｃｍ下方に、鉄製の支持台が配置し、その上に裁断されたチョップドプリプレグを散布した。チョップドプリプレグを散布しつつ支持台を３０ｃｍ／ｍｉｎの速度で移動させることにより、幅３０ｃｍであり、長さ２ｍのチョップドプリプレグ基材を得た。【００７０】
チョップドプリプレグ基材をダブルベルトプレスに挿入し、温度を１２０℃、シートに加わる面圧を０．１ＭＰａとして加熱区間を通過させた後、温度２０℃とした冷却区間にて面圧を保持したまま冷却することにより、幅３０ｃｍ、長さ２ｍ繊維強化樹脂シートを連続的に製造した。繊維強化樹脂シートにおける平均目付け量は７１２ｇ／ｍ２、その変動係数は１６％であった。繊維強化樹脂シートにおけるチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍは３０．１ｍｍ、平均厚みｔｍは０．１３ｍｍであり、その比率（Ｗｍ／ｔｍ）は２３１であった。繊維強化樹脂シートの引張試験の結果、最大応力は０．５ＭＰａであった。【００７１】
繊維強化樹脂シート（Ａ）を２７０×２７０ｍｍに切り出し、５枚重ねた後、３００×３００ｍｍのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した後、加熱型プレス成形機により、３ＭＰａの加圧のもと、１８０℃×２時間の条件により硬化せしめ、３００×３００ｍｍの平板状の成形品を得た。【００７２】
繊維強化樹脂シートの切り出しと積層の工程、積層体の金型への搬送において、繊維強化樹脂シートからチョップドプリプレグが脱離することが無く、計量された投入量を型内にチャージすることが容易であった。繊維強化樹脂シートにおいて、チョップドプリプレグ同士が良く結着されていることから取り扱い性に優れることが確認された。成形品においては、金型内全体に対して材料が充填されており、成形品に欠け等の欠損部位は見られなかった。成形品表面は一様な光沢を有すとともに、樹脂の欠如による強化繊維の露出部は観察されず良好な概観であった。成形品を切り出して断面観察した結果、ボイド率は０．３％であり、比較例４との対比において極めて低いボイド率を達成していることが確認された。さらに引張試験を行った結果、引張強度は２８０ＭＰａであり、比較例４との対比で３０％以上向上するとの著しい効果が認められた。本発明の繊維強化樹脂シートは、適切に硬化度が調整されたチョップドプリプレグが散布されるとの特徴から、その製造過程においてチョップドプリプレグの集合体や、チョップドプリプレグ内での折り込みを形成しにくい。本特徴が、繊維強化樹脂シートの目付け量バラつきを低下させ、結果として成形型内の成形材料が均一に加圧されることにより、ボイド率の低下、引いては強度の向上に繋がったものと考えられた。【００７３】
（実施例２）
硬化度が調整された一方向プリプレグを得るに当たり、８０℃に温調された熱風乾燥機中にて２０時間静置したこと以外、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを作製した。得られた硬化度が調整された一方向プリプレグの硬化度は３６％であった。こうして得られた硬化度が調整された一方向プリプレグを、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを作製した後、平板状の成形品を成形した。【００７４】
繊維強化樹脂シートにおける平均目付け量は６９１ｇ／ｍ２、その変動係数は１８％であった。繊維強化樹脂シートにおけるチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍは２８．５ｍｍ、平均厚みｔｍは０．１２ｍｍであり、その比率（Ｗｍ／ｔｍ）は２３８であった。繊維強化樹脂シートの引張試験の結果、最大応力は０．３ＭＰａであった。【００７５】
成形品を作製するに当たり、繊維強化樹脂シートの切り出しと積層の工程、積層体の金型への搬送において、繊維強化樹脂シート内のチョップドプリプレグは良く結着されており、シートからチョップドプリプレグが脱離することが無く取り扱い性に優れることが確認された。成形品内部のボイド率は０．８％と低い値を示すとともに、成形品の引張強度が２５０ＭＰａとの高い強度を発現することが確認された。【００７６】
（実施例３）
チョップドプリプレグを得るに当たり、周方向に２５ｍｍ間隔、１０°の角度で切断刃が設置されているロータリー式カッターで切断したこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを作製した。得られたチョップドプリプレグは、その端部がチョップドプリプレグの繊維配向方向と２０°の角度で直線状の形態を有しており、チョップドプリプレグ内で３％程度のばらつきはあるものの強化繊維の数平均繊維長は２５ｍｍであった。こうして得られたチョップドプリプレグを、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを作製した後、平板状の成形品を成形した。【００７７】
繊維強化樹脂シートにおける平均目付け量は６６９ｇ／ｍ２、その変動係数は２５％であった。繊維強化樹脂シートにおけるチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍは２９．８ｍｍ、平均厚みｔｍは０．１１ｍｍであり、その比率（Ｗｍ／ｔｍ）は２７１であった。繊維強化樹脂シートの引張試験の結果、最大応力は０．８ＭＰａであった。【００７８】
成形品の作製するに当たり、繊維強化樹脂シートの切り出しと積層の工程、積層体の金型への搬送において、繊維強化樹脂シート内のチョップドプリプレグは良く結着されており、シートからチョップドプリプレグが脱離することが無く取り扱い性に優れることが確認された。【００７９】
成形品においては、成形品内部のボイド率が０．５％と低い値であった。成形品の引張強度は３５０ＭＰａであり極めて高い強度を発現することが確認された。チョップドプリプレグの端部を繊維方向に対して斜めに切断することにより、該端部での応力集中が低減され、強度が高まったものと考えられた。【００８０】
（実施例４）
実施例１にて調製したエポキシ樹脂組成物（Ａ）に、２８質量部の“グリルアミド（登録商標）”ＴＲ−５５粒子（“グリルアミド（登録商標）”−ＴＲ５５を原料として作製した平均粒子径１３μｍの粒子）を添加し、混練することでエポキシ樹脂組成物（Ｂ）を得た。エポキシ樹脂組成物（Ｂ）を、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、目付け量が１０ｇ／ｃｍ３である樹脂フィルム（Ｂ）を作製した。【００８１】
実施例１にて作製した繊維強化樹脂シートの両面に樹脂フィルムに押し当てた後、フィルムの離型紙を剥いで、繊維強化樹脂シート（Ｂ）を作製した。繊維強化樹脂シートにおける平均目付け量およびその変動係数、繊維強化樹脂シートにおけるチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍ、平均厚みｔｍおよびその比率（Ｗｍ／ｔｍ）は実施例１と同等であり、繊維強化樹脂シート（Ｂ）の引張試験による最大応力は０．８ＭＰａであった。【００８２】
繊維強化樹脂シートからの切り出しと積層の工程、積層体の金型への搬送において、シートからチョップドプリプレグが脱離することが無く、計量された投入量を型内にチャージすることが容易であり、繊維強化樹脂シート（Ｂ）においてチョップドプリプレグ同士が良く結着されていることから取り扱い性に優れることが確認された。加えて、繊維強化樹脂シートの表層に形成された樹脂層により、シートの表面が粘着性を持ち、シートの積層においてシート位置の固定が容易であった。【００８３】
繊維強化樹脂シート（Ｂ）による成形品においては、成形品内部のボイド率が０．８％と低い値であった。成形品の引張強度は３２０ＭＰａの高い強度を発現することが確認された。本成形品は繊維強化樹脂シートの積層間に、変形能力の高い熱可塑性粒子を介在させている。そのため、引張負荷において生ずる材料内部のき裂が、積層間を伝播しにくい。このことに起因して強度が高まったものと考えられる。【００８４】
（比較例１）
硬化度を調製する工程を省き、硬化度が０％である一方向プリプレグを用いてチョップドプリプレグ基材を得たこと以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートと成形品を作製した。【００８５】
チョップドプリプレグ基材を得る工程において、チョップド工程においては、プリプレグが持つ粘着性により、回転刃を覆うようにプリプレグが巻きつく箇所があり、その後連続して供給されるプリプレグにおいて刃が当たらない箇所に裁断不良が見られた。また、チョップドプリプレグを支持台に散布において、プリプレグ同士がボール状に集められた集合体を形成するものや、単一のチョップドプリプレグ内で折り込み部位を有すものが観察された。得られた繊維強化樹脂シートにおけるチョップドプリプレグの平均幅Ｗｍは３３．２ｍｍ、平均厚みｔｍは０．１９ｍｍであり、その比率（Ｗｍ／ｔｍ）は１７５であった。繊維強化樹脂シートにおける平均目付け量は７３７ｇ／ｍ２、その変動係数は３６％と大きいものであった。これは上述のプリプレグの集合体や単一のチョップドプリプレグ内で折り込み部位を有すものに起因しており、製造された繊維強化樹脂シートは目付けの均一性に劣ると判断された。【００８６】
得られた繊維強化樹脂シートにより、実施例１と同様にして平板状の成形品を作成した。成形品においては、成形品表面は金型面が転写されて光沢部を持つ部位と、金型と接触しておらず繊維が露出している部位の両方とが観察された。成形品のボイド率は４．０％、引張強度は１８４ＭＰａである。本構成における繊維強化樹脂シートは目付け量のバラつきが大きい。そのため成形材料に対して型内で均一な圧力分布を与えにくく、上記のような成形品表面と内部の欠点が発生した。【００８７】
（比較例２）
実施例１のチョップドプリプレグ基材について評価を行った。基材から２７０×２７０ｍｍを切り出し、基材の積層を試みたが、基材内のチョップドプリプレグ同士は結着されていないため、基材の形が崩れてしまい、積層された基材を得るに至らず、シートとしてのハンドリング性が劣ることが確認された。【００８８】
そこで２７０×２７０ｍｍのチョップドプリプレグ基材の５枚分の量に相当する２５５ｇのチョップドプリプレグをチョップドプリプレグ基材から採取し、成形型の下型内へ手で散布したこと以外は実施例１と同様にして平板状の成形品を得た。【００８９】
成形品においては、型内のキャビティに完全に充填することができず、その一部において欠損を生じた。加えて、成形平板における最大厚み部が３．３ｍｍ、最小厚み部が２．２ｍｍであり、厚みムラが大きかった。チョップドプリプレグを型内に散布する際、均一な目付け量とするよう型内の部位ごとにチョップドプリプレグを与えることは困難であり、このような欠点を生じたものと判断された。本構成では厚さが均一な成形品が得られなかったため、成形品の引張強度測定は行っていない。【００９０】
（比較例３）
硬化度が調整された一方向プリプレグを得るに当たり、１２０℃に温調された熱風乾燥機中にて６０時間静置したこと以外、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートを作製した。得られた硬化度が調整された一方向プリプレグに測定された硬化度は６５％であった。こうして得られた硬化度が調整された一方向プリプレグを、実施例１と同様にして繊維強化樹脂シートの作製を試みたが、ダブルベルトプレスの加熱区間での加熱によってプリプレグに含まれるエポキシ樹脂の粘着性が誘起されず、チョップドプリプレグ同士が結着されなかった。加熱区間における設定温度を１３０℃まで上昇させたことを以外は上記と同様にしてシート化を試みるも、やはり結着は発現しておらず、一方向プリプレグに測定した硬化度が６５％の構成においては、チョップドプリプレグ同士が結着された繊維強化樹脂シートを得ることはできなかった。【００９１】
（比較例４）
実施例１の炭素繊維を引き出して、周方向に２５ｍｍ間隔、９０°の角度で切断刃が設置されているロータリー式カッターで切断することにより、端部が繊維方向と９０°の角度で直線状の形態を有した繊維長２５ｍｍのチョップド炭素繊維束を作製した。【００９２】
ロータリー式カッターの５０ｃｍ下方には、実施例１の樹脂フィルムが配置されており、樹脂フィルム上に裁断されたチョップドプリプレグを散布した。その上から、別の樹脂フィルムを樹脂ペーストが内側となるようにして挟み込み、実施例１と同様の圧力および温度の条件としたダブルベルトプレスを通過させることにより、繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを得た。繊維強化樹脂シートにおける平均目付け量は７４３ｇ／ｍ２、その変動係数は３３％であった。繊維強化樹脂シートの引張試験の結果、最大応力は０．５ＭＰａであった。【００９３】
得られた繊維強化樹脂シートにより、実施例１と同様にして平板状の成形品を作成した。成形品においては、成形品表面は金型面が転写されて光沢部を持つ部位と、金型と接触しておらず繊維が露出している部位に加え、深さが０．３〜０．５ｍｍのピットが複数見られ、表面品位に劣るものであった。成形品から切り出した断面を観察すると、繊維束の内部に樹脂の未含浸部が存在した。この未含浸部を含めたボイド率は４．７％であった。成形品に測定した引張強度は１８０ＭＰａであった。
【符号の説明】
【００９４】
１：チョップドプリプレグ
１０：強化繊維（単糸）
１１：繊維方向
１２：チョップドプリプレグの端部
Ｌ：繊維長
Ｓ：チョップドプリプレグの遷移区間
Ｃ：チョップドプリプレグの中央部
Ｗ：チョップドプリプレグの幅
ｔ：チョップドプリプレグの厚み
【図１】
2018147331.tif 000003
【図２】
2018147331.tif 000004
【図３】
2018147331.tif 000005
【国際調査報告】
2018147331.tif 000006
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