(57)【要約】【課題】  優れた取扱性・樹脂含浸性・賦型性を有し、力学特性および品位の優れたＦＲＰを生産性よく得ることができる多軸成形材料、プリフォーム、およびそれらを用いたＦＲＰ、ならびにその製造方法を提供する。【解決手段】  多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートが、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層されて積層体を構成し、該積層体が一体化された多軸成形材料であって、各シートにおける強化繊維糸条の目付が５０〜３５０ｇ／ｍ２の範囲内であり、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布が１５〜２５０ｇ／ｍ２の範囲内で配置されており、かつ、前記積層体が第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により一体化されている多軸成形材料とする。【選択図】  図１
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【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配列されたシートが、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層されて積層体を構成し、該積層体が一体化された多軸成形材料であって、各シートにおける強化繊維糸条の目付が５０〜３５０ｇ／ｍ２の範囲内であり、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布が１５〜２５０ｇ／ｍ２の範囲内で配置されており、かつ、前記積層体が第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により一体化されていることを特徴とする多軸成形材料。
【請求項２】
第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ１−１５０）≦Ｔｍ２≦（Ｔｍ１−２０）の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の多軸成形材料。
【請求項３】
第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−１５０）≦Ｔｍ１≦（Ｔｍ２−２０）の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の多軸成形材料。
【請求項４】
第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−２０）＜Ｔｍ１＜（Ｔｍ２＋２０）の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の多軸成形材料。
【請求項５】
前記シートは、強化繊維糸条の目付が９０〜１９０ｇ／ｍ２の範囲内であり、３〜１２枚の範囲内で強化繊維糸条の配列方向が鏡面対称になるように積層されており、また、前記不織布は、目付が３０〜８０ｇ／ｍ２の範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多軸成形材料。
【請求項６】
積層体の最外層にも前記第１の熱可塑性樹脂で構成された不織布が配置されており、層間に配置された不織布の目付Ｗ１と、最外層に配置された不織布の目付Ｗ２とが、（１．２×Ｗ１）≦Ｗ２≦（３×Ｗ１）の関係を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多軸成形材料。
【請求項７】
ステッチ糸が積層体厚み方向に貫通することによって形成された貫通孔が、多軸成形材料の長手方向および幅方向それぞれにおいて４〜２５列／２５ｍｍの範囲内で規則的に配列し、かつ、貫通孔の密度が６０，０００〜２００，０００箇所／ｍ２の範囲内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多軸成形材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の多軸成形材料が二次曲面を有する形状に賦型されたことを特徴とするプリフォーム。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の多軸成形材料もしくは請求項８に記載のプリフォームを用いて成形されたことを特徴とするＦＲＰ。
【請求項１０】
第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布は溶融・固化してマトリックスを構成し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸はその形態を実質的に維持して存在していることを特徴とする請求項９に記載のＦＲＰ。
【請求項１１】
第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布および第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸が溶融・固化してマトリックスを構成していることを特徴とする請求項９に記載のＦＲＰ。
【請求項１２】
多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートを、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層した積層体を一体化した多軸成形材料を用いるＦＲＰの製造方法であって、
多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ１−１５０）≦Ｔｍ２≦（Ｔｍ１−２０）の関係を満足しているものを用い、
該多軸成形材料をＴｍ２以上（Ｔｍ１―２０）以下の温度に加熱してステッチ糸を溶融させて賦型し、
しかる後にＴｍ１以上の温度に加熱して不織布を溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させる
ことを特徴とするＦＰＲの製造方法。
【請求項１３】
多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートを、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層した積層体を一体化した多軸成形材料を用いるＦＲＰの製造方法であって、
多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−１５０）≦Ｔｍ１≦（Ｔｍ２−２０）の関係を満足しているものを用い、
該多軸成形材料をＴｍ１以上（Ｔｍ２―２０）以下の温度に加熱して、賦型しながら不織布を溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させる
ことを特徴とするＦＲＰの製造方法。
【請求項１４】
多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートを、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層した積層体を一体化した多軸成形材料を用いるＦＲＰの製造方法であって、
多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、  第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−２０）＜Ｔｍ１＜（Ｔｍ２＋２０）の関係を満足しているものを用い、
該多軸成形材料をＴｍ１およびＴｍ２以上の温度に加熱してステッチ糸および不織布を同時に溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させる
ことを特徴とするＦＲＰの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた取扱性・樹脂含浸性・賦型性を有し、力学特性および品位の優れたＦＲＰを、成形中に発生する強化繊維糸条の配向の乱れを抑制しながら生産性よく得ることができる多軸成形材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より炭素繊維やガラス繊維を強化繊維とした繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと略す）は、比強度、比弾性率に優れることから、様々な用途に使われている。かかるＦＲＰの成形方法としては、強化繊維基材に予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを用い、これを型にセットしてバッグフィルムで覆い、オートクレーブ内で加熱・加圧し、熱硬化性樹脂を硬化させるオートクレーブ成形法や、ドライな状態の強化繊維基材を型内にセットし、型内を減圧した状態（真空状態）で液状の熱硬化性樹脂を注入する真空注入成形法が一般的に広く知られている。しかしながら、オートクレーブ成形法や真空注入成形法では、基材を積層する必要や、バッグフィルムで覆い真空に減圧する必要があり、特に真空注入成形においては熱硬化性樹脂を注入する必要もあった。また、これらの方法では前述した工程を含めて一回あたりの成形時間（サイクルタイム）が長くなりすぎ、例えば生産台数の多い自動車部材などへの適応が困難であった。
【０００３】
かかる問題に対して、例えば、強化繊維基材を予め積層してステッチ糸により縫製、一体化した多軸ステッチ基材を用いることにより、ＦＲＰに成形する時の積層工程を省略する手法が提案されている（例えば、特許文献１など）。しかしながら、かかる技術では別に用意したマトリックス樹脂（熱硬化性樹脂）を注入し、更に硬化させる工程が必要なため、その効果が十分とは言い難い。
【０００４】
一方、樹脂の注入・硬化の工程を省略する手段として、強化繊維にマトリックスとなる合成樹脂繊維を予め一体化して前記多軸ステッチ基材とした成形材料（例えば、特許文献２など）や、前記多軸ステッチ基材の層間にマトリックスとなるフィルムを挿入した成形材料（例えば、特許文献３など）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、かかる特許文献２に記載の方法では、多軸ステッチ基材における強化繊維の層の中にマトリックスとなる合成樹脂繊維を配置している成形材料であるため樹脂含浸性に劣り、樹脂の含浸には高い圧力が必要であるという問題があった。また、マトリックス樹脂を強化繊維の中に含浸させる際には、含浸すべき箇所に存在する空気を効率的に系外に逃がす、すなわち空気の系外への経路を形成することが重要となるが、強化繊維に合成樹脂繊維を予め一体化しているため、空気の系外への経路が狭く、加圧・加熱中に簡単に閉塞されてしまい、その結果、ＦＲＰ中にボイドとして残存しやすいという問題があった。更には、強化繊維に合成樹脂繊維を予め一体化する必要があるため、工程が増加することによりコストアップするという問題もあった。
【０００６】
かかる特許文献３に記載の方法では、縫い糸がフィルムを貫通することが困難であるという問題があった。また、樹脂フィルムを用いると、積層シートを特に二次曲面のような複雑形状に賦型するときに樹脂フィルムが形状に追従できずにシワが発生したり、強化繊維の目曲がりを誘発したりするという問題があった。更に、特許文献３に具体的に記載される強化繊維の層は、それぞれが厚く目付が大きいので、溶融した樹脂フィルム（マトリックス）を厚み方向に完全に含浸させるのが難しいという問題があった。さらに、かかる特許文献３には、前記シワや強化繊維の目曲がりを抑制することやマトリックス樹脂の含浸性を改善することに関して、その手段や方法が開示されておらず、示唆もない。
【０００７】
なお、上記の樹脂フィルムにかかる問題に対して、強化繊維シートおよび熱可塑性樹脂の不織布を積層して加熱・加圧したプリプレグまたはセミプレグ状態の成形材料も提案されている（例えば、特許文献４など）。しかしながら、成形材料の面方向全面にわたって樹脂を強化繊維に含浸させてプリプレグまたはセミプレグ状態にしてしまうと、成形材料の取扱性・賦型性は大幅に低下する問題があった。そして、特許文献４には、多層に積層する工程における取扱性・賦型性に関して、その手段や方法が開示されておらず、示唆もない。
すなわち、特許文献１〜４をはじめとした従来の技術では、優れた取扱性・樹脂含浸性・賦型性を有し、力学特性および品位の優れたＦＲＰを生産性よく得ることができる成形材料およびそれから得られるＦＲＰは見出されておらず、かかる技術が渇望されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００５９３０９号明細書
【特許文献２】特開２００１−０７３２４１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６１７５号公報
【特許文献４】特開２００３−１６５８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、複雑形状に賦型するときにシワが発生する問題や、強化繊維の目曲がりを誘発する問題を解決し、優れた取扱性・樹脂含浸性・賦型性を有し、力学特性および品位の優れたＦＲＰを生産性よく得ることができる多軸成形材料、プリフォーム、およびそれらを用いたＦＲＰ、ならびにその製造方法を提供することにある。
【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、本発明は次の（１）〜（１４）を特徴とするものである。
（１）多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートが、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層されて積層体を構成し、該積層体が一体化された多軸成形材料であって、各シートにおける強化繊維糸条の目付が５０〜３５０ｇ／ｍ２の範囲内であり、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布が１５〜２５０ｇ／ｍ２の範囲内で配置されており、かつ、前記積層体が第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により一体化されていることを特徴とする多軸成形材料。
（２）第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ１−１５０）≦Ｔｍ２≦（Ｔｍ１−２０）の関係を満足することを特徴とする上記（１）に記載の多軸成形材料。
（３）第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−１５０）≦Ｔｍ１≦（Ｔｍ２−２０）の関係を満足することを特徴とする上記（１）に記載の多軸成形材料。
（４）第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−２０）＜Ｔｍ１＜（Ｔｍ２＋２０）の関係を満足することを特徴とする上記（１）に記載の多軸成形材料。
（５）前記シートは、強化繊維糸条の目付が９０〜１９０ｇ／ｍ２の範囲内であり、３〜１２枚の範囲内で強化繊維糸条の配列方向が鏡面対称になるように積層されており、また、前記不織布は、目付が３０〜８０ｇ／ｍ２の範囲であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の多軸成形材料。
（６）積層体の最外層にも前記第１の熱可塑性樹脂で構成された不織布が配置されており、層間に配置された不織布の目付Ｗ１と、最外層に配置された不織布の目付Ｗ２とが、（１．２×Ｗ１）≦Ｗ２≦（３×Ｗ１）の関係を満足することを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の多軸成形材料。
（７）ステッチ糸が積層体厚み方向に貫通することによって形成された貫通孔が、多軸成形材料の長手方向および幅方向それぞれにおいて４〜２５列／２５ｍｍの範囲内で規則的に配列し、かつ、貫通孔の密度が６０，０００〜２００，０００箇所／ｍ２の範囲内であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の多軸成形材料。
（８）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の多軸成形材料が二次曲面を有する形状に賦型されたことを特徴とするプリフォーム。
（９）上記（１）〜（７）のいずれかに記載の多軸成形材料もしくは上記（８）に記載のプリフォームを用いて成形されたことを特徴とするＦＲＰ。
（１０）第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布は溶融・固化してマトリックスを構成し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸はその形態を実質的に維持して存在していることを特徴とする上記（９）に記載のＦＲＰ。
（１１）第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布および第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸が溶融・固化してマトリックスを構成していることを特徴とする上記（９）に記載のＦＲＰ。
（１２）多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートを、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層した積層体を一体化した多軸成形材料を用いるＦＲＰの製造方法であって、
多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ１−１５０）≦Ｔｍ２≦（Ｔｍ１−２０）の関係を満足しているものを用い、
該多軸成形材料をＴｍ２以上（Ｔｍ１―２０）以下の温度に加熱してステッチ糸を溶融させて賦型し、
しかる後にＴｍ１以上の温度に加熱して不織布を溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させる
ことを特徴とするＦＰＲの製造方法。
（１３）多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートを、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層した積層体を一体化した多軸成形材料を用いるＦＲＰの製造方法であって、
多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−１５０）≦Ｔｍ１≦（Ｔｍ２−２０）の関係を満足しているものを用い、
該多軸成形材料をＴｍ１以上（Ｔｍ２―２０）以下の温度に加熱して、賦型しながら不織布を溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させる
ことを特徴とするＦＲＰの製造方法。
（１４）多数本の強化繊維糸条が並行に配列されたシートを、少なくとも２枚、該強化繊維糸条が交差するように積層した積層体を一体化した多軸成形材料を用いるＦＲＰの製造方法であって、
多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、  第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−２０）＜Ｔｍ１＜（Ｔｍ２＋２０）の関係を満足しているものを用い、
該多軸成形材料をＴｍ１およびＴｍ２以上の温度に加熱してステッチ糸および不織布を同時に溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させる
ことを特徴とするＦＲＰの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多軸成形材料によれば、マトリックスとなる樹脂から構成された不織布を強化繊維糸条からなるシートの間に配置して積層体を構成し、該積層体をステッチ糸で一体化しているので、プリフォームやＦＲＰの成形作業を簡易に素早くかつ確実に行うことができ、さらに、ステッチ糸による貫通孔が厚み方向へ樹脂が含浸する際の樹脂流路となるため、樹脂含浸性に優れたものとなる。そして、不織布とステッチ糸のうちどちらか一方を溶融させる場合には、形態は維持されつつも積層体の各層がせん断変形しやすい状態となり、複雑な形状の型を用いて成形する場合でもシワや強化繊維糸条の配向の乱れを抑制することができる。また、不織布とステッチ糸を同時に溶融させる場合には、一層高い生産性で成形を行える上に、ステッチ糸の痕跡がなく、特に表面平滑性に優れたＦＲＰを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の多軸成形材料の一実施態様を示す概略斜視図である。また、図２は、本発明の多軸成形材料の一実施態様を示す概略断面図である。
【００１３】
図１および図２に示す通り、多軸成形材料８は、強化繊維糸条が並行に配列されたシートが、少なくとも２枚、強化繊維糸条が交差するように積層されて積層体を構成している。シート１は、強化繊維糸条が多軸成形材料の長手方向に並行に配列された層で、シート２は、強化繊維糸条が多軸成形材料の長手方向に対して＋４５°に並行に配列された層で、シート３は、強化繊維糸条が多軸成形材料の長手方向に対して９０°に並行に配列された層で、シート４は、強化繊維糸条が多軸成形材料の長手方向に対して−４５°に並行に配列された層である。なお、ここで多軸成形材料の長手方向とは、巻取装置により多軸成形材料を巻き取る方向、もしくは、引取装置により引き取る方向をいう。図１および図２に示す多軸成形材料において、強化繊維糸条のシートの積層枚数は４枚であるが、これらは本発明の多軸成形材料の一例を示したものであり、積層構成、積層枚数はこれに限定するものではない。本発明における好ましい積層構成としては、ＦＲＰに成形した際にそりを生じないように鏡面対称積層であり、また、好ましい積層枚数としては、取扱性と樹脂含浸性とのバランスから３〜１２枚の範囲内である。
【００１４】
これら各シートにおける強化繊維糸条の目付は５０〜３５０ｇ／ｍ２の範囲内である。好ましくは９０〜１９０ｇ／ｍ２の範囲内である。各層における強化繊維糸条の目付が５０ｇ／ｍ２未満であると、隣り合う強化繊維糸条同士の間に隙間ができて品位が劣るばかりか、前記隙間が力学特性低下の原因を引き起こす。また、各層における強化繊維糸条の目付が３５０ｇ／ｍ２を越えると、隣り合う強化繊維糸条同士が重なる箇所ができるため、多軸成形材料の表面に凹凸ができる上に、層が厚くなるため賦形性に劣る。更には、層が厚くなると、熱可塑性樹脂で構成される不織布を溶融させて完全に含浸させる際に過大な外圧を加える必要があり、その過大な外圧により強化繊維糸条が目曲がりして、結局本発明の課題を解決できないものとなってしまう。
【００１５】
本発明の多軸成形材料は、強化繊維糸条で構成された積層体のそれぞれの層間、すなわち、図１および図２におけるシート１とシート２との間、シート２とシート３との間、シート３とシート４との間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する熱可塑性樹脂（第１の熱可塑性樹脂）で構成された不織布５が配置されている。
【００１６】
マトリックス樹脂を強化繊維糸条に含浸させる際には、含浸すべき箇所に存在する空気を効率的に系外に逃がす、すなわち空気の系外への経路を形成することが重要となる。空気を効率的に逃がせないとＦＲＰ中にボイドとして残存する問題を発生する。そこで、本発明においては、少なくともシート間に不織布５を配置することで、平面方向の全面に延在するシート１〜４およびシート内の強化繊維糸条の単糸同士の隙間を空気の系外への経路とし、空気の系外への経路が成形中に閉塞されてしまうという問題を回避する。すなわち、本発明は、少なくともシート間に不織布５を配置することにより低い圧力での成形でもマトリックス樹脂を簡易に含浸できることを見出したものである。
【００１７】
図１および図２に示す多軸成形材料では、多軸成形材料の最外層の片側にも不織布９が配置されているが、最外層の両側に不織布を配置してもよいし、最外層に不織布を配置しなくてもよい。不織布９が多軸成形材料の最外層の少なくとも一方に配置されていると、複数枚の多軸成形材料を積層する場合に、各多軸成形材料における最外層の不織布９を部分的に溶融させて多軸成形材料同士を一体化（例えばプリフォームの態様）することが可能となるため好ましい。最も好ましい態様は、多軸成形材料の最外層の両方に配置されている態様である。
【００１８】
強化繊維糸条のシート間に配置される不織布は、目付が１５〜２５０ｇ／ｍ２の範囲内である。好ましくは３５〜１５０ｇ／ｍ２、更に好ましくは４０〜１００ｇ／ｍ２である。不織布の目付が１５ｇ／ｍ２未満であると熱可塑性樹脂の量が強化繊維糸条の量に対して相対的に不足して十分に含浸ができないだけでなく、不織布が薄くなりすぎて多軸成形材料の製造プロセスにおいて破れたり変形したりするといった問題が発生し易く、不織布の取扱性が著しく低下する。同様の観点から、好ましくは３５ｇ／ｍ２以上、より好ましくは４０ｇ／ｍ２である。なお、この問題をさけるために強化繊維糸条のシートの目付を本発明の範囲を超えて低くすると、強化繊維糸条同士の間に隙間ができるためＦＲＰにしたときの強度が低下するばかりか品位も悪くなる場合がある。一方、不織布の目付が２５０ｇ／ｍ２越えると、強化繊維糸条の含有量が相対的に少なくなり、ＦＲＰにしたときに十分な強度が発現できない。なお、この問題をさけるために強化繊維糸条のシートの目付を本発明の範囲を超えて高くすると強化繊維糸条どうしが重なり合うため表面に凸凹が発生し、賦形性や品位が劣るだけでなく、樹脂を含浸させるときに過大な外圧が必要となり強化繊維糸条の目曲がりが発生する場合がある。なお、各シートの強化繊維糸条および不織布の目付は、ＪＩＳ  Ｒ７６０２（１９８９）５．５項に準拠してサンプルを切り出し、局所的な融着を開放して多軸成形材料を分解して各シートの強化繊維糸条および不織布について測定した値とする。
【００１９】
さらに、本発明の多軸成形材料は、強化繊維糸条が交差するように積層された積層体であるため、上下の配向の異なる強化繊維糸条の層に押しつぶされて強化繊維糸条の配向が厚み方向に蛇行しやすく、力学特性の低下を招くおそれがある。しかしながら、樹脂から構成された不織布の目付を上記範囲内とすることで、シート間に挿入された不織布が上下のシートに発生する凸凹を緩和し、強化繊維糸条の蛇行を防ぐことができる。
【００２０】
そして、本発明の多軸成形材料において、シート間に配置する不織布の目付を３０〜８０ｇ／ｍ２の範囲内とするとともに、強化繊維糸条の目付が９０〜１９０ｇ／ｍ２の範囲内であるシートを、３〜１２枚の範囲内で、強化繊維糸条の配列方向が鏡面対称になるように積層する場合、それらの相乗効果として取扱性、賦型性を高い次元でバランスさせることができ、得られるＦＲＰは力学特性および品位にとりわけ優れたものとなる。
【００２１】
また、成形されるＦＲＰに特に表面品位が求められる場合には、シート間に配置される不織布の目付Ｗ１と、最外層に配置される不織布の目付Ｗ２とが、（１．２×Ｗ１）≦Ｗ２≦（３×Ｗ１）の関係を満たすようにすることが好ましい。最外層の不織布の目付が層間に配置した不織布の目付の１．２倍未満であると、強化繊維糸条で配列された最外層の凸凹が緩和されず、表面の平滑度に劣る場合がある。また、最外層の不織布の目付が層間に配置した不織布の目付の３倍を越えると、最外層付近の繊維含有量が著しく低下するため、繊維含有量が不均一なＦＰＲになるばかりか、最外層に配置された樹脂が流動しやすくなり最外層の強化繊維の繊維配向が乱れて強度低下を招く場合や、ＦＲＰが反る場合がある。
【００２２】
本発明で用いる不織布を構成する熱可塑性樹脂としては、その融点Ｔｍ＋５０℃、せん断速度１０００／ｓの条件下における溶融粘度が２５０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。より好ましくは２００Ｐａ・ｓ以下、更に好ましくは１５０Ｐａ・ｓ以下である。溶融粘度が２５０Ｐａ・ｓを超えると、上述のメルトブロー法またはスパンボンド法にて不織布の製造が困難となり易い。また、溶融させて強化繊維糸条に含浸させる際に粘度が高いため含浸性に劣るだけでなく、含浸に高い圧力が必要となるためその圧力により強化繊維糸条の屈曲や目曲がりを誘発する場合がある。なお、上記融点Ｔｍとは、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いてＪＩＳ  Ｋ７１２１（１９８７）にしたがい絶乾状態で２０℃／ｍｉｎの昇温速度にて測定した値を指す。なお、融点を示さないもの（例えば非晶性ポリマー）については、同様に測定して得られるガラス転移温度＋１００℃を便宜的に融点とみなす。
本発明において、積層体は、図１および図２に示すように、第１の熱可塑性樹脂とは異なる第２の熱可塑性樹脂で構成されるステッチ糸６により一体化されている。かかる第２の熱可塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂と同様にＦＲＰのマトリックスを構成してもよいし、マトリックスを構成しなくてもよい。ステッチ糸６はニードル７により積層体を縫製し、多軸成形材料８を構成する。
【００２３】
ここで、積層体にはステッチ糸が積層体厚み方向に貫通することで貫通孔１３が形成され、この貫通孔１３は、樹脂が含浸する際の樹脂流路となる。したがって、本発明の多軸成形材料は樹脂含浸性に優れたものとなる。
【００２４】
貫通孔１３にはステッチ糸が存在するが、かかるステッチ糸が強化繊維糸条を拘束してその配向方向（角度）を維持させること、強化繊維糸条の損傷を最低限に抑えること、ＦＲＰに成形するときの均一な賦形性を発現すること、更には上述の樹脂の含浸性とのバランスを総合的に勘案すると、多軸成形材料の長手方向および幅方向それぞれにおいて貫通孔が４〜２５列／２５ｍｍの範囲内で規則的に配列するようにすることが好ましい。より好ましくはそれぞれに方向において５〜１３列／２５ｍｍの範囲内である。なお、長手方向と幅方向とで同一間隔である必要はない。また、貫通孔１３は、多軸成形材料８の平面方向における密度が３０，０００〜２５０，０００箇所／ｍ２の範囲内であるのが好ましい。より好ましくは６０，０００〜２００，０００箇所／ｍ２、更に好ましくは６５，０００〜１５０，０００箇所／ｍ２の範囲内である。前記貫通孔が４列／２５ｍｍ未満であったり、３０，０００箇所／ｍ２未満であると、強化繊維糸条の拘束が緩くなるため取扱性に劣ったり、取り扱っている時やＦＲＰへの成形時に強化繊維糸条の屈曲や目曲がりを誘発する場合がある。そればかりでなく、前記貫通孔は、多軸成形材料の厚み方向への樹脂の含浸流路として機能するため、その数が少なくなり含浸性に劣り易い。一方、前記貫通孔が２５列／２５ｍｍを超えたり、２５０，０００箇所／ｍ２を超えると、樹脂含浸性には優れるが、ニードルにより強化繊維糸条を傷つけ易くなり、力学特性が劣るばかりか、強化繊維糸条の拘束がきつくなり過ぎて賦形性に劣り易い。
【００２５】
なお、貫通孔の密度とは、１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形に切り出した多軸成形材料からステッチ糸が厚み方向に貫通している貫通孔を数えて１００倍したものを示す。また、多軸成形材料の長手方向または幅方向２５ｍｍあたりの貫通孔の列数とは、１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形に切り出した多軸成形材料から長手方向または幅方向に関して、貫通孔が規則的に配列している列を数え、それぞれの数を４で割った値を小数点以下１桁まで表したものを示す。貫通孔が規則的に配列しているかどうかの判断は、多軸成形材料の当該方向において、互いに隣り合って存在する貫通孔２５個の間の距離を求め、その平均値に対してそれぞれの距離の個別値が±１０％以内であれば規則的と判断する。なお、隣り合う貫通孔の距離のそれぞれが同一である必要はない。
【００２６】
本発明の多軸成形材料は上述の構成を有するため、背景技術における特許文献４などの全面的に固定された成形材料（プリプレグまたはセミプレグ状態のシートを含む）と較べて、賦型性に大幅に優れるのである。
【００２７】
なお、本発明の多軸成形材料はそれ自体にマトリックス樹脂を含む成形材料であり、後から別に用意したマトリックス樹脂を注入・硬化させるドライな中間基材とは異なるものである。ドライな中間基材では、上述したような、マトリックス樹脂を構成する部材を予め配置することで生じる樹脂含浸性、賦型性の低下といった問題が存在しないが、本発明の多軸成形材料は、マトリックスを構成する不織布を配置して積層工程、樹脂注入・硬化工程を省略できるにも関わらず、上述のとおり樹脂含浸性、賦型性にも優れたものとなる。
積層体を一体化する方法としては、ステッチ糸を編機、ミシン等を用いてニードルにて縫合する、いわゆるステッチ・ボンディングが挙げられる。ステッチ糸の編組織としては、例えば、鎖編、１／１トリコット編、あるいは、鎖編と１／１トリコット編とを複合した変則１／１トリコット編などが挙げられる。ステッチ・ボンディングは、所望の構成、厚みの材料を一枚の基材として得ることができるほか、編組織を最適化することで各ユニットの拘束の強弱を自由に操作することができる特徴がある。
【００２８】
不織布を構成する第１の熱可塑性樹脂とステッチ糸を構成する第２の熱可塑性樹脂には、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ１−１５０）≦Ｔｍ２≦（Ｔｍ１−２０）の関係を満足するものをそれぞれ使用するのが好ましい（以下、態様Ａと呼称する）。上記融点とは、ＤＳＣ（示差走査熱量計）を用いてＪＩＳ  Ｋ７１２１（１９８７）にしたがい絶乾状態で２０℃／ｍｉｎの昇温速度にて測定した値を指す。なお、本発明においては、融点を示さないもの（例えば非晶性ポリマー）について、上記測定方法により得られるガラス転移温度＋１００℃を簡易的に融点とみなす。
【００２９】
第１の熱可塑性樹脂および第２の熱可塑性樹脂の融点が態様Ａの関係であると、ＦＲＰに成形するときにステッチ糸を先に溶融させることができる。このことにより、不織布を溶融させて強化繊維糸条の層内に含浸させる前に、強化繊維糸条で構成された各層がせん断変形を起こし易くできる。なお、本態様Ａの場合、先に溶融しているステッチ糸が形態を替えて貫通孔に残存することにより、強化繊維糸条で構成された各層が大きくせん断変形しすぎるのを防ぐ機能を果たし、繊維配向の著しい屈曲を抑制することができる。このため複雑な形状（例えば二次曲面）の成形型を用いた場合でも多軸成形材料に発生するシワを抑制して賦型することができるのである。更には、複数枚の多軸成形材料を積層する場合、不織布は溶融させずに第２の熱可塑性樹脂で構成されるステッチ糸を部分的に溶融させて多軸成形材料同士を一体化（例えばプリフォームの態様）することが可能となるため、本発明において好ましい態様といえる。
【００３０】
かかる態様Ａの関係を満たす具体的な組合せとしては、例えば、第１の熱可塑性樹脂がポリアミド６またはポリアミド６６であり、第２の熱可塑性樹脂がポリアミド１１、ポリアミド１２または共重合ポリアミド（例えば、ポリアミド６／６６／１２、ポリアミド６１０／１２、ポリアミド６／６６／６１０／１２、ポリアミド６／６６／６１２／１２など）である組合せや、第１の熱可塑性樹脂がポリアミド６６であり第２の熱可塑性樹脂がポリアミド６である組合せ、第１の熱可塑性樹脂がポリエステルであり第２の熱可塑性樹脂が共重合ポリエステルである組合せ、第１の熱可塑性樹脂がポリエチレンまたはポリプロピレンであり第２の熱可塑性樹脂が共重合ポリオレフィンである組合せ、第１の熱可塑性樹脂がポリプロピレンであり第２の熱可塑性樹脂がエチレンである組合せ等が挙げられる。前記組合せであると、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とが類似の分子構造を有する樹脂で構成されるため両者の相溶性に優れ、ＦＲＰにおいて優れた力学特性を発現することができる。
【００３１】
また、第１の熱可塑性樹脂はポリフェニレンサルファイドであり第２の熱可塑性樹脂はポリアミドである組合せ等であると、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂との融点の差を大きくでき、特に賦型性に優れる利点がある。
【００３２】
そして、別の視点からは、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂として、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−１５０）≦Ｔｍ１≦（Ｔｍ２−２０）の関係を満足するものをそれぞれ使用するのが好ましい（以下、態様Ｂと呼称する）。
【００３３】
第１の熱可塑性樹脂および第２の熱可塑性樹脂の融点が態様Ｂの関係であると、ＦＲＰに成形するときに不織布を先に溶融させることができる。このことにより、不織布を溶融させて第１の熱可塑性樹脂を強化繊維糸条の層内に含浸させている最中に、強化繊維糸条で構成された各層は溶融していないステッチ糸によって強化繊維糸条の配向の乱れを防ぐことができるうえに、ステッチ糸により形成された強化繊維糸条のシート厚み方向の貫通孔が樹脂の含浸流路となって、溶融した第１の熱可塑性樹脂の含浸性を格段に向上させるという予想外の効果を奏する。なお、貫通孔による含浸性の向上は、ステッチ糸が溶融している／していないに関わらず効果をもたらすことができる。すなわち、前述の態様Ａや後述の態様Ｃのいずれにおいても効果が発現される。具体的には、ステッチ糸が溶融している態様Ａ、Ｃにおいては、ステッチ糸が先にまたは同時に溶融するが、溶融した後も形態を替えて貫通孔に存在するため貫通孔は残存して含浸流路として機能する。一方、ステッチ糸が溶融していない態様Ｂにおいては、ステッチ糸が糸形状のまま存在することにより貫通孔の形状が確実に保たれ、より効率的に含浸流路としての機能を果たすのである。つまり、後述の態様Ｂにおいて本効果が大きく発現する。更には、態様Ｂにおいては、不織布を先に溶融させて樹脂を各層に含浸させるため、図３に示すように不織布が挿入されていた層間厚みが薄くなってステッチ糸による拘束がゆるみ、各層がせん断変形し易くなりシワの発生を抑制できる。このため、強化繊維糸条の配向が整った、すぐれた力学特性を発現できる品位のよいＦＲＰを得ることができるのである。更に、第１の熱可塑性樹脂で構成される不織布が多軸成形材料の最外層の少なくとも一方にも配置されている場合には、複数枚の多軸成形材料を積層するにあたって、ステッチ糸を溶融させずに不織布を部分的に溶融させて多軸成形材料同士を一体化（例えばプリフォームの態様）することが可能となるため、本発明において好ましい態様といえる。なお、図３はステッチ糸の拘束がゆるんだ状態を分かりやすくするために模式的に表したものであり、実際に不織布が溶融している段階では、ステッチ糸はゆるんだ状態であってもマトリックス樹脂中に浸漬する。
【００３４】
かかる関係を満たす態様Ｂの具体的な組合せとしては、例えば、第１の熱可塑性樹脂がポリアミド１１、ポリアミド１２または共重合ポリアミド（例えば、ポリアミド６／６６／１２、ポリアミド６１０／１２、ポリアミド６／６６／６１０／１２、など）であり第２の熱可塑性樹脂がポリアミド６またはポリアミド６６である組合せや、第１の熱可塑性樹脂がポリアミド６であり第２の熱可塑性樹脂がポリアミド６６である組合せ、第１の熱可塑性樹脂は共重合ポリエステルであり第２の熱可塑性樹脂はポリエステルである組合せ、第１の熱可塑性樹脂は共重合ポリオレフィンであり第２の熱可塑性樹脂はポリエチレンまたはポリプロピレンである組合せ、第１の熱可塑性樹脂はポリエチレンであり第２の熱可塑性樹脂はポリプロピレンである組合せ等が挙げられる。前記組合せであると、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とに類似の樹脂を使用すると両者の接着性が優れるため、優れた力学特性を発現することができる。
【００３５】
また、第１の熱可塑性樹脂はポリオレフィンであり第２の熱可塑性樹脂はポリエステルである組合せ等であると、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂との融点の差を大きくでき、含浸が容易にできるため成形性に優れる利点がある。
【００３６】
更に別の視点からは、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂として、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−２０）＜Ｔｍ１＜（Ｔｍ２＋２０）の関係を満足する、すなわち、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが実質的に同一であるものをそれぞれ使用するのが好ましい（以下、態様Ｃと呼称する）。
【００３７】
第１の熱可塑性樹脂および第２の熱可塑性樹脂の融点が態様Ｃの関係であると、ＦＲＰに成形するときにステッチ糸と不織布とをほぼ同時に溶融させることができる。このような多軸成形材料では、態様Ａや態様Ｂと比較して溶融して形態を替えたステッチ糸以外に強化繊維糸条の配向の乱れを抑制するものがなくなるため、複雑な形状の型を用いた場合では、態様ＡおよびＢと比較して強化繊維糸条の配向の乱れを抑制する効果が劣るが、成形時における加熱を１ステップにすることができ、成形サイクルを短くすることができる。また、一回の加熱でステッチ糸の痕跡を殆ど残さないように成形でき、表面平滑性に優れたＦＲＰを得ることができる。更に、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とを同じ樹脂で構成することもできるため両者の相溶性により一層優れ、ＦＲＰにおいてとりわけ優れた力学特性を発現することができる。
【００３８】
本発明で用いる強化繊維糸条としては、複合材料用の強化繊維糸条として使用できるものを用いることが好ましく、例えば、炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、および、アラミド、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリアリレートおよびポリイミド等の有機繊維等が挙げられ、これらの１種または２種類以上を併用したものを使用することができる。中でも、炭素繊維は、比強度・比弾性率に優れており、好ましく用いられる。
【００３９】
強化繊維糸条は、取り扱い性やステッチング時の耐ニードル擦過性を向上させるために、０．２〜２．５重量％の集束剤が付着されていることが好ましい。上記範囲内の集束剤が付着されている繊維糸条は、毛羽発生が効率的に抑えられる。
【００４０】
強化繊維糸条は、無撚でも有撚でも使用することができるが、引張強度や圧縮強度等の力学特性の面からは、実質的に無撚（１ターン／ｍ未満）のものが好ましい。かかる観点から、本発明の多軸成形材料の製造においては、強化繊維糸条を縦取解舒して解舒撚を混入させてもよいが、横取解舒して解舒撚が入らないようにし、多軸成形材料中に強化繊維糸条を実質的に無撚（１ターン／ｍ未満）の状態で存在させるのが好ましい。横取解舒することにより、本発明の範囲内の目付においても高品位のシートを確実に得ることが容易になるだけでなく、ＦＲＰとしても強化繊維体積配合率Ｖｆや力学特性を高めることができる。特にシートの目付が１９０ｇ／ｍ２以下であると、シート中に強化繊維糸条同士の隙間（ギャップ）が形成され易く、シートの品位に劣る場合があるので横取解舒が好ましい。上記効果は、強化繊維糸条の繊度が後述の範囲内である場合に顕著に発現する。また、強化繊維糸条の繊度は、好ましくは５００〜７，０００ｔｅｘであり、より好ましくは１，０００〜２，０００ｔｅｘである。繊度が小さすぎると、繊維糸条がねじれる問題が殆どなく、本発明の効果が発揮されない場合がある。また、繊維糸条が高価であり、このような細繊度の繊維糸条を多数本使用することになるので、多軸基材そのものも高価になってしまう。一方、繊度が大きすぎると、例えば、１層当たりの強化繊維糸条の目付が１００ｇ／ｍ２以下の低目付の多軸成形材料を得る際に僅かな力で糸条幅が変動しやすく、安定した糸条幅の維持が困難な場合がある。
【００４１】
本発明で用いる不織布としては、例えば、カード法、メルトブロー法、スパンボンド法、抄紙法などにより製造されたものが挙げられる。かかる不織布は、離型紙やフィルムなどの支持体の上に形成されたものでも、単独で扱えるものでもよいが、単独で扱えるものの方が安価に入手できる。前記方法で製造された不織布は、不連続状の熱可塑性繊維を結合したものであるため、多軸成形材料に適用した場合に優れた賦型性や、ステッチにおけるスムーズなニードル貫通性（連続ステッチ性）を発現することができるのである。この他にも、連続繊維を引き揃えて不織組織化した布帛なども例として挙げられ、これらの１種または２種類以上を併用したものも使用することができる。中でも、材料コストの面からはメルトブロー法またはスパンボンド法により製造されたものが、賦型性の面からはカード法により製造されたものを用いるのが好ましい。
【００４２】
本発明のプリフォームは、前述の多軸成形材料が積層されて二次曲面を有する形状に賦型されたものである。本発明の多軸成形材料を用いることにより、二次曲面を有する形状にもシワの発生を防ぎながら賦型することができ、強化繊維糸条の配向の乱れを抑制したプリフォームに賦型することができる。
【００４３】
図４は、本発明のＦＲＰの一実施態様を示す概略断面図である。
【００４４】
本発明のＦＲＰ１２は、前述の多軸成形材料またはプリフォームを用いて成形したものであって、少なくとも前記不織布を構成していた第１の熱可塑性樹脂を溶融・固化させてマトリックス樹脂１０としたものである。予めマトリックス樹脂と一体となっている本発明の多軸成形材料またはプリフォームであると、ＲＴＭのようにマトリックス樹脂を注入する工程などを省略できるため、成形サイクルを短くでき、ＦＲＰの生産性に優れる。また、本発明の多軸成形材料またはプリフォームを用いると、二次曲面を有する形状にもシワの発生を抑えながら賦型することができ、強化繊維糸条の配向の乱れを抑制したＦＲＰを成形することができる。
【００４５】
かかるＦＲＰは、上記態様Ａの熱可塑性樹脂から構成される不織布、ステッチ糸を用いた場合には、まず第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸が溶融した後、第２の熱可塑性樹脂から構成された不織布が溶融・固化してマトリックスを構成するため、ステッチ糸の痕跡が残らないＦＲＰとなる。そして、上述した通り、複雑な形状でもシワを抑制しながら賦型することができ、その結果、表面平滑性、力学特性に優れたＦＲＰとすることができる。また、多軸成形材料を複数枚積層してプリフォームを形成・成形する場合において、多軸成形材料同士を予め一体化することができるので、成形サイクルが短く、生産性に優れたものとできる。
【００４６】
また、上記態様Ｂの熱可塑性樹脂から構成される不織布、ステッチ糸を用いた場合には、第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布が溶融・固化してマトリックスを構成し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸がその形態を実質的に維持して存在しているＦＲＰとなり、上述したとおり溶融していないステッチ糸によって強化繊維糸条の配向の乱れが抑制され、優れた力学特性を発現できるＦＲＰとなる。
【００４７】
さらに、上記態様Ｃの熱可塑性樹脂から構成される不織布、ステッチ糸を用いた場合には、第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布と第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸とが同時に溶融・固化してマトリックスを構成するＦＲＰとなる。そして、上述した通り、成形サイクルを短くでき、表面平滑性、力学特性に優れたＦＲＰとすることができる。なお、図４ではステッチ糸が記載されているが、態様ＡまたはＣの多軸成形材料ではステッチ糸の痕跡が残らない。
【００４８】
かかる本発明のＦＲＰは、次のような方法で製造することができる。
すなわち、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ１−１５０）≦Ｔｍ２≦（Ｔｍ１−２０）の関係を満足している多軸成形材料を用いる場合は、多軸成形材料をＴｍ２以上（Ｔｍ１―２０）以下の温度に加熱して、不織布は溶融させていない状態でステッチ糸を溶融させて賦型し、しかる後にＴｍ１以上の温度に加熱して不織布を溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させることで、上記態様Ａで説明したようなＦＲＰを製造することができる。すなわち、不織布を溶融させて強化繊維糸条の層内に含浸させる前にステッチ糸を先に溶融させることができるため、積層体の各層がせん断変形しやすくなり、複雑な形状（例えば二次曲面）の成形型を用いた場合でもシワの発生を抑制できる。
【００４９】
また、多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−１５０）≦Ｔｍ１≦（Ｔｍ２−２０）の関係を満足しているものを用いる場合には、多軸成形材料をＴｍ１以上（Ｔｍ２―２０）以下の温度に加熱して、賦型しながら不織布を溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させることで、上記態様Ｂで説明したようなＦＲＰを製造することができる。すなわち、不織布を溶融させて第１の熱可塑性樹脂を強化繊維糸条の層内に含浸させている最中に、強化繊維糸条で構成された各層は溶融していないステッチ糸によって拘束されるので、強化繊維糸条の配向の乱れを防ぐことができる。また、ステッチ糸により形成された強化繊維糸条のシート厚み方向の貫通孔が樹脂の含浸流路となるので、溶融した第１の熱可塑性樹脂がスムーズに強化繊維糸条の層に含浸する。更には、不織布を先に溶融させて含浸するため、元々、不織布が挿入されていた層間厚みが薄くなってステッチ糸がゆるむことにより各層のせん断変形し易くシワの発生を抑制できる。すなわち、ステッチ糸にて適度に拘束されているため強化繊維糸条の配向の乱れを最小限に抑え、優れた力学特性を発現できる品位のよいＦＲＰを得ることが出来るのである。
【００５０】
さらに、不織布を溶融させて熱可塑性樹脂を各層に含浸させた後に、Ｔｍ２以上の温度に加熱してステッチ糸を溶融させると、ＦＲＰの持つ意匠性をステッチ糸が阻害することを最小限に抑制することができるため、ＦＲＰが優れた表面品位を得ることができる。このため、Ｔｍ２以上の温度に加熱する工程は、特に意匠性が重要なＦＲＰを得るのに有効である。
【００５１】
さらに、多軸成形材料として、少なくともシート間に、ＦＲＰのマトリックスを構成する第１の熱可塑性樹脂から構成された不織布を有し、第２の熱可塑性樹脂から構成されたステッチ糸により積層体が一体化されており、かつ、  第１の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ１と第２の熱可塑性樹脂の融点Ｔｍ２とが、（Ｔｍ２−２０）＜Ｔｍ１＜（Ｔｍ２＋２０）の関係を満足しているものを用いる場合には、多軸成形材料をＴｍ１およびＴｍ２以上の温度に加熱してステッチ糸および不織布を同時に溶融させて各シートに熱可塑性樹脂を含浸させることで、上記態様Ｃで説明したようなＦＲＰを製造することができる。すなわち、成形時における加熱を１ステップにすることができ、成形サイクルを短くすることができるうえに、一回の加熱でステッチ糸の痕跡を殆ど残さないように成形でき、表面平滑性に優れたＦＲＰを得ることができる。更には、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とに同じ樹脂を用いることができるため、両者の相溶性がより一層優れ、ＦＲＰにおいてとりわけ優れた力学特性を発現することができる。
【００５２】
なお、本発明の多軸成形材料を加熱・加圧する手段としては、特に制限しないが、オートクレーブ、オーブンと大気圧との組合せ、プレス機などを用いるのが好適であり、中でも成形時間の早さからプレス機がより好ましい。
【実施例】
【００５３】
実施例および比較例における原材料としては、次のものを用いた。
【００５４】
強化繊維糸条
・ＰＡＮ系炭素繊維糸条、１２，０００フィラメント、繊度８００ｔｅｘ、引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２４０ＧＰａ、０ターン／ｍ、集束剤０．５重量％。
【００５５】
ステッチ糸
・ステッチ糸Ａ：共重合ポリアミド、１０フィラメント、繊度５６ｄｔｅｘ、融点１１５℃。
・ステッチ糸Ｂ：ポリアミド６６、１０フィラメント、繊度３３ｄｔｅｘ、融点２５５℃。
【００５６】
不織布
・不織布Ａ：ポリアミド６、目付８０ｇ／ｍ２、融点２２０℃。
・不織布Ｂ：共重合ポリアミド、目付８０ｇ／ｍ２、融点１１５℃。
・不織布Ｃ：目付１０ｇ／ｍ２である以外は不織布Ａと同様。
・不織布Ｄ：目付１２０ｇ／ｍ２である以外は不織布Ａと同様。
・不織布Ｅ：目付２２０ｇ／ｍ２である以外は不織布Ａと同様。
・不織布Ｆ：目付２８０ｇ／ｍ２である以外は不織布Ａと同様。
【００５７】
（実施例１）
まず、次の手順で１．３ｍ幅の積層体を形成した。すなわち、強化繊維糸条で構成された各シート間、および、最外層の何れにも不織布Ａを有する積層体を形成した。
（１）最外層に配置する不織布Ａを連続的にベルトコンベア上に、不織布Ａとベルトコンベアとの長手方向が平行になるように配置した。かかるベルトコンベアは、以降の強化繊維糸条の層および不織布を積層する間も一定速度（本実施例では１ｍ／ｍｉｎ）で、その長手方向（０°方向）に移動し続け、後述の接着手段へ連続的に搬送するものであった。
（２）前記不織布Ａの上に、解舒撚を混入させないように横取解舒した強化繊維糸条を、長手方向（ベルトコンベアが搬送する方向、０°方向）に対して−４５°に並行に、かつ、１５０ｇ／ｍ２となるように配列して−４５°シートを形成した。なお、−４５°シートの強化繊維糸条の配置はキャリッジ装置により行った。本工程におけるキャリッジ装置は、−４５°方向に往復運動するもので、その内の往運動（または復運動）する時に強化繊維糸条をベルトコンベア上に配置する装置で、ベルトコンベアが長手方向へ搬送している速度に同調して強化繊維糸条同士が重ならず、順番に隣り合うように並ぶように制御した。
（３）前記−４５°シートの上に２枚目の不織布Ａを配置し、その上に、−４５°シート形成と同様の方法で、強化繊維糸条を長手方向に対して＋９０°に並行に、かつ、１５０ｇ／ｍ２となるように配列し、＋９０°シートを形成した。
（４）前記＋９０°シートの上に３枚目の不織布Ａを配置し、その上に、−４５°シート形成と同様の方法で、強化繊維糸条を長手方向に対して＋４５°に並行に、かつ、１５０ｇ／ｍ２となるように配列し、＋４５°シートを形成した。
（５）前記＋４５°シート層の上に４枚目の不織布Ａを配置し、その上に、−４５°シート形成と同様の方法で、強化繊維糸条を長手方向に対して０°に並行に、かつ、１５０ｇ／ｍ２となるように配列し、０°シートを形成した。
（６）前記０°シートの上に５枚目の不織布Ａを配置し、積層体を形成した。
続いて、上記の通り形成したベルトコンベア上の積層体を、ステッチ糸Ａにてステッチして一体化させた。かかるステッチにおいては、ステッチ糸Ａを巻出装置により巻き出し、ニードルを積層体に貫通させながら編成した。ステッチ糸の編組織は鎖編と１／１トリコット編とを複合した変則１／１トリコット編とし、ステッチ糸による貫通孔を多軸成形材料の長手方向に５列／２５ｍｍ、幅方向に８．３列／２５ｍｍとなるように規則的に配列した。なお、貫通孔の密度は６６，６６６箇所／ｍ２であった。不織布Ａはニードル貫通性に優れ、不織布の繊維がニードルに絡まることはなかった。ステッチ糸Ａによって一体化された多軸成形材料を、多軸成形材料ａとして巻取装置によって巻き取った。（態様Ａ）
続いて、多軸成形材料ａ（態様Ａ）を半球状の二次曲面を有する金型に配置して、一旦１５０℃に加熱した状態でステッチ糸Ａを溶融させながら発生したシワを伸ばして型に追従させ、２５ＭＰａで１８０秒間加圧（プレス）した。加圧したまま金型温度を２５０℃に昇温して更に１８０秒間保持し、金型温度を５０℃に冷却してから放圧・脱型してＦＲＰを得た。
【００５８】
得られたＦＲＰから幅が２ｃｍになるように切り出した断面を光学顕微鏡で観察すると、強化繊維糸条の内部にまで樹脂が含浸しており、わずかに最外層付近にボイドがみられるものの観察面の９６％に樹脂が含浸していた。また、繊維配向の乱れや表面の凸凹が僅かに発生したがシワの発生はみられなかった。
【００５９】
（実施例２）
用いるステッチ糸Ａをステッチ糸Ｂに替え、ステッチ糸の編組織は鎖編とし、ステッチ糸による貫通孔を多軸成形材料の長手方向に５列／２５ｍｍ、幅方向に１６．７列／２５ｍｍとなるように規則的に配列して、貫通孔の密度を１３３，３３３箇所／ｍ２とした以外は、実施例１と同様にして多軸成形材料を形成し、それを多軸成形材料ｂとした。（態様Ｂ）
続いて、多軸成形材料ｂ（態様Ｂ）を半球状の二次曲面を有する金型に配置して、２３０℃に加熱した状態で不織布Ａを溶融させながら発生したシワを伸ばして型に追従させ、２５ＭＰａで２４０秒間加圧（プレス）し、加圧したまま金型温度を５０℃に冷却してから放圧・脱型してＦＲＰを得た。
【００６０】
得られたＦＲＰは、強化繊維糸条の内部にまで樹脂が含浸しており、観察面の９９％に樹脂が含浸していた。また、表面の凸凹が僅かに発生したが、繊維配向の乱れやシワの発生が全く見られなかった。
【００６１】
（実施例３）
用いる不織布Ａを不織布Ｂに替えた以外は、実施例１と同様にして多軸成形材料を形成し、それを多軸成形材料ｃとした。（態様Ｃ）
続いて、多軸成形材料ｃ（態様Ｃ）を半球状の二次曲面を有する金型に配置して、１５０℃に加熱した状態で不織布Ｂおよびステッチ糸Ａを溶融させながら発生したシワを伸ばして型に追従させ、２５ＭＰａで１８０秒間加圧（プレス）し、加圧したまま金型温度を５０℃に冷却してから放圧・脱型してＦＲＰを得た。
【００６２】
得られたＦＲＰは、強化繊維糸条の内部にまで樹脂が含浸しており、わずかに最外層付近にボイドがみられるものの観察面の９６％に樹脂が含浸していた。また、ステッチ糸の痕跡がほとんど残っていなかったが、繊維配向の乱れやシワは殆どみられなかった。また、実施例１、２におけるＦＲＰに較べて表面品位に最も優れていた。
【００６３】
（実施例４）
最外層に配置していた不織布Ａを不織布Ｄに変更した以外は実施例１と同様にしてＦＲＰを成形した。
【００６４】
得られたＦＲＰは、強化繊維糸条の内部にまで樹脂が含浸しており、わずかに最外層付近にボイドがみられるものの観察面の９７％に樹脂が含浸していた。繊維配向の乱れが僅かに発生したがシワの発生はみられなかった。さらに表面のマトリックス層の厚みが増し、表面の凸凹が緩和されて表面平滑度が実施例１のＦＲＰよりも優れていた。
【００６５】
（実施例５）
最外層に配置していた不織布Ａを不織布Ｅに変更した以外は実施例１と同様にしてＦＲＰを成形した。
【００６６】
得られたＦＲＰは、強化繊維糸条の内部にまで樹脂が含浸しており、わずかに最外層付近にボイドがみられるものの観察面の９７％に樹脂が含浸していた。シワの発生はみられなかった。さらに最外層付近の樹脂が流動して最外層の繊維配向の乱れが僅かに発生したものの表面のマトリックス層の厚みが増し、表面の凸凹が緩和されて表面平滑度が実施例４のＦＲＰよりも更に優れていた。
【００６７】
（実施例６）
各シートを形成するにあたり、解舒撚を混入させるように縦取解舒した強化繊維糸条を、３３０ｇ／ｍ２となるように配列した点、用いる不織布Ａを不織布Ｅに替えた点以外は実施例１と同様にしてＦＲＰを成形した。得られたＦＲＰは、樹脂未含浸部分（ボイド）が強化繊維糸条シート厚み方向の中心部分に僅かに見られたものの観察面の９３％に樹脂が含浸しており、シワの発生はみられなかった。
【００６８】
（実施例７）
ステッチ糸による貫通孔を多軸成形材料の長手方向に２．５列／２５ｍｍ、幅方向に５列／２５ｍｍとなるように規則的に配列して、貫通孔の密度を２０，０００箇所／ｍ２とした以外は、実施例２と同様にしてＦＲＰを成形した。得られたＦＲＰは、樹脂未含浸部分（ボイド）が強化繊維糸条シート厚み方向の中心部分に僅かに見られたものの、観察面の９１％に樹脂が含浸していた。また、表面の凸凹が僅かに発生し、繊維配向の乱れやシワの発生が僅かに見られた。
【００６９】
（比較例１）
各シートの強化繊維糸条を４０ｇ／ｍ２となるように配列した以外は実施例１と同様にして多軸成形材料を形成した。得られた多軸成形材料は隣り合う強化繊維糸条同士の間に隙間ができて品位が劣っていた。更に実施例１と同様の方法でＦＲＰを成形したが、得られたＦＲＰにおいても上記隙間が解消されず品位が劣っていた。
【００７０】
（比較例２）
用いる不織布Ａを不織布Ｃに替える以外は、実施例１と同様にして多軸成形材料を形成した。不織布Ｃは目付が小さいため取扱性に劣り、多軸成形材料の製造途中で不織布が破れたり変形して部分的に薄くなるといった問題が多発して安定した製造ができなかった。得られた多軸成形材料は不織布の薄い部分が見られるなど目付の不均一なもので品位が劣っていた。更に実施例１と同様の方法でＦＲＰを成形したが、不織布Ｃの目付が小さ過ぎる（マトリックス樹脂量が少な過ぎる）ため、マトリックス樹脂の絶対量が不足し、樹脂未含浸部分が特に強化繊維糸条シート厚み方向の中心部分に多発し、ＦＲＰとして使用できるものではなかった。
（比較例３）
各シートを形成するにあたり、解舒撚を混入させるように縦取解舒した強化繊維糸条を、３６０ｇ／ｍ２となるように配列した点、各シート間に配置する不織布を不織布Ｅとした点以外は実施例１と同様にして多軸成形材料を形成した。なお、不織布は、ＦＲＰにおける繊維配合体積率Ｖｆを実施例１と同等程度にするために実施例１と異なるものを用いた。
【００７１】
得られた多軸成形材料は、隣り合う強化繊維糸条同士が重なって多軸成形材料の表面に凹凸ができ表面品位が劣っていた。更に実施例１と同様の方法でＦＲＰを成形したところ、シートが厚い（目付が大きい）ため賦形性が劣っていた上に、得られたＦＲＰにはマトリックス樹脂の未含浸部分（特に強化繊維糸条シート厚みの中心部分）が多く見られた。
【００７２】
（比較例４）
用いる不織布Ａを不織布Ｆに替え、かつ、解舒撚を混入させるように縦取解舒して強化繊維糸条を配列した以外は、実施例１と同様にして多軸成形材料を形成した。更に実施例１と同様の方法でＦＲＰを成形したが、得られたＦＲＰにおいて樹脂の含浸は問題なかった。しかし、不織布Ｄの目付が大き過ぎる（マトリックス樹脂量が多過ぎる）ため、加圧（プレス）している時に不織布を構成している熱可塑性樹脂（マトリックス樹脂）が製品形状からフローし過ぎてしまい、この樹脂フローに伴い、大きな繊維配向の乱れが発生した。また、ＦＲＰにおける強化繊維配合率が実施例１よりも小さくなり、ＦＲＰとしての軽量化効果に劣るものであった。
【００７３】
（比較例５）
最外層に配置していた不織布Ａを不織布Ｆに変更した以外は実施例１と同様にしてＦＲＰを成形した。
【００７４】
得られたＦＲＰは、強化繊維糸条の内部にまで樹脂が含浸しており、シワの発生はみられなかった。しかし、最外層に配置した不織布Ｆの目付が大き過ぎる（マトリックス樹脂量が多過ぎる）ため、加圧（プレス）している時に最外層付近の不織布を構成している熱可塑性樹脂（マトリックス樹脂）が製品形状からフローし過ぎてしまい、この樹脂フローに伴い、最外層に大きな繊維配向の乱れが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の多軸成形材料によると、取扱性に優れ、複雑な形状のＦＲＰの成形において、シワや強化繊維糸条の配向の乱れを抑制することができるため、力学特性に優れ、かつ、樹脂含浸性に優れるため品位のよいＦＲＰを生産性よく得られることができる。このような多軸成形材料は、自動車、航空機、船舶等の輸送機器の構造部材や、建築部材などに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明における多軸成形材料の一実施態様を示す概略斜視図である。
【図２】本発明における多軸成形材料の一実施態様を示す概略断面図である。
【図３】本発明における不織布が溶融した状態の多軸成形材料の一実施態様を示す概略断面図である。
【図４】本発明におけるＦＲＰの一実施態様を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１：強化繊維糸条が長手方向に並行に配列されたシート
２：強化繊維糸条が長手方向に対して＋４５°に並行に配列されたシート
３：強化繊維糸条が長手方向に対して９０°に並行に配列されたシート
４：強化繊維糸条は長手方向に対して−４５°に並行に配列されたシート
５：層間の不織布
６：ステッチ糸
７：ニードル
８：多軸成形材料
９：最外層の不織布
１０：マトリックス樹脂
１１：不織布が溶融した状態の多軸成形材料
１２：ＦＲＰ
１３：ステッチ糸による貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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