(57)【要約】【課題】  マトリックス樹脂が強化繊維糸束に確実に含浸しており、軽量で優れた強度を有している繊維強化プラスチック製テープを提供すること。【解決手段】  長手方向に引き揃えられた連続長繊維の強化繊維糸束に、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂が含浸して被覆硬化してなるテープ状部材であって、前記強化繊維の体積分率が１０〜５０％にして、かつ、各強化繊維糸の外周表面の少なくとも５０％以上がマトリックス樹脂で被覆されている繊維糸数の割合を、９８〜１００％にするとともに、テープ肉厚を１００〜５０００μｍにして、ＪＩＳ  Ｋ  ７１６５の引張試験による引張比強度の最大値を１００ＭＰａ以上にするという技術的手段を採用した。【選択図】  図２
2013104056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に引き揃えられた連続長繊維の強化繊維糸束に、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂が含浸して被覆硬化してなるテープ状部材であって、
前記強化繊維の体積分率が１０〜５０％であって、かつ、各強化繊維糸の外周表面の少なくとも５０％以上がマトリックス樹脂で被覆されている繊維糸数の割合が、９８〜１００％であるとともに、テープ肉厚が１００〜５０００μｍであって、
ＪＩＳ  Ｋ  ７１６５の引張試験による引張比強度の最大値が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項２】
１０（ｍｍ）×ｔ（１００〜２５０）（μｍ）の試験体において所定の拡大倍率で断面を観察したときにおける、当該観察断面内に存在する全強化繊維糸数のうち、各強化繊維糸の外周表面５０％以上がマトリックス樹脂で被覆されている強化繊維糸数の割合が、９８〜１００％であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項３】
マトリックス樹脂の流動性がＭＦＲで、１０〜２５００ｇ／１０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１または２記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項４】
１０（ｍｍ）×ｔ（１００〜２５０）（μｍ）の単位断面あたりの強化繊維の本数が、２００〜４７００００であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項５】
強化繊維糸の繊密度が８００ｇ／１０００ｍ〜１１２０００ｇ／１０００ｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項６】
強化繊維糸の繊維径が３〜３０μｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項７】
強化繊維糸が、金属繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、バサルト繊維などの有機または無機の強化繊維からなることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項８】
マトリックス樹脂の熱可塑性樹脂材料が、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリイミド熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、アクリルニトリル・スチレン樹脂を単独または複数の組み合わせからなることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【請求項９】
ナイロン樹脂によるマトリックス樹脂の粘度が４００〜１８００Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の繊維強化プラスチック製テープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチック製品の改良、更に詳しくは、マトリックス樹脂が強化繊維糸束に確実に含浸しており、軽量で優れた強度を有している繊維強化プラスチック製テープに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、炭素繊維などの強化繊維を樹脂内に封入した複合材料として繊維強化プラスチック（Fiber-Reinforced-Plastics：ＦＲＰ）が、建造物等の補強資材として多く用いられている。
【０００３】
従来、かかるＦＲＰをテープ状に作製するにあっては、引抜成形で熱可塑性樹脂の槽の中に繊維を通し、強化繊維に樹脂を被覆し、槽から出た後にロールにより圧力をかけ、繊維と樹脂とを密着させていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、樹脂を溶融させてから加圧しているために、樹脂が含浸にいたるまでの加圧がうまくできないため、マトリックス樹脂が十分に含浸せずに十分な強度が得られていないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２６４３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の繊維強化プラスチック製品に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、マトリックス樹脂が強化繊維糸束に確実に含浸しており、軽量で優れた強度を有している繊維強化プラスチック製テープを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
即ち、本発明は、長手方向に引き揃えられた連続長繊維の強化繊維糸束に、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂が含浸して被覆硬化してなるテープ状部材であって、
前記強化繊維の体積分率が１０〜５０％にして、かつ、各強化繊維糸の外周表面の少なくとも５０％以上がマトリックス樹脂で被覆されている繊維糸数の割合を、９８〜１００％にするとともに、テープ肉厚を１００〜５０００μｍにして、
ＪＩＳ  Ｋ  ７１６５の引張試験による引張比強度の最大値を１００ＭＰａ以上にするという技術的手段を採用したことによって、繊維強化プラスチック製テープを完成させた。
【０００９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、１０（ｍｍ）×ｔ（１００〜２５０）（μｍ）の試験体において所定の拡大倍率で断面を観察したときにおける、当該観察断面内に存在する全強化繊維糸数のうち、各強化繊維糸の外周表面５０％以上（好ましくは８０％〜１００％）がマトリックス樹脂で被覆されている強化繊維糸数の割合を、９８〜１００％にするという技術的手段を採用することができる。
【００１０】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、マトリックス樹脂の流動性をＭＦＲで、１０〜２５００ｇ／１０ｍｉｎにするという技術的手段を採用することができる。
【００１１】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、１０（ｍｍ）×ｔ（１００〜２５０）（μｍ）の単位断面あたりの強化繊維の本数を、２００〜４７００００にするという技術的手段を採用することができる。
【００１２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維糸の繊密度を８００ｇ／１０００ｍ〜１１２０００ｇ／１０００ｍにするという技術的手段を採用することができる。
【００１３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維糸の繊維径を３〜３０μｍにするという技術的手段を採用することができる。
【００１４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、強化繊維糸を、金属繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、バサルト繊維などの有機または無機の強化繊維にするという技術的手段を採用することができる。
【００１５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、マトリックス樹脂の熱可塑性樹脂材料を、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリイミド熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、アクリルニトリル・スチレン樹脂を単独または複数の組み合わせにするという技術的手段を採用することができる。
【００１６】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、ナイロン樹脂によるマトリックス樹脂の粘度を４００〜１８００Ｐａ・ｓにするという技術的手段を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にあっては、長手方向に引き揃えた連続長繊維の強化繊維糸束に、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂を含浸して被覆硬化してなるテープ状部材であって、前記強化繊維の体積分率を１０〜５０％にして、かつ、各強化繊維糸の外周表面の少なくとも５０％以上をマトリックス樹脂で被覆して繊維糸数の割合を、９８〜１００％にするとともに、テープ肉厚を１００〜５０００μｍにして、ＪＩＳ  Ｋ  ７１６５の引張試験による引張比強度の最大値を１００ＭＰａ以上にすることによって、マトリックス樹脂が強化繊維糸束に確実に含浸しており、優れた強度を呈することができる
【００１８】
したがって、本発明のテープを構造体に部分的にインサートすることによって、簡易補強することができる。更には、押出成形、インサートインジェクション成形、プレス成形を駆使することにより軽量で高強度な製品を成形するための基材となる。
【００１９】
また、本発明の繊維強化プラスチック製テープは、熱可塑性樹脂を含浸させているため、インサートインジェクション成形などの二次成形において界面密着性を確保でき、また、熱硬化性樹脂製に比べて、冷凍保存の必要がなく使用期間が限定されることがなく、更にまた、冷凍輸送の必要がないために輸送コストを軽減することができる。そしてまた、テープを溶かしながら貼り付ける、Automated Rayup法（オートレイアップ法）に使用ができることから、産業上の利用価値は頗る大きいと云える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の繊維強化プラスチック製テープの構造を表わす全体斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の繊維強化プラスチック製テープを表わす拡大断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて、更に詳細に説明すると、次のとおりである。
【００２２】
本発明の実施形態を図１および図２に基づいて説明する。図中、符号１で指示するものは強化繊維糸であり、また、符号２で指示するものはマトリックス樹脂である。
【００２３】
本実施形態の強化繊維糸１は、金属繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、バサルト繊維などの有機または無機の強化繊維からなる連続する長繊維糸を採用することができる。
【００２４】
また、本実施形態のマトリックス樹脂２は熱可塑性樹脂材料であって、この熱可塑性樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６１、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２などのポリアミド系、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリイミド熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、アクリルニトリル・スチレン樹脂を単独または複数の組み合わせからなるものを採用することができる。
【００２５】
しかして、本実施形態における繊維強化プラスチック製テープは、長手方向に引き揃えられた連続長繊維の強化繊維糸束に、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂が含浸して被覆硬化して構成されるテープ状の部材である。
【００２６】
本実施形態では、幅広のシート状に成形したのもの端部を切除したり、２連カッター刃付きスリッターによりスリットしてテープ状に成形することができる。テープの幅は１０〜３００ｍｍが適切である。
【００２７】
また、本実施形態のテープにおける前記強化繊維の体積分率（Ｖｆ）を１０〜５０％にする。１０％より小さいと十分な強度が得られないおそれがあり、逆に、５０％より大きいと柔軟性が無くなって良好な賦形性が得られなくなるからである。
【００２８】
そして、上記条件により、各強化繊維糸の外周表面の少なくとも５０％以上（好ましくは８０％〜１００％）がマトリックス樹脂で被覆されている繊維糸数の割合を、９８〜１００％にすることができる。
【００２９】
更にまた、テープ肉厚を１００〜５０００μｍにする。より好ましくは１００〜２５０μｍである。１００μｍより小さいと強度が不十分になるおそれがあり、逆に、５０００μｍより大きいと柔軟性が無くなって良好な賦形性が得られなくなるからである。
【００３０】
また、本実施形態では、１０（ｍｍ）×ｔ（１００〜２５０）（μｍ）の試験体において、所定の拡大倍率（本実施形態では８００倍）で断面を観察したときにおいて、当該観察断面内に存在する全強化繊維糸数のうち、各強化繊維糸の外周表面５０％以上（好ましくは８０％〜１００％）がマトリックス樹脂で被覆されている強化繊維糸数の割合（含浸度）を、９８〜１００％にすることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、ＪＩＳ  Ｋ  ７１６５の引張試験による引張比強度の最大値を１００ＭＰａ以上（好ましくは２９０ＭＰａ以上）にすることができる。２９０ＭＰａより小さいと、補強材としての機能を十分に果たせないからである。なお、「比強度」とは強度／比重であり、値が大きい場合は強度があり軽量化できる材料であると言える。
【００３２】
また、本実施形態では、ナイロン樹脂によるマトリックス樹脂の粘度を４００〜１８００Ｐａ・ｓにするこができる。成形上、４００Ｐａ・ｓより小さいと樹脂が隙間に定着せずに流れ出してしまうおそれがあり、逆に、１８００Ｐａ・ｓより大きいと隙間に含浸していかないからである。この「粘度」とは、熱可塑性樹脂のうちの特にナイロン樹脂の物性を表わす数値である。
【００３３】
更にまた、本実施形態では、マトリックス樹脂の流動性をＭＦＲで、１０〜２５００ｇ／１０ｍｉｎにすることができる。１０ｇ／１０ｍｉｎより小さいと粘度が高すぎて充填できないおそれがあり、逆に、２５００ｇ／１０ｍｉｎより大きいと粘度が低すぎて樹脂が繊維に纏わりつかず、異形断面に成形する二次加工にも適さないからである。この「流動性」とは、熱可塑性樹脂のうちのナイロン以外の樹脂の物性を表わす数値である。
【００３４】
また、本実施形態では、１０（ｍｍ）×ｔ（１００〜２５０）（μｍ）の単位断面あたりの強化繊維の本数を、２００〜４７００００にすることができる。２００本より少ないと製品としての強度が不十分になるおそれがあり、逆に、４７００００本より多いと樹脂が含浸せずにテープとしての形態安定性が損なわれ、また、柔軟性が無くなって良好な賦形性が得られなくなるからである。
【００３５】
更にまた、本実施形態では、強化繊維糸の繊密度を８００ｇ／１０００ｍ〜１１２０００ｇ／１０００ｍにすることができ、繊維が蛇行することなく真っ直ぐに配向することができる。８００ｇ／１０００ｍより小さいと製品としての強度が不十分であり、逆に、１１２０００ｇ／１０００ｍより大きいと樹脂が含浸せずにテープとしての形態安定性が損なわれ、また、柔軟性が無くなって良好な賦形性が得られなくなるからである。
【００３６】
更にまた、本実施形態では、強化繊維糸の繊維径を３〜３０μｍにすることができ、繊維糸の周囲にマトリックス樹脂を確実に付着させることができる。３μｍより小さいと製品としての強度が不十分になるおそれがあり、逆に、３０μｍより大きいと樹脂が含浸せずにテープとしての形態安定性が損なわれ、また、柔軟性が無くなって良好な賦形性が得られなくなるからである。
【００３７】
なお、本実施形態では、強化繊維糸束をＴ字型断面またはコの字型断面などのチャンネル部材に形成することができ、例えば、フレームやサッシなどの建築用資材としての用途を拡大することができる。
【００３８】
＜製造方法について＞
本発明の繊維強化プラスチック製テープは以下のようにして作製することができる。まず、強化繊維糸５００００本で、幅４０ｍｍの炭素繊維を使用した。成形品仕様は、厚み２００μｍ、幅２５ｍｍ、繊維体積分率（Ｖｆ）は全体積の５０％以下とした。
【００３９】
次いで、幅４０ｍｍの繊維はテンション調整用ロールで張られ、クロスヘッド金型内に連続的に送る。そして、マトリックス樹脂を連続的に被覆する。この際、一時的に吐出が不安定になることがあるため、必要に応じて、小型の押出機を使用すると良い。
【００４０】
クロスヘッド金型から出た後、ガイドを通り３０ｍｍまで開繊したところで厚み２００μｍとなり、それを空冷することにより賦形した。
【００４１】
図２の写真は、本実施形態のテープの切断面を８００倍に拡大したものである。写真を目視で確認したところ、ボイド（気泡）は見られないため、含浸度は１００％であると判断される。
【００４２】
なお、本実施形態の強度の比較対象として、ステンレス鋼種「ＳＵＳ３０４」の強度基準を例に挙げると、ＳＵＳ３０４の強度は５２０ＭＰａであるため、本実施形態の材料は、鉄の強度を超えることになる。
【００４３】
また、〔表１〕に示す材料で作製した試験片の材料特性および評価を〔表２〕に示す。なお、〔表２〕中の＃１〜＃３の脚注は、以下の事項を示すものである。
「＃１」本実施形態のテープを５枚積層し、３００×３００（ｍｍ）の金型に入れ、熱プレス（２５０℃、１ＭＰａで５分間加圧）、冷却プレス（常温、１ＭＰａで５分間加圧）を行い成形した３００×２５（ｍｍ）平板をトリミングし試験片を得た。この引張試験は「ＪＩＳ  Ｋ  ７１６５」に準拠し、まず、試験片Ａ（２５０×１５×１（ｍｍ）の試験片）を１０本作成し、試験速度１ｍｍ／ｍｉｎ、標線間距離５０ｍｍで行った。
「＃２」判断基準
×：断面観察において強化繊維糸の外周表面樹脂被覆が５０％未満，又は、５０％以上被覆さている繊維糸の割合が９８％未満，さらにはその両方である状態
△：断面観察において強化繊維糸の外周表面の５０％〜７０％未満が濡れている繊維糸数の割合が９８％以上である状態
○：断面観察において強化繊維糸の外周表面の７０％〜９０％未満が濡れている繊維糸数の割合が９８％以上である状態
◎：断面観察において強化繊維糸の外周表面の９０％〜１００％未満が濡れている繊維糸数の割合が９８％以上である状態
「＃３」幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの成形体を、プレス成形にてＬ字型に折り曲げた。その時に折り曲げ易さ、折り曲げ後の表面状態を観察し、評価を行った。
評価基準
×：曲げられない
△：折り曲げ後の表面状態で繊維が露出
○：折り曲げ後の表面状態で樹脂が表面まで露出
【００４４】
【表１】
2013104056.tif 000003
【００４５】
【表２】
2013104056.tif 000004
【００４６】
本発明は、概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、強化繊維糸１およびマトリックス樹脂２の組み合わせは、要求される品質や形状に応じて組み合わせや使用量を選択することができる。
【００４７】
また、テープの断面形状は、一文字に限らず、適宜、二次加工を行うことによって、Ｔ字型、コの字型、円弧型、楕円型、屈曲型などの幾何学形状や装飾形状に成形して、チャンネル部材等の建築資材とすることもでき、これら何れのものも本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００４８】
１    強化繊維糸
２    マトリックス樹脂
【図１】
2013104056.tif 000005
【図２】
2013104056.tif 000006