(57)【要約】【課題】強化繊維を良好に分散させたスタンパブル基材を用い、高い流動性をもってプレス成形を行うことが可能な繊維強化樹脂成形体の製造方法を提供する。【解決手段】複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填することを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形することにより、繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる前記繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、前記繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填することを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂材の各強化繊維マット層を０．５ｍｍ以下の厚みで積層する、請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
前記繊維強化樹脂材の強化繊維の曲げ剛性（ＥＩ）が２．８Ｅ−７Ｎ・ｃｍ2以下である、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
プレス成形時の型温度が前記熱可塑性樹脂の融点より低い、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
前記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均繊維長が１０〜５０ｍｍの範囲にある、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
前記繊維強化樹脂材の強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の少なくとも１種を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
前記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均径が１〜５０μｍの範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
少なくとも前記繊維強化樹脂材の内層として積層される前記強化繊維マットをカーディング法で製造する、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項９】
前記カーディング法で製造した強化繊維マットの配向度が１．５以上である、請求項８に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記繊維強化樹脂材の強化繊維マットの少なくとも２層を０／９０°に積層する、請求項１〜９のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記繊維強化樹脂材の最表層として積層される強化繊維マットを抄紙法で製造する、請求項１〜１０いずれかに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法に関し、とくに、強化繊維を含有したスタンパブル基材を用いてプレス成形することにより繊維強化樹脂成形体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維を含有した熱可塑性樹脂からなるスタンパブル基材を用いて加熱、プレス成形することにより繊維強化樹脂成形体を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。このような従来の技術においては、プレス成形時に良好な流動性を発現できるスタンパブル基材として、例えばチョップドガラス繊維を分散させて樹脂で板状（シート状）に形成したガラス繊維強化熱可塑性樹脂からなるスタンパブルシートなどが使用されている。
【０００３】
しかしながら、上記のような流動性の良好なスタンパブル基材を用いたプレス成形による繊維強化樹脂成形体を製造においては、プレス成形時の強化繊維の分散が悪いため、成形体の強度、剛性の発現率が低いという問題がある。
【０００４】
一方、抄紙法で強化繊維を良好に分散させたスタンパブル基材も知られているが、この種の従来のスタンパブル基材を用いると、成形体の強度、剛性は発現できるものの、プレス成形時の流動性が低いため、基材を所望の形態まで流動させて所望の形態の成形体を成形することが困難となることがあり、また、低い流動性のため生産性を向上しにくいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３２０５３８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１３７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術に鑑み、強化繊維を良好に分散させたスタンパブル基材を用い、高い流動性をもってプレス成形を行うことが可能であり、それによって所望の成形体を高い生産性をもって製造可能な繊維強化樹脂成形体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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形することにより、繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる前記繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、前記繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
すなわち、本発明におけるプレス成形に使用される繊維強化樹脂材（つまり、従来のスタンパブル基材に対応する繊維強化樹脂材）は、複数の比較的薄い強化繊維マットの積層体に熱可塑性樹脂を含浸させたものからなり、この繊維強化樹脂材が、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形される。プレス成形時には、キャビティ内に配置されていた繊維強化樹脂材は、キャビティの側方に向かって押し出されるように流動されるが、このとき、繊維強化樹脂材はその内層側部分が外層側部分に比べキャビティの側方に向かってより大きく（より遠くに）押し出されようとする。そして、押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分がキャビティの内面に貼りつかされながら該内層の後続部分を流動させて、つまり、キャビティの内面に貼りつかされた内層の先端側部分からＵターンして戻る経路に沿って内層の後続部分が流動してくるように、繊維強化樹脂材が順次キャビティ内に充填されていく。このような、押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させる流動状態を、本願では「ベアフロー」と呼ぶこととする。このようなベアフローを実現することにより、複数の比較的薄い強化繊維マットの積層体に熱可塑性樹脂を含浸させたものからなる繊維強化樹脂材は、比較的薄い層状の状態で各層状部が先端部に向けてＵ字状に折り返すように、キャビティ内でキャビティの側方に向かって順次円滑に充填されていく。したがって、キャビティ内の所定の領域内への優れた流動性が実現される。そして、強化繊維を良好に分散させた比較的薄い強化繊維マットの積層体を用いて繊維強化樹脂材を形成しておくことにより、上記の優れた流動性を実現しつつ、成形体における強化繊維の良好な分散状態の実現も可能になる。強化繊維の良好な分散により成形体の高い強度、剛性が確保され、優れた流動性により所望の形態の成形体を高い生産性をもって製造可能となる。
【０００９】
上記本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法においては、上記ベアフローは、基本的に、繊維強化樹脂材を構成する各強化繊維マット層毎に生じる。上記のような優れた流動性を実現するためには、繊維強化樹脂材の内層は、比較的薄い層状の状態で各層状部が先端部に向けてＵ字状に折り返すように流動されることが好ましく、そのためには、繊維強化樹脂材の各強化繊維マット層を０．５ｍｍ以下の厚みで積層することが好ましい。強化繊維マット層が厚すぎると、Ｕ字状の折り返し流動状態が得られにくくなる。
【００１０】
また、本発明においては、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の曲げ剛性（ＥＩ）が２．８Ｅ−７Ｎ・ｃｍ2以下であることが好ましい。曲げ剛性（ＥＩ）がこれよりも高いと、上記のような各層状部のＵ字状折り返し流動における各層状部の剛性が高くなるため、Ｕ字状折り返し流動が生じにくくなり、目標とするベアフローが得られにくくなる。ただし、強化繊維の曲げ剛性（ＥＩ）が低すぎると、成形後の成形体の剛性が低くなるおそれがあるので、成形体の剛性の設計目標に照らし合わせて、上記範囲内で適切に曲げ剛性を選択することが望ましい。強化繊維の繊維径に関しては、このような適切な曲げ剛性の範囲を満足するように、選択されればよい。
【００１１】
また、本発明においては、プレス成形時の型温度が上記熱可塑性樹脂の融点より低いことが好ましく、より具体的には、上記熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で、融点より低いことが好ましい。このような型温度の設定により、熱可塑性樹脂のなんか状態を最適な状態に保ち、上記繊維強化樹脂材の望ましい流動状態を実現できる。
【００１２】
また、本発明においては、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均繊維長が１０〜５０ｍｍの範囲にあることが好ましい。平均繊維長がこの範囲よりも長いと、成形体の高い強度、剛性を得ることは可能になるものの、プレス成形時の流動性が悪くなるおそれがあり、この範囲よりも短いと、成形体の強度、剛性が低くなるおそれがある。
【００１３】
また、本発明において、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の種類としてはとくに限定されないが、強化繊維の存在により成形体の強度、剛性を高めることが基本的な目標であることを考慮すれば、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維の少なくとも１種を含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、上記繊維強化樹脂材の強化繊維の平均径としては特に限定されず、上述の如く好ましい曲げ剛性を達成できるように、例えば１〜５０μｍの範囲から適宜選定すればよい。
【００１５】
また、本発明において、繊維強化樹脂材を構成する複数の強化繊維マットの形成方法としては、特に限定されないが、次のような方法によることが好ましい。例えば、少なくとも上記繊維強化樹脂材の内層として積層される強化繊維マットは、カーディング法で製造されることが好ましい。カーディング法で製造すると、強化繊維の主な配向方向を特定の方向に制御することが可能になるので（換言すれば、強化繊維の配向方向に意図的に異方性を持たせることが可能になるので）、例えば、前述のＵ字状折り返し流動に沿う方向に強化繊維を配向させることも可能であるし（この場合には、前述の如く、強化繊維の剛性を低く設定して強化繊維の剛性がＵ字状折り返し流動の妨げにならないようにすることが好ましい）、前述のＵ字状折り返し流動に沿う方向と直角の方向に配向させ、Ｕ字状折り返し流動の際に強化繊維の剛性が実質的に影響しないようにすることも可能である。カーディングの具体的な手法については、後述の実施例で例示する。
【００１６】
また、この場合、上記カーディング法で製造した強化繊維マットの配向度が１．５以上であることが好ましい。配向度の測定方法については後述する。強化繊維マットの配向度の平均値が１．５以上になるようにカーディングを行うことにより、意図的に所望の異方性を持たせて強化繊維を配向させることが可能になり、その意図的な配向を目標とする流動性や成形体の強度、剛性に適合させて設定することが可能になる。
【００１７】
また、本発明においては、例えば、上記繊維強化樹脂材の強化繊維マットの少なくとも２層を０／９０°に積層することも好ましい。これは、強化繊維の剛性が前述のＵ字状折り返し流動にとって抵抗となる方向に強化繊維が配向されている強化繊維マット層と実質的に抵抗とならない方向に強化繊維が配向されている強化繊維マット層とを組み合わせ、目標とするＵ字状折り返し流動を生じやすくすることと、最終成形体における強度、剛性の異方性を極力解消することとの、両方をバランスさせた形態である。
【００１８】
また、本発明においては、例えば、上記繊維強化樹脂材の最表層として積層される強化繊維マットについては、抄紙法で製造することができる。抄紙法では、カーディングと異なり、強化繊維は実質的にランダムな方向に配置される。繊維強化樹脂材の最表層は、前述のＵ字状折り返し流動に寄与しなくてもよい層で、プレス成形後にも成形体の最表層として残る可能性が高い層であるので、繊維強化樹脂材の最表層として積層される強化繊維マットを抄紙法で製造しておくことにより、プレス成形の際の優れた流動性を損なうことなく、成形体表面の見栄え等を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法によれば、強化繊維が良好に分散された繊維強化樹脂材を優れた流動性をもってプレス成形することができ、それによって所望の形態の繊維強化樹脂成形体を高い生産性にて製造することができる。また、強化繊維の良好な分散により成形体の高い強度、剛性を確保でき、優れた流動性により繊維強化樹脂成形体を高精度で成形できるとともに、バリなし成形等も可能になり、優れた流動性による成形の容易化と相俟って製造コストの低減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の流動状態の一例を示す、本発明の実施例に対応した模式図である。
【図２】従来の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の流動状態の一例を示す、本発明の比較例１、２、４に対応した模式図である。
【図３】従来の別の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の流動状態の一例を示す、本発明の比較例３に対応した模式図である。
【図４】本発明におけるカーディング工程に用いる装置の一例を示す模式図である。
【図５】配向度測定用サンプルの概略斜視図である。
【図６】測定用サンプルをＸ線ＣＴで撮影した３次元画像データから分割したブロック状の微小領域の概略斜視図およびそれに座標軸を設定した場合の模式図である。
【図７】設定した座標軸に対して、一つの軸からある角度φの走査線を平行に引いた状態を示す模式図である。
【図８】微小領域内にある炭素繊維と走査線が交わる部分の平均横切長を求める様子を示す模式図である。
【図９】平均横切長を走査線の角度の関数としてプロットしたグラフである。
【図１０】複数の平均横切長を走査線の角度の関数としてプロットする様子を示す模式図である。
【図１１】平均横切長を走査線の角度φの関数でプロットしたグラフにおいて、長径ａ、短径ｂ、長径の角度φ０を求める様子を示す模式図である。
【図１２】炭素繊維がランダムに配向している場合と完全に一方向に配向している場合の、平均横切長を走査線の角度φの関数でプロットしたグラフである。
【図１３】Ｘ線ＣＴ画像全体に対して微小領域を移動する様子を示す模式図である。
【図１４】配向度の平均値を測定、算出した一例を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例で作製したＣＦＲＰシートを用いたプレス成形の様子を示す概略構成図（Ａ）およびその時のＣＦＲＰシートと金型キャビティの寸法を示す概略平面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法では、複数の強化繊維マットを積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材を、互いに対向する型間に形成されたキャビティ内でプレス成形することにより、繊維強化樹脂成形体を製造するに際し、プレス成形時にキャビティの側方に向かって押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層の先端側部分をキャビティの内面に貼りつかせながら該内層の後続部分を流動させて、つまり、ベアフローで流動させて、繊維強化樹脂材をキャビティ内に充填する。
【００２２】
例えば、図１に模式的に示すように、複数の強化繊維マット１（図１には、含浸させ勢多樹脂との一体化層として示してある）を積層し熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材２を、互いに対向する型間（金型３、４間）に形成されたキャビティ５内でプレス成形する。このプレス成形時に、キャビティ５の側方に向かって（例えば図１の右側に向かって）押し出されてくる繊維強化樹脂材の内層２ａの先端側部分が順次キャビティ５の内面５ａに貼りつかされながら該内層２ａの後続部分がキャビティ５の側方に向かって流動され、ベアフロー状態が現出される。矢印Ｐで示す金型３のプレスの進行に伴い、このようなベアフローが進行し、それに伴って、繊維強化樹脂材２がキャビティ５内に充填されていく。
【００２３】
このようなベアフロー、すなわち、押し出されてくる繊維強化樹脂材２の内層２ａの先端側部分がキャビティ５の内面５ａに貼りつかされながら該内層５ａの後続部分が、キャビティ５の内面５ａに貼りつかされた内層２ａの先端側部分からＵターンして戻る経路に沿って流動してくるような流動状態が実現されることにより、各内層２ａがキャビティ５内でキャビティ５の側方に向かって充填されていく。各内層２ａは比較的薄い強化繊維マット１を用いた比較的薄い繊維強化樹脂材層からなるので、容易にＵ字状の流動経路を実現でき、ベアフローを介して、各内層２ａが順次円滑にキャビティ５内の所定のプレス成形領域内へと充填されていく。したがって、プレス成形される繊維強化樹脂材２全体としての優れた流動性が実現される。
【００２４】
図２は、比較のために示した従来の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材の層状フローによる流動状態の一例を示しており、本発明の比較例１、２、４における流動状態に対応している。すなわち、金型６、７間でプレス成形される繊維強化樹脂材８は、その各内層８ａがキャビティ９内でキャビティ９の側方に向かって順次層状に押し出され、キャビティ９内に充填されていく。
【００２５】
図３は、比較のために示した従来の別の繊維強化樹脂成形体の製造方法におけるプレス成形時の繊維強化樹脂材のファウンテンフローによる流動状態の一例を示しており、本発明の比較例３における流動状態に対応している。すなわち、金型１０、１１間でプレス成形される繊維強化樹脂材１２は、その厚み方向中央部がキャビティ１３内でキャビティ１３の側方に向かって張り出すように押し出され、キャビティ１３内に充填されていく。
【００２６】
図１に示したような本発明におけるベアフロー状態を確実に実現するためには、繊維強化樹脂材を構成する複数の強化繊維マットのそれぞれを、とくに上記内層２ａに対応する強化繊維マットを、比較的薄いマット層に形成し（例えば、０．５ｍｍ以下のマット層に形成し）、かつ、望ましくは、成形すべき繊維強化樹脂成形体に応じて最適な配向度（例えば、１．５以上の配向度）を有するマット層に形成することが好ましい。そのためには、例えば、少なくとも上記繊維強化樹脂材の内層として積層される強化繊維マットは、カーディング法で製造されることが好ましい。また、カーディング法で製造すると、強化繊維の主な配向方向を特定の方向に制御することが可能になるので（換言すれば、強化繊維の配向方向に意図的に異方性を持たせることが可能になるので）、成形すべき繊維強化樹脂成形体に応じて最適な配向度を有するマット層に形成することが可能になる。
【００２７】
以下に、本発明において好適なカーディング法に関し、強化繊維マットを炭素繊維からなるシート状基材として形成する場合について説明する。本発明でいうカーディングとは、例えば、不連続な炭素繊維の集合体をくし状のもの等で概略同一方向に力を加えることにより、不連続な炭素繊維の方向を揃えたり、炭素繊維の方向を揃えるとともに炭素繊維を開繊する操作のことをいう。一般的には針状の突起を表面に多数備えたロール及び／またはのこぎりの刃状の突起を有するメタリックワイヤを巻きつけたロールを有するカーディング装置を用いて行う。カーディング装置全体の具体例については後述する。かかるカーディングを実施するにあたっては、炭素繊維が折れるのを防ぐ目的で炭素繊維がカーディング装置の中に存在する時間（滞留時間）を短くすることが好ましい。具体的にはカーディング装置のシリンダーロールに巻かれたワイヤー上に存在する炭素繊維をできるだけ短時間で下流のドッファーロールに移行させることか好ましい。従って、かかる移行を促進するためにシリンダーロールの回転数は、例えば３００ｒｐｍ以上といった高い回転数で回転させることが好ましい。また、同様の理由で、ドッファーロールの表面速度は、例えば１０ｍ／分以上といった速い速度が好ましい。また、同様に炭素繊維へのダメージを減らし、かつ、シリンダーロールやワーカーロール、ストリッパーロール（後述の具体的構成例参照）等の表面に炭素繊維が押し付けられて沈み込むのを防ぐために、各ロール間のクリアランスを通常の有機繊維をカーディングする場合と比較してある程度広くすることが重要である。例示するならシリンダーロールやワーカーロール、ストリッパーロールそれぞれの間のクリアランスを０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、さらには０．７ｍｍ以上とすることが好ましく、さらには０．９ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２８】
図４は、カーディング装置の一例を示しており、カーディング装置２１は、シリンダーロール２２と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイクインロール２３と、テイクインロール２３とは反対側の下流側においてシリンダーロール２２の外周面に近接して設けられたドッファーロール２４と、テイクインロール２３とドッファーロール２４との間においてシリンダーロール２２の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール２５と、ワーカーロール２５に近接して設けられたストリッパーロール２６と、テイクインロール２３と近接して設けられたフィードロール２７及びベルトコンベアー２８とから主として構成されている。
【００２９】
ベルトコンベアー２８上に、例えば不連続な炭素繊維２９の集合体が供給され、不連続な炭素繊維２９はフィードロール２７の外周面、次いでテイクインロール２３の外周面を介してシリンダーロール２２の外周面上に導入される。この段階までは、不連続な炭素繊維２９は綿状の形態になっている。シリンダーロール２２の外周面上に導入された綿状の炭素繊維の一部は、各ワーカーロール２５の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維は各ストリッパーロール２６によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール２２の外周面上に戻される。フィードロール２７、テイクインロール２３、シリンダーロール２２、ワーカーロール２５、ストリッパーロール２６のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維が針の作用により単繊維状に開繊されると同時に大半の炭素繊維の配向方向が特定の方向、つまり、シリンダーロール２２の回転方向に揃えられる。かかる過程を経て開繊され繊維の配向が進められた炭素繊維は、炭素繊維集合体の一形態であるシート状のウエブ３０としてドッファーロール２４の外周面上に移動する。さらに、ウエブ３０を、その幅を所定幅まで狭めながら引き取ることにより、本発明で言う不連続な炭素繊維（強化繊維）からなるシート状基材の強化繊維マットが形成される。
【００３０】
上記のようなカーディングにおいては、不連続な炭素繊維２９の集合体は、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、不連続な有機繊維、とくに熱可塑性樹脂繊維を混合してカーディングを行うこともできる。特に、カーディングする際に熱可塑性樹脂繊維を添加することは、カーディングでの炭素繊維の破断を防ぐことができるので好ましい。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維集合体では、カーディング中に、炭素繊維が切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。そこで、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、炭素繊維が切れにくく、炭素繊維が脱落しにくい炭素繊維集合体を形成することができる。また、このような有機繊維、とくに熱可塑性樹脂繊維を混合してカーディングを行い、カーディング後に、有機繊維の少なくとも一部を溶融させた後、プレスを施すようにすることも好ましい。すなわち、適度に少ない量の有機繊維を混合しておき、炭素繊維に配向度の平均値が所定の範囲内になるように異方性を意図的に持たせて配向した状態で有機繊維の少なくとも一部を溶融させることにより、有機繊維に所定の配向度を有するシート状基材の形態を保持するためのバインダーの役目を担わせ、その状態でプレスを施すことにより、保持された形態を有機繊維を介して適度に固定することも好ましい。
【００３１】
上記のように炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは５０〜９５質量％、より好ましくは７０〜９５質量％である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維強化プラスチックとしたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を混合させた際の熱可塑性樹脂繊維の役割が期待できないか、小さくなる。
【００３２】
また、上述の熱可塑性樹脂繊維による、絡み合いの効果をより高めるためには、熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与しておくことが好ましい。捲縮の程度は、特に限定されないが、一般的には捲縮数５〜２５山／２５ｍｍ程度、捲縮率３〜３０％程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。
【００３３】
かかる熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料は、炭素繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂との組み合わせにより適宜選択することが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を低下させないので好ましい。
【００３４】
次に、本発明における強化繊維の配向度の測定方法について、炭素繊維の場合を例にとって説明する。
１．使用した装置：
X線CT：ヤマト科学社製  ＴＤＭ１０００−ＩＳ
【００３５】
２．配向度を計算するソフトウエア：
ラトックシステムエンジニアリング社製TRI−３Ｄ  ＶＯＬ  Ｒ８．０
【００３６】
３．本発明におけるカーディング後の不連続な炭素繊維からなるシート状基材から、図５に示すような５×９×０．３５ｍｍのサイズの測定用サンプル４１を取り出し、それを基台４２上に載せて、２．５５×２．５５×０．３５ｍｍの範囲について配向度の測定、演算を行った。なお、図５におけるサンプル４１の配向方向は、カーディングの方向と一致している。
【００３７】
４．配向度の測定、演算
（１）図６に示すように上記サンプルをＸ線ＣＴで撮影した３次元画像データ４３を微小なブロック状の領域４４に分割する。ただし、微小領域の大きさは、炭素繊維の大きさとの兼ね合いで適宜調整すればよい。
【００３８】
（２）図６に示すように、上記３次元画像データ４３から一つの微小領域４４を取り出し、座標軸を設定する。ここでは、わかりやすくするため、Ｘ、Ｙ軸の二次元で説明する。
【００３９】
（３）次に、図７に示すように、設定した座標軸に対して、一つの軸からある角度φの走査線４５を平行に引く。走査線のピッチは、炭素繊維の大きさとの兼ね合いで適宜調整すればよい。
【００４０】
（４）次に、図８に示すように、微小領域４４内にある炭素繊維４６と、走査線４５が交わる部分の平均長さ（＝平均横切長Ｌ１）を求める。実際には複数の繊維があるので、走査線１５と交わる部分の平均長さを求める。
【００４１】
（５）次に、図９に示すように、平均横切長Ｌ１を、走査線１５の角度φの関数として、別のグラフにプロットする（図９では、走査線４５のある角度φ１についてプロットされている）。
【００４２】
（６）次に、図１０に示すように、走査線４５の角度φを変更して、上記（４）（５）の操作を繰り返し、原点からの距離を平均横切長として、走査線の角度φの関数でプロットする。図１０には、平均横切長Ｌ１、平均横切長Ｌ２についてプロットした図を示してある。
【００４３】
（７）次に、図１１に示すように、平均横切長を走査線の角度φの関数でプロットしたグラフにおいて、長径ａ、短径ｂ、長径の角度φ０を求める。長径の角度φ０を主配向方向、長径と短径の比ａ／ｂを本発明における配向度と定義する。本発明では、この配向度の平均値を所定の範囲内に制御することが好ましい。ちなみに、炭素繊維が完全にランダムに配向している場合には、上記図１１に示したグラフは、図１２（Ａ）に示すように真円になる（ランダム配向：ａ/ｂ＝１）。一方、炭素繊維が完全に一方向に配向している場合には、上記図１１に示したグラフは、図１２（Ｂ）に示すように直線になる（完全配向：ａ/ｂ＝∞）。
【００４４】
（８）次に、図１３に示すように、微小領域４４を移動して、Ｘ線ＣＴ画像４３の全体に対して上記（２）〜（７）の作業を繰り返す。なお、移動の際に、移動前の領域とオーバーラップさせると、良い場合がある。
【００４５】
上記の手法により、配向角、本発明における配向度の平均値を測定、算出した一例（本発明における好ましい範囲内）を、図１４に例示する。
【実施例】
【００４６】
実施例１
炭素繊維（表１には「」と略記、「Ｔ７００S」、東レ（株）製、密度１．８ｇ／ｃｍ３、直径７μｍ、フィラメント数１２０００本）を２０ｍｍに切断した後、開綿機に投入して開繊された炭素繊維を得た。この開繊された炭素繊維を再度開綿機に投入し、綿状の炭素繊維を得た。この綿状の炭素繊維を直径６００ｍｍのシリンダーロールを有する図４に示したような構造を有するカーディング装置に投入し、炭素繊維からなるシート状のウエブを形成した。このときのシリンダーロールの回転数は３５０ｒｐｍ、ドッファーロールの速度は１５ｍ／分であった。このカーディング工程において、炭素繊維の脱落やカーディング装置のロールへの巻き付きは発生しなかった。クロスラッパーにてこのウエブを積層した後、５０本/ｃｍ２のニードルパンチを施した炭素繊維不織布を得た。このときのクロスラッパーの振り幅は１．２ｍ、炭素繊維不織布の巻き取り速度は１ｍ／分であった。この炭素繊維不織布の配向度は２．２であった。この炭素繊維不織布を０°／９０°に複数枚積層し、ベース樹脂としてナイロン６樹脂（「ＣＭ１００１」、東レ（株）製）を含浸し、繊維体積含有率Vf３０％の２００×３００×２ｍｍｔの繊維強化熱可塑性樹脂基材ＡとしてのＣＦＲＰシートを作製した。作製したＣＦＲＰシート（基材）を２枚予熱炉で中心温度が２６０℃になるまで加熱した後、図１５に示すように、１５０℃に温調した金型５１にＣＦＲＰシート５２を２枚重ねてキャビティ５３の中央にチャージし、１５ＭＰａの圧力で、ベアフローを伴ったプレス成形を実施した。
【００４７】
このプレス成形において、キャビティに基材が完全充填した場合を○、未充填が発生した場合を×として流動性を評価した。
【００４８】
また、成形性の評価については、作製したＣＦＲＰシートを２枚予熱炉で中心温度が２６０℃になるまで加熱した後、１５０℃に温調した金型に２枚重ねてキャビティ中央にチャージし１５ＭＰａの圧力でプレス成形を実施した時、金型降下が終了した後のプレス時間と冷却時間の合計が６０秒以内で成形品の離型が可能で取り出し後大きな変形がないものを○、離型しないものあるいは大きな変形が生じるものは×と判定した。
【００４９】
実施例１の条件およびプレス成形の評価結果を表１に示す。
【００５０】
実施例２〜５
実施例１に比べ、実施例２では強化繊維（炭素繊維）の曲げ剛性を変更し、実施例３、４ではベース樹脂をポリプロピレン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）に変更するとともに金型温度あるいは成形温度を変更し、実施例５では金型温度および成形温度と強化繊維（炭素繊維）の曲げ剛性を変更して、実施例１と同様の条件でプレス成形を実施した。プレス成形の条件および評価結果を併せて表１に示す。
【００５１】
比較例１〜４
比較例１、２、４では、図２に示したような層状フローの流動条件で、比較例３では図３に示したようなファウンテンフローの流動条件で、プレス成形を実施した。なお、比較例３における繊維強化熱可塑製樹脂基材Ｈの製造方法は以下の通りである。炭素繊維（「Ｔ７００S」、東レ（株）製、密度１．８ｇ／ｃｍ３、直径７μｍ、フィラメント数２４０００本）を６ｍｍにカットし、ナイロン６樹脂（「ＣＭ１００１」、東レ（株）製）ペレットとブレンドして、２軸押出機（日本製鋼所製  ＴＥＸ３０α）で溶融混錬してＶｆ３０％、数平均繊維長０．３ｍｍのペレットを得た。得られたペレットを熱プレスして２００×３００×２ｍｍｔのＣＦＲＰシートを得た。これら比較例１〜４におけるプレス成形の条件および評価結果を併せて表１に示す。
【００５２】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、スタンパブル基材を用いてプレス成形することにより成形体を製造するあらゆる方法に適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  強化繊維マット
２  繊維強化樹脂材
２ａ  内層
３、４  金型
５  キャビティ
５ａ  内面
６、７  金型
８  繊維強化樹脂材
８ａ  内層
９  キャビティ
１０、１１  金型
１２  繊維強化樹脂材
１３  キャビティ
２１  カーディング装置
２２  シリンダーロール
２３  テイクインロール
２４  ドッファーロール
２５  ワーカーロール
２６  ストリッパーロール
２７  フィードロール
２８  ベルトコンベアー
２９  不連続な炭素繊維
３０  シート状のウエブ
４１  測定用サンプル
４２  基台
４３  ３次元画像データ
４４  微小領域
４５  走査線
４６  炭素繊維
５１  金型
５２  ＣＦＲＰシート
５３  キャビティ
【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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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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