(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に、熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなる複合材材料を積層体として複数積層し、
前記積層体を真空バックで被覆し、
この被覆した部分をシール材で密封し、
この被覆した部分を真空引きして、前記積層体を加圧、加熱することにより複合材製品を製造することを特徴とする複合材製品の製造方法。
【請求項２】
前記複合材材料の前記繊維織物材と前記熱硬化性樹脂製薄膜とを一体的に切断し、積層することを特徴とする請求項１記載の複合材製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材製品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種産業分野における軽量化・高強度化の要請に伴い、繊維強化樹脂製の複合材材料が提案され、実用化されている。例えば、航空宇宙分野においては、強化用の繊維材料からなる基材に熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸させた薄板状の複合材材料である「プリプレグ」が使用されており、このプリプレグを所定の形状に切り取って所定の治具上に積層した後、オートクレーブで加圧・加熱することによって、航空機翼の外板などの複合材製品を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プリプレグは一般的に薄手であるため、前記したような複合材製品を製造する際には多数のプリプレグを積層する必要があり、その積層作業にきわめて多くの時間と労力が費やされていた。
【０００４】
また、プリプレグは、前記したように基材にマトリックス樹脂を含浸させて構成したものであるため、積層作業の際にプリプレグ層間に混入した空気が充分に排出されない場合があった。従って、複合材製品の品質・強度の低下を防止するために、さらにオートクレーブなどを用いて加圧してこのプリプレグ層間に混入した空気を排出する必要があった。
【０００５】
ところで、プリプレグを製造する方法としては、（１）強化用の繊維材料からなる基材の上下面に熱硬化性樹脂フィルムを重ねた後、加熱・加圧して熱硬化性樹脂フィルムを溶融させて熱硬化性樹脂を基材に含浸させる方法（ホットメルト法）や、（２）熱硬化性樹脂を溶剤で溶かした溶液に強化用の繊維材料からなる基材を含浸させた後、この溶剤を乾燥させる方法（溶剤法）、などが採用されている。
【０００６】
これらの方法を用いて比較的厚手のプリプレグを製造することができれば積層作業における時間や労力の低減を図ることができるが、比較的厚手のプリプレグを製造しようとすると以下のような問題が生じることとなる。すなわち、ホットメルト法を採用した場合には、厚手の基材の中心部まで充分に熱硬化性樹脂を含浸させることができない場合があり、溶剤法を採用した場合には、基材の中心部に含浸させた溶剤を充分に揮発させることができない場合があった。この結果、プリプレグの複合材材料としての機能が損なわれ、このプリプレグを用いて製造された複合材製品の品質も損なわれる場合があった。
【０００７】
本発明の課題は、複合材製品を製造する際に費やされる時間および労力を格段に低減させるとともに、複合材製品の高品質化に寄与することができる複合材製品の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１および図２に示すように、樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に、熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなる複合材材料を積層体として複数積層し、
前記積層体を真空バックで被覆し、
この被覆した部分をシール材で密封し、
この被覆した部分を真空引きして、前記積層体を加圧、加熱することにより複合材製品を製造することを特徴とする複合材製品の製造方法である。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、複合材材料が、樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に、熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなるものであるため、この複合材材料を複数積層して真空バッグで被覆し、被覆した部分を真空引きして加圧・加熱することにより、熱硬化性樹脂製薄膜を構成する熱硬化性樹脂を繊維織物材に含浸させて硬化成形を行い、複合材製品を製造することができる。
【００１０】
従って、請求項１記載の発明に係る複合材材料を用いて、いわゆるＲＦＩ（Resin Film Infusion）法を採用して複合材製品を製造することができる。
【００１２】
さらに、請求項１記載の発明によれば、複合材材料が、樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなるものであるため、複合材材料を積層する際に層間に空気が混入しても、繊維織物材の通気性を利用してこの層間の空気を容易に排出させることができる。従って、複合材製品の品質の低下を防止することができる。
【００１３】
さらにまた、請求項１記載の発明によれば、複合材材料が、樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に、熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなるものであるため、ホットメルト法や溶剤法などの従来のプリプレグ製造方法を採用する必要がない。従って、厚手の基材の中心部まで充分に熱硬化性樹脂を含浸させることができないという問題や、厚手の基材の中心部に含浸させた溶剤を充分に揮発させることができないという問題が発生する余地がなく、複合材材料の機能が損なわれることがない。この結果、複合材製品の品質の低下をもたらすこともない。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合材製品の製造方法において、前記複合材材料の前記繊維織物材と前記熱硬化性樹脂製薄膜とを一体的に切断し、積層することを特徴とする。
【００１５】
従来ＲＦＩ法を採用して複合材製品を製造する際には、繊維織物材と熱硬化性樹脂製薄膜とを別々に切断し、別々に積層する必要があったが、請求項２記載の発明によれば、繊維織物材と熱硬化性樹脂製薄膜とを一体的に切断して積層する。従って、ＲＦＩ法を採用して複合材製品を製造する際の切断作業および積層作業に費やされる時間および労力を大幅に低減させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る複合材材料を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本実施の形態に係る複合材材料１０は、図１に示したように、繊維織物材２０に熱硬化性樹脂製薄膜３０が貼着されてなるものである。この複合材材料１０は、各種複合材製品の製造に使用することができ、従来の複合材材料であるプリプレグの代替材料としての機能を果たす。
【００２１】
繊維織物材２０は、複合材材料１０を使用して製造される複合材製品の強度を高めるという機能を果たし、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維などの強化用の繊維材料（以下、「強化繊維」という）を織り合わせて構成することができる。この際、同種の強化繊維同士だけでなく、異種の強化繊維を織り合わせてもよく、本実施の形態では、ガラス繊維とカーボン繊維を織り合わせたものを採用している。
【００２２】
繊維織物材２０は、多次元織機や多軸織機等の従来から使用されている繊維織機を使用して調製することができる。織り方の種類としては、平織り、綾織り、朱子織りや、同一平面状において三方向の強化繊維が相互に６０°の角度で交差するように織り合わせた三軸織りや、強化用の繊維材料を経、緯および垂直の三方向に配置して立体的に織り合わせた三次元織りを採用することができる。
【００２３】
なお、本発明において「繊維織物材」とは、前記したような織り方を採用して調製した繊維織物単体を意味することは勿論であるが、前記したような織り方を採用して調製した繊維織物や、一方向に引き揃えた繊維材を複数積層し、縫い合わせて一体化させて調製したものも意味するものとする。
【００２４】
繊維織物材２０は、所要強度を得る目的で、または、所要強度を得るための積層数を少なくする目的で、比較的厚手とするのがよい。例えば、繊維目付では、４００ｇ／ｍ2〜１６００ｇ／ｍ2の範囲が好ましく、本実施の形態における繊維織物材２０の厚さを、繊維目付６００ｇ／ｍ2に設定している。前記したように、繊維織物や一方向に引き揃えた繊維材を複数積層し、縫い合わせて一体化させる方法を採用したり、強化用の繊維材料を経、緯および垂直の三方向に配置して立体的に織り合わせた三次元織りを採用したりすることで、比較的厚手の繊維織物材２０を調製することができる。
【００２５】
本実施の形態においては、一方向に引き揃えた炭素繊維からなる単層の繊維材（繊維目付１５０ｇ／ｍ2）を、その方向を４５°ずつ変更しながら４層積層し、これらを縫い合わせて一体化させることによって、繊維目付６００ｇ／ｍ2の繊維織物材２０を構成している。このように構成された繊維織物材２０は、ニ方向繊維織物材とマトリックス樹脂とから構成された通常のプリプレグ（繊維目付１９８ｇ／ｍ2、樹脂含有率４０重量％）３層分の厚さを有することとなる。
【００２６】
熱硬化性樹脂製薄膜３０は、加熱・加圧されることによって溶融し繊維織物材２０に含浸して硬化する熱硬化性のマトリック樹脂から構成される薄膜体である。この熱硬化性樹脂製薄膜３０を構成する熱硬化性樹脂の種類としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、架橋ポリエチレン、ビスマレイミド、ポリイミドなどを挙げることでき、本実施の形態ではエポキシ樹脂を採用している。
【００２７】
本実施の形態に係る熱硬化性樹脂製薄膜３０は、繊維織物材２０に一時的に固定することができる程度の粘着性を有するものを採用している。このため、接着剤や両面テープなどを用いることなく、繊維織物材２０に熱硬化性樹脂製薄膜３０を貼着することができる。また、熱硬化性樹脂製薄膜３０の厚さは、組み合わせられる繊維織物材２０の厚さ、構成繊維、織り方などを勘案して適宜決めることができ、本実施の形態では約０．３ｍｍに設定している。この熱硬化性樹脂製薄膜３０は、従来から用いられているナイフコータやローラコータを使用して製造することができる。
【００２８】
次に、いわゆるＲＦＩ（Resin Film Infusion）法を採用して、本実施の形態に係る複合材材料１０から所望の複合材製品を製造する際の手順について説明する。
【００２９】
まず、本実施の形態に係る複合材材料１０を、図２に示すように所定形状に切断して複数のシート状とする。次いで、所定の治具４０の上に、これらシート状の複合材材料１０を所定数積層する。この際には、図２に示すように、熱硬化性樹脂製薄膜３０を下側（治具４０側）にして配置するのが好ましい。
【００３０】
次いで、複合材材料１０の積層体を真空バッグ５０によって被覆し、この被覆した部分をシール材６０で密封する（図２参照）。次いで、この被覆した部分の空気の排出（真空引き）を行って複合材材料１０の積層体に圧力を加えるとともにオーブンなどで加熱することによって、熱硬化性樹脂製薄膜３０を構成する熱硬化性樹脂を繊維織物材２０に含浸させ、硬化させる。以上の手順によって、本実施の形態に係る複合材材料１０から所望の複合材製品を製造することができる。
【００３１】
なお、従来の複合材材料であるプリプレグ１００を所定数積層し、真空バッグ５０で被覆した後に被覆した部分の空気の排出（真空引き）を行った場合には、図３に示すように、層間の空気が排出されずに残ることがある。このような層間に残存した空気を排出するため、オートクレーブなどを用いて加圧する必要があった。
【００３２】
これに対し、本実施の形態に係る複合材材料１０は、樹脂未含浸の繊維織物材２０に熱硬化性樹脂製薄膜３０が貼着されてなるものであるため、この複合材材料１０を積層する際に層間に空気が混入しても、加圧・加熱して硬化成形する際に層間の空気を容易に排出させることができる（図２参照）。すなわち、本実施の形態に係る複合材材料１０を使用すれば、真空引きのみによって、通気性を有する繊維織物材２０を介して層間の空気を容易に排出することができるので、より簡易な工程で高品質の複合材製品を製造することができる。
【００３３】
本実施の形態に係る複合材材料１０は、樹脂未含浸の繊維織物材２０に熱硬化性樹脂製薄膜３０が貼着されてなるものであるため、この複合材材料１０を複数積層して真空バッグ５０で被覆し、被覆した部分を真空引きして加圧・加熱することにより、熱硬化性樹脂製薄膜３０を構成する熱硬化性樹脂を繊維織物材２０に含浸させて硬化成形を行うことができる。従って、ＲＦＩ法を採用して、本実施の形態に係る複合材材料１０から複合材製品を製造することができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る複合材材料１０を用いると、繊維織物材２０と熱硬化性樹脂製薄膜３０とを一体的に切断して積層することができるので、ＲＦＩ法を採用して複合材製品を製造する際の切断作業および積層作業に費やされる時間および労力を大幅に低減させることができる。
【００３５】
さらに、本実施の形態に係る複合材材料１０は、比較的厚手（繊維目付６００ｇ／ｍ2）で樹脂未含浸の繊維織物材２０を備えるため、従来の複合材材料であるプリプレグを採用した場合と比較すると、複合材製品を製造する際の積層作業に費やされる時間および労力を格段に低減させることができる。
【００３６】
さらにまた、本実施の形態に係る複合材材料１０は、樹脂未含浸の繊維織物材２０に、熱硬化性樹脂製薄膜３０が貼着されてなるものであるため、ホットメルト法や溶剤法などの従来のプリプレグ製造方法を採用する必要がない。従って、複合材材料１０の機能が損なわれることがなく、複合材製品の品質の低下をもたらすこともない。
【００３７】
なお、本実施の形態に係る複合材材料１０においては、熱硬化性樹脂製薄膜３０の繊維織物材２０と反対側の面３１に、（図示していない）離型フィルムが貼着されている。従って、本実施の形態に係る複合材材料１０は、図１に示したように離型フィルムを内側にしてロール状に巻回して輸送、保管などに供することができるので、きわめて取り扱い易い。また、この複合材材料１０を所望の形状に切断してシート状にした場合でも、離型フィルムを介して複数積層した状態で輸送、保管に供することができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、複合材材料を要すれば複数積層して真空バッグで被覆し、被覆した部分を真空引きして加圧・加熱することにより、熱硬化性樹脂製薄膜を構成する熱硬化性樹脂を繊維織物材に含浸させて硬化成形を行い、複合材製品を製造することができる。従って、ＲＦＩ法を採用して、複合材材料から複合材製品を製造することができる。
【００３９】
また、請求項２記載の発明に係る複合材材料によれば、繊維織物材と熱硬化性樹脂製薄膜とを一体的に切断して積層するので、ＲＦＩ法を採用して複合材製品を製造する際の切断作業および積層作業に費やされる時間および労力を大幅に低減させることができる。
【００４０】
さらに、請求項１記載の発明によれば、複合材材料が、樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなるものであるため、複合材材料を積層する際に層間に空気が混入しても、繊維織物材の通気性を利用してこの層間の空気を容易に排出させることができる。従って、複合材製品の品質の低下を防止することができる。
【００４１】
さらにまた、請求項１記載の発明によれば、複合材材料が、樹脂未含浸の繊維織物材の少なくとも一方の面に、熱硬化性樹脂製薄膜が貼着されてなるものであるため、ホットメルト法や溶剤法などの従来のプリプレグ製造方法を採用する必要がない。従って、複合材材料の機能が損なわれることがなく、複合材製品の品質の低下をもたらすこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る複合材材料の斜視図および一部拡大側面図である。
【図２】図１に示した複合材材料を複数積層して真空バッグで被覆し、被覆した部分の空気を排出した状態を示す概念図である。
【図３】従来の複合材材料であるプリプレグを複数積層して真空バッグで被覆し、被覆した部分の空気を排出した状態を示す概念図である。
【符号の説明】
１０        複合材材料
２０        繊維織物材
３０        熱硬化性樹脂フィルム
３１      離型フィルムが貼着される面
４０        治具
５０        真空バッグ
６０        シール材
１００        プリプレグ
【図１】
0003911410.tif 000002
【図２】
0003911410.tif 000003
【図３】
0003911410.tif 000004