(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含侵した繊維強化複合材からなる中間成形物品を製造する方法であって、(a)複数の繊維強化複合材を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層体を作製する工程、(b)前記平板状積層体を切断する工程、及び(c)切断された前記平板状積層体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却・加圧により成形する工程を含むことを特徴とする中間成形物品の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の中間成形物品の製造方法において、前記中間成形物品が、強化繊維に熱硬化性樹脂を含侵した繊維強化複合材からなる半硬化物品であり、該半硬化物品の硬化度が１〜50％であることを特徴とする中間成形物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化複合材からなる中間成形物品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化複合材（プリプレグ）からなるスティフンドパネルは軽量で高強度であるため、自動車、船舶、航空機等の構造体に広く使用されている。スティフンドパネルは一般に、成形型上に繊維強化複合材からなるスキン及びスティフナ（ストリンガーやフレーム）を載置し、加圧バッグ等を使用して加熱・加圧することにより成形して製造する。スティフナを形成するストリンガー部材及びフレーム部材は予め予備成形し中間成形物品としてスキン上に配置し、その後スキンと一体化し最終成形物品とするのが、軽量化並びに精度及び成形性の向上の観点から好ましい。
【０００３】
従来上記のような中間成形物品は、所望の積層構造に合うように繊維強化複合材を別々に幾度も切断し、それらを成形型上に順次積層し成形する方法により製造されている。しかしながらこの方法では作業の簡易化が困難であり、特に切断した繊維強化複合材を成形型上に順次積層する工程は手作業によるので、多大な労力を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、少ない工程数で容易に繊維強化複合材からなる中間成形物品を製造できる方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は繊維強化複合材を複数積層した平板状積層体を予め作製し、これを適宜成形して中間成形物品を製造することにより、工程数を大幅に低減することができることを発見し、本発明に想到した。
【０００６】
すなわち、本発明の中間成形物品の製造方法は、強化繊維に熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含侵した繊維強化複合材からなる中間成形物品を製造する方法であって、(a)複数の繊維強化複合材を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層体を作製する工程、(b)平板状積層体を切断する工程、及び(c)切断された平板状積層体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却・加圧により成形する工程を含むことを特徴とする。熱硬化性樹脂を含む繊維強化複合材を用いる場合、中間成形物品は１〜50％の硬化度を有する半硬化物品であるのが好ましく、本発明の製造方法はこのような半硬化中間成形物品を製造する場合にも好適に利用できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の繊維強化複合材からなる中間成形物品の製造方法は、(a)複数の繊維強化複合材を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層体を作製する工程、(b)平板状積層体を切断する工程、及び(c)切断された平板状積層体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却・加圧により成形する工程を含む。
【０００８】
本発明では、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維に熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂等）又は熱可塑性樹脂（PEEK、ナイロン６、ナイロン６６、ポリエチレンテレフタレート等）を含浸させてなる繊維強化複合材が使用可能である。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が好ましく、熱可塑性樹脂としてはナイロンが好ましい。強化繊維と熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂との配合割合は任意に調整しうる。また、繊維強化複合材の大きさは特に限定されない。繊維強化複合材を積層する際の積層構造（各複合材の繊維方向）は特に限定されず、例えば(±45°／０°／０°／０°／0-90°)等に配列してよい。また積層数も任意に決定すればよい。
【０００９】
熱硬化性樹脂を含む繊維強化複合材を用いる場合、中間成形物品は半硬化状態であるのが好ましい。本発明では「半硬化状態」とは繊維強化複合材が１〜80％の硬化度を有する状態をいう。半硬化状態のストリンガー部材やフレーム部材を製造する場合、取り扱いや保管を容易にし、スキンと一体成形する際に適した物性を得るためには半硬化中間成形物品の硬化度は１〜50％とするのが好ましく、５〜20％とするのがより好ましい。本発明の製造方法はこのような硬化度を有する半硬化中間成形物品を製造する場合にも好ましく適用できる。また、熱硬化性樹脂を含む繊維強化複合材を用いる場合、工程(a)で作製する平板状積層体の硬化度は所望の中間成形物品の硬化度以下とする。
【００１０】
繊維強化複合材が熱硬化性樹脂を含む場合も熱可塑性樹脂を含む場合も、本発明における製造方法は基本的には同じであるので、以下、熱硬化性樹脂を含む繊維強化複合材を用いる場合の製造条件について説明する。
【００１１】
工程(a)において、加熱・加圧は熱間加圧ロール、熱プレス等を使用し、20〜100℃で行うのが好ましい。加熱温度が100℃より高いと樹脂の流動が過大となり、20℃より低いとスタック不良となるため好ましくない。また加圧は0.1〜10kg/cm2とするのが好ましい。10kg/cm2より大きいと繊維配向の乱れが起こり、0.1kg/cm2より小さいとスタック不良となるため好ましくない。
【００１２】
工程(a)において、冷却・加圧は冷間加圧ロール、冷間プレス等を使用し、10〜30℃で行うのが好ましい。冷却温度が30℃より高いとスタックのはがれが発生し、10℃より低いと冷却に多くのエネルギーが必要となるため好ましくない。また加圧は0.1〜10kg/cm2とするのが好ましい。10kg/cm2より大きいと繊維配向の乱れが起こり、0.1kg/cm2より小さいとスタック不良となるため好ましくない。
【００１３】
工程(b)において、切断は刃物による裁断機、ウォータージェット等を用いて行えばよい。切断する大きさは用途に応じて適宜調節すればよい。
【００１４】
工程(c)において、平板状積層体を軟化するための加熱は、オーブン、ヒーター等を用いて行う。加熱温度は60〜100℃であるのが好ましく、70〜90℃であるのがより好ましい。加熱は10〜90分間行うのが好ましく、20〜50分間行うのがより好ましい。
【００１５】
工程(c)において、冷却・加圧は冷間加圧ロール、冷間プレス等を使用し、好ましくは０〜50℃、より好ましくは20〜40℃で行う。冷却温度が50℃より高いと冷却不十分による付形のもどりが起こり、０℃より低いと急冷による付形前の樹脂流動停止が起こり付形不良となるため好ましくない。また加圧は0.1〜10kg/cm2とするのが好ましい。10kg/cm2より大きいと繊維配向の乱れが発生し、0.1kg/cm2より小さいと付形が十分されないため好ましくない。
【００１６】
工程(c)において、成形型としては、例えばスチール、アルミ等からなるものが使用できる。
【００１７】
本発明の製造方法によれば、Ｃ型、Ｉ型、Ｔ型等の様々な形状の中間成形物品が製造できる。また、曲面形状を有する中間成形物品の製造にも適している。以下、本発明の製造方法により図６に示すＴ型中間成形物品７を製造する場合について図１〜５を用いて説明するが、本発明はこれにより限定されない。
【００１８】
(a)平板状積層体を作製する工程
図１は、５つの繊維強化複合材1a〜1eを自動的に積層し、熱間加圧ロール３を通して加熱・加圧し、更に冷間加圧ロール４を通して冷却・加圧することにより、平板状積層体2aを作製する様子を示す。このように、工程(a)は自動化が可能であり、平板状積層体2aは非常に容易に作製することができる。
【００１９】
(b)平板状積層体を切断する工程
得られた平板状積層体2aを所定の大きさに切断し、図２に示す平板状積層体2b、2c及び2dを得る。従来法では繊維強化複合材を幾度も切断し、それらを成形型上に順次積層していたのに対して、本発明では予め平板状積層体2aを作製し、これを切断・成形するので切断工程数を〔１／積層枚数〕に低減することができる。
【００２０】
(c)平板状積層体を加熱により軟化し、冷却・加圧により成形する工程
通常、Ｔ型中間成形物品を製造する場合は、２段階での成形が必要である。即ち、まず得られた平板状積層体2b及び2cを加熱により軟化し、冷却・加圧により成形して図３に示すＬ型中間成形物品6a及び6bをそれぞれ作製する。Ｌ型中間成形物品6a及び6bの形状は同じであるので、共に図４に示す単純な成形型5a及び5bを用いて、平板状積層体2b及び2cから成形することができる。次いで平板状積層体2dを加熱により軟化し、6a及び6bと共に図５に示す成形型5cに載置し、更に成形型5d〜5fを配置し、冷却・加圧してＴ型中間成形物品７を得る。本実施例では2d、6a及び6bの積層構造を同じとしたため、１種類の平板状積層体2aを作製するだけでよく、従来法に比べ積層工程数が少ないという利点がある。Ｃ型等のより単純な形状の中間成形物品を製造する場合は１段階の成形でよい。
【００２１】
Ｔ型中間成形物品７は熱プレス、オートクレーブ等を使用して加熱・加圧してスキン積層体等と一体化し、本硬化して最終成形物品とする。例えば図７に示すように、成形型5g上にスキン８を敷き、その上にＴ型中間成形物品７を載置し、更に成形型5h及び5iを配置して一体成形する。本発明の方法により製造される半硬化中間成形物品は製造後すぐに本硬化し最終成形物品としてもよいが、−20℃〜室温程度で保管しておくこともできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の製造方法によれば従来の煩雑な作業を伴う方法よりも工程数を低減することができ、容易に中間成形物品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で用いる平板状積層体を作製する様子を示す斜視図である。
【図２】  図１に示す平板状積層体を切断した状態を示す斜視図である。
【図３】  図２に示す平板状積層体を用いて作製したＬ型中間成形物品を示す斜視図である。
【図４】  図３に示すＬ型中間成形物品を成形する様子を示す側面図である。
【図５】  図３に示すＬ型中間成形物品及び平板状積層体を用いてＴ型中間成形物品を成形する様子を示す斜視図である。
【図６】  本発明により製造できる中間成形物品の一例を示す斜視図である。
【図７】  図６に示す中間成形物品をスキン積層体等と一体化し最終成形物品を製造する様子を示す斜視図である。
【符号の説明】
1a、1b、1c、1d、1e・・・繊維強化複合材
2a、2b、2c、2d・・・平板状積層体
３・・・熱間加圧ロール
４・・・冷間加圧ロール
5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i・・・成形型
6a、6b・・・Ｌ型中間成形物品
７・・・Ｔ型中間成形物品
８・・・スキン
【図１】
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【図２】
0004363741.tif 000003
【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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