(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張弾性率が２１０ＧＰａ以上で、かつ破壊歪みエネルギーが４０ＭＪ／ｍ３以上の炭素繊維からなり、その目付が１００ｇ／ｍ２を超え５００ｇ／ｍ２未満の多軸布帛が複数枚積層され、該多軸布帛の層間には、その使用量が５ｇ／ｍ２を超え３０ｇ／ｍ２未満の層間靭性補強材が配置され、前記層間靭性補強材が非晶性ポリアミドからなる粒子であることを特徴とするプリフォーム。
【請求項２】
前記炭素繊維の引張弾性率が２８０ＧＰａを超え５００ＧＰａ未満であり、かつ破壊歪みエネルギーが５３ＭＪ／ｍ３以上である、請求項１に記載のプリフォーム。
【請求項３】
前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して０゜、＋α゜、９０゜、−α゜（ここでαは０を越え９０未満である）を含む方向に配列した層をステッチ糸で一体化されている多軸ステッチ布帛である、請求項１または２に記載のプリフォーム。
【請求項４】
前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して０゜、＋α゜、９０゜、−α゜（ここでαは０を越え９０未満である）を含む方向に配列した層を、０゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化されてなる多軸織物である、請求項１または２に記載のプリフォーム。
【請求項５】
前記バイアス角度α゜が４５゜である、請求項３または４に記載のプリフォーム。
【請求項６】
多軸布帛と層間靭性補強材がステッチ手段または接着手段で一体化している、請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォーム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォームを使用し炭素繊維強化プラスチックを成形する方法であって、下記Ａ．Ｂ．Ｃ．のいずれかの方法で樹脂を真空含浸させることを特徴とする成形方法。
Ａ．プリフォームを成形型に積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入、含浸させる方法。
Ｂ．プリフォームを雌型（または雄型）に積層した後、雄型（または雌型）で型締めし、キャビティ内を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
Ｃ．プリフォームを成形型に積層し、さらに前記積層体にマトリックス樹脂となる樹脂フイルム層を積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと呼称することがある）の成形に用いるプリフォームに関し、さらに詳しくは炭素繊維強化プラスチック（以下ＣＦＲＰと呼称することがある）の成形に用いるプリフォーム、その成形方法、およびＣＦＲＰからなる航空機構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、スーパジャンボ機の開発や亜音速機の開発などが矢継ぎ早に発表され、民間航空機も大きく変革しようとしている。これらの革新機の材料および構造材の技術的課題は、機械的特性を十分に満足してかつ画期的な軽量化と徹底したコストダウンであり、とくに軽量化を達成するため、主翼や胴体などの、これまでＣＦＲＰが使用されていなかった１次構造材まで材料転換を図る必要に駆られている。
さて、連続炭素繊維からなる繊維強化プラスチックは、繊維軸方向の機械的特性には優れるが、繊維軸から離れるに従い、機械的特性は急激に低下する。この対策として、たとえば、機械的特性が疑似等方性基材となるように、一方向に並行に繊維配列し、あらかじめマトリックス樹脂が含浸された一方向プリプレグを用い、繊維軸方向がＦＲＰ成形体の長さ（０゜）方向、幅（９０゜）方向や斜めの−４５゜方向および＋４５゜方向となるようにプリプレグが積層され、成形されたものが使用されている。しかし、航空機の構造材には、滑走の際の胴体主翼や尾翼への小石の飛散、主翼への鳥の衝突や、航空機の組み立てや修理の際の主翼上面への工具の落下などにより部分的な衝撃が加わることがある。このような衝撃が、上記した炭素繊維シートが積層されたＣＦＲＰ板の厚さ方向に加わると、各層の機械的特性に大きな異方性があるため、衝撃によって炭素繊維の破壊と同時にＣＦＲＰ板の層間にクラックが発生し層間が剥離することがある。このような層間が剥離したＣＦＲＰ板に圧縮力が作用すると、クラックが進展して圧縮強度が大幅に低下する現象が発生することがある。
この対策として、たとえばプリプレグの表面に熱可塑性粒子を付着させ、成形した積層体の層間に粒子を配すことで、衝撃によるクラックの伝播エネルギーを粒子に吸収させたり、粒子の存在によって形成される層間の樹脂層を破壊させることによってエネルギー吸収し、層間剥離の面積を小さくすることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した層間剥離の面積を小さくする方法では、下記ａ〜ｆのような理由によりＣＦＲＰ構造材の製造コストが高くなる等の問題があった。
ａ．樹脂をあらかじめ含浸させるプリプレグ工程が必要である。
ｂ．熱可塑性粒子の粒子径を小さくする必要があるが、粒子径が均一な熱可塑性粒子を製造するコストが高い。
ｃ．各方向に配列した全てのプリプレグに熱可塑性粒子層が必要となり、粒子の使用量が多くなる。
ｄ．熱可塑性粒子をプリプレグの樹脂表面に均一に付着させるため、プリプレグの加工速度が遅くなったり、また、マトリックス樹脂に粒子が分散した樹脂フイルムを作製することが必要で、工程が煩雑となる。
ｅ．航空機の１次構造材として使用する場合、板厚が厚くなる。
ｆ．オートクレーブ成形されるから、大きなオートクレーブが必要となり、設備費用がかさみ、またオートクレーブの大きさによっ成形体の寸法の制約があった。
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、安価で、生産性が良く、かつ靭性および信頼性に優れるＣＦＲＰが得られるプリフォーム、その成形方法、炭素繊維強化プラスチックおよび航空機構造部材を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、
（１）引張弾性率が２１０ＧＰａ以上で、かつ破壊歪みエネルギーが４０ＭＪ／ｍ３以上の炭素繊維からなり、その目付が１００ｇ／ｍ２を超え５００ｇ／ｍ２未満の多軸布帛が複数枚積層され、該多軸布帛の層間には、その使用量が５ｇ／ｍ２を超え３０ｇ／ｍ２未満の層間靭性補強材が配置され、前記層間靭性補強材が非晶性ポリアミドからなる粒子であることを特徴とするプリフォーム。
（２）前記炭素繊維の引張弾性率が２８０ＧＰａを超え５００ＧＰａ未満であり、かつ破壊歪みエネルギーが５３ＭＪ／ｍ３以上である、（１）に記載のプリフォーム。
（３）前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して０゜、＋α゜、９０゜、−α゜（ここでαは０を越え９０未満である）を含む方向に配列した層をステッチ糸で一体化されている多軸ステッチ布帛である、（１）または（２）に記載のプリフォーム。
（４）前記多軸布帛が布帛の長さ方向に対して０゜、＋α゜、９０゜、−α゜（ここでαは０を越え９０未満である）を含む方向に配列した層を、０゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化されてなる多軸織物である、（１）または（２）に記載のプリフォーム。
（５）前記バイアス角度α゜が４５゜である、（３）または（４）に記載のプリフォーム。
（６）多軸布帛と層間靭性補強材がステッチ手段または接着手段で一体化している、（１）〜（５）のいずれかに記載のプリフォーム。
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載のプリフォームを使用し、炭素繊維強化プラスチックを成形する方法であって、下記Ａ．Ｂ．Ｃ．のいずれかの方法で樹脂を真空含浸させることを特徴とする成形方法。
Ａ．プリフォームを成形型に積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入、含浸させる方法。
Ｂ．プリフォームを雌型（または雄型）に積層した後、雄型（または雌型）で型締めし、キャビティ内を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
Ｃ．プリフォームを成形型に積層し、さらに前記積層体にマトリックス樹脂となる樹脂フイルム層を積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる炭素繊維はマルチフィラメント糸であって、ＰＡＮ系の炭素繊維や、ピッチ系の炭素繊維などのいずれであってもよいが、下記の特性を有する高靭性炭素繊維が使用される。すなわち、ＪＩＳ  Ｒ７６０１に準拠して測定される引張弾性率（Ｅ：ＧＰａ）が２１０ＧＰａ以上であり、かつ、破壊歪みエネルギー（Ｗ：ＭＪ／ｍ3 ＝１０6 ×Ｊ／ｍ3 ）が４０ＭＪ／ｍ3 以上の炭素繊維である。
【０００７】
なお、ここで、破壊歪みエネルギー（Ｗ）とは、ＪＩＳ  Ｒ７６０１に準拠して測定される引張強度（σ：ＧＰａ）と、上記した引張弾性率（Ｅ）とを用いて、次式：Ｗ＝σ2 ／２Ｅに基づいて算出される値のことをいう。引張弾性率（Ｅ）が２１０ＧＰａ未満の炭素繊維を用いた場合、構造材の撓み量が許容されるようにするには、構造材の板厚を大きくしなければならず、重くなってしまう。また、衝撃が加わった場合、積層板の撓み量が大きくなり、交差積層された層間に大きな引き剥がし力が働き、クラックが大きくなり、衝撃による圧縮強度低下も大きいため好ましくない。より好ましくは、炭素繊維の引張弾性率は２８０ＧＰａを超え５００ＧＰａ未満である。５００ＧＰａ以上になると炭素繊維の破断伸度が小さくなることがある。
【０００８】
また、本発明には破壊歪みエネルギー（Ｗ：ＭＪ／ｍ3 ）が４０ＭＪ／ｍ3 以上の炭素繊維を使用する。破壊歪みエネルギーが４０ＭＪ／ｍ3 未満であると、積層板に衝撃が加わった際、炭素繊維の破壊によって吸収される衝撃エネルギーが小さいので、エネルギーは層間のマトリックス樹脂層の破壊によって吸収され、クラックも大きくなるので好ましくない。４０ＭＪ／ｍ3 以上であると炭素繊維の破壊によって吸収される衝撃エネルギーが大きくなり、クラック発生に費やされるエネルギーが小さく、したがってクラックの大きさも小さく、圧縮強度の低下も小さくすることができる。より好ましくは、破壊歪みエネルギーが５３ＭＪ／ｍ3 以上であると、衝撃による損傷面積も小さくなり、信頼性に優れた構造部材となる。
【０００９】
本発明に使用する炭素繊維を糸条とした炭素繊維糸条の太さはとくに限定されないが、好ましくは３，０００〜１００，０００フイラメント程度である。とくに、太い炭素繊維糸条を用いると、炭素繊維が安くなるので安価な布帛が得られ好ましい。炭素繊維糸条の太さは、より好ましくは１２，０００〜１００，０００フイラメントであり、この場合は、ステッチ糸による一体化加工前に炭素繊維糸条をローラの揺動操作やエアー・ジェット噴射で薄く拡げると、布帛の全面にわたり炭素繊維の密度が均一となり、表面が平滑なＦＲＰが得られるので好ましい。炭素繊維糸条の太さが１２，０００〜２４，０００フイラメンであると、安価でかつ繊維分散が均一な多軸布帛が得られるので特に好ましい。
【００１０】
上記した炭素繊維糸条には０．２〜０．８重量％以下のサイジング剤を付着させておくことが好ましい。サイジング剤の付着量が０．２重量％未満であると、炭素繊維糸条が巻かれたボビンをカートンケースから取り出す際や、ボビンをステッチｍ／ｃや織機のクリールに掛ける際のハンドリングで、ボビンの最外層や側面の炭素繊維が毛羽立つことがある。また、０．８重量％を超えると、炭素繊維糸条内での炭素繊維同士のサイジング剤による付着が強いので、ステッチ・ニードルが高速で貫通すると、ニードル貫通部の炭素繊維がニードルの左右に動くことによって逃げることができず、まともに炭素繊維がニードルと衝突して、切断してしまうことがある。また、とくに航空機の１次構造材の場合、部材厚みが大きくなるので、プリフォームも厚くなり、樹脂の含浸も悪くなる傾向となる。０．２〜０．８重量％以下のサイジング剤量であれば、炭素繊維同士のサイジング剤による付着が適度であり、ステッチ・ニードルが高速で貫通しても、ニードル貫通部の炭素繊維が左右に動くことによって逃げることができるので好ましい。また、炭素繊維同士のサイジング剤による付着が適度であるから、ニードルやステッチ糸の挿入によって、糸束が拡がり、凸凹が少ない、表面が平滑な布帛が得られるので、成形で表面が平滑なＦＲＰとなる。また、プリフォームが厚くなっても比較的樹脂の含浸が容易である。
【００１１】
本発明に使用する多軸布帛は、引張弾性率が２１０ＧＰａ以上で、かつ破壊歪みエネルギーが４０ＭＪ／ｍ3 以上の炭素繊維からなる多軸布帛である。本発明のプリフォームは、該多軸布帛が複数枚積層されたものであり、該多軸布帛の層間には層間靭性補強材が配置されているものである。該層間靭性補強材によって衝撃エネルギーの吸収が可能となり、高強度の成形品を与えるプリフォームを得ることができる。
【００１２】
次に図を使用して、本発明の好ましい態様を説明する。図１は、本発明に係るプリフォームの好ましい１態様を示す概略斜視図である。炭素繊維からなる多軸布帛２1 と多軸布帛２2 が積層され、多軸布帛２1 と多軸布帛２2 の層間には層間靭性補強材３が配置されてプリフォーム１が形成されている。ここで、図１では多軸布帛が２層の例について説明したが、本発明では２層に限定するものではなく、構造材のＣＦＲＰの厚みにより積層数を適宜選択することが出来る。なお、積層する多軸布帛の種類は特に限定されないが、好ましくは同種の布帛、つまりステッチ布帛の場合は全てがステッチ布帛であり、織物の場合は全てが織物であることが好ましい。なお、多軸布帛２1 ，２2 は、層間靭性補強材３とステッチ手段または接着手段で一体化しているのが好ましい。たとえば層間靭性補強材３に使用するタッキファイヤーや芯鞘型繊維の低融点成分による融着などで、多軸布帛２と層間靭性補強材３を接着または付着により一体化させておくと、プリフォームの運搬などで、炭素繊維糸条の配向が乱れたり多軸布帛の積層位置がずれることがないので、成形が容易となり好ましいものである。
【００１３】
図２は、本発明に使用する多軸布帛としての多軸ステッチ布帛の好ましい１態様を示す概略斜視図である。図２は、詳しくは、多軸布帛が布帛の長さ方向に対して０゜、＋α゜、９０゜、−α゜（ここでαは０を越え９０未満である）を含む方向に配列した層をステッチ糸で一体化されている多軸ステッチ布帛である例である。
多軸ステッチ布帛４の下面から、まず長さ方向イに対して斜め方向に多数本の炭素繊維糸条５が並行に配列して＋α゜層９を構成し、次いで布帛の幅方向に多数本の炭素繊維糸条６が並行に配列して９０゜層１０を構成し、次いで斜め方向に多数本の炭素繊維糸条７が並行に配列して−α゜層１１を構成し、次いで布帛の長さ方向に多数本の炭素繊維糸条８が並行に配列して０゜層１２を構成し、互いに配列方向が異なる４層が積層された状態で、ステッチ糸１３でこれら４層が縫合一体化されている。縫合一体化にあたってのステッチ糸１３が形成する縫い組織としては、単環縫い、１／１のトリコット編みが挙げられる。
【００１４】
なお、図２で、あたかも断面形状が楕円で示されている繊維の集合体が１糸条で、この糸条間にステッチ糸１３が配列しているかに見えるが、ステッチ糸１３は糸条に対してはランダムに挿入され、楕円で示されている繊維の集合体はステッチ糸の拘束によって形成されているのである。
なお、図２に示した多軸ステッチ布帛の炭素繊維の構成は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層の４層構成について説明したが、これに限定するものではない。たとえば０°層／＋４５°層／０°層／−４５°層／９０°層／−４５°層／０°層／＋４５°層／０°層のように、０°層が多く含まれるような、０゜、＋α゜、−α゜、９０゜の４方向を含むものであってもよい。
【００１５】
ここで、バイアス角α゜は、炭素繊維ステッチ布帛をＦＲＰ成形体の長さ方向に積層し、炭素繊維による剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好ましい。また、積層角の順序は特に限定されないが、各層の機械的特性の異方性に伴う積層板の厚さ方向への衝撃によるＣＦＲＰの層間にクラックを出来るだけ小さくし、ＣＦＲＰ板の圧縮強度の低下を小さくするという観点で、隣接する各層の炭素繊維の交角が４５°であることが好ましい。
【００１６】
図３は、本発明に使用する別の多軸布帛としての多軸織物の好ましい１態様を示す概略斜視図である。図３は、詳しくは多軸布帛が布帛の長さ方向に対して０゜、＋α゜、９０゜、−α゜（ここでαは０を越え９０未満である）を含む方向に配列した層を、０゜方向に配列する連結糸の交錯により一体化されてなる多軸織物である例である。
多軸織物１４の下面から、まず織物の幅方向に多数本の炭素繊維糸条１５が並行に配列して９０゜層２０を構成し、次いで織物の長さ方向イに多数本の炭素繊維糸条１６が並行に配列して０゜層２１を構成し、長さ方向イに対して斜め方向に多数本の炭素繊維糸条１７が並行に配列して＋α゜層２２を構成し、次いで斜め方向に多数本の炭素繊維糸条１８が並行に配列して−α゜層２３を構成し、互いに配列方向が異なる４層が、炭素繊維糸条が真直ぐな状態で積層され、織物の長さ方向に配列する多数本の連結糸１９1、１９2、１９3・・・ が、これら４層の糸条間に挿入されている。この連結糸１９は、上面の炭素繊維糸条１８と下面の炭素繊維糸条１５と１本交互に交錯し、上面→下面→上面→下面・・・と浮き沈みしながら４層が織組織で一体化されている。
なお、図３に示した多軸織物の炭素繊維の構成は＋α゜層／９０゜層／−α゜層／０゜層の４層構成について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、０°層が多く含まれるような、０゜、＋α゜、−α゜、９０゜の４方向を含むものであってもよい。なお、バイアス角α゜は、多軸織物をＦＲＰ成形体の長さ方向に積層し、炭素繊維による剪断補強を効果的に行う観点から４５゜が好ましい。
【００１７】
ここで、図２または図３で説明した多軸ステッチ布帛ならびに多軸織物の層方向の炭素繊維糸条はクリンプすることなく真っ直ぐに配列しているから、ＦＲＰにしたとき、炭素繊維糸条やマトリックス樹脂に応力集中が働かないから、強度や弾性率の低下がほとんど無く、好ましいものである。
また、従来の層間靭性付与方法では、各層に粒子を散布したプリプレグを使用していたが、図２または図３に示したプリフォームは、多軸ステッチ布帛や多軸織物の多軸布帛を構成する各層は、ステッチ糸や連結糸で一体化されているから、ＦＲＰにしたとき多軸布帛内の各層は、衝撃が加わってもステッチ糸や連結糸で層間でのクラック発生を抑制することが出来るので、層間強化が必要となる層数を大幅に減らすことが出来るため、好ましいものである。
【００１８】
本発明に使用する多軸布帛において用いられるステッチ糸や連結糸は、多軸布帛の形成と同時に、多軸布帛内の層間の剥離を抑制する役割を担うものであり、たとえばポリエステル繊維、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維、ナイロン６１０繊維、ナイロン６１２繊維、ナイロン１１繊維、ナイロン１２繊維、およびこれらの共重合繊維、ポリアラミド繊維、ビニロン繊維、低融点繊維、ガラス繊維、炭素繊維などが使用できる。なかでも、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアラミド繊維は引張弾性率が大きいので、少量でもクラックの発生を抑止することができるため好ましく用いられる。特に、ガラス繊維や炭素繊維は、ほとんど吸水しないので航空機構造材のプリフォーム用に好ましく用いられる。ステッチ糸や連結糸の太さはステッチ糸や連結糸の繊維の種類にもよるが、通常７を超え１５０テックス未満が好ましい。７テックス以下であると、多軸布帛内の層間の剥離を抑制する効果が小さくなる。一方、１５０テックス以上になるとステッチ糸や連結糸が布帛の表面に出るので、布帛の表面が凸凹し、成形してもＦＲＰの表面が凸凹し、表面が平滑なＦＲＰが得られないことがある。ステッチ糸や連結糸の太さは、より好ましくは１０テックスを超え７０テックス未満である。
【００１９】
また、ステッチ布帛におけるステッチ糸の配列間隔は２〜８ｍｍ、ピッチは１〜４ｍｍ程度が好適である。ステッチ糸の配列間隔やピッチが小さいと、ステッチ糸による炭素繊維糸条の拘束が強くなり、ドレープ性が失われることがある。また、配列間隔やピッチを大きくするとドレープ性が良くなり、深絞り賦形が可能となるが、ステッチ糸挿入間隔内で炭素繊維糸条が部分的に蛇行することがある。より好ましくは、ステッチ糸の配列間隔が２〜５ｍｍ、ピッチは２〜３．３ｍｍである。
【００２０】
本発明における多軸布帛の各層の炭素繊維目付は１００ｇ／ｍ２を超え５００ｇ／ｍ２未満である。ステッチ糸や連結糸の挿入部には部分的に炭素繊維の存在しない箇所ができ、層方向からの樹脂含浸が可能となるので、通常の織物などの布帛に比べて比較的高目付の布帛としても樹脂含浸が阻害されることはないが、５００ｇ／ｍ２以上となると樹脂含浸速度が遅くなることがある。また、１００ｇ／ｍ２以下になると、所定の厚みを得るために必要となる布帛枚数が多くなり、積層に手間がかかることがある。各層の炭素繊維目付のより好ましい範囲は、１５０ｇ／ｍ２を超え４００ｇ／ｍ２未満のものである。
【００２１】
本発明に使用する層間靭性補強材は、多軸布帛の層間に配置されプリフォームの靭性を向上させるものであって、本発明では熱可塑性樹脂からなる粒子が用いられる。
【００２４】
また、層間靭性補強材が粒子の場合は、平均粒子直径が１〜１５０ミクロンが好ましい。１ミクロン未満になると粒子が多軸布帛を形成する炭素繊維間に入り込み、多軸布帛と多軸布帛の層間に介在する粒子量が少なくなったり、また均一に散布した粒子が局部的に炭素繊維間に入り込むことによって層間に介在する粒子量がばらついたりすることがある。また、１５０ミクロンを越えると、粒子直径が大きくなるので、所定の粒子散布重量に対して、散布される粒子数が少なくなり、均一な散布が困難となることがある。
【００２５】
本発明では、層間靭性補強材の粒子として用いられる原料として、非晶性ポリアミド（特に芳香族および／または脂環式の共重合ポリアミド）を用いる。非晶性ポリアミドは吸収エネルギーが大きく、ＡＳＴＭ Ｄ５７０における平衡吸水率が小さいため（好ましくは、平衡吸水率は３重量％以下、より好ましくは２重量％以下）、とくに航空機の１次構造材に求められる吸水時の力学的特性において、強度低下が小さいので好ましいものである。
【００２６】
本発明における層間靭性補強材の使用量は５ｇ／ｍ２を超え３０ｇ／ｍ２未満である。５ｇ／ｍ２未満であると多軸布帛間の層間靭性補強効果が小さくなることがある。また、３０ｇ／ｍ２以上であると成形品としたときの耐熱性や吸水させたときの強度が低下することがある。より好ましくは、７ｇ／ｍ２を超え２０ｇ／ｍ２未満である。
【００２７】
本発明のプリフォームを使用し炭素繊維強化プラスチックを成形する方法は特に限定されないが、好ましくは、下記したＡ、Ｂ、Ｃのいずれかの方法で樹脂を真空含浸させる方法が用いられる。
Ａ．プリフォームを成形型に積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入、含浸させる方法である。ここで、樹脂を含浸させた後、樹脂を硬化させ、その後脱型することによって、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形品が成形される。好ましくは、プリフォームの上面の全体または下面の全体、または上面と下面の全体に、ポリエステル繊維やガラス繊維からなるブリーダクロスを積層し、その上に注入樹脂が全面に拡散するメッシュ状の樹脂拡散媒体を積層して樹脂注入する方法が用いられる。該方法を用いると、樹脂は一気に樹脂拡散媒体によってプリフォーム全面に拡がり、その後プリフォームの厚さ方向への樹脂含浸が進むので、樹脂パスが短くなるから、プリフォーム全体への樹脂が均一に行われ、また含浸時間を短くすることが出来、好ましいものである。したがって、航空機の構造部材のように面積が大きくて、板厚の大きなＦＲＰにとくに好適である。脱型の後、ブリーダクロスを剥がすことによって、樹脂拡散媒体および媒体の隙間に溜まった硬化樹脂を除去することが出来る。
Ｂ．プリフォームを雌型（または雄型）に積層した後、雄型（または雌型）で型締めし、キャビティ内を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法である。
ここで、樹脂を含浸させた後、樹脂を硬化させ、その後、脱型することによって、本発明の炭素繊維強化プラスチック成形品が成形される。この場合も上記Ａと同様、ブリーダクロスおよび樹脂拡散媒体の使用によって、樹脂含浸を早くすることが出来るし、また、型に樹脂の流路となる溝を設けておくと、大型のＦＲＰが容易に成形することが出来る。なお、上記Ａ、Ｂの方法では、通常、常温で液状の熱硬化性樹脂、たとえばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などを使用するが、樹脂含浸が容易でかつ高性能で耐熱性の高いＣＦＲＰとするために、エポキシ樹脂が好ましく用いられる。ここで、樹脂粘度が小さいと、一般的に耐熱性が悪くなるので、注入の際の型温度、プリフォームおよび樹脂の温度を好ましくは７０〜１００℃とし、注入樹脂の粘度を下げて、樹脂粘度を２００ｍＰａ・ｓ以下とするのが好ましい。続いて、樹脂注入後１２０℃程度でポストキュアして、エポキシ樹脂の重合を進めて、少なくともゲル化状態とし、その後１８０℃程度の高温でアフターキュアするのが好ましい。この方法により、樹脂含浸が良好で、耐熱性に優れ、かつ靭性に優れるＣＦＲＰからなる成形品を成形することができる。
Ｃ．プリフォームを成形型に積層し、さらに前記積層体にマトリックス樹脂となる樹脂フイルム層を積層し、これらをバックフイルムで覆い、バックフイルム内部を真空に保ちながら樹脂を注入し、含浸させる方法である。ここで、樹脂を含浸させた後、脱型することによって、本発明の炭素繊維強化プラスチックが成形される。樹脂フイルムは、上記Ｂで記載したエポキシ樹脂、たとえば航空機材のプリプレグに用いられているエポキシ樹脂が好ましく、フイルムの厚さはプリフォームへの樹脂含浸に必要な樹脂量となるよう設定すればよい。ここで、プリフォームの全面に樹脂フイルム層があるから、プリフォームへの含浸は厚さ方向に樹脂が流れることによって行われ、樹脂パスが短くなり、プリフォーム全体への樹脂が均一に行われ、また含浸時間を短くすることが出来るため好ましいものである。
【００２８】
本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で炭素繊維強化プラスチックを得ることができる。
【００２９】
本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの用途は特に限定されないが、好ましくは航空機構造部材である。
【００３０】
図４は本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる航空機構造部材を用いた航空機２４の概略斜視図である。各種フェアリング、メイン・ランデング・ギアドア、テイルコーン、エンジン・ナセルなどの２次構造部材のほか、本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる航空機構造部材は安価で、靭性に優れ、機械的特性に優れるので、主翼２５、尾翼２６、フロアービーム２７、胴体２８、ウイング・ボックス （図示せず）、 キール（図示せず）などの１次構造部材にも使用することができる。
【００３１】
図５、図６は本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの構造要素２９としての実施例である。従来はスキン材３０、桁材３１、リブ材３２を別々に成形し、これをリベット止めしていたが、本発明によればスキン材３０と桁材３１やリブ材３２を一体に成形することが可能となった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、安価で、生産性が良く、かつ靭性および信頼性に優れるＣＦＲＰが得られるプリフォーム、その成形方法を提供でき、安価で、生産性が良く、かつ靭性および信頼性に優れる炭素繊維強化プラスチックおよび航空機構造部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリフォームの好ましい１態様を示す概略斜視図である。
【図２】本発明に使用する多軸布帛としての多軸ステッチ布帛の好ましい１態様を示す概略斜視図である。
【図３】本発明に使用する別の多軸布帛としての多軸織物の好ましい１態様を示す概略斜視図である。
【図４】本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる航空機構造部材を使用している航空機の概略斜視図である。
【図５】本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの構造要素としての実施例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明のプリフォームを使用し、上述した成形方法で得られる炭素繊維強化プラスチックの構造要素としての別の実施例を示す概略斜視図である。
【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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