JP2008260793A - 積層基材および繊維強化プラスチック - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な流動性、形状追従性および広く安定したプロセスウインドウを有し、FRPに成形した場合に優れた力学物性、品質安定性、外観品位を発現する切込プリプレグ基材を積層した積層基材を提供すること。
【解決手段】強化繊維が一方向に引き揃えられ該強化繊維を横切る方向に複数の有限長の切り込みがある切込プリプレグ基材が少なくとも複数枚隣接して積層されている部分を有する積層基材であって、該切込プリプレグ基材中に存在する強化繊維は該切り込みによって10〜100mmの長さに切断されており、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの中心部80%の領域と他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが交差する箇所が、100cm2あたり1箇所以内である積層基材。
【選択図】図8
【解決手段】強化繊維が一方向に引き揃えられ該強化繊維を横切る方向に複数の有限長の切り込みがある切込プリプレグ基材が少なくとも複数枚隣接して積層されている部分を有する積層基材であって、該切込プリプレグ基材中に存在する強化繊維は該切り込みによって10〜100mmの長さに切断されており、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの中心部80%の領域と他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが交差する箇所が、100cm2あたり1箇所以内である積層基材。
【選択図】図8
Description
本発明は、良好な流動性、成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学物性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性、外観品位を発現するプリプレグ基材を積層した積層基材に関する。
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチック(以降、FRPと略すこともある)は、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。
高機能特性を有するFRPの成形方法としては、プリプレグ基材と称される連続した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめた半硬化状態のものを積層し、オートクレーブで加熱加圧することによりマトリックス樹脂を硬化させFRPを成形するオートクレーブ法が最も一般的に行われている。これらの成形法により得られたFRPは、連続繊維である所以優れた力学物性を有する。また、連続繊維は一方向配列など規則的な配列であるため、プリプレグ基材の配置・配列により必要とする力学物性に設計することが可能であり、力学物性のバラツキも小さい。しかしながら、一方で連続繊維である所以3次元形状等の複雑な形状を形成することは難しく、主として平面形状に近い部材に限られる。
3次元形状等の複雑な形状に適した成形方法として、SMC(シートモールディングコンパウンド)を用いたプレス成形等がある。この成形法では、通常25mm程度に切断したチョップドストランドにマトリックス樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたSMCシートを、プレス機を用いて加熱・加圧することにより成形を行う。多くの場合、加圧前にSMCをFRPの形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧によりFRPの形状に引き伸ばして(流動させて)成形を行う。そのため、その流動により3次元形状等の複雑な形状にも追従可能となる。しかしながら、SMCはそのシート化工程において、チョップドストランドの分布ムラ、配向ムラが必然的に生じてしまうため、力学物性が低下し、そのバラツキが大きくなる問題があった。更には、特に薄物の部材ではソリ、ヒケ等が発生しやすくなり、構造材としては不適な場合が多い。
上述のような材料の欠点を埋めるべく、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグに切り込みを入れることにより、流動性可能で力学物性のバラツキも小さくなるとされる基材が開示されている(例えば特許文献1)。しかしながら、特許文献1ではプリプレグ基材自体の特徴は開示されているものの、プリプレグ基材を積層した積層基材についての記載がない。特許文献1のプリプレグ基材は積層方法によっては、謳われている流動性や力学特性を得ることができない、場合によっては従来のSMC同等以下の力学特性しか得られない、という問題があった。
特開昭63−247012号公報
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、良好な流動性、形状追従性および広く安定したプロセスウインドウを有し、FRPに成形した場合に優れた力学物性、品質安定性、外観品位を発現する切込プリプレグ基材を積層した積層基材を提供せんとするものである。
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)強化繊維が一方向に引き揃えられ該強化繊維を横切る方向に複数の有限長の切り込みがある切込プリプレグ基材が少なくとも複数枚隣接して積層されている部分を有する積層基材であって、該切込プリプレグ基材中に存在する強化繊維は該切り込みによって10〜100mmの長さに切断されており、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの中心部80%の領域と他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが交差する箇所が、100cm2あたり1箇所以内である積層基材。
(1)強化繊維が一方向に引き揃えられ該強化繊維を横切る方向に複数の有限長の切り込みがある切込プリプレグ基材が少なくとも複数枚隣接して積層されている部分を有する積層基材であって、該切込プリプレグ基材中に存在する強化繊維は該切り込みによって10〜100mmの長さに切断されており、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの中心部80%の領域と他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが交差する箇所が、100cm2あたり1箇所以内である積層基材。
(2)隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの上に、他方の切込プリプレグ基材内のいずれの切り込みも交差していない、(1)記載の積層基材。
(3)積層基材を構成する前記切込プリプレグ基材の全ての切り込みが直線状であり、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材内の切り込みの方向と、他方の切込プリプレグ基材の繊維配向方向とのなす角度が±10〜170°である、(1)または(2)に記載の積層基材
(4)前記切込プリプレグ基材が、切り込みの長さが2〜50mmの範囲内であり、強化繊維の配向方向及び該配向方向を横切る方向に周期的に配置されている、(1)〜(3)のいずれかに記載の積層基材。
(4)前記切込プリプレグ基材が、切り込みの長さが2〜50mmの範囲内であり、強化繊維の配向方向及び該配向方向を横切る方向に周期的に配置されている、(1)〜(3)のいずれかに記載の積層基材。
(5)前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されている、(4)に記載の積層基材。
(6)隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、任意の一方を切込プリプレグ基材a、他方を切込プリプレグ基材bとし、切込プリプレグ基材aの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLaとしたとき、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの両側のaの繊維配向方向0.2La〜0.3Laの範囲の領域に、他方の切込プリプレグ基材b内の切り込みの中心点が位置する、(5)に記載の積層基材。
(7)隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、任意の一方を切込プリプレグ基材a、他方を切込プリプレグ基材bとし、切込プリプレグ基材aの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLaとしたとき、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの両側のaの繊維配向方向0.4La〜0.6Laの範囲の領域に、他方の切込プリプレグ基材b内の切り込みの中心点が位置する、(5)に記載の積層基材。
(8)隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、各切込プリプレグ基材の繊維配向のなす角度の絶対値が45度であり、切れこみ長さが短い方を切込プリプレグ基材a、切れこみ長さが長い方を切込プリプレグ基材bとし、それぞれの切り込みの長さをWa、Wbそれぞれの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLa、Lbとしたとき、これらが次の式1〜3を満たす、(5)〜(7)のいずれかに記載の積層基材。
La=2Wa (式1)
Lb=2Wb (式2)
Lb=La・√2 (式3)
(9)繊維配向方向が同一方向である切込プリプレグ基材のみを見たとき、隣接する2層の切込プリプレグ基材が、前記強化繊維の長さが等しく、かつ、一方の切込プリプレグ基材の切り込みを繊維配向方向に沿って前記強化繊維の長さの半分の距離で平行移動した箇所に、他方の切込プリプレグ基材の切り込みが配置されている、(5)〜(8)のいずかに記載の積層基材。
Lb=2Wb (式2)
Lb=La・√2 (式3)
(9)繊維配向方向が同一方向である切込プリプレグ基材のみを見たとき、隣接する2層の切込プリプレグ基材が、前記強化繊維の長さが等しく、かつ、一方の切込プリプレグ基材の切り込みを繊維配向方向に沿って前記強化繊維の長さの半分の距離で平行移動した箇所に、他方の切込プリプレグ基材の切り込みが配置されている、(5)〜(8)のいずかに記載の積層基材。
(10)積層基材を構成するプリプレグが全て切込プリプレグ基材である、(1)〜(9)のいずれかに記載の積層基材。
(11)(1)〜(10)のいずれかに記載の積層基材を加圧および、加熱あるいは昇温冷却することにより得られた繊維強化プラスチック。
(12)長さ10〜100mmの強化繊維を含む領域と強化繊維を含まない領域とが格子状に配置されてなる層が2層以上隣接した積層構造を有する繊維強化プラスチックであって、隣接する任意の層内の強化繊維を含まない領域と他方の層内の強化繊維を含まない領域との重なる面積が10mm2以下である繊維強化プラスチック。
本発明によれば、良好な流動性、複雑形状追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性を発現する切込プリプレグ基材の積層基材を得ることができる。
本発明は、切込プリプレグ基材の積層方法を検討することにより、前記課題を解決せんとするものである。具体的には、複数の切り込みを有した切込プリプレグ基材に含まれる切り込みの形状、あるいはそれに隣接して積層された切込プリプレグ基材の切り込み、繊維配向方向との関係から適正化することにより、成形時に良好な流動性を有し、繊維強化プラスチックとした際に優れた力学特性を発現しようとするものである。
以下、本発明の積層基材に用いる切り込みを有するプリプレグ基材を切込プリプレグ基材と記す。
本発明の積層基材に用いる切込プリプレグ基材は、強化繊維が一方向に引き揃えられた所謂一方向プリプレグ(以降、単に「プリプレグ」と略することもある)を前提としたものである。一方向プリプレグは、一方向に引き揃えられた強化繊維にマトリックス樹脂を含浸してシートとした中間基材であり、得ようとする成形体に求められる特性に応じて各層の配向方向を設定し積層した後、加熱加圧等により形状を固定し成形品を得る。本発明における一方向プリプレグに用いられるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂・熱硬化性樹脂のいずれも適用することができる。前記マトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂であれば、加熱することにより軟化〜溶融させ成形品形状に沿わせた後冷却固化させて形状を固定し、熱硬化性樹脂であれば、加熱することにより軟化〜溶融させ成形品形状に沿わせると共に架橋反応を進行させ形状を固定することができる。熱硬化性樹脂をマトリックスとした場合には、適用する樹脂の粘度を適切に設定すると常温(通常25度程度を指す)で粘着性を有し、積層時の作業性に優れ、設定した積層構成に積層し、成形することが容易であることから好ましい。
本発明の積層基材は、一方向プリプレグの強化繊維を横切る方向に有限長の切り込みが複数設けられており、それによってプリプレグ中の全ての強化繊維が10〜100mmに切断されているプリプレグを含むことが必要である。かかる切り込みを設け、全ての強化繊維が10〜100mmに切断されているプリプレグを本発明において切込プリプレグ基材と呼ぶ。また、該切込プリプレグ基材内の切り込みの形状は、曲線、折れ線、繊維直交方向に平行または傾斜した線等多々挙げられるが、基本的にはこれらの組み合わせによって切り込みパターンが構成されると考えてよい。
なお、本発明において平行とは、対象となる2つの線、線分、または、方向等のなす角度の絶対値が5°以下であることを表すものとし、平行を含む用語(例えば“平行移動”等)においても同様である。また、強化繊維の配向方向を基準として方向を表す場合には、強化繊維と直交する方向を、繊維直交方向、強化繊維の配向方向に平行な方向を、繊維配向方向と記すこととし、それぞれ、平行の場合と同様、±5°以下のずれは許容するものとする。
ここで、前記条件を満たす切込プリプレグ基材の一例を図1に示す。図1中において、強化繊維の長さが最も長くなる箇所の強化繊維を強化繊維3、最も短くなる箇所の強化繊維を強化繊維4と記すと、該切込プリプレグ基材内のすべての強化繊維が10〜100mmの範囲内にあるとは、長さが最大となる強化繊維3の長さが100mm以下であり、長さが最小となる強化繊維4の長さが10mm以上であることをいう。
プリプレグ基材中の強化繊維が複数の短繊維に切断されることで、成形時に強化繊維が流動可能、とりわけ繊維配向方向にも流動可能となり、積層基材を成形品状に賦形することなく、複雑形状に追従させることが可能となる。このような、機能を有する本発明に用いる切込プリプレグ基材に対して、強化繊維がシート内で切断部を有しない従来のプリプレグを本明細書中では強化繊維の形態に着目して連続繊維基材と呼ぶこともある。従来の連続繊維基材を用いて複雑形状を成形しようとした場合、目的とする形状通りに積層時に前記連続繊維基材を製品形状に予め賦形することが必要不可欠であった。ところが、本発明の積層基材では、平板状の積層基材を成形型内に配置するだけで、成形時の加熱下においてマトリックス樹脂が流動性を有したときに型内が加圧されるのに伴い強化繊維が流動するため、容易に目的とする形状に沿って成形することが出来る。
ここで、各切り込みによって切断された強化繊維の長さが10mmより小さい場合は、強化繊維による補強効果が低下し、繊維強化プラスチックとしたときに十分な力学物性を得ることができず、100mmより大きい場合は、成形時に強化繊維の流動性が悪くなり複雑形状を形成するのは難しい。これら成形性と物性の両特性のバランスから、好ましくは10〜50mmがよい。ただし、切り込み形状や、工業的プロセスによっては、該切込プリプレグ基材の一部に10mmよりも短い強化繊維が混入することがあっても、全強化繊維量のうち95重量%以上の強化繊維が10〜100mmの範囲内に入っていれば成形性、物性面で問題はない。以下、各切り込みによって切断された強化繊維の長さを強化繊維の長さと称する。
本発明の積層基材において、成型時に適当な流動性を得るためには、切込プリプレグ基材が少なくとも複数枚隣接して積層されていることが必要である。また、本発明においては、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの中心部80%の領域と他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが交差する箇所が、100cm2あたり1箇所以内であることが必要である。ここで、切り込みの中心部80%の領域とは、切り込みの全長、つまり切り込み形状に沿って測定した切り込みの全長をWとしたとき、切り込みの中心それぞれの中心箇所から−0.4W〜+0.4Wの領域に含まれる切り込み部を指す。例として、図2に曲線状切り込みとその中心部の概念図を示す。曲線状切り込みの曲線に沿った切り込みの全長5をWとすると、切り込み2の中心点6から切り込みの両端までの距離はそれぞれ、0.5Wであり、切り込み2の中心点6から両端に向かって、0.4Wの位置を7,8とすると、切り込み2において7から8が、中心部80%の領域となる。(本明細書の符号の説明において、7を中心点から+0.4Wの位置、8を中心点から−0.4Wの位置としているが、正負の符号(+,−)は、便宜上それぞれが、中心点から両反対方向に離れていることを示しているのみであり、方向はいずれが正であっても良い。切り込みの表現について以下同様とする)また、本発明において、かかる切り込みの中で、中心部80%の領域、それ以外の領域を切り込みの端部領域という。
隣接する2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材を切込プリプレグ基材a、他方の切込プリプレグ基材を切込プリプレグ基材bとしたとき、図2(A)には、切込プリプレグ基材aの切り込みと切込プリプレグ基材bの切り込みが互いに交差しないパターン、図2(B)には両切り込みの中心部80%の領域が互いに交差しているパターン、図2(C)には、両切り込みが端部領域のみで交差しているパターンを示す。もし、図2(B)に示すように、切込プリプレグ基材aと切込プリプレグ基材bに含まれる切り込みの中心部80%の領域が互いに交差していれば、その積層基材からなるFRPに力学的な負荷が加わった場合、切り込み交差部でひずみが大きくなる。そのため、この箇所が破壊の起点となり易く、切り込みが互いに交差していない図2(A)のパターンよりも力学物性が低下する。ただし、図2(C)に示すように、切り込みが該中心部80%の領域以外、つまり切り込みの端部領域で交差している場合は、FRPに力学的な負荷が加わったとしても端部近傍の切断されていない強化繊維が変形を拘束するために、切り込みの交差した部分でのひずみはそれほど大きくならず、力学物性の低下も小さい。また、このように切り込みの交差する状態により強度が低下する現象は、切込プリプレグ基材a内の切り込みの中心部80%の領域と切込プリプレグ基材bの切り込みの中心部80%の領域が互いに交差する箇所が、100cm2あたり2箇所以上であった場合に顕著に見られる。したがって、切り込みの交差部は多くとも100cm2あたり1箇所以下であることが望ましい。
本発明の積層基材において、隣接する2層の切込プリプレグ基材a、bの切り込みが互いに交差しないように配置する方法は複数可能である。
そのひとつは、切込プリプレグ基材aに対して、隣接する切込プリプレグ基材bの切り込みを、切込プリプレグ基材a内の切り込みと交差せず、かつ強化繊維の長さが10〜100mmの範囲内となるように配置する方法である。これは例えば、2次元CAD等を用いて、基準となる切込プリプレグ基材aのパターンの上に、切込プリプレグ基材bのパターンを描画していく手法をとれば、容易に切り込みパターンを作成することができる。
また、他の方法としては、切込プリプレグ基材a、切込プリプレグ基材bの切り込みを繊維配向方向、繊維直交方向共に周期的なパターンとし、切込プリプレグ基材a、bの切り込みが互いに交差しないように配置する方法が有効である。切込プリプレグ基材aとbが繊維配向方向、繊維直交方向共に周期的なパターンである場合、切込プリプレグ基材aの切り込みと切込プリプレグ基材bの切り込みを同一平面に投影すれば、投影された切り込みパターンもまた周期な配置をとる。そのため、該投影パターンの単位領域に着目し、その領域内での切れ込みパターンのみ重複を避けるように切込プリプレグ基材aとbの切れ込みの配置を設定すれば、該投影パターンはいずれの箇所においても切れ込みが互いに交差しないパターンとなる。その結果、前述の方法と比較してより少ない手間で、目的とする切れ込みパターンを決定することができる。
本発明の積層基材は、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みと他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが互いに全く交差しない形態であればさらに好ましい。2層の切り込みが互いに全く交差しないことにより、切り込みの交差による力学特性の低下を防ぐことができ、同時に成形時に樹脂の流れが一様となり、優れた外観品位を持つFRPを得ることができる。逆に、2層の切り込みが互いに交差していると、成形時にこの箇所で樹脂の流れが特異的となり、強化繊維のうねり等を生じやすくなるため、力学物性の物性のバラツキが大きくなったり、外観品位が損なわれたりする場合があり、好ましくない。
本発明の積層基材は、前記隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、全ての切り込みが直線状であり、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの方向と、他方の切込プリプレグ基材bの繊維配向方向とのなす角度が±10〜170°であることが望ましい。こで、±10〜170°とは、−10〜−170°または+10〜+170°であることを表す。仮に図4のように、切込プリプレグ基材a内の任意の切り込みaiの方向と切込プリプレグ基材bの繊維配向方向が一致する場合を考えると、切込プリプレグ基材bの繊維配向方向と切込aiの方向が平行となることから、切込プリプレグ基材内の強化繊維と切り込みaiとは交差しない。そのため、該積層基材からなるFRPに力学的な負荷が加わった場合、この箇所のひずみが他に比べて大きくなり、破壊に至り易くなる。そのため、切込プリプレグ基材aの繊維配向方向と、切込プリプレグ基材bの繊維配向方向とのなす角が±10〜170範囲にあるように積層すれば、該理由による強度低下を避けることが可能である。さらに、切込プリプレグ基材aとbのなす角が±30〜150の範囲であれば、その影響はさらに軽減できる。
本発明の積層基材は、前記隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、切り込みの長さが2〜50mmの範囲内であり、強化繊維の配向方向及びそれを横切る方向に周期的に配置されていることが好ましい。複数の有限長の切り込みを周期的に配置する方法としては、図5に示すように、強化繊維に横切る方向(図5では繊維直交方向)の直線上に、各切り込みの中心点が存在する様に切り込みを配置し、その切り込みの列を繊維直交方向と平行に複数並べて配置する方法が挙げられる。このように切り込みを配置することで、繊維配向方向、及び、該配向方向を横切る方向に同一形状の切り込みが周期的に並ぶことになる。切り込みの形状、寸法の異なるものが繊維配向方向に複数並んでいても本発明の効果は得られるが、繊維配向方向に全て同一であることにより、強化繊維の流動が均等となるため強化繊維の流動性の制御が容易になる。
成形時において、強化繊維は図5に示すような切り込みに挟まれた略矩形状(本発明において、略矩形状とは、長方形に加えて平行四辺形及び台形を含む形状を指すものとする)のひとまとまりの強化繊維の集合体として流動する。そのため、切り込みの長さについては、2mmより小さい場合は、ひとまとまりの強化繊維の集合体が小さくなるため、成形時に強化繊維がうねりを生じやすく、それに伴い力学物性が低下する。一方、50mmより大きい場合は、ひとまとまりの強化繊維の集合体が大きくなるため、強化繊維の流動性が悪くなり力学物性のバラツキも大きくなる。より好ましい切り込みの長さは5〜30mmである。なお、ここでは説明の便のため、切り込みに挟まれた領域の例として略矩形状を挙げて説明したが、ひとまとまりの強化繊維の集合体として流動できれば、領域の形状は、これに限定されるものではない。
本発明の積層基材は、前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されていることが好ましい。その概念図を図6に示す。このように切り込みを配置することで、該切込プリプレグ基材は、繊維配向方向、あるいは繊維直交方向に対称的な切り込みパターンとなる。かかる切り込みパターンを有することにより、該積層基材を成形したFRPにおいても、対称性のよい開口パターンが形成され、外観品位もよく、力学物性のバラツキも小さくなる。
本発明の積層基材は、前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されている場合には、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、任意の一方を切込プリプレグ基材a、他方を切込プリプレグ基材bとし、切込プリプレグ基材aの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLaとしたとき、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの両側のaの繊維配向方向0.2La〜0.3Laの範囲の領域に、他方の切込プリプレグ基材b内の切り込みの中心点が位置することが好ましい。図7に示すように、前記切込プリプレグ基材a内の任意の切り込みの中心点を通り、同切り込みに平行な直線(例えばで示される直線17)を直線mとしたとき、該切込プリプレグ基材aに含まれるすべての切り込みは、直線m、あるいは直線mを強化繊維の長さと等しい間隔Lxで周期的に配置した線群M上に含まれる。そこで、これらの線の隙間、すなわち切込プリプレグ基材a内の切り込みを、繊維配向方向に沿って0.2Laの距離で平行移動した線分と、0.3Laの距離で平行移動した線分とに囲まれる領域R1aに前述の切込プリプレグ基材bの切り込みを配置することで、切込プリプレグ基材a内の任意の切り込みと、切込プリプレグ基材b内の任意の切り込みとを交差しないように配置することが可能となる。さらに、切込プリプレグ基材a内の前記切り込みの列の中心部に切込プリプレグ基材bの切り込みを配置することで、切込プリプレグ基材a中の切り込みから切込プリプレグ基材b中の切り込みまでの距離が確保でき、該積層基材を成形したFRPは、成形時に多少強化繊維が流動したとしても、切込プリプレグ基材a内の切り込みと切込プリプレグ基材b内の切り込みは互いに重なりにくく、高い力学特性を発現することが可能となる。図8(A)、(B)に前記切込プリプレグ基材aとbの組み合わせを二例示す。図8(A)、(B)において、実線は切込プリプレグ基材aの切り込み、点線は切込プリプレグ基材bの切り込み、斜線領域は切込プリプレグ基材a内における前記領域R1aを示している。いずれの図においても、切込プリプレグ基材a内の前記領域R1a内に、切込プリプレグ基材bの切り込みの中心位置が存在しており、切込プリプレグ基材aの切り込みと切込プリプレグ基材bの切り込みが互いに交差しないように積層されている。
また、前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されている場合には、本発明の積層基材は、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、任意の一方を切込プリプレグ基材a、他方を切込プリプレグ基材bとし、切込プリプレグ基材aの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLaとしたとき、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの両側のaの繊維配向方向0.4La〜0.6Laの範囲の領域R2aに、他方の切込プリプレグ基材b内の切り込みの中心点が位置することが望ましい。該領域は、切込プリプレグ基材a内の各切り込みから繊維配向方向に最も離れた領域に当たる。そのため、切込プリプレグ基材bの切り込みの中心点を該領域内に配置することで、切込プリプレグ基材aの切り込みと切込プリプレグ基材bの切り込み間の繊維配向方向距離を長くすることが可能となる。本発明の積層基材に用いられる切込プリプレグ基材を積層して繊維強化プラスチックとした場合、切り込み箇所では強化繊維が切断されているため、その部分では応力伝達が極度に低下する。繊維配向方向が同一である隣接する切込プリプレグ基材の切り込み位置をずらすことにより、応力伝達が効率的に作用される。その結果、応力の局所的な集中を避けることができ、より大きな荷重負荷に耐えうるFRPを成形することができる。図9(A)、(B)に、本発明における前記切込プリプレグ基材aとbの組み合わせを二例示す。図9(A)、(B)において、実線は切込プリプレグ基材aの切り込み、点線は切込プリプレグ基材bの切り込み、斜線領域は切込プリプレグ基材a内における前記領域R2aを示している。いずれの図においても、切込プリプレグ基材a内の前記領域R2a内に、切込プリプレグ基材bの切り込みの中心位置が存在しており、切込プリプレグ基材aの切り込みと切込プリプレグ基材bの切り込みが互いに交差しないように積層されている。
さらに、前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されている場合には、本発明の積層基材は、前記隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、各切込プリプレグ基材の繊維配向のなす角度の絶対値が45度であり、切れこみ長さが短い方を切込プリプレグ基材a、切れこみ長さが長い方を切込プリプレグ基材bとし、それぞれの切り込みの長さをWa、Wbそれぞれの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLa、Lbとしたとき、これらが次の式1〜3を満たすことが望ましい。
La=2Wa (式1)
Lb=2Wb (式2)
Lb=La・√2 (式3)
本発明の積層基材において、任意の切込プリプレグ基材の繊維配向方向とそれに隣接する切込プリプレグ基材の繊維配向方向とのなす角が45度となるように、切込プリプレグ基材を積層することが好ましい。疑似等方積層CFRPは、荷重の負荷される方向に依らず安定した物性を得ることができ、材料設計の面からも取り扱い易い積層構成である。ここで、本発明の積層基材において、互いに隣接する切込プリプレグ基材a、bの繊維配向方向のなす角が45度であり、切込プリプレグ基材a、bの切り込みが上式1〜3を満たす場合、切込プリプレグ基材a、b共に強化繊維の長さと切り込み長さの比が2:1であり、かつ積層基材においても周期的に切り込みを配置することができる。そのため、成形品の開口パターンの綺麗に形成され、また力学物性のバラツキも抑えることができる。図10(A)、(B)に本発明における切込プリプレグ基材a、bの積層パターンを2例示す。図10(A)、(B)共に、実線は切込プリプレグ基材aの切り込み、点線は切込プリプレグ基材bの切り込みを示している。また、図10(A)は、切込プリプレグ基材a内の前記領域R1a上に切込プリプレグ基材bの切り込みの中心が存在しており、かつ切込プリプレグ基材aとbの繊維配向方向が互い45度ずれて積層されているパターン、図10(B)は、切込プリプレグ基材a内の前記領域R2a上に切込プリプレグ基材bの切り込みの中心が存在しており、かつ切込プリプレグ基材aとbの繊維配向方向が互い45度ずれて積層されているパターンに相当する。
Lb=2Wb (式2)
Lb=La・√2 (式3)
本発明の積層基材において、任意の切込プリプレグ基材の繊維配向方向とそれに隣接する切込プリプレグ基材の繊維配向方向とのなす角が45度となるように、切込プリプレグ基材を積層することが好ましい。疑似等方積層CFRPは、荷重の負荷される方向に依らず安定した物性を得ることができ、材料設計の面からも取り扱い易い積層構成である。ここで、本発明の積層基材において、互いに隣接する切込プリプレグ基材a、bの繊維配向方向のなす角が45度であり、切込プリプレグ基材a、bの切り込みが上式1〜3を満たす場合、切込プリプレグ基材a、b共に強化繊維の長さと切り込み長さの比が2:1であり、かつ積層基材においても周期的に切り込みを配置することができる。そのため、成形品の開口パターンの綺麗に形成され、また力学物性のバラツキも抑えることができる。図10(A)、(B)に本発明における切込プリプレグ基材a、bの積層パターンを2例示す。図10(A)、(B)共に、実線は切込プリプレグ基材aの切り込み、点線は切込プリプレグ基材bの切り込みを示している。また、図10(A)は、切込プリプレグ基材a内の前記領域R1a上に切込プリプレグ基材bの切り込みの中心が存在しており、かつ切込プリプレグ基材aとbの繊維配向方向が互い45度ずれて積層されているパターン、図10(B)は、切込プリプレグ基材a内の前記領域R2a上に切込プリプレグ基材bの切り込みの中心が存在しており、かつ切込プリプレグ基材aとbの繊維配向方向が互い45度ずれて積層されているパターンに相当する。
前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されている場合には、本発明の積層基材において、繊維配向方向が同一方向である切込プリプレグ基材のみを見たとき、図11に示すように、隣接する2層の切込プリプレグ基材が、前記強化繊維の長さが等しく、かつ、一方の切込プリプレグ基材の切り込みを繊維配向方向に沿って前記強化繊維の長さの半分の距離で平行移動した箇所に、他方の切込プリプレグ基材の切り込みが配置されていることが好ましい。該切込プリプレグ基材d内の任意の切り込みと、該切込プリプレグ基材e内の任意の切り込みとの距離が離れている方が、応力伝達が効率的に作用し、力学物性は高くなる。そのため、切込プリプレグ基材d内の切り込みと切込プリプレグ基材e内の切り込みとの距離が最も大きくなる前記条件で切り込みを配置することが好ましい。
さらに本発明の積層基材において、積層基材を構成するプリプレグが全て切込プリプレグ基材であることが好ましい。連続繊維の層を含まず、全層すべてが切り込みプリプレグであることによって、成形時の流動性がより向上する。
また、本発明の積層基材を、加圧および、加熱あるいは昇温冷却によって成形を行うことが好ましい。具体的には、オートクレーブ成形、プレス成形、シートワインディング成形等の手法を用いて、熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を固化する方法が挙げられる。なかでも、生産効率を考慮するとプレス成形が好ましい。例えば、前記積層基材に使用されている樹脂が熱可塑性樹脂であれば、予め型の温度を高温に保った後、前記積層基材を金属型内に配置し、樹脂粘度が低下するのと同時に金型を閉じ、加圧していく成型法が考えられる。また、前記積層基材に使用されている樹脂が熱可塑性樹脂であれば、予め型の温度を高温に保った後、前記積層基材を金属型内に配置し、樹脂粘度が低下するのと同時に金型を閉じ、加圧した後に金型の温度を低下させ樹脂を硬化させる成型法が考えられる。いずれの成型法を用いた場合も、積層時に前記切込プリプレグ基材を製品形状に予め賦形することなく複雑な形状に沿ったFRPを得ることが可能である。
本発明の積層基材を用いて得られる繊維強化プラスチックは、長さ10〜100mmの強化繊維を含む領域と強化繊維を含まない領域とが格子状に配列してなる層が2層以上隣接した積層構造を有する繊維強化プラスチックであって、隣接する任意の層内の強化繊維を含まない領域と他方の層内の強化繊維を含まない領域との重なる面積が10mm2以下である繊維強化プラスチックであることが好ましい。図12に繊維強化プラスチックにおける該重なり部の概念図を示す。本発明の積層基材をプレス成形法等の手法により成形すれば、樹脂の流動に伴い各層内において強化繊維が移動し、切り込み部が開口した繊維強化プラスチックとなる。ここで、該繊維強化プラスチックに力学的な負荷が加わった場合、該繊維強化プラスチック内で隣接する任意の層内の強化繊維を含まない領域と他方の層内の強化繊維を含まない領域が面積10mm2以上重なっていれば、この箇所では荷重を負担することがほとんどできず、代わりにその周辺の強化繊維を含む領域で局所的に過大な荷重を負担することになり、破壊に至り易くなる。そのため、本発明における繊維強化プラスチックにおいて、隣接する任意の層内の強化繊維を含まない領域と他方の層内の強化繊維を含まない領域との重なる面積が10mm2以下となることが好ましい。さらに好ましくは5mm2以下であり、該面積が5mmより小さければ材料物性の低下はほぼ抑えられる。
以下、具体例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は特にこれに限定されるものではない。
<一方向プリプレグの作製方法>
以下に示す手順にてエポキシ樹脂組成物を得た。
(a)エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート(登録商標)”828:30重量部、エピコート1001:35重量部、エピコート154:35重量部)と、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール(チッソ(株)製“ビニレック(登録商標)”K)5重量部とを、150〜190℃に加熱しながら1〜3時間攪拌し、ポリビニルホルマールを均一に溶解する。
(b)樹脂温度を55〜65℃まで降温した後、硬化剤ジシアンジアミド(ジャパンエポキシレジン(株)製DICY7)3.5重量部と、硬化促進剤3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア(保土谷化学工業(株)製DCMU99)4重量部とを加え、該温度で30〜40分間混練してエポキシ樹脂組成物を得た。
以下に示す手順にてエポキシ樹脂組成物を得た。
(a)エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製“エピコート(登録商標)”828:30重量部、エピコート1001:35重量部、エピコート154:35重量部)と、熱可塑性樹脂ポリビニルホルマール(チッソ(株)製“ビニレック(登録商標)”K)5重量部とを、150〜190℃に加熱しながら1〜3時間攪拌し、ポリビニルホルマールを均一に溶解する。
(b)樹脂温度を55〜65℃まで降温した後、硬化剤ジシアンジアミド(ジャパンエポキシレジン(株)製DICY7)3.5重量部と、硬化促進剤3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア(保土谷化学工業(株)製DCMU99)4重量部とを加え、該温度で30〜40分間混練してエポキシ樹脂組成物を得た。
得られたエポキシ樹脂組成物を、リバースロールコーターを使用し離型紙上に塗布し、樹脂フィルムを作製した。
次に、シート状に一方向に整列させた炭素繊維(引張強度4,900MPa、引張弾性率235GPa)に樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱し、加圧して樹脂組成物を含浸させ、炭素繊維目付150g/m2、樹脂重量分率33%の一方向プリプレグを作製した。
得られたエポキシ樹脂組成物の示差走査熱量分析(DSC)に拠る発熱ピーク温度Tpは152℃であった。測定装置としては、ティー・エイ・インスツルメンツ社製DSC2910(品番)を用いて、昇温速度10℃/分の条件にて測定した。
得られたエポキシ樹脂組成物の動的撚弾性測定(DMA)に拠る最低粘度は0.5Pa・sであった。測定装置としては、ティー・エイ・インスツルメンツ社製動的粘弾性測定装置“ARES”を用いて、昇温速度1.5℃/分、新道周波数0.5Hz、パラレルプレート(直径40mm)の条件にて、温度−粘度曲線から最低粘度を求めた。
<平板成形方法>
プリプレグ基材から、繊維配向方向と、繊維配向方向から45度ずらした方向に、それぞれ250×250mmの大きさに切り出した。切り出したプリプレグ基材を16層疑似等方([45/0/−45/90]2S)に積層し、300×300mmの金型上に配置した後、加熱型プレス成型機により、6MPaの加圧下、150℃×30分間の条件により硬化せしめ、300×300×1.7mmの平板状の成形体を得た。
プリプレグ基材から、繊維配向方向と、繊維配向方向から45度ずらした方向に、それぞれ250×250mmの大きさに切り出した。切り出したプリプレグ基材を16層疑似等方([45/0/−45/90]2S)に積層し、300×300mmの金型上に配置した後、加熱型プレス成型機により、6MPaの加圧下、150℃×30分間の条件により硬化せしめ、300×300×1.7mmの平板状の成形体を得た。
<機械特性評価方法>
得られた平板状の成形体より、長さ250±1mm、幅25±0.2mmの引張強度試験片を切り出した。JIS K−7073(1988)「炭素繊維強化プラスチックの引張試験方法」に規定する試験方法に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン(登録商標)万能試験機4208型を用いた。測定した試験片の数はn=5とし、平均値を引張強度とした。
さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数(CV値(%))を算出した。
得られた平板状の成形体より、長さ250±1mm、幅25±0.2mmの引張強度試験片を切り出した。JIS K−7073(1988)「炭素繊維強化プラスチックの引張試験方法」に規定する試験方法に従い、標点間距離を150mmとし、クロスヘッド速度2.0mm/分で引張強度を測定した。なお、本実施例においては、試験機としてインストロン(登録商標)万能試験機4208型を用いた。測定した試験片の数はn=5とし、平均値を引張強度とした。
さらに、測定値より標準偏差を算出し、その標準偏差を平均値で除することにより、バラツキの指標である変動係数(CV値(%))を算出した。
(実施例1)
前記手法により得られたプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて切り込みを連続的に挿入することにより、等間隔で規則的な切り込みを有する切込プリプレグ基材を得た。ここで、0度層、あるいは90度層の切込プリプレグ基材内の切り込みは、図13(A)に示すように、切り込み幅12.5mmの繊維直交方向に平行な直線状の切り込みの列が、炭素繊維の長さが25mmとなるように配置されている。また、隣り合う切り込みの列は繊維直交方向に12.5mmずれている。さらに、45度層、あるいは−45度層の切込プリプレグ基材内の切り込みは、図13(B)に示すように、切り込み幅17.7mmの繊維直交方向に平行な直線状の切り込みの列が、炭素繊維の長さが35.4mmとなるように配置されている。また、隣り合う切り込みの列は繊維直交方向に17.7mmずれている。これらの切込プリプレグ基材を図14(A)のように隣接する2層の切込プリプレグ基材の切り込みが交差しないように積層した。その際、繊維配向方向が同一方向である最も積層順序の近い2層の切込プリプレグ基材(例えば1層目と5層目、2層目と6層目など)は、互いに繊維配向方向に炭素繊維の長さの半分の距離だけずらして積層した。なお、本積層基材においては、隣接する任意の2層における切り込みの交差数は0である。このようにして得られた積層基材を用い前記手法により平板状の成形体を得た。
前記手法により得られたプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて切り込みを連続的に挿入することにより、等間隔で規則的な切り込みを有する切込プリプレグ基材を得た。ここで、0度層、あるいは90度層の切込プリプレグ基材内の切り込みは、図13(A)に示すように、切り込み幅12.5mmの繊維直交方向に平行な直線状の切り込みの列が、炭素繊維の長さが25mmとなるように配置されている。また、隣り合う切り込みの列は繊維直交方向に12.5mmずれている。さらに、45度層、あるいは−45度層の切込プリプレグ基材内の切り込みは、図13(B)に示すように、切り込み幅17.7mmの繊維直交方向に平行な直線状の切り込みの列が、炭素繊維の長さが35.4mmとなるように配置されている。また、隣り合う切り込みの列は繊維直交方向に17.7mmずれている。これらの切込プリプレグ基材を図14(A)のように隣接する2層の切込プリプレグ基材の切り込みが交差しないように積層した。その際、繊維配向方向が同一方向である最も積層順序の近い2層の切込プリプレグ基材(例えば1層目と5層目、2層目と6層目など)は、互いに繊維配向方向に炭素繊維の長さの半分の距離だけずらして積層した。なお、本積層基材においては、隣接する任意の2層における切り込みの交差数は0である。このようにして得られた積層基材を用い前記手法により平板状の成形体を得た。
得られた成形体は炭素繊維のうねりを伴うことなく、成形体端部まで炭素繊維が均等かつ充分に流動していた。また、成形体はソリもなく良好な平面平滑性であった。また、開口した切り込み部の形状は、いずれも概ね似通った矩形状の形態であった。該平板の引張強度は400MPaと良好な結果であった。また、CV値は6%であり、強度のばらつきも小さく、良好な結果となった。
(実施例2)
0度、あるいは90度層の切込プリプレグ基材と±45度層の切込プリプレグ基材において、これらを図14(B)のように、各切り込みがその端点のみで交差するように積層したこと以外は、実施例1と同様にして平板状の成形体を得た。
0度、あるいは90度層の切込プリプレグ基材と±45度層の切込プリプレグ基材において、これらを図14(B)のように、各切り込みがその端点のみで交差するように積層したこと以外は、実施例1と同様にして平板状の成形体を得た。
得られた成形体は、実施例1同様に成形体はソリもなく良好な平面平滑性であった。該平板の引張強度は、380MPaと実施例1と比べるとやや低いものの、良好な値を示した。
(実施例3)
45度層、あるいは−45度層のプリプレグの切り込みを図13(C)に示すパターンとし、それらを図14(C)のように積層すること以外は実施例1と同様とし、平板状の成形体を得た。ここで、図13(C)に示す切込プリプレグ基材において、切り込みの幅gは25mm、炭素繊維の長さ35.4mmであり、切り込みと繊維配向方向とのなす角は45度であった。また、該切込プリプレグ基材において、任意の切り込みは、繊維直交方向に12.5mm移動すると他の切込と重なるように配置した。
45度層、あるいは−45度層のプリプレグの切り込みを図13(C)に示すパターンとし、それらを図14(C)のように積層すること以外は実施例1と同様とし、平板状の成形体を得た。ここで、図13(C)に示す切込プリプレグ基材において、切り込みの幅gは25mm、炭素繊維の長さ35.4mmであり、切り込みと繊維配向方向とのなす角は45度であった。また、該切込プリプレグ基材において、任意の切り込みは、繊維直交方向に12.5mm移動すると他の切込と重なるように配置した。
該平板の引張強度は340MPaと実施例1と比較して低かったものの、構造部材としては十分使用可能な値であった。
(比較例1)
0度、あるいは90度層の切込プリプレグ基材と±45度層の切込プリプレグ基材において、これらを図14(D)のように、各切り込みがその中央で隣接する切込プリプレグ基材内の切り込みと重なるように積層したこと以外は、実施例1と同様にして平板状の成形体を得た。
0度、あるいは90度層の切込プリプレグ基材と±45度層の切込プリプレグ基材において、これらを図14(D)のように、各切り込みがその中央で隣接する切込プリプレグ基材内の切り込みと重なるように積層したこと以外は、実施例1と同様にして平板状の成形体を得た。
開口した切り込み部の形状は、場所毎に大きく異なっており、外観品位は実施例1と比較するとかなり劣っていた。該平板の引張強度は310MPaと実施例1と比較して低かった。また、CV値は11%と高く、引張強度のばらつきが大きい結果となった。
(比較例2)
繊維配向方向が同一方向である最も積層順序の近い2層の切込プリプレグ基材(例えば1層目と5層目、2層目と6層目など)において、互いの切り込みが重なるように積層する以外は、比較例1と同様にして平板状の成形体を得た。
繊維配向方向が同一方向である最も積層順序の近い2層の切込プリプレグ基材(例えば1層目と5層目、2層目と6層目など)において、互いの切り込みが重なるように積層する以外は、比較例1と同様にして平板状の成形体を得た。
該平板の引張強度は、180MPaと実施例1と比べてかなり低く、構造部材として十分な強度とは言い難い結果となった。
1:切込プリプレグ基材
2:切り込み
3:長さが最大となる強化繊維
4:長さが最小となる強化繊維
5:切り込みの全長W
6:切り込みの中心点
7:切り込みの中心点から+0.4Wの位置
8:切り込みの中心点から−0.4Wの位置
9:切り込み中心部80%の領域と端部領域の境界線
10:切込プリプレグ基材a内の切り込み
11:切込プリプレグ基材b内の切り込み
12:切込プリプレグ基材a
13:切込プリプレグ基材b
14:周期的な切り込みからなる列
15:略矩形領域
16:強化繊維の長さLx
17:距離Lx/2
18:切り込み幅Wa
19:直線m
20:直線群M
21:領域R1a
22:領域R2a
23:切込プリプレグ基材d内の切り込み
24:切込プリプレグ基材e内の切り込み
25:距離0.5Ld
26:切込プリプレグ基材aの強化繊維を含まない領域
27:切込プリプレグ基材bの強化繊維を含まない領域
28:切込プリプレグ基材aの強化繊維もbの強化繊維も含まない領域
29:切込プリプレグ(0度層)内の切り込み
30:切込プリプレグ(45度層)内の切り込み
2:切り込み
3:長さが最大となる強化繊維
4:長さが最小となる強化繊維
5:切り込みの全長W
6:切り込みの中心点
7:切り込みの中心点から+0.4Wの位置
8:切り込みの中心点から−0.4Wの位置
9:切り込み中心部80%の領域と端部領域の境界線
10:切込プリプレグ基材a内の切り込み
11:切込プリプレグ基材b内の切り込み
12:切込プリプレグ基材a
13:切込プリプレグ基材b
14:周期的な切り込みからなる列
15:略矩形領域
16:強化繊維の長さLx
17:距離Lx/2
18:切り込み幅Wa
19:直線m
20:直線群M
21:領域R1a
22:領域R2a
23:切込プリプレグ基材d内の切り込み
24:切込プリプレグ基材e内の切り込み
25:距離0.5Ld
26:切込プリプレグ基材aの強化繊維を含まない領域
27:切込プリプレグ基材bの強化繊維を含まない領域
28:切込プリプレグ基材aの強化繊維もbの強化繊維も含まない領域
29:切込プリプレグ(0度層)内の切り込み
30:切込プリプレグ(45度層)内の切り込み
Claims (12)
- 強化繊維が一方向に引き揃えられ該強化繊維を横切る方向に複数の有限長の切り込みがある切込プリプレグ基材が少なくとも複数枚隣接して積層されている部分を有する積層基材であって、該切込プリプレグ基材中に存在する強化繊維は該切り込みによって10〜100mmの長さに切断されており、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの中心部80%の領域と他方の切込プリプレグ基材の切り込みとが交差する箇所が、100cm2あたり1箇所以内である積層基材。
- 隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材の切り込みの上に、他方の切込プリプレグ基材内のいずれの切り込みも交差していない、請求項1記載の積層基材。
- 積層基材を構成する前記切込プリプレグ基材の全ての切り込みが直線状であり、隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、一方の切込プリプレグ基材内の切り込みの方向と、他方の切込プリプレグ基材の繊維配向方向とのなす角度が±10〜170°である、請求項1または2に記載の積層基材。
- 前記切込プリプレグ基材が、切り込みの長さが2〜50mmの範囲内であり、強化繊維の配向方向及び該配向方向を横切る方向に周期的に配置されている、請求項1〜3のいずれかに記載の積層基材。
- 前記切込プリプレグ基材が、全ての切り込みの方向がそれぞれの繊維直交方向であり、各切込プリプレグ基材内では前記切り込みの長さWxおよび各々の切り込みによって切断された強化繊維の長さLxがそれぞれ一定であり、任意の切り込みを繊維直交方向にWx、繊維配向方向にLx/2平行移動すると、同じプリプレグ内の他の切り込みに重なるように切り込みが配置されている、請求項4に記載の積層基材。
- 隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、任意の一方を切込プリプレグ基材a、他方を切込プリプレグ基材bとし、切込プリプレグ基材aの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLaとしたとき、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの両側のaの繊維配向方向0.2La〜0.3Laの範囲の領域に、他方の切込プリプレグ基材b内の切り込みの中心点が位置する、請求項5に記載の積層基材。
- 隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、任意の一方を切込プリプレグ基材a、他方を切込プリプレグ基材bとし、切込プリプレグ基材aの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLaとしたとき、一方の切込プリプレグ基材a内の切り込みの両側のaの繊維配向方向0.4La〜0.6Laの範囲の領域に、他方の切込プリプレグ基材b内の切り込みの中心点が位置する、請求項5に記載の積層基材。
- 隣接する任意の2層の切込プリプレグ基材において、各切込プリプレグ基材の繊維配向のなす角度の絶対値が45度であり、切れこみ長さが短い方を切込プリプレグ基材a、切れこみ長さが長い方を切込プリプレグ基材bとし、それぞれの切り込みの長さをWa、Wbそれぞれの切り込みによって切断された強化繊維の長さをLa、Lbとしたとき、これらが次の式1〜3を満たす、請求項5〜7のいずれかに記載の積層基材。
La=2Wa (式1)
Lb=2Wb (式2)
Lb=La・√2 (式3) - 繊維配向方向が同一方向である切込プリプレグ基材のみを見たとき、隣接する2層の切込プリプレグ基材が、前記強化繊維の長さが等しく、かつ、一方の切込プリプレグ基材の切り込みを繊維配向方向に沿って前記強化繊維の長さの半分の距離で平行移動した箇所に、他方の切込プリプレグ基材の切り込みが配置されている、請求項5〜8のいずかに記載の積層基材。
- 積層基材を構成するプリプレグが全て切込プリプレグ基材である、請求項1〜9のいずれかに記載の積層基材。
- 請求項1〜10いずれかに記載の積層基材を加圧および、加熱あるいは昇温冷却することにより得られた繊維強化プラスチック。
- 長さ10〜100mmの強化繊維を含む領域と強化繊維を含まない領域とが格子状に配置されてなる層が2層以上隣接した積層構造を有する繊維強化プラスチックであって、隣接する任意の層内の強化繊維を含まない領域と他方の層内の強化繊維を含まない領域との重なる面積が10mm2以下である繊維強化プラスチック。
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