JP7083281B2 - 樹脂注入成形品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、繊維質の被含浸物がセットされた成形型の成形空間（キャビティ）に液状樹脂を注入し、被含浸物に液状樹脂を含浸し硬化させる樹脂注入成形法、いわゆるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法を用いて成形された樹脂注入成形品およびその製造方法に関する。

ＲＴＭ法を用いた樹脂注入成形品の製造方法では、基材としての被含浸物を成形型にセットし、成形型を型閉めして、被含浸物が配置された成形空間を減圧し、減圧された成形空間に液状のマトリックス樹脂を注入して、マトリックス樹脂を被含浸物に含浸させた後に硬化させることが行われる（例えば、特許文献１参照）。

そのような製造方法で用いられる被含浸物は、複数枚の繊維シートが積層されてなる積層体である。繊維シートには、一方向に引き揃えられた複数の繊維束（ストランド）からなるストランドシートがその取り扱いのし易さからよく用いられる。ストランドシートにおいて隣り合う繊維束の間には、凹所をなす隙間が形成されている。

特開２０１７－１７０８４０号公報

図１７に、樹脂注入成形品２０１の部分的な断面図を示す。図１８に、図１７の樹脂注入成形品２０１におけるXVIIIで囲んだ箇所の拡大断面図を示す。上述したようにＲＴＭ法により成形された樹脂注入成形品２０１では、図１７および図１８に示すように、マトリックス樹脂２０３が、被含浸物２０５の表面を覆って樹脂表層２０７を構成している。

そうした樹脂注入成形品２０１においては、被含浸物２０５をなす繊維シート２０９における隣り合う繊維束２１１間の凹所２１３にマトリックス樹脂２０３が溜まるため、繊維シート２０９の繊維束２１１同士の境界でマトリックス樹脂２０３が当該繊維シート２０９表面の他箇所に比べて厚くなった樹脂リッチ部２１５を形成する。この樹脂リッチ部２１５が樹脂注入成形品２０１の表面側で形成されると、樹脂表層２０７において当該樹脂リッチ部２１５に対応する部分には、成形後の収縮によって筋状のヒケ２１７が生じる。

このようなヒケ２１７は樹脂注入成形品２０１の外観を損なうものであり、ヒケ２１７のある樹脂注入成形品２０１は見栄えが良くない。樹脂注入成形品２０１の表面には塗装を施す場合があるが、塗装のみでヒケ２１７を隠すことは難しい。そこで、樹脂注入成形品２０１に生じたヒケ２１７を樹脂表層２０７の研磨によってなくすことが考えられるが、樹脂表層２０７の研磨作業にはかなりの時間がかかるため、生産性が低下するし、その分のコストアップを招いてしまう。

本開示の技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを抑制し、見栄えの良い樹脂注入成形品を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本開示の技術では、被含浸物の表面側に位置する繊維シートに隣接させて不織布を設け、当該繊維シートにおける凹所に不織布の繊維を入り込ませるようにした。

具体的には、本開示の技術は、複数枚の繊維シートが積層されてなる被含浸積層体と、被含浸積層体に含浸した状態で硬化されたマトリックス樹脂とを備える樹脂注入成形品を対象とする。マトリックス樹脂は、被含浸積層体の表面を覆って樹脂表層を形成している。被含浸積層体のうち樹脂表層側に位置する所定の繊維シートの少なくとも一方側の面には凹所が形成されている。そして、本開示の技術に係る樹脂注入成形品において、被含浸積層体には、所定の繊維シートにおける凹所が形成された面の隣接位置に不織布が設けられている。

この構成によると、被含浸積層体の表面側に位置する繊維シートに隣接させて不織布を設けるようにしたから、樹脂注入成形品を成形するときには、当該繊維シートにおける凹所に不織布の繊維が入り込み、マトリックス樹脂のみが凹所に溜まらないようにすることができる。それによって、凹所に形成される樹脂リッチ部の樹脂含有率が下がるから、成形後における樹脂リッチ部の収縮量が少なくなる。しかも、不織布が樹脂リッチ部の収縮に追従するので、樹脂リッチ部の収縮による樹脂注入成形品の表面への影響が緩和されて、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを抑制することができる。

そうした樹脂注入成形品において、被含浸積層体は、所定の繊維シートとして、一方向に引き揃えられた複数の繊維束からなり、隣り合う繊維束間の隙間が凹所を形成しているストランドシートを有していてもよい。この場合、不織布は、ストランドシートの樹脂表層側の面に隣接配置されていることが好ましい。

樹脂注入成形品の表面におけるヒケは、前述の如くストランドシートの繊維束間の凹所に樹脂リッチ部が形成されることに起因して生じやすい。これに対し、上記の構成によると、ストランドシートの樹脂表層側の面に隣接させて不織布を配置するようにしたので、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを効果的に抑制することができる。

さらに、被含浸積層体は、繊維シートとして、２軸で織られたクロスシートを有していてもよい。このクロスシートは、被含浸積層体の表面を構成し、樹脂表層によって覆われていてもよい。この場合、樹脂表層を形成するマトリックス樹脂は、透光性を有する樹脂であってもよい。

この構成によると、樹脂表層の直下にクロスシートを設け、樹脂表層を透光性のある樹脂によって形成するようにしたので、樹脂注入成形品の外観に樹脂表層を通してクロスシートが視認されて、樹脂注入成形品の意匠性を高められる。

そして、不織布は、ストランドシートとクロスシートとの間に配置されていることが好ましい。

この構成によると、クロスシートに次いで樹脂表層に近いストランドシートに隣接させて不織布を設けるようにしたので、樹脂表層に近い位置において、樹脂リッチ部の成形後における収縮量が少なくなり、樹脂リッチ部の収縮による樹脂注入成形品の表面への影響が緩和されて、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを効果的に抑制することができる。

クロスシートは、所定の繊維シートであって、織り目の隙間で凹所を形成している。不織布は、クロスシートの樹脂表層側の面に隣接配置されていてもよい。

樹脂注入成形品の成形において、クロスシートで折り目の隙間がなす凹所には、マトリックス樹脂が溜まるため、マトリックス樹脂がクロスシート表面の他箇所に比べて厚くなった樹脂リッチ部が形成される。これに対し、上記の構成によると、クロスシートの凹所に形成される樹脂リッチ部の収縮に起因して樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを抑制することができる。

不織布は、炭素繊維からなることが好ましい。

炭素繊維は、軽量であるにも関わらず優れた機械的性質を有している。上記の構成によると、被含浸積層体に設ける不織布として炭素繊維からなる不織布を採用するようにしたので、樹脂注入成形品の機械的性質を高めるのに有利である。

さらに、マトリックス樹脂には、酸無水物系の硬化剤が用いられていることが好ましい。

酸無水物系の硬化剤は、ポットライフ（可使時間）が長く、機械的特性や化学的特性、電気的特性などの物性バランスが良好である上に、硬化反応が比較的緩やかに進行するという性質を有する。上記の構成によると、マトリックス樹脂に添加される硬化剤として酸無水物系の硬化剤を採用するようにしたので、樹脂注入成形品の成形時間は長くなるが、成形後における樹脂リッチ部の収縮量が少なくなり、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じることを抑制するのに有利である。

また、本開示の技術は、上記のような樹脂注入成形品の製造方法をも対象とする。本開示の技術に係る樹脂注入成形品の製造方法は、複数枚の繊維シートが積層されてなり、少なくとも一方側の面に凹所が形成されている所定の繊維シートが表面側に配置された被含浸積層体を準備する準備ステップと、被含浸積層体を成形型にセットし、その成形型にて形成された成形空間に被含浸積層体を配置した状態とするセットステップと、成形空間内を減圧した後に、液状のマトリックス樹脂を成形空間に注入して被含浸積層体に含浸させる含浸ステップと、被含浸積層体に含浸したマトリックス樹脂を硬化させて、マトリックス樹脂により被含浸積層体の表面を覆う樹脂表層を形成する硬化ステップとを含む。

ここで、「被含浸積層体を成形型にセットする」とは、予め複数枚の繊維シートを積層して形成された被含浸積層体を準備し、その被含浸積層体を成形型に配置させる場合は勿論、複数枚の繊維シートを成形型に順に積層配置して成形型で被含浸積層体をセットした状態に作製する場合をも含む意である。また、本開示の技術が対象とする樹脂注入成形品の製造方法には、気圧差を利用して被含浸積層体に液状樹脂を含浸させる真空補助樹脂注入成形法、いわゆるＶａＲＴＭ（Vacuum-assisted Resin Transfer Molding）法を用いた製造方法をも含む。そして、本開示の技術に係る樹脂注入成形品の製造方法において、準備ステップでは、所定の繊維シートにおける凹所が形成された面の隣接位置に不織布が設けられた被含浸積層体を準備する。

この構成によると、準備ステップにて準備される被含浸積層体において表面側に位置する繊維シートの隣接位置に不織布が設けられているようにしたので、含侵ステップにおいて、成形空間を減圧したときには、当該繊維シートにおける凹所に不織布の繊維が入り込み、マトリックス樹脂のみが凹所に溜まらないようにすることができる。それによって、凹所に形成される樹脂リッチ部の樹脂含有率が減るから、硬化ステップを行った後における樹脂リッチ部の収縮量が少なくなる。しかも、不織布が樹脂リッチ部の収縮に追従するので、樹脂リッチ部の収縮による樹脂注入成形品の表面への影響が緩和されて、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを抑制することができる。

本開示の技術に係る樹脂注入成形品およびその製造方法によれば、樹脂注入成形品の表面にヒケが生じるのを抑制し、見栄えの良い樹脂注入成形品を実現することができる。

図１は、実施形態に係る樹脂注入成形品の構成を示す概略図である。 図２は、実施形態に係る樹脂注入成形品の部分的な断面図である。 図３は、実施形態に係る樹脂注入成形品に用いられるストランドシートの部分的な断面斜視図である。 図４は、実施形態に係る樹脂注入成形品に用いられるクロスシートの概略平面図である。 図５は、図２の樹脂注入成形品におけるVで囲んだ箇所の拡大図である。 図６は、実施形態に係る樹脂注入成形品の成形装置と被含浸積層体を示す概略構成図である。 図７は、実施形態に係る樹脂注入成形品の製造方法におけるセットステップの様子を示す図である。 図８は、図７の被含浸積層体におけるVIIIで囲んだ箇所の拡大図である。 図９は、実施形態に係る樹脂注入成形品の製造方法における含浸ステップで成形空間を減圧している様子を示す図である。 図１０は、図９の被含浸積層体におけるXで囲んだ箇所の拡大図である。 図１１は、実施形態に係る樹脂注入成形品の製造方法における含浸ステップでマトリックス樹脂を成形空間に注入している様子を示す図である。 図１２は、図１１の被含浸積層体におけるXIIで囲んだ箇所の拡大図である。 図１３は、実施例１～５および比較例に係る樹脂注入成形品の平滑性の評価を示す図である。 図１４は、実施例１～５および比較例に係る樹脂注入成形品の弾性率の評価を示す図である。 図１５は、変形例１に係る樹脂注入成形品の図２相当図である。 図１６は、変形例２に係る樹脂注入成形品の図２相当図である。 図１７は、樹脂注入成形品の部分的な断面図である。 図１８は、図１７の樹脂注入成形品におけるXVIIIで囲んだ箇所の拡大図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に、この実施形態に係る樹脂注入成形品１の構成の概略図を示す。図２に、樹脂注入成形品１の部分的な断面図を示す。図３に、樹脂注入成形品１に用いられるストランドシート１７の部分的な断面斜視図を示す。図４に、樹脂注入成形品１に用いられるクロスシート１３の概略平面図を示す。図５に、図２の樹脂注入成形品１におけるVで囲んだ箇所の拡大図を示す。

樹脂注入成形品１は、自動車のドア（サイドドアやバックドア）、フード、ルーフ、フェンダーなどを構成するボディパネル（車体外板）に用いられる。樹脂注入成形品１は、図１および図２に示すように、繊維強化樹脂複合体であって、強化繊維３，２１を含む被含浸積層体５と、被含浸積層体５に含浸されたマトリックス樹脂７とで構成されている。被含浸積層体５は、複数枚の繊維シート９が積層されてなる繊維質基材であって、マトリックス樹脂７に内包されている。被含浸積層体５は、基材本体１１と、クロスシート１３と、不織布１５とを備える。

基材本体１１は、繊維シート９であるストランドシート１７を複数枚組み合わせてなる。ストランドシート１７は、図３に示すように、多数本の強化繊維３が一方向に引き揃えられた一方向（ＵＤ：Uni-Direction）材である。このストランドシート１７をなす強化繊維３は、補助糸４により束ねられて、シート面方向における一方向に並ぶ複数の繊維束（ストランド）１８を構成している。ストランドシート１７としては、例えばＮＣＦ（Non-Crimp Fabric）と呼ばれる繊維編物が挙げられる。

ストランドシート１７の強化繊維３としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、ポリアミド繊維やアラミド繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維が挙げられる。なかでも、炭素繊維は、軽量であるにも関わらず優れた機械的性質を有している。ストランドシート１７には、強化繊維３が一種単独で用いられていてもよいし、二種以上が併用されていてもよい。補助糸４としては、ポリアミド樹脂やポリエステル樹脂などの合成樹脂糸、ガラス繊維糸などからなるステッチ糸が用いられる。

この実施形態の基材本体１１をなすストランドシート１７は、樹脂注入成形品１の裏面側から表面側（意匠面側）に向かって順に配置された第１ストランドシート１７ａ、第２ストランドシート１７ｂ、第３ストランドシート１７ｃおよび第４ストランドシート１７ｄの４枚である。これら第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、基準となる方向に対してそれぞれ所定の繊維配向をなしており、疑似等方積層方式で積層されている。疑似等方積層方式では、第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの繊維配向が０°、４５°、９０°、－４５°のいずれかに割り当てられて互いに所定の交差角度を持っている。

具体的には、第１ストランドシート１７ａの繊維配向は－４５°であり、第２ストランドシート１７ｂの繊維配向は４５°であり、第３ストランドシート１７ｃの繊維配向は９０°であり、第４ストランドシート１７ｄの繊維配向は０°である。こうした積層レイアウトを以て、樹脂注入成形品１には、優れた強度（弾性率など）の機械的性質を実現しつつ疑似等方性が付与されている。第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの表裏両面には、隣り合う繊維束１８の合せ目の隙間からなる凹所１９が繊維束１８に沿って直線状に複数形成されている。

クロスシート１３は、被含浸積層体５の表面を構成している繊維シート９である。このクロスシート１３は、図４に示すように、複数の強化繊維２１を束ねた繊維束２３を経糸２５および緯糸２７として２軸で平織りに織ってなる繊維織物であって、光の反射によって市松模様のような織目模様を呈している。クロスシート１３の表裏両面には、織り目の隙間からなる凹所２９が形成されている。クロスシート１３をなす強化繊維２１としては、ストランドシート１７に用いられる上述した強化繊維３が挙げられ、ストランドシート１７と同様な理由から炭素繊維が好ましい。

不織布１５は、基材本体１１上に設けられ、基材本体１１の表面にある第４ストランドシート１７ｄとクロスシート１３との間、つまり第４ストランドシート１７ｄにおける表面側（第３ストランドシート１７ｃとは反対側）の隣接位置に配置されている。不織布１５をなす繊維としては、ストランドシート１７に用いられる上述した強化繊維３が挙げられ、ストランドシート１７と同様な理由から炭素繊維が好ましい。炭素繊維には、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ：Polyacrylonitrile）繊維を素材としたＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ繊維を素材としたピッチ系炭素繊維があるが、強度などの性能、コストおよび使い易さなどのバランスの良さから前者が好ましい。

マトリックス樹脂７は、被含浸積層体５の表面に満遍なく含侵された状態で硬化されており、図５に示すように、被含浸積層体５を固めると共にその外面を覆って樹脂表層３１を形成している。すなわち、樹脂注入成形品１の外殻はマトリックス樹脂７からなる。このマトリックス樹脂７は、第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの各凹所１９内にも、クロスシート１３の各凹所２９内にも充填されており、他箇所に比べて相対的に厚くなった樹脂リッチ部３３（図５で二点鎖線に囲まれた部分）を形成している。マトリックス樹脂７には、熱硬化性樹脂が用いられる。

熱硬化性樹脂としては、例えば、ウレタン樹脂、シリコーン、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂が挙げられる。なかでもエポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂は、耐熱性、衝撃吸収性、耐薬品性に優れた特性を有している。熱硬化性樹脂には、硬化剤や硬化促進剤、難燃剤などの添加剤が含有されていてもよい。熱硬化性樹脂は、単独で用いられてもよいし、二種以上で併用されてもよい。この実施形態のマトリックス樹脂７には、透光性を有する熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂が用いられており、樹脂注入成形品１の外観に樹脂表層３１を通してクロスシート１３の織目模様が視認される。

被含浸積層体５の表面側の繊維シート９、具体的には基材本体１１表面の第４ストランドシート１７ｄおよびクロスシート１３における各凹所１９，２９に形成された樹脂リッチ部３３は、樹脂注入成形品１の表面、つまり樹脂表層３１にヒケが生じる重要な要因となる。この実施形態の樹脂注入成形品１では、それら第４ストランドシート１７ｄの表面側およびクロスシート１３の裏面側における各凹所１９，２９に不織布１５の繊維が入り込んでおり、当該凹所１９，２９内の樹脂リッチ部３３での樹脂含有率が下げられている。また、不織布１５は、樹脂注入成形品１の製造において、クロスシート１３の繊維束２３がマトリックス樹脂７の注入時における流動で撚れるなどして乱れるのを規制し、且つ、樹脂リッチ部３３の成形後の収縮による樹脂注入成形品１の表面への影響を緩和する役割を担う。

上記構成の樹脂注入成形品１はＲＴＭ法を用いて製造される。図６に、樹脂注入成形品１の成形に用いられる成形装置１０１と被含浸積層体５の概略構成図を示す。樹脂注入成形品１の成形装置１０１は、図６に示すように、成形型１０３と、樹脂注入装置１０５と、真空吸引装置１０７と、加熱装置（不図示）とを備え、加熱装置によって成形型１０３の温度調整が可能に構成されている。

成形型１０３は、互いに対向配置されたキャビ型１０９とコア型１１１とによって構成されている。キャビ型１０９は、固定型であって、凹状部１１３を有している。凹状部１１３の内面は、樹脂注入成形品１の外面を成形する成形面１１５であって、図６では平坦形状に示すが、樹脂注入成形品１がなすボディパネルに応じた形状とされている。コア型１１１は、可動型であって、凹状部１１３に嵌合する凸状部（コア）１１７を有している。

これらキャビ型１０９およびコア型１１１は、互いに型締めされることで凹状部１１３と凸状部１１７との間に成形空間（キャビティ）１１９を形成する。コア型１１１には、樹脂注入ポート１２１と真空吸引ポート１２３とが設けられている。例えば、樹脂注入ポート１２１の開口は成形空間１１９の中央部に位置付けられ、真空吸引ポート１２３の開口は成形空間１１９の外周側に位置付けられている。

樹脂注入装置１０５は、コア型１１１の樹脂注入ポート１２１に樹脂注入経路１２５を介して接続されている。そして、樹脂注入装置１０５は、樹脂注入経路１２５を通じて樹脂注入ポート１２１から液状のマトリックス樹脂７を成形空間１１９に注入するようになっている。樹脂注入経路１２５の途中には、開閉弁１２７が設けられている。

真空吸引装置１０７は、コア型１１１の真空吸引ポート１２３に真空吸引経路１２９を介して接続されている。そして、真空吸引装置１０７は、真空吸引経路１２９を通じて真空吸引ポート１２３から成形空間１１９を減圧するようになっている。真空吸引経路１２９の途中には、開閉弁１３１が設けられている。

このような成形装置１０１を用いた樹脂注入成形品１の製造方法は、準備ステップと、セットステップと、含侵ステップと、硬化ステップとを含む。この樹脂注入成形品１の製造方法について、図７～図１２を参照しながら以下に説明する。

図７は、樹脂注入成形品１の製造方法におけるセットステップの様子を示す図である。図８は、図７の被含浸積層体５におけるVIIIで囲んだ箇所の拡大図である。図９は、樹脂注入成形品１の製造方法における含浸ステップで成形空間１１９を減圧している様子を示す図である。図１０は、図９の被含浸積層体５におけるXで囲んだ箇所の拡大図である。図１１は、樹脂注入成形品１の製造方法における含浸ステップでマトリックス樹脂７を成形空間１１９に注入している様子を示す図である。図１２は、図１１の被含浸積層体５におけるXIIで囲んだ箇所の拡大図である。

準備ステップでは、第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ（基材本体１１）と不織布１５とクロスシート１３とが予め積層された被含浸積層体５を予め賦形したプリフォームとして準備する。この被含浸積層体５では、第４ストランドシート１７ｄとクロスシート１３との間、つまり第４ストランドシート１７ｄにおける樹脂表層３１側の面の隣接位置に不織布１５が設けられている。当該被含浸積層体５を構成する第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ、不織布１５およびクロスシート１３には、液状のマトリックス樹脂７と強化繊維３，２１との接着性（馴染み）を良くするためのサイジング剤が塗布されている。このサイジング剤としては、例えば、ビスフェノールＡエポキシと不飽和ポリエステルの混合物やビスフェノールＡエステルが用いられる。

次いで、セットステップでは、準備した被含浸積層体５をキャビ型１０９の凹状部１１３にセットする。そして、図７に示すように、被含浸積層体５をセットしたキャビ型１０９とコア型１１１とを型閉めして、凹状部１１３と凸状部１１７との間に成形空間１１９を形成し、被含浸積層体５を成形空間１１９に配置した状態とする。このときの被含浸積層体５では、図８に示すように、不織布１１５の繊維が第４ストランドシート１７ｄの凹所１９とクロスシート１３の凹所２９には未だ入り込んでいなくてもよい。

続いて、含浸ステップでは、図９に示すように、真空吸引装置１０７の開閉弁１２７を開状態として真空吸引装置１０７を作動させることにより、真空吸引ポート１２３を通じて成形空間１１９を真空吸引により減圧する。このとき、被含浸積層体５では、図１０に示すように、不織布１５の繊維が減圧作用により第４ストランドシート１７ｄ表面の凹所１９とクロスシート１３裏面の凹所２９に入り込む。そうした減圧後、真空吸引装置１０７の開閉弁１２７を閉状態とする。そして、図１１に示すように、樹脂注入装置１０５の開閉弁１３１を開状態として樹脂注入装置１０５を作動させることにより、樹脂注入ポート１２１を通じて成形空間１１９に液状のマトリックス樹脂７を注入して隅々にまで行き渡らせる。このようにして、図１２にも示すように、被含浸積層体５の全体に亘ってマトリックス樹脂７を含浸させる。

このとき注入されるマトリックス樹脂７には、アミン系の硬化剤や酸無水物系の硬化剤が添加されている。アミン系の硬化剤としては、例えばトリエチレンテトラミン化合物が挙げられる。酸無水物系の硬化剤としては、例えばメチルヘキサヒドロ無水フタル酸が挙げられる。

さらに、硬化ステップでは、加熱装置を作動させて成形型１０３の温度をマトリックス樹脂７が硬化する所定の温度にまで加熱することにより、被含浸積層体５に含浸したマトリックス樹脂７を硬化させる。しかる後、成形型１０３を型開きして、マトリックス樹脂７を冷ました樹脂注入成形品１０５を取り出し、樹脂注入成形品１０５に付いているゲート残渣物などの不要片を切除する端末処理を施す。こうして、樹脂注入成形品１を製造することができる。

この実施形態に係る樹脂注入成形品１およびその製造方法によると、被含浸積層体５の表面側に位置する第４ストランドシート１７ｄとクロスシート１３との間に不織布１５を設けるようにしたので、これら第４ストランドシート１７ｄの表面側およびクロスシート１３の裏面側における各凹所１９，２９に不織布１５の繊維が入り込み、マトリックス樹脂７のみが凹所１９，２９に溜まらないようにすることができる。それによって、凹所１９，２９に形成される樹脂リッチ部３３の樹脂含有率が下がるから、成形後における樹脂リッチ部３３の収縮量が少なくなる。しかも、不織布１５が樹脂リッチ部３３の収縮に追従するので、樹脂リッチ部３３の収縮による樹脂注入成形品１の表面への影響が緩和されて、樹脂注入成形品１の表面にヒケが生じるのを抑制することができる。その結果、見栄えの良い樹脂注入成形品１を実現することができる。

－ 樹脂注入成形品の外観・性能評価 －
以下に示す実施例１～５に係る樹脂注入成形品１と比較例に係る樹脂注入成形品とを、ＲＴＭ法を用いて製造し、それらの外観性状および機械的性質をそれぞれ評価した。なお、以下では、便宜上、比較例に係る樹脂注入成形品１の構成についても、上記実施形態と同様な参照符号を付して説明する。

［実施例１］
実施例１に係る樹脂注入成形品１は、上記実施形態と同じく第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとクロスシート１３とからなる被含浸積層体５を用いて製造した。第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄには、それぞれ炭素繊維からなるＮＣＦを用いた。クロスシート１３には、炭素繊維からなる平織りの繊維織物を用いた。不織布１５には、ＰＡＮ系炭素繊維からなる無機繊維シート状物を用いた。不織布１５において、炭素繊維の繊維径は７μｍ程度であり、目付は１０ｇ／ｍ^２程度である。サイジング剤としては、ビスフェノールＡエポキシと不飽和ポリエステルの混合物を用いた。マトリックス樹脂７としては、エポキシ樹脂を用いた。硬化剤としては、アミン系の硬化剤であるトリエチレンテトラミン化合物を用いた。

［実施例２］
実施例２に係る樹脂注入成形品１は、被含浸積層体５の不織布１５として、ピッチ系炭素繊維からなる無機繊維シート状物を用いた。不織布１５において、炭素繊維の繊維径は１１μｍ程度であり、目付は４０ｇ／ｍ^２程度である。この実施例２に係る樹脂注入成形品１におけるその他の構成は、上記実施例１に係る樹脂注入成形品１と同じである。

［実施例３］
実施例３に係る樹脂注入成形品１は、被含浸積層体５の不織布１５として、ポリアミド繊維からなる有機繊維シート状物を用いた。不織布１５において、ポリアミド繊維の繊維径は４μｍ程度であり、目付は４５ｇ／ｍ^２程度である。この実施例３に係る樹脂注入成形品１におけるその他の構成は、上記実施例１に係る樹脂注入成形品１と同じである。

［実施例４］
実施例４に係る樹脂注入成形品１は、被含浸積層体５の不織布１５として、アラミド繊維からなる有機繊維シート状物を用いた。不織布１５において、アラミド繊維の繊維径は１２μｍ程度であり、目付は２０ｇ／ｍ^２程度である。この実施例４に係る樹脂注入成形品１におけるその他の構成は、上記実施例１に係る樹脂注入成形品１と同じである。

［実施例５］
実施例５に係る樹脂注入成形品１は、被含浸積層体５の不織布１５として、ＰＡＮ系炭素繊維からなる無機繊維シート状物を用いた。不織布１５の炭素繊維の繊維径は、７μｍ程度であり、目付は１０ｇ／ｍ^２程度である。マトリックス樹脂７の硬化剤としては、酸無水物系の硬化剤であるメチルヘキサヒドロ無水フタル酸を用いた。この実施例５に係る樹脂注入成形品１におけるその他の構成は、上記実施例１に係る樹脂注入成形品１と同じである。

［比較例］
比較例に係る樹脂注入成形品は、被含浸積層体５に不織布１５を備えていない。この比較例に係る樹脂注入成形品におけるその他の構成は、上記実施例１に係る樹脂注入成形品１と同じである。

これら実施例１～５および比較例に係る樹脂注入成形品１について、ウェーブスキャン測定装置（ＢＹＫ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ＆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いて長波長による表面平滑度を測定した。図１３に、実施例１～５および比較例に係る樹脂注入成形品１の平滑性の評価を示す。表面平滑度を示すスキャン値は、低いほど外観性状が良いことを表している。

図１３に示すように、比較例に係る樹脂注入成形品の表面平滑度を示すスキャン値は、６５を超えている。これに対し、実施例１～５に係る樹脂注入成形品１のスキャン値は、６０を下回っていた。特に、実施例５に係る樹脂注入成形品１のスキャン値は、２０未満であり１０を少し上回る程度の値であった。こうした表面平滑度の測定結果から、実施例１～５に係る樹脂注入成形品１、とりわけ実施例５に係る樹脂注入成形品１の平滑性は、比較例に係る樹脂注入成形品の平滑性よりも高められていることが確認された。

また、実施例１～５および比較例に係る樹脂注入成形品について、弾性率を測定した。当該弾性率の測定は、動的粘弾性測定装置（ＵＢＭ社製 Ｒｈｅｏｇｅｌ－Ｅ４０００）を用いて、３０℃における樹脂注入成形品の動的粘弾性を測定することにより行った。図１４に、実施例１～５および比較例に係る樹脂注入成形品の弾性率の評価を示す。

図１４に示すように、比較例に係る樹脂注入成形品についての弾性率は、２５ＧＰａ以上であった。これに対し、実施例１および５に係る樹脂注入成形品１についての弾性率も、２５ＧＰａ以上であった。また、実施例２～４に係る樹脂注入成形品１についての弾性率は、２５ＧＰａを下回るものの、２０ＰＧａ前後の値であった。こうした弾性率の測定結果から、不織布１５を表面側に備える実施例１～５に係る樹脂注入成形品１でも、比較例に係る樹脂注入成形品に比べて弾性率の大幅な低下を招いておらず、とりわけ不織布１５にＰＡＮ系炭素繊維を用いた実施例１および５に係る樹脂注入成形品１では、比較例に係る樹脂注入成形品と同等な弾性率を発揮することが確認された。

上述の如く、実施例１～５のなかでも、不織布１５にＰＡＮ系炭素繊維を用い、且つマトリックス樹脂７の硬化剤として酸無水物系の硬化剤を用いた実施例１に係る樹脂注入成形品１が、機械的性質（弾性率）が良好であり、表面平滑度が高い。したがって、樹脂注入成形品１において、ＰＡＮ系炭素繊維からなる不織布１５を備え、マトリックス樹脂７に酸無水物系の硬化剤を用いることが、機械的性質（弾性率）を維持しながら表面平滑度を高めるのに有効である。

以上のように、本開示の技術として、好ましい実施形態について説明した。しかし、本開示の技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須でない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちにそれらの必須でない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

図１５に、変形例１に係る樹脂注入成形品１の図２相当図を示す。上記実施形態では、不織布１５が基材本体１１表面をなす第４ストランドシート１７ｄとクロスシート１３との間にのみ配置されている樹脂注入成形品１を例に挙げて説明したが、これに限らない。図１５に示すように、不織布１５は、第４ストランドシート１７ｄとクロスシート１３との間に配置されることに加え、クロスシート１３の樹脂表層３１側の面にも隣接配置されていてもよい。このような構成によれば、第４ストランドシート１７ｄ表面側の凹所１９およびクロスシート１３裏面側の凹所２９に形成される樹脂リッチ部３３の収縮と、クロスシート１３表面側の凹所２９に形成される樹脂リッチ部３３の収縮とに起因して樹脂注入成形品１の表面にヒケが生じるのを抑制することができる。

図１６に、変形例２に係る樹脂注入成形品１の図２相当図を示す。図１６に示すように、不織布１５は、第４ストランドシート１７ｄとクロスシート１３との間には配置されず、クロスシート１３の樹脂表層３１側の面のみに隣接配置されていてもよい。このような構成によれば、クロスシート１３表面側の凹所２９に形成される樹脂リッチ部３３の収縮に起因して樹脂注入成形品１の表面にヒケが生じるのを抑制することができる。

また、上記実施形態では、被含浸積層体５がセットされた成形型１０３の成形空間１１９に液状のマトリックス樹脂７を注入し、被含浸積層体にマトリックス樹脂７を含浸させるＲＴＭ法を用いる樹脂注入成形品１の製造方法を例に挙げて説明したが、これに限らない。本開示の技術は、被含浸積層体５を成形型にセットし、成形型にセットした被含浸積層体５をフィルム状のバッグ材で覆って密封した後に、成形型とバッグ材との間に形成された成形空間を、その一方側に設けられた真空吸引ポートを通じて減圧すると共に、成形空間に対し他方側に設けられた樹脂注入ポートから液状のマトリックス樹脂７を注入することにより、被含浸積層体５にマトリックス樹脂７を含浸させるといった、ＶａＲＴＭ法を用いる樹脂注入成形品１の製造方法にも適用することができる。

また、上記実施形態では、被含浸積層体５が４枚のストランドシート１７（第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ）およびクロスシート１３からなるとしたが、これに限らない。被含浸積層体５をなす基材本体１１は、５枚以上のストランドシート１７によって構成されていてもよいし、３枚以下のストランドシート１７によって構成されていても構わない。また、被含浸積層体５は、クロスシート１３を備えていなくてもよい。

また、上記実施形態では、被含浸積層体５の基材本体１１を構成する繊維シート９がＮＣＦなどからなる第１～第４ストランドシート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄであるとしたが、これに限らない。被含浸積層体５の基材本体１１に用いられる繊維シート９は、多数本の強化繊維３からなるシート状繊維物あれば、ストランドシート以外のＵＤ材からなる繊維シート、その他の織物や編物などであってもよい。被含浸積層体５を構成する繊維シート９，１３は、液状樹脂を含浸可能であって、少なくとも一方側の面に隙間などからなる凹所が形成されていれば構わない。

また、上記実施形態では、マトリックス樹脂７として熱硬化性樹脂が用いられているとしたが、これに限らない。マトリックス樹脂７には、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂、アミド系樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、サルファイド系樹脂、アクリル系樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられてもよい。熱可塑性樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。

また、上記実施形態では、樹脂注入成形品１は自動車のボディパネルに用いられるとしたが、これに限らない。自動車のボディパネルは、樹脂注入成形品１の用途の一例に過ぎず、樹脂注入成形品１は、シートやサスペンション、フロアなどのその他の自動車部品に用いられていてもよいし、自動車用途に限らず、航空機部材や自転車部材、船舶部材、風車ブレード、スポーツ用具、建築構造材などの他用途にも広く用いることが可能である。

以上説明したように、本開示の技術は、ＲＴＭ法を用いて成形された樹脂注入成形品およびその製造方法について有用である。

１ 樹脂注入成形品
３ 強化繊維
４ 補助糸
５ 被含浸積層体
７ マトリックス樹脂
９ 繊維シート
１１ 基材本体
１３ クロスシート（繊維シート）
１５ 不織布
１７ ストランドシート
１７ａ 第１ストランドシート（繊維シート）
１７ｂ 第２ストランドシート（繊維シート）
１７ｃ 第３ストランドシート（繊維シート）
１７ｄ 第４ストランドシート（繊維シート）
１８ 繊維束
１９ 凹所
２１ 強化繊維
２３ 繊維束
２５ 経糸
２７ 緯糸
２９ 凹所
３１ 樹脂表層
３３ 樹脂リッチ部
１０１ 成形装置
１０３ 成形型
１０５ 樹脂注入装置
１０７ 真空吸引装置
１０９ キャビ型
１１１ コア型
１１３ 凹状部
１１５ 成形面
１１７ 凸状部
１１９ 成形空間
１２１ 樹脂注入ポート
１２３ 真空吸引ポート
１２５ 樹脂注入経路
１２７ 開閉弁
１２９ 真空吸引経路
１３１ 開閉弁

Claims (10)

1. 複数枚の繊維シート（9）が積層されてなる被含浸積層体（5）と、
   前記被含浸積層体（5）に含浸した状態で硬化されたマトリックス樹脂（7）と、を備え、
   前記マトリックス樹脂（7）が前記被含浸積層体（5）の表面を覆って樹脂表層（31）を形成し、前記被含浸積層体（5）のうち前記樹脂表層（31）側に位置する所定の前記繊維シート（9）の少なくとも一方側の面に凹所（19,29）が形成されている樹脂注入成形品であって、
   前記被含浸積層体（5）には、前記所定の繊維シート（9）における前記凹所（19,29）が形成された面の隣接位置に不織布（15）が設けられ、
   前記不織布（15）の繊維は、前記凹所（19,29）に入り込み、
   前記凹所（19,29）には、前記不織布（15）の繊維およびマトリックス樹脂（7）からなる樹脂リッチ部（33）のみが設けられる
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
2. 複数枚の繊維シート（9）が積層されてなる被含浸積層体（5）と、
   前記被含浸積層体（5）に含浸した状態で硬化されたマトリックス樹脂（7）と、を備え、
   前記マトリックス樹脂（7）が前記被含浸積層体（5）の表面を覆って樹脂表層（31）を形成し、前記被含浸積層体（5）のうち前記樹脂表層（31）側に位置する所定の前記繊維シート（9）の少なくとも一方側の面に凹所（19,29）が形成されている樹脂注入成形品であって、
   前記被含浸積層体（5）には、前記所定の繊維シート（9）における前記凹所（19,29）が形成された面の隣接位置に不織布（15）が設けられ、
   前記不織布（15）の繊維は、前記凹所（19,29）における当該不織布（15）で覆われた範囲の全域に入り込む
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
3. 請求項１または２に記載された樹脂注入成形品において、
   前記被含浸積層体（5）は、前記所定の繊維シート（9）として、一方向に引き揃えられた複数の繊維束（18）からなり、隣り合う前記繊維束（18）の間の隙間が前記凹所（19）を形成しているストランドシート（17）を有し、
   前記不織布（15）は、前記ストランドシート（17）の前記樹脂表層（31）側の面に隣接配置されている
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
4. 請求項３に記載された樹脂注入成形品において、
   前記被含浸積層体（5）は、前記繊維シート（9）として、２軸で織られたクロスシート（13）を有し、
   前記クロスシート（13）は、前記被含浸積層体（5）の表面を構成し、前記樹脂表層（31）によって覆われており、
   前記樹脂表層（31）を形成するマトリックス樹脂（7）は、透光性を有する樹脂である
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
5. 請求項４に記載された樹脂注入成形品において、
   前記不織布（15）は、前記ストランドシート（17）と前記クロスシート（13）との間に配置されている
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
6. 請求項４または５に記載された樹脂注入成形品において、
   前記クロスシート（13）は、前記所定の繊維シート（9）であって、織り目の隙間で前記凹所（29）を形成しており、
   前記不織布（15）は、前記クロスシート（13）の前記樹脂表層（31）側の面に隣接配置されている
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載された樹脂注入成形品において、
   前記不織布（15）は、炭素繊維からなる
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
8. 請求項７に記載された樹脂注入成形品において、
   前記マトリックス樹脂（7）には、酸無水物系の硬化剤が用いられている
   ことを特徴とする樹脂注入成形品。
9. 複数枚の繊維シート（9）が積層されてなり、少なくとも一方側の面に凹所（19,29）が形成されている所定の繊維シート（9）が表面側に配置された被含浸積層体（5）を準備する準備ステップと、
   前記被含浸積層体（5）を成形型（103）にセットし、該成形型（103）にて形成された成形空間（119）に被含浸積層体（5）を配置した状態とするセットステップと、
   前記成形空間（119）を減圧した後に、液状のマトリックス樹脂（7）を前記成形空間（119）に注入して前記被含浸積層体（5）に含浸させる含浸ステップと、
   前記被含浸積層体（5）に含浸したマトリックス樹脂（7）を硬化させて、該マトリックス樹脂（7）により前記被含浸積層体（5）の表面を覆う樹脂表層（31）を形成する硬化ステップと、を含み、
   前記準備ステップでは、前記所定の繊維シート（9）における前記凹所（19,29）が形成された面の隣接位置に不織布（15）が設けられた被含浸積層体（5）を準備し、
   前記含浸ステップでは、前記不織布（15）の繊維が凹部（19,29）に入り込み、該凹所（19,29）に、前記不織布（15）の繊維およびマトリックス樹脂（7）からなる樹脂リッチ部（33）のみを形成する
   ことを特徴とする樹脂注入成形品の製造方法。
10. 複数枚の繊維シート（9）が積層されてなり、少なくとも一方側の面に凹所（19,29）が形成されている所定の繊維シート（9）が表面側に配置された被含浸積層体（5）を準備する準備ステップと、
    前記被含浸積層体（5）を成形型（103）にセットし、該成形型（103）にて形成された成形空間（119）に被含浸積層体（5）を配置した状態とするセットステップと、
    前記成形空間（119）を減圧した後に、液状のマトリックス樹脂（7）を前記成形空間（119）に注入して前記被含浸積層体（5）に含浸させる含浸ステップと、
    前記被含浸積層体（5）に含浸したマトリックス樹脂（7）を硬化させて、該マトリックス樹脂（7）により前記被含浸積層体（5）の表面を覆う樹脂表層（31）を形成する硬化ステップと、を含み、
    前記準備ステップでは、前記所定の繊維シート（9）における前記凹所（19,29）が形成された面の隣接位置に不織布（15）が設けられた被含浸積層体（5）を準備し、
    前記含浸ステップでは、前記不織布（15）の繊維が前記凹所（19,29）における当該不織布（15）で覆われた範囲の全域に入り込む
    ことを特徴とする樹脂注入成形品の製造方法。

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