JP7220004B2 - 繊維強化樹脂複合成形体とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂複合成形体とその製造方法に関する。

従来、繊維強化樹脂成形体は、高強度且つ高剛性であるという点から、スポーツ、レジャー、航空機などの幅広い産業分野で使用されている。
繊維強化樹脂成形体の製造方法として、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグや、シートモールディングコンパウンドなどを圧縮成形する方法が、多くの分野で採用されている。

プリプレグは補強繊維として長繊維を用いるため、高強度・高剛性の成形体が得られる反面、複雑な形状に賦形し難い。それに対して、シートモールディングコンパウンドは、補強繊維として短い繊維を用いるため、成形品の強度は低くなるものの、成形時の流動性に優れ、リブやボスなどの複雑な形状にも賦形し易い。

また、プリプレグとシートモールディングコンパウンドの双方の利点を取り入れるため、プリプレグとシートモールディングコンパウンドを積層して圧縮成形した成形品が提案されている（特許文献１）。

特開２００９－０８３４４１号公報

しかし、プリプレグとシートモールディングコンパウンドを積層して圧縮成形した成形品は、圧縮成形時のシートモールディングコンパウンドの流動によって、シートモールディングコンパウンドと接触しているプリプレグに繊維の乱れ（捩れ）が発生しやすく、外観上の問題となりやすい。

また、圧縮成形時にシートモールディングからの揮発物が、シートモールディングコンパウンドとプリプレグとの境界に溜まりやすく、ボイド等の原因となる場合がある。成形品は、ボイド等の存在によって、外観が損なわれることになる。

本発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、複雑な形状であっても繊維の乱れやボイド等の無い、良好な外観を有する繊維強化樹脂複合成形体とその製造方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、表層部形成用繊維強化樹脂材から形成された表層部と、前記表層部形成用繊維強化樹脂材に含まれる繊維よりも短い繊維と熱硬化性樹脂とよりなる基層部形成用コンパウンドから形成された基層部と、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンド間に配置された連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された中間層部とを有し、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート及び前記基層部形成用コンパウンドが、加熱圧縮により硬化して積層一体化したものであることを特徴とする繊維強化樹脂複合成形体に係る。

請求項２の発明は、請求項１において、前記中間層部と前記基層部との間に、補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成された補強層部を有し、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記基層部形成用コンパウンドが、加熱圧縮により硬化して積層一体化したものであることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、前記補強層部と前記基層部との間に、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された第２の中間層部を有し、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記基層部形成用コンパウンドが、加熱圧縮により硬化して積層一体化したものであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３の何れか一項において、前記繊維強化樹脂材はプリプレグであり、前記基層部形成用コンパウンドはシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする。

請求項５の発明は、表層部形成用繊維強化樹脂材から形成された表層部と、前記表層部形成用繊維強化樹脂材に含まれる繊維よりも短い繊維と熱硬化性樹脂とよりなる基層部形成用コンパウンドから形成された基層部と、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンド間に配置された連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された中間層部とを有する繊維強化樹脂複合成形体の製造方法であって、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンドを、前記連続気泡構造の熱硬化性発泡体シートを挟んで積層して加熱圧縮し、前記圧縮状態で硬化させることにより、前記表層部と前記中間層部と前記基層部を積層一体化させることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５において、前記積層に際し、前記連続気泡構造の熱硬化性発泡体シートと前記基層部形成用コンパウンドの間に、補強層部形成用繊維強化樹脂材を配置し、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記基層部形成用コンパウンドを、加熱圧縮により硬化させて積層一体化し、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成された補強層部を前記中間層部と前記基層部間に設けることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６において、前記積層に際し、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンドの間に、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを配置し、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記基層部形成用コンパウンドを、加熱圧縮により硬化させて積層一体化し、前記第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された第２の中間層部を、前記補強層部と前記基層部間に設けることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項５から７の何れか一項において、前記繊維強化樹脂材はプリプレグであり、前記基層部形成用コンパウンドはシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする。

本発明によれば、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドを、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを挟んで積層して加熱圧縮し、基層部形成用コンパウンドを流動させて賦形する際に、基層部形成用コンパウンドの流動による表層部形成用繊維強化樹脂材に与える影響を、基層部形成用コンパウンドと表層部形成用繊維強化樹脂材との間に存在する連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートによって緩和することができ、表層部形成用繊維強化樹脂材における繊維の乱れを防ぎ、繊維強化樹脂複合成形体の表層部の外観を良好なものにできる。

また、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドを、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを挟んで積層して加熱圧縮することにより、基層部形成用コンパウンドを流動させて賦形する際に、基層部形成用コンパウンドから生じる揮発物が、基層部形成用コンパウンドと表層部形成用繊維強化樹脂材との間に存在する連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートに吸収されて分散し、あるいは連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを通って外部へ放出されるため、ボイド等の発生を防ぐことができ、繊維強化樹脂複合成形体の表層部の外観を良好なものにできる。

さらに、前記中間層部と前記基層部との間に補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成された補強層部を設けることにより、表層部の外観が良好な繊維強化樹脂複合成形体の強度及び剛性を、さらに高くすることができる。

さらに、前記補強層部と前記基層部との間に第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された第２の中間層部を設けることより、前記基層部形成用コンパウンドの流動及び揮発物による影響を、前記中間層部を形成する連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記第２の中間層部を形成する第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートとの二つの連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートによって緩和することができ、繊維強化樹脂複合成形体の表層部の外観をさらに良好なものにでき、かつ強度及び剛性を高いものにできる。

本発明の第１実施形態の繊維強化樹脂複合成形体を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法に使用される成形金型の一実施形態の断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法における積層時の一実施形態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の製造方法における加熱圧縮時の一実施形態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の繊維強化樹脂複合成形体を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の製造方法における積層時の一実施形態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の繊維強化樹脂複合成形体を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の製造方法における積層時の一実施形態を示す断面図である。 本発明の実施例に使用した成形金型の断面図である。 各実施例及び比較例における熱硬化性樹脂発泡体シートの内容と繊維強化樹脂複合成形体の物性及び外観の判断を示す表である。

以下、本発明の繊維強化樹脂複合成形体及びその製造方法について説明する。
図１に示す第１実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０は、表層部形成用繊維強化樹脂材から形成された表層部１１と、基層部形成用コンパウンドから形成された基層部２１と、表層部１１と基層部２１との間に配置され、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された中間層部３１とよりなる。繊維強化樹脂複合成形体１０は、表層部１１における繊維の乱れや、基層部形成用コンパウンドからのボイドに起因する問題が無く、外観の良好なものである。なお、表層部１１と基層部２１の何れが、繊維強化樹脂複合成形体１０の表側の面あるいは裏側の面にされるかについては、繊維強化樹脂複合成形体１０の用途等に応じて決められる。

表層部１１は、表層部形成用繊維強化樹脂材が加熱圧縮されて硬化したものからなる。
表層部形成用繊維強化樹脂材は、繊維シートに熱硬化性樹脂が含浸したものである。繊維シートとしては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維から構成されたものを挙げることができる。特に、軽量化と剛性向上の点から炭素繊維が好ましい。繊維シートは、織物、編み物、不織布等であってもよい。織物としては、平織、綾織、朱子織、三軸織等がある。また、繊維シートは、一方向あるいは複数方向に配向した繊維で構成されていてもよい。繊維シートは、剛性向上の点から、繊維織物が好ましい。

繊維シートを構成する繊維は、後記の基層部形成用コンパウンドに含まれる繊維よりも繊維長が長いものが好ましく、例えば連続繊維あるいは不連続繊維からなるものが挙げられる。

繊維シートに含浸する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、またはこれらの混合樹脂等が挙げられる。繊維シートに熱硬化性樹脂が含浸した表層部形成用繊維強化樹脂材としては、プリプレグが好ましい。

基層部２１は、表層部形成用繊維強化樹脂材に含まれる繊維よりも短い繊維と熱硬化性樹脂とよりなる基層部形成用コンパウンドが加熱圧縮されて硬化したものからなる。図示の基層部２１は、表面に凸部としての補強用リブ２３とボス２５が突出形成されている。なお、基層部２１の表面形状は、補強用リブ２３とボス２５とからなる凸部に限られず、繊維強化樹脂複合成形体１０の用途等に応じて適宜の凹形状、凸形状、凹凸形状、あるいは凹凸の無いものであってもよい。

基層部形成用コンパウンドに含まれる繊維の長さは、成形性の点から３０ｍｍ以下が好ましく、また、剛性向上の点からは５ｍｍ以上が好ましい。基層部形成用コンパウンドに含まれる繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維等の短繊維が挙げられる。特に軽量化と剛性向上の点から炭素繊維が好ましい。

基層部形成用コンパウンドに含まれる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、またはこれらの混合樹脂等が挙げられる。
基層部形成用コンパウンドとしては、シートモールディングコンパウンド（以下ＳＭＣと記す）が好ましい。ＳＭＣは、熱硬化性樹脂に充填材や硬化剤などを含んだコンパウンドを、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維材に含浸させたシート状の成形材料をいう。

中間層部３１は、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートが、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドの間に配置されて、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドと共に加熱圧縮され、表層部形成用繊維強化樹脂材及び基層部形成用コンパウンドに含浸している熱硬化性樹脂と接触あるいは含浸して、該熱硬化性樹脂が硬化したものである。中間層部３１は、熱硬化性樹脂の硬化により、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートが圧縮された状態で形状固定されている。

連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートとしては、ウレタン樹脂発泡体、メラミン樹脂発泡体等のシートが挙げられる。熱硬化性樹脂発泡体を連続気泡構造のものとすることにより、熱硬化性樹脂が熱硬化性樹脂発泡体シートに含浸可能になり、また熱硬化性樹脂発泡体シートの圧縮が容易になり、さらには繊維強化樹脂複合成形体１０の製造時にＳＭＣからの揮発物を逃がし、ボイドの発生を防止することができるようになる。連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートがウレタン樹脂発泡体からなる場合、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１）は５～９０個／２５ｍｍが好ましい。セル数の値が小さ過ぎると、セルの径が大きくなって強度が低下するようになる。一方、セル数の値が大きすぎると、セルの径が小さくなって通気性が悪くなる。

また、中間層部３１を、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートで構成することにより、繊維強化樹脂複合成形体１０を製造する際の加熱圧縮時に、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートが軟化したり融着したりせず、加熱圧縮時における基層部形成用コンパウンドの流動による表層部形成用繊維強化樹脂材への悪影響を、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートで防ぐことができる。

表層部１１と基層部２１と中間層部３１は、繊維強化樹脂複合成形体１０の製造の際に、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを挟んで表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドを積層して行われる加熱圧縮によって、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドの熱硬化性樹脂が硬化することにより一体化している。

繊維強化樹脂複合成形体１０の製造方法は、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドを、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを挟んで積層して加熱圧縮し、表層部形成用繊維強化樹脂材と基層部形成用コンパウンドに含まれる熱硬化性樹脂を、前記圧縮状態で硬化させることにより行う。

加熱圧縮の一実施形態を、図２に示す成形金型５０を用いる場合について説明する。成形金型５０は、上型５１と下型５３とで構成される。本実施形態では、上型５１の型面は平坦となっている。下型５３の型面は、繊維強化樹脂複合成形体１０の基層部２１の表面に応じた形状からなり、本実施形態では繊維強化樹脂複合成形体１０の補強リブ２３とボス２５を形成するための成形用凹部５５、５７が設けられている。

成形金型５０は、予め加熱炉に入れることにより、あるいは成形金型５０に設けた加熱手段（例えば電熱ヒータ等）によって所定温度に加熱される。加熱温度は、表層部形成用繊維強化樹脂材及び基層部形成用コンパウンドに含まれる熱硬化性樹脂が硬化する温度に設定される。

成形金型５０を開いた状態にして、図３に示すように、下型５３の型面に基層部形成用コンパウンド２１Ａと、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａと、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａを、この順に重ねて配置し、積層する。上型５１及び下型５３の型面には、予め離型剤を塗布しておくのが好ましい。

基層部形成用コンパウンド２１Ａは、前記のように炭素繊維やガラス繊維などの短繊維に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、あるいはそれらの混合樹脂などの熱硬化性樹脂が含浸したものであり、ＳＭＣが好ましい。基層部形成用コンパウンド２１Ａに含まれる短繊維は、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａに含まれる繊維よりも短い繊維からなり、成形性の点から３０ｍｍ以下が好ましく、また、剛性向上の点からは５ｍｍ以上が好ましい。

基層部形成用コンパウンド２１Ａは、下型５３の型面に、成形用凹部５５、５７を覆うように載置される。基層部形成用コンパウンド２１Ａの大きさは、成形用凹部５５、５７を覆うことのできる大きさからなり、下型５３の型面の大きさと等しくてもよい。

連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａは、前記のようにウレタン樹脂発泡体やメラミン樹脂発泡体等の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体からなり、予め、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、あるいはそれらの混合樹脂などからからなる熱硬化性樹脂を含浸させておいてもよい。連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートがウレタン樹脂発泡体からなる場合、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１は５～９０個／２５ｍｍ、見かけ密度（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）は２０～１００ｋｇ／ｍ^３が好ましく、より好ましくは３０～７５ｋｇ／ｍ^３である。さらに、通気性確保のため、公知のセル膜除去処理が行われたものが好ましい。また、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートの厚みは、薄過ぎると表層部１１における繊維の乱れやボイド等による外観の問題を生じるようになり、逆に厚過ぎると繊維強化樹脂複合成形体１０の強度が低下するようになるため、０．３～３．０ｍｍの厚みが好ましい。

なお、予め連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートに熱硬化性樹脂を付着あるいは含浸させる場合、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを熱硬化性樹脂に漬けるディッピングや塗布などに限られない。例えば、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａや基層部形成用コンパウンド２１Ａに連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを貼り付ける（積層を含む）ことにより、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａや基層部形成用コンパウンド２１Ａの表面に付着している熱硬化性樹脂を、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートに付着あるいは含浸させるようにしてもよい。

また、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａと連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａと基層部形成用コンパウンド２１Ａを加熱圧縮する際に、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａ及び基層部形成用コンパウンド２１Ａから滲出した熱硬化性樹脂を、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａに含浸させるようにしてもよい。

連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａは、基層部形成用コンパウンド２１Ａを覆うようにして下型５３内に配置される。連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａの大きさは、基層部形成用コンパウンド２１Ａの流動による影響が表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａに伝わらないようにするため、基層部形成用コンパウンド２１Ａの流動範囲と等しい、あるいはそれより広い範囲を覆う大きさにするのが好ましい。

表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａは、前記のように炭素繊維織物などの繊維シートに、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、またはこれらの混合樹脂等からなる熱硬化性樹脂が含浸したものであり、プリプレグが好ましい。繊維シートの繊維は、基層部形成用コンパウンドに含まれる繊維よりも繊維長の長いものが好ましい。なお、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａは、一枚のプリプレグで構成する場合に限られず、複数枚のプリプレグを積層したもので構成してもよい。

下型５３の型面に、基層部形成用コンパウンド２１Ａと含浸発泡体シート３１Ａと表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａを、この順に積層した後、図４に示すように上型５１を下型５３に被せ、基層部形成用コンパウンド２１Ａと含浸発泡体シート３１Ａと表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａを積層状態で加熱圧縮する。

なお、成形用凹部や凸部が下型の型面ではなく上型の型面に設けられている場合、下型の型面には、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａと連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａと基層部形成用コンパウンド２１Ａを、この順に積層する。
また、成形用凹部や凸部が、下型の型面及び上型の型面の何れにも設けられていない場合、下型の型面に対する表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａと連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａと基層部形成用コンパウンド２１Ａの積層配置は、この順あるいは逆の何れであってもよい。

加熱圧縮時における基層部形成用コンパウンド２１Ａ、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａ、表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａの挙動を以下に説明する。
基層部形成用コンパウンド２１Ａは、加熱により流動性を生じ、下型５３の型面の成形用凹部５５、５７に入り込み、さらに下型５３の型面上に流延する。

連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａは、基層部形成用コンパウンド２１Ａと表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａとの間で圧縮され、基層部形成用コンパウンド２１Ａ及び表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａの熱硬化性樹脂が接触し、あるいは含浸する。また、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａは、基層部形成用コンパウンド２１Ａと表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａとの間にあって緩衝作用を発揮し、基層部形成用コンパウンド２１Ａの流動による影響が表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａに伝わるのを防ぐと共に、基層部形成用コンパウンド２１Ａからの揮発物を吸収し、ボイドの発生を防ぐ。

表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａは、含浸されている熱硬化性樹脂が圧縮により滲出する。表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａから滲出した熱硬化性樹脂は、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａに接触し、あるいは含浸する。

そして、基層部形成用コンパウンド２１Ａ、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａ及び表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａは、圧縮された状態でそれぞれの熱硬化性樹脂が硬化する。それによって、基層部形成用コンパウンド２１Ａから基層部２１が形成され、また連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａから中間層部３１が形成され、さらに表層部形成用繊維強化樹脂材１１Ａから表層部１１が形成される。それと共に、それぞれの熱硬化性樹脂が接触し、あるいは混ざり合って硬化することにより、基層部２１と中間層部３１及び表層部１１が接着一体化し、前記繊維強化樹脂複合成形体１０が形成される。繊維強化樹脂複合成形体１０は、基層部形成用コンパウンド２１Ａの流動による影響が連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａにより緩衝され、また基層部形成用コンパウンド２１Ａからの揮発物が連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１Ａにより吸収されるため、複雑形状であっても繊維の乱れやボイド等の無い、良好な外観の表層部１１が得られる。

図５に示す第２実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０１は、表層部１１１と、中間層部３１１と、補強層部１２１と、基層部２１１が積層一体化したものであり、補強層部１２１を中間層部３１１と基層部２１１間に有する点で第１実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０とは異なる。

表層部１１１は、表層部形成用繊維強化樹脂材から形成されたものであり、第１実施形態の表層部１１と同様の構成からなる。

中間層部３１１は、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成されたものであり、第１実施形態の中間層部３１と同様の構成からなる。

補強層部１２１は、補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成されたものである。補強層形成用繊維強化樹脂材は、表層部形成用繊維強化樹脂材と同様に繊維シートに熱硬化性樹脂が含浸したものからなり、プリプレグが好ましい。

基層部２１１は、基層部形成用コンパウンドから形成されたものであり、第１実施形態の基層部２１と同様の構成からなる。基層部形成用コンパウンドに含まれる繊維は、表層部形成用繊維強化樹脂材及び補強層部形成用繊維強化樹脂材に含まれる繊維よりも短い繊維からなる。基層部２１１の表面には、凸部としての補強用リブ２３１とボス２５１が突出形成されている。

表層部１１１、中間層部３１１、補強層部１２１、基層部２１１は、繊維強化樹脂複合成形体１０１の製造の際に、表層部形成用繊維強化樹脂材、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート、補強層部形成用繊維強化樹脂材、基層部形成用コンパウウンドを積層して行われる加熱圧縮によって、表層部形成用繊維強化樹脂材と補強層部形成用繊維強化樹脂材及び基層部形成用コンパウンドの熱硬化性樹脂が滲出して連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートに付着、含浸し、また滲出した熱硬化性樹脂同士が接触あるいは混ざり合って硬化することにより一体化している。

第２実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０１の製造方法について、次に示す。
図６に示すように、成形金型５０の下型５３の型面に、基層部形成用コンパウンド２１１Ａ、補強層部形成用繊維強化樹脂材１２１Ａ、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１１Ａ、表層部形成用繊維強化樹脂材１１１Ａを、この順に配置し、積層する。なお、成形金型５０は、第１実施形態の製造方法で説明したとおりである。

次に、上型５１を下型５３に被せ、基層部形成用コンパウンド２１１Ａ、補強層部形成用繊維強化樹脂材１２１Ａ、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１１Ａ、表層部形成用繊維強化樹脂材１１１Ａを積層状態で加熱圧縮する。その加熱圧縮により、基層部形成用コンパウンド２１１Ａが流動して下型５３の型面形状になるとともに、基層部形成用コンパウンド２１１Ａと補強層部形成用繊維強化樹脂材１２１Ａ及び表層部形成用繊維強化樹脂材１１１Ａから熱硬化性樹脂が滲出して連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１１Ａに付着、含浸し、また滲出した熱硬化性樹脂同士が混ざり合って硬化する。それにより、図５に示した、表層部１１１と中間層部３１１と補強層部１２１と基層部２１１が積層一体化した繊維強化樹脂複合成形体１０１が得られる。

第２実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０１は、加熱圧縮によって基層部形成用コンパウンドを流動させて賦形する際に、基層部形成用コンパウンドの流動による影響や、基層部形成用コンパウンドからの揮発物による影響を、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートによって緩和することができ、表層部１１１の外観が良好なものになる。さらに、補強層部１２１の存在によって、繊維強化樹脂複合成形体１０１の強度及び剛性がより高いものになる。

図７に示す第３実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０２は、表層部１１２と、中間層部３１２と、補強層部１２２と、第２の中間層部３２２と、基層部２１２とが積層一体化したものである。中間層部３１２と基層部２１２の間に補強層部１２２と第２の中間層部３２２を有する点で、第１の実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０と異なる。また、補強層部１２２と基層部２１２間に第２の中間層部３２２を有する点で、第２の実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０１と異なる。

表層部１１２は、表層部形成用繊維強化樹脂材から形成されたものであり、第１実施形態の表層部１１及び第２実施形態の表層部１１１と同様の構成からなる。

中間層部３１２は、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成されたものであり、第１実施形態の中間層部３１及び第２実施形態の中間層部３１１と同様の構成からなる。

補強層部１２２は、補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成されたものであり、第１実施形態の補強層部１２１と同様の構成からなる。

第２の中間層部３２２は、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成されたものである。第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートは、中間層部３１２を構成する連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと同様の材質からなる。

基層部２１２は、基層部形成用コンパウンドから形成されたものであり、第１実施形態の基層部２１及び第２実施形態の基層部２１１と同様の構成からなる。基層部２１２の表面には、凸部としての補強用リブ２３２とボス２５２が突出形成されている。

表層部１１２、中間層部３１２、補強層部１２２、第２の中間層部３２２、基層部２１２は、繊維強化樹脂複合成形体１０２の製造の際に、表層部形成用繊維強化樹脂材、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート、補強層部形成用繊維強化樹脂材、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート、基層部形成用コンパウウンドを積層して行われる加熱圧縮によって、表層部形成用繊維強化樹脂材と補強層部形成用繊維強化樹脂材及び基層部形成用コンパウンドの熱硬化性樹脂が滲出して、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート及び第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートに付着、含浸し、また滲出した熱硬化性樹脂同士が接触あるいは混ざり合って硬化することにより一体化している。

第３実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０２の製造方法について、次に示す。
図８に示すように、成形金型５０の下型５３の型面に、基層部形成用コンパウンド２１２Ａ、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３２２Ａ、補強層部形成用繊維強化樹脂材１２２Ａ、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１２Ａ、表層部形成用繊維強化樹脂材１１２Ａを、この順に配置し、積層する。なお、成形金型５０は、第１実施形態の製造方法で説明したとおりである。

次に、上型５１を下型５３に被せ、基層部形成用コンパウンド２１２Ａ、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３２２Ａ、補強層部形成用繊維強化樹脂材１２２Ａ、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１２Ａ、表層部形成用繊維強化樹脂材１１２Ａを積層状態で加熱圧縮する。その加熱圧縮により、基層部形成用コンパウンド２１２Ａが流動して下型５３の型面形状になるとともに、基層部形成用コンパウンド２１２Ａと補強層部形成用繊維強化樹脂材１２２Ａ及び表層部形成用繊維強化樹脂材１１２Ａから熱硬化性樹脂が滲出して連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート３１２Ａ及び第２の連続気泡構造の発泡体シート３２２Ａに付着、含浸し、また滲出した熱硬化性樹脂同士が混ざり合って硬化する。それにより、図７に示した、表層部１１２と中間層部３１２と補強層部１２２と第２の中間層部３２２と基層部２１２が積層一体化した繊維強化樹脂複合成形体１０２が得られる。

第３実施形態の繊維強化樹脂複合成形体１０２は、加熱圧縮によって基層部形成用コンパウンドを流動させて賦形する際に、基層部形成用コンパウンドの流動による影響や、基層部形成用コンパウンドからの揮発物による影響を、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート及び第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートによって緩和することができ、表層部１１２の外観が良好なものになる。さらに、補強層部１２２の存在によって、繊維強化樹脂複合成形体１０２の強度及び剛性がより高いものになる。

本発明による効果を確認するため、図９に示す成形金型６０を用いて以下に示す各実施例及び比較例の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。
成形金型６０は、上型６１及び下型６３の何れも型面が平坦となっている。型面の平面サイズは２００×３００ｍｍであり、閉型時の上型６１の型面と下型６３の型面間の寸法（成形品の厚みに相当）が、１．５ｍｍに設定されている。

・実施例１
まず、フェノール樹脂溶液（住友ベークライト株式会社製、品名：ＰＲ－５５７９１Ｂ、樹脂濃度６０ｗｔ％エタノール溶液）中に、綾織の炭素繊維織物（帝人株式会社製、品名：Ｗ－３１０１、繊維重量２００ｇ／ｍ^２）を２００×３００ｍｍに裁断したものを漬け、取り出した後に、２５℃の室温で２時間自然乾燥することにより、フェノール樹脂含浸済み炭素繊維織物を作製した。

フェノール樹脂含浸済み炭素繊維織物の表面に、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート（セル膜除去処理済みのウレタン樹脂発泡体、株式会社イノアックコーポレーション製、品名：ＭＦ－５０、見かけ密度（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）３０ｋｇ／ｍ^３、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１）５０個／２５ｍｍ、空隙率９７．１％、厚み０．４ｍｍ）を２００×３００ｍｍに裁断したものを貼り合わせた。空隙率の計算式は次の通りである。空隙率＝（ウレタン樹脂の真比重－嵩比重（≒ウレタン樹脂発泡体見かけ密度））／ウレタン樹脂の真比重×１００
なお、ウレタン樹脂の真比重とは、１．０５である。

その後、フェノール樹脂含浸済み炭素繊維織物とその表面の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを、６０℃の雰囲気下で１時間乾燥させて、フェノール樹脂含浸済み炭素繊維織物から表層部形成用繊維強化樹脂材（プリプレグ）を形成し、その表面に連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを貼り付けた状態とした。

成形金型６０を１４０℃に加熱し、その成形金型６０を開いて型面に離型剤を塗布した後、下型６３の型面に、１６０×２４０ｍｍのサイズに切り出した基層部形成用コンパウンド（ＳＭＣ、三菱ケミカル株式会社製、品名：ＳＴＲ１２０Ｎ１３１、厚み２ｍｍ、繊維含有率５３％）と、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、表層部形成用繊維強化樹脂材（プリプレグ）を、その順に配置した。そして、上型６１を重ねて成形金型６０を閉じ、１４０℃で１５分間、５ＭＰａの圧力を加え、基層部形成用コンパウンド、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート及び表層部形成用繊維強化樹脂材を加熱圧縮し、基層部形成用コンパウンド、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート及び表層部形成用繊維強化樹脂材の熱硬化性樹脂を硬化させた。

その後、成形金型６０を室温で冷却した後、上型６１と下型６３を開き、表層部形成用繊維強化樹脂材から形成された表層部と、連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された中間層部と、基層部形成用コンパウンドから形成された基層部との一体品からなる実施例１の繊維強化樹脂複合成形体を得た。

・実施例２
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートの厚みを０．６ｍｍに変更した以外、実施例１と同様にして実施例２の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例３
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートの厚みを１．０ｍｍに変更した以外、実施例１と同様にして実施例３の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例４
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートの厚みを２．０ｍｍに変更した以外、実施例１と同様にして実施例４の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例５
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートの厚みを３．０ｍｍに変更した以外、実施例１と同様にして実施例５の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例６
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１）８０個／２５ｍｍ、空隙率９５．２％、見かけ密度（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）７５ｋｇ／ｍ^３、厚み１．０ｍｍのセル膜除去処理済みウレタン樹脂発泡体（株式会社イノアックコーポレーション製、品名：ＭＦ－８０Ａ）に変更した以外、実施例１と同様にして実施例６の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例７
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１）１０個／２５ｍｍ、空隙率９７．３％、見かけ密度（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）３０ｋｇ／ｍ^３、厚み１．０ｍｍのセル膜除去処理済みウレタン樹脂発泡体（株式会社イノアックコーポレーション製、品名：ＭＦ－１０）に変更した以外、実施例１と同様にして実施例７の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例８
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１）８個／２５ｍｍ、空隙率９７．４％、見かけ密度（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）３０ｋｇ／ｍ^３、厚み１．０ｍｍのセル膜除去処理済みウレタン樹脂発泡体（株式会社イノアックコーポレーション製、品名：ＭＦ－８）に変更した以外、実施例１と同様にして実施例８の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・実施例９
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを、セル数（ＪＩＳ Ｋ ６４００－１）５０個／２５ｍｍ、空隙率９７．０％、見かけ密度（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）３０ｋｇ／ｍ^３、厚み１．０ｍｍ、セル膜除去処理無しのウレタン樹脂発泡体（株式会社イノアックコーポレーション製、品名：ＭＦ－５０）に変更した以外、実施例１と同様にして実施例９の繊維強化樹脂複合成形体を作製した。

・比較例
実施例１における連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを無しとし、他は実施例１と同様にして比較例の繊維強化樹脂複合成形体（中間層部無し）を作製した。

各実施例及び比較例の繊維強化樹脂複合成形体に対し、全体厚み（ｍｍ）及び曲げ弾性率（ＧＰａ）を測定し、また外観を判断した。
曲げ弾性率（ＧＰａ）はＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づいて測定した。
外観は、繊維強化樹脂複合成形体における表層部の表面を目視によって観察し、ボイドについて判断した。繊維ヨレ（撚れ）に関しては、物差しを用いて次のように測定、判断した。
繊維ヨレは、表層部の表面における２ｍｍ以上の範囲に渡って繊維の配列が乱れている場合に、２ｍｍ以上のヨレがあるとして「×」とし、ヨレが２ｍｍ未満の場合に「〇」とした。
ボイドは、表層部の表面の熱硬化性樹脂に孔（ピンホール）が見られる場合にボイド「有」とし、孔が見られない場合にボイド「無」とした。

図１０に、各実施例及び比較例における熱硬化性樹脂発泡体シートの構成と、繊維強化樹脂複合成形体の測定結果及び外観判断の結果を示す。
実施例１～９の繊維強化樹脂複合成形体は、全体厚みが１．４～１．７ｍｍ、曲げ弾性率が３２～３８ＧＰａ、外観判断が繊維ヨレ「〇」、ボイド「無」であり、強度が十分でかつ表層部の外観が良好なものであった。
一方、中間層部が無く、表層部と基層部が接している比較例は、全体厚みが１．４ｍｍ、曲げ弾性率が３８ＧＰａ、外観判断が繊維ヨレ「×」、ボイド有であり、強度は十分であったが、表層部の外観が劣っていた。

このように、本発明によれば、流動性のよい基層部形成用コンパウンドから形成された基層部を有する繊維強化樹脂複合成形体を、繊維の乱れやボイド等の無い、良好な外観の表層部を有するものにできる。そのため、本発明は、複雑な表面形状が求められる繊維強化樹脂複合成形体に好適である。

１０、１０１、１０２ 繊維強化樹脂複合成形体
１１、１１１、１１２ 表層部
１１Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ 表層部形成用繊維強化樹脂材
２１、２１１、２１２ 基層部
２１Ａ、２１１Ａ、２１２Ａ 基層部形成用コンパウンド
３１、３１１、３１２ 中間層部
３１Ａ、３１１Ａ、３１２Ａ 連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート
３２２ 第２の中間層部
３２２Ａ 第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート
５０ 成形金型
５１ 上型
５３ 下型
５５、５７ 成形用凹部
６０ 実施例用成形金型
６１ 実施例用上型
６３ 実施例用下型

Claims (8)

1. 表層部形成用繊維強化樹脂材から形成された表層部と、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材に含まれる繊維よりも短い繊維と熱硬化性樹脂とよりなる基層部形成用コンパウンドから形成された基層部と、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンド間に配置された連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された中間層部とを有し、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シート及び前記基層部形成用コンパウンドが、加熱圧縮により硬化して積層一体化したものであることを特徴とする繊維強化樹脂複合成形体。
2. 前記基層部と前記中間層部との間に、補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成された補強層部を有し、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記基層部形成用コンパウンドが、加熱圧縮により硬化して積層一体化したものであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂複合成形体。
3. 前記補強層部と前記基層部との間に、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された第２の中間層部を有し、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記基層部形成用コンパウンドが、加熱圧縮により硬化して積層一体化したものであることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂複合成形体。
4. 前記表層部形成用繊維強化樹脂材はプリプレグであり、
   前記基層部形成用コンパウンドはシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の繊維強化樹脂複合成形体。
5. 表層部形成用繊維強化樹脂材から形成された表層部と、前記表層部形成用繊維強化樹脂材に含まれる繊維よりも短い繊維と熱硬化性樹脂とよりなる基層部形成用コンパウンドから形成された基層部と、前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンド間に配置された連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された中間層部とを有する繊維強化樹脂複合成形体の製造方法であって、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンドを、前記連続気泡構造の熱硬化性発泡体シートを挟んで積層して加熱圧縮し、前記圧縮状態で硬化させることにより、前記表層部と前記中間層部と前記基層部を積層一体化させることを特徴とする繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
6. 前記積層に際し、前記連続気泡構造の熱硬化性発泡体シートと前記基層部形成用コンパウンドの間に、補強層部形成用繊維強化樹脂材を配置し、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記基層部形成用コンパウンドを、加熱圧縮により硬化させて積層一体化し、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材から形成された補強層部を前記中間層部と前記基層部間に設けることを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
7. 前記積層に際し、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と前記基層部形成用コンパウンドの間に、第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートを配置し、
   前記表層部形成用繊維強化樹脂材と、前記連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記補強層部形成用繊維強化樹脂材と、前記第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートと、前記基層部形成用コンパウンドを、加熱圧縮により硬化させて積層一体化し、前記第２の連続気泡構造の熱硬化性樹脂発泡体シートから形成された第２の中間層部を、前記補強層部と前記基層部間に設けることを特徴とする請求項６に記載の繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
8. 前記表層部形成用繊維強化樹脂材はプリプレグであり、
   前記基層部形成用コンパウンドはシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
   

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