JP4133250B2 - 多軸強化繊維シート及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ成型品の中間基材或いは構造材として、又は、照明柱、標識柱、電柱などに使用されている金属管柱或いはプラスチック管の補強材として、更には、土木、建築構造物の補強材などとしても好適に使用し、薄目付けにて、捩じり剛性の向上を図ることのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、飛行機の翼、胴体、風車のブレード、更には、船舶、自動車などの大型構造物を作製する場合に、例えばＩ型、Ｈ型、Ｔ型、Ｌ型、又は、シャフト或いはパイプなどのロッド状或いは管状などとされる連続した長尺の繊維強化プラスチック構造材が使用されている。
【０００３】
このような長尺の繊維強化プラスチック構造材は、強化繊維が主軸方向に沿って配列された一方向配列強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させてモールドへと連続して送給し成形する、所謂、引抜成形法にて作製することができる。
【０００４】
又は、強化繊維シートに予めエポキシ樹脂などをホットメルトで含浸させたプリプレグを作り、そのプリプレグを複数層重ねながら所定の形状になるように連続的に加熱、加圧を行うことで長尺の繊維強化プラスチックを成形することができる。
【０００５】
しかしながら、このようにして形成された繊維強化プラスチック構造材は、所望の曲げ強度及び剛性は達成し得るが、一方向繊維の成形品であるため、捩じり剛性が弱いという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、捩じり剛性を得るために、強化繊維を例えば４５°方向に配列した強化繊維シートを繊維強化プラスチック構造材に貼付することが行われている。
【０００７】
強化繊維がシートの長手方向軸線に対して所定の角度とされた強化繊維シートを作製する方法としては、例えば、特許文献１に記載されるように、所定の幅にて平行に配置されて無端回転するテンターベルトを備えた幅出し機を使用し、この幅出し機に対して、一方向に引き揃えた多数本の強化繊維ストランドを所定角度にて供給し、トラバースする方法がある。
【０００８】
しかしながら、この方法は、強化繊維ストランドを幅方向に幅決めピンに引っかけながら折り返して配向させるため、例えば２００ｇ／ｍ2以下の、所謂、薄目付けの強化繊維シートを、目開きなく製造することができないといった問題を有している。
【０００９】
そこで、本発明者らは、特許文献２に記載されるように、捩じり剛性をも向上した連続した成形品を引抜成形法などの成形法により作製することを可能とする、強化繊維が主軸に対して、例えば４５°方向に配列された連続した強化繊維シートを提案した。
【００１０】
つまり、特許文献２に記載の強化繊維シートは、図８に示すように、連続した樹脂透過性支持体シート２と、実質的に一定長さの長繊維とされる強化繊維４が樹脂透過性支持体シート２の長手方向に対して所定の角度αをもって且つ樹脂透過性支持体シート２の長手方向に沿って配列され、樹脂透過性支持体シート２に保持された強化繊維層３とを有し、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートである。通常、この連続強化繊維シートは、幅Ｗが１０〜１５０ｃｍ、長手方向の長さＬが１０ｍ以上とされる。
【００１１】
実際に、例えば、連続した縦糸５及び横糸６からなるメッシュ状支持体シート２の上に所定長さＦの強化繊維４を、主軸に対して所定の角度、例えばα＝４５°をなして配列して、メッシュ状支持体シート２にて接着保持することにより、強化繊維４が４５°方向に配列した、所謂バイアスの連続した強化繊維シート１を好適に作製することができる。このような構成とされる連続バイアス強化繊維シートは、強化繊維がバラケルこともなく、十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製し得るものである。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許番号３７６１３４５号
【特許文献２】
特開２００２−５３６８３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の連続強化繊維シート１を製造するには、
（ａ）樹脂透過性支持体シート２を連続して供給し、
（ｂ）同時に、樹脂透過性支持体シート２と積層するように、実質的に一定長さＦの長繊維とされる強化繊維４を樹脂透過性支持体シート２の長手方向に対して所定の角度αをもって供給し、更に、
（ｃ）樹脂透過性支持体シート２と、強化繊維４により形成され、樹脂透過性支持体シート２と積層された強化繊維層３とを加熱圧着する、
ことが必要とされる。
【００１４】
つまり、上記連続強化繊維シートを製造するには、その製造設備が複雑であり、また、製造コストが比較的高く、従って、更に簡易な製造方法が望まれている。
【００１５】
簡易な方法としては、従来、図９に示すように、強化繊維１０１を一方向に整列して作製した強化繊維シート１００を、強化繊維１０１が所定の角度、例えば４５°にて配列されるように裁断することにより作製した多数枚の強化繊維シート１０２を、連続した樹脂透過性支持体シート上に配列して接着することにより繋ぎ合わせて、引抜成形などに使用することが行われている。
【００１６】
しかしながら、この場合には、多数枚の強化繊維シート１０２を繋ぎ合わせるに際して、強化繊維シート１０２の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりするために、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得るものではない。
【００１７】
従って、本発明の目的は、主軸に対して強化繊維が任意の角度で配列され、強化繊維がバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、多数枚の強化繊維シートを繋ぎ合わせることによる強化繊維シートの繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなく、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得る、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、目開きがなく、繊維目付２００ｇ／ｍ2以下の薄目付けとされる捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る多軸強化繊維シート及びその製造方法にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、前記強化繊維の配向角度が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列して配置し、この配列された前記強化繊維シートセグメントを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化したことを特徴とする多軸強化繊維シートが提供される。
【００２１】
第２の本発明によれば、連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、前記強化繊維の配向角度が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列された第１の帯状強化繊維シートと、前記第１の帯状強化繊維シートとは強化繊維の配向角度の異なる少なくとも１つの他の帯状強化繊維シートとを重ね合わせ、前記複数の帯状強化繊維シートを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化したことを特徴とする多軸強化繊維シートが提供される。
【００２２】
第３の本発明によれば、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の多軸強化繊維シートの製造方法において、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットして同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを作製し、
前記各強化繊維シートセグメントを、前記各強化繊維シートセグメントの強化繊維の配向方向が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして、且つ、前記多軸強化繊維シートの長手軸線に沿って重なり合わないように整列して、強化繊維の配向角度が異なるか又は同じとされる複数の帯状強化繊維シートを形成し、
前記複数の帯状強化繊維シートを互いに重ね合わせて、長手軸線方向にステッチングすることにより一体化する、
ことを特徴とする多軸強化繊維シートの製造方法が提供される。一実施態様によれば、前記強化繊維シートセグメントは、所定の幅（ｗ）の前記一方向配列強化繊維シートを長手軸線に対して所定の角度（θａ、θｂ）及び寸法（ｈａ）でカットして同じ菱形形状とされる。
【００２５】
上記本発明にて、一実施態様によれば、前記多軸強化繊維シートは、幅が１０〜３００ｃｍ、長手方向の長さが１０ｍ以上とされる。
【００２６】
他の実施態様によれば、前記多軸強化繊維シートの強化繊維は、多軸強化繊維シートの長手方向に対して０°〜±９０°のいずれかの角度にて配列されている。
【００２７】
他の実施態様によれば、前記一方向配列強化繊維シートは、前記樹脂透過性支持体シートが前記強化繊維にて形成された強化繊維層の片面或いは両面に設けられる。
【００２８】
他の実施態様によれば、前記樹脂透過性支持体シートは、２軸或いは３軸のメッシュ状体のシート、クロス、又は、シートの長手方向に対し９０°方向の１軸のみのシートとし得る。
【００２９】
他の実施態様によれば、前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００３０】
他の実施態様によれば、前記強化繊維の繊維目付は、３０〜１０００ｇ／ｍ2である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多軸強化繊維シート及びその製造方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３２】
実施例１
図１は、本発明の連続したシート形状をなす多軸強化繊維シート２０の一実施例を示す。
【００３３】
本発明によれば、詳しくは後述するように、樹脂透過性支持体シートに強化繊維ｆを一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートにて構成される所定形状の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）を、強化繊維ｆの配向角度が多軸強化繊維シート２０の長手方向軸線（主軸）に対して所定の角度α、βとなるようにして多軸強化繊維シート２０の長手方向軸線に沿って整列し、そして、これら強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）を長手軸線方向にステッチングＳすることにより一体化する。
【００３４】
更に具体的に説明すると、本実施例にて、連続したシート形状をなす多軸強化繊維シート２０は、第１の帯状強化繊維シート２１Ａと、第２の帯状強化繊維シート２１Ｂとを有する。
【００３５】
第１の帯状強化繊維シート２１Ａは、所定形状の、本実施例では、同じ菱形形状をした強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・を、主軸に沿って帯状に整列して形成される。この時、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・は重なり合わないように配列する。各強化繊維シートセグメントの強化繊維ｆは、主軸に対して所定の配向角度（α）とされる。
【００３６】
第２の帯状強化繊維シート２１Ｂは、第１の帯状強化繊維シート２１Ａと同様の構成とされ、ただ、強化繊維ｆの配向角度が第１の帯状強化繊維シート２１Ａとは異なる角度（β）とされる。
【００３７】
本実施例によれば、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂは、長手方向軸線に沿って互いに重ね合わせ、次いで、重ね合わせた第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂは、長手方向軸線に沿ってステッチングＳすることにより一体化される。
【００３８】
上記説明では、多軸強化繊維シート２０は、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂにて構成されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に、少なくとも１つ以上の他の帯状強化繊維シートを重ね合わせてステッチングにより一体化することも可能である。この時、他の帯状強化繊維シートの強化繊維の配向角度は、上記第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂの強化繊維の配向角度α、βとは、異なるものとすることもでき、又、同じとすることもできる。
【００３９】
通常、強化繊維ｆの配向角度αは＋４５°、配向角度βは−４５°とされる。ただこれに限定されるものではなく、配向角度は、所望に応じて０〜±９０°の範囲内で任意の角度とし得る。
【００４０】
本発明の多軸強化繊維シート２０は、幅（Ｗ）が１０〜３００ｃｍ、長さ（Ｌ）が１０ｍ以上とされる。従って、連続的に行われる引抜成形加工用の基材として好適に使用し得る。
【００４１】
シート形状とされる本発明に従った多軸強化繊維シート２０には、未だマトリクス樹脂は含浸されてはいない。マトリクス樹脂は、使用時に含浸することもでき、場合によっては、使用に先立って予め含浸して多軸強化繊維シート２０をプリプレグの状態としておくことも可能である。
【００４２】
次に、本発明に従った多軸強化繊維シート２０の製造方法について説明する。
【００４３】
実施例２
本実施例の製造方法によれば、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一方向に強化繊維ｆが配列された連続した一方向配列強化繊維シート１０を準備する。
【００４４】
この一方向配列強化繊維シート１０は、本実施例では図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、樹脂透過性の支持体シート１２と、この支持体シート１２にて保持された、一方向に配列された強化繊維ｆにて形成される強化繊維層１１とを有する構成とされる。
【００４５】
本発明によると、強化繊維層１１の繊維目付は、３０〜１０００ｇ／ｍ2とされる。繊維目付が３０ｇ／ｍ2より小さい場合には目開きが発生してくる。又、繊維目付が１０００ｇ／ｍ2を越えるとシートの厚さが大となり、実用的でなくなる。
【００４６】
樹脂透過性支持体シート１２は、本実施例では、強化繊維層１１の片面に配置されているが、強化繊維層１１の両面に配置することもできる。
【００４７】
本実施例にて、強化繊維層１１を構成する強化繊維ｆは、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００４８】
上記樹脂透過性支持体シート１２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図２（Ａ）に示すように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体１２の糸条１３、１４の縦、横の間隔は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。
【００４９】
また、上記樹脂透過性支持体シート１２は、図２（Ｂ）に示すように、シート１２の、即ち、強化繊維ｆの長手方向に対し９０°方向のみに糸条４が配列された１軸シートとすることもできる。
【００５０】
樹脂透過性支持体シート１２にて強化繊維層１１を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート１２を構成する縦糸１３及び横糸１４の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１１の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４の部分を強化繊維層１１に溶着する。
【００５１】
樹脂透過性支持体シート１２としてクロス、或いは、１軸シートを使用した場合にも同様の方法にて、強化繊維層１１を保持することができる。
【００５２】
上記一方向配列強化繊維シート１０と同様の構成とされる幅ｗの一方向配列強化繊維シート１０Ａを、図３に示すように、主軸に対して所定の角度θａ（＝９０°−α）及び寸法ｈａにてカットし、同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・を作製する。このようにして作製した強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・は、図５に示すように、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・の強化繊維ｆの配向方向が主軸に対して所定の角度αとなるように整列する。これにより、第１の帯状強化繊維シート２１Ａが形成される。この状態では、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・は単に並べられているに過ぎず、一体化されてはいない。ただ、所望に応じて、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・を連結するために仮のステッチングを長手方向に沿って施すことも可能である。
【００５３】
同様にして、図４に示す、幅ｗの他の一方向配列強化繊維シート１０Ｂを使用して、主軸に対して所定の角度θｂ（＝９０°−β）及び寸法ｈｂにてカットし、同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を作製する。このようにして作製した強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・は、図５に示すように、各強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・の強化繊維ｆの配向方向が主軸に対して所定の角度βとなるように整列する。これにより、第２の帯状強化繊維シート２１Ｂが形成される。この状態では、各強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・は単に並べられているに過ぎず、一体化されてはいない。勿論、所望に応じて、各強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を連結するために仮のステッチングを長手方向に沿って施すことも可能である。
【００５４】
次いで、図１に示すように、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを互いに重ね合わせ、その後、重ね合わせた第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを長手軸線方向に沿ってステッチングＳすることにより一体化する。
【００５５】
帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂの幅方向における各ステッチングＳの幅間隔（ｓ１）は、３〜３０ｍｍとされる。又、ステッチングＳの送り（ｓ２）は、２〜１０ｍｍ程度とされる。
【００５６】
また、ステッチングＳは、一般的にはポリエステル糸を用いるが、綿、ナイロン、ビニロン、ガラス繊維などを使用することができる。
【００５７】
より具体的には、ステッチングＳは、＋４５°、−４５°などに連続的に配向されたシート状に並べられた繊維を、シート幅方向に数十本〜数百本並べたステッチング用針とステッチ糸により、シートの長手方向に連続的に縫って行き、２層或いは数層の配向繊維状物をステッチ糸により一体化させる。ステッチングＳは、図示するようなチェーンステッチでも、或いはジグザグ状のトリコットステッチでも良い。
【００５８】
本実施例に従って作製した多軸強化繊維シート２０は、目開きもなく、繊維目付を２００ｇ／ｍ2以下としシート厚を充分薄くすることができ、また、強化繊維ｆがバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、更には、多数枚の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなく、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
【００７２】
次に、本発明の多軸強化繊維シート２０の使用例について説明する。
【００７３】
使用例１
本発明の多軸強化繊維シート２０を使用して、図６に示すようなＩ型ＦＲＰ構造材５０を引抜成形により作製した。
【００７４】
本使用例では、図２〜図５を参照して説明した製造方法により作製した、図１に示す構成の多軸強化繊維シート２０を使用した。
【００７５】
一方向配列強化繊維シート１０は、強化繊維層１１を構成する強化繊維ｆとして平均径７μｍ、収束本数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、繊維目付は５０ｇ／ｍ2とした。メッシュ状支持体シート１２は、縦糸１３及び横糸１４としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状体であった。２軸メッシュ状体の糸条の間隔は、１０ｍｍとした。
【００７６】
メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４には、熱可塑性樹脂を、含有量３０重量％の割合で含浸させた。
【００７７】
このようにして作製した一方向配列強化繊維シート１０は、幅（Ｗ）が５０ｃｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。また、目開きもなかった。
【００７８】
この一方向配列強化繊維シート１０から、図３及び図４に示すように、同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・、及び、１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を作製した。
【００７９】
各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・、及び、１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・の形状寸法は、同じとされ、
幅ｗ： ５０ｃｍ
高さｈａ＝ｈｂ： ７０．７ｃｍ
カット角度θａ、θｂ： ４５°
であった。
【００８０】
次いで、図１に示すように、上記強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・、及び、１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を用いて、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを形成し、互いに重ね合わせ、その後、重ね合わせた第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを長手軸線方向に沿ってステッチングＳすることにより一体化した。
【００８１】
帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂの幅方向における各ステッチングＳの幅間隔（ｓ１）は、１０ｍｍ、又、ステッチングＳの送り（ｓ２）は、３ｍｍであった。また、ステッチングＳは、ポリエステル糸を用いて行った。
【００８２】
このようにして作製した多軸強化繊維シート２０は、幅Ｗが５０ｃｍ、長さＬが３０ｍであった。
【００８３】
このようにして作製した多軸強化繊維シート２０は、多数枚の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることはなかった。
【００８４】
図６に概略示すように、上記本発明の多軸強化繊維シート２０、及び、図２に示す一方向配列強化繊維シート１０を概略Ｉ型形状に組合せて、モールドへと送給し、引抜成形し、その後硬化して、Ｉ型ＦＲＰ構造材５０を作製した。多軸強化繊維シート２０及び一方向配列強化繊維シート１０は、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。多軸強化繊維シート２０及び一方向配列強化繊維シート１０における樹脂含有量は、３５重量％であった。
【００８５】
引抜成形されたＩ型ＦＲＰ構造材５０は、高さ（Ｈ１）８０ｍｍ、幅（Ｈ２）５０ｍｍ、厚み（Ｔ）２ｍｍ、長さ（Ｈ３）６ｍのものであった。
【００８６】
本発明に従った多軸強化繊維シート２０は、強化繊維ｆがバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができた。また、加工後においても、多数枚の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなかった。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、強化繊維の配向角度が多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列して配置し、この配列された強化繊維シートセグメントを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化する構成とされるので、本発明の多軸強化繊維シートを用いれば、
（１）長手方向軸線に対して強化繊維が任意の角度で配列され、強化繊維がバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
（２）多数枚の強化繊維シートを繋ぎ合わせることによる強化繊維シートの繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなく、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得る、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
（３）目開きがなく、繊維目付２００ｇ／ｍ2以下の薄目付けとされる捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
という利点を有している。
【００８８】
又、本発明の製造方法によれば、上記種々の特長を備えた連続したシート形状を成す多軸強化繊維シートを極めて好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る多軸強化繊維シートの一実施例を示す一部破断正面図である。
【図２】 一方向配列強化繊維シートの一例を示す斜視図である。
【図３】 強化繊維シートセグメントの作製方法を説明するための一方向配列強化繊維シートの正面図である。
【図４】 強化繊維シートセグメントの作製方法を説明するための一方向配列強化繊維シートの正面図である。
【図５】 本発明に係る多軸強化繊維シートを製造するための互いに重ね合わせられる帯状強化繊維シートを説明するための正面図である。
【図６】 本発明に係る多軸強化繊維シートを使用して作製されるＩ型ＦＲＰ構造材の一実施例を示す斜視図である。
【図７】 図６のＩ型ＦＲＰ構造材を作製するための強化繊維シートの配置方法の一実施例を示す図である。
【図８】 従来のバイアス強化繊維シートの一例を説明するための斜視図である。
【図９】 従来のバイアス強化繊維シートの一例を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０ 一方向配列強化繊維シート
１０Ａ１〜１０Ａ５ 強化繊維シートセグメント
１０Ｂ１〜１０Ｂ５ 強化繊維シートセグメント
１１ 強化繊維層
１２ 樹脂透過性支持体シート
２０ 多軸強化繊維シート
２１（２１Ａ、２１Ｂ）帯状強化繊維シート
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ成型品の中間基材或いは構造材として、又は、照明柱、標識柱、電柱などに使用されている金属管柱或いはプラスチック管の補強材として、更には、土木、建築構造物の補強材などとしても好適に使用し、薄目付けにて、捩じり剛性の向上を図ることのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、飛行機の翼、胴体、風車のブレード、更には、船舶、自動車などの大型構造物を作製する場合に、例えばＩ型、Ｈ型、Ｔ型、Ｌ型、又は、シャフト或いはパイプなどのロッド状或いは管状などとされる連続した長尺の繊維強化プラスチック構造材が使用されている。
【０００３】
このような長尺の繊維強化プラスチック構造材は、強化繊維が主軸方向に沿って配列された一方向配列強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させてモールドへと連続して送給し成形する、所謂、引抜成形法にて作製することができる。
【０００４】
又は、強化繊維シートに予めエポキシ樹脂などをホットメルトで含浸させたプリプレグを作り、そのプリプレグを複数層重ねながら所定の形状になるように連続的に加熱、加圧を行うことで長尺の繊維強化プラスチックを成形することができる。
【０００５】
しかしながら、このようにして形成された繊維強化プラスチック構造材は、所望の曲げ強度及び剛性は達成し得るが、一方向繊維の成形品であるため、捩じり剛性が弱いという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、捩じり剛性を得るために、強化繊維を例えば４５°方向に配列した強化繊維シートを繊維強化プラスチック構造材に貼付することが行われている。
【０００７】
強化繊維がシートの長手方向軸線に対して所定の角度とされた強化繊維シートを作製する方法としては、例えば、特許文献１に記載されるように、所定の幅にて平行に配置されて無端回転するテンターベルトを備えた幅出し機を使用し、この幅出し機に対して、一方向に引き揃えた多数本の強化繊維ストランドを所定角度にて供給し、トラバースする方法がある。
【０００８】
しかしながら、この方法は、強化繊維ストランドを幅方向に幅決めピンに引っかけながら折り返して配向させるため、例えば２００ｇ／ｍ2以下の、所謂、薄目付けの強化繊維シートを、目開きなく製造することができないといった問題を有している。
【０００９】
そこで、本発明者らは、特許文献２に記載されるように、捩じり剛性をも向上した連続した成形品を引抜成形法などの成形法により作製することを可能とする、強化繊維が主軸に対して、例えば４５°方向に配列された連続した強化繊維シートを提案した。
【００１０】
つまり、特許文献２に記載の強化繊維シートは、図８に示すように、連続した樹脂透過性支持体シート２と、実質的に一定長さの長繊維とされる強化繊維４が樹脂透過性支持体シート２の長手方向に対して所定の角度αをもって且つ樹脂透過性支持体シート２の長手方向に沿って配列され、樹脂透過性支持体シート２に保持された強化繊維層３とを有し、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートである。通常、この連続強化繊維シートは、幅Ｗが１０〜１５０ｃｍ、長手方向の長さＬが１０ｍ以上とされる。
【００１１】
実際に、例えば、連続した縦糸５及び横糸６からなるメッシュ状支持体シート２の上に所定長さＦの強化繊維４を、主軸に対して所定の角度、例えばα＝４５°をなして配列して、メッシュ状支持体シート２にて接着保持することにより、強化繊維４が４５°方向に配列した、所謂バイアスの連続した強化繊維シート１を好適に作製することができる。このような構成とされる連続バイアス強化繊維シートは、強化繊維がバラケルこともなく、十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製し得るものである。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許番号３７６１３４５号
【特許文献２】
特開２００２−５３６８３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の連続強化繊維シート１を製造するには、
（ａ）樹脂透過性支持体シート２を連続して供給し、
（ｂ）同時に、樹脂透過性支持体シート２と積層するように、実質的に一定長さＦの長繊維とされる強化繊維４を樹脂透過性支持体シート２の長手方向に対して所定の角度αをもって供給し、更に、
（ｃ）樹脂透過性支持体シート２と、強化繊維４により形成され、樹脂透過性支持体シート２と積層された強化繊維層３とを加熱圧着する、
ことが必要とされる。
【００１４】
つまり、上記連続強化繊維シートを製造するには、その製造設備が複雑であり、また、製造コストが比較的高く、従って、更に簡易な製造方法が望まれている。
【００１５】
簡易な方法としては、従来、図９に示すように、強化繊維１０１を一方向に整列して作製した強化繊維シート１００を、強化繊維１０１が所定の角度、例えば４５°にて配列されるように裁断することにより作製した多数枚の強化繊維シート１０２を、連続した樹脂透過性支持体シート上に配列して接着することにより繋ぎ合わせて、引抜成形などに使用することが行われている。
【００１６】
しかしながら、この場合には、多数枚の強化繊維シート１０２を繋ぎ合わせるに際して、強化繊維シート１０２の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりするために、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得るものではない。
【００１７】
従って、本発明の目的は、主軸に対して強化繊維が任意の角度で配列され、強化繊維がバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、多数枚の強化繊維シートを繋ぎ合わせることによる強化繊維シートの繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなく、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得る、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、目開きがなく、繊維目付２００ｇ／ｍ2以下の薄目付けとされる捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した多軸強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る多軸強化繊維シート及びその製造方法にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、前記強化繊維の配向角度が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列して配置し、この配列された前記強化繊維シートセグメントを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化したことを特徴とする多軸強化繊維シートが提供される。
【００２１】
第２の本発明によれば、連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、前記強化繊維の配向角度が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列された第１の帯状強化繊維シートと、前記第１の帯状強化繊維シートとは強化繊維の配向角度の異なる少なくとも１つの他の帯状強化繊維シートとを重ね合わせ、前記複数の帯状強化繊維シートを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化したことを特徴とする多軸強化繊維シートが提供される。
【００２２】
第３の本発明によれば、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の多軸強化繊維シートの製造方法において、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットして同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを作製し、
前記各強化繊維シートセグメントを、前記各強化繊維シートセグメントの強化繊維の配向方向が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして、且つ、前記多軸強化繊維シートの長手軸線に沿って重なり合わないように整列して、強化繊維の配向角度が異なるか又は同じとされる複数の帯状強化繊維シートを形成し、
前記複数の帯状強化繊維シートを互いに重ね合わせて、長手軸線方向にステッチングすることにより一体化する、
ことを特徴とする多軸強化繊維シートの製造方法が提供される。一実施態様によれば、前記強化繊維シートセグメントは、所定の幅（ｗ）の前記一方向配列強化繊維シートを長手軸線に対して所定の角度（θａ、θｂ）及び寸法（ｈａ）でカットして同じ菱形形状とされる。
【００２５】
上記本発明にて、一実施態様によれば、前記多軸強化繊維シートは、幅が１０〜３００ｃｍ、長手方向の長さが１０ｍ以上とされる。
【００２６】
他の実施態様によれば、前記多軸強化繊維シートの強化繊維は、多軸強化繊維シートの長手方向に対して０°〜±９０°のいずれかの角度にて配列されている。
【００２７】
他の実施態様によれば、前記一方向配列強化繊維シートは、前記樹脂透過性支持体シートが前記強化繊維にて形成された強化繊維層の片面或いは両面に設けられる。
【００２８】
他の実施態様によれば、前記樹脂透過性支持体シートは、２軸或いは３軸のメッシュ状体のシート、クロス、又は、シートの長手方向に対し９０°方向の１軸のみのシートとし得る。
【００２９】
他の実施態様によれば、前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００３０】
他の実施態様によれば、前記強化繊維の繊維目付は、３０〜１０００ｇ／ｍ2である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多軸強化繊維シート及びその製造方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３２】
実施例１
図１は、本発明の連続したシート形状をなす多軸強化繊維シート２０の一実施例を示す。
【００３３】
本発明によれば、詳しくは後述するように、樹脂透過性支持体シートに強化繊維ｆを一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートにて構成される所定形状の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）を、強化繊維ｆの配向角度が多軸強化繊維シート２０の長手方向軸線（主軸）に対して所定の角度α、βとなるようにして多軸強化繊維シート２０の長手方向軸線に沿って整列し、そして、これら強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）を長手軸線方向にステッチングＳすることにより一体化する。
【００３４】
更に具体的に説明すると、本実施例にて、連続したシート形状をなす多軸強化繊維シート２０は、第１の帯状強化繊維シート２１Ａと、第２の帯状強化繊維シート２１Ｂとを有する。
【００３５】
第１の帯状強化繊維シート２１Ａは、所定形状の、本実施例では、同じ菱形形状をした強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・を、主軸に沿って帯状に整列して形成される。この時、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・は重なり合わないように配列する。各強化繊維シートセグメントの強化繊維ｆは、主軸に対して所定の配向角度（α）とされる。
【００３６】
第２の帯状強化繊維シート２１Ｂは、第１の帯状強化繊維シート２１Ａと同様の構成とされ、ただ、強化繊維ｆの配向角度が第１の帯状強化繊維シート２１Ａとは異なる角度（β）とされる。
【００３７】
本実施例によれば、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂは、長手方向軸線に沿って互いに重ね合わせ、次いで、重ね合わせた第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂは、長手方向軸線に沿ってステッチングＳすることにより一体化される。
【００３８】
上記説明では、多軸強化繊維シート２０は、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂにて構成されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に、少なくとも１つ以上の他の帯状強化繊維シートを重ね合わせてステッチングにより一体化することも可能である。この時、他の帯状強化繊維シートの強化繊維の配向角度は、上記第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂの強化繊維の配向角度α、βとは、異なるものとすることもでき、又、同じとすることもできる。
【００３９】
通常、強化繊維ｆの配向角度αは＋４５°、配向角度βは−４５°とされる。ただこれに限定されるものではなく、配向角度は、所望に応じて０〜±９０°の範囲内で任意の角度とし得る。
【００４０】
本発明の多軸強化繊維シート２０は、幅（Ｗ）が１０〜３００ｃｍ、長さ（Ｌ）が１０ｍ以上とされる。従って、連続的に行われる引抜成形加工用の基材として好適に使用し得る。
【００４１】
シート形状とされる本発明に従った多軸強化繊維シート２０には、未だマトリクス樹脂は含浸されてはいない。マトリクス樹脂は、使用時に含浸することもでき、場合によっては、使用に先立って予め含浸して多軸強化繊維シート２０をプリプレグの状態としておくことも可能である。
【００４２】
次に、本発明に従った多軸強化繊維シート２０の製造方法について説明する。
【００４３】
実施例２
本実施例の製造方法によれば、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一方向に強化繊維ｆが配列された連続した一方向配列強化繊維シート１０を準備する。
【００４４】
この一方向配列強化繊維シート１０は、本実施例では図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、樹脂透過性の支持体シート１２と、この支持体シート１２にて保持された、一方向に配列された強化繊維ｆにて形成される強化繊維層１１とを有する構成とされる。
【００４５】
本発明によると、強化繊維層１１の繊維目付は、３０〜１０００ｇ／ｍ2とされる。繊維目付が３０ｇ／ｍ2より小さい場合には目開きが発生してくる。又、繊維目付が１０００ｇ／ｍ2を越えるとシートの厚さが大となり、実用的でなくなる。
【００４６】
樹脂透過性支持体シート１２は、本実施例では、強化繊維層１１の片面に配置されているが、強化繊維層１１の両面に配置することもできる。
【００４７】
本実施例にて、強化繊維層１１を構成する強化繊維ｆは、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００４８】
上記樹脂透過性支持体シート１２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図２（Ａ）に示すように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体１２の糸条１３、１４の縦、横の間隔は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。
【００４９】
また、上記樹脂透過性支持体シート１２は、図２（Ｂ）に示すように、シート１２の、即ち、強化繊維ｆの長手方向に対し９０°方向のみに糸条４が配列された１軸シートとすることもできる。
【００５０】
樹脂透過性支持体シート１２にて強化繊維層１１を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート１２を構成する縦糸１３及び横糸１４の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１１の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４の部分を強化繊維層１１に溶着する。
【００５１】
樹脂透過性支持体シート１２としてクロス、或いは、１軸シートを使用した場合にも同様の方法にて、強化繊維層１１を保持することができる。
【００５２】
上記一方向配列強化繊維シート１０と同様の構成とされる幅ｗの一方向配列強化繊維シート１０Ａを、図３に示すように、主軸に対して所定の角度θａ（＝９０°−α）及び寸法ｈａにてカットし、同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・を作製する。このようにして作製した強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・は、図５に示すように、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・の強化繊維ｆの配向方向が主軸に対して所定の角度αとなるように整列する。これにより、第１の帯状強化繊維シート２１Ａが形成される。この状態では、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・は単に並べられているに過ぎず、一体化されてはいない。ただ、所望に応じて、各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・を連結するために仮のステッチングを長手方向に沿って施すことも可能である。
【００５３】
同様にして、図４に示す、幅ｗの他の一方向配列強化繊維シート１０Ｂを使用して、主軸に対して所定の角度θｂ（＝９０°−β）及び寸法ｈｂにてカットし、同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を作製する。このようにして作製した強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・は、図５に示すように、各強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・の強化繊維ｆの配向方向が主軸に対して所定の角度βとなるように整列する。これにより、第２の帯状強化繊維シート２１Ｂが形成される。この状態では、各強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・は単に並べられているに過ぎず、一体化されてはいない。勿論、所望に応じて、各強化繊維シートセグメント１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を連結するために仮のステッチングを長手方向に沿って施すことも可能である。
【００５４】
次いで、図１に示すように、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを互いに重ね合わせ、その後、重ね合わせた第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを長手軸線方向に沿ってステッチングＳすることにより一体化する。
【００５５】
帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂの幅方向における各ステッチングＳの幅間隔（ｓ１）は、３〜３０ｍｍとされる。又、ステッチングＳの送り（ｓ２）は、２〜１０ｍｍ程度とされる。
【００５６】
また、ステッチングＳは、一般的にはポリエステル糸を用いるが、綿、ナイロン、ビニロン、ガラス繊維などを使用することができる。
【００５７】
より具体的には、ステッチングＳは、＋４５°、−４５°などに連続的に配向されたシート状に並べられた繊維を、シート幅方向に数十本〜数百本並べたステッチング用針とステッチ糸により、シートの長手方向に連続的に縫って行き、２層或いは数層の配向繊維状物をステッチ糸により一体化させる。ステッチングＳは、図示するようなチェーンステッチでも、或いはジグザグ状のトリコットステッチでも良い。
【００５８】
本実施例に従って作製した多軸強化繊維シート２０は、目開きもなく、繊維目付を２００ｇ／ｍ2以下としシート厚を充分薄くすることができ、また、強化繊維ｆがバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、更には、多数枚の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなく、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
【００７２】
次に、本発明の多軸強化繊維シート２０の使用例について説明する。
【００７３】
使用例１
本発明の多軸強化繊維シート２０を使用して、図６に示すようなＩ型ＦＲＰ構造材５０を引抜成形により作製した。
【００７４】
本使用例では、図２〜図５を参照して説明した製造方法により作製した、図１に示す構成の多軸強化繊維シート２０を使用した。
【００７５】
一方向配列強化繊維シート１０は、強化繊維層１１を構成する強化繊維ｆとして平均径７μｍ、収束本数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、繊維目付は５０ｇ／ｍ2とした。メッシュ状支持体シート１２は、縦糸１３及び横糸１４としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状体であった。２軸メッシュ状体の糸条の間隔は、１０ｍｍとした。
【００７６】
メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４には、熱可塑性樹脂を、含有量３０重量％の割合で含浸させた。
【００７７】
このようにして作製した一方向配列強化繊維シート１０は、幅（Ｗ）が５０ｃｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。また、目開きもなかった。
【００７８】
この一方向配列強化繊維シート１０から、図３及び図４に示すように、同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・、及び、１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を作製した。
【００７９】
各強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・、及び、１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・の形状寸法は、同じとされ、
幅ｗ： ５０ｃｍ
高さｈａ＝ｈｂ： ７０．７ｃｍ
カット角度θａ、θｂ： ４５°
であった。
【００８０】
次いで、図１に示すように、上記強化繊維シートセグメント１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・、及び、１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・を用いて、第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを形成し、互いに重ね合わせ、その後、重ね合わせた第１及び第２帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂを長手軸線方向に沿ってステッチングＳすることにより一体化した。
【００８１】
帯状強化繊維シート２１Ａ、２１Ｂの幅方向における各ステッチングＳの幅間隔（ｓ１）は、１０ｍｍ、又、ステッチングＳの送り（ｓ２）は、３ｍｍであった。また、ステッチングＳは、ポリエステル糸を用いて行った。
【００８２】
このようにして作製した多軸強化繊維シート２０は、幅Ｗが５０ｃｍ、長さＬが３０ｍであった。
【００８３】
このようにして作製した多軸強化繊維シート２０は、多数枚の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることはなかった。
【００８４】
図６に概略示すように、上記本発明の多軸強化繊維シート２０、及び、図２に示す一方向配列強化繊維シート１０を概略Ｉ型形状に組合せて、モールドへと送給し、引抜成形し、その後硬化して、Ｉ型ＦＲＰ構造材５０を作製した。多軸強化繊維シート２０及び一方向配列強化繊維シート１０は、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。多軸強化繊維シート２０及び一方向配列強化繊維シート１０における樹脂含有量は、３５重量％であった。
【００８５】
引抜成形されたＩ型ＦＲＰ構造材５０は、高さ（Ｈ１）８０ｍｍ、幅（Ｈ２）５０ｍｍ、厚み（Ｔ）２ｍｍ、長さ（Ｈ３）６ｍのものであった。
【００８６】
本発明に従った多軸強化繊維シート２０は、強化繊維ｆがバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができた。また、加工後においても、多数枚の強化繊維シートセグメント１０（１０Ａ１、１０Ａ２、・・・・；１０Ｂ１、１０Ｂ２、・・・・）の繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなかった。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、強化繊維の配向角度が多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列して配置し、この配列された強化繊維シートセグメントを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化する構成とされるので、本発明の多軸強化繊維シートを用いれば、
（１）長手方向軸線に対して強化繊維が任意の角度で配列され、強化繊維がバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
（２）多数枚の強化繊維シートを繋ぎ合わせることによる強化繊維シートの繋ぎ目が重なったり、段差ができたりすることがなく、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得る、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
（３）目開きがなく、繊維目付２００ｇ／ｍ2以下の薄目付けとされる捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
という利点を有している。
【００８８】
又、本発明の製造方法によれば、上記種々の特長を備えた連続したシート形状を成す多軸強化繊維シートを極めて好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る多軸強化繊維シートの一実施例を示す一部破断正面図である。
【図２】 一方向配列強化繊維シートの一例を示す斜視図である。
【図３】 強化繊維シートセグメントの作製方法を説明するための一方向配列強化繊維シートの正面図である。
【図４】 強化繊維シートセグメントの作製方法を説明するための一方向配列強化繊維シートの正面図である。
【図５】 本発明に係る多軸強化繊維シートを製造するための互いに重ね合わせられる帯状強化繊維シートを説明するための正面図である。
【図６】 本発明に係る多軸強化繊維シートを使用して作製されるＩ型ＦＲＰ構造材の一実施例を示す斜視図である。
【図７】 図６のＩ型ＦＲＰ構造材を作製するための強化繊維シートの配置方法の一実施例を示す図である。
【図８】 従来のバイアス強化繊維シートの一例を説明するための斜視図である。
【図９】 従来のバイアス強化繊維シートの一例を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０ 一方向配列強化繊維シート
１０Ａ１〜１０Ａ５ 強化繊維シートセグメント
１０Ｂ１〜１０Ｂ５ 強化繊維シートセグメント
１１ 強化繊維層
１２ 樹脂透過性支持体シート
２０ 多軸強化繊維シート
２１（２１Ａ、２１Ｂ）帯状強化繊維シート
Claims (16)
- 連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、前記強化繊維の配向角度が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列して配置し、この配列された前記強化繊維シートセグメントを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化したことを特徴とする多軸強化繊維シート。 - 連続したシート形状をなす樹脂未含浸の多軸強化繊維シートにおいて、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットすることにより作製された同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを、前記強化繊維の配向角度が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に沿って重なり合わないように整列された第１の帯状強化繊維シートと、前記第１の帯状強化繊維シートとは強化繊維の配向角度の異なる少なくとも１つの他の帯状強化繊維シートとを重ね合わせ、前記複数の帯状強化繊維シートを長手軸線方向にステッチングすることにより一体化したことを特徴とする多軸強化繊維シート。 - 前記多軸強化繊維シートは、幅Ｗが１０〜３００ｃｍ、長手方向の長さＬが１０ｍ以上とされることを特徴とする請求項１又は２の多軸強化繊維シート。
- 前記多軸強化繊維シートの強化繊維は、多軸強化繊維シートの長手方向に対して０°〜±９０°のいずれかの角度にて配列されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シート。
- 前記樹脂透過性支持体シートは、前記強化繊維にて形成された強化繊維層の片面或いは両面に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シート。
- 前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シート。
- 前記強化繊維の繊維目付は、３０〜１０００ｇ／ｍ2であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シート。
- 樹脂を含浸し、プリプレグとされることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シート。
- 連続したシート形状を成す樹脂未含浸の多軸強化繊維シートの製造方法において、
樹脂透過性支持体シートに強化繊維を一方向に配列して形成された一方向配列強化繊維シートを所定の寸法形状にカットして同じ菱形形状をした多数の強化繊維シートセグメントを作製し、
前記各強化繊維シートセグメントを、前記各強化繊維シートセグメントの強化繊維の配向方向が前記多軸強化繊維シートの長手方向軸線に対して所定の角度となるようにして、且つ、前記多軸強化繊維シートの長手軸線に沿って重なり合わないように整列して、強化繊維の配向角度が異なるか又は同じとされる複数の帯状強化繊維シートを形成し、
前記複数の帯状強化繊維シートを互いに重ね合わせて、長手軸線方向にステッチングすることにより一体化する、
ことを特徴とする多軸強化繊維シートの製造方法。 - 前記強化繊維シートセグメントは、所定の幅（ｗ）の前記一方向配 列強化繊維シートを長手軸線に対して所定の角度（θａ、θｂ）及び寸法（ｈａ）でカットして同じ菱形形状とされることを特徴とする請求項９の多軸強化繊維シートの製造方法。
- 前記多軸強化繊維シートは、幅が１０〜３００ｃｍ、長手方向の長さが１０ｍ以上とされることを特徴とする請求項９又は１０の多軸強化繊維シートの製造方法。
- 前記多軸強化繊維シートの強化繊維は、多軸強化繊維シートの長手方向に対して０°〜±９０°のいずれかの角度にて配列されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シートの製造方法。
- 前記一方向配列強化繊維シートは、前記樹脂透過性支持体シートが前記強化繊維にて形成された強化繊維層の片面或いは両面に設けられることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シートの製造方法。
- 前記樹脂透過性支持体シートは、２軸或いは３軸のメッシュ状体のシート、クロス、又は、前記シートの長手方向に対し９０°方向の１軸のみのシートであることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シートの製造方法。
- 前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することを特徴とする請求項９〜１４のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シートの製造方法。
- 前記強化繊維の繊維目付は、３０〜１０００ｇ／ｍ2であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかの項に記載の多軸強化繊維シートの製造方法。
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