繊維強化プラスチックの製造方法
【課題】良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックの製造方法を提供すること。
【解決手段】一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を所定の長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経て中空構造の繊維強化プラスチックを成形する。（１）前記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を膨張性マンドレル上に設ける賦形工程、（２）成形型内に積層体をマンドレルと共に配置し、熱硬化性樹脂を軟化させ、積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程、（３）成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程
【解決手段】一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を所定の長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経て中空構造の繊維強化プラスチックを成形する。（１）前記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を膨張性マンドレル上に設ける賦形工程、（２）成形型内に積層体をマンドレルと共に配置し、熱硬化性樹脂を軟化させ、積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程、（３）成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、壺状もしくは筒状の繊維強化プラスチックおよびその製造方法に関する。かかる繊維強化プラスチックは、例えば自動車などの輸送機器、自転車などのスポーツ用具等の構造部材に特に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維と熱硬化性樹脂からなる繊維強化プラスチックは、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。
【０００３】
繊維強化プラスチックの構造としては、軽量で高い力学特性を発現させるため、その比強度、比弾性率を生かして２次元的に繊維を分散させて、しばしば特徴的な薄肉の中空構造とすることが多い。さらに、３次元状の中空構造として、特に、壺形状、筒形状は、超軽量かつ曲げ剛性の高い繊維強化プラスチックの形状である。
【０００４】
繊維強化プラスチック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熱硬化性樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することにより熱硬化性樹脂を硬化させ繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。また、近年では生産効率の向上を目的として、あらかじめ部材形状に賦形した連続繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸および硬化させるＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）成形等も行われている。これらの成形法により得られた繊維強化プラスチックは、連続繊維である所以優れた力学物性を有する。また、連続繊維は規則的な配列であるため、基材の配置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い、という問題があった。
【０００５】
特に、中空構造、例えば壺形状等では、さらにこの問題は深刻であった。２つ以上にパーツを分け、個別に成形して、後で接合することで中空構造は実現できるが、パーツごとに成形し、かつアセンブルするため、コスト高となるのみならず、接合面が存在するため荷重伝達効率が低く、同じ性能を有する一体成形した中空構造の繊維強化プラスチックに比べ重量増となってしまう。
【０００６】
一方で、一体成形で中空構造を実現するためには、上下型の２型で形状を決定できず、外形を決定する型とともに、中から外型に基材を押し付ける機構が必要となってくる。
【０００７】
上述のような中空構造の繊維強化プラスチックを成形するために、例えば特許文献１のような内圧成形法が開示されている。柔軟なバッグフィルム上にプリプレグ基材を設け、外形を決定する外型内に配置し、バッグフィルム内に圧空を噴射することでバッグフィルムを膨張させ、プリプレグ基材を外型に押し付ける機構により、閉形状でも容易に成形可能としている。しかしながら、プリプレグ基材として高力学特性を期待できる連続繊維を用いた場合には、内圧が加わっても繊維方向への伸縮が極めて困難なため、複雑形状の外型には沿わない、という問題があった。
【０００８】
また、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）成形等がある。ＳＭＣ成形は、通常２５ｍｍ程度に切断したチョップドストランドに熱硬化性樹脂である熱硬化性樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたＳＭＣシートを、加熱型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シートを成形体の形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧により成形体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。
【０００９】
このＳＭＣシートを用いて閉形状の繊維強化プラスチックを得る成形法について、例えば特許文献２のような内圧成形法が開示されている。チューブを折りたたんで、その上にＳＭＣを設け、筒状の外型に配置し、チューブに内圧を加えて、ＳＭＣを外型に押し付ける機構により、中空構造でも容易に一体成形可能としている。ＳＭＣはチョップドストランドからなるため繊維の突っ張りにより伸張性が疎外されることなく、容易に外型へ形状追従することから、複雑な形状であっても同様に内圧成形可能と思われる。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、あるいはその値のバラツキが大きくなってしまう。さらには、そのチョップドストランドの分布ムラ、配向ムラにより、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ある。
【特許文献１】特開平１１−１５６９４９号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、
（Ｉ）一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経て中空構造の繊維強化プラスチックを成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を、繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さな略形状の膨張性マンドレル上に設ける賦形工程
（２）外型となる成形型内に前記積層体をマンドレルと共に配置し、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、前記マンドレルを膨張させて前記積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程
（３）前記成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程。
【００１２】
（II）少なくとも前記積層体の一部に、前記切り込みにより強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材のみが積層されている領域が形成されている、（Ｉ）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１３】
（III）前記切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが前記切り込みにより分断されており、前記切り込みにより分断されている繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内である、（Ｉ）または（II）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１４】
（IV）前記切込プリプレグ基材の切り込みが直線状であり、かつ、該切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍであり、断続的かつ周期的に全面にわたって配置されている、（Ｉ）〜（III）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１５】
（Ｖ）前記切込プリプレグ基材が２層以上連続して隣接し、該２層以上の層のうち隣接する任意の２層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切り込みの幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切り込みの幾何中心とも５ｍｍ以上離れる様に積層する、（Ｉ）〜（IV）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１６】
（VI）前記切り込みが繊維直交方向から傾いている、（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１７】
（VII）前記切り込みが強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内である、（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１８】
（VIII）前記積層体が前記切込プリプレグ基材のみから構成される、（Ｉ）〜（VII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１９】
（IX）前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を前記膨張性マンドレル上に順次賦形して形成する、（Ｉ）〜（VIII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２０】
（Ｘ）前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を平板状に積層して形成する、（Ｉ）〜（VIII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２１】
（XI）前記（２）の成形工程において、積層体の少なくとも１箇所以上を成形型に押し付けて固定した後に、前記膨張性マンドレルを膨張させる、（Ｉ）〜（Ｘ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２２】
（XII）前記マンドレルが、筒形状に担持する骨組みと該骨組みの周りに配された伸縮性のフィルムからなり、前記（１）の賦形工程において、前記積層体を筒形状に賦形し、前記（２）の成形工程において、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、前記成形型内にて前記膨張性マンドレルに圧空を流入して前記フィルムを膨張させる、（Ｉ）〜（XI）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２３】
（XIII）前記（２）の成形工程において、前記膨張性マンドレルが閉空間を有する中空のバルーンであり、かつ、成形型のキャビティを大気圧より低い圧力に減圧してから前記マンドレルを膨張させる、（Ｉ）〜（XI）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２４】
（XIV）前記（２）の成形工程において、前記積層体を加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後前記膨張性マンドレルを膨張させて前記積層体を伸長させると同時、もしくは直後に前記マンドレルごと前記積層体に曲げを加えて成形型に押し付ける、（Ｉ）〜（XIII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２５】
（XV）前記（２）の成形工程における成形型の温度Ｔ１と、前記（３）の脱型工程における成形型の温度Ｔ２とを実質的に一定とする、（Ｉ）〜（XIV）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２６】
（XVI）前記型温度Ｔ１およびＴ２が、熱硬化性樹脂のＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐに対して、
Ｔｐ−６０≦Ｔ１、Ｔ２≦Ｔｐ＋２０ ・・・（Ｉ）
の範囲内に設定する、（XV）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２７】
（XVII）前記熱硬化性樹脂のＤＭＡに拠る最低粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである、（XV）または（XVI）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明者らは、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックおよびその製造方法について、鋭意検討し、一方向に引き揃えられた炭素繊維と熱硬化性樹脂から構成されるプリプレグ基材という特定の基材に特定の切り込みパターンを挿入した切込プリプレグ基材を用い、該切込プリプレグ基材を特殊なマンドレル上に積層して積層体を得、外形上を決定する成形型内に配置した後、該マンドレルを膨張させて該積層体を伸長させ成形型に押し付けて硬化させて、中空構造の繊維強化プラスチックを一体成形することにより、かかる課題を一挙に解決することを究明したのである。
【００３０】
なお、本発明において、“中空“とは、壺形状、筒形状のような、実質的に内部空間を有する形状を意味する。その内部空間の形状には特に制限はなく、例えば内部にリブやボスなどがあってもよく、さらに間仕切りなどでいくつかの空間に分けられていてもよく、内部空間と外部空間を繋ぐ開口部を設けてもよい。本発明において、壺形状とは内部空間に外部からアクセスする口が一つである形状を指し、筒形状とは内部空間に外部からアクセスする口が二つ以上ある形状を指す。
【００３１】
また、本明細書では、特に断らない限り、繊維あるいは繊維を含む用語（例えば“繊維方向”等）において、繊維とは強化繊維を表すものとする。また、本発明で用いられるプリプレグ基材には、一方向に引き揃えられた強化繊維や強化繊維基材に樹脂が完全に含浸した基材に加え、樹脂シートが繊維間に完全に含浸していない状態で一体化した樹脂半含浸基材（セミプレグ：以下、半含浸プリプレグと称することもある。）を含むものとする。
【００３２】
本発明で用いられる切込プリプレグ基材は、一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断しているものを指す。切込プリプレグ基材上において強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断されている領域は、成形時に伸長することができる領域に対応している。したがって、複雑形状の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、凹凸部に対応する領域の積層体は、切込プリプレグ基材において切り込みによって強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断されている領域が積層されてなるものであることが好ましい。
【００３３】
本発明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ているので、繊維方向の配向制御により任意の力学物性を有する成形体の設計が可能となる。加えて、繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の繊維を１００ｍｍ以下の長さに分断することによって、成形時に繊維が流動可能、特に繊維長手方向にも流動可能となり、複雑な形状の成形追従性にも優れる。該切り込みがない場合、すなわち連続繊維のみの場合、繊維長手方向には流動しないため、複雑形状を形成することは出来ない。一方、繊維長さを１０ｍｍ未満にすると、さらに流動性が向上するが、他の要件を満たしても構造材として必要な高力学特性は得られない。流動性と力学特性との関係を鑑みると、繊維長さが１０〜１００ｍｍである必要があり、さらに好ましくは２０〜６０ｍｍの範囲内である。
【００３４】
図５に切込プリプレグ基材の流動のメカニズムの例を示した。図５ａ）のとおり、９０°のプリプレグ基材に０°の切込プリプレグ基材が挟まれた積層体１２の上から圧力１３が加わり成形する際、図５ｂ）のように、圧力で押し出された樹脂が９０°方向に流れ１４を作り、その流れに従って強化繊維の端部の開き１５が起こる。すなわち、一方向に引き揃えられた繊維からなるプリプレグ基材に切り込みを設け、少なくとも一部の強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さである切込プリプレグ基材を積層することではじめて、繊維長手方向への流動が可能となり、複雑な形状の成形追従性が生まれる。
【００３５】
このように繊維の流動は樹脂の流れに起因するものであるため、適性のＶｆ（繊維体積含有率）であることが好ましい。すなわち、Ｖｆは６５％以下で十分な流動性が得られるようになり好ましい。また、Ｖｆが低いほど流動性は向上するが、Ｖｆが４５％を下回ると、構造材に必要な高力学特性が得られなくなる可能性があるので、Ｖｆは４５％以上であることが好ましい。流動性と力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは５５〜６０％の範囲内である。
【００３６】
本発明では、上記切込プリプレグ基材を用いて、中空構造の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経ることが必要である。
（１）切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を、繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さな略形状の膨張性マンドレル上に設ける賦形工程
（２）外型となる成形型内に積層体をマンドレルと共に配置し、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、マンドレルを膨張させて積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程
（３）成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程。
【００３７】
例えば、壺形状の中空構造の繊維強化プラスチックを製造するに当たり、まず、最終形状の繊維強化プラスチック１６（図１ｃ））よりも小さな略形状の膨張性マンドレル２５（なお、図１ａ）に示したのは圧力流体を中に注入することで容易に膨張する袋２６）を用意して、その膨張性マンドレル上に上記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体１２を設ける。すなわち、膨張させる前の膨張性マンドレルは、最終的に得られる繊維強化プラスチックの略形状であり、かつ、該繊維強化プラスチックよりも小さいものであることを必須とする。ここで言う略形状とは、得られる繊維強化プラスチックの形状を単純にした形状であって、凹凸の数が少なくなったり、起伏が少なくなったりした形状を指す。もっとも単純化した形態のひとつが円筒形状である。
【００３８】
一般的に、プリプレグ基材は、賦形の際、複雑形状に沿いにくい。したがって、簡単な形状、究極的には円筒形状に巻きつけただけの積層体を用いて複雑形状の繊維強化プラスチックを得ることができるメリットは非常に大きい。すなわち、本発明に用いられる切込プリプレグ基材の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断した領域は、成形時に伸張することができるため、繊維強化プラスチックの形状通りに賦形しておかなくてもよい。また、従来の積層体は成形後の繊維強化プラスチックに比べ嵩高となるため、成形後の繊維強化プラスチックの外形を決定する成形型内に積層体を配することは困難であり、さらに、無理に積層体を成形型内に配置すると、型に収まりきらない積層体がはみ出して、型間にバリや繊維噛み込みが発生したり、樹脂リッチ部や繊維乱れの発生により表面品位が低下したりする原因となっていた。他方、本発明の場合、積層体は最終形状よりも小さくてよいため、型内への搬入や型締めが容易になり、バリ発生などの問題が一気に解消されるのである。
【００３９】
本発明で用いられる膨張性のマンドレルとしては、加熱により熱膨張するシリコンラバー等の固形物や、中身を注入することで膨張するシリコンラバーやＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ等の袋状体などが例示される。膨張性のマンドレルに注入する中身としては、圧空や熱媒などの流体や、ビーズなどの粒状体がよく、脱型時に簡単に取り出すことができるものがよい。また、型全体を真空引きして、空気の入った膨張性マンドレルの袋を差圧で膨張させる方法も好ましく用いられる。
【００４０】
本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法では、膨張性マンドレル上に積層体を設けた後、外型となる成形型内にマンドレルごと積層体を成形型内に配置し、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、積層体の内側にあるマンドレルを膨張させて積層体の繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断されている領域を伸張して成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする。積層体は繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さいため、簡単に型に配置することができる。また、積層体の搬入口が小さい場合でも、成形時に型開けを省略して、積層体を膨張性マンドレルごと折りたたむなどして配置してもよい。さらには、積層体を繊維強化プラスチックの最終形状よりも幅を大きく用意した後、本発明の前工程として、積層体を膨張性マンドレルごと加熱・軟化させておき、一方向に引き延ばしながら幅方向を絞って型に合うように予備賦形してもよい。本発明に用いられる成形型は繊維強化プラスチックが成形後に抜き取れさえすれば、一型でも、上型と下型といったように両面型でも、さらに複雑形状に対応した３つ以上の型からなる分割型でもよい。図１ｂ）の例は、膨張性マンドレル２５内に圧力流体を注入して膨張性マンドレル２５を膨張させ、その周りに設けられた積層体１２を伸張させながら型に押し付けて成形する様子を示している。
【００４１】
繊維強化プラスチックの硬化が終わった後、もしくは脱型可能な程度硬化した後、成形型から繊維強化プラスチックを取り出す。繊維強化プラスチックを取り出した後、別のオーブンに入れ、後硬化させてもよい。この脱型工程では、成形型から繊維強化プラスチックを膨張性マンドレルと共に取り出し、しかる後に繊維強化プラスチックから膨張性マンドレルを取り除いてもよいし、膨張性マンドレルの材質や形態によっては、そのまま繊維強化プラスチックと一体化したまま最終製品としてもよい。また、成形型内で繊維強化プラスチックから膨張性マンドレルを除いた後、成形型から繊維強化プラスチックを取り出してもよい。膨張性マンドレルを繊維強化プラスチックから取り除く方法としては、その方法に特に制限は無い（例えば、力まかせに引き抜く方法を採用しても良い）が、例えば、圧力流体で内圧を加えて膨張させる袋状体の場合は、真空引きなどにより減圧することで膨張性マンドレルを収縮させることにより、膨張性マンドレルを繊維強化プラスチックから容易に取り外すことができる。
【００４２】
このようにして、本発明によれば、高力学特性を有する中空構造の繊維強化プラスチックを容易に製造することが可能である。なお、本発明は繊維強化プラスチックの形状が複雑形状であっても製造できることに特徴があるが、本発明は、膨張性マンドレルの性質上、形状の追従が容易な、大きなコーナー部を有する流線形状の繊維強化プラスチックの製造に特に適している。
【００４３】
さらに好ましくは、図４に示すように、少なくとも積層体の一部が、切り込みにより繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断された切込プリプレグ基材のみが積層されてなる領域３７があるのが良い。すなわち、領域３７では積層体の厚み方向に、実質的に１０〜１００ｍｍの繊維のみからなる、切込プリプレグ基材のみが積層されている。ここで”実質的に１０〜１００ｍｍの繊維のみからなる”とは該領域に含まれる強化繊維本数のうち９５％以上が１０〜１００ｍｍに分断されていることを言う。該領域を以下、積層体の不連続部と称す。
【００４４】
複雑形状を有する繊維強化プラスチックを成形するにあたり、複雑形状に対応する積層体の領域が不連続部であることで、成形時に容易に伸張することができ、複雑系状に沿わせることができる。図４ａ）、ｂ）はそれぞれの積層体の一部に不連続部を有した例を示しており、それぞれ上図は平面図、下図はＡ−Ａ断面の断面図を示す。図４ａ）は全面に切り込みを入れられた切込プリプレグ基材１０ａを５層積層した上に、切込プリプレグ基材１０ａより小さな連続繊維からなるプリプレグ基材１１を１層表層に積層した例を示す。連続繊維からなるプリプレグ基材１１に覆われていない領域３７が不連続部にあたる。なお、連続繊維からなるプリプレグ基材としては、一方向に連続繊維を引き揃えたプリプレグ基材や織物のプリプレグ基材などが考えられる。図４ｂ）は一部に切り込みを入れられた切込プリプレグ基材１０ｂを５層積層した積層体１２で、積層された切込プリプレグ基材１０ｂはすべて図４ｂ）の上図のように左端の領域にのみ切り込みが入れられている例を示す。各切込プリプレグ基材１０ｂの切り込みが入れられている領域が重なって積層されている領域３７が不連続部にあたる。こうして得られた繊維強化プラスチックは、少なくとも強化繊維プラスチックの一部の領域に含まれるすべての強化繊維の繊維長さＬｃが１０〜１００ｍｍの範囲内である、という特徴を有する。
【００４５】
さらに好ましくは、切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが前記切り込みにより分断されており、前記切り込みにより分断されている繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内である。切込プリプレグ基材の全てが繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、最終的に製造される繊維強化プラスチックの形状を考慮することなく、切込プリプレグ基材や積層体を製造することができるため、設計、作業効率の面で大きなメリットがある。また、積層時にトラップされた空気が厚み方向に切り込みを通じて脱気しやすく、ボイドが発生しにくく、高力学特性が期待できる。なお、本発明において“強化繊維の全てが前記切り込みにより分断され”ているとは、プリプレグ基材に含まれる強化繊維本数のうち９５％以上が１０〜１００ｍｍに分断されていることを言う。
【００４６】
好ましい切込プリプレグ基材の切り込みの形態の一つとして、切り込みが直線状であり、かつ、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍであり、断続的かつ周期的に全面にわたって配置されている切込プリプレグ基材が挙げられる。切り込みが連続的ではなく断続的に入っていることで、切込プリプレグ基材が切り込みによりばらばらになることなく、積層時などの取り扱い性に優れる。また、周期的に切り込みが配置することで、切り込みの位置を制御することができ、物性を制御することができる。ここで、“切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ”とは図２に示すとおり、切り込み４を強化繊維３の垂直方向（繊維直交方向２）を投影面として、切り込み４から該投影面に垂直（繊維長手方向１）に投影した際の長さ９を指す。また、切り込みが“全面にわたって配置されている”とは、切込プリプレグ基材全面に含まれる強化繊維をすべて１０〜１００ｍｍの長さに分断する切り込みを設けることを意味する。
【００４７】
切り込みにより生成された繊維束端部は、繊維強化プラスチックに荷重が加わったときに応力集中が起こり、破壊の起点となる可能性が高い。したがって、切り込みが小さい方が強度上有利である。Ｗｓは分断する強化繊維の量を示す指標であり、Ｗｓが１００ｍｍ以下の場合には強度が大きく向上する。しかしながら、Ｗｓが３０μｍより小さくとなると、切り込みの制御が難しくなる場合があり、強化繊維の不連続部全体に渡ってＬが１０〜１００ｍｍとなるよう、保障することが難しくなることがある。すなわち、切り込みにより切断されていない繊維が複雑形状に沿うことを期待されている不連続部中に存在すると、繊維が突っ張り流動性は著しく低下することがあるが、長めに切り込みを入れるとＬが１０ｍｍを下回る領域が多くなってしまい設計値より低い強度となってしまうことがある、という問題点がある。逆にＷｓが１００ｍｍより大きいときにはほぼ強度が一定に落ち着く。すなわち、繊維束端部がある一定以上に大きくなると、破壊が始まる荷重がほぼ同等となる。さらに好ましくは、Ｗｓが１．５ｍｍ以下であるときに、強度向上が著しい。すなわち、簡易な装置で切り込みを挿入することができるという観点からは、Ｗｓは１〜１００ｍｍであることが好ましく、一方、切り込みの制御のしやすさと力学特性との関係を鑑みると、Ｗｓは３０μｍ〜１．５ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ〜１ｍｍの範囲内である。
【００４８】
以下、好ましい切り込みパターンの一例を、図２を用いて説明する。
【００４９】
強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材上に制御されて整列した切り込み４を複数入れる。繊維長手方向１の対になる切り込み同士で繊維が分断され、その間隔６を１０〜１００ｍｍとすることで、プリプレグ基材上の強化繊維の繊維長さＬを実質的に１０〜１００ｍｍにすることができる。
【００５０】
図２では繊維長さＬと切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓがいずれも一種類である例を示している。第１の断続的な切り込みからなる列７ａと、第３の断続的な切り込みからなる列７ｃは繊維長手方向１にＬ平行移動することで重ねることができ、また、第２の断続的な切り込みからなる列７ｂと、第４の断続的な切り込みからなる列７ｄは繊維長手方向１にＬ平行移動することで重ねることができる。また、第１、第２の切り込みの列と第３、第４の切り込みの列に互いに切り込まれた繊維があり、繊維長さＬ以下に切り込まれた幅５が存在することによって、安定的に繊維長さを１００ｍｍ以下で切込プリプレグ基材を製造できる。切り込みのパターンとしては図３のａ）〜ｆ）にいくつか例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。図３において、強化繊維の配列の図示は省略されているが、強化繊維の配列方向は、図３において上下方向である。図３のａ）、ｂ）あるいはｃ）は、切り込みが繊維直交方向２に入っている態様、図３のｄ）、ｅ）あるいはｆ）は、切り込みが繊維直交方向２から傾いている様態を示している。対になる切り込み以外の切り込みに分断される繊維の中には、前記繊維長さより短い繊維も存在するが、かかる繊維は本発明で規定する繊維長さＬを有する繊維には含まない。そして、そのような１０ｍｍ以下の繊維は少なければ少ないほどよい。
【００５１】
図５でも説明したとおり、本発明に用いられる切込プリプレグ基材は、９０°方向への樹脂の流動が繊維を動かす原動力であるため、繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材を２層以上異なる繊維方向に積層すると、繊維長手方向への流動性が発現する。したがって、切込プリプレグ基材に隣接する層は一方向に強化繊維が配向したプリプレグ基材（本発明に係る切込プリプレグ基材を含む）であり、切込プリプレグ基材とは異なる繊維方向に積層されているのがよい。やむを得ず同一繊維方向の切込プリプレグ基材を隣接して積層する際には、切り込みが重ならないように積層するのがよい。またこれら切込プリプレグ基材の層間に樹脂フィルム等を積層し、流動性を向上させてもよい。また流動しなくてもよい領域には連続繊維基材を配し、さらにその領域の力学特性を向上させることもできる。形状によっては切り込みのない一方向プリプレグ基材と本発明に係る切込プリプレグ基材を積層して用いることもできる。例えば、一様断面形状の筒状体ならば、形状変化のない方向に連続繊維を配しても、流動性に問題はない。
【００５２】
層同士で繊維方向が異なると、層ごとの流動方向、距離に違いが生じるが、層間が滑ることで変位差を吸収できる。すなわち、繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％と高くても、本発明に用いる積層体は層間に樹脂を偏在させることができる構成のため、高い流動性を発現することができる。ＳＭＣの場合、ランダムに分散したチョップドストランド同士で流動性が異なり、互いに違う方向に流動しようとするが、繊維同士が干渉して流動しにくく、最大でＶｆが４０％程度までしか流動性を確保することができない。すなわち、本発明に用いる積層体は力学特性を向上することができる高Ｖｆの構成であっても高い流動性を発現できる、という特徴を有する。また、本流動性の特長により、得られた繊維強化プラスチックは、複雑形状であっても積層構造を保つことができ、高い弾性率や強度が発現し、強度ばらつきが低減し、さらに衝撃特性も大きく向上する。その他、織物基材等の連続繊維基材と切込プリプレグ基材のハイブリッド積層体において、切込プリプレグ基材が複雑形状に追従しても連続繊維基材と切込プリプレグ基材の層間が滑ることで、連続繊維基材も無理なくある程度の形状には追従可能となる。
【００５３】
さらに好ましくは、切込プリプレグ基材が２層以上連続して隣接し、該２層以上の層のうち隣接する任意の２層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切り込みの幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切り込みの幾何中心とも５ｍｍ以上離れる様に積層するのがよい。隣接する切込プリプレグ基材の切り込みの幾何中心同士が離れているのは、２つの意味で重要である。一つ目は、成形時に積層体が伸張される際、切り込み同士がつながっていると、そこから裂け易く、本発明の中空成形が失敗してしまうことがあるからである。また、成形時に裂けなくても、切り込みの幾何中心同士が近い領域では繊維含有率が低くなり、肉厚が減ってしまうなどの、品質に影響を与えてしまう可能性がある。二つ目は、繊維強化プラスチックとなった際、切り込みによって分断された強化繊維束端部は、いわゆる応力集中点のため、破壊の起点となりやすいが、切り込み同士がつながっていると、容易にクラックがつながりやすく、強度が低くなる場合がある。図６に、積層された切込プリプレグ基材の２層の関係を図示したが、１層目の切り込み４ａと２層目の切り込み４ｂの内、最近接の切り込みの幾何中心８同士が図６ｂ）〜ｄ）のように離れており、好ましくは５ｍｍ以上離れていれば、成形時の懸念点も、物性面の懸念点も問題なくクリアできるが、図６ａ）のように、５ｍｍより近づくと、問題が起こってくることがある。なお、ここで言う“幾何中心”とは、そのまわりで一次モーメントが０であるような点であり、切り込み上の点ｘに対して、幾何中心点ｇが次のような式が成り立つ。
【００５４】
【数１】
【００５５】
本発明に係る切込プリプレグ基材を得るためにプリプレグ基材に切り込みを入れる方法としては、まず一方向に引き揃えられた連続繊維のプリプレグ基材を作製し、その後カッターを用いての手作業や裁断機により切り込みを入れる方法、あるいは一方向に引き揃えられた連続繊維のプリプレグ基材製造工程において所定の位置に刃を配置した回転ローラーを連続的に押し当てたり、多層にプリプレグ基材を重ねて所定の位置に刃を配置した型で押し切ったりする等の方法がある。成形現場等で簡易にプリプレグ基材の一部に切り込みを入れる場合には前者が、生産効率を考慮し大量に切込プリプレグ基材を作製する場合、特に全面に切り込みを入れる場合には後者が適している。回転ローラーを用いる場合には、直接ローラーを削りだして所定の刃を設けてもよいが、マグネットローラーなどに平板を削りだして所定の位置に刃を配置したシート状の型を巻きつけることにより、刃の取りかえが容易で好ましい。このような回転ローラーを用いることで、Ｗｓの小さな（具体的には１ｍｍ以下であっても）切込プリプレグ基材でも良好に切り込みを挿入することができる。切り込みを入れた後、さらに、切込プリプレグ基材をローラー等で熱圧着することで、切り込み部に樹脂が充填、融着することにより、取り扱い性を向上させてもよい。
【００５６】
このようにして得られた切込プリプレグ基材の一例を本発明により成形して得た繊維強化プラスチックの特徴を図７を用いて説明する。切り込み４が繊維３を９０°方向に横切っている切込プリプレグ基材１０を積層した積層体１２の一部をａ）、その積層体１２を成形した繊維強化プラスチック１６の等方的に伸張した一部をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材１０由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。図７ａ）の切込プリプレグ基材１０は、図３ａ）〜ｃ）のように、繊維に垂直な切り込みを全面に設けられており、切り込み４は層の厚み方向に貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体１２より面積が伸長した繊維強化プラスチック１６を得ることができる（ただし、厚みは減る）。図７ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック１６を得た際、切込プリプレグ基材１０由来の短繊維層１７は、繊維垂直方向に伸長すると共に、繊維が存在しない領域（切り込み開口部）１８が生成される。これは一般的に強化繊維が成形程度の圧力では伸長しないためであり、図７のケースでは、伸張した長さ分だけ切り込み開口部１８が生成される。この領域１８は断面図に示すとおり、隣接層１９が侵入してきて、略三角形の樹脂リッチ部２０と隣接層１９が侵入している領域とで占められる。例えば、繊維強化プラスチックの表面に、全面に切り込みを入れた切込プリプレグ基材が配されている場合、図８のように、壺形状ａ）、筒形状ｂ）それぞれについて、繊維が流動した領域では積層体切り込み開口部１８が観察される、という特徴がある。さらに好ましくは、繊維強化プラスチックを構成する層すべてが、繊維長さＬｃが１０〜１００ｍｍの範囲内であり、幅Ｗｓｃが３０μｍ〜１５０ｍｍの短冊状の集合体から構成されることである。本発明において、図７の点線で囲まれた領域３８に示したように、２つの対になる繊維束分断部２２に囲まれた領域を短冊状と表現する。切込プリプレグ基材の切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓに対して、成形後の繊維垂直方向の広がり幅である短冊状の幅Ｗｓｃは、成形により最大５０％程度まで伸張されることが予想されるため、Ｗｓｃは３０μｍ〜１５０ｍｍの範囲となる。
【００５７】
図３ａ）〜ｃ）のように切り込みが繊維に垂直な切込プリプレグ基材以外の本発明に好適に用いられる切込プリプレグ基材としては、図３ｄ）〜ｆ）に示すように、切り込みが繊維直交方向２から傾いているのがよい。工業的に回転ローラー等で切り込みを入れる際、繊維方向に供給されたプリプレグ基材に繊維直交方向２に切り込みを入れようとすると、繊維を一気に分断する必要があり、大きな力が必要な他、刃の耐久性が低くなり、また繊維が直交方向２に逃げやすく、繊維の切り残りが増える。一方、切り込みが繊維直交方向２から傾いていることにより、刃の単位長さあたり裁断する繊維量が減少し、小さな力で繊維を裁断でき、刃の耐久性が高く、繊維の切り残り少なくできる。さらに、切り込みが繊維直交方向２から傾いていることにより、切り込み長さに対して、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを小さくすることができ、一つ一つの切り込みにより分断される繊維量が減ることにより、強度向上が見込まれる。繊維直交方向２に切り込みを入れる場合には、Ｗｓを小さくするために、小さな刃を用意するのが好ましいが、小さくし過ぎると耐久性、加工性に問題が生じる可能性がある。
【００５８】
さらに別の切込プリプレグ基材の好ましい形態としては、切り込みが強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内である切込プリプレグ基材が挙げられる。この切込プリプレグ基材の場合は、断続的な切り込みであって、かつ切り込みが強化繊維となす角度Θが小さい、図１０のような切り込みでもよいし、図９に示すような連続的な切り込みでも良い。Θの絶対値が２５°より大きくても流動性は得ることができ、従来のＳＭＣ等と比較して高い力学特性は得ることができるが、特にΘの絶対値が２５°以下であることで力学特性の向上が著しい。一方、Θの絶対値は２°より小さくても流動性も力学特性も十分得ることが出来るが、切り込みを安定して入れることが難しくなる。すなわち、繊維に対して切り込みが寝てくると、切り込みを入れる際、繊維が刃から逃げやすく、また、繊維長さＬを１００ｍｍ以下とするためには、Θの絶対値が２°より小さいと少なくとも切り込み同士の最短距離が０．９ｍｍより小さくなるなど、生産安定性に欠ける場合がある。また、このように切り込み同士の距離が小さいと積層時の取り扱い性が難しくなるという問題が生じることがある。切り込みの制御のしやすさと力学特性との関係に鑑みると、さらに好ましくは５〜１５°の範囲内である。
【００５９】
切り込みは図１１ｃ）のように曲線でも構わないが、直線状が流動性をコントロールしやすく好ましい。また、切り込みにより分断される強化繊維の長さＬは図１１ｂ）のように一定でなくてもよいが、図１１ａ）のように繊維長さＬが全面で一定であると流動性をコントロールしやすく、強度ばらつきをさらに押さえることができるため好ましい。なお、ここで規定の直線状とは、幾何学上の直線の一部をなしている状態を意味するが、前記流動性のコントロールを容易するという効果を損なわない限り、前記幾何学上の直線の一部をなしていない箇所があっても差支えが無く、その結果、繊維長さＬが全面で一定とはならない箇所があっても（この場合、繊維長さＬが実質的に全面で一定であると言えるので）差支えが無い。
【００６０】
好ましい例［１］としては、図９や図１１ａ）〜ｃ）のように、切り込み４ｃが連続して入れられているのがよい。例［１］のパターンでは、切り込み４ｃが断続的でないため、切り込み端部付近での流動乱れが起きず、切り込み４ｃを入れた領域では、すべての繊維長さＬを一定とすることができ、流動が安定している。切り込みをプリプレグ基材全面に設ける場合、切り込み４ｃが連続的に入れられているため、切込プリプレグ基材１０がばらばらになってしまうのを防ぐ目的で、切込プリプレグ基材の周辺部に切り込みがつながっていない領域を設けたり、切り込みの入っていないシート状の離型紙やフィルムなどの支持体で把持することで、取り扱い性を向上させることができる。また、積層時の取り扱い性を向上するために、図２４のようにあらかじめ切り込みを連続的に入れた上記切込プリプレグ基材を切り込みが重ならないように２枚重ねて積層した２層積層体としてもよい。
【００６１】
また、他の好ましい例［２］としては、図１０に示すように、強化繊維の垂直方向に投影した長さ９をＷｓとするとＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍの範囲内である断続的な切り込み４ｄが切込プリプレグ基材１０全面に設けられており、切り込み４ｄ１と前記切り込み４ｄ１の繊維長手方向に隣接した切り込み４ｄ２の幾何形状が同一であるとよい。図１０では、ＬとＷｓがいずれも一種類である例を示している。いずれの切り込み４ｄ（例えば４ｄ１）も繊維方向に平行移動することで重なる他の切り込み４ｄ（例えば４ｄ２）がある。前記繊維方向の対になる切り込み４ｄ同士により分断される繊維長さＬよりさらに短い繊維長さで隣接する切り込みにより分断され繊維が分断される幅５が存在することによって、安定的に繊維長さを１００ｍｍ以下で切込プリプレグ基材１０を製造できる。例［２］のパターンでは、得られた切込プリプレグ基材１０を積層する際、切り込みが断続的なため取り扱い性に優れる。図１１ｄ）、ｅ）にはその他のパターンも例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。
【００６２】
このようにして得られた好ましい例［１］の切込プリプレグ基材を本発明により成形して得られた繊維強化プラスチックの特徴を、図１２を用いて説明する。本発明に係る切込プリプレグ基材１０を積層した積層体１２の一部をａ）、その積層体１２を成形した繊維強化プラスチック１６の等方的に伸張した一部をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材１０由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材１０は、繊維３との角度が２５°以下の切り込み４ｃを全面に設けられており、切り込み４ｃは層の厚み方向を貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体１２より面積が伸長した繊維強化プラスチック１６を得ることが出来る。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック１６を得た際、切込プリプレグ基材１０由来の短繊維層１７は、繊維垂直方向に伸長すると共に、繊維３自体が回転２４して伸長領域の面積を稼ぐため、図７のように繊維が存在しない領域（切り込み開口部）１８が実質的に生成せず、切り込み開口部の層の表面における面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内である。従って、断面図からも分かるとおり、隣接層１９が侵入することもなく、層のうねりや樹脂リッチ部のない高剛性、高強度で品位の高い繊維強化プラスチック１６を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維３が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この繊維が回転して伸長し、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るというさらなる画期的効果は、切り込みの繊維となす角度Θの絶対値が２５°以下であることで初めて得ることができる。また、強度の面では、前述と同様に荷重方向から±１０°以下程度に向いている繊維に注目すると、図１２ｂ）のように、繊維束端部２２が荷重方向に対して寝てきている様子がわかる。繊維束端部２２が層厚み方向に斜めとなっているため、荷重の伝達がスムーズであり、繊維束端部２２からの剥離も起こりにくい。従って、図７に比べさらなる強度向上が見込まれる。この繊維束端部２２が層厚み方向に斜めとなるのは上述の繊維が回転する際、上面と下面の摩擦により上面から下面で繊維３の回転２４になだらかな分布があるためで、そのため、層厚み方向に繊維３の存在分布が発生し、繊維束端部２２が層厚み方向に斜めとなったと考えられる。このような繊維強化プラスチック１６の層内で層厚み方向に斜めの繊維束端部を形成し、強度を著しく向上するというさらなる画期的効果は、切り込み４ｃの繊維３となす角度Θの絶対値が２５°以下であることで初めて得ることができる。
【００６３】
一方、図１３には、好ましい例［２］の切込プリプレグ基材１０を積層した積層体１２の一部をａ）、その積層体１２を成形した繊維強化プラスチック１６の等方的に伸張した一部をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材１０由来の層をクローズアップした平面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材１０は、繊維３となす角度Θの絶対値が２５°以下の断続的な切り込み４ｄが全面に設けられており、切り込み４ｄは層の厚み方向を貫いている。切り込み４ｄにより繊維長さＬを切込プリプレグ基材１０の全面で１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体１２より面積が伸長した繊維強化プラスチック１６とすることができる。切り込み長さ、切り込み角度を小さくすることにより、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることができる。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック１６を得た際、切込プリプレグ基材１０由来の短繊維層１７は、繊維垂直方向に伸長する際、繊維方向に繊維が伸張しないため、繊維が存在しない領域（切り込み開口部）１８が生成されるが、隣接する短繊維群が繊維垂直方向に流動することで、切り込み開口部１８を埋め、切り込み開口部１８の面積が小さくなる。この傾向は特に、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで顕著となり、実質的に切り込み開口部１８が生成せず、切り込み開口部１８の層の表面における面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内とすることができる。従って、厚み方向に隣接層が侵入することもなく、層のうねりや樹脂リッチ部のない高剛性、高強度で品位の高い繊維強化プラスチック１６を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維３が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この切り込み開口部１８を繊維垂直方向の流動により埋め、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は切り込み角度Θの絶対値が２５°以下であり、かつ切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで初めて得ることができる。さらに好ましくはＷｓが１ｍｍ以下であることにより、より高剛性、高強度、高品位とすることができ、外板部材としての適用も可能となる。
【００６４】
さらに、積層体が切込プリプレグ基材のみから構成されるのが、流動性向上のために好ましい。さらに好ましくは、積層体が切込プリプレグ基材のみから構成され、かつ、その切込プリプレグ基材の全面が繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内で分断されていることである。形状に合わせて切り込みを入れるのは、設計、作業の面で非常に手間がかかりやすいため、品質安定性のためにも、全面に切り込みを入れ、積層体のどの領域が複雑形状にあたっても沿いやすくしておくことが好ましい。
【００６５】
本発明に係る切込プリプレグ基材に用いられる強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、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、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維は、これら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適である。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
【００６６】
本発明に係る切込プリプレグ基材に用いられるマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、切込プリプレグ基材は室温においてタック性を有しているため、該基材を積層した際に上下の該基材と粘着により一体化され、意図したとおりの積層構成を保ったままで成形することができる。特に、凹凸部を有する型で成形する際にも積層体の形状を保つことができ、好ましい。なお、本発明において、かかる目的が達成される限りにおいて、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂（例えば、４０重量％以下）が含まれていても差し支えはない。
【００６７】
さらに、熱硬化性樹脂から構成される本発明に係る切込プリプレグ基材は、室温において優れたドレープ性を有するため、例えば、凹凸部を有する型を用いて成形する場合、予めその凹凸に沿わした予備賦形を容易に行うことが出来る。この予備賦形により成形性は向上し、流動の制御も容易になる。
【００６８】
また、本発明に係る切込プリプレグ基材はテープ状支持体に密着されていてもよい。切り込みが挿入された基材は、全ての繊維が切り込みにより切断されてもその形態を保持することが可能となり、賦形時に繊維が脱落してバラバラになってしまうという問題はない。マトリックス樹脂がタック性を有する熱硬化性樹脂であるとさらに好ましい。ここで、テープ状支持体とは、クラフト紙などの紙類やポリエチレン・ポリプロピレンなどのポリマーフィルム類、アルミなどの金属箔類などが挙げられ、さらに樹脂との離型性を得るために、シリコーン系や“テフロン（登録商標）”系の離型剤や金属蒸着等を表面に付与しても構わない。
【００６９】
さらに好ましくは熱硬化性樹脂の中でも、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等や、それらの混合樹脂がよい。これらの樹脂の常温（２５℃）における樹脂粘度としては、１×１０６Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、この範囲内であれば本発明に好適なタック性およびドレープ性を有するプリプレグ基材を得ることができる。中でもエポキシ樹脂は炭素繊維と組み合わせて得られる強化繊維複合材料としての力学特性に最も優れている。
【００７０】
さらに好ましい製造方法の具体例を、図を用いて説明していく。
【００７１】
（１）の賦形工程で用いる積層体については、大きく分けて次の２つの手法をとるのが好ましい。一つ目は、プリプレグ基材を膨張性マンドレル上に順次賦形して形成する方法であり、二つ目はプリプレグ基材を平板状に積層して形成する方法である。一つ目の方法は、直接最終形状である繊維強化プラスチックの略形状である膨張性マンドレル上に積層体を形成する方法で、テープレイアップやシートワインディングなどの機械的な手法を用いて切込プリプレグ基材等を積層しても良い。ある程度の形状のついたマンドレルに直接賦形するため、シワが発生しにくく、きれいな積層体を形成することができる。二つ目の方法は、まず最初に切込プリプレグ基材などプリプレグ基材を平板状に積層しておき、その積層体を膨張性マンドレル上に賦形する方法で、積層と賦形を別々に行うため作業効率が良い。厚い積層体の場合、略形状とはいえある程度の形状がついたマンドレルに賦形するとシワが発生しやすいため、積層体を硬化しない程度に加熱して軟化させて積層させるのが良い。ただし、積層体の賦形時のシワは、成形時に積層体を適正に伸張させることで解消するため、本発明の場合、大きな問題とならない。
【００７２】
筒形状（内部空間にアクセスする口が２箇所以上ある中空構造）の繊維強化プラスチックを製造するには、積層体を凹凸のない筒形状に膨張性マンドレル上に設けるだけでよく、もっとも本発明が好ましいとする実施形態である。例えば図１４のように、製造される繊維強化プラスチックが複雑な形状であっても、両端が開いた形状であるならば、シート状の切込プリプレグ基材を巻きつけるなどして円筒状の積層体を用意すれば、容易に複雑形状に沿うことができる。一方、壺形状（内部空間にアクセスする口が１箇所である中空構造）の繊維強化プラスチックを製造するには、積層体を袋状に作成する必要がある。特に、本発明においては積層体を伸張させながら成形することに特徴があるため、筒形状の積層体の穴の一端を閉じて袋状としただけでは、積層体を伸張した際に簡単に閉じた穴が開いてしまう危険性がある。そこで、成形工程において、積層体の少なくとも１箇所以上を成形型に押し付けて固定した後に、前記膨張性マンドレルを膨張させるのがよい。すなわち、袋状にした積層体が伸張した際に簡単に穴が開きやすい領域をあらかじめ型に押し当てておくことでその領域は伸張させず、穴を開けないのが良い。押し当てる領域には繊維長さが１００ｍｍ以上の繊維を配置することで、さらにこの効果を高めることができる。具体的には図１の壺形状の場合、首の部分３１と底の部分３０のみ、先に成形型に押し当てて積層体を固定し、伸張の基点とすることで、積層体に穴を開けることなく繊維強化プラスチックを製造することができる。
【００７３】
さらに好ましくは、マンドレルが筒形状に担持する骨組みと骨組みの周りに配された伸縮性のフィルムからなり、賦形工程において、積層体を筒形状に賦形し、成形工程において、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、成形型内にて膨張性マンドレルに圧空を流入してフィルムを膨張させるのが良い。例えば、図１５のような円筒状の膨張性マンドレル２５で説明すると、円周方向に支える骨と軸方向に支える骨からなる骨組み３２に伸縮性のフィルム２６を袋状にして配し、筒形状の膨張性マンドレル２５としている。骨組みとつながった圧空を流入させる機構とフィルムは一体化され、袋状のフィルム内は気密性が保たれている。圧力流体の注入口３３から圧力のかかった空気を流入し、膨張性マンドレルを膨張させる。圧空の圧力としては１気圧以上であれば構わないが、好ましくは６気圧程度（０．６ＭＰａ）までがよい。脱型時には、逆に圧空を流入させる機構に真空ポンプをつなぎ、負圧をかけることで、膨張性マンドレルと繊維強化プラスチックを分離することも可能である。
【００７４】
他の本発明の好ましい製造方法としては、図１６に成形型断面図を示したように、１つもしくは複数の閉空間を有する中空のバルーン３４を膨張性マンドレル２５として、その周りに積層体１２を配し、成形型２８に配置した後、成形型２８のキャビティ２９を密閉して大気圧より減圧して、バルーン３４内の大気圧の空気との差圧で膨張性マンドレル２５であるバルーン３４を膨張させ、積層体１２を伸張するのもよい。マンドレルに圧力流体を流入する場合にはその機構をマンドレルに設けなくてはならないが、バルーンはただ空気を密閉するだけでよく、非常に簡単に膨張性マンドレルとすることができる、という特徴がある。また、複数のバルーンを用いることで、膨張性マンドレル自体を複雑形状とすることなく細かな形状にも追従する膨張性マンドレルとすることができる。
【００７５】
また、金属の押出材などを曲げ加工する際に用いられる、いわゆるドローベンディングを本発明の繊維強化プラスチックの製造方法にも適用できる。成形工程において、積層体を加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、膨張性マンドレルを膨張させて積層体を伸張させると同時、もしくは直後にマンドレルごと積層体に曲げを加えて成形型に押し付ける。この際、マンドレルが容易に曲がる材質または構造となっているのが良い。例えば、図１７のように筒形状の積層体１２（図１７ａ）を伸張しながら（図１７ｂ）、曲げてＵ字（図１７ｃ）にした後、成形型２８に配置（図１７ｄ）し、本成形を行うのがよい。積層体は、曲げの引張側３９には切り込みを配して繊維長さを１０〜１００ｍｍとしておき、圧縮側４０には連続繊維を多く配しておくことで、圧縮側にシワが入ることなく、引張側が有効に伸張されて賦形することができる。また、積層体の全面に切り込みを配しておき、積層体をマンドレルごと引張ながら曲げを加えることでも、シワが発生することなくきれいに賦形することが可能となる。
【００７６】
その他、脱型時に繊維強化プラスチックを型から取り出す間口が確保されていれば、図１８のように分割型ではなく、一つの型でも成形することができる。また、図１９のように、成形型の一部にリブを設ければ、リブ内部に積層構造を保ったままリブを形成することができる。また、図２０のように、アンダーカット形状で通常の型では成形できない形状であっても、本発明の成形を適用することで、成形可能となる。
【００７７】
本発明の成形条件としては、成形工程における成形型の温度Ｔ１と、脱型工程における成形型の温度Ｔ２とを実質的に一定とするのがよい。なお、成形型の温度は積層体に触れるキャビティの表面を複数点（上下型ある場合には、少なくとも一点以上どちらの型も測定）、熱電対で測定した温度の平均で代表する。ここで、本発明における金型温度Ｔが実質的に一定とは、通常金型温度の変動が±１０℃の範囲内であることを表す。また、Ｔ１、Ｔ２ともに経時的に変化しないのがよい。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、金型温度Ｔを保ったまま脱型することが可能であり、成形型の昇降温の時間を省くことによるサイクルタイムの圧縮により、大幅に生産性が向上する。
【００７８】
本発明において、繊維強化プラスチックは、金型温度Ｔが、熱硬化性樹脂の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）に拠る発熱ピーク温度Ｔｐに対して、
Ｔｐ−６０≦Ｔ≦Ｔｐ＋２０・・・（Ｉ）
の範囲内で製造することが好ましい。さらに好ましくは、
Ｔｐ−３０≦Ｔ≦Ｔｐ・・・（ＩＩ）
の範囲内である。金型温度Ｔが、Ｔｐ−６０より低い場合、樹脂の硬化に要する時間が非常に長くなり、また硬化が不十分である場合もある。一方、Ｔｐ＋２０より高い場合、樹脂の急激な反応により樹脂内部でのボイドの生成、硬化不良を引き起こすことがある。なお、本発明におけるＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐは、ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９８７）に準じて行われ、温度３０〜１８０℃で、昇温速度１０℃／分の条件にて昇温させて得た発熱曲線のピークをとった値である。ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９８７）に言う試験片は、本発明においてはペーストである。従って、「試験片の状態調節」、「試験片」はそれぞれ「ペーストの状態調節」、「ペースト」と言うことができる。ペーストの状態調節は、原則として、温度２３±２℃及び相対湿度５０±５％において６〜８時間静置して行い、熱処理等は一切行わない。また、ペーストはペースト状のまま測定するため、寸法に関する規定はない。
【００７９】
本発明において、熱硬化性樹脂は、動的粘弾性測定（ＤＭＡ）に拠る最低粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓであるのがよい。さらに好ましくは０．１〜１０Ｐａ・ｓである。最低粘度が０．１Ｐａ・ｓより小さい場合、加圧時に樹脂のみが流動し、突起部の先端まで十分に強化繊維が充填されない場合がある。一方、１００Ｐａ・ｓより大きい場合、樹脂の流動性が乏しいため、突起部の先端まで十分に強化繊維および樹脂が充填されない場合がある。なお、本発明におけるＤＭＡに拠る最低粘度は、回転粘度計を使用して、半径２０ｍｍの平行平板を用い、平行平板間の距離１ｍｍ、測定開始温度４０℃、昇温速度１．５℃／分、測定周波数０．５Ｈｚの条件にて測定し、観測された最低粘度の値である。
【００８０】
本発明で得られた繊維強化プラスチックの好ましい適用例の一つとして、繊維強化プラスチックの周囲にさらに連続繊維と熱硬化性樹脂とで構成された連続繊維強化プラスチックとが一体化しているのがよい。すなわち、図７に示したように、本発明により製造された繊維強化プラスチックにおいては、切り込みに起因する繊維束分断部２２や切り込み開口部１８が表面に生成されることがあるため、曲げなどの荷重に対して応力集中により破壊してしまう可能性がある。そこで、一旦、本発明により繊維強化プラスチックを製造した後、表面上に連続繊維から構成される繊維強化プラスチックを一体化することで、少なくとも表面に応力集中源である繊維束分断部のない高強度な繊維強化プラスチックを得ることができる。連続繊維から構成される繊維強化プラスチックは複雑形状に製作することが困難であることは前述のとおりであり、中空構造を有する繊維強化プラスチックを本発明の製造方法により製作した後、中空構造の繊維強化プラスチックの上から樹脂の含浸していない連続繊維基材を配してＲＴＭ（樹脂注入成形）したり、連続繊維プリプレグ基材を配してコキュアしたり、連続繊維プリプレグ基材を接着剤とともに一体化してコボンドしたりすることで、連続繊維からなる繊維強化プラスチックと一体化することができ、複雑形状の高強度な繊維強化プラスチックを低コストに製作することができる。
【００８１】
さらに図４に示した積層体１２の不連続部３７に、回転部などの機構を備える目的で金属インサートを埋め込み、硬化、一体化させることにより、アセンブリコストが低減することができる。その際、金属インサートの周囲に複数の凹部設けることにより、流動した繊維が凹部に進入し、容易に隙間を充填することができるとともに、成形温度から低下することで、金属と繊維の熱膨張差でかしめられ、強固に一体化させることができる。
【００８２】
なお、本発明により製造された繊維強化プラスチックの用途としては、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフ等のスポーツ部材のシャフトやヘッド、ドアやシートフレームなどの自動車部材、ロボットアームなどの機械部品がある。中でも、強度、軽量に加え、部材形状が複雑で、本材料のように形状追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品に好ましく適用できる。
【実施例】
【００８３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるというものではない。
【００８４】
（実施例１）
＜プリプレグ基材の作製＞
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した。
（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分間混練後、ニーダー中から取り出してエポキシ樹脂組成物を得た。
【００８５】
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。
【００８６】
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基材を作製した。
【００８７】
得られたエポキシ樹脂組成物の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。
【００８８】
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（半径２０ｍｍ）の条件にて、温度と粘度の関係曲線から最低粘度を求めた。
【００８９】
＜プリプレグ基材への切り込みの導入＞
上記プリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図２１に示すような切り込みを全面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。切り込みの方向は繊維直交方向２で、切り込みの長さＷは１０．１ｍｍ（すなわち、Ｗｓ＝１０．１ｍｍ）であり、間隔Ｌ（繊維長さ）は３０ｍｍである。図２１に示すように、隣り合う切り込みの列７ａと７ｂは繊維直交方向に１０ｍｍ移動すると、幾何的に同等である。また、繊維長手方向に対になる切り込みの列には、７ａと７ｃ、７ｂと７ｄの組があり、切り込みの列のパターンは２パターン存在する。さらに、隣り合う列の切り込みが互いに切り込んでいる５の範囲は０．１ｍｍである。
【００９０】
＜中空構造の繊維強化プラスチックの成形＞
半径５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの図８ｂ）のような円筒形状の繊維強化プラスチックを成形した。図２２に示すように、半径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンチューブ２６を３００ｍｍ長さにカットし、一端を閉じて、膨張性マンドレル２５とし、もう一端に圧空を注入する接続部を連結した。上記切込プリプレグ基材を幅１８０ｍｍにカットし、半径４０ｍｍの膨張性マンドレルに巻きつけた。円筒形状の長手方向を０°として、炭素繊維の配向方向（０°方向）と、炭素繊維の配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に切込プリプレグ基材を切り出し、［４５／０／−４５／９０］ｓの積層構成でシワがない様に８層積層し、各層は巻き始めと巻き終わりでオーバーラップがないようにした（各層厚み一定）。また、巻き始めの位置は５ｍｍずつずらして巻き、切込プリプレグ基材の端部が各層重ならないようにした。
【００９１】
膨張性マンドレル上に積層体を設けた後、成形工程における成形型の温度Ｔ１が、プリプレグ基材に用いたエポキシ樹脂組成物のＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐとほぼ同となるよう、１５０℃に温度制御した金型（上型２８ａと下型２８ｂ）のキャビティ２９内に配置した。上下型を合わせた際のキャビティ２９は、半径５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒形状であった。上下型を閉じて固定した後、圧力流体注入口３３から０．３ＭＰａの圧空を注入し、膨張性マンドレル２５を膨張させ、積層体１２を伸張し（積層体から１．４倍程度に表面積伸張）、金型に積層体１２を押し付けた。圧空を注入後、金型２８内で３０分間放置した後、脱型工程における成形型の温度Ｔ２をＴ１から低下させることなく１５０℃のまま、まず圧力流体注入口３３から真空引きを行い、膨張性マンドレル２５内の気圧を低下させ、膨張性マンドレル２５を収縮させて繊維強化プラスチックと分離して、先に膨張性マンドレル２５のみ金型からはずした。しかる後に、成形型２８を開け、円筒状の繊維強化プラスチックを脱型した。
【００９２】
得られた繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。切り込みにより分断された繊維束端部間に存在する切り込み開口部と、繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１１〜１５ｍｍ程度の分布を持つ短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。短冊状の繊維束の幅方向の端部は繊維が円弧状にうねった繊維束を形成していた。
【００９３】
（実施例２）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。次に図２３ａ）に示したように、積層体を作製する際、切込プリプレグ基材の端部をずらして１６層疑似等方（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）の平板状に積層した。切込プリプレグ基材は幅１８０ｍｍ、長さは膨張性マンドレルに積層体を配した際、もっとも内側（膨張性マンドレル側）に来る４５°層が２５１ｍｍ、以降、１層ごとに１ｍｍずつ長く切り出した。積層体の一方の端部で、切込プリプレグ基材の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記１６層の擬似等方の積層体を得た。こうして得た積層体をドライヤーで暖めながら、実施例１と同様の膨張性マンドレル（半径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンチューブ）上に巻きつけた。図２３ｂ）のように、一層一層プリプレグ基材を巻きつけた実施例１と同様に、若干のシワは発生したものの５ｍｍずつ各層の端部がずれて積層体が賦形された。以下、実施例１と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。
【００９４】
得られた繊維強化プラスチックは、実施例１と同様に、表面は平滑であり、ソリもなかった。切り込みにより分断された繊維束端部が離れて存在する切り込み開口部と、繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１１〜１５ｍｍ程度の分布を持つ短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。
【００９５】
（実施例３）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製した。このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図９に示すような繊維から１０°の方向の直線的な切り込みを連続的に挿入した。こうして得た切込プリプレグ基材を図２４に示すように繊維方向が同一で切り込みが交差するように（１０°と−１０°方向に）２枚表裏に重ねて積層し、連続的な切り込みにより切込プリプレグ基材がばらばらになるのを防いだ。この２層積層体を８セットそれぞれの方向に疑似等方（［４５／４５／０／０／−４５／−４５／９０／９０］Ｓ）に平板状に積層する。それぞれの配向に合わせて、幅１８０ｍｍ、長さは膨張性マンドレルに積層体を配した際、もっとも内側に来る４５°層が２５１ｍｍ、以降、２層ごとに２ｍｍずつ長く切り出した。積層体の一方の端部で、２層積層体の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記１６層の擬似等方の積層体を得た。以下、実施例２と同様に、積層体を膨張性マンドレル上にシワなく賦形することができた。また、実施例１と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。
【００９６】
得られた繊維強化プラスチックは、表面の切り込み部においても、ほとんど切り込み開口部が見られず、強化繊維が存在せずに樹脂リッチとなっている領域や、隣接層の強化繊維が除いている領域はほとんどなく、良好な外観品位と平滑性を得た。繊維方向は積層体を配置したときから回転しており、その回転により切り込み開口部を埋め、平滑な繊維強化プラスチックとなったと推測された。
【００９７】
（実施例４）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作成した。このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図１０に示すような繊維から２０°の方向に、１ｍｍの直線状の切り込みを断続的に挿入することで、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを０．３４ｍｍとした。対になる切り込み４ｄ１、４ｄ２により、繊維は分断され、得られた切込プリプレグ基材の全面で繊維長さＬは３０ｍｍとなった。こうして得られた切込プリプレグ基材を実施例１と同様に切り出し、積層、成形を行って繊維強化プラスチックを得た。
【００９８】
得られた繊維強化プラスチックは、図１３ｂ）のように、繊維３が若干うねりながら、切り込み開口部１８を埋め、表面にほとんど切り込み開口部１８が見られず、切り込みがあったことさえ、見分けがつかないほど良好な外観品位と平滑性を得た。
【００９９】
（実施例５）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製した。さらにこのプリプレグ基材の一部を実施例１と同様の切込プリプレグ基材とした。上記プリプレグ基材と切込プリプレグ基材をそれぞれ幅２００ｍｍにカットし、半径４０ｍｍの膨張性マンドレルにシワがないように巻きつけた。円筒形状の長手方向を０°として、［９０／Ｃ０］２Ｓの積層構成でシワがない様に８層積層し、局所的に肉厚とならないよう各層は巻き始めと巻き終わりでオーバーラップがないようにした。なお、“Ｃ”は連続繊維を意味しており、膨張性マンドレルの長手方向には連続繊維のプリプレグ基材の繊維が、周方向には切込プリプレグ基材の繊維が配向している。また、巻き始めの位置は５ｍｍずつずらして巻いた。
【０１００】
実施例１と同様に成形を行った。積層体は長手方向には成形型のキャビティいっぱいに設計されており、周方向にのみ積層体を伸張して成形した。得られた繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。図８ｂ）のように、切り込みにより分断された繊維束端部間に存在する切り込み開口部１８と、繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１０ｍｍの略矩形の短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。積層体を伸張する方向の繊維さえ１００ｍｍ以下に切り込まれていれば、伸張方向と垂直の方向に連続繊維が存在しても流動することが推測された。
【０１０１】
（実施例６）
図１ｃ）のような壺形状の繊維強化プラスチックを成形した。壺の形状は長径１８０ｍｍ、短径６０ｍｍの楕円を回転してできた球体状に半径４０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円筒状の首部がついた形状を予定した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。次に、図１ａ）のように、シリコンラバーからなる円筒（半径３５ｍｍ）の袋２６に、圧空を供給するチューブが内蔵されている膨張性マンドレル２５を用意した。この膨張性マンドレルの上に、適当な大きさに切り出した切込プリプレグ基材を、切込プリプレグ基材の端部をずらして１６層で疑似等方（［９０／０］４Ｓ）に積層し、マンドレル先端から２００ｍｍの範囲に積層体１２を配した。平面の基材を袋状に賦形するのは難しいため、筒状に切込プリプレグ基材を巻きつけた後、若干のシワを許容しながらマンドレル先端部に切込プリプレグ基材を折り込み、シワとなる部分ははさみで切り取った。
【０１０２】
膨張性マンドレル上に積層体を設けた後、Ｔ１が１５０℃となるよう温度制御した金型（上型２８ａと下型２８ｂ）のキャビティに積層体の先端３０が接触するように配置した。上下型を合わせた際のキャビティ２９は、長径１８０ｍｍ、短径６０ｍｍの楕円を回転してできた球体状であり、一端に半径４０ｍｍの膨張性マンドレル２５の取り出し口が設けられている。上下型を閉じて固定した後、接続部から０．３ＭＰａの圧空２７を注入し、膨張性マンドレル２５を膨張させ、積層体１２を伸張し、金型２８に積層体１２を押し付けた。圧空２７を注入後、金型２８内で３０分間放置した後、Ｔ２をＴ１と同じ１５０℃に保ったまま、まず接続部から真空引きを行い、膨張性マンドレル２５内の気圧を低下させ、膨張性マンドレル２５を収縮させて繊維強化プラスチック１６と分離して、先に膨張性マンドレル２５のみ金型２８からはずした。しかる後に、上下の金型２８を開け、壺形状の繊維強化プラスチック１６を脱型した。
【０１０３】
得られた繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。図８ａ）のように、切り込みにより分断された繊維束端部が離れて存在する切り込み開口部１８と、繊維長さＬｃが３０ｍｍの短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。切り込み開口部１８や短冊状の繊維束の形状や大きさは、領域によって伸張率が異なるためばらばらであったが、規則正しく配列していた。また、成形型に押し付けて配置した壺形状の先端部３０はほとんど切り込み開口部１８が見られず、繊維が流動していなかった。
【０１０４】
（実施例７）
図１５に示すような膨張性マンドレル２５を用いて、実施例６と同様に壺形状の繊維強化プラスチックを成形した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。次に円筒形状に担持するアルミ製の骨組み３２と骨組み３２の周りに配された伸縮性のシリコンラバー製のフィルム２６からなる膨張性マンドレル２５を用意した。骨組み３２は円周方向に支える骨と軸方向に支える骨からなる。骨組みの根元にはフィルム内に圧空を供給するチューブの口３３が配されており、フィルム２６内は圧空を供給する口３３以外は気密性が保たれている。適当な大きさに切り出した切込プリプレグ基材を、切込プリプレグ基材の端部をずらして１６層で疑似等方（［９０／０］４Ｓ）に積層し、実施例６と同様にマンドレル先端部およびマンドレル先端から２００ｍｍの範囲に積層体を配した。膨張性マンドレルに骨組みがあるため、実施例６に比べ、切込プリプレグ基材を膨張性マンドレルに賦形する際の取り扱い性に優れていた。実施例６と同様に、積層体を成形型内に配置し、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、成形型内にて膨張性マンドレルに０．３ＭＰａの圧空を流入してフィルムを膨張させ、３０分放置し、実施例６と同様に脱型して壺形状の繊維強化プラスチックを得た。
【０１０５】
得られた繊維強化プラスチックは、実施例６同様、品位の良いものであった。
【０１０６】
（実施例８）
扁平な中空構造の翼を成形した。図１６に成形型の断面図を示す。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。図２３ａ）に示したように、積層体を作製する際、切込プリプレグ基材の端部をずらして８層で疑似等方（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）に平板状に積層した。積層体の一方の端部で、切込プリプレグ基材の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記８層の擬似等方の積層体を得た。こうして得た積層体をドライヤーで暖めながら、図１６に示すような３つの空気を密封したシリコンラバー製のバルーン３４からなる膨張性マンドレル２５を束ねるように巻きつけた。翼の端部４２で若干のシワは発生したものの、図２３ｂ）のように５ｍｍずつ各層の端部がずれて積層体１２を賦形した。次に、翼形状の胴部４１に該当する積層体１２の最表層に実施例１と同様のエポキシ樹脂を含浸したＶｆ５５％の層厚み２５０μｍの平織プリプレグ基材を積層体の上から上下１枚ずつ積層した。平織の繊維方向は断面周方向と図１６の奥行き方向の２つで直交していた。こうして得た膨張性マンドレル２５の周りに配した積層体１２をＴ１が１５０℃となるよう温度制御している成形型２８に配置した後、型２８を閉じ、キャビティ２９を密閉して大気圧より減圧して、バルーン３４内の大気圧の空気との差圧で膨張性マンドレル２５であるバルーン３４を膨張させ、積層体１２を伸張した。実施例１などマンドレルに圧空を流入する場合にはその機構をマンドレルに設けなくてはならないが、バルーンはただ空気を密閉するだけでよく、非常に簡単に膨張性マンドレルを用意することができた。また、圧空を流入させる機構がないため、成形型を完全に密閉することができる。３つのバルーンを用いることで、膨張性マンドレル自体を複雑形状とすることなく細かな形状にも追従する膨張性マンドレルとすることができ、特にＲが小さい翼端部でしっかり積層体を伸張して型に押し付けることができるよう、小さな径のバルーンを用意した。成形型内で３０分間放置した後、Ｔ２をＴ１と同じ１５０℃に保ったまま、上下型を空け、繊維強化プラスチックを脱型した後、バルーンを繊維強化プラスチックから取り除いた。
【０１０７】
こうして得た繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。翼の胴部４１はＲが緩く、連続繊維の平織プリプレグ基材はシワもなく、高品位な表面となっていた。一方、翼の端部４２は小さなＲながら、しっかり形状が出ており、切り込み開口部と、繊維長さＬｃが３０ｍｍの略短冊状の繊維束が分布していた。
【０１０８】
（実施例９）
図１７に示すように円筒が曲げられた形状の繊維強化プラスチックを成形した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。切込基材を切り出し、［０／９０］に積層した後、半径４１ｍｍの金属製の円管に５周巻きつけ、［０／９０］５の積層体１２を作製した。次に積層体１２を円管から取り外し、実施例１と同様のシリコンラバー製の半径４０ｍｍの円筒状の膨張性マンドレル２５の周りに挿し込んで配置した。この状態で８０℃雰囲気のオーブン内で、膨張性マンドレル２５に圧空を送り込み、積層体１２を伸張させながら（円筒の周長方向だけでなく、軸方向にも伸張することで、曲げた際、圧縮側にシワがよらない）膨張性マンドレル２５ごと曲げを加えた後、図１７ｄ）のような１５０℃に温調した成形型２８に配置し、さらに圧空を注入して積層体１２を成形型に押し付けた。以下、実施例１と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。
【０１０９】
得られた繊維強化プラスチックは、実施例１と同様に、表面は平滑であり、ソリもなかった。切り込み開口部は曲げの引張側に集中して見られた。
【０１１０】
（参考例１）
実施例１の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。炭素繊維の配向方向（０°方向）と、炭素繊維の配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に、それぞれ２５０×２５０ｍｍの大きさのサイズに切り出した。切り出した切込プリプレグ基材を１６層で疑似等方に積層して（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）、積層体を得た。
【０１１１】
さらに、上記の積層体を用いて、３００×３００ｍｍのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した後、加熱型プレス成形機により、６ＭＰａの加圧のもと、１５０℃×３０分間の条件により硬化せしめ、３００×３００ｍｍの平板状の繊維強化プラスチックを得た。積層体と繊維強化プラスチックの表面積比でいうと、１．４倍程度であり、実施例１とほぼ同様の伸張率である。
【０１１２】
得られた平板状の繊維強化プラスチックより、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（１９９８）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、本参考例においては、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。引張弾性率は４３ＧＰａ、引張強度に関しても３７０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も３％ときわめてバラツキの小さい結果となった。
【０１１３】
繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、実施例１と同様に繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１１〜１５ｍｍ程度の分布を持つ短冊状の繊維束が表面全体にほぼ均等に分布していたことから、実施例１で得られた筒形状の繊維強化プラスチックも高力学特性を発現することが予想された。また、実施例２では平板形状を６ＭＰａもの高圧で成形実施したが、実施例１ではわずか０．３ＭＰａの内圧で積層体を伸張することができた。低圧でも成形可能なことも本発明の特徴である。
【０１１４】
（参考例２）
実施例３の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例３と同様にして、２層積層体を得た。この２層積層体から、炭素繊維の配向方向（０°方向）と、炭素繊維の配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に、それぞれ２５０×２５０ｍｍの大きさに切り出し、２層積層体を８枚それぞれの方向に疑似等方（［４５／４５／０／０／−４５／−４５／９０／９０］Ｓ）に積層して、全面に切り込みを有する２５０×２５０ｍｍの積層体を得た。
【０１１５】
こうして得られた積層体を参考例１と同様にしてプレス成形し、平板の繊維強化プラスチックを得た。得られた繊維強化プラスチックを参考例１と同様に引張試験した。引張弾性率は４６ＧＰａ、引張強度に関しても４７０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も４％ときわめてバラツキの小さい結果となった。
【０１１６】
繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、表面にほとんど切り込み開口部が見られず、繊維方向も積層体を配置したときから回転している様子も実施例３と同様であるため、実施例３で得られた筒形状の繊維強化プラスチックも高力学特性を発現することが予想された。
【０１１７】
（参考例３）
実施例４の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例４と同様にして、切込プリプレグ基材を得、参考例１と同様にして切り出し、積層、プレス成形した。得られた繊維強化プラスチックを参考例１と同様に引張試験したところ、引張弾性率は４６ＧＰａ、引張強度は６２０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も４％ときわめてバラツキの小さい結果となった。繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、繊維が若干うねりながら、切り込み開口部を埋め、表面にほとんど切り込み開口部が見られず、切り込みがあったことさえ、見分けがつかない様子も実施例４と同様であるため、実施例４で得られた筒形状の繊維強化プラスチックも高力学特性を発現することが予想された。
【０１１８】
（比較例１）
実施例１と同様に、筒状の繊維強化プラスチックを連続繊維プリプレグ基材を用いて成形を試みた。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製した。こうして得たプリプレグ基材から積層体を作製する際、実施例３と同様に、図２３ａ）に示したように、プリプレグ基材の端部をずらして１６層で疑似等方（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）に平板状に積層した。プリプレグ基材は幅１８０ｍｍ、長さは膨張性マンドレルに積層体を配した際、もっとも内側（膨張性マンドレル側）に来る４５°層が２５１ｍｍ、以降、１層ごとに１ｍｍずつ長く切り出した。積層体の一方の端部で、プリプレグ基材の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記１６層の擬似等方の積層体を得た。こうして得た積層体をドライヤーで暖めながら、実施例１と同様の膨張性マンドレル（半径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンチューブ）上に巻きつけた。積層体の各層の周長差から、シワが発生したが、そのまま実施例１と同様に成形を行った。
【０１１９】
得られた繊維強化プラスチックは、簡単に脱型することができ、繊維強化プラスチックが成形型に完全に密着していなかった様子がわかった。表面はざらざらで、繊維強化プラスチックの内側にはシワも確認された。繊維が突っ張り、積層体が伸張することができず、成形型に沿わなかったことが原因と考えられた。
【０１２０】
（比較例２）
実施例１と同様に、筒状の繊維強化プラスチックをＳＭＣで成形を試みた。ＳＭＣのマトリックス樹脂としてビニルエステル樹脂（ダウ・ケミカル（株）製、デラケン７９０）を１００重量部、硬化剤としてｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート（日本油脂（株）製、パーブチルＺ）を１重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛（堺化学工業（株）製、ＳＺ−２０００）を２重量部、増粘剤として酸化マグネシウム（協和化学工業（株）製、ＭｇＯ＃４０）を４重量部用いて、それらを十分に混合撹拌し、樹脂ペーストを得た。樹脂ペーストをドクターブレードを用いて、ポリプロピレン製の離型フィルム上に塗布した。その上から、長さ２５ｍｍにカットされた炭素繊維束（引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ、１２，０００本）を単位面積あたりの重量が５００ｇ／ｍ２になるよう均一に落下、散布した。さらに、樹脂ペーストを塗布したもう一方のポリプロピレンフィルムとで樹脂ペースト側を内にして挟んだ。炭素繊維のＳＭＣシートに対する体積含有量は４０％とした。得られたシートを４０℃にて２４時間静置することにより、樹脂ペーストを十分に増粘化させて、ＳＭＣシートを得た。このＳＭＣシートを１８０ｍｍ幅に切り出し、実施例１と同様の膨張性マンドレルに巻きつけ、積層体を得た。その後は実施例１と同様に成形し、繊維強化プラスチックを得た。
【０１２１】
得られた繊維強化プラスチックはキャビティの端部まで繊維が十分に流動していた。ソリはなかったが、表面に繊維の粗密による若干のヒケが見られた。また、穴が開いているところこそないものの、一部肉厚が極端に薄いところがあり、流動性が均一でなかったことが伺えた。また、Ｖｆが４０％であることから、強度も実施例１ほどは得られないと推測された。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図３】本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。
【図４】本発明に用いる積層体の一例を示す平面図および断面図である。
【図５】本発明に用いる積層体の流動のメカニズムの一例を示す断面図である。
【図６】本発明に用いる積層体の切り込み位置関係の例を示す平面図である。
【図７】本発明に用いる積層体の伸張の様子の一例を示す平面図および断面図である。
【図８】本発明により製造された繊維強化プラスチックの一例を示す概略図である。
【図９】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図１０】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図１１】本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。
【図１２】本発明に用いる積層体の伸張の様子の一例を示す平面図および断面図である。
【図１３】本発明に用いる積層体の伸張の様子の一例を示す平面図である。
【図１４】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明に用いる膨張性マンドレルの一例を示す概略図である。
【図１６】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１７】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１８】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１９】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２０】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２１】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図２２】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２３】本発明の積層体の賦形方法の一例を示す断面図である。
【図２４】本発明に用いる切込プリプレグ基材の形態の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１：繊維長手方向
２：繊維直交方向
３：強化繊維
４：強化繊維の不連続端（切り込み）
４ａ：ａ層の切り込み
４ｂ：ｂ層の切り込み
４ｃ（４ｃ１，４ｃ２）：連続的な切り込み
４ｄ（４ｄ１，４ｄ２）：断続的な切り込み
５：互いに切り込んでいる幅
６：繊維方向に対になる切り込みの幾何中心同士の間隔Ｌ（繊維長さＬ）
７：断続的な切り込みの列
７ａ：第１の断続的な切り込みの列
７ｂ：第２の断続的な切り込みの列
７ｃ：第３の断続的な切り込みの列
７ｄ：第４の断続的な切り込みの列
８：切り込みの幾何中心
８ａ：ａ層の切り込みの幾何中心
８ｂ：ｂ層の切り込みの幾何中心
９：切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ
１０：切込プリプレグ基材
１０ａ：全面に切り込みが入れられた切込プリプレグ基材
１０ｂ：一部に切り込みが入れられた切込プリプレグ基材
１１：連続繊維基材のプリプレグ基材
１２：積層体
１３：積層体に加わる圧力
１４：樹脂の流れ
１５：強化繊維の端部の開き
１６：繊維強化プラスチック
１７：短繊維層
１８：強化繊維の存在しない領域（切り込み開口部）
１９：隣接層
２０：樹脂リッチ部
２１：層うねり
２２：繊維束端部
２３：切り込みと繊維方向のなす角度Θ
２４：強化繊維の回転
２５：膨張性マンドレル
２６：伸縮性のフィルム
２７：圧力流体
２８：成形型
２８ａ：上型
２８ｂ：下型
２９：成形型のキャビティ
３０：壺形状の底部
３１：壺形状の首部
３２：膨張性マンドレルの骨組み
３３：圧力流体の注入口
３４：バルーン
３５：積層体端部の各層オフセット
３６：切込プリプレグ基材を２層積層した基材
３７：切込みにより繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断された切込プリプレグ基材のみが積層されてなる領域（積層体の不連続部）
３８：２つの対になる繊維束分断部に囲まれた領域（短冊状の繊維束）
３９：積層体の曲げの引張側
４０：積層体の曲げの圧縮側
４１：翼形状の胴部（連続繊維プリプレグ基材配置位置）
４２：翼形状の端部（切込プリプレグ基材のみ配置）
【技術分野】
【０００１】
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、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、壺状もしくは筒状の繊維強化プラスチックおよびその製造方法に関する。かかる繊維強化プラスチックは、例えば自動車などの輸送機器、自転車などのスポーツ用具等の構造部材に特に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維と熱硬化性樹脂からなる繊維強化プラスチックは、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。
【０００３】
繊維強化プラスチックの構造としては、軽量で高い力学特性を発現させるため、その比強度、比弾性率を生かして２次元的に繊維を分散させて、しばしば特徴的な薄肉の中空構造とすることが多い。さらに、３次元状の中空構造として、特に、壺形状、筒形状は、超軽量かつ曲げ剛性の高い繊維強化プラスチックの形状である。
【０００４】
繊維強化プラスチック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熱硬化性樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することにより熱硬化性樹脂を硬化させ繊維強化プラスチックを成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。また、近年では生産効率の向上を目的として、あらかじめ部材形状に賦形した連続繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸および硬化させるＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）成形等も行われている。これらの成形法により得られた繊維強化プラスチックは、連続繊維である所以優れた力学物性を有する。また、連続繊維は規則的な配列であるため、基材の配置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い、という問題があった。
【０００５】
特に、中空構造、例えば壺形状等では、さらにこの問題は深刻であった。２つ以上にパーツを分け、個別に成形して、後で接合することで中空構造は実現できるが、パーツごとに成形し、かつアセンブルするため、コスト高となるのみならず、接合面が存在するため荷重伝達効率が低く、同じ性能を有する一体成形した中空構造の繊維強化プラスチックに比べ重量増となってしまう。
【０００６】
一方で、一体成形で中空構造を実現するためには、上下型の２型で形状を決定できず、外形を決定する型とともに、中から外型に基材を押し付ける機構が必要となってくる。
【０００７】
上述のような中空構造の繊維強化プラスチックを成形するために、例えば特許文献１のような内圧成形法が開示されている。柔軟なバッグフィルム上にプリプレグ基材を設け、外形を決定する外型内に配置し、バッグフィルム内に圧空を噴射することでバッグフィルムを膨張させ、プリプレグ基材を外型に押し付ける機構により、閉形状でも容易に成形可能としている。しかしながら、プリプレグ基材として高力学特性を期待できる連続繊維を用いた場合には、内圧が加わっても繊維方向への伸縮が極めて困難なため、複雑形状の外型には沿わない、という問題があった。
【０００８】
また、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）成形等がある。ＳＭＣ成形は、通常２５ｍｍ程度に切断したチョップドストランドに熱硬化性樹脂である熱硬化性樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたＳＭＣシートを、加熱型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シートを成形体の形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧により成形体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。
【０００９】
このＳＭＣシートを用いて閉形状の繊維強化プラスチックを得る成形法について、例えば特許文献２のような内圧成形法が開示されている。チューブを折りたたんで、その上にＳＭＣを設け、筒状の外型に配置し、チューブに内圧を加えて、ＳＭＣを外型に押し付ける機構により、中空構造でも容易に一体成形可能としている。ＳＭＣはチョップドストランドからなるため繊維の突っ張りにより伸張性が疎外されることなく、容易に外型へ形状追従することから、複雑な形状であっても同様に内圧成形可能と思われる。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、あるいはその値のバラツキが大きくなってしまう。さらには、そのチョップドストランドの分布ムラ、配向ムラにより、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ある。
【特許文献１】特開平１１−１５６９４９号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、
（Ｉ）一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経て中空構造の繊維強化プラスチックを成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を、繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さな略形状の膨張性マンドレル上に設ける賦形工程
（２）外型となる成形型内に前記積層体をマンドレルと共に配置し、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、前記マンドレルを膨張させて前記積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程
（３）前記成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程。
【００１２】
（II）少なくとも前記積層体の一部に、前記切り込みにより強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材のみが積層されている領域が形成されている、（Ｉ）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１３】
（III）前記切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが前記切り込みにより分断されており、前記切り込みにより分断されている繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内である、（Ｉ）または（II）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１４】
（IV）前記切込プリプレグ基材の切り込みが直線状であり、かつ、該切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍであり、断続的かつ周期的に全面にわたって配置されている、（Ｉ）〜（III）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１５】
（Ｖ）前記切込プリプレグ基材が２層以上連続して隣接し、該２層以上の層のうち隣接する任意の２層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切り込みの幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切り込みの幾何中心とも５ｍｍ以上離れる様に積層する、（Ｉ）〜（IV）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１６】
（VI）前記切り込みが繊維直交方向から傾いている、（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１７】
（VII）前記切り込みが強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内である、（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１８】
（VIII）前記積層体が前記切込プリプレグ基材のみから構成される、（Ｉ）〜（VII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００１９】
（IX）前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を前記膨張性マンドレル上に順次賦形して形成する、（Ｉ）〜（VIII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２０】
（Ｘ）前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を平板状に積層して形成する、（Ｉ）〜（VIII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２１】
（XI）前記（２）の成形工程において、積層体の少なくとも１箇所以上を成形型に押し付けて固定した後に、前記膨張性マンドレルを膨張させる、（Ｉ）〜（Ｘ）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２２】
（XII）前記マンドレルが、筒形状に担持する骨組みと該骨組みの周りに配された伸縮性のフィルムからなり、前記（１）の賦形工程において、前記積層体を筒形状に賦形し、前記（２）の成形工程において、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、前記成形型内にて前記膨張性マンドレルに圧空を流入して前記フィルムを膨張させる、（Ｉ）〜（XI）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２３】
（XIII）前記（２）の成形工程において、前記膨張性マンドレルが閉空間を有する中空のバルーンであり、かつ、成形型のキャビティを大気圧より低い圧力に減圧してから前記マンドレルを膨張させる、（Ｉ）〜（XI）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２４】
（XIV）前記（２）の成形工程において、前記積層体を加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後前記膨張性マンドレルを膨張させて前記積層体を伸長させると同時、もしくは直後に前記マンドレルごと前記積層体に曲げを加えて成形型に押し付ける、（Ｉ）〜（XIII）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２５】
（XV）前記（２）の成形工程における成形型の温度Ｔ１と、前記（３）の脱型工程における成形型の温度Ｔ２とを実質的に一定とする、（Ｉ）〜（XIV）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２６】
（XVI）前記型温度Ｔ１およびＴ２が、熱硬化性樹脂のＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐに対して、
Ｔｐ−６０≦Ｔ１、Ｔ２≦Ｔｐ＋２０ ・・・（Ｉ）
の範囲内に設定する、（XV）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【００２７】
（XVII）前記熱硬化性樹脂のＤＭＡに拠る最低粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである、（XV）または（XVI）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明者らは、良好な流動性、複雑な形状の成形追従性を有し、繊維強化プラスチックとした場合、優れた力学特性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を発現する、中空構造の繊維強化プラスチックおよびその製造方法について、鋭意検討し、一方向に引き揃えられた炭素繊維と熱硬化性樹脂から構成されるプリプレグ基材という特定の基材に特定の切り込みパターンを挿入した切込プリプレグ基材を用い、該切込プリプレグ基材を特殊なマンドレル上に積層して積層体を得、外形上を決定する成形型内に配置した後、該マンドレルを膨張させて該積層体を伸長させ成形型に押し付けて硬化させて、中空構造の繊維強化プラスチックを一体成形することにより、かかる課題を一挙に解決することを究明したのである。
【００３０】
なお、本発明において、“中空“とは、壺形状、筒形状のような、実質的に内部空間を有する形状を意味する。その内部空間の形状には特に制限はなく、例えば内部にリブやボスなどがあってもよく、さらに間仕切りなどでいくつかの空間に分けられていてもよく、内部空間と外部空間を繋ぐ開口部を設けてもよい。本発明において、壺形状とは内部空間に外部からアクセスする口が一つである形状を指し、筒形状とは内部空間に外部からアクセスする口が二つ以上ある形状を指す。
【００３１】
また、本明細書では、特に断らない限り、繊維あるいは繊維を含む用語（例えば“繊維方向”等）において、繊維とは強化繊維を表すものとする。また、本発明で用いられるプリプレグ基材には、一方向に引き揃えられた強化繊維や強化繊維基材に樹脂が完全に含浸した基材に加え、樹脂シートが繊維間に完全に含浸していない状態で一体化した樹脂半含浸基材（セミプレグ：以下、半含浸プリプレグと称することもある。）を含むものとする。
【００３２】
本発明で用いられる切込プリプレグ基材は、一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断しているものを指す。切込プリプレグ基材上において強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断されている領域は、成形時に伸長することができる領域に対応している。したがって、複雑形状の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、凹凸部に対応する領域の積層体は、切込プリプレグ基材において切り込みによって強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断されている領域が積層されてなるものであることが好ましい。
【００３３】
本発明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ているので、繊維方向の配向制御により任意の力学物性を有する成形体の設計が可能となる。加えて、繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の繊維を１００ｍｍ以下の長さに分断することによって、成形時に繊維が流動可能、特に繊維長手方向にも流動可能となり、複雑な形状の成形追従性にも優れる。該切り込みがない場合、すなわち連続繊維のみの場合、繊維長手方向には流動しないため、複雑形状を形成することは出来ない。一方、繊維長さを１０ｍｍ未満にすると、さらに流動性が向上するが、他の要件を満たしても構造材として必要な高力学特性は得られない。流動性と力学特性との関係を鑑みると、繊維長さが１０〜１００ｍｍである必要があり、さらに好ましくは２０〜６０ｍｍの範囲内である。
【００３４】
図５に切込プリプレグ基材の流動のメカニズムの例を示した。図５ａ）のとおり、９０°のプリプレグ基材に０°の切込プリプレグ基材が挟まれた積層体１２の上から圧力１３が加わり成形する際、図５ｂ）のように、圧力で押し出された樹脂が９０°方向に流れ１４を作り、その流れに従って強化繊維の端部の開き１５が起こる。すなわち、一方向に引き揃えられた繊維からなるプリプレグ基材に切り込みを設け、少なくとも一部の強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さである切込プリプレグ基材を積層することではじめて、繊維長手方向への流動が可能となり、複雑な形状の成形追従性が生まれる。
【００３５】
このように繊維の流動は樹脂の流れに起因するものであるため、適性のＶｆ（繊維体積含有率）であることが好ましい。すなわち、Ｖｆは６５％以下で十分な流動性が得られるようになり好ましい。また、Ｖｆが低いほど流動性は向上するが、Ｖｆが４５％を下回ると、構造材に必要な高力学特性が得られなくなる可能性があるので、Ｖｆは４５％以上であることが好ましい。流動性と力学特性との関係を鑑みると、さらに好ましくは５５〜６０％の範囲内である。
【００３６】
本発明では、上記切込プリプレグ基材を用いて、中空構造の繊維強化プラスチックを成形するにあたり、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経ることが必要である。
（１）切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を、繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さな略形状の膨張性マンドレル上に設ける賦形工程
（２）外型となる成形型内に積層体をマンドレルと共に配置し、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、マンドレルを膨張させて積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程
（３）成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程。
【００３７】
例えば、壺形状の中空構造の繊維強化プラスチックを製造するに当たり、まず、最終形状の繊維強化プラスチック１６（図１ｃ））よりも小さな略形状の膨張性マンドレル２５（なお、図１ａ）に示したのは圧力流体を中に注入することで容易に膨張する袋２６）を用意して、その膨張性マンドレル上に上記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体１２を設ける。すなわち、膨張させる前の膨張性マンドレルは、最終的に得られる繊維強化プラスチックの略形状であり、かつ、該繊維強化プラスチックよりも小さいものであることを必須とする。ここで言う略形状とは、得られる繊維強化プラスチックの形状を単純にした形状であって、凹凸の数が少なくなったり、起伏が少なくなったりした形状を指す。もっとも単純化した形態のひとつが円筒形状である。
【００３８】
一般的に、プリプレグ基材は、賦形の際、複雑形状に沿いにくい。したがって、簡単な形状、究極的には円筒形状に巻きつけただけの積層体を用いて複雑形状の繊維強化プラスチックを得ることができるメリットは非常に大きい。すなわち、本発明に用いられる切込プリプレグ基材の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断した領域は、成形時に伸張することができるため、繊維強化プラスチックの形状通りに賦形しておかなくてもよい。また、従来の積層体は成形後の繊維強化プラスチックに比べ嵩高となるため、成形後の繊維強化プラスチックの外形を決定する成形型内に積層体を配することは困難であり、さらに、無理に積層体を成形型内に配置すると、型に収まりきらない積層体がはみ出して、型間にバリや繊維噛み込みが発生したり、樹脂リッチ部や繊維乱れの発生により表面品位が低下したりする原因となっていた。他方、本発明の場合、積層体は最終形状よりも小さくてよいため、型内への搬入や型締めが容易になり、バリ発生などの問題が一気に解消されるのである。
【００３９】
本発明で用いられる膨張性のマンドレルとしては、加熱により熱膨張するシリコンラバー等の固形物や、中身を注入することで膨張するシリコンラバーやＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ等の袋状体などが例示される。膨張性のマンドレルに注入する中身としては、圧空や熱媒などの流体や、ビーズなどの粒状体がよく、脱型時に簡単に取り出すことができるものがよい。また、型全体を真空引きして、空気の入った膨張性マンドレルの袋を差圧で膨張させる方法も好ましく用いられる。
【００４０】
本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法では、膨張性マンドレル上に積層体を設けた後、外型となる成形型内にマンドレルごと積層体を成形型内に配置し、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、積層体の内側にあるマンドレルを膨張させて積層体の繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断されている領域を伸張して成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする。積層体は繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さいため、簡単に型に配置することができる。また、積層体の搬入口が小さい場合でも、成形時に型開けを省略して、積層体を膨張性マンドレルごと折りたたむなどして配置してもよい。さらには、積層体を繊維強化プラスチックの最終形状よりも幅を大きく用意した後、本発明の前工程として、積層体を膨張性マンドレルごと加熱・軟化させておき、一方向に引き延ばしながら幅方向を絞って型に合うように予備賦形してもよい。本発明に用いられる成形型は繊維強化プラスチックが成形後に抜き取れさえすれば、一型でも、上型と下型といったように両面型でも、さらに複雑形状に対応した３つ以上の型からなる分割型でもよい。図１ｂ）の例は、膨張性マンドレル２５内に圧力流体を注入して膨張性マンドレル２５を膨張させ、その周りに設けられた積層体１２を伸張させながら型に押し付けて成形する様子を示している。
【００４１】
繊維強化プラスチックの硬化が終わった後、もしくは脱型可能な程度硬化した後、成形型から繊維強化プラスチックを取り出す。繊維強化プラスチックを取り出した後、別のオーブンに入れ、後硬化させてもよい。この脱型工程では、成形型から繊維強化プラスチックを膨張性マンドレルと共に取り出し、しかる後に繊維強化プラスチックから膨張性マンドレルを取り除いてもよいし、膨張性マンドレルの材質や形態によっては、そのまま繊維強化プラスチックと一体化したまま最終製品としてもよい。また、成形型内で繊維強化プラスチックから膨張性マンドレルを除いた後、成形型から繊維強化プラスチックを取り出してもよい。膨張性マンドレルを繊維強化プラスチックから取り除く方法としては、その方法に特に制限は無い（例えば、力まかせに引き抜く方法を採用しても良い）が、例えば、圧力流体で内圧を加えて膨張させる袋状体の場合は、真空引きなどにより減圧することで膨張性マンドレルを収縮させることにより、膨張性マンドレルを繊維強化プラスチックから容易に取り外すことができる。
【００４２】
このようにして、本発明によれば、高力学特性を有する中空構造の繊維強化プラスチックを容易に製造することが可能である。なお、本発明は繊維強化プラスチックの形状が複雑形状であっても製造できることに特徴があるが、本発明は、膨張性マンドレルの性質上、形状の追従が容易な、大きなコーナー部を有する流線形状の繊維強化プラスチックの製造に特に適している。
【００４３】
さらに好ましくは、図４に示すように、少なくとも積層体の一部が、切り込みにより繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断された切込プリプレグ基材のみが積層されてなる領域３７があるのが良い。すなわち、領域３７では積層体の厚み方向に、実質的に１０〜１００ｍｍの繊維のみからなる、切込プリプレグ基材のみが積層されている。ここで”実質的に１０〜１００ｍｍの繊維のみからなる”とは該領域に含まれる強化繊維本数のうち９５％以上が１０〜１００ｍｍに分断されていることを言う。該領域を以下、積層体の不連続部と称す。
【００４４】
複雑形状を有する繊維強化プラスチックを成形するにあたり、複雑形状に対応する積層体の領域が不連続部であることで、成形時に容易に伸張することができ、複雑系状に沿わせることができる。図４ａ）、ｂ）はそれぞれの積層体の一部に不連続部を有した例を示しており、それぞれ上図は平面図、下図はＡ−Ａ断面の断面図を示す。図４ａ）は全面に切り込みを入れられた切込プリプレグ基材１０ａを５層積層した上に、切込プリプレグ基材１０ａより小さな連続繊維からなるプリプレグ基材１１を１層表層に積層した例を示す。連続繊維からなるプリプレグ基材１１に覆われていない領域３７が不連続部にあたる。なお、連続繊維からなるプリプレグ基材としては、一方向に連続繊維を引き揃えたプリプレグ基材や織物のプリプレグ基材などが考えられる。図４ｂ）は一部に切り込みを入れられた切込プリプレグ基材１０ｂを５層積層した積層体１２で、積層された切込プリプレグ基材１０ｂはすべて図４ｂ）の上図のように左端の領域にのみ切り込みが入れられている例を示す。各切込プリプレグ基材１０ｂの切り込みが入れられている領域が重なって積層されている領域３７が不連続部にあたる。こうして得られた繊維強化プラスチックは、少なくとも強化繊維プラスチックの一部の領域に含まれるすべての強化繊維の繊維長さＬｃが１０〜１００ｍｍの範囲内である、という特徴を有する。
【００４５】
さらに好ましくは、切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが前記切り込みにより分断されており、前記切り込みにより分断されている繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内である。切込プリプレグ基材の全てが繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、最終的に製造される繊維強化プラスチックの形状を考慮することなく、切込プリプレグ基材や積層体を製造することができるため、設計、作業効率の面で大きなメリットがある。また、積層時にトラップされた空気が厚み方向に切り込みを通じて脱気しやすく、ボイドが発生しにくく、高力学特性が期待できる。なお、本発明において“強化繊維の全てが前記切り込みにより分断され”ているとは、プリプレグ基材に含まれる強化繊維本数のうち９５％以上が１０〜１００ｍｍに分断されていることを言う。
【００４６】
好ましい切込プリプレグ基材の切り込みの形態の一つとして、切り込みが直線状であり、かつ、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍであり、断続的かつ周期的に全面にわたって配置されている切込プリプレグ基材が挙げられる。切り込みが連続的ではなく断続的に入っていることで、切込プリプレグ基材が切り込みによりばらばらになることなく、積層時などの取り扱い性に優れる。また、周期的に切り込みが配置することで、切り込みの位置を制御することができ、物性を制御することができる。ここで、“切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ”とは図２に示すとおり、切り込み４を強化繊維３の垂直方向（繊維直交方向２）を投影面として、切り込み４から該投影面に垂直（繊維長手方向１）に投影した際の長さ９を指す。また、切り込みが“全面にわたって配置されている”とは、切込プリプレグ基材全面に含まれる強化繊維をすべて１０〜１００ｍｍの長さに分断する切り込みを設けることを意味する。
【００４７】
切り込みにより生成された繊維束端部は、繊維強化プラスチックに荷重が加わったときに応力集中が起こり、破壊の起点となる可能性が高い。したがって、切り込みが小さい方が強度上有利である。Ｗｓは分断する強化繊維の量を示す指標であり、Ｗｓが１００ｍｍ以下の場合には強度が大きく向上する。しかしながら、Ｗｓが３０μｍより小さくとなると、切り込みの制御が難しくなる場合があり、強化繊維の不連続部全体に渡ってＬが１０〜１００ｍｍとなるよう、保障することが難しくなることがある。すなわち、切り込みにより切断されていない繊維が複雑形状に沿うことを期待されている不連続部中に存在すると、繊維が突っ張り流動性は著しく低下することがあるが、長めに切り込みを入れるとＬが１０ｍｍを下回る領域が多くなってしまい設計値より低い強度となってしまうことがある、という問題点がある。逆にＷｓが１００ｍｍより大きいときにはほぼ強度が一定に落ち着く。すなわち、繊維束端部がある一定以上に大きくなると、破壊が始まる荷重がほぼ同等となる。さらに好ましくは、Ｗｓが１．５ｍｍ以下であるときに、強度向上が著しい。すなわち、簡易な装置で切り込みを挿入することができるという観点からは、Ｗｓは１〜１００ｍｍであることが好ましく、一方、切り込みの制御のしやすさと力学特性との関係を鑑みると、Ｗｓは３０μｍ〜１．５ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍ〜１ｍｍの範囲内である。
【００４８】
以下、好ましい切り込みパターンの一例を、図２を用いて説明する。
【００４９】
強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材上に制御されて整列した切り込み４を複数入れる。繊維長手方向１の対になる切り込み同士で繊維が分断され、その間隔６を１０〜１００ｍｍとすることで、プリプレグ基材上の強化繊維の繊維長さＬを実質的に１０〜１００ｍｍにすることができる。
【００５０】
図２では繊維長さＬと切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓがいずれも一種類である例を示している。第１の断続的な切り込みからなる列７ａと、第３の断続的な切り込みからなる列７ｃは繊維長手方向１にＬ平行移動することで重ねることができ、また、第２の断続的な切り込みからなる列７ｂと、第４の断続的な切り込みからなる列７ｄは繊維長手方向１にＬ平行移動することで重ねることができる。また、第１、第２の切り込みの列と第３、第４の切り込みの列に互いに切り込まれた繊維があり、繊維長さＬ以下に切り込まれた幅５が存在することによって、安定的に繊維長さを１００ｍｍ以下で切込プリプレグ基材を製造できる。切り込みのパターンとしては図３のａ）〜ｆ）にいくつか例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。図３において、強化繊維の配列の図示は省略されているが、強化繊維の配列方向は、図３において上下方向である。図３のａ）、ｂ）あるいはｃ）は、切り込みが繊維直交方向２に入っている態様、図３のｄ）、ｅ）あるいはｆ）は、切り込みが繊維直交方向２から傾いている様態を示している。対になる切り込み以外の切り込みに分断される繊維の中には、前記繊維長さより短い繊維も存在するが、かかる繊維は本発明で規定する繊維長さＬを有する繊維には含まない。そして、そのような１０ｍｍ以下の繊維は少なければ少ないほどよい。
【００５１】
図５でも説明したとおり、本発明に用いられる切込プリプレグ基材は、９０°方向への樹脂の流動が繊維を動かす原動力であるため、繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグ基材を２層以上異なる繊維方向に積層すると、繊維長手方向への流動性が発現する。したがって、切込プリプレグ基材に隣接する層は一方向に強化繊維が配向したプリプレグ基材（本発明に係る切込プリプレグ基材を含む）であり、切込プリプレグ基材とは異なる繊維方向に積層されているのがよい。やむを得ず同一繊維方向の切込プリプレグ基材を隣接して積層する際には、切り込みが重ならないように積層するのがよい。またこれら切込プリプレグ基材の層間に樹脂フィルム等を積層し、流動性を向上させてもよい。また流動しなくてもよい領域には連続繊維基材を配し、さらにその領域の力学特性を向上させることもできる。形状によっては切り込みのない一方向プリプレグ基材と本発明に係る切込プリプレグ基材を積層して用いることもできる。例えば、一様断面形状の筒状体ならば、形状変化のない方向に連続繊維を配しても、流動性に問題はない。
【００５２】
層同士で繊維方向が異なると、層ごとの流動方向、距離に違いが生じるが、層間が滑ることで変位差を吸収できる。すなわち、繊維体積含有率Ｖｆが４５〜６５％と高くても、本発明に用いる積層体は層間に樹脂を偏在させることができる構成のため、高い流動性を発現することができる。ＳＭＣの場合、ランダムに分散したチョップドストランド同士で流動性が異なり、互いに違う方向に流動しようとするが、繊維同士が干渉して流動しにくく、最大でＶｆが４０％程度までしか流動性を確保することができない。すなわち、本発明に用いる積層体は力学特性を向上することができる高Ｖｆの構成であっても高い流動性を発現できる、という特徴を有する。また、本流動性の特長により、得られた繊維強化プラスチックは、複雑形状であっても積層構造を保つことができ、高い弾性率や強度が発現し、強度ばらつきが低減し、さらに衝撃特性も大きく向上する。その他、織物基材等の連続繊維基材と切込プリプレグ基材のハイブリッド積層体において、切込プリプレグ基材が複雑形状に追従しても連続繊維基材と切込プリプレグ基材の層間が滑ることで、連続繊維基材も無理なくある程度の形状には追従可能となる。
【００５３】
さらに好ましくは、切込プリプレグ基材が２層以上連続して隣接し、該２層以上の層のうち隣接する任意の２層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切り込みの幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切り込みの幾何中心とも５ｍｍ以上離れる様に積層するのがよい。隣接する切込プリプレグ基材の切り込みの幾何中心同士が離れているのは、２つの意味で重要である。一つ目は、成形時に積層体が伸張される際、切り込み同士がつながっていると、そこから裂け易く、本発明の中空成形が失敗してしまうことがあるからである。また、成形時に裂けなくても、切り込みの幾何中心同士が近い領域では繊維含有率が低くなり、肉厚が減ってしまうなどの、品質に影響を与えてしまう可能性がある。二つ目は、繊維強化プラスチックとなった際、切り込みによって分断された強化繊維束端部は、いわゆる応力集中点のため、破壊の起点となりやすいが、切り込み同士がつながっていると、容易にクラックがつながりやすく、強度が低くなる場合がある。図６に、積層された切込プリプレグ基材の２層の関係を図示したが、１層目の切り込み４ａと２層目の切り込み４ｂの内、最近接の切り込みの幾何中心８同士が図６ｂ）〜ｄ）のように離れており、好ましくは５ｍｍ以上離れていれば、成形時の懸念点も、物性面の懸念点も問題なくクリアできるが、図６ａ）のように、５ｍｍより近づくと、問題が起こってくることがある。なお、ここで言う“幾何中心”とは、そのまわりで一次モーメントが０であるような点であり、切り込み上の点ｘに対して、幾何中心点ｇが次のような式が成り立つ。
【００５４】
【数１】
【００５５】
本発明に係る切込プリプレグ基材を得るためにプリプレグ基材に切り込みを入れる方法としては、まず一方向に引き揃えられた連続繊維のプリプレグ基材を作製し、その後カッターを用いての手作業や裁断機により切り込みを入れる方法、あるいは一方向に引き揃えられた連続繊維のプリプレグ基材製造工程において所定の位置に刃を配置した回転ローラーを連続的に押し当てたり、多層にプリプレグ基材を重ねて所定の位置に刃を配置した型で押し切ったりする等の方法がある。成形現場等で簡易にプリプレグ基材の一部に切り込みを入れる場合には前者が、生産効率を考慮し大量に切込プリプレグ基材を作製する場合、特に全面に切り込みを入れる場合には後者が適している。回転ローラーを用いる場合には、直接ローラーを削りだして所定の刃を設けてもよいが、マグネットローラーなどに平板を削りだして所定の位置に刃を配置したシート状の型を巻きつけることにより、刃の取りかえが容易で好ましい。このような回転ローラーを用いることで、Ｗｓの小さな（具体的には１ｍｍ以下であっても）切込プリプレグ基材でも良好に切り込みを挿入することができる。切り込みを入れた後、さらに、切込プリプレグ基材をローラー等で熱圧着することで、切り込み部に樹脂が充填、融着することにより、取り扱い性を向上させてもよい。
【００５６】
このようにして得られた切込プリプレグ基材の一例を本発明により成形して得た繊維強化プラスチックの特徴を図７を用いて説明する。切り込み４が繊維３を９０°方向に横切っている切込プリプレグ基材１０を積層した積層体１２の一部をａ）、その積層体１２を成形した繊維強化プラスチック１６の等方的に伸張した一部をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材１０由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。図７ａ）の切込プリプレグ基材１０は、図３ａ）〜ｃ）のように、繊維に垂直な切り込みを全面に設けられており、切り込み４は層の厚み方向に貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、プレス成形などにより、容易に積層体１２より面積が伸長した繊維強化プラスチック１６を得ることができる（ただし、厚みは減る）。図７ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック１６を得た際、切込プリプレグ基材１０由来の短繊維層１７は、繊維垂直方向に伸長すると共に、繊維が存在しない領域（切り込み開口部）１８が生成される。これは一般的に強化繊維が成形程度の圧力では伸長しないためであり、図７のケースでは、伸張した長さ分だけ切り込み開口部１８が生成される。この領域１８は断面図に示すとおり、隣接層１９が侵入してきて、略三角形の樹脂リッチ部２０と隣接層１９が侵入している領域とで占められる。例えば、繊維強化プラスチックの表面に、全面に切り込みを入れた切込プリプレグ基材が配されている場合、図８のように、壺形状ａ）、筒形状ｂ）それぞれについて、繊維が流動した領域では積層体切り込み開口部１８が観察される、という特徴がある。さらに好ましくは、繊維強化プラスチックを構成する層すべてが、繊維長さＬｃが１０〜１００ｍｍの範囲内であり、幅Ｗｓｃが３０μｍ〜１５０ｍｍの短冊状の集合体から構成されることである。本発明において、図７の点線で囲まれた領域３８に示したように、２つの対になる繊維束分断部２２に囲まれた領域を短冊状と表現する。切込プリプレグ基材の切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓに対して、成形後の繊維垂直方向の広がり幅である短冊状の幅Ｗｓｃは、成形により最大５０％程度まで伸張されることが予想されるため、Ｗｓｃは３０μｍ〜１５０ｍｍの範囲となる。
【００５７】
図３ａ）〜ｃ）のように切り込みが繊維に垂直な切込プリプレグ基材以外の本発明に好適に用いられる切込プリプレグ基材としては、図３ｄ）〜ｆ）に示すように、切り込みが繊維直交方向２から傾いているのがよい。工業的に回転ローラー等で切り込みを入れる際、繊維方向に供給されたプリプレグ基材に繊維直交方向２に切り込みを入れようとすると、繊維を一気に分断する必要があり、大きな力が必要な他、刃の耐久性が低くなり、また繊維が直交方向２に逃げやすく、繊維の切り残りが増える。一方、切り込みが繊維直交方向２から傾いていることにより、刃の単位長さあたり裁断する繊維量が減少し、小さな力で繊維を裁断でき、刃の耐久性が高く、繊維の切り残り少なくできる。さらに、切り込みが繊維直交方向２から傾いていることにより、切り込み長さに対して、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを小さくすることができ、一つ一つの切り込みにより分断される繊維量が減ることにより、強度向上が見込まれる。繊維直交方向２に切り込みを入れる場合には、Ｗｓを小さくするために、小さな刃を用意するのが好ましいが、小さくし過ぎると耐久性、加工性に問題が生じる可能性がある。
【００５８】
さらに別の切込プリプレグ基材の好ましい形態としては、切り込みが強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内である切込プリプレグ基材が挙げられる。この切込プリプレグ基材の場合は、断続的な切り込みであって、かつ切り込みが強化繊維となす角度Θが小さい、図１０のような切り込みでもよいし、図９に示すような連続的な切り込みでも良い。Θの絶対値が２５°より大きくても流動性は得ることができ、従来のＳＭＣ等と比較して高い力学特性は得ることができるが、特にΘの絶対値が２５°以下であることで力学特性の向上が著しい。一方、Θの絶対値は２°より小さくても流動性も力学特性も十分得ることが出来るが、切り込みを安定して入れることが難しくなる。すなわち、繊維に対して切り込みが寝てくると、切り込みを入れる際、繊維が刃から逃げやすく、また、繊維長さＬを１００ｍｍ以下とするためには、Θの絶対値が２°より小さいと少なくとも切り込み同士の最短距離が０．９ｍｍより小さくなるなど、生産安定性に欠ける場合がある。また、このように切り込み同士の距離が小さいと積層時の取り扱い性が難しくなるという問題が生じることがある。切り込みの制御のしやすさと力学特性との関係に鑑みると、さらに好ましくは５〜１５°の範囲内である。
【００５９】
切り込みは図１１ｃ）のように曲線でも構わないが、直線状が流動性をコントロールしやすく好ましい。また、切り込みにより分断される強化繊維の長さＬは図１１ｂ）のように一定でなくてもよいが、図１１ａ）のように繊維長さＬが全面で一定であると流動性をコントロールしやすく、強度ばらつきをさらに押さえることができるため好ましい。なお、ここで規定の直線状とは、幾何学上の直線の一部をなしている状態を意味するが、前記流動性のコントロールを容易するという効果を損なわない限り、前記幾何学上の直線の一部をなしていない箇所があっても差支えが無く、その結果、繊維長さＬが全面で一定とはならない箇所があっても（この場合、繊維長さＬが実質的に全面で一定であると言えるので）差支えが無い。
【００６０】
好ましい例［１］としては、図９や図１１ａ）〜ｃ）のように、切り込み４ｃが連続して入れられているのがよい。例［１］のパターンでは、切り込み４ｃが断続的でないため、切り込み端部付近での流動乱れが起きず、切り込み４ｃを入れた領域では、すべての繊維長さＬを一定とすることができ、流動が安定している。切り込みをプリプレグ基材全面に設ける場合、切り込み４ｃが連続的に入れられているため、切込プリプレグ基材１０がばらばらになってしまうのを防ぐ目的で、切込プリプレグ基材の周辺部に切り込みがつながっていない領域を設けたり、切り込みの入っていないシート状の離型紙やフィルムなどの支持体で把持することで、取り扱い性を向上させることができる。また、積層時の取り扱い性を向上するために、図２４のようにあらかじめ切り込みを連続的に入れた上記切込プリプレグ基材を切り込みが重ならないように２枚重ねて積層した２層積層体としてもよい。
【００６１】
また、他の好ましい例［２］としては、図１０に示すように、強化繊維の垂直方向に投影した長さ９をＷｓとするとＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍの範囲内である断続的な切り込み４ｄが切込プリプレグ基材１０全面に設けられており、切り込み４ｄ１と前記切り込み４ｄ１の繊維長手方向に隣接した切り込み４ｄ２の幾何形状が同一であるとよい。図１０では、ＬとＷｓがいずれも一種類である例を示している。いずれの切り込み４ｄ（例えば４ｄ１）も繊維方向に平行移動することで重なる他の切り込み４ｄ（例えば４ｄ２）がある。前記繊維方向の対になる切り込み４ｄ同士により分断される繊維長さＬよりさらに短い繊維長さで隣接する切り込みにより分断され繊維が分断される幅５が存在することによって、安定的に繊維長さを１００ｍｍ以下で切込プリプレグ基材１０を製造できる。例［２］のパターンでは、得られた切込プリプレグ基材１０を積層する際、切り込みが断続的なため取り扱い性に優れる。図１１ｄ）、ｅ）にはその他のパターンも例示したが、上記条件を満たせばどのようなパターンでも構わない。
【００６２】
このようにして得られた好ましい例［１］の切込プリプレグ基材を本発明により成形して得られた繊維強化プラスチックの特徴を、図１２を用いて説明する。本発明に係る切込プリプレグ基材１０を積層した積層体１２の一部をａ）、その積層体１２を成形した繊維強化プラスチック１６の等方的に伸張した一部をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材１０由来の層をクローズアップした平面図と平面図のＡ−Ａ断面を切り出した断面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材１０は、繊維３との角度が２５°以下の切り込み４ｃを全面に設けられており、切り込み４ｃは層の厚み方向を貫いている。繊維長さＬを１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体１２より面積が伸長した繊維強化プラスチック１６を得ることが出来る。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック１６を得た際、切込プリプレグ基材１０由来の短繊維層１７は、繊維垂直方向に伸長すると共に、繊維３自体が回転２４して伸長領域の面積を稼ぐため、図７のように繊維が存在しない領域（切り込み開口部）１８が実質的に生成せず、切り込み開口部の層の表面における面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内である。従って、断面図からも分かるとおり、隣接層１９が侵入することもなく、層のうねりや樹脂リッチ部のない高剛性、高強度で品位の高い繊維強化プラスチック１６を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維３が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この繊維が回転して伸長し、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るというさらなる画期的効果は、切り込みの繊維となす角度Θの絶対値が２５°以下であることで初めて得ることができる。また、強度の面では、前述と同様に荷重方向から±１０°以下程度に向いている繊維に注目すると、図１２ｂ）のように、繊維束端部２２が荷重方向に対して寝てきている様子がわかる。繊維束端部２２が層厚み方向に斜めとなっているため、荷重の伝達がスムーズであり、繊維束端部２２からの剥離も起こりにくい。従って、図７に比べさらなる強度向上が見込まれる。この繊維束端部２２が層厚み方向に斜めとなるのは上述の繊維が回転する際、上面と下面の摩擦により上面から下面で繊維３の回転２４になだらかな分布があるためで、そのため、層厚み方向に繊維３の存在分布が発生し、繊維束端部２２が層厚み方向に斜めとなったと考えられる。このような繊維強化プラスチック１６の層内で層厚み方向に斜めの繊維束端部を形成し、強度を著しく向上するというさらなる画期的効果は、切り込み４ｃの繊維３となす角度Θの絶対値が２５°以下であることで初めて得ることができる。
【００６３】
一方、図１３には、好ましい例［２］の切込プリプレグ基材１０を積層した積層体１２の一部をａ）、その積層体１２を成形した繊維強化プラスチック１６の等方的に伸張した一部をｂ）に、それぞれ切込プリプレグ基材１０由来の層をクローズアップした平面図を示した。ａ）に示すとおり、切込プリプレグ基材１０は、繊維３となす角度Θの絶対値が２５°以下の断続的な切り込み４ｄが全面に設けられており、切り込み４ｄは層の厚み方向を貫いている。切り込み４ｄにより繊維長さＬを切込プリプレグ基材１０の全面で１００ｍｍ以下とすることで、流動性が確保され、容易に積層体１２より面積が伸長した繊維強化プラスチック１６とすることができる。切り込み長さ、切り込み角度を小さくすることにより、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることができる。ｂ）のように、伸長した繊維強化プラスチック１６を得た際、切込プリプレグ基材１０由来の短繊維層１７は、繊維垂直方向に伸長する際、繊維方向に繊維が伸張しないため、繊維が存在しない領域（切り込み開口部）１８が生成されるが、隣接する短繊維群が繊維垂直方向に流動することで、切り込み開口部１８を埋め、切り込み開口部１８の面積が小さくなる。この傾向は特に、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで顕著となり、実質的に切り込み開口部１８が生成せず、切り込み開口部１８の層の表面における面積が層の表面積と比較して０．１〜１０％の範囲内とすることができる。従って、厚み方向に隣接層が侵入することもなく、層のうねりや樹脂リッチ部のない高剛性、高強度で品位の高い繊維強化プラスチック１６を得ることが出来る。面内全体にくまなく繊維３が配されているため、面内での剛性差がなく、設計も従来の連続繊維強化プラスチックと同様、簡易に適用できる。この切り込み開口部１８を繊維垂直方向の流動により埋め、層うねりのない繊維強化プラスチックを得るという画期的効果は切り込み角度Θの絶対値が２５°以下であり、かつ切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを１．５ｍｍ以下とすることで初めて得ることができる。さらに好ましくはＷｓが１ｍｍ以下であることにより、より高剛性、高強度、高品位とすることができ、外板部材としての適用も可能となる。
【００６４】
さらに、積層体が切込プリプレグ基材のみから構成されるのが、流動性向上のために好ましい。さらに好ましくは、積層体が切込プリプレグ基材のみから構成され、かつ、その切込プリプレグ基材の全面が繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内で分断されていることである。形状に合わせて切り込みを入れるのは、設計、作業の面で非常に手間がかかりやすいため、品質安定性のためにも、全面に切り込みを入れ、積層体のどの領域が複雑形状にあたっても沿いやすくしておくことが好ましい。
【００６５】
本発明に係る切込プリプレグ基材に用いられる強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、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、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維は、これら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適である。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
【００６６】
本発明に係る切込プリプレグ基材に用いられるマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、切込プリプレグ基材は室温においてタック性を有しているため、該基材を積層した際に上下の該基材と粘着により一体化され、意図したとおりの積層構成を保ったままで成形することができる。特に、凹凸部を有する型で成形する際にも積層体の形状を保つことができ、好ましい。なお、本発明において、かかる目的が達成される限りにおいて、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂（例えば、４０重量％以下）が含まれていても差し支えはない。
【００６７】
さらに、熱硬化性樹脂から構成される本発明に係る切込プリプレグ基材は、室温において優れたドレープ性を有するため、例えば、凹凸部を有する型を用いて成形する場合、予めその凹凸に沿わした予備賦形を容易に行うことが出来る。この予備賦形により成形性は向上し、流動の制御も容易になる。
【００６８】
また、本発明に係る切込プリプレグ基材はテープ状支持体に密着されていてもよい。切り込みが挿入された基材は、全ての繊維が切り込みにより切断されてもその形態を保持することが可能となり、賦形時に繊維が脱落してバラバラになってしまうという問題はない。マトリックス樹脂がタック性を有する熱硬化性樹脂であるとさらに好ましい。ここで、テープ状支持体とは、クラフト紙などの紙類やポリエチレン・ポリプロピレンなどのポリマーフィルム類、アルミなどの金属箔類などが挙げられ、さらに樹脂との離型性を得るために、シリコーン系や“テフロン（登録商標）”系の離型剤や金属蒸着等を表面に付与しても構わない。
【００６９】
さらに好ましくは熱硬化性樹脂の中でも、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等や、それらの混合樹脂がよい。これらの樹脂の常温（２５℃）における樹脂粘度としては、１×１０６Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、この範囲内であれば本発明に好適なタック性およびドレープ性を有するプリプレグ基材を得ることができる。中でもエポキシ樹脂は炭素繊維と組み合わせて得られる強化繊維複合材料としての力学特性に最も優れている。
【００７０】
さらに好ましい製造方法の具体例を、図を用いて説明していく。
【００７１】
（１）の賦形工程で用いる積層体については、大きく分けて次の２つの手法をとるのが好ましい。一つ目は、プリプレグ基材を膨張性マンドレル上に順次賦形して形成する方法であり、二つ目はプリプレグ基材を平板状に積層して形成する方法である。一つ目の方法は、直接最終形状である繊維強化プラスチックの略形状である膨張性マンドレル上に積層体を形成する方法で、テープレイアップやシートワインディングなどの機械的な手法を用いて切込プリプレグ基材等を積層しても良い。ある程度の形状のついたマンドレルに直接賦形するため、シワが発生しにくく、きれいな積層体を形成することができる。二つ目の方法は、まず最初に切込プリプレグ基材などプリプレグ基材を平板状に積層しておき、その積層体を膨張性マンドレル上に賦形する方法で、積層と賦形を別々に行うため作業効率が良い。厚い積層体の場合、略形状とはいえある程度の形状がついたマンドレルに賦形するとシワが発生しやすいため、積層体を硬化しない程度に加熱して軟化させて積層させるのが良い。ただし、積層体の賦形時のシワは、成形時に積層体を適正に伸張させることで解消するため、本発明の場合、大きな問題とならない。
【００７２】
筒形状（内部空間にアクセスする口が２箇所以上ある中空構造）の繊維強化プラスチックを製造するには、積層体を凹凸のない筒形状に膨張性マンドレル上に設けるだけでよく、もっとも本発明が好ましいとする実施形態である。例えば図１４のように、製造される繊維強化プラスチックが複雑な形状であっても、両端が開いた形状であるならば、シート状の切込プリプレグ基材を巻きつけるなどして円筒状の積層体を用意すれば、容易に複雑形状に沿うことができる。一方、壺形状（内部空間にアクセスする口が１箇所である中空構造）の繊維強化プラスチックを製造するには、積層体を袋状に作成する必要がある。特に、本発明においては積層体を伸張させながら成形することに特徴があるため、筒形状の積層体の穴の一端を閉じて袋状としただけでは、積層体を伸張した際に簡単に閉じた穴が開いてしまう危険性がある。そこで、成形工程において、積層体の少なくとも１箇所以上を成形型に押し付けて固定した後に、前記膨張性マンドレルを膨張させるのがよい。すなわち、袋状にした積層体が伸張した際に簡単に穴が開きやすい領域をあらかじめ型に押し当てておくことでその領域は伸張させず、穴を開けないのが良い。押し当てる領域には繊維長さが１００ｍｍ以上の繊維を配置することで、さらにこの効果を高めることができる。具体的には図１の壺形状の場合、首の部分３１と底の部分３０のみ、先に成形型に押し当てて積層体を固定し、伸張の基点とすることで、積層体に穴を開けることなく繊維強化プラスチックを製造することができる。
【００７３】
さらに好ましくは、マンドレルが筒形状に担持する骨組みと骨組みの周りに配された伸縮性のフィルムからなり、賦形工程において、積層体を筒形状に賦形し、成形工程において、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、成形型内にて膨張性マンドレルに圧空を流入してフィルムを膨張させるのが良い。例えば、図１５のような円筒状の膨張性マンドレル２５で説明すると、円周方向に支える骨と軸方向に支える骨からなる骨組み３２に伸縮性のフィルム２６を袋状にして配し、筒形状の膨張性マンドレル２５としている。骨組みとつながった圧空を流入させる機構とフィルムは一体化され、袋状のフィルム内は気密性が保たれている。圧力流体の注入口３３から圧力のかかった空気を流入し、膨張性マンドレルを膨張させる。圧空の圧力としては１気圧以上であれば構わないが、好ましくは６気圧程度（０．６ＭＰａ）までがよい。脱型時には、逆に圧空を流入させる機構に真空ポンプをつなぎ、負圧をかけることで、膨張性マンドレルと繊維強化プラスチックを分離することも可能である。
【００７４】
他の本発明の好ましい製造方法としては、図１６に成形型断面図を示したように、１つもしくは複数の閉空間を有する中空のバルーン３４を膨張性マンドレル２５として、その周りに積層体１２を配し、成形型２８に配置した後、成形型２８のキャビティ２９を密閉して大気圧より減圧して、バルーン３４内の大気圧の空気との差圧で膨張性マンドレル２５であるバルーン３４を膨張させ、積層体１２を伸張するのもよい。マンドレルに圧力流体を流入する場合にはその機構をマンドレルに設けなくてはならないが、バルーンはただ空気を密閉するだけでよく、非常に簡単に膨張性マンドレルとすることができる、という特徴がある。また、複数のバルーンを用いることで、膨張性マンドレル自体を複雑形状とすることなく細かな形状にも追従する膨張性マンドレルとすることができる。
【００７５】
また、金属の押出材などを曲げ加工する際に用いられる、いわゆるドローベンディングを本発明の繊維強化プラスチックの製造方法にも適用できる。成形工程において、積層体を加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、膨張性マンドレルを膨張させて積層体を伸張させると同時、もしくは直後にマンドレルごと積層体に曲げを加えて成形型に押し付ける。この際、マンドレルが容易に曲がる材質または構造となっているのが良い。例えば、図１７のように筒形状の積層体１２（図１７ａ）を伸張しながら（図１７ｂ）、曲げてＵ字（図１７ｃ）にした後、成形型２８に配置（図１７ｄ）し、本成形を行うのがよい。積層体は、曲げの引張側３９には切り込みを配して繊維長さを１０〜１００ｍｍとしておき、圧縮側４０には連続繊維を多く配しておくことで、圧縮側にシワが入ることなく、引張側が有効に伸張されて賦形することができる。また、積層体の全面に切り込みを配しておき、積層体をマンドレルごと引張ながら曲げを加えることでも、シワが発生することなくきれいに賦形することが可能となる。
【００７６】
その他、脱型時に繊維強化プラスチックを型から取り出す間口が確保されていれば、図１８のように分割型ではなく、一つの型でも成形することができる。また、図１９のように、成形型の一部にリブを設ければ、リブ内部に積層構造を保ったままリブを形成することができる。また、図２０のように、アンダーカット形状で通常の型では成形できない形状であっても、本発明の成形を適用することで、成形可能となる。
【００７７】
本発明の成形条件としては、成形工程における成形型の温度Ｔ１と、脱型工程における成形型の温度Ｔ２とを実質的に一定とするのがよい。なお、成形型の温度は積層体に触れるキャビティの表面を複数点（上下型ある場合には、少なくとも一点以上どちらの型も測定）、熱電対で測定した温度の平均で代表する。ここで、本発明における金型温度Ｔが実質的に一定とは、通常金型温度の変動が±１０℃の範囲内であることを表す。また、Ｔ１、Ｔ２ともに経時的に変化しないのがよい。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、金型温度Ｔを保ったまま脱型することが可能であり、成形型の昇降温の時間を省くことによるサイクルタイムの圧縮により、大幅に生産性が向上する。
【００７８】
本発明において、繊維強化プラスチックは、金型温度Ｔが、熱硬化性樹脂の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）に拠る発熱ピーク温度Ｔｐに対して、
Ｔｐ−６０≦Ｔ≦Ｔｐ＋２０・・・（Ｉ）
の範囲内で製造することが好ましい。さらに好ましくは、
Ｔｐ−３０≦Ｔ≦Ｔｐ・・・（ＩＩ）
の範囲内である。金型温度Ｔが、Ｔｐ−６０より低い場合、樹脂の硬化に要する時間が非常に長くなり、また硬化が不十分である場合もある。一方、Ｔｐ＋２０より高い場合、樹脂の急激な反応により樹脂内部でのボイドの生成、硬化不良を引き起こすことがある。なお、本発明におけるＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐは、ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９８７）に準じて行われ、温度３０〜１８０℃で、昇温速度１０℃／分の条件にて昇温させて得た発熱曲線のピークをとった値である。ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９８７）に言う試験片は、本発明においてはペーストである。従って、「試験片の状態調節」、「試験片」はそれぞれ「ペーストの状態調節」、「ペースト」と言うことができる。ペーストの状態調節は、原則として、温度２３±２℃及び相対湿度５０±５％において６〜８時間静置して行い、熱処理等は一切行わない。また、ペーストはペースト状のまま測定するため、寸法に関する規定はない。
【００７９】
本発明において、熱硬化性樹脂は、動的粘弾性測定（ＤＭＡ）に拠る最低粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓであるのがよい。さらに好ましくは０．１〜１０Ｐａ・ｓである。最低粘度が０．１Ｐａ・ｓより小さい場合、加圧時に樹脂のみが流動し、突起部の先端まで十分に強化繊維が充填されない場合がある。一方、１００Ｐａ・ｓより大きい場合、樹脂の流動性が乏しいため、突起部の先端まで十分に強化繊維および樹脂が充填されない場合がある。なお、本発明におけるＤＭＡに拠る最低粘度は、回転粘度計を使用して、半径２０ｍｍの平行平板を用い、平行平板間の距離１ｍｍ、測定開始温度４０℃、昇温速度１．５℃／分、測定周波数０．５Ｈｚの条件にて測定し、観測された最低粘度の値である。
【００８０】
本発明で得られた繊維強化プラスチックの好ましい適用例の一つとして、繊維強化プラスチックの周囲にさらに連続繊維と熱硬化性樹脂とで構成された連続繊維強化プラスチックとが一体化しているのがよい。すなわち、図７に示したように、本発明により製造された繊維強化プラスチックにおいては、切り込みに起因する繊維束分断部２２や切り込み開口部１８が表面に生成されることがあるため、曲げなどの荷重に対して応力集中により破壊してしまう可能性がある。そこで、一旦、本発明により繊維強化プラスチックを製造した後、表面上に連続繊維から構成される繊維強化プラスチックを一体化することで、少なくとも表面に応力集中源である繊維束分断部のない高強度な繊維強化プラスチックを得ることができる。連続繊維から構成される繊維強化プラスチックは複雑形状に製作することが困難であることは前述のとおりであり、中空構造を有する繊維強化プラスチックを本発明の製造方法により製作した後、中空構造の繊維強化プラスチックの上から樹脂の含浸していない連続繊維基材を配してＲＴＭ（樹脂注入成形）したり、連続繊維プリプレグ基材を配してコキュアしたり、連続繊維プリプレグ基材を接着剤とともに一体化してコボンドしたりすることで、連続繊維からなる繊維強化プラスチックと一体化することができ、複雑形状の高強度な繊維強化プラスチックを低コストに製作することができる。
【００８１】
さらに図４に示した積層体１２の不連続部３７に、回転部などの機構を備える目的で金属インサートを埋め込み、硬化、一体化させることにより、アセンブリコストが低減することができる。その際、金属インサートの周囲に複数の凹部設けることにより、流動した繊維が凹部に進入し、容易に隙間を充填することができるとともに、成形温度から低下することで、金属と繊維の熱膨張差でかしめられ、強固に一体化させることができる。
【００８２】
なお、本発明により製造された繊維強化プラスチックの用途としては、強度、剛性、軽量性が要求される、自転車用品、ゴルフ等のスポーツ部材のシャフトやヘッド、ドアやシートフレームなどの自動車部材、ロボットアームなどの機械部品がある。中でも、強度、軽量に加え、部材形状が複雑で、本材料のように形状追従性が要求されるシートパネルやシートフレーム等の自動車部品に好ましく適用できる。
【実施例】
【００８３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるというものではない。
【００８４】
（実施例１）
＜プリプレグ基材の作製＞
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した。
（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分間混練後、ニーダー中から取り出してエポキシ樹脂組成物を得た。
【００８５】
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。
【００８６】
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基材を作製した。
【００８７】
得られたエポキシ樹脂組成物の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。
【００８８】
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（半径２０ｍｍ）の条件にて、温度と粘度の関係曲線から最低粘度を求めた。
【００８９】
＜プリプレグ基材への切り込みの導入＞
上記プリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図２１に示すような切り込みを全面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。切り込みの方向は繊維直交方向２で、切り込みの長さＷは１０．１ｍｍ（すなわち、Ｗｓ＝１０．１ｍｍ）であり、間隔Ｌ（繊維長さ）は３０ｍｍである。図２１に示すように、隣り合う切り込みの列７ａと７ｂは繊維直交方向に１０ｍｍ移動すると、幾何的に同等である。また、繊維長手方向に対になる切り込みの列には、７ａと７ｃ、７ｂと７ｄの組があり、切り込みの列のパターンは２パターン存在する。さらに、隣り合う列の切り込みが互いに切り込んでいる５の範囲は０．１ｍｍである。
【００９０】
＜中空構造の繊維強化プラスチックの成形＞
半径５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの図８ｂ）のような円筒形状の繊維強化プラスチックを成形した。図２２に示すように、半径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンチューブ２６を３００ｍｍ長さにカットし、一端を閉じて、膨張性マンドレル２５とし、もう一端に圧空を注入する接続部を連結した。上記切込プリプレグ基材を幅１８０ｍｍにカットし、半径４０ｍｍの膨張性マンドレルに巻きつけた。円筒形状の長手方向を０°として、炭素繊維の配向方向（０°方向）と、炭素繊維の配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に切込プリプレグ基材を切り出し、［４５／０／−４５／９０］ｓの積層構成でシワがない様に８層積層し、各層は巻き始めと巻き終わりでオーバーラップがないようにした（各層厚み一定）。また、巻き始めの位置は５ｍｍずつずらして巻き、切込プリプレグ基材の端部が各層重ならないようにした。
【００９１】
膨張性マンドレル上に積層体を設けた後、成形工程における成形型の温度Ｔ１が、プリプレグ基材に用いたエポキシ樹脂組成物のＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐとほぼ同となるよう、１５０℃に温度制御した金型（上型２８ａと下型２８ｂ）のキャビティ２９内に配置した。上下型を合わせた際のキャビティ２９は、半径５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒形状であった。上下型を閉じて固定した後、圧力流体注入口３３から０．３ＭＰａの圧空を注入し、膨張性マンドレル２５を膨張させ、積層体１２を伸張し（積層体から１．４倍程度に表面積伸張）、金型に積層体１２を押し付けた。圧空を注入後、金型２８内で３０分間放置した後、脱型工程における成形型の温度Ｔ２をＴ１から低下させることなく１５０℃のまま、まず圧力流体注入口３３から真空引きを行い、膨張性マンドレル２５内の気圧を低下させ、膨張性マンドレル２５を収縮させて繊維強化プラスチックと分離して、先に膨張性マンドレル２５のみ金型からはずした。しかる後に、成形型２８を開け、円筒状の繊維強化プラスチックを脱型した。
【００９２】
得られた繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。切り込みにより分断された繊維束端部間に存在する切り込み開口部と、繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１１〜１５ｍｍ程度の分布を持つ短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。短冊状の繊維束の幅方向の端部は繊維が円弧状にうねった繊維束を形成していた。
【００９３】
（実施例２）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。次に図２３ａ）に示したように、積層体を作製する際、切込プリプレグ基材の端部をずらして１６層疑似等方（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）の平板状に積層した。切込プリプレグ基材は幅１８０ｍｍ、長さは膨張性マンドレルに積層体を配した際、もっとも内側（膨張性マンドレル側）に来る４５°層が２５１ｍｍ、以降、１層ごとに１ｍｍずつ長く切り出した。積層体の一方の端部で、切込プリプレグ基材の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記１６層の擬似等方の積層体を得た。こうして得た積層体をドライヤーで暖めながら、実施例１と同様の膨張性マンドレル（半径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンチューブ）上に巻きつけた。図２３ｂ）のように、一層一層プリプレグ基材を巻きつけた実施例１と同様に、若干のシワは発生したものの５ｍｍずつ各層の端部がずれて積層体が賦形された。以下、実施例１と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。
【００９４】
得られた繊維強化プラスチックは、実施例１と同様に、表面は平滑であり、ソリもなかった。切り込みにより分断された繊維束端部が離れて存在する切り込み開口部と、繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１１〜１５ｍｍ程度の分布を持つ短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。
【００９５】
（実施例３）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製した。このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図９に示すような繊維から１０°の方向の直線的な切り込みを連続的に挿入した。こうして得た切込プリプレグ基材を図２４に示すように繊維方向が同一で切り込みが交差するように（１０°と−１０°方向に）２枚表裏に重ねて積層し、連続的な切り込みにより切込プリプレグ基材がばらばらになるのを防いだ。この２層積層体を８セットそれぞれの方向に疑似等方（［４５／４５／０／０／−４５／−４５／９０／９０］Ｓ）に平板状に積層する。それぞれの配向に合わせて、幅１８０ｍｍ、長さは膨張性マンドレルに積層体を配した際、もっとも内側に来る４５°層が２５１ｍｍ、以降、２層ごとに２ｍｍずつ長く切り出した。積層体の一方の端部で、２層積層体の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記１６層の擬似等方の積層体を得た。以下、実施例２と同様に、積層体を膨張性マンドレル上にシワなく賦形することができた。また、実施例１と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。
【００９６】
得られた繊維強化プラスチックは、表面の切り込み部においても、ほとんど切り込み開口部が見られず、強化繊維が存在せずに樹脂リッチとなっている領域や、隣接層の強化繊維が除いている領域はほとんどなく、良好な外観品位と平滑性を得た。繊維方向は積層体を配置したときから回転しており、その回転により切り込み開口部を埋め、平滑な繊維強化プラスチックとなったと推測された。
【００９７】
（実施例４）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作成した。このプリプレグ基材に、自動裁断機を用いて図１０に示すような繊維から２０°の方向に、１ｍｍの直線状の切り込みを断続的に挿入することで、切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓを０．３４ｍｍとした。対になる切り込み４ｄ１、４ｄ２により、繊維は分断され、得られた切込プリプレグ基材の全面で繊維長さＬは３０ｍｍとなった。こうして得られた切込プリプレグ基材を実施例１と同様に切り出し、積層、成形を行って繊維強化プラスチックを得た。
【００９８】
得られた繊維強化プラスチックは、図１３ｂ）のように、繊維３が若干うねりながら、切り込み開口部１８を埋め、表面にほとんど切り込み開口部１８が見られず、切り込みがあったことさえ、見分けがつかないほど良好な外観品位と平滑性を得た。
【００９９】
（実施例５）
実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製した。さらにこのプリプレグ基材の一部を実施例１と同様の切込プリプレグ基材とした。上記プリプレグ基材と切込プリプレグ基材をそれぞれ幅２００ｍｍにカットし、半径４０ｍｍの膨張性マンドレルにシワがないように巻きつけた。円筒形状の長手方向を０°として、［９０／Ｃ０］２Ｓの積層構成でシワがない様に８層積層し、局所的に肉厚とならないよう各層は巻き始めと巻き終わりでオーバーラップがないようにした。なお、“Ｃ”は連続繊維を意味しており、膨張性マンドレルの長手方向には連続繊維のプリプレグ基材の繊維が、周方向には切込プリプレグ基材の繊維が配向している。また、巻き始めの位置は５ｍｍずつずらして巻いた。
【０１００】
実施例１と同様に成形を行った。積層体は長手方向には成形型のキャビティいっぱいに設計されており、周方向にのみ積層体を伸張して成形した。得られた繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。図８ｂ）のように、切り込みにより分断された繊維束端部間に存在する切り込み開口部１８と、繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１０ｍｍの略矩形の短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。積層体を伸張する方向の繊維さえ１００ｍｍ以下に切り込まれていれば、伸張方向と垂直の方向に連続繊維が存在しても流動することが推測された。
【０１０１】
（実施例６）
図１ｃ）のような壺形状の繊維強化プラスチックを成形した。壺の形状は長径１８０ｍｍ、短径６０ｍｍの楕円を回転してできた球体状に半径４０ｍｍ、長さ２０ｍｍの円筒状の首部がついた形状を予定した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。次に、図１ａ）のように、シリコンラバーからなる円筒（半径３５ｍｍ）の袋２６に、圧空を供給するチューブが内蔵されている膨張性マンドレル２５を用意した。この膨張性マンドレルの上に、適当な大きさに切り出した切込プリプレグ基材を、切込プリプレグ基材の端部をずらして１６層で疑似等方（［９０／０］４Ｓ）に積層し、マンドレル先端から２００ｍｍの範囲に積層体１２を配した。平面の基材を袋状に賦形するのは難しいため、筒状に切込プリプレグ基材を巻きつけた後、若干のシワを許容しながらマンドレル先端部に切込プリプレグ基材を折り込み、シワとなる部分ははさみで切り取った。
【０１０２】
膨張性マンドレル上に積層体を設けた後、Ｔ１が１５０℃となるよう温度制御した金型（上型２８ａと下型２８ｂ）のキャビティに積層体の先端３０が接触するように配置した。上下型を合わせた際のキャビティ２９は、長径１８０ｍｍ、短径６０ｍｍの楕円を回転してできた球体状であり、一端に半径４０ｍｍの膨張性マンドレル２５の取り出し口が設けられている。上下型を閉じて固定した後、接続部から０．３ＭＰａの圧空２７を注入し、膨張性マンドレル２５を膨張させ、積層体１２を伸張し、金型２８に積層体１２を押し付けた。圧空２７を注入後、金型２８内で３０分間放置した後、Ｔ２をＴ１と同じ１５０℃に保ったまま、まず接続部から真空引きを行い、膨張性マンドレル２５内の気圧を低下させ、膨張性マンドレル２５を収縮させて繊維強化プラスチック１６と分離して、先に膨張性マンドレル２５のみ金型２８からはずした。しかる後に、上下の金型２８を開け、壺形状の繊維強化プラスチック１６を脱型した。
【０１０３】
得られた繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。図８ａ）のように、切り込みにより分断された繊維束端部が離れて存在する切り込み開口部１８と、繊維長さＬｃが３０ｍｍの短冊状の繊維束が、表面全面にほぼ均等に分布していた。切り込み開口部１８や短冊状の繊維束の形状や大きさは、領域によって伸張率が異なるためばらばらであったが、規則正しく配列していた。また、成形型に押し付けて配置した壺形状の先端部３０はほとんど切り込み開口部１８が見られず、繊維が流動していなかった。
【０１０４】
（実施例７）
図１５に示すような膨張性マンドレル２５を用いて、実施例６と同様に壺形状の繊維強化プラスチックを成形した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。次に円筒形状に担持するアルミ製の骨組み３２と骨組み３２の周りに配された伸縮性のシリコンラバー製のフィルム２６からなる膨張性マンドレル２５を用意した。骨組み３２は円周方向に支える骨と軸方向に支える骨からなる。骨組みの根元にはフィルム内に圧空を供給するチューブの口３３が配されており、フィルム２６内は圧空を供給する口３３以外は気密性が保たれている。適当な大きさに切り出した切込プリプレグ基材を、切込プリプレグ基材の端部をずらして１６層で疑似等方（［９０／０］４Ｓ）に積層し、実施例６と同様にマンドレル先端部およびマンドレル先端から２００ｍｍの範囲に積層体を配した。膨張性マンドレルに骨組みがあるため、実施例６に比べ、切込プリプレグ基材を膨張性マンドレルに賦形する際の取り扱い性に優れていた。実施例６と同様に、積層体を成形型内に配置し、加熱して積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、成形型内にて膨張性マンドレルに０．３ＭＰａの圧空を流入してフィルムを膨張させ、３０分放置し、実施例６と同様に脱型して壺形状の繊維強化プラスチックを得た。
【０１０５】
得られた繊維強化プラスチックは、実施例６同様、品位の良いものであった。
【０１０６】
（実施例８）
扁平な中空構造の翼を成形した。図１６に成形型の断面図を示す。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。図２３ａ）に示したように、積層体を作製する際、切込プリプレグ基材の端部をずらして８層で疑似等方（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）に平板状に積層した。積層体の一方の端部で、切込プリプレグ基材の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記８層の擬似等方の積層体を得た。こうして得た積層体をドライヤーで暖めながら、図１６に示すような３つの空気を密封したシリコンラバー製のバルーン３４からなる膨張性マンドレル２５を束ねるように巻きつけた。翼の端部４２で若干のシワは発生したものの、図２３ｂ）のように５ｍｍずつ各層の端部がずれて積層体１２を賦形した。次に、翼形状の胴部４１に該当する積層体１２の最表層に実施例１と同様のエポキシ樹脂を含浸したＶｆ５５％の層厚み２５０μｍの平織プリプレグ基材を積層体の上から上下１枚ずつ積層した。平織の繊維方向は断面周方向と図１６の奥行き方向の２つで直交していた。こうして得た膨張性マンドレル２５の周りに配した積層体１２をＴ１が１５０℃となるよう温度制御している成形型２８に配置した後、型２８を閉じ、キャビティ２９を密閉して大気圧より減圧して、バルーン３４内の大気圧の空気との差圧で膨張性マンドレル２５であるバルーン３４を膨張させ、積層体１２を伸張した。実施例１などマンドレルに圧空を流入する場合にはその機構をマンドレルに設けなくてはならないが、バルーンはただ空気を密閉するだけでよく、非常に簡単に膨張性マンドレルを用意することができた。また、圧空を流入させる機構がないため、成形型を完全に密閉することができる。３つのバルーンを用いることで、膨張性マンドレル自体を複雑形状とすることなく細かな形状にも追従する膨張性マンドレルとすることができ、特にＲが小さい翼端部でしっかり積層体を伸張して型に押し付けることができるよう、小さな径のバルーンを用意した。成形型内で３０分間放置した後、Ｔ２をＴ１と同じ１５０℃に保ったまま、上下型を空け、繊維強化プラスチックを脱型した後、バルーンを繊維強化プラスチックから取り除いた。
【０１０７】
こうして得た繊維強化プラスチックは、表面は平滑であり、ソリもなかった。翼の胴部４１はＲが緩く、連続繊維の平織プリプレグ基材はシワもなく、高品位な表面となっていた。一方、翼の端部４２は小さなＲながら、しっかり形状が出ており、切り込み開口部と、繊維長さＬｃが３０ｍｍの略短冊状の繊維束が分布していた。
【０１０８】
（実施例９）
図１７に示すように円筒が曲げられた形状の繊維強化プラスチックを成形した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。切込基材を切り出し、［０／９０］に積層した後、半径４１ｍｍの金属製の円管に５周巻きつけ、［０／９０］５の積層体１２を作製した。次に積層体１２を円管から取り外し、実施例１と同様のシリコンラバー製の半径４０ｍｍの円筒状の膨張性マンドレル２５の周りに挿し込んで配置した。この状態で８０℃雰囲気のオーブン内で、膨張性マンドレル２５に圧空を送り込み、積層体１２を伸張させながら（円筒の周長方向だけでなく、軸方向にも伸張することで、曲げた際、圧縮側にシワがよらない）膨張性マンドレル２５ごと曲げを加えた後、図１７ｄ）のような１５０℃に温調した成形型２８に配置し、さらに圧空を注入して積層体１２を成形型に押し付けた。以下、実施例１と同様にして成形を行い、繊維強化プラスチックを得た。
【０１０９】
得られた繊維強化プラスチックは、実施例１と同様に、表面は平滑であり、ソリもなかった。切り込み開口部は曲げの引張側に集中して見られた。
【０１１０】
（参考例１）
実施例１の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製し、切り込みを導入して切込プリプレグ基材を作製した。炭素繊維の配向方向（０°方向）と、炭素繊維の配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に、それぞれ２５０×２５０ｍｍの大きさのサイズに切り出した。切り出した切込プリプレグ基材を１６層で疑似等方に積層して（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）、積層体を得た。
【０１１１】
さらに、上記の積層体を用いて、３００×３００ｍｍのキャビティを有する平板金型上の概中央部に配置した後、加熱型プレス成形機により、６ＭＰａの加圧のもと、１５０℃×３０分間の条件により硬化せしめ、３００×３００ｍｍの平板状の繊維強化プラスチックを得た。積層体と繊維強化プラスチックの表面積比でいうと、１．４倍程度であり、実施例１とほぼ同様の伸張率である。
【０１１２】
得られた平板状の繊維強化プラスチックより、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（１９９８）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、本参考例においては、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。引張弾性率は４３ＧＰａ、引張強度に関しても３７０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も３％ときわめてバラツキの小さい結果となった。
【０１１３】
繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、実施例１と同様に繊維長さＬｃが３０ｍｍ、幅Ｗｓが１１〜１５ｍｍ程度の分布を持つ短冊状の繊維束が表面全体にほぼ均等に分布していたことから、実施例１で得られた筒形状の繊維強化プラスチックも高力学特性を発現することが予想された。また、実施例２では平板形状を６ＭＰａもの高圧で成形実施したが、実施例１ではわずか０．３ＭＰａの内圧で積層体を伸張することができた。低圧でも成形可能なことも本発明の特徴である。
【０１１４】
（参考例２）
実施例３の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例３と同様にして、２層積層体を得た。この２層積層体から、炭素繊維の配向方向（０°方向）と、炭素繊維の配向方向から右に４５度ずらした方向（４５°方向）に、それぞれ２５０×２５０ｍｍの大きさに切り出し、２層積層体を８枚それぞれの方向に疑似等方（［４５／４５／０／０／−４５／−４５／９０／９０］Ｓ）に積層して、全面に切り込みを有する２５０×２５０ｍｍの積層体を得た。
【０１１５】
こうして得られた積層体を参考例１と同様にしてプレス成形し、平板の繊維強化プラスチックを得た。得られた繊維強化プラスチックを参考例１と同様に引張試験した。引張弾性率は４６ＧＰａ、引張強度に関しても４７０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も４％ときわめてバラツキの小さい結果となった。
【０１１６】
繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、表面にほとんど切り込み開口部が見られず、繊維方向も積層体を配置したときから回転している様子も実施例３と同様であるため、実施例３で得られた筒形状の繊維強化プラスチックも高力学特性を発現することが予想された。
【０１１７】
（参考例３）
実施例４の繊維強化プラスチックが高力学特性であることを、平板で実証した。実施例４と同様にして、切込プリプレグ基材を得、参考例１と同様にして切り出し、積層、プレス成形した。得られた繊維強化プラスチックを参考例１と同様に引張試験したところ、引張弾性率は４６ＧＰａ、引張強度は６２０ＭＰａと高い値が発現し、そのＣＶ値も４％ときわめてバラツキの小さい結果となった。繊維強化プラスチックは端部まで繊維が均等に流動しており、繊維が若干うねりながら、切り込み開口部を埋め、表面にほとんど切り込み開口部が見られず、切り込みがあったことさえ、見分けがつかない様子も実施例４と同様であるため、実施例４で得られた筒形状の繊維強化プラスチックも高力学特性を発現することが予想された。
【０１１８】
（比較例１）
実施例１と同様に、筒状の繊維強化プラスチックを連続繊維プリプレグ基材を用いて成形を試みた。実施例１と同様にして、プリプレグ基材を作製した。こうして得たプリプレグ基材から積層体を作製する際、実施例３と同様に、図２３ａ）に示したように、プリプレグ基材の端部をずらして１６層で疑似等方（［４５／０／−４５／９０］２Ｓ）に平板状に積層した。プリプレグ基材は幅１８０ｍｍ、長さは膨張性マンドレルに積層体を配した際、もっとも内側（膨張性マンドレル側）に来る４５°層が２５１ｍｍ、以降、１層ごとに１ｍｍずつ長く切り出した。積層体の一方の端部で、プリプレグ基材の幅を合わせて、長さ方向に５ｍｍずつオフセットして積層し、上記１６層の擬似等方の積層体を得た。こうして得た積層体をドライヤーで暖めながら、実施例１と同様の膨張性マンドレル（半径４０ｍｍ、厚さ５ｍｍのシリコンチューブ）上に巻きつけた。積層体の各層の周長差から、シワが発生したが、そのまま実施例１と同様に成形を行った。
【０１１９】
得られた繊維強化プラスチックは、簡単に脱型することができ、繊維強化プラスチックが成形型に完全に密着していなかった様子がわかった。表面はざらざらで、繊維強化プラスチックの内側にはシワも確認された。繊維が突っ張り、積層体が伸張することができず、成形型に沿わなかったことが原因と考えられた。
【０１２０】
（比較例２）
実施例１と同様に、筒状の繊維強化プラスチックをＳＭＣで成形を試みた。ＳＭＣのマトリックス樹脂としてビニルエステル樹脂（ダウ・ケミカル（株）製、デラケン７９０）を１００重量部、硬化剤としてｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート（日本油脂（株）製、パーブチルＺ）を１重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛（堺化学工業（株）製、ＳＺ−２０００）を２重量部、増粘剤として酸化マグネシウム（協和化学工業（株）製、ＭｇＯ＃４０）を４重量部用いて、それらを十分に混合撹拌し、樹脂ペーストを得た。樹脂ペーストをドクターブレードを用いて、ポリプロピレン製の離型フィルム上に塗布した。その上から、長さ２５ｍｍにカットされた炭素繊維束（引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ、１２，０００本）を単位面積あたりの重量が５００ｇ／ｍ２になるよう均一に落下、散布した。さらに、樹脂ペーストを塗布したもう一方のポリプロピレンフィルムとで樹脂ペースト側を内にして挟んだ。炭素繊維のＳＭＣシートに対する体積含有量は４０％とした。得られたシートを４０℃にて２４時間静置することにより、樹脂ペーストを十分に増粘化させて、ＳＭＣシートを得た。このＳＭＣシートを１８０ｍｍ幅に切り出し、実施例１と同様の膨張性マンドレルに巻きつけ、積層体を得た。その後は実施例１と同様に成形し、繊維強化プラスチックを得た。
【０１２１】
得られた繊維強化プラスチックはキャビティの端部まで繊維が十分に流動していた。ソリはなかったが、表面に繊維の粗密による若干のヒケが見られた。また、穴が開いているところこそないものの、一部肉厚が極端に薄いところがあり、流動性が均一でなかったことが伺えた。また、Ｖｆが４０％であることから、強度も実施例１ほどは得られないと推測された。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図３】本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。
【図４】本発明に用いる積層体の一例を示す平面図および断面図である。
【図５】本発明に用いる積層体の流動のメカニズムの一例を示す断面図である。
【図６】本発明に用いる積層体の切り込み位置関係の例を示す平面図である。
【図７】本発明に用いる積層体の伸張の様子の一例を示す平面図および断面図である。
【図８】本発明により製造された繊維強化プラスチックの一例を示す概略図である。
【図９】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図１０】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図１１】本発明に用いる切込プリプレグ基材の例を示す平面図である。
【図１２】本発明に用いる積層体の伸張の様子の一例を示す平面図および断面図である。
【図１３】本発明に用いる積層体の伸張の様子の一例を示す平面図である。
【図１４】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明に用いる膨張性マンドレルの一例を示す概略図である。
【図１６】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１７】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１８】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図１９】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２０】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２１】本発明に用いる切込プリプレグ基材の一例を示す拡大平面図である。
【図２２】本発明の繊維強化プラスチックの製造方法の一例を示す断面図である。
【図２３】本発明の積層体の賦形方法の一例を示す断面図である。
【図２４】本発明に用いる切込プリプレグ基材の形態の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１：繊維長手方向
２：繊維直交方向
３：強化繊維
４：強化繊維の不連続端（切り込み）
４ａ：ａ層の切り込み
４ｂ：ｂ層の切り込み
４ｃ（４ｃ１，４ｃ２）：連続的な切り込み
４ｄ（４ｄ１，４ｄ２）：断続的な切り込み
５：互いに切り込んでいる幅
６：繊維方向に対になる切り込みの幾何中心同士の間隔Ｌ（繊維長さＬ）
７：断続的な切り込みの列
７ａ：第１の断続的な切り込みの列
７ｂ：第２の断続的な切り込みの列
７ｃ：第３の断続的な切り込みの列
７ｄ：第４の断続的な切り込みの列
８：切り込みの幾何中心
８ａ：ａ層の切り込みの幾何中心
８ｂ：ｂ層の切り込みの幾何中心
９：切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓ
１０：切込プリプレグ基材
１０ａ：全面に切り込みが入れられた切込プリプレグ基材
１０ｂ：一部に切り込みが入れられた切込プリプレグ基材
１１：連続繊維基材のプリプレグ基材
１２：積層体
１３：積層体に加わる圧力
１４：樹脂の流れ
１５：強化繊維の端部の開き
１６：繊維強化プラスチック
１７：短繊維層
１８：強化繊維の存在しない領域（切り込み開口部）
１９：隣接層
２０：樹脂リッチ部
２１：層うねり
２２：繊維束端部
２３：切り込みと繊維方向のなす角度Θ
２４：強化繊維の回転
２５：膨張性マンドレル
２６：伸縮性のフィルム
２７：圧力流体
２８：成形型
２８ａ：上型
２８ｂ：下型
２９：成形型のキャビティ
３０：壺形状の底部
３１：壺形状の首部
３２：膨張性マンドレルの骨組み
３３：圧力流体の注入口
３４：バルーン
３５：積層体端部の各層オフセット
３６：切込プリプレグ基材を２層積層した基材
３７：切込みにより繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断された切込プリプレグ基材のみが積層されてなる領域（積層体の不連続部）
３８：２つの対になる繊維束分断部に囲まれた領域（短冊状の繊維束）
３９：積層体の曲げの引張側
４０：積層体の曲げの圧縮側
４１：翼形状の胴部（連続繊維プリプレグ基材配置位置）
４２：翼形状の端部（切込プリプレグ基材のみ配置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経て中空構造の繊維強化プラスチックを成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を、繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さな略形状の膨張性マンドレル上に設ける賦形工程
（２）外型となる成形型内に前記積層体をマンドレルと共に配置し、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、前記マンドレルを膨張させて前記積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程
（３）前記成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程
【請求項２】
少なくとも前記積層体の一部に、前記切り込みにより強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材のみが積層されている領域が形成されている、請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが前記切り込みにより分断されており、前記切り込みにより分断されている繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内である、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記切込プリプレグ基材の切り込みが直線状であり、かつ、該切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍであり、断続的かつ周期的に全面にわたって配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
前記切込プリプレグ基材が２層以上連続して隣接し、該２層以上の層のうち隣接する任意の２層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切り込みの幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切り込みの幾何中心とも５ｍｍ以上離れる様に積層する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
前記切り込みが繊維直交方向から傾いている、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項７】
前記切り込みが強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内である、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項８】
前記積層体が前記切込プリプレグ基材のみから構成される、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項９】
前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を前記膨張性マンドレル上に順次賦形して形成する、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１０】
前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を平板状に積層して形成する、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１１】
前記（２）の成形工程において、積層体の少なくとも１箇所以上を成形型に押し付けて固定した後に、前記膨張性マンドレルを膨張させる、請求項１〜１０のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１２】
前記マンドレルが、筒形状に担持する骨組みと該骨組みの周りに配された伸縮性のフィルムからなり、前記（１）の賦形工程において、前記積層体を筒形状に賦形し、前記（２）の成形工程において、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、前記成形型内にて前記膨張性マンドレルに圧空を流入して前記フィルムを膨張させる、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１３】
前記（２）の成形工程において、前記膨張性マンドレルが閉空間を有する中空のバルーンであり、かつ、成形型のキャビティを大気圧より低い圧力に減圧してから前記マンドレルを膨張させる、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１４】
前記（２）の成形工程において、前記積層体を加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後前記膨張性マンドレルを膨張させて前記積層体を伸長させると同時、もしくは直後に前記マンドレルごと前記積層体に曲げを加えて成形型に押し付ける、請求項１〜１３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１５】
前記（２）の成形工程における成形型の温度Ｔ１と、前記（３）の脱型工程における成形型の温度Ｔ２とを実質的に一定とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１６】
前記型温度Ｔ１およびＴ２が、熱硬化性樹脂のＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐに対して、
Ｔｐ−６０≦Ｔ１、Ｔ２≦Ｔｐ＋２０ ・・・（Ｉ）
の範囲内に設定する、請求項１５に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１７】
前記熱硬化性樹脂のＤＭＡに拠る最低粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである、請求項１５または１６に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１】
一方向に引き揃えられた強化繊維と熱硬化性樹脂とから構成され、該強化繊維を横切る方向に複数の切り込みによって少なくとも一部の強化繊維を１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材を用いて、少なくとも次の（１）〜（３）の工程を順次経て中空構造の繊維強化プラスチックを成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
（１）前記切込プリプレグ基材を含む複数枚のプリプレグ基材を積層した積層体を、繊維強化プラスチックの最終形状よりも小さな略形状の膨張性マンドレル上に設ける賦形工程
（２）外型となる成形型内に前記積層体をマンドレルと共に配置し、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させ、前記マンドレルを膨張させて前記積層体を伸張させ、成形型に押し付けて硬化させ、繊維強化プラスチックとする成形工程
（３）前記成形型から繊維強化プラスチックを取り出す脱型工程
【請求項２】
少なくとも前記積層体の一部に、前記切り込みにより強化繊維が１０〜１００ｍｍの長さに分断した切込プリプレグ基材のみが積層されている領域が形成されている、請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記切込プリプレグ基材を構成する強化繊維の全てが前記切り込みにより分断されており、前記切り込みにより分断されている繊維長さＬが１０〜１００ｍｍの範囲内である、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記切込プリプレグ基材の切り込みが直線状であり、かつ、該切り込みを強化繊維の垂直方向に投影した投影長さＷｓが３０μｍ〜１００ｍｍであり、断続的かつ周期的に全面にわたって配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
前記切込プリプレグ基材が２層以上連続して隣接し、該２層以上の層のうち隣接する任意の２層について、一方の切込プリプレグ基材上の任意の切り込みの幾何中心と他方の切込プリプレグ基材上のいずれの切り込みの幾何中心とも５ｍｍ以上離れる様に積層する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
前記切り込みが繊維直交方向から傾いている、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項７】
前記切り込みが強化繊維となす角度Θの絶対値が２〜２５°の範囲内である、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項８】
前記積層体が前記切込プリプレグ基材のみから構成される、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項９】
前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を前記膨張性マンドレル上に順次賦形して形成する、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１０】
前記（１）の賦形工程で用いる積層体を、前記プリプレグ基材を平板状に積層して形成する、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１１】
前記（２）の成形工程において、積層体の少なくとも１箇所以上を成形型に押し付けて固定した後に、前記膨張性マンドレルを膨張させる、請求項１〜１０のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１２】
前記マンドレルが、筒形状に担持する骨組みと該骨組みの周りに配された伸縮性のフィルムからなり、前記（１）の賦形工程において、前記積層体を筒形状に賦形し、前記（２）の成形工程において、加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後、前記成形型内にて前記膨張性マンドレルに圧空を流入して前記フィルムを膨張させる、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１３】
前記（２）の成形工程において、前記膨張性マンドレルが閉空間を有する中空のバルーンであり、かつ、成形型のキャビティを大気圧より低い圧力に減圧してから前記マンドレルを膨張させる、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１４】
前記（２）の成形工程において、前記積層体を加熱して前記積層体の熱硬化性樹脂を軟化させた後前記膨張性マンドレルを膨張させて前記積層体を伸長させると同時、もしくは直後に前記マンドレルごと前記積層体に曲げを加えて成形型に押し付ける、請求項１〜１３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１５】
前記（２）の成形工程における成形型の温度Ｔ１と、前記（３）の脱型工程における成形型の温度Ｔ２とを実質的に一定とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１６】
前記型温度Ｔ１およびＴ２が、熱硬化性樹脂のＤＳＣに拠る発熱ピーク温度Ｔｐに対して、
Ｔｐ−６０≦Ｔ１、Ｔ２≦Ｔｐ＋２０ ・・・（Ｉ）
の範囲内に設定する、請求項１５に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１７】
前記熱硬化性樹脂のＤＭＡに拠る最低粘度が０．１〜１００Ｐａ・ｓである、請求項１５または１６に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００８−２５４４２５（Ｐ２００８−２５４４２５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００２０（Ｐ２００８−３００２０）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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