繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料
【課題】繊維強化複合材料成形方法において、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率をより精度良く制御することである。
【解決手段】樹脂含浸した繊維束をマンドレルに巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、マンドレルに樹脂含浸した第１繊維束を巻回する第１巻回工程と、樹脂含浸した第１繊維束が巻回されたマンドレルに、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する第２巻回工程と、を備え、第１繊維束と第２繊維束とは、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束における熱硬化性樹脂繊維の含有率を、第２繊維束における熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きくする。
【解決手段】樹脂含浸した繊維束をマンドレルに巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、マンドレルに樹脂含浸した第１繊維束を巻回する第１巻回工程と、樹脂含浸した第１繊維束が巻回されたマンドレルに、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する第２巻回工程と、を備え、第１繊維束と第２繊維束とは、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束における熱硬化性樹脂繊維の含有率を、第２繊維束における熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に係り、特に、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形方法には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）法等が使用される。フィラメントワインディング法は、樹脂含浸した繊維束をマンドレル等に連続して巻き付けて積層することにより繊維強化複合材料を成形する方法である。
【０００３】
特許文献１には、繊維強化複合材料製管状体であり、炭素繊維およびマトリックス樹脂で構成され、その内部において、炭素繊維およびマトリックス樹脂を共に含む複合層と、隣り合う複合層の間に炭素繊維を含まない層間領域とを形成し、その層間領域の厚みが所定の範囲であることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、熱可塑性樹脂をマトリックスとしたＦＲＰ成形品の成形方法であり、マンドレル上に張力を印加された補強繊維と、この補強繊維に絡まし保持された熱可塑性樹脂の繊維又はテープとを巻き付けた後、この熱可塑性樹脂の繊維又はテープを加熱溶融させて補強繊維に浸透させ、次いで、熱可塑性樹脂を冷却固化させることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、フィラメントワインディング成形方法であり、熱可塑性樹脂繊維と強化用繊維とを混合して複合繊維を形成し、この複合繊維を上層に、熱可塑性樹脂フィルムを下層に配置して同時にマンドレルに巻付けるとともにこのマンドレルへの巻付時に、巻き付け済みの複合繊維および熱可塑性樹脂フィルムを加熱して、複合繊維中の熱可塑性樹脂および熱可塑性樹脂フィルムを溶融して強化用繊維に含浸させ、冷却後にマンドレルを成形物から抜き取る事により形成することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３０７５６５号公報
【特許文献２】特開平５−４５８号公報
【特許文献３】特開平８−１８３１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、繊維強化複合材料を、例えば、フィラメントワインディング法で成形する場合には、樹脂含浸した繊維束は、マンドレル等の巻回部材に所定の張力で巻き付けられて積層される。樹脂含浸した繊維束に含まれる樹脂は、未硬化樹脂であるため樹脂粘度が低く流動性を有している。そのため、マンドレル側である内側に巻き付けられた樹脂含浸した繊維束に含まれる樹脂は、樹脂含浸した繊維束をマンドレル等に巻き付けるときの巻き締め効果により、表層側である外側に向けて流動する場合がある。このような場合には、成形された繊維強化複合材料において、マンドレル側では樹脂体積含有率がより低下し、繊維強化複合材料における樹脂体積含有率の制御が困難な可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を、より精度良く制御することができる繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、巻回部材に、樹脂含浸した第１繊維束を巻回する第１巻回工程と、樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する第２巻回工程と、を備え、第１繊維束と第２繊維束とは、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第３繊維束を巻回する第３巻回工程を備え、第３繊維束は、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより成形される繊維強化複合材料であって、巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含む樹脂含浸した第１繊維束を巻回し、樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第２繊維束を巻回して成形されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料は、樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第３繊維束を巻回して成形されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回する第１巻回工程と、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回する第２巻回工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る繊維強化複合材料は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回して成形される繊維強化複合材料であって、巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回し、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して成形されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料によれば、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を、より精度よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置について説明する。図１は、繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す図である。
【００１７】
繊維供給装置１２は、繊維束１４を送り出す機能を有している。繊維供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置１２は、繊維束１４を巻き付けるための複数のボビン１６と、複数の繊維束１４に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。それにより、ボビン１６等から送り出された複数の繊維束１４を、繊維張力調整装置１８で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、繊維束１４の本数は、複数本に限定されることはなく、１本でもよい。なお、繊維束１４の代わりに、予め繊維束１４に樹脂を含浸させたプリプレグを使用することができる。
【００１８】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された複数の繊維束１４に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置２０には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００１９】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０で張力測定された繊維束１４に、樹脂等を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置２２は、繊維束１４に含浸する樹脂を溜める樹脂槽２４と、繊維束１４に樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ２６と、第１テンションローラ２８と、第２テンションローラ３０と、を備えている。また、樹脂含浸装置２２は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計と、樹脂含浸量を調整するために繊維束１４に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計３２とを有している。そして、樹脂含浸ローラ２６を回転させて、ローラ面を樹脂槽２４に溜めた樹脂に浸漬した後、樹脂が付着したローラ面を繊維束１４に接触させることで樹脂含浸することができる。
【００２０】
フィラメントワインディング装置３６は、樹脂含浸装置２２から送り出された樹脂含浸した繊維束３４を、型または心金であるマンドレル３８（Ｍａｎｄｒｅｌ）等の巻回部材に巻き付ける機能を有している。フィラメントワインディング装置３６は、樹脂含浸した繊維束３４をマンドレル３８等の円周方向や軸方向に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置３６は、例えば、マンドレル３８等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）や、マンドレル３８等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により樹脂含浸した繊維束３４を巻き付けることができる。
【００２１】
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、マンドレル３８の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、樹脂含浸した繊維束３４は、フィラメントワインディング装置３６により、所定の張力を与えられつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられる。
【００２２】
制御装置４０は、繊維張力測定装置２０と、樹脂含浸装置２２に配置される樹脂温度センサと、樹脂膜厚計３２等とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。制御装置４０は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維束１４の張力データの電気信号を入力し、繊維束１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置４０は、樹脂含浸装置２２に配置された樹脂温度センサから出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。更に、制御装置４０は、樹脂膜厚計３２から出力される樹脂膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸ローラ２６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。かかる制御装置４０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置４０と接続されたデータロガ４２には、上述した繊維束１４の張力データ、樹脂温度データ、樹脂膜厚データ等が記憶されて保存される。
【００２３】
次に、繊維強化複合材料の成形方法について説明する。図２は、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。繊維強化複合材料成形方法は、第１巻回工程（Ｓ１０）と、第２巻回工程（Ｓ１２）と、第３巻回工程（Ｓ１４）とを含んで構成される。
【００２４】
第１巻回工程（Ｓ１０）は、マンドレル３８に、樹脂含浸した第１繊維束を巻回する工程である。図３は、第１繊維束５０の構成を示す図である。第１繊維束５０は、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４とを含んで構成される。
【００２５】
補強繊維５２には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、補強繊維５２には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。補強繊維５２には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。例えば、補強繊維５２には、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランドを用いることができる。
【００２６】
熱硬化性樹脂繊維５４には、エポキシ樹脂繊維、フェノール樹脂繊維または不飽和ポリエステル樹脂繊維等の熱硬化性樹脂繊維５４を使用することができる。勿論、熱硬化性樹脂繊維５４は、上記樹脂繊維に限定されることはない。熱硬化性樹脂繊維５４には、ヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。また、熱硬化性樹脂繊維５４には、数ｍｍ以下に切断されたチョップド糸等を用いることができる。
【００２７】
第１繊維束５０には、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４とを一方向に揃えて組み合わせた一方向材を用いることができる。また、第１繊維束５０には、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４と平織や朱子織等で織ったハイブリッドクロス等の織物材等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、第１繊維束５０は、上記材料に限定されることはない。
【００２８】
第１繊維束５０に含浸される樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、第１繊維束５０に含浸される樹脂は、上記合成樹脂に限定されることはない。また、第１繊維束５０に含浸される樹脂と、熱硬化性樹脂繊維５４を形成する樹脂は、同種類の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、第１繊維束５０に含浸される樹脂にエポキシ樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂繊維５４にはエポキシ樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００２９】
第１繊維束５０が巻き付けられたボビン１６は、繊維供給装置１２にセットされる。そして、第１繊維束５０は、繊維供給装置１２から所定の張力が負荷されて送り出される。第１繊維束５０は、樹脂含浸装置２２によりエポキシ樹脂等で樹脂含浸される。樹脂含浸した第１繊維束５０は、フィラメントワインディング装置３６でマンドレル３８に巻回されて積層される。
【００３０】
第２巻回工程（Ｓ１２）は、樹脂含浸した第１繊維束５０を巻回したマンドレル３８に、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する工程である。第２繊維束は、第１繊維束５０と同様に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含んで構成される。
【００３１】
第１繊維束５０と第２繊維束とは、第１繊維束５０に含まれる熱硬化性樹脂繊維５４の含有率が、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きくなるように、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４とが混合されて形成される。ここで、熱硬化性樹脂繊維５４の含有率とは、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４との合計質量に対する熱硬化性樹脂繊維５４の質量の割合である。これにより、樹脂含浸した第２繊維束をマンドレル３８に巻回中に、樹脂含浸した第１繊維束５０に含まれる含浸樹脂がマンドレル３８側と反対側である表層側に染み出して流出した場合でも、第１繊維束５０に熱硬化性樹脂繊維５４をより多く含ませることにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下が抑制される。
【００３２】
第２繊維束が巻き付けられたボビン１６は、繊維供給装置１２にセットされる。そして、第２繊維束は、繊維供給装置１２から所定の張力が負荷されて送り出される。第２繊維束は、樹脂含浸装置２２によりエポキシ樹脂等で樹脂含浸される。樹脂含浸された第２繊維束は、フィラメントワインディング装置３６で、樹脂含浸した第１繊維束５０が巻回されたマンドレル３８に巻回されて積層される。
【００３３】
第３巻回工程（Ｓ１４）は、樹脂含浸した第２繊維束を巻回したマンドレル３８に、樹脂含浸した第３繊維束を巻回する工程である。第３繊維束は、第１繊維束５０と同様に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含んで構成される。
【００３４】
第２繊維束と第３繊維束とは、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率が、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きくなるように、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とが混合されて形成される。これにより、樹脂含浸した第３繊維束をマンドレル３８に巻回中に、樹脂含浸した第２繊維束に含まれる含浸樹脂がマンドレル３８側と反対側である表層側に染み出して流出した場合でも、第２繊維束に熱硬化性樹脂繊維５４をより多く含ませることにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下を抑制できる。
【００３５】
第３繊維束が巻き付けられたボビン１６は、繊維供給装置１２にセットされる。そして、第３繊維束は、繊維供給装置１２から所定の張力が負荷されて送り出される。第３繊維束は、樹脂含浸装置２２によりエポキシ樹脂等で樹脂含浸される。樹脂含浸した第３繊維束は、フィラメントワインディング装置３６で、樹脂含浸した第２繊維束が巻回されたマンドレル３８に巻回されて積層される。
【００３６】
図４は、マンドレル３８に第１繊維束５０と、第２繊維束と、第３繊維束とを巻回して積層した積層体６０を示す断面図である。積層体６０は、第１層６２と、第２層６４と、第３層６６とを含んで構成される。第１層６２は、マンドレル３８に樹脂含浸した第１繊維束５０を巻回して形成された層であり、第２層６４は、樹脂含浸した第２繊維束を巻回して形成された層であり、第３層６６は、樹脂含浸した第３繊維束を巻回して形成された層である。第１繊維束５０と第２繊維束と第３繊維束とは、いずれも所定の張力を負荷されてマンドレル３８に巻回される。そのため、第１繊維束５０に含浸された未硬化樹脂の一部が、第１層６２から、第２層６４または第３層６６へ流動して流出し、第２繊維束に含浸された樹脂が、第２層６４から第３層６６へ流動して流出する。そして、積層体６０は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。
【００３７】
ここで、第１繊維束５０に含まれる熱硬化性樹脂繊維５４の含有率は、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも大きいので、第１繊維束５０に含浸された未硬化樹脂の一部が、第１層６２から、第２層６４または第３層６６へ流動して流出した場合でも、硬化した第１層６２の樹脂体積含有率の低下を抑えることができる。また、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維５４の含有率は、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも大きいので、第２繊維束に含浸された樹脂の一部が、第２層６４から第３層６６へ流動して流出した場合でも、硬化した第２層６４の樹脂体積含有率の低下を抑えることができる。そのため、積層体６０を硬化して成形した繊維強化複合材料において、マンドレル３８側における繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下が抑えられる。このように、各々繊維束に熱硬化性樹脂繊維を含ませて、熱硬化性樹脂繊維の含有率を調整することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御することができる。
【００３８】
上記構成によれば、マンドレルに、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含む樹脂含浸した第１繊維束を巻回し、樹脂含浸した第１繊維束が巻回されたマンドレルに、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第２繊維束を巻回し、樹脂含浸した第２繊維束が巻回されたマンドレルに、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第３繊維束を巻回して繊維強化複合材料を成形することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御して、マンドレル側の樹脂体積含有率低下を抑えることができる。
【００３９】
次に、他の繊維強化複合材料成形方法について説明する。図５は、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。繊維強化複合材料成形方法は、第１巻回工程（Ｓ２０）と、第２巻回工程（Ｓ２２）とを含んで構成される。なお、繊維強化複合材料成形方法には、上述した繊維強化複合材料成形装置１０が使用される。
【００４０】
第１巻回工程（Ｓ２０）は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シートとを巻回する工程である。図６は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とを巻回する工程を示す模式図である。
【００４１】
補強繊維束には、炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維等が使用される。補強繊維束に含浸される樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等が使用される。
【００４２】
熱硬化性樹脂シート７２には、エポキシ樹脂シート、フェノール樹脂シート、不飽和ポリエステル樹脂シート等が使用される。熱硬化性樹脂シート７２は、シート状の材料に限定されることなく、例えば、テープ状の材料を用いることができる。熱硬化性樹脂シート７２を形成する樹脂は、補強繊維束に含浸される樹脂と同種類の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、補強繊維束に含浸される樹脂にエポキシ樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂シート７２にはエポキシ樹脂シートを用いることが好ましい。
【００４３】
第２巻回工程（Ｓ２２）は、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とが巻回されたマンドレル３８に、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０を巻回する工程である。樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とが巻回されたマンドレル３８に、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０が巻回されて積層される。
【００４４】
図７は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シートとを巻回した後、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０を巻回して積層した積層体８０を示す図であり、図７（Ａ）は、Ｘ−Ｘ方向における積層体８０の断面図であり、図７（Ｂ）は、Ｙ−Ｙ方向における積層体８０の断面図である。積層体８０は、第１層８２と第２層８４とを含んで構成される。第１層８２は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とを巻回して形成された層であり、第２層８４は、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０を巻回して形成された層である。樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とは、いずれも所定の張力を負荷されてマンドレル３８に巻回される。そのため、第１層８２における補強繊維束に含浸された未硬化樹脂の一部が、第１層８２から第２層８４へ流動して流出する。そして、積層体８０は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。
【００４５】
ここで、第１層８２には熱硬化性樹脂シート７２が含まれているので、補強繊維束に含浸された未硬化樹脂の一部が第１層８２から第２層８４へ流動して流出した場合でも、硬化した第１層８２における樹脂体積含有率低下を抑えることができる。そのため、積層体８０を硬化して成形した繊維強化複合材料において、マンドレル３８側における繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下が抑えられる。このように、樹脂含浸した補強繊維束７０と熱硬化性樹脂シート７２とを合わせて巻回することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御することができる。
【００４６】
上記構成によれば、マンドレルに、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回し、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回されたマンドレルに、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して繊維強化複合材料を成形することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御して、マンドレル側における繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態において、第１繊維束の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、マンドレルに第１繊維束と、第２繊維束と、第３繊維束とを巻回して積層した積層体を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態において、マンドレルに樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回する工程を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態において、マンドレルに、樹脂含浸した補強繊維束と、熱硬化性樹脂シートとを巻回した後、更に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して積層した積層体を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ 繊維供給装置、１４ 繊維束、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂含浸ローラ、２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３４ 樹脂含浸した繊維束、３６ フィラメントワインディング装置、３８ マンドレル、４０ 制御装置、４２ データロガ、５０ 第１繊維束、５２ 補強繊維、５４ 熱硬化性樹脂繊維、６０、８０ 積層体、６２、８２ 第１層、６４、８４ 第２層、６６ 第３層、７０ 樹脂含浸した補強繊維束、７２ 熱硬化性樹脂シート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に係り、特に、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形方法には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）法等が使用される。フィラメントワインディング法は、樹脂含浸した繊維束をマンドレル等に連続して巻き付けて積層することにより繊維強化複合材料を成形する方法である。
【０００３】
特許文献１には、繊維強化複合材料製管状体であり、炭素繊維およびマトリックス樹脂で構成され、その内部において、炭素繊維およびマトリックス樹脂を共に含む複合層と、隣り合う複合層の間に炭素繊維を含まない層間領域とを形成し、その層間領域の厚みが所定の範囲であることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、熱可塑性樹脂をマトリックスとしたＦＲＰ成形品の成形方法であり、マンドレル上に張力を印加された補強繊維と、この補強繊維に絡まし保持された熱可塑性樹脂の繊維又はテープとを巻き付けた後、この熱可塑性樹脂の繊維又はテープを加熱溶融させて補強繊維に浸透させ、次いで、熱可塑性樹脂を冷却固化させることが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、フィラメントワインディング成形方法であり、熱可塑性樹脂繊維と強化用繊維とを混合して複合繊維を形成し、この複合繊維を上層に、熱可塑性樹脂フィルムを下層に配置して同時にマンドレルに巻付けるとともにこのマンドレルへの巻付時に、巻き付け済みの複合繊維および熱可塑性樹脂フィルムを加熱して、複合繊維中の熱可塑性樹脂および熱可塑性樹脂フィルムを溶融して強化用繊維に含浸させ、冷却後にマンドレルを成形物から抜き取る事により形成することが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３０７５６５号公報
【特許文献２】特開平５−４５８号公報
【特許文献３】特開平８−１８３１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、繊維強化複合材料を、例えば、フィラメントワインディング法で成形する場合には、樹脂含浸した繊維束は、マンドレル等の巻回部材に所定の張力で巻き付けられて積層される。樹脂含浸した繊維束に含まれる樹脂は、未硬化樹脂であるため樹脂粘度が低く流動性を有している。そのため、マンドレル側である内側に巻き付けられた樹脂含浸した繊維束に含まれる樹脂は、樹脂含浸した繊維束をマンドレル等に巻き付けるときの巻き締め効果により、表層側である外側に向けて流動する場合がある。このような場合には、成形された繊維強化複合材料において、マンドレル側では樹脂体積含有率がより低下し、繊維強化複合材料における樹脂体積含有率の制御が困難な可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を、より精度良く制御することができる繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、巻回部材に、樹脂含浸した第１繊維束を巻回する第１巻回工程と、樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する第２巻回工程と、を備え、第１繊維束と第２繊維束とは、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第３繊維束を巻回する第３巻回工程を備え、第３繊維束は、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより成形される繊維強化複合材料であって、巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含む樹脂含浸した第１繊維束を巻回し、樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第２繊維束を巻回して成形されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料は、樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第３繊維束を巻回して成形されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る繊維強化複合材料成形方法は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回する第１巻回工程と、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回する第２巻回工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る繊維強化複合材料は、樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回して成形される繊維強化複合材料であって、巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回し、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して成形されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料成形方法及び繊維強化複合材料によれば、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を、より精度よく制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置について説明する。図１は、繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す図である。
【００１７】
繊維供給装置１２は、繊維束１４を送り出す機能を有している。繊維供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置１２は、繊維束１４を巻き付けるための複数のボビン１６と、複数の繊維束１４に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。それにより、ボビン１６等から送り出された複数の繊維束１４を、繊維張力調整装置１８で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、繊維束１４の本数は、複数本に限定されることはなく、１本でもよい。なお、繊維束１４の代わりに、予め繊維束１４に樹脂を含浸させたプリプレグを使用することができる。
【００１８】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された複数の繊維束１４に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置２０には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００１９】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０で張力測定された繊維束１４に、樹脂等を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置２２は、繊維束１４に含浸する樹脂を溜める樹脂槽２４と、繊維束１４に樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ２６と、第１テンションローラ２８と、第２テンションローラ３０と、を備えている。また、樹脂含浸装置２２は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計と、樹脂含浸量を調整するために繊維束１４に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計３２とを有している。そして、樹脂含浸ローラ２６を回転させて、ローラ面を樹脂槽２４に溜めた樹脂に浸漬した後、樹脂が付着したローラ面を繊維束１４に接触させることで樹脂含浸することができる。
【００２０】
フィラメントワインディング装置３６は、樹脂含浸装置２２から送り出された樹脂含浸した繊維束３４を、型または心金であるマンドレル３８（Ｍａｎｄｒｅｌ）等の巻回部材に巻き付ける機能を有している。フィラメントワインディング装置３６は、樹脂含浸した繊維束３４をマンドレル３８等の円周方向や軸方向に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置３６は、例えば、マンドレル３８等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）や、マンドレル３８等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により樹脂含浸した繊維束３４を巻き付けることができる。
【００２１】
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、マンドレル３８の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、樹脂含浸した繊維束３４は、フィラメントワインディング装置３６により、所定の張力を与えられつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられる。
【００２２】
制御装置４０は、繊維張力測定装置２０と、樹脂含浸装置２２に配置される樹脂温度センサと、樹脂膜厚計３２等とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。制御装置４０は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維束１４の張力データの電気信号を入力し、繊維束１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置４０は、樹脂含浸装置２２に配置された樹脂温度センサから出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。更に、制御装置４０は、樹脂膜厚計３２から出力される樹脂膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸ローラ２６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。かかる制御装置４０は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置４０と接続されたデータロガ４２には、上述した繊維束１４の張力データ、樹脂温度データ、樹脂膜厚データ等が記憶されて保存される。
【００２３】
次に、繊維強化複合材料の成形方法について説明する。図２は、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。繊維強化複合材料成形方法は、第１巻回工程（Ｓ１０）と、第２巻回工程（Ｓ１２）と、第３巻回工程（Ｓ１４）とを含んで構成される。
【００２４】
第１巻回工程（Ｓ１０）は、マンドレル３８に、樹脂含浸した第１繊維束を巻回する工程である。図３は、第１繊維束５０の構成を示す図である。第１繊維束５０は、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４とを含んで構成される。
【００２５】
補強繊維５２には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、補強繊維５２には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。補強繊維５２には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。例えば、補強繊維５２には、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランドを用いることができる。
【００２６】
熱硬化性樹脂繊維５４には、エポキシ樹脂繊維、フェノール樹脂繊維または不飽和ポリエステル樹脂繊維等の熱硬化性樹脂繊維５４を使用することができる。勿論、熱硬化性樹脂繊維５４は、上記樹脂繊維に限定されることはない。熱硬化性樹脂繊維５４には、ヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。また、熱硬化性樹脂繊維５４には、数ｍｍ以下に切断されたチョップド糸等を用いることができる。
【００２７】
第１繊維束５０には、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４とを一方向に揃えて組み合わせた一方向材を用いることができる。また、第１繊維束５０には、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４と平織や朱子織等で織ったハイブリッドクロス等の織物材等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、第１繊維束５０は、上記材料に限定されることはない。
【００２８】
第１繊維束５０に含浸される樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、第１繊維束５０に含浸される樹脂は、上記合成樹脂に限定されることはない。また、第１繊維束５０に含浸される樹脂と、熱硬化性樹脂繊維５４を形成する樹脂は、同種類の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、第１繊維束５０に含浸される樹脂にエポキシ樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂繊維５４にはエポキシ樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００２９】
第１繊維束５０が巻き付けられたボビン１６は、繊維供給装置１２にセットされる。そして、第１繊維束５０は、繊維供給装置１２から所定の張力が負荷されて送り出される。第１繊維束５０は、樹脂含浸装置２２によりエポキシ樹脂等で樹脂含浸される。樹脂含浸した第１繊維束５０は、フィラメントワインディング装置３６でマンドレル３８に巻回されて積層される。
【００３０】
第２巻回工程（Ｓ１２）は、樹脂含浸した第１繊維束５０を巻回したマンドレル３８に、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する工程である。第２繊維束は、第１繊維束５０と同様に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含んで構成される。
【００３１】
第１繊維束５０と第２繊維束とは、第１繊維束５０に含まれる熱硬化性樹脂繊維５４の含有率が、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きくなるように、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４とが混合されて形成される。ここで、熱硬化性樹脂繊維５４の含有率とは、補強繊維５２と熱硬化性樹脂繊維５４との合計質量に対する熱硬化性樹脂繊維５４の質量の割合である。これにより、樹脂含浸した第２繊維束をマンドレル３８に巻回中に、樹脂含浸した第１繊維束５０に含まれる含浸樹脂がマンドレル３８側と反対側である表層側に染み出して流出した場合でも、第１繊維束５０に熱硬化性樹脂繊維５４をより多く含ませることにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下が抑制される。
【００３２】
第２繊維束が巻き付けられたボビン１６は、繊維供給装置１２にセットされる。そして、第２繊維束は、繊維供給装置１２から所定の張力が負荷されて送り出される。第２繊維束は、樹脂含浸装置２２によりエポキシ樹脂等で樹脂含浸される。樹脂含浸された第２繊維束は、フィラメントワインディング装置３６で、樹脂含浸した第１繊維束５０が巻回されたマンドレル３８に巻回されて積層される。
【００３３】
第３巻回工程（Ｓ１４）は、樹脂含浸した第２繊維束を巻回したマンドレル３８に、樹脂含浸した第３繊維束を巻回する工程である。第３繊維束は、第１繊維束５０と同様に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含んで構成される。
【００３４】
第２繊維束と第３繊維束とは、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率が、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きくなるように、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とが混合されて形成される。これにより、樹脂含浸した第３繊維束をマンドレル３８に巻回中に、樹脂含浸した第２繊維束に含まれる含浸樹脂がマンドレル３８側と反対側である表層側に染み出して流出した場合でも、第２繊維束に熱硬化性樹脂繊維５４をより多く含ませることにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下を抑制できる。
【００３５】
第３繊維束が巻き付けられたボビン１６は、繊維供給装置１２にセットされる。そして、第３繊維束は、繊維供給装置１２から所定の張力が負荷されて送り出される。第３繊維束は、樹脂含浸装置２２によりエポキシ樹脂等で樹脂含浸される。樹脂含浸した第３繊維束は、フィラメントワインディング装置３６で、樹脂含浸した第２繊維束が巻回されたマンドレル３８に巻回されて積層される。
【００３６】
図４は、マンドレル３８に第１繊維束５０と、第２繊維束と、第３繊維束とを巻回して積層した積層体６０を示す断面図である。積層体６０は、第１層６２と、第２層６４と、第３層６６とを含んで構成される。第１層６２は、マンドレル３８に樹脂含浸した第１繊維束５０を巻回して形成された層であり、第２層６４は、樹脂含浸した第２繊維束を巻回して形成された層であり、第３層６６は、樹脂含浸した第３繊維束を巻回して形成された層である。第１繊維束５０と第２繊維束と第３繊維束とは、いずれも所定の張力を負荷されてマンドレル３８に巻回される。そのため、第１繊維束５０に含浸された未硬化樹脂の一部が、第１層６２から、第２層６４または第３層６６へ流動して流出し、第２繊維束に含浸された樹脂が、第２層６４から第３層６６へ流動して流出する。そして、積層体６０は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。
【００３７】
ここで、第１繊維束５０に含まれる熱硬化性樹脂繊維５４の含有率は、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも大きいので、第１繊維束５０に含浸された未硬化樹脂の一部が、第１層６２から、第２層６４または第３層６６へ流動して流出した場合でも、硬化した第１層６２の樹脂体積含有率の低下を抑えることができる。また、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維５４の含有率は、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも大きいので、第２繊維束に含浸された樹脂の一部が、第２層６４から第３層６６へ流動して流出した場合でも、硬化した第２層６４の樹脂体積含有率の低下を抑えることができる。そのため、積層体６０を硬化して成形した繊維強化複合材料において、マンドレル３８側における繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下が抑えられる。このように、各々繊維束に熱硬化性樹脂繊維を含ませて、熱硬化性樹脂繊維の含有率を調整することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御することができる。
【００３８】
上記構成によれば、マンドレルに、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含む樹脂含浸した第１繊維束を巻回し、樹脂含浸した第１繊維束が巻回されたマンドレルに、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第２繊維束を巻回し、樹脂含浸した第２繊維束が巻回されたマンドレルに、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第３繊維束を巻回して繊維強化複合材料を成形することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御して、マンドレル側の樹脂体積含有率低下を抑えることができる。
【００３９】
次に、他の繊維強化複合材料成形方法について説明する。図５は、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。繊維強化複合材料成形方法は、第１巻回工程（Ｓ２０）と、第２巻回工程（Ｓ２２）とを含んで構成される。なお、繊維強化複合材料成形方法には、上述した繊維強化複合材料成形装置１０が使用される。
【００４０】
第１巻回工程（Ｓ２０）は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シートとを巻回する工程である。図６は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とを巻回する工程を示す模式図である。
【００４１】
補強繊維束には、炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維等が使用される。補強繊維束に含浸される樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等が使用される。
【００４２】
熱硬化性樹脂シート７２には、エポキシ樹脂シート、フェノール樹脂シート、不飽和ポリエステル樹脂シート等が使用される。熱硬化性樹脂シート７２は、シート状の材料に限定されることなく、例えば、テープ状の材料を用いることができる。熱硬化性樹脂シート７２を形成する樹脂は、補強繊維束に含浸される樹脂と同種類の合成樹脂を用いることが好ましい。例えば、補強繊維束に含浸される樹脂にエポキシ樹脂を用いる場合には、熱硬化性樹脂シート７２にはエポキシ樹脂シートを用いることが好ましい。
【００４３】
第２巻回工程（Ｓ２２）は、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とが巻回されたマンドレル３８に、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０を巻回する工程である。樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とが巻回されたマンドレル３８に、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０が巻回されて積層される。
【００４４】
図７は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シートとを巻回した後、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０を巻回して積層した積層体８０を示す図であり、図７（Ａ）は、Ｘ−Ｘ方向における積層体８０の断面図であり、図７（Ｂ）は、Ｙ−Ｙ方向における積層体８０の断面図である。積層体８０は、第１層８２と第２層８４とを含んで構成される。第１層８２は、マンドレル３８に、樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とを巻回して形成された層であり、第２層８４は、更に、樹脂含浸した補強繊維束７０を巻回して形成された層である。樹脂含浸した補強繊維束７０と、熱硬化性樹脂シート７２とは、いずれも所定の張力を負荷されてマンドレル３８に巻回される。そのため、第１層８２における補強繊維束に含浸された未硬化樹脂の一部が、第１層８２から第２層８４へ流動して流出する。そして、積層体８０は樹脂硬化炉等で加熱硬化され、繊維強化複合材料が成形される。
【００４５】
ここで、第１層８２には熱硬化性樹脂シート７２が含まれているので、補強繊維束に含浸された未硬化樹脂の一部が第１層８２から第２層８４へ流動して流出した場合でも、硬化した第１層８２における樹脂体積含有率低下を抑えることができる。そのため、積層体８０を硬化して成形した繊維強化複合材料において、マンドレル３８側における繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下が抑えられる。このように、樹脂含浸した補強繊維束７０と熱硬化性樹脂シート７２とを合わせて巻回することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御することができる。
【００４６】
上記構成によれば、マンドレルに、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回し、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回されたマンドレルに、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して繊維強化複合材料を成形することにより、繊維強化複合材料の樹脂体積含有率を制御して、マンドレル側における繊維強化複合材料の樹脂体積含有率低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態において、第１繊維束の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、マンドレルに第１繊維束と、第２繊維束と、第３繊維束とを巻回して積層した積層体を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態において、マンドレルに樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回する工程を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態において、マンドレルに、樹脂含浸した補強繊維束と、熱硬化性樹脂シートとを巻回した後、更に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して積層した積層体を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ 繊維供給装置、１４ 繊維束、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂含浸ローラ、２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３４ 樹脂含浸した繊維束、３６ フィラメントワインディング装置、３８ マンドレル、４０ 制御装置、４２ データロガ、５０ 第１繊維束、５２ 補強繊維、５４ 熱硬化性樹脂繊維、６０、８０ 積層体、６２、８２ 第１層、６４、８４ 第２層、６６ 第３層、７０ 樹脂含浸した補強繊維束、７２ 熱硬化性樹脂シート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、
巻回部材に、樹脂含浸した第１繊維束を巻回する第１巻回工程と、
樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する第２巻回工程と、
を備え、
第１繊維束と第２繊維束とは、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、
第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形方法であって、
樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第３繊維束を巻回する第３巻回工程を備え、
第３繊維束は、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、
第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項３】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより成形される繊維強化複合材料であって、
巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含む樹脂含浸した第１繊維束を巻回し、樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第２繊維束を巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維強化複合材料であって、
樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第３繊維束を巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項５】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、
巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回する第１巻回工程と、
樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回する第２巻回工程と、
を備えることを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項６】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回して成形される繊維強化複合材料であって、
巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回し、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項１】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、
巻回部材に、樹脂含浸した第１繊維束を巻回する第１巻回工程と、
樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第２繊維束を巻回する第２巻回工程と、
を備え、
第１繊維束と第２繊維束とは、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、
第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形方法であって、
樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、樹脂含浸した第３繊維束を巻回する第３巻回工程を備え、
第３繊維束は、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、
第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率は、第３繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率より大きいことを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項３】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより成形される繊維強化複合材料であって、
巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含む樹脂含浸した第１繊維束を巻回し、樹脂含浸した第１繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第１繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第２繊維束を巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項４】
請求項３に記載の繊維強化複合材料であって、
樹脂含浸した第２繊維束が巻回された巻回部材に、補強繊維と熱硬化性樹脂繊維とを含み、第２繊維束に含まれる熱硬化性樹脂繊維の含有率よりも小さい含有率を有する樹脂含浸した第３繊維束を巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項５】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形方法であって、
巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回する第１巻回工程と、
樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回する第２巻回工程と、
を備えることを特徴とする繊維強化複合材料成形方法。
【請求項６】
樹脂含浸した繊維束を巻回部材に巻回して成形される繊維強化複合材料であって、
巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとを巻回し、樹脂含浸した補強繊維束と熱硬化性樹脂シートとが巻回された巻回部材に、樹脂含浸した補強繊維束を巻回して成形されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−５１０２６（Ｐ２００９−５１０２６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１７４３９（Ｐ２００７−２１７４３９）
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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