繊維複合部材の製造方法、プリプレグの製造方法及び製造システム
【課題】高品質のプリプレグ及び最終製品たる繊維複合部材を安定的に得ることを可能とする。
【解決手段】複数本の繊維１４ａからなるシート状の繊維基材１４に粉体樹脂２０を付着させた後、粉体樹脂２０の付着した繊維基材１４を加熱し、強化繊維１４ａと半硬化状態の樹脂２０とからなるプリプレグ２８を製造する方法であって、導電シート１０を繊維基材１４の一方の面側に配置し、帯電した粉体樹脂２０を、繊維基材１４の他方の面側から繊維基材１４に向けて吹き付けることで、静電気力を利用して繊維基材１４の繊維１４ａ間に粉体樹脂２０を充填させながら繊維基材１４に粉体樹脂２０を付着させる。
【解決手段】複数本の繊維１４ａからなるシート状の繊維基材１４に粉体樹脂２０を付着させた後、粉体樹脂２０の付着した繊維基材１４を加熱し、強化繊維１４ａと半硬化状態の樹脂２０とからなるプリプレグ２８を製造する方法であって、導電シート１０を繊維基材１４の一方の面側に配置し、帯電した粉体樹脂２０を、繊維基材１４の他方の面側から繊維基材１４に向けて吹き付けることで、静電気力を利用して繊維基材１４の繊維１４ａ間に粉体樹脂２０を充填させながら繊維基材１４に粉体樹脂２０を付着させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグを積層して所定の形状に成形し、繊維複合部材を製造する繊維複合部材の製造方法、プリプレグの製造方法及び製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維複合部材の製造方法には、強化繊維とマトリックス樹脂とからなるシート状の繊維複合シート（プリプレグ）を積層し、得られた積層体を成形することで、所定形状の繊維複合部材を製造するといった方法がある。
【０００３】
ここで、繊維複合部材の製造に用いられるプリプレグは、種々の方法により作製されるが、その内の一つに、強化繊維からなるシートや織物等（以下、繊維基材という）に粉体の樹脂を付着させ、これを加熱溶融してシート化し、プリプレグを作製するという方法がある（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
下記特許文献１に記載の方法は、多数の連続モノフィラメントよりなる強化繊維束に対し、粉体樹脂を混合した空気を吹付けることにより、強化繊維束の開繊を促しながら粉体樹脂を各モノフィラメントに付着させるとともにモノフィラメント相互間に捕捉させ、開繊された樹脂付着繊維の樹脂を加熱溶融してシート化し、繊維複合シート（プリプレグ）を得るというものである。すなわち、この方法では、樹脂を加熱溶融する前に、風力（風圧）を利用して繊維間に粉体樹脂を付着、捕捉させている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１６２１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、風力（風圧）を利用して繊維基材における繊維間に粉体樹脂を強制的に入れて付着させようとする場合、風力（風圧）の大きさによっては、繊維基材の繊維がずれるといった事態が起こり得る。この繊維のずれによるプリプレグにおける繊維密度のバラツキは、プリプレグの強度特性に影響を及ぼし、強度特性の低下を招来することも十分に考えられる。また、この強度特性の低下は、当然のことながら、このプリプレグを用いて製造された繊維複合部材の強度特性の低下をも招来することとなる。このように、プリプレグを製造するにあたり、繊維基材の繊維間に粉体樹脂を付着、捕捉させるのに風力（風圧）を利用することは、完成品であるプリプレグの品質上、好ましくない事態を生じる虞がある。
【０００７】
また、風力（風圧）を用いてプリプレグを製造すると、プリプレグにおける粉体樹脂の付着量にバラツキが生じやすいため、特にプリプレグを量産し、さらに最終製品たる繊維複合部材を量産しようとする場合には、この粉体樹脂の付着量すなわち最終製品たる繊維複合部材におけるマトリックス樹脂量にバラツキが生じ、その結果、量産されたプリプレグや繊維複合部材について品質のバラツキが生じてしまうといった虞がある。
【０００８】
本発明は、高品質の繊維複合部材を安定的に得ることを可能とする繊維複合部材の製造方法、プリプレグの製造方法及び製造システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造方法であって、導電体を繊維基材の一方の面側に配置し、帯電した粉体樹脂を、繊維基材の他方の面側から繊維基材に向けて吹き付けることで、静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させることを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記構成のプリプレグの製造方法において、粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる１種類のエポキシ樹脂であるのが好適である。
【００１１】
また、上記構成のプリプレグの製造方法において、粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる第一のエポキシ樹脂と、第一のエポキシ樹脂よりも融点が低く且つ第一のエポキシ樹脂と同種の第二のエポキシ樹脂とからなるようにしても良い。
【００１２】
また、本発明の繊維複合部材の製造方法は、上記のような製造方法により製造されたプリプレグをプリフォーム成形するプリフォーム成形工程と、プリフォーム成形により得られたプリフォームを最終製品たる繊維複合部材の型に最終成形する最終成形工程と、を有し、最終製品たる繊維複合部材を製造するものである。
【００１３】
また、本発明のプリプレグの製造システムは、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造システムであって、繊維基材に粉体樹脂を付着させるための空間内に導電体を供給する導電体供給手段と、供給された導電体の一方の面側に、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材を供給する繊維基材供給手段と、供給された導電体の他方の面側から、帯電した粉体樹脂を繊維基材に吹き付ける静電ガンと、を含み、静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高品質のプリプレグを安定的に得ることが可能となり、ひいては、高品質の最終製品たる繊維複合部材を安定的に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明における繊維複合部材の全製造工程を示す図である。
【００１６】
まず、例えば図１に示すように、導電シート１０が導電シートロール１２から引き出され、引き出された導電シート１０は、コンベアベルト１８上に供給される。また、シート状の繊維基材１４が繊維基材ロール１６から引き出され、引き出された繊維基材１４は、コンベアベルト１８上の導電シート１０上に供給される。こうして繊維基材１４とコンベアベルト１８との間に導電シート１０が配置され、この状態で繊維基材１４がコンベアベルト１８により搬送される。なお、導電シートロール１２は接地され、導電シート１０が接地状態になるのが好ましい。また、導電シート１０としては、例えばアルミシートが好適である。
【００１７】
次に、搬送される繊維基材１４の上方から、粉体樹脂２０が静電ガン２２により繊維基材１４に吹き付けられる。静電ガン２２により吹き付けられる粉体樹脂２０の量（繊維基材の単位面積あたりの樹脂付着量）は適宜設定可能である。このとき、粉体樹脂２０は静電ガン２２により帯電した状態となっており、この帯電した粉体樹脂２０には、繊維基材１４との間で生じるクーロン力によって繊維基材１４に引きつけられる力が働くと共に、繊維基材１４の下方にある導電シート１０との間で生じるクーロン力によって導電シート１０に引きつけられる力が働く。したがって、静電ガン２２により吹き付けられた粉体樹脂２０は、繊維基材１４に引きつけられる力によって直接的に繊維基材１４の表面に付着すると共に、導電シート１０に引きつけられる力と重力との働きにより、繊維基材１４における繊維１４ａ間に吸い込まれる。
【００１８】
以上のように、静電ガン２２で粉体樹脂２０を繊維基材１４に吹き付けていくことで、粉体樹脂２０を、繊維基材１４の表面に付着させるのみならず、繊維基材１４の繊維１４ａ間に徐々に充填させていくことができる。このときの繊維基材１４は、図２に示すように、基材表面及び繊維１４ａ間において粉体樹脂２０と繊維１４ａとが互いに点接触の状態で付着し、また粉体樹脂２０同士も互いに点接触の状態で付着した状態となっている。こうして、予め設定した所定量（繊維基材の単位面積あたりの樹脂付着量）の粉体樹脂２０、すなわち最終製品である繊維複合部材（ＦＲＰ）４０に要するマトリックス樹脂と同量の粉体樹脂２０が、繊維基材１４における基材表面及び繊維１４ａ間に確実に付着することが可能となる。
【００１９】
続いて、上記のような粉体樹脂２０の付いた繊維基材１４がヒーター２４等で加熱される。具体的には、粉体樹脂２０の点接触部分が加熱溶融し、粉体樹脂２０と繊維１４ａとが互いに固着（点接合）し、また粉体樹脂２０同士も互いに固着（点接合）するように加熱する。例えば粉体樹脂２０が熱硬化性樹脂である場合には、粉体樹脂２０が半硬化状態となるように加熱することになる。そして、上記のような加熱により、粉体樹脂２０と繊維１４ａ、及び粉体樹脂２０同士を互いに固着（点接合）させ、導電シート１０を取り除いた後にカッター２６等で粉体樹脂２０付きの繊維基材１４を所望のサイズに切断する、あるいは粉体樹脂２０付きの繊維基材１４をカッター２６等で所望のサイズに切断してから導電シート１０を取り除くことで、粉体樹脂２０を用いたプリプレグ２８が製造される。
【００２０】
このプリプレグ２８は、粉体樹脂２０が点接合の状態で固着されているため、プリプレグ２８の保管時や運搬時に粉体樹脂２０が離脱することが無い。また、粉体樹脂２０は、繊維１４ａや隣接する他の粉体樹脂２０と点接合の状態で固着されているため、プリプレグ２８の柔軟性が維持されており、後述のプリフォーム成形を簡易に行うことができるようになる。
【００２１】
そして、以上のように粉体樹脂２０を用いてプリプレグ２８が製造されると、プリフォーム成形型３２に複数のプリプレグ２８を積層してセットし、ヒーター３０等でこの積層体を所定時間加熱して積層体に粉体樹脂２０の溶融温度を僅かに上回る温度をかけながら、プリフォーム成形型３２に合わせた積層体のプリフォーム成形が行われる。そして、このプリフォーム成形後に、積層体を冷却してプリフォーム成形型３２から取り外し、所定のプリフォーム形状のプリフォーム３４が製造される。
【００２２】
次に、こうして得られたプリフォーム３４を、最終成形型３８にセットした上でナイロンバッグなどのバッグフィルム（図示せず）で包み、オートクレーブや電気炉等の炉３６内で粉体樹脂２０の溶融温度以上に加熱すると共に加圧を行い、粉体樹脂２０を溶融して繊維基材１４に十分に含浸させ且つ溶融樹脂を硬化させる。これにより、プリフォーム３４が最終形状に成形され、所望の最終形状を有する繊維複合部材（最終製品）４０が製造される。
【００２３】
以上のように、本実施形態における製造方法によれば、プリプレグ２８の製造において、従来のような繊維密度のバラツキを生じさせることなく、所定量の粉体樹脂２０、すなわち最終製品である繊維複合部材（ＦＲＰ）４０に必要とされるマトリックス樹脂と同量の粉体樹脂２０を、基材表面及び繊維１４ａ間において粉体樹脂２０と繊維１４ａとを互いに点接触の状態で固着させ、また粉体樹脂２０同士をも互いに点接触の状態で固着させることができる。そして、これにより、所定量の粉体樹脂２０が繊維基材１４の表面に付着するのみならず繊維１４ａ間に充填したプリプレグ２８を安定的に得ることができる。
【００２４】
また、所定量の粉体樹脂２０を付着させたプリプレグ２８を安定的に製造することができるため、プリプレグ２８を量産する場合においても、製造されたプリプレグ２８間で粉体樹脂２０の付着量にバラツキが発生することが抑えられ、これにより、量産されたプリプレグ２８について高品質を維持することが可能となる。このように、本実施形態における製造方法は、量産性にも優れているといった利点もある。
【００２５】
さらに、本実施形態における製造方法で製造されたプリプレグ２８では、粉体樹脂２０が繊維１４ａや隣接する他の粉体樹脂２０と点接合の状態で固着されているため、粉体樹脂２０を付着させていない繊維基材１４と略同等の柔軟性（変形させ易さ）が維持されている。したがって、最終成形前のプリフォーム成形を、プリフォーム成形体３４の品質に影響を与えることなく、簡易に行うことができる。
【００２６】
また、このようなプリプレグ２８では、粉体樹脂２０が上記のように繊維基材１４の繊維１４ａ間に充填した状態となっているため、プリフォーム成形後に最終製品４０を成形、製造するにあたり、加熱、加圧により粉体樹脂２０を繊維１４ａ間に十分に含浸させることができる。したがって、高品質の最終製品４０の製造を実現できる。
【００２７】
また、プリプレグ２８を作製するにあたり、繊維基材１４に対してフラットな状態で粉末樹脂２０の連続的な付着作業を行うことができるといった点からも、量産性に優れているといった利点がある。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
径７μｍ×６０００本のカーボン繊維束による織物（２×２綾織）であるシート状の繊維基材を繊維基材ロール（約１ｍ幅）から引き出し、引き出された繊維基材に粒径約３０〜４０μｍの粉体エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）を付着させ、１００℃で１〜２分加熱した後、所定サイズ（約１．５ｍ長さ×約１ｍ幅）にカットしてプリプレグを製造した。なお、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルの融点は約９０℃である。また、得られたプリプレグをプリフォーム成形型に積層してセットし、この積層体を１００℃で１〜２分加熱してプリフォーム成形を行い、プリフォームを製造した。さらに、得られたプリフォームを繊維複合部材の成形型にセットし、オートクレーブで、セットしたプリフォームを１８０℃で約１０分加熱しながら加圧を行い、最終製品である繊維複合部材を製造した（下記表１の実施材１を参照）。なお、プリフォーム成形および最終製品の形状は、自動車のボンネットの形状にした。
【００２９】
そして、上記のようにして製造されたプリフォームについて自重変形性の有無を調べ、また最終製品の繊維複合部材について疲労特性を調べた。ここで、プリフォームの自重変形性については、プリフォームの保管時や運搬時に自重変形し難い方が好ましい。自重変形性は、プリフォームの一端側を片持ちしたときの撓み量（撓みにより他端側が下降した変位）を測定して評価した。撓み量が所定量以上であれば自重変形しやすく、したがってプリフォームの自重変形性は好ましくないとなる。また、撓み量が所定量より少なければ自重変形し難く、したがってプリフォームの自重変形性は好ましいとなる。
【００３０】
一方、繊維複合部材の疲労特性については、製品の信頼性の観点からも高い方が好ましい。疲労特性は、繰り返し曲げ疲労を加え、初期の曲げ弾性率の２０％低下時の時間を測定して評価した。本実施例では、疲労特性が良好であった実施材１において得られた時間を１００として、他の比較材１〜７のパターンにおいて得られた時間を、実施材１のパターンにおいて得られた時間に対する相対値で示している。そして、所定の相対値以下（例えば８０以下）の場合には、疲労特性が低いとし、相対値が約９０の場合には、疲労特性はやや良好であるとした。
【００３１】
なお、粉体樹脂の繊維基材への吹き付けでは、約５００ｇ／ｍ２のカーボン繊維に対し約３００ｇ／ｍ２の粉体樹脂を均一に吹き付け、最終製品である繊維複合部材における繊維の体積含有率が５０〜５５ｖｏｌ％となるようにした。
【００３２】
ところで、一般的には、繊維複合部材の製造にはマトリックス樹脂の他にプリフォーム用のバインダー樹脂を用いる。これは、バインダー樹脂によりプリフォームの自重変形性が良好になる（自重変形し難くなる）からである。そこで、上記のようなマトリックス樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）のみのパターン（下記表１の実施材１）との比較材として、マトリックス樹脂（フィルムのエポキシ樹脂であるビスフェノールＡジグリシジルエーテル）とバインダー樹脂（粉体ナイロン樹脂）を、樹脂全体における混合比（重量含有率：ｗｔ％）を種々変えて混合したもので、それぞれプリプレグ、プリフォームを製造し、さらにオートクレーブ法で繊維複合部材を製造したものも用意した（下記表１の比較材１〜６）。
【００３３】
また、マトリックス樹脂を液状のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）、バインダー樹脂を粉体のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）として、プリフォームを製造し、さらにＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法を用いて繊維複合部材を製造した（下記表１の比較材７）。なお、このときの混合比（樹脂全体における重量含有率）は、マトリックス樹脂（液状エポキシ樹脂）を７０ｗｔ％、バインダー樹脂（粉体エポキシ樹脂）を３０ｗｔ％とした。
【００３４】
以上のような実施材１と比較材１〜７の各製造パターンにより製造されたプリフォームにおける自重変形性と、最終製品の繊維複合部材における疲労特性の結果は、以下の通りである（表１参照）。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１の実施材１のパターンでは、バインダー樹脂を混合せずとも、マトリックス樹脂のみにもかかわらず、プリフォームにおける自重変形性が良好であり（自重変形し難く）、かつ、最終製品の繊維複合部材における疲労特性も良好であった。これは、本発明の製造方法により繊維基材の繊維間にも粉体樹脂（マトリックス樹脂）が十分に充填される結果、マトリックス樹脂のみでもバインダー樹脂の役割を兼ねることができ、これによりプリフォームにおける自重変形性が良好となっていると考えられる。また、疲労特性に関しては、マトリックス樹脂（エポキシ樹脂）とバインダー樹脂（ナイロン樹脂）という異種の樹脂を混合していないため、良好な疲労特性が維持されると考えられる。
【００３７】
一方、表１の比較材１〜６のパターンに示すように、マトリックス樹脂の含有率が高くなればなる程（バインダー樹脂の含有率が低くなればなる程）、プリフォームの自重変形性は悪くなり（自重変形し易くなり）、一方で疲労特性は良好となった。比較材１〜３のパターンでは、自重変形性が良好で疲労特性が不良、比較材４のパターンでは、自重変形性が不良で疲労特性がやや良好、比較材５，６のパターンでは、自重変形性が不良で疲労特性が良好、となった。これは、バインダー樹脂量が多いと自重変形性は向上するが、マトリックス樹脂に対して異種のバインダー樹脂量が多くなるために、このバインダー樹脂はマトリックス樹脂内で混入異物として作用し、疲労特性が低下したものと考えられる。このように、比較材では、プリフォームにおける自重変形性及び最終製品の繊維複合部材における疲労特性がいずれも良好とはならず、また自重変形性と疲労特性とがいずれも良好となるマトリックス樹脂とバインダー樹脂の配合比は見出せなかった。
【００３８】
また、表１の比較材７のパターンに示すように、マトリックス樹脂を液状のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）、バインダー樹脂を粉体のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）とした場合、自重変形性は良好であったが、疲労特性は不良であった。この比較材７のパターンでは、マトリックス樹脂とバインダー樹脂の組成が同じであるが、液状と粉体ということで分子量が異なるため、バインダー樹脂はマトリックス樹脂内で異物として作用し、疲労特性が低下したものと考えられる。
【００３９】
このように、本発明の製造方法を用いると、粉体樹脂が繊維基材の繊維間に十分に充填したプリプレグを製造でき、プリフォーム成形をプリフォーム成形体の品質に影響を与えることなく簡易に行うことができ、最終製品を成形、製造するにあたり加熱、加圧により粉体樹脂を繊維間に十分に含浸させて高品質の最終製品を製造できる、といった上記効果を得ることができ、さらに、粉末マトリックス樹脂のみで（他種のバインダー樹脂を用いずに）良好な自重変形性のプリフォーム及び疲労特性に優れた繊維複合部材を製造することができた。
【００４０】
（実施例２）
上記実施例１では、マトリックス樹脂である粉体エポキシ樹脂のみを用いて製造していたが、本実施例２では、マトリックス樹脂をエポキシ等量が約２５０である粉体エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）、バインダー樹脂をエポキシ等量が約４５０である粉体エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）を使用して、本発明の製造方法にしたがってプリプレグ、プリフォーム及び繊維複合部材を製造した。この２種類の粉体樹脂は、予め混合された状態で静電ガンにより吹き付けられても良く、あるいは別途に吹き付けられても良い。また、繊維基材としては、径７μｍ×６０００本のカーボン繊維束による織物（２×２綾織）であるシート状の繊維基材を繊維基材ロール（約１ｍ幅）から引き出して、上記実施例１と同様に使用している。なお、このときの混合比（樹脂全体における重量含有率）は、マトリックス樹脂を７０ｗｔ％、バインダー樹脂を３０ｗｔ％とした。
【００４１】
ところで、上記実施例１における実施材１のパターンではマトリックス樹脂のみを使用しているため、プリフォーム成形時にマトリックス樹脂が溶融し、この際にマトリックス樹脂の一部が硬化反応を開始してしまう。したがって、最終成形時に樹脂を繊維間に含浸させる際に粘度を低く保つには温度を高く設定できず、その結果、樹脂の反応が遅くなり、成形サイクルが長くなってしまう。
【００４２】
そこで、本実施例２のように、融点の異なる２種類の粉体エポキシ樹脂（エポキシ等量の異なるビスフェノールＡジグリシジルエーテル）をマトリックス樹脂とバインダー樹脂に使い分けて用いることで、最終成形時に要する最短の時間（最短含浸・硬化時間）を短縮させることができる。すなわち、融点の低い方のバインダー樹脂がプリフォーム時に溶融する際には、融点の高い方のマトリックス樹脂は溶融しないため、マトリックス樹脂の硬化反応は進行せずにすむ。そして、最終成形時に、マトリックス樹脂は溶融、硬化反応を開始するため、低粘度で繊維基材の繊維間に含浸させることができる。したがって、高温度条件でも含浸が可能となるため、最終成形時における昇温速度を上げることができ、最短含浸・硬化時間を短縮させることが可能となる。
【００４３】
本実施例２では、上記実施例１と同様に、プリフォームにおける自重変形性及び最終製品の繊維複合部材における疲労特性を評価した。なお、本実施例２においても上記実施例１の場合と同様、疲労特性については、疲労特性が良好であった実施材１のパターンにおいて得られた時間を１００として、本実施例２のパターン（下記表２の実施材２）において得られた時間を、実施材１において得られた時間に対する相対値で示した。
【００４４】
また、実施材１と実施材２における最短の含浸・硬化時間を測定した。ここで、最短含浸・硬化時間は、５０％体積含有率になるように繊維基材に粉体樹脂を含浸させ、そのまま硬化するときの最短時間とし、実施材１のパターンにおいて得られた時間を１００として、実施材２において得られた時間を、実施材１において得られた時間に対する相対値で示した。以下、実施材１と実施材２におけるパターンとの比較を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
実施材２では、プリフォームにおける自重変形性が良好である（自重変形し難い）。また、最終製品の繊維複合部材における疲労特性も、実施材１のパターンと比較するとやや劣るものの、ほぼ良好といえる程度のものであった。また、最短の含浸・硬化時間は、実施材１での最短含浸・硬化時間の約７割程度の時間しか要しなかった。なお、実施材１で最短含浸・硬化時間が得られるのは、最終成形時において常温から約１０℃／ｍｉｎで昇温させ１８０℃で保持させる場合であり、実施材２のパターンで最短含浸・硬化時間が得られるのは、常温から約１５℃／ｍｉｎで昇温させ１８０℃で保持させる場合であった。
【００４７】
このように、本発明の製造方法を用いると、粉体樹脂が繊維基材の繊維間に十分に充填したプリプレグを製造でき、プリフォーム成形をプリフォーム成形体の品質に影響を与えることなく簡易に行うことができ、最終製品を成形、製造するにあたり加熱、加圧により粉体樹脂を繊維間に十分に含浸させて高品質の最終製品を製造できる、といった上記効果を得ることができ、さらに、融点の異なる２種類の粉体エポキシ樹脂（エポキシ等量の異なるビスフェノールＡジグリシジルエーテル）をマトリックス樹脂とバインダー樹脂に使い分けることで、良好な自重変形性のプリフォーム及び良好な繊維複合部材を、時間を短縮させて製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態における繊維複合部材の製造方法の全工程を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における製造方法により得られるプリプレグの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 導電シート、１２ 導電シートロール、１４ 繊維基材、１４ａ 繊維、１６ 繊維基材ロール、１８ コンベアベルト、２０ 粉体樹脂、２２ 静電ガン、２４ ヒーター、２６ カッター、２８ プリプレグ、３０ ヒーター、３２ プリフォーム成形型、３４ プリフォーム、３６ 炉、３８ 最終成形型、４０ 繊維複合部材（最終製品）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維とマトリックス樹脂とからなるプリプレグを積層して所定の形状に成形し、繊維複合部材を製造する繊維複合部材の製造方法、プリプレグの製造方法及び製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維複合部材の製造方法には、強化繊維とマトリックス樹脂とからなるシート状の繊維複合シート（プリプレグ）を積層し、得られた積層体を成形することで、所定形状の繊維複合部材を製造するといった方法がある。
【０００３】
ここで、繊維複合部材の製造に用いられるプリプレグは、種々の方法により作製されるが、その内の一つに、強化繊維からなるシートや織物等（以下、繊維基材という）に粉体の樹脂を付着させ、これを加熱溶融してシート化し、プリプレグを作製するという方法がある（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
下記特許文献１に記載の方法は、多数の連続モノフィラメントよりなる強化繊維束に対し、粉体樹脂を混合した空気を吹付けることにより、強化繊維束の開繊を促しながら粉体樹脂を各モノフィラメントに付着させるとともにモノフィラメント相互間に捕捉させ、開繊された樹脂付着繊維の樹脂を加熱溶融してシート化し、繊維複合シート（プリプレグ）を得るというものである。すなわち、この方法では、樹脂を加熱溶融する前に、風力（風圧）を利用して繊維間に粉体樹脂を付着、捕捉させている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１６２１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、風力（風圧）を利用して繊維基材における繊維間に粉体樹脂を強制的に入れて付着させようとする場合、風力（風圧）の大きさによっては、繊維基材の繊維がずれるといった事態が起こり得る。この繊維のずれによるプリプレグにおける繊維密度のバラツキは、プリプレグの強度特性に影響を及ぼし、強度特性の低下を招来することも十分に考えられる。また、この強度特性の低下は、当然のことながら、このプリプレグを用いて製造された繊維複合部材の強度特性の低下をも招来することとなる。このように、プリプレグを製造するにあたり、繊維基材の繊維間に粉体樹脂を付着、捕捉させるのに風力（風圧）を利用することは、完成品であるプリプレグの品質上、好ましくない事態を生じる虞がある。
【０００７】
また、風力（風圧）を用いてプリプレグを製造すると、プリプレグにおける粉体樹脂の付着量にバラツキが生じやすいため、特にプリプレグを量産し、さらに最終製品たる繊維複合部材を量産しようとする場合には、この粉体樹脂の付着量すなわち最終製品たる繊維複合部材におけるマトリックス樹脂量にバラツキが生じ、その結果、量産されたプリプレグや繊維複合部材について品質のバラツキが生じてしまうといった虞がある。
【０００８】
本発明は、高品質の繊維複合部材を安定的に得ることを可能とする繊維複合部材の製造方法、プリプレグの製造方法及び製造システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造方法であって、導電体を繊維基材の一方の面側に配置し、帯電した粉体樹脂を、繊維基材の他方の面側から繊維基材に向けて吹き付けることで、静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させることを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記構成のプリプレグの製造方法において、粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる１種類のエポキシ樹脂であるのが好適である。
【００１１】
また、上記構成のプリプレグの製造方法において、粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる第一のエポキシ樹脂と、第一のエポキシ樹脂よりも融点が低く且つ第一のエポキシ樹脂と同種の第二のエポキシ樹脂とからなるようにしても良い。
【００１２】
また、本発明の繊維複合部材の製造方法は、上記のような製造方法により製造されたプリプレグをプリフォーム成形するプリフォーム成形工程と、プリフォーム成形により得られたプリフォームを最終製品たる繊維複合部材の型に最終成形する最終成形工程と、を有し、最終製品たる繊維複合部材を製造するものである。
【００１３】
また、本発明のプリプレグの製造システムは、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造システムであって、繊維基材に粉体樹脂を付着させるための空間内に導電体を供給する導電体供給手段と、供給された導電体の一方の面側に、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材を供給する繊維基材供給手段と、供給された導電体の他方の面側から、帯電した粉体樹脂を繊維基材に吹き付ける静電ガンと、を含み、静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高品質のプリプレグを安定的に得ることが可能となり、ひいては、高品質の最終製品たる繊維複合部材を安定的に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明における繊維複合部材の全製造工程を示す図である。
【００１６】
まず、例えば図１に示すように、導電シート１０が導電シートロール１２から引き出され、引き出された導電シート１０は、コンベアベルト１８上に供給される。また、シート状の繊維基材１４が繊維基材ロール１６から引き出され、引き出された繊維基材１４は、コンベアベルト１８上の導電シート１０上に供給される。こうして繊維基材１４とコンベアベルト１８との間に導電シート１０が配置され、この状態で繊維基材１４がコンベアベルト１８により搬送される。なお、導電シートロール１２は接地され、導電シート１０が接地状態になるのが好ましい。また、導電シート１０としては、例えばアルミシートが好適である。
【００１７】
次に、搬送される繊維基材１４の上方から、粉体樹脂２０が静電ガン２２により繊維基材１４に吹き付けられる。静電ガン２２により吹き付けられる粉体樹脂２０の量（繊維基材の単位面積あたりの樹脂付着量）は適宜設定可能である。このとき、粉体樹脂２０は静電ガン２２により帯電した状態となっており、この帯電した粉体樹脂２０には、繊維基材１４との間で生じるクーロン力によって繊維基材１４に引きつけられる力が働くと共に、繊維基材１４の下方にある導電シート１０との間で生じるクーロン力によって導電シート１０に引きつけられる力が働く。したがって、静電ガン２２により吹き付けられた粉体樹脂２０は、繊維基材１４に引きつけられる力によって直接的に繊維基材１４の表面に付着すると共に、導電シート１０に引きつけられる力と重力との働きにより、繊維基材１４における繊維１４ａ間に吸い込まれる。
【００１８】
以上のように、静電ガン２２で粉体樹脂２０を繊維基材１４に吹き付けていくことで、粉体樹脂２０を、繊維基材１４の表面に付着させるのみならず、繊維基材１４の繊維１４ａ間に徐々に充填させていくことができる。このときの繊維基材１４は、図２に示すように、基材表面及び繊維１４ａ間において粉体樹脂２０と繊維１４ａとが互いに点接触の状態で付着し、また粉体樹脂２０同士も互いに点接触の状態で付着した状態となっている。こうして、予め設定した所定量（繊維基材の単位面積あたりの樹脂付着量）の粉体樹脂２０、すなわち最終製品である繊維複合部材（ＦＲＰ）４０に要するマトリックス樹脂と同量の粉体樹脂２０が、繊維基材１４における基材表面及び繊維１４ａ間に確実に付着することが可能となる。
【００１９】
続いて、上記のような粉体樹脂２０の付いた繊維基材１４がヒーター２４等で加熱される。具体的には、粉体樹脂２０の点接触部分が加熱溶融し、粉体樹脂２０と繊維１４ａとが互いに固着（点接合）し、また粉体樹脂２０同士も互いに固着（点接合）するように加熱する。例えば粉体樹脂２０が熱硬化性樹脂である場合には、粉体樹脂２０が半硬化状態となるように加熱することになる。そして、上記のような加熱により、粉体樹脂２０と繊維１４ａ、及び粉体樹脂２０同士を互いに固着（点接合）させ、導電シート１０を取り除いた後にカッター２６等で粉体樹脂２０付きの繊維基材１４を所望のサイズに切断する、あるいは粉体樹脂２０付きの繊維基材１４をカッター２６等で所望のサイズに切断してから導電シート１０を取り除くことで、粉体樹脂２０を用いたプリプレグ２８が製造される。
【００２０】
このプリプレグ２８は、粉体樹脂２０が点接合の状態で固着されているため、プリプレグ２８の保管時や運搬時に粉体樹脂２０が離脱することが無い。また、粉体樹脂２０は、繊維１４ａや隣接する他の粉体樹脂２０と点接合の状態で固着されているため、プリプレグ２８の柔軟性が維持されており、後述のプリフォーム成形を簡易に行うことができるようになる。
【００２１】
そして、以上のように粉体樹脂２０を用いてプリプレグ２８が製造されると、プリフォーム成形型３２に複数のプリプレグ２８を積層してセットし、ヒーター３０等でこの積層体を所定時間加熱して積層体に粉体樹脂２０の溶融温度を僅かに上回る温度をかけながら、プリフォーム成形型３２に合わせた積層体のプリフォーム成形が行われる。そして、このプリフォーム成形後に、積層体を冷却してプリフォーム成形型３２から取り外し、所定のプリフォーム形状のプリフォーム３４が製造される。
【００２２】
次に、こうして得られたプリフォーム３４を、最終成形型３８にセットした上でナイロンバッグなどのバッグフィルム（図示せず）で包み、オートクレーブや電気炉等の炉３６内で粉体樹脂２０の溶融温度以上に加熱すると共に加圧を行い、粉体樹脂２０を溶融して繊維基材１４に十分に含浸させ且つ溶融樹脂を硬化させる。これにより、プリフォーム３４が最終形状に成形され、所望の最終形状を有する繊維複合部材（最終製品）４０が製造される。
【００２３】
以上のように、本実施形態における製造方法によれば、プリプレグ２８の製造において、従来のような繊維密度のバラツキを生じさせることなく、所定量の粉体樹脂２０、すなわち最終製品である繊維複合部材（ＦＲＰ）４０に必要とされるマトリックス樹脂と同量の粉体樹脂２０を、基材表面及び繊維１４ａ間において粉体樹脂２０と繊維１４ａとを互いに点接触の状態で固着させ、また粉体樹脂２０同士をも互いに点接触の状態で固着させることができる。そして、これにより、所定量の粉体樹脂２０が繊維基材１４の表面に付着するのみならず繊維１４ａ間に充填したプリプレグ２８を安定的に得ることができる。
【００２４】
また、所定量の粉体樹脂２０を付着させたプリプレグ２８を安定的に製造することができるため、プリプレグ２８を量産する場合においても、製造されたプリプレグ２８間で粉体樹脂２０の付着量にバラツキが発生することが抑えられ、これにより、量産されたプリプレグ２８について高品質を維持することが可能となる。このように、本実施形態における製造方法は、量産性にも優れているといった利点もある。
【００２５】
さらに、本実施形態における製造方法で製造されたプリプレグ２８では、粉体樹脂２０が繊維１４ａや隣接する他の粉体樹脂２０と点接合の状態で固着されているため、粉体樹脂２０を付着させていない繊維基材１４と略同等の柔軟性（変形させ易さ）が維持されている。したがって、最終成形前のプリフォーム成形を、プリフォーム成形体３４の品質に影響を与えることなく、簡易に行うことができる。
【００２６】
また、このようなプリプレグ２８では、粉体樹脂２０が上記のように繊維基材１４の繊維１４ａ間に充填した状態となっているため、プリフォーム成形後に最終製品４０を成形、製造するにあたり、加熱、加圧により粉体樹脂２０を繊維１４ａ間に十分に含浸させることができる。したがって、高品質の最終製品４０の製造を実現できる。
【００２７】
また、プリプレグ２８を作製するにあたり、繊維基材１４に対してフラットな状態で粉末樹脂２０の連続的な付着作業を行うことができるといった点からも、量産性に優れているといった利点がある。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
径７μｍ×６０００本のカーボン繊維束による織物（２×２綾織）であるシート状の繊維基材を繊維基材ロール（約１ｍ幅）から引き出し、引き出された繊維基材に粒径約３０〜４０μｍの粉体エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）を付着させ、１００℃で１〜２分加熱した後、所定サイズ（約１．５ｍ長さ×約１ｍ幅）にカットしてプリプレグを製造した。なお、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルの融点は約９０℃である。また、得られたプリプレグをプリフォーム成形型に積層してセットし、この積層体を１００℃で１〜２分加熱してプリフォーム成形を行い、プリフォームを製造した。さらに、得られたプリフォームを繊維複合部材の成形型にセットし、オートクレーブで、セットしたプリフォームを１８０℃で約１０分加熱しながら加圧を行い、最終製品である繊維複合部材を製造した（下記表１の実施材１を参照）。なお、プリフォーム成形および最終製品の形状は、自動車のボンネットの形状にした。
【００２９】
そして、上記のようにして製造されたプリフォームについて自重変形性の有無を調べ、また最終製品の繊維複合部材について疲労特性を調べた。ここで、プリフォームの自重変形性については、プリフォームの保管時や運搬時に自重変形し難い方が好ましい。自重変形性は、プリフォームの一端側を片持ちしたときの撓み量（撓みにより他端側が下降した変位）を測定して評価した。撓み量が所定量以上であれば自重変形しやすく、したがってプリフォームの自重変形性は好ましくないとなる。また、撓み量が所定量より少なければ自重変形し難く、したがってプリフォームの自重変形性は好ましいとなる。
【００３０】
一方、繊維複合部材の疲労特性については、製品の信頼性の観点からも高い方が好ましい。疲労特性は、繰り返し曲げ疲労を加え、初期の曲げ弾性率の２０％低下時の時間を測定して評価した。本実施例では、疲労特性が良好であった実施材１において得られた時間を１００として、他の比較材１〜７のパターンにおいて得られた時間を、実施材１のパターンにおいて得られた時間に対する相対値で示している。そして、所定の相対値以下（例えば８０以下）の場合には、疲労特性が低いとし、相対値が約９０の場合には、疲労特性はやや良好であるとした。
【００３１】
なお、粉体樹脂の繊維基材への吹き付けでは、約５００ｇ／ｍ２のカーボン繊維に対し約３００ｇ／ｍ２の粉体樹脂を均一に吹き付け、最終製品である繊維複合部材における繊維の体積含有率が５０〜５５ｖｏｌ％となるようにした。
【００３２】
ところで、一般的には、繊維複合部材の製造にはマトリックス樹脂の他にプリフォーム用のバインダー樹脂を用いる。これは、バインダー樹脂によりプリフォームの自重変形性が良好になる（自重変形し難くなる）からである。そこで、上記のようなマトリックス樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）のみのパターン（下記表１の実施材１）との比較材として、マトリックス樹脂（フィルムのエポキシ樹脂であるビスフェノールＡジグリシジルエーテル）とバインダー樹脂（粉体ナイロン樹脂）を、樹脂全体における混合比（重量含有率：ｗｔ％）を種々変えて混合したもので、それぞれプリプレグ、プリフォームを製造し、さらにオートクレーブ法で繊維複合部材を製造したものも用意した（下記表１の比較材１〜６）。
【００３３】
また、マトリックス樹脂を液状のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）、バインダー樹脂を粉体のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）として、プリフォームを製造し、さらにＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法を用いて繊維複合部材を製造した（下記表１の比較材７）。なお、このときの混合比（樹脂全体における重量含有率）は、マトリックス樹脂（液状エポキシ樹脂）を７０ｗｔ％、バインダー樹脂（粉体エポキシ樹脂）を３０ｗｔ％とした。
【００３４】
以上のような実施材１と比較材１〜７の各製造パターンにより製造されたプリフォームにおける自重変形性と、最終製品の繊維複合部材における疲労特性の結果は、以下の通りである（表１参照）。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１の実施材１のパターンでは、バインダー樹脂を混合せずとも、マトリックス樹脂のみにもかかわらず、プリフォームにおける自重変形性が良好であり（自重変形し難く）、かつ、最終製品の繊維複合部材における疲労特性も良好であった。これは、本発明の製造方法により繊維基材の繊維間にも粉体樹脂（マトリックス樹脂）が十分に充填される結果、マトリックス樹脂のみでもバインダー樹脂の役割を兼ねることができ、これによりプリフォームにおける自重変形性が良好となっていると考えられる。また、疲労特性に関しては、マトリックス樹脂（エポキシ樹脂）とバインダー樹脂（ナイロン樹脂）という異種の樹脂を混合していないため、良好な疲労特性が維持されると考えられる。
【００３７】
一方、表１の比較材１〜６のパターンに示すように、マトリックス樹脂の含有率が高くなればなる程（バインダー樹脂の含有率が低くなればなる程）、プリフォームの自重変形性は悪くなり（自重変形し易くなり）、一方で疲労特性は良好となった。比較材１〜３のパターンでは、自重変形性が良好で疲労特性が不良、比較材４のパターンでは、自重変形性が不良で疲労特性がやや良好、比較材５，６のパターンでは、自重変形性が不良で疲労特性が良好、となった。これは、バインダー樹脂量が多いと自重変形性は向上するが、マトリックス樹脂に対して異種のバインダー樹脂量が多くなるために、このバインダー樹脂はマトリックス樹脂内で混入異物として作用し、疲労特性が低下したものと考えられる。このように、比較材では、プリフォームにおける自重変形性及び最終製品の繊維複合部材における疲労特性がいずれも良好とはならず、また自重変形性と疲労特性とがいずれも良好となるマトリックス樹脂とバインダー樹脂の配合比は見出せなかった。
【００３８】
また、表１の比較材７のパターンに示すように、マトリックス樹脂を液状のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）、バインダー樹脂を粉体のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）とした場合、自重変形性は良好であったが、疲労特性は不良であった。この比較材７のパターンでは、マトリックス樹脂とバインダー樹脂の組成が同じであるが、液状と粉体ということで分子量が異なるため、バインダー樹脂はマトリックス樹脂内で異物として作用し、疲労特性が低下したものと考えられる。
【００３９】
このように、本発明の製造方法を用いると、粉体樹脂が繊維基材の繊維間に十分に充填したプリプレグを製造でき、プリフォーム成形をプリフォーム成形体の品質に影響を与えることなく簡易に行うことができ、最終製品を成形、製造するにあたり加熱、加圧により粉体樹脂を繊維間に十分に含浸させて高品質の最終製品を製造できる、といった上記効果を得ることができ、さらに、粉末マトリックス樹脂のみで（他種のバインダー樹脂を用いずに）良好な自重変形性のプリフォーム及び疲労特性に優れた繊維複合部材を製造することができた。
【００４０】
（実施例２）
上記実施例１では、マトリックス樹脂である粉体エポキシ樹脂のみを用いて製造していたが、本実施例２では、マトリックス樹脂をエポキシ等量が約２５０である粉体エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）、バインダー樹脂をエポキシ等量が約４５０である粉体エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）を使用して、本発明の製造方法にしたがってプリプレグ、プリフォーム及び繊維複合部材を製造した。この２種類の粉体樹脂は、予め混合された状態で静電ガンにより吹き付けられても良く、あるいは別途に吹き付けられても良い。また、繊維基材としては、径７μｍ×６０００本のカーボン繊維束による織物（２×２綾織）であるシート状の繊維基材を繊維基材ロール（約１ｍ幅）から引き出して、上記実施例１と同様に使用している。なお、このときの混合比（樹脂全体における重量含有率）は、マトリックス樹脂を７０ｗｔ％、バインダー樹脂を３０ｗｔ％とした。
【００４１】
ところで、上記実施例１における実施材１のパターンではマトリックス樹脂のみを使用しているため、プリフォーム成形時にマトリックス樹脂が溶融し、この際にマトリックス樹脂の一部が硬化反応を開始してしまう。したがって、最終成形時に樹脂を繊維間に含浸させる際に粘度を低く保つには温度を高く設定できず、その結果、樹脂の反応が遅くなり、成形サイクルが長くなってしまう。
【００４２】
そこで、本実施例２のように、融点の異なる２種類の粉体エポキシ樹脂（エポキシ等量の異なるビスフェノールＡジグリシジルエーテル）をマトリックス樹脂とバインダー樹脂に使い分けて用いることで、最終成形時に要する最短の時間（最短含浸・硬化時間）を短縮させることができる。すなわち、融点の低い方のバインダー樹脂がプリフォーム時に溶融する際には、融点の高い方のマトリックス樹脂は溶融しないため、マトリックス樹脂の硬化反応は進行せずにすむ。そして、最終成形時に、マトリックス樹脂は溶融、硬化反応を開始するため、低粘度で繊維基材の繊維間に含浸させることができる。したがって、高温度条件でも含浸が可能となるため、最終成形時における昇温速度を上げることができ、最短含浸・硬化時間を短縮させることが可能となる。
【００４３】
本実施例２では、上記実施例１と同様に、プリフォームにおける自重変形性及び最終製品の繊維複合部材における疲労特性を評価した。なお、本実施例２においても上記実施例１の場合と同様、疲労特性については、疲労特性が良好であった実施材１のパターンにおいて得られた時間を１００として、本実施例２のパターン（下記表２の実施材２）において得られた時間を、実施材１において得られた時間に対する相対値で示した。
【００４４】
また、実施材１と実施材２における最短の含浸・硬化時間を測定した。ここで、最短含浸・硬化時間は、５０％体積含有率になるように繊維基材に粉体樹脂を含浸させ、そのまま硬化するときの最短時間とし、実施材１のパターンにおいて得られた時間を１００として、実施材２において得られた時間を、実施材１において得られた時間に対する相対値で示した。以下、実施材１と実施材２におけるパターンとの比較を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】
実施材２では、プリフォームにおける自重変形性が良好である（自重変形し難い）。また、最終製品の繊維複合部材における疲労特性も、実施材１のパターンと比較するとやや劣るものの、ほぼ良好といえる程度のものであった。また、最短の含浸・硬化時間は、実施材１での最短含浸・硬化時間の約７割程度の時間しか要しなかった。なお、実施材１で最短含浸・硬化時間が得られるのは、最終成形時において常温から約１０℃／ｍｉｎで昇温させ１８０℃で保持させる場合であり、実施材２のパターンで最短含浸・硬化時間が得られるのは、常温から約１５℃／ｍｉｎで昇温させ１８０℃で保持させる場合であった。
【００４７】
このように、本発明の製造方法を用いると、粉体樹脂が繊維基材の繊維間に十分に充填したプリプレグを製造でき、プリフォーム成形をプリフォーム成形体の品質に影響を与えることなく簡易に行うことができ、最終製品を成形、製造するにあたり加熱、加圧により粉体樹脂を繊維間に十分に含浸させて高品質の最終製品を製造できる、といった上記効果を得ることができ、さらに、融点の異なる２種類の粉体エポキシ樹脂（エポキシ等量の異なるビスフェノールＡジグリシジルエーテル）をマトリックス樹脂とバインダー樹脂に使い分けることで、良好な自重変形性のプリフォーム及び良好な繊維複合部材を、時間を短縮させて製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態における繊維複合部材の製造方法の全工程を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における製造方法により得られるプリプレグの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 導電シート、１２ 導電シートロール、１４ 繊維基材、１４ａ 繊維、１６ 繊維基材ロール、１８ コンベアベルト、２０ 粉体樹脂、２２ 静電ガン、２４ ヒーター、２６ カッター、２８ プリプレグ、３０ ヒーター、３２ プリフォーム成形型、３４ プリフォーム、３６ 炉、３８ 最終成形型、４０ 繊維複合部材（最終製品）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造方法であって、
導電体を繊維基材の一方の面側に配置し、帯電した粉体樹脂を、繊維基材の他方の面側から繊維基材に向けて吹き付けることで、静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させる、
ことを特徴とするプリプレグの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプリプレグの製造方法において、
粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる１種類のエポキシ樹脂である、
ことを特徴とするプリプレグの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のプリプレグの製造方法において、
粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる第一のエポキシ樹脂と、第一のエポキシ樹脂よりも融点が低く且つ第一のエポキシ樹脂と同種の第二のエポキシ樹脂と、からなる、
ことを特徴とするプリプレグの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の製造方法により製造されたプリプレグをプリフォーム成形するプリフォーム成形工程と、
プリフォーム成形により得られたプリフォームを最終製品たる繊維複合部材の型に最終成形する最終成形工程と、
を有し、最終製品たる繊維複合部材を製造する、繊維複合部材の製造方法。
【請求項５】
複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造システムであって、
繊維基材に粉体樹脂を付着させるための空間内に導電体を供給する導電体供給手段と、
供給された導電体の一方の面側に、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材を供給する繊維基材供給手段と、
供給された導電体の他方の面側から、帯電した粉体樹脂を繊維基材に吹き付ける静電ガンと、
を含み、
静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させる、
ことを特徴とするプリプレグの製造システム。
【請求項１】
複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造方法であって、
導電体を繊維基材の一方の面側に配置し、帯電した粉体樹脂を、繊維基材の他方の面側から繊維基材に向けて吹き付けることで、静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させる、
ことを特徴とするプリプレグの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプリプレグの製造方法において、
粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる１種類のエポキシ樹脂である、
ことを特徴とするプリプレグの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のプリプレグの製造方法において、
粉体樹脂は、プリプレグのマトリックス樹脂となる第一のエポキシ樹脂と、第一のエポキシ樹脂よりも融点が低く且つ第一のエポキシ樹脂と同種の第二のエポキシ樹脂と、からなる、
ことを特徴とするプリプレグの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の製造方法により製造されたプリプレグをプリフォーム成形するプリフォーム成形工程と、
プリフォーム成形により得られたプリフォームを最終製品たる繊維複合部材の型に最終成形する最終成形工程と、
を有し、最終製品たる繊維複合部材を製造する、繊維複合部材の製造方法。
【請求項５】
複数本の繊維からなるシート状の繊維基材に粉体樹脂を付着させた後、粉体樹脂の付着した繊維基材を加熱し、強化繊維と半硬化状態の樹脂とからなるプリプレグを製造するプリプレグの製造システムであって、
繊維基材に粉体樹脂を付着させるための空間内に導電体を供給する導電体供給手段と、
供給された導電体の一方の面側に、複数本の繊維からなるシート状の繊維基材を供給する繊維基材供給手段と、
供給された導電体の他方の面側から、帯電した粉体樹脂を繊維基材に吹き付ける静電ガンと、
を含み、
静電気力を利用して繊維基材の繊維間に粉体樹脂を充填させながら繊維基材に粉体樹脂を付着させる、
ことを特徴とするプリプレグの製造システム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−９９９２６（Ｐ２００７−９９９２６Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９２２０９（Ｐ２００５−２９２２０９）
【出願日】平成１７年１０月５日（２００５．１０．５）
【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１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月５日（２００５．１０．５）
【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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