JP2006192745A - 強化繊維基材、プリフォーム、繊維強化樹脂成形体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
強化繊維基材、および、かかる強化繊維基材より構成されるプリフォームが、マトリックス樹脂の含浸に優れ、かつ、ＦＲＰを成形した際に高い力学特性を発現させることを目的とする。
【解決手段】
本発明の強化繊維基材は、強化繊維糸条を少なくとも一方向に引き揃えて構成した強化繊維基材であって、少なくともその片表面に、ガラス転移点が２０〜１５０℃である樹脂材料が５〜２０重量％の範囲で接着しており、複数枚の強化繊維基材同士を接着させた状態において、０°方向の含浸距離Ｌと、９０°方向における含浸距離Ｔとの比率Ｒ＝（含浸距離Ｌ）／（含浸距離Ｔ）が１．５〜１０の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、繊維強化樹脂成形体（以下、ＦＲＰと記す。）を製造する際に使用する含浸性に優れた強化繊維基材、前記強化繊維基材を使用したプリフォームおよびそれらを使用して成形したＦＲＰならびにその製造方法に関する。

より詳しくは、繊維強化材を成形型内に配置し、液状マトリックス樹脂を注入し含浸させた後、硬化させるＦＲＰの製造方法において、含浸性に優れ、かつ、高い力学特性（特に耐衝撃性）をも発現する強化繊維基材、前記強化繊維基材を使用したプリフォームおよびそれらを使用して成形したＦＲＰならびにＦＲＰの製造方法に関する。

従来より、例えば航空機構造部材などの高品質なＦＲＰが要求されるＦＲＰ製造方法として、強化繊維基材に予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを用い、このプリプレグを積層毎に強化繊維の配列方向がずれるように積層（例えば疑似等方積層）し、マトリックス樹脂を硬化させるオートクレーブ成形法が多用されている。

しかし近年、ＦＲＰの成形コストを低減させるためにドライ状態の強化繊維基材の積層体に減圧下でマトリックス樹脂を注入し、硬化させる真空注入成形法が注目されている。この真空注入成形法は、例えば、ドライ状態の強化繊維基材を積層し、この積層体を成形型をバッグ材で密閉してキャビティを形成し、かかるキャビティを減圧した後、注入口から大気圧を利用してマトリックス樹脂を注入、硬化させるものである。かかる真空注入成形法においては、強化繊維基材にマトリックス樹脂が含浸できる能力により、成形できる部材形状、大きさ等が制限される。すなわち、含浸性に劣る強化繊維基材は、真空注入成形において幅広い用途に展開できない問題がある。

かかる問題に対して、特許文献１には、成形用繊維プリフォームの厚み方向（シートの面外方向）に対するそれと直行する層方向（シートの面内方向）の含浸速度比を２以下と規定した強化繊維シートの積層体からなるプリフォームが記載されている。かかる提案によると、平面方向に対して板厚が大きいプリフォームにおいて、特定位置にマトリックス樹脂注入口を配置した場合においては効果がみられるが、板厚に対して平面方向に大きなもの（板厚の薄いもの）に対しては、その効果がほとんど見られない。

また、強化繊維からなるシート、織物、編物などのドライな基材を用いた真空注入成形法によるＦＲＰは、プリプレグを用いたオートクレーブ成形法によるＦＲＰに比べ、力学特性に劣るといった問題があった。これは、基材がドライであることも一因であるが、用いるマトリックス樹脂がその樹脂粘度に大きな制約を受け、樹脂自体の力学特性に劣るものしか使用できないことが主因である。すなわち、力学特性を向上させるためには、樹脂自体の力学特性に劣るマトリックス樹脂を補う工夫を、基材に盛り込む必要がある。

かかる問題に対し、特許文献２には、プリフォームの層間に熱可塑性樹脂を存在させて、ＦＲＰの強度および層間剥離特性を発現させ、かつ、かかる熱可塑性樹脂は、液状樹脂の移動を妨げない程度に間隙を有し、樹脂含浸を妨げないものであるという旨の技術の提案がある。しかしながら、かかる提案における熱可塑性樹脂が基材の層間に存在する場合は、基本的にマトリックス樹脂の含浸を妨げるものであり、間隙を有するという要件は、樹脂の含浸の障害を最小限に止めるに過ぎない。換言すれば、ＦＲＰの力学特性を向上させる熱可塑性樹脂を基材に付与することにより低下してしまう樹脂の含浸性について、低下を妨げるのではなく抜本的に向上させる（底上げする）技術要件に関する記載は一切ない。

つまり、特許文献１、２をはじめとした従来の技術では、高い力学特性を発現し、かつ含浸性にも優れる強化繊維基材は得られておらず、かかる技術が渇望されている。
特開２００２−３７９０４号公報 国際公開第ＷＯ００／６１３６３号パンフレット

本発明は、上記に挙げた問題点を解決する事を課題とする。すなわち、本発明は、強化繊維基材、かかる強化繊維基材より構成されるマトリックス樹脂の含浸に優れたプリフォーム、および高い力学特性（特に耐衝撃性）を発現させるＦＲＰおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の強化繊維基材は、強化繊維糸条を少なくとも一方向に引き揃えて構成した強化繊維基材であって、少なくともその片表面に、ガラス転移点（Ｔｇ）が２０〜１５０℃である樹脂材料が５〜２０重量％の範囲で接着しており、複数枚の強化繊維織物同士を接着させた状態において、０°方向の含浸距離Ｌと、９０°方向における含浸距離Ｔとの比率Ｒ＝（含浸距離Ｌ）／（含浸距離Ｔ）が１．５〜１０の範囲であることを特徴とするものである（含浸距離Ｌ、Ｔの測定方法は後述）。

また、本発明のプリフォームは、前記強化繊維基材の２枚以上が、樹脂材料により少なくとも部分的に接着して一体化している強化繊維基材の積層体であることを特徴とするものである。

更に、本発明の繊維強化樹脂成形体は、前記強化繊維基材または前記プリフォームに、マトリックス樹脂が含浸して固化しており、強化繊維含有率が５０〜６５体積％であることを特徴とするものである。

本発明の強化繊維基材は、後述する接着・測定条件における含浸距離Ｌと含浸距離Ｔとの比率Ｒ＝（含浸距離Ｌ）／（含浸距離Ｔ）が１．５〜１０の範囲であるため、効率的な樹脂含浸を実現できる。更に、かかる強化繊維基材を用いたＦＲＰは、樹脂材料が接着されているため高い力学特性を発現することができる。かかる強化繊維基材およびそれを用いたプリフォームは、真空注入成形法に好適に用いられる。

本発明の強化繊維基材は、強化繊維糸条を少なくとも一方向に引き揃えて構成した強化繊維基材であって、少なくともその片表面に、ガラス転移点（以下、Ｔｇと記す。）が２０〜１５０℃である樹脂材料が５〜２０重量％の範囲で接着しており、かつ、次の接着条件で複数枚の強化繊維基材同士を接着させた状態において、次の測定方法における０°方向の含浸距離Ｌと、９０°方向における含浸距離Ｔとの比率Ｒ＝（含浸距離Ｌ）／（含浸距離Ｔ）が１．５〜１０の範囲であることを特徴とするものである。

接着条件：（樹脂材料のＴｇ＋２０）℃の温度において、０．１０ＭＰａの圧力にて加圧する。但し、加圧時間は２時間である（Ｔｇの測定方法は後述する。）。

測定方法：３００ｍｍ長、１００ｍｍ幅に裁断した強化繊維基材を所定の方向（０°または９０°）に３枚積層して上記接着条件にて接着した積層体を、ガラス板上に配置してバッグフィルムとシーラントとで密封してキャビティを形成し、キャビティ内を真空（５ｋＰａ以下）になるように減圧した後、積層体の長手方向における一方の端部からもう一方の端部に向けて、室温（２３℃）にて液状樹脂を注入して、一定時間経過した後に含浸した含浸距離を測定する。但し、液状樹脂の粘度は、室温において３００ｍＰａ・ｓの範囲のものを使用する。

本発明の強化繊維基材は、構成要素として、少なくとも一方向に、かつ、お互いが並行に配列された強化繊維糸条と、その少なくとも片表面に５〜２０重量％の範囲で接着している樹脂材料とから構成される。

かかる樹脂材料は、かかる強化繊維基材を積層してプリフォームを作製する際に強化繊維基材同士を接着・形態固定し、ＦＲＰを成形する場合の取扱性を向上させる（製造コストを低く抑える）第一の機能を果たすものである。

その他にも、ＦＲＰにした場合の耐衝撃性を高める第二の機能を果たす。具体的には、例えば航空機１次構造材などでは、製造中における工具の落下による損傷を受けた場合に備え、高い衝撃付与後の残存圧縮強度（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ａｆｔｅｒ Ｉｍｐａｃｔ、以下ＣＡＩと記す）が要求される。この場合、ＦＲＰの強化繊維基材層の間（層間）に高靭性材料を配置して、エネルギー吸収やクラックのストッパーとすることが有効であり、基材の少なくとも片表面に樹脂材料が接着していると第二の機能を発現し耐衝撃性をも向上させることができるのである。

更には、ＦＲＰに成形した時の残留応力の緩和等の第三の機能も果たすものである。

かかる樹脂材料による上記機能は、樹脂材料が基材の少なくとも片表面に接着し、基材の表面に偏在していることにより、高いレベルで発揮される。より低コストに強化繊維基材を製造することが要求される場合は、片面接着が好ましい。強化繊維基材の表裏の使い分けをしたくない場合は、両面接着が好ましい。

かかる樹脂材料は、絶乾状態にてＤＳＣ（示差走査熱量計、本発明の実施例ではＰｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製Ｐｙｒｉｓ １ ＤＳＣ）を用いて４０℃／ｍｉｎの昇温速度にて計測されたガラス転移点Ｔｇが２０〜１５０℃である（その他の測定方法はＡＳＴＭ Ｄ３４１８に従った）。より好ましくは３０〜１４０℃、更に好ましくは４０〜１３０℃である。前記Ｔｇが２０℃未満であると、室温で巻き取った形態から基材を解舒する場合に、樹脂材料が基材同士を接着させて強化繊維基材の配向を乱す場合がある。また、室温で樹脂材料の形態が変形しやすく、品質一貫性に劣る。一方、前記Ｔｇが１５０℃を超えると、樹脂材料を強化繊維基材に接着する場合に高い温度（熱量）が必要となり、製造コストが高くなるだけでなく、例えば、強化繊維糸条に付与されているサイジング剤を劣化させる場合がある。

また、樹脂材料は強化繊維基材の５〜２０重量％の範囲で接着している。より好ましくは７〜１７重量％、更に好ましくは９〜１４重量％である。樹脂材料が５重量％未満であると、樹脂材料の第一の機能である基材同士の接着を確実に行うことが困難な場合がある。また、第二の機能である耐衝撃性なども十分に向上することができない。一方、樹脂材料が２０重量％を超えると、成形時にマトリックス樹脂を注入する際、その含浸を阻害し含浸性を低下させる場合がある。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施態様を示す強化繊維基材の斜視図である。

図１において、強化繊維基材１では、長手方向に強化繊維糸条２が並行に配列し、少なくとも片面に樹脂材料３が点状に接着している。かかる樹脂材料３は、５〜２０重量％の範囲で接着している。

本発明の強化繊維基材は、上記接着条件で複数枚の強化繊維織物同士を接着させた状態において、上記測定方法における０°方向の含浸距離Ｌと、９０°方向における含浸距離Ｔとの比率Ｒ＝（含浸距離Ｌ）／（含浸距離Ｔ）が１．５〜１０の範囲のものである。より好ましくは１．７〜８、更に好ましくは２〜６の範囲である。なお、本発明における０°方向とは、強化繊維糸条が配列されている方向を指す。

次に、図面を参照して上記接着条件および測定方法を具体的に説明する。

図２は、含浸距離を測定するための装置の概略斜視図である。

図３は、含浸距離を測定するための装置の概略断面図である。

本発明の接着方法および測定方法は、先ず、強化繊維基材を３００ｍｍ長、１００ｍｍ幅の長方形に裁断し、所定の方向（０°または９０°）に３枚同方向に積層する。図２では、強化繊維糸条が配向している０°方向を長手方向として裁断しており、含浸距離Ｌを測定するための装置構成である（９０°方向を長手方向として裁断している場合は、含浸距離Ｔを測定するための装置構成となる）。かかる強化繊維基材の積層体を、成形型として用意したガラス板４の上に配置する。次に、積層体の長手方向における一方の端部に、脱気チャンネル８（アルミ合金製Ｃ型チャンネル）を配置し、その脱気チャンネル８と接して吸引口１０（ナイロン製チューブ）を設置し、その一端を真空ポンプに接続する。この時に、ブリーザー６（ポリエステル製不織布、１ｍｍ厚）を、裁断した基材の長手方向に２ｃｍ重なるように積層し、かつ、脱気チャンネル８の空間部とも重なるように配置する。もう一方の端部には、液状樹脂注入チャンネル９（アルミ合金製Ｃ型チャンネル）、液状樹脂注入口１１（ナイロン製チューブ）を設置し、その一端１１を液状樹脂の供給元に接続する。この時に、液状樹脂拡散媒体７（ポリプロピレン製メッシュ、東京ポリマー（株）製ネトロンＴＳＸ−４００Ｐ）を裁断した基材の長手方向に２ｃｍ重なるように積層し、かつ、液状樹脂注入チャンネル９の空間部とも重なるように配置する。これらをバッグ材１２（ナイロン製フィルム）で覆い、成形型４とバッグ材１２との間をシール材５で密閉する。樹脂注入口９に設けたバルブを閉め、吸引口８に接続した真空ポンプにてバッグ内の圧力を真空（５ｋＰａ以下）に減圧した後、１．５℃／ｍｉｎの速度で（樹脂材料のＴｇ＋２０）℃の温度まで昇温し、その温度下で２時間、積層体における強化繊維基材同士の接着を行い、２．５℃／ｍｉｎの速度で減圧状態を維持したまま室温（２３℃）まで一旦冷却する。冷却後、室温にて、樹脂注入口のバルブを解放して液状樹脂を注入し、成形型４の裏面から積層体下面の強化繊維基材の樹脂含浸の状態を観察する。一定時間経過した後に注入を中止して、直ちに含浸距離Ｌを測定する（一定時間の説明については後述する）。また、含浸距離を測定する位置は、プリフォーム幅方向において、その一端から２５ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、における３点の測定値の平均を用いる。ここで用いる液状樹脂の粘度は、室温において３００ｍＰａ・ｓのものとする。具体的には、日本化薬（株）製ＡＫ−６０１を用いれば室温において上記の粘度とすることができる。なお、粘度測定にはＥ型粘度計を用いる。

図４は、本発明の含浸距離を測定するための装置の概略平面図である。

より具体的には、上述した含浸条件での測定実験において、注入した液状樹脂が強化繊維基材に含浸した状態における一定時間経過後のバッグ材面（またはガラス板面）の平面外観である。強化繊維基材に樹脂が含浸すると、強化繊維糸条がガラス繊維の場合は白色から透明に変化し、炭素繊維の場合は明るい黒色から深い黒色に変化するため、含浸しているか否かは外観上の色調の変化で明確に認識することができる。

図４（ａ）において、バッグ材面（またはガラス板面）と接する強化繊維基材１に注入した液状樹脂が、一定時間後に到達した強化繊維基材の０°方向への樹脂到達含浸距離ａ、ｂ、ｃ、３点の平均含浸距離を０°方向への樹脂含浸距離（含浸距離Ｌ）とする。

図４（ｂ）において、注入した液状樹脂が、一定時間後に到達した強化繊維基材の９０°方向への樹脂到達含浸距離ａ、ｂ、ｃ、３点の平均含浸距離を９０°方向への樹脂含浸距離（含浸距離Ｔ）とする。
ここでいう一定時間とは、樹脂含浸部の０°方向または９０°方向の何れかの樹脂含浸距離にて長い方の樹脂到達含浸距離が１２０ｍｍに到達した時間か、または、樹脂含浸部の０°方向または９０°方向の何れかの樹脂到達含浸距離にて短い方の樹脂含浸距離が４０ｍｍに到達した時間の何れか任意の時間とする（ただし、測定開始から１時間経過後において前者と後者のどちらの条件も満たさない場合は、何れか条件を先に満たした時間を一定時間とする）。かかる０°方向の樹脂到達含浸距離（含浸距離Ｌ）と９０°方向における樹脂到達含浸距離（含浸距離Ｔ）から、両者の比率を算出し、これを含浸距離の比率Ｒと定義する。

以下に、本発明の範囲を満たすことの意義について詳細に説明する。

真空注入成形法においては、バッグ材面あるいは金型面に設けた注入口から液状のマトリックス樹脂を注入し、強化繊維基材の積層体であるプリフォームに樹脂を含浸させる。ここで、樹脂含浸性に劣る強化繊維基材、ひいてはプリフォームを用いた場合は、得られるＦＲＰの大きさ、形状に関して大きな制約を受ける。つまり、含浸できる大きさ、厚み、形態のＦＲＰしか得ることができないのである。

これに対し、強化繊維基材が、前記接着条件および含浸条件において含浸距離の比率が本発明の範囲内であると、極めて高い含浸性、すなわち、広い面積を短時間で含浸できる効果を発現する。すなわち、上記比率Ｒが１．５〜１０の範囲内であることは、０°方向の含浸距離（含浸速度）が、９０°方向の含浸距離（含浸速度）よりも十分に早いことを意味する。かかる含浸距離の比率であるが故に、特に基材の平面方向の含浸性（広面積の含浸）を根本的に底上げすることができ、所望の大きさ、形態のＦＲＰを得ることができるのである。

より具体的に図面を用いて、含浸性に優れる理由を詳細に説明する。

図５は、液状樹脂が強化繊維基材に含浸していく様子を示す平面投影図である。

図５（ａ）は、本発明の範囲外（比率Ｒ＝１）の強化繊維基材に液状樹脂が含浸していく平面投影模式図である。

図５（ｂ）は、本発明の範囲内（比率Ｒ＝３）の強化繊維基材に液状樹脂が含浸していく平面投影模式図である。

強化繊維基材は、一方向にのみ積層されて用いられることは殆どなく、互いに異なる方向に配列して積層するのが一般的である。具体的には、擬似等方性を示す様に、例えば［−４５／０／＋４５／９０／・・・］（ここで、数値は基材の方向の角度を示す。）と４方向以上に配列して積層することが多いので、図５においては前記疑似等方積層（［−４５／０／＋４５／９０／・・・］の４方向）したプリフォームについて説明する。

かかる強化繊維基材を複数枚積層したプリフォームにおいて、強化繊維基材の含浸距離の比率Ｒ＝１（本発明の範囲外）であると、例えば、図５（ａ）に示す通り、プリフォームの中心点５１から液状樹脂を含浸した場合に、平面方向には同心円状に液状樹脂が含浸していく。この場合、強化繊維基材の各々が異なる方向に配列積層しているプリフォームに対しても、同様に同心円状に液状樹脂が含浸していく（５２〜５５）。つまり、各層の含浸領域を重ね合わせた投影平面図としても同心円状の領域となるのである。

一方、上記比率Ｒが本発明の範囲内である１．５〜１０（図５（ｂ）では比率Ｒ＝３）であると、図５（ａ）のような同心円状ではなく、強化繊維基材の各々が異方性をもって含浸していく。すなわち、各基材が各々積層された方向の０°方向に長く（早く）含浸する。つまり、各層の含浸領域を重ね合わせた投影平面図としてみると（基材が複数枚積層されたプリフォームとしてみると）、図５（ａ）の含浸した最大領域５２よりも、見かけ上、一層広い領域５６に液状樹脂を行き渡らせることができる。

前記領域５６を、みかけ上、円として近似できる理由を説明する。図５（ｂ）においては、円として近似した領域５６において、実際に含浸した領域の重ね合わせた領域は星形であり、その星形の突出した部分の厚み方向の全ての層に液状樹脂が含浸されているわけではない。しかしながら、例えば含浸している領域５７において、その星形に突出した部分は液状樹脂を供給する起点が如き役割を果たし、平面方向に含浸していない領域５８、および、厚み方向に含浸していない層への含浸を促進する。すなわち、含浸している領域の突出部分から、平面方向に含浸していない強化繊維基材、および、厚み方向に含浸していない隣接している強化繊維基材へ容易に含浸が進んでいくため、円として近似した領域５６は、実質的に含浸している領域ということができる。

本発明は、かかる含浸する挙動を見出し、かかる含浸挙動に基づき、含浸距離の比率Ｒが本発明の範囲であると、広大な面積を含浸させるのに格段の効果があることを見出したものである。かかる点は、本発明の大きな特徴といえる。

上述の通り、比率Ｒが１．５未満であると、上述の本発明の効果が十分に発現せずに含浸性に劣る。また、Ｒが１０を超えると面内方向への樹脂含浸性の異方性が極端に大きくなることにより、図５（ｂ）にて円として近似した領域における含浸していない領域５８の部分が大きくなり過ぎ、実質的に含浸している領域と見なせなくなり、厚み方向にも、平面方向にも、未含浸部分が生じやすくなる。

本発明の強化繊維基材は、強化繊維糸条を用いて形成され、その形態としては、種々のものを用いることができる。例えば、平織や綾織や繻子織等の組織の織物（一方向性、二方向性、三次元性織物等）、編物、組物、強化繊維糸条が一方向に引き揃えられた一方向シート、一方向性シートをその方向性を異ならしめて二層以上重ね合わせて一体化した多方向性シート等が挙げられる。基材は、ステッチ糸、結節糸、樹脂材料等による各種接合手段により、複数の基材を一体化したものであってもよい。

特に複合材料が輸送機器等の構造部材として用いられる場合には、基材には、非常に高い力学特性（特に０°圧縮強度）が要求される。従って、より高い力学特性を得る観点からは、基材は二方向性織物のようにたて糸とよこ糸とのクリンプが発生することのない、一方向性織物または一方向性シートの形態であることが好ましい。

かかる一方向性織物とは、一方向にお互いが並行に配列された強化繊維糸条と、その直交方向にお互いが並行に配列された補助繊維糸条とが、織組織を形成しているものである。図６に一方向性織物を示す（本発明の強化繊維基材の一実施態様に係る斜視図）。

図６に示すように、強化繊維糸条であるたて糸２と、補助繊維糸条であるよこ糸６１とが平織組織を形成している。たて糸２とよこ糸６１との交錯によって、たて糸２とよこ糸６１との間に空隙部を形成でき、かかる空隙部は樹脂の流路となりえる。

また、かかる一方向性シートとは、一方向にお互いが並行に配列された強化繊維糸条と、シート状支持体（メッシュ、不織布、織布、編物、など）または補助繊維糸条とによって形態保持された不織組織のものを指す。かかる一方向性シートは、図１に示されている（形態保持するシート状支持体または補助繊維糸条は図示せず）。

一方、真空注入成形法における液状マトリックス樹脂の含浸という観点からは、いかに強化繊維基材の平面方向に拡散させた後、厚み方向に含浸させるかが重要となってくる。なかでも、取り扱い性を向上させたり、ＦＲＰの力学特性（特に耐衝撃性）を向上させるために強化繊維基材に接着用の樹脂材料により強化繊維基材同士を接着させたプリフォームにおいては、かかる樹脂材料がマトリックス樹脂の含浸を阻害する場合があり、特に厚み方向の含浸性が低下することがある。

ここで、強化繊維基材におけるマトリックス樹脂の含浸は、強化繊維糸条間に形成される隙間や強化繊維糸条を構成する単繊維同士の空隙部に沿って進行し易い。

しかしながら一方、より樹脂が流れやすいように大きな隙間を形成させると、かかる部分がＦＲＰにした際に樹脂リッチ部分となり、成形時の硬化温度と常温との温度差によりサーマルクラックと呼ばれるクラックが発生しやすい部分ともなる。サーマルクラックとは、硬化温度により樹脂が収縮するのに対し、強化繊維は寸法変化が殆どないことから発生するものである。特に航空機構造部材においては、耐熱性が要求されることからＦＲＰの成形時の樹脂の硬化温度も高くなり、よりサーマルクラックが発生しやすくなる。従って、力学特性の低下の原因となるサーマルクラックを発生しないようにしつつ樹脂含浸性を向上させるために、本発明の強化繊維基材では、強化繊維糸条間の隙間の距離が０．１〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましい。より好ましくは０．１５〜０．５ｍｍ、更に好ましくは０．２〜０．４ｍｍの範囲である。

かかる隙間を形成しやすい基材としては、一方向性織物の中でも、図７に示す一方向性ノンクリンプ織物が好ましい形態といえる。図７は、本発明の強化繊維基材の他の実施態様に係る斜視図である。

図７に示すように、強化繊維糸条であるたて糸２を、補助繊維糸条であるよこ糸７１、および、たて補助糸７２と織組織化することによって保持する構造を有する一方向性ノンクリンプ織物は、たて糸の強化繊維糸条と補助繊維糸条が交互に配列されているので、隣接する強化繊維糸条の間にたて方向の補助繊維糸条が存在することから強化繊維糸条間に樹脂の流路となる連続した空隙部を形成させることができるとともに、強化繊維糸条が実質的に屈曲することなく織組織を形成しているため、ＦＲＰにした際に優れた力学特性を有し、特に好ましい形態といえる。かかる一方向性ノンクリンプ織物については、例えば、特許第３２７９０４９号公報、特開２００３−８２１１７号公報に詳しい記載がある。

また、樹脂材料が、空隙部を有する形態で基材に接着していると、前記した含浸性の阻害を最小限に抑えられるため好ましい。かかる空隙を有する形態とは、フィルムの如き連続状ではなく、不連続状の形態を指し、例えば、不連続な線状、点状の形態などが挙げられる。中でも、含浸の面から点状に接着されている形態が特に好ましい。

かかる点状に接着している場合、基材の平面方向からみた点（島）の平均直径（楕円形の場合は平均短径）は、小さければ小さいほど均一に布帛表面に分散させることが可能となるため、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、４００μｍ以下がさらに好ましい。一方、点（島）の平均直径は３０μｍであると、製造プロセスに制約を受け、安価なプロセスでの強化繊維基材の製造が困難な場合がある。より好ましくは５０μｍ以上、更に好ましくは８０μｍ以上である。

また、強化繊維基材を複数枚積層する場合、樹脂材料の厚み方向の凹凸が大き過ぎると、それに接して配置される強化繊維基材が屈曲する。この屈曲により、ＦＲＰの力学特性を損なう場合がある。一方、かかる樹脂材料が薄過ぎるとＣＡＩに劣る場合がある。かかる観点から、かかる樹脂材料の平均厚みは、２〜１００μｍであることが好ましい。より好ましくは、５〜５０μｍ、さらに好ましくは、８〜３０μｍである。かかる平均厚みとは、強化繊維基材厚み方向の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの樹脂材料の任意の１０箇所での厚みの平均値である。ＳＥＭによる観察が困難な場合は、強化繊維基材を液状の室温硬化型エポキシ樹脂で含浸、室温硬化させ、その断面を研磨したものを光学顕微鏡にて観察して任意の１０箇所での厚みの平均値で代用する。

強化繊維基材が、一方向性織物または一方向性シートの場合、含浸性や、複合材料の力学特性の面から、強化繊維基材の強化繊維糸条の目付は、５０〜５００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。１００〜３５０ｇ／ｍ^２であることがより好ましく、１５０〜２５０ｇ／ｍ^２であることがさらに好ましい。

一方、二方向性織物、多方向シート（特にステッチ糸により一体化した多軸シート）を用いると、積層の手間を減らすことができるため、低コスト化という観点からは好ましい形態ということができる。かかる場合、含浸性や複合材料の力学特性の面から強化繊維基材の強化繊維糸条の目付は、１００〜１０００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。２００〜８００ｇ／ｍ^２であることがより好ましく、３００〜６００ｇ／ｍ^２であることが更に好ましい。二方向性織物または多方向性シートの目付が一方向性の目付よりも大きくてもよい理由は、強化繊維糸条の目付が小さいと、二方向性または多方向性にする意味合いが希薄になるためである。

本発明の強化繊維基材は、強化繊維含有率（基材嵩Ｖｆ）が４０〜５５体積％の範囲が好ましい。より好ましくは４３〜５４体積％、更に好ましくは４５〜５３体積％である。かかる範囲であると、強化繊維基材を積層・接着してプリフォームを作成する場合、後述の４５〜６０体積％というプリフォームにおける強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）を容易に、かつ、安定して得ることができる。すなわち、基材嵩Ｖｆが４０体積％未満であると、プリフォームの嵩Ｖｆを上記範囲にするために無理な加圧により強化繊維糸条の配向のずれが発生しやすい。また、嵩Ｖｆが５５体積％を超えると、樹脂の含浸性に著しく劣る。基材嵩Ｖｆが本発明の範囲内である強化繊維基材であると、適正な嵩Ｖｆのプリフォーム、および、適正なＶｆのＦＲＰが得られ、優れた力学特性を有するＦＲＰを得ることができるのである。かかる強化繊維基材における強化繊維含有率（基材嵩Ｖｆ）とは、強化繊維基材において強化繊維が占める体積比率のことを差し、具体的には次式によって定義される。

基材嵩Ｖｆ（体積％）＝（強化繊維基材の強化繊維目付：ｇ／ｍ^２）×１０^−４／（強化繊維の比重：ｇ／ｃｍ^３）／（強化繊維基材の厚み：ｃｍ）×１０^２ なお、強化繊維基材の厚みは、１ｃｍ^２の面積を有する円状平板を圧子として、９．８Ｎの力で押さえた（約０．１０ＭＰａの圧力で押さえた）時の厚みをダイヤルゲージまたはマイクロメーターにて０．０１ｍｍ単位まで測定したものである。

本発明で用いる強化繊維糸条としては、特にその種類に制限はなく、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維（例えば、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等）、金属繊維またはセラミック繊維、これらの組み合わせ等を用いることができる。中でも、炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れ、耐吸水性に優れるので、強度要求の高い航空機や自動車の構造部材向けの強化繊維糸条として好ましく用いられる。本発明で用いる補助繊維糸条（たて方向、よこ方向）は、基本的には基材の強度保持に寄与しないものであり、その繊度が強化繊維糸条の繊度より少なくとも２０％以下のものを指す。補助繊維糸条の存在により強化繊維が屈曲し得ることから細繊度のマルチフィラメントまたはモノフィラメントが好ましい。しかしながら、細すぎると基材の製造過程で糸切れしやすくなることから、補助繊維糸条としては、繊度０．５〜２０ｔｅｘの範囲がよい。より好ましくは１〜１０ｔｅｘ、更に好ましくは１．５〜５ｔｅｘである。

よこ糸となる補助繊維糸条の糸密度は１〜５本／ｃｍであることが好ましい。この範囲であればよこ糸の存在により、基材の９０°方向への樹脂の流れを確保できるとともに補強繊維の屈曲度合いを小さくできる。

よこ糸の種類としては、炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維、ポリアラミド繊維、ポリアミド繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維が使用できる。なかでも、ポリアミド繊維のマルチフィラメントは、ＦＲＰにした際にマトリックス樹脂との接着が良好で、かつ細繊度糸を安価に製造できることから好ましい。

本発明で用いる接着用の樹脂材料は、強化繊維基材の取扱性を向上させ、複合材料の力学特性を向上させるものであれば特に限定されない。かかる樹脂材料として、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を適宜選択して使用することができる。

熱硬化性樹脂をかかる樹脂材料の主成分として用いる場合には、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、ビスマレイミドから選ばれる少なくとも１種であるのが好ましく、その中でもとりわけエポキシが好ましい。エポキシを使用すると、接着性が高いため基材の接着性やタック性に優れるだけでなく、特にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合に高い力学特性を発現することができる。

エポキシを主成分とする場合は、硬化剤や硬化触媒等を含んでもよいが、樹脂材料のライフの面からは含まない方が好ましい。含む場合でも潜在性の高い硬化剤や硬化触媒であれば特に大きな問題とはならない。

熱可塑性樹脂をかかる樹脂材料の主成分として用いる場合には、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシから選ばれる少なくとも１種であるのが好ましく、その中でもポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、フェノキシがとりわけ好ましい。

本発明のプリフォームは、前述した強化繊維基材の２枚以上が、上述の樹脂材料により少なくとも部分的に接着して一体化している強化繊維基材の積層体である。

強化繊維基材同士の接着は、全面的に接着していても部分的に接着していてもよいが、部分的に接着していると、ドライ状態でのプリフォームとしての特徴（屈曲に対して皺が発生しにくい、等）が最大限に発揮されるため好ましい。

また、プリフォームにおける強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）は、４５〜６０体積％の範囲が好ましい。より好ましくは４８〜５８体積％、更に好ましくは５０〜５６体積％である。かかる範囲であると、プリフォームに液状樹脂の注入を行った後、ＦＲＰの強度発現に最も適した５０〜６５体積％の強化繊維含有率（Ｖｆ）を容易に、かつ、安定して得ることができる。すなわち、嵩Ｖｆが４５体積％未満であると、ＦＲＰのＶｆを上記範囲にするために無理な加圧により強化繊維糸条の配向のずれが発生しやすい。また、成形時の液状樹脂の過剰なブリードにより、液状樹脂のロスが発生することがある。一方、嵩Ｖｆが６０体積％を超えると、樹脂の含浸性に著しく劣る場合がある。嵩Ｖｆが本発明の範囲内であるプリフォームであると、適正なＶｆのＦＲＰが得られ、優れた力学特性を有するＦＲＰを得ることができるのである。かかるプリフォームにおける強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）とは、プリフォームにおいて強化繊維が占める体積比率のことを差し、具体的には次式によって定義される。

嵩Ｖｆ（体積％）＝（強化繊維基材の強化繊維目付：ｇ／ｍ^２）×１０^−４×（積層枚数：枚）／（強化繊維の比重：ｇ／ｃｍ^３）／（プリフォームの厚み：ｃｍ）×１０^２
なお、プリフォームの厚みは、１ｃｍ^２の面積を有する円状平板を圧子として、９．８Ｎの力で押さえた（約０．１０ＭＰａの圧力で押さえた）時の厚みをダイヤルゲージまたはマイクロメーターにて０．０１ｍｍ単位まで測定したものである。

本発明のＦＲＰは、前記強化繊維基材または前記プリフォームに、マトリックス樹脂が含浸して固化しており、強化繊維含有率（Ｖｆ）が５０〜６５体積％である。より好ましいＶｆは５３〜６２体積％、更に好ましいＶｆは５５〜６０体積％である。

かかるＶｆにおいて、ＦＲＰの力学特性を最も効率的に発現させることができる。すなわち、Ｖｆが５０体積％未満であると軽量化効果に劣り、６５体積％を超えると逆に力学特性（特に耐衝撃性）が低下する場合がある。ＦＲＰにおけるＶｆとは、ＦＲＰにおいて強化繊維が占める体積比率のことを指し、具体的には次式によって定義される。

Ｖｆ（体積％）＝（強化繊維基材の強化繊維目付：ｇ／ｍ^２）×１０^−４×（積層枚数：枚）／（強化繊維の比重：ｇ／ｃｍ^３）／（ＦＲＰの厚み：ｃｍ）×１０^２
なお、ＦＲＰの厚みは、マイクロメーターにて０．０１ｍｍ単位まで測定したものである。

本発明で用いられるマトリックス樹脂は、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、シアネートエステル、ビスマレイミドから選ばれる少なくとも１種であるのが好ましく、硬化剤や硬化触媒等を含んでもよい。その中でもエポキシ樹脂を用いると高い力学特性を発現することができるため好ましい。

本発明の強化繊維基材またはプリフォームに適した成形法としては、例えば、真空注入成形法が挙げられる。かかる真空注入成形法は、強化繊維基材を所望の枚数積層して樹脂材料により一体化したプリフォームを成形型上に配置し、前記成形型をバッグ材で密閉してキャビティを形成し、キャビティ内を減圧して、このプリフォームに液状のマトリックス樹脂を大気圧を利用して含浸させることでＦＲＰを成形するものである。かかる真空注入成形法の一実施態様を工程順に説明する。

工程（１）：成形型に、強化繊維基材を所望の枚数積層して接着用の樹脂材料により一体化したプリフォームを配置する。ここで成形型は金属、ＦＲＰ、ガラスなどを用いることができる。

工程（２）：成形型上のプリフォームの上にピールプライを配置し、更にその上に樹脂拡散媒体を置く。ここで、ピールプライとは樹脂硬化後に樹脂拡散媒体と一体的にＦＲＰから剥離するためのシートである。本発明において、樹脂拡散媒体とは、強化繊維基材上表面全体に液状マトリックス樹脂の拡散を促進させるものであり、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンや金属などからなるメッシュ状のシートで、例えば、メッシュ状樹脂フィルム、織物、網状物や編物などがあり、複数枚を積層して用いてもよい。

工程（３）：プリフォームが配置された成形型上の周囲には、真空バッグ内の空気を連続してバッグ外へ逃がすための脱気媒体を配置する。脱気媒体としては、織物や不織布などの多孔性材料を複数枚積層したものを用いることができる。ここで、樹脂拡散媒体が真空吸引口および脱気媒体に接しているか、もしくは近すぎると、樹脂拡散媒体に流れ込んだ液状マトリックス樹脂がプリフォームに完全に含浸するよりも先に真空吸引口および脱気媒体に流れてしまうため未含浸部分が残ってしまう。このことから、真空吸引口および脱気媒体から樹脂拡散媒体までの距離が１０ｍｍ以上離れるように配置するとよい。

工程（４）：プリフォームおよび副資材（ピールプライ、樹脂拡散媒体、脱気媒体、真空吸引口）の全体をバッグ材（例えば、フィルム等）で覆い、空気が漏れないようにバッグ材と成形型との周囲をシール材で密閉し、キャビティを形成する。なお、シール材の種類としてはシリコンゴム系、ブチルゴム系のものを使用する。次いで、樹脂拡散媒体に接するように樹脂注入口とバルブを設置し、マトリックス樹脂の容器に取り付ける。一方、真空ポンプの空気吸引口を真空吸引口に接続し、真空吸引口は脱気媒体上に設置する。なお、バッグフィルム内の圧力が真空（５ｋＰａ以下）になるまで真空吸引する。

工程（５）：液状マトリックス樹脂を準備した容器に入れ、バルブを開放し、大気圧を利用して樹脂の注入を開始する。注入された樹脂はキャビティ内外の差圧により樹脂拡散媒体およびピールプライを介してプリフォームに含浸する。注入樹脂が完全に含浸するまでは真空ポンプによる吸引を継続し、キャビティ内を減圧状態に保つことが好ましい。

工程（６）：液状マトリックス樹脂を硬化させ、固体にする。注入樹脂の固化後は、バッグ材を剥がし、ＦＲＰを脱型した後、ピールプライおよび樹脂拡散媒体を除去すれば、ＦＲＰ成形品を得ることができる。

なお、上記ＦＲＰ製造方法において、予め強化繊維基材を樹脂材料により接着し一体化したプリフォームを用いているが、上記製造方法においてプリフォームの代わりに強化繊維基材を積層した未接着状態のものを成形型内に配置し、バッグ材で覆った後、真空吸引した状態において、温度が（樹脂材料のＴｇ＋２０）℃、圧力が０．１０ＭＰａで、処理することにより、プリフォーム形態を経由しなくてもＦＲＰ成形品を得ることができる。

また、上記ＦＲＰ製造方法において、上型と下型からなる成形型を用いることもできる。この場合、マトリックス樹脂に大気圧を超える圧力を加えて注入することできるため、樹脂拡散媒体を利用し無くともプリフォームへの樹脂含浸が容易に、かつ高速に可能であり、表面品位に優れたＦＲＰを成形することができるほか、成形型はバッグ材に比べ剛性を有することから、寸法精度に優れたＦＲＰ成形品を得ることができる。

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。実施例および比較例に用いる原材料は次の通りである。

強化繊維糸条Ａ：
ＰＡＮ系炭素繊維、フィラメント数：２４，０００本、繊度：１，０３５ｔｅｘ、引張強度：５９７０ＭＰａ、引張弾性率：２９４ＧＰａ、比重１．８０。

強化繊維糸条Ｂ：
ＰＡＮ系炭素繊維、フィラメント数：１２，０００本、繊度：７９８ｔｅｘ、引張強度：４８３０ＭＰａ、引張弾性率：２４０ＧＰａ、比重１．８０。

補助繊維糸条Ａ：
ガラス繊維ヤーン、ＥＣＥ２２５ １／０ １．０Ｚ、繊度：２２５ｄｔｅｘ、バインダー：”ＤＰ”（日東紡（株）製）。

補助繊維糸条Ｂ：
ポリアミド６６フィラメント糸条：繊度：１７ｄｔｅｘ、フィラメント数：７本。

接着用の樹脂材料Ａ：
ポリエーテルスルフォン樹脂（住友化学工業（株）製スミカエクセル５００３Ｐ）６２重量％（主成分）と次のエポキシ樹脂組成物３８重量％（副成分）とを２軸押出機にて溶融混練したものを冷凍粉砕したもの。平均粒子径Ｄ_５０（（株）セイシン企業製ＬＭＳ−２４で測定）９８μｍ、Ｔｇ：７２℃。エポキシ樹脂組成物−ジャパンエポキシレジン（株）製”エピコート”８０６：２１重量部、日本化薬（株）製ＮＣ−３０００：１２．５重量部、および、日産化学工業（株）製ＴＥＰＩＣ−Ｐ：４重量部を１００℃で均一になるまで攪拌したもの。

接着用の樹脂材料Ｂ：
共重合ナイロンフィラメント糸条：東レ（株）製エルダー、繊度：５５ｄｔｅｘ。

接着用の樹脂材料Ｃ：
ポリアミド１２不織布：融点：１７８℃、Ｔｇ：５０℃、目付：１０ｇ／ｍ^２。

含浸距離の測定に用いた液状樹脂：
エポキシ樹脂、日本化薬（株）製ＡＫ−６０１、２３℃における樹脂粘度：３００ｍＰａ・ｓ（Ｅ型粘度計）
マトリックス樹脂：
次の主液１００重量部に次の硬化液を３９重量部加え、８０℃にて均一撹拌したエポキシ樹脂組成物。８０℃における粘度：５５ｍＰａ・ｓ（Ｅ型粘度計）、１８０℃で２時間硬化後のＴｇ：１９７℃、曲げ弾性率：３．３ＧＰａ。主液−エポキシとして、Ｖａｎｔｉｃｏ（株）製”アラルダイト”ＭＹ−７２１：４０重量部、ジャパンエポキシレジン（株）製”エピコート”８２５：３５重量部、日本化薬（株）製ＧＡＮ：１５重量部、および、ジャパンエポキシレジン（株）製”エピコート”６３０：１００重量部を７０℃で１時間攪拌して均一溶解させたもの。硬化液−ポリアミンとして、ジャパンエポキシレジン（株）製”エピキュア”Ｗ：７０重量部、三井化学ファイン（株）製３，３’−ジアミノジフェニルスルホン：２０重量部、および、住友化学工業（株）製”スミキュア”Ｓ：１０重量部を、１００℃で１時間攪拌して均一にした後７０℃に降温し、硬化促進剤として宇部興産（株）製ｔ−ブチルカテコール：２重量部を更に７０℃で３０分間攪拌して均一溶解させたもの。

［実施例１］
（強化繊維基材）
たて糸として強化繊維糸条Ａ、よこ糸として補助繊維糸条Ｂ、たて方向補助糸として補助繊維糸条Ｂを用い、たて糸と、たて補助糸とを一本おきに交互に配列し、よこ糸とたて補助糸とを織組織させてたて糸を一体に保持した一方向性ノンクリンプ織物を形成した（図７）。また、この織物の片表面に、粒子状の樹脂材料Ａを散布した後、熱融着（１８０℃）により接着した。なお、強化繊維基材における樹脂材料は２７ｇ／ｍ^２、樹脂材料は点状に接着されており、その平均直径は０．２ｍｍ、平均厚みは０．１ｍｍであった。かかるノンクリンプ織物における、たて糸、たて補助糸の糸密度は１．８本／ｃｍ、よこ糸密度は３本／ｃｍ、強化繊維目付は１９０ｇ／ｍ^２であった。また、基材厚み０．３０ｍｍ、基材嵩Ｖｆ＝３５体積％であった。

得られた基材の含浸距離Ｌ、Ｔを、図８に示した装置で測定した。図８は、本発明における含浸距離の測定方法の一実施態様を示す概略平面図である。前述の通り強化繊維基材を３００ｍｍ長、１００ｍｍ幅のサイズに裁断し、０°および９０°方向に３枚を同一方向積層した強化繊維積層体をそれぞれ作成した。この強化繊維積層体を９２℃（（樹脂材料ＡのＴｇ＋２０）℃に相当）において０．１０ＭＰａの圧力で２時間加圧し、室温まで冷却して圧力を解放してプリフォーム１を作成した。このプリフォーム１を成形型４上に配置し、４０ｍｍ長、７０ｍｍ幅に裁断した樹脂拡散媒体７の一端から２ｃｍまでを強化繊維積層体上に配置し、もう一端上には樹脂注入口９を設けた。その対面に、４０ｍｍ長、７０ｍｍ幅に裁断した脱気媒体６の一端２ｃｍを強化繊維積層体上に配置し、もう一端上には樹脂吸引口８を配置した。次いで、プリフォームの側面を液状樹脂がショートカットして流路形成しないようにシール材５にて充填した後、これらをバッグフィルムで覆い、成形型４とバッグフィルム間をシール材５で密閉した。そして、このバッグフィルム内を真空吸引して２ｋＰａに減圧して２３℃環境下で液状樹脂の注入を行った。

本実施例では、注入開始から一定時間後における液状樹脂の到達距離を含浸距離とし、強化繊維プリフォーム幅方向において一端から２５ｍｍの位置ｆ、５０ｍｍの位置ｇ、７５ｍｍの位置ｈの３点を測定した値の平均値を用いた。ここでいう一定時間とは、樹脂含浸部の０°方向または９０°方向の何れかの樹脂含浸距離にて大きい方の樹脂到達含浸距離が１２０ｍｍに到達した時間か、または、樹脂含浸部の０°方向または９０°方向の何れかの樹脂到達含浸距離にて短い方の樹脂含浸距離が４０ｍｍに到達した時間の何れか任意の時間とする（ただし、測定開始から１時間経過後において前者と後者のどちらの条件も満たさない場合は、何れか条件を先に満たした時間を一定時間とする）。評価結果は、含浸距離Ｌ＝１３１ｍｍ、含浸距離Ｔ＝４０ｍｍ、それらの比率Ｒ＝約３．３であった。（プリフォーム）
得られた強化繊維基材を、積層構成を［−４５°／０°／＋４５°／９０°］としてこれを３回繰り返したものを２組用意し、それらを９０°層を向かい合わせて鏡面対称積層になるように貼り合わせた。かかる積層体を平面型に配置し、シーラントとバッグ材（ポリアミドフィルム）にて密閉して、減圧吸引口を設けたキャビティを形成した。減圧吸引口から真空ポンプによってキャビティ内を真空（５ｋＰａ以下）に減圧し、賦形型を６０℃に温調した。この状態で２時間保持し、室温に冷却してから吸引を中止して取り出し、それぞれについてプリフォームを得た。かかるプリフォームの強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）は５０体積％であった。
（ＦＲＰ）
得られたプリフォームを、平面状の成形型（アルミ製）に配置し、プリフォーム上に樹脂拡散媒体（平滑な金属製メッシュ）を配置して、シーラントとバッグ材にて、密閉して樹脂注入口と減圧吸引口を設けたキャビティを形成した。減圧吸引口から真空ポンプによってキャビティ内を真空に減圧し、成形型および各プリフォームを６０℃に温調した。次いで、事前に調合・真空脱泡したマトリックス樹脂を６０℃に保ちながら、樹脂注入口から大気圧を利用して注入した。マトリックス樹脂が減圧吸引口に到達した時に注入口を閉じて注入を停止した。それ以降は、減圧吸引口から減圧を続けながら１．５℃／ｍｉｎにて１３０℃まで昇温した後、１３０℃で２時間保持して一旦マトリックス樹脂を１次硬化させ、２．５℃／ｍｉｎで常温まで降温した。その後、常温にてバッグフィルム、樹脂拡散媒体、ピールプライ等の副資材を除去して脱型した後、常温から１．５℃／ｍｉｎにて１８０℃まで昇温した後、１８０℃で２時間保持してマトリックス樹脂を２次硬化させ、２．５℃／ｍｉｎで常温まで降温させて、ＦＲＰを得た。

いずれのＦＲＰにも、ピンホールやボイドが全く見当たらず、良好な成形が行われていることが実証された。ＦＲＰの強化繊維含有率（Ｖｆ）は５５体積％であった。得られたＦＲＰを用いて、ＳＡＣＭＡ ＳＲＭ ２Ｒ−９４に準拠して２３℃でのＣＡＩを測定した。なお、衝撃は５．４４ｋｇ（１２ポンド）の錘を落下させて、６．６７ｋＪ／ｍ（２７０ｉｎ・ｌｂ）の落錘衝撃エネルギーとした。測定結果を表１に記載する。

（含浸性）
上述のプリフォーム作成方法と同様にして作製した９００ｍｍ長、６００ｍｍ幅のプリフォームを、成形型をガラス板に替える以外は上述ＦＲＰ成形方法と同様に成形した。ガラス板から見て、全面に含浸した時間で相対的に含浸性の優劣を評価した（含浸時間が短いほど含浸性に優れる）。評価結果を表１に記載する。

［実施例２］
（強化繊維基材）
実施例１の強化繊維基材を用いて、温度：１６０℃、速度：０．９ｍ／ｍｉｎの条件でカレンダ加工（ロール４本）にて加熱プレスした強化繊維基材を作成した。かかる強化繊維基材における樹脂材料の平均直径は０．３ｍｍ、平均厚みは０．０２ｍｍであった。また、基材厚み０．２１ｍｍ、基材嵩Ｖｆ＝５０体積％であった。

かかる基材を実施例１と同様の条件で含浸距離比の測定を行った結果、含浸距離Ｌ＝８７ｍｍ、含浸距離Ｔ＝４０ｍｍ、それらの比率Ｒ＝約２．２であった。
（プリフォーム）
得られた強化繊維基材から、実施例１と同様にプリフォームを作成したところ、かかるプリフォームの強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）は５３体積％であった。
（ＦＲＰ）
得られたプリフォームから、実施例１と同様にＦＲＰを成形したところ、ピンホールやボイドが全く見当たらず、良好な成形が行われていることが実証された。かかるＦＲＰの強化繊維含有率（Ｖｆ）は５７体積％であった。また、実施例１同様に、かかるＦＲＰのＣＡＩを測定した。
（含浸性）
実施例１と同様に含浸性の優劣を評価した。

［比較例１］
（強化繊維基材）
たて糸として強化繊維糸条Ｂ、よこ糸として補助繊維糸条Ａと共重合ナイロンフィラメント糸条（樹脂材料Ｂ）とを撚り合わせて合糸したものを用い、たて糸と、よこ糸とを平織組織させて、一方向性織物を形成した。その後、織物を加熱（１８０℃）により共重合ナイロンフィラメント糸条を溶融させて織物に接着した（樹脂材料Ｂ）。なお、強化繊維基材における樹脂材料は２ｇ／ｍ^２、樹脂材料は線状に接着されている。

かかる一方向性織物における、たて糸密度は２．６本／ｃｍ、よこ糸密度は３本／ｃｍ、強化繊維目付は２０８ｇ／ｍ^２であった。また、基材厚み０．２１ｍｍ、基材嵩Ｖｆ＝５５体積％であった。

得られた基材の含浸距離Ｌ、Ｔを、接着温度（樹脂材料のＴｇ＋２０）℃（この場合は９２℃）を７０℃にかえる以外は実施例１と同様に測定した。本比較例では、注入開始から６０分後における液状樹脂の到達距離を含浸距離とし、測定結果は、含浸距離Ｌ＝１２０ｍｍ、含浸距離Ｔ＝１０８ｍｍ、それらの比率Ｒ＝約１．１であった。
（プリフォーム）
得られた基材を用いる以外は、実施例１（と同様にしてプリフォームを得た。かかるプリフォームの強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）は５６体積％であった。
（ＦＲＰ）
得られたプリフォームを用いる以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを成形した。複合材料の強化繊維含有率（Ｖｆ）はそれぞれ５６体積％であった。また、実施例１と同様にしてＣＡＩも測定した。

（含浸性）
得られたプリフォームを用いる以外は、実施例１と同様にして含浸性を評価した。これらの評価結果を表１にまとめる。

［比較例２］
（強化繊維基材）
たて糸として強化繊維糸条Ｂ、よこ糸は用いずに形態保持のためのシート状支持体として樹脂材料Ｃ（不織布）を用い、たて糸を引き揃えた上に不織布を重ね合わせ、加熱（２００℃）、加圧により不織布を溶融させて織物に接着して不織組織の一方向性シートを形成した。なお、強化繊維基材における樹脂材料は１０ｇ／ｍ^２、樹脂材料は繊維状に接着されている。

かかる一方向性織物における、たて糸密度は３．８本／ｃｍ、強化繊維目付は３００ｇ／ｍ^２であった。また、基材厚み０．３１ｍｍ、基材嵩Ｖｆ＝５４体積％であった。

得られた基材の含浸距離Ｌ、Ｔを、接着温度（樹脂材料のＴｇ＋２０）℃を７０℃にかえる以外は実施例１と同様に測定したところ、本比較例では、注入開始から６０分後における液状樹脂の到達距離を含浸距離とし、測定結果は、含浸距離Ｌ＝３６ｍｍ、含浸距離Ｔ＝４０ｍｍ、それらの比率Ｒ＝約０．９であった。
（プリフォーム）
得られた基材を用いる以外は、実施例１と同様にしてプリフォームを得た。かかるプリフォームの強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）は５５体積％であった。
（ＦＲＰ）
得られたプリフォームを用いる以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを成形した。複合材料の強化繊維含有率（Ｖｆ）はそれぞれ５６体積％であった。また、実施例１と同様にしてＣＡＩも測定した。
（含浸性）
得られたプリフォームを用いる以外は、実施例１と同様にして含浸性を評価した。これらの評価結果を表１にまとめる。

表１から明らかなように、実施例１、２は、含浸距離の比率Ｒが本発明の範囲内にあることから含浸性に優れた。また、樹脂材料により、織物の目ズレ・蛇行等が生じない形態安定性を有し、これらをプリフォーム化する際には優れたタック性を発現し、いずれもＦＲＰの力学特性にも優れていた。

一方、比較例１、２は、取扱性には優れたが、比率Ｒが本発明の範囲外にあることから含浸性に劣った。また、樹脂材料が異なることにより、力学特性が劣った。以上の結果から、本発明の効果は明白である。

本発明によれば、高い力学特性のＦＲＰが得られ、かつ、マトリックス樹脂の含浸性に優れる強化繊維基材、かかる強化繊維基材から得られるプリフォーム、かかる強化繊維基材またはプリフォームから得られるＦＲＰを得ることができる。

このようにして得られた複合材料は、航空機、自動車、船舶等の輸送機器における構造部材、内層部材または外層部材などの各部材をはじめ、幅広い分野に適するが、特に航空機の構造部材に好適である。

本発明の強化繊維基材の一実施態様における斜視図である。 本発明における含浸距離を測定するための装置の概略斜視図である。 本発明における含浸距離を測定するための装置の概略断面図である。 本発明における含浸距離を測定するための装置の概略平面図である。 液状樹脂が強化繊維基材に含浸していく様子を示す平面投影図である。 本発明の強化繊維基材の一実施態様に係る斜視図である。 本発明の強化繊維基材の他の実施態様に係る斜視図である。 本発明における含浸距離の測定方法の一実施態様を示す概略平面図である。

符号の説明

１：強化繊維基材
２：強化繊維糸条
３：樹脂材料
４：成形型（ガラス板）
５：シール材
６：ブリーザー
７：液状樹脂拡散媒体
８：脱気チャンネル
９：注入チャンネル
１０：吸引口
１１：液状樹脂注入口
１２：バッグ材
１３、１４：液状樹脂の含浸領域
５１：中心点（樹脂の注入点）
５２、５３、５４、５５、５７：含浸している領域
５６：円として近似した領域
５８：含浸していない領域
ａ、ｂ、ｃ：樹脂到達含浸距離
ｄ：含浸距離Ｌ
ｅ：含浸距離Ｔ
６１、７１：よこ条
７２：たて補助糸
ｆ、ｇ、ｈ：樹脂到達含浸距離測定点

Claims (14)

1. 強化繊維糸条を少なくとも一方向に引き揃えて構成した強化繊維基材であって、少なくともその片表面に、ガラス転移点が２０〜１５０℃である樹脂材料が５〜２０重量％の範囲で接着しており、複数枚の強化繊維織物同士を接着させた状態において、０°方向の含浸距離Ｌと、９０°方向における含浸距離Ｔとの比率Ｒ＝（含浸距離Ｌ）／（含浸距離Ｔ）が１．５〜１０の範囲であることを特徴とする強化繊維基材。
2. 強化繊維基材が、一方向にお互いが並行に配列された強化繊維糸条と、かつ、その直角方向にお互いに並行に配列された補助繊維糸条とが、織組織を形成している一方向性織物であることを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材。
3. 強化繊維基材が、一方向にお互いが並行に配列された強化繊維糸条と、シート状支持体または補助繊維糸条とによって形態保持され、不織組織を形成している一方向性シートであることを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材。
4. 補助繊維糸条の繊度が、０．５〜２０ｔｅｘであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維基材。
5. 補助繊維糸条の糸密度が、１〜５本／ｃｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維基材。
6. 強化繊維糸条間の隙間の距離が０．１〜０．８ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の強化繊維基材。
7. 前記樹脂材料が、強化繊維基材の少なくとも片表面に２〜１００μｍの範囲の厚みで、かつ、間隙を有する層を形成していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の強化繊維基材。
8. 前記樹脂材料が、強化繊維基材に点状で接着しており、それらの基材の平面方向からみた平均直径が３０μｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の強化繊維基材。
9. 強化繊維含有率（基材嵩Ｖｆ）が４０〜５５体積％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の強化繊維基材。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維基材の２枚以上が、前記樹脂材料により少なくとも部分的に接着して一体化している強化繊維基材の積層体であることを特徴とするプリフォーム。
11. 強化繊維含有率（嵩Ｖｆ）が４５〜６０体積％であることを特徴とする請求項１０に記載のプリフォーム。
12. 請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維基材または請求項１０または１１に記載のプリフォームに、マトリックス樹脂が含浸して固化しており、強化繊維含有率が５０〜６５体積％であることを特徴とする繊維強化樹脂成形体。
13. 請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維基材または請求項１０または１１に記載のプリフォームを成形型上に配置し、前記成形型をバッグ材で密閉してキャビティを形成し、キャビティ内を減圧して液状のマトリックス樹脂を注入してプリフォームに含浸させた後、マトリックス樹脂を固化させることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。
14. 請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維基材または請求項１０または１１に記載のプリフォームを上型と下型との間に形成したキャビティ内に配置し、キャビティ内を減圧して液状のマトリックス樹脂を注入してプリフォームに含浸させた後、マトリックス樹脂を固化させることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。
    

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