特許 6161108 繊維強化複合材料およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6161108

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】繊維強化複合材料およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/04 20060101AFI20170703BHJP

   B32B 27/04 20060101ALI20170703BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/04CFG

   B32B27/04 Z

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-27966(P2013-27966)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2013-189634(P2013-189634A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2015年9月8日

(31)【優先権主張番号】特願2012-32085(P2012-32085)

(32)【優先日】2012年2月16日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】591079487

【氏名又は名称】広島県

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田上 真二

(72)【発明者】

【氏名】池田 慎哉

(72)【発明者】

【氏名】松田 亮治

【審査官】 中川 裕文

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−０５０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０１６３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０００８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２４８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０４５８０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ １１／１６

１５／０８− １５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４− ５／１０

５／２４

Ｂ３２Ｂ １／００− ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化複合材料において、
ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたメルトフローレートが５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下である第１の熱可塑性樹脂が前記連続強化繊維間の隙間に含浸された一定の厚みを有する第１の熱可塑性樹脂層と、該第１の熱可塑性樹脂層を狭持する一定の厚みを有する第２の熱可塑性樹脂層とが交互に積層され、
前記第１の熱可塑性樹脂のメルトフローレートが前記第２の熱可塑性樹脂のメルトフローレートよりも大きいことを特徴とする繊維強化複合材料。

【請求項2】

ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された前記第２の熱可塑性樹脂のメルトフローレートが１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料。

【請求項3】

前記繊維強化複合材料における前記第１の熱可塑性樹脂の体積が、前記第２の熱可塑性樹脂の全体の体積に対して５％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維強化複合材料。

【請求項4】

前記第１の熱可塑性樹脂と前記第２の熱可塑性樹脂が、同一系統の樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料。

【請求項5】

前記第１及び前記第２の熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料。

【請求項6】

前記連続強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料。

【請求項7】

ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたメルトフローレートが５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下である第１の熱可塑性樹脂をエマルジョンの形態で連続強化繊維間の隙間に含浸する工程と、
前記連続強化繊維間の隙間に前記第１の熱可塑性エマルジョン樹脂が含浸された繊維強化材料と、前記第１の熱可塑性樹脂のメルトフローレートよりも小さいメルトフローレートを有する第２の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂シートとを交互に積層し、熱プレス処理により一体化することにより、前記第１の熱可塑性樹脂が前記連続強化繊維間の隙間に含浸された一定の厚みを有する第１の熱可塑性樹脂層と、該第１の熱可塑性樹脂層を狭持する一定の厚さを有する第２の熱可塑性樹脂層とが交互に積層された繊維強化複合材料を製造する工程と
を少なくとも備えることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化複合材料に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、鉄やアルミニウムなどの金属に比べて軽量であり、比強度、比剛性が高い繊維強化複合材料が、航空宇宙分野、自動車、スポーツ用品、パソコン筐体などの用途に適用されはじめている。

【0003】

その中でも、熱可塑性樹脂を使用した繊維強化複合材料は、熱硬化性樹脂を用いた複合材料において必要となる硬化時間が不要となり、生産サイクルタイムを短くすることが可能であり、また、リサイクル性にも優れているため、自動車分野など生産性を重視される分野で用途が拡大するものと考えられている。

【0004】

ここで、一般に、このような繊維強化複合材料としては、炭素繊維等からなる連続強化繊維シートと、熱可塑性樹脂からなる樹脂シートとを交互に積層した状態で、熱プレス処理（加熱加圧処理）を行うことにより、連続強化繊維間の隙間に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化複合材料が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

また、例えば、炭素繊維等からなる連続強化繊維間の隙間に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを積層することにより形成された繊維強化複合材料が提案されている。この繊維強化複合材料は、プリプレグの強化繊維を所定の方向に配向させた状態で、予め所定の形状（長さ）に切断された各プリプレグを熱プレスにより付着（溶融接着）させて積層することにより形成される。そして、このような方法により、生産性に優れ、高性能を有する繊維強化複合材料を得ることができると記載されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２５４４３７号公報

【特許文献2】特開２０１０−５４０２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、上記特許文献１に記載の繊維強化複合材料においては、連続強化繊維と熱可塑性樹脂を熱プレスにより複合化するため、溶融した熱可塑性樹脂が連続強化繊維間の隙間に入って連続強化繊維を含浸するための移動距離が大きい。従って、この方法では、メルトフローレート（以下、「ＭＦＲ」とも言う。）の小さい熱可塑性樹脂を用いると、含浸に非常に長時間が必要となり、実用的ではなく、更に連続強化繊維と熱可塑性樹脂の界面接着強度も低く耐衝撃性の低い材料となる。また、熱可塑性樹脂を連続強化繊維の間に十分に浸透させることを目的とし、ＭＦＲの大きい熱可塑性樹脂を用いた場合、一般的にＭＦＲの大きい樹脂を用いた繊維強化複合材料は耐衝撃性に劣るという問題があった。

【0008】

また、上記特許文献２に記載の繊維強化複合材料では、適量の熱可塑性樹脂が含浸された均質なプリプレグ（例えば、プリプレグ全体に対する連続強化繊維の体積含有率が６０％、熱可塑性樹脂の体積含有率が４０％のプリプレグ）を積層して形成するが、ＭＦＲの小さい熱可塑性樹脂は連続強化繊維への含浸が困難であり、実用的に使用できるプリプレグはＭＦＲの大きい熱可塑性樹脂であるため、これを用いた繊維強化複合材料は耐衝撃性が劣るという問題があった。

【0009】

そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、曲げ強度等の静強度を低下させることなく耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料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】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の繊維強化複合材料は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなり、熱可塑性樹脂は、連続強化繊維を被覆する第１の熱可塑性樹脂と、第１の熱可塑性樹脂とＭＦＲが異なる第２の熱可塑性樹脂からなり、第１の熱可塑性樹脂のＭＦＲが第２の熱可塑性樹脂のＭＦＲよりも大きいことを特徴とする。

【0011】

同構成によれば、繊維強化複合材料において、連続強化繊維の周辺にＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が存在するため、例えば、熱プレス処理により、繊維強化複合材料を形成する際に、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が連続強化繊維間の隙間に入りやすくなり、連続強化繊維と第１の熱可塑性樹脂の密着が十分行われ、界面接着強度が向上し、また繊維強化複合材料の空隙(ボイド)が効果的に減少することになる。その結果、高い耐衝撃性を有する繊維強化複合材料を得ることが可能になる。

【0012】

また、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂とＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂とが混溶することで、単独では連続強化繊維の間に浸透しにくいＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂を連続強化繊維間の隙間に浸透させることが可能になる。そして、一般に、ＭＦＲの小さい熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材料は、ＭＦＲの大きい熱可塑性樹脂よりも静強度が高くなるため、連続強化繊維間の隙間に浸透しているＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂により、繊維強化複合材料の静強度を向上させることが可能になる。

【0013】

従って、これら第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂との相互作用、相補効果により、静強度と耐衝撃性を同時に向上させることができる繊維強化複合材料を得ることが可能になる。

【0014】

本発明の繊維強化複合材料においては、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第１の熱可塑性樹脂のＭＦＲが５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であってもよい。

【0015】

同構成によれば、ＭＦＲが大きい第１の熱可塑性樹脂を用いることにより、第１の熱可塑性樹脂の連続強化繊維間の隙間への浸透が促進されるとともに、連続強化繊維と第１の熱可塑性樹脂の密着による界面接着強度も更に向上し、繊維強化複合材料の空隙をより一層減少させることが可能になる。その結果、繊維強化複合材料の耐衝撃性を更に向上させることが可能になる。

【0016】

本発明の繊維強化複合材料においては、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第２の熱可塑性樹脂のＭＦＲが１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であってもよい。

【0017】

同構成によれば、第２の熱可塑性樹脂のＭＦＲが十分に小さいため、繊維強化複合材料の静強度、耐衝撃性を更に向上させることが可能になる。

【0018】

本発明の繊維強化複合材料においては、繊維強化複合材料における第１の熱可塑性樹脂の体積が、第２の熱可塑性樹脂の全体の体積に対して５％以上８０％以下であってもよい。

【0019】

同構成によれば、連続強化繊維間の隙間に入るのに十分な体積含有率を有する第１の熱可塑性樹脂が、第１の熱可塑性樹脂に比し体積含有率の高い第２の熱可塑性樹脂と混溶するため、相対的に量の多い第２の熱可塑性樹脂により繊維強化複合材料の静強度、耐衝撃性を更に向上させることが可能になる。

【0020】

本発明の繊維強化複合材料においては、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂が、同一系統の樹脂であってもよい。

【0021】

同構成によれば、同一系統の樹脂同士は相溶性が高いため、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂との混溶が促進されて、界面強度が更に向上するため、繊維強化複合材料の静強度、耐衝撃性を更に向上させることが可能になる。

【0022】

本発明の繊維強化複合材料においては、第１及び第２の熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であってもよい。

【0023】

同構成によれば、耐薬品性に優れ、強靭性、柔軟性が高いポリアミド樹脂を第１及び第２の熱可塑性樹脂として用いることで、静強度、耐衝撃性以外の物性も兼ね備えた繊維強化複合材料を得ることができる。また、ポリアミド樹脂は、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ＭＸナイロン、または、これらの共重合物など同一系統の樹脂の種類が多いため、要求される物性を備える繊維強化複合材料を得ることができる。

【0024】

本発明の繊維強化複合材料においては、連続強化繊維が炭素繊維であってもよい。

【0025】

同構成によれば、ガラス繊維、アラミド繊維など他の強化繊維と比べて比強度、比弾性率が高い炭素繊維を用いることで、より軽量で、静強度、耐衝撃性の高い繊維強化複合材料を得ることができる。

【0026】

本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、第１の熱可塑性樹脂を連続強化繊維間の隙間に含浸する工程と、第１の熱可塑性樹脂のＭＦＲよりも小さいＭＦＲを有する第２の熱可塑性樹脂を第１の熱可塑性樹脂を含浸した連続強化繊維間の隙間に含浸する工程とを少なくとも備えることを特徴とする。

【0027】

同構成によれば、繊維強化複合材料において、連続強化繊維の周辺にＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が存在するため、例えば、熱プレス処理により、繊維強化複合材料を形成する際に、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が連続強化繊維間の隙間に入りやすくなり、連続強化繊維と第１の熱可塑性樹脂の密着が十分行われ、界面接着強度が向上し、また繊維強化複合材料の空隙(ボイド)が効果的に減少することになる。

【0028】

また、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂とＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂とが混溶することで、単独では連続強化繊維間の隙間に浸透しにくいＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂を連続強化繊維間の隙間に浸透させることが可能になる。そして、一般に、ＭＦＲの小さい熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材料は、ＭＦＲの大きい熱可塑性樹脂よりも静強度、耐衝撃性が高くなるため、連続強化繊維間の隙間に浸透しているＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂により、静強度、耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料を効率的に製造することが可能になる。

【0029】

本発明の繊維強化複合材料の製造方法においては、第１の熱可塑性樹脂をエマルジョンの形態で連続強化繊維間の隙間に含浸させてもよい。

【0030】

同構成によれば、エマルジョン中の第１の熱可塑性樹脂の粒子径を小さくすることができるため、連続強化繊維間の隙間への浸透が容易になる。従って、第１の熱可塑性樹脂をより確実に連続強化繊維に近い位置に配置することができるため、効率的に本発明の繊維強化複合材料を製造することができる。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、静強度及び耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料の製造工程を説明するための断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料における繊維強化材料を製造するための製造装置を説明するための図である。

【図4】本発明の実施形態に係る繊維強化材料における繊維トウを示す断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料を示す斜視図である。

【図6】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料を示す斜視図である。

【図7】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料の変形例を示す断面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

【0034】

図１は、本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料を示す断面図である。

【0035】

本実施形態の繊維強化複合材料１は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなり、図１に示すように、第１の熱可塑性樹脂５で被覆された連続強化繊維４と、連続強化繊維４間の隙間に含浸された第２の熱可塑性樹脂６とを備える。

【0036】

この繊維強化複合材料１は、図２に示すような第１の熱可塑性樹脂５で被覆された連続強化繊維４からなる繊維強化材料２と、第２の熱可塑性樹脂６からなる熱可塑性樹脂シート３とを交互に積層して、熱プレスすることにより形成される。

【0037】

この連続強化繊維４としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ザイロン繊維等、もしくはこれらの繊維を少なくとも一種類以上含む混合体を使用することができ、製品が必要とする機械的特性等に応じて、適宜、選択することができる。また、これらの繊維は、用途に合わせて表面処理等を施してもよい。

【0038】

また、第１の熱可塑性樹脂５及び第２の熱可塑性樹脂６としては、例えば、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリアミド樹脂（ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、メタキシリレンジアミン（ＭＸナイロン）、または、これらの共重合体、芳香族ポリアミド樹脂等）、ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂等を使用することができ、これらの樹脂の中から、成形可能温度、耐熱性、耐水性等の特性を考慮して、適宜、選択することができる。

【0039】

なお、第２の熱可塑性樹脂６の形態としては、シート状（不織布、織物、編物）、フィルム状、粉末状、溶融物、エマルジョン等のものを使用することができ、これらの形態の中から、適宜、選択することができる。

【0040】

そして、本実施形態の繊維強化複合材料１における熱可塑性樹脂は、この第１の熱可塑性樹脂５と第２の熱可塑性樹脂６とにより構成されている。

【0041】

ここで、本実施形態の繊維強化複合材料１においては、熱可塑性樹脂が、連続強化繊維４を被覆する第１の熱可塑性樹脂５と、第１の熱可塑性樹脂５とＭＦＲが異なる第２の熱可塑性樹脂６からなり、第１の熱可塑性樹脂５のＭＦＲが第２の熱可塑性樹脂６のＭＦＲよりも大きい点に特徴がある。

【0042】

このような構成により、繊維強化複合材料１において、連続強化繊維４の周辺にＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂５が存在するため、例えば、熱プレス処理により、繊維強化複合材料１を形成する際に、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂５が連続強化繊維４間の隙間に入りやすくなり、連続強化繊維４と第１の熱可塑性樹脂５の密着が十分行われ、界面接着強度が向上し、また繊維強化複合材料１の空隙(ボイド)が効果的に減少する。その結果、高い耐衝撃性を有する繊維強化複合材料１を得ることが可能になる。

【0043】

また、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂５がＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂６と混溶することで、単独では連続強化繊維４間の隙間に浸透しにくいＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂６を連続強化繊維４間の隙間に浸透させることが可能になる。一般に、ＭＦＲの小さい熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材料は、ＭＦＲの大きい熱可塑性樹脂よりも静強度が高くなるため、連続強化繊維間の隙間に浸透しているＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂６により、繊維強化複合材料１の静強度を向上させることが可能になる。

【0044】

その結果、単に、連続強化繊維と熱可塑性樹脂から成る繊維強化複合材料に比し、強度及び耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料１を得ることが可能になる。

【0045】

なお、連続強化繊維４の周辺に存在する第１の熱可塑性樹脂５が連続強化繊維４間の隙間に入りやすくなることにより、連続強化繊維４と第１の熱可塑性樹脂５との界面を十分に密着させて、界面接着強度を確実に向上させるとの観点から、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第１の熱可塑性樹脂５のＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。例えば、第１の熱可塑性樹脂５として、ＭＦＲが１８５０ｇ／１０ｍｉｎの共重合ナイロン樹脂を使用することができる。

【0046】

また、繊維強化複合材料１の静強度及び耐衝撃性を向上させる観点から、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第２の熱可塑性樹脂６のＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。例えば、第２の熱可塑性樹脂６として、ＭＦＲが６．２ｇ／１０ｍｉｎのＭＸナイロンや、ＭＦＲが４８ｇ／１０ｍｉｎのナイロン６を使用することができる。

【0047】

また、第２の熱可塑性樹脂６として高耐熱性ポリアミド樹脂を使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２６５℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第１の熱可塑性樹脂５のＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６のＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。例えば、第１の熱可塑性樹脂５として、ＭＦＲが１９４７ｇ／１０ｍｉｎのナイロン６を使用することができ、第２の熱可塑性樹脂６として、ＭＦＲが１７ｇ／１０ｍｉｎのナイロン６６を使用することができる。このようにナイロン６は組み合わせにより、第１の熱可塑性樹脂としても第２の熱可塑性樹脂としても用いることができる。

【0048】

また、第１の熱可塑性樹脂５、及び第２の熱可塑性樹脂６として、ポリオレフィン樹脂を使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２３０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第１の熱可塑性樹脂５のＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６のＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。例えば、第１の熱可塑性樹脂５として、ＭＦＲが７６８〜１５３７ｇ／１０ｍｉｎの変性ポリプロピレンを使用することができ、第２の熱可塑性樹脂６として、ＭＦＲが２０〜３５ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレンを使用することができる。

【0049】

また、第１の熱可塑性樹脂５として、ポリスチレンを使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２００℃、荷重：４９Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６として、ポリスチレンを使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２００℃、荷重：４９Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。

【0050】

また、第１の熱可塑性樹脂５として、ＡＢＳを使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２２０℃、荷重：９８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６として、ＡＢＳを使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２２０℃、荷重：９８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。

【0051】

また、第１の熱可塑性樹脂５、及び第２の熱可塑性樹脂６として、ポリエステル樹脂を使用する場合、ＪＩＳＫ７２１０（温度：２７５℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定された第１の熱可塑性樹脂５のＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６のＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。例えば、第１の熱可塑性樹脂５として、ＭＦＲが２３５７ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンテレフタレートを使用することができ、第２の熱可塑性樹脂６として、ＭＦＲが２５ｇ／１０ｍｉｎのポリブチレンテレフタレートを使用することができる。

【0052】

また、第１の熱可塑性樹脂５として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用する場合、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：３００℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６として、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用する場合、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：３００℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。

【0053】

また、第１の熱可塑性樹脂５として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用する場合、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：３９０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を使用する場合、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：３９０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。

【0054】

また、第１の熱可塑性樹脂５として、ポリカーボネート樹脂を使用する場合、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：３００℃、荷重：１１．７６Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、５００ｇ／１０ｍｉｎ以上３０００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましく、第２の熱可塑性樹脂６として、ポリカーボネート樹脂を使用する場合、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：３００℃、荷重：１１．７６Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが、１ｇ／１０ｍｉｎ以上１００ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。

【0055】

このように、本実施形態においては、ＪＩＳＫ７２１０における試験温度は、使用される熱可塑性樹脂に応じて、適宜、変更され、第２の熱可塑性樹脂６の融点よりも５〜５５℃高い温度に設定される。

【0056】

また、繊維強化複合材料１全体における、第１の熱可塑性樹脂５の体積含有率は、第２の熱可塑性樹脂６の体積含有率よりも低いことが好ましい。

【0057】

より具体的には、繊維強化複合材料１における第１の熱可塑性樹脂５の体積が、第２の熱可塑性樹脂６の全体の体積に対して５％以上８０％以下であることが好ましい。換言すると、繊維強化複合材料１における、第１の熱可塑性樹脂５の体積をＶ_１、第２の熱可塑性樹脂６の体積をＶ_２とした場合に、０．０５Ｖ_２≦Ｖ_１≦０．８Ｖ_２の関係が成立することが好ましい。

【0058】

これは、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が過剰に存在することに起因する静強度及び耐衝撃性の低下を防ぎ、ＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂６の体積含有率をＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂５の体積含有率よりも高くすることによって、静強度及び耐衝撃性を向上させるためである。

【0059】

なお、本実施形態においては、第１及び第２の熱可塑性樹脂５，６と連続強化繊維４の割合を調整することで、繊維強化複合材料１全体における連続強化繊維４の体積含有率が５７〜６２％程度、第１の熱可塑性樹脂５と第２の熱可塑性樹脂６との合計の体積含有率が３８〜４３％程度となるように設定されており、繊維強化複合材料１全体において、強度を発現するのに最適な樹脂量に設定されている。

【0060】

また、連続強化繊維４を被覆する第１の熱可塑性樹脂５が、第２の熱可塑性樹脂６と同一系統の樹脂であることが好ましい。

【0061】

このような構成により、同一系統の樹脂同士は相溶性が高いため、熱プレスの工程で、第１の熱可塑性樹脂５と第２の熱可塑性樹脂６とが高い相溶性で混溶するため、第２の熱可塑性樹脂６の連続強化繊維４間の隙間への浸透が促進され、静強度、及び耐衝撃性により優れた繊維強化複合材料１が得られる。

【0062】

なお、ここで言う「同一系統の樹脂」とは、特徴となる結合が同一である樹脂のことを言う。この「同一系統の樹脂」は、物性も似たものが多く、特徴となる結合以外の部分の構造上の差異により、物性が多少異なるため、用途等に応じて使い分けることができる。

【0063】

例えば、ポリアミド樹脂であれば、アミド結合を有するナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ＭＸナイロン、または、これらの共重合物などが同一系統の樹脂となる。

【0064】

一方、アミド結合を有するケブラー（登録商標）、ノーメックス（登録商標）は、分子中に剛直な芳香環を有するという特徴があり、そのため、上述のナイロン６等とは物性が大きく異なり、広義には同一系統の樹脂となるが、一般的には同一系統の樹脂とは呼ばない。

【0065】

また、例えば、ポリエステル樹脂であれば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が同一系統の樹脂として挙げることができ、ポリオレフィン樹脂であれば、ポリエチレン、ポリプロピレン等を同一系統の樹脂として挙げることができる。

【0066】

本実施形態においては、熱可塑性樹脂として機械的特性に優れ、種類が多く、選択肢が多いポリアミド樹脂を用いることが好ましい。例えば、第１の熱可塑性樹脂５として共重合ナイロン樹脂を使用し、第２の熱可塑性樹脂６としてナイロン６を使用することができる。

【0067】

本実施形態においては、より軽量な繊維強化複合材料１を得るために、連続強化繊維４として比強度、比弾性率が高い連続炭素繊維を用いることが好ましい。

【0068】

また、本発明の繊維強化複合材料１を製造する方法として、第１の熱可塑性樹脂５を連続強化繊維４間の隙間に含浸する工程と、第１の熱可塑性樹脂５のＭＦＲよりも小さいＭＦＲを有する第２の熱可塑性樹脂６を第１の熱可塑性樹脂５を含浸した連続強化繊維４間の隙間に含浸する工程とをとることで効率的に製造することができる。また、第１の熱可塑性樹脂５がエマルジョンの形態である製造方法が好ましい。このような構成により、エマルジョン中の第１の熱可塑性樹脂５の粒子径を小さくすることができるため、連続強化繊維４間の隙間への浸透性が良好になり、第１の熱可塑性樹脂５にエマルジョンの形態を用いることで、第１の熱可塑性樹脂５をより確実に連続強化繊維４に近い位置に配置することができる。

【0069】

次に、本実施形態の繊維強化複合材料の製造方法の一例について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る繊維強化複合材料１における繊維強化材料２を製造するための製造装置３０を説明するための図である。また、図４は、繊維強化材料２における繊維トウ７を説明するための図である。

【0070】

繊維強化材料２を製造する際には、まず、連続強化繊維引き揃え部３１において、連続強化繊維４からなる繊維トウ７の引き揃えを行う。ここで、引き揃える繊維トウ７の本数は、製造する繊維強化材料２の幅や形状等に対応させて、適宜、変更することができる。

【0071】

例えば、繊維トウ７として、１５Ｋ（１５、０００本）の連続強化繊維４を有し、幅が７ｍｍの連続炭素繊維トウを８本引き揃えることにより、最大で５６ｍｍの幅を有する繊維強化材料２を製造することができる。

【0072】

次いで、引き揃えた繊維トウ７を、第１の熱可塑性樹脂５を含有する熱可塑性樹脂エマルジョン１２を有するエマルジョン含浸槽３２へと送り出し、引き揃えられたテープ状の繊維トウ７に対して熱可塑性樹脂エマルジョン１２を含浸する。

【0073】

ここで、熱可塑性樹脂エマルジョン１２としては、例えば、ＭＦＲが１８５０ｇ／１０ｍｉｎである上述の共重合ナイロン樹脂を主成分とする水系のエマルジョンを使用することができる。

【0074】

なお、熱可塑性樹脂エマルジョン１２の固形分比率は、５０質量％以下が好ましい。これは、固形分比率が５０質量％よりも大きい場合は、粘度が高すぎて含浸しにくいという不都合が生じる場合があるためである。

【0075】

また、熱可塑性樹脂エマルジョン１２において使用される溶媒としては、第１の熱可塑性樹脂５である熱可塑性エマルジョン樹脂に対して貧溶媒として作用するものであれば、特に限定されず、水、等を使用することができ、使用する熱可塑性エマルジョン樹脂に対応させて、適宜、選択することができる。

【0076】

また、この溶媒としては、連続強化繊維４への含浸を良好にするとの観点から、粘度の低いものが好ましく、含浸後の熱処理工程においてエマルジョン中の溶媒を確実に蒸発させるとの観点から、沸点が低いものが好ましい。また、作業工程の安全性の観点から、引火性、揮発有害性のない溶媒が好ましい。

【0077】

次いで、熱可塑性樹脂エマルジョン１２が含浸された繊維トウ７を絞り部３３へと送り出し、絞り部３３において、熱可塑性樹脂エマルジョン１２が含浸された繊維トウ７を絞り、余分な熱可塑性樹脂エマルジョン１２を除去する。

【0078】

なお、絞り部３３における絞り力を調整することで、繊維トウ７に付着する熱可塑性樹脂エマルジョン１２の量を調整することができる。

【0079】

次いで、繊維トウ７を熱処理部３４へと送り出し、熱可塑性樹脂エマルジョン１２が含浸された繊維トウ７を熱処理により乾燥して、連続強化繊維４間の隙間に第１の熱可塑性樹脂５である熱可塑性エマルジョン樹脂が含浸されたテープ状の繊維強化材料２を形成する。

【0080】

この際、熱可塑性エマルジョン樹脂の融点よりも高い温度で所定時間（例えば、３分間）熱処理を行うことにより、連続強化繊維４間の隙間に熱可塑性エマルジョン樹脂が確実に含浸されたテープ状の繊維強化材料２を得ることができる。

【0081】

なお、溶媒を蒸発させることができる条件であれば、熱可塑性エマルジョン樹脂の融点よりも低い温度で、この熱処理を行ってもよく、粒子径の小さい熱可塑性エマルジョン樹脂は連続強化繊維４間の隙間に十分に含浸することができる。

【0082】

そして、繊維強化材料２を冷却部３５で冷却後、巻取部３６により冷却された繊維強化材料２を巻き取ることにより、テープ状の繊維強化材料２の製造工程が完了する。

【0083】

なお、製造した繊維強化材料２の幅は、熱可塑性樹脂エマルジョン１２の収束力により、上述の５６ｍｍよりも細くなる。

【0084】

次いで、製造した繊維強化材料２と第２の熱可塑性樹脂６からなる熱可塑性樹脂シート３とを積層して、熱プレスすることにより、図１に示す繊維強化複合材料１を製造することができる。

【0085】

なお、繊維強化材料２と熱可塑性樹脂シート３の積層枚数は、適宜、変更することができる。例えば、４枚の繊維強化材料２を用意し、各繊維強化材料２の間に熱可塑性樹脂シート３を図５に示すように各繊維強化材料２の連続強化繊維４が互いに同一の方向（即ち、図中の矢印Ｘの方向）、あるいは図６に示すように各繊維強化材料２の連続強化繊維４が互いに直交する方向（即ち、図中の矢印Ｘ、Ｙの方向）、あるいは各繊維強化材料２の連続強化繊維４が互いに任意の方向に積層（即ち、繊維強化材料２と熱可塑性樹脂シート３とを交互に積層）して、４枚の繊維強化材料２と３枚の熱可塑性樹脂シート３からなる積層体を熱プレスする構成とすることができる。

【0086】

ここで、上記特許文献１に記載の繊維強化複合材料のように、熱可塑性樹脂シートを連続強化繊維の間に入れて熱プレスする方法においては、連続強化繊維４間の隙間に熱可塑性樹脂を含浸させる際に、長時間必要となり、成形時間が長くなるという問題があった。

【0087】

一方、本実施形態の繊維強化複合材料１の製造方法の一例では、繊維強化材料２に熱可塑性エマルジョン樹脂（即ち、第１の熱可塑性樹脂５）が存在しているため、熱プレス処理により、繊維強化材料２の熱可塑性エマルジョン樹脂と熱可塑性樹脂シート３を形成する第２の熱可塑性樹脂６とを相溶させて、繊維強化材料２と熱可塑性樹脂シート３とを熱融着させる際に、熱可塑性樹脂シート３を形成する第２の熱可塑性樹脂６の繊維強化材料２への移動距離が短くなり、成形時間を短くすることが可能になる。

【0088】

また、上述のごとく、熱可塑性エマルジョン樹脂のＭＦＲが大きいため、連続強化繊維４間の空隙（ボイド）を効果的に減少させることが可能になり、結果として、空隙の少ない高品質な繊維強化複合材料１を得ることが可能になる。

【0089】

なお、熱プレスを行う際の加熱温度は、熱可塑性樹脂シート３を形成する第２の熱可塑性樹脂６を確実に溶融させるとの観点から、第２の熱可塑性樹脂６の融点＋１０℃以上に設定することができ、例えば、ナイロン６を用いた場合には、２２０℃〜２８０℃に設定することができる。

【0090】

また、熱プレスを行う際の圧力は、連続強化繊維４間の隙間に熱可塑性エマルジョン樹脂を入りやすくさせるとの観点から、例えば、１ＭＰａ〜１０ＭＰａに設定することができる。

【0091】

また、熱プレスを行う時間は、第２の熱可塑性樹脂６を確実に含浸させるとの観点から、例えば、３０秒〜６００秒に設定することができる。なお、加熱温度、圧力を上げることにより、プレス時間を短縮できることもある。

【0092】

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

【0093】

上記実施形態においては、繊維強化材料２として、連続強化繊維４からなる繊維トウ７（または繊維トウを開繊した開繊糸）が一方向に引き揃えられたものを使用したが、繊維強化材料２として、織物を使用する構成としてもよい。

【0094】

このような構成により、一方向性材料を使用する場合に比し、繊維強化材料２の成形加工性が向上し、複雑な形状の成形品を得ることができる。

【0095】

織物としては、例えば、縦糸として、複数の連続強化繊維４を互いに所定の間隔で平行に配列し、この平行に配列された複数の連続強化繊維４に対して、縦糸の長手方向に沿って所定間隔で、横糸として複数の連続強化繊維４を織り込みした、織物を使用することができる。

【0096】

また、上述のごとく、繊維強化複合材料１は、第１の熱可塑性樹脂５で被覆された連続強化繊維４からなる繊維強化材料２と、第２の熱可塑性樹脂６からなる熱可塑性樹脂シート３とを交互に積層して、熱プレスすることにより形成されるが、この際、成形温度、成形時間、成形圧力、第１または第２の熱可塑性樹脂の種類・量等を調整することにより、図７、図８に示す構造を有する繊維強化複合材料１を得ることができる。

【0097】

より具体的には、図７に示すように、連続強化繊維４と、連続強化繊維４を被覆するとともに、連続強化繊維４間の隙間の一部に含浸された第１の熱可塑性樹脂５と、連続強化繊維４間の隙間に含浸された第２の熱可塑性樹脂６とを備える繊維強化複合材料１０を得ることができる。

【0098】

また、図８に示すように、連続強化繊維４と、連続強化繊維４間の隙間に含浸された第１の熱可塑性樹脂５と、連続強化繊維４と第１の熱可塑性樹脂５とを狭持する第２の熱可塑性樹脂６とを備える繊維強化複合材料２０を得ることができる。

【0099】

なお、図１に示す繊維強化複合材料１は、成形温度、または成形圧力を高くする、あるいは成形時間を長くすることにより、熱プレスの際に、第１の熱可塑性樹脂５が連続強化繊維４の表面に残存するとともに、熱可塑性樹脂シート３を形成する第２の熱可塑性樹脂６が繊維強化材料２の内部へ均一に含浸することにより形成される。

【実施例】

【0100】

以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。

【0101】

（実施例１）
（繊維強化材料の作製）
サイジング剤処理のみを施した８本の連続炭素繊維トウ（１５Ｋ、幅７ｍｍ）を引き揃えた後、引き揃えた繊維トウに対して熱可塑性樹脂エマルジョンを含浸した。なお、熱可塑性樹脂エマルジョンとしては、ＪＩＳ Ｋ７２１０（温度：２４０℃、荷重：２１．１８Ｎ）に準拠して測定されたＭＦＲが１８５０ｇ／１０ｍｉｎの共重合ナイロン樹脂を主成分とする水系エマルジョンを使用した。

【0102】

次いで、熱可塑性樹脂エマルジョンが含浸された連続炭素繊維トウを絞り、余分な熱可塑性樹脂エマルジョンを除去した後、繊維トウを熱処理（１４０℃、３分間）により乾燥して、冷却を行うことにより、連続強化繊維間の隙間に熱可塑性エマルジョン樹脂が含浸されたテープ状の繊維強化材料（幅：５０ｍｍ、厚み：０．１２５ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：１２％）を作製した。

【0103】

（繊維強化複合材料の作製）
作製した繊維強化材料を複数枚、並列させて、半田ごてを使用して部分接着し、２０ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を１０枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が同一の方向（並行する方向）に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、２０ｃｍ角のナイロン布（ナイロン６、ＭＦＲ：４８ｇ／１０ｍｉｎ）により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが２０ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で４０分間、熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。

【0104】

なお、ＪＩＳ Ｋ７０７５（炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率及び空洞率試験方法）に準拠して、作製した繊維強化複合材料における樹脂体積含有率を測定したところ、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４２％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３２％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は１０％であった。

【0105】

より具体的には、上述の方法で熱プレス処理を行った厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を、１０×１０ｍに切り出して試験片とし、この試験片を７０℃で２４時間乾燥させ、質量と体積を測定するとともに、ブンゼンバーナーの還元炎中で、試験片中の樹脂分を燃焼し、燃焼後の質量を測定した。そして、燃焼前後の質量から、試験片中の繊維質量含有率と樹脂質量含有率を求め、ＪＩＳ Ｋ７０７５の方法により、樹脂体積含有率を求めた。

【0106】

（曲げ強度試験）
次いで、静強度として、曲げ強度試験を、ＪＩＳ Ｋ７０７４（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）に準拠して行った。具体的には、万能材料試験機（島津製作所製（株）製、商品名：オートグラフＡＧ−１０ＫＮＥ）を使用して、３点曲げ法により、曲げ強度〔ＭＰａ〕の測定を行い、作製した繊維強化複合材料の静強度を評価した。なお、厚みが１ｍｍ、長さ６０ｍｍ、幅１５ｍｍの試験片を使用し、支点間距離を４０ｍｍに設定して行った。以上の結果を表１に示す。

【0107】

（実施例２）
熱プレス処理時間を８．５分としたこと以外は、上述の実施例１と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。その後、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験の評価を行った。以上の結果を表１に示す。

【0108】

（実施例３）
まず、上述の実施例１と同様にして、テープ状の繊維強化材料（幅：４９ｍｍ、厚み：０．１７０ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：１２％）を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、２４ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を８枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向（並行する方向）に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、２４ｃｍ角のナイロン布（ナイロン６、ＭＦＲ：４８ｇ／１０ｍｉｎ）により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが２５ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度で１０分間加熱後、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で５分間、熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。

【0109】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４０％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３２％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は８％であった。すなわち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は２５％であった。

【0110】

その後、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験の評価を行った。以上の結果を表１に示す。

【0111】

（実施例４）
まず、上述の実施例１と同様にして、テープ状の繊維強化材料（幅：４８ｍｍ、厚み：０．２０ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：１４％）を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、２４ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を８枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向（並行する方向）に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、２４ｃｍ角のナイロン布（ナイロン６、ＭＦＲ：４８ｇ／１０ｍｉｎ）により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが２５ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度で１０分間加熱後、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で５分間、熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。

【0112】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４１％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３１％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は１０％であった。すなわち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は３２％であった。

【0113】

その後、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験の評価を行った。以上の結果を表１に示す。

【0114】

（実施例５）
まず、上述の実施例１と同様にして、テープ状の繊維強化材料（幅：４１ｍｍ、厚み：０．２８ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：２４％）を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、２４ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を８枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向（並行する方向）に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、２４ｃｍ角のナイロン布（ナイロン６、ＭＦＲ：４８ｇ／１０ｍｉｎ）により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが２５ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度で１０分間加熱後、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で５分間、熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。

【0115】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４３％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は２５％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は１８％であった。すなわち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は７２％であった。

【0116】

その後、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験の評価を行った。以上の結果を表１に示す。

【0117】

（実施例６）
まず、上述の実施例１と同様にして、テープ状の繊維強化材料（幅：５０ｍｍ、厚み：０．１５ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：６％）を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、２４ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を８枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が全て同一の方向（並行する方向）に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、２４ｃｍ角のナイロン布（ナイロン６、ＭＦＲ：４８ｇ／１０ｍｉｎ）により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層した。この積層体を、大きさが２５ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度で１０分間加熱後、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で５分間、熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。

【0118】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は３８％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３４％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は４％であった。すなわち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は１１％であった。

【0119】

その後、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験の評価を行った。以上の結果を表１に示す。

【0120】

（実施例７）
上述の実施例１と同様にして、テープ状の繊維強化材料（幅：４９ｍｍ、厚み：０．１７０ｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：１２％）を作製した。次いで、作製した繊維強化材料を複数枚、並列させ、半田ごてを使用して部分接着し、２４ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、このシート状の繊維強化材料を８枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が直行する方向に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に、熱可塑性樹脂シートとして、２４ｃｍ角のナイロン布（ナイロン６、ＭＦＲ：４８ｇ／１０ｍｉｎ）により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層し、この積層体を、大きさが２５ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度で１０分間加熱後、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で５分間、熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４０％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３２％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は８％であった。即ち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は２５％であった。

【0121】

（耐衝撃性試験）
次いで、耐衝撃性試験をＪＩＳ Ｋ７０８５（炭素繊維強化プラスチックの多軸衝撃試験方法）に準拠して行った。具体的には、熱プレス処理を行った厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を１００×１００ｍｍに切り出して試験片とし、この試験片を７０℃で８時間、乾燥させ、２３℃に温調された試験室で、温度が一定になるまで１時間放置した。その後、耐衝撃性試験機（東洋精機製作所（株）製、商品名：ＧＲＡＰＨＩＣ ＩＭＰＡＣＴＴＥＳＴＥＲ Ｂ）を使用して、落錘衝撃試験を行った。そして、全吸収エネルギー〔Ｊ〕を測定し、作製した繊維強化複合材料の耐衝撃性を評価した。なお、試験機におけるホルダー径を７６ｍｍ、ストライカー径を１２．７ｍｍ、ウェイト重量を６．５ｋｇ、落下高さを１００ｃｍ、及び衝撃速度を４．４ｍ／ｓｅｃに設定して行った。以上の結果を表２に示す。

【0122】

（実施例８）
熱可塑性樹脂エマルジョンが含浸された連続炭素繊維トウを絞る際の絞り力を調整して作製したテープ状の繊維強化材料（幅：４８ｍｍ、厚み：０．２０ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：１４％）を用いたこと以外は、上述の実施例７と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。

【0123】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４１％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３１％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は１０％であった。即ち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は３２％であった。その後、上述の実施例７と同様にして、耐衝撃性試験の評価を行った。以上の結果を表２に示す。

【0124】

（実施例９）
熱可塑性樹脂エマルジョンが含浸された連続炭素繊維トウを絞る際の絞り力を調整して作製したテープ状の繊維強化材料（幅：４１ｍｍ、厚み：０．２８ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：２４％）を用いたこと以外は、上述の実施例７と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。

【0125】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は４３％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は２５％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は１８％であった。即ち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は７２％であった。その後、上述の実施例７と同様にして、耐衝撃性試験の評価を行った。以上の結果を表２に示す。

【0126】

（実施例１０）
熱可塑性樹脂エマルジョンの濃度を調整して作製したテープ状の繊維強化材料（幅：５０ｍｍ、厚み：０．１５ｍｍ、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率：６％）を用いたこと以外は、上述の実施例７と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。

【0127】

なお、熱可塑性樹脂全体の体積含有率は３８％であり、そのうち、ナイロン布由来の熱可塑性樹脂の体積含有率は３４％、熱可塑性エマルジョン樹脂の体積含有率は４％であった。即ち、熱可塑性エマルジョン樹脂のナイロン布由来の熱可塑性樹脂に対する体積割合は１１％であった。その後、上述の実施例７と同様にして、耐衝撃性試験の評価を行った。以上の結果を表２に示す。

【0128】

（比較例１）
（繊維強化複合材料の作製）
サイジング剤処理のみを施した連続炭素繊維トウ（１５Ｋ、幅７ｍｍ）を並列させて、その端部を固定し、２０ｃｍ角のシート状の繊維強化材料を作製した。次いで、シート状の繊維強化材料を１０枚用意し、各繊維強化材料の連続強化繊維が同一の方向に配列されるように、繊維強化材料を重ねて配置した。次いで、各繊維強化材料の間に熱可塑性樹脂シートとして、２０ｃｍ角のナイロン布(ナイロン６、ＭＦＲ：３２ｇ／１０ｍｉｎ)により形成された平織りの布（厚み：約０．１ｍｍ）を挟み込んで、繊維強化材料とナイロン布とを積層し、さらに上下最外層に１枚のナイロン布を重ねた。この積層体を大きさが２０ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で４０分間熱プレス処理を行い、厚みが１ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。なお、樹脂体積含有率は４３％であった。

【0129】

次いで、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験を行った。以上の結果を表１に示す。

【0130】

（比較例２）
熱プレス処理時間を８．５分としたこと以外は、上述の比較例１と同様にして、繊維強化複合材料を作製した。次いで、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験を行った。以上の結果を表１に示す。

【0131】

（比較例３）
連続炭素繊維にＭＦＲが２４ｇ／１０ｍｉｎであるナイロン６樹脂を含浸させた熱可塑性プリプレグ（３０ｃｍ角、厚さ０．１２５ｍｍ）を２４ｃｍ角に切り出し、プリプレグの連続強化繊維が直交する方向に配列されるように、プリプレグを８枚重ねて配置した。この積層体を、大きさ２５ｃｍ角、厚みが１ｍｍの型に入れ、２４５℃の温度で１０分間加熱後、２４５℃の温度、６ＭＰａの圧力で５分間、熱プレス処理を行い、厚みが２ｍｍの繊維強化複合材料を作製した。なお、樹脂体積含有率は４３％であった。次いで、上述の実施例１と同様にして、曲げ強度試験の評価を行うとともに、上述の実施例７と同様にして、耐衝撃性試験を行った。以上の結果を表１、表２に示す。

【0132】

【表1】

【0133】

【表2】

【0134】

表１に示すように、実施例１〜４，６のいずれの繊維強化複合材料も、比較例１〜２の繊維強化複合材料に比し、曲げ強度の値が大きく、また、実施例５の繊維強化複合材料についても、比較例１の繊維強化複合材料と同等の曲げ強度を有するとともに、比較例２の繊維強化複合材料よりも大きな曲げ強度を有しており、静強度が良好であることが判る。これは、実施例１〜６においては、連続炭素繊維を被覆する第１の熱可塑性樹脂である熱可塑性エマルジョン樹脂として、熱可塑性樹脂シートを形成する第２の熱可塑性樹脂（ナイロン６）のＭＦＲ(４８ｇ／１０ｍｉｎ)よりも大きいＭＦＲ(１８５０ｇ／１０ｍｉｎ)を有する共重合ナイロン樹脂を使用したため、実施例３のような短時間（５分）の熱プレス処理においても、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が連続炭素繊維間の隙間に入りやすくなり、連続炭素繊維と第１の熱可塑性樹脂の密着が十分行われて、界面接着強度が向上し、また、繊維強化複合材料の空隙(ボイド)が効果的に減少したためであると考えられる。

【0135】

さらに、連続炭素繊維に第１の熱可塑性樹脂が被覆されていることから、ＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂の連続炭素繊維の間の隙間への移動距離が短くなり、単独では連続炭素繊維間の隙間に浸透しにくいＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂を、実施例３のような短時間（５分）の熱プレスで連続炭素繊維間の隙間に浸透させることができ、また、一般に、ＭＦＲの小さい熱可塑性樹脂を用いた繊維強化複合材料はＭＦＲの大きい熱可塑性樹脂よりも静強度が高くなるため、連続炭素繊維の間に浸透しているＭＦＲの小さい第２の熱可塑性樹脂が繊維強化複合材料の静強度を向上させることができたためであると考えられる。

【0136】

また、比較例２においては、熱可塑性樹脂シートとして用いたナイロン布（ナイロン６）のＭＦＲは小さく、連続炭素繊維間の隙間にナイロン６を含浸させる際に、長時間必要となるため、熱プレス時間が短い（８．５分）場合、連続炭素繊維間の隙間にナイロン６が十分に含浸せず、結果として、曲げ強度が著しく低下したものと考えられる。

【0137】

また、表２に示すように、実施例７〜１０のいずれの繊維強化複合材料も、比較例３の繊維強化複合材料に比し、全吸収エネルギーが大きく、耐衝撃性が良好であることが判る。これは、実施例７〜１０においては、連続炭素繊維の周辺にＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が存在するため、熱プレス処理により、ＭＦＲの大きい第１の熱可塑性樹脂が連続炭素繊維間の隙間に入りやすいため、連続炭素繊維と第１の熱可塑性樹脂の密着が十分行われ、界面接着強度が向上し、また繊維強化複合材料の空隙(ボイド)が効果的に減少させることができたためであると考えられる。

【0138】

特に、実施例１０における、第２の熱可塑性樹脂に対する第１の熱可塑性樹脂の体積割合（１１％）は、実施例７〜９における体積割合（２５〜７２％）に比べて小さく、この実施例１０における全吸収エネルギー（８．９３Ｊ）は、実施例７〜９における全吸収エネルギー（１０．６２〜１２．１５Ｊ）に比べて小さいことから、繊維強化複合材料における第１の熱可塑性樹脂の体積が、第２の熱可塑性樹脂の全体の体積に対して２５％以上７２％以下であることが好ましいことが判る。

【0139】

一方、比較例３においては、熱可塑性樹脂としてＭＦＲの小さい（２４ｇ／１０ｍｉｎ）ナイロン６を用いていることから、全吸収エネルギーは低くなった。これは、熱可塑性樹脂のＭＦＲが小さいことから、連続炭素繊維間の隙間に入りにくいため、連続炭素繊維と熱可塑性樹脂との界面接着強度が低く、また、繊維強化複合材料の空隙(ボイド)が存在するため、耐衝撃性が低下したものと考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0140】

以上説明したように、本発明は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化複合材料に適している。

【符号の説明】

【0141】

１ 繊維強化複合材料
２ 繊維強化材料
３ 熱可塑性樹脂シート
４ 連続強化繊維
５ 第１の熱可塑性樹脂
６ 第２の熱可塑性樹脂
７ 繊維トウ
１０ 繊維強化複合材料
１２ 熱可塑性樹脂エマルジョン
２０ 繊維強化複合材料
３０ 製造装置
３１ 連続強化繊維引き揃え部
３２ エマルジョン含浸槽
３３ 絞り部
３４ 熱処理部
３５ 冷却部
３６ 巻取部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】