特許 6540994 繊維強化プラスチック及びその製造方法

(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】6540994

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】繊維強化プラスチック及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/24 20060101AFI20190628BHJP

   B32B 5/28 20060101ALI20190628BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/24CER

   C08J5/24CEZ

   B32B5/28 A

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-104679(P2015-104679)

(22)【出願日】2015年5月22日

(65)【公開番号】特開2016-216648(P2016-216648A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年4月10日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２７年２月２８日に、「２０１４年度同志社大学先端複合材料研究センター研究成果発表会」にて発表された。 また、その発表内容が掲載された刊行物が頒布された。

(73)【特許権者】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(73)【特許権者】

【識別番号】503027931

【氏名又は名称】学校法人同志社

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100170346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 望

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】内藤 公喜

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 拓海

(72)【発明者】

【氏名】松岡 敬

(72)【発明者】

【氏名】平山 朋子

【審査官】 赤澤 高之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３０５６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１５５６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１３６６３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｊ ５／００− ５／２４

Ｂ２９Ｂ １１／１６

Ｂ２９Ｂ １５／０８− １５／１４

Ｂ３２Ｂ １／００− ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂成分によって繊維材料が含浸されている複数のプリプレグから形成される複数の複合体層を有する積層体と、
前記積層体の積層方向と交差し、硬質粉末が分散している分散面と、
を具備し、
前記複数の複合体層の境界部に設けられ、前記硬質粉末が分散している分散層を更に具備し、
前記分散層における前記硬質粉末の量は、前記複数のプリプレグの１枚あたりの前記樹脂成分に対して５体積％以下である
繊維強化プラスチック。

【請求項2】

請求項１に記載の繊維強化プラスチックであって、
前記分散面における前記硬質粉末の量は、前記複数のプリプレグの１枚あたりの前記樹脂成分に対して２．５体積％以下である
繊維強化プラスチック。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチックであって、
前記硬質粉末は、ＳｉＣから構成される
繊維強化プラスチック。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチックであって、
前記硬質粉末の平均粒径は、１μｍ以下である
繊維強化プラスチック。

【請求項5】

請求項１に記載の繊維強化プラスチックであって、
曲げ強度が６００ＭＰａ以上である
繊維強化プラスチック。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチックであって、
前記繊維材料は、炭素繊維である
繊維強化プラスチック。

【請求項7】

請求項１から６に記載の繊維強化プラスチックの製造方法であって、
樹脂成分が繊維材料を含浸する複数のプリプレグを用意し、
前記複数のプリプレグに硬質粉末を塗布して少なくとも１つの塗布面を形成し、
前記複数のプリプレグを積層して、前記塗布面を外面とする積層体を作製し、
前記積層体を硬化させる
繊維強化プラスチックの製造方法。

【請求項8】

請求項７に記載の繊維強化プラスチックの製造方法であって、
前記複数のプリプレグのそれぞれの両面に前記塗布面を形成する
繊維強化プラスチックの製造方法。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の繊維強化プラスチックの製造方法であって、
前記塗布面における前記硬質粉末の量は、前記複数のプリプレグの１枚あたりの前記樹脂成分に対して２．５体積％以下である
繊維強化プラスチックの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プリプレグを用いて製造される繊維強化プラスチック及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、繊維材料によってプラスチックの強度を向上させた複合材料である。ＦＲＰに関する技術が特許文献１〜３に開示されている。ＦＲＰは、金属材料に匹敵する高強度を実現可能であるため、構造材料として様々な用途に利用可能である。

【0003】

また、ＦＲＰは、樹脂材料をベースとするため、金属材料より大幅に軽量である。このため、ＦＲＰは、高強度化に加え、軽量化が求められる用途において特に有用である。ＦＲＰの用途の一例としては、自動車、航空宇宙、二輪、鉄道などの輸送用機械や、携帯端末装置などのモバイル機器が挙げられる。

【0004】

ＦＲＰに利用可能な繊維材料としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維などが知られている。これらの中でも、炭素繊維を用いたＦＲＰである炭素繊維強化型プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）では特に高い強度が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特平８−４１１７４号公報

【特許文献2】特開２０１４−９２８０号公報

【特許文献3】特開２０１５−２８１７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ＦＲＰは、ベースとなる樹脂材料の性質に起因して、金属材料に比べて高い耐摩耗性が得られにくい。ＦＲＰにおいて高い耐摩耗性が実現されれば、ＦＲＰを摺動部品用の材料として利用可能となる。これにより、特に摺動部品が多く用いられる輸送用機械などの更なる軽量化が実現可能となるとともに、ＦＲＰの全く新しい用途が切り開かれる可能性がある。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高い耐摩耗性を有する繊維強化プラスチック及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る繊維強化プラスチックは、積層体と、分散面と、を具備する。
上記積層体は、樹脂成分によって繊維材料が含浸されている複数のプリプレグから形成される複数の複合体層を有する。
上記分散面は、上記積層体の積層方向と交差し、硬質粉末が分散している。
この構成の繊維強化プラスチックでは、分散面において高い耐摩耗性が得られる。

【0009】

上記分散面における上記硬質粉末の量は、上記複数のプリプレグの１枚あたりの上記樹脂成分に対して２．５体積％以下であってもよい。
上記硬質粉末は、ＳｉＣから構成されていてもよい。
上記硬質粉末の平均粒径は、１μｍ以下であってもよい。
これらの構成の繊維強化プラスチックでは、分散面において特に高い耐摩耗性が得られる。

【0010】

上記繊維強化プラスチックは、上記複数の複合体層の境界部に設けられ、上記硬質粉末が分散している分散層を更に具備していてもよい。
この構成の繊維強化プラスチックでは、分散層の作用によって高い強度が得られる。

【0011】

上記分散層における上記硬質粉末の量は、上記複数のプリプレグの１枚あたりの上記樹脂成分に対して５体積％以下であってもよい。
上記繊維強化プラスチックの最大曲げ強度が６００ＭＰａ以上であってもよい。
上記繊維成分は、炭素繊維から構成されていてもよい。
これらの構成の繊維強化プラスチックでは、特に高い強度が得られる。

【0012】

本発明の一形態に係る繊維強化プラスチックの製造方法では、樹脂成分によって繊維材料が含浸されている複数のプリプレグが用意される。
上記複数のプリプレグに硬質粉末を塗布して少なくとも１つの塗布面が形成される。
上記複数のプリプレグを積層して、上記塗布面を外面とする積層体が作製される。
上記積層体が硬化させられる。
この構成により、塗布面から形成された外面において高い耐摩耗性を有する繊維強化プラスチックを製造可能である。

【0013】

上記複数のプリプレグのそれぞれの両面に塗布面が形成されてもよい。
この構成により、高い強度を有する繊維強化プラスチックを製造可能である。

【0014】

上記塗布面における上記硬質粉末の量は、上記複数のプリプレグの１枚あたりの上記樹脂成分に対して２．５体積％以下であってもよい。
この構成により、特に高い強度を有する繊維強化プラスチックを製造可能である。

【発明の効果】

【0015】

高い耐摩耗性を有する繊維強化プラスチック及びその製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る繊維強化プラスチックの概略構成を示す斜視図である。

【図2】上記繊維強化プラスチックの断面図である。

【図3】上記繊維強化プラスチックの製造方法を示すフローチャートである。

【図4】上記繊維強化プラスチックの製造過程（ステップＳ０１，Ｓ０２）を示す図である。

【図5】上記繊維強化プラスチックの製造過程（ステップＳ０３）を示す図である。

【図6】上記繊維強化プラスチックの製造過程（ステップＳ０４）を示す図である。

【図7】上記繊維強化プラスチックの製造に利用可能なプリプレグを撮影した写真である。

【図8】上記繊維強化プラスチックの製造に利用可能な炭化ケイ素粉末を撮影した写真である。

【図9】実施例及び比較例における３点曲げ試験の方法を示す模式図である。

【図10】実施例及び比較例に係る各サンプルにおける応力ひずみ線図を示すグラフである。

【図11】実施例及び比較例に係る各サンプルにおける３点曲げ試験の結果を示すグラフである。

【図12】実施例及び比較例に係る３点曲げ試験の後の各サンプルの断面を撮影した写真である。

【図13】実施例及び比較例における摩擦摩耗試験の方法を示す模式図である。

【図14】実施例及び比較例に係る摩擦摩耗試験の後のサンプルの一例を示す図である。

【図15】実施例及び比較例に係る各サンプルの表面の図１５の領域Ａ１を撮影した写真である。

【図16】実施例及び比較例に係る各サンプルの表面の図１５の領域Ａ１を撮影したＳＥＭ写真である。

【図17】実施例及び比較例に係る各サンプルの表面の図１５の領域Ａ１における損傷量を示すグラフである。

【図18】実施例及び比較例に係る各サンプルの表面の図１５の領域Ａ２を撮影した写真である。

【図19】実施例及び比較例に係る各サンプルの表面の図１５の領域Ａ２を撮影したＳＥＭ写真である。

【図20】実施例及び比較例に係る各サンプルの表面の図１５の領域Ａ２における損傷量を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図面には、適宜相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は全図において共通である。

【0018】

［繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形体１０］
（全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るＦＲＰ成形体１０の概略構成を示す斜視図である。図２（Ａ）はＦＲＰ成形体１０の図１のＡ−Ａ'線に沿った断面図であり、図２（Ｂ）はＦＲＰ成形体１０の図１のＢ−Ｂ'線に沿った断面図であり、図２（Ｃ）はＦＲＰ成形体１０の図１のＣ−Ｃ'線に沿った断面図である。

【0019】

本実施形態に係る繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形体１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿った辺を有する直方体状である。しかし、ＦＲＰ成形体１０は任意の形状とすることが可能であり、ＦＲＰ成形体１０の形状はその用途などに応じて適宜決定可能である。

【0020】

ＦＲＰ成形体１０は、複合体層１１と、分散面１２と、分散層１３と、を具備する。
複合体層１１はＸ−Ｙ平面方向に延びる平板状であり、複数の複合体層１１がＺ軸方向に積層されることにより積層体を構成している。
各分散面１２及び各分散層１３は、Ｘ−Ｙ平面に平行に延び、実質的に均一に分散する硬質粉末を有する。

【0021】

分散面１２は、ＦＲＰ成形体１０のＺ軸方向上下面にそれぞれ設けられている。つまり、分散面１２は、最上層の複合体層１１の上面及び最下層の複合体層１１の下面にそれぞれ設けられている。
分散層１３は、複合体層１１の境界部にそれぞれ設けられている。

【0022】

ＦＲＰ成形体１０は、その詳細については後述するが、分散面１２において高い耐摩耗性を有する。このため、ＦＲＰ成形体１０は、分散面１２を摺動面とする摺動部品として幅広く利用可能である。
ＦＲＰ成形体１０として構成可能な摺動部品としては、特定の種類に限定されず、例えば、輸送用機械や風力発電などの産業用機械のシャフトなどが挙げられる。また、ＦＲＰ成形体１０は、液体潤滑剤を用いる必要がないため、航空宇宙分野にも利用可能である。

【0023】

（複合体層１１）
ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１は、樹脂成分と繊維材料とから成る複合材料により形成され、樹脂成分によって繊維材料が含浸された構成を有する。複合体層１１を構成する樹脂成分及び繊維材料の種類は、ＦＲＰ成形体１０の用途などに応じて適宜決定可能である。図２（Ａ）には、複合体層１１内の断面が示されている。

【0024】

本実施形態では、複合体層１１の樹脂成分として、シアネート樹脂を用いている。シアネート樹脂は高い耐熱性を有するため、本実施形態に係るＦＲＰ成形体１０は比較的高い温度で用いられる用途に対応可能である。
複合体層１１の樹脂成分のシアネート樹脂以外の例としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。

【0025】

本実施形態では、複合体層１１の繊維材料として、高剛性ピッチ系炭素繊維を用いている。高剛性ピッチ系炭素繊維は、複合体層１１内においてＸ軸方向に配向しており、つまりその長径がＸ軸方向に向けられた状態で並べられている。
複合体層１１では、高剛性ピッチ系炭素繊維の作用により高い剛性が得られるとともに、高剛性ピッチ系炭素繊維の高い炭素含有率により高い化学的安定性が得られる。

【0026】

また、複合体層１１では、高剛性ピッチ系炭素繊維の作用により低い熱膨張係数が得られるとともに、高剛性ピッチ系炭素繊維の配合量によって熱膨張係数を制御することが可能である。つまり、複合体層１１における高剛性ピッチ系炭素繊維の配合量を調整することによってＦＲＰ成形体１０の熱膨張係数を限りなくゼロに近くすることが可能である。

【0027】

更に、複合体層１１では、高剛性ピッチ系炭素繊維のＸ軸方向の配向により、熱伝導率の異方性が発現し、つまりＸ軸方向における高い熱伝導率が得られる。これにより、ＦＲＰ成形体１０に対する放熱設計が容易となる。

【0028】

複合体層１１の繊維材料の高剛性ピッチ系炭素繊維以外の例としては、高強度ＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維や、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維などの炭素繊維以外の繊維材料が挙げられる。

【0029】

なお、複合体層１１の繊維材料は、一方向に配向していなくてもよい。
例えば、繊維材料は、Ｘ軸方向に配向した成分と、Ｙ軸方向に配向した成分と、によって構成されていてもよい。
また、各複合体層１１ごとに繊維材料の配向方向が異なっていてもよい。
更に、繊維材料は、例えば、平織、綾織、繻子織などの織物の構成を有していてもよい。
加えて、繊維材料は、特定の方向に配向していなくてもよく、樹脂成分中にランダムな方向で分散されていてもよい。

【0030】

各複合体層１１は、後に詳述するプリプレグから形成される。つまり、複数のプリプレグが積層された未硬化の積層体を硬化させることにより、複合体層１１の積層体が得られる。したがって、ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１の構成は、複合体層１１の形成に用いられるプリプレグの構成を変更することにより自由に変更することが可能である。

【0031】

（分散面１２）
ＦＲＰ成形体１０の分散面１２は、ＦＲＰ成形体１０のＺ軸方向上下面に設けられている。分散面１２には、硬質粉末がＸ−Ｙ平面に沿って分散されている。硬質粉末の各粒子は、分散面１２に露出し、その一部が複合体層１１に埋没している。つまり、硬質粉末の各粒子は、分散面１２から突出した状態で複合体層１１に強固に保持されている。

【0032】

ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２が摺動面として構成される。
ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１は樹脂材料としての性質を有するため、相手材が複合体層１１に直接接触して摺動する場合には、高い耐摩耗性が得られない。
その点、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２では、複合体層１１から突出する硬質粉末の各粒子が相手材による複合体層１１に対する直接の接触を妨げる。

【0033】

換言すると、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２では、相手材と複合体層１１との間に硬質粉末が存在することにより、相手材と複合体層１１との接触面積が大幅に抑制される。これにより、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２では、高い耐摩耗性が得られる。
また、ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２の硬質粉末の各粒子が複合体層１１に強固に保持されているため摩耗屑が発生しにくい。このため、ＦＲＰ成形体１０は、不純物の混入が望ましくない精密機器などにも利用可能である。

【0034】

分散面１２の硬質粉末は、高い耐摩耗性を有する材料により形成される。具体的には、硬質粉末は、モース硬度ないし新モース硬度の高い物質の粉末である。硬質粉末を構成する物質の新モース硬度は、８以上であることが好ましい。このような硬質粉末を用いることにより、分散面１２における耐摩耗性の向上が得られやすい。

【0035】

また、分散面１２の硬質粉末の粒径は、繊維材料の太さ（外径）よりも小さいことが好ましく、具体的には例えば１μｍ以下とすることができる。これにより、複合体層１１における繊維材料の機能を妨げることなく、分散面１２における耐摩耗性を向上させることができる。また、硬質粉末の粒径が小さいほど、分散面１２が平滑となるため、分散面１２における摺動性が向上する。

【0036】

更に、分散面１２における硬質粉末の量は、分散面１２が設けられた複合体層１１を形成するプリプレグの樹脂成分に対して２．５体積％以下であることが好ましい。これにより、分散面１２において特に高い耐摩耗性が得られる。

【0037】

本実施形態では、硬質粉末として、粒径が１３０ｎｍの炭化ケイ素粉末を用いている。炭化ケイ素粉末の粒径は、これに限定されず、例えば、２０〜３０ｎｍであってもよい。
また、硬質粉末の種類は、炭化ケイ素でなくてもよく、例えば、ダイヤモンド、炭化ホウ素、酸化アルミニウム（アルミナ）、炭化タングステン、石英などであってもよい。

【0038】

（分散層１３）
ＦＲＰ成形体１０の分散層１３は、積層された複合体層１１の境界部に設けられている。分散層１３には、硬質粉末がＸ−Ｙ平面に沿って分散されている。各分散層１３の硬質粉末は、Ｚ軸方向に隣接する２層の複合体層１１によって挟持されている。

【0039】

ＦＲＰ成形体１０において、分散層１３は、特に、Ｚ軸方向の強度を向上させる機能を有する。
具体的には、ＦＲＰ成形体１０に分散層１３を設けることにより、各複合体層１１における樹脂成分と繊維材料との剥離や、各複合体層１１内における亀裂が発生しにくくなることが確認されている。ＦＲＰ成形体１０では、このような分散層１３の作用によって、Ｚ軸方向の高い強度が得られる。

【0040】

分散層１３には、分散面１２と同様の硬質粉末が用いられる。
つまり、分散層１３の硬質粉末は、モース硬度ないし新モース硬度の高い物質の粉末である。硬質粉末を構成する物質の新モース硬度は、８以上であることが好ましい。このような硬質粉末を用いることにより、ＦＲＰ成形体１０の強度の向上が得られやすい。

【0041】

また、分散層１３の硬質粉末の粒径は、繊維材料の太さ（外径）よりも小さいことが好ましく、具体的には１μｍ以下であることがより好ましい。これにより、複合体層１１における繊維材料の機能に影響を与えることなく、ＦＲＰ成形体１０の強度を向上させることができる。

【0042】

更に、分散層１３における硬質粉末の量は、分散層１３に隣接する１層の複合体層１１を形成するプリプレグの樹脂成分に対して５体積％以下であることが好ましい。これにより、ＦＲＰ成形体１０において特に高い強度が得られる。

【0043】

なお、分散層１３に分散面１２と同一の硬質粉末を用いることにより、ＦＲＰ成形体１０の製造プロセスを簡素化することが可能である。しかし、分散層１３に分散面１２とは異なる硬質粉末を用いても構わない。

【0044】

（ＦＲＰ成形体１０の作用効果）
上記のとおりＦＲＰ成形体１０では、各複合体層１１における樹脂成分によって繊維材料が含浸された構成により、高い強度が得られる。
また、ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２に分散された硬質粉末により、分散面１２における高い耐摩耗性が得られる。更に、ＦＲＰ成形体１０では、分散面１２の硬質粉末の各粒子が複合体層１１に強固に保持されているため摩耗屑が発生しにくい。
加えて、ＦＲＰ成形体１０では、硬質粉末が分散された分散層１３を設けることにより、高い強度が得られる。

【0045】

［ＦＲＰ成形体１０の製造方法］
図３は、ＦＲＰ成形体１０の製造方法を示すフローチャートである。図４〜６は、ＦＲＰ成形体１０の製造過程を示す図である。以下、ＦＲＰ成形体１０の製造方法について、図３に沿って、図４〜６を適宜参照しながら説明する。

【0046】

（ステップＳ０１：プリプレグ準備）
ステップＳ０１では、ＦＲＰ成形体１０の複合体層１１を形成するためのプリプレグ１１１を準備する。
プリプレグ１１１は、樹脂成分によって繊維材料が含浸された構成を有する未硬化のシート状複合材料である。プリプレグ１１１の詳細な構成は、複合体層１１の構成に応じて決定することができる。

【0047】

図４（Ａ）は、ステップＳ０１で準備されるプリプレグ１１１の一例を示す平面図である。本実施形態では、未硬化のシアネート樹脂によって、Ｘ軸方向に配向した高剛性ピッチ系炭素繊維が含浸された構成のプリプレグ１１１を準備する。プリプレグ１１１の製造には、公知の方法を適宜採用可能である。

【0048】

（ステップＳ０２：硬質粉末塗布）
ステップＳ０２では、ステップＳ０１で準備されたプリプレグ１１１のＺ軸方向両面に硬質粉末１１２を塗布する。

【0049】

図４（Ｂ）は、ステップＳ０２で得られる、硬質粉末１１２が塗布されたプリプレグ１１１の一例を示す平面図である。本実施形態では、硬質粉末１１２として、粒径が１３０ｎｍの炭化ケイ素粉末が用いられる。

【0050】

プリプレグ１１１の各面に塗布する硬質粉末１１２の量は、プリプレグ１１１の樹脂成分に対して２．５体積％以下であることが好ましい。
これにより、ＦＲＰ成形体１０において、分散面１２における硬質粉末１１２の量をプリプレグ１１１の樹脂成分に対して２．５体積％以下とすることができる。また、分散層１３における硬質粉末１１２の量をプリプレグ１１１の樹脂成分に対して５体積％以下とすることができる。

【0051】

硬質粉末１１２の塗布方法としては、硬質粉末１１２を均一に塗布可能な公知の方法を適宜採用可能である。硬質粉末１１２は、粉末の状態で塗布しても、溶媒に分散させた状態で塗布してもよい。硬質粉末１１２の塗布方法としては、例えば、スプレー法やスクリーン印刷法などを用いることができる。

【0052】

（ステップＳ０３：積層）
ステップＳ０３では、ステップＳ０２で得られる、硬質粉末１１２が塗布されたプリプレグ１１１を積層して積層体１１０を作製する。積層体１１０におけるプリプレグ１１１の枚数は適宜決定可能である。

【0053】

図５は、ステップＳ０３で得られる積層体１１０の斜視図である。図５では、説明の便宜上、積層体１１０において各プリプレグ１１１を分離して示している。本実施形態では、積層体１１０の作製に８枚のプリプレグ１１１が用いられる。

【0054】

（ステップＳ０４：硬化）
ステップＳ０４では、ステップＳ０３で得られる積層体１１０を硬化成形することにより、ＦＲＰ成形体１０を作製する。

【0055】

図６は、ステップＳ０４における積層体１１０の硬化成形方法を示す模式図である。本実施形態では、積層体１１０の硬化成形にオートクレーブ２００が用いられる。
オートクレーブ２００は、平板状の支持プレート２０１と、支持プレート２０１上を覆い、支持プレート２０１との間に空間Ｓを形成する真空フイルム２０２と、を有する。オートクレーブ２００の空間Ｓ内には、真空フイルム２０２の上面を平面状に維持するためのグラスクロス２０６と、積層体１１０の上下面を押圧するための押圧プレート２０３，２０４と、が設けられている。

【0056】

オートクレーブ２００による硬化成形では、まず積層体１１０がリリースフイルム２０５を介して押圧プレート２０３，２０４に挟持された状態で設置され、空間Ｓの真空引きが行われる。そして、空間Ｓが所定の真空度に達した後に、積層体１１０に押圧プレート２０３，２０４を介してＺ軸方向に所定の荷重を加えながら、積層体１１０を所定温度に加熱する。これにより、積層体１１０が直方体状に硬化したＦＲＰ成形体１０が得られる。

【0057】

積層体１１０の硬化成形方法としては、公知の方法を適宜採用可能であり、例えば、ホットプレス法や熱間等方圧加圧法などを用いることができる。また、場合によっては、特に成形する手法を用いずに積層体１１０を硬化させることも可能であり、このように得られる硬化物も本実施形態に係るＦＲＰ成形体１０に含まれるものとする。

【0058】

（ＦＲＰ成形体１０の製造方法の作用効果）
以上により製造されたＦＲＰ成形体１０では、ステップＳ０２でプリプレグ１１１に硬質粉末１１２を塗布して形成された塗布面によって、分散面１２及び分散層１３が形成される。
つまり、図５に示す積層体１１０の最上層のプリプレグ１１１の上面、及び最下層のプリプレグ１１１の下面に塗布された硬質粉末１１２によって、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２が構成される。また、図５に示す積層体１１０の各プリプレグ１１１の接続面に塗布された硬質粉末１１２によって、ＦＲＰ成形体１０の分散層１３が構成される。

【0059】

また、上記の製造方法では、ステップＳ０２において未硬化のプリプレグ１１１に硬質粉末１１２を塗布することにより、硬質粉末１１２の各粒子が未硬化のプリプレグ１１１の表面に良好に粘着する。これにより、硬化後のＦＲＰ成形体１０の分散面１２において硬質粉末１１２の粒子が複合体層１１の表面に強固に保持される。

【0060】

更に、上記の製造方法では、ステップＳ０２において、すべてのプリプレグ１１１に均一な量の硬質粉末１１２を塗布する。つまり、各プリプレグ１１１ごとに、硬質粉末１１２の塗布の有無や、硬質粉末１１２の塗布量を管理する必要がない。したがって、複雑な作業を伴うことなくステップＳ０２を容易に行うことが可能である。

【0061】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

【0062】

例えば、ＦＲＰ成形体１０では、複合体層１１のみによって充分な強度が得られる場合には、分散層１３が設けられていなくてもよい。
この場合、ＦＲＰ成形体１０の製造方法におけるステップＳ０２では、図５に示す積層体１１０の最上層のプリプレグ１１１の上面、及び最下層のプリプレグ１１１の下面のみに硬質粉末１１２を塗布すればよい。

【0063】

また、ＦＲＰ成形体１０では、その用途などに応じて、分散面１２は、Ｚ軸方向の両面に設けられていなくてもよく、Ｚ軸方向の少なくとも片面に設けられていてもよい。そして、分散面１２では、各面の全領域ではなく、一部の領域のみに硬質粉末１１２が分散されていてもよい。

【0064】

更に、ＦＲＰ成形体１０では、その用途などに応じて、分散層１３が、複合体層１１のすべての境界部に設けられていなくてもよく、複合体層１１の境界部のうちの少なくとも１つに分散層１３が設けられていてもよい。そして、分散層１３では、各境界部の全領域ではなく、一部の領域のみに硬質粉末が分散されていてもよい。

【実施例】

【0065】

本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。以下、実施例４とあるのは参考例４と読み替えるものとする。

【0066】

［ＦＲＰ成形体１０の製造］
（概要）
実施例１〜４では、分散面１２及び分散層１３における硬質粉末１１２の量を変化させて、以下に示す各条件でＦＲＰ成形体１０を作製した。また、本発明の比較例として、分散面１２及び分散層１３を有さない、つまり硬質粉末１１２の量が「０体積％」のＦＲＰ成形体１０を作製した。実施例１〜４及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０の構成及び製造方法は、硬質粉末１１２の量以外について共通である。
なお、以下の説明では、硬質粉末１１２の量を、プリプレグ１１１の１枚あたりの樹脂成分に対する体積分率で表すものとする。
・実施例１ 分散面：０．５体積％、分散層：１体積％
・実施例２ 分散面：１体積％、分散層：２体積％
・実施例３ 分散面：２．５体積％、分散層：５体積％
・実施例４ 分散面：５体積％、分散層：１０体積％
・比較例 分散面：０体積％、分散層：０体積％

【0067】

（プリプレグ１１１）
各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０の製造に用いるプリプレグ１１１には、シアネート樹脂としてＴＥＮＣＡＴＥ社製「ＥＸ−１５１５」を用い、高剛性ピッチ系炭素繊維として三菱樹脂株式会社製「Ｋ１３Ｃ」を用いた。

【0068】

プリプレグ１１１は、大面積のシート状で用意される。使用前のプリプレグ１１１は、ロール状で袋詰めされた状態で冷蔵保管される。そして、使用時に、プリプレグ１１１は、袋詰めされた状態のまま１２時間室温で放置することにより、室温に戻される。図７は、室温に戻されたプリプレグ１１１を撮影した写真である。

【0069】

室温に戻されたプリプレグ１１１は、所定の寸法に裁断される。各実施例及び比較例に係るプリプレグ１１１では、Ｘ軸方向の寸法を３００ｍｍとし、Ｙ軸方向の寸法を１５０ｍｍとした。

【0070】

（硬質粉末１１２）
各実施例に係るＦＲＰ成形体１０の製造に用いる硬質粉末１１２には、粒径が１３０ｎｍの炭化ケイ素粉末を用いた。図８は、硬質粉末１１２を撮影した写真である。
実施例１〜４において、プリプレグ１１１の各面に塗布する硬質粉末１１２の量は以下に示すとおりである。なお、上記のとおり、比較例に係るＦＲＰ成形体１０では、硬質粉末１１２を用いず、つまり硬質粉末１１２の量が「０体積％」である。
・実施例１ ０．５体積％
・実施例２ １体積％
・実施例３ ２．５体積％
・実施例４ ５体積％
・比較例 ０体積％

【0071】

（オートクレーブ２００）
オートクレーブ２００としては、株式会社芦田製作所製の装置を用いた。
各実施例及び比較例において、オートクレーブ２００による積層体１１０の硬化成形では、積層体１１０に０．４９ＭＰａのＺ軸方向の荷重をかけながら、１２０℃で４時間保持し、更に１３５℃で２時間保持した。その際、昇温速度は１℃／ｍｉｎとした。その後、室温近傍まで降温した成形体をオートクレーブ２００から取り出した。

【0072】

オートクレーブ２００から取り出された成形体では、硬化成形時に拘束されていないＸ軸方向及びＹ軸方向の端部の形状や構造が不安定となる場合がある。このため、オートクレーブ２００から取り出した成形体から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の端面から１．０〜１．５ｍｍ程度まで部分を切除し、各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０とした。

【0073】

［ＦＲＰ成形体１０の強度の評価］
（評価方法）
各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０について、Ｚ軸方向の強度の評価として３点曲げ試験を行った。ＦＲＰ成形体１０の強度の評価は、主に分散層１３の作用効果を確認するために行った。

【0074】

各実施例及び比較例について３点曲げ試験に用いるサンプルＳ１は、ＦＲＰ成形体１０を切り出すことにより作製した。サンプルＳ１では、Ｘ軸方向の寸法ａを１００ｍｍとし、Ｙ軸方向の寸法ｂを１０ｍｍとし、Ｚ軸方向の厚さｈを１ｍｍとした。
３点曲げ試験は、卓上型万能試験機（株式会社島津製作所製「ＥＺ−Ｔｅｓｔ」）を用い、室温の大気中において実施した。ロードセルとしては１００Ｎを選択し、クロスヘッド変位速度は５ｍｍ／ｍｉｎとした。

【0075】

図９は、サンプルＳ１の３点曲げ試験の方法を示す模式図である。サンプルＳ１の３点曲げ試験には、支点Ｒｌ，Ｒｒ及び押圧点Ｒｃが用いられる。ここでは、支点Ｒｌ，Ｒｒ及び押圧点ＲｃがＹ軸方向に延びる丸棒であるものとして説明する。支点Ｒｌ，Ｒｒの直径は６ｍｍであり、押圧点Ｒｃの直径は１２ｍｍである。

【0076】

支点Ｒｌ，ＲｒのＸ軸方向の距離である支点間距離Ｌは５０ｍｍである。押圧点Ｒｃは支点Ｒｌ，Ｒｒ間のＸ軸方向中央部に配置されており、支点Ｒｌ，Ｒｒと押圧点ＲｃとのＸ軸方向の距離は、いずれもＬ／２であり、つまり２５ｍｍである。
支点Ｒｌ，ＲｒはサンプルＳ１をＺ軸方向下側から支持する。押圧点Ｒｃは、ロードセルの駆動力によってＺ軸方向下方に変位し、サンプルＳ１のＺ軸方向上面の押圧部Ｐ１を押圧する。

【0077】

サンプルＳ１の曲げ応力σ（ＭＰａ）は、押圧点Ｒｃから押圧部Ｐ１に加わる荷重Ｐ（Ｎ）、支点間距離Ｌ（ｍｍ）、サンプルＳ１のＹ軸方向の寸法ｂ（ｍｍ）、サンプルＳ１のＺ軸方向の厚さｈ（ｍｍ）を用いて、下記式（１）により算出可能である。

【数1】

…（１）
なお、上記のとおり、いずれの実施例及び比較例でも、Ｌ＝５０ｍｍ、ｂ＝１０ｍｍ、ｈ＝１ｍｍである。

【0078】

まず、各実施例及び比較例に係るサンプルＳ１について、応力ひずみ線図（曲げ応力σ−押圧点Ｒｃの変位ｄ曲線）を作成した。そして、当該応力ひずみ線図から、最大曲げ強度（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）、及び弾性限応力（ＭＰａ）を求めた。
具体的に、最大曲げ強度は、応力ひずみ線図における曲げ応力σの最大値として求められる。曲げ弾性定数は、応力ひずみ線図の弾性領域における比例定数を用いて求められる。弾性限応力は、応力ひずみ線図における比例限度となる曲げ応力σとして求められる。
また、各実施例及び比較例について、３点曲げ試験の後の各サンプルＳ１の断面観察を行った。サンプルＳ１の断面観察には光学顕微鏡を用いた。

【0079】

（評価結果）
図１０及び図１１は、各実施例及び比較例に係るサンプルＳ１について、上記のような３点曲げ試験を少なくとも６回行った結果を示す図である。
図１０は、実施例１〜４及び比較例に係るサンプルＳ１についての応力ひずみ線図の一例を示すグラフである。
図１１は、実施例１〜４及び比較例に係るサンプルＳ１について、図１０に示す応力ひずみ線図から求めた最大曲げ強度、曲げ弾性率、及び弾性限応力を示すグラフである。図１１（Ａ）は最大曲げ強度を示し、図１１（Ｂ）は曲げ弾性率を示し、図１１（Ｃ）は弾性限応力を示している。図１１では、各物性値の平均値を棒グラフで示し、各物性値の最大値及び最小値をエラーバーで示している。

【0080】

図１１に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、最大曲げ強度、曲げ弾性率、及び弾性限応力のいずれにおいても、比較例に係るサンプルＳ１よりも高い値が得られた。つまり、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプルＳ１よりも高い強度が得られている。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０の強度が向上することがわかる。

【0081】

また、実施例１〜３に係るサンプルＳ１では、６００ＭＰａ以上の高い最大曲げ強度が得られ、曲げ弾性率及び弾性限応力についても実施例４に係るサンプルＳ１よりも高い値が得られた。
これにより、分散層１３における硬質粉末１１２の量を５体積％以下とすることによって、より高い強度のＦＲＰ成形体１０が得られることがわかる。

【0082】

更に、実施例２に係るサンプルＳ１では、最大曲げ強度、曲げ弾性率、及び弾性限応力のいずれにおいても、最も高い値が得られた。このことから、分散層１３における硬質粉末１１２の量が１体積％より多く、５体積％より少ない範囲内において強度の極大値があるものと考えられる。このため、分散層１３における硬質粉末１１２の量は１体積％より多く、５体積％より少ないことが特に好ましい。

【0083】

図１２は、実施例１〜４及び比較例について、３点曲げ試験の後のサンプルＳ１断面を撮影した写真である。図１２（Ａ）は比較例を示し、図１２（Ｂ）は実施例１を示し、図１２（Ｃ）は実施例２を示し、図１２（Ｄ）は実施例３を示し、図１２（Ｅ）は実施例４を示している。図１２は、いずれもサンプルＳ１における押圧部Ｐ１を含む領域を示している。

【0084】

図１２を観察すると、いずれの実施例及び比較例においても、３点曲げ試験の後のサンプルＳ１には、押圧点Ｒｃから荷重を受けた押圧部Ｐ１付近でＺ軸方向の破断が発生している。これらの部分では、押圧点Ｒｃから押圧部Ｐ１への大きい荷重により、繊維材料の破断が発生しているものと考えられる。

【0085】

図１２を詳細に観察すると、図１２（Ａ）に示す比較例に係るサンプルＳ１では、一点鎖線で囲んだ領域において、繊維材料の配向方向に沿って、Ｘ軸方向に大きく進展した亀裂が見られる。この亀裂は、複合体層１１における樹脂成分と繊維材料との剥離に起因するものと考えられる。

【0086】

この一方で、図１２（Ｂ）〜図１２（Ｅ）に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプルＳ１のようにＸ軸方向に大きく進展した亀裂が見られなかった。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０におけるＸ軸方向の亀裂の進展を抑制できることがわかる。
この点について、例えば、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、分散層１３の硬質粉末１１２による応力分散効果によって、亀裂の発生及び成長が抑制されているものと考察することができる。
この結果、実施例１〜４に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプルＳ１よりも高い強度が得られたものと考えられる。

【0087】

図１２をより詳細に観察すると、図１２（Ｂ）に示す実施例１に係るサンプルＳ１では、一点鎖線で囲んだ領域において、Ｘ軸方向にやや進展した亀裂が見られた。また、図１２（Ｄ）及び図１２（Ｅ）に示す実施例３，４に係るサンプルＳ１では、一点鎖線で囲んだ領域において、小さい亀裂が見られた。この一方で、図１２（Ｃ）に示す実施例２に係るサンプルＳ１では亀裂が見られなかった。
この点について、例えば、実施例２に係るサンプルＳ１では、実施例１に係るサンプルＳ１よりも、分散層１３における硬質粉末１１２が多いために応力分散効果がより良好に得られているものと考察することができる。

【0088】

図１２を更に詳細に観察すると、図１２（Ｃ）〜図１２（Ｅ）に示す実施例２〜４に係るサンプルＳ１において、分散層１３における硬質粉末の量の増加に伴い、小さい亀裂が増加する傾向が見られる。つまり、上記のとおり分散層１３を設けることによりＸ軸方向の亀裂の進展が抑制されるものの、分散層１３における硬質粉末の量が多くなると小さい亀裂が増加するものと考えられる。

【0089】

この点ついて、例えば、実施例３，４に係るサンプルＳ１における小さい亀裂は、比較例及び実施例１に係るサンプルＳ１における亀裂とはその発生モードが異なり、分散層１３の硬質粉末１１２が誘発させたものと推測することができる。この推測に基づくと、分散層１３における硬質粉末１１２が一定量より多くなると、サンプルＳ１における小さい亀裂の増加に伴い、サンプルＳ１の強度が低下するものと考えられる。

【0090】

このようなメカニズムにより、分散層１３における硬質粉末１１２の量に対し、サンプルＳ１の強度の極大値が存在しているものと考えられる。サンプルＳ１の強度が極大値となる分散層１３における硬質粉末１１２の量は２体積％（実施例２）付近であるものと考えられる。このように、実施例２に係るサンプルＳ１では、比較例に係るサンプル１で見られた亀裂、及び実施例４に係るサンプル１で見られた小さい亀裂のいずれも良好に抑制された結果として、特に高い強度が得られたものと考えられる。

【0091】

［ＦＲＰ成形体１０の耐摩耗性の評価］
（評価方法）
各実施例及び比較例に係るＦＲＰ成形体１０について、耐摩耗性の評価としてボールオンディスク法による摩擦摩耗試験を行った。ＦＲＰ成形体１０の耐摩耗性の評価は、主に分散面１２の作用効果を確認するために行った。

【0092】

各実施例及び比較例について摩擦摩耗試験に用いるサンプルＳ２は、ＦＲＰ成形体１０を切り出すことにより作製した。サンプルＳ２では、Ｘ軸方向の寸法ａを３０ｍｍとし、Ｙ軸方向の寸法ｂを３０ｍｍとし、Ｚ軸方向の厚さｈを約１ｍｍとした。
摩擦摩耗試験は、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機（レスカ社製「フリクションプレーヤ」）を用い、室温の大気中において実施した。

【0093】

図１３は、サンプルＳ２の摩擦摩耗試験の方法を示す模式図である。図１３（Ａ）はサンプルＳ２をＺ軸方向上方から示し、図１３（Ｂ）はサンプルＳ２をＸ軸方向側方から示している。なお、図１３では、説明の便宜上、サンプルＳ２を実際の形状とは異なる寸法比で示している。
摩擦摩耗試験機３００は、Ｚ軸方向に相互に対向するステージ３０１及びボール３０２を有する。ステージ３０１は、サンプルＳ２のＺ軸方向下面を保持する。ボール３０２は、ステージ３０１に保持されたサンプルＳ２のＺ軸方向上面の押圧部Ｐ２に押し当てられる。ステージ３０１は、Ｚ軸に平行な中心軸Ｃを中心に回転可能に構成され、サンプルＳ２を回転させる。

【0094】

摩擦摩耗試験機３００では、サンプルＳ２のＺ軸方向上面の押圧部Ｐ２にボール３０２を押し当てた状態で、ステージ３０１を回転させることにより、ボール３０２をサンプルＳ２のＺ軸方向上面において一定の円軌道で摺動させる。このように、ボール３０２をサンプルＳ２の分散面１２上を摺動させることにより、サンプルＳ２の分散面１２における耐摩耗性を評価することができる。

【0095】

ボール３０２としては、直径４．７６ｍｍの軸受鋼（ＳＵＪ２）研磨球を用いた。ボール３０２の押圧部Ｐ２に対する荷重は１Ｎとした。中心軸Ｃと押圧部Ｐ２との距離で規定されるボール３０２の摺動半径ｒは４ｍｍとした。ステージ３０１の回転速度は９５．５ｒｐｍとし、各試験におけるステージ３０１の回転数は３０００回転とした。

【0096】

各実施例及び比較例に係るサンプルＳ２について、このような。摩擦摩耗試験を５回ずつ行った。摩擦摩耗試験の後の各サンプルＳ２は、ヘキサンを用いた超音波洗浄を１５分行った後に、２４時間室温にて放置して乾燥させた。

【0097】

図１４は、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の一例を示す平面図である。各サンプルＳ２には、ボール３０２の円軌道で摺動した痕跡として摺動痕Ｒが残る。
各サンプルＳ２の図１４に示す領域Ａ１において、サンプルＳ２の分散面１２におけるＸ軸方向の摺動痕Ｒを観察することが可能である。また、各サンプルＳ２の図１４に示す領域Ａ２において、サンプルＳ２の分散面１２におけるＹ軸方向の摺動痕Ｒを観察することが可能である。

【0098】

各実施例及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ１及び領域Ａ２について、観察を行った。サンプルＳ２の断面観察には光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた。

【0099】

また、各実施例及び比較例に係るサンプルＳ２の損傷量として、領域Ａ１及び領域Ａ２を撮影した写真から、領域Ａ１及び領域Ａ２のうち損傷を受けた領域の面積を求めた。損傷を受けた領域は、各サンプルＳ２の写真から画像処理により抽出した。画像処理ソフトとしてはＪＴｒｉｍを用いた。
なお、各サンプルＳ２について撮影する領域Ａ１及び領域Ａ２の位置、大きさ、及び範囲はいずれも同様である。このため、各サンプルＳ２について求める損傷量（μｍ^２）は、直接比較可能な物性値である。

【0100】

（評価結果）
（１）Ｘ軸方向の摺動痕Ｒ
図１５は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ１を撮影した写真である。図１５（Ａ）は比較例を示し、図１５（Ｂ）は実施例１を示し、図１５（Ｃ）は実施例２を示し、図１５（Ｄ）は実施例３を示し、図１５（Ｅ）は実施例４を示している。

【0101】

また、図１６は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の摺動痕Ｒを撮影したＳＥＭ写真である。図１６（Ａ）は比較例を示し、図１６（Ｂ）は実施例１を示し、図１６（Ｃ）は実施例２を示し、図１６（Ｄ）は実施例３を示し、図１６（Ｅ）は実施例４を示している。

【0102】

図１５を観察すると、実施例１〜４に係るサンプルＳ２では、比較例に係るサンプルＳ２よりも摺動痕Ｒが小さいことがわかる。更に、図１６を観察すると、比較例に係るサンプルＳ２では、実施例１〜４に係るサンプルＳ２よりも広い範囲で、樹脂材料と繊維材料とが剥離して繊維材料が剥き出しになっていることがわかる。

【0103】

図１５及び図１６を詳細に観察すると、図１５（Ｃ）に示す実施例２に係るサンプルＳ２では摺動痕Ｒがほとんど見られず、図１６（Ｃ）に示すＳＥＭ写真においても摺動痕Ｒとして細い一筋のクラックしか発生していないことがわかる。

【0104】

図１６をより詳細に観察すると、実施例４に係るサンプルＳ２では、実施例１〜３及び比較例に係るサンプルＳ２とは異なる組織となっていることがわかる。
実施例１〜３及び比較例に係るサンプルＳ２ではいずれも繊維材料に沿ってＸ軸方向に延びる筋状のクラックが見られるのに対し、実施例４に係るサンプルＳ２では方向性を持たない２次元的なヒビ割れが見られる。実施例４に係るサンプルＳ２のこのような組織について、その詳細な原因は定かではないものの、硬質粉末１１２の量が多いことに起因するものと推測される。

【0105】

図１７は、実施例１〜４及び比較例について、図１５に示す摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ１を撮影した写真から損傷量（μｍ^２）を求めたグラフである。図１７において、横軸が分散面１２における硬質粉末１１２の量（体積％）を示し、縦軸が損傷量（μｍ^２）を示している。
図１７では、損傷量の平均値を棒グラフで示し、損傷量の最大値及び最小値をエラーバーで示している。

【0106】

図１７に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ２では、比較例に係るサンプルＳ２よりも大幅に小さい損傷量が得られた。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２において高い耐摩耗性が得られることがわかる。

【0107】

より詳細には、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０体積％から０．５体積％とすることにより損傷量が大幅に減少している。これにより、分散面１２に少量でも硬質粉末１１２を分散させることによって、損傷量を減少させることができるものと考えられる。したがって、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０体積％より大きければよい。

【0108】

また、分散面１２における硬質粉末１１２の量が２．５体積％以下であるサンプルＳ２において特に小さい損傷量が得られた。このため、分散面１２における硬質粉末１１２の量は２．５体積％以下であることが好ましい。

【0109】

更に、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％であるサンプルＳ２において最も小さい損傷量が得られた。つまり、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０．５体積％から１体積％に増加させることにより損傷量が減少している。この一方で、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％以上である範囲では、硬質粉末１１２の量の増加に伴って損傷量が増加する傾向が見られる。
この点について、分散面１２の硬質粉末１１２が、上記の３点曲げ試験における分散層１３の硬質粉末１１２と同様の作用を奏しているものと推測される。つまり、分散面１２の硬質粉末１１２が少ない場合には、硬質粉末１１２における分散面１２に損傷の発生を抑制する作用が支配的であるものと考えられる。この一方で、分散面１２の硬質粉末１１２が一定量より多くなると、硬質粉末１１２が分散面１２における損傷の発生を誘発させるものと考えられる。

【0110】

上記のような傾向から、分散面１２における硬質粉末１１２の量が０．５体積％より多く、２．５体積％より少ない範囲内において損傷量の極小値があるものと考えられる。このため、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０．５体積％より多く、２．５体積％より少ないことが特に好ましい。

【0111】

（２）Ｙ軸方向の摺動痕Ｒ
図１８は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ２を撮影した写真である。図１８（Ａ）は比較例を示し、図１８（Ｂ）は実施例１を示し、図１８（Ｃ）は実施例２を示し、図１８（Ｄ）は実施例３を示し、図１８（Ｅ）は実施例４を示している。

【0112】

また、図１９は、実施例１〜４及び比較例について、摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の摺動痕Ｒを撮影したＳＥＭ写真である。図１９（Ａ）は比較例を示し、図１９（Ｂ）は実施例１を示し、図１９（Ｃ）は実施例２を示し、図１９（Ｄ）は実施例３を示し、図１９（Ｅ）は実施例４を示している。

【0113】

図１８及び図１９を観察すると、各サンプルＳ２におけるＹ軸方向の摺動痕Ｒは、図１５及び図１６に示すＸ軸方向の摺動痕Ｒよりも全体的に小さいことがわかる。これにより、各サンプルＳ２では、繊維材料の配向方向であるＸ軸方向の摺動によって損傷が発生しやすく、繊維材料の配向方向に垂直なＹ軸方向の摺動によっては損傷が発生しにくいことがわかる。

【0114】

図１８を観察すると、比較例に係るサンプルＳ２では、実施例１〜４に係るサンプルＳ２よりも摺動痕Ｒ近傍の広い範囲において粗い表面となっていることがわかる。より詳細には、比較例に係るサンプルＳ２の表面には、摺動痕Ｒに直交するＸ軸方向に延びる筋状の凹凸が見られる。

【0115】

更に、図１９（Ａ）を観察すると、比較例に係るサンプルＳ２の表面は、摺動痕Ｒに沿って波打った状態であることがわかる。比較例に係るサンプルＳ２の表面に見られる波打ちのＹ軸方向の幅が約１０μｍであり、繊維材料の径（約１０μｍ）とおよそ一致する。このことから、比較例に係るサンプルＳ２の表面では、繊維材料の上に樹脂材料が被さった状態となっているものと推測される。

【0116】

この一方で、図１８及び図１９を観察すると、実施例２に係るサンプルＳ２では摺動痕Ｒがほとんど見られず、実施例１，３，４に係るサンプルＳ２でもわずかな摺動痕Ｒしか見られなかった。

【0117】

図１９を詳細に観察すると、図１６に示すＸ軸方向の摺動痕Ｒほど顕著ではないものの、実施例４に係るサンプルＳ２では、実施例１〜３及び比較例に係るサンプルＳ２とは異なる組織となっていることがわかる。実施例４に係るサンプルＳ２のこのような組織について、その詳細な原因は定かではないものの、硬質粉末１１２の量が多いことに起因するものと推測される。

【0118】

図２０は、実施例１〜４及び比較例について、図１８に示す摩擦摩耗試験の後のサンプルＳ２の領域Ａ２を撮影した写真から損傷量（μｍ^２）を求めたグラフである。図２０において、横軸が分散面１２における硬質粉末１１２の量（体積％）を示し、縦軸が損傷量（μｍ^２）を示している。
図２０では、損傷量の平均値を棒グラフで示し、損傷量の最大値及び最小値をエラーバーで示している。

【0119】

図２０に示すように、実施例１〜４に係るサンプルＳ２では、比較例に係るサンプルＳ２よりも大幅に小さい損傷量が得られた。これにより、分散層１３を設けることによって、ＦＲＰ成形体１０の分散面１２において高い耐摩耗性が得られることがわかる。

【0120】

より詳細には、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０体積％から０．５体積％とすることにより損傷量が大幅に減少している。これにより、分散面１２に少量でも硬質粉末１１２を分散させることによって、損傷量を減少させることができるものと考えられる。したがって、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０体積％より多ければよい。

【0121】

また、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％であるサンプルＳ２において最も小さい損傷量が得られた。つまり、分散面１２における硬質粉末１１２の量を０．５体積％から１体積％に増加させることにより損傷量が減少している。この一方で、分散面１２における硬質粉末１１２の量が１体積％以上である範囲では、硬質粉末１１２の量の増加に伴って損傷量が増加する傾向が見られる。
このような傾向が見られる理由は、上記で説明したＸ軸方向の摺動痕Ｒと同様であると考えられる。つまり、分散面１２の硬質粉末１１２が少ない場合には、硬質粉末１１２における分散面１２に損傷の発生を抑制する作用が支配的であるものと考えられる。この一方で、分散面１２の硬質粉末１１２が一定量より多くなると、硬質粉末１１２が分散面１２における損傷の発生を誘発させるものと考えられる。

【0122】

上記のような傾向から、分散面１２における硬質粉末１１２の量が０．５体積％より多く、２．５体積％より少ない範囲内において損傷量の極小値があるものと考えられる。このため、分散面１２における硬質粉末１１２の量は０．５体積％より多く、２．５体積％より少ないことが特に好ましい。

【符号の説明】

【0123】

１０…ＦＲＰ成形体
１１…複合体層
１２…分散面
１３…分散層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】