JP7650790B2

JP7650790B2 - 繊維強化樹脂発泡体の製造方法

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Publication number: JP7650790B2
Application number: JP2021206938A
Authority: JP
Inventors: 宗丈田嶋; 秀和兼岩
Original assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Fukuvi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2025-03-25
Anticipated expiration: 2041-12-21
Also published as: JP2023092000A

Description

本発明は、発泡樹脂と強化繊維とを含む繊維強化樹脂発泡体を引抜き成形により製造する方法に関する。

下記特許文献１に示される繊維強化樹脂発泡体が公知である。この繊維強化樹脂発泡体は、熱可塑性樹脂発泡体からなる芯材層と、芯材層の外周面を覆うように当該芯材層の表面に融着された繊維強化熱可塑性樹脂からなる表皮層とを備える。

特開平８－３００５３７号公報

上記特許文献１に記載の繊維強化樹脂発泡体は、強化繊維を含む表皮層と発泡性の芯材層との２層構造であるので、断熱性能と機械的強度とを両立できる可能性がある。しかしながら、上記特許文献１では、強化繊維が存在する層が表皮層（成形品の外周面）に限られるので、機械的強度の向上に限界があり、改善の余地があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂発泡体の断熱性能を確保しつつその機械的強度を十分に高めることが可能な製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、発泡樹脂と強化繊維とを含む繊維強化樹脂発泡体を引抜き成形により製造する方法であって、発泡剤を含有したマトリックス樹脂と強化繊維との混合体である複数のプリプレグ材を用意する第１の工程と、引抜方向に貫通するキャビティを有する金型に複数の前記プリプレグ材を導入し、かつ当該金型内で前記発泡剤を発泡させて前記マトリックス樹脂を膨張させることにより、前記キャビティに対応した断面形状を有する前記繊維強化樹脂発泡体を成形する第２の工程とを含み、前記第２の工程では、前記キャビティの入口部において複数の前記プリプレグ材が前記引抜方向に直交する方向に互いに離間するとともに前記プリプレグ材と前記キャビティの壁面との間に隙間が生じる状態で前記プリプレグ材を前記金型に導入するとともに、前記キャビティの途中から前記発泡剤が発泡して前記マトリックス樹脂が膨張するように前記プリプレグ材を加熱する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、発泡剤を含むマトリックス樹脂と強化繊維とが混合されたプリプレグ材が金型に導入され、かつ当該金型のキャビティ内で発泡剤が発泡するように加熱が行われるので、発泡により膨張したマトリックス樹脂と強化繊維とを含む繊維強化樹脂発泡体を安定的に成形することができる。また、キャビティの断面形状に応じた適宜の形状に複合成形品を成形できるとともに、その内部の適宜の位置に配置される強化繊維を用いて複合成形品の機械的強度を十分に高めることができる。

しかも、プリプレグ材をキャビティの入口部に導入する際に当該キャビティの壁面とプリプレグ材との間に隙間が設けられるので、加熱による発泡剤の発泡に伴って、プリプレグ材とキャビティの壁面との隙間を埋めるようにマトリックス樹脂を膨張させることができる。これにより、マトリックス樹脂の高倍率での膨張が可能になるので、繊維強化樹脂発泡体の空隙率を高めてその断熱性能を良好に確保することができる。

特に、本発明では、複数のプリプレグ材が引抜方向に直交する方向に互いに離間した状態でキャビティの入口部に導入されるので、プリプレグ材同士の間並びにプリプレグ材とキャビティの壁面との間の各隙間を埋めるようにマトリックス樹脂を膨張させることができる。これにより、マトリックス樹脂を十分な倍率で膨張させて繊維強化樹脂発泡体の空隙率を高めることができる。また、繊維強化樹脂発泡体の内部に十分な量の強化繊維を配置できるので、繊維強化樹脂発泡体の機械的強度を効果的に向上させることができる。

好ましくは、前記第１の工程では、前記発泡剤を含有した樹脂フィルムに前記強化繊維が同一方向に配向された状態で含浸された複数のＵＤテープを、前記プリプレグ材として用意する（請求項２）。

この構成によれば、複数のテープ状のプリプレグ材（ＵＤテープ）から繊維強化樹脂発泡体を適切に成形することができる。

好ましくは、前記ＵＤテープは、厚み方向に重なる一対の前記樹脂フィルムと、両樹脂フィルムの間に含浸状態で配置された前記強化繊維とを含む（請求項３）。

この構成によれば、強化繊維を挟んで厚み方向に重なり合った各樹脂フィルムが、内部の発泡剤の発泡によって主に強化繊維から離れる方向（外方）に膨張するので、樹脂フィルムの膨張が強化繊維によって阻害され難く、樹脂フィルムの膨張がスムーズに行われる。これにより、樹脂フィルム（マトリックス樹脂）を十分な倍率で膨張させて繊維強化樹脂発泡体の空隙率を高めることができる。

前記第１の工程では、前記発泡剤を含む液状の樹脂を前記強化繊維に含浸させたものを前記プリプレグ材として用意してもよい（請求項４）。

この構成によれば、強化繊維に対する樹脂の含浸と、含浸後の強化繊維の金型への導入とを、一連のラインに沿って連続的に行うことができ、繊維強化樹脂発泡体を効率よく成形することができる。

以上説明したように、本発明の製造方法によれば、繊維強化樹脂発泡体の断熱性能を確保しつつその機械的強度を十分に高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る製造方法の概略手順を示すフローチャートである。ＵＤシートの構造を示す図である。ＵＤシートからＵＤテープを切り出す様子を示す図である。ＵＤテープから複合成形品（繊維強化樹脂発泡体）を製造する装置の概略構成を示す図である。複合成形品の断面構造を示す図である。樹脂フィルムが膨張する方向を示す図である。本発明の第２実施形態で用いられる製造装置の概略構成を示す図である。上記第２実施形態の変形例を示す図である。

（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る繊維強化樹脂発泡体の製造方法の概略手順を示すフローチャートである。本実施形態において製造される繊維強化樹脂発泡体は、後述する図５に示すように、発泡樹脂からなる基材２１と当該基材２１内に配置された強化繊維３とを含む複合成形品２０である。この複合成形品２０（繊維強化樹脂発泡体）を製造する図１の方法は、ＵＤシート１（図２）を準備する工程Ｓ１と、ＵＤシート１から複数のＵＤテープ１０（図３）を切り出す工程Ｓ２と、複数のＵＤテープ１０を引抜き成形に供する工程Ｓ３とを含む。各工程の詳細は次のとおりである。

［ＵＤシート］
工程Ｓ１は、図２に示すＵＤシート１を準備する準備工程である。この準備工程Ｓ１において準備されるＵＤシート１は、厚み方向に重なる一対の樹脂フィルム２と、一対の樹脂フィルム２の間に含浸状態で配置された強化繊維３とを含む繊維強化樹脂シート（ＦＲＴＰシート）である。

各樹脂フィルム２は、一定の幅および厚みを有する熱可塑性樹脂製の長尺シートである。各樹脂フィルム２には、多数の発泡剤４が混入されている。このような樹脂フィルム２は、例えば発泡剤４が混入された熱可塑性樹脂をシート状に押出成形することで成形し得る。

樹脂フィルム２の材料である熱可塑性樹脂、つまりＵＤシート１のマトリックス樹脂としては、例えば、ポリアミド（特にＰＡ６，ＰＡ９Ｔ，ＰＡ１２）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、アクリル樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリイミド、ポリアリレート、フッ素樹脂、液晶ポリマー、熱可塑性エポキシ樹脂のいずれかを用いることができる。あるいは、これらの熱可塑性樹脂を２種類以上混合したポリマーアロイを樹脂フィルム２の材料として用いてもよい。

樹脂フィルム２に混入される発泡剤４は、加熱により分解してガス化（発泡）する熱分解型の発泡剤である。発泡剤は、有機系または無機系の熱分解型発泡剤のいずれでもよい。有機系の熱分解型発泡剤としては、例えば、ＡＤＣＡ（アゾジカーボンアミド）、ＤＰＴ（Ｎ，Ｎ’－ジニトロペンタメチレンテトラミン）、ＯＢＳＨ（４，４’－オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド）のいずれかもしくはその組合せを用いることができる。無機系の熱分解型発泡剤としては、炭酸水素塩、炭酸塩、炭酸水素塩と有機酸塩の組合せ等を用いることができる。

強化繊維３は、樹脂フィルム２の長手方向と一致する方向に配向された状態で各樹脂フィルム２に含浸されている。強化繊維３としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維のいずれかもしくはその組合せを用いることができる。中でも炭素繊維は、成形品の強度および耐食性等を向上させる上で有利である。炭素繊維としては、強度が特に高いＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系の炭素繊維を用いることが好ましい。

以上のような構造のＵＤシート１は、例えば次のような方法で製造することができる。

まず、強化繊維の束である繊維束を押し広げて開繊することにより、全体として薄い帯状を呈するように横並びに配された多数の連続した強化繊維３を得る。次に、この開繊後の強化繊維３を一方の樹脂フィルム２の片面に長手方向に沿って配置するとともに、加熱ローラ等を用いて加圧および加熱する。すなわち、一方の樹脂フィルム２の片面に、横並び状態の連続した強化繊維３を同一方向に配向した状態で含浸させる。同様に、他方の樹脂フィルム２の片面にも、横並び状態の連続した強化繊維３を同一方向（樹脂フィルム２の長手方向）に配向した状態で含浸させる。そして、一方の樹脂フィルム２と他方の樹脂フィルム２とを、それぞれの強化繊維３の含浸面が対向する状態で重ね合わせ、加熱および加圧する。これにより、一方および他方の樹脂フィルム２の間に、両者を互いに結合する溶着層２ａが形成される。すなわち、溶着層２ａを介して結合された一対の樹脂フィルム２の間に強化繊維３が含浸されたＵＤシート１が形成される。各樹脂フィルム２にはそれぞれ多数の発泡剤４が含有されている。

なお、ＵＤシート１を製造する方法は上記のものに限られず、例えば、厚み方向に対向配置される樹脂フィルム２の間に開繊後の強化繊維３を配置して加熱および加圧を行うといった方法でもよい。

［ＵＤテープの切り出し］
工程Ｓ２は、上記準備工程Ｓ１により準備されたＵＤシート１からＵＤテープ１０を切り出すテープ切出し工程である。このテープ切出し工程Ｓ２では、図３に示すように、ＵＤシート１に対し長手方向に延びる複数の切込みＱ１を形成することにより、ＵＤシート１から複数のＵＤテープ１０を切り出す。具体的に、テープ切出し工程Ｓ２では、ＵＤシート１を長手方向に送り出しながら、その送り経路の途中の位置Ｐ１からカッティングを施すことにより、長手方向に延びる多数の切込みＱ１をＵＤシート１に形成する。これにより、ＵＤシート１が幅方向に分断され、所定の幅を有しかつ長手方向に長尺な複数のＵＤテープ１０が形成される。

上記のとおり、ＵＤテープ１０は、ＵＤシート１から切り出されたテープであるから、その構造はＵＤシート１のものと同様である。すなわち、ＵＤテープ１０は、発泡剤４を含有した一対の樹脂フィルム２と、両樹脂フィルム２の間に含浸状態で配置された強化繊維３とを有する。なお、ＵＤテープ１０は、本発明における「プリプレグ材」に相当し、ＵＤテープ１０の樹脂フィルム２は、本発明における「マトリックス樹脂」に相当する。

［引抜き成形］
工程Ｓ３は、上記テープ切出し工程Ｓ２により形成された複数のＵＤテープ１０から、図４に示す引抜き装置３０を用いて複合成形品２０を連続成形する引抜き工程である。具体的に、この引抜き工程Ｓ３では、引抜き装置３０を用いた連続成形により、一定の断面形状を有する複合成形品２０を成形する。

引抜き装置３０は、その引抜き方向の上流側（図では左側）から順に、テープ送出機３１、成形ダイ３２、引取機３３、および切断機３４を備える。テープ送出機３１は、複数のＵＤテープ１０を成形ダイ３２に向けて下流側に送り出す装置である。成形ダイ３２は、テープ送出機３１から送出されたＵＤテープ１０を受け入れて加熱および加圧を行う金型であり、受け入れたＵＤテープ１０を所定断面形状の複合成形品２０に変化させた上で下流側に排出する。引取機３３は、成形ダイ３２から排出された複合成形品２０を引き取ってさらに下流側に送り出す装置である。切断機３４は、引取機３３から送出された複合成形品２０を切断して所定長さにカットする装置である。

テープ送出機３１は、ＵＤテープ１０が巻き付けられた複数の送出ローラ４１と、送出ローラ４１の回転により送り出されたＵＤテープ１０が下流側の所期位置に向かうようにＵＤテープ１０を案内する図外のガイドローラとを備える。複数のＵＤテープ１０は、互いに間隔を空けながら、成形ダイ３２における後述するキャビティＣの入口部Ｃ１へと案内される。

成形ダイ３２は、引抜き方向に貫通するキャビティＣを有する金型である。キャビティＣは、複合成形品２０に対応する断面形状を有する空間である。本実施形態では、断面略矩形の複合成形品２０（図５）が成形されるものとする。このため、キャビティＣは、当該複合成形品２０に対応する矩形状の断面を有する。また、キャビティＣの幅寸法（紙面に直交する方向の寸法）は、ＵＤテープ１０の幅寸法と略同一である。言い換えると、上述したテープ切出し工程Ｓ２では、キャビティＣの幅寸法と略同一の幅を有するＵＤテープ１０が得られるようにＵＤシート１がカットされる。

キャビティＣの上流側の端部である入口部Ｃ１には、複数のスペーサ４２が配置されている。各スペーサ４２は、例えば、紙面に直交する成形ダイ３２の幅方向に延びる棒材であり、互いに離間した状態で上下方向に並ぶように配置されている。複数のＵＤテープ１０は、隣接するスペーサ４２同士の間、またはスペーサ４２とキャビティＣの壁面との間にそれぞれ導入される。すなわち、複数のＵＤテープ１０は、互いに離間した状態（スペーサ４２を挟んだ状態）でキャビティＣの入口部Ｃ１に導入される。また、最も上側のスペーサ４２の上を通るＵＤテープ１０は、キャビティＣの上側の壁面と隙間を空けつつ入口部Ｃ１に導入される。同様に、最も下側のスペーサ４２の下を通るＵＤテープ１０は、キャビティＣの下側の壁面と隙間を空けつつ入口部Ｃ１に導入される。言い換えると、複数のＵＤテープ１０は、キャビティＣの入口部Ｃ１の壁面に対し隙間を空けつつ互いに離間した状態で入口部Ｃ１に導入される。

成形ダイ３２は、加熱部４３および冷却部４４を備える。加熱部４３および冷却部４４は、上流側からこの順に隣接して配置され、一定断面の連続したキャビティＣを内部に画成する。すなわち、加熱部４３は、キャビティＣの上流側の一部を画成する金型であり、冷却部４４は、キャビティＣの下流側の一部を画成する金型である。加熱部４３には、その内部を加熱するための図略の加熱装置が内蔵されている。また、冷却部４４には、その内部を冷却するための図略の冷却装置が内蔵されている。

加熱部４３は、ＵＤテープ１０の樹脂フィルム２に含有される発泡剤４の温度が所定の発泡温度（発泡剤４がガス化する温度）以上にまで上昇するようにＵＤテープ１０を加熱する。これにより、キャビティＣの途中から発泡剤４が発泡し、当該発泡により樹脂フィルム２が膨張する。図４において、キャビティＣの入口部Ｃ１から少し下流側に離れた位置から樹脂フィルム２の厚みが徐々に増大するのは、当該樹脂フィルム２の膨張を表している。樹脂フィルム２は、隣接するＵＤテープ１０の樹脂フィルム２同士が接触して一体化するまで膨張する。また、最も上側および下側のＵＤテープ１０の樹脂フィルム２は、キャビティＣの上下の壁面に到達するまで膨張する。

冷却部４４は、上記のような樹脂フィルム２の膨張が完了する位置（樹脂フィルム２同士が一体化する位置）よりも下流側に配置されている。冷却部４４は、膨張完了後の樹脂フィルム２の温度がその材料（熱可塑性樹脂）の軟化温度未満に低下するまで当該樹脂フィルム２を冷却する。

キャビティＣ（成形ダイ３２）に導入された複数のＵＤテープ１０は、上記のような発泡剤４の発泡による樹脂フィルム２の膨張を経て、キャビティＣに対応した断面を有する複合成形品２０へと変化する。図５に示すように、複合成形品２０は、断面略矩形の成形品であり、基材２１と、当該基材２１に内包された強化繊維３とを有する。基材２１は、各ＵＤテープ１０の膨張した樹脂フィルム２が一体化したものであり、発泡剤４の発泡により生じる多数の空洞を有する多孔質樹脂から構成される。強化繊維３は、基材２１の内部において長手方向に連続し、かつ複数の高さに分散した状態で基材２１に内包されている。強化繊維３が配置される高さは、キャビティＣの入口部Ｃ１に対する各ＵＤテープ１０の導入位置に対応している。このように、複合成形品２０は、発泡樹脂からなる基材２１とその内部に充填された強化繊維３とを含む繊維強化樹脂発泡体である。

引取機３３は、複数対のローラ４５と、上下方向に対応配置されかつローラ４５に掛け回された一対の無端ベルト４６とを備える。ローラ４５は、無端ベルト４６を介して複合成形品２０を上下から挟み込んだ状態で回転することにより、成形ダイ３２から排出された複合成形品２０をさらに下流側に送り出す。

切断機３４は、引取機３３から送出された複合成形品２０を受け入れる搬送部４７と、搬送部４７の上に配置されたカッター４８とを備える。複合成形品２０は、カッター４８によって所定長さにカットされた後に、搬送部４７によって下流側に搬出される。

［作用効果］
以上説明したように、本発明の第１実施形態では、発泡剤４を含有した樹脂フィルム２と強化繊維３とを含む複数のＵＤテープ１０が用意されるとともに、用意された複数のＵＤテープ１０を成形ダイ３２のキャビティＣに導入しつつ加熱する等の処理を経て、キャビティＣに対応した断面形状を有する複合成形品２０（繊維強化樹脂発泡体）が成形される。このような構成によれば、複合成形品２０に良好な断熱性能を付与しつつその機械的強度を十分に高めることができるという利点がある。

すなわち、第１実施形態では、予め樹脂フィルム２と強化繊維３とが混合したＵＤテープ１０（プリプレグ材）が成形ダイ３２に導入され、かつ当該成形ダイ３２のキャビティＣ内で発泡剤４が発泡するように加熱が行われるので、発泡により膨張した樹脂フィルム２と強化繊維３とを含む繊維強化樹脂発泡体としての複合成形品２０を安定的に成形することができる。また、キャビティＣの断面形状やＵＤテープ１０の配置を変更すれば、複合成形品２０の形状を変更できかつその内部の強化繊維３の配置を変更できるので、種々の形状および特性を有する複合成形品２０を成形することができる。言い換えると、第１実施形態の製造方法によれば、複合成形品２０の形状自由度を確保しつつ、その内部の適宜の位置に配置される強化繊維３を用いて複合成形品２０の機械的強度を十分に高めることができる。

特に、第１実施形態では、複数のＵＤテープ１０が上下方向（換言すれば引抜き方向に直交する方向）に互いに離間した状態でキャビティＣの入口部Ｃ１に導入されるとともに、当該入口部Ｃ１への導入時にキャビティＣの上下の壁面とＵＤテープ１０との間に隙間が設けられるので、加熱による発泡剤４の発泡に伴って、ＵＤテープ１０同士の間並びにＵＤテープ１０とキャビティＣの壁面との間の各隙間を埋めるように樹脂フィルム２を膨張させることができる。これにより、樹脂フィルム２の高倍率での膨張が可能になるので、複合成形品２０の空隙率を高めてその断熱性能を良好に確保することができる。

また、第１実施形態では、ＵＤテープ１０として、厚み方向に重なる一対の樹脂フィルム２と両樹脂フィルム２の間に含浸状態で配置された強化繊維３とを含むものが用いられるので、樹脂フィルム２を発泡により効率よく膨張させることができ、複合成形品２０の空隙率を高めることができる。すなわち、図６に矢印で示すように、強化繊維３を挟んで厚み方向に重なり合った各樹脂フィルム２が、内部の発泡剤４の発泡によって主に強化繊維３から離れる方向（外方）に膨張するので、樹脂フィルム２の膨張が強化繊維３によって阻害され難く、樹脂フィルム２の膨張がスムーズに行われる。これにより、樹脂フィルム２を十分な倍率で膨張させて複合成形品２０の空隙率を高めることができる。

（２）第２実施形態
上記第１実施形態では、予め樹脂フィルム２と強化繊維３とが混合したＵＤテープ１０をプリプレグ材として成形ダイ３２に導入したが、成形ダイよりも上流側において強化繊維に樹脂を含浸させ、その含浸直後のものをプリプレグ材として成形ダイに導入してもよい。その一例を本発明の第２実施形態として説明する。

図７は、第２実施形態の製造方法において用いられる引抜き装置５０の概略構成を示す図である。本図に示される引抜き装置５０は、その引抜き方向の上流側（図では左側）から順に、繊維送出機５１、樹脂含浸槽５２、成形ダイ５３、引取機５４、および切断機５５を備える。

繊維送出機５１は、強化繊維３を樹脂含浸槽５２に向けて下流側に送り出す装置である。繊維送出機５１は、強化繊維３が巻き付けられた複数の送出ローラ６１と、送出ローラ６１の回転により送り出された強化繊維３を１箇所に集約するガイドローラ６２とを備える。本実施形態において、送出ローラ６１から送出される強化繊維３は、強化繊維の束である繊維束を押し広げて開繊したものであり、全体として薄い帯状を呈するように横並びに配された多数の連続した強化繊維である。言い換えると、送出ローラ６１から送出されるのは、その送出方向（引抜き方向）に沿って延びる連続した多数の強化繊維３を横並びに配した極薄の繊維シートである。以下では、これを開繊繊維シート３Ａという。複数の送出ローラ６１から送出された各開繊繊維シート３Ａは、ガイドローラ６２のところで厚み方向に積み重ねられ、厚みを増した繊維シート３Ｂとして纏められる。このように、繊維送出機５１は、開繊繊維シート３Ａを下流側に送出しつつ積層し、開繊繊維シート３Ａよりも厚みの大きい繊維シート３Ｂとして樹脂含浸槽５２へ供給する。

樹脂含浸槽５２は、繊維シート３Ｂに樹脂を含浸させるための槽である。樹脂含浸槽５２の内部には、液状の樹脂である含浸樹脂７０が貯留されている。繊維送出機５１から送出された繊維シート３Ｂは、含浸樹脂７０の中に導入され、これによって繊維シート３Ｂに含浸樹脂７０が含浸される。含浸樹脂７０が含浸された繊維シート３Ｂは、ガイドローラ６３等を通じて樹脂含浸槽５２の外部へと導出される。

樹脂含浸槽５２から導出された繊維シート３Ｂは、含浸樹脂７０が含浸された強化繊維であって、以下ではこれをプリプレグシート３Ｃという。プリプレグシート３Ｃは、引抜き方向に連続する強化繊維３と、当該強化繊維３に含浸された含浸樹脂７０とを含み、本発明における「プリプレグ材」に相当する。

樹脂含浸槽５２に貯留される含浸樹脂７０の材料、つまりプリプレグシート３Ｃのマトリックス樹脂として、本実施形態では、発泡剤４が混入された熱硬化性樹脂を使用する。発泡剤４は、加熱により分解してガス化（発泡）する熱分解型発泡剤であり、先の第１実施形態で用いた発泡剤４と同様のものである。熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン、熱硬化性エポキシ樹脂、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、メラミン樹脂、およびフェノール樹脂のいずれかもしくはその組合せを用いることができる。

成形ダイ５３は、繊維送出機５１から樹脂含浸槽５２を介して供給されたプリプレグシート３Ｃを受け入れて加熱および加圧を行う金型であり、受け入れたプリプレグシート３Ｃを所定断面形状の複合成形品８０に変化させた上で下流側に排出する。成形ダイ５３は、引抜き方向に貫通するキャビティＣを有する。プリプレグシート３Ｃは、キャビティＣの壁面（上下の壁面）との間に隙間を空けつつキャビティＣの入口部Ｃ１に導入される。言い換えると、繊維送出機５１は、キャビティＣの入口部Ｃ１においてプリプレグシート３ＣとキャビティＣの壁面との間に隙間が生じるように、入口部Ｃ１の上下方向の中間位置にプリプレグシート３Ｃを導入する。

キャビティＣの入口部Ｃ１の近傍には、プリプレグシート３Ｃの導入と同期して離型フィルムＦを供給する複数のローラ６４が配置されている。離型フィルムＦは、成形ダイ５３からの離型を容易化するための樹脂フィルムまたは金属箔である。各ローラ６４は、キャビティＣの壁面が離型フィルムＦで覆われるように当該離型フィルムＦを成形ダイ５３に供給する。

成形ダイ５３は、図略の加熱装置を内蔵している。この加熱装置は、プリプレグシート３Ｃの含浸樹脂７０に含有される発泡剤４の温度が所定の発泡温度以上にまで上昇するようにプリプレグシート３Ｃを加熱する。これにより、キャビティＣの途中から発泡剤４が発泡し、当該発泡により含浸樹脂７０が膨張する。図７において、キャビティＣの入口部Ｃ１から少し下流側に離れた位置から含浸樹脂７０の厚みが徐々に増大するのは、当該含浸樹脂７０の膨張を表している。含浸樹脂７０は、キャビティＣの上下の壁面に到達するまで膨張する。

また、成形ダイ５３に内蔵された上記加熱装置は、少なくとも成形ダイ５３の下流部において、含浸樹脂７０の温度がその材料（熱硬化性樹脂）の硬化温度を超えるまで含浸樹脂７０を加熱する。

キャビティＣ（成形ダイ５３）に導入されたプリプレグシート３Ｃは、上記のような発泡剤４の発泡による含浸樹脂７０の膨張を経て、キャビティＣに対応した断面を有する複合成形品８０へと変化する。複合成形品８０は、基材８１と、当該基材８１に内包された強化繊維３とを有する。基材８１は、膨張した含浸樹脂７０が熱硬化しつつ一体化したものであり、発泡剤４の発泡により生じる多数の空洞を有する多孔質樹脂から構成される。強化繊維３は、基材８１の上下方向中間部において長手方向に連続するように配置されている。

引取機５４は、成形ダイ５３から排出された複合成形品８０を引き取ってさらに下流側に送り出す装置である。引取機５４は、先の第１実施形態の引取機３３と同様の構造であり、複数対のローラ６５と、上下方向に対応配置されかつローラ６５に掛け回された一対の無端ベルト６６とを備える。

切断機５５は、引取機５４から送出された複合成形品８０を切断して所定長さにカットする装置である。切断機５５は、先の第１実施形態の切断機３４と同様の構造であり、引取機５４から送出された複合成形品８０を受け入れる搬送部６７と、搬送部６７の上に配置されたカッター６８とを備える。

以上説明したように、本発明の第２実施形態では、発泡剤４を含む液状の含浸樹脂７０を強化繊維３（繊維シート３Ｂ）に含浸させたプリプレグシート３Ｃが成形ダイ５３に導入され、かつ当該成形ダイ５３のキャビティＣ内で発泡剤４が発泡するように加熱が行われるので、発泡により膨張した含浸樹脂７０と強化繊維３とを含む繊維強化樹脂発泡体としての複合成形品８０を安定的に成形することができる。また、キャビティＣの断面形状に応じた適宜の形状に複合成形品８０を成形できるとともに、その内部の適宜の位置に配置される強化繊維３を用いて複合成形品８０の機械的強度を十分に高めることができる。

しかも、プリプレグシート３Ｃを入口部Ｃ１に導入する際にキャビティＣの壁面とプリプレグシート３Ｃとの間に隙間が設けられるので、加熱による発泡剤４の発泡に伴って、プリプレグシート３ＣとキャビティＣの壁面との隙間を埋めるように含浸樹脂７０を膨張させることができる。これにより、含浸樹脂７０の高倍率での膨張が可能になるので、複合成形品８０の空隙率を高めてその断熱性能を良好に確保することができる。

また、第２実施形態では、強化繊維３に対する含浸樹脂７０の含浸と、含浸後の強化繊維３（プリプレグシート３Ｃ）の成形ダイ５３への導入とを、一連のラインに沿って連続的に行うことができるので、複合成形品８０を効率よく成形することができる。

（３）変形例
上記第１実施形態では、熱可塑性樹脂製の樹脂フィルム２に強化繊維３が含浸されたＵＤテープ１０、換言すれば熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とするプリプレグ材を、成形ダイ３２を用いた引抜き成形に供することにより、繊維強化樹脂発泡体としての複合成形品２０を成形したが、熱可塑性樹脂ではなく熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とするプリプレグ材から同様の方法で繊維強化樹脂発泡体を成形することも可能である。

上記第２実施形態では、樹脂含浸槽５２に貯留された熱硬化性の含浸樹脂７０に繊維シート３Ｂ（強化繊維３）を導入することで形成されたプリプレグシート３Ｃ、換言すれば熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とするプリプレグ材を、成形ダイ５３を用いた引抜き成形に供することにより、繊維強化樹脂発泡体としての複合成形品８０を成形したが、熱硬化性樹脂ではなく熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とするプリプレグ材から同様の方法で繊維強化樹脂発泡体を成形することも可能である。

上記第２実施形態では、繊維束を押し広げて開繊した開繊繊維シート３Ａを複数の送出ローラ６１から送出しつつ厚み方向に積み重ねて得られる繊維シート３Ｂを樹脂含浸槽５２に導入したが、未開繊の繊維束を樹脂含浸槽５２に導入することも可能である。この場合、複合成形品（繊維強化樹脂発泡体）の幅寸法を確保するために必要に応じて、複数の送出ローラから送出された未開繊の繊維束を幅方向に並べつつ樹脂含浸槽５２に導入するようにしてもよい。

上記第２実施形態では、発泡剤４が混入された液状の含浸樹脂７０を樹脂含浸槽５２に貯留しておき、この貯留された含浸樹脂７０に繊維シート３Ｂ（強化繊維３）を導入することにより、繊維シート３Ｂに含浸樹脂７０が含浸されたプリプレグシート３Ｃを形成したが、プリプレグシート３Ｃを形成する方法はこれに限られない。例えば、図８に示すように、発泡剤４が混入された液状の含浸樹脂７０をホッパー５７から吐出して繊維シート３Ｂの上面に供給することにより、繊維シート３Ｂに含浸樹脂７０を含浸させ、これによってプリプレグシート３Ｃ’を形成してもよい。

上記第１実施形態では、ＵＤテープ１０（プリプレグ材）中の発泡剤４を発泡させるための加熱と、ＵＤテープ１０から所定断面形状の複合成形品２０（繊維強化樹脂発泡体）を得るための引抜き成形とを、共通の成形ダイ３２を用いて行ったが、成形ダイの上流側に別途加熱炉を設けてもよい。すなわち、加熱炉を用いてＵＤテープ１０を予備的に加熱した上で、加熱後のＵＤテープ１０をさらに成形ダイを用いて加熱および成形してもよい。この場合、発泡剤４の発泡が開始するまでＵＤテープ１０を加熱炉で加熱してもよい。これにより、樹脂フィルム２がある程度膨張した上で成形ダイに導入されるとともに、成形ダイにおいて仕上げの膨張が行われることになる。なお、上記第２実施形態でも同様に、成形ダイの上流側に加熱炉を設けることが可能である。

２樹脂フィルム（マトリックス樹脂）
３強化繊維
１０ＵＤテープ（プリプレグ材）
２０複合成形品（繊維強化樹脂発泡体）
３２成形ダイ（金型）
Ｃキャビティ
Ｃ１（キャビティの）入口部
３Ｃプリプレグシート（プリプレグ材）
５３成形ダイ（金型）
７０含浸樹脂（液状の樹脂）
８０複合成形品（繊維強化樹脂発泡体）

Claims

発泡樹脂と強化繊維とを含む繊維強化樹脂発泡体を引抜き成形により製造する方法であって、
発泡剤を含有したマトリックス樹脂と強化繊維との混合体である複数のプリプレグ材を用意する第１の工程と、
引抜方向に貫通するキャビティを有する金型に複数の前記プリプレグ材を導入し、かつ当該金型内で前記発泡剤を発泡させて前記マトリックス樹脂を膨張させることにより、前記キャビティに対応した断面形状を有する前記繊維強化樹脂発泡体を成形する第２の工程とを含み、
前記第２の工程では、前記キャビティの入口部において複数の前記プリプレグ材が前記引抜方向に直交する方向に互いに離間するとともに前記プリプレグ材と前記キャビティの壁面との間に隙間が生じる状態で前記プリプレグ材を前記金型に導入するとともに、前記キャビティの途中から前記発泡剤が発泡して前記マトリックス樹脂が膨張するように前記プリプレグ材を加熱する、ことを特徴とする繊維強化樹脂発泡体の製造方法。
請求項１に記載の繊維強化樹脂発泡体の製造方法において、
前記第１の工程では、前記発泡剤を含有した樹脂フィルムに前記強化繊維が同一方向に配向された状態で含浸された複数のＵＤテープを、前記プリプレグ材として用意する、ことを特徴とする繊維強化樹脂発泡体の製造方法。
請求項２に記載の繊維強化樹脂発泡体の製造方法において、
前記ＵＤテープは、厚み方向に重なる一対の前記樹脂フィルムと、両樹脂フィルムの間に含浸状態で配置された前記強化繊維とを含む、ことを特徴とする繊維強化樹脂発泡体の製造方法。
請求項１に記載の繊維強化樹脂発泡体の製造方法において、
前記第１の工程では、前記発泡剤を含む液状の樹脂を前記強化繊維に含浸させたものを前記プリプレグ材として用意する、ことを特徴とする繊維強化樹脂発泡体の製造方法。