JP6389654B2 - 炭素繊維複合材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維複合材の製造方法に関する。
近年、高剛性が要求される部材に繊維強化複合材を用いることが提案されている。繊維強化複合材は、用途によっては耐熱性が要求されることがある。
繊維強化複合材として、炭素繊維織物に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層した後、加熱して積層成形した素板（スタンパブルシート）を作成し、この素板を再加熱して金型で熱間プレス成形したものがある（特許文献１）。
また、熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させた芯材の両面に、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維補強材を積層して加熱圧縮により一体化した繊維強化複合材がある（特許文献２）。
繊維強化複合材として、炭素繊維織物に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層した後、加熱して積層成形した素板（スタンパブルシート）を作成し、この素板を再加熱して金型で熱間プレス成形したものがある（特許文献１）。
また、熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させた芯材の両面に、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維補強材を積層して加熱圧縮により一体化した繊維強化複合材がある（特許文献２）。
しかし、炭素繊維織物に樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成形した繊維強化複合材は、比重が１．５程度であり、しかも炭素繊維織物の厚みが０．２〜０．４ｍｍ程度と薄いものであるため、例えば３ｍｍ〜２０ｍｍ程度の厚さの板を作成するためには多くのプリプレグを積層する必要があり、成形体が重くなる問題がある。
また、熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させた芯材の両面に、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維補強材を積層して加熱圧縮により一体化した繊維強化複合材は、比重が１．０〜１．４であるため、重くなる問題がある。なお、熱硬化性樹脂発泡体に対する熱硬化性樹脂の含浸量を減らす等によって繊維強化複合材の比重を１．０以下にすると、成形体の剛性が極端に低下するようになる。
また、熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂を含浸させた芯材の両面に、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維補強材を積層して加熱圧縮により一体化した繊維強化複合材は、比重が１．０〜１．４であるため、重くなる問題がある。なお、熱硬化性樹脂発泡体に対する熱硬化性樹脂の含浸量を減らす等によって繊維強化複合材の比重を１．０以下にすると、成形体の剛性が極端に低下するようになる。
本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、軽量でかつ耐熱性を有する炭素繊維複合材の製造方法の提供を目的とする。
請求項１の発明は、耐熱性樹脂発泡体の少なくとも片面に金属箔が接着された芯材の前記金属箔の表面に、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂が含浸したプリプレグを積層し、熱プレスすることによって前記芯材とプリプレグを接着する炭素繊維複合材の製造方法であって、前記耐熱性樹脂発泡体は、炭素繊維複合材に成形する前の比重（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）が０．０２０〜０．５００、炭素繊維複合材に成形する前の厚みが１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、炭素繊維複合材の成形時には、元厚みに対して１／１〜９／１０に圧縮することを特徴とする炭素繊維複合材の製造方法に係る。
請求項２の発明は、請求項１において、前記耐熱性樹脂発泡体は、熱分解開始温度（ＪＩＳ Ｋ ７１２０）が３５４℃以上であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記耐熱性樹脂発泡体は、イソシアヌレート樹脂、イミド樹脂、ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂の群より選択される樹脂であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記耐熱性樹脂発泡体は、イソシアヌレート樹脂、イミド樹脂、ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂の群より選択される樹脂であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１から３の何れか一項において、前記熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択される樹脂であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１から３の何れか一項において、前記熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂はフェノール樹脂であり、前記熱プレス温度は１１０〜１８０℃であることを特徴とする。
請求項１の発明によれば、耐熱性樹脂発泡体の少なくとも片面に金属箔が接着されているため、芯材の金属箔表面にプリプレグを積層して熱プレスにより芯材とプリプレグを接着させる際に、熱が金属箔により反射されて耐熱性樹脂発泡体に伝わる熱量が少なくなることから、加熱による分解を抑制することが出来き、軽量性が良好で、かつ耐熱性を有し、焼けの無い品質の良好な炭素繊維強化複合材を製造することができる。
以下、本発明の炭素繊維複合材とその製造方法について図面を用いて説明する。
図１に示す第１参考形態の炭素繊維複合材１０Ａ及び図２に示す第２参考形態の炭素繊維複合材１０Ｂについて説明する。
第１参考形態の炭素繊維複合材１０Ａは、芯材１１Ａの片面にプリプレグ２１Ａを積層し、接着した構成からなる。
第２参考形態の炭素繊維複合材１０Ｂは、芯材１１Ｂの両面にプリプレグ２１Ｂを積層し、接着した構成からなる。
図１に示す第１参考形態の炭素繊維複合材１０Ａ及び図２に示す第２参考形態の炭素繊維複合材１０Ｂについて説明する。
第１参考形態の炭素繊維複合材１０Ａは、芯材１１Ａの片面にプリプレグ２１Ａを積層し、接着した構成からなる。
第２参考形態の炭素繊維複合材１０Ｂは、芯材１１Ｂの両面にプリプレグ２１Ｂを積層し、接着した構成からなる。
前記芯材１１Ａ、１１Ｂは耐熱性樹脂発泡体１２Ａ、１２Ｂからなる。前記耐熱性樹脂発泡体１２Ａ、１２Ｂとしては、イソシアヌレート樹脂、イミド樹脂（熱分解温度：５００℃以上）、ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂（熱分解温度：３５４℃）、ポリフェニレンエーテル樹脂などを挙げることができ、分解開始温度は、JIS K 7120、プラスチックの熱重量分析によって測定される。本発明の芯材としては、炭素繊維織物を樹脂で積層接着することから、少なくとも２５０℃ぐらいまでは、物性の低下が認められないのが良い。特にイソシアヌレート樹脂発泡体は、従来より構造材としての難燃性を備えていることから、本発明の成形方法に応用しても加熱により分解したり、焼け、変色等の品質劣化が見られず、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ａ、１２Ｂとして好適なものである。前記耐熱性樹脂発泡体１２Ａ、１２Ｂは、前記炭素繊維複合材１０Ａ、１０Ｂに成形する前の比重（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）が０．０２０〜０．５００（好ましくは０．０３０〜０．３００）、成形前の厚みが１０ｍｍ〜５０ｍｍのものを用いる。前記炭素繊維複合材１０Ａ、１０Ｂの成形時には、元厚みに対して１／１〜１／２に圧縮するのが好ましい。
前記プリプレグ２１Ａ、２１Ｂは、炭素繊維織物にバインダー樹脂が含浸したものからなる。前記炭素繊維織物は、他の繊維織物に比べて軽量性及び高剛性に優れるものである。さらに、前記プリプレグ２１Ａ、２１Ｂに使用する炭素繊維織物は、繊維が一方向のみではない織り方のものが好ましく、例えば、縦糸と横糸で構成される平織、綾織、朱子織及び３方向の糸で構成される三軸織などが好適である。また、使用する炭素繊維織物は、前記バインダー樹脂の含浸及び剛性の点から、目付量は、９０〜４００ｇ／ｍ２のものが好ましい。プリプレグの厚みは、０．１〜０．５ｍｍが好ましい。
前記炭素繊維織物に含浸するバインダー樹脂は、熱硬化性樹脂が用いられ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択することができる。特に、フェノール樹脂は良好な難燃性を有するため、前記炭素繊維織物に含浸させるバインダー樹脂として好適なものである。バインダー樹脂の含浸量は、３０重量％〜７０重量％が好ましい。
前記第１参考形態の炭素繊維複合材１０Ａは、前記芯材１１Ａの片面に前記プリプレグ２１Ａを積層して熱プレスすることにより、前記炭素繊維織物に含浸しているバインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ａと前記プリプレグ２１Ａを接着することによって製造することができる。前記熱プレス温度は、前記バインダー樹脂が硬化する温度、例えばバインダー樹脂がフェノール樹脂の場合には、１１０〜１８０℃とされる。また、熱プレス時の圧縮率は、耐熱性樹脂発泡体の元厚みに対して、０〜１０％が好ましい。軽量な炭素繊維複合材料をえるために、上記熱プレス時の圧縮率は、少ないほうが好ましく、０〜１０％、より好ましくは、０〜５％である。圧縮率が０％の場合、プリプレグの厚み分だけ耐熱性樹脂発泡体が薄く変形することを意味する。
前記第２参考形態の炭素繊維複合材１０Ｂは、前記芯材１１Ｂの両面に前記プリプレグ２１Ｂを積層して熱プレスすることにより、前記炭素繊維織物に含浸しているバインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ｂと前記プリプレグ２１Ｂを接着することによって製造することができる。前記熱プレス温度は、前記バインダー樹脂が硬化する温度、例えばバインダー樹脂がフェノール樹脂の場合には、１１０〜１８０℃とされる。また、熱プレス時の圧縮率は、０〜５０％が好ましい。
図３に示す第３実施形態の炭素繊維複合材１０Ｃは、芯材１１Ｃの片面にプリプレグ２１Ｃを積層し、接着した構成からなる。
前記芯材１１Ｃは、耐熱性樹脂発泡体１２Ｃの片面に金属箔１３Ｃが接着されたものからなる。
前記芯材１１Ｃは、耐熱性樹脂発泡体１２Ｃの片面に金属箔１３Ｃが接着されたものからなる。
前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃとしては、イソシアヌレート樹脂、イミド樹脂（熱分解温度：５００℃以上）、ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂（熱分解温度：３５４℃）、ポリフェニレンエーテル樹脂などを挙げることができ、分解開始温度は、JIS K 7120、プラスチックの熱重量分析によって測定される。本発明の芯材としては、炭素繊維織物を樹脂で積層接着することから、少なくとも２５０℃ぐらいまでは、物性の低下が認められないのが良い。特にイソシアヌレート樹脂発泡体は、従来より構造材としての難燃性を備えていることから、本発明の成形方法に応用しても加熱により分解したり、焼け、変色、膨れ等の品質劣化が見られず、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃとして好適なものである。前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃは、前記炭素繊維複合材１０Ｃに成形する前の比重（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）が０．０２０〜０．５００（好ましくは０．０３０〜０．３００）、成形前の厚みが１０ｍｍ〜５０ｍｍのものを用いる。前記炭素繊維複合材１０Ｃの成形時には、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃの元厚みに対して１／１〜９／１０に圧縮するのが好ましい。
前記金属箔１３Ｃは、アルミニウム箔を挙げることができ、軽量で安価なために好ましいものである。前記金属箔１３Ｃの厚みは２０μｍ〜５００μｍが好ましい。また、前記金属箔１３Ｃと前記耐熱性発泡体１２Ｃとの接着は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等の接着剤が好ましい。
前記プリプレグ２１Ｃは、炭素繊維織物にバインダー樹脂が含浸したものからなる。前記炭素繊維織物は、他の繊維織物に比べて軽量及び高剛性に優れるものである。さらに、前記プリプレグ２１Ｃに使用する炭素繊維織物は、繊維が一方向のみではない織り方のものが好ましく、例えば、縦糸と横糸で構成される平織、綾織、朱子織及び３方向の糸で構成される三軸織などが好適である。また、使用する炭素繊維織物は、前記バインダー樹脂の含浸及び剛性の点から、目付量が、９０〜４００ｇ／ｍ２のものが好ましい。
前記炭素繊維織物に含浸するバインダー樹脂は、熱硬化性樹脂が用いられ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択することができる。特に、フェノール樹脂は良好な難燃性を有するため、前記炭素繊維織物に含浸させるバインダー樹脂として好適なものである。バインダー樹脂の含浸量は、３０重量％〜７０重量％が好ましい。
前記第３実施形態の炭素繊維複合材１０Ｃは、前記芯材１１Ｃの片面の金属箔１３Ｃの表面に前記プリプレグ２１Ｃを積層し、熱プレスすることによって、前記炭素繊維織物に含浸しているバインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ｃと前記プリプレグ２１Ｃを接着することにより製造することができる。前記熱プレス時、前記金属箔１３Ｃによって熱が反射されて前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃに伝わる熱量が少なくなることから、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃが、加熱して分解するのを抑制することができ、品質が良好なものとなる。前記熱プレス温度は、前記バインダー樹脂が硬化する温度、例えばバインダー樹脂がフェノール樹脂の場合には、１１０〜１８０℃とされる。熱プレス時の圧縮率は、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃの元厚に対して、０〜１０％が好ましい。
図４に示す第４実施形態の炭素繊維複合材１０Ｄは、芯材１１Ｄの両面にプリプレグ２１Ｄを積層し、接着した構成からなる。
前記芯材１１Ｄは、耐熱性樹脂発泡体１２Ｄの両面に金属箔１３Ｄが接着されたものからなる。
前記芯材１１Ｄは、耐熱性樹脂発泡体１２Ｄの両面に金属箔１３Ｄが接着されたものからなる。
前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｄとしては、イソシアヌレート樹脂、イミド樹脂（熱分解温度：５００℃以上）、ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂（熱分解温度：３５４℃）、ポリフェニレンエーテル樹脂などを挙げることができ、分解開始温度は、JIS K 7120、プラスチックの熱重量分析によって測定される。本発明の芯材としては、炭素繊維織物を樹脂で積層接着することから、少なくとも２５０℃ぐらいまでは、物性の低下が認められないのが良い。特にイソシアヌレート樹脂発泡体は、従来より構造材としての難燃性を備えていることから、本発明の成形方法に応用しても加熱により分解したり、焼け、変色等の品質劣化が見られず、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｄとして好適なものである。前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｃは、前記炭素繊維複合材１０Ｄに成形する前の比重（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）が０．０２０〜０．５００（好ましくは０．０３０〜０．３００）、成形前の厚みが１０ｍｍ〜５０ｍｍのものを用いる。前記炭素繊維複合材１０Ｄの成形時には、元厚みに対して１／１〜９／１０に圧縮するのが好ましい。
前記金属箔１３Ｄは、アルミニウム箔を挙げることができ、軽量で安価なために好ましいものである。前記金属箔１３Ｄの厚みは２０μｍ〜５００μｍが好ましい。また、前記金属箔１３Ｄと前記耐熱性発泡体１２Ｄとの接着は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等の接着剤が好ましい。
前記プリプレグ２１Ｄは、炭素繊維織物にバインダー樹脂が含浸したものからなる。前記炭素繊維織物は、他の繊維織物に比べて軽量及び高剛性に優れるものである。さらに、前記プリプレグ２１Ｄに使用する炭素繊維織物は、繊維が一方向のみではない織り方のものが好ましく、例えば、縦糸と横糸で構成される平織、綾織、朱子織及び３方向の糸で構成される三軸織などが好適である。また、使用する炭素繊維織物は、前記樹脂の含浸及び剛性の点から、目付量が９０〜４００ｇ／ｍ２のものが好ましい。
前記炭素繊維織物に含浸するバインダー樹脂は、熱硬化性樹脂が用いられ、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択することができる。特に、フェノール樹脂は良好な難燃性を有するため、前記炭素繊維織物に含浸させるバインダー樹脂として好適なものである。バインダー樹脂の含浸量は、３０〜７０重量％が好ましい。
前記第４実施形態の炭素繊維複合材１０Ｄは、前記芯材１１Ｄの両面の金属箔１３Ｄの表面に前記プリプレグを積層し、熱プレスすることにより、前記炭素繊維織物に含浸しているバインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ｄと前記プリプレグ２１Ｄを接着することにより製造することができる。前記熱プレス温度は、前記バインダー樹脂が硬化する温度、例えばバインダー樹脂がフェノール樹脂の場合には、１１０〜１８０℃とされる。また、熱プレス時の圧縮率は、０〜１０％が好ましい。
前記第４実施形態の炭素繊維複合材１０Ｄは、前記芯材１１Ｄの両面の金属箔１３Ｃの表面に前記プリプレグ２１Ｄを積層し、その状態で熱プレスすることによって、前記炭素繊維織物に含浸しているバインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ｄと前記プリプレグ２１Ｄを接着することにより製造することができる。図５を用いて、前記第４実施形態の炭素繊維複合材１０Ｄの製造について詳述する。
図５は前記第４実施形態の炭素繊維複合材１０Ｄを製造する際の概略断面図である。符号５１、５２は熱プレス装置の下側熱盤と上側熱盤であり、ヒーター等によって所定温度に加熱される。前記熱プレス装置における下側の熱盤５１上に一方のプリプレグ２１Ｄを配置し、該プリプレグ２１Ｄ上に前記芯材１１Ｄを配置する。これによって、前記芯材１１Ｄの下面側の金属箔１３Ｄを前記下側熱盤５１上のプリプレグ２１Ｄに積層する。次に、前記芯材１１Ｄの上面側の金属箔１３Ｄ上に他方のプリプレグ２１Ｄを積層し、その後に前記下側の熱盤５１と上側の熱盤５２を接近させて、所定の圧縮率及び温度で熱プレスすることにより、前記バインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ｄとその両面のプリプレグ２１Ｄを接着し、前記炭素繊維複合材１０Ｄを製造する。
前記熱プレス時、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｄの両面の金属箔１３Ｄによって熱が反射され、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｄに伝わる熱量が少なくなることから、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｄが、加熱による分解を抑制することが出来き、品質が良好なものとなる。前記熱プレス温度は、前記バインダー樹脂が硬化する温度、例えばバインダー樹脂がフェノール樹脂の場合には、１１０〜１８０℃とされる。また、熱プレス時の圧縮率は、０〜１０％が好ましい。その後、前記下側熱盤５１と上側熱盤５２間を拡げ、前記炭素繊維複合材１０Ｄを取り出す。前記上下の熱盤５１、５２のプレス面（プリプレグと当接する面）は、製品に応じた形状とされる。
図５に示した前記下側熱盤５１と上側熱盤５２を有する熱プレス装置は、前記第４実施形態の炭素繊維複合材１０Ｄの製造に限られず、他の実施形態の炭素繊維複合材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び後述の１０Ｅの製造にも使用することができる。
図６に示す第５実施形態の炭素繊維複合材１０Ｅは、芯材１１Ｅの両面にプリプレグ２１Ｅを各２層積層し、接着した構成からなる。第５実施形態における芯材１１Ｅとプリプレグ２１Ｅは、前記第４実施形態における芯材１１Ｄとプリプレグ２１Ｄと同様の構成からなる。
前記第５実施形態の炭素繊維複合材１０Ｅは、前記芯材１１Ｅの両面の金属箔１３Ｅの表面各々に前記プリプレグ２１Ｅを複数（図の例では２層）積層して熱プレスすることにより、前記プリプレグ２１Ｅの炭素繊維織物に含浸しているバインダー樹脂を硬化させ、前記芯材１１Ｅと前記複数層のプリプレグ２１Ｅを接着することにより製造することができる。第５実施形態の炭素繊維複合材１０Ｅは、前記第４実施形態の場合と同様、熱プレス時に前記金属箔１３Ｅによって熱が反射されて前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｅに伝わる熱量が少なくなることから、前記耐熱性樹脂発泡体１２Ｅが、加熱により分解するのを抑制することができ、品質が良好なものとなる。前記熱プレス温度は、前記バインダー樹脂が硬化する温度、例えばバインダー樹脂がフェノール樹脂の場合には、１１０〜１８０℃とされる。また、熱プレス時の圧縮率は、０〜１０％が好ましい。
・参考例１
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂（旭有機材料株式会社製、品名；ＰＡＰＳ−４と旭有機材料株式会社製、品名；ヘキサメチレンテトラミンを１００：１２で混合したもの）をメタノールに３０ｗｔ％の濃度となるように溶解した。このフェノール樹脂溶液中に繊維織物として平織の炭素繊維織物（東邦テナックス株式会社製、品名；Ｗ−３１０１、目付量２００ｇ／ｍ２）を漬け、取り出した後に２５℃の室温にて２時間自然乾燥し、更に６０℃の雰囲気下にて１時間乾燥させて樹脂含浸済み繊維織物を形成した。炭素繊維織物は、２００×３００ｍｍの平面サイズに裁断したもの（重量１２ｇ／枚）を使用した。乾燥後の含浸済み繊維織物は、２８ｇであった。
次に、イソシアヌレートフォーム（比重０．０３、厚み２０ｍｍ）の片面に前記プリプレグを積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例１の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。イソシアヌレートフォームには、金属箔の面材がなく、上記プリプレグはイソシアヌレートフォームと直接接着、積層されている。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。成形品の物性として、フォームの焼けはなかった。局所的な意匠面の膨れは、まれに見られた。
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂（旭有機材料株式会社製、品名；ＰＡＰＳ−４と旭有機材料株式会社製、品名；ヘキサメチレンテトラミンを１００：１２で混合したもの）をメタノールに３０ｗｔ％の濃度となるように溶解した。このフェノール樹脂溶液中に繊維織物として平織の炭素繊維織物（東邦テナックス株式会社製、品名；Ｗ−３１０１、目付量２００ｇ／ｍ２）を漬け、取り出した後に２５℃の室温にて２時間自然乾燥し、更に６０℃の雰囲気下にて１時間乾燥させて樹脂含浸済み繊維織物を形成した。炭素繊維織物は、２００×３００ｍｍの平面サイズに裁断したもの（重量１２ｇ／枚）を使用した。乾燥後の含浸済み繊維織物は、２８ｇであった。
次に、イソシアヌレートフォーム（比重０．０３、厚み２０ｍｍ）の片面に前記プリプレグを積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例１の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。イソシアヌレートフォームには、金属箔の面材がなく、上記プリプレグはイソシアヌレートフォームと直接接着、積層されている。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。成形品の物性として、フォームの焼けはなかった。局所的な意匠面の膨れは、まれに見られた。
・参考例２
参考例１においてプリプレグを芯材の両面に積層して参考例２の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
参考例１においてプリプレグを芯材の両面に積層して参考例２の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・実施例３
イソシアヌレートフォーム（比重０．０３０、厚み２０ｍｍ）の両面にアルミニウム箔（厚み２３μｍ）がエポキシ樹脂で接着された芯材（品番：サーマックスＳ、株式会社東北イノアック製）の片面に、参考例１で作成したプリプレグを１枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、実施例３の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。成形品の物性としてフォームの焼けは、なかった。局所的な意匠面の膨れは見られなかった。
イソシアヌレートフォーム（比重０．０３０、厚み２０ｍｍ）の両面にアルミニウム箔（厚み２３μｍ）がエポキシ樹脂で接着された芯材（品番：サーマックスＳ、株式会社東北イノアック製）の片面に、参考例１で作成したプリプレグを１枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、実施例３の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。成形品の物性としてフォームの焼けは、なかった。局所的な意匠面の膨れは見られなかった。
・実施例４
実施例３においてプリプレグを芯材の両面に各１枚積層して実施例４の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・実施例５
実施例３においてプリプレグを芯材の両面に各２枚積層して実施例５の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・実施例６
実施例３においてプリプレグを芯材の両面に各３枚積層して実施例６の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
実施例３においてプリプレグを芯材の両面に各１枚積層して実施例４の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・実施例５
実施例３においてプリプレグを芯材の両面に各２枚積層して実施例５の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・実施例６
実施例３においてプリプレグを芯材の両面に各３枚積層して実施例６の炭素繊維複合材（金属箔有）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・参考例７
ポリイミドフォーム（比重０．０９、厚み２０ｍｍ）の両面に参考例１で作成したプリプレグを各１枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例７の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・参考例８
ナイロンフォーム（ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、比重０．０９、厚み２０ｍｍ）の両面に参考例１で作成したプリプレグを各２枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例８の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・参考例９
ナイロンフォーム（ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、比重０．０９、厚み２０ｍｍ）の両面に参考例１で作成したプリプレグを各３枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例９の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
ポリイミドフォーム（比重０．０９、厚み２０ｍｍ）の両面に参考例１で作成したプリプレグを各１枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例７の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・参考例８
ナイロンフォーム（ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、比重０．０９、厚み２０ｍｍ）の両面に参考例１で作成したプリプレグを各２枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例８の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・参考例９
ナイロンフォーム（ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、比重０．０９、厚み２０ｍｍ）の両面に参考例１で作成したプリプレグを各３枚積層し、図５の熱プレス装置を用いて熱プレスし、参考例９の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
・比較例１
参考例１で作成したプリプレグを２枚積層し、熱プレスして比較例１の炭素繊維複合材（プリプレグのみ）を製造した。熱プレス温度は１４０℃である。
・比較例２
非耐熱性樹脂発泡体としてウレタンフォーム（比重０．０３０、厚み２０ｍｍ）に住友ベークライト社製のフェノール樹脂（品名：スミライトレジン）を、ＳＭＣ含浸機によって含浸させた芯材の両面に、参考例１のプリプレグを各１枚積層し、熱プレスして比較例２の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
参考例１で作成したプリプレグを２枚積層し、熱プレスして比較例１の炭素繊維複合材（プリプレグのみ）を製造した。熱プレス温度は１４０℃である。
・比較例２
非耐熱性樹脂発泡体としてウレタンフォーム（比重０．０３０、厚み２０ｍｍ）に住友ベークライト社製のフェノール樹脂（品名：スミライトレジン）を、ＳＭＣ含浸機によって含浸させた芯材の両面に、参考例１のプリプレグを各１枚積層し、熱プレスして比較例２の炭素繊維複合材（金属箔無）を製造した。熱プレス温度は１４０℃、熱プレス時の圧縮率は１％である。
参考例２及び実施例４〜６、参考例７〜９と各比較例の炭素繊維複合材に対して厚み（ｍｍ）、比重（ＪＩＳ Ｚ ８８０７・２０１２準拠）、曲げ強度（ＭＰａ、ＪＩＳ Ｋ ７０７４準拠）、曲げ弾性率（ＧＰａ、ＪＩＳ Ｋ ７０７４ １９８８ Ａ法、繊維方向）準拠）を測定した。測定結果を表１に示す。
物性を測定した参考例２及び実施例４〜６、参考例７〜９の炭素繊維複合材は、比重が１．０以下と軽量性が良好であり、かつ芯材を構成する耐熱性樹脂発泡体により耐熱性を有する。成形時の製造条件によっても、芯材の焼けや変色がなかった。この焼け等は、炭素繊維複合材を裁断した裁断面を目視して確認した。特に、金属箔が積層されている実施例では、焼けだけでなく、意匠面に局部的な膨れが生じなかった。金属箔が積層されていない参考例では、焼けが生じなかったが、意匠面に局部的な膨れが生じることもあった。この膨れは、耐熱性樹脂発泡体内の空隙（いわゆるボイド）が、プリプレグ積層成形時の熱の伝播により膨張し、耐熱性樹脂発泡体の内部及び意匠面に変形を生じさせることから発生していた。
一方、比較例１の炭素繊維複合材は比重が１．０より大であり、参考例１、２、実施例３〜６、参考例７の炭素繊維複合材よりも重くなっている。また、芯材の樹脂発泡体にポリウレタンフォームを使用した比較例２では、成形時の製造条件により、芯材の焼け、黄色変色が確認された。また、上記膨れは、ポリウレタンフォームを芯材とした比較例２でも、確認できた。
一方、比較例１の炭素繊維複合材は比重が１．０より大であり、参考例１、２、実施例３〜６、参考例７の炭素繊維複合材よりも重くなっている。また、芯材の樹脂発泡体にポリウレタンフォームを使用した比較例２では、成形時の製造条件により、芯材の焼け、黄色変色が確認された。また、上記膨れは、ポリウレタンフォームを芯材とした比較例２でも、確認できた。
このように、本発明の炭素繊維複合材は、軽量性が良好で耐熱性を有するものである。また、耐熱性樹脂発泡体の少なくとも片面に金属箔が接着された炭素繊維複合材は、熱プレスにより芯材とプリプレグを接着させる際に耐熱性樹脂発泡体が、加熱により
分解するのを抑制することができ、炭素繊維強化複合材が品質の良好なものとなる。
分解するのを抑制することができ、炭素繊維強化複合材が品質の良好なものとなる。
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ 第１〜第５実施形態の炭素繊維複合材
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ 第１〜第５実施形態の芯材
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ 第１〜第５実施形態の耐熱性樹脂発泡体
１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ 第３〜第５実施形態の金属箔
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ 第１〜第５実施形態のプリプレグ
５１ 熱プレス装置の下側熱盤
５２ 熱プレス装置の上側熱盤
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ 第１〜第５実施形態の芯材
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ 第１〜第５実施形態の耐熱性樹脂発泡体
１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅ 第３〜第５実施形態の金属箔
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ 第１〜第５実施形態のプリプレグ
５１ 熱プレス装置の下側熱盤
５２ 熱プレス装置の上側熱盤
Claims (5)
- 耐熱性樹脂発泡体の少なくとも片面に金属箔が接着された芯材の前記金属箔の表面に、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂が含浸したプリプレグを積層し、熱プレスすることによって前記芯材とプリプレグを接着する炭素繊維複合材の製造方法であって、
前記耐熱性樹脂発泡体は、炭素繊維複合材に成形する前の比重（ＪＩＳ Ｋ ７２２２）が０．０２０〜０．５００、炭素繊維複合材に成形する前の厚みが１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、炭素繊維複合材の成形時には、元厚みに対して１／１〜９／１０に圧縮することを特徴とする炭素繊維複合材の製造方法。 - 前記耐熱性樹脂発泡体は、熱分解開始温度（ＪＩＳ Ｋ ７１２０）が３５４℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維複合材の製造方法。
- 前記耐熱性樹脂発泡体は、イソシアヌレート樹脂、イミド樹脂、ポリアミド及びポリフッ化ビニリデンのアロイ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂の群より選択される樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭素繊維複合材の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択される樹脂であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の炭素繊維複合材の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂からなるバインダー樹脂はフェノール樹脂であり、前記熱プレス温度は１１０〜１８０℃であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の炭素繊維複合材の製造方法。
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