CN104903067A - 纤维增强复合材料、其制造方法、使用了该纤维增强复合材料的电梯用构成部件和电梯轿厢 - Google Patents

纤维增强复合材料、其制造方法、使用了该纤维增强复合材料的电梯用构成部件和电梯轿厢 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于，该纤维增强复合材料的制造方法包括：利用真空压力与大气压的差压使树脂渗入纤维结构体后使树脂固化，从纤维结构体(10)的表面方向渗入粉末状阻燃剂(21)与含溴树脂(22)的混合物，从而使粉末状阻燃剂(21)集中存在于纤维结构体(10)的表面，所述粉末状阻燃剂(21)包含选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种且平均粒径在0.1～20μm的范围，所述纤维结构体(10)中由纤维围出的各个开口部的大小的众数在0.03～3mm2的范围且开口率在0.1～10％的范围。本发明可以简便地制造具有高难燃性、轻量且高强度的纤维增强复合材料。

Description

纤维增强复合材料、其制造方法、使用了该纤维增强复合材料的电梯用构成部件和电梯轿厢
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料、其制造方法、使用了该纤维增强复合材料的电梯用构成部件和电梯轿厢。
背景技术
纤维增强复合材料(FRP：Fiber Reinforced Plastics，纤维增强塑料)具有轻量和高强度的特征。特别是，将玻璃纤维和树脂组合而成的纤维增强复合材料被用于头盔、滑雪板(鞋)、球拍、浴缸、建材、工业用电子设备材料、小型船舶、汽车等许多工业领域中。另外，利用了碳纤维的纤维增强复合材料的强度更高，期待能够作为铁或铝等金属的轻量化替代材料加以利用。
在扩大纤维增强复合材料的适用领域，将其作为民生的电器产品、铁路车辆的构成材料或建筑材料使用的情况下，要求其具有难燃性。作为难燃性的基准，有与电器产品普遍有关的美国UL(Underwriters Laboratories，保险商实验室)的“UL94标准”、与铁路车辆有关的“铁道车辆用材料的燃烧性标准”(也被称为日本国运输省式燃烧试验方法)、与建筑用材料有关的日本的建筑基准法所规定的难燃标准。从全世界来看，日本的建筑基准法所规定的难燃标准中的难燃性标准也是特别高的。
在电器产品中，电梯轿厢的构成材料被要求使用日本的建筑基准法所规定的难燃材料。现有的电梯轿厢中轿厢室和轿厢架是利用钢或铝合金制作的，但这种轿厢重、需要大的驱动力，而且惯性大，因而在运转时需要高度的控制。因此提出了轻量的电梯轿厢，其采用了以纤维增强复合材料作为表面材料、以发泡体作为芯材的夹层板结构；或者以纤维增强复合材料作为表面材料和纵梁的中空截面板结构(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-73157号公报
发明内容
发明要解决的课题
对于民生的电器产品、铁路车辆、航空器、包括电梯轿厢在内的建筑相关产品等中使用的纤维增强复合材料来说，除了要求轻量和高强度之外，还要求其具有高难燃性。但是，迄今为止尚未得到兼具高度的难燃性的纤维增强复合材料。特别是，尚未得到可达到日本的建筑基准法所规定的难燃基准的纤维增强复合材料。
本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供具有高难燃性、轻量且高强度的纤维增强复合材料及其制造方法。
用于解决课题的方案
本发明涉及一种纤维增强复合材料的制造方法，其包括：利用真空压力与大气压的差压使树脂渗入纤维结构体后使树脂固化的步骤，其中，使粉末状阻燃剂与含溴树脂的混合物从纤维结构体的表面方向渗入，使粉末状阻燃剂集中存在于纤维结构体的表层，所述粉末状阻燃剂包含选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种且平均粒径在0.1～20μm的范围，所述纤维结构体中由纤维围出的各个开口部的大小的众数在0.03～3mm2的范围且开口率在0.1～10％的范围。
发明的效果
根据本发明，可以简便地制造具有高难燃性、轻量且高强度的纤维增强复合材料。
附图说明
图1是用于制造本发明的实施方式1的纤维增强复合材料的制造装置的截面图。
图2是本发明的实施方式1的纤维增强复合材料的制造方法的流程图。
图3是利用本发明的实施方式1的制造方法所制造的纤维增强复合材料的截面图。
图4是表示本发明的实施方式1的制造方法中的含溴树脂的渗入情况的图。
图5是用于制造本发明的实施方式3的夹层板的制造装置的截面图。
图6是本发明的实施方式3的夹层板的制造方法的流程图。
图7是示出关于本发明的实施方式4的碳纤维增强复合材料的放热性试验的结果的一例的说明图。
图8是示出本发明的实施方式5的夹层板的截面图。
图9是示出适用了本发明的实施方式6的碳纤维增强复合材料的电梯的轿厢的结构的立体图。
图10是示出适用了本发明的实施方式6的碳纤维增强复合材料的电梯的轿厢架的结构的立体图。
图11是示出适用了本发明的实施方式6的碳纤维增强复合材料和本发明的实施方式7的夹层板的电梯用轿厢室的结构的立体图。
图12是示出现有的电梯板的立体图。
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的纤维增强复合材料、其制造方法以及电梯用构成部件的优选实施方式进行说明。对于各图中同一部分或相当的部分，进行说明时加添同一符号。
实施方式1.
该实施方式中，对用于制造在纤维结构体的表面集中有粉末状阻燃剂存在的纤维增强复合材料的制造装置和在纤维结构体的表面集中有粉末状阻燃剂存在的纤维增强复合材料的制造方法进行说明。
图1是用于制造实施方式1的纤维增强复合材料的制造装置的截面图。如图1所示，用于制造纤维增强复合材料的制造装置具备：配置纺织品、无纺布、无纺布状成型物等纤维结构体10的成型模具11；第1树脂扩散用片12a；具有树脂透过性的第1脱模用片13a；具有树脂透过性的第2脱模用片13b；第2树脂扩散用片12b；密闭用膜14；将密闭用膜14内的空间与外部隔离的密封材料15；将密闭用膜14内抽真空的真空泵16；和向密闭用膜14内供给含溴树脂的树脂罐17。
另外，制造装置中设有用于将由树脂罐17供给的含溴树脂注入密闭用膜14内的树脂注入口18。此外，制造装置中设有对密闭用膜14内的空气进行排气的排气口19。该排气口19还兼作将密闭用膜14内的剩余的含溴树脂排出的排出口。需要说明的是，设置于成型模具11上的第1树脂扩散用片12a和第1脱模用片13a可以省略。此时，为了防止含溴树脂的固着，优选在成型模具11上实施脱模处理。
接着，参照图2对利用上述制造装置的纤维增强复合材料的制造方法的一例进行说明。
首先，准备纤维基材(步骤S1)。
接着，将该纤维基材剪裁成规定的形状(步骤S2)。
接着，在成型模具11上依次层积第1树脂扩散用片12a和第1脱模用片13a(步骤S3)。需要说明的是，该工序也可以省略。
接着，将所剪裁的纤维基材层积到第1脱模用片13a(在省略了第1树脂扩散用片12a和第1脱模用片13a的情况下，积层到经脱模处理的成型模具11)上而形成纤维结构体10(步骤S4)。
接着，在纤维结构体10的周围配置密封材料15(步骤S5)。
接着，设置树脂注入口18和排气口19(步骤S6)。
接着，用第2脱模用片13b覆盖纤维结构体10的表面(步骤S7)。
接着，用第2树脂扩散用片12b覆盖第2脱模用片13b的表面(步骤S8)。
接着，以覆盖纤维结构体10的方式盖上密闭用膜14，利用密封材料15将密闭用膜14内的空间与外部隔离(步骤S9)。在该阶段，如图1所示，成型准备完成(步骤S10)。
接着，驱动真空泵16，对密闭用膜14内的空气进行排气(步骤S11)。
接着，将含溴树脂和粉末状阻燃剂混合，使粉末状阻燃剂分散于含溴树脂中(步骤S12)。
接着，将填充至树脂罐17中的粉末状阻燃剂和含溴树脂的混合物从树脂注入口18注入密闭用膜14内的空间，使其渗入纤维结构体10中(步骤S13)。此时，粉末状阻燃剂和含溴树脂的混合物在纤维基材的开口部被过滤，粉末状阻燃剂集中存在于纤维结构体10的表层。
接着，使注入密闭用膜14内的含溴树脂固化(步骤S14)。此处，作为固化的方法，通过选择含溴树脂的种类和催化剂，可以进行室温固化或加热固化。
接着，含溴树脂固化到能够卸下成型模具11的程度后，将第2脱模用片13b与第2树脂扩散用片12b一起剥下，将含溴树脂渗入纤维结构体10中的纤维增强复合材料以成型体形式从成型模具11卸下(步骤S15)。
接着，根据需要利用干燥炉对所卸下的成型体实施后固化处理(步骤S16)。
如此，完成由纤维增强复合材料构成的成型体(步骤S17)。
如此，在上述纤维增强复合材料的制造方法中，如图3所示，可以得到粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体10的表层的纤维增强复合材料。步骤S13中，如图4所示，由树脂罐注入的粉末状阻燃剂21和含溴树脂22的混合物通过树脂扩散用片而在纤维结构体10的表面方向铺展。该混合物渗入纤维结构体10时，粉末状阻燃剂21被纤维基材的开口部所过滤，因此难以渗入纤维结构体10的内部而集中存在于纤维结构体10的表层。
需要说明的是，在配置于成型模具11上的纤维结构体10中，存在于纤维结构体10的各层(纤维基材)的开口部的位置因堆积而偏移，越堆积纤维基材，则目视时贯通表里的开口部的数量越少。粉末状阻燃剂21和含溴树脂22的混合物的一部分在渗入时通过纤维基材的开口部和纤维结构体10的层间，渗入纤维结构体10整体。
作为粉末状阻燃剂21的集中存在的状态，其包括下述情况：仅在表层存在粉末状阻燃剂21的情况；仅在表层附近和表层附近的开口部内存在粉末状阻燃剂21的情况；图4所示的表层附近和表层附近的开口部中的粉末状阻燃剂21的浓度特别高且纤维结构体10的内部的粉末状阻燃剂21的浓度低的情况；粉末状阻燃剂21从纤维结构体10的表层向内部倾斜分布的情况；等等。这样得到的纤维增强复合材料中，粉末状阻燃剂21密集存在于表层，进而粉末状阻燃剂21还可发挥屏蔽热的效果，显示出极高的难燃性。需要说明的是，粉末状阻燃剂21的集中存在的状态可以通过纤维增强复合材料的截面的显微镜观察来确认。
对于纤维结构体10的各层(纤维基材)来说，由纤维围出的各个开口部的大小的众数在0.03～3mm2的范围且每10cm2面积的开口率在0.1～10％的范围是必须的。开口部的大小的众数小于0.03mm2时，含溴树脂22无法充分渗入至纤维结构体10的内部。另一方面，开口部的大小的众数超过3mm2时，无法使粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体10的表层。另外，开口率小于0.1％时，含溴树脂22无法充分渗入至纤维结构体10的内部。另一方面，开口率超过10％时，无法使粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体10的表层。纤维基材优选开口部的大小的众数在0.2～0.6mm2的范围且每10cm2面积的开口率在0.8～6.3％的范围。
需要说明的是，本发明中，开口部是指通过使纤维的纵丝和横丝正交而产生的网眼间隙部分。开口率是指表示开口部相对于1层(1片)纤维基材的总面积所占的面积的比例的数值。关于使纤维仅在一个方向取向的单向布，将由纤维的纵丝、和用于固定该纵丝而在与纤维方向正交的方向所编织的横丝(玻璃纤维等)产生的间隙作为开口部。
开口部的面积的测定和开口率的算出优选如下实施：对每1片具有100cm2的总面积的纤维基材中的开口部的面积进行计测，从而实施。此处，众数是指在数据组或概率分布中最频繁出现的值。
另外，作为构成纤维基材的纤维的种类，可以举出碳纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维等无机纤维；或者芳族聚酰胺纤维等有机纤维。这些之中，从得到轻量且高强度的纤维增强复合材料的方面考虑，优选碳纤维。
作为纤维基材，可以使用平织、斜织、缎纹等的各种布；或者将在一个方向排列的纤维用其它纤维捆束而形成了片状的单向布。
另外，从强度和难燃性的方面出发，表示在纤维增强复合材料的总体积中纤维结构体10所占的体积的比例的纤维体积含量(Vf)优选为25～85体积％、更优选为40～75体积％。纤维结构体10所占的体积的比例小于25体积％时，纤维所产生的增强效果不充分，而且难燃性有时也不充分。另一方面，纤维结构体10所占的体积的比例超过85体积％时，含溴树脂22将纤维连结的效果减小，结果强度降低，同时成型有时变得困难。
作为粉末状阻燃剂21，其包含选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种且平均粒径在0.1～20μm的范围。粉末状阻燃剂21的平均粒径小于0.1μm时，无法使粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体10的表层，无法得到充分的难燃性。另外，粉末状阻燃剂21的平均粒径超过20μm时，粉末状阻燃剂21会在第1脱模用片13a和第2脱模用片13b中引起堵塞，从而难以成型。粉末状阻燃剂21的平均粒径优选为0.5～10μm。相对于100重量份的含溴树脂22，优选添加5～200重量份、更优选添加10～50重量份作为粉末状阻燃剂21的选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种。
另外，除了氢氧化铝和氢氧化镁外，粉末状阻燃剂21还可以进一步包含选自三氧化锑和硼酸锌中的至少一种。另外，相对于100重量份的含溴树脂22，能够以0～20重量份的范围添加选自三氧化锑和硼酸锌中的至少一种。
另外，为了进一步提高难燃性，可以合用磷酸酯系阻燃剂、磷-氮化合物系等添加型或反应型阻燃剂。
需要说明的是，本发明中，平均粒径表示相对于所测定的颗粒的体积比例的合计值，某个粒径以下的体积比例的合计达到50％时的粒径的值。
作为含溴树脂22，只要是含有溴的热固化性树脂即可。其中，通过使用溴化不饱和聚酯和溴化环氧丙烯酸酯树脂，能够在室温下进行固化，因而能够达到制造工艺的简易化。
溴化不饱和聚酯树脂可以使用在制造阶段引入了溴的物质、或者混合了经溴化的单体的物质。需要说明的是，作为在制造阶段引入溴的方法，例如可以使用以下列举的4种方法。
首先，第1方法是使用二溴新戊二醇作为多元醇成分的方法。
另外，第2方法是使用四溴邻苯二甲酸及其酸酐作为饱和二元酸或其酸酐的方法。
另外，第3方法是下述方法：使用四氢邻苯二甲酸及其酸酐、内亚甲基四氢邻苯二甲酸及其酸酐等作为饱和二元酸或其酸酐，制造不饱和聚酯后，对该饱和二元酸成分的双键加成溴。
此外，第4方法是下述方法：将兼具饱和二元酸成分的功能和α,β-不饱和二元酸成分的功能的双环戊二烯-马来酸加成物用作原料的一部分，制造不饱和聚酯后，对双环戊二烯的残存双键加成溴。
另外，溴化环氧丙烯酸酯树脂也可以使用在制造阶段引入了溴的物质、或者混合了经溴化的单体的物质。需要说明的是，在制造阶段引入溴的方法例如可以举出使用含溴环氧型环氧树脂作为环氧化合物的方法。
作为溴化环氧丙烯酸酯树脂，从挠性优异的方面考虑，优选四溴双酚A型环氧(甲基)丙烯酸酯、四溴双酚F型环氧(甲基)丙烯酸酯、四溴双酚S型环氧(甲基)丙烯酸酯等。
另外，溴化不饱和聚酯树脂或溴化环氧丙烯酸酯树脂中的溴含量优选为5～60重量％、更优选为10～40重量％。溴含量小于5重量％时，有时无法得到充分的难燃性。另一方面，溴含量超过60重量％时，燃烧时的毒性有时会升高，而且难以获得溴含量超过60重量％的物质。
纤维增强复合材料的厚度可根据强度设计和经济方面的理由来选择，优选约100μm～3cm的厚度、更优选0.5mm～1cm的厚度。纤维增强复合材料的厚度小于100μm时，有时难以得到充分的强度。另一方面，纤维增强复合材料的厚度超过3cm时，重量增加，对纤维增强复合材料所要求的轻质性受损。另外，在构成纤维结构体10的纤维为碳纤维的情况下，由于碳纤维昂贵，因此在经济方面具有超过3cm的厚度的纤维增强复合材料也不是优选的。
如上所述，根据实施方式1，使用成本比较低的材料，通过基于大气压真空注入法的简便工艺，可以制造具有高难燃性的纤维增强复合材料。另外，通过制造设备和制造工艺的简化，可以降低生产成本、缩短生产时间、对纤维增强复合材料进行量产。
实施方式2.
该实施方式中，代替实施方式1中将剪裁成规定形状的纤维基材层积而形成纤维结构体10，而将连续纤维缠绕到模具上而准备纤维结构体10，从该纤维结构体10的表面方向渗入粉末状阻燃剂21和含溴树脂22的混合物，从而制造使粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体的表层的纤维增强复合材料。
作为连续纤维的种类，可以举出碳纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维等无机纤维；或者芳族聚酰胺纤维等有机纤维。这些之中，从得到轻量且高强度的纤维增强复合材料的方面考虑，优选碳纤维。对连续纤维的纤维径没有特别限定，优选1μm～20μm。
关于粉末状阻燃剂21和含溴树脂22，可以使用与实施方式1同样的物质。
关于纤维增强复合材料的纤维体积含量和厚度，其与上述实施方式1相同。
实施方式3.
该实施方式中，对用于制造粉末状阻燃剂21集中存在于结构体的表面的纤维增强复合材料板(下文中称为夹层板)的制造装置和夹层板的制造方法进行说明，该结构体是用纤维结构体10夹住由发泡体构成的芯材的两侧表面而成的。
图5是用于制造实施方式3的夹层板的制造装置的截面图。如图5所示，用于制造夹层板的制造装置具备：依次层积纤维结构体10和发泡体31的成型模具11；第1树脂扩散用片12a；具有树脂透过性的第1脱模用片13a；具有树脂透过性的第2脱模用片13b；第2树脂扩散用片12b；密闭用膜14；将密闭用膜14内的空间与外部隔离的密封材料15；对密闭用膜14内进行抽真空的真空泵16；和向密闭用膜14内供给含溴树脂的树脂罐17。
另外，制造装置中设有将由树脂罐17供给的含溴树脂导入密闭用膜14内的树脂注入口18。此外，制造装置中设有对密闭用膜14内进行排气的排气口19。该排气口19还兼作将密闭用膜14内的剩余的含溴树脂排出的排出口。需要说明的是，设置于成型模具11上的第1树脂扩散用片12a和第1脱模用片13a可以省略。此时，为了防止含溴树脂的固着，优选在成型模具11上实施脱模处理。
接着，参照图6对利用上述制造装置的夹层板的制造方法的一例进行说明。
首先，准备纤维基材和发泡体31(步骤S21)。
接着，将纤维基材和发泡体31剪裁成规定的形状(步骤S22)。
接着，在成型模具11上依次层积第1树脂扩散用片12a和第1脱模用片13a(步骤S23)。需要说明的是，该工序也可以省略。
接着，将所剪裁的纤维基材层积到第1脱模用片13a(在省略了第1树脂扩散用片12a和第1脱模用片13a的情况下，层积到经脱模处理的成型模具11)上而形成纤维结构体10，在该纤维结构体10上配置所剪裁的发泡体31，进而在该发泡体31上层积所剪裁的纤维基材而形成纤维结构体10，形成用纤维结构体10夹住发泡体31的两侧表面的状态(步骤S24)。需要说明的是，纤维结构体10也可以仅层积于发泡体31的单面。
接着，在用纤维结构体10夹住发泡体31的两侧表面而成的结构体的周围配置密封材料15(步骤S25)。
接着，设置树脂注入口18和排气口19(步骤S26)。
接着，用第2脱模用片13b覆盖用纤维结构体10夹住发泡体31的两侧表面而成的结构体的表面(步骤S27)。
接着，用第2树脂扩散用片12b覆盖第2脱模用片13b的表面(步骤S28)。
接着，以覆盖用纤维结构体10夹住发泡体31的两侧表面而成的结构体的方式盖上密闭用膜14，利用密封材料15将密闭用膜14内的空间与外部隔离(步骤S29)。在该阶段，如图5所示，成型准备完成(步骤S30)。
接着，驱动真空泵16，对密闭用膜14内的空气进行排气(步骤S31)。
接着，将粉末状阻燃剂21和含溴树脂22混合，使粉末状阻燃剂21分散于含溴树脂22中(步骤S32)。
接着，将填充至树脂罐17中的粉末状阻燃剂21和含溴树脂22的混合物从树脂注入口18注入密闭用膜14内的空间，使其渗入纤维结构体10中(步骤S33)。此时，粉末状阻燃剂21和含溴树脂22的混合物在纤维基材的开口部被过滤，粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体10的表层。
接着，使注入密闭用膜14内的含溴树脂22固化(步骤S34)。此处，作为固化的方法，通过选择含溴树脂22的种类和催化剂，可以进行室温固化或加热固化。
接着，在含溴树脂22固化到能够卸下成型模具11的程度后，将第2脱模用片13b与第2树脂扩散用片12b一起剥下，将用渗入有含溴树脂22且粉末状阻燃剂21集中存在于表层的纤维结构体10夹住发泡体31的两侧表面而成的夹层板以成型体形式从成型模具11卸下(步骤S35)。
接着，根据需要利用干燥炉对所卸下的成型体实施后固化处理(步骤S36)。
如此，完成由夹层板构成的成型体(步骤S37)。
如此，在上述夹层板的制造方法中，与实施方式1同样，可以得到粉末状阻燃剂21集中存在于纤维结构体10的表层的难燃性高的夹层板。
关于纤维结构体10，其可以使用与实施方式1和2同样的物质。关于粉末状阻燃剂21和含溴树脂22，其可以使用与实施方式1同样的物质。
作为发泡体31，例如由聚氯乙烯树脂、聚氨酯树脂、聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯酸类树脂、酚醛树脂、聚甲基丙烯酰亚胺树脂、环氧树脂、乙烯丙烯橡胶等硬质泡沫(发泡材料)形成。需要说明的是，在发泡体31用于整体成型的情况下，优选使用发泡部分不连续而具有独立气泡的发泡体。另外，作为发泡体31，还可以使用铝泡沫等无机质泡沫、或者复合泡沫塑料(syntactic foam)。特别是，在上述树脂材料中混合阻燃剂并使其发泡而成的难燃性泡沫以及酚醛树脂泡沫的难燃性优异，因而其作为发泡体31是优选的。通过使用难燃性泡沫作为发泡体31，难燃性进一步提高，因而所得到的夹层板适宜作为要求高可靠性的电梯用构成部件。也可以使用蜂窝体以代替发泡体31作为芯材。
为了实现夹层板的进一步轻量化，作为发泡体31，优选使用密度在0.01～0.2g/cm3的范围的物质。发泡体31的密度小于0.01g/cm3时，夹层板容易引起压曲。另一方面，发泡体31的密度大于0.2g/cm3时，夹层板的轻量化有时会受到抑制。
纤维增强复合材料的纤维体积含量和厚度与上述实施方式1相同。
如上所述，根据实施方式3，使用成本比较低的材料，通过基于大气压真空注入法的简便工艺，可以制造具有适合于电梯用构成部件的高难燃性的夹层板。另外，通过制造设备和制造工艺的简化，可以降低生产成本、缩短生产时间、对夹层板进行量产。
实施方式4.
该实施方式中，使用碳纤维作为实施方式1或2中的纤维，从碳纤维结构体的表面方向渗入粉末状阻燃剂21和含溴树脂21的混合物，从而制造粉末状阻燃剂21集中存在于碳纤维结构体的表层的碳纤维增强复合材料(CFRP：Carbon Fiber ReinforcedPlastics，碳纤维增强塑料)。
作为碳纤维基材，可以使用平织、斜织、缎纹等的各种碳纤维布；或者将在一个方向排列的碳纤维用其它纤维捆束而形成了片状的单向布。另外，对连续碳纤维的纤维径没有特别限定，优选1μm～20μm。
粉末状阻燃剂21和含溴树脂22可以使用与实施方式1同样的物质。
关于日本的建筑基准法的难燃材料，在日本的建筑基准法施行令第108条的2中有下述规定：“(1)该材料不燃烧。(2)该材料不产生防火上有害的变形、熔融、龟裂和其他损伤。(3)该材料不产生避难上有害的烟或气体。”。此处，为了受到国土交通大臣的认可而被认定为难燃材料，需要在由国土交通大臣指定的性能评价机构进行的难燃性能试验中规定的放热性试验或模型箱试验的任一项试验中合格，并且在气体有毒性试验中合格。
将关于实施方式4的碳纤维增强复合材料的放热性试验的结果的一例示于图7。图7的(a)表示放热速度，图7的(b)表示总放热量。另外，在图7的(a)和(b)中，(イ)表示使不含溴树脂渗入碳纤维结构体中得到的碳纤维增强复合材料的结果，(ロ)表示使含溴树脂渗入碳纤维结构体中得到的碳纤维增强复合材料的结果，(ハ)表示使相对于含溴树脂100重量份添加了120重量份的氢氧化铝和6重量份的三氧化锑而成的树脂混合物渗入碳纤维结构体中得到的碳纤维增强复合材料(实施方式4)的结果。
由图7的(a)和(b)中的(イ)与(ロ)的比较可知：通过使用含溴树脂，放热速度被抑制，总放热量降低，但树脂成分完全燃烧掉了。
与此相对，在(ハ)中，放热速度上升开始的时间、即着火时间被抑制，实现了上述的“(1)加热开始后5分钟的总放热量为8MJ/m2以下。(2)加热开始后5分钟，最高放热速度继续10秒以上不超过200kW/m2”。
该着火时间的滞后和放热速度的抑制是粉末状阻燃剂与含溴树脂的协同效应。这样，与现有材料相比，实施方式4的碳纤维增强复合材料可以提高难燃性，可达到与日本的建筑基准法所规定的难燃材料基准相当的程度。即，在实施方式4的碳纤维增强复合材料中，作为高难燃性纤维的碳纤维成为具有耐热性的热隔离层，可抑制树脂的持续燃烧，可发挥阻燃效果，进而除了含溴树脂的阻燃效果外，由于选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种的存在，树脂量降低、燃烧量被抑制，同时热分解时的吸热作用所引起的温度上升也被抑制，可以得到由产生水蒸气引起的灭火作用。
此外，如图7中说明的那样，选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种的热分解时的吸热作用可以得到使溴引起的阻燃效果长时间持续的协同效应。另外，选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种在热分解后残留的无机物停留于碳纤维的间隙，从而可以进一步提高热屏蔽效果，可以得到高难燃性。
另外，在使用连续碳纤维的情况下，燃烧后可以保持形状，同时可以通过纤维增强而达到高强度。
碳纤维增强复合材料的纤维体积含量和厚度与上述实施方式1相同。
如上所述，根据实施方式4，能够利用简便的工艺以低成本得到具有高难燃性、同时轻量且高强度的碳纤维增强复合材料。实施方式4的碳纤维增强复合材料可达到与日本的建筑基准法所规定的难燃材料基准相当的程度，因此可以适合用于电梯用构成部件。
实施方式5.
该实施方式中，制造粉末状阻燃剂集中存在于结构体的表面的碳纤维增强复合材料板(下文中称为夹层板)，所述结构体是用碳纤维结构体夹住由发泡体构成的芯材的两侧表面而成的。这样的夹层板可以通过用接合剂将实施方式4中制作的碳纤维增强复合材料粘贴至芯材的方法、或者实施方式3的整体成型来制造。
图8是示出实施方式5的夹层板的截面图。图8中，夹层板中由发泡体31构成的芯材的两侧表面通过接合剂51与碳纤维增强复合材料52接合。接合剂51可以使用环氧系接合剂、丙烯酸系接合剂、硅酮系接合剂、难燃性接合剂等。另外，作为接合剂51，可以使用用于碳纤维增强复合材料52中的含溴树脂22，从而能够使接合剂层与碳纤维增强复合材料52整体化。需要说明的是，碳纤维增强复合材料52也可以仅接合于发泡体31的单面。
粉末状阻燃剂21和含溴树脂22可以使用与实施方式1同样的物质。
发泡体31可以使用与实施方式3同样的物质。碳纤维基材和连续碳纤维可以使用与实施方式4同样的物质。
纤维增强复合材料的纤维体积含量和厚度与上述实施方式1相同。
与实施方式4的碳纤维增强复合材料的难燃性提高的机理同样，通过构成材料的协同效应，实施方式5的夹层板与现有材料相比可以提高难燃性，可达到与日本的建筑基准法所规定的难燃材料基准相当的程度。
如上所述，根据实施方式5，能够利用简便的工艺以低成本得到具有高难燃性、同时轻量、但具有与金属匹敌的高刚性和强度的夹层板。实施方式5的夹层板具有与金属匹敌的高刚性和强度，而且可以达到与日本的建筑基准法所规定的难燃材料基准相当的程度，因此可以适合用于电梯用构成部件、特别是电梯轿厢。
实施方式6.
该实施方式中，对采用了实施方式4中制作的碳纤维增强复合材料的电梯的轿厢(轿厢室和轿厢架)进行说明。
参照图9～12对将上述碳纤维增强复合材料适用于电梯的轿厢室或轿厢架的构成部件(轿厢用构成部件)的电梯的轿厢进行说明。
如图9所示，电梯的轿厢具备容纳人或物等的轿厢室61、用于人等出入的轿厢门62和轿厢架63。如图10所示，轿厢架63是为了增强轿厢室61而设置的。碳纤维增强复合材料可以特别地用于轿厢架63的整体或者斜撑63a(支撑部)等的一部分。
另外，如图11所示，碳纤维增强复合材料还可以用于作为轿厢室61的地板、天花板、侧板和背板适用的电梯用板61a。另外，也可以将碳纤维增强复合材料用作电梯用板的构成材料的一部分。例如，在图12所示的现有的电梯板中，作为粘合于金属制的表板64的背面的增强材料65，可以使用碳纤维增强复合材料。
在使用了上述碳纤维增强复合材料的电梯的轿厢用部件中，可以确实地维持充分的强度，不逊色于现有材料。具体地说，关于以单位重量的强度表示的比强度(相对表示)，碳纤维增强复合材料约为5，与此相对，铁约为0.5、铝约为0.8，若为同样的结构，则可以使其重量减轻至现有的电梯用板的重量的例如1/6～1/10。
在将碳纤维增强复合材料用作电梯的轿厢用部件的情况下，可以制作惯性小、运转的控制容易的电梯的轿厢，可以实现电机容量的小型化等电梯系统整体的小型化。另外，可以满足日本的建筑基准法施行令第108条的2中规定的上述条件。此外，通过电梯轿厢的轻量化，可以实现安装作业的省力化。
需要说明的是，实施方式6中，举例对于将碳纤维增强复合材料应用于电梯的电梯轿厢用部件的情况进行了说明，但实施方式4的碳纤维增强复合材料的用途不限定于此。
实施方式7.
对将实施方式3和5中制作的夹层板适用于电梯的轿厢室或轿厢架的构成部件(轿厢用部件)的电梯的轿厢进行说明。例如如图11所示，夹层板可以用于作为轿厢室61的地板、天花板、侧板和背板适用的电梯用板61a。需要说明的是，可以在地板、天花板、侧板和背板中的至少之一中应用夹层板。
对于冲击力，在应用了上述夹层板的电梯用板中，可以确实地维持充分的强度和小的挠性，不逊色于由金属板制作的现有的电梯用板。另外，可以将其重量减轻至现有的电梯用板的重量(在铁制时为约36kg、在混合铝时为约20kg)的例如1/3～1/5(CFRP夹层板时为约7kg)。
另外，在将夹层板用作电梯的轿厢用部件的情况下，可以制作惯性小、运转控制容易的电梯的轿厢，可以实现马达容量的小型化等电梯系统整体的小型化。另外，可以满足日本的建筑基准法施行令第108条的2中规定的上述条件。
需要说明的是，实施方式7中，举例对于将夹层板适用于电梯的轿厢用部件的情况进行了说明，但实施方式3和5的夹层板的用途不限定于此。
需要说明的是，实施方式6和7中，列举了电梯的轿厢用部件作为应用例，但本发明的纤维增强复合材料和夹层板也可以适用于电器产品、建筑产品、机械产品等各种领域。
另外，实施方式7中，作为夹层板，举例说明了适用于电梯用板的夹层板。但是，作为夹层板，不限于电梯用板，例如还可以用作人造卫星的结构体等。
另外，对本发明的纤维增强复合材料和夹层板来说，关于难燃性的基准，其以最高水平的难燃性作为目标，但是，对于适用于一般的电器产品的UL94所规定的难燃标准V0，其能够轻松满足V0水平，具有高难燃性，因此在需要高度的难燃性的用途中极其有用。
实施例
关于本发明的纤维增强复合材料，下面举出实施例来具体说明。需要说明的是，本发明并不被这些实施例所限定。
实施例1～5和比较例1～6的纤维增强复合材料使用下述的材料和图1所示的制造装置进行制作。需要说明的是，各粉末状阻燃剂的平均粒径为制造商商品目录值。
<使用材料>
树脂1：溴化环氧丙烯酸酯树脂(Japan U-pica.co.ltd制造NEOPOL(注册商标)8197、溴含量25～27重量％)
树脂2：溴化不饱和聚酯树脂(Japan U-pica.co.ltd制造FLH-350R、溴含量11重量％)
树脂3：环氧丙烯酸酯树脂(昭和电工株式会社制造Ripoxy(注册商标)R806)
粉末状阻燃剂1：氢氧化铝(昭和电工株式会社制造HP-360、平均粒径2.7μm)
粉末状阻燃剂2：三氧化锑(第一工业制造药株式会社制造AN-800(T)、平均粒径1.25μm)
粉末状阻燃剂3：氢氧化铝(昭和电工株式会社制造HP-360(粉碎加工品)、平均粒径0.05μm)
粉末状阻燃剂4：氢氧化铝(日本轻金属株式会社制造B52、平均粒径55μm)
固化剂1：有机过氧化物(化药AKZO株式会社制造328E)
固化剂2：过氧化甲基乙基酮·邻苯二甲酸二甲酯溶液(日油株式会社制造Permek(注册商标)N、浓度55重量％)
固化促进剂：辛烯酸钴溶液(昭和电工株式会社制造钴O、金属8重量％)
纤维基材1：碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)布T700S-12000、众数0.5～0.6mm2、开口率1.0％)
纤维基材2：碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)布T300-3000、众数0.2～0.25mm2、开口率6.2％)
纤维基材3：使用碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)T700S平织而成、众数2.5～3.0mm2、开口率0.1％)
纤维基材4：使用碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)T700S平织而成、众数0.03～0.05mm2、开口率6.5％)
纤维基材5：使用碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)T700S平织而成、众数0.10～0.15mm2、开口率9.5％)
纤维基材6：使用碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)T700S平织而成、众数0.01～0.03mm2、开口率0.05％)
纤维基材7：使用碳纤维平织布(东丽株式会社制造TORAYCA(注册商标)T700S平织而成、众数3.1～3.5mm2、开口率13％)
[实施例1]
将层积8片(ply)纤维基材1而成的纤维结构体配置于成型模具上，在其上依次配置脱模用片和树脂扩散用片。用密闭用膜对它们进行覆盖，用密封材料堵住密闭用膜与成型模具之间的间隙，使其完全密闭，用真空泵对密闭的空间内进行减压。之后，将相对于100重量份的树脂1添加有25重量份的粉末状阻燃剂1、6重量份的粉末状阻燃剂2、1重量份的固化剂1和0.2重量份的固化促进剂的树脂组合物从树脂注入口注入减压后的密闭空间内，使其渗入纤维结构体中。在室温经过2小时，确认树脂固化后，除去密闭用膜，将纤维增强复合材料取出。为了使其完全固化，在80℃静置2小时、在100℃静置2小时以及在120℃静置2小时，得到实施例1的纤维增强复合材料。
[实施例2]
将层积12片(ply)纤维基材1而成的纤维结构体配置于成型模具上，在其上依次配置脱模用片和树脂扩散用片。用密闭用膜对它们进行覆盖，用密封材料堵住密闭用膜与成型模具之间的间隙，使其完全密闭，用真空泵对密闭的空间内进行减压。之后，将相对于100重量份的树脂1添加有25重量份的粉末状阻燃剂1、6重量份的粉末状阻燃剂2、1重量份的固化剂1和0.2重量份的固化促进剂的树脂组合物从树脂注入口注入减压后的密闭空间内，使其渗入纤维结构体中。在室温经过2小时，确认树脂固化后，除去密闭用膜，将纤维增强复合材料取出。为了使其完全固化，在80℃静置2小时、在100℃静置2小时以及在120℃静置2小时，得到实施例2的纤维增强复合材料。
[实施例3]
使用纤维基材3来代替纤维基材1，除此以外与实施例1同样地进行，得到实施例3的纤维增强复合材料。
[实施例4]
使用纤维基材4来代替纤维基材1，除此以外与实施例1同样地进行，得到实施例4的纤维增强复合材料。
[实施例5]
使用纤维基材5来代替纤维基材1，除此以外与实施例1同样地进行，得到实施例5的纤维增强复合材料。
[比较例1]
使用纤维基材2来代替纤维基材1，使用树脂3来代替树脂1，并且不添加粉末状阻燃剂1和粉末状阻燃剂2，除此以外与实施例2同样地进行，得到比较例1的纤维增强复合材料。
[比较例2]
使用纤维基材2来代替纤维基材1，并且不添加粉末状阻燃剂1和粉末状阻燃剂2，除此以外与实施例2同样地进行，得到比较例2的纤维增强复合材料。
[比较例3]
使用纤维基材6来代替纤维基材1，除此以外与实施例1同样地进行，得到比较例3的纤维增强复合材料。
[比较例4]
使用纤维基材7来代替纤维基材1，除此以外与实施例1同样地进行，得到比较例4的纤维增强复合材料。
[比较例5]
使用粉末状阻燃剂3来代替粉末状阻燃剂1，除此以外与实施例1同样地进行，得到比较例5的纤维增强复合材料。
[比较例6]
使用粉末状阻燃剂4来代替粉末状阻燃剂1，打算与实施例1同样地制作纤维增强复合材料，结果树脂的渗入不充分，无法成型。
<难燃性评价>
在依据日本的建筑基准法的难燃性试验中，实施了使用锥形量热仪的放热性试验。在放热性试验中，依据日本的建筑基准法施行令第108条的2中规定的放热性试验，对于试验体1片的长度为100mm的试验体，以辐射强度50kW/m2、试验时间5分钟的各条件进行试验，计测最大放热速度和总放热量。
放热性试验的合格与否的判定基准如下。
最大放热速度：继续10秒以上不超过200kW/m2
总放热量：为8MJ/m2以下
其他：不存在防火上有害的贯通至背面的龟裂和孔
将难燃性的评价结果示于表1和2。
[表1]
[表2]
与未添加粉末状阻燃剂的比较例1和2相比可知：实施例1～5的纤维增强复合材料的难燃性格外优异。另外实施例1～5的纤维增强复合材料可达到与日本的建筑基准法所规定的难燃材料基准相当的程度。另一方面，使用了开口部的大小的众数或开口率在本发明的范围外的纤维的比较例3和4的纤维增强复合材料、以及使用了平均粒径在本发明的范围外的粉末状阻燃剂的比较例5的纤维增强复合材料的难燃性不充分。
实施例6～9和比较例7～10的夹层板是使用上述材料、作为芯材1的酚醛树脂泡沫(旭化成制造Neoma(注册商标)泡沫、厚度25mm、密度0.040g/cm3)、作为芯材2的酚醛树脂泡沫(旭化成制造Neoma(注册商标)泡沫、密度0.027g/cm3)和图5所示的制造装置制作的。
[实施例6]
准备两个将4片(ply)纤维基材1层积而成的纤维结构体(厚度0.8～1mm)，用这些纤维结构体夹住芯材1的两侧表面，使其配置于成型模具上，在其上依次配置脱模用片和树脂扩散用片。用密闭用膜对它们进行覆盖，用密封材料堵住密闭用膜与成型模具之间的间隙，使其完全密闭，用真空泵对密闭的空间内进行减压。之后，将相对于100重量份的树脂1添加有25重量份的粉末状阻燃剂1、6重量份的粉末状阻燃剂2、1重量份的固化剂1和0.2重量份的固化促进剂的树脂组合物从树脂注入口注入减压后的密闭空间内，使其渗入纤维结构体中。在室温经过2小时，确认树脂固化后，除去密闭用膜，将夹层板取出。为了使其完全固化，在80℃静置2小时、在100℃静置2小时以及在120℃静置2小时，得到实施例6的夹层板。
[实施例7]
使用相对于100重量份的树脂2添加有80重量份的粉末状阻燃剂1、6重量份的粉末状阻燃剂2和1重量份的固化剂2的树脂组合物，除此以外与实施例6同样地进行，将夹层板取出。为了使其完全固化，在40℃静置16小时，得到实施例7的夹层板。
[实施例8]
使用相对于100重量份的树脂1添加有6重量份的粉末状阻燃剂1、2重量份的粉末状阻燃剂2、1重量份的固化剂1和0.2重量份的固化促进剂的树脂组合物，除此以外与实施例6同样地进行，得到实施例8的夹层板。
[实施例9]
使用纤维基材2来代替纤维基材1，且使用芯材2来代替芯材1，除此以外与实施例6同样地进行，得到实施例9的夹层板。
[比较例7]
使用纤维基材2来代替纤维基材1，且不添加粉末状阻燃剂1和粉末状阻燃剂2，除此以外与实施例6同样地进行，得到比较例7的夹层板。
[比较例8]
使用纤维基材2来代替纤维基材1，且使用相对于100重量份的树脂2添加有1重量份的固化剂2的树脂组合物，除此以外与实施例6同样地进行，将夹层板取出。为了使其完全固化，在40℃静置16小时，得到比较例8的夹层板。
[比较例9]
使用相对于100重量份的树脂3添加有35重量份的粉末状阻燃剂1、1重量份的固化剂1和0.2重量份的固化促进剂的树脂组合物，除此以外与实施例6同样地进行，得到比较例9的夹层板。
[比较例10]
准备两个将4片(ply)纤维基材2层积而成的纤维结构体(厚度0.8～1mm)，用这些纤维结构体夹住芯材1的两侧表面，利用手工涂敷法在其中渗入相对于100重量份的树脂1添加有6重量份的粉末状阻燃剂2、1重量份的固化剂1和0.2重量份的固化促进剂的树脂组合物。为了使树脂完全固化，在80℃静置2小时、在100℃静置2小时以及在120℃静置2小时，得到比较例10的夹层板。
将难燃性的评价结果示于表3和4。
[表3]
[表4]
与未添加粉末状阻燃剂的比较例7和8相比可知：实施例6～9的夹层板的难燃性格外优异。另外实施例6～9的夹层板可达到与日本的建筑基准法所规定的难燃材料基准相当的程度。由实施例6与实施例8的比较可知，即使在粉末状阻燃剂的添加量少的实施例8中，总放热量和最大放热速度也被抑制为较低，粉末状阻燃剂的集中存在所引起的效果显著地呈现。另一方面，可知未使用含溴树脂的比较例9的夹层板、以及未使用氢氧化铝的比较例10的夹层板的难燃性不充分。
符号说明
10纤维结构体、11成型模具、12a第1树脂扩散用片、12b第2树脂扩散用片、13a第1脱模用片、13b第2脱模用片、14密闭用膜、15密封材料、16真空泵、17树脂罐、18树脂注入口、19排气口、21粉末状阻燃剂、22含溴树脂、31发泡体、51接合剂、52碳纤维增强复合材料、61轿厢室、61a电梯用板、62轿厢门、63轿厢架、63a斜撑、64表板、65增强材料。

Claims (9)

1.一种纤维增强复合材料的制造方法，该纤维增强复合材料的制造方法包括：利用真空压力与大气压的差压使树脂渗入纤维结构体后，使树脂固化，
其中，从纤维结构体的表面方向渗入粉末状阻燃剂与含溴树脂的混合物，使粉末状阻燃剂集中存在于纤维结构体的表层，所述粉末状阻燃剂包含选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种且平均粒径在0.1～20μm的范围，所述纤维结构体中由纤维围出的各个开口部的大小的众数在0.03～3mm2的范围且开口率在0.1～10％的范围。
2.一种纤维增强复合材料的制造方法，该纤维增强复合材料的制造方法包括：利用真空压力与大气压的差压使树脂渗入纤维结构体后，使树脂固化，
其中，从将连续纤维缠绕到成型模具上得到的纤维结构体的表面方向渗入粉末状阻燃剂与含溴树脂的混合物，从而使粉末状阻燃剂集中存在于纤维结构体的表层，所述粉末状阻燃剂包含选自氢氧化铝和氢氧化镁中的至少一种且平均粒径在0.1～20μm的范围。
3.如权利要求1所述的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：将纤维结构体层积到经脱模处理的成型模具上的步骤；将脱模用片和树脂扩散用片依次层积到所层积的纤维结构体上的步骤；利用密闭用膜覆盖由纤维结构体、树脂扩散用片和脱模用片构成的层积体而与外部气体隔离的步骤；对密闭用膜内的空气进行抽真空的步骤；使粉末状阻燃剂与含溴树脂的混合物通过脱模用片和树脂扩散用片而注入密闭用膜内，使其渗入纤维结构体中的步骤；使含溴树脂固化的步骤；和将脱模用片与树脂扩散用片一起剥离的步骤。
4.如权利要求1所述的纤维增强复合材料的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：将结构体设置于经脱模处理的成型模具上的步骤，所述结构体是用纤维结构体夹住由发泡体构成的芯材的两侧表面而成的；将脱模用片和树脂扩散用片依次层积到所设置的结构体上的步骤；利用密闭用膜覆盖由结构体、树脂扩散用片和脱模用片构成的层积体而与外部气体隔离的步骤；对密闭用膜内的空气进行抽真空的步骤；使粉末状阻燃剂与含溴树脂的混合物通过脱模用片和树脂扩散用片而注入密闭用膜内，使其渗入纤维结构体中的步骤；使含溴树脂固化的步骤；和将脱模用片与树脂扩散用片一起剥离的步骤。
5.一种纤维增强复合材料，其特征在于，其为利用权利要求1～4中任一项所述的方法制造的纤维增强复合材料，所述纤维结构体包含碳纤维。
6.如权利要求5所述的纤维增强复合材料，其特征在于，所述含溴树脂包含选自溴化不饱和聚酯树脂和溴化环氧丙烯酸酯树脂中的至少一种。
7.如权利要求5所述的纤维增强复合材料，其特征在于，所述粉末状阻燃剂进一步包含选自三氧化锑和硼酸锌中的至少一种。
8.一种电梯用构成部件，其特征在于，其使用了权利要求5所述的纤维增强复合材料。
9.一种电梯轿厢，其特征在于，其使用了权利要求5所述的纤维增强复合材料。
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