JP2016002723A - 炭素繊維複合材とその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】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所定厚みに形成した炭素繊維複合材と比べ、軽量でかつ耐熱性を有する炭素繊維複合材の提供を目的とする。
【解決手段】イソシアヌレートフォームからなる耐熱性樹脂発泡体11Dの表面にアルミニウム箔からなる金属箔13Dを接着した芯材11Dと、芯材11Dの両面に接着した金属箔13Dの表面に熱プレスで接着したプリプレグ21とで構成し、プリプレグ21Dを、炭素繊維織物にバインダーとしてフェノール樹脂を含浸させて炭素繊維複合材10Dとした。
【選択図】図4

Description

本発明は、炭素繊維複合材とそ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)。
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。
特開2014−77209号公報 特許第4558091号公報
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とその製造方法の提供を目的とする。
請求項1の発明は、芯材にプリプレグが積層されて接着した炭素繊維複合材において、前記芯材は耐熱性樹脂発泡体からなり、前記プリプレグ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ことを特徴とする。
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少なくとも片面に金属箔が接着されており、前記金属箔の表面に前記プリプレグが接着されていることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2において、前記金属箔がアルミニウムからな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、前記耐熱性樹脂発泡体がイソシアヌレート樹脂からなることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1から4の何れか一項において、前記バインダー樹脂がフェノール樹脂であることを特徴とする。
請求項6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1の発明によれば、炭素繊維強化複合材は、芯材が耐熱性樹脂発泡体からなるため、軽量性が良好となり、かつ耐熱性を有するものとなる。
請求項2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、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。
請求項3の発明によれば、金属箔がアルミニウムからなるため、軽量にすることができる。
請求項4の発明によれば、耐熱性樹脂発泡体がイソシアヌレート樹脂からなるため、炭素繊維強化複合材が耐熱性の優れたものとなり、建築分野における軽量構造材としても使用可能になる。
請求項5の発明によれば、バインダー樹脂がフェノール樹脂からなるため、炭素繊維強化複合材が難燃性の良好なものとなる。
請求項6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。
本発明の第1実施形態の炭素繊維強化複合材の断面図である。 本発明の第2実施形態の炭素繊維強化複合材の断面図である。 本発明の第3実施形態の炭素繊維強化複合材の断面図である。 本発明の第4実施形態の炭素繊維強化複合材の断面図である。 本発明の第4実施形態の炭素繊維強化複合材を製造する際の熱プレス装置等の概略断面図である。 本発明の第5実施形態の炭素繊維強化複合材の断面図である。
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実施形態の炭素繊維複合材10A及び図2に示す第2実施形態の炭素繊維複合材10Bについて説明する。
第1実施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実施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/m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実施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実施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/m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/m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。
・実施例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(比重密度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、実施例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。
・実施例2
実施例1においてプリプレグを芯材の両面に積層して実施例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、実施例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7
ポリイミドフォーム(比重0.09、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を用い、該芯材の両面に、実施例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、実施例7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を用い、該芯材の両面に、実施例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、実施例7の炭素繊維複合材(金属箔なし)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を用い、該芯材の両面に、実施例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、実施例7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。
・比較例1
実施例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、実施例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。
実施例2及び実施例4〜9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。
Figure 2016002723
物性を測定した実施例2及び実施例4〜9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実施例では、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、2の炭素繊維複合材は比重が1.0より大であり、実施例1〜7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。
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

Claims (6)

  1. 芯材にプリプレグが積層されて接着した炭素繊維複合材において、
    前記芯材は耐熱性樹脂発泡体からなり、
    前記プリプレグ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ことを特徴とする炭素繊維複合材。
  2. 前記耐熱性樹脂発泡体は少なくとも片面に金属箔が接着されており、
    前記金属箔の表面に前記プリプレグが接着されていることを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維複合材。
  3. 前記金属箔がアルミニウムからなることを特徴とする請求項2に記載の炭素繊維複合材。
  4. 前記耐熱性樹脂発泡体がイソシアヌレート樹脂からな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。
  5. 前記バインダー樹脂がフェノール樹脂であることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の炭素繊維複合材。
  6. 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ことを特徴とする炭素繊維複合材の製造方法。
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