JP2016159615A - 加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】 炭素繊維織物独特の質感を生かしつつ、金属の光沢感の高いカラーパターンが演出可能であり、様々な色調や偏光加飾が可能な加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品を提供する。【解決手段】 炭素繊維を含む繊維織物１の表面に、金属化合物薄膜２が配設されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品に関するものである。

従来、炭素繊維は、金属代替や軽量化、高剛性を具現化するために、複合材料における強化繊維として、航空機や自動車のボディー、ゴルフクラブシャフト、釣竿等に用いられている。

このような炭素繊維を用いた成形品は、一般的に、炭素繊維を織物とし、これに熱硬化性樹脂等を含浸させた後に硬化させることで製造されており、炭素繊維の織物の織目が外観として成形品の表面に露出する独特なデザイン性を有している。

しかしながら、上記のような炭素繊維を用いた成形品では、炭素繊維自体の色が黒色であるため、通常は製品全体が黒色となり、単調な色調となっていた。

そこで、炭素繊維を用いた成形品にデザイン性を付与する方法として、従来より、炭素繊維の織り方を変化させたり、炭素繊維以外の着色繊維と混織する方法、また、織物に含浸させる樹脂に着色をしたり、ラメ等の金属粉を含有させる方法、さらに、成形品とした後に、その表面に塗料や光輝材を塗布する方法等が試みられている。

しかしながら、炭素繊維の織り方を変化させる方法では、織目が変化するだけで、色調は黒色のままであり、単調な色調の問題は解決されず、また、炭素繊維以外の着色繊維と混織する方法では、炭素繊維以外の繊維の色とのバランスは演出できるが、炭素繊維は黒色のままであるため、大きくデザイン性を変化させることはできなかった。

また、織物に含浸させる樹脂に着色をしたり、ラメ等の金属粉を含有させる方法では、炭素繊維の黒色により、全体の色調がくすんでしまい、樹脂にラメ等の金属粉を含有させる場合には、粒子感が目立ち、高級感が損なわれるといった問題があった。

そしてまた、成形品とした後に、その表面に塗料や光輝材を塗布する方法では、繊維の織物のパターンが消えてしまうため、炭素繊維を使用していることを視覚的に訴えることができないという問題があった。

近年では、このような問題点に対し、炭素繊維を束ねるために用いられるサイジング剤に着色をすることにより、炭素繊維自体に着色して、織目模様等の意匠性と発色効果を同時に発現させた着色炭素繊維が提案されてもいる（特許文献１を参照）。

特開２０１０−２２９５８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の着色炭素繊維においては、炭素繊維自体の着色は可能ではあるものの、炭素繊維の黒色がくすんだり、また、金属調の光沢感を有する成形品とすることは困難であった。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、炭素繊維織物独特の質感を生かしつつ、金属調の光沢感を有し、また、様々な色調や、さらには偏光加飾も可能な新しい加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品を提供することを課題としている。

即ち、本発明の加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品は以下のことを特徴としている。

本発明の加飾成形用材料は、炭素繊維を含む繊維織物の表面に、金属化合物薄膜が配設されていることを特徴とする。

また、この加飾成形用材料においては、前記金属化合物薄膜が２層以上積層されていることが好ましい。

また、前記金属化合物薄膜が誘電体薄膜であることが好ましい。

また、前記誘電体薄膜が物理蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されたものであることが好ましい。

さらには、前記加飾成形用材料に、熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグとしたことが好ましい。

また、本発明の加飾成形品は、前記加飾成形用材料を樹脂フィルムに挟み、接着又は熱融着させたことを特徴とする。

また、本発明の加飾成形品は、前記加飾成形用材料を用いて繊維強化プラスチックに成形したことを特徴とする。

本発明の加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品によれば、炭素繊維織物独特の質感を生かしつつ、金属調の光沢感を有し、また、様々な色調や偏光加飾を可能とすることができる。

（ａ）は本発明の蒸着による加飾成形用材料の製造工程を示す概略図であり、（ｂ）は加飾成形用材料を透明樹脂フィルムに挟んで熱融着する加飾成形品の製造工程を示す概略図である。 色調を決定するための各色の波長を示すグラフである。 実施例で用いた加飾成形品の製造方法を示す概略分解斜視図である。 実施例で作製した樹脂成形品の写真である。

本発明の加飾成形用材料は、前記のとおり、炭素繊維を含む繊維織物の表面に、金属化合物薄膜が配設されているものであるが、以下に、その一実施形態について説明する。

本発明の加飾成形用材料で用いる基材の繊維織物は、少なくともその一部に炭素繊維を含む繊維織物、又は炭素繊維のみからなる炭素繊維織物である。炭素繊維としては、通常、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）成形品に用いられる炭素繊維であれば特に制限なく用いることができ、例えば、炭素繊維のフィラメントを扁平に束ねた開繊糸を収束させたものを挙げることができる。また、炭素繊維の開繊糸は、サイジング剤を用いて集束させたものを用いることができる。

炭素繊維以外に各種の繊維を併用してもよく、これらの繊維としては、その種類に特に制限はなく、例えば、ガラス繊維、ポリアミド繊維、その他一般的な化学繊維、天然繊維等を挙げることができる。これらの繊維は、例えば、炭素繊維とともに平織、綾織等にした繊維織物として用いることができる。なお、各種繊維を併用する場合には、炭素繊維の特徴を生かすためには、通常は、体積比として３０％以上、より好ましくは５０％以上を炭素繊維が占めるものとする。また、炭素繊維のみを平織、綾織等の繊維織物としたものを用いてもよい。

本発明の加飾成形用材料は、上記の繊維織物の表面に金属化合物薄膜を一体的に配設して加飾したものである。金属化合物薄膜としては、各種の色調や光学的色調効果を具現化するものが好ましく用いられる。例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ａｌ−Ｏ−Ｎ、ＴｉＮ、Ｔｉ−Ｏ−Ｎ等からなる金属化合物薄膜、あるいはこれらの混合金属化合物薄膜を挙げることができる。これらの金属化合物薄膜は、いずれか１種を単層で形成したり、あるいは２種以上を積層した多層膜として形成することができる。

繊維織物の表面に金属化合物薄膜を形成することにより、炭素繊維の黒色の上に金属調の加飾を施すことが可能となる。また、反射光の波長が異なる２種以上の金属化合物薄膜を少なくとも２層以上積層することにより、見る角度によって色調が変化する加飾とすることができる。

繊維織物を構成する炭素繊維は、極細の炭素繊維フィラメントを複数本扁平に集束したものであるため、炭素繊維フィラメント一本一本による微細凹凸が形成されている。この微細凹凸表面に、反射光の波長が異なる２種以上の金属化合物薄膜を２層以上積層することにより、見る角度によって炭素繊維の色調が変化する炭素繊維織物独特の質感を生かした加飾成形用材料とすることができる。炭素繊維以外の繊維を併用する場合にも同様である。

金属化合物薄膜の配設方法は、繊維織物の表面に金属化合物薄膜の成膜が可能な方法であれば特に制限されるものではなく、例えば、蒸着法（プラズマ蒸着法等、真空蒸着法（ＥＢ蒸着法、イオンプレーティング法、ＩＡＤ法）、スパッタリング法（反応性スパッタリング法、ＲＦスパッタリング法）等の成膜方法を挙げることができる。これらの中でも、均一に安定した膜厚の薄膜が形成できることから蒸着法を用いることが好ましい。図１（ａ）には、蒸着による加飾成形用材料の製造工程を例示している。

蒸着法による金属化合物薄膜２の成膜は、基材となる繊維織物１の少なくとも片面を被蒸着面として成膜を行う。

繊維織物１の被蒸着面に対して施す蒸着法としては、通常公知の蒸着による種々の成膜法を採用することができ、これらの成膜法としては、例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）等を挙げることができる。

これらの中でも、繊維織物１の被蒸着面への均一な膜厚制御の観点から物理蒸着法（ＰＶＤ法）のスパッタリング法を好適に用いることができる。

本発明において蒸着を行う場合、成膜の原料となるターゲット４は目的とする加飾の色調に応じて適宜選択が可能であり、成膜後の膜の反射光が３８０〜７８０ｎｍの波長の範囲となるターゲット４を用いる。ターゲット４としては、目的とする金属化合物薄膜２と同種の金属化合物であってもよいし、金属化合物を構成する金属であってもよい。後者の場合には、蒸着の雰囲気として前記金属化合物を構成するガス、例えば、酸素、窒素等を用いればよい。同一又は同種の金属化合物をターゲットとする場合には、例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３等の１種、又は２種以上を混合したターゲット４を挙げることができる。蒸着の雰囲気は減圧下に導入したアルゴン、ヘリウム等とするか、これらに酸素を共存させてもよい。

なお、成膜後の色調は、成膜後の膜の厚さや膜の反射光の波長により異なるものであり、目的とする加飾の色調を考慮してターゲット４や雰囲気を選択する必要がある。

即ち、本発明の加飾成形用材料３の加飾は、繊維織物１表面に直接色素等を塗装して加飾したものとは異なり、蒸着するターゲット４や雰囲気の種類を選択的に用いることにより、成膜後の膜の反射光の波長を決定し、所望の色調で且つ、金属調の加飾を実現するものである。

繊維織物１表面に成膜する金属化合物薄膜２の膜厚は、特に制限されるものではないが、通常０．１〜１．０μｍ程度が考慮される。

さらに本発明の加飾成形用材料３では、反射光の波長が異なる膜となるターゲット４を複数種類用いて、ぞれぞれのターゲット４により成膜して積層し、その層構成や膜厚を適宜調整することにより、金属化合物薄膜２としての誘電体薄膜によりさらに複雑な色調の加飾とすることができる。

即ち、成膜後の反射光の波長が短い紫色系と波長が長い赤色系の膜となるターゲット４を組み合わせて誘電体多層膜とすることにより、所望の色調とすることが可能となる。

各色調の代表的な反射特性は図２に示すような波長となっており、目的の色調の波長となるようにターゲット４を選択して成膜して積層すればよい。

具体的には、ターゲット４としてＳｉＯ_２やＭｇＦ_２等の低反射波長材料とＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５等の高反射波長材料のターゲット４を選択的に用いて積層することで反射光の波長を調整することが可能となる。

例えば、青系の色調を再現したい場合、約４６０〜４７０ｎｍの波長となるように層構成を計算して成膜して積層する。

なお、波長の異なる複数の層構成とする場合の層数及び層構成に関しては特に制限はなく、本発明の効果を奏する層数及び層構成を適宜設定することができる。層数としては、例えば、３〜９層、好ましくは４〜８層、より好ましくは６層に設定することができる。通常、層数を増加させることにより反射ピークが高くなり、明度が高くなる傾向がある。

また、このように波長の異なる複数の層構成とすることにより、膜に入射した光が波長の異なる各層でそれぞれ異なった波長で反射されることから、見る方向により色調が変化する加飾とすることが可能となる。さらに、炭素繊維のフィラメントによる微細凹凸により、さらに複雑な反射が起こり、複雑に色調が変化する加飾成形用材料３とすることができる。

なお、上記繊維織物１に対する金属化合物薄膜２の成膜は、化粧面とする一方の面のみでもよく、繊維織物１の両面に成膜してもよい。また、繊維織物１に金属化合物薄膜２を成膜する前段階に、アニール処理等の前処理を施すことができる。アニール処理を施すことにより、繊維織物１の歪みを解消することができ、繊維織物１の織目模様が整った加飾成形用材料３とすることができる。

本発明の加飾成形用材料３では、繊維織物１における炭素繊維以外の繊維を適宜選択することによっても加飾成形用材料３全体の印象を調整することが可能である。例えば、炭素繊維以外の繊維をガラス繊維とすることにより、繊維織物１の炭素繊維以外の部分は明るく透明性を有する加飾とすることができる。また、炭素繊維以外の繊維をポリイミド繊維とすることにより、炭素繊維以外の部分をベースが黄色系の加飾とすることができる。

本発明の加飾成形用材料３は、加飾した繊維織物１そのものを加飾成形用材料３として用いることができるが、これに、熱硬化性樹脂を含浸させて、半硬化状態にした成形用中間材料のプリプレグとすることもできる。プリプレグとする場合に含浸させる熱硬化性樹脂としては、通常公知の熱硬化性樹脂を用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を挙げることができる。

本発明の加飾成形用材料３を用いて製造する加飾成形品としては、透明樹脂フィルムに挟んで熱融着してシート状に成形したり、加飾成形用材料３に樹脂を含浸した後、また、予め樹脂を含浸させたプリプレグを用いて、金型により加熱加圧形成して加飾成形品を製造することができる。

図１（ｂ）には、加飾成形用材料３を透明樹脂フィルム５に挟んで熱融着する加飾成形品６の製造工程を例示している。

加飾成形用材料３を透明樹脂フィルム５に挟んでシート状の成形品にする場合には、加飾成形材料３の１枚を単層で挟み込んで接着したり、加熱加圧して熱融して成形することができ、また、厚さやコシを調整するために加飾成形用材料３の金属化合物薄膜２を成膜した面を最上面にして多層にしたり、他のシート状材料と積層して成形することもできる。

加飾成形用材料３を挟み込む透明樹脂フィルム５としては特に制限はなく、例えば、ポリウレタン、アクリル、ポリエステル、ポリカーボネート、塩化ビニル、スチロール等を挙げることができる。また、透明樹脂フィルム５と加飾成形用材料３を接着する場合には、透明性を有する接着剤を用いるのが望ましい。

加飾成形用材料３に樹脂を含浸した後、また、予め樹脂を含浸させたプリプレグを用いて形成する場合には、通常、繊維強化性プラスチック（ＦＲＰ）を製造する工程を採用することができる。

加飾成形用材料３に含浸させる樹脂としては、通常公知の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いることができ、熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリプロピレン樹脂等を挙げることができ、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることができる。

また、上記樹脂を含浸させた加飾成形用材料３は、加飾成形用材料３を積層したものを、また、他の成形材料に積層したものを金型のキャビティ内に載置して、加熱加圧成形することにより加飾成形品６を製造することができる。

以上、本発明を説明したが、本発明は上記の条件に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。

例えば、本発明の加飾成形用材料３では、繊維織物１の表面に金属化合物薄膜２を形成することのみを説明したが、金属化合物薄膜２の表面に、追加の加飾としてラメ等の金属粉を含有した樹脂薄膜を形成させたり、模様を形成させたりすることもできる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

加飾成形用材料の基材として、炭素繊維のみからなる繊維織物（三菱レイヨン社製、３Ｋ（3,000フィラメントCFトウ）、平織、無サイジング、１層）を用いた。

この繊維織物を９０℃、１５分間の条件でアニール処理した後、スパッタリング装置にセットして、蒸着開始真空度４．００×１０^−０３Ｐａ、蒸着成膜中真空度８．００×１０^−０３Ｐａの条件で、表１に示すターゲットを用いて、Ａｒ（アルゴン）雰囲気下において、それぞれの層の膜厚で６層構成となるように、繊維織物の上面に向けて一方向から蒸着して積層し、繊維織物表面に加飾を行った。

層は、繊維織物と接する層を第１層として順次上に積層して６層の構成とした。

上記の条件で加飾した加飾成形用材料の表面は、赤金系の色調の加飾が施され、斜めから見ると赤紫系の色調に変色する加飾とすることができた。

次に、図３に示すように、この加飾成形用材料３を、厚さ０．３ｍｍの透明樹脂フィルム５としての透明ポリウレタンシートに挟み込み、鏡面仕上げした上金型７１と下金型７２の間に載置して、成形温度１８０℃、成形圧力２０Ｋｇｆ／ｃｍ^２、成形時間６０秒の成形条件で、加熱加圧成形してシート状の加飾成形品を作製した。

作製したシート状の加飾成形品は、図４に示すような金属調の光沢を有し、炭素繊維独特の質感を有する意匠性の高い加飾成形品とすることができた。

これにより、本発明によれば、炭素繊維織物独特の質感を生かしつつ、金属調の光沢感を有し、また、様々な色調及び偏光加飾を可能とする加飾成形用材料及びこれを用いた加飾成形品を得られることが確認された。

１ 繊維織物
２ 金属化合物薄膜
３ 加飾成形用材料
４ ターゲット
５ 透明樹脂フィルム
６ 加飾成形品
７１ 上金型
７２ 下金型

Claims (7)

1. 炭素繊維を含む繊維織物の表面に、金属化合物薄膜が配設されていることを特徴とする加飾成形用材料。
2. 前記金属化合物薄膜が２層以上積層されていることを特徴とする請求項１に記載の加飾成形用材料。
3. 前記金属化合物薄膜が誘電体薄膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加飾成形用材料。
4. 前記誘電体薄膜が物理蒸着法（ＰＶＤ法）により配設されていることを特徴とする請求項３に記載の加飾成形用材料。
5. 請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の加飾成形用材料に、熱硬化性樹脂が含浸されてプリプレグとされていることを特徴とする加飾成形用材料。
6. 請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の加飾成形用材料が樹脂フィルムに挟まれ、接着又は熱融着されていることを特徴とする加飾成形品。
7. 請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の加飾成形用材料が用いられて繊維強化プラスチックに成形されていることを特徴とする加飾成形品。