JP2019510868A - セルロースフィラメントおよびフィラーを含む複合材料ならびにこれを作製するための方法 - Google Patents

セルロースフィラメントおよびフィラーを含む複合材料ならびにこれを作製するための方法 Download PDF

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ドリス、ジル
デミュール、ジョゼ
オウランティ、オトマン
ガニエ、ダニエル
グルナグル、ノライル
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エフピーイノベイションズ
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Abstract

本開示は、樹脂と、場合によりセルロースフィラメント（ＣＦ）、フィラーおよび場合により強化繊維を含む少なくとも１種のシートと、を含む複合材料ならびにこれを作製するための方法に関する。この方法は、セルロースフィラメント、フィラーおよび場合により強化繊維を含むシートまたはその積層体に樹脂を含浸させることを含む。複合材料は、場合により少なくとも１種の他のシートを含むことができ、この少なくとも１種の他のシートは、少なくとも１種のシートとは異なっており、木材パルプ、ガラス繊維、天然繊維およびこれらの混合物から選択される繊維を含む。シートは、プリフォームのパネル形態とすることもできる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年４月４日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６２／３１７，９６２号明細書に基づく優先権の利益を主張するものであり、当該明細書全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
本開示は、複合材料およびこれを作製するための方法に関する。例えば、本開示は、樹脂および少なくとも１種のシートを含む複合材料であって、この少なくとも１種のシートは、セルロースフィラメント（ＣＦ）、フィラーおよび場合により強化繊維を含む、複合材料に関する。この複合材料は、場合により、少なくとも１種の他のシートを含むことができ、この少なくとも１種の他のシートは、少なくとも１種のシートとは異なっており、これらに限定されるものではないが、木材パルプ、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、天然繊維およびこれらの混合物から選択される繊維を含む。
一般にフィラーは安価かつ大量に入手可能であることから、例えば、コストを抑えることを目的として材料にフィラーが添加されてきた。しかしながら、フィラーはコストを削減することのみを目的として使用されているわけではない。フィラーは配合物に他の属性を付与することもできる。一例として、フィラーは、例えば、密度の変更、機械的、電気的および／もしくは磁気的性質の調整、難燃性の付与ならびに／または材料の加工性の向上を目的として使用することも可能である。
フィラーは複合材の最も安価な構成要素である場合が多く、そのため、配合者は、例えば、材料の性能を犠牲にすることなくフィラーの含有量を最大限にしようと強く意識することもある。しかし、フィラーは複合材の引張りおよび曲げ特性を損なうことが知られている。
バルク成形用コンパウンド（ＢＭＣ）において、またはシート成形用コンパウンド（ＳＭＣ）等の複合材料積層板においては、例えば、樹脂および強化剤（ガラス繊維等）のブレンド物にＢＭＣまたはＳＭＣの総重量を基準として４０〜６５重量％の無機フィラーが添加されている。
難燃用途においては、難燃効率を高めるために多量のフィラーを使用しなければならないため、複合材へのフィラーの添加は難易度の高い作業であった。このことに起因して、例えば、機械的性質が低下したり、粘度が増大することによって加工がより困難になったりする可能性がある。細かい粒子を使用することによってフィラーの充填量を減らすことは可能であるが、それによって樹脂の粘度が増大することが観測されており、加工性に悪影響が及ぼされる。一例を挙げると、非常に粘性の高い樹脂は、例えば、手積み積層成形（ｈａｎｄ ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、引抜成形、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）および複合材料の作製に一般に用いられる他のプロセスに不利に作用することが判明している（Ｒｏｔｈｏｎ，Ｒ．，Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−Ｆｉｌｌｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（２ｎｄ ｅｄ．），Ｃｈ．６．，Ｓｈｒｅｗｓｂｕｒｙ，ＧＢＲ：Ｓｍｉｔｈｅｒｓ Ｒａｐｒａ ２００３）。
レジントランスファー成形（ＲＴＭ）やインフュージョン成形等の湿式圧縮成形（ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）（ＬＣＭ）法においては、フィラーを樹脂に添加することにより生成した混合物を真空下に繊維マットに圧入（ｉｎｊｅｃｔ）または注入（ｉｎｆｕｓｅ）する。加工中、圧入された液状混合物は、真空下にフローフロントが伝播するに従い空隙と置き換わる。混合物中にフィラーが存在すると加工性が複雑化する傾向にある。その理由は、例えば、フィラーは混合物の粘度を大幅に増大させるため、複合材中のフィラーの分布が不均一になることにある。同様にマットの含浸も不均一になり、ドライスポットやボイドが発生し、それによって機械的性質が低下する。例えば、樹脂の圧入を容易にするためにマット（ガラス繊維マットおよびポリプロピレンフローメディア芯材）および低含有量のフィラー（約２５％）の特定の組合せが用いられている。Ａｎｄｒｅ Ｃ．Ｇ，Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ ｏｎ ＲＴＭ ａｎｄ ＲＴＭ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｏｌｄｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ３０（１４），２０１１。
鉱物系フィラーも、例えば、電気絶縁材料の作製において多量に使用される。例えば、無機フィラーは、硬化後の製造物の物理的特徴、耐湿性、耐熱性および／または熱伝導率を改善するために使用される。例えば、無機フィラーは、硬化後の製造物、例えば、フィラーを使用しなければヒートサイクルによって熱膨張または熱収縮してしまう電気絶縁材料の熱膨張率を低下させるために使用される。一例を挙げると、金属部品（本来熱膨張率が低い）と熱硬化性樹脂（熱膨張率がより高い）との接合部に剥離および亀裂が発生する主な原因は、これら２種の材料の熱膨張率の差である。そのため、樹脂の熱膨張率を有用な値まで低下させるべく比較的多量の無機フィラーが使用される。ところが、フィラー含有量を高くすると、樹脂の粘度が増大することによって流動性が低下し、今度は注型および加圧成形操作が困難になることが知られている。そのため、樹脂に無機粉末を、５０体積％を超える比率で混合することは難題であった。
フィラーを高充填した熱硬化性樹脂配合物の流動性を改善するための公知の方法としては、Ｍｉｃｈｉｏ Ｔｓｕｋｕｉらに付与された米国特許第３，６５８，７５０号明細書（１９７２）に開示されているように、様々なサイズの粉末状無機フィラーを特定の比率で使用するものが挙げられる。レオロジー改質剤も粘度を低下させるために利用されてきた。しかし、例えこれらが加工性の改善に有効であったとしても、例えば、他の所望の特性が悪影響を受ける可能性もある。
したがって、例えば、上に述べた問題のうちの１つに少なくとも部分的に対処することになる複合材料および／もしくはその作製方法、または公知の複合材料および／もしくはその作製方法の代替となる複合材料および／もしくはその作製方法が提供されれば望ましいであろう。
本明細書においては、複合材料にフィラーを添加する新規な方法を開示する。フィラーは複合材にシート形態で添加される。このシートは、セルロースフィラメント、フィラーおよび場合により強化繊維を含む。シートはセルロースフィラメントにより形成され、セルロースフィラメントがフィラーおよび場合により強化繊維と結合することにより、例えば、シート内に全ての構成要素が均一に分布する。
この新規な方法により、例えば、インフュージョン成形における加工上の問題を解消することができ、例えば、フィラー充填量を増加させ、および／またはフィラーを非常に高度に分布させることが可能になる。結果として得られるフィラー含有積層複合材は、例えば、これらに限定されるものではないが、強度、剛性、難燃性、摩耗性、熱膨張性等に関し優れた特性を示すことができる。結果として得られる積層複合材は、例えば、これらに限定されるものではないが、次に示す分野：大量輸送機関用途、自動車用途、建造物用途等のいずれかにおいて、構造用および非構造用複合材料、電気絶縁材料および導電材料ならびに化粧板（ｄｅｃｏｒａｔｉｖｅ ｌａｍｉｎａｔｅ）の上張り（ｏｖｅｒｌａｙ）に使用するのに適している。
従来の湿式圧縮成形（ＬＣＭ）による複合材製造プロセスにおいては、フィラーは圧入前の樹脂に高剪断加工装置を用いて混合される。一般に、フィラーを添加すると樹脂の粘度は増大するため、強化用マットの中に樹脂を圧入および拡散（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）させることが困難になる。このような加工上の問題によって、複合材に添加することができるフィラーの量が制限され、結果として得られる製品に欠陥が生じ易くなる。本開示の方法は、樹脂を含浸させる前に、既にフィラーを、セルロース繊維を基体とするシートの一部にしておくことによって、これらの問題に対処するものである。樹脂およびフィラーが関与する混合段階がなくなるため、フィラーを樹脂マトリックス中に高剪断力で分散させる際にフィラーが損傷するリスクが回避される。
さらに、既にシート形態にあるフィラーは、例えば、樹脂内に浸透することが可能であるため、樹脂は均一かつ容易に染み込むことができる。したがって、もはやフィラーは、例えば、樹脂の圧入または注入時に樹脂の粘度に悪影響を与えることはない。フィラーがシート内に非常に良好に分布することによって、例えば、樹脂／フィラー混合物の圧入時にしばしば発生するフィラーの不均一な分散に関連する問題を解消することもできる。
したがって本開示の方法は、例えば、湿式圧縮成形法（例えば、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）等）を実施する際に直面することの多い加工上の問題を解消することができる。
積層複合材中にシート形態でフィラーを添加する本発明の方法により、最終積層複合材中にフィラーをより多量に（６０重量％まで）添加することも可能になる。
従来のフィラーは、表面積等の好ましくない幾何学的特徴および／または表面の化学組成に起因して、ポリマーの弾性率を幾分上昇させる可能性があるが、一方で引張りや曲げ等の強度特性は変化しないかまたは低下することさえある。ところが、同一のフィラー材料を異なる物理的形態で用いることにより、同一の充填量で著しく異なる結果を得ることができることが示されている（Ｒｏｔｈｏｎ，Ｒ．，Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−Ｆｉｌｌｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ））。本開示の複合材料において、セルロースフィラメントおよびフィラーは、繊維状構成要素およびフィラーが共に高度に分散し、異なる角度で配向し、絡み合う構成をとっている。例えば、表面積が高ければ、樹脂の良好な含浸と、マトリックス、繊維およびフィラー間の効率的な応力伝達とが促されるため、このような特徴は複合材の作製において有用である。したがって、繊維で強化された高充填シートに樹脂を含浸させることにより、樹脂の粘度の問題に対処することと、複合材の加工を容易にすることとに加えて、先に樹脂と混合する段階を経てから作製される従来の複合材よりも有用な機械的性質も付与される。
したがって、本開示の一態様によれば：
場合によりセルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、強化繊維を約０〜約４０％と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
セルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、強化繊維を約０〜約４０％と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
フィラーを約５０〜約９５％と、強化繊維を約０〜約４０％と（百分率は全てフィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
セルロースフィラメント（ＣＦ）を０〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、強化繊維を約０〜約４０％と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
場合によりセルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、場合により強化繊維と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
セルロースフィラメント（ＣＦ）を０〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、場合により強化繊維と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
フィラーを約５０〜約９５％と、場合により強化繊維と（百分率は全てフィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば：
セルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、場合により強化繊維と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料が提供される。
本開示の他の態様によれば、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートに樹脂を含浸させることにより、樹脂を含浸させた複数枚のシートを得ることと；
この樹脂を含浸させた複数枚のシートを積み重ねることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法が提供される。
本開示の他の態様によれば、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートに樹脂を含浸させることにより、樹脂を含浸させた複数枚のシートを得ることと；
複数枚の本開示の少なくとも１種の他のシートに含浸させることにより、樹脂を含浸させた複数枚の他のシートを得ることと；
樹脂を含浸させた複数枚のシートを、樹脂を含浸させた複数枚の他のシートと交互に積み重ねることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法が提供される。
本開示の他の態様によれば、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートを積み重ねることによりシートの積層体を形成することと；
シートの積層体に樹脂を含浸させることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法が提供される。
本開示の他の態様によれば、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートを複数枚の本開示の少なくとも１種の他のシートと交互に積み重ねることによりシートの積層体を形成することと；
シートの積層体に樹脂を含浸させることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法が提供される。
本開示の他の態様によれば、複合材料の作製方法であって：
パネルに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させたパネルを得ることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法が提供される。
本開示の他の態様によれば、複合材料の作製方法であって：
プリフォームに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させたプリフォームを得ることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法が提供される。
本開示は、複合材料およびそれを作製するための方法に関する。例えば、本開示は、フィラーを６０重量％までのより高い充填量で含むことができ、最終複合材料のフィラーの分布が均一である、複合材料に関する。この方法は、フィラーを複合材に添加することに関連する複合材の加工上の問題のうちの１つの少なくとも一部に対処することになり、公知の複合材料および／またはその作製方法の代替的な方法を提供するものである。
例えば、本開示は、樹脂、フィラー、セルロースフィラメント（ＣＦ）ならびにこれらに限定されるものではないが、木材パルプ、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、天然繊維およびこれらの混合物から選択される強化繊維を含む複合材料に関する。本開示は、複合材料にフィラーを、シート、パネルまたはプリフォームの形態で添加することに関する。
フィラー、セルロースフィラメント（ＣＦ）および強化繊維は水性懸濁液中で混合することができ、それに続く製紙プロセスにより、シート形態で（シートの場合、目付は３００ｇ／ｍ２未満）、パネル形態で（シートの目付が３００ｇ／ｍ２を超え、かつ２Ｄ構造の範囲内の場合）およびプリフォーム形態で（パネルが任意の３Ｄ構造を有する場合）提供することができる。
例えば、フィラーをシート形態で添加する方法においては、高い潜在的結合力を有するセルロースフィラメント（ＣＦ）が、フィラーおよび強化繊維と結合することができ、例えば、シート内に全ての構成要素を均一に分布させることができることに起因して、適切な強度を特徴とするこのようなシートを形成することが可能になる。
本開示に関し記載する実施例によれば、例えば、フィラーをパネルまたはプリフォームで添加する方法においては、セルロースフィラメント（ＣＦ）を有していても有していなくても、適切な強度を特徴とするこれらのパネルまたはプリフォームの形成は可能である。強化繊維の潜在的結合力はより低いが、フィラーおよび強化繊維が結合し、例えば、パネルまたはプリフォーム内の全ての構成要素が均一に分布するには十分となり得る。
例えば、複合材料に、フィラーを、３種の形態（シート、パネルおよびプリフォーム）にあるセルロースフィラメント（ＣＦ）および強化繊維に含まれる形で添加することにより、最終複合材中にフィラーを均一に分布させながら６０重量％までの高充填を行うことが可能になると共に、最終複合材中にドライスポットや含浸が不均一なスポットを生じさせることなく、樹脂を良好に含浸させることが可能になる。
以下に示す図面において本開示の様々な実施形態を示すが、これらは例示のみを目的とするものである。
ハンドレイアップ工程、介装（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）工程および圧縮成形工程を含む本開示の実施例による複合材料の作製方法の略図である。 ２種類の石膏添加方式を用いて作製した樹脂／石膏複合材：樹脂に石膏結晶を混合したもの（樹脂＋石膏）ならびに本開示の実施例に従う、樹脂を含浸させた配向セルロースフィラメント（ＣＦ）および圧密化された石膏（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｇｙｐｓｕｍ）から構成される網目（樹脂／ＣＦ／石膏複合材）の、縦方向（ＭＤ）の曲げ弾性率（左側のグラフ）および引張弾性率（右側のグラフ）を示すグラフである。このグラフには樹脂単独（樹脂）の曲げ弾性率および引張弾性率も示している。 ２種類の石膏添加方式を用いて作製した樹脂／石膏複合材：樹脂に石膏結晶を混合したもの（樹脂＋石膏）ならびに本開示の実施例に従う、樹脂を含浸させた配向セルロースフィラメント（ＣＦ）および圧密化石膏から構成される網目（樹脂／ＣＦ／石膏複合材）の、縦方向（ＭＤ）の曲げ応力（左側のグラフ）および引張応力（右側のグラフ）を示すグラフである。このグラフには樹脂単独（樹脂）の曲げ弾性率および引張弾性率も示している。 様々なシート組成（左から順に：１００％北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）；３６％ ＮＢＳＫ、４％ ＣＦおよび３０％石膏；２４．５％ ＮＢＳＫ、５．５％ ＣＦおよび４０％石膏；１３％ ＮＢＳＫ、７％ ＣＦおよび５０％石膏；１５％ ＣＦおよび５５％石膏；９％ ＣＦおよび６１％石膏）で作製した、樹脂を３０％含む本開示の実施例によるエポキシ積層複合材の縦方向（ＭＤ）の引張弾性率を示すグラフである。 本開示の実施例による２種のエポキシ複合材（一方は、５．５％セルロースフィラメント（ＣＦ）、１１．５％北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）、３５％石膏および４８％樹脂を含み（両グラフの左側）、他方は、６％ ＣＦ、８．５％ ＮＢＳＫ、３６．７％石膏および４８．８％樹脂を含み（両グラフの右側）、３種の構成要素（ＮＢＳＫ、ＣＦおよび石膏）を含む単一種のシートを数枚積層するか（両グラフの右側）、または２種類のシート、すなわちＣＦ／石膏シートおよびＮＢＳＫシートを介装するか（両グラフの左側）のいずれかによって作製したもの）の引張応力（図５Ａ）および曲げ応力（図５Ｂ）を比較したグラフである。 パネル複合材および積層複合材の比較、より詳細には、引張応力および曲げ応力（図６Ａ参照）ならびに引張弾性率および曲げ弾性率（図６Ｂ参照）の比較を示すグラフであり、パネルおよび積層複合材は、樹脂を含浸させたセルロースフィラメント（ＣＦ）、ＮＢＳＫおよびＡＴＨを含む。 セルロースフィラメントを含むパネル複合材およびセルロースフィラメントを含まないパネル複合材の比較、より詳細には、引張応力および曲げ応力（図７Ａ参照）ならびに引張弾性率および曲げ弾性率（図７Ｂ参照）の比較を示すグラフであり、パネル複合材は、樹脂を含浸させたＮＢＳＫおよびＡＴＨおよび場合によりセルロースフィラメント（ＣＦ）を含む。
詳細な説明
Ｉ．定義
特段の指定がない限り、本項および他項に記載する定義および実施形態は、当業者が適切であると判断するだろう本明細書に記載する本開示の全ての実施形態および態様に適用可能であることを意図している。
本開示に使用される単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、内容がそうでないことを明確に指示していない限り、複数の指示対象を包含する。例えば、「樹脂（ａ ｒｅｓｉｎ）」を含む実施形態は、１種の樹脂または２種以上のさらなる樹脂を含む特定の態様を提示していると理解すべきである。
「さらなる」または「第２の」構成要素（さらなる樹脂または第２の樹脂等）を含む実施形態において、本明細書に使用される第２の構成要素は、他方の構成要素とも第１構成要素とも異なる。「第３の」構成要素は、他方の構成要素、第１構成要素および第２構成要素とは異なり、さらに列挙される構成要素も「さらなる」構成要素も同様に異なる。
本開示の範囲を理解するに当たり、本明細書において使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語およびその派生語は、明記された特徴、要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）、構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、群、整数および／またはステップの存在を規定するが、明記されていない特徴、要素、構成要素、群、整数および／またはステップの存在を排除しないオープンエンドタームを意図している。上述の内容は、類似の意味を有する語である「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびこれらの派生語等の語にも適用される。本明細書において使用される「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ）」という語およびその派生語は、明記された特徴、要素、構成要素、群、整数および／またはステップの存在を規定し、明記されていない特徴、要素、構成要素、群、整数および／またはステップの存在を排除するクローズドタームを意図している。本明細書において使用される「基本的に〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という語は、明記された特徴、要素、構成要素、群、整数および／またはステップと共に、特徴、要素、構成要素、群、整数および／またはステップの基本的特徴および新規な特徴に実質的に影響を与えないものの存在を規定することを意図している。
本明細書において使用される「約（ａｂｏｕｔ）」や「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」等の程度を表す語は、被修飾語の最終的な結果が有意に変化しないような、妥当な量の逸脱を意味する。この逸脱によって、被修飾語の意味が否定されることにならないのであれば、これらの程度を表す語は、被修飾語の少なくとも±５％または少なくとも±１０％の逸脱を包含すると解釈すべきである。
本明細書において使用される「セルロースフィラメント」または「ＣＦ」およびこれらに類する語は、セルロース繊維から得られる、高アスペクト比を有する、例えば、平均アスペクト比が少なくとも約２００、例えば、平均アスペクト比が約２００〜約５０００であり、平均幅がナノメートル範囲にある、例えば、平均幅が約３０ｎｍ〜約５００ｎｍであり、平均長がマイクロメートル範囲にあるかまたはそれを超える、例えば、平均長が約１０μｍを超える、例えば、平均長が約２００μｍ〜約２ｍｍのフィラメントを指す。一例として、この種のセルロースフィラメントは、機械的手段のみを使用する、例えば、２０１２年１月１９日に出願された米国特許出願公開第２０１３／００１７３９４号明細書に開示されているプロセスにより得ることができる。一例として、この種の方法を用いることにより、例えば、少なくとも約２０重量％の固形分濃度（すなわち濃度（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ））で運転される従来の高濃度叩解機を使用して、化学添加剤を含まず、誘導体化も起こすことなく、セルロースフィラメントが製造される。このような高強度セルロースフィラメントは、例えば、適切な混合条件下に、水または水性スラリー（フィラーの水性スラリー等）中に再分散させることが可能である。例えば、セルロースフィラメントの元になるセルロース繊維は、これらに限定されるものではないが、北部針葉樹晒クラフト（Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｂｌｅａｃｈｅｄ Ｓｏｆｔｗｏｏｄ Ｋｒａｆｔ）（ＮＢＳＫ）等のクラフト繊維から得ることができるが、他の種類の好適な繊維も適用可能であり、その選択は当業者の技術範囲内である。
本明細書において使用される「シート」という語はマットを包含する。
例えば、シートは、パネルまたはプリフォームの形態であってもよい。
例えば、パネルまたはプリフォームは３次元構造を有していてもよい。
本明細書において使用される「フィラー」という語は、単一種のフィラーを包含するのみならず、異なるフィラーの組合せも包含する。
本明細書において使用される「繊維」という語は、単一種の繊維を包含するのみならず、異なる繊維の組合せも包含する。
本明細書において使用される「強化繊維」という語は、単一種の強化繊維を包含するのみならず、異なる強化繊維の組合せも包含する。
ＩＩ．複合材
本開示は：
セルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、強化繊維を約０〜約４０％と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料を含む。
本開示はまた：
セルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、場合により強化繊維と（百分率は全てセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む少なくとも１種のシートと；
樹脂と；
を含む複合材料を含む。
例えば、複合材料は、積層体であってもよい。
例えば、複合材料は、パネルまたはプリフォームであってもよい。
例えば、パネルまたはプリフォームは、３次元構造を有していてもよい。
例えば、少なくとも１種のシートは、樹脂で含浸されていてもよい。
シートは、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として約５％〜約２５重量％の任意の好適な量のセルロースフィラメントを含むことができる。一例として、シートは、セルロースフィラメントを、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として、少なくとも約６重量％、約１０重量％、約１５重量％または約２０重量％（すなわち、セルロースフィラメントを最大約２５重量％まで）含むことができる。一例として、シートは、セルロースフィラメントを、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として、約１２重量％〜約２５重量％、約５重量％〜約１５重量％、約５重量％〜約２０重量％、約８重量％〜約２５重量％または約８重量％〜約２０重量％含むことができる。
シートは、フィラーを、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として約５０重量％〜約９５重量％の任意の好適な量で含むことができる。例えば、シートは、フィラーを、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として少なくとも約５５重量％、約６０重量％、約７０重量％、約８０重量％、約９０重量％または約９２重量％（すなわちフィラーを最大約９５重量％まで）含むことができる。例えば、シートは、フィラーを、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として約５８重量％〜約９５重量％、約６５重量％〜約９０重量％、約８０重量％〜約９２重量％または約７０重量％〜約８５重量％含むことができる。
シートは、強化繊維を含まなくてもよく、または強化繊維を、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として約４０重量％までの任意の好適な量で含むこともできる。例えば、シートは、強化繊維を、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として約１重量％〜約４０重量％、約１重量％〜約３５重量％、約５重量％〜約４０重量％、約７重量％〜約３０重量％、約１０重量％〜約２５重量％または約１５重量％〜約２０重量％含むことができる。
強化繊維は任意の好適な強化繊維とすることができる。例えば、強化繊維は、これらに限定されるものではないが、木質繊維、天然繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびこれらの混合物から選択することができる。例えば、強化繊維はセルロース系繊維とすることができる。例えば、セルロース系繊維はクラフト繊維とすることができる。例えば、クラフト繊維は北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）繊維とすることができる。例えば、天然繊維は、麻、亜麻、ジュートまたはこれらの混合物とすることができる。
例えば、シートは、セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の総重量を基準として、セルロースフィラメントを約１０％〜約１５％と、フィラーを約７０％〜約８０％と、強化繊維を約１５％〜約２５％とを含むことができる。
セルロースフィラメントは任意の好適なセルロースフィラメントとすることができる。例えば、セルロースフィラメントは、Ｈｕａ，Ｘらに帰属する国際公開第２０１２／０９７４４６Ａ１号パンフレット（高アスペクト比セルロースナノフィラメントおよびその製造方法（Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｎａｎｏｆｉｌａｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ））に開示されている方法により製造することができる。一例として、セルロースフィラメントは、平均長を約２００μｍ〜約２ｍｍとすることができる。一例として、セルロースフィラメントは、平均幅を約３０ｎｍ〜約５００ｎｍとすることができる。一例として、セルロースフィラメントは、平均アスペクト比を約２００〜約５０００とすることができる。
フィラーは任意の好適なフィラーとすることができる。当業者であれば、複合材料に特定の属性を付与するために適したフィラーを容易に選択することができる。例えば、フィラーは有機フィラーとすることができる。例えば、フィラーは無機フィラーとすることができる。例えば、フィラーは、硫酸カルシウム、クレイ、炭酸カルシウム、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、水酸化マグネシウム（ＭＤＨ）、中空ガラス微小球、剥離グラファイトナノプレートレット（ｅｘｆｏｌｉａｔｅｄ ｇｒａｐｈｉｔｅ ｎａｎｏ−ｐｌａｔｅｌｅｔ）およびこれらの混合物から選択することができる。例えば、フィラーは、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏまたはこれらの混合物を含むことができる。例えば、フィラーは、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏまたはこれらの混合物から基本的になることができる。例えば、フィラーは、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏまたはこれらの混合物からなることができる。例えば、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏを含むか、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏから基本的になるか、またはＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏからなるシートを得るためには、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏを含むか、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏから基本的になるか、またはＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏからなるシートを、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏを含むか、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏから基本的になるかまたはＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏからなるシートを得るために好適な時間、好適な温度で乾燥させることができる。例えば、シートは約１５０℃で約４時間乾燥させることができる。
シートは任意の好適な手段により作製することができる。例えば、シートは：
セルロースフィラメント、フィラーおよび場合により強化繊維の混合物を含むドライマットを作製すること；
を含む方法により作製することができる。
ドライマットは任意の好適なドライマットとすることができる。例えば、ドライマットは、米国特許出願公開第１４／８７６，２４４号明細書（鉱物系フィラーを含む組成物、パネルおよびシートならびにこれらの製造方法（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｐａｎｅｌｓ ａｎｄ ｓｈｅｅｔｓ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｍｉｎｅｒａｌ ｆｉｌｌｅｒｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ））に開示されているシートおよび／または当該明細書に開示されている方法により作製されるシートとすることができる。例えば、ドライマットは、目付が約６０ｇ／ｍ２〜約２４０ｇ／ｍ２、約１００ｇ／ｍ２〜約３００ｇ／ｍ２、約１５０ｇ／ｍ２〜約３００ｇ／ｍ２、約３００ｇ／ｍ２〜約２０００ｇ／ｍ２、約１５００ｇ／ｍ２〜約４０００ｇ／ｍ２または約３０００ｇ／ｍ２〜約４０００ｇ／ｍ２とすることができる。
例えば、ドライマットは、製紙法等の湿式法（ｗｅｔ ｌａｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）により作製することができる。
例えば、ドライマットは：
任意選択的なセルロースフィラメント、フィラーおよび場合により強化繊維を含む水性懸濁液を、湿潤パッド（ｗｅｔ ｐａｄ）が得られる条件下に濾過することと；
湿潤パッドを、ドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
を含む方法により作製することができる。
例えば、ドライマットは：
任意選択的なセルロースフィラメント、フィラーおよび場合により強化繊維を含む水性懸濁液を、湿潤繊維マットが得られる条件下に脱水することと；
湿潤繊維マットを、水分が除去され、圧搾されたマット（ｐｒｅｓｓｅｄ ｍａｔ）が得られる条件下に圧搾することと；
圧搾されたマットをドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
を含む方法により作製することができる。
例えば、シートは３次元構造を有し：
任意選択的なセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の混合物を含むドライマットを作製すること；
を含む方法により作製され、
このドライマットは：
任意選択的なセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維を含む水性懸濁液を、回転台（ｒｏｔａｔｏｒｙ ｂａｓｅ）上に載置され、湿潤パッドを得るために濾過または脱水を行うための真空吸引系に接続された、３次元構造を有する有孔金型を介して噴霧することと；
湿潤パッドを、ドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
により作製される。
例えば、シートは３次元構造を有し：
任意選択的なセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維の混合物を含むドライマットを作製すること；
を含む方法により作製され、
このドライマットは：
任意選択的なセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維を含む水性懸濁液を、回転台上に載置され、湿潤パッドを得るために濾過または脱水を行うための真空吸引系に接続された、３次元構造を有する有孔金型を介して噴霧することと；
湿潤パッドを、水が除去され、圧搾されたマットが得られる条件下に圧搾することと；
圧搾されたマットをドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
により作製される。
例えば、複合材料は、複数のシートを含む積層材とすることができる。例えば、例えば、複合材は、パネルまたはプリフォームの形態とすることができる。例えば、パネルまたはプリフォームは３次元構造を有することができる。
複合材料は任意の好適な量の樹脂を含むことができる。例えば、複合材料は、樹脂を、複合材料の総重量を基準として約２０重量％〜約７０重量％、約２０重量％〜約５５重量％、約３０重量％〜約６０重量％、約３０重量％〜約４０重量％、約３０重量％〜約３５重量％、約４０重量％〜約６０重量％または約５０重量％含むことができる。
樹脂は任意の好適な樹脂とすることができる。当業者であれば、例えば、完成した複合材料の意図された最終用途に基づき樹脂を容易に選択することができる。一例として、樹脂は、例えば、熱成形により複合材料を製造するために液状熱可塑性樹脂とすることができる。一例として、樹脂は、熱硬化性樹脂とすることができる。例えば、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、スチレンを含まない不飽和ポリエステル樹脂、スチレンを含む不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、水系ポリアクリル樹脂およびこれらの混合物から選択することができる。例えば、熱硬化性樹脂は、低粘度エポキシ樹脂とすることができる。例えば、低粘度エポキシ樹脂は、エポキシド基および反応性不飽和を含む多官能性樹脂とすることができる（例えば、ＥＰＯＮＴＭ ８０２１）。
場合により、樹脂は硬化剤の存在下に硬化される。硬化剤は任意の好適な硬化剤とすることができる。例えば、樹脂はエポキシ樹脂とすることができ、硬化剤は脂肪族アミン硬化剤（例えば、ＥＰＩＫＵＲＥＴＭ ３２３４）とすることができる。例えば、樹脂対硬化剤の比は約１００：２０〜約１００：１２とすることができる。例えば、樹脂対硬化剤の比は約１００：１７〜約１００：１５とすることができる。
例えば、複合材料は、対応する量のフィラーおよび樹脂を混合することを含む方法により作製された複合材の曲げ弾性率よりも高い曲げ弾性率を有することができる。例えば、複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定された曲げ弾性率を少なくとも６、７、８、９または１０ＧＰａとすることができる。
例えば、複合材料は、対応する量のフィラーおよび樹脂を混合することを含む方法により作製された複合材の引張弾性率を超える引張弾性率を有することができる。例えば、複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された引張弾性率を少なくとも３００、５００、８００、１０００または１１００ＭＰａとすることができる。
例えば、複合材料は、対応する量のフィラーおよび樹脂を混合することを含む方法により作製された複合材の曲げ応力を超える曲げ応力を有することができる。例えば、複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定された曲げ応力を少なくとも５０、６０、７０、８０、９０、１００または１１０ＭＰａとすることができる。
例えば、複合材料は、対応する量のフィラーおよび樹脂を混合することを含む方法により作製された複合材の引張応力を超える引張応力を有することができる。例えば、複合材は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された引張応力を少なくとも２０、３０、４０、５０または６０ＭＰａとすることができる。
例えば、複合材料は、少なくとも１種のシートとは異なる少なくとも１種の他のシートをさらに含むことができ、この少なくとも１種の他のシートは、これらに限定されるものではないが、木材パルプ、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、天然繊維およびこれらの混合物から選択される繊維を含む。例えば、天然繊維は、麻、亜麻、ジュートまたはこれらの混合物とすることができる。例えば、少なくとも１種の他のシートはセルロース系繊維を含むことができる。セルロース系繊維は任意の好適なセルロース系繊維とすることができる。例えば、セルロース系繊維はクラフト繊維とすることができる。例えば、クラフト繊維は、北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）繊維とすることができる。例えば、複合材料は、複数枚の本開示の少なくとも１種のシートおよび複数枚の本開示の少なくとも１種の他のシートを含むことができ、シートは、少なくとも１種のシートおよび少なくとも１種の他のシートが交互に現れるように交互に積み重ねられる。
例えば、このシートを交互に含む複合材料は、対応する量の樹脂を含むが強化繊維を含まないシートを含む複合材料の引張弾性率よりも高い引張弾性率を有することができる。例えば、複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された引張弾性率を、少なくとも４、５または６ＧＰａとすることができる。
例えば、複数枚の少なくとも１種のシートに含まれるシートは強化繊維を含まなくてもよく、この複合材料は、複数枚の少なくとも１種の他のシートを含まないが、強化繊維を含む複数のシートを含む対応する複合材料の引張応力と同程度の引張応力を有することができる。例えば、複数枚の少なくとも１種のシートに含まれるシートは強化繊維を含まなくてもよく、この複合材料は、複数枚の少なくとも１種の他のシートを含まないが、強化繊維を含む複数のシートを含む対応する複合材料の曲げ応力と同程度の曲げ応力を有することができる。
複合材料は任意の好適な用途に適用することができる。例えば、複合材料は、構造用複合材、非構造用複合材、電気絶縁材料、導電材料、壁材、装飾用上張り板、耐摩耗性上張り板、建築用パネル、床材、外壁材（ｓｋｉｎ）、大量輸送機関用部品または自動車産業用部品のうちの１種とすることができる。
ＩＩＩ．作製方法
本開示は、複合材料を作製する方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させた複数枚のシートを得ることと；
樹脂を含浸させた複数枚のシートを積み重ねることと；
複合材が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法を含む。
本開示はまた、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させた複数枚のシートを得ることと；
複数枚の本開示の少なくとも１種の他のシートに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させた複数枚の他のシートを得ることと；
樹脂を含浸させた複数枚のシートと、樹脂を含浸させた複数枚の他のシートとを交互に積み重ねることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法も含む。
本開示はまた、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートを積み重ねることによりシートの積層体を形成することと；
シートの積層体に樹脂を含浸させることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法も含む。
本開示はまた、複合材料の作製方法であって：
複数枚の本開示の少なくとも１種のシートを複数枚の本開示の少なくとも１種の他のシートと交互に積み重ねることによりシートの積層体を形成することと；
シートの積層体に樹脂を含浸させることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法も含む。
本開示は、複合材料の作製方法であって：
１枚のパネルに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させたパネルを得ることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法を含む。
本開示はまた、複合材料の作製方法であって：
１個のプリフォームに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させたプリフォームを得ることと；
複合材料が得られる条件下に樹脂を硬化させることと；
を含む方法も含む。
複数のシートまたはシートの積層体に含浸させ、硬化させるための方法は、任意の好適な方法とすることができ、その選択は当業者が行うことができる。例えば、複合材料を製造するために用いられる方法には、ハンドレイアップ法、Ｂステージプリプレグを使用するプロセス（Ｂ−ｓｔａｇｅ ｐｒｅ−ｐｒｅｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）、バキュームインフュージョン、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、熱成形、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）および圧縮成形を含むことができる。例えば、本開示方法が、含浸と、それに続く積層と、それに続く硬化とを含む場合、この方法は、ハンドレイアップ法、熱成形またはＢステージプリプレグを使用するプロセスを含むことができる。例えば、本開示方法が、積層と、それに続く含浸と、それに続く硬化とを含む場合、この方法は、バキュームインフュージョン、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）または圧縮成形を含むことができる。例えば、樹脂は、ハンドレイアップ法を含む方法において含浸される熱硬化性樹脂を含むことができる。例えば、複合材料を得るための条件は、複合材料を得るために適した圧力、時間および温度で、樹脂を硬化させることと同時に、含浸および積層されたシートを圧縮することを含むことができる。
単一のシート、パネルまたはプリフォームに含浸させる場合も類似の技術を適用することができることを当業者は理解するであろう。
例えば、パネルまたはプリフォームの含浸および硬化は、バキュームインフュージョン、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、熱成形、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）、圧縮成形またはＢステージプリプレグを使用するプロセスにより実施することができる。
例えば、シートは、それぞれのシートの繊維の方向が同じになるように積み重ねることができる。例えば、繊維の方向は縦方向とすることができる。
当業者は、本開示の複合材料に関する実施形態（例えば、シートおよび樹脂に関する実施形態）および本開示の方法を、本明細書において本開示の複合材料の実施形態に関し詳述するように変化させることができることを理解するであろう。
以下に示す実施例は非限定的なものであり、本開示のプロセスをより適切に例示するために用いるものである。
一般的材料および方法
百分率は乾燥重量に基づく重量による。
曲げ弾性率および曲げ応力はＡＳＴＭ Ｄ７９０を用いて試験を行い、引張弾性率および引張応力はＡＳＴＭ Ｄ６３８を用いて試験を行った。
図１は、本開示の実施例による複合材料の作製方法１０の略図である。図１を参照すると、セルロースフィラメントおよびフィラーを含むシート（１４）またはセルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維を含むシート（１６）と、場合により、繊維を含むシート（１８）とに樹脂（１２）が含浸される。含浸されたシートは、図示するように、セルロースフィラメントおよびフィラーを含むシートを複数枚含む複合材料（２０）；セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維を含むシートを複数枚含む複合材料（２２）；セルロースフィラメントおよびフィラーを含むシートを複数枚と、繊維を含む他のシートを複数枚とを交互に含む複合材料（２４）；セルロースフィラメント、フィラーおよび強化繊維を含むシートを複数枚と、繊維を含む他のシートを複数枚とを交互に含む複合材料（２６）が得られるように積み重ねられる。積み重ねたシートを、樹脂が硬化し、所望の複合材料が得られる条件（３３６ｐｓｉ、１０分間、１５０℃）下に硬化させた。
実施例１：樹脂を含浸させたＣＦ−石膏を含む積層材
含浸（樹脂はハンドレイアップ法を用いて含浸）および硬化により作製した、１５〜１７枚のシートを有し、厚みが約３ｍｍである、セルロースフィラメント（ＣＦ）−石膏シート（樹脂含浸前：石膏９０％；ＣＦ１０％）の積層材は、対応する量の石膏のみを樹脂と混合して作製した複合材と比較して、優れた機械的性能を有することが判明した（図２）。樹脂は低粘度エポキシ樹脂（ＥＰＯＮＴＭ ８０２１）を使用し、硬化剤（硬化剤ＥＰＩＫＵＲＥＴＭ ３２３４）と、樹脂１００部／硬化剤１６部の比で混合した。次に示す比を用いた：
樹脂＋石膏：樹脂４０％、石膏６０％
樹脂／ＣＦ／石膏複合材：樹脂４０％、石膏５４％、ＣＦ６％
図２において、樹脂＋石膏の試験片に関し認められるように、フィラーを樹脂に添加することにより、樹脂単独の試験片と比較して弾性率が増大する。一方、最小限の量のＣＦに保持させた石膏をシート形態で添加することにより、弾性率は大幅に増大する。特定の理論に束縛されることを望むものではないが、これは、パーコレーションに好ましく作用し、材料の剛性に直接関与する、結晶の配向ならびに粒子の高充填および高分散によって説明することができる。
図３から分かるように、石膏の添加は樹脂の曲げ強度および引張強度に不利に作用する。ところが、石膏を、ＣＦで強化したシートの形態にすると、樹脂単独または石膏を充填した樹脂と比較して曲げ応力および引張応力が高くなる。これらの結果は、ＣＦで強化した石膏を、後段において樹脂で含浸される予備成形されたシートの形態で使用することの有用性を明確に示している。
この実施例においては硫酸カルシウムの鉱物系フィラーを使用した。しかしながら、複合材に所望の特性を付与するように、セルロースフィラメントに効率的に結合させるのに適した構造（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する他の任意のフィラーを選択することができる。例えば、フィラーは、硫酸カルシウム、クレイ、炭酸カルシウム、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、水酸化マグネシウム（ＭＤＨ）、中空ガラス微小球、剥離グラファイトナノプレートレット、これらの混合物、ならびに、例えば、複合材料に特定の属性（これらに限定されるものではないが、耐衝撃強度、圧縮強度および／または難燃性等）を付与することができる他の好適な無機または有機フィラーから選択することができる。
本実施例においては、樹脂としてエポキシ樹脂を使用した。しかしながら、積層材の製造に使用される樹脂は、任意の所望の種類のものとすることができ、その選択は、例えば、完成した複合材に意図された最終用途に応じて決まるであろう。例えば、エポキシ、フェノールホルムアルデヒド、スチレンを含むかまたは含まない不飽和ポリエステル、ビニルエステルおよび／または水系ポリアクリル樹脂を使用することができる。
実施例２：介装シートおよび他の繊維を含む積層材
図４においては、フィラーを含まない積層複合材を８〜１０枚の北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）シートを介装することにより作製した。石膏（ＣａＳＯ４）含有量がそれぞれ３０％、４０％および５０％に相当する高充填石膏および繊維を基体とする積層複合材を、特定の枚数のＣＦ−石膏およびＮＢＳＫを介装することにより（ＣＦ−石膏／ＮＢＳＫ）シート：１３／２（３０％）、１１／４（４０％）および８／５（３０％）を作製した。石膏含有量が５５％および６１％に相当する積層複合材を、１５〜１７枚のＣＦ−石膏シートのみを介装することにより作製した。積層材の厚みを約３ｍｍとした。
全ての積層複合材の製造において、対応するシートにまずエポキシ樹脂をハンドレイアップ法にて含浸させ、繊維が同じ方向（縦方向（ＭＤ））を向くようにして積み重ね、所与の圧力、時間および温度で圧縮した（３３６ｐｓｉ、１０分間、１５０℃）。
ＣＦ−石膏シートは、単独で使用することもできるし、他の繊維マット（これらに限定されるものではないが、セルロース系繊維、炭素繊維およびガラス繊維が挙げられる）と組み合わせて使用することもできる。例えば図４において、ＣＦ−石膏シートにＮＢＳＫシートを介装することにより相乗効果が生まれ、結果として得られる複合材の引張弾性率が個々の構成要素の引張弾性率よりも高くなっている。本明細書においては図示しないが、通常であれば複合材に鉱物系フィラーを添加することによって悪影響を受けるはずの強度特性に大幅に影響することなく、このような改善を行うことが可能である。曲げに関しても同様の結果が得られた。
セルロースフィラメント（ＣＦ）、フィラーおよび繊維（木質繊維、天然繊維（例えば、麻、亜麻および／またはジュート）、ガラス繊維および／または炭素繊維等）は、例えば、多層高性能複合積層材（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｌａｍｉｎａｔｅ）を製造するために単一のシートに添加することもできる。
一例として、それぞれＣＦ、石膏およびクラフト繊維の同一の混合物を含むシートを積み重ねることにより複合積層材を作製した。この積層複合材は、ＣＦ−石膏シートおよびクラフトシートを介装することにより作製した、フィラー、繊維および樹脂の組成が類似している積層材と機械的性質が類似していることが見出された。これら２種類の複合材の比較を図５に示す。
本実施例にはハンドレイアップ法を用いた。この種の積層材を製造するために用いられる他の好適な加工方法としては、例えば、Ｂステージプリプレグを使用するプロセス、バキュームインフュージョン、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、熱成形、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）および圧縮成形を挙げることができる。
用途としては、例えば、耐摩耗性上張り板、バルク成形用コンパウンド、シート成形用コンパウンドおよび他の種類の積層材、例えば、建造物用、建設用、スポーツ用品用および大量輸送機関用の積層材を挙げることができる。
実施例３：樹脂を含浸させたＣＦ／ＮＢＳＫ／アルミナ三水和物（ＡＴＨ）を含む積層複合材およびパネル複合材
百分率は乾燥重量に基づく重量による。曲げ弾性率および曲げ応力はＡＳＴＭ Ｄ７９０を用いて試験を行い、引張弾性率および引張応力はＡＳＴＭ Ｄ６３８を用いて試験を行った。
セルロースフィラメント（ＣＦ）／ＮＢＳＫ／ＡＴＨシート（樹脂含浸前：ＣＦ １３％；ＮＢＳＫ １７％およびＡＴＨ ７０％）を含浸（樹脂はハンドレイアップ法を用いて含浸）および硬化させることにより作製した、１２枚のシートを有する厚さ約３ｍｍの積層材（２４００ｇ／ｍ２）は、セルロースフィラメント（ＣＦ）／ＮＢＳＫ／ＡＴＨパネル（樹脂含浸前：ＣＦ １３％；ＮＢＳＫ １７％およびＡＴＨ ７０％）を含浸（樹脂はインフュージョン成形法を用いて含浸）および硬化させることにより作製した、１枚のパネル（１枚の高目付（２４００ｇ／ｍ２）シートに相当）を有する複合材と同等の機械的性能を有することが見出された（図６Ａおよび６Ｂ）。樹脂は低粘度ポリエステル樹脂（ＲＬ２７１０）を使用し、樹脂１００部／硬化剤１．２５部の比で硬化剤（硬化剤ＭＥＫＰ９２５）と混合した。次に示す比を用いた：
樹脂／ＣＦ／ＮＢＳＫ／ＡＴＨ積層材 樹脂 ４０％、ＣＦ ７．８％、ＮＢＳＫ １０．２％、ＡＴＨ ４２％
樹脂／ＣＦ／ＮＢＳＫ／ＡＴＨ複合材 樹脂 ４０％、ＣＦ ７．８％、ＮＢＳＫ １０．２％、ＡＴＨ ４２％。
図６Ａおよび６Ｂから分かるように、セルロースフィラメント（ＣＦ）、ＮＢＳＫおよびＡＴＨを含む複数枚（１２枚）の含浸されたシートを積み重ねて作製された積層材は、セルロースフィラメント（ＣＦ）、ＮＢＳＫおよびＡＴＨを類似の比率で含む含浸されたパネルから作製された複合材と同程度の引張応力および引張弾性率ならびに曲げ応力および曲げ弾性率を示す。
実施例４：ＮＢＳＫおよびＡＴＨを含み、セルロースフィラメント（ＣＦ）を含むかまたは含まない、樹脂を含浸させたパネル複合材
百分率は乾燥重量に基づく重量による。曲げ弾性率および曲げ応力はＡＳＴＭ Ｄ７９０を用いて試験を行い、引張弾性率および引張応力はＡＳＴＭ Ｄ６３８を用いて試験を行った。
図７Ａおよび７Ｂから分かるように、セルロースフィラメント（ＣＦ）／ＮＢＳＫ／ＡＴＨパネル（樹脂含浸前：ＣＦ １３％；ＮＢＳＫ １７％およびＡＴＨ ７０％）を含浸（樹脂はインフュージョン法を用いて含浸）および硬化させることにより作製された、セルロースフィラメント（ＣＦ）内の１枚のパネル（１枚の高目付（２４００ｇ／ｍ２）シートに相当）を有する複合材は、ＮＢＳＫ／ＡＴＨパネル（樹脂含浸前：ＮＢＳＫ ３０％およびＡＴＨ ７０％）を含浸（樹脂はインフュージョン法を用いて含浸）および硬化させることにより作製された、セルロースフィラメント（ＣＦ）を含まない１枚のパネル（１枚の高目付（２４００ｇ／ｍ２）シートに相当）を有する複合材と同程度の機械的性能を有することが見出された。樹脂は低粘度ポリエステル樹脂（ＲＬ２７１０）を使用し、樹脂１００部／硬化剤１．２５部の比で硬化剤（硬化剤ＭＥＫＰ９２５）と混合した。次に示す比を用いた：
樹脂／ＣＦ／ＮＢＳＫ／ＡＴＨ複合材 樹脂４０％、ＣＦ ７．８％、ＮＢＳＫ １０．２％、ＡＴＨ ４２％
樹脂／ＮＢＳＫ／ＡＴＨ複合材 樹脂４０％、ＮＢＳＫ １８％、ＡＴＨ ４２％。
図７Ａおよび７Ｂから分かるように、セルロースフィラメント（ＣＦ）内のＮＢＳＫおよびＡＴＨを含む１枚のパネルを含浸させることにより作製した複合材は、ＮＢＳＫおよびＡＴＨを含みセルロースフィラメント（ＣＦ）を含まないパネルを含浸させることにより作製した複合材と同程度の引張応力および引張弾性率ならびに曲げ応力および曲げ弾性率を示す。
これらの結果は、フィラーおよび強化繊維を含み、セルロースフィラメント（ＣＦ）内またはセルロースフィラメント（ＣＦ）を含まないパネルを基体とする複合材が同程度の性能を有することを示しており、どちらのパネルも、複合材を強化するための適切な強度を特徴とすることを実証している。強化繊維の潜在的結合力が低くても、フィラーおよび強化繊維が結合して、例えば、パネルまたはプリフォーム内に全ての構成要素が均一に分布するのには十分である。
特定の実施形態を具体的に参照しながら説明してきたが、多くの修正が可能であることは当業者に明らかである。したがって、上の説明および添付の図面は具体例と解釈すべきであって、限定的な意味に解釈すべきではない。
ハンドレイアップ工程、介装（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）工程および圧縮成形工程を含む本開示の実施例による複合材料の作製方法の略図である。 ２種類の石膏添加方式を用いて作製した樹脂／石膏複合材：樹脂に石膏結晶を混合したもの（樹脂＋石膏）ならびに本開示の実施例に従う、樹脂を含浸させた配向セルロースフィラメント（ＣＦ）および圧密化された石膏（ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｇｙｐｓｕｍ）から構成される網目（樹脂／ＣＦ／石膏複合材）の、縦方向（ＭＤ）の曲げ弾性率（左側のグラフ）および引張弾性率（右側のグラフ）を示すグラフである。このグラフには樹脂単独（樹脂）の曲げ弾性率および引張弾性率も示している。 ２種類の石膏添加方式を用いて作製した樹脂／石膏複合材：樹脂に石膏結晶を混合したもの（樹脂＋石膏）ならびに本開示の実施例に従う、樹脂を含浸させた配向セルロースフィラメント（ＣＦ）および圧密化石膏から構成される網目（樹脂／ＣＦ／石膏複合材）の、縦方向（ＭＤ）の曲げ応力（左側のグラフ）および引張応力（右側のグラフ）を示すグラフである。このグラフには樹脂単独（樹脂）の曲げ弾性率および引張弾性率も示している。 様々なシート組成（左から順に：７０％北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）；３６％ ＮＢＳＫ、４％ ＣＦおよび３０％石膏；２４．５％ ＮＢＳＫ、５．５％ ＣＦおよび４０％石膏；１３％ ＮＢＳＫ、７％ ＣＦおよび５０％石膏；１５％ ＣＦおよび５５％石膏；９％ ＣＦおよび６１％石膏）で作製した、樹脂を３０％含む本開示の実施例によるエポキシ積層複合材の縦方向（ＭＤ）の引張弾性率を示すグラフである。 本開示の実施例による２種のエポキシ複合材（一方は、５．５％セルロースフィラメント（ＣＦ）、１１．５％北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）、３５％石膏および４８％樹脂を含み（両グラフの左側）、他方は、６％ ＣＦ、８．５％ ＮＢＳＫ、３６．７％石膏および４８．８％樹脂を含み（両グラフの右側）、３種の構成要素（ＮＢＳＫ、ＣＦおよび石膏）を含む単一種のシートを数枚積層するか（両グラフの右側）、または２種類のシート、すなわちＣＦ／石膏シートおよびＮＢＳＫシートを介装するか（両グラフの左側）のいずれかによって作製したもの）の引張応力（図５Ａ）および曲げ応力（図５Ｂ）を比較したグラフである。 パネル複合材および積層複合材の比較、より詳細には、引張応力および曲げ応力（図６Ａ参照）ならびに引張弾性率および曲げ弾性率（図６Ｂ参照）の比較を示すグラフであり、パネルおよび積層複合材は、樹脂を含浸させたセルロースフィラメント（ＣＦ）、ＮＢＳＫおよびＡＴＨを含む。 セルロースフィラメントを含むパネル複合材およびセルロースフィラメントを含まないパネル複合材の比較、より詳細には、引張応力および曲げ応力（図７Ａ参照）ならびに引張弾性率および曲げ弾性率（図７Ｂ参照）の比較を示すグラフであり、パネル複合材は、樹脂を含浸させたＮＢＳＫおよびＡＴＨおよび場合によりセルロースフィラメント（ＣＦ）を含む。
実施例２：介装シートおよび他の繊維を含む積層材
図４においては、フィラーを含まない積層複合材を８〜１０枚の北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）シートを介装することにより作製した。石膏（ＣａＳＯ４）含有量がそれぞれ３０％、４０％および５０％に相当する高充填石膏および繊維を基体とする積層複合材を、特定の枚数のＣＦ−石膏およびＮＢＳＫを介装することにより（ＣＦ−石膏／ＮＢＳＫ）シート：１３／２（５０％）、１１／４（４０％）および８／５（３０％）を作製した。石膏含有量が５５％および６１％に相当する積層複合材を、１５〜１７枚のＣＦ−石膏シートのみを介装することにより作製した。積層材の厚みを約３ｍｍとした。

Claims (62)

  1. フィラーを約５０〜約９５％と、強化繊維を約０〜約４０％と（前記百分率は全て前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
    樹脂と；
    を含む複合材料。
  2. 場合によりセルロースフィラメント（ＣＦ）を約５〜約２５％と、フィラーを約５０〜約９５％と、場合により強化繊維と（前記百分率は全て前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準とする重量で表す）を含む、少なくとも１種のシートと；
    樹脂と；
    を含む複合材料。
  3. 前記複合材料は積層材である、請求項１または２に記載の複合材料。
  4. 前記少なくとも１種のシートは前記樹脂で含浸されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合材料。
  5. 前記シートは、セルロースフィラメントを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として少なくとも約６重量％含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
  6. 前記シートは、セルロースフィラメントを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として少なくとも約１５重量％含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
  7. 前記シートは、セルロースフィラメントを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として少なくとも約１０重量％含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
  8. 前記シートは、セルロースフィラメントを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として約１２重量％〜約２５重量％含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
  9. 前記シートは、セルロースフィラメントを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として約５重量％〜約２５重量％含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
  10. 前記シートは、フィラーを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として少なくとも約５５重量％含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合材料。
  11. 前記シートは、フィラーを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として少なくとも約７０重量％含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合材料。
  12. 前記シートは、フィラーを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として少なくとも約９０重量％含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合材料。
  13. 前記シートは、フィラーを、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として約６５重量％〜約９０重量％含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の複合材料。
  14. 前記シートは、強化繊維を、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として約１重量％〜約４０重量％含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合材料。
  15. 前記シートは、強化繊維を、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として約５重量％〜約４０重量％含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合材料。
  16. 前記シートは、強化繊維を、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として約１０重量％〜約２５重量％含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の複合材料。
  17. 前記強化繊維は、木質繊維、天然繊維（例えば、麻、亜麻、ジュートまたはこれらの混合物）、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびこれらの混合物から選択される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の複合材料。
  18. 前記繊維はクラフト繊維である、請求項１７に記載の複合材料。
  19. 前記クラフト繊維は北部針葉樹晒クラフト（ＮＢＳＫ）繊維である、請求項１８に記載の複合材料。
  20. 前記シートは、前記セルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の総重量を基準として前記セルロースフィラメントを約１０％〜約１５％と、フィラーを約７０％〜約８０％と、強化繊維を約１５％〜約２５％とを含む、請求項１、２および１７〜１９のいずれか一項に記載の複合材料。
  21. 前記セルロースフィラメントは、平均長が約２００μｍ〜約２ｍｍであり、平均幅が約３０ｎｍ〜約５００ｎｍであり、平均アスペクト比が約２００〜約５０００である、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の複合材料。
  22. 前記フィラーは、硫酸カルシウム、クレイ、炭酸カルシウム、アルミナ三水和物（ＡＴＨ）、水酸化マグネシウム（ＭＤＨ）、中空ガラス微小球、剥離グラファイトナノプレートレットおよびこれらの混合物から選択される、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の複合材料。
  23. 前記フィラーは、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏまたはこれらの混合物を含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の複合材料。
  24. 前記シートは：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の混合物を含むドライマットを作製すること；
    を含む方法により作製される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の複合材料。
  25. 前記ドライマットは目付が約６０ｇ／ｍ２〜約２４０ｇ／ｍ２である、請求項２４に記載の複合材料。
  26. 前記ドライマットは目付が約１００ｇ／ｍ２〜約３００ｇ／ｍ２である、請求項２４に記載の複合材料。
  27. 前記ドライマットは目付が約１５０ｇ／ｍ２〜約３００ｇ／ｍ２である、請求項２４に記載の複合材料。
  28. 前記ドライマットは目付が約３００ｇ／ｍ２〜約２０００ｇ／ｍ２である、請求項２４に記載の複合材料。
  29. 前記ドライマットは目付が約１５００ｇ／ｍ２〜約４０００ｇ／ｍ２である、請求項２４に記載の複合材料。
  30. 前記ドライマットは目付が約３０００ｇ／ｍ２〜約４０００ｇ／ｍ２である、請求項２４に記載の複合材料。
  31. 前記ドライマットは：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維を含む水性懸濁液を、湿潤パッドが得られる条件下に濾過することと；
    前記湿潤パッドを、前記ドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
    を含む方法により作製される、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の複合材料。
  32. 前記ドライマットは：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維を含む水性懸濁液を、湿潤繊維マットが得られる条件下に脱水することと；
    前記湿潤繊維マットを、水が除去され、圧搾されたマットが得られる条件下に圧搾することと；
    前記圧搾されたマットを、前記ドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
    を含む方法により作製される、請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の複合材料。
  33. 前記シートは３次元構造を有し：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の混合物を含むドライマットを作製すること；
    を含む方法により作製され、
    前記ドライマットは：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維を含む水性懸濁液を、回転台上に載置された、湿潤パッドを得るために濾過または脱水を行うための真空吸引系に接続された３次元構造を有する有孔金型を介して噴霧することと；
    前記湿潤パッドを、前記ドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
    により作製される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の複合材料。
  34. 前記シートは３次元構造を有し：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維の混合物を含むドライマットを作製すること；
    を含む方法により作製され、
    前記ドライマットは：
    前記任意選択的なセルロースフィラメント、前記フィラーおよび前記強化繊維を含む水性懸濁液を、回転台上に載置された、湿潤パッドを得るために濾過または脱水を行うための真空吸引系に接続された３次元構造を有する有孔金型を介して噴霧することと；
    前記湿潤パッドを、水が除去され、圧搾されたマットが得られる条件下に圧搾することと；
    前記圧搾されたマットを、前記ドライマットが得られる条件下に乾燥させることと；
    により作製される、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の複合材料。
  35. 前記複合材料は、複数枚の前記シートを含む積層材料である、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の複合材料。
  36. 前記シートはパネルである、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の複合材料。
  37. 前記シートはプリフォームである、請求項３３および３４のいずれか一項に記載の複合材料。
  38. 前記複合材料は、樹脂を、前記複合材料の総重量を基準として約２０重量％〜約５５重量％含む、請求項１〜３７のいずれか一項に記載の複合材料。
  39. 前記樹脂は熱硬化性樹脂または液状熱可塑性樹脂である、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の複合材料。
  40. 前記樹脂はエポキシ樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、スチレンを含まない不飽和ポリエステル樹脂、スチレンを含む不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、水系ポリアクリル樹脂およびこれらの混合物から選択される熱硬化性樹脂である、請求項３９に記載の複合材料。
  41. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定された時、曲げ弾性率が少なくとも６ＧＰａである、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の複合材料。
  42. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定された時、曲げ弾性率が少なくとも１０ＧＰａである、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載の複合材料。
  43. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された時、引張弾性率が少なくとも３００ＭＰａである、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載の複合材料。
  44. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された時、引張弾性率が少なくとも１０００ＭＰａである、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載の複合材料。
  45. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定された時、曲げ応力が少なくとも５０ＭＰａである、請求項３８〜４４のいずれか一項に記載の複合材料。
  46. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して測定された時、曲げ応力が少なくとも１００ＭＰａである、請求項３８〜４４のいずれか一項に記載の複合材料。
  47. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された時、引張応力が少なくとも２０ＭＰａである、請求項３８〜４６のいずれか一項に記載の複合材料。
  48. 前記複合材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定された時、引張応力が少なくとも５０ＭＰａである、請求項３８〜４６のいずれか一項に記載の複合材料。
  49. 前記複合材料は、前記少なくとも１種のシートとは異なる少なくとも１種の他のシートをさらに含み、前記少なくとも１種の他のシートは、木材パルプ、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、天然繊維（例えば、麻、亜麻、ジュートまたはこれらの混合物）およびこれらの混合物から選択される繊維を含む、請求項３８〜４８のいずれか一項に記載の複合材料。
  50. 前記少なくとも１種の他のシートは、セルロース系繊維を含む、請求項４９に記載の複合材料。
  51. 前記複合材料は、請求項１〜４７のいずれか一項に記載の前記少なくとも１種のシートを複数枚と、請求項４９〜５０のいずれか一項に記載の前記少なくとも１種の他のシートを複数枚と、を含み、前記シートは、前記少なくとも１種のシートおよび前記少なくとも１種の他のシートが交互に現れるように交互に積み重ねられている、請求項４９〜５０のいずれか一項に記載の複合材料。
  52. 前記複合材料は、構造用複合材、非構造用複合材、電気絶縁材料、導電材料、壁材、装飾用上張り板、耐摩耗性上張り板、建築用パネル、床材、外壁材、大量輸送機関用部品または自動車産業用部品のうちの１種である、請求項請求項１〜５１のいずれか一項に記載の複合材料。
  53. 複合材料の作製方法であって：
    複数枚の請求項１〜３７のいずれか一項に記載の少なくとも１種のシートに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させた複数枚のシートを得ることと；
    前記樹脂を含浸させた複数枚のシートを積み重ねることと；
    前記樹脂を前記複合材料が得られる条件下に硬化させることと
    を含む方法。
  54. 複合材料の作製方法であって：
    複数枚の請求項１〜３７のいずれか一項に記載の少なくとも１種のシートをシートの積層体を形成するように積み重ねることと；
    前記シートの積層体に樹脂を含浸させることと；
    前記樹脂を前記複合材料が得られる条件下に硬化させることと；
    を含む方法。
  55. 前記樹脂は、ハンドレイアップ法、熱成形またはＢステージプリプレグを使用するプロセスを含む方法において含浸および／または硬化される、請求項５３に記載の方法。
  56. 樹脂は、バキュームインフュージョン、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）および圧縮成形を含む方法において含浸および／または硬化される、請求項５４に記載の方法。
  57. 前記複合材料を得るための前記条件は、前記複合材料を得るのに適した圧力、時間および温度で前記樹脂を硬化させながら、前記積み重ねられたシートを圧縮することを含む、請求項５５〜５６のいずれか一項に記載の方法。
  58. 前記シートは、各シートの繊維が同じ方向を向くように積み重ねられている、請求項５３〜５７のいずれか一項に記載の方法。
  59. 前記繊維の向きは縦方向である、請求項５８に記載の方法。
  60. 請求項３６に記載の複合材料の作製方法であって：
    前記パネルに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させたパネルを得ることと；
    前記樹脂を前記複合材料が得られる条件下に硬化させることと；
    を含む、方法。
  61. 請求項３７に記載の複合材料の作製方法であって：
    前記プリフォームに樹脂を含浸させることにより樹脂を含浸させたプリフォームを得ることと；
    前記樹脂を前記複合材料が得られる条件下に硬化させることと；
    を含む方法。
  62. 前記パネルまたはプリフォームの含浸および硬化は、バキュームインフュージョン、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー成形（ＶＡＲＴＭ）、熱成形、レジントランスファー成形（ＲＴＭ）、圧縮成形またはＢステージプリプレグを使用するプロセスにより実施される、請求項６０または６１に記載の方法。

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