JP2021025004A - 繊維強化樹脂の製造方法、繊維強化樹脂および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵の除去をより容易にしたり、あるいは不要としたりすることができる、繊維強化樹脂の製造方法、および当該方法で製造された繊維強化樹脂を提供すること。【解決手段】強化繊維の集合体に樹脂を含浸させてなる含浸体を得る工程と、前記含浸された樹脂の一部を、一方向側から他方向側へと押出して、前記含浸体の前記一方向側の表面を、前記強化繊維の集合体の表面形状に沿った形状にする工程と、を有する、繊維強化樹脂の製造方法。【選択図】図１

Description

本開示は、繊維強化樹脂の製造方法、繊維強化樹脂および車両に関する。

強化繊維に樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂は、高強度でありかつ軽量であるため、多種多様な用途への応用が期待されている。

繊維強化樹脂は、たとえば、強化繊維を液体状の樹脂に浸漬させて、強化繊維に樹脂を含浸させて、製造することができる。上記含浸により得られた含浸体を、加熱および加圧により変形させて（成形して）、各用途に応じた形状の成形品である繊維強化樹脂を得ることができる。なお、本明細書において、「繊維強化樹脂」とは、強化繊維に樹脂を含浸されてなる未成形の含浸体と、上記含浸体を成形してなる成形体と、の両方を意味する。

上記浸漬による含浸の後、成形の前に、あるいは成型時に、成形品の用途に応じた処理を行うことがある。

たとえば、特許文献１には、繊維強化プラスチックのプリプレグシートを、絶縁シートと、通気性を備えたクロスシートおよび樹脂吸着シートと、の間に挟んで加熱加圧する、太陽電池用のハニカムパネルの製造方法が記載されている。特許文献１によれば、加熱加圧時に、プリプレグシート中の樹脂が絞り出されて、クロスシートを介して樹脂吸着シートに吸着される。これにより、プリプレグシート中の樹脂量を減少させて、成形品であるハニカムパネルを製造することができるため、ハニカムパネルの軽量化が達成される、とされている。

また、特許文献２には、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてなる成形素材を、マンドレル上に巻き付けて加熱硬化させる、ＦＲＰ成形体の加熱硬化方法が記載されている。特許文献２によれば、上記マンドレルは、中空形状かつ周壁部に多数の細孔が形成されている。そして、上記マンドレルの表面に吸水性ポリマーを添加した通気性を有する吸着シートを巻着し、上記吸着シートを介して成形素材を巻き付け、さらにマンドレル中を減圧しながら加熱硬化を行う。これにより、成形素材中の余分な樹脂が吸着シートに吸着されて、ＦＲＰ成形体中における強化繊維の含有率を高めることができ、かつ成形素材中の空気や気泡が負圧状態のマンドレル内に吸引されて、ＦＲＰ成形体の強度、剛性および品質を高めることができる、とされている。

ブレーキパッドなどの高い摩擦係数が要求される用途に繊維強化樹脂を使用するとき（以下、上記用途に使用される繊維強化樹脂を単に「摩擦材」ともいう。）は、成形後に、摩擦係数が高く他部材との接触により用途に応じた所望の摩擦を生じ得る面（以下、単に「摩擦面」ともいう。）を、研磨処理によって形成することがある（特許文献３など）。

特開平９−８５８６３号公報 特開平２−１１３９２６号公報 特開平１０−０８７８４８号公報

本発明者らの知見によれば、繊維強化樹脂を摩擦材として使用するときには、強化繊維を露出させることにより、当該摩擦材の摩擦特性を向上させることができる。しかし、研磨によって強化繊維を露出させようとするときは、研磨時に強化繊維が削られて発生する粉塵を除去する必要がある。そして、この粉塵の除去のために追加の労力やコストが発生したり、あるいは除去しきれなかった粉塵により周囲の装置の動作が阻害されたりすることがあった。

本開示の目的は、粉塵の除去をより容易にしたり、あるいは不要としたりすることができる、繊維強化樹脂の製造方法、当該方法で製造された繊維強化樹脂、および当該繊維強化樹脂を有する車両を提供することにある。

一態様に係る繊維強化樹脂の製造方法は、強化繊維の集合体に樹脂を含浸させてなる含浸体を得る工程と、前記含浸された樹脂の一部を、一方向側から他方向側へと押出して、前記含浸体の前記一方向側の表面を、前記強化繊維の集合体の表面形状に沿った形状にする工程と、を有する。

また、一態様に係る繊維強化樹脂は、上記方法で製造された繊維強化樹脂である。

また、一態様に係る車両は、上記繊維強化樹脂を有する車両である。

本開示によれば、粉塵の除去をより容易にしたり、あるいは不要としたりすることができる、繊維強化樹脂の製造方法、当該方法で製造された繊維強化樹脂、および当該繊維強化樹脂を有する車両が提供される。

図１は、本開示の一実施形態に関する繊維強化樹脂の製造方法の、例示的な工程を示すフローチャートである。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。

図１は、一実施形態に関する繊維強化樹脂の製造方法の、例示的な工程を示すフローチャートである。

図１に示すように、本実施形態に関する方法は、強化繊維の集合体に樹脂を含浸させてなる含浸体を得る工程（工程Ｓ１１０）と、上記含浸された樹脂の一部を押出す工程（工程Ｓ１２０）と、上記含浸体を成形する工程（工程Ｓ１３０）と、表層に残存した樹脂を除去する工程（工程Ｓ１４０）と、を有する。

（含浸体を得る工程（工程Ｓ１１０））
本工程では、強化繊維の集合体に樹脂を含浸させてなる含浸体を得る。

上記強化繊維の集合体は、複数の強化繊維が集合してなる。上記複数の強化繊維は、配向軸が１つとなるような一方向に配列されていてもよいし、所定のパターンが繰り返される形状に（たとえば編み込まれて）配置されていてもよいし、ランダムに配向していてもよい。また、配向軸が少なくとも２つ以上となるような平面状に配置されていてもよいし、配向軸が少なくとも３つ以上となるような立体的に配置されていてもよい。

上記強化繊維は、繊維強化樹脂に用いられる公知の強化繊維であればよく、炭素繊維（ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系、フェノール系などを含む。）、アラミド繊維、ナイロン繊維およびポリブチレンテレフタレート繊維などを含む有機繊維、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンおよびこれらの合金などを含む金属繊維、ならびに、ガラス繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、石英繊維などを含む無機繊維などを用いることができる。これらのうち、成形品を摩擦材に使用するときは、上記強化繊維は、含浸させる樹脂よりも摩擦係数が高い材料であることが好ましく、炭素繊維、金属繊維および無機繊維であることが好ましく、さらには耐熱性および軽量性に優れ、かつ安価であることから、炭素繊維がより好ましい。

上記樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい。

たとえば、繊維強化樹脂が摩擦材として使用されるときは、上記樹脂は耐熱性および耐擦性を有する樹脂であることが好ましく、フェノール樹脂（ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ノボラック型などを含む）、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン樹脂、およびシリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂であることが好ましく、フェノール樹脂であることがより好ましい。これらの樹脂は、公知の方法で変性されていてもよい。

樹脂の含浸は公知の方法で行えばよく、たとえば液体状あるいは軟化状態の上記樹脂の中に、上記強化繊維の集合体を浸漬すればよい。あるいは、上記強化繊維の集合体に、吹き付けおよび塗布などの方法で液体状の上記樹脂を付与してもよい。

上記含浸の後に、余分な樹脂を除去したり、乾燥により上記樹脂を半硬化（熱硬化性樹脂の場合）させたりしてもよい。

なお、上記含浸体は、上記強化繊維の集合体および樹脂以外の、他の添加剤を含有してもよい。上記他の成分の例には、モリブデンおよび鉄などの金属微粒子、ならびに、アクリルゴム、イソプレンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などのゴム成分などが含まれる。

（樹脂の一部を押出す工程（工程Ｓ１２０））
本工程では、上記含浸された樹脂の一部を押出す。

本工程では、上記含浸された樹脂を、含浸体の一方向側から他方向側へと押出す。このとき、上記含浸体の上記一方向側の表面が、上記強化繊維の集合体の同じ側の表面形状に沿った形状になるように、上記押出を行う。たとえば、含浸体の一方向側の面に、樹脂押出材を当接し、加圧すればよい。

上記樹脂押出材は、柔軟性、粘着性および耐熱性を有する部材であることが好ましい。

上記樹脂押出材が柔軟性を有すると、加圧により樹脂を押出す際に、樹脂押出材が上記強化繊維の集合体の表面形状に追従して変形できる。そのため、樹脂を押出した後の上記含浸体の上記一方向側の表面に樹脂を残存させにくくして、樹脂を押出した後の含浸体の表面を、強化繊維の集合体の表面形状により近い形状にすることができる。

上記樹脂押出材が粘着性を有すると、加圧により樹脂を押出す崔に、樹脂押出材が上記強化繊維の集合体の表面形状により追従しやすくなる。そのため、樹脂を押出した後の上記含浸体の上記一方向側の表面に樹脂を残存させにくくして、樹脂を押出した後の含浸体の表面を、強化繊維の集合体の表面形状により近い形状にすることができる。

また、上記樹脂押出材が耐熱性を有すると、後の工程（工程Ｓ１３０）における熱硬化性樹脂の加熱による成型を本工程（工程Ｓ１２０）と同時に行うときに、熱による樹脂押出材の含浸体への溶着を抑制し、成型後に樹脂押出材を剥離（除去）しやすくすることができる。あるいは、熱可塑性樹脂を押出すときには加熱により樹脂に流動性を付与しないといけないが、このような場合でも、上記樹脂押出材が耐熱性を有すると、熱による樹脂押出材の含浸体への溶着を抑制し、成型後に樹脂押出材を剥離（除去）しやすくすることができる。

このような特性を有する樹脂押出材の材料の例には、粘着テープとポリテトラフルオロエチレン（テフロン（「テフロン」はザ ケマーズ カンパニーの登録商標）など）との積層体、および公知の紙製の粘着テープなどが含まれる。

これにより、上記含浸体の上記一方向側の表面に付着した樹脂が、他方向側に押出されて、上記一方向側の表面からは樹脂が除去される。その結果、上記含浸体の上記一方向側の表面は、樹脂がなく強化繊維の集合体が露出しているか、あるいは樹脂がわずかにしか付着していない状態となり、含浸体の表面は、強化繊維の集合体の表面形状に沿った形状となる。なお、強化繊維の間に含浸されている樹脂は、樹脂押出材が届かないため押出されないか、あるいは強化繊維との間の摩擦により除去されないため、強化繊維の間に残存する。

なお、樹脂の押出しは、含浸体の上記一方向側から他方向側へと樹脂が流動して、上記一方向側の表面に樹脂が残存しない（あるいはわずかにしか残存しない）ようになる方法で行えばよい。たとえば上記樹脂押出材を用いずに上記一方向側から他方向側へと空気などを加圧したり、あるいは上記一方向側から樹脂を吸引したりしてもよいし、上記加圧および吸引を同時に行ってもよい。

上記押出しは、１回のみ行ってもよいし、複数回行ってもよい。たとえば、上記含浸体が３つ以上の面からなる立体形状を有するときは、上記押出しを複数回行って、含浸体の複数の面を、当該面に対応する強化繊維の集合体の表面の形状に沿った形状としてもよい。

また、本工程は、上記押出された樹脂を吸収しながら行ってもよい。これにより、押出により流動した樹脂の逆流を抑制できる。たとえば、含浸体の他方側の面に樹脂吸収材を配置して、押出された樹脂を樹脂吸収材に吸収させてもよい。

上記樹脂吸収材は、多数の空隙を有し樹脂を吸収することができ、かつ、樹脂押出材と同様に耐熱性を有する材料であることが好ましい。

このような特性を有する樹脂吸収材の材料の例には、ガラス不織布などが含まれる。

押出しの際の加圧または吸引は、樹脂が流動するように行えばよく、たとえば当該樹脂の粘度に応じた圧力を印加または減圧すればよい。

（含浸体を成形する工程（工程Ｓ１３０））
本工程では、上記含浸体を成形する。

成形は、公知の方法で行えばよく、たとえば成形すべき成形品の形状を有する型の内部に上記含浸体を配置して、加圧および加熱すればよい。

なお、本工程(工程Ｓ１３０)は、上記樹脂の押出(工程Ｓ１２０)と同時に行ってもよい。たとえば、上記樹脂押出材（および上記樹脂吸収材）と上記含浸体とが当接するように、これらを型の中に配置し、加圧および加熱することで、樹脂の押出（工程Ｓ１２０）と成型（工程Ｓ１３０）とを同時に行うことができる。

（表層に残存した樹脂を除去する工程（工程Ｓ１４０））
本工程では、表層に残存した樹脂を除去する。

上記樹脂の除去は、研磨等の公知の方向で行えばよい。本工程で表層に残存した樹脂を除去することで、強化繊維をより確実に露出させることができる。このとき、本実施形態では、含浸体の上記一方向側の表面に付着した樹脂が、樹脂の押出（工程Ｓ１２０）により押出されて除去されているため、本工程における研磨は、従来よりも少ない作業量ですむ。そのため、研磨による粉塵の発生量もより少なくなるため、粉塵の除去は従来よりも容易である。

なお、前工程まで（特には樹脂の押出（工程Ｓ１２０））により強化繊維が十分に露出しているようであれば、本工程は不要である。本工程を行わないときは、粉塵の除去は不要である。

本実施形態の方法によれば、樹脂の押出（工程Ｓ１２０）を設けることにより、成形体の上記一方向側の表面を、強化繊維の集合体の表面形状に沿った形状とすることができ、さらには上記一方向側の表面に強化繊維を露出させることもできる。そのため、成型後の研磨などの後加工が容易または不要となる。

本実施形態の方法により製造された繊維強化樹脂は、摩擦材として好適に使用することができ、ブレーキパッド、クラッチディスクおよびシンクロナイザーリングなどの、車両仁搭載する摩擦材として特に好適に使用することができる。

以下、実施例を参照して本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は実施例の記載に限定されない。

配向軸が２つとなるように配置されて編み込まれた炭素繊維の集合体を用意した。液体状のフェノール樹脂中に上記炭素繊維の集合体を十分に浸漬させて、上記フェノール樹脂を上記強化繊維の集合体に十分に含浸させて、平面状の含浸体を得た。

上記含浸体の上面および下面に、樹脂押出材（粘着性の紙テープ）および樹脂吸収材（ガラス不織布）を当接させて、型の内部に配置して、上記フェノール樹脂が硬化する条件（２ＭＰａ／５ｃｍ^２の加圧、および１８０℃の加熱）で加圧および加熱した。

加圧および加熱後に成形体を型から取出し、樹脂押出材および樹脂吸収を剥がしたところ、炭素繊維間に硬化したフェノール樹脂が配置された成形体が形成されており、樹脂押出材を当接させた上面側は、炭素繊維の集合体の形状に成形されていた。顕微鏡で観察したところ、上面側は炭素繊維が露出しており、樹脂はほとんど付着していなかった。

本開示によれば、摩擦材などに用いられる繊維強化樹脂をより容易に製造でき、成形後の研磨等をより容易または不要とすることができる。そのため、本開示によれば、研磨による生じる粉塵の除去をより容易または不要とすることができ、より一層の作業の効率化を図ることができる。

Claims (10)

1. 強化繊維の集合体に樹脂を含浸させてなる含浸体を得る工程と、
   前記含浸された樹脂の一部を、一方向側から他方向側へと押出して、前記含浸体の前記一方向側の表面を、前記強化繊維の集合体の表面形状に沿った形状にする工程と、
   を有する、繊維強化樹脂の製造方法。
2. 前記樹脂の押出は、樹脂押出材の当接および加圧によって行われる、請求項１に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
3. 前記樹脂押出材は、柔軟性を有する、請求項２に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
4. 前記樹脂の押出は、押出された前記樹脂を吸収しながら行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
5. 前記樹脂の押出は、前記含浸体の前記一方向側の表面に前記強化繊維の集合体を露出させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
6. 前記樹脂の押出は、前記繊維強化樹脂の成形と同時に行われる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
7. 前記樹脂は、熱硬化性樹脂である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
8. 前記強化繊維は、炭素繊維である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法で製造された、繊維強化樹脂。
10. 請求項９に記載の繊維強化樹脂を有する、車両。
    
    

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