JP2023081455A - 複合材及び複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化プラスチックとゴム材料間の剥離が防止された、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材を提供する。【解決手段】繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第１の部材上の少なくとも一部の領域にて前記第１の部材と直接接して形成された、ゴム材料を有する第２の部材と、を有し、前記第１の部材と前記第２の部材が一体化された複合材。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化プラスチックとゴム材料を有する複合材、及び前記複合材の製造方法に関する。

現在、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量性と高強度を兼ね備えていることから、航空機、自動車、自転車等の輸送関連機器、テニスラケット、ゴルフクラブ等のスポーツ用品、耐震補強材等の建築構造物など、工業製品の材料として広汎に使用されている。また、工業製品には、軽量性と高強度だけではなく、美的外観も兼ね備えていることが要求されることもある。上記から、軽量性、高強度及び美的外観を備えた材料として、繊維強化プラスチックに美的外観を備えた部材を接着させた複合材が使用されることがある。

従来、軽量性、高強度及び美的外観を備えた上記複合材として、繊維強化プラスチックからなる第１の部材と加飾材との２つの部材を一体化した複合材であり、第１の部材と加飾材との接合部分に熱可塑性樹脂層が形成されており、前記熱可塑性樹脂層が前記第１の部材の強化繊維群の一部の強化繊維を包含している複合材が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、加飾材として、プラスチックフィルム、金属板、織物、クロス、不織布、人工皮革等が提案されている。

特許文献１では、繊維強化プラスチックと加飾材との間に介装されている熱可塑性樹脂層が、接着剤層として機能しつつ、繊維強化プラスチックの強化繊維の一部を包含していることから、繊維強化プラスチックと加飾材との間に、優れた接着強度が付与されている複合材である。

一方で、繊維強化プラスチックを用いた材料には、軽量性と高強度だけではなく、振動減衰性や耐変形性も兼ね備えていることが要求されることもある。上記から、軽量性、高強度及び振動減衰性や耐変形性を備えた材料として、繊維強化プラスチックに接着剤を用いてゴム材料を接着した複合材が使用されることがある。

しかし、繊維強化プラスチックに接着剤を用いてゴム材料を接着した複合材では、接着剤の塗布状態にムラが生じることで、繊維強化プラスチックとゴム材料との間の接着性が十分には得られず、繊維強化プラスチックとゴム材料間の接着強度に改善の余地があった。また、繊維強化プラスチックに接着剤を塗布してゴム材料を接着する複合材の製造方法では、接着剤の塗布工程が必要であることから製造工程が煩雑であり、また、接着剤の均一塗布が困難であることから、製造が簡易化できないという問題があった。

特開２００６－４４２６４号公報

上記事情に鑑み、本発明は、繊維強化プラスチックとゴム材料間の剥離が防止された、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材、及び製造工程の煩雑化を防止でき、製造が容易である繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第１の部材上の少なくとも一部の領域にて前記第１の部材と直接接して形成された、ゴム材料を有する第２の部材と、を有し、
前記第１の部材と前記第２の部材が一体化された複合材。
［２］前記第１の部材と前記第２の部材が直接接しており、前記第１の部材と前記第２の部材の間に、接着部材が介装されていない［１］に記載の複合材。
［３］前記第１の部材及び前記第２の部材がシート状であり、前記複合材が積層体構造を有する［１］または［２］に記載の複合材。
［４］前記ゴム材料が、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、水素化ニトリルゴム及びシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも１種である［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の複合材。
［５］前記ゴム材料が、ニトリルゴム、フッ素ゴム及びブチルゴムからなる群から選択された少なくとも１種である［１］乃至［４］のいずれか１つに記載の複合材。
［６］前記繊維強化プラスチックが、炭素繊維強化プラスチックである［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の複合材。
［７］前記第１の部材が、繊維配向角度が第１の方向である第１の層を形成する第１の前記繊維強化プラスチックと、繊維配向角度が前記第１の方向とは異なる第２の方向である第２の層を形成する第２の前記繊維強化プラスチックと、を有する多層構造体である［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の複合材。
［８］前記複合材の外表面が、前記第１の部材である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の複合材。
［９］前記複合材の外表面が、前記第２の部材である［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の複合材。
［１０］板状または筒状に成形された［１］乃至［９］のいずれか１つに記載の複合材。
［１１］繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料である第１の前駆体を用意する工程と、
用意された前記第１の前駆体上の少なくとも一部の領域に、未加硫のゴムを有する第２の前駆体を直接積層させて、前記第１の前駆体と前記第２の前駆体との積層体を得る工程と、
得られた前記積層体を加熱処理することで、前記第１の前駆体の前記樹脂を熱硬化させて、繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第２の前駆体の前記未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材と、を得て、前記第１の部材と前記第２の部材を一体化する一体化工程と、
を有する複合材の製造方法。
［１２］用意された前記第１の前駆体上に、接着部材を介さずに、直接、加硫剤の配合された未加硫のゴムを有する前記第２の前駆体を積層させる［１１］に記載の複合材の製造方法。

本発明の複合材の態様によれば、繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第１の部材上の少なくとも一部の領域にて前記第１の部材と直接接して形成された、ゴム材料を有する第２の部材と、を有し、前記第１の部材と前記第２の部材が一体化されていることにより、繊維強化プラスチックを有する第１の部材とゴム材料を有する第２の部材間の剥離が防止された、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材を得ることができる。

本発明の複合材の態様によれば、前記第１の部材と前記第２の部材が直接接しており、前記第１の部材と前記第２の部材の間に、接着部材が介装されていないことにより、接着部材に起因した接着ムラが防止されるので、第１の部材と第２の部材間の剥離が防止される。

本発明の複合材の態様によれば、前記ゴム材料が、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、水素化ニトリルゴム及びシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも１種であることにより、第１の部材と第２の部材間に密着性が得られ、さらに剥離を防止することができる。

本発明の複合材の態様によれば、前記ゴム材料が、ニトリルゴム、フッ素ゴム、及びブチルゴムからなる群から選択された少なくとも１種であることにより、第１の部材と第２の部材間に確実に密着性が得られ、さらに確実に剥離を防止する。

本発明の複合材の製造方法の態様では、繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料である第１の前駆体上の少なくとも一部の領域に、未加硫のゴムを有する第２の前駆体を直接積層させて積層体を得、前記積層体を加熱処理することで、前記第１の前駆体の前記樹脂を熱硬化させて繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第２の前駆体の前記未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材と、を得るとともに、前記第１の部材と前記第２の部材を一体化する。すなわち、前記積層体を加熱処理することで、繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料であるプリプレグを熱硬化処理し、さらには未加硫のゴムを加硫して、繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を同時に得るとともに、得られた繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を一体化する。

従って、本発明の複合材の製造方法の態様によれば、繊維強化プラスチックを有する第１の部材とゴム材料を有する第２の部材を一体化するにあたり、接着剤の塗布工程自体が必要ではなく、接着剤の均一塗布も必要ではない。上記から、本発明の製造方法の態様によれば、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材の製造工程の煩雑化を防止でき、前記複合材の製造を容易化できる。また、本発明の複合材の製造方法の態様によれば、前記積層体を加熱処理することで、前記第１の前駆体の前記樹脂を熱硬化させて繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第２の前駆体の前記未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材と、を得るとともに、前記第１の部材と前記第２の部材を一体化するので、繊維強化プラスチックを有する第１の部材とゴム材料を有する第２の部材間の剥離を防止した、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材を得ることができる。

本発明の複合材の製造方法の態様によれば、前記第１の前駆体上に、接着部材を介さずに、直接、未加硫のゴムを有する前記第２の前駆体を積層させることにより、接着部材に起因した接着ムラを防止できるので、第１の部材と第２の部材間の剥離を防止させることができる。

本発明の複合材の実施形態例の概要を示す説明図である。 本発明の複合材の外表面が第１の部材である態様を示す、複合材を分解した説明図である。 本発明の複合材の外表面が第２の部材である態様を示す、複合材を分解した説明図である。

以下に、本発明の複合材について、詳細を説明する。図１は、本発明の複合材の実施形態例の概要を示す説明図である。本発明の複合材１は、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０と、第１の部材１０上の少なくとも一部の領域にて第１の部材１０と直接接して形成された、ゴム材料を有する第２の部材２０と、を有し、第１の部材１０と第２の部材２０が一体化された、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材である。本発明の複合材１は、第１の部材１０が第２の部材２０に接着されていることで、第１の部材１０が第２の部材２０に接合された接合部３０を形成し、第１の部材１０と第２の部材２０が一体化されている。本発明の複合材１は、第１の部材１０上の少なくとも一部の領域が第２の部材２０と直接接した状態で一体化されている。

図１に示すように、本発明の実施形態例に係る複合材１は、第１の部材１０と第２の部材２０が直接接している接合部３０には、第１の部材１０と第２の部材２０との間に、接着剤等の接着部材が介装されていない。本発明の複合材１では、第１の部材１０上の少なくとも一部の領域が第２の部材２０と直接接した状態で第２の部材２０と一体化されていればよく、第２の部材２０上の少なくとも一部の領域が第１の部材１０と直接接した状態で第１の部材１０に一体化されていればよい。

本発明の実施形態例に係る複合材１では、第２の部材２０に対向する第１の部材１０の略全面が、第２の部材２０と直接接した状態で第２の部材２０に一体化されている。また、第１の部材１０に対向する第２の部材２０の略全面が、第１の部材１０と直接接した状態で第１の部材１０に一体化されている。従って、複合材１では、第１の部材１０と第２の部材２０が対向している接合部３０全体にわたって、接着部材が介装されていない。

複合材１では、第１の部材１０を構成する繊維強化プラスチックの表面部とその近傍におけるマトリックスの一部が、第２の部材２０を構成するゴム材料の表面部とその近傍に入り込んでおり、第２の部材２０を構成するゴム材料の表面部とその近傍の一部が、第１の部材１０を構成する繊維強化プラスチックの表面部とその近傍に入り込んでいることで、第１の部材１０が第２の部材２０に接合されて接合部３０を形成し、第１の部材１０と第２の部材２０が一体化されている。すなわち、複合材１の接合部３０において、第１の部材１０は第２の部材２０に対してアンカー効果を発揮し、第２の部材２０は第１の部材１０に対してアンカー効果を発揮していることにより、第１の部材１０と第２の部材２０が一体化されている。

本発明の実施形態例に係る複合材１の形状は、特に限定されず、図１の複合材１では、第１の部材１０及び第２の部材２０がシート状であり、複合材１は、シート状の積層体構造を有している。

第１の部材１０及び第２の部材２０が、いずれもシート状である場合、第１の部材１０の厚さは、特に限定されず、例えば、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より具体的には、０．１０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が挙げられる。また、第２の部材２０の厚さは、特に限定されず、第１の部材１０の厚さと同じでもよく、異なっていてもよい。第２の部材２０の厚さとしては、例えば、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より具体的には、０．１０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が挙げられる。

複合材１は、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０と、第１の部材１０表面上の少なくとも一部の領域にて第１の部材１０と直接接した、ゴム材料を有する第２の部材２０と、を有し、第１の部材１０と第２の部材２０が上記アンカー効果によって一体化されていることにより、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０とゴム材料を有する第２の部材２０との間の剥離が防止された、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材である。また、図１に示す複合材１では、第１の部材１０と第２の部材２０が接合部３０全体にわたって直接接しており、第１の部材１０と第２の部材２０の間に、接着部材が介装されていないことにより、接着部材に起因した接着ムラや接合部における接合強度の不均一化が防止されているので、第１の部材１０と第２の部材２０との間の剥離が防止される。

第１の部材１０を構成する繊維強化プラスチックとしては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、アラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）、セルロース繊維強化プラスチック等が挙げられる。これらのうち、軽量性、高強度、剛性の点から、炭素繊維強化プラスチックが好ましい。繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂として、樹脂成分は特に限定されない。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、特にエポキシ樹脂が好ましい。第１の部材１０を構成する繊維強化プラスチックは、繊維にマトリックス樹脂を含浸させた中間材である未硬化（または半硬化）熱硬化性プリプレグを加熱処理等により熱硬化させた部材である。

本発明の実施形態例に係る複合材１では、第１の部材１０は、繊維配向角度が第１の方向である第１の繊維強化プラスチック層１１（１１－１）と、繊維配向角度が前記第１の方向とは異なる第２の方向である第２の繊維強化プラスチック層１１（１１－２）と、を有する多層構造体である。第１の部材１０は、繊維配向角度が異なるように複数層の繊維強化プラスチックの構造体とすることで、第１の部材１０の面方向全体における強度が向上する。なお、図１では、説明の便宜上、第１の部材１０は、２層の繊維強化プラスチック層１１からなる多層構造体としているが、３層以上の繊維強化プラスチック層１１を有する多層構造体としてもよい。３層以上の繊維強化プラスチック層１１を有する多層構造体の場合、繊維配向角度が第１の方向とも第２の方向とも異なる第３の方向である第３の繊維強化プラスチック層１１、繊維配向角度が第１の方向とも第２の方向とも第３の方向とも異なる第４の方向である第４の繊維強化プラスチック層１１等、繊維配向角度が相互に異なる繊維強化プラスチック層１１を設けてもよい。また、第１の部材１０は、１層の繊維強化プラスチック層１１からなる構造体としてもよい。

第２の部材２０を構成するゴム材料としては、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム等のニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム（ＡＣＭ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ポリエチレン、天然ゴム（ＮＲ）等が挙げられる。これらのゴム材料は、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。第２の部材２０を構成するゴム材料は、未加硫のゴムを加熱処理等により加硫させた部材である。

これらのゴム材料のうち、第１の部材１０と第２の部材２０間に密着性が得られ、さらに剥離を防止することができる点から、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴムが好ましく、第１の部材１０と第２の部材２０間に確実に密着性が得られ、さらに確実に剥離を防止する点から、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴムが特に好ましい。

なお、第２の部材２０には、ゴム材料に加えて、加硫剤が配合される。必要に応じて、老化防止剤、加工助剤、粘着付与剤、加硫促進助剤、充填剤、可塑剤、加硫促進剤等の各種添加剤を配合してもよい。

次に、本発明の実施形態例に係る複合材１における第１の部材１０と第２の部材２０の積層構造について説明する。図２は、本発明の複合材の外表面が第１の部材である態様を示す、複合材を分解した説明図である。図３は、本発明の複合材の外表面が第２の部材である態様を示す、複合材を分解した説明図である。なお、図２、３では、複合材１における第１の部材１０と第２の部材２０の積層構造を説明するために、第１の部材１０の層と第２の部材２０の層からなる積層構造を、各層に分解している。

図２に示すように、複合材１として、複合材１の外表面が第１の部材１０である積層構造とすることができる。図２では、シート状である複合材１の主表面を形成する両外表面が、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０である。従って、ゴム材料を有する第２の部材２０の層は、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０の層間に介装されている状態となっている。なお、図２では、ゴム材料を有する第２の部材２０の層は、２つ設けられており、第２の部材２０の層と第２の部材２０の層との間に６層の繊維強化プラスチック層１１からなる第１の部材１０の層が介装されている。また、それぞれの第２の部材２０の層の表面上に、それぞれ、２層の繊維強化プラスチック層１１からなる第１の部材１０の層が設けられている。図２における第１の部材１０の層数と繊維強化プラスチック層１１の層数と第２の部材２０の層数は、説明の便宜上の層数であり、複合材１の使用条件等に応じて、第１の部材１０の層数と繊維強化プラスチック層１１の層数と第２の部材２０の層数は、適宜選択可能である。

複合材１の外表面が第１の部材１０であり、ゴム材料を有する第２の部材２０の層が第１の部材１０の層間に介装されている積層構造の複合材１では、曲げ等によって破断するまでの変形量が大きくなり、複合材１の耐変形性が向上する。また、複合材１の外表面が第１の部材１０であり、第１の部材１０の層間に第２の部材２０の層が介装されている積層構造の複合材１では、振動減衰性が向上する。

また、図３に示すように、複合材１として、複合材１の外表面が第２の部材２０である積層構造とすることもできる。図３では、シート状である複合材１の主表面を形成する両外表面が、ゴム材料を有する第２の部材２０である。従って、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０の層は、ゴム材料を有する第２の部材２０の層間に介装されている状態となっている。なお、図３では、ゴム材料を有する第２の部材２０の層は、２つ設けられており、第２の部材２０の層と第２の部材２０の層との間に１０層の繊維強化プラスチック層１１からなる第１の部材１０の層が介装されている。図３における第１の部材１０の層数と繊維強化プラスチック層１１の層数と第２の部材２０の層数は、説明の便宜上の層数であり、複合材１の使用条件等に応じて、第１の部材１０の層数と繊維強化プラスチック層１１の層数と第２の部材２０の層数は、適宜選択可能である。また、複合材１の外表面を形成する第２の部材２０以外に、第１の部材１０の層間に、さらに、第２の部材２０の層が介装されていてもよい。

複合材１の外表面が第２の部材２０であり、繊維強化プラスチックを有する第１の部材１０の層が第２の部材２０の層間に介装されている積層構造の複合材１では、複合材１の破断時に第１の部材１０の繊維が飛散することを防止できるので、複合材１の破断時の安全性が向上する。また、複合材１の外表面がゴム材料を有する第２の部材２０であることにより、複合材１に、例えば、耐油性、耐候性、耐久性、耐薬品性、耐オゾン性等のゴム材料由来の効果も付与することができる。また、複合材１の外表面が第２の部材２０であり、第２の部材２０の層間に第１の部材１０の層が介装されている積層構造の複合材１では、振動減衰性が向上する。

複合材１は、輸送関連機器、スポーツ用品、建築構造物などの用途に応じて、板状、筒状等、所望の形状に成形して使用することができる。

次に、本発明の複合材の製造方法について説明する。本発明の複合材の製造方法は、（１）繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料である第１の前駆体を用意する工程と、（２）用意された前記第１の前駆体上の少なくとも一部の領域に、未加硫のゴムを有する第２の前駆体を直接積層させて、前記第１の前駆体と前記第２の前駆体との積層体を得る工程と、（３）得られた前記積層体を加熱処理することで、前記第１の前駆体の前記樹脂を熱硬化させて、繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第２の前駆体の前記未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材と、を得て、前記第１の部材と前記第２の部材を一体化する一体化工程と、を有する。

（１）繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料である第１の前駆体を用意する工程
炭素繊維等の強化繊維に熱硬化性樹脂等の樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料であるプリプレグを用意する工程である。第１の前駆体として、単層プリプレグを使用してもよく、また、プリプレグを複数積層させた積層プリプレグを使用してもよく、複合材の使用条件等に応じて、プリプレグの積層数は適宜選択可能である。

（２）第１の前駆体上に未加硫のゴムを有する第２の前駆体を直接積層させて積層体を得る工程
第１の前駆体である（積層）プリプレグ表面に、加硫剤の配合された未加硫のゴムを有する第２の前駆体を積層させる工程である。この工程では、第１の前駆体上に、接着部材を介さずに、直接、未加硫のゴムを有する第２の前駆体を積層させる。第１の前駆体上に第２の前駆体を積層させるにあたり、必要に応じて、第１の前駆体と第２の前駆体の積層体に対して、例えば、プレスが行われてもよい。

（３）一体化工程
一体化工程では、第１の前駆体と第２の前駆体の積層体を加熱処理することで、第１の前駆体の樹脂を熱硬化させてプリプレグから繊維強化プラスチックを形成して、繊維強化プラスチックを有する第１の部材を得、さらには第２の前駆体の未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材を得るとともに、第１の部材と第２の部材を一体化する。すなわち、一体化工程では、第１の前駆体と第２の前駆体の積層体を加熱処理することで、繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料であるプリプレグを熱硬化処理し、さらには未加硫のゴムを加硫して、繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を同時に得るとともに、得られた繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を一体化する。プリプレグから繊維強化プラスチックを形成する際に、第１の前駆体を構成する樹脂の一部が、第２の前駆体を構成する未加硫のゴムに入り込むとともに、未加硫のゴムを加硫してゴム材料を形成する際に、第２の前駆体を構成する未加硫のゴムの一部が、第１の前駆体を構成する樹脂に入り込む。上記した第１の前駆体と第２の前駆体の相互作用によって、第１の部材と第２の部材が接合されて接合部を形成し、第１の部材と第２の部材が一体化される。結果として、第１の部材を構成する繊維強化プラスチックの表面部とその近傍におけるマトリックス樹脂の一部が、第２の部材を構成するゴム材料の表面部とその近傍に入り込み、第２の部材を構成するゴム材料の表面部とその近傍の一部が、第１の部材を構成する繊維強化プラスチックの表面部とその近傍に入り込んだ接合部を形成する。

第１の前駆体と第２の前駆体の積層体を加熱処理する方法としては、第１の前駆体に適合した加熱処理条件を適宜選択することができる。

本発明の複合材の製造方法によれば、繊維強化プラスチックを有する第１の部材とゴム材料を有する第２の部材を一体化するにあたり、接着剤の塗布工程自体が必要ではなく、従って、接着剤の均一塗布も必要ではない。上記から、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材の製造工程の煩雑化を防止でき、複合材の製造を容易化できる。また、本発明の複合材の製造方法では、第１の前駆体と第２の前駆体の積層体を加熱処理することで、第１の前駆体の樹脂を熱硬化させて繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、第２の前駆体の未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材と、を得るとともに、第１の部材と第２の部材を一体化することもできるので、繊維強化プラスチックを有する第１の部材とゴム材料を有する第２の部材間の剥離が防止された、繊維強化プラスチックとゴム材料との複合材を得ることができる。

また、本発明の複合材の製造方法では、第１の前駆体上に、接着部材を介さずに、直接、未加硫のゴムを積層させるので、接着部材に起因した接着ムラを防止でき、第１の部材と第２の部材間の剥離を防止することができる。

次に、本発明の複合材の実施例を説明するが、本発明の複合材は、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１～３
未加硫のゴムと加硫剤を、下記表１の配合割合にて配合後、混合して、実施例１～３で使用する、第２の部材の前駆体である第２の前駆体を調製した。未加硫のゴムとしては、ニトリルゴム（実施例１）、フッ素ゴム（実施例２）、ブチルゴム（実施例３）を使用した。
なお、下記表１中に記載していないが、適宜各種添加剤（老化防止剤、加工助剤、粘着付与剤、加硫促進助剤、充填剤、可塑剤、加硫促進剤等）を配合している。

実施例１～３で使用する第１の前駆体（第１の部材の前駆体）は、以下の通りである。
・Ｐ２２５５Ｓ－１５：シート厚０．１２２ｍｍ、樹脂量２４．０質量％、炭素繊維量７６．０％のプリプレグのシート、東レ株式会社

評価項目は以下の通りである。
（１）剥離試験
第１の前駆体のプリプレグを（０°／９０°）_５の積層構造で積層し、１．２２ｍｍの積層プリプレグのシートとした。次に、得られた積層体をシートプレス機に入れ、８Ｋｇｆ／ｃｍ^２、１５０℃、６０分の条件にて加熱処理をし、第１の部材と第２の部材が一体化された複合材の試験サンプルを調製した。得られた試験サンプルについて、第１の部材と第２の部材が一体化された複合材から第２の部材を引き剥がす剥離試験を行った。剥離試験は、試験速度５０ｍｍ／分、ＪＩＳ Ｋ ６８５４に順じて実施し、複合材から第２の部材を引き剥がす際の最大荷重（単位：Ｎ）を測定した。剥離試験回数を５回とし、その平均値の最大荷重にて、繊維強化プラスチックとゴム材料間の剥離防止性を評価した。最大荷重１００Ｎ以上を、繊維強化プラスチックとゴム材料間の剥離防止性に優れた複合材として「合格」と判定した。

（２）表面観察
上記剥離試験後の試験サンプルについて、第１の部材の接合部側表面と第２の部材の接合部側表面を光学顕微鏡（倍率１００倍）にて観察し、以下の基準で繊維強化プラスチックとゴム材料間の一体性を評価した。
○：第１の部材の接合部側表面にゴム材料の断片が多く付着し、第２の部材の接合部側表面に炭素繊維やマトリックス樹脂が多く付着していることから、第１の部材と第２の部材がアンカー効果によって強固に一体化されている。
△：第１の部材の接合部側表面にゴム材料の断片が僅かに付着し、第２の部材の接合部側表面に炭素繊維やマトリックス樹脂が僅かに付着していることから、第１の部材と第２の部材がアンカー効果によって一体化されている。
×：第１の部材の接合部側表面にゴム材料の断片が全く付着していない、及び／または第２の部材の接合部側表面に炭素繊維やマトリックス樹脂が全く付着していないことから、第１の部材と第２の部材がアンカー効果によって接合されていない。

評価結果を下記表１に示す。

上記表１に示すように、第１の前駆体と第２の前駆体の積層体を加熱処理することで、プリプレグを熱硬化処理し、さらには未加硫のゴムを加硫して、繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を同時に得るとともに、繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を一体化した実施例１～３では、複合材から第２の部材を引き剥がす際の最大荷重が１００Ｎ以上であり、また、第１の部材と第２の部材がアンカー効果によって強固に一体化されていた。従って、実施例１～３では、繊維強化プラスチックとゴム材料間の剥離が防止された複合材を得ることができた。

（３）曲げ試験（耐変形性）
実施例として、上記した実施例１～３の、第１の部材と第２の部材が一体化された複合材の試験サンプルを使用した。また、比較例１では、第１の部材の層（（９０°／０°）_５）のみの試験サンプルとした。

ＪＩＳ Ｋ ７０７４に順じて曲げ試験を行い、試験サンプルが破断するまでの変位量を測定し、以下の基準で評価した。
○：変位量５．０ｍｍ以上
△：変位量３．５ｍｍ以上５．０ｍｍ未満
×：変位量３．５ｍｍ未満

評価結果を下記表２に示す。

上記表２に示すように、繊維強化プラスチックと加硫されたゴム材料を一体化した実施例１～３では、変位量が大きく、耐変形性に優れていた。一方で、ゴム材料を有する第２の部材が形成されていない比較例１では、変位量が小さく、耐変形性が得られなかった。

本発明の複合材は、繊維強化プラスチックとゴム材料間の剥離が防止されているので、輸送関連機器、スポーツ用品、建築構造物など、広汎な分野の材料として利用価値が高い。

１ 複合材
１０ 第１の部材
１１ 繊維強化プラスチック層
２０ 第２の部材

Claims (12)

1. 繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第１の部材上の少なくとも一部の領域にて前記第１の部材と直接接して形成された、ゴム材料を有する第２の部材と、を有し、
   前記第１の部材と前記第２の部材が一体化された複合材。
2. 前記第１の部材と前記第２の部材が直接接しており、前記第１の部材と前記第２の部材の間に、接着部材が介装されていない請求項１に記載の複合材。
3. 前記第１の部材及び前記第２の部材がシート状であり、前記複合材が積層体構造を有する請求項１または２に記載の複合材。
4. 前記ゴム材料が、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、水素化ニトリルゴム及びシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも１種である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合材。
5. 前記ゴム材料が、ニトリルゴム、フッ素ゴム及びブチルゴムからなる群から選択された少なくとも１種である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合材。
6. 前記繊維強化プラスチックが、炭素繊維強化プラスチックである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複合材。
7. 前記第１の部材が、繊維配向角度が第１の方向である第１の層を形成する第１の前記繊維強化プラスチックと、繊維配向角度が前記第１の方向とは異なる第２の方向である第２の層を形成する第２の前記繊維強化プラスチックと、を有する多層構造体である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の複合材。
8. 前記複合材の外表面が、前記第１の部材である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合材。
9. 前記複合材の外表面が、前記第２の部材である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合材。
10. 板状または筒状に成形された請求項１乃至９のいずれか１項に記載の複合材。
11. 繊維に樹脂を含ませた未硬化または半硬化材料である第１の前駆体を用意する工程と、
    用意された前記第１の前駆体上の少なくとも一部の領域に、未加硫のゴムを有する第２の前駆体を直接積層させて、前記第１の前駆体と前記第２の前駆体との積層体を得る工程と、
    得られた前記積層体を加熱処理することで、前記第１の前駆体の前記樹脂を熱硬化させて、繊維強化プラスチックを有する第１の部材と、前記第２の前駆体の前記未加硫のゴムを加硫してゴム材料を有する第２の部材と、を得て、前記第１の部材と前記第２の部材を一体化する一体化工程と、
    を有する複合材の製造方法。
12. 用意された前記第１の前駆体上に、接着部材を介さずに、直接、加硫剤の配合された未加硫のゴムを有する前記第２の前駆体を積層させる請求項１１に記載の複合材の製造方法。
    

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