JP2023090923A - Ｃｆｒｐ構造体、ｃｆｒｐ構造体の製造方法、炭素繊維プリプレグおよび炭素繊維プリプレグの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本開示は、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体；改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体を与え得る炭素繊維プリプレグに関する。【解決手段】ＣＦＲＰからなる構造体は、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形されたものであること、前記ＣＦＲＰの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、厚さ４ｍｍ未満の部分を有さないことを特徴とする；炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなるプリプレグは、前記炭素繊維マットがフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成されていること、および、前記プリプレグの炭素繊維含有量が６０質量％以上であることを特徴とする。【選択図】なし
Description
本発明は、主として、ＣＦＲＰ構造体、ＣＦＲＰ構造体の製造方法、炭素繊維プリプレグおよび炭素繊維プリプレグの製造方法に関する。
本願は、２０２０年３月１１日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－４１６９６号、２０２０年１１月１２日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－１８８８３５号および２０２０年１２月２２日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－２１１９４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２０年３月１１日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－４１６９６号、２０２０年１１月１２日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－１８８８３５号および２０２０年１２月２２日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－２１１９４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）は炭素繊維と樹脂とからなる複合材料であり、航空機、自動車、船舶その他各種の輸送機器の部品、スポーツ用品、レジャー用品などに幅広く使用されている。
チョップド炭素繊維束（「chopped carbon fiber bundle」であり、「chopped carbon fiber strand」、「chopped carbon fiber tow」などともいう。）を用いた炭素繊維プリプレグから、圧縮成形法によりＣＦＲＰ構造体を成形することを含む、ＣＦＲＰ製品の製造方法が実用化されている。
チョップド炭素繊維束を用いた炭素繊維プリプレグの典型例は、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）およびスタンパブルシートである。
ＳＭＣは、チョップド炭素繊維束からなるマットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。スタンパブルシートは、チョップド炭素繊維束からなるマットを熱可塑性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。
ＣＦＲＰに添加し得る添加剤のひとつに難燃剤がある（特許文献１）。
チョップド炭素繊維束（「chopped carbon fiber bundle」であり、「chopped carbon fiber strand」、「chopped carbon fiber tow」などともいう。）を用いた炭素繊維プリプレグから、圧縮成形法によりＣＦＲＰ構造体を成形することを含む、ＣＦＲＰ製品の製造方法が実用化されている。
チョップド炭素繊維束を用いた炭素繊維プリプレグの典型例は、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）およびスタンパブルシートである。
ＳＭＣは、チョップド炭素繊維束からなるマットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。スタンパブルシートは、チョップド炭素繊維束からなるマットを熱可塑性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。
ＣＦＲＰに添加し得る添加剤のひとつに難燃剤がある（特許文献１）。
本発明の目的には、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体を提供することが含まれる。
本発明の目的には、更に、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体を与え得る炭素繊維プリプレグを提供することが含まれる。
その他、本発明により解決され得る様々な課題が、本明細書には明示的または黙示的に開示されている。
本発明の目的には、更に、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体を与え得る炭素繊維プリプレグを提供することが含まれる。
その他、本発明により解決され得る様々な課題が、本明細書には明示的または黙示的に開示されている。
本発明者等は、ＳＭＣから作製したＣＦＲＰの垂直燃焼性試験を行うことにより、炭素繊維の含有量、ＳＭＣ製造に用いる炭素繊維束のフィラメント数、および、試験片厚がＣＦＲＰの難燃性に影響することを見出した。より具体的には、炭素繊維含有量がより多い方が、また、炭素繊維含有量が十分なときは、ＳＭＣ製造に用いる炭素繊維束のフィラメント数がより少ない方が、また、試験片がより厚いときの方が、ＣＦＲＰの難燃性が良好となる傾向を見出した。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、その実施形態には以下が含まれる。
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、その実施形態には以下が含まれる。
［１］ＣＦＲＰからなる構造体であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形されたものであること、前記ＣＦＲＰの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、厚さ４ｍｍ未満の部分を有さないことを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体。
［２］ハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［１］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［３］難燃剤が添加された、［１］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［４］ハロゲンを含有しない、［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［１］～［４］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［６］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［７］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［５］または［６］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［８］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［９］臭素基を有する樹脂を含有する、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１０］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１１］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１２］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１３］炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから、圧縮成形法によって構造体を成形することを含み、前記炭素繊維マットがフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成されていること、前記炭素繊維プリプレグの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、前記構造体が厚さ４ｍｍ未満の部分を有さないことを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体の製造方法。
［１４］前記炭素繊維プリプレグがハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［１３］に記載の製造方法。
［１５］前記樹脂組成物に難燃剤が配合されている、［１３］に記載の製造方法。
［１６］前記炭素繊維プリプレグがハロゲンを含有しない、［１５］に記載の製造方法。
［１７］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［１３］～［１６］のいずれかに記載の製造方法。
［１８］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［１７］に記載の製造方法。
［１９］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［１７］または［１８］に記載の製造方法。
［２０］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［１７］に記載の製造方法。
［２１］前記炭素繊維プリプレグが臭素基を有する樹脂を含有する、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２２］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２３］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２４］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２５］前記炭素繊維プリプレグがシートモールディングコンパウンドである、［１３］～［２４］のいずれかに記載の製造方法。
［２６］炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなるプリプレグであって、前記炭素繊維マットがフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成されていること、および、前記プリプレグの炭素繊維含有量が６０質量％以上であることを特徴とする、炭素繊維プリプレグ。
［２７］ハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［２６］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［２８］難燃剤が添加された、［２６］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［２９］ハロゲンを含有しない、［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３０］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［２６］～［２９］のいずれかに記載の炭素繊維プリプレグ。
［３１］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［３０］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３２］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［３０］または［３１］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３３］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［３０］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３４］臭素基を有する樹脂を含有する、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３５］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３６］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３７］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３８］シートモールディングコンパウンドである、［２６］～［３７］のいずれかに記載の炭素繊維プリプレグ。
［３９］［２６］～［３８］のいずれかに記載の炭素繊維プリプレグから、圧縮成形法によってＣＦＲＰ構造体を成形することを含む、ＣＦＲＰ製品の製造方法。
［４０］前記ＣＦＲＰ構造体が厚さ４ｍｍ未満の部分を有さない、［３９］に記載の製造方法。
［４１］炭素繊維含有量を有する炭素繊維プリプレグを製造する方法であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束を用いて炭素繊維マットを形成することと、前記炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させることとを含み、前記炭素繊維含有量が６０質量％以上である、方法。
［４２］前記樹脂組成物がハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［４１］に記載の方法。
［４３］前記樹脂組成物に難燃剤が添加された、［４１］に記載の方法。
［４４］前記樹脂組成物がハロゲンを含有しない、［４３］に記載の方法。
［４５］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［４１］～［４４］のいずれかに記載の方法。
［４６］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［４５］に記載の方法。
［４７］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［４５］または［４６］に記載の方法。
［４８］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［４５］に記載の方法。
［４９］前記樹脂組成物が臭素基を有する樹脂を含有する、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５０］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５１］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５２］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５３］前記炭素繊維プリプレグがシートモールディングコンパウンドである、［４１］～［５２］のいずれかに記載の方法。
［５４］ＣＦＲＰからなる構造体であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形されたものであること、前記ＣＦＲＰの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、前記ＣＦＲＰに難燃剤が添加されていることを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体。
［５５］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５６］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［５５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５７］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［５５］または［５６］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５８］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［５５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５９］ハロゲンを含有しない、［５４]～［５８］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［６０］臭素基を有する樹脂を含有する、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６１］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６２］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６３］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６４］ＣＦＲＰからなる構造体であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形されたものであること、前記ＣＦＲＰの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、前記樹脂組成物が臭素基を有する樹脂を含有することを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体。
［６５］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［６４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６６］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［６４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６７］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［６４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６８］厚さ４ｍｍ未満の部分と厚さ４ｍｍ以上の部分とを有する、［５４］～［６７］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［６９］厚さ３ｍｍ未満の部分を有さない、［５４］～［６８］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［２］ハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［１］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［３］難燃剤が添加された、［１］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［４］ハロゲンを含有しない、［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［１］～［４］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［６］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［７］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［５］または［６］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［８］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［９］臭素基を有する樹脂を含有する、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１０］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１１］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１２］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［１］または［３］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［１３］炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから、圧縮成形法によって構造体を成形することを含み、前記炭素繊維マットがフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成されていること、前記炭素繊維プリプレグの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、前記構造体が厚さ４ｍｍ未満の部分を有さないことを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体の製造方法。
［１４］前記炭素繊維プリプレグがハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［１３］に記載の製造方法。
［１５］前記樹脂組成物に難燃剤が配合されている、［１３］に記載の製造方法。
［１６］前記炭素繊維プリプレグがハロゲンを含有しない、［１５］に記載の製造方法。
［１７］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［１３］～［１６］のいずれかに記載の製造方法。
［１８］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［１７］に記載の製造方法。
［１９］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［１７］または［１８］に記載の製造方法。
［２０］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［１７］に記載の製造方法。
［２１］前記炭素繊維プリプレグが臭素基を有する樹脂を含有する、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２２］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２３］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２４］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［１３］または［１５］に記載の製造方法。
［２５］前記炭素繊維プリプレグがシートモールディングコンパウンドである、［１３］～［２４］のいずれかに記載の製造方法。
［２６］炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなるプリプレグであって、前記炭素繊維マットがフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成されていること、および、前記プリプレグの炭素繊維含有量が６０質量％以上であることを特徴とする、炭素繊維プリプレグ。
［２７］ハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［２６］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［２８］難燃剤が添加された、［２６］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［２９］ハロゲンを含有しない、［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３０］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［２６］～［２９］のいずれかに記載の炭素繊維プリプレグ。
［３１］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［３０］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３２］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［３０］または［３１］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３３］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［３０］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３４］臭素基を有する樹脂を含有する、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３５］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３６］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３７］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［２６］または［２８］に記載の炭素繊維プリプレグ。
［３８］シートモールディングコンパウンドである、［２６］～［３７］のいずれかに記載の炭素繊維プリプレグ。
［３９］［２６］～［３８］のいずれかに記載の炭素繊維プリプレグから、圧縮成形法によってＣＦＲＰ構造体を成形することを含む、ＣＦＲＰ製品の製造方法。
［４０］前記ＣＦＲＰ構造体が厚さ４ｍｍ未満の部分を有さない、［３９］に記載の製造方法。
［４１］炭素繊維含有量を有する炭素繊維プリプレグを製造する方法であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束を用いて炭素繊維マットを形成することと、前記炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させることとを含み、前記炭素繊維含有量が６０質量％以上である、方法。
［４２］前記樹脂組成物がハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、［４１］に記載の方法。
［４３］前記樹脂組成物に難燃剤が添加された、［４１］に記載の方法。
［４４］前記樹脂組成物がハロゲンを含有しない、［４３］に記載の方法。
［４５］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［４１］～［４４］のいずれかに記載の方法。
［４６］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［４５］に記載の方法。
［４７］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［４５］または［４６］に記載の方法。
［４８］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［４５］に記載の方法。
［４９］前記樹脂組成物が臭素基を有する樹脂を含有する、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５０］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５１］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５２］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［４１］または［４３］に記載の方法。
［５３］前記炭素繊維プリプレグがシートモールディングコンパウンドである、［４１］～［５２］のいずれかに記載の方法。
［５４］ＣＦＲＰからなる構造体であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形されたものであること、前記ＣＦＲＰの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、前記ＣＦＲＰに難燃剤が添加されていることを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体。
［５５］前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５６］前記熱硬化性樹脂組成物にビニルエステル樹脂が配合されている、［５５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５７］前記熱硬化性樹脂組成物に不飽和ポリエステル樹脂が配合されている、［５５］または［５６］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５８］前記熱硬化性樹脂組成物にエポキシ樹脂が配合されている、［５５］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［５９］ハロゲンを含有しない、［５４]～［５８］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［６０］臭素基を有する樹脂を含有する、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６１］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６２］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６３］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［５４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６４］ＣＦＲＰからなる構造体であって、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形されたものであること、前記ＣＦＲＰの炭素繊維含有量が６０質量％以上であること、および、前記樹脂組成物が臭素基を有する樹脂を含有することを特徴とする、ＣＦＲＰ構造体。
［６５］前記樹脂組成物に臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合されている、［６４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６６］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂が配合されている、［６４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６７］前記樹脂組成物に臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が配合されている、［６４］に記載のＣＦＲＰ構造体。
［６８］厚さ４ｍｍ未満の部分と厚さ４ｍｍ以上の部分とを有する、［５４］～［６７］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
［６９］厚さ３ｍｍ未満の部分を有さない、［５４］～［６８］のいずれかに記載のＣＦＲＰ構造体。
実施形態のひとつによれば、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体が提供される。
実施形態の他のひとつによれば、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体を与え得る炭素繊維プリプレグが提供される。
実施形態の他のひとつによれば、改善された難燃性を有するＣＦＲＰ構造体を与え得る炭素繊維プリプレグが提供される。
本明細書において、炭素繊維マットとマトリックス樹脂組成物とからなるプリプレグまたは炭素繊維マットとマトリックス樹脂組成物とからなるＣＦＲＰの炭素繊維含有量は、炭素繊維マットに由来する炭素繊維がプリプレグまたはＣＦＲＰに占める質量比率を意味する。例えば、チョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグの硬化により得られるＣＦＲＰの場合であれば、その炭素繊維含有量は、チョップド炭素繊維束に由来する炭素繊維の質量がＣＦＲＰの質量に占める比率である。例えば、炭素繊維プリプレグを製造するときに、含浸用の樹脂組成物にミルド炭素繊維が配合された場合、この炭素繊維プリプレグの炭素繊維含有量の計算において、ミルド炭素繊維の質量は炭素繊維の質量に含めないものとする。
本発明の実施形態のひとつはＣＦＲＰ構造体に関する。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体をなすＣＦＲＰの炭素繊維含有量は６０質量％以上であり、７０質量％以上であってもよい。該ＣＦＲＰの炭素繊維含有量に特に上限はないが、生産効率の観点から、８５質量％以下、８０質量％以下あるいは７５質量％以下に設定され得る。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、好ましくは、厚さ４ｍｍ未満の部分を有さない。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体をなすＣＦＲＰの炭素繊維含有量は６０質量％以上であり、７０質量％以上であってもよい。該ＣＦＲＰの炭素繊維含有量に特に上限はないが、生産効率の観点から、８５質量％以下、８０質量％以下あるいは７５質量％以下に設定され得る。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、好ましくは、厚さ４ｍｍ未満の部分を有さない。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、板状の部分、管状の部分、棒状の部分および中空の部分のうち、少なくともいずれかを有し得る。実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、板状の部分、管状の部分、棒状の部分および中空の部分のうち、いずれにも該当しない部分を含まないことがあり得る。
板状の部分は平坦でもよいし、曲がっていてもよい。
管状の部分は、真直ぐでもよいし、曲がっていてもよい。管状の部分の横断面形状に限定はなく、円、半円、楕円、矩形、多角形などであり得る。
管状の部分における厚さとは、管壁の厚さを意味する。
管状の部分は、真直ぐでもよいし、曲がっていてもよい。管状の部分の横断面形状に限定はなく、円、半円、楕円、矩形、多角形などであり得る。
管状の部分における厚さとは、管壁の厚さを意味する。
棒状の部分は、真直ぐでもよいし、曲がっていてもよい。棒状の部分の横断面形状に限定はなく、円、半円、楕円、矩形、多角形などであり得る。
棒状の部分における厚さとは、同部分の横断面の最小幅を意味する。
中空の部分は、空洞と、それを取り囲む壁とからなる。空洞の形状に限定はない。
中空の部分における厚さとは、壁の厚さを意味する。
棒状の部分における厚さとは、同部分の横断面の最小幅を意味する。
中空の部分は、空洞と、それを取り囲む壁とからなる。空洞の形状に限定はない。
中空の部分における厚さとは、壁の厚さを意味する。
図１に斜視図、図２に平面図を示す構造体１００は、実施形態に係るＣＦＲＰ構造体が備え得る構造、すなわち、基板１１０の一方面側に複数のボス１１２と複数のリブ１１４が配置された構造を有している。全てのボス１１２および全てのリブ１１４と、基板１１０とは、ＣＦＲＰで一体的に成形されている。
構造体１００は、厚さ４ｍｍ未満の部分を有さない。別の言い方をすると、構造体１００においては、基板１１０の厚さｔ１００、各ボス１１２の厚さｔ１１２、各リブ１１４の厚さｔ１１４が、いずれも４ｍｍ以上である。
ここでいうボス１１２の厚さｔ１１２およびリブ１１４の厚さｔ１１４は最小厚さ、すなわち、厚さが最も小さい部分における厚さである。例えば、抜き勾配を設ける目的で、ボス１１２およびリブ１１４の厚さが基板１１０から離れるにつれて小さくなるよう設計された場合には、基板１１０から最も離れた部分における厚さを、ボス１１２およびリブ１１４の厚さとして取り扱う。
構造体１００は、厚さ４ｍｍ未満の部分を有さない。別の言い方をすると、構造体１００においては、基板１１０の厚さｔ１００、各ボス１１２の厚さｔ１１２、各リブ１１４の厚さｔ１１４が、いずれも４ｍｍ以上である。
ここでいうボス１１２の厚さｔ１１２およびリブ１１４の厚さｔ１１４は最小厚さ、すなわち、厚さが最も小さい部分における厚さである。例えば、抜き勾配を設ける目的で、ボス１１２およびリブ１１４の厚さが基板１１０から離れるにつれて小さくなるよう設計された場合には、基板１１０から最も離れた部分における厚さを、ボス１１２およびリブ１１４の厚さとして取り扱う。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、炭素繊維プリプレグから、例えば圧縮成形法によって、成形される。
圧縮成形法を用いて成形されたＣＦＲＰ構造体を成すＣＦＲＰの炭素繊維含有量は、材料に用いた炭素繊維プリプレグの炭素繊維含有量と同等である。従って、例えば炭素繊維含有量が約６０質量％のＣＦＲＰは、炭素繊維含有量が約６０質量％の炭素繊維プリプレグを加圧しながら硬化させることで得ることができる。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の成形に用いられる炭素繊維プリプレグは、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させる方法で製造される。この炭素繊維マットは、発明の効果が損なわれない範囲で、フィラメント数が３Ｋより大きいチョップド炭素繊維束を含んでもよい。この炭素繊維マットにおける、フィラメント数が３Ｋより大きいチョップド炭素繊維束の含有量は、好ましくは１質量％未満、より好ましくは０．７質量％以下である。
炭素繊維束のフィラメント数は１０００本単位で表されることが多く、例えば、フィラメント数３Ｋのチョップド炭素繊維束とは、約３０００本のフィラメントからなるチョップド炭素繊維束を意味する。
圧縮成形法を用いて成形されたＣＦＲＰ構造体を成すＣＦＲＰの炭素繊維含有量は、材料に用いた炭素繊維プリプレグの炭素繊維含有量と同等である。従って、例えば炭素繊維含有量が約６０質量％のＣＦＲＰは、炭素繊維含有量が約６０質量％の炭素繊維プリプレグを加圧しながら硬化させることで得ることができる。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の成形に用いられる炭素繊維プリプレグは、フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させる方法で製造される。この炭素繊維マットは、発明の効果が損なわれない範囲で、フィラメント数が３Ｋより大きいチョップド炭素繊維束を含んでもよい。この炭素繊維マットにおける、フィラメント数が３Ｋより大きいチョップド炭素繊維束の含有量は、好ましくは１質量％未満、より好ましくは０．７質量％以下である。
炭素繊維束のフィラメント数は１０００本単位で表されることが多く、例えば、フィラメント数３Ｋのチョップド炭素繊維束とは、約３０００本のフィラメントからなるチョップド炭素繊維束を意味する。
炭素繊維プリプレグは、限定するものではないが、好ましくはＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）である。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の成形に使用し得るＳＭＣの典型的な製造方法を、図３を参照して説明すると、次の通りである。
炭素繊維パッケージＰから連続炭素繊維束１０が引き出され、ロータリーカッター１に送られる。
連続炭素繊維束１０はロータリーカッター１により切断されてチョップド炭素繊維束２０となる。
ロータリーカッター１の下方を走行する第一キャリアフィルム５１の上面には、ドクターブレードを備える第一塗工機２ａで第一樹脂ペースト４０ａを塗布することにより形成される第一樹脂ペースト層４１が設けられている。
第一樹脂ペースト４０ａは増粘剤が添加された熱硬化性樹脂組成物からなり、その２５℃における粘度は例えば１０Ｐａ・ｓ以下である。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の成形に使用し得るＳＭＣの典型的な製造方法を、図３を参照して説明すると、次の通りである。
炭素繊維パッケージＰから連続炭素繊維束１０が引き出され、ロータリーカッター１に送られる。
連続炭素繊維束１０はロータリーカッター１により切断されてチョップド炭素繊維束２０となる。
ロータリーカッター１の下方を走行する第一キャリアフィルム５１の上面には、ドクターブレードを備える第一塗工機２ａで第一樹脂ペースト４０ａを塗布することにより形成される第一樹脂ペースト層４１が設けられている。
第一樹脂ペースト４０ａは増粘剤が添加された熱硬化性樹脂組成物からなり、その２５℃における粘度は例えば１０Ｐａ・ｓ以下である。
連続炭素繊維束１０の切断により産生したチョップド炭素繊維束２０は、第一樹脂ペースト層４１の上に落下して堆積し、炭素繊維マット３０を形成する。
炭素繊維マット３０の形成に続いて、第一キャリアフィルム５１の上面側に第二キャリアフィルム５２が貼り合わされることにより積層体６０が形成される。貼り合わせの前に、第二キャリアフィルム５２の一方の面には、ドクターブレードを備える第二塗工機２ｂで第二樹脂ペースト４０ｂを塗布することによって形成される第二樹脂ペースト層４２が設けられる。第二樹脂ペースト４０ｂは、通常、第一樹脂ペーストと同一または実質的に同一の組成を有する熱硬化性樹脂組成物からなる。
積層体６０の形成は、第一キャリアフィルム５１と第二キャリアフィルム５２の間に、第一樹脂ペースト層４１、炭素繊維マット３０および第二樹脂ペースト層４２が挟まれるように行われる。
炭素繊維マット３０の形成に続いて、第一キャリアフィルム５１の上面側に第二キャリアフィルム５２が貼り合わされることにより積層体６０が形成される。貼り合わせの前に、第二キャリアフィルム５２の一方の面には、ドクターブレードを備える第二塗工機２ｂで第二樹脂ペースト４０ｂを塗布することによって形成される第二樹脂ペースト層４２が設けられる。第二樹脂ペースト４０ｂは、通常、第一樹脂ペーストと同一または実質的に同一の組成を有する熱硬化性樹脂組成物からなる。
積層体６０の形成は、第一キャリアフィルム５１と第二キャリアフィルム５２の間に、第一樹脂ペースト層４１、炭素繊維マット３０および第二樹脂ペースト層４２が挟まれるように行われる。
炭素繊維マット３０を第一樹脂ペースト４０ａおよび第二樹脂ペースト４０ｂで含浸させるために、積層体６０は含浸機３で加圧される。
含浸機３を通過した積層体６０はボビンに巻き取られる。積層体６０をボビンごと加温して一定時間保持することにより第一樹脂ペースト４０ａおよび第二樹脂ペースト４０ｂが十分に増粘すれば、ＳＭＣの完成である。増粘後の樹脂ペーストの２５℃における粘度は、例えば１０００Ｐａ・ｓ以上１０００００Ｐａ・ｓ以下である。
含浸機３を通過した積層体６０はボビンに巻き取られる。積層体６０をボビンごと加温して一定時間保持することにより第一樹脂ペースト４０ａおよび第二樹脂ペースト４０ｂが十分に増粘すれば、ＳＭＣの完成である。増粘後の樹脂ペーストの２５℃における粘度は、例えば１０００Ｐａ・ｓ以上１０００００Ｐａ・ｓ以下である。
このＳＭＣ製造方法において、炭素繊維マット３０をフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成するために、例えば、出発材料である連続炭素繊維束１０としてフィラメント数が３Ｋ以下であるものが用いられる。
好ましい方法では、チョップする前の任意の段階で、連続炭素繊維束１０に未分割部と分割部とが長手方向に沿って交互かつ周期的に設けられ、分割部において繊維束が複数のサブ束に分割（split）される。言い換えれば、連続炭素繊維束１０が部分的にサブ束に分割されたうえでチョップされる。
この方法は、１２Ｋ、１５Ｋ、１８Ｋ、２４Ｋ、４８Ｋ、５０Ｋなど、連続炭素繊維束１０のフィラメント数が１０Ｋ以上のときに、特に好ましく採用することができる。分割部におけるサブ束の平均フィラメント数は３Ｋ以下、好ましくは２．５Ｋ以下とされる。
好ましい方法では、チョップする前の任意の段階で、連続炭素繊維束１０に未分割部と分割部とが長手方向に沿って交互かつ周期的に設けられ、分割部において繊維束が複数のサブ束に分割（split）される。言い換えれば、連続炭素繊維束１０が部分的にサブ束に分割されたうえでチョップされる。
この方法は、１２Ｋ、１５Ｋ、１８Ｋ、２４Ｋ、４８Ｋ、５０Ｋなど、連続炭素繊維束１０のフィラメント数が１０Ｋ以上のときに、特に好ましく採用することができる。分割部におけるサブ束の平均フィラメント数は３Ｋ以下、好ましくは２．５Ｋ以下とされる。
フィラメント数Ｎの連続炭素繊維束を部分的にｎ本のサブ束に分割するとき、Ｎ／ｎがサブ束の平均フィラメント数である。
分割部の長さは通常５０ｃｍ以上であり、特に上限は無いが、連続炭素繊維束の取扱い易さを考慮して、例えば３ｍ以下、２ｍ以下または１ｍ以下に設定され得る。連続炭素繊維束の取扱いに支障が生じない限りにおいて、未分割部は短ければ短いほど好ましい。未分割部が連続炭素繊維束全体に占める割合は、好ましくは１％以下であり、より好ましくは０．７％以下である。
例えば、連続炭素繊維束１０のフィラメント数が１８Ｋであり、チョップする前にこれを部分的に９本のサブ束に分割するとき、炭素繊維マット３０は平均フィラメント数２Ｋのチョップド炭素繊維束で形成される。
分割部の長さは通常５０ｃｍ以上であり、特に上限は無いが、連続炭素繊維束の取扱い易さを考慮して、例えば３ｍ以下、２ｍ以下または１ｍ以下に設定され得る。連続炭素繊維束の取扱いに支障が生じない限りにおいて、未分割部は短ければ短いほど好ましい。未分割部が連続炭素繊維束全体に占める割合は、好ましくは１％以下であり、より好ましくは０．７％以下である。
例えば、連続炭素繊維束１０のフィラメント数が１８Ｋであり、チョップする前にこれを部分的に９本のサブ束に分割するとき、炭素繊維マット３０は平均フィラメント数２Ｋのチョップド炭素繊維束で形成される。
連続炭素繊維束を部分的に複数のサブ束に分割する機構を備えるＳＭＣ製造装置は、例えば、国際公開ＷＯ２０１９／１９４０９０号に開示されている。好ましい例では、出発材料の連続炭素繊維束１０が、予め別途工程で部分的に複数のサブ束に分割されていてもよい。
炭素繊維マット３０を形成するフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束の全てが同じフィラメント数を有する必要はない。炭素繊維マットは３Ｋ以下である様々なフィラメント数のチョップド炭素繊維束から形成され得る。
炭素繊維マット３０を成すチョップド炭素繊維束２０のフィラメント数は好ましくは０．５Ｋ以上、より好ましくは１Ｋ以上である。その理由は、フィラメント数が０．５以上の炭素繊維束は真直性が維持され易く、相対的に高い補強効果を示すからである。炭素繊維マットがフィラメント数１Ｋ未満または０．５Ｋ未満のチョップド炭素繊維束を含有することを許容しないものではない。
炭素繊維マット３０を形成するフィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束の全てが同じフィラメント数を有する必要はない。炭素繊維マットは３Ｋ以下である様々なフィラメント数のチョップド炭素繊維束から形成され得る。
炭素繊維マット３０を成すチョップド炭素繊維束２０のフィラメント数は好ましくは０．５Ｋ以上、より好ましくは１Ｋ以上である。その理由は、フィラメント数が０．５以上の炭素繊維束は真直性が維持され易く、相対的に高い補強効果を示すからである。炭素繊維マットがフィラメント数１Ｋ未満または０．５Ｋ未満のチョップド炭素繊維束を含有することを許容しないものではない。
チョップド炭素繊維束２０の繊維長は、例えば５ｍｍ～１００ｍｍであり、典型的には約１３ｍｍ（約０．５インチ）、約２５ｍｍ（約１インチ）または約５０ｍｍ（約２インチ）である。
チョップド炭素繊維束２０の形状は扁平であり、限定するものではないが、典型的には、厚さが０．０５ｍｍ～０．２ｍｍであり、繊維方向と垂直な方向の最大幅が１ｍｍ～５ｍｍである。
チョップド炭素繊維束２０を平面視したとき、各末端は繊維方向に垂直に切断されていてもよいし、あるいは、繊維方向に対し９０度以外の角度で切断されていてもよい。
チョップド炭素繊維束２０の形状は扁平であり、限定するものではないが、典型的には、厚さが０．０５ｍｍ～０．２ｍｍであり、繊維方向と垂直な方向の最大幅が１ｍｍ～５ｍｍである。
チョップド炭素繊維束２０を平面視したとき、各末端は繊維方向に垂直に切断されていてもよいし、あるいは、繊維方向に対し９０度以外の角度で切断されていてもよい。
ＳＭＣの炭素繊維含有量は、６０質量％以上であり、７０質量％以上であってもよく、特に上限はないが、生産効率の観点から、８５質量％以下、８０質量％以下あるいは７５質量％以下に設定され得る。
限定するものではないが、ＳＭＣの目付（単位面積当たり質量）は、例えば５００ｇ／ｍ２～５０００ｇ／ｍ２であり得る。製造すべきＳＭＣの炭素繊維含有量が多いほど、また、炭素繊維マットを形成するチョップド炭素繊維束のフィラメント数が少ないほど、含浸速度が下がるため、目付を小さくした方が製造し易くなる。
限定するものではないが、ＳＭＣの目付（単位面積当たり質量）は、例えば５００ｇ／ｍ２～５０００ｇ／ｍ２であり得る。製造すべきＳＭＣの炭素繊維含有量が多いほど、また、炭素繊維マットを形成するチョップド炭素繊維束のフィラメント数が少ないほど、含浸速度が下がるため、目付を小さくした方が製造し易くなる。
有利な例において、第一樹脂ペースト４０ａおよび第二樹脂ペースト４０ｂに配合される熱硬化性樹脂は、ビニルエステル樹脂と不飽和ポリエステル樹脂の少なくとも一方、好ましくは両方である。
他の有利な例において、第一樹脂ペースト４０ａおよび第二樹脂ペースト４０ｂに配合される熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂である。
他の有利な例において、第一樹脂ペースト４０ａおよび第二樹脂ペースト４０ｂに配合される熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂である。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、難燃化効果を有する成分を特に含有しないときですら、比較的良好な難燃性を示す。すなわち、実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、リン（Ｐ）およびアンチモン（Ｓｂ）のどれひとつとして含有しないときですら、比較的良好な難燃性を示す。
難燃化効果を有する成分とは、難燃剤およびハロゲン化樹脂である。ハロゲン化樹脂とは、分子内にハロゲン基を有する樹脂である。
ハロゲン、リンおよびアンチモンは、いずれも、代表的な難燃剤に含まれる元素である。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の一部または全部で厚さが３ｍｍ以下であるとき、その難燃性は厚さ４ｍｍ未満の部分を有さないときに比べ低下する。
難燃化効果を有する成分とは、難燃剤およびハロゲン化樹脂である。ハロゲン化樹脂とは、分子内にハロゲン基を有する樹脂である。
ハロゲン、リンおよびアンチモンは、いずれも、代表的な難燃剤に含まれる元素である。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の一部または全部で厚さが３ｍｍ以下であるとき、その難燃性は厚さ４ｍｍ未満の部分を有さないときに比べ低下する。
難燃性を補う目的、難燃性を確実に発現させる目的、または、難燃性を更に高める目的のために、実施形態に係るＣＦＲＰ構造体には難燃剤が添加され得る。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体に難燃剤を添加するには、例えば該構造体をＳＭＣから成形する場合であれば、該ＳＭＣに用いる熱硬化性樹脂組成物に難燃剤を配合すればよい。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体に添加し得る難燃剤に特に限定はなく、高分子材料の難燃化に従来から使用されているリン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤、窒素系難燃剤および無機系難燃剤から適宜選択することができる。
難燃剤として知られる化合物の典型例を以下に記す。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体に難燃剤を添加するには、例えば該構造体をＳＭＣから成形する場合であれば、該ＳＭＣに用いる熱硬化性樹脂組成物に難燃剤を配合すればよい。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体に添加し得る難燃剤に特に限定はなく、高分子材料の難燃化に従来から使用されているリン系難燃剤、ハロゲン系難燃剤、窒素系難燃剤および無機系難燃剤から適宜選択することができる。
難燃剤として知られる化合物の典型例を以下に記す。
リン系難燃剤の例は、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリブトキシエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート、芳香族ポリホスフェートなどの非ハロゲンリン酸エステルと、トリス（クロロエチル）ホスフェート、トリス（ジクロロプロピル）ホスフェート、トリス（クロロプロピル）ホスフェート、ビス（２，３－ジブロモプロピル）２，３－ジクロロプロピルホスフェート、トリス（２，３－ジブロモプロピル）ホスフェート、ビス（クロロプロピル）オクチルホスフェート、ハロゲン化アルキルポリホスフェート、ハロゲン化アルキルポリホスフォネートなどのハロゲン化リン酸エステルである。
リン系難燃剤の他の例は、ホスフィン酸金属塩である。ここでいうホスフィン酸金属塩には、有機基を有さないホスフィン酸の金属塩だけでなく、ジフェニルホスフィン酸、モノフェニルホスフィン酸、ジアルキルホスフィン酸、モノアルキルホスフィン酸、アルキルフェニルホスフィン酸のような有機ホスフィン酸の金属塩が含まれる他、メタン（ジメチルホスフィン酸）、ベンゼン－１，４－ジ（メチルホスフィン酸）のようなジホスフィン酸の金属塩が含まれる。
ジアルキルホスフィン酸の例として、ジメチルホスフィン酸、エチルメチルホスフィン酸、ジエチルホスフィン酸、メチル－ｎ－プロピルホスフィン酸が挙げられる。モノアルキルホスフィン酸の例として、メチルホスフィン酸、エチルホスフィン酸、ｎ－プロピルホスフィン酸が挙げられる。アルキルフェニルホスフィン酸の例として、メチルフェニルホスフィン酸が挙げられる。
ホスフィン酸金属塩は、ホスフィン酸アルミニウム塩、ホスフィン酸亜鉛塩、ホスフィン酸カルシウム塩、ホスフィン酸マグネシウム塩などであり得るが、限定されるものではない。
リン系難燃剤の更に他の例は、赤リン、ポリリン酸アンモン、リン酸メラミン、リン酸グアニジン、リン酸グアニル尿素などである。
ジアルキルホスフィン酸の例として、ジメチルホスフィン酸、エチルメチルホスフィン酸、ジエチルホスフィン酸、メチル－ｎ－プロピルホスフィン酸が挙げられる。モノアルキルホスフィン酸の例として、メチルホスフィン酸、エチルホスフィン酸、ｎ－プロピルホスフィン酸が挙げられる。アルキルフェニルホスフィン酸の例として、メチルフェニルホスフィン酸が挙げられる。
ホスフィン酸金属塩は、ホスフィン酸アルミニウム塩、ホスフィン酸亜鉛塩、ホスフィン酸カルシウム塩、ホスフィン酸マグネシウム塩などであり得るが、限定されるものではない。
リン系難燃剤の更に他の例は、赤リン、ポリリン酸アンモン、リン酸メラミン、リン酸グアニジン、リン酸グアニル尿素などである。
ハロゲン系難燃剤の例は、ヘキサブロモベンゼン、ヘキサブロモジフェニルエーテル、トリブロモフェノール、デカブロモジフェニルエーテル、ジブロモクレジルグリシジルエーテル、デカブロモジフェニルオキシド、テトラブロモビスフェノールＡ、テトラブロモビスフェノールＡ誘導体［テトラブロモビスフェノールＡエポキシオリゴマー、テトラブロモビスフェノールＡカーボネートオリゴマー、テトラブロモビスフェノールＡビス（ジブロモプロピルエーテル）、テトラブロモビスフェノールＡビス（アリールエーテル）など］、ビス（ペンタブロモフェニル）エタン、１，２－ビス（２，４，６－トリブロモフェノキシ）エタン、２，４，６－トリス（２，４，６－トリブロモフェノキシ）－１，３，５－トリアジン、臭素化ポリフェニレンエーテル、臭素化ポリスチレン、ポリ臭素化スチレン、臭素化ポリエチレン、エチレンビステトラブロモフタルイミド、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンジルアクリレート、ペンタブロモベンジルアクリレート、臭素化エポキシ化合物（臭素化フェノール類とエピクロルヒドリンとの反応によって得られるモノエポキシ化合物）、塩素化パラフィン、塩素化ポリエチレンなどである。
窒素系難燃剤の例は、シアヌル酸メラミンのようなメラミン化合物、グアニジン化合物、トリアジン化合物、リン酸アンモン、炭酸アンモンなどである。
無機系難燃剤の例は、三酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムなどである。
難燃剤として例示した上記の化合物は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。好適例において、実施形態に係るＣＦＲＰ構造体に添加される難燃剤は、ハロゲンを含有しない化合物から選択される。
無機系難燃剤の例は、三酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムなどである。
難燃剤として例示した上記の化合物は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。好適例において、実施形態に係るＣＦＲＰ構造体に添加される難燃剤は、ハロゲンを含有しない化合物から選択される。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の難燃性を補う目的、難燃性を確実に発現させる目的、または、難燃性を更に高める目的のために、難燃剤の添加に代えて、または、難燃剤の添加に加えて、ハロゲン化樹脂が実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の材料に用いられ得る。ハロゲン化樹脂の中でも、上記目的を達成するうえで特に有効なのは臭素化樹脂である。
例えば実施形態に係るＣＦＲＰ構造体をＳＭＣから成形する場合であれば、該ＳＭＣに用いる熱硬化性樹脂組成物に、臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合され得る。
例えば実施形態に係るＣＦＲＰ構造体をＳＭＣから成形する場合であれば、該ＳＭＣに用いる熱硬化性樹脂組成物に、臭素基を有する熱硬化性樹脂が配合され得る。
臭素基を有する熱硬化性樹脂の好適例は、臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂と臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である。
臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂は、臭素化ノボラック型ビニルエステル樹脂と併用することができ、また、非臭素化ビニルエステル樹脂および非臭素化不飽和ポリエステル樹脂のいずれか一方または両方と共に熱硬化性樹脂組成物に配合することができる。
臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、臭素化ノボラック型エポキシ樹脂と併用することができ、また、非臭素化エポキシ樹脂と共に熱硬化性樹脂組成物に配合することができる。
臭素化ビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂は、臭素化ノボラック型ビニルエステル樹脂と併用することができ、また、非臭素化ビニルエステル樹脂および非臭素化不飽和ポリエステル樹脂のいずれか一方または両方と共に熱硬化性樹脂組成物に配合することができる。
臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、臭素化ノボラック型エポキシ樹脂と併用することができ、また、非臭素化エポキシ樹脂と共に熱硬化性樹脂組成物に配合することができる。
変形実施形態において、実施形態に係るＣＦＲＰ構造体の一部または全部の厚さを４ｍｍ未満とするとともに、その厚さ４ｍｍ未満の部分に難燃剤を添加することができる。難燃剤の添加に加えて、または難燃剤の添加に代えて、その厚さ４ｍｍ未満の部分にハロゲン化樹脂を使用してもよい。
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。
実験では、ＳＭＣを作製し、そのＳＭＣから圧縮成形法によりＣＦＲＰ板を成形し、そのＣＦＲＰ板から切り出した試験片で燃焼性試験を行った。
詳細な手順は次の通りである。
実験では、ＳＭＣを作製し、そのＳＭＣから圧縮成形法によりＣＦＲＰ板を成形し、そのＣＦＲＰ板から切り出した試験片で燃焼性試験を行った。
詳細な手順は次の通りである。
［実験１］
（ＳＭＣの作製）
通常のＳＭＣ製造装置を用いて、次の手順でＳＭＣを作製した。
まず、ポリエチレン製の第一キャリアフィルムの片面に熱硬化性樹脂組成物ペーストを均一に塗布し、次いで、第一キャリアフィルムのその熱硬化性樹脂組成物ペーストが塗布された面上にチョップド炭素繊維束を撒いて炭素繊維マットを形成した。
熱硬化性樹脂組成物ペーストは、別途工程にて、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、スチレン、増粘剤、重合開始剤および重合禁止剤を配合することにより調製した。チョップド炭素繊維束は、走行するキャリアフィルムの上方に設置したロータリーカッターで、連続炭素繊維束から約２．５ｃｍの長さに切り出した。
キャリアフィルムに塗布する熱硬化性樹脂組成物ペーストの量と、ロータリーカッターへの連続炭素繊維束の供給量は、製造しようとするＳＭＣの炭素繊維含有量を考慮して調節した。
（ＳＭＣの作製）
通常のＳＭＣ製造装置を用いて、次の手順でＳＭＣを作製した。
まず、ポリエチレン製の第一キャリアフィルムの片面に熱硬化性樹脂組成物ペーストを均一に塗布し、次いで、第一キャリアフィルムのその熱硬化性樹脂組成物ペーストが塗布された面上にチョップド炭素繊維束を撒いて炭素繊維マットを形成した。
熱硬化性樹脂組成物ペーストは、別途工程にて、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、スチレン、増粘剤、重合開始剤および重合禁止剤を配合することにより調製した。チョップド炭素繊維束は、走行するキャリアフィルムの上方に設置したロータリーカッターで、連続炭素繊維束から約２．５ｃｍの長さに切り出した。
キャリアフィルムに塗布する熱硬化性樹脂組成物ペーストの量と、ロータリーカッターへの連続炭素繊維束の供給量は、製造しようとするＳＭＣの炭素繊維含有量を考慮して調節した。
次いで、走行する第一キャリアフィルムに、同じ熱硬化性樹脂組成物ペーストを片面に均一に塗布したポリエチレン製の第二キャリアフィルムを重ね合わせ、ローラーで加圧することにより、熱硬化性樹脂組成物ペーストで含浸された炭素繊維マットが第一キャリアフィルムと第二キャリアフィルムの間に挟まれた積層体を得た。
この積層体を２５℃で７日間保持してＳＭＣを完成させた。
作製したＳＭＣは下記表１に示す７種類である。
この積層体を２５℃で７日間保持してＳＭＣを完成させた。
作製したＳＭＣは下記表１に示す７種類である。
表１において、連続炭素繊維束のフィラメント数とは、原料に用いた連続炭素繊維束のフィラメント数である。ＳＭＣ－３、ＳＭＣ－６およびＳＭＣ－７の製造では、フィラメント数１５Ｋの連続炭素繊維束を部分的にサブ束９本に分割して用いたので、サブ束の平均フィラメント数は１．７Ｋだった。この連続炭素繊維束において、各分割部の長さは７００ｍｍ、各未分割部の長さは５ｍｍだったので、未分割部が連続炭素繊維束全体に占める割合は０．７％であった。
表１に示すＳＭＣの炭素繊維含有量は、２００ｍｍ角のＳＭＣ片から熱硬化性樹脂組成物を有機溶剤で溶解させて取り除き、残った炭素繊維の重量を該ＳＭＣ片の重量で除算する方法で求めた。
表１に示す４ｍｍ厚ＣＦＲＰの炭素繊維含有量は、圧縮成形法を用いて各ＳＭＣから作製した４ｍｍ厚のＣＦＲＰ片における、比重測定に基づいて求めた炭素繊維含有量である。
表１に示すＳＭＣの炭素繊維含有量は、２００ｍｍ角のＳＭＣ片から熱硬化性樹脂組成物を有機溶剤で溶解させて取り除き、残った炭素繊維の重量を該ＳＭＣ片の重量で除算する方法で求めた。
表１に示す４ｍｍ厚ＣＦＲＰの炭素繊維含有量は、圧縮成形法を用いて各ＳＭＣから作製した４ｍｍ厚のＣＦＲＰ片における、比重測定に基づいて求めた炭素繊維含有量である。
（燃焼性試験）
ＳＭＣ－１～ＳＭＣ－７の各々から、厚さ２ｍｍ、３ｍｍまたは４ｍｍのＣＦＲＰ板を、温度１４０℃で成形した。成形時間は（ｔ＋１）分間（ただし、ｔはｍｍ単位で表したＣＦＲＰの厚さ）としたので、厚さ２ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は３分間、厚さ３ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は４分間、厚さ４ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は５分間であった。
ＣＦＲＰ板の厚さはＳＭＣを積層することにより調節した。
得られたＣＦＲＰ板の各々から長さ１２５ｍｍ、幅１３ｍｍの試験片１片を切り出し、これを用いて垂直燃焼性試験を行った。
ＳＭＣ－１～ＳＭＣ－７の各々から、厚さ２ｍｍ、３ｍｍまたは４ｍｍのＣＦＲＰ板を、温度１４０℃で成形した。成形時間は（ｔ＋１）分間（ただし、ｔはｍｍ単位で表したＣＦＲＰの厚さ）としたので、厚さ２ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は３分間、厚さ３ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は４分間、厚さ４ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は５分間であった。
ＣＦＲＰ板の厚さはＳＭＣを積層することにより調節した。
得られたＣＦＲＰ板の各々から長さ１２５ｍｍ、幅１３ｍｍの試験片１片を切り出し、これを用いて垂直燃焼性試験を行った。
垂直燃焼性試験の条件は、２０ｍｍ垂直燃焼性試験（ＩＥＣ６０６９５－１１－１０ Ｂ法、ＡＳＴＭ Ｄ３８０１）を参考にした。
具体的には、試験片を垂直に保ち、下端にバーナーの火を１０秒間接炎させた後、バーナーの火を取り除き、試験片に着火した火が消える迄の時間を測定した。次いで、火が消えると同時に２回目の接炎を１０秒間行い、１回目と同様にして、着火した火が消える迄の時間を測定した。試験片の前処理は特に行わなかった。
具体的には、試験片を垂直に保ち、下端にバーナーの火を１０秒間接炎させた後、バーナーの火を取り除き、試験片に着火した火が消える迄の時間を測定した。次いで、火が消えると同時に２回目の接炎を１０秒間行い、１回目と同様にして、着火した火が消える迄の時間を測定した。試験片の前処理は特に行わなかった。
各試験片の難燃性は、次の３段階で評価した。
優：合計燃焼時間が１０秒以下。
良：合計燃焼時間が３０秒以下。
不良：合計燃焼時間が３０秒を超える。
垂直燃焼性試験の結果は、表２に示す通りであった。
優：合計燃焼時間が１０秒以下。
良：合計燃焼時間が３０秒以下。
不良：合計燃焼時間が３０秒を超える。
垂直燃焼性試験の結果は、表２に示す通りであった。
表２に示すように、難燃性の評価が優または良だったのは、厚さ４ｍｍの試験片のみであった。特に、難燃性の評価が優だったのは、フィラメント数３Ｋの連続炭素繊維束を原料に用いたＳＭＣ－５から作製した試験片１０と、部分的に９分割したフィラメント数１５Ｋの連続炭素繊維束を原料に用いたＳＭＣ－６およびＳＭＣ－７からそれぞれ作製した試験片１１および試験片１２のみであった。
試験片１～試験片１２を用いた燃焼性試験のいずれにおいても、滴下物は観察されなかった。
試験片１～試験片１２を用いた燃焼性試験のいずれにおいても、滴下物は観察されなかった。
［実験２］
熱硬化性樹脂組成物として、ビニルエステル樹脂組成物に代えてエポキシ樹脂組成物を用いたことを除き、実験１と同様にしてＳＭＣ（以下では「ＳＭＣ－８」と呼ぶ）を作製した。
エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤および増粘剤を配合した。調製したエポキシ樹脂組成物においては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂［三菱ケミカル製ｊＥＲ（登録商標）８２７］が総質量の８０％を占めた。
連続炭素繊維束には、ＳＭＣ－３、ＳＭＣ－６およびＳＭＣ－７に用いたものと同じく、フィラメント数１５Ｋの連続炭素繊維束を部分的に９本のサブ束に分割したもの（平均フィラメント数１．７Ｋ）を用いた。作製したＳＭＣ－８の炭素繊維含有量は６１質量％であった。また、ＳＭＣ－８から作製した４ｍｍ厚のＣＦＲＰ片における、比重測定に基づいて求めたチョップド炭素繊維含有量は６２質量％であった。
熱硬化性樹脂組成物として、ビニルエステル樹脂組成物に代えてエポキシ樹脂組成物を用いたことを除き、実験１と同様にしてＳＭＣ（以下では「ＳＭＣ－８」と呼ぶ）を作製した。
エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤および増粘剤を配合した。調製したエポキシ樹脂組成物においては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂［三菱ケミカル製ｊＥＲ（登録商標）８２７］が総質量の８０％を占めた。
連続炭素繊維束には、ＳＭＣ－３、ＳＭＣ－６およびＳＭＣ－７に用いたものと同じく、フィラメント数１５Ｋの連続炭素繊維束を部分的に９本のサブ束に分割したもの（平均フィラメント数１．７Ｋ）を用いた。作製したＳＭＣ－８の炭素繊維含有量は６１質量％であった。また、ＳＭＣ－８から作製した４ｍｍ厚のＣＦＲＰ片における、比重測定に基づいて求めたチョップド炭素繊維含有量は６２質量％であった。
ＳＭＣ－８から、厚さ２ｍｍ、３ｍｍまたは４ｍｍのＣＦＲＰ板を、温度１３０℃で成形した。成形時間は（ｔ×３）分間（ただし、ｔはｍｍ単位で表したＣＦＲＰの厚さ）としたので、厚さ２ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は６分間、厚さ３ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は９分間、厚さ４ｍｍのＣＦＲＰ板の成形時間は１２分間であった。
ＣＦＲＰ板の厚さはＳＭＣを積層することにより調節した。
ＣＦＲＰ板から試験片を切り出し、実験１と同様にして垂直燃焼性試験を行ったところ、結果は表３に示す通りであった。いずれの試験片を用いた燃焼性試験においても滴下物は観察されなかった。
ＣＦＲＰ板の厚さはＳＭＣを積層することにより調節した。
ＣＦＲＰ板から試験片を切り出し、実験１と同様にして垂直燃焼性試験を行ったところ、結果は表３に示す通りであった。いずれの試験片を用いた燃焼性試験においても滴下物は観察されなかった。
参考までに、ＵＬ９４規格においては、合計燃焼時間１０秒以下であることがＵＬ９４ Ｖ－０認証の必要条件であり、合計燃焼時間３０秒以下であることがＵＬ９４ Ｖ－１およびＶ－２認証の必要条件である。
ＵＬ９４規格では、また、試験片の下に置いた綿が滴下物により着火しないことが、ＵＬ９４ Ｖ－０認証およびＵＬ９４ Ｖ－１認証の必要条件である。
ＵＬ９４規格では、また、試験片の下に置いた綿が滴下物により着火しないことが、ＵＬ９４ Ｖ－０認証およびＵＬ９４ Ｖ－１認証の必要条件である。
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。
実施形態に係るＣＦＲＰ構造体は、航空機、無人航空機、自動車、鉄道車両、船舶その他各種の輸送機器、産業機器、医療機器、福祉・介護用品、住宅設備機器、スポーツ用品など、様々な機器・用品において使用され得る。
１ ロータリーカッター
２ａ 第一塗工機
２ｂ 第二塗工機
３ 含浸機
１０ 連続炭素繊維束
２０ チョップド炭素繊維束
３０ 炭素繊維マット
４０ａ 第一樹脂ペースト
４０ｂ 第二樹脂ペースト
４１ 第一樹脂ペースト層
４２ 第二樹脂ペースト層
５１ 第一キャリアフィルム
５２ 第二キャリアフィルム
６０ 積層体
２ａ 第一塗工機
２ｂ 第二塗工機
３ 含浸機
１０ 連続炭素繊維束
２０ チョップド炭素繊維束
３０ 炭素繊維マット
４０ａ 第一樹脂ペースト
４０ｂ 第二樹脂ペースト
４１ 第一樹脂ペースト層
４２ 第二樹脂ペースト層
５１ 第一キャリアフィルム
５２ 第二キャリアフィルム
６０ 積層体
Claims (10)
- フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形された、炭素繊維含有量が６０質量％以上のＣＦＲＰからなる、厚さ４ｍｍ以上の板。
- ハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、請求項１に記載の板。
- 難燃剤が添加された、請求項１に記載の板。
- ハロゲンを含有しない、請求項３に記載の板。
- 前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、請求項１～４のいずれかに記載の板。
- フィラメント数３Ｋ以下のチョップド炭素繊維束で形成された炭素繊維マットを樹脂組成物で含浸させてなる炭素繊維プリプレグから成形された、炭素繊維含有量が６０質量％以上のＣＦＲＰからなる、管壁の厚さ４ｍｍ以上の管。
- ハロゲン、リンおよびアンチモンを含有しない、請求項６に記載の管。
- 難燃剤が添加された、請求項６に記載の管。
- ハロゲンを含有しない、請求項８に記載の管。
- 前記樹脂組成物が熱硬化性樹脂組成物である、請求項６～９のいずれかに記載の管。
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