JP2023160466A - 炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アルミニウムに相当する曲げ弾性率を有し、切削加工性も満たすと共に、コストを抑えることのできる、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法を提供する。【解決手段】 炭素繊維強化プラスチック板であって、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する第１炭素繊維強化プラスチック層と、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布ならびに母材を有する第２炭素繊維強化プラスチック層と、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層しており、前記炭素繊維強化プラスチック板の表面は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層が配置されており、前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの比が４～６：６～４であり、前記炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率が７０ＧＰａ～１５０ＧＰａである、炭素繊維強化プラスチック板。【選択図】図１
Description
本発明は、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法に関する。
炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」とする場合がある）は、軽量で高い強度を有し、釣竿やゴルフクラブのシャフト等のスポーツ用途、自動車や航空機等の産業用途などの他、建築物の補強等の建設分野等にも幅広く用いられている。
このようなＣＦＲＰとして、例えば、特許文献１では、面内方向における放熱性及び剛直性が高いシートでありながら、屈曲性、可撓性に優れた炭素繊維強化樹脂シートが開示されている。
また、特許文献２では、加工性、加工後の平滑性および強度を満足することのできる、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法が開示されている。
例えば、プレス金型のダイセット部品や高速駆動する金型部品等として、アルミニウム製の部品が使用されている。アルミニウムは金属の中では軽量な金属であるが、これらのダイセット部品や金型部品においては、アルミニウム製の部品であっても人力で持ち運ぶことができないような重い部品があり、このような部品は運搬車や台車等で運搬する必要がある。また、部品を機械の一部としての設置する際にも、複数人でクレーン等を用いた設置作業を行う場合がある。そのため、アルミニウムよりも軽量なＣＦＲＰで部品を代替することができれば、運搬や設置作業を人力で容易に行うことができる。
ただし、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替するためには、アルミニウムに相当する曲げ弾性率を有し、そして、寸法精度の高い部品を得るためには切削加工性も満たす必要がある。さらには、このような曲げ弾性率と切削加工性を満足したとしても、部品の加工前の状態であるＣＦＲＰ板のコストが高いと、ＣＦＲＰ板は市場からは受け入れられない。
そこで、本発明は、アルミニウムに相当する曲げ弾性率を有し、切削加工性も満たすと共に、コストを抑えることのできる、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する第１炭素繊維強化プラスチック層と、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布ならびに母材を有する第２炭素繊維強化プラスチック層と、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層しており、前記炭素繊維強化プラスチック板の表面は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層が配置されており、前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの比が４～６：６～４であり、前記炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率が７０ＧＰａ～１５０ＧＰａである。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、順に、前記第１炭素繊維強化プラスチック層と、前記第２炭素繊維強化プラスチック層と、前記第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層した３層構造からなる積層体を備えてもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、炭素繊維強化プラスチック板の厚みに対する前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの合計の割合が、１０％～６０％であってもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であってもよく、前記第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布および／または炭素繊維不織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であってもよく、前記第３炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であってもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、厚みが１０ｍｍ～１００ｍｍであってもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、前記母材が熱硬化性樹脂であってもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの比が５：５であってもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板において、前記第１炭素繊維強化プラスチック層と前記第３炭素繊維強化プラスチック層は、同じピッチ系炭素繊維織布および同じ母材からなってもよく、炭素繊維織布の繊維体積含有率が同じであってもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板において、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層の平面度は、１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍであってもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法は、上記の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法であって、母材を含浸させたピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を硬化させる硬化工程を含む。
前記硬化工程後、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および／または前記第３炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工するフライス加工工程を含んでもよい。
本発明によれば、アルミニウムに相当する曲げ弾性率を有し、切削加工性も満たすと共に、コストを抑えることのできる、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
［炭素繊維強化プラスチック板］
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、第１炭素繊維強化プラスチック層と、第２炭素繊維強化プラスチック層と、第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層しており、前記炭素繊維強化プラスチック板の表面は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層が配置されている。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、第１炭素繊維強化プラスチック層と、第２炭素繊維強化プラスチック層と、第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層しており、前記炭素繊維強化プラスチック板の表面は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層が配置されている。
〈曲げ弾性率〉
本発明の炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率は、７０ＧＰａ～１５０ＧＰａである。７０ＧＰａは、アルミニウムに相当する曲げ弾性率であり、７０ＧＰａ以上の曲げ弾性率の炭素繊維強化プラスチック板であれば、これを部品に加工することにより、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替することができる。曲げ弾性率が７０ＧＰａ未満の場合、強度が足りないため、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替することができない。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率は、７０ＧＰａ～１５０ＧＰａである。７０ＧＰａは、アルミニウムに相当する曲げ弾性率であり、７０ＧＰａ以上の曲げ弾性率の炭素繊維強化プラスチック板であれば、これを部品に加工することにより、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替することができる。曲げ弾性率が７０ＧＰａ未満の場合、強度が足りないため、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替することができない。
また、１５０ＧＰａは、本発明の積層構造を備える炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率の上限値である。例えば、単一層としてピッチ系炭素繊維織布および母材を有する炭素繊維強化プラスチック層のみを備える炭素繊維強化プラスチック板であれば、曲げ弾性率を１５０ＧＰａとすることができるが、非常に高価な炭素繊維強化プラスチック板となってしまうため、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替する方向へ市場が変化し難くなる。
（炭素繊維織布）
炭素繊維織布は、炭素繊維を糸とし、糸を縦横に組み合わせて織った織物である。炭素繊維は、軽くて強いという長所があり、例えば鉄と比較すると比重で１／４倍、比強度で１０倍、比弾性率が７倍ある。その他にも、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性に優れる。例えば、アクリル繊維またはピッチを原料とし、原料を高温で炭化して作ることが可能であり、炭素繊維としては有機繊維の前駆体を加熱炭素化処理して得られる、質量比で９０％以上が炭素で構成される繊維が挙げられる。
炭素繊維織布は、炭素繊維を糸とし、糸を縦横に組み合わせて織った織物である。炭素繊維は、軽くて強いという長所があり、例えば鉄と比較すると比重で１／４倍、比強度で１０倍、比弾性率が７倍ある。その他にも、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性に優れる。例えば、アクリル繊維またはピッチを原料とし、原料を高温で炭化して作ることが可能であり、炭素繊維としては有機繊維の前駆体を加熱炭素化処理して得られる、質量比で９０％以上が炭素で構成される繊維が挙げられる。
炭素繊維として、アクリル繊維を使った炭素繊維はＰＡＮ系（Polyacrylonitrile）炭素繊維、ピッチを使った炭素繊維はピッチ系（PITCH）炭素繊維と区分される。さらにピッチ系炭素繊維の場合、等方性ピッチ系炭素繊維からは汎用の炭素繊維が製造され、メソフェーズピッチ系からは高強度で高弾性率の炭素繊維が製造される。本発明では、強度に優れるＰＡＮ系炭素繊維および剛性に優れるピッチ系炭素繊維のいずれも使用する。
このような炭素繊維を織物とした炭素繊維織布としては、二方向高強度クロスといわれる。縦方向と横方向の二方向において高強度のものを使用することができる。繊維質量としては、縦５０～２００ｇ／ｍ２、横５０～２００ｇ／ｍ２のものを使用することができ、厚さが縦０．０３～０．１ｍｍ、横０．０３～０．１ｍｍのものを使用することができる。
（炭素繊維不織布）
炭素繊維不織布は、炭素繊維を織らずニードルパンチ法等によって３次元に絡み合わせたシート状の布である。炭素繊維の詳細については、（炭素繊維織布）の項目において説明した内容と同様であるため、ここでは説明は省略する。
炭素繊維不織布は、炭素繊維を織らずニードルパンチ法等によって３次元に絡み合わせたシート状の布である。炭素繊維の詳細については、（炭素繊維織布）の項目において説明した内容と同様であるため、ここでは説明は省略する。
このような炭素繊維不織布としては、ＰＡＮ系の炭素繊維を基本とし、質量３００～１５００ｇ／ｍ２、厚みが３～１５ｍｍのものを使用することができる。また、炭素繊維へレイヨン繊維、アクリル繊維、可塑性樹脂繊維、その他各種繊維を所定比率で複合した混合繊維を用いることもできる。
（母材）
ＣＦＲＰ板において、母材は炭素繊維の間隙を充填する材料であり、合成樹脂や天然樹脂を用いることができる。ＣＦＲＰ板としての強度を確保する観点から、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を母材として用いることができる。また、炭素繊維との相溶性の点から、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）も用いることができる。
ＣＦＲＰ板において、母材は炭素繊維の間隙を充填する材料であり、合成樹脂や天然樹脂を用いることができる。ＣＦＲＰ板としての強度を確保する観点から、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を母材として用いることができる。また、炭素繊維との相溶性の点から、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）も用いることができる。
特に、母材としてエポキシ樹脂を使用する場合には、ビスフェノールＡやビスフェノールＦとエピクロルヒドリンとの共重合体を主剤とし、種々のポリアミンや無水フタル酸等の酸無水物を硬化剤として使用することができる。また、ＣＦＲＰ板に溶剤が含まれないよう、また、板としての痩せが生じないよう、無溶剤型の樹脂を使用することが好ましく、炭素繊維との複合の容易性の観点から、常温で固形の樹脂よりも液状の樹脂を用いることが好ましい。
エポキシ樹脂としては、具体的にはエポキシ当量１５０～３００の液状無溶剤型のビスフェノールＡを主剤とし、これと相溶し反応硬化可能なビスアミノ化合物を硬化剤として使用することができる。例えば、これらの主剤と硬化剤を混合後、ポットライフ以前に炭素繊維と複合化することで、ＣＦＲＰ板とすることができる。
〈第１炭素繊維強化プラスチック層〉
第１炭素繊維強化プラスチック層は、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する層である。炭素繊維として織布を採用し、母材と組み合わせた複合材料層とすることで強靭な層となるため、強化層としてＣＦＲＰ板の強度を確保することができる。
第１炭素繊維強化プラスチック層は、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する層である。炭素繊維として織布を採用し、母材と組み合わせた複合材料層とすることで強靭な層となるため、強化層としてＣＦＲＰ板の強度を確保することができる。
第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率（Ｖｆ）が４０～６０体積％であることが好ましい。Ｖｆが高いと、機械特性や物理特性に優れるという長所があるが、母材の量が少なくなるため、第１炭素繊維強化プラスチック層を形成することが困難となるおそれがある。また、Ｖｆが高いと、靱性や表面平滑性に劣るおそれがある。一方で、Ｖｆが低いと、母材の特性が優先的に発現してしまい、炭素繊維による強化向上効果が損なわれるおそれがある。これらの点を考慮して、第１炭素繊維強化プラスチック層の場合には、Ｖｆを４０～６０体積％とすることで、ＣＦＲＰ板としての強度を十分に確保することができる。
第１炭素繊維強化プラスチック層の母材として、熱硬化性樹脂を使用することが出来る。
〈第２炭素繊維強化プラスチック層〉
第２炭素繊維強化プラスチック層は、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布ならびに母材を有する層である。炭素繊維と母材と組み合わせて、複合材料層とする。ピッチ系炭素繊維織布よりも安価なＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を用いることで、曲げ弾性率を７０ＧＰａ～１５０ＧＰａの範囲内としつつ、ＣＦＲＰ板のコストを抑えることができる。
第２炭素繊維強化プラスチック層は、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布ならびに母材を有する層である。炭素繊維と母材と組み合わせて、複合材料層とする。ピッチ系炭素繊維織布よりも安価なＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を用いることで、曲げ弾性率を７０ＧＰａ～１５０ＧＰａの範囲内としつつ、ＣＦＲＰ板のコストを抑えることができる。
なお、炭素繊維不織布は、炭素繊維織布と比べるとＣＦＲＰ板とした場合の強度に劣るものの、炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率が７０ＧＰａ～１５０ＧＰａとなるのであれば、用いることができる。また、ＰＡＮ系炭素繊維織布とＰＡＮ系炭素繊維不織布は、これらのいずれかのみを用いても良く、併用してもよい。
第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布および／または炭素繊維不織布の繊維体積含有率（Ｖｆ）が４０～６０体積％であることが好ましい。Ｖｆが高いと、機械特性や物理特性に優れるという長所があるが、母材の量が少なくなるため、第２炭素繊維強化プラスチック層を形成することが困難となるおそれがある。一方で、Ｖｆが低いと、母材の特性が優先的に発現してしまい、炭素繊維による強化向上効果が損なわれるおそれがある。これらの点を考慮して、第２炭素繊維強化プラスチック層の場合には、Ｖｆを４０～６０体積％とすることができる。
第２炭素繊維強化プラスチック層の母材として、熱硬化性樹脂を使用することが出来る。
〈第３炭素繊維強化プラスチック層〉
第３炭素繊維強化プラスチック層は、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する層である。炭素繊維として織布を採用し、母材と組み合わせた複合材料層とすることで強靭な層となるため、強化層としてＣＦＲＰ板の強度を確保することができる。
第３炭素繊維強化プラスチック層は、ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する層である。炭素繊維として織布を採用し、母材と組み合わせた複合材料層とすることで強靭な層となるため、強化層としてＣＦＲＰ板の強度を確保することができる。
第３炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率（Ｖｆ）が４０～６０体積％であることが好ましい。Ｖｆが高いと、機械特性や物理特性に優れるという長所があるが、母材の量が少なくなるため、第３炭素繊維強化プラスチック層を形成することが困難となるおそれがある。また、Ｖｆが高いと、靱性や表面平滑性に劣るおそれがある。一方で、Ｖｆが低いと、母材の特性が優先的に発現してしまい、炭素繊維による強化向上効果が損なわれるおそれがある。これらの点を考慮して、第３炭素繊維強化プラスチック層の場合には、Ｖｆを４０～６０体積％とすることで、ＣＦＲＰ板としての強度を十分に確保することができる。
第３炭素繊維強化プラスチック層の母材として、熱硬化性樹脂を使用することが出来る。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板の具体例について、図１、２を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック板１００の模式断面図である。また、図２は、図１とは異なる態様の、本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック板１１０の模式断面図である。
炭素繊維強化プラスチック板１００は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と、第２炭素繊維強化プラスチック層２０と、第３炭素繊維強化プラスチック層３０が積層している。そして、炭素繊維強化プラスチック板１００の表面は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０が配置されている。
すなわち、図１の炭素繊維強化プラスチック板１００は、順に、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と、第２炭素繊維強化プラスチック層２０と、第３炭素繊維強化プラスチック層３０とが積層した３層構造からなる積層体６０を備える。
ただし、本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、図１に示す３層構造からなる積層体４０に限定されない。例えば、図２に示す炭素繊維強化プラスチック板１１０のように、５層構造からなる積層体７０を備えても良い。炭素繊維強化プラスチック板１１０の場合は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と第２炭素繊維強化プラスチック層２０との間に第４炭素繊維強化プラスチック層４０が配され、第２炭素繊維強化プラスチック層２０と第３炭素繊維強化プラスチック層３０との間に第５炭素繊維強化プラスチック層５０が配されている。
第４炭素繊維強化プラスチック層４０および第５炭素繊維強化プラスチック層５０は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０、第２炭素繊維強化プラスチック層２０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０とは異なる層であってもよい。例えば、ピッチ系炭素繊維不織布および母材を有する炭素繊維強化プラスチック層や、ＰＡＮ系炭素繊維不織布および母材を有する炭素繊維強化プラスチック層が挙げられる。
また、本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、更なる層を備えることにより、６層以上の積層体を備えても良い。
第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０は、フライス加工等されたことで平滑性の高い表面を備えても良い。フライス加工後であれば、炭素繊維強化プラスチック板１００、１１０の表面、すなわち第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０の表面の平滑性は、加工後よりも高くなっている。例えば、第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０の平面度は、１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍに調整することができる。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０が第２炭素繊維強化プラスチック層２０を挟む構造となっている。第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０が、強化層として外側に配されることにより、そして、後述するようにこれらの層の厚みの比が４～６：６～４の範囲内であることにより、炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率を７０ＧＰａ～１５０ＧＰａにすることができる。
また、第２炭素繊維強化プラスチック層２０は、ＰＡＮ系炭素繊維織布やＰＡＮ系炭素繊維不織布を用いることにより切削加工性が悪く、フライス加工によってチッピングが生じて所望の平滑性を得られない場合がある。そこで、フライス加工によって平滑性を十分に確保できるよう、切削加工性に優れるピッチ系炭素繊維織布を用いる第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０を第２炭素繊維強化プラスチック層２０よりも外側に配し、炭素繊維強化プラスチック板の表面に第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０を配置することで、フライス加工によって炭素繊維強化プラスチック板の表面の平滑性を満足させることができる。
本発明において、炭素繊維強化プラスチック板１００の厚み１００Ｈに対する第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚み１０Ｈと第３炭素繊維強化プラスチック層３０の厚み３０Ｈの合計の割合が、１０％～６０％であることが好ましい。この割合が１０％～６０％の範囲内であることにより、コストを抑えつつ、曲げ弾性率を７０ＧＰａ～１５０ＧＰａの範囲内にすることができる。
この割合が１０％未満の場合、曲げ弾性率が７０ＧＰａ未満になる場合がある。また、この範囲が６０％を超えると、コストが高くなってアルミニウムの代替としてのＣＦＲＰ板を提供することが困難となるおそれがある。
また、炭素繊維強化プラスチック板１００の場合と同様の理由により、炭素繊維強化プラスチック板１１０の厚み１１０Ｈに対する第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚み１０Ｈと第３炭素繊維強化プラスチック層３０の厚み３０Ｈの合計の割合が、１０％～６０％であることが好ましい。
本発明において、第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚みと第３炭素繊維強化プラスチック層３０の厚みの比は、４～６：６～４である。炭素繊維強化プラスチック板の表面は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０および第３炭素繊維強化プラスチック層３０が配置されており、これらの層の厚みに違いがありすぎると、これらの層の内部応力の差が大きくなることで、炭素繊維強化プラスチック板に反りが発生し、平滑な表面を有する炭素繊維強化プラスチック板が得られないおそれがある。また、これらの層の厚みに違いがありすぎると、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と第３炭素繊維強化プラスチック層３０のうちで薄い方の層の強度が低下してしまい、炭素繊維強化プラスチック板としての曲げ弾性率が７０ＧＰａ以上とならない場合がある。
特に、第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚みと第３炭素繊維強化プラスチック層３０の厚みの比が５：５であることにより、これらの層の内部応力の差がなくなる、または小さくなることで、炭素繊維強化プラスチック板に反りが発生せず、かつ、これらの層の強度もほぼ同じとなることで、炭素繊維強化プラスチック板としての曲げ弾性率を７０ＧＰａ以上とすることが困難とならず、容易となる。
また、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と第３炭素繊維強化プラスチック層３０は、同じピッチ系炭素繊維織布および同じ母材からなり、炭素繊維織布の繊維体積含有率が同じであってもよい。これらが同じであれば、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と第３炭素繊維強化プラスチック層３０の内部応力の差がなくなる、または小さくなり、また、これらの層の強度もほぼ同じとなる。結果として、炭素繊維強化プラスチック板に反りが発生せず、炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率を７０ＧＰａ以上とすることが容易となる。
特に、順に、第１炭素繊維強化プラスチック層と、第２炭素繊維強化プラスチック層と、第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層した３層構造からなる積層体であって、炭素繊維強化プラスチック板の厚みに対する第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの合計の割合が、１０％～６０％であり、第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であり、第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布および／または炭素繊維不織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であり、第３炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であり、母材が熱硬化性樹脂であり、第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの比が５：５であり、第１炭素繊維強化プラスチック層と第３炭素繊維強化プラスチック層は、同じピッチ系炭素繊維織布および同じ母材からなり、炭素繊維織布の繊維体積含有率が同じである、炭素繊維強化プラスチック板であることが、より好ましい。特に、第１炭素繊維強化プラスチック層と第３炭素繊維強化プラスチック層を全く同じ材料を用いて全く同じ製法により製造することができるため、これらを異なる材料を用いる場合や異なる製法により製造する場合と比べて、製造の手間や負担が減り、製造コストを抑えることができることで炭素繊維強化プラスチック板としての製品価格を低くすることができる。
（その他の構成）
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、これまで説明した第１炭素繊維強化プラスチック層～第５炭素繊維強化プラスチック層に加え、他の構成を備えてもよい。例えば、第１炭素繊維強化プラスチック層、第２炭素繊維強化プラスチック層および第３炭素繊維強化プラスチック層を接着して積層する場合には、これらの層の間に母材との相性の良い樹脂系の接着剤層を備えることができる。また、第１炭素繊維強化プラスチック層や第３炭素繊維強化プラスチック層の表面に傷が発生したり、表面が汚染されないよう、炭素繊維強化プラスチック板を使用する直前まで表面を保護する保護層や保護フィルム等を備えてもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、これまで説明した第１炭素繊維強化プラスチック層～第５炭素繊維強化プラスチック層に加え、他の構成を備えてもよい。例えば、第１炭素繊維強化プラスチック層、第２炭素繊維強化プラスチック層および第３炭素繊維強化プラスチック層を接着して積層する場合には、これらの層の間に母材との相性の良い樹脂系の接着剤層を備えることができる。また、第１炭素繊維強化プラスチック層や第３炭素繊維強化プラスチック層の表面に傷が発生したり、表面が汚染されないよう、炭素繊維強化プラスチック板を使用する直前まで表面を保護する保護層や保護フィルム等を備えてもよい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板としては、板の厚みが１０ｍｍ～１００ｍｍであることが好ましい。本発明では、アルミニウム製の部品をＣＦＲＰ製の部品へ代替することを目的としており、このような部品に加工するためには、加工前の状態の炭素繊維強化プラスチック板として、十分な厚みが必要であるからである。ただし、板の厚みを上記の範囲に限定されず、上記の範囲より厚みが薄くてもよく、上記の範囲より厚みが厚くてもよい。
［炭素繊維強化プラスチック板の製造方法］
次に、上記した本発明の炭素繊維強化プラスチック板について、その製造方法を説明する。
次に、上記した本発明の炭素繊維強化プラスチック板について、その製造方法を説明する。
〈硬化工程〉
硬化工程は、母材を含浸させたピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を硬化させる工程である。例えば母材が熱硬化性樹脂であれば、加熱させることで硬化させることができる。また、熱可塑性樹脂であれば、この樹脂を加熱溶融させた状態で、ピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布に含浸させた後に、常温まで冷却することで硬化させることができる。
硬化工程は、母材を含浸させたピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を硬化させる工程である。例えば母材が熱硬化性樹脂であれば、加熱させることで硬化させることができる。また、熱可塑性樹脂であれば、この樹脂を加熱溶融させた状態で、ピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布に含浸させた後に、常温まで冷却することで硬化させることができる。
製造手順としては、硬化工程の前に、ピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を積層してから母材を含浸させて、その後に硬化工程を実施してＣＦＲＰ板を製造してもよく、これらの織布と不織布のそれぞれに母材を含浸させてから硬化工程を実施して、例えば第１炭素繊維強化プラスチック層～第５炭素繊維強化プラスチック層を別個に製造し、これらを接着剤等で接合してＣＦＲＰ板を製造してもよい。
なお、接着剤層があることによってＣＦＲＰ板の強度が低下するおそれがある場合には、例えばＶａＲＴＭ法により、これらの織布と不織布を積層してから母材を含浸させて、その後に室温硬化と加熱硬化を行うことにより、接着剤層が存在せず、第１炭素繊維強化プラスチック層～第５炭素繊維強化プラスチック層が直接積層したＣＦＲＰ板を製造することができる。
〈フライス加工工程〉
本発明では、硬化工程後、第１炭素繊維強化プラスチック層および／または第３炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工する工程を設けてもよい、ＣＦＲＰ板の表面平滑性を向上させるべく、例えば表面の平面度は１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍにする場合には、フライス加工を行えばよい。
本発明では、硬化工程後、第１炭素繊維強化プラスチック層および／または第３炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工する工程を設けてもよい、ＣＦＲＰ板の表面平滑性を向上させるべく、例えば表面の平面度は１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍにする場合には、フライス加工を行えばよい。
（その他の工程）
本発明の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法は、硬化工程やフライス加工工程に加え、他の構成を備えてもよい。例えば、上記した炭素繊維の織布と不織布を積層する工程や、積層した炭素繊維へ母材を含浸させる含浸工程が挙げられる。
本発明の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法は、硬化工程やフライス加工工程に加え、他の構成を備えてもよい。例えば、上記した炭素繊維の織布と不織布を積層する工程や、積層した炭素繊維へ母材を含浸させる含浸工程が挙げられる。
以下、本発明について、実施例を用いてさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に何ら限定されるものではない。以下の実施例では、ＣＦＲＰ板を製造し、製造したＣＦＲＰ板に対して曲げ弾性率の測定およびフライス加工による切削加工性の評価を行った。
［ＣＦＲＰ板の製造］
（実施例１）
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にピッチ系炭素繊維織布（日本グラファイトファイバー株式会社製 ＰＦ-ＸＮ８０-４００を７層重ね、さらにＰＡＮ系炭素繊維織布(ＦＯＲＭＯＳＡ株式会社製 ＥＣＣＦ)を２８層重ね、さらにピッチ系炭素繊維織布（日本グラファイトファイバー株式会社製 ＰＦ-ＸＮ８０-４００）を７層重ねて、ピッチ系－ＰＡＮ系－ピッチ系の３層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｄｕｒ ３４７５)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と、第２炭素繊維強化プラスチック層２０と、第３炭素繊維強化プラスチック層３０が積層した３層構造からなる積層体を備える、実施例１の炭素繊維強化プラスチック板１００を得た。
（実施例１）
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にピッチ系炭素繊維織布（日本グラファイトファイバー株式会社製 ＰＦ-ＸＮ８０-４００を７層重ね、さらにＰＡＮ系炭素繊維織布(ＦＯＲＭＯＳＡ株式会社製 ＥＣＣＦ)を２８層重ね、さらにピッチ系炭素繊維織布（日本グラファイトファイバー株式会社製 ＰＦ-ＸＮ８０-４００）を７層重ねて、ピッチ系－ＰＡＮ系－ピッチ系の３層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｄｕｒ ３４７５)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と、第２炭素繊維強化プラスチック層２０と、第３炭素繊維強化プラスチック層３０が積層した３層構造からなる積層体を備える、実施例１の炭素繊維強化プラスチック板１００を得た。
（比較例１）
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にＰＡＮ系炭素繊維織布(ＦＯＲＭＯＳＡ株式会社製 ＥＣＣＦ)を４２層重ね、単一層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｄｕｒ ３４７５)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、単一層からなる比較例１の炭素繊維強化プラスチック板を得た。
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にＰＡＮ系炭素繊維織布(ＦＯＲＭＯＳＡ株式会社製 ＥＣＣＦ)を４２層重ね、単一層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｄｕｒ ３４７５)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、単一層からなる比較例１の炭素繊維強化プラスチック板を得た。
（比較例２）
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にピッチ系炭素繊維織布（日本グラファイトファイバー株式会社製 ＰＦ-ＸＮ８０-４００）を２８層重ね、単一層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Aradur 3475)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、単一層からなる比較例２の炭素繊維強化プラスチック板を得た。
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にピッチ系炭素繊維織布（日本グラファイトファイバー株式会社製 ＰＦ-ＸＮ８０-４００）を２８層重ね、単一層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Aradur 3475)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、単一層からなる比較例２の炭素繊維強化プラスチック板を得た。
（比較例３）
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にＰＡＮ系炭素繊維不織布(日本ポリマー産業株式会社 ＣＦＺ－５００ＳＥ)を１３層重ね、単一層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｄｕｒ ３４７５)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、単一層からなる比較例１の炭素繊維強化プラスチック板を得た。
金型（内部寸法：５００×５００×１２ｍｍ）内にＰＡＮ系炭素繊維不織布(日本ポリマー産業株式会社 ＣＦＺ－５００ＳＥ)を１３層重ね、単一層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｌｄｉｔｅ ＬＹ３５８５)と硬化剤(ハンツマン株式会社 Ａｒａｄｕｒ ３４７５)を質量比で１００：２１の割合で混合した樹脂を、８０℃に加熱して密閉した金型内に注入した。そして、混合した樹脂の注入後、８０℃で1０分の加熱硬化を行った。これらの工程により、単一層からなる比較例１の炭素繊維強化プラスチック板を得た。
［曲げ弾性率の測定］
実施例１、比較例１～３のＣＦＲＰ板について、ＪＩＳ Ｋ７０７４に基づき以下の条件にて曲げ試験を実施した。
実施例１、比較例１～３のＣＦＲＰ板について、ＪＩＳ Ｋ７０７４に基づき以下の条件にて曲げ試験を実施した。
試験片の寸法：１００×１５ｍｍ、厚み２ｍｍ
試験速度：５ｍｍ／分
支点間距離Ｌ：Ｌ＝４０×ｈ（８０ｍｍ）
圧子の半径Ｒ１：Ｒ１＝５ｍｍ
支持台の半径Ｒ２：Ｒ２＝２ｍｍ
曲げ弾性率：接線法
試験速度：５ｍｍ／分
支点間距離Ｌ：Ｌ＝４０×ｈ（８０ｍｍ）
圧子の半径Ｒ１：Ｒ１＝５ｍｍ
支持台の半径Ｒ２：Ｒ２＝２ｍｍ
曲げ弾性率：接線法
［フライス加工による切削加工性の評価］
製造した実施例１の炭素繊維強化プラスチック板１００を３体使用し、第１炭素繊維強化プラスチック層１０の表面に対し、第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚さが１０ｍｍとなるまで、以下の条件によりフライス加工を行った。また、比較例１～３のＣＦＲＰ板についても３体使用し、実施例１のＣＦＲＰ板と同条件のフライス加工を行った。
製造した実施例１の炭素繊維強化プラスチック板１００を３体使用し、第１炭素繊維強化プラスチック層１０の表面に対し、第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚さが１０ｍｍとなるまで、以下の条件によりフライス加工を行った。また、比較例１～３のＣＦＲＰ板についても３体使用し、実施例１のＣＦＲＰ板と同条件のフライス加工を行った。
（フライス加工条件）
装置：スクリューオン式汎用正面フライス(三菱マテリアル製)
カッタ型式：ASX44R10005D
インサート：SEGT13T3AGFN-JP HTi10
回転数：S=615min-1(V=193m/min)
送り速度：F=369mm/min
装置：スクリューオン式汎用正面フライス(三菱マテリアル製)
カッタ型式：ASX44R10005D
インサート：SEGT13T3AGFN-JP HTi10
回転数：S=615min-1(V=193m/min)
送り速度：F=369mm/min
フライス加工後の実施例１、比較例１～４のＣＦＲＰ板について、これらの表面の平面度（平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさ）を、３次元精密測定機（ＺＥＩＳＳ社製 型番：ＵＰＭＣ ８５０）を用いて測定した。
表１に、ＣＦＲＰ板の構成、曲げ弾性率の測定値、切削加工性の評価結果、平面度の測定値、ＣＦＲＰ板の原価の評価結果について示す。表１の切削加工性の評価において、フライス加工により目視で加工面が均一な平面であると評価できる場合を〇、チッピングにより加工面に欠けが発生し、加工面が均一な平面でない場合を×、と評価した。また、表１の原価の評価において、市場において購入される程度にコストが安い場合を〇、市場において購入されない程度にコストが高い場合を×、と評価した。また、「ＣＦＲＰ板の厚みに対する第１ＣＦＲＰ層の厚みと第３ＣＦＲＰ層の厚みの合計の割合」の項目において、比較例１のＣＦＲＰ板は第１ＣＦＲＰ層と第３ＣＦＲＰ層が存在せず、第２ＣＦＲＰ層のみからなる単一層のＣＦＲＰ板に相当する板であることから、０％と表記した。同様に、比較例２のＣＦＲＰ板は第２ＣＦＲＰ層が存在せず、第１ＣＦＲＰ層および第３ＣＦＲＰ層と同じ層からなる単一層のＣＦＲＰ板に相当する板であることから、１００％と表記した。
［結果］
実施例１においては、曲げ弾性率が７０ＧＰａ以上の条件を満たし、フライス加工後の１００ｍｍあたりの平面度は０．０３３ｍｍで平面性は非常に高く、また、切削加工性および原価の評価はいずれも〇の評価であった。そのため、実施例１の炭素繊維強化プラスチック板は、アルミニウムに相当する曲げ弾性率を有し、切削加工性も満たすと共に、コストを抑えることのできる、炭素繊維強化プラスチック板であることは明らかである。
実施例１においては、曲げ弾性率が７０ＧＰａ以上の条件を満たし、フライス加工後の１００ｍｍあたりの平面度は０．０３３ｍｍで平面性は非常に高く、また、切削加工性および原価の評価はいずれも〇の評価であった。そのため、実施例１の炭素繊維強化プラスチック板は、アルミニウムに相当する曲げ弾性率を有し、切削加工性も満たすと共に、コストを抑えることのできる、炭素繊維強化プラスチック板であることは明らかである。
一方で、比較例１～３においては、曲げ弾性率が７０ＧＰａ以上の条件を満たない結果、切削加工性を満足しない結果、原価が高い、のいずれかが認められる結果となった。そのため、比較例１～３のＣＦＲＰ板は、アルミニウム部品の代替として用いることのできないＣＦＲＰ板であった。
［曲げ弾性率の測定 その２］
図３は、ＣＦＲＰ板１００の厚み１００Ｈに対する第１ＣＦＲＰ層１０の厚み１０Ｈと第３ＣＦＲＰ層３０の厚み３０Ｈの合計の割合を変化させたＣＦＲＰ板１００を作成し、そのＣＦＲＰ板１００の曲げ弾性率を測定した結果である。測定に用いたＣＦＲＰ板は、上記の割合を変えた以外は全く同じ条件で作成した。Ｘ軸がＣＦＲＰ板１００の厚み１００Ｈに対する第１ＣＦＲＰ層１０の厚み１０Ｈと第３ＣＦＲＰ層３０の厚み３０Ｈの合計の割合（式と符号で示すと、（（１０Ｈ＋３０Ｈ）／１００Ｈ）×１００（％））である。Ｙ軸が上記と同条件により測定した曲げ弾性率の値である。
図３は、ＣＦＲＰ板１００の厚み１００Ｈに対する第１ＣＦＲＰ層１０の厚み１０Ｈと第３ＣＦＲＰ層３０の厚み３０Ｈの合計の割合を変化させたＣＦＲＰ板１００を作成し、そのＣＦＲＰ板１００の曲げ弾性率を測定した結果である。測定に用いたＣＦＲＰ板は、上記の割合を変えた以外は全く同じ条件で作成した。Ｘ軸がＣＦＲＰ板１００の厚み１００Ｈに対する第１ＣＦＲＰ層１０の厚み１０Ｈと第３ＣＦＲＰ層３０の厚み３０Ｈの合計の割合（式と符号で示すと、（（１０Ｈ＋３０Ｈ）／１００Ｈ）×１００（％））である。Ｙ軸が上記と同条件により測定した曲げ弾性率の値である。
図３においてＸ軸が０％の場合は比較例１のＣＦＲＰ板の曲げ弾性率の結果と対応し、Ｘ軸が１００％の場合は比較例２のＣＦＲＰ板の曲げ弾性率の結果と対応し、Ｘ軸が３６％の場合は実施例１のＣＦＲＰ板の曲げ弾性率の結果と対応する。
図３の結果より、炭素繊維強化プラスチック板の厚みに対する第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの合計の割合が１０％における曲げ弾性率が７６ＧＰａであり、この割合が６０％における曲げ弾性率が１４０ＧＰａであり、この割合が６０％～１００％の間では１０ＧＰａの増加したにすぎない。
よって、この割合が１０％～６０％の範囲内のＣＦＲＰ板であれば、曲げ弾性率が７０ＧＰａ以上であり、また、ＣＦＲＰ板の原価は表１の基準による〇の評価となるため、アルミニウム部品の代替として用いることのできるＣＦＲＰ板であることがわかる。なお、この割合が６０％を超えると、ＣＦＲＰ板の原価が高くなり、アルミニウム部品の代替として用いることができない場合がある。
〈まとめ〉
このように、本発明の炭素繊維強化プラスチック板であれば、加工性、加工後の平滑性および強度を満足することができる。そして、このような炭素繊維強化プラスチック板をより安価に提供することができる。そのため、例えばプレス金型のダイセット部品等に利用可能であり、従来のアルミニウム製プレートと比べると重量は半分以下で、高速駆動する金型部品等に用いる等すれば、位置決め精度を高めることができる。
このように、本発明の炭素繊維強化プラスチック板であれば、加工性、加工後の平滑性および強度を満足することができる。そして、このような炭素繊維強化プラスチック板をより安価に提供することができる。そのため、例えばプレス金型のダイセット部品等に利用可能であり、従来のアルミニウム製プレートと比べると重量は半分以下で、高速駆動する金型部品等に用いる等すれば、位置決め精度を高めることができる。
１０ 第１炭素繊維強化プラスチック層
２０ 第２炭素繊維強化プラスチック層
３０ 第３炭素繊維強化プラスチック層
４０ 第４炭素繊維強化プラスチック層
５０ 第５炭素繊維強化プラスチック層
１００ 炭素繊維強化プラスチック板
１１０ 炭素繊維強化プラスチック板
１０Ｈ 第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚み
２０Ｈ 第２炭素繊維強化プラスチック層２０の厚み
３０Ｈ 第３炭素繊維強化プラスチック層３０の厚み
１００Ｈ 炭素繊維強化プラスチック板１００の厚み
１１０Ｈ 炭素繊維強化プラスチック板１１０の厚み
２０ 第２炭素繊維強化プラスチック層
３０ 第３炭素繊維強化プラスチック層
４０ 第４炭素繊維強化プラスチック層
５０ 第５炭素繊維強化プラスチック層
１００ 炭素繊維強化プラスチック板
１１０ 炭素繊維強化プラスチック板
１０Ｈ 第１炭素繊維強化プラスチック層１０の厚み
２０Ｈ 第２炭素繊維強化プラスチック層２０の厚み
３０Ｈ 第３炭素繊維強化プラスチック層３０の厚み
１００Ｈ 炭素繊維強化プラスチック板１００の厚み
１１０Ｈ 炭素繊維強化プラスチック板１１０の厚み
Claims (11)
- 炭素繊維強化プラスチック板であって、
ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する第１炭素繊維強化プラスチック層と、
ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布ならびに母材を有する第２炭素繊維強化プラスチック層と、
ピッチ系炭素繊維織布および母材を有する第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層しており、
前記炭素繊維強化プラスチック板の表面は、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層が配置されており、
前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの比が４～６：６～４であり、
前記炭素繊維強化プラスチック板の曲げ弾性率が７０ＧＰａ～１５０ＧＰａである、
炭素繊維強化プラスチック板。 - 順に、前記第１炭素繊維強化プラスチック層と、前記第２炭素繊維強化プラスチック層と、前記第３炭素繊維強化プラスチック層と、が積層した３層構造からなる積層体を備える、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 炭素繊維強化プラスチック板の厚みに対する前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの合計の割合が、１０％～６０％である、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 前記第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であり、
前記第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布および／または炭素繊維不織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％であり、
前記第３炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が４０～６０体積％である、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。 - 厚みが１０ｍｍ～１００ｍｍである、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 前記母材が熱硬化性樹脂である、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 前記第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みと前記第３炭素繊維強化プラスチック層の厚みの比が５：５である、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 前記第１炭素繊維強化プラスチック層と前記第３炭素繊維強化プラスチック層は、同じピッチ系炭素繊維織布および同じ母材からなり、炭素繊維織布の繊維体積含有率が同じである、請求項７に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 前記第１炭素繊維強化プラスチック層および前記第３炭素繊維強化プラスチック層の平面度は、１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍである、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。
- 請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法であって、
母材を含浸させたピッチ系炭素繊維織布、ＰＡＮ系炭素繊維織布および／またはＰＡＮ系炭素繊維不織布を硬化させる硬化工程を含む、炭素繊維強化プラスチック板の製造方法。 - 前記硬化工程後、前記第１炭素繊維強化プラスチック層および／または前記第３炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工するフライス加工工程を含む、請求項１０に記載の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法。
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