JP4586278B2

JP4586278B2 - FRP plate material

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Publication number: JP4586278B2
Application number: JP2001030665A
Authority: JP
Inventors: 彰児村井; 知行篠田; 武彦平原
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: JP2001322179A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、輸送機器や産業機械の外板として好適なＦＲＰ製の板材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰは耐腐食性に優れているため、自動車をはじめとする輸送機器や各種産業機械の外板として使用が試みられている。例えば、自動車のボンネットやフェンダー等の外板には、ＳＭＣ（シートモールディンコンパウンド）というＦＲＰが広く使用されている。
【０００３】
ＳＭＣ（特開平６−２８６００８号公報参照）はガラスの短繊維（長さ数ｃｍ）の補強繊維とポリエステル樹脂等を混ぜ合わせたスラリー状の中間基材で、これを加熱、型内で高圧プレス（５０気圧以上）で賦形して、外板となる下地板を作成する。次いで、本下地板の表面をサンドペーパーや鑢で削り取って平坦・平滑とし、引き続いて有色塗装して、例えば自動車用のＦＲＰ製外板となる。
【０００４】
ＳＭＣからなる外板は、補強繊維が短繊維（非連続繊維）であるため、補強繊維を連続繊維とした場合より剛性が低く（短繊維が補強繊維形というだけでなく、ガラスの弾性率は７０ＧＰａでスチールの弾性率２１０ＧＰａの１／３と低い）、金属外板よりも外板の板厚は大きくなり、金属外板に比べ必ずしも軽量とはならない場合があると同時に、軽量化できたとしても小幅に留まるケースが多い。さらに、ＳＭＣ製外板は繊維が連続していないために、剛性以外の外板にとして重要な特性である強度、特に、飛来物が外板に衝突するような局所衝撃により容易に貫通損傷するので、輸送機器など屋外で使用する外板では、さらに厚みを増したり、ゴムを貼るなどの耐衝撃用保護対策を講じる必要があり、重量面で金属製外板を代替できる軽量外板、すなわち、環境に優しい輸送機器用の外板とはなっていない。
【０００５】
しかしながら、少なからずもＳＭＣからなる外板が実用化されている大きな理由は、短繊維がランダム（ほぼ均一に）に分散していることで、上記した削り取り前の下地板において、ほぼ均一な表面品位が得やすいということである。連続繊維を使用すると、繊維分布の不均一さや、繊維の蛇行、うねり、繊維同士の交差等による凹凸や厚みの不均一さのために、下地板の表面起伏が短繊維より大きく、１）上記削り取り作業の労力が大きい、２）削り取りの際に連続である補強繊維をも削ってしまい、上記した外板としての機械的および機能的物性をさらに低下させるといった問題が生じるためである。
【０００６】
連続繊維であるほうが、剛性や強度の点でより高物性で軽量な外板ができるので好ましい。しかし連続繊維の形態は、一方向プリプレグ、織物、３次元織物等々、複雑多様であり、どれも実用化には至っていまい。
【０００７】
一方、連続繊維を補強繊維とする部材の検討もなされている。一方向に配列した連続繊維と樹脂からなるプリプレグを型の上に積層して、オートクレーブ等で硬化させたり、織物等のプリフォームを型内にセットして樹脂を注入するＲＴＭ（レジントランスファーモールディグ）等で製造される部材であるが、上記した、連続繊維に固有の、繊維の蛇行、うねり、繊維同士の交差等による凹凸や厚みの不均一さのために、表面品位は低く、自動車などの輸送機器の外板としては実用化されていないのが実状である。
【０００８】
表面品位を向上させるためには、ゲルコートと呼ばれるコーティング法が採用される。ゲルコート法（特開平１１−１７１９４２号公報参照）とは、型の内面に予め外板の表面となりうるポリエステル等の樹脂材料をコーティングして形成し、補強繊維基材を本コーティングの上に配し、型を閉じて、樹脂を注入、硬化させ、脱型して、ＦＲＰ外板の表面に該コーティングを転写するというものである。本方法は、表面の削り取りや塗装を省略できるため、工業的には有力なものであるが、加熱硬化させた場合には、ＦＲＰとゲルコート層の線膨張係数の差から、成形体全体が反るなどの変形が生じて、精度が要求される外板には適さず、また、ゲルコート層が割れたり皺が寄ったりして外板には適さない。さらに、前記したように連続繊維を補強繊維とするＦＲＰの表面は凹凸があるため、ゲルコートの厚みは２００ミクロン以上と塗装した場合の塗装膜より厚いため、重量増加となるばかりか、外板が外力を受けて変形した場合、ゲルコート層が割れたり、剥がれ落ちるという欠点があり、外板には適さない。
【０００９】
ゲルコート層の割れや剥れは、屋外で使用する外板の場合には、雨水等の水分がＦＲＰ内部に侵入してＦＲＰの特徴である軽量性、耐久性を損なうことがある。また、ゲルコートの場合、塗装に比べ、色の選択枝が極めて少なく、メタリック感やファション性に富む外観を出せず、自動車外板など、他の部材との色合わせも必要な外板には、商品全体の価値が低下して適用できないという問題がある。ゲルコート層の上に塗装を施すという考えもあるが、この場合はさらなる重量増加、コスト増加というペナルティーが生じる。
【００１０】
以上のように、連続繊維を使用したＦＲＰ外板は実用化例が少ないこともあって、実用性のあるＦＲＰ外板の構造、表面品位の定量的な指標が確立されていないのが実状である。
【００１１】
金属製の外板の表面のクライテリアについては、長年の実績から、光沢度計やテンションメータ等が各社で、社外秘扱いで使用されているようであるが、ＦＲＰは金属とは異なる機械物性、硬さ、線膨張係数を有するため、実用的な表面のクライテリアは金属のそれとは異なる。単純に金属のそれを適用できるような低次元の技術では実用に耐えるＦＲＰ外板とはならない。
【００１２】
例えば、金属外板では、製造中に工具等が落下すると、塑性変形により凹み（永久変形）が生じて表面の品位は目視でも容易に判定できるが、ＦＲＰは塑性変形しないから目視で判定できるような凹みは生じず、内部で剥離が生ずる。
【００１３】
従って、金属と同じクライテリアで表面の凹みを判定しているとＦＲＰ内部の剥離を見逃すこととなり、長期使用中に内部剥離が進行して、外板としての性能を保持し得なくなる。さらに、剥離部には水分が溜まり重量増加となるばかりか、温度上昇とともに水分が気化して塗装膜を内部から押し上げて、塗膜の膨れを生じたりする。
【００１４】
また、ＦＲＰの厚み方向の線膨張係数は金属のそれより大きく、表面の平滑性が悪いと、温度変化に伴う変形により雨水などが停留して、紫外線などの光線によるレンズ効果により、塗装の劣化にムラが生じて、斑模様の外板となってしまう。
【００１５】
さて、外板の表面品位は、上記した商品性や長期耐久性に加え、空気や水に対する流体抵抗に大きな影響を及ぼすことがわかってきており、自動車だけでなく、電車、小型機、ボート、船舶等の移動する輸送機器全般において、省エネ目的で、表面品位向上の必要性が求められている。通常、軽量目的で外板をＦＲＰ製とすると、金属より弾性率が低いため、輸送機器が高速で移動中に受ける空気抵抗に対し、大きく変形して、流動抵抗がより大きく変化する。このようなことからも、ＦＲＰの表面については、金属材料とは異なるクライテリアが独立して設定されるべきである。
【００１６】
繰り返しになるが、連続繊維を使用したＦＲＰ外板を実用化するためには、ＦＲＰ外板に適した構造、材料、表面品位の定量的な指標といった総合的な技術の確立が求められている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記した、連続繊維を使用したＦＲＰ製外板の構造、材料、表面の総合問題を解決するものである。
【００１８】
すなわち、本発明の目的は、輸送機器等に適する、軽量で、高剛性、高強度であるのは勿論のこと、長期の使用にも耐える表面品位を有する環境に優しいＦＲＰ製の外板の構造、材料、表面性を有するＦＲＰ製板材を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。すなわち、
（１）炭素繊維からなる織物（以下、適宜「炭素繊維織物」と称する。）を補強基材とし、ＲＴＭ成形で製造されたＦＲＰ（以下、適宜「繊維強化プラスチック」と称する。）製の板状物に、太陽光遮蔽塗料または紫外線遮蔽塗料によるクリアー塗装を施した板材であって、前記織物の目付け（Ｗｇ／ｍ^２）と厚み（ｔｍｍ）の比率（Ｗ／ｔ）が７００〜１７００の範囲内であり、かつ、表面の写像鮮映性が７０％以上であることを特徴とするＦＲＰ製板材。
【００２１】
（２）前記織物のカバーファクターが９０〜１００％の範囲内である、前記（１）に記載のＦＲＰ製板材。
【００２２】
（３）前記ＦＲＰ製板材が、輸送機器用外板である、前記（１）または（２）に記載のＦＲＰ製板材。
【００２３】
（４）前記織物が板の最表面層にある、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＦＲＰ製板材。
【００２４】
（５）前記塗装の厚みが２０〜２００μｍ以下である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＦＲＰ製板材。
【００２６】
【発明の実施の形態】
この発明を図１に示す一実施態様に基づいて詳細に説明する。まず、本発明のＦＲＰ製板材１は、連続な炭素繊維からなる織物３を補強基材とする。
【００２７】
ここでいう板材とは、平板だけではなく、もちろん曲率を有する板材も含まれる。
【００２８】
連続な炭素繊維を補強繊維とすることで、炭素繊維の特徴の一つである高い弾性率と強度を発現させることができ、外板として必要なへこみに対する抵抗、剛性感、強度が軽量で達成できる。かつ、連続繊維であることから、外板に極めて重要な特性である耐貫通衝撃特性が得られる。すなわち、短単繊維では達成できない軽量さで、剛性と衝撃特性が得られる。勿論、変形抵抗、最大荷重、変位量、エネルギー吸収も大きい。
【００２９】
さらに、連続繊維は織物形態をしていることから、一方向に配列するプリプレグを積層した場合よりも、同じ量の補強繊維でありながら、耐貫通衝撃特性はさらに高いものとなる。原理的には、織物は繊維が交差するネット状に似た構造であるため、飛来物を捕獲することができるためである。
【００３０】
また、織物は、一層（単層）で直交する２方向の物性が等しく、一方向に配列するプリプレグを積層した場合よりも、少ない枚数で外板を構成できてより軽量となる。例えば、２枚のプリプレグを直交させて積層した外板とすると、硬化時の熱収縮により、鞍型と呼ばれる面外のねじれ変形が生じる。本面外変形は、外力型でなく、温度変化によっても生じる。外板に面内応力が作用した場合にも発生して、外板をいびつに変形させて、外観上、空力上、好ましくない。
【００３１】
織物に相当する構成をプリプレグで実現するためには、少なくとも３枚（同一のプリプレグだと４枚）の積層が必要となる。すなわち、数ｍｍしかない薄い外板の軽量化に織物の方がプリプレグ積層より適している。
【００３２】
さらに、補強繊維を、軽量かつ高弾性率、高強度である炭素繊維とすることで、外板は、軽量で高機械物性となり、また、耐環境性上も優れる。
【００３３】
さらに、本外板には塗装２が施されている。塗装はゲルコートとより薄く（通常１５０ミクロン以下）軽量となるばかりか、色だけでなく、特性の選択枝が多い。後述する塗料を選定することで、表面の光沢や凹凸、低温・高温環境、耐水性、耐紫外線環境など、ＦＲＰ部分ではカバーしきれない特性や機能を付与することができ、初めて外板としての実用性が生じる。例えば、ＦＲＰの樹脂部分は通常耐紫外線に弱い樹脂であるので、耐紫外線に優れる塗装を施すことで、外板としての耐紫外線特性を賦与することができる。勿論、様々な外観（化粧）も可能であり、意匠上も塗装は好ましい。外板では、安全への配慮等から他の部材と色合わせを行う必要があり、塗装により微妙な色合わせが可能となる。また、塗装することで、ＦＲＰに直接水分や、光線が入射しないことから、耐環境性に優れる高耐久外板が可能となる。また、塗装は、後述の写像鮮映性にも影響し、流体抵抗上も好ましい。
【００３４】
なお、好ましいのは、塗装の厚みは２０ミクロン（μｍ）から２００ミクロン（μｍ）以下である。２００ミクロンを越えると、塗膜が剥がれ易くなり、機械特性や外観上好ましくない。また、２０ミクロン未満であると、直接太陽光などの光線が入射して、劣化を来したり、また、塗りムラが出やすく、意匠性上も好ましくない。本範囲内であることで、重量増加も伴わず、耐久性上も好ましいＦＲＰ外板となる。より好ましくは、４０〜１００ミクロンである。
【００３５】
次に、本発明の外板表面４は、写像鮮映性が７０％以上である。
写像鮮映性（Ｓ）とは、ＡＳＴＭＤ５７６７に記載されているもので、市販の試験機（例えば、スガ試験機社製のＳ８９−Ａ）を用いて２つの数値ＮＳＩＣ＊（Ａ）、ＮＳＩＣ（Ｂ）をＡＳＴＭＤ５７６７に従って計測する。Ａは、「クモリやニジミ」と呼ばれ、Ｂは「ユガミやアバタ」に対応する。
【００３６】
本発明では、Ｓ＝｛０．７５×Ａ＋０．２５×Ｂ｝×１００／１００の計算式で算出される値を写像鮮映性（Ｓ）と定義する。本範囲で、ＦＲＰ外板は極めて実用的な外板となり、輸送機器に好ましい部材となる。
【００３７】
Ａが高いということは、ボケが無く商品性があるというのではなく、光をより多く反射して、光による劣化や温度上昇を抑制することができる。さらに、第３者が目視などにより、容易に認識しやすくなり、安全上も好ましい。
【００３８】
もう一つのＢは、ミクロンオーダーの凹凸（傷）に対応する。傷の大きさに応じて傷の先端での応力集中が大きくなり、傷の先端からの破壊が進行するため、傷は小さい方が外板の耐久性は向上する。写像鮮映測定機で得られるＢの値が大きいほど傷の大きさは小さく、外板として好ましい。さらに、粗さの大きい外板は、汚れが付着しやすく、汚れが堆積することで表面の平滑性を低下させて流体抵抗を増加させる原因ともなる。さらに、人間が検出できる傷の大きさ限界とも対応する。
【００３９】
写像鮮映性の値が７０％以上であるので、高級感も出て優れた外板となる。参考までに、本写像鮮映性は金属外板にも適用できるが、発明者等が行った金属外板のレベルはまちまちで、４０〜６０％のものが最も多かった。
【００４０】
以下本発明をさらに詳細に説明する。
【００４１】
まず、本発明における炭素繊維は、ＰＡＮ（ポリアクリルニトリル）系、ピッチ系のいずれかのものを用いることができる。ＰＡＮ系の炭素繊維は強度、弾性率、伸度のバランス上から織物を作る上でより好ましい。外板用としては、強度と弾性率は高ければ高いほど好ましいが、耐衝撃性を持たせるには、伸度が１．４％以上の炭素繊維が好ましい。ＦＲＰの伸度はＪＩＳＫ−７０５４に準じて求められるもので、厳密には引張破壊歪みをさす。
【００４２】
炭素繊維は、連続繊維状態で平織り、綾織り、繻子織り等の織物形態とする。中でも、本発明における織物は、炭素繊維織物の目付け（Ｗｇ／ｍ^２）と厚み（ｔｍｍ）の比率（Ｗ／ｔ）が７００〜１７００の範囲内である。本範囲内である織物は、薄物と呼ばれ、目付けの割には薄く、繊維が広がった構造を有しており、繊維の厚み方向のうねりが小さいため、強度及び剛性が高く発現して、外板をより軽量化にできる。また、織物表面の凹凸が小さいため、外板の表面品位も向上し、より薄い塗膜で高い写像鮮映性が確保できるからである。なお、織物の目付と厚みはＪＩＳＲ７６０２により測定する。
【００４３】
さらに、該炭素繊維織物のカバーファクターは９０〜１００％の範囲内であると、樹脂のみからなる部分が極めて少なく、面外衝撃特性が高くなるとともに、樹脂の厚み方向への収縮による表面凹凸や凹凸ムラが無くなり高い写像鮮映性を得られて好ましい。貫通衝撃において、飛来物が小片の場合も想定すると、より好ましいカバーファクターは９５〜１００％の範囲内である。
【００４４】
炭素繊維織物のカバーファクターＣｆは、特開平７−１１８９８８号公報に記載、定義されているように、織糸間に形成される空隙部の大きさに関係する要素で、織物上に面積Ｓ１の領域を設定したとき、面積Ｓ１内において織糸間に形成される空隙部の面積をＳ２とすると、次式で定義される値をいう。
【００４５】
カバーファクターＣｆ＝｛（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１｝×１００
なお、該織物は、外板の物性のうち、特に重要な面剛性や表面品位に寄与するものであるから、該織物の位置は、板の表面層近くにあることが好ましい。外板の表層に高剛性の炭素繊維が存在することで、外板の面剛性がより高くなり、軽量化が可能となる。最も好ましい位置は最外層である。また、２軸や３軸などの多軸織物が最外層にあると、ユニークな織物の意匠性を外板に付与することもできる。さらに、目付けと厚みの関係が上記範囲の織物を最外層に位置させることで、外板の表面は極めて平滑となり、薄い塗膜で高い写像鮮映性を得ることができる。
【００４６】
すなわち、炭素繊維織物の目付け（Ｗｇ／ｍ²）と厚み（ｔｍｍ）の比率（Ｗ／ｔ）が７００〜１７００の範囲内である前記の薄物織物は、繊維の厚み方向への凹凸、蛇行が小さいため、外板とした場合に、表面の樹脂層の厚み変化が小さく、塗装前、塗装後ともにより平滑な表面が得られるからである。
【００４７】
また、カバーファクターが上記９０〜１００％の範囲内であると、外板の厚み方向において、樹脂のみからなる箇所が無くなることから、写像鮮映性という耐久性上極めて重要な特性が向上し、実用性が高まり好ましい。
【００４８】
次に、炭素繊維以外に、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維などの無機繊維、アラミド系繊維やナイロン等の有機繊維を併用しても差し支えない。これらの長繊維、短繊維、織物状、マット状にしたもの、あるいはこれら形態の混合などを炭素繊維や樹脂中に規則的または、不規則的に配置させることで耐衝撃性、振動減衰特性などを向上させることができる。
【００４９】
中でも、ガラス繊維は価格が安く、圧縮／引張の強度バランスが良い。ガラス繊維とは、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とするいわゆるＥガラス、Ｃガラス、Ｓガラスなどの繊維状ガラスのことで、繊維径は５〜２０μｍ程度のものであることが好ましい。ガラスクロスは剛性を向上させると同時に、樹脂を保持するので、成形性が良好となる。適切なのは、目付が２０ｇ／ｍ²〜４００ｇ／ｍ²のものである。表層に使用する場合には、２０〜５０ｇ／ｍ²であると、織物の意匠性を害さず、また、透明感も保持できて好ましい。
【００５０】
ガラス繊維の使用量は、剛性が必要な場合は、炭素繊維の５０重量％以下、耐衝撃特性が必要な場合は、８０重量％以下とすることが好ましい。
【００５１】
なお、有機繊維は、炭素繊維やガラス繊維のように脆性ではなく、延性であり、しなやかで、屈曲させても容易に破断しないという特徴がある。また、合成繊維は炭素繊維と比較した場合、電気腐食の可能性がないという特徴があるため、電気腐食対策を必要としないという長所もある。
【００５２】
また、ガラス繊維と比較した場合には、燃焼が可能であるため廃棄が容易であるという特長、さらには比重がガラス繊維の約半分であるので部材を極めて軽量にすることができるという特長もある。
【００５３】
次に、本発明のＦＲＰを構成する樹脂は、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいは、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポチブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート等の樹脂などの熱可塑性樹脂、及びこれら樹脂をアロイ化した変性樹脂からなる。
【００５４】
なかでも耐薬品性、耐候性などに優れるエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂およびこれら樹脂の変性樹脂が好ましい。また、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂も難燃性に優れ、耐熱性の要求される外板には好ましい。
【００５５】
また、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂は、意匠性上好ましい。中でもアクリル系樹脂は耐候性に優れ好ましい。さらに、これら透明樹脂中に紫外線吸収剤や太陽光吸収剤、酸化防止剤を３から２０％添加することで、さらに耐候性を向上させることができる。
【００５６】
次に、ＦＲＰにおける補強繊維の割合は、樹脂に対して重量比で３０％〜７５％の範囲内であることが好ましい。３０％を下回ると外板としての剛性、耐衝撃性を金属製外板並にするには、軽量化を犠牲にしなくてはならなくなる可能性があるからである。
【００５７】
また、７５％以下である理由は、７５％を越えると樹脂の含浸が難しくなり、ボイドが発生して物性上好ましくない場合があるからである。
【００５８】
なお、ＦＲＰ外板の厚みは、用途により異なるが、自動車等の地上を走る輸送機器の外板の場合は、０．５〜８ｍｍの範囲内が好ましい。本範囲以下では、耐貫通特性に問題が生じる場合があり、以上では軽量性が十分ではない。
【００５９】
空を移動する輸送機器の場合は、速度がさらに早いので、１〜１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００６０】
また、サンドイッチ構造や外板の一部にフレームを設けた構造とすることも好ましい対応である。
【００６１】
次に、塗料は、例えば、シリコン／エポキシ系樹脂塗料、アクリル樹脂塗料、ウレタン樹脂塗料、ポリエステル樹脂塗料、エポキシ樹脂塗料、フッソ樹脂塗料、カシュー樹脂塗料、アルキド樹脂塗料、アミノアルキド樹脂塗料、フェノール樹脂塗料、油性ペイント、油ワニス、ニトルセルロース・ラッカー等の合成樹脂塗料や水溶性樹脂塗料、プライマー・サーフェーサ、プライマーサーフェーサ・パテ等も含む塗料から選ぶことができる。
【００６２】
上記塗料は、大別して、１液型、２液型、多液型の自然乾燥または常温乾燥塗料、焼き付け塗装、紫外線硬化塗料、電子線硬化塗料などに大別される。また、塗装法により、吹き付け用塗料、ロール用塗料、フローコータ用塗料、ハケ用塗料等と呼んだりする。
【００６３】
なお、塗料の選定には、ＦＲＰの樹脂と接着性の良い塗料組成を選ぶことが好ましい。また、ＦＲＰは金属に比べ耐紫外線性に劣るので、耐候性に優れる太陽光遮断塗料または紫外線遮断塗料を選定することが必要である。具体的には、太陽光遮断塗料または紫外線遮断塗料としては、アルキド・アクリル・ウレタンのビヒクルにカーボンブラックを顔料としてＵＶ吸収剤、あるいは還元テロポリ酸等を配合したものや、酸化コバルト、酸化銅、鉄黒等の黒色顔料を添加したアクリル・ウレタン・エポキシ・シルコーン塗料や、フッ素系統塗料などがある。このような塗料をクリアー塗装するのである。
【００６４】
また、カーボンブラックやグラファイト、金属粉末等の導電フィラーを分散させた導電塗料を本発明の目的を阻害しない範囲で併用することも好ましい。酸化スズや酸化アンチモン系の導電体を添加した塗料は、透明性導電塗膜を与えるので、炭素繊維織物の意匠性を利用する場合や、自動車などの外板に静電気による埃や汚れの付着を抑制する帯電防止上効果を賦与する目的では好ましい導電塗料である。
【００６５】
また、夜間等に注意を喚起する必要性の高い輸送機器の外板には、ＪＩＳＫ５６７１に記載されている発光塗料（夜光塗料）を外板全体または一部に本発明の目的を阻害しない範囲で併用することも有効である。
【００６６】
塗装方法は、スプレー（吹き付け）塗装（エアーガンやエアーレス方式など）、静電塗装（静電噴霧化方式やガン方式など）、電着塗装（カチオン形やアニオン形など）、粉体塗装（溶射法、流動浸漬法、静電粉体塗装法など）のほか、公知の特殊塗装法も適用することができる。
【００６７】
中でも、本発明のＦＲＰ製外板に好ましいのは、耐熱性が金属よりも低いため、乾燥温度を１２０℃以下、ＦＲＰを陽極とした静電塗装が塗着性に優れ好ましい。また、炭素繊維は導電性であることから、静電塗装も塗料の使用効率が高く好ましい塗装法である。
【００６８】
なお、塗膜の厚みは、２０〜２００ミクロンの範囲内とすることが好ましい。上述したように、本範囲より小さいと、ＦＲＰに紫外線等の光線が入り込み、耐久性を低下させることがあるからである。また、本範囲より大きいと、衝撃を受けた場合や、長期使用時に、塗膜がＦＲＰから剥がれ落ちる可能性が生じるからである。より好ましい塗装の厚みは４０〜１００ミクロンである。なお、本厚みの塗装を施すにあたり、ＦＲＰ成形板の表面は、離型剤を取り除くための脱脂やサンディングを施すことが好ましい。離型剤に非シリコン系のものを用いることで脱脂やサンディング作業を無くしたり、低減したりすることができる。塗装の温度は、外板の耐熱温度と深く関係しており、耐熱温度付近で塗装乾燥することが好ましい。自動車用外板の場合は、耐熱温度は１００℃程度であり、塗料の乾燥温度は６０〜１１０℃の範囲とすることが好ましい。また、乾燥時間は３分〜６０分程度である。
【００６９】
塗装の色は、他の部材との配色で決定されるが、炭素繊維織物を補強基材としている本発明のＦＲＰ外板においては、ＦＲＰ部分の劣化の状態、内部損傷の状態を目視で観察できるようにクリアー塗装とする。クリアーであることで、ＦＲＰの状態を精緻に把握でき、金属外板しか経験のない第３者にＦＲＰ外板を使用する機運を芽生えさせる効果もある。勿論、クリアー塗装は、織り構造の意匠性を利用して商品価値を高める効果も有する。なお、クリアー塗装は外板の全体であっても一部であっても差し支えない。
【００７０】
なお、クリアー塗料の代表的なものは、シリコン／エポキシ系塗料、アクリル系塗料であるが、ウレタン系であっても、これら塗料の混合、アロイ系であっても、有色クリアーであっても差し支えない。
【００７１】
７０％以上の写像鮮映性は、例えば、表面精度を＃８００以上とした金属型に、連続の炭素繊維からなる織物基材を配置して、型内部を真空とし、脱泡を型温度以上で長時間行った樹脂を注入、硬化させて、さらにスプレーガン等の均一塗装法を施すことで得ることができる。成形時の樹脂の成形収縮、熱収縮も表面品位に影響するので、樹脂の成形収縮が小さいエポキシ樹脂、タルクやガラス微粒子などのフィラーを混入した低収縮樹脂が好ましい。成形温度は、外板が使用される温度より１０℃以上であることが好ましい。自動車外板では、９０℃以上、より好ましくは１１０℃以上である。炭素繊維織物は目付と厚みの比率が大きい構造の織物が適切である。塗装は、スプレーガンなどのように均一に薄く塗膜形成できる塗装法とする。塗膜が薄すぎても厚すぎても写像鮮映性は低下する傾向があるので、適切な厚みとすることが好ましい。
【００７２】
成形技術としては、ＲＴＭ成形法以外に、ハンドレイアップ法、プリプレグレイアップ法、プルトルージョン法（引き抜き成形法）、プルワインド法、フィラメントワインド法、ＳＣＲＩＭＰ法等が存在するが、本発明ではＲＴＭ成形法を用いる。
【００７３】
本発明の板材は、自動車、高速車両、高速船艇、単車、自転車など輸送機器の内・外板として利用することができる。具体的には、ドア、ボンネット、フェンダー、トランクリッド、ハードップ、サイドミラーカバー、等の自動車パネル、先頭車両ノーズ、ルーフ、サイドパネル、ドアなどの車両用外板、ウイングトラックにおけるウイングのイナーパネル、アウターパネル、ルーフ、フロアー等、自動車や単車に装着するエアースポイラーやサイドスカートなどのエアロパーツ等である。
【００７４】
【実施例】
本発明のＦＲＰ製外板の特徴を実施例によって述べる。
（実施例１）
自動車ドアの形状を有する＃１２００番で超鏡面仕上げした凸型（オス）の金型に、炭素繊維（弾性率２３５ＧＰａ、強度５ＧＰａ、伸度２．１％）からなる平織構造のクロス（目付け２００ｇ／ｍ²、厚み０．２ｍｍ、カバーファクター９７％）を５枚重ねて、メス型を閉じて、エポキシ樹脂を８０℃で注入し、さらに１２０℃まで昇温（ステップキュア）して、厚さ１．０ｍｍの外板を作成した。断面を観察したところ、ボイドは１％以下であり、繊維の体積含有率（Ｖｆ）は５５％であった。
【００７５】
本下地板をアセトンで脱脂処理して、ウレタン塗料で室温スプレー塗装し、５０ミクロンの塗膜を形成し、８０℃で３０分乾燥させて、写像鮮映性が７５％のＣＦＲＰ外板を得た。
【００７６】
本外板を、メタルウェザー処理装置により４８時間処理し、色差計により色差変化測定する耐候性試験した。変化が大きい場合（デルタＥが５以上）は×、変化がわずかの場合（デルタＥが３以上５未満）は△、変化がほとんどない（デルタＥが３未満）は○、変化がない場合（デルタＥが１以下）は◎の４段階で評価した結果は、◎であった。
【００７７】
また、本外板を曲げ試験して剛性測定したところ、Ａｌの１．５倍の比剛性（弾性率／比重）を有しており、触感でも外板としての「張り」、「耐デント性」を有することが確認できた。
【００７８】
さらに、本外板を市販の塗装してある金属製自動車外板と並べて目視による認識性テスト（板を複数枚並べて、どれが注意を引くか／目立つかという感覚試験で、目立たないは×、目立つは○、極めて目立つは◎の三段階で評価する）を実施したところ、本外板は◎であった。
（比較例１）
実施例１において、炭素繊維織物基材をガラス繊維（弾性率７０ＧＰａ、強度２．８ＧＰａ、伸度４％）からなる平織構造のクロス（目付け３００ｇ／ｍ²、厚み０．４５ｍｍ、カバーファクター８５％）を５枚重ねとした他は、実施例１と同じにして、ＲＴＭ成形により厚さ１．２ｍｍの外板を作成した。断面観察では、ボイドは観察されず、繊維の体積含有率（Ｖｆ）は５０％であった。
【００７９】
本下地板を実施例１と同様に脱脂処理、塗装して７０ミクロンの塗膜を形成したところ、写像鮮映性は４５％であった。
【００８０】
本外板を実施例１と同様の耐候性試験、曲げ試験、認識性試験したところ、比剛性はＡＬの０．６倍、耐候性は○、認識テストは×であった。
（比較例２）
実施例１において、塗装処理を省いた他は、実施例１と同様にして得たＣＦＲＰ外板の写像鮮映性は５８％であった。
【００８１】
本外板を実施例１と同様の耐候性試験、曲げ試験、認識性試験したところ、比剛性はＡＬの１．５倍、耐候性は×、認識テストは◎であった。
（比較例３）
実施例１において、塗装後の表面をヤスリで磨いた他は、実施例１と同様にして得たＣＦＲＰ外板の写像鮮映性は３５％であった。
【００８２】
本外板を実施例１と同様の耐候性試験、曲げ試験、認識性試験したところ、比剛性はＡＬの１．５倍、耐候性は×、認識テストは×であった。
（比較例４）
＃１０００番で鏡面仕上げしたＦＲＰ製の平板型に、炭素繊維（弾性率２４０ＧＰａ、強度４．８ＧＰａ、伸度２．０％）からなる８枚繻子織構造のクロス（目付け２００ｇ／ｍ²、厚み０．１８ｍｍ、カバーファクター９９％）を１２枚重ね、紫外線吸収剤を添加したエポキシ樹脂を１００℃で注入、硬化させて、厚さ２．４ｍｍの外板を作成した。断面を観察したところ、ボイドは１％以下であり、繊維の体積含有率（Ｖｆ）は５６％であった。
【００８３】
本平板に直接、紫外線吸収剤を添加したシリコン/エポキシ系塗料で７０ミクロンのクリアー塗膜を形成した。本外板の写像鮮映性は９０％であった。
【００８４】
本外板を実施例１と同様の耐候性試験、曲げ試験、認識性試験したところ、比剛性はＡＬの１．６倍、耐候性は◎、認識テストは◎であった。
（比較例５）
実施例１において、織物を炭素繊維（弾性率２４０ＧＰａ、強度４．８ＧＰａ、伸度２．０％）からなる平織り構造のクロス（目付け３００ｇ／ｍ²、厚み０．４ｍｍ、カバーファクター９５％）を４枚重ねた他は、実施例１と同様にして、厚さ１．４ｍｍの外板を作成した。断面を観察したところ、ボイドは１％以下であり、繊維の体積含有率（Ｖｆ）は４８％であった。
【００８５】
本下地板を実施例１と同様に脱脂処理、ウレタン塗装して１５０ミクロンの塗膜を形成したところ、写像鮮映性は５１％であった。また、表面の各所にピットが見られた。
【００８６】
本外板を実施例１と同様の耐候性試験、曲げ試験、認識性試験したところ、比剛性はＡＬの１．３倍、耐候性は△、認識テストは○であった。
（比較例６）
比較例５において、炭素繊維織物を目ズレ変形させて、カバーファクターを８８％とした他は、比較例５と全く同様にして厚さ１．４ｍｍの外板（Ｖｆ＝４８％）を得た。
【００８７】
本下地板を実施例１と同様に脱脂処理、ウレタン塗装して１５０ミクロンの塗膜を形成したところ、表面にうねりが見られ、写像鮮映性は２％であった。
【００８８】
本外板を実施例１と同様の耐候性試験、曲げ試験、認識性試験したところ、比剛性はＡＬの１．１倍、耐候性は△、認識テストは×であった。
【００８９】
以上の結果は表１にまとめた。
【００９０】
【表１】

【００９１】
【発明の効果】
本発明に係るＦＲＰ製板材は、次のような顕著な作用効果を総合的に奏することができ、輸送機器等に実用可能な板材となる。
１）連続な炭素繊維を使用していることにより、軽量、高強度、高剛性となり、輸送機器などの燃費の向上、炭酸ガスの排出量を低減できる。
２）織物形態であるとから、ソリの無い軽量薄板材が可能となると同時に、耐衝撃損傷性にすぐれて、輸送機器における衝突時などに安全となる。
３）塗装を有するため、耐環境性、意匠性を保有する外板とすることができる。
４）写像鮮映性が７０％以上であることから、第三者の目を引くことで安全となると同時に、耐久性、空力抵抗特性の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＦＲＰ製板材の断面を示す図である。
【符号の説明】
１：ＦＲＰ製板材
２：塗装
３：連続な炭素繊維からなる織物
４：外板表面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plate material made of FRP suitable as an outer plate of transportation equipment or industrial machinery.
[0002]
[Prior art]
Since FRP is excellent in corrosion resistance, it has been attempted to be used as an outer plate of transportation equipment including automobiles and various industrial machines. For example, an FRP called SMC (Seat Molding Compound) is widely used for outer plates of automobile bonnets and fenders.
[0003]
SMC (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-286008) is a slurry-like intermediate base material in which glass short fiber (several centimeters) reinforcing fiber and polyester resin are mixed. A base plate to be an outer plate is formed by shaping at (at least 50 atm). Next, the surface of the base plate is scraped with sandpaper or scissors to make it flat / smooth, and subsequently colored, for example, to become an FRP outer plate for automobiles.
[0004]
Since the reinforcing fiber is a short fiber (non-continuous fiber), the outer plate made of SMC has lower rigidity than when the reinforcing fiber is a continuous fiber (not only the short fiber is a reinforcing fiber type, but the elastic modulus of glass is 70GPa, which is as low as 1/3 of the elastic modulus of steel 210GPa), the thickness of the outer plate is larger than the metal outer plate, and it may not necessarily be lighter than the metal outer plate, and at the same time, the weight can be reduced There are many cases that remain small. Furthermore, since the SMC outer plate is not continuous, the strength, which is an important characteristic of the outer plate other than the rigidity, is easily penetrated by local impacts such as flying objects colliding with the outer plate. Therefore, for outer plates used outdoors such as transportation equipment, it is necessary to take protective measures for impact resistance such as increasing the thickness or sticking rubber, and light weight outer plates that can replace metal outer plates in terms of weight, that is, It is not an environmentally friendly outer plate for transportation equipment.
[0005]
However, the main reason why the outer plate made of at least SMC has been put into practical use is that the short fibers are randomly (substantially uniformly) dispersed, and the above-described base plate before scraping has a substantially uniform surface. It is easy to get quality. When continuous fibers are used, the surface roughness of the base plate is larger than that of short fibers due to non-uniformity of fiber distribution, unevenness due to meandering, undulation, crossing of fibers, etc., and unevenness of thickness. This is because the labor of the scraping work is large. 2) The reinforcing fibers that are continuous during scraping are also scraped, resulting in a problem that the mechanical and functional properties as the outer plate are further reduced.
[0006]
A continuous fiber is preferable because a lighter outer plate with higher physical properties can be obtained in terms of rigidity and strength. However, the form of continuous fibers is complicated and varied, such as unidirectional prepregs, woven fabrics, and three-dimensional woven fabrics.
[0007]
On the other hand, a member using continuous fibers as reinforcing fibers has also been studied. RTM (Resin Transfer Mold Digg) in which a prepreg made of continuous fibers and resin arranged in one direction is laminated on a mold and cured by an autoclave or a preform such as a woven fabric is set in the mold and the resin is injected. ), Etc., but the surface quality is low due to unevenness and uneven thickness due to the meandering, undulation, crossing of fibers, etc. inherent to continuous fibers, such as automobiles, etc. The actual situation is that it has not been put to practical use as the outer plate of the transport equipment.
[0008]
In order to improve the surface quality, a coating method called gel coating is employed. The gel coating method (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-171942) is formed by coating the inner surface of a mold with a resin material such as polyester that can be the surface of an outer plate in advance, and arranging a reinforcing fiber substrate on the coating. The mold is closed, the resin is injected, cured, demolded, and the coating is transferred to the surface of the FRP outer plate. This method is industrially effective because it can eliminate surface scraping and painting. However, when heat-cured, the entire molded product is counteracted by the difference in linear expansion coefficient between the FRP and the gel coat layer. It is not suitable for the outer plate where accuracy is required, and the gel coat layer is cracked or wrinkled. Further, as described above, the surface of the FRP having continuous fibers as reinforcing fibers is uneven, and the gel coat is thicker than the coating film when coated with 200 microns or more. When deformed by receiving an external force, the gel coat layer is disadvantageous in that it is broken or peeled off, and is not suitable for an outer plate.
[0009]
In the case of an outer plate used outdoors, the gel coat layer may be cracked or peeled off, and moisture such as rainwater may enter the FRP and impair the lightness and durability that are characteristic of the FRP. In addition, in the case of gel coat, there are very few color choices compared to painting, the appearance that is rich in metallic feeling and fashionability is not given, and the outer plate that requires color matching with other members such as an automobile outer plate, There is a problem that the value of the entire product is lowered and cannot be applied. There is also an idea of applying the coating on the gel coat layer, but in this case, there is a penalty of further weight increase and cost increase.
[0010]
As described above, there are few practical examples of FRP outer plates using continuous fibers, and it is actually the case that quantitative indicators of the structure and surface quality of FRP outer plates with practicality have not been established. is there.
[0011]
With regard to the criteria for the surface of metal outer plates, it seems that gloss meters, tension meters, etc. are being used as confidential outside companies by many years, but FRP has mechanical properties and hardness that are different from metals. Now, because of its linear expansion coefficient, the practical surface criteria are different from those of metals. A low-dimensional technology that can simply apply that of a metal does not provide a practical FRP skin.
[0012]
For example, in the case of a metal outer plate, when a tool or the like falls during manufacturing, a dent (permanent deformation) is generated due to plastic deformation, and the surface quality can be easily judged visually, but FRP does not undergo plastic deformation, so it can be judged visually. No dents are produced and peeling occurs inside.
[0013]
Therefore, if the surface dent is determined using the same criteria as the metal, the internal peeling of the FRP is missed, and the internal peeling progresses during long-term use, and the performance as the outer plate cannot be maintained. Furthermore, moisture is accumulated in the peeling portion and the weight is increased, and as the temperature rises, the moisture is vaporized and the coating film is pushed up from the inside, thereby causing the coating film to swell.
[0014]
In addition, the linear expansion coefficient in the thickness direction of FRP is larger than that of metal, and if the surface is not smooth, rainwater etc. will stop due to deformation accompanying temperature change, and the lens effect due to light rays such as ultraviolet rays will deteriorate the coating. As a result, unevenness occurs, resulting in a patchy skin.
[0015]
Now, it has been found that the surface quality of the outer plate has a great influence on the fluid resistance against air and water, in addition to the above-mentioned merchantability and long-term durability, and not only automobiles but also trains, small machines, boats, In general, transportation equipment such as ships is required to improve surface quality for energy saving purposes. Usually, when the outer plate is made of FRP for the purpose of light weight, since the elastic modulus is lower than that of metal, the flow resistance is greatly changed due to a large deformation with respect to the air resistance that the transportation device receives while moving at high speed. For this reason, the criteria different from the metal material should be set independently on the surface of the FRP.
[0016]
To repeat, in order to put FRP skins that use continuous fibers into practical use, it is required to establish comprehensive technologies such as structures, materials, and quantitative indicators of surface quality suitable for FRP skins. .
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned general problems of the structure, material, and surface of the FRP outer plate using continuous fibers.
[0018]
That is, the object of the present invention is a structure of an environmentally friendly FRP outer plate having a surface quality that can withstand long-term use as well as being lightweight, highly rigid, and high in strength suitable for transportation equipment and the like. An object of the present invention is to provide an FRP plate material having material and surface properties.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is,
(1) A woven fabric made of carbon fibers (hereinafter referred to as “carbon fiber woven fabric” as appropriate) as a reinforcing substrate.Manufactured by RTM moldingA plate-like product made of FRP (hereinafter referred to as “fiber reinforced plastic” as appropriate)Clear with sunlight shielding paint or UV shielding paintA coated plate material, the basis weight of the fabric (Wg / m²) And thickness (tmm) ratio (W / t) is in the range of 700 to 1700, and the image clarity of the surface is70% Or more FRP plate material.
[0021]
(2)in frontWritingThe cover factor of the object is in the range of 90-100%TheSaid (1)The FRP plate material described.
[0022]
(3) The FRP plate is an outer plate for transportation equipmentThe(1)Or (2)The FRP plate material described.
[0023]
(4) The fabric is on the outermost layer of the boardThe(1) to (3) FRP plate material according to any of the above.
[0024]
(5) The coating thickness is 20 to 200 μm or lessThe(1) to (4) FRP plate material according to any of the above.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail based on one embodiment shown in FIG. First, the FRP plate material 1 of the present invention uses a woven fabric 3 made of continuous carbon fibers as a reinforcing base material.
[0027]
The plate material here includes not only a flat plate but also a plate material having a curvature.
[0028]
By using continuous carbon fiber as a reinforcing fiber, it is possible to develop high elastic modulus and strength, which are one of the characteristics of carbon fiber, and to achieve resistance, rigidity, and strength against dents required as an outer plate with light weight. it can. And since it is a continuous fiber, the penetration impact resistance which is a very important characteristic for an outer plate is obtained. That is, rigidity and impact characteristics can be obtained with light weight that cannot be achieved with short monofilaments. Of course, deformation resistance, maximum load, displacement, and energy absorption are also large.
[0029]
Furthermore, since the continuous fibers are in the form of a woven fabric, the penetration impact resistance is further improved while the amount of reinforcing fibers is the same as when the prepregs arranged in one direction are laminated. This is because, in principle, the woven fabric has a structure similar to a net shape in which fibers intersect, so that flying objects can be captured.
[0030]
In addition, the woven fabric has the same physical properties in two directions perpendicular to each other (single layer), and the outer plate can be configured with a smaller number of sheets and becomes lighter than when prepregs arranged in one direction are laminated. For example, when the outer plate is formed by stacking two prepregs orthogonally, an out-of-plane torsional deformation called a saddle shape occurs due to heat shrinkage during curing. This out-of-plane deformation is caused not by an external force type but also by temperature change. This also occurs when in-plane stress is applied to the outer plate, which deforms the outer plate in a distorted manner, which is not preferable in terms of appearance and aerodynamics.
[0031]
In order to realize a configuration corresponding to a woven fabric with a prepreg, it is necessary to stack at least three sheets (four sheets with the same prepreg). That is, the woven fabric is more suitable than the prepreg lamination for reducing the weight of the thin outer plate having only a few mm.
[0032]
Furthermore, by using carbon fibers that are lightweight, high elastic modulus, and high strength as the reinforcing fibers, the outer plate is lightweight and has high mechanical properties, and is excellent in environmental resistance.
[0033]
  Further, a coating 2 is applied to the outer skin. The coating is not only thinner and lighter than the gel coat (usually 150 microns or less), but also has many options for color as well as properties.To be described laterBy selecting the paint, it is possible to give properties and functions that cannot be covered by the FRP part, such as surface gloss and unevenness, low / high temperature environment, water resistance, UV resistance environment, and practicality as an outer panel for the first time. AriseTheFor example, resin part of FRPIs usuallyUV resistant resinBecauseBy applying a coating excellent in UV resistance, UV resistance characteristics as an outer plate can be imparted. Of course, various appearances (makeup) are possible, and painting is also preferable in terms of design. On the outer plate, it is necessary to perform color matching with other members for safety considerations, and fine color matching is possible by painting. Also, by painting, moisture and light do not enter the FRP directly, so a highly durable outer plate with excellent environmental resistance becomes possible. The coating also affects the image clarity described later, and is preferable in terms of fluid resistance.
[0034]
Preferably, the coating thickness is 20 microns (μm) to 200 microns (μm) or less. When it exceeds 200 microns, the coating film is easily peeled off, which is not preferable in terms of mechanical properties and appearance. On the other hand, if the thickness is less than 20 microns, light rays such as sunlight are directly incident to cause deterioration, and uneven coating tends to occur, which is not preferable in terms of design. By being in this range, the FRP outer plate is preferable in terms of durability without increasing the weight. More preferably, it is 40 to 100 microns.
[0035]
  Next, the outer plate surface 4 of the present invention has image clarity.70% Or more.
  The image clarity (S) is described in ASTM D5767, and two numerical values NSIC * (A) and NSIC are obtained using a commercially available tester (for example, S89-A manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). (B) is measured according to ASTM D5767. A corresponds to “spider or rainbow” and B corresponds to “Yugami or avatar”.
[0036]
In the present invention, a value calculated by a calculation formula of S = {0.75 × A + 0.25 × B} × 100/100 is defined as image clarity (S). Within this range, the FRP skin becomes a very practical skin and is a preferred member for transportation equipment.
[0037]
A high A does not mean that there is no blur and there is merchandise, but it can reflect more light and suppress deterioration and temperature rise due to light. Furthermore, it becomes easy for a third party to easily recognize by visual observation or the like, which is preferable from the viewpoint of safety.
[0038]
Another B corresponds to unevenness (scratches) on the order of microns. The stress concentration at the tip of the scratch increases according to the size of the scratch, and the destruction from the tip of the scratch progresses. Therefore, the durability of the outer plate is improved when the scratch is small. The larger the value of B obtained with the image sharpness measuring machine, the smaller the size of the scratches, and the better the outer plate. Further, the outer plate having a large roughness easily adheres to the dirt, and the dirt accumulates, thereby reducing the surface smoothness and increasing the fluid resistance. Furthermore, it corresponds to the limit of the size of a wound that can be detected by a human.
[0039]
  The image clarity value is 70% or moreBecause, Out of luxuryoutstandingWith skinRu. For reference, the present image clarity can be applied to a metal outer plate, but the level of the metal outer plate performed by the inventors varies, with the most being 40-60%.
[0040]
The present invention is described in further detail below.
[0041]
First, as the carbon fiber in the present invention, either a PAN (polyacrylonitrile) -based or pitch-based one can be used. A PAN-based carbon fiber is more preferable for making a woven fabric from the balance of strength, elastic modulus, and elongation. For the outer plate, the higher the strength and elastic modulus, the better. However, in order to give impact resistance, carbon fibers having an elongation of 1.4% or more are preferable. The elongation of FRP is determined according to JIS K-7054, and strictly refers to tensile fracture strain.
[0042]
  The carbon fiber is in the form of a woven fabric such as plain weave, twill weave, and satin weave in a continuous fiber state. Among them, the fabric in the present invention has a basis weight of carbon fiber fabric (Wg / m²) And thickness (tmm) ratio (W / t) is in the range of 700-1700TheThe woven fabric within this range is called a thin object, is thin for the basis weight, has a structure in which fibers are spread, and since the waviness in the thickness direction of the fibers is small, the strength and rigidity are highly expressed, The outer plate can be made lighter. Moreover, since the unevenness | corrugation on the surface of a textile fabric is small, the surface quality of an outer plate is also improved, and a high image clarity can be secured with a thinner coating film. The fabric weight and thickness are measured according to JIS R7602.
[0043]
Furthermore, when the cover factor of the carbon fiber woven fabric is in the range of 90 to 100%, the portion consisting only of the resin is extremely few, the out-of-plane impact characteristics are enhanced, and surface unevenness due to shrinkage in the thickness direction of the resin. Uneven unevenness is eliminated, and high image clarity is obtained, which is preferable. Assuming that the flying object is a small piece in the penetration impact, a more preferable cover factor is in the range of 95 to 100%.
[0044]
The cover factor Cf of the carbon fiber woven fabric is an element related to the size of the gap formed between the woven yarns as described and defined in JP-A-7-118898, and has an area S1 on the woven fabric. When the area is set, if the area of the void formed between the weaving yarns in the area S1 is S2, it is a value defined by the following equation.
[0045]
Cover factor Cf = {(S1-S2) / S1} × 100
Since the woven fabric contributes to particularly important surface rigidity and surface quality among the physical properties of the outer plate, the position of the woven fabric is preferably close to the surface layer of the plate. The presence of high-rigidity carbon fibers on the surface layer of the outer plate makes it possible to increase the surface rigidity of the outer plate and reduce the weight. The most preferred position is the outermost layer. In addition, when a multiaxial woven fabric such as biaxial or triaxial is in the outermost layer, a unique woven fabric design can be imparted to the outer plate. Furthermore, by positioning the fabric having a basis weight and thickness in the above-mentioned range as the outermost layer, the surface of the outer plate becomes extremely smooth, and a high image clarity can be obtained with a thin coating film.
[0046]
That is, the basis weight of the carbon fiber fabric (Wg / m²) And the thickness (tmm) ratio (W / t) in the range of 700 to 1700, the above-mentioned thin woven fabric has small irregularities and meandering in the thickness direction of the fiber, so when it is used as the outer plate, This is because the thickness change of the resin layer is small, and a smoother surface can be obtained both before and after painting.
[0047]
In addition, when the cover factor is in the range of 90 to 100%, in the thickness direction of the outer plate, there is no place made only of the resin, so that an extremely important characteristic in terms of durability such as image clarity is improved, Practicality is increased and preferable.
[0048]
Next, in addition to carbon fibers, glass fibers, alumina fibers, silicon nitride fibers and other inorganic fibers, aramid fibers, and organic fibers such as nylon may be used in combination. These long fibers, short fibers, fabrics, mats, or a mixture of these forms are arranged regularly or irregularly in carbon fiber or resin, resulting in impact resistance, vibration damping characteristics, etc. Can be improved.
[0049]
Among them, glass fiber is inexpensive and has a good compression / tensile strength balance. Glass fiber is silicon dioxide (SiO2).₂), And the fiber diameter is preferably about 5 to 20 μm. Since the glass cloth improves the rigidity and holds the resin, the moldability is improved. Appropriate weight is 20g / m²~ 400g / m²belongs to. When used for the surface layer, 20 to 50 g / m²When it is, it is preferable because it does not impair the design of the fabric and can maintain transparency.
[0050]
The glass fiber is preferably used in an amount of 50% by weight or less of the carbon fiber when rigidity is required, and 80% by weight or less when the impact resistance is required.
[0051]
Note that organic fibers are not brittle like carbon fibers and glass fibers, but are ductile, supple, and are not easily broken even when bent. In addition, synthetic fibers have the advantage that there is no possibility of electrocorrosion when compared with carbon fibers, so that there is an advantage that no countermeasure against electrocorrosion is required.
[0052]
In addition, when compared with glass fiber, it can be combusted so that it can be easily disposed of. Furthermore, since the specific gravity is about half that of glass fiber, the member can be extremely light. .
[0053]
Next, the resin constituting the FRP of the present invention is a thermosetting resin such as epoxy resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, benzoxazine resin, or acrylic resin, polyethylene, polypropylene resin, polyamide resin. A thermoplastic resin such as an ABS resin, a polybutylene terephthalate resin, a polyacetal resin, or a polycarbonate resin, and a modified resin obtained by alloying these resins.
[0054]
Of these, epoxy resins, polyester resins, vinyl ester resins and modified resins of these resins that are excellent in chemical resistance and weather resistance are preferred. Phenol resins and benzoxazine resins are also excellent in flame retardancy and are preferable for outer plates that require heat resistance.
[0055]
A transparent resin such as an acrylic resin or a polycarbonate resin is preferable in terms of design. Of these, acrylic resins are preferred because of their excellent weather resistance. Furthermore, the weather resistance can be further improved by adding 3 to 20% of an ultraviolet absorber, a solar absorber, and an antioxidant in these transparent resins.
[0056]
Next, the ratio of the reinforcing fibers in the FRP is preferably in the range of 30% to 75% by weight with respect to the resin. This is because if it is less than 30%, it is necessary to sacrifice the weight reduction in order to make the rigidity and impact resistance of the outer plate equal to those of the metal outer plate.
[0057]
The reason why it is 75% or less is that if it exceeds 75%, it becomes difficult to impregnate the resin, and voids are generated, which may be undesirable in terms of physical properties.
[0058]
In addition, although the thickness of a FRP outer plate changes with uses, in the case of the outer plate | board of the transport equipment which runs on the grounds, such as a motor vehicle, the inside of the range of 0.5-8 mm is preferable. Below this range, problems may occur in the penetration resistance, and the weight is not sufficient above.
[0059]
In the case of transportation equipment that moves in the sky, the speed is even faster, so a range of 1 to 10 mm is preferable.
[0060]
It is also preferable to adopt a sandwich structure or a structure in which a frame is provided on a part of the outer plate.
[0061]
Next, the paint is, for example, silicon / epoxy resin paint, acrylic resin paint, urethane resin paint, polyester resin paint, epoxy resin paint, fluorine resin paint, cashew resin paint, alkyd resin paint, amino alkyd resin paint, phenol resin. It can be selected from paints including paints, oil-based paints, oil varnishes, synthetic resin paints such as nitrile cellulose / lacquer, water-soluble resin paints, primers / surfacers, primer-surfacers / patties.
[0062]
The paints are roughly classified into one-pack type, two-pack type, multi-pack type natural dry or room temperature dry paint, baking paint, ultraviolet curable paint, and electron beam curable paint. Also, depending on the coating method, it is called spray paint, roll paint, flow coater paint, brush paint, etc.
[0063]
  For the selection of the paint, it is preferable to select a paint composition having good adhesion to the FRP resin. In addition, FRP is inferior in UV resistance compared to metal, so it has excellent weather resistance.Sunlight blocking paint or UV blockingTo select the paintis necessary. Specifically, sunlight blocking paintOrUV blocking paintas, Alkyd / acrylic / urethane vehicles containing carbon black as a pigment, UV absorbers or reduced telopoly acid, etc., and black / black pigments such as cobalt oxide, copper oxide, iron black, etc. There are sill corn paints and fluorine paints.Such paintClear paintTo do.
[0064]
  Conductive paint in which conductive fillers such as carbon black, graphite, and metal powder are dispersedCan be used in combination as long as the object of the present invention is not impaired.preferable. Paints containing tin oxide or antimony oxide-based conductors give transparent conductive coatings, so if you want to use the design of carbon fiber fabrics or prevent dust and dirt from adhering to the outer panels of automobiles, etc. It is a preferable conductive paint for the purpose of imparting an antistatic effect.
[0065]
  In addition, light-emitting paints (night-light paints) described in JIS K 5671 are applied to all or part of the outer panels of transportation equipment that is highly necessary to call attention at night.It can be used in combination as long as the object of the present invention is not impaired.It is valid.
[0066]
Coating methods are spray (spraying) coating (air gun, airless method, etc.), electrostatic coating (electrostatic atomization method, gun method, etc.), electrodeposition coating (cation type, anion type, etc.), powder coating (spraying method) In addition to the fluid dipping method, the electrostatic powder coating method, etc., known special coating methods can also be applied.
[0067]
Among them, the FRP outer plate of the present invention is preferable because the heat resistance is lower than that of metal, and electrostatic coating using a drying temperature of 120 ° C. or less and FRP as an anode is preferable because of excellent coating properties. In addition, since carbon fiber is conductive, electrostatic coating is also a preferable coating method because the use efficiency of the paint is high.
[0068]
The thickness of the coating film is preferably in the range of 20 to 200 microns. This is because, as described above, if it is smaller than this range, rays such as ultraviolet rays may enter the FRP and the durability may be lowered. Further, if it is larger than this range, there is a possibility that the coating film may be peeled off from the FRP when subjected to an impact or during long-term use. A more preferred coating thickness is 40-100 microns. In addition, when performing the coating of this thickness, it is preferable that the surface of the FRP molded plate is subjected to degreasing and sanding for removing the release agent. By using a non-silicon type release agent, degreasing and sanding operations can be eliminated or reduced. The coating temperature is closely related to the heat resistance temperature of the outer plate, and it is preferable to dry the coating around the heat resistance temperature. In the case of an automobile outer plate, the heat-resistant temperature is about 100 ° C., and the drying temperature of the paint is preferably in the range of 60 to 110 ° C. The drying time is about 3 minutes to 60 minutes.
[0069]
  The color of the paint is determined by the color scheme with other members, but in the FRP outer plate of the present invention using carbon fiber fabric as the reinforcing base material, the deterioration state of the FRP portion and the state of internal damage are visually observed. it canlikeClear paintTheBy being clear, the FRP state can be grasped precisely, and there is also an effect that a third person who has experience only with a metal outer plate can be motivated to use the FRP outer plate. Of course, clear coating also has the effect of increasing the commercial value by utilizing the design of the woven structure. The clear coating may be the whole or a part of the outer plate.
[0070]
Typical examples of clear paints are silicon / epoxy paints and acrylic paints, but they may be urethane, mixed or alloyed with these paints, or colored clear. Absent.
[0071]
  70The image clarity of% or more is, for example, by placing a woven base material made of continuous carbon fiber on a metal mold having a surface accuracy of # 800 or more, and evacuating the mold inside at a mold temperature or higher. It can be obtained by injecting and curing a resin that has been applied for a long time and then applying a uniform coating method such as a spray gun. Since molding shrinkage and thermal shrinkage of the resin during molding also affect the surface quality, an epoxy resin having a small molding shrinkage of the resin, and a low shrinkage resin mixed with fillers such as talc and glass fine particles are preferable. The molding temperature is preferably 10 ° C. or higher than the temperature at which the outer plate is used. For an automobile outer plate, the temperature is 90 ° C or higher, more preferably 110 ° C or higher. As the carbon fiber woven fabric, a woven fabric having a structure with a large ratio of basis weight to thickness is suitable. The coating method is a coating method that can form a uniform thin film such as a spray gun. If the coating film is too thin or too thick, the image clarity tends to decrease, and therefore it is preferable to set the thickness appropriately.
[0072]
  As molding technology,In addition to the RTM molding method, hand lay-up method, pre-pre-gray-up method, pultrusion method (pulling molding method), pull-wind method, filament wind method, SCRIMP method, etc.In the present invention, the RTM molding method is used.
[0073]
The plate material of the present invention can be used as an inner / outer plate of a transportation device such as an automobile, a high-speed vehicle, a high-speed boat, a single vehicle, or a bicycle. Specifically, automotive panels such as doors, bonnets, fenders, trunk lids, hard tops, side mirror covers, vehicle outer panels such as leading vehicle noses, roofs, side panels, doors, wing inner panels in wing trucks, Aero parts such as outer panels, roofs, floors, air spoilers and side skirts to be mounted on automobiles and single cars.
[0074]
【Example】
The features of the FRP outer plate of the present invention will be described by way of examples.
Example 1
A plain woven cloth made of carbon fiber (elasticity: 235 GPa, strength: 5 GPa, elongation: 2.1%) on a convex (male) die with a super-mirror finish of # 1200, which has the shape of an automobile door (200 g weight) / M², 0.2 mm thick, cover factor 97%), close the female mold, inject the epoxy resin at 80 ° C., raise the temperature to 120 ° C. (step cure), 1.0 mm thick A skin was created. When the cross section was observed, the void was 1% or less, and the volume content (Vf) of the fiber was 55%.
[0075]
This base plate is degreased with acetone, spray-coated with urethane paint at room temperature, a 50 micron coating film is formed, and dried at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a CFRP outer plate with 75% image clarity. It was.
[0076]
The outer plate was treated with a metal weathering apparatus for 48 hours and subjected to a weather resistance test in which a change in color difference was measured with a color difference meter. X when the change is large (delta E is 5 or more), Δ when the change is slight (delta E is 3 or more and less than 5), ○ when there is almost no change (delta E is less than 3), and no change ( Delta E was 1 or less), and the result of evaluation in four stages of ◎ was ◎.
[0077]
In addition, when the stiffness of this outer plate was measured by bending test, it had a specific rigidity (elastic modulus / specific gravity) that is 1.5 times that of Al. ”Was confirmed.
[0078]
In addition, this outer panel is aligned with a commercially available metal automobile outer panel, and a visual recognition test (a plurality of plates are arranged side by side, which is a sensory test that draws attention / is conspicuous. When this was evaluated, the outer plate was evaluated as ◎.
(Comparative Example 1)
In Example 1, a plain weave structure cloth (weighing 300 g / m) made of glass fiber (elastic modulus 70 GPa, strength 2.8 GPa, elongation 4%) as a carbon fiber woven fabric base material.²The outer plate having a thickness of 1.2 mm was formed by RTM molding in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 0.45 mm and the cover factor was 85%. In the cross-sectional observation, no void was observed, and the volume content (Vf) of the fiber was 50%.
[0079]
When this base plate was degreased and coated in the same manner as in Example 1 to form a 70-micron coating film, the image clarity was 45%.
[0080]
When this outer plate was subjected to the same weather resistance test, bending test, and recognition test as in Example 1, the specific rigidity was 0.6 times AL, the weather resistance was ○, and the recognition test was ×.
(Comparative Example 2)
In Example 1, the image clarity of the CFRP outer plate obtained in the same manner as in Example 1 was 58% except that the coating treatment was omitted.
[0081]
When this outer plate was subjected to the same weather resistance test, bending test, and recognition test as in Example 1, the specific rigidity was 1.5 times AL, the weather resistance was x, and the recognition test was ◎.
(Comparative Example 3)
In Example 1, the image clarity of the CFRP outer plate obtained in the same manner as in Example 1 was 35%, except that the coated surface was polished with a file.
[0082]
  When this outer plate was subjected to the same weather resistance test, bending test, and recognition test as in Example 1, the specific rigidity was 1.5 times AL, the weather resistance was x, and the recognition test was x.
(Comparative Example 4)
  A flat plate made of FRP with a mirror finish of # 1000 and an 8-sheet cross weave cloth (weight per unit: 200 g / m) made of carbon fiber (elastic modulus 240 GPa, strength 4.8 GPa, elongation 2.0%)², 0.18 mm thick, 99% cover factor), and an epoxy resin added with an ultraviolet absorber was injected and cured at 100 ° C. to produce a 2.4 mm thick outer plate. When the cross section was observed, the void was 1% or less, and the volume content (Vf) of the fiber was 56%.
[0083]
A 70 micron clear coating film was formed directly on this flat plate with a silicon / epoxy coating material to which an ultraviolet absorber was added. The image clarity of the outer skin was 90%.
[0084]
  When this outer plate was subjected to the same weather resistance test, bending test, and recognition test as in Example 1, the specific rigidity was 1.6 times AL, the weather resistance was ◎, and the recognition test was ◎.
(Comparative Example 5)
  In Example 1, a woven fabric made of carbon fiber (elastic modulus 240 GPa, strength 4.8 GPa, elongation 2.0%) is a plain weave structure cloth (mesh weight 300 g / m)²The outer plate having a thickness of 1.4 mm was prepared in the same manner as in Example 1 except that four sheets having a thickness of 0.4 mm and a cover factor of 95% were stacked. When the cross section was observed, the void was 1% or less, and the volume content (Vf) of the fiber was 48%.
[0085]
When this base plate was degreased and urethane-coated in the same manner as in Example 1 to form a 150-micron coating film, the image clarity was 51%. In addition, pits were observed at various locations on the surface.
[0086]
  When this outer plate was subjected to the same weather resistance test, bending test, and recognition test as in Example 1, the specific rigidity was 1.3 times AL, the weather resistance was Δ, and the recognition test was ○.
(Comparative example6)
  Comparative Example 5Except that the carbon fiber fabric was deformed and the cover factor was 88%.Comparative Example 5In the same manner, an outer plate (Vf = 48%) having a thickness of 1.4 mm was obtained.
[0087]
When this base plate was degreased and urethane-coated in the same manner as in Example 1 to form a 150-micron coating film, undulation was observed on the surface and the image clarity was 2%.
[0088]
When this outer plate was subjected to the same weather resistance test, bending test, and recognition test as in Example 1, the specific rigidity was 1.1 times AL, the weather resistance was Δ, and the recognition test was x.
[0089]
The above results are summarized in Table 1.
[0090]
[Table 1]

[0091]
【The invention's effect】
  The FRP plate material according to the present invention can comprehensively exhibit the following remarkable effects and is a plate material that can be practically used for transportation equipment and the like.
1) By using continuous carbon fiber, it becomes light weight, high strength, and high rigidity, and can improve the fuel efficiency of transportation equipment and the like and reduce the amount of carbon dioxide emission.
2) Since it is in the form of a woven fabric, a lightweight thin plate material without warp is possible, and at the same time, it has excellent impact damage resistance and is safe in the event of a collision in transportation equipment.
3) Since it has coating, it can be set as the outer plate | board which has environmental resistance and designability.
4) Image clarity70Therefore, it is safe to draw attention from a third party, and at the same time, improvement in durability and aerodynamic resistance can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a cross section of an FRP plate material of the present invention.
[Explanation of symbols]
  1: FRP plate material
  2: Paint
  3: Woven fabric made of continuous carbon fiber
  4: Outer plate surface

Claims

A plate material obtained by applying a clear coating with a sunlight shielding paint or an ultraviolet shielding paint to an FRP plate-like material manufactured by RTM molding using a woven fabric made of carbon fiber as a reinforcing base material. WRP / m ² ) and thickness (tmm) ratio (W / t) is in the range of 700 to 1700, and the image clarity of the surface is 70 % or more.

The FRP plate material according to claim 1, wherein a cover factor of the fabric is in a range of 90 to 100%.

The FRP plate material according to claim 1 or 2, wherein the FRP plate material is an outer plate for transportation equipment.

The FRP board material according to any one of claims 1 to 3, wherein the fabric is in an outermost surface layer of the board.

The FRP plate material according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the coating is 20 to 200 µm or less.