JP7162925B2 - 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化プラスチックの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7162925B2 JP7162925B2 JP2021064306A JP2021064306A JP7162925B2 JP 7162925 B2 JP7162925 B2 JP 7162925B2 JP 2021064306 A JP2021064306 A JP 2021064306A JP 2021064306 A JP2021064306 A JP 2021064306A JP 7162925 B2 JP7162925 B2 JP 7162925B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- reinforced plastic
- fiber reinforced
- electrodeposition
- polymer compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 title claims description 129
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 122
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 122
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 88
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 77
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 76
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 75
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 62
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 35
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 32
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 31
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 31
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 31
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 7
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 7
- 238000002788 crimping Methods 0.000 claims description 6
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 claims description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004431 polycarbonate resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 claims description 3
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims description 3
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 3
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 claims description 2
- QHIWVLPBUQWDMQ-UHFFFAOYSA-N butyl prop-2-enoate;methyl 2-methylprop-2-enoate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.COC(=O)C(C)=C.CCCCOC(=O)C=C QHIWVLPBUQWDMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- COCAUCFPFHUGAA-MGNBDDOMSA-N n-[3-[(1s,7s)-5-amino-4-thia-6-azabicyclo[5.1.0]oct-5-en-7-yl]-4-fluorophenyl]-5-chloropyridine-2-carboxamide Chemical compound C=1C=C(F)C([C@@]23N=C(SCC[C@@H]2C3)N)=CC=1NC(=O)C1=CC=C(Cl)C=N1 COCAUCFPFHUGAA-MGNBDDOMSA-N 0.000 description 6
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 6
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 3
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 3
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 3
- 229920003986 novolac Polymers 0.000 description 3
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011074 autoclave method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 2
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [O--].[Al+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] YKTSYUJCYHOUJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011054 acetic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000005456 alcohol based solvent Substances 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229940049676 bismuth hydroxide Drugs 0.000 description 1
- TZSXPYWRDWEXHG-UHFFFAOYSA-K bismuth;trihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Bi+3] TZSXPYWRDWEXHG-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002659 electrodeposit Substances 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002650 laminated plastic Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N n'-hydroxy-2-propan-2-ylsulfonylethanimidamide Chemical compound CC(C)S(=O)(=O)CC(N)=NO LNOPIUAQISRISI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000009958 sewing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
強化プラスチック(CFRP)は、加工のしやすさに加え、機械特性、軽量性、耐腐食性等に優れることから、様々な用途に幅広く用いられている。
浸法は、炭素繊維シートを構造体の型に沿って積層し、密閉袋に入れて袋内の空気を抜いて圧縮した後、真空圧によって樹脂を流し込み加熱する方法である。
め、成形形状との流動性を十分に考慮しなければ、均一に樹脂を含浸することができない。そのため、ノウハウと経験が重要で、風力発電用の車羽根等、大型で複雑な形状になるほど、多くの人手や作業時間がかかる。また、樹脂の粘性や脱気限界から、炭素繊維と樹脂の界面にマイクロボイドが残留し、炭素繊維と樹脂の界面強度の界面強度の改良も課題となっている(例えば、非特許文献1参照)。
な曲線配置が乱れる。現在のところ、炭素繊維を曲線化する等、任意に繊維を配置し、樹脂を均一に含浸する手法の報告例はなく、簡易にCFRPを成形する手法の開発は進んでいない。このため、炭素繊維を任意に配置したCFRPを成形するには、現在は炭素繊維として、短繊維やチョップドファイバーを使用し、炭素繊維の長さや配向を活用できているとは言い難い。
項1.高分子化合物が溶解又は分散している電着液中で、炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する電着工程
を備える、炭素繊維強化プラスチックの製造方法。
項2.前記電着液がカチオン型電着液であり、前記作用極が負極である、項1に記載の製造方法。
項3.前記電着液がアニオン型電着液であり、前記作用極が正極である、項1に記載の製造方法。
項4.前記電着工程における印加電圧が90V以上である、項1~3のいずれかに記載の製
造方法。
項5.前記電着工程における電圧印加時間が1~300分である、項1~4のいずれかに記載の製造方法。
項6.項1~5のいずれかに記載の製造方法により得られた炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料を含有する分散液を塗布する塗布工程
を備える、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。
項7.項1~5のいずれかに記載の製造方法により得られた炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、プラスチックシートを積層する工程
を備える、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。
項8.項1~5のいずれかに記載の製造方法により得られた炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、金属及び/又はセラミックスを圧着する工程
を備える、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。
項9.炭素繊維及び高分子化合物を含有する炭素繊維強化プラスチックであって、
各々の炭素繊維が高分子重合体で被覆されており、且つ、炭素繊維同士が接触していない、炭素繊維強化プラスチック。
項10.前記炭素繊維と前記高分子化合物の合計量を100質量%として、炭素繊維の含有率が20~70質量%である、項8に記載の炭素繊維強化プラスチック。
項11.項9又は10に記載の炭素繊維強化プラスチックの表面に機能性材料含有層が配置されている、炭素繊維強化プラスチック複合材料。
項12.項9又は10に記載の炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面にプラスチックシートが配置されている、炭素繊維強化プラスチック複合材料。
項13.項9又は10に記載の炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に金属及び/又はセラミックスが接合している、炭素繊維強化プラスチック複合材料。
項14.前記炭素繊維強化プラスチックと前記金属及び/又は前記セラミックスとの界面に接着剤が存在しない、項13に記載の炭素繊維強化プラスチック複合材料。
本発明の炭素繊維強化プラスチックの製造方法は、高分子化合物が溶解又は分散している電着液中で、炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する電着工程を備える。本発明で採用している電着は、めっき、燃料電池等と同様に、電気化学反応を利用し、オートクレーブのような大量に熱エネルギーを消費する機器を使用しないため製造コストを低減することができる。また、このような本発明の製造方法は、前駆体として、炭素繊維材料を所望の形状に成形しさえすれば、容易に3次元形成することができるし、電圧印加後にも溶
液を除去する前であれば所望の形状に加工できるため、炭素繊維強化プラスチック同士を積層させることが不要であり、繊維の配置も乱れないため層間剥離の心配もない。さらに、本発明では真空圧で樹脂を流し込まないため、樹脂の粘性流動の影響がなく、繊維同士の接触がなくなり界面強度を高くすることができる。
本発明において使用する電着液は、高分子化合物が溶解又は分散している。
維強化プラスチックと金属とを接合させた炭素繊維強化プラスチック複合材料を得ようとする場合は、電着により析出する高分子化合物が金属と結合しやすくする観点から、硫黄を含む官能基を有する高分子化合物を使用することが好ましい。
炭素繊維材料としては、炭素繊維からなる構造体(特に導電性炭素瀬にからなる構造体)であれば特に制限されない。例えば、平面状炭素繊維シート、パイプ状炭素繊維シート、翼形状炭素繊維シート、L字型炭素繊維シート、H型炭素繊維シート等が挙げられる。特に、炭素繊維を直線状に配置した炭素繊維材料のみならず、炭素繊維を曲線状に配置した炭素繊維材料を用いた場合にも、繊維の状態(配置)を維持したまま各々の繊維を高分子化合物で被覆することができる。このため、複雑な立体形状の炭素繊維材料も使用することができる。このような炭素繊維材料を構成する炭素繊維1本の繊維径は、より十分に高
分子化合物を析出させる観点から、平均で0.001~50μmが好ましい。このような炭素繊維材料としては、公知又は市販品を使用することができる。
本発明では、上記電着液中で、上記炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する。具体的には、プラス(+)に帯電する高分子化合物を含むカチオン型電着液を使用する場合は炭素繊維材料を負極とすることが好ましく、マイナス(-)に帯電する高分子化合物を含むアニオン型電着液を使用する場合は炭素繊維材料を正極とすることが好ましい。
~120分がより好ましい。
好ましい。また、乾燥時間は特に制限されず、例えば、30分~12時間が好ましく、1~6時間がより好ましい。
上記のようにして、本発明の炭素繊維強化プラスチックを得ることができる。このようにして得られる本発明の炭素繊維強化プラスチックは、各々の炭素繊維が高分子重合体で被覆されており、且つ、炭素繊維同士が接触していない。このように、本発明の炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維同士が接触していないため、従来よりも強度を高くすることができる。また、本発明の炭素繊維強化プラスチックは、複雑な立体形状であっても、各々の炭素繊維の表面に高分子化合物を析出させることができるため、所望の形状の炭素繊維材料を使用することで製造することができる。また、溶液が乾燥し、固化する前であれば所望の形状に容易に加工できる。このため、複数の炭素繊維強化プラスチックを積層する必要がないため層間剥離の心配もない。さらに、本発明では真空圧で樹脂を流し込まないため、樹脂の粘性流動の影響がなく、繊維同士の接触がなくなり界面強度を高くすることができる。なお、電着は、従来から自動車塗装法として用いられてきたため、自動車塗装のラインを基礎とした量産手法も適用可能である。
好ましく、25~60体積%がより好ましい。
本発明の炭素繊維強化プラスチック複合材料は、本発明の炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料を含有する分散液を塗布することにより得ることができる。このように、本発明の炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料含有層を配置することで強度をさらに向上させることができる。なお、機能性材料を炭素繊維強化プラスチック中に含浸させた場合には強度を向上させることができない。
上させる観点から、例えば、0.01~8体積%が好ましく、0.01~5体積%がより好ましい。
い。また、加熱時間は特に制限されず、例えば、5分~12時間が好ましく、1~6時間がよ
り好ましい。また、本発明の炭素繊維強化プラスチック中の高分子化合物を硬化させた後に機能性材料を含有する分散液を塗布し、その後加熱することで機能性材料含有層を形成することも可能である。この場合の加熱条件も上記したものを採用できる。
タン等が挙げられる。これらの金属は、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用
いることもできる。また、使用できるセラミックスとしては、例えば、アルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア等が挙げられる。これらのセラミックスは、単独で用いることもでき、2種以上を組合せて用いることもできる。また、金属とセラミックスとを組合せて使用す
ることもできる。使用できる金属及びセラミックスの形状は特に制限されない。本発明によれば、後述のように、金属及びセラミックスの形状に追従する形で本発明の炭素繊維強化プラスチックを成形して強固に接合させることも可能であるからである。なお、成形性等の観点からは、板状、パイプ状、丸棒、角棒等が好ましい。
の下に縦方向0°に一層、さらに-45°に一層の3層構造を有しており、各層は炭素繊維の
糸で縫いつけられている。
ロテック製の直流電源Model5126を用い、正極には直径2mmのステンレスワイヤ、負極には70mm×35mmの炭素繊維シートを取り付けた。表1又は2に示す条件でCFRP試験片を作製し、電着条件、樹脂含浸性及び引張強度を検討した。
まず、1枚の炭素繊維シートを電着液に浸漬し、電着条件を検討した。電流を0.1A一定
として通電を開始し、生じる電圧と抵抗の時間変化を測定した。電圧が110Vに達した時点でその電圧に保持し、通電時間は合計30分とした。通電終了後、電着液から炭素繊維シートを引き上げ、余分な電着液を洗い流した。そして、ハンドプレスをかけ、電気オーブンで170℃で8時間乾燥した。結果を表1に示す。比較例として、通電しない場合の結果も表1に示す。なお、炭素繊維の含有率は、浸漬する前の炭素繊維シートの質量と電着後の質量とから算出した。
の外観写真(通電後と乾燥後)を図5に、マイクロスコープを用いた端部の表面拡大写真(通電後)を図6に示す。各々の炭素繊維の周囲に50~100μm程度の電着層(エポキシ樹脂層)が形成されており、炭素繊維同士は接触していないことが理解できる。
炭素繊維シートを厚くした場合の樹脂含浸性について検討した。炭素繊維シートを2枚
、4枚又は8枚重ね、実施例1と同様に通電を行った場合についての電着試験を行い、炭素
繊維の含有率を測定した。なお、8枚重ねた場合のみ、電流が0.03A以下となるまで75分通電した。通電後の手順は実施例1と同様とした。結果を表2に示す。
分、15分及び60分で保持電圧110Vに達した。電流の時間変化を図7、電圧の時間変化を図8、抵抗の時間変化を図9に示す。シートの枚数が増えるにつれて、電流が安定するまで
の時間も長くなった。
炭素繊維シート2枚を用いて、実施例1と同様に通電を行って作製したCFRP試験片の引張強度を確認した。なお、通電時間は合計10分、15分又は20分とした。通電終了後の手順は実施例1と同様としたが、ハンドプレスの代わりにローラーを使用した場合についても検
討した。得られたCFRP試験片は、ロータリーカッターで40mm×10mmに切断し、各条件2枚
の引張試験片とした。引張試験は、INSTRON社製デジタル万能試験機5565により行い、負
荷速度は0.3mm/sの一定とした。結果を表3に示す。
例として、entry 6(HP-110-10)の応力-ひずみ関係を図10に示す。通電保持した時間
は、弾性率及び引張強度にはほとんど影響しない。また、電着後にハンドプレスを適用するよりも、ローラーを適用したほうが弾性率及び引張強度はやや向上した。
子化合物を流動させて含浸する手法とは異なり、電着層が炭素繊維の表面から形成されるためと考えられる。
まず、2枚の炭素繊維シートを電着液に浸漬し、電着条件を検討した。電流を0.1A、0.2A又は0.4A一定として通電を開始した。電圧が110V(0.1Aの場合)又は220V(0.2A及び0.4Aの場合)に達した時点でその電圧に保持し、通電時間は合計30分とした。通電終了後、
電着液から炭素繊維シートを引き上げ、余分な電着液を洗い流した。そして、油圧プレス又はローリングをかけ、電気オーブンで170℃で3時間乾燥した。結果を表4に示す。引張試験は、INSTRON社製デジタル万能試験機5565により行い、負荷速度は0.3mm/sの一定とした。また、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定した。
分散液に浸漬して真空含浸し、170℃で3時間乾燥させ、CFRP複合材料を作製した。この材料についても引張試験及び熱伝導率の試験を行った。結果を表4に示す。
炭素繊維シートを実施例1と同様に通電を行った。通電後の手順は実施例1と同様とした。電着直後(溶液が乾燥し、固化する前)にパイプ形状又は翼形状にした結果を図12に示す。この結果、均一に高分子化合物を析出させ、炭素繊維材料の形状に応じた炭素繊維強化プラスチックを作製できた。また、炭素繊維シートを複雑な形状にして電着した場合も同様に成形できた。
炭素繊維シートを2枚重ね、0.4Aの電流を通電し、電圧が165Vに達した時点でその電圧
に保持し、通電時間は合計10分とした。通電終了後、電着液から炭素繊維シートを引き上げ、余分な電着液を洗い流した。そして、ローリングをかけた。次に、得られたCFRP試験片(厚み0.7mm)の表面に、アルミニウム板(60mm×15mm×2mm)又はSUS板(60mm×15mm
×0.5mm)とを貼り付け、3MPaで240℃で3時間加熱することで圧着させつつ高分子化合物
を硬化させることで、炭素繊維強化プラスチックと金属とが接合した炭素繊維強化プラスチック複合材料を得た。一方、アルミニウム板の代わりに、セラミックス(純度99.5%、
見かけ密度3.959g/cm3のアルミナ(Al2O3))を使用した場合も、炭素繊維強化プラスチ
ックとセラミックスとが接合した炭素繊維強化プラスチック複合材料が得られた。
繊維強化プラスチック複合材料の金属板側の中央部1点に荷重をかけ、炭素繊維強化プラ
スチック複合材料のたわみ(defection)を測定した。結果を図13に示す。この結果、
炭素繊維強化プラスチックとアルミニウムとを接合した場合、接合していないアルミニウムと比較すると、剛性は同程度であるものの、最大強度は1.5倍程度となった。なお、こ
の試料は、予備試験によれば、炭素繊維強化プラスチックとアルミニウムとの接合強度は7~9MPaと高い接合強度を有していた。一方、炭素繊維強化プラスチックとステンレスと
を接合した場合、接合していないステンレスと比較すると、剛性は約2倍であり、たわみ
が6mmの時点では強度が約3倍となった。なお、炭素繊維強化プラスチックとセラミックスとが接合した炭素繊維強化プラスチック複合材料についても、アルミニウム板を使用した場合と同様に接合していることから、同様の接合強度が得られていることが期待される。
Claims (11)
- 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸しており、前記高分子化合物は、前記炭素繊維の周囲に20~200μmの厚みの電着層を形成しており、且つ、前記炭素繊維同士が接触していない炭素繊維強化プラスチックの製造方法であって、
前記高分子化合物が溶解又は分散している電着液中で、前記炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する電着工程
を備え、
前記高分子化合物が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリスチレン樹脂及びポリカーボネート樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、炭素繊維強化プラスチックの製造方法。 - 前記電着工程における電圧印加時間が1~300分である、請求項1に記載の製造方法。
- 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸しており、前記高分子化合物は、前記炭素繊維の周囲に20~200μmの厚みの電着層を形成しており、且つ、前記炭素繊維同士が接触していない炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料含有層が配置されている炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法であって、
高分子化合物が溶解又は分散している電着液中で、炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する電着工程と、
前記電着工程により得られた炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料を含有する分散液を塗布する塗布工程
を備え、前記電着工程における電圧印加時間が15~300分である、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。 - 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸しており、前記高分子化合物は、前記炭素繊維の周囲に20~200μmの厚みの電着層を形成しており、且つ、前記炭素繊維同士が接触していない炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、プラスチックシートが配置されている炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法であって、
高分子化合物が溶解又は分散している電着液中で、炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する電着工程と、
前記電着工程により得られた炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、プラスチックシートを積層する工程
を備え、前記電着工程における電圧印加時間が15~300分である、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。 - 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸しており、前記高分子化合物は、前記炭素繊維の周囲に20~200μmの厚みの電着層を形成しており、且つ、前記炭素繊維同士が接触していない炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、金属及び/又はセラミックスが配置されている炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法であって、
高分子化合物が溶解又は分散している電着液中で、炭素繊維材料を作用極として電圧を印加する電着工程と、
前記電着工程により得られた炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、金属及び/又はセラミックスを圧着する工程
を備え、前記電着工程における電圧印加時間が15~300分である、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。 - 前記電着液がカチオン型電着液であり、前記作用極が負極である、請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記電着液がアニオン型電着液であり、前記作用極が正極である、請求項1~5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記電着工程における印加電圧が90V以上である、請求項1~7のいずれかに記載の製造方法。
- 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸している炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料含有層が配置されている炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法であって、
請求項1、2及び6~8のいずれかに記載の製造方法により得られた炭素繊維強化プラスチックの表面に、機能性材料を含有する分散液を塗布する塗布工程
を備える、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。 - 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸している炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、プラスチックシートが配置されている炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法であって、
請求項1、2及び6~8のいずれかに記載の製造方法により得られた炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、プラスチックシートを積層する工程
を備える、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。 - 炭素繊維材料を構成する炭素繊維の間に、高分子化合物が含浸している炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、金属及び/又はセラミックスが配置されている炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法であって、
請求項1、2及び6~8のいずれかに記載の製造方法により得られた炭素繊維強化プラスチックの片面又は両面に、金属及び/又はセラミックスを圧着する工程
を備える、炭素繊維強化プラスチック複合材料の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016215258 | 2016-11-02 | ||
JP2016215258 | 2016-11-02 | ||
JP2017212495A JP2018076502A (ja) | 2016-11-02 | 2017-11-02 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017212495A Division JP2018076502A (ja) | 2016-11-02 | 2017-11-02 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021107155A JP2021107155A (ja) | 2021-07-29 |
JP7162925B2 true JP7162925B2 (ja) | 2022-10-31 |
Family
ID=62149957
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017212495A Pending JP2018076502A (ja) | 2016-11-02 | 2017-11-02 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
JP2021064306A Active JP7162925B2 (ja) | 2016-11-02 | 2021-04-05 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017212495A Pending JP2018076502A (ja) | 2016-11-02 | 2017-11-02 | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JP2018076502A (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7173477B2 (ja) * | 2017-10-24 | 2022-11-16 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 蓄熱性炭素繊維強化プラスチック |
CN113646164B (zh) * | 2019-04-02 | 2023-06-06 | 日本制铁株式会社 | 金属-碳纤维增强树脂材料复合体 |
JP2024168611A (ja) * | 2023-05-24 | 2024-12-05 | ウシオ電機株式会社 | 構造体、及び加工装置 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002521582A (ja) | 1998-07-31 | 2002-07-16 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ポリエーテルイミド繊維複合材料の製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4923274B1 (ja) * | 1970-12-25 | 1974-06-14 | ||
US4486494A (en) * | 1982-12-08 | 1984-12-04 | Ciba-Geigy Corporation | Fibre composite prepregs coated with two different resins |
JPS60199979A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-09 | 三菱電機株式会社 | 炭素繊維の表面処理法 |
JPS61261265A (ja) * | 1985-05-15 | 1986-11-19 | 住友電気工業株式会社 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
JPS62270463A (ja) * | 1986-05-14 | 1987-11-24 | 住友電気工業株式会社 | 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
JP3057493B2 (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-26 | 三菱レイヨン株式会社 | 表面改質炭素繊維の製造方法 |
JP5412733B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2014-02-12 | 東レ株式会社 | シート状物の巻取り装置 |
JP2013007545A (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-10 | Stanley Electric Co Ltd | ヒートパイプ及びその製造方法並びそれを製造するプラズマエッチング装置 |
JP6251485B2 (ja) * | 2012-03-01 | 2017-12-20 | 東洋樹脂株式会社 | 光学検査用窓を有する光学検査用ベース |
-
2017
- 2017-11-02 JP JP2017212495A patent/JP2018076502A/ja active Pending
-
2021
- 2021-04-05 JP JP2021064306A patent/JP7162925B2/ja active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002521582A (ja) | 1998-07-31 | 2002-07-16 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ポリエーテルイミド繊維複合材料の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021107155A (ja) | 2021-07-29 |
JP2018076502A (ja) | 2018-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7162925B2 (ja) | 炭素繊維強化プラスチックの製造方法 | |
US10609771B2 (en) | Printable susceptor for use in induction welding | |
EP2867389A1 (en) | Metal-clad hybrid article having synergetic mechanical properties | |
EP3285994B1 (en) | Object comprising a fiber reinforced plastic and a ceramic material and process for making the object | |
Wu et al. | In situ formation of a carbon nanotube buckypaper for improving the interlaminar properties of carbon fiber composites | |
JP2010194749A (ja) | 樹脂基複合材の製造方法 | |
JP5329206B2 (ja) | 多成分同時付着による多機能性複合纎維、これを具備した複合材料及びその製造方法 | |
JP2010018723A (ja) | 切込プリプレグ基材、プリプレグ積層体、および繊維強化プラスチック | |
US20200039192A1 (en) | Composite material | |
CN113557115B (zh) | 碳纤维复合材料的成型品及其制造方法 | |
CN105734535B (zh) | 一种提高复合材料镍镀层结合强度的方法 | |
JP2010106354A5 (ja) | ||
CN114103303A (zh) | 一种增强复合界面连接的纤维金属层板及其制备方法 | |
CN104191753A (zh) | 连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板的制备方法 | |
JPWO2020040287A1 (ja) | 炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法および成形体の製造方法 | |
CN113248746B (zh) | 一种改善高模量碳纤维复合材料界面性能的方法 | |
CN112296505B (zh) | 一种合金-复合材料搅拌摩擦焊接接头及其制备方法 | |
KR101046884B1 (ko) | 다기능성 복합섬유의 제조방법 | |
KR20160047636A (ko) | 유리섬유 복합소재 제조방법 및 그 유리섬유 복합소재를 이용한 하우징 제조방법 | |
CN101767088B (zh) | 一种增强金属/环氧树脂复合材料界面性能的方法 | |
CN113549940A (zh) | 一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法 | |
KR101041396B1 (ko) | 다성분 동시 부착에 의한 다기능성 복합섬유 | |
CN201922580U (zh) | 一种导辊 | |
KR101041394B1 (ko) | 다성분 동시 부착에 의한 다기능성 복합섬유를 구비한 복합재료 | |
KR101006497B1 (ko) | 다기능성 복합섬유 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210506 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210506 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220510 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220711 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220908 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221012 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7162925 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |