JP7404486B2 - 炭素繊維強化成形体 - Google Patents
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Description
本発明は、芯材と該芯材の両面に積層された繊維補強材とからなる炭素繊維強化成形体とその製造方法に関する。
フェノール樹脂は、耐熱性、寸法安定性に優れる電気製品の部材や自動車用部品などに使用されている。
しかし、フェノール樹脂は、成形過程において硬化反応や冷却等の化学変化および物理変化を伴い、体積変化を生じるために、残留歪を生じ易く、その結果としてクラック（亀裂）が発生し易いという問題がある。
しかし、フェノール樹脂は、成形過程において硬化反応や冷却等の化学変化および物理変化を伴い、体積変化を生じるために、残留歪を生じ易く、その結果としてクラック（亀裂）が発生し易いという問題がある。
前記クラックの問題を解決するために、フェノール樹脂に充填剤としてガラス繊維などの無機フィラーを添加することが一般的である。
特許文献１には、充填剤として硼珪酸ガラスビーズを添加する方法が示されている。
また、特許文献２には、ガラス繊維を主たる充填剤とするフェノール樹脂成形材に、ポリビニルブチラールとアクリロニトリルブタジエンゴムを配合する方法が示されている。
一方、特許文献３には、ノートパソコンなどの携帯機器の筐体などに好適な、軽量、薄肉、高剛性に優れる繊維強化成形体として、芯材と該芯材の両面に積層された繊維補強材とからなるサンドイッチ構造の繊維強化繊維成形体が示されている。
特許文献１には、充填剤として硼珪酸ガラスビーズを添加する方法が示されている。
また、特許文献２には、ガラス繊維を主たる充填剤とするフェノール樹脂成形材に、ポリビニルブチラールとアクリロニトリルブタジエンゴムを配合する方法が示されている。
一方、特許文献３には、ノートパソコンなどの携帯機器の筐体などに好適な、軽量、薄肉、高剛性に優れる繊維強化成形体として、芯材と該芯材の両面に積層された繊維補強材とからなるサンドイッチ構造の繊維強化繊維成形体が示されている。
特許文献１、２に示される無機フィラーなどの充填材を添加する方法では、フェノール樹脂に対するフィラーの分散ムラによる品質のバラツキを生じ易い。特に液体へのフィラーの分散においては、フィラーの沈降などによる品質のバラツキを生じやすい。特に、ノボラック型フェノール樹脂は常温固体の粉体からなる熱可塑性樹脂である。これに硬化剤を使用して架橋反応を行い熱硬化性樹脂として使用される。
また、特許文献２では、フェノール樹脂成形材料の静的強度および靱性強度の両立を謳っているが、実施例・比較例の結果を見ると、その効果は充分とは言えない。
特許文献３に示される繊維強化成形体では、製品厚みが２ｍｍ以下の薄い場合には特に問題ないが、製品厚み（内部の芯材層の厚み）を厚くした場合には、内部の芯材層にクラックが発生し易いという問題がある。
また、特許文献２では、フェノール樹脂成形材料の静的強度および靱性強度の両立を謳っているが、実施例・比較例の結果を見ると、その効果は充分とは言えない。
特許文献３に示される繊維強化成形体では、製品厚みが２ｍｍ以下の薄い場合には特に問題ないが、製品厚み（内部の芯材層の厚み）を厚くした場合には、内部の芯材層にクラックが発生し易いという問題がある。
また、歯科レントゲン装置で撮影を行うのに、患者の顎部および顔面を固定する必要がある。この固定には治具が用いられ、顔面をまっすぐに向かせるように頬に接触または近接する治具を顔面の左右に位置させる。治具が、この位置にあるためＸ線の透過率が高い樹脂成形体が求められる。さらに、透過率の高い樹脂成形体は、手術台の部材としても有効である。透過率が高いことで、患者の被ばく量を下げることができ、低出力のＸ線で撮影が可能になる。
本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高い炭素繊維強化成形体の提供を目的とする。
第１の発明の態様は、連続気泡を有する芯材と前記芯材の両面に積層された繊維補強材が、熱硬化性樹脂により含浸硬化した炭素繊維強化成形体において、前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を含むことを特徴とする。水酸基を有するＰＶＢ樹脂とフェノール樹脂が反応して架橋構造を形成する。この時、熱可塑性であるＰＶＢは、フェノールの架橋構造の中に組み込まれる。液状のレゾール型フェノール樹脂に、アルコールに溶解したＰＶＢ樹脂を使用する。液体同士であることから相溶性よく、反応しやすいうえに繊維織物等への含浸に適している。また、常温固体、紛体であるノボラック型フェノール樹脂も硬化剤と共に、アルコールで溶解したＰＶＢ樹脂と混合することで、ＰＶＢ樹脂とフェノール樹脂が反応して架橋構造を形成する。
第２の発明の態様は、第１の発明の態様において、前記熱硬化性樹脂の１００重量％中、前記フェノール樹脂の含有量は７０～９５重量％、前記ポリビニルブチラールの含有量は５～３０重量％であることを特徴とする。
第３の発明の態様は、第１の発明の態様において、前記熱硬化性樹脂は、前記フェノール樹脂と前記ポリビニルブチラールの他にエポキシ樹脂を含むことを特徴とする。エポキシ樹脂も、フェノール樹脂と反応可能なエポキシ基を有しており、架橋反応を生じる。
第４の発明の態様は、第３の発明の態様において、前記熱硬化性樹脂の１００重量％中、前記フェノール樹脂の含有量は７０～８５重量％、前記ポリビニルブチラールの含有量は１０～２０重量％、前記エポキシ樹脂の含有量は５～２０重量％であることを特徴とする。
第５の発明の態様は、第３または第４の発明の態様において、前記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加ジグリシジルエーテルであることを特徴とする。ビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加ジグリシジルエーテルを用いることで、成形品の製造工程中に、プリプレグ表面に存在するフェノール樹脂を炭素繊維織物内部へ浸透・含浸向上させることができる。
第６の発明の態様は、第１から第５の発明の態様の何れかにおいて、前記ポリビニルブチラールは、水酸基量が２４～２７ｗｔ％であり、アルコールを溶媒とすることを特徴とする。
第７の発明の態様は、第１から第６の発明の態様の何れかにおいて、前記芯材の厚みが２ｍｍ以上であることを特徴とする。
第８の発明の態様は、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂が含浸し、前記熱硬化性樹脂発泡体が圧縮された状態で硬化した芯材と、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸硬化した繊維補強材とよりなって、前記芯材の両面に前記繊維補強材が積層一体化されている炭素繊維強化成形体の製造方法であって、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させて含浸済み炭素繊維織物を得る含浸工程と、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体の両面に、前記含浸済み炭素繊維織物を配置して積層体を得る積層工程と、前記積層体を圧縮及び加熱する圧縮加熱工程とからなり、前記含浸工程における前記熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂と、アルコールに溶解されたポリビニルブチラールを含むことを特徴とする。連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体の両面に、含浸済み炭素繊維織物を配置して積層体を圧縮及び加熱する圧縮加熱工程における圧縮は、積層体の全面を圧縮してもよいし、その一部を圧縮して適宜凹凸を設けてもよい。また、上下型の一方あるいは双方に、あらかじめ凹部を設け、積層体の片面もしくは両面の一部に適宜形状の凹凸面を設けてもよい。この時、積層体を、その一部で完全に圧縮しても構わない。
第１の発明の態様によれば、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラールを含むことにより、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高い炭素繊維強化成形体が得られる。
第２の発明の態様によれば、熱硬化性樹脂の１００重量％におけるフェノール樹脂の含有量を７０～９５重量％、ポリビニルブチラールの含有量を５～３０重量％とすることで、芯材及び繊維補強材に熱硬化性樹脂への含浸を容易に行うことができ、炭素繊維強化成形体における内部クラックの発生を防ぐことができる。
第３の発明の態様によれば、フェノール樹脂に対してポリビニルブチラールとエポキシ樹脂とを併用して含むことにより、フェノール樹脂と前者（ＰＶＢ）もしくはフェノール樹脂と後者（エポキシ樹脂）、これら単独による構造よりも３成分とすることで相乗効果が認められ、炭素繊維強化成形体にクラックの発生が低減するとともに、曲げ強度を高め、高剛性とすることができ、強度を向上させることができる。
第４の発明の態様によれば、熱硬化性樹脂の１００重量％におけるフェノール樹脂の含有量は７０～８５重量％、前記ポリビニルブチラールの含有量は１０～２０重量％、前記エポキシ樹脂の含有量は５～２０重量％とすることで、芯材及び繊維補強材に熱硬化性樹脂への含浸を容易に行うことができ、炭素繊維強化成形体における内部クラックの発生を防ぐことができる。また、フェノール樹脂とポリビニルブチラールの含有量を前記の範囲とすることで、フェノール樹脂とエポキシ樹脂の相溶性が良好となり、熱硬化性樹脂を均一にすることができ、炭素繊維強化成形体の表面外観が良好となる。
第５の発明の態様によれば、エポキシ樹脂をビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加ジグリシジルエーテルとすることで、フェノール樹脂とポリビニルブチラールとエポキシ樹脂とからなる３成分の相溶性が高くなり、熱硬化性樹脂を均一にでき、芯材及び繊維補強材への熱硬化性樹脂の含浸を良好にすることができる。
第６の発明の態様によれば、ポリビニルブチラールの水酸基量が２４～２７ｗｔ％であることにより、フェノール樹脂とポリビニルブチラールとエポキシ樹脂とからなる３成分の相溶性が高くなり、熱硬化性樹脂を均一にすることができ、炭素繊維強化成形体の表面外観が良好となる。また、ポリビニルブチラールはアルコールへ溶解して使用することにより、芯材および繊維補強材への熱硬化性樹脂の含浸を良好にすることができる。
第７の発明の態様によれば、芯材の厚みを２ｍｍ以上とすることで、厚みが大の厚物の炭素繊維強化成形体に対して内部クラックの発生を低減することができる。芯材の厚みが、２ｍｍ以下の場合、元厚に対する圧縮率が高くなるとともに、成形品厚みも薄くなることから、芯材に含浸する熱硬化性樹脂に空隙等、クラックの原因となる欠陥が生じにくい。
第８の発明の態様によれば、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高い炭素繊維強化成形体を製造することができる。
以下、本発明の炭素繊維強化成形体及について図面を用いて説明する。
図１に示す本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化成形体１０は、芯材１１と、前記芯材１１の両面に積層一体化された繊維補強材２１とからなり、厚みが厚く、歯科において歯のＸ線撮影の際に頬に接触または近接する部材などに好適に用いられる。
図１に示す本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化成形体１０は、芯材１１と、前記芯材１１の両面に積層一体化された繊維補強材２１とからなり、厚みが厚く、歯科において歯のＸ線撮影の際に頬に接触または近接する部材などに好適に用いられる。
前記炭素繊維強化成形体１０は、所定サイズの板状からなり、厚みが３ｍｍ以上、好ましくは５～１０ｍｍである。前記炭素繊維強化成形体１０の厚みが３ｍｍ未満では、用途によっては剛性が不足するようになる。前記炭素繊維強化成形体１０は、歯科において歯のＸ線撮影の際に頬に接触または近接する部材として用いられる場合、前記炭素繊維強化成形体１０と一体にされる部分が、射出成形等のいわゆるアウトサート成形で、所定の位置に適宜形成される。
前記芯材１１は、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂が含浸し、前記熱硬化性樹脂発泡体を圧縮した状態で前記熱硬化性樹脂が硬化したものからなる。前記芯材１１の厚みは２ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは３～９ｍｍが好ましい。前記芯材１１の厚みが２ｍｍ未満の場合、前記炭素繊維強化成形体１０の用途によっては剛性が不足するようになる。
前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体は、特に限定されるものではなく、例えば、ウレタン樹脂発泡体又はメラミン樹脂発泡体から選択することができる。また、前記炭素繊維強化成形体１０に難燃性が求められる場合には、前記熱硬化性樹脂発泡体としては難燃性のものが好ましく、メラミン樹脂発泡体は樹脂単体が良好な難燃性を有するため、前記熱硬化性樹脂発泡体として好適なものである。前記熱硬化性樹脂発泡体の圧縮前の元厚みは、５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは６ｍｍ～４０ｍｍである。この範囲に元厚みがあると、適度な量の熱硬化性樹脂を前記熱硬化性樹脂発泡体に含浸でき、加熱圧縮後の歩留まりも良く、かつ、前記芯材１１の厚みを２ｍｍ以上にすることができる。また、前記熱硬化性樹脂発泡体の圧縮前の元厚みが５ｍｍより薄いと、前記熱硬化性樹脂発泡体内に含浸保持できる熱硬化性樹脂の量が少なくなるため、前記炭素繊維強化成形体１０の剛性が低下する。また、前記熱硬化性樹脂発泡体は、圧縮容易性、含浸性、軽量性、剛性の点から、圧縮前の密度が５～８０ｋｇ／ｍ３のものが好ましい。
前記熱硬化性樹脂発泡体に含浸する熱硬化性樹脂は、前記炭素繊維強化成形体１０の剛性を高め、内部の芯材１１のクラックを防ぐためにフェノール樹脂とポリビニルブチラールを含む。
前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂とポリビニルブチラールの２成分からなる場合、前記熱硬化性樹脂１００重量％中、前記フェノール樹脂の含有量は７０～９５重量％、前記ポリビニルブチラールの含有量は５～３０重量％が好ましい。前記フェノール樹脂の含有量を前記の範囲よりも少なくすると、前記炭素繊維強化成形体１０の剛性が不足するようになり、一方フェノール樹脂の含有量を前記の範囲よりも大にして前記ポリビニルブチラールの含有量を少なくすると、前記芯材１１にクラックを生じ易くなる。
前記ポリビニルブチラールは、水酸基量が２４～２７ｗｔ％であり、アルコールに溶解して使用することが好ましい。前記ポリビニルブチラールの水酸基量を前記の範囲とすることで、前記熱硬化性樹脂に含まれる成分の相溶性が高くなって前記熱硬化性樹脂を均一にすることができ、前記芯材１１を構成する連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体及び前記繊維補強材１２への前記熱硬化性樹脂の含浸が良好になり、前記炭素繊維強化成形体の部位による硬度のバラツキを少なくでき、前記炭素繊維強化成形体の外観も良好になる。また、前記ポリビニルブチラールをアルコールに溶解して使用することで前記芯材１１を構成する連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体及び前記繊維補強材１２への前記熱硬化性樹脂の含浸が良好になり、前記炭素繊維強化成形体の部位による硬度のバラツキを少なくできる。
前記熱硬化性樹脂には、前記フェノール樹脂及び前記ポリビニルブチラールと共にエポキシ樹脂を含有するのが好ましい。前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラールとエポキシ樹脂の３成分からなることにより、前記炭素繊維強化成形体の曲げ強度を高めることができ、剛性を高めることができる。
前記熱硬化性樹脂が、前記フェノール樹脂と前記ポリビニルブチラールとエポキシ樹脂の３成分からなる場合、前記熱硬化性樹脂の１００重量％におけるフェノール樹脂の含有量は７０～８５重量％、前記ポリビニルブチラールの含有量は１０～２０重量％、前記エポキシ樹脂の含有量は５～２０重量％が好ましい。
前記熱硬化性樹脂における３成分の含有量を前記の範囲とすることで、前記芯材１１を構成する熱硬化性樹脂発泡体及び前記繊維補強材１２に熱硬化性樹脂への含浸が容易になり、前記炭素繊維強化成形体１０内部の芯材１１にクラックの発生を防ぐことができる。また、前記熱硬化性樹脂における前記フェノール樹脂と前記ポリビニルブチラールの含有量を前記の範囲とすることで、前記フェノール樹脂と前記エポキシ樹脂の相溶性が良好となり、熱硬化性樹脂を均一にすることができ、前記芯材１１を構成する熱硬化性樹脂発泡体及び前記繊維補強材１２に熱硬化性樹脂への含浸が良好になり、前記炭素繊維強化成形体の部位による硬度のバラツキを少なくでき、前記炭素繊維強化成形体の外観も良好になる。
前記エポキシ樹脂は、具体例としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などがある。これらは単独で使用してもよく２種以上を組み合わせて使用してもよい。なかでもビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が、耐熱性や耐水性がよく好ましい。より好ましくは、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加ジグリシジルエーテルである。前記エポキシ樹脂をビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加ジグリシジルエーテルとすることで、前記フェノール樹脂と前記ポリビニルブチラールとエポキシ樹脂とからなる３成分の相溶性が高くなり、前記熱硬化性樹脂を均一にでき、芯材及び繊維補強材への熱硬化性樹脂の含浸を良好にし、前記炭素繊維強化成形体の部位による硬度のバラツキを少なくでき、前記炭素繊維強化成形体の外観も良好になる。
前記繊維補強材２１は、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸し、硬化したものからなる。前記繊維補強材２１の厚みは片側、０．２～３．０ｍｍが好ましい。前記炭素繊維織物は、軽量及び高剛性に優れるものであり、特に、繊維が一方向のみではない織り方のものが好ましく、例えば、縦糸と横糸で構成される平織、綾織、朱子織及び３方向の糸で構成される三軸織などが好適である。また、前記炭素繊維織物は、熱硬化性樹脂の含浸及び剛性の点から、繊維重さが９０～４００ｇ／ｍ２のものが好ましい。
前記炭素繊維織物に含浸する熱硬化性樹脂は、前記芯材１１に含浸した前記熱硬化性樹脂と同一のものからなり、前記フェノール樹脂と前記ポリビニルブチラールを含有し、更に好ましくは前記エポキシ樹脂を含有するものである。
前記芯材１１と前記繊維補強材２１との一体化は、前記熱硬化性樹脂が含浸した前記熱硬化性樹脂発泡体と前記炭素繊維織物との積層体を圧縮し、その際に前記炭素繊維織物に含浸している前記熱硬化性樹脂を、前記芯材１１を構成する連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に含浸させ、その状態で前記熱硬化性樹脂を加熱により硬化させることによって行うことができる。
なお、前記芯材１１の両面の前記繊維補強材２１は、それぞれ一層に限られず、複数層の積層で構成してもよい。
なお、前記芯材１１の両面の前記繊維補強材２１は、それぞれ一層に限られず、複数層の積層で構成してもよい。
前記炭素繊維強化成形体１０は、比重が１．４以下、Ｘ線透過量が８５００以上、曲げ弾性率（ＧＰａ）が４０以上、曲げ強度（ＭＰａ）が３００以上が好ましい。
Ｘ線透過量の測定は松定プレシジョン株式会社製Ｘ線透過装置μＲａｙ８０００を使用し、測定条件として、管電圧６０ｋＶ、出力１０Ｗ、線源位置０ｍｍ、カメラ位置０ｍｍにて測定した場合に得られる輝度ヒストグラム（縦軸：ピクセル数、横軸：輝度）の輝度ピーク値をＸ線透過量とした。すなわち、ピクセル最大値（縦軸）における輝度の値（横軸の値）をさす。透過量の数値が大きいほど、透過性は良好といえる。
Ｘ線透過量の測定は松定プレシジョン株式会社製Ｘ線透過装置μＲａｙ８０００を使用し、測定条件として、管電圧６０ｋＶ、出力１０Ｗ、線源位置０ｍｍ、カメラ位置０ｍｍにて測定した場合に得られる輝度ヒストグラム（縦軸：ピクセル数、横軸：輝度）の輝度ピーク値をＸ線透過量とした。すなわち、ピクセル最大値（縦軸）における輝度の値（横軸の値）をさす。透過量の数値が大きいほど、透過性は良好といえる。
前記比重の測定は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に基づいて行われる。
前記Ｘ線透過量の測定は、Ｘ線透過装置によって測定した画像を輝度ヒストグラムに表現し、ピクセル数がピークとなった輝度を透過量とした。前記炭素繊維強化成形体１０のＸ線透過量を前記の範囲とすることで、前記強化成形体を歯科において、歯のＸ線撮影の際に頬に接触または近接する部材とし使用することができる。
前記曲げ弾性率の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づいて行われる。前記炭素繊維強化成形体１０の曲げ弾性率を前記の範囲とすることで、高剛性とすることができる。
前記曲げ強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づいて行われる。前記炭素繊維強化成形体１０の曲げ強度を前記の範囲とすることで、高剛性とすることができる。
なお、前記炭素繊維強化成形体の剛性は、前記曲げ弾性率と前記曲げ強度の両方によって判断され、両方の値が大きいほど剛性が高く、何れか一方でも値が低い場合には剛性が低いと判断される。
前記Ｘ線透過量の測定は、Ｘ線透過装置によって測定した画像を輝度ヒストグラムに表現し、ピクセル数がピークとなった輝度を透過量とした。前記炭素繊維強化成形体１０のＸ線透過量を前記の範囲とすることで、前記強化成形体を歯科において、歯のＸ線撮影の際に頬に接触または近接する部材とし使用することができる。
前記曲げ弾性率の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づいて行われる。前記炭素繊維強化成形体１０の曲げ弾性率を前記の範囲とすることで、高剛性とすることができる。
前記曲げ強度の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づいて行われる。前記炭素繊維強化成形体１０の曲げ強度を前記の範囲とすることで、高剛性とすることができる。
なお、前記炭素繊維強化成形体の剛性は、前記曲げ弾性率と前記曲げ強度の両方によって判断され、両方の値が大きいほど剛性が高く、何れか一方でも値が低い場合には剛性が低いと判断される。
次に、本発明の繊維強化成形体１０の製造方法について説明する。
発明の繊維強化成形体１０の製造方法は、含浸工程、積層工程、圧縮加熱工程とからなる。
含浸工程では、図２の（２－１）に示すように、炭素繊維織物２１Ａに熱硬化性樹脂２１Ｂを含浸させ、含浸済み炭素繊維織物２１Ｃを形成する。前記炭素繊維織物２１Ａ及び前記熱硬化性樹脂２１Ｂは、前記炭素繊維強化成形体１０において説明したとおりである。含浸時に用いる熱硬化性樹脂２１Ｂは、未硬化の液状からなる。
発明の繊維強化成形体１０の製造方法は、含浸工程、積層工程、圧縮加熱工程とからなる。
含浸工程では、図２の（２－１）に示すように、炭素繊維織物２１Ａに熱硬化性樹脂２１Ｂを含浸させ、含浸済み炭素繊維織物２１Ｃを形成する。前記炭素繊維織物２１Ａ及び前記熱硬化性樹脂２１Ｂは、前記炭素繊維強化成形体１０において説明したとおりである。含浸時に用いる熱硬化性樹脂２１Ｂは、未硬化の液状からなる。
また、含浸を容易にするため、前記熱硬化性樹脂２１Ｂは溶剤に溶かしたものが好ましく、含浸後に、含浸済み炭素繊維織物２１Ｃを前記熱硬化性樹脂の硬化反応を生じない温度で乾燥させることにより、前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃから溶剤を除去する。前記ポリビニルブチラールをアルコールに溶解して使用した場合も、前記熱硬化性樹脂の硬化反応を生じない温度で含浸済み炭素繊維織物２１Ｃを乾燥させることにより溶剤を除去する。
含浸手段は、液状の熱硬化性樹脂２１Ｂを収容した槽に前記炭素繊維織物２１Ａを浸ける方法、スプレーにより行う方法、ロールコータにより行う方法等、適宜の方法により行うことができる。
積層工程では、図２の（２－２）に示すように、前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａの両面に、前記（２－１）の含浸工程で得られた含浸済み炭素繊維織物２１Ｃを配置して積層体１０Ａとする。前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａは、前記炭素繊維強化成形体１０において説明したとおりである。なお、前記積層作業は、次に行う（２－３）の圧縮加熱工程で用いるプレス成形用下型３１の上面に、前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃ、前記熱硬化性樹脂発泡体１１Ａ、前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃの順に重ねて行ってもよい。また、前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃと前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａは、平面サイズが同サイズのものが好ましいが、異なっていている場合には、後述の圧縮加熱工程後にトリミングすればよい。
圧縮加熱工程では、図２の（２－３）に示すように、前記積層体１０Ａをプレス成形用下型３１と上型３３により圧縮すると共に加熱する。圧縮程度は、前記含浸済み炭素繊維織物２１の厚みが２ｍｍ以上となるように圧縮する。なお、前記プレス成形用下型３１と上型３３間の間隔を変化させて繊維強化成形体を実際に製造し、得られた繊維強化成形体の芯材の厚みを測定して目的の芯材の厚みとなる前記プレス成形用下型３１と上型３３間の間隔を見つける。前記圧縮加熱工程時、前記プレス成形用下型３１と上型３３間には適宜の位置にスペーサを設置して、前記プレス成形用下型３１と上型３３間が所定間隔（芯材の厚みが所定の厚み）となるようにされる。また、積層体の加熱方法は特に限定されないが、前記プレス成形用下型３１と上型３３にヒータ等の加熱手段を設けて、前記プレス成形用下型３１と上型３３を介して加熱するのが簡単である。加熱温度は、前記含浸している熱硬化性樹脂の硬化反応温度以上とされる。
前記圧縮加熱工程時に前記積層体１０Ａが圧縮されると、前記積層体１０Ａの含浸済み炭素繊維織物２１Ｃに含浸している熱硬化性樹脂が前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃから押し出され、前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃと接している前記連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａに含浸し、前記積層体１０Ａの全体に含浸する。前記積層体１０Ａの全体に含浸した熱硬化性樹脂は、加熱により硬化反応を開始し、前記積層体１０Ａの圧縮状態、すなわち前記連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａが圧縮された状態で硬化する。それにより、前記連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａから前記芯材１１が形成され、また、前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃから前記繊維補強材２１が形成され、前記芯材１１と前記繊維補強材２１が一体化して前記炭素繊維強化成形体１０が形成される。その後、加熱圧縮を解除して前記炭素繊維強化成形体１０を得る。
このように、本発明の繊維強化成形体の製造方法は、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂が含浸し、前記熱硬化性樹脂発泡体が圧縮された状態で硬化した芯材と、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸硬化した繊維補強材とよりなって、前記芯材の両面に前記繊維補強材が積層一体化されている繊維強化成形体の製造方法であって、炭素繊維織物に熱硬化性樹脂を含浸させて含浸済み炭素繊維織物を得る含浸工程と、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体の両面に、前記含浸済み炭素繊維織物を配置して積層体を得る積層工程と、前記積層体を圧縮及び加熱する圧縮加熱工程とからなり、前記含浸工程における前記熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂と、アルコールに溶解されたポリビニルブチラールを含み、前記圧縮加熱工程における積層体の圧縮により、前記含浸済み炭素繊維織物に含浸している熱硬化性樹脂を、前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に含浸させ、前記圧縮加熱工程における積層体の加熱により、前記含浸済み炭素繊維織物及び前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に含浸している前記熱硬化性樹脂を硬化させ、前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体に熱硬化性樹脂が含浸し、前記熱硬化性樹脂発泡体が圧縮された状態で硬化した前記芯材と、前記炭素繊維織物に熱硬化性樹脂が含浸硬化した繊維補強材とを形成するものである。
なお、前記芯材１１の両側の前記繊維補強材２１を複数層で構成する場合は、前記積層工程で、前記連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体１１Ａの両側に前記含浸済み炭素繊維織物２１Ｃを複数積層して、その後に前記圧縮加熱工程を行うことにより、前記芯材１１の両側に前記繊維補強材２１が複数層積層された繊維強化成形体を得ることができる。
フェノール樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）、エポキシ樹脂を、図３に示す含有量とした配合Ｎｏ．１～８の熱硬化性樹脂を使用し、前記の含浸工程、積層工程及び圧縮加熱工程を行うことにより、図４に示す実施例１～１１及び比較例１～３の炭素繊維強化成形体を製造した。
フェノール樹脂は、住友ベークライト株式会社製、品名：ＰＲ－５５７９１Ｂ（樹脂濃度６０ｗｔ％エタノール溶液）を使用した。なお、図３におけるフェノール樹脂の量は、エタノールを除去したフェノール樹脂の量である。
ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）は、水酸基量２５ｗｔ％、株式会社クラレ製、品名；モビタールＢ３０Ｔをエタノールと１：９で混合溶解したものを使用した。なお、図３におけるポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）の量は、エタノールを除去したポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）の量である。
エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド付加ジグリシジルエーテル、株式会社ＡＤＥＫＡ製、品名；アデカレジンＥＰ－４００５を使用した。
配合Ｎｏ．１は、フェノール樹脂９５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）５重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．２は、フェノール樹脂９０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．３は、フェノール樹脂８０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）２０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．４は、フェノール樹脂７０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）３０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．５は、フェノール樹脂８０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂１０重量％からなる。
配合Ｎｏ．６は、フェノール樹脂８５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％からなる。
配合Ｎｏ．７は、フェノール樹脂７０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂２０重量％からなる。
配合Ｎｏ．８は、フェノール樹脂１００重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．２は、フェノール樹脂９０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．３は、フェノール樹脂８０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）２０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．４は、フェノール樹脂７０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）３０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
配合Ｎｏ．５は、フェノール樹脂８０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂１０重量％からなる。
配合Ｎｏ．６は、フェノール樹脂８５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％からなる。
配合Ｎｏ．７は、フェノール樹脂７０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂２０重量％からなる。
配合Ｎｏ．８は、フェノール樹脂１００重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）０重量％、エポキシ樹脂０重量％からなる。
前記熱硬化性樹脂溶液中に平織の炭素繊維織物（東邦テックス株式会社製、品名；Ｗ－３１０１、繊維重さ２００ｇ／ｍ２、）を漬け、取り出した後に２５℃の室温にて２時間自然乾燥し、更に６０℃の雰囲気下にて１時間乾燥させて含浸済み炭素繊維織物を、下記に示す各実施例に応じた枚数ずつ形成した。炭素繊維織物は、２００×３００ｍｍの平面サイズに裁断したもの（重量１２ｇ／枚）を使用した。乾燥後の含浸済み炭素繊維織物は１枚あたり２８ｇであった。
連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体は、各実施例に応じた厚みとし、平面サイズ２００×３００ｍｍに切り出したメラミン樹脂発泡体（ＢＡＳＦ社製、品名：バソテクトＶ３０１２、密度９ｋｇ／ｍ３）を使用した。
次に、予め離型剤を表面に塗布したＳＵＳ製のプレス成形用の下型（平板状）の上に、含浸済み炭素繊維織物、連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体、含浸済み炭素繊維織物の順に重ねて配置することにより、連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体の両面に含浸済み炭素繊維織物を配置した積層体をプレス成形用下型上にセットした。
前記積層体を前記プレス成形用下型上にセットした状態で、前記プレス成形用下型上の前記積層体を、１５０℃で１０分間、１０ＭＰａの面圧をかけて前記プレス成形用上型（平板状）で押圧し、圧縮及び加熱を行ない、前記圧縮状態で熱硬化性樹脂を反応硬化させた。その際の前記積層体の加熱は、上下のプレス型に取り付けられた鋳込みヒータにより行なった。また、プレス成形用下型と上型間には各実施例及び各比較例によって厚みが異なるＳＵＳ製スペーサを介在させて下型と上型間の間隔、すなわち積層体の圧縮厚み（繊維強化成形体の成形品厚み）を調整した。その後、プレス成形用下型と上型を室温で冷却させた後に下型と上型を開き、芯材の両面に繊維補強材が積層一体化した炭素繊維強化成形体を得た。この炭素繊維強化成形体を１７０×２６０ｍｍにトリミングして実施例１～１１及び比較例１、２の炭素繊維強化成形体とした。なお、比較例３は、芯材の無い例である。
実施例１～１１及び比較例１～３の炭素繊維強化成形体について、比重（ＪＩＳ Ｚ ８８０１に基づく）、成形品厚み（全体の厚み）、繊維補強材及び芯材の厚み、Ｘ線透過量（輝度ヒストグラムにおける最大輝度）、曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づく）、曲げ強度（ＪＩＳ Ｋ ７０７４に基づく）を測定した。内部クラックは、松定プレシジョン株式会社製Ｘ線透過装置μＲａｙ８０００を使用し、管電圧６０ｋＶ、出力１０Ｗ、線源位置０ｍｍ、カメラ位置０ｍｍの条件にて、成形品を撮影し、内部クラックの有無を目視で確認した。また、成形品の各層の厚みは、任意の断面で切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で垂直に観察し、成形品の各層の厚みを観察測定した。
実施例１では、配合Ｎｏ．１の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂９５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）５重量％、エポキシ樹脂０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（４０ｍｍ）の上下各８枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．６ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例１の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３２、Ｘ線透過量９８６３、曲げ弾性率５０ＧＰａ、曲げ強度３２１ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例１の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例２では、配合Ｎｏ．２の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂９０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（４０ｍｍ）の上下各８枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．６ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例２の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３２、Ｘ線透過量９８５０、曲げ弾性率４８ＧＰａ、曲げ強度３３４ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例２の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例３では、配合Ｎｏ．３の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂８０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）２０重量％、エポキシ樹脂０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（４０ｍｍ）の上下各８枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．６ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例３の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３２、Ｘ線透過量９８９０、曲げ弾性率４５ＧＰａ、曲げ強度３４９ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例３の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例４では、配合Ｎｏ．４の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂７０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）３０重量％、エポキシ樹脂０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（４０ｍｍ）の上下各８枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．６ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例４の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３３、Ｘ線透過量９８７４、曲げ弾性率４２ＧＰａ、曲げ強度３５６ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例４の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例５では、配合Ｎｏ．６の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂８５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（２０ｍｍ）の上下各８枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．６ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例５の成形品は、成形品厚みが２．５ｍｍ、各繊維補強材の厚みが０．２５ｍｍ、芯材の厚み２．０ｍｍ、比重１．２９、Ｘ線透過量１３３６０、曲げ弾性率４９ＧＰａ、曲げ強度４０８ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例５の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例１～４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例５の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例６では、配合Ｎｏ．６の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂８５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（４０ｍｍ）の上下各８枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．６ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例６の成形品は、成形品厚みが５．０ｍｍ、各繊維補強材の厚みが１．５ｍｍ、芯材の厚み２．０ｍｍ、比重１．３８、Ｘ線透過量１０９６８、曲げ弾性率４８ＧＰａ、曲げ強度４１２ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例６の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例１～４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例６の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例７では、配合Ｎｏ．６の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂85重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（2０ｍｍ）の上下各１０枚、上側に１０枚、下側に１０枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．０ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例７の成形品は、成形品厚みが７．０ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．５ｍｍ、芯材の厚み２．０ｍｍ、比重１．４０、Ｘ線透過量９６３２、曲げ弾性率４７ＧＰａ、曲げ強度３９０ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例７の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例１～４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例７の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例８では、配合Ｎｏ．６の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂85重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（４０ｍｍ）の上下各8枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．6ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例８の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３２、Ｘ線透過量９８６３、曲げ弾性率４７ＧＰａ、曲げ強度３９８ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例８の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例８の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例９では、配合Ｎｏ．６の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂８５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（80ｍｍ）の上下各３枚、上側に３枚、下側に３枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、１０．０ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例９の成形品は、成形品厚みが１０．０ｍｍ、各繊維補強材の厚みが０．７５ｍｍ、芯材の厚み８．５ｍｍ、比重１．２８、Ｘ線透過量８８５８、曲げ弾性率４５ＧＰａ、曲げ強度４３５ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例９の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例１～４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例９の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例１０では、配合Ｎｏ．５の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂8０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂10重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（4０ｍｍ）の上下各8枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．6ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例１０の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３２、Ｘ線透過量９８８９、曲げ弾性率４５ＧＰａ、曲げ強度４０４ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例１０の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例１～４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例１０の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
実施例１１では、配合Ｎｏ．７の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂7０重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂2０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（4０ｍｍ）の上下各8枚、上側に8枚、下側に8枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、７．6ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
実施例１１の成形品は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが２．０ｍｍ、芯材の厚み３．６ｍｍ、比重１．３２、Ｘ線透過量９９０１、曲げ弾性率４１ＧＰａ、曲げ強度４１０ＭＰａ、クラック発生無であった。実施例１１の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂とポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）とエポキシ樹脂との３成分からなるため、エポキシ樹脂を含有しない２成分からなる実施例１～４と比べて曲げ強度が高くなっている。実施例１１の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高いものである。
比較例１では、配合Ｎｏ．８の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂100重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）０重量％、エポキシ樹脂０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（2０ｍｍ）の上下各１枚、上側に１枚、下側に１枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、２．５ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
比較例１の成形品は、成形品厚みが２．５ｍｍ、各繊維補強材の厚みが０．２５ｍｍ、芯材の厚み２．０ｍｍ、比重１．２９、Ｘ線透過量１３３５８、曲げ弾性率５０ＧＰａ、曲げ強度２１０ＭＰａ、クラック発生有であった。比較例１の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂のみの１成分からなるため、成形品厚みが等しく、熱硬化性樹脂が３成分からなる実施例５と比べて曲げ強度が極端に低くなっている。比較例１の繊維強化成形体は、剛性が低く、芯材にクラックが発生する問題がある。
比較例２では、配合Ｎｏ．８の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂１００重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）０重量％、エポキシ樹脂０重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させた。この含浸させた炭素繊維織物を、連続気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体（8０ｍｍ）の上下各3枚、上側に3枚、下側に3枚、サンドイッチ構造に積層し金型に設置した。上下金型間には、１０．０ｍｍのスペーサを挿入成形し、繊維強化成形体を製造した。
比較例２の成形品は、成形品厚みが１０．０ｍｍ、各繊維補強材の厚みが０．７５ｍｍ、芯材の厚み８．５ｍｍ、比重１．２８、Ｘ線透過量８８６０、曲げ弾性率４５ＧＰａ、曲げ強度２５５ＭＰａ、クラック発生有であった。比較例２の繊維強化成形体は、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂のみの１成分からなるため、成形品厚みが等しく、熱硬化性樹脂が３成分からなる実施例９と比べて曲げ強度が極端に低くなっている。比較例２の繊維強化成形体は、剛性が低く、芯材にクラックが発生する問題がある。
比較例３では、配合Ｎｏ．６の熱硬化性樹脂（フェノール樹脂８５重量％、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ樹脂）１０重量％、エポキシ樹脂５重量％）１６ｇ（溶剤除去の重量）を、炭素繊維織物（厚み０．２５ｍｍ）に含浸させ、３０枚用意した。この含浸させた炭素繊維織物３０枚を積層し、金型に設置した。上下金型間のスペーサを７．０ｍｍとして、連通気泡を有する熱硬化性樹脂発泡体を使用せずに繊維強化成形体を製造した。
比較例３の成形体は、成形品厚みが７．６ｍｍ、各繊維補強材の厚みが３．７５ｍｍ、芯材無し、比重１．５５、Ｘ線透過量９６０７、曲げ弾性率５５ＧＰａ、曲げ強度５１４、クラック発生無であった。比較例３の繊維強化成形体は、芯材が無いため、厚みが等しい実施例１～４、７、８、１０、１１と比べて比重が高く、重い問題がある。また、製造原価も高価となる。
このように、本発明の実施例品は、厚みが厚く、軽量、高剛性に優れ、品質ムラを生じ易い無機フィラー等の充填材を使用せず、内部クラックを生じず、Ｘ線透過率の高い繊維強化成形体である。したがって、本発明の繊維強化成形体は、厚みが厚く、軽量及び高剛性に優れ、高いＸ線透過率が求められる用途に好適である。
１０ 繊維強化成形体
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 積層体
１１ 芯材
１１Ａ 熱硬化性樹脂発泡体
１１Ｂ 熱硬化性樹脂
１１Ｃ 含浸済み熱硬化性樹脂発泡体
２１ 繊維補強材
２１Ａ 炭素繊維織物
２１Ｂ 熱硬化性樹脂
２１Ｃ 含浸済み炭素繊維織物
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 積層体
１１ 芯材
１１Ａ 熱硬化性樹脂発泡体
１１Ｂ 熱硬化性樹脂
１１Ｃ 含浸済み熱硬化性樹脂発泡体
２１ 繊維補強材
２１Ａ 炭素繊維織物
２１Ｂ 熱硬化性樹脂
２１Ｃ 含浸済み炭素繊維織物
Claims (3)
- 芯材と前記芯材の両面に積層された繊維補強材が、熱硬化性樹脂により含浸硬化した炭素繊維強化成形体において、
曲げ弾性率が４０ＧＰａ以上、曲げ強度が３００ＭＰａ以上、Ｘ線透過量が８５００以上、比重が１．４以下、厚みが７．０ｍｍ以上であることを特徴とする炭素繊維強化成形体。 - 芯材と前記芯材の両面に積層された繊維補強材が、熱硬化性樹脂により含浸硬化した炭素繊維強化成形体において、
曲げ弾性率が４１ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下、曲げ強度が３２１ＭＰａ以上４３５ＭＰａ以下、Ｘ線透過量が８８５８以上９９０１以下、厚みが７．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする炭素繊維強化成形体。 - 請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維強化成形体を備えるＸ線撮影用の部材。
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