WO2020157895A1

WO2020157895A1 - 積層複合材、および積層複合材の製造方法

Info

Publication number: WO2020157895A1
Application number: PCT/JP2019/003322
Authority: WO
Inventors: 光出岩田
Original assignee: 株式会社サングード
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-08-06
Also published as: JPWO2020158916A1; WO2020158916A1

Abstract

炭素繊維織物を含む積層複合材であって、従来にはない新たな積層複合材の提供、および、当該積層複合材の製造方法の提供。　炭素繊維によって織られた炭素繊維織物ＣＦと、炭素繊維織物ＣＦの上面に熱圧着された熱可塑性樹脂シートＰＵ２と、炭素繊維織物ＣＦの下面に熱圧着された熱可塑性樹脂シートＰＵ１と、を有することを特徴とする積層複合材１。

Description

積層複合材、および積層複合材の製造方法

　本発明は、炭素繊維織物を含む積層複合材、および当該積層複合材の製造方法に関する。

　炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、金属材料に比べ、低密度でありながら高強度であるため、製造コストが高いという問題はあるが、各分野の構造材料として広く利用されている。
　このような炭素繊維強化プラスチックに関する従来技術が、特許文献１～３によって開示されている。

特開平０２－１６９６３３号公報特開平１０－１３８３５４号公報特開２０１３－２０２９２３号公報

　炭素繊維強化プラスチックは、軽量でありながら強度が高いというその力学的特性に基づいて利用が進んできたものであるが、その後、そのデザイン性に基づいた利用もされるようになっている。即ち、炭素繊維が織られることによって現れるパターンに意匠性を見出し、これをデザイン的に利用するものである。
　このように、デザイン的な利用にも重点がおかれるようになるに従い、炭素繊維強化プラスチックの意匠性を有しつつも特性が異なる材料等、より多様な材料が求められるようになっている。

　本発明は、上記の点に鑑み、炭素繊維織物を含む積層複合材であって、従来にはない新たな積層複合材の提供、および、当該積層複合材の製造方法を提供することを目的とする。

（構成１）
　炭素繊維によって織られた炭素繊維織物と、前記炭素繊維織物の上面及び下面に熱圧着されている熱可塑性樹脂シートと、を有することを特徴とする積層複合材。

（構成２）
　前記熱可塑性樹脂シートが、透光性を有することを特徴とする構成１に記載の積層複合材。

（構成３）
　前記熱可塑性樹脂シートが、ポリウレタンシートであることを特徴とする構成１又は２に記載の積層複合材。

（構成４）
　前記熱可塑性樹脂シートの厚さが、前記炭素繊維織物よりも厚いことを特徴とする構成１から３の何れかに記載の積層複合材。

（構成５）
　前記炭素繊維織物の上面及び下面に熱圧着されている熱可塑性樹脂シートの一方の厚さが、前記炭素繊維織物よりも薄く、他方の厚さが、前記炭素繊維織物よりも厚いことを特徴とする構成１から３の何れかに記載の積層複合材。

（構成６）
　構成１から４の何れかに記載の積層複合材の製造方法であって、成形型に対して、第１の離型シートと、第１の熱可塑性樹脂シートと、前記炭素繊維織物と、第２の熱可塑性樹脂シートと、第２の離型シートと、を積層するステップと、前記第１、第２の熱可塑性樹脂シートを前記炭素繊維織物に熱圧着させるステップと、を有することを特徴とする積層複合材の製造方法。

（構成７）
　構成５に記載の積層複合材の製造方法であって、成形型に対して、離型シートと、前記炭素繊維織物よりも厚い熱可塑性樹脂シートと、前記炭素繊維織物と、前記炭素繊維織物よりも薄い熱可塑性樹脂シートと、を、前記離型シートと前記炭素繊維織物よりも厚い熱可塑性樹脂シートが接するように積層するステップと、前記熱可塑性樹脂シートを前記炭素繊維織物に熱圧着させるステップと、を有することを特徴とする積層複合材の製造方法。

（構成８）
　前記第１及び第２の離型シートが前記熱可塑性樹脂シートに予め貼付されている、又は前記離型シートが前記熱可塑性樹脂シートに予め貼付されていることを特徴とする構成６又は７に記載の積層複合材の製造方法。

　本発明の積層複合材及びその製造方法によれば、従来にはない新たな積層複合材及びその製造方法が提供される。

本発明に係る実施形態の積層複合材の積層構造を示す概略図実施形態の積層複合材の製造方法を示す説明図実施形態の積層複合材が使用された鞄を示す図実施形態の積層複合材の別の例の積層構造を示す概略図実施形態の積層複合材の別の例の製造方法を示す説明図実施形態の積層複合材の別の例の積層構造を示す概略図

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

　本実施形態は、炭素繊維織物を含む新たな積層複合材に関し、当該積層複合材を使用した成形品の具体例としてベルト（鞄に使用するベルト）を用いて説明する。
　なお、鞄１００（図３参照）は、蓋部１１と収納部１２が開閉可能に接合されたトラベルケースであり、蓋部１１と収納部１２が炭素繊維強化プラスチックを含む積層複合材を用いて形成されているものである。

　図１は本実施形態のベルト（積層複合材）１の積層構造を示す概略図である。
　本実施形態のベルト（積層複合材）１は、炭素繊維によって織られた炭素繊維織物ＣＦの上面及び下面に熱可塑性樹脂シートＰＵ１、熱可塑性樹脂シートＰＵ２を熱圧着させたものである。
　“炭素繊維によって織られた炭素繊維織物”とはカーボンプリプレグのマトリクス樹脂（熱硬化性樹脂）が無いものである。
　熱可塑性樹脂シートＰＵ１、熱可塑性樹脂シートＰＵ２は、本実施形態では、３００μｍの厚さの透光性を有するポリウレタンシートと、１５０μｍの厚さの透光性を有するポリウレタンシートである。ベルト（積層複合材）１は、図３に示されるように、鞄に使用されるベルトであり、鞄に取り付けられた状態で表面側が意匠面であり、裏面側は基本的には意匠面とはならない。ベルト（積層複合材）１は、意匠面側に３００μｍの厚さの熱可塑性樹脂シートＰＵ１が設けられ、裏面側に１５０μｍの厚さの熱可塑性樹脂シートＰＵ２が設けられている。
　炭素繊維織物ＣＦの厚さは２００μｍであるため、本実施形態のベルト（積層複合材）１は、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の厚さが、炭素繊維織物ＣＦよりも厚く、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の厚さが、炭素繊維織物ＣＦよりも薄いものとなる。

　この炭素繊維織物ＣＦの両面に、透光性の熱可塑性樹脂シートＰＵ１、ＰＵ２が熱圧着された積層複合材は、非常に柔軟で革に似た手触りの素材となり、表面の見た目としてはカーボン素材（炭素繊維強化プラスチック）と同様である。即ち、見た目はカーボン素材でテクスチャとしては革に近い、高級感を感じさせる素材である。
　このような本実施形態の積層複合材によって、鞄１００に取り付けるベルト１を形成することにより、蓋部１１と収納部１２のカーボン素材の見た目とマッチし、より高級感のある製品とすることができる。ベルト１の他、鞄１００に使用する各パーツ（蓋部１１と収納部１２の角部等にあてる各パーツや、取っ手等）にも上記積層複合材を用いてもよい。

　次に、本実施形態の積層複合材の製造方法について説明する。

　図２に示されるように、成形型Ｔ上に、離型シートＲＰと、熱可塑性樹脂シートＰＵ１と、炭素繊維織物ＣＦと、熱可塑性樹脂シートＰＵ２と、をこの順で積層させる。これにより、「成形型に対して、離型シートと、炭素繊維織物よりも厚い熱可塑性樹脂シートと、炭素繊維織物と、炭素繊維織物よりも薄い熱可塑性樹脂シートと、を、離型シートと炭素繊維織物よりも厚い熱可塑性樹脂シートが接するように積層」されるものである。

　成形型Ｔは、各シートを積層するための単なるプレート状の型であるが、カーボンと線膨張が同程度の材料で形成された型である。成形型Ｔが、熱膨張係数がカーボンと同程度の材料で形成されていることにより、熱圧着の前後の温度変化の影響によって製品にシワや縮みが生じることが低減される。熱膨張係数がカーボンと同程度の材料としては、カーボンの板や石膏ボード等が挙げられる。

　離型シートＲＰは、熱可塑性樹脂シートＰＵ１と成形型Ｔの間に配され、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の表面を保護すると共に、その表面の意匠性を向上させるためのものであり、耐熱紙によって形成される。
　熱可塑性樹脂シートＰＵ１は、成形型Ｔに接する側に配されるため、成形型Ｔに僅かであっても傷等があると、熱圧着される際にこの傷が転写されて熱可塑性樹脂シートＰＵ１の表面に表れるおそれがある。また成形型Ｔにゴミや汚れが付着していると、同様にゴミや汚れが熱可塑性樹脂シートＰＵ１の表面に表れるおそれがある。離型シートＲＰを用いることにより、このような問題を低減することができる。
　また、離型シートＲＰと熱可塑性樹脂シートＰＵ１を積層して熱圧着することにより、離型シートＲＰの表面の微細な凹凸が転写され、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の表面（意匠面）にマット感を与えることができる。この凹凸が、製品になった際の熱可塑樹脂特有の汚れの付着や傷を目立たなくさせる効果も有する。
　なお、離型シートＲＰとして表面が平滑なシートを用いることによって、熱可塑性樹脂層に表面をツヤありにすることもできる。
　このように、離型シートＲＰを用いることにより、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の表面を保護すると共に、その表面の意匠性を向上させることができる。
　なお、本実施形態においては、離型シートＲＰは、熱可塑性樹脂シートＰＵ１に予め貼付された状態にて、プレカットされており、成形型Ｔへの積層作業等においては、離型シートＲＰと熱可塑性樹脂シートＰＵ１は、一体的に扱われるものである。

　成形型Ｔに対して、図２のごとく各シートを積層したら、これをオートクレーブ製法による熱圧着によって成形し、成形型Ｔから成形品を脱型することで、本実施形態の積層複合材によって形成された成型物が得られる。
　なお、オートクレーブ成形については適宜各手法を用いることができる。オートクレーブ成形は公知の技術であり、ここでの説明を省略するが、熱圧着時には、その温度が８０度以下になるまで真空度を保つことが好ましい。本実施形態の積層複合材においては、熱可塑性樹脂を用いており、８０度より高い温度下で真空度を緩めると、離型紙ＲＰによる艶消し感の転写にムラが発生する可能性があるためである。

　本実施形態の積層複合材は、前述のごとく柔軟な素材であり、適宜カットや縫製等の加工をすることが可能である。
　従って、例えば本実施形態の積層複合材として大きな布状の成形品（生地）として成形しておき、これを適宜カットや縫製等の加工をすることで、最終的な製品形状としてもよいし、予め製品形状にカットした各シートを積層してこれを熱圧着して成形することで、製品形状を得るものであってもよい。
　なお、本実施形態の積層複合材をカットすると、その切断面には、炭素繊維織物ＣＦが露出することになる。このように炭素繊維織物ＣＦが断面で露出することが望ましくない場合には、熱圧着の前に各シートを製品形状にカットして成形することが望ましい。この際に、炭素繊維織物ＣＦのカットサイズよりも、熱可塑性樹脂シートＰＵ１、ＰＵ２（の何れか若しくは双方）を、少し大きめのサイズにカットすることにより、外周部に熱可塑性樹脂シートによるのりしろ部分を形成することで、炭素繊維織物ＣＦが外周部で露出することを防止することができる。

　以上のごとく、本実施形態のベルト（積層複合材）１は、従来にはない新たな素材であり、炭素繊維が織られることによって現れるパターンによる意匠性の利用範囲を格段に広げることができる。
　また、本実施形態のベルト（積層複合材）１は、熱可塑性樹脂シートが炭素繊維織物ＣＦの表面に形成されるため、表面の質感や触感を向上させ、且つ、安全性を向上することができる。さらに、表面への塗装を不要とすることができ、表面に塗装を施す際においても、美しい塗装面を容易に得ることができる。
　また、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂シートＰＵ１と成形型Ｔの間に配される離型シートＲＰを用いることにより、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の表面を保護すると共に、その表面の意匠性を向上することができる。加えて、離型シートＲＰを使用することで成形型Ｔのダメージを低減させ成形型Ｔの寿命を延ばすこともできる。

　なお、本実施形態では、製品としての意匠面が基本的に一方側だけであるため、裏面側となる熱可塑性樹脂シートＰＵ２については、厚さが薄く、その成形時においても離型シートを配していないが、両面が意匠面となる場合には、熱可塑性樹脂シートＰＵ２側も、熱可塑性樹脂シートＰＵ１と同様の構成としてもよい。
　図４にはそのような例としての積層複合材１´を示した。熱可塑性樹脂シートＰＵ２´は、上記実施形態における熱可塑性樹脂シートＰＵ１と同様のものである。図５は、当該積層複合材１´の製造方法を示す説明図である。同図に示されるように、熱可塑性樹脂シートＰＵ１の下面に第１の離型シートＲＰ１（上記実施形態における離型シートＲＰと同様）を配し、熱可塑性樹脂シートＰＵ２´の上面にも第２の離型シートＲＰ２（上記実施形態における離型シートＲＰと同様）を配し、この状態で熱圧着によって成形することで、熱可塑性樹脂シートＰＵ２´の上面側も保護すると共に、その表面の意匠性を向上させることができる。

　本実施形態においては、積層複合材として、熱可塑性樹脂シートＰＵ１と炭素繊維織物ＣＦと熱可塑性樹脂シートＰＵ２の３層構造であるものを例としているが、本発明をこれに限るものでは無く、少なくとも“炭素繊維織物の上面及び下面に熱圧着されている熱可塑性樹脂シート”を有するものであればよい。例えば、熱可塑性樹脂シートや炭素繊維織物それぞれの積層数若しくは、熱可塑性樹脂シートと炭素繊維織物の繰り返し数を増減してもよいし、他の材料層（例えば塗装膜）をさらに備えるもの等であってもよい。
　図６には熱可塑性樹脂シートと炭素繊維織物の繰り返し数を増やした例としての積層複合材１´´を示した。なお、図１、図４と同様の構成となるものについては、同一の符号を使用している。
　積層複合材１´´は、熱可塑性樹脂シートＰＵ１、炭素繊維織物ＣＦ１、と熱可塑性樹脂シートＰＵ３、炭素繊維織物ＣＦ２、熱可塑性樹脂シートＰＵ２´がこの順に積層された５層構造のものである。炭素繊維織物ＣＦ１、２は、実施形態の炭素繊維織物ＣＦと同様のものである。熱可塑性樹脂シートＰＵ３は、厚さが１００μｍのポリウレタンシートである。
　このように積層数を増加させることにより、厚手の積層複合材を得ることができる。また、炭素繊維織物が１層だけであると、炭素繊維間の隙間が見える（光に透かすと穴として見える）ことがあるが、図６のように炭素繊維織物を積層することにより、炭素繊維間の隙間が見えることが低減される。この観点に基づき、炭素繊維織物の間に挟まれる熱可塑性樹脂シートＰＵ３については、不透光性のシートを用いるようにしてもよい。

　また、本実施形態では、熱可塑性樹脂として、ポリウレタンを例としているが、本発明をこれに限るものではない。積層複合材に用いる熱可塑性樹脂シートとして、意匠性、質感、手触り、柔軟性、安全性等の設計思想に即した各種の樹脂を用いることができ、弾性部材、柔軟性部材としての機能を有する樹脂であることが好ましい。

　本実施形態では、積層複合材として、平面的に成形するものを例としているが、本発明をこれに限るものではなく、積層複合材が立体的に成形されるものであってもよい。
　成形型として立体的な型を使用し、この立体的な型に対して各シートを積層し、これをオートクレーブ成形によって熱圧縮して成形することにより、積層複合材を立体的に成形することができる。

　本実施形態では、炭素繊維織物と熱可塑性樹脂シートの熱圧着を、オートクレーブ成形によって行うものを例としたが、これに限られるものではなく、例えば、ヒートプレスや、超音波溶融等によるものであってもよい。

　１．．．ベルト（積層複合材）
　ＣＦ．．．炭素繊維織物
　ＰＵ１、ＰＵ２．．．熱可塑性樹脂シート
　ＲＰ．．．離型シート
　Ｔ．．．成形型
　１００．．．鞄

Claims

　炭素繊維によって織られた炭素繊維織物と、
　前記炭素繊維織物の上面及び下面に熱圧着されている熱可塑性樹脂シートと、
　を有することを特徴とする積層複合材。
　前記熱可塑性樹脂シートが、透光性を有することを特徴とする請求項１に記載の積層複合材。
　前記熱可塑性樹脂シートが、ポリウレタンシートであることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層複合材。
　前記熱可塑性樹脂シートの厚さが、前記炭素繊維織物よりも厚いことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の積層複合材。
　前記炭素繊維織物の上面及び下面に熱圧着されている熱可塑性樹脂シートの一方の厚さが、前記炭素繊維織物よりも薄く、他方の厚さが、前記炭素繊維織物よりも厚いことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の積層複合材。
　請求項１から４の何れかに記載の積層複合材の製造方法であって、
　成形型に対して、第１の離型シートと、第１の熱可塑性樹脂シートと、前記炭素繊維織物と、第２の熱可塑性樹脂シートと、第２の離型シートと、を積層するステップと、
　前記第１、第２の熱可塑性樹脂シートを前記炭素繊維織物に熱圧着させるステップと、
　を有することを特徴とする積層複合材の製造方法。
　請求項５に記載の積層複合材の製造方法であって、
　成形型に対して、離型シートと、前記炭素繊維織物よりも厚い熱可塑性樹脂シートと、前記炭素繊維織物と、前記炭素繊維織物よりも薄い熱可塑性樹脂シートと、を、前記離型シートと前記炭素繊維織物よりも厚い熱可塑性樹脂シートが接するように積層するステップと、
　前記熱可塑性樹脂シートを前記炭素繊維織物に熱圧着させるステップと、
　を有することを特徴とする積層複合材の製造方法。
　前記第１及び第２の離型シートが前記熱可塑性樹脂シートに予め貼付されている、又は前記離型シートが前記熱可塑性樹脂シートに予め貼付されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の積層複合材の製造方法。