(57)【要約】【課題】強度を向上した繊維強化プラスチック成型品の製造方法および繊維強化プラスチック成型品を提供する。【解決手段】本発明の繊維強化プラスチック成型品１０の製造方法は、以下の工程を備えている。天然繊維と第１の樹脂とを含む第１のシートを準備する。第１のシートの表面に、第１の補強繊維と第２の樹脂とを含む第２のシートを配置し、かつ第１のシートの裏面に、第２の補強繊維と第３の樹脂とを含む第３のシートを配置する。第１、第２および第３のシートの第１、第２および第３の樹脂を硬化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型の内部に、天然繊維と、前記天然繊維を挟む第１および第２の補強繊維とを配置する工程と、
前記型の内部に樹脂を注入する工程と、
前記樹脂を硬化する工程とを備えた、繊維強化プラスチック成型品の製造方法。
【請求項２】
天然繊維と第１の樹脂とを含む第１のシートを準備する工程と、
前記第１のシートの表面に、第１の補強繊維と第２の樹脂とを含む第２のシートを配置し、かつ前記第１のシートの裏面に、第２の補強繊維と第３の樹脂とを含む第３のシートを配置する工程と、
前記第１、第２および第３のシートの前記第１、第２および第３の樹脂を硬化する工程とを備えた、繊維強化プラスチック成型品の製造方法。
【請求項３】
前記第１および第２の補強繊維は、可燃性の有機繊維である、請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック成型品の製造方法。
【請求項４】
表面と、前記表面と反対側の裏面とを有し、かつ天然繊維と第１の樹脂とを含む心材と、
前記心材の前記表面を覆い、かつ第１の補強繊維と第２の樹脂とを含む第１の補強層と、
前記心材の前記裏面を覆い、かつ第２の補強繊維と第３の樹脂とを含む第２の補強層とを備えた、繊維強化プラスチック成型品。
【請求項５】
前記第１および第２の補強繊維は、可燃性の有機繊維である、請求項４に記載の繊維強化プラスチック成型品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチック成型品の製造方法および繊維強化プラスチック成型品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、竹などの天然繊維を補強材として利用した強化プラスチックが考えられている（たとえば特許文献１）。特許文献１には、竹繊維シートの表面を熱可塑性樹脂層で覆った状態で圧縮成形することにより、竹繊維強化プラスチックの成型品を製造していることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７６６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の竹繊維として、天然の竹をそのまま開繊することにより長繊維として加工した場合、得られる竹繊維は長さも太さも極めて広い範囲に分散してしまう。このため、それらの繊維に安定した補強材としての効果を期待することは困難であった。したがって、上記特許文献１の製造方法により製造される竹繊維強化プラスチックの強度が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、強度を向上した繊維強化プラスチック成型品の製造方法および繊維強化プラスチック成型品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の局面における繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、以下の工程を備えている。型の内部に、天然繊維と、天然繊維を挟む第１および第２の補強繊維とを配置する。型の内部に樹脂を注入する。樹脂を硬化する。
【０００７】
本発明の他の局面における繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、以下の工程を備えている。天然繊維と第１の樹脂とを含む第１のシートを準備する。第１のシートの表面に、第１の補強繊維と第２の樹脂とを含む第２のシートを配置し、かつ第１のシートの裏面に、第２の補強繊維と第３の樹脂とを含む第３のシートを配置する。第１、第２および第３のシートの第１、第２および第３の樹脂を硬化する。
【０００８】
本発明の繊維強化プラスチック成型品は、心材と、第１の補強層と、第２の補強層とを備えている。心材は、表面と、表面と反対側の裏面とを有し、かつ天然繊維と第１の樹脂とを含んでいる。第１の補強層は、心材の表面を覆い、かつ第１の補強繊維と第２の樹脂とを含んでいる。第２の補強層は、心材の裏面を覆い、かつ第２の補強繊維と第３の樹脂とを含んでいる。
【０００９】
本発明の繊維強化プラスチック成型品の製造方法および繊維強化プラスチック成型品によれば、安定性に欠ける天然繊維を含む心材の表面および裏面に、安定した第１および第２の補強繊維を含む第１および第２の補強層を形成することができる。これにより、第１および第２の補強層を補強材とすることができるので、心材を補強材とする必要がない。したがって、強度を向上した繊維強化プラスチック成型品を製造することができる。
【００１０】
上記一および他の局面における繊維強化プラスチック成型品の製造方法において好ましくは、第１および第２の補強繊維は、可燃性の有機繊維である。
【００１１】
また、上記繊維強化プラスチック成型品において好ましくは、第１および第２の補強繊維は、可燃性の有機繊維である。
【００１２】
これにより、繊維強化プラスチック成型品が廃棄物になったときに、難処理物となることを抑制できる。このため、環境負荷の小さな繊維強化プラスチック成型品を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上より、本発明の繊維強化プラスチック成型品の製造方法および繊維強化プラスチック成型品によれば、強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における繊維強化プラスチック成型品を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態３における繊維強化プラスチック成型品を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の一実施の形態における繊維強化プラスチック成型品について説明する。図１に示すように、本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品１０は、心材１１と、第１の補強層１２と、第２の補強層１３とを備えている。
【００１７】
心材１１は、表面１１ａと、表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有し、かつ天然繊維と第１の樹脂とを含んでいる。第１の補強層１２は、心材１１の表面１１ａを覆い、かつ第１の補強繊維と第２の樹脂とを含んでいる。第２の補強層１３は、心材１１の裏面１１ｂを覆い、かつ第２の補強繊維と第３の樹脂とを含んでいる。第１の補強層１２は、繊維強化プラスチック成型品１０の表面１０ａに位置し、第２の補強層１３は、繊維強化プラスチック成型品１０の裏面１０ｂに位置し、心材１１は、繊維強化プラスチック成型品１０の内部に位置している。
【００１８】
心材１１を構成する天然繊維は、竹、麻、こうぞ、三椏、ココナッツ、バナナ、ケナフなどの植物性の天然繊維、羊毛などの動物性繊維などを用いることができ、竹を用いることが好ましい。竹を用いる場合には、意匠的に優れたものになる。天然繊維の太さは、たとえば竹繊維を用いる場合には、２０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００１９】
第１および第２の補強層１２、１３を構成する第１および第２の補強繊維は、心材１１を構成する天然繊維よりも曲げ強さが大きい。このような第１および第２の補強繊維として、たとえば有機繊維を用いることができる。なお、第１および第２の補強繊維は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２０】
ここで、上記「曲げ強さ」は、たとえば精密万能試験機（（株）島津製作所のＡＧ−１００ＫＮＧ）による３点曲げ試験により測定される。
【００２１】
また、第１および第２の補強繊維は、可燃性であることが好ましい。言い換えると、第１および第２の補強繊維は、焼却残渣が発生しないことが好ましい。このような第１および第２の補強繊維として、たとえばガラス繊維を除く有機繊維を用いることができる。有機繊維としては、ビニロン、ポリエチレンなどを用いることができる。ビニロン、ポリエチレンなどの有機繊維は、安定的に安価で入手可能である。第１および第２の補強繊維が可燃性である場合、ガラス繊維などの無機成分が焼却残渣として発生することを抑制できる。このため、難処理物の発生を抑制して、第２および第３の樹脂とともに、燃料として燃やすことができる。したがって、環境への負荷を低減することができる。
【００２２】
また、環境への負荷を低減する観点から、第１および第２の補強繊維は、焼却温度が高くなり過ぎない（焼却温度が焼却炉を損傷しない程度の温度以下である）ことが好ましい。また、同様に、第１および第２の補強繊維は、焼却に際し、有毒物質を発生しないことが好ましい。
【００２３】
第１および第２の補強繊維は、人工的に製造される化学繊維である。化学繊維は、一般的に長さおよび太さのばらつきが小さく、強度および伸度のばらつきが天然繊維に比較して小さい。このため、第１および第２の補強層１２、１３は、安定した強度および伸度を有することができるので、繊維強化プラスチック成型品１０の性能のバラツキを小さくすることができる。
【００２４】
第１および第２の補強繊維としては、無機繊維であるガラス繊維を用いてもよいが、有機繊維を用いることが好ましい。用いることのできる有機繊維としては、たとえばビニロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、アクリルニトリル、レーヨン、芳香族ポリアミド（たとえばノーメックス（登録商標））などが挙げられる。
【００２５】
第１および第２の補強繊維の太さは、たとえばビニロン繊維（日本バイリーン製、クラレ製、またはユニチカ製）を用いる場合には１４μｍであり、ポリエチレン繊維（東洋紡製）を用いる場合には１２μｍである。なお、この第１および第２の補強繊維の太さは一例であり、これらの補強繊維よりも太いもの、または細いものを用いることもできる。
【００２６】
心材１１を構成する第１の樹脂、第１の補強層１２を構成する第２の樹脂、および第２の補強層１３を構成する第３の樹脂は、特に限定されず、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができ、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【００２７】
また、第１、第２および第３の樹脂は、透明であることが好ましい。透明であると、心材１１を構成する天然繊維が内部に配置されていることが見えるので、意匠的に優れたものになる。なお、第１、第２、および第３の樹脂は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２８】
続いて、本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品の製造方法について説明する。本実施の形態では、ハンドレイアップ（hand  lay  up）成型法により繊維強化プラスチック成型品を製造する。
【００２９】
まず、天然繊維と第１の樹脂とを含む第１のシートを準備する。第１のシートは、たとえば天然繊維に第１の樹脂が含侵されている。このような第１のシートは、たとえば予め綿打ち機などにより天然繊維が平面的に分散され、ある程度均質な厚さに成型された資材（たとえば不織マット、不織布）、連続繊維からなる長繊維不織布、織物、編物などを用いることができる。天然繊維および第１の樹脂は、上述した材料を用いることができる。
【００３０】
次に、第１のシートの表面に、第１の補強繊維と第２の樹脂とを含む第２のシートを配置し、かつ第１のシートの裏面に、第２の補強繊維と第３の樹脂とを含む第３のシートを配置する。第２および第３のシートは、たとえば第１および第２の補強繊維に第２および第３の樹脂が含侵されている。第２および第３のシートを構成する第２および第３の補強繊維は、予めバインダー、ステッチなどにより相互に緊結されていてもよく、予め網目状に織られていてもよい。第２および第３の補強繊維、第２および第３の樹脂は、上述した材料を用いることができる。
【００３１】
第１および第２の補強繊維の表面処理および太さを調整することにより、光の透過性を確保することが好ましい。つまり、第１および第２の補強繊維は、後述する硬化する工程後に、視覚的に第１、第２および第３の樹脂と同化し、ほとんど見えなくなることが好ましい。この場合、天然繊維を透過させることができるので、意匠性を向上することができる。
【００３２】
次に、第１、第２および第３のシートの第１、第２および第３の樹脂を硬化する。これにより、第１、第２および第３のシートを一体に成型することができる。
【００３３】
以上の工程を実施することにより、図１に示す繊維強化プラスチック成型品１０を製造することができる。このように製造された繊維強化プラスチック成型品１０は、意匠性を有する天然繊維を中央部に配置し、強度を有する第１および第２の補強繊維を表面１０ａおよび裏面１０ｂに配置することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品は、実施の形態１における図１と同様である。なお、本実施の形態では、第１、第２および第３の樹脂は同じである。
【００３５】
続いて、図１を参照して、本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品の製造方法について説明する。本実施の形態では、レジントランスファーモールディング（resin  transfer  molding）成型法により繊維強化プラスチック成型品１０を製造する。
【００３６】
まず、型の内部に、天然繊維と、天然繊維を挟む第１および第２の補強繊維とを配置する。つまり、型の内部に、下から順に、第２の補強繊維、天然繊維、および第１の補強繊維を配置する。天然繊維、第１の補強繊維、および第２の補強繊維は、実施の形態１と同様である。
【００３７】
次に、型の内部に樹脂を注入する。樹脂は、実施の形態の第１、第２および第３の樹脂と同様である。
【００３８】
次に、樹脂を硬化する。これにより、天然繊維、第１の補強繊維、および第２の補強繊維を樹脂を介して一体に成型することができる。
【００３９】
以上の工程を実施することにより、図１に示す繊維強化プラスチック成型品１０を製造することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図２を参照して、本発明の一実施の形態における繊維強化プラスチック成型品について説明する。図２に示すように、本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品２０は、基本的には、図１に示す繊維強化プラスチック成型品１０と同様の構成を備えているが、心材１１が複数の層２１〜２３を含んでいる点において異なっている。
【００４１】
具体的には、本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品２０は、複数の層２１〜２３を含む心材１１と、第１の補強層１２と、第２の補強層１３とを備えている。心材１１を構成する複数の層２１〜２３は、同じであっても、異なっていてもよい。
【００４２】
本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品２０の製造方法は、基本的には、実施の形態１と同様であるが、第１のシートを複数準備する点において異なっている。複数の第１の層は、同じであっても、異なっていてもよい。なお、本実施の形態では３枚の第１のシートを準備している。
【００４３】
ここで、第１のシートおよび第１のシートにより形成される心材１１は、３枚（３層）に限定されず、２枚（２層）であってもよく、４枚（４層）以上であってもよい。
【００４４】
また、第１および第２の補強層１２、１３は、繊維強化プラスチック成型品２０の表面２０ａおよび裏面２０ｂに位置していれば、１層であっても、複数の層（図示せず）であってもよい。第１および第２の補強層１２、１３が複数の層の場合、複数の層は同じであっても、異なっていてもよい。
【００４５】
（実施の形態４）
本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品は、実施の形態３における図２と同様である。なお、本実施の形態では、第１、第２および第３の樹脂は同じである。
【００４６】
本実施の形態における繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、実施の形態３と同様であるが、天然繊維と、第１および第２の補強繊維とを配置する工程において異なっている。
【００４７】
具体的には、型の内部に、下から順に、第２の補強繊維、複数の天然繊維、および第１の補強繊維を配置する。
【実施例】
【００４８】
本実施例では、天然繊維を含む心材と、この心材の表面および裏面に形成された第１および第２の補強層とを備えた繊維強化プラスチック成型品を製造することの効果について調べた。
【００４９】
（本発明例１）
本発明例１では、実施の形態２の製造方法により、繊維強化プラスチック成型品を製造した。具体的には、型の内部に、天然繊維と、天然繊維を挟む補強繊維とを配置した。天然繊維として、竹繊維を用い、補強繊維として、ビニロン繊維を用いた。竹繊維の含有率は、３％であった。
【００５０】
次に、型の内部に、不飽和ポリエステル樹脂を注入した。次に、不飽和ポリエステル樹脂を硬化した。これにより、天然繊維と不飽和ポリエステルとを含む心材と、心材の表面および裏面に形成されたビニロン繊維と不飽和ポリエステル樹脂とを含む第１および第２の補強層とを備えた繊維強化プラスチック成型品を製造した。この繊維強化プラスチック成型品の厚さは、７．０ｍｍであった。
【００５１】
（本発明例２）
本発明例２は、基本的には本発明例１と同様に繊維強化プラスチック成型品を製造したが、型の内部に２層の補強繊維をそれぞれ配置した点および竹繊維の含有率において異なっていた。その結果、心材と、心材の表面および裏面に形成された、２層の第１および第２の補強材を備えた繊維補強強化プラスチック成型品を製造した。この繊維強化プラスチック成型品の厚さは２．５ｍｍであった。また、竹繊維の含有率は、３０％であった。
【００５２】
（比較例１）
比較例１は、基本的には本発明例１と同様に繊維強化プラスチック成型品を製造したが、天然繊維を配置しなかった点において異なっていた。その結果、ビニロン繊維と不飽和ポリエステル樹脂とを含む第１および第２の補強層のみを備えた繊維強化プラスチック成型品を製造した。この繊維強化プラスチック成型品の厚さは７．０ｍｍであった。
【００５３】
（比較例２）
比較例２は、基本的には本発明例１と同様に製造したが、補強繊維および竹繊維を含んでいない点において異なっていた。つまり、型に、不飽和ポリエステル樹脂のみを注入して成型品を製造した。このプラスチック成型品の厚さは８．０ｍｍであった。
【００５４】
（比較例３）
比較例３は、基本的には本発明例１と同様に製造したが、竹繊維の含有率、およびビニロン繊維の代わりにガラス繊維を用いた点において異なっていた。その結果、ガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂とを含む第１および第２の補強層のみを備えた繊維強化プラスチック成型品を製造した。この繊維強化プラスチック成型品の厚さは６．０ｍｍであった。また、竹繊維の含有率は３０％であった。
【００５５】
（測定方法）
本発明例１、２、比較例１〜３について、曲げ強さおよび弾性率を測定した。曲げ強さおよび弾性率は、精密万能試験機（（株）島図製作所のＡＧ−１００ＫＮＧ）を用いて、３点曲げ試験により測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００５６】
【表１】
2010235737.tif 000003
【００５７】
（測定結果）
表１に示すように、本発明例１および２は、天然繊維を含まない比較例１、および、天然繊維と補強繊維とを含まない比較例２よりも曲げ強さおよび弾性率を向上することができた。
【００５８】
また、本発明例１と、比較例１とから、竹繊維は強度が低いものの、竹繊維を含む心材をさらに備えた本発明例１は比較例１よりも強度を向上することができた。つまり、竹繊維を含んでいても、強度の低下がなく、かつ意匠的に優れたものを実現できた。
【００５９】
また、本発明例２と、比較例１、２とから、竹繊維を多く含んでいても、強度を向上できることがわかった。
【００６０】
さらに、本発明例１、２と、比較例３とを比較すると、ガラス繊維の強度が高いため、比較例３は本発明例１、２よりも強度が高かった。しかし、比較例３の中心部に、天然繊維を含む心材をさらに形成した本発明例を製造すると、この比較例３よりも強度を向上できると考えられる。
【００６１】
以上より、本実施例によれば、天然繊維を含む心材と、この心材の表面および裏面に形成された第１および第２の補強層とを備えた繊維強化プラスチック成型品を製造することにより、強度を向上できることが確認できた。
【００６２】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６３】
１０，２０  繊維強化プラスチック成型品、１０ａ，１１ａ，２０ａ  表面、１０ｂ，１１ｂ，２０ｂ  裏面、１１  心材、１２  第１の補強層、１３  第２の補強層、２１  層。
【図１】
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【図２】
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