(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維にマトリックスとしての熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化熱硬化性プラスチックによって多数の孔を有するシート材が成形され、熱可塑性プラスチックによって、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化した後の繊維強化熱硬化プラスチックのシート材の表裏面および孔の内周面を被覆し、熱によって熱可塑性プラスチックを可塑化して形状を修正することにより、前記繊維強化熱硬化プラスチックの形状を熱可塑性プラスチックの修正形状に倣って一体的に修正可能としたことを特徴とする複合材料。
【請求項２】
繊維強化熱硬化プラスチックのシート材に被覆される熱可塑性プラスチックは、繊維強化熱硬化プラスチックのシート材の孔が開いた状態を維持しつつ被覆されている請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
繊維強化熱硬化性プラスチックの強化繊維はメッシュ状の基布の形態となっており、メッシュ状の基布の目が繊維強化熱硬化性プラスチックのシート材の孔に対応している請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項４】
熱可塑性プラスチックと繊維強化熱硬化プラスチックの界面は互いにすべるすべり面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一の請求項に記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックを複合化した複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱硬化性樹脂をマトリックスとした複合材料として、ガラス繊維やカーボン繊維等で強化した繊維強化熱硬化性プラスチック（ＦＲＰ）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような繊維強化熱硬化性プラスチック（ＦＲＰ）は、熱硬化性樹脂をマトリックスとしているために、一度形を作った後は形状の修正ができないという問題があった。
【０００４】
一方、熱可塑性樹脂をマトリックスとして強化繊維で強化した繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）も知られている。この繊維強化熱可塑性プラスチックは、熱で変形させて形状を修正することが可能であるが、剛性が出しにくいという問題があった。また、この種の繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）は、強化繊維、特に剛性を出すのに有効な長繊維を熱可塑性樹脂に含浸させにくい欠点がある。
【０００５】
本発明は、形状の修正が可能でしかも剛性に優れた複合材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の複合材料は、強化繊維にマトリックスとしての熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化熱硬化性プラスチックによって多数の孔を有するシート材が成形され、熱可塑性プラスチックによって、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化した後の繊維強化熱硬化プラスチックのシート材の表裏面および孔の内周面を被覆し、熱によって熱可塑性プラスチックを可塑化して形状を修正することにより、前記繊維強化熱硬化プラスチックの形状を熱可塑性プラスチックの修正形状に倣って一体的に修正可能としたことを特徴とする。
【０００７】
繊維強化熱硬化プラスチックは一度形を作った後は形状の修正ができないが、本発明によれば、熱可塑性プラスチックを熱で可塑化させて所定形状に塑性変形させると、この熱可塑性プラスチックの変形形状に倣って繊維強化熱硬化プラスチックが変形し、複合材料全体の形状が修正される。
【０００８】
また、複合材料全体としての剛性は繊維強化熱硬化プラスチックによって保つことができる。
【０００９】
一方、熱硬化プラスチックは一般的に靭性が乏しく破壊が脆性破壊をするが、熱可塑性プラスチックは衝撃的に破壊することはなく、徐々に破壊が起こる靭性的な破壊をする。本発明は、繊維強化熱硬化プラスチックを熱可塑性プラスチックにて被覆しているので、繊維強化熱硬化プラスチックの剛性を有しながら、熱可塑性プラスチックによって衝撃的な脆性破壊が緩和されて靭性的な破壊をする優れた材料特性を有する。
【００１０】
また、熱硬化プラスチックの表面は擦過されると、たとえば強化繊維の端末が表面から露出してささくれが生じるが、本発明の複合材料によれば、熱可塑性プラスチックが保護膜となって繊維強化熱硬化プラスチック表面が保護される。
【００１３】
強化繊維には、長繊維，短繊維の両方が含まれる。
【００１４】
このようにすれば、外力に対する面剛性が強くしかも形状修正が容易となる。
【００１６】
繊維強化熱硬化プラスチックのシート材については、従来はシート材形状の修正は不可能であったが、上記したように熱可塑性プラスチックと組み合わせることによって、形状の修正が可能となる。特に、繊維強化熱硬化プラスチックのシート材の表裏面および孔内周面全面が、熱可塑性プラスチックによって立体的に包まれるように被覆されるので、形状修正が効果的になされる。また、熱可塑性プラスチックが脱落しない。
【００１７】
本発明の複合材料のシート材を用いれば、身体表面のような複雑な凹凸形状を有する面に当てがって使用するような場合に、表面形状に適合するように形状を修正することができ、フィット性を向上させることができる。
【００１８】
繊維強化熱硬化プラスチックのシート材に被覆される熱可塑性プラスチックは、繊維強化熱硬化プラスチックのシート材の孔が開いた状態を維持しつつ被覆されていることが好ましい。このようにすれば、形状の微修正が可能となる。
【００１９】
繊維強化熱硬化性プラスチックの強化繊維はメッシュ状の基布の形態となっており、メッシュ状の基布の目が繊維強化熱硬化性プラスチックのシート材の孔に対応していることを特徴とする。
【００２０】
基布には、クロス（織物，織布）、編物、不織布等が含まれる。
【００２１】
このように繊維を基布の形態とすれば強度が高く、また、織物や編物組織の場合には、組織を構成する各糸表面が熱可塑性プラスチックによって被覆され、各糸の単位で形状の修正が可能となるので、形状の修正がより効果的になされる。
【００２２】
繊維強化熱硬化プラスチックに被覆される熱可塑性プラスチックは、繊維強化熱硬化プラスチックの孔が開いた状態を維持しつつ被覆されていることを特徴とする。
【００２３】
このように孔が開いた状態であれば、軽量化されるだけでなく、形状を修正しやすくなる。
【００２８】
上記熱可塑性プラスチックと繊維強化熱硬化プラスチックの界面は互いにすべるすべり面であることを特徴とする。
【００２９】
このように熱可塑性プラスチックと繊維強化熱硬化プラスチックの界面をすべり面とすれば、熱可塑性プラスチックの形状を修正する際に繊維強化熱硬化プラスチックとの界面からせん断力が作用せず、形状修正が容易となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３１】
図１および図２は本発明の一実施の形態に係る複合材料が示されている。
【００３２】
すなわち、この複合材料１は、熱硬化プラスチックとしての繊維強化熱硬化プラスチック２に熱可塑性プラスチック３を被覆し、熱によって熱可塑性プラスチック３を可塑化して形状を修正することにより、繊維強化熱硬化プラスチック２の形状を熱可塑性プラスチック３の修正形状に倣って一体的に修正可能となるように構成されている。
【００３３】
繊維強化熱硬化プラスチック（ＦＲＰ）２は、強化繊維によって構成される基布４にマトリックスとしての熱硬化性樹脂（ＴＳ）２１を含浸させたシート材の形態に成形されている。
【００３４】
熱硬化性樹脂２１（ＴＳ；Ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ  Ｒｅｓｉｎ）としては、エポキシ樹脂（ＥＰ）の他に、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ），フェノール樹脂（ＰＦ），ポリイミド樹脂（ＰＩ），ビスマレイミド樹脂（ＢＭＩ），ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ），ポリシアネート樹脂等が用いられる。
【００３５】
本実施の形態の基布４は織物組織で、織り糸４２は各種強化繊維４１により構成されるファイバ−やストランド（長繊維の束）によって構成される。熱硬化性樹脂２１は各織り糸４２に含浸されている。図示例の織り糸４２はストランドである。
【００３６】
強化繊維４１としては、たとえば、炭素繊維（ＣＦ），ガラス繊維（ＧＦ），アラミド樹脂（ＡｒＦ），ＰＢＯ繊維，ポリアリレート繊維，高強度ポリエチレン繊維，ポリアセタール繊維，アルミナ繊維（ＡＦ），炭化ケイ素繊維（ＳｉＣＦ），チラノ繊維，ボロン繊維，アモルファス金属繊維，ステンレス繊維，超弾性ＮＴ合金ワイヤ，チタンワイヤ等が適用可能である。
【００３７】
織物組織としては、図示例では２軸の平織り構造で、各織り糸４２間に孔としての織り目４３が開口した状態となっている。
【００３８】
上記熱可塑性プラスチック３は、この繊維強化熱硬化プラスチック２の各織り糸４２表面に全周的に被覆され、全体として織物組織を包み込むように被覆されている。
【００３９】
すなわち、図２（ｃ），（ｆ）に示すような断面構造の基布４の各織り糸４２に、同図（ｄ），（ｇ）に示すように熱硬化性樹脂２１を含浸させて繊維強化熱硬化プラスチック２が構成され、その上にさらに図２（ｂ），（ｅ）に示すように熱可塑性プラスチック３が被覆されている。
【００４０】
この熱可塑性プラスチック３の被覆は、図２（ｂ），（ｅ）に示す例では繊維強化熱硬化プラスチック２に熱可塑性プラスチック３を後述する浸漬やパウダ付着等の方法で被覆させたもので、基布４の織物組織の形態の凹凸形状が熱可塑性プラスチック３表面に現れる。
【００４１】
一方、後述する型成形によれば、同図（ｈ），（ｉ）に示すように、織物組織等の基布４の形状とは無関係に、熱可塑性プラスチック３の表面形状および孔４３内周形状は金型のキャビティ内周形状によって定まる。
【００４２】
もっとも、基布４の織物組織は２軸織物に限られず、図３に示すような三軸織物等の多軸織物が適用可能である。このような三軸織物は目ずれがなく、あらゆる方向の引張り強度が均等で方向性が無いので、シート材として好適である。
【００４３】
図３（ｂ）〜（ｄ）は、繊維強化熱硬化プラスチック２に熱可塑性プラスチック３を後述する浸漬やパウダ付着等の方法で被覆させたもの、同図（ｅ）〜（ｇ）は熱可塑性プラスチック３を型成形した例を示している。
【００４４】
熱可塑性プラスチック３（ＴＰ；Ｔｈｅｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）としては、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリサルフォン（ＰＳＵ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），ポリアミド（ＰＡ），ポリアミドイミド（ＰＡＩ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリプロピレン（ＰＰ），高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ），エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ），酢酸セルロース（ＣＡ），酪酢酸セルロース（ＣＡＢ），エチルセルロース，ポリアリレート，ポリウレタン，ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ），ＡＢＳ，ポリカーボネート（ＰＣ），ポリスチレン（ＰＳ），アイオノマー（ＩＯ），メタクリル（ＰＭＭＡ），ポリメチルペンテン等、種々の樹脂が適用可能である。
【００４５】
この熱可塑性プラスチック３も、熱硬化性プラスチックと同様、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性プラスチックとしてもよい。
【００４６】
なお、図示しないが、基布４は織物に限定されるものではなく、各種編物組織によって構成してもよいし、不織布によって構成してもよい。
【００４７】
繊維強化熱硬化プラスチック２は一度形を作った後は形状の修正ができないが、熱で熱可塑性プラスチック３を変形させ所定形状に修正して冷却硬化させ、この修正形状に倣って繊維強化熱硬化プラスチック２を弾性変形させることによって、図１（ｄ）に示すように、全体としての形状を所定形状に修正することができる。また、複合材料１全体としての剛性は繊維強化熱硬化プラスチック２によって保つことができる。
【００４８】
もちろん、熱可塑性プラスチック３は、形状修正した後に繊維強化熱硬化プラスチック２の弾性復元力に対して形状を保持し得る程度の剛性が必要である。剛性は、繊維強化熱硬化プラスチック２と熱可塑性プラスチック３の相対的な関係で、材料の材質，形状，寸法，弾性率等を勘案して材料力学的に設定される。
【００４９】
また、熱可塑性プラスチック３による繊維強化熱硬化プラスチック２の形状修正は、繊維強化熱硬化プラスチック２の厚さが薄い方が修正しやすいが、薄くすると面剛性が低くなってしまう。
【００５０】
本実施の形態によれば、繊維強化熱硬化プラスチック２を基布４に熱硬化性樹脂２１を含浸させたシート材としているので、外力に対する面剛性が強くしかも形状修正が容易な複合材料となっている。
【００５１】
また、基布４の織り目４３が開いた構成となっているので、軽量でかつ面剛性が高く、しかも形状修正が容易となっている。このように織り目４３が開いた構造とすれば、通気性を有する。
【００５２】
また、熱可塑性プラスチック３と繊維強化熱硬化プラスチック２の界面は互いにすべるすべり面となっているので、熱可塑性プラスチック３の形状を修正する際に繊維強化熱硬化プラスチック２との界面からせん断力が作用せず、形状修正が容易となる。
【００５３】
この熱可塑性プラスチック３と繊維強化熱硬化プラスチック２の界面は、熱可塑性プラスチック３を織物組織の繊維強化熱硬化プラスチック２の各織り糸４１表面に全周的に被覆して立体的な被覆構造となっているために、剥離の問題はない。
【００５４】
一方、繊維強化熱硬化プラスチック２は靭性が乏しく破壊が脆性破壊をするが、熱可塑性プラスチック３は衝撃的に破壊することはなく、徐々に破壊が起こる靭性的な破壊をする。本発明の複合材料１は、繊維強化熱硬化プラスチック２を熱可塑性プラスチック３にて被覆しているので、繊維強化熱硬化プラスチック２の剛性を有しながら、熱可塑性プラスチック３によって衝撃的な脆性破壊が緩和されて靭性的な破壊をする優れた材料特性を有する。
【００５５】
また、繊維強化熱硬化プラスチック２の表面は擦過されると、基布４の強化繊維４１の端末が表面から露出してささくれが生じるが、本発明の複合材料１によれば、熱可塑性プラスチック３が保護膜となって繊維強化熱硬化プラスチック２表面が保護される。
【００５６】
次に、図４を用いて、上記複合材料１の製造方法について説明する。
【００５７】
繊維強化熱硬化プラスチック２の成形手順は次の通りである。
【００５８】
まず、基布４に熱硬化性樹脂２１を含浸させる。場合によっては、化学反応が未完了で硬化前状態のプレプレグを作る。
【００５９】
次いで、オートクレーブやプレス機を用いて、加熱・加圧成形して繊維強化熱硬化プラスチック２を成形する。
【００６０】
熱可塑性プラスチック３の被覆は、図４に示すように、（ａ）溶剤ドープ含浸、加熱溶剤除去（ｂ）基材加熱、パウダ付着溶融（ｃ）金型セット、プレス成形（ｄ）金型セット、射出成形の加工方法の何れかを用いて行われる。
【００６１】
（ａ）の方法は、溶剤に溶かした熱可塑性樹脂の濃厚溶液３０に繊維強化熱硬化プラスチック２を含浸させ、加熱した溶剤を除去する方法である。
【００６２】
（ｂ）の方法は、熱硬化性プラスチックを加熱した後、熱可塑性樹脂のパウダ３１を付着溶融させる方法である。
【００６３】
（ｃ）の方法は、繊維強化熱硬化プラスチック２と共に熱可塑性プラスチック３２を型開きした金型１００内にセットし、加熱すると同時にプレスによって型閉め、所定形状に成形する方法である。
【００６４】
（ｄ）の方法は、繊維強化熱硬化プラスチック２を金型１００内にインサートして型閉めし、加熱溶融または二液反応性の熱可塑性樹脂を金型１００のキャビティ１０１内に射出して、所定形状に成形するインサート成形方法である。
【００６５】
［参考例］
図５には、参考例が示されている。
【００６６】
図５（ａ）〜（ｅ）に示す例は、線材２０１とした例である。
【００６７】
すなわち、繊維強化熱硬化プラスチック等の熱硬化プラスチック２０２を線状に成形し、この熱硬化プラスチック２０２表面に熱可塑性プラスチック２０３を被覆したものである。この熱可塑性プラスチック２０３の形状は、図５（ｃ）に示すように、閉断面形状として全周的に熱硬化プラスチック２０２を被覆している必要はなく、熱硬化プラスチック２０２を拘束して一体的に変形可能であれば、図５（ｄ）に示すように開断面形状としてもよい。
【００６８】
図５（ｆ）に示す例は、パイプ材３０１とした例である。
【００６９】
すなわち、パイプ状に延びる熱硬化プラスチック３０２を成形し、この熱硬化プラスチック３０２の外表面に熱可塑性プラスチック３０３を被覆したものである。この場合も、熱可塑性プラスチック３０３の断面形状は閉断面形状に限らず、開断面形状に成形することができる。
【００７０】
図５（ｇ），（ｉ）に示す例は、板材４０１とした例である。
【００７１】
すなわち、板状に成形した熱硬化プラスチック４０２を設け、この熱硬化プラスチック４０２の外表面を、図５（ｈ），（ｉ）に示すように、閉断面あるいは開断面形状の熱可塑性プラスチック４０３で被覆したものである。
【００７２】
図５（ｊ），（ｋ）に示す例は、シート材５０１とした例である。
【００７３】
すなわち、シート状に成形した熱硬化プラスチック５０２の表裏両面に熱可塑性プラスチック５０３を被覆したものである。この場合、熱硬化プラスチック５０２と熱可塑性プラスチック５０３の界面が剥離しないように、シート状の熱硬化プラスチック５０２に連結部５０４を設け、表側と裏側の熱可塑性プラスチック５０３を連結部５０４を介して連結しておけばよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、繊維強化熱硬化プラスチックは一度形を作った後は形状の修正ができないが、繊維強化熱硬化プラスチックに被覆した熱可塑性プラスチックを変形させることによって繊維強化熱硬化プラスチックの形状の修正が可能となり、しかも繊維強化熱硬化プラスチックの剛性を維持することができる。
【００７６】
また、繊維強化熱硬化プラスチックの剛性を有しながら、熱可塑性プラスチックによって繊維強化熱硬化プラスチックの衝撃的な脆性破壊が緩和されて靭性的な破壊をする優れた特性を有する。
【００７７】
さらに、熱可塑性プラスチックが繊維強化熱硬化プラスチック表面の保護膜としても機能する。
【００７８】
熱硬化プラスチックが繊維強化樹脂材料であるので、外力に対する面剛性を維持しつつ熱硬化プラスチックの厚みを薄くでき、しかも形状修正が容易となる。
【００７９】
特に、繊維を基布の形態とし熱硬化性プラスチックを基布に熱硬化性樹脂を含浸させたシート状物とすれば、軽量でしかも外力に対する面剛性をより強くでき、形状修正も容易にできる。
【００８０】
さらに、基布組織を織物等の目が開いたメッシュ状の形態とすれば、軽量でかつ面剛性が高く、しかも形状修正が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に係る複合材料を示すもので、同図(ａ)は概略平面図、同図(ｂ)は一部破断部分拡大平面図、同図(ｃ)，(ｄ)は形状修正の説明図、同図(ｅ)は部分拡大斜視図、同図(ｆ)は部分拡大断面図である。
【図２】図２は図１の複合材料をより詳細に示すもので、同図(ａ)は一部破断平面図、同図(ｂ)は同図(ａ)のｂ−ｂ線の位置の切断端面図、同図(ｃ)は同図(ｂ)の基布のみの切断端面図、同図(ｄ)は同図(ｃ)の基布に熱硬化性樹脂を含浸させて繊維強化熱硬化性プラスチックとした状態の切断端面図、同図(ｅ)は同図(ａ)のｅ−ｅ線の位置の切断端面図、同図(ｆ)は同図(ｅ)の基布のみの切断端面図、同図(ｇ)は同図(ｆ)の基布に熱硬化性樹脂を含浸させて繊維強化熱硬化性プラスチックとした状態の切断端面図、同図(ｈ)，(ｉ)は型成形した場合の同図(ａ)のｂ−ｂ線位置およびｅ−ｅ線位置の切断端面図である。
【図３】図３は基布を三軸織物とした場合の複合材料の形態を示すもので、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)はｂ−ｂ線の位置の切断端面図、同図(ｃ)はｃ−ｃ線の位置の切断端面図、同図(ｄ)はｄ−ｄ線の位置の切断端面図、同図(ｅ)〜(ｇ)は型成形した場合の上記ｃ−ｃ線，ｄ−ｄ線およびｅ−ｅ線のそれぞれの位置での切断端面図である。
【図４】図４は図１の複合材料の成形工程の一例を示す図である。
【図５】図５は参考例に係る複合材料を示す図である。
【符号の説明】
１  複合材料
２  繊維強化熱硬化プラスチック
２１  熱硬化性樹脂
３  熱可塑性プラスチック
４  基布
４１  繊維
４２  織り糸
４３  織り目
【図１】
0003602680.tif 000002
【図２】
0003602680.tif 000003
【図３】
0003602680.tif 000004
【図４】
0003602680.tif 000005
【図５】
0003602680.tif 000006