(57)【要約】【課題】  軽量・高強度であって、優れた外観を呈し、環境問題の観点からも有用な外板部材を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の外板部材は、少なくとも外側表面部が、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、繊維材を保持する樹脂と、からなる複合材料から構成される。繊維材は、複合材料を１００重量％としたときに１〜９９重量％含まれるが好ましく、さらに好ましくは２０〜７５重量％である。  また、外側表面部は、車両の車体表面であるのが望ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも外側表面部が、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、該繊維材を保持する樹脂と、からなる複合材料から構成されることを特徴とする外板部材。
【請求項２】
前記複合材料は、該複合材料を１００重量％としたときに前記繊維材を１〜９９重量％含む請求項１記載の外板部材。
【請求項３】
前記複合材料は、該複合材料を１００重量％としたときに前記繊維材を２０〜７５重量％含む請求項１記載の外板部材。
【請求項４】
前記樹脂は耐熱性樹脂である請求項１記載の外板部材。
【請求項５】
前記外側表面部は、車両の車体表面部である請求項１〜４のいずれかに記載の外板部材。
【請求項６】
前記外側表面部は、その表面に塗装された表面塗装層をもつ請求項５記載の車両用外板部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体の外表面などに使用される外板部材に関するものであって、特に、植物繊維を用いた複合材料から構成される外板部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異種の構成素材を組み合わせてできた複合材料は、構成素材の種類や体積比率を変化させることにより、従来の材料では達成できないような様々な特性を有する材料となるため、工業材料の多くの分野で極めて有用である。たとえば、各種マトリックス材料に、炭素繊維やガラス繊維などを補強素材として用いた、高強度の繊維強化複合材料が知られている。
【０００３】
この際、炭素繊維やガラス繊維は、補強効果を向上させるために、織物など長繊維の状態で用いられることが多い。ところが、長繊維を補強素材として用いた繊維強化複合材料の表面は、繊維の筋が表面形状に現れるため、外板部材として用いるには外観性に乏しいものである。特に、織物を用いた場合には、織物に特有の凹凸形状の影響で表面粗さが大きくなる。
【０００４】
また、補強素材として植物繊維を用いた繊維強化複合材料がある。植物繊維は、焼却処理が可能であったり、微生物などに分解されることから、環境に優しい材料として注目されている。たとえば、特許文献１には、植物繊維であるセルロースミクロフィブリルと添加剤とからなる複合材料が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の複合材料に関しては、表面の形状が不明である。そのため、特許文献１では、この複合材料を優れた外観が必要とされる部材、たとえば自動車の車体に用いられるような外板部材に使用することは、考えられていない。
【特許文献１】特開２００３−２０１６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、軽量・高強度であって、優れた外観を呈し、環境問題の観点からも有用な外板部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の外板部材は、少なくとも外側表面部が、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、該繊維材を保持する樹脂と、からなる複合材料から構成されることを特徴とする。
【０００７】
この際、前記複合材料は、該複合材料を１００重量％としたときに前記繊維材を１〜９９重量％含むのが好ましく、２０〜７５重量％含むのがさらに好ましい。また、前記外側表面部は、車両の車体表面部であるのが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の外板部材は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材を用いた複合材料から構成される。この複合材料を用いた外板部材は、高強度であることに加え、セルロースミクロフィブリルの特徴的な形状（後に詳説）により優れた外観をもつ。また、複合材料は、繊維材と樹脂とからなるため、軽量である。
【０００９】
この際、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を１〜９９重量％とすれば、繊維材が樹脂に良好に保持され、高強度で優れた外観をもつ複合材料となる。また、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を２０〜７５重量％とすれば、特に優れた外観をもつ複合材料となる。
【００１０】
なお、本発明の外板部材は、特に、自動車等の車体を構成する車両用外板部材として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の外板部材を実施するための最良の形態を説明する。
【００１２】
本発明の外板部材は、少なくとも外側表面部が、複合材料から構成される。複合材料は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と、該繊維材を保持する樹脂と、からなる。
【００１３】
本発明において、セルロースミクロフィブリルとは、ミクロフィブリル化したセルロース繊維である。ミクロフィブリル化とは、繊維の中のミクロフィブリル（微小繊維）が摩擦によって表面に現れて毛羽立ち、ささくれる現象である。具体的には、セルロース繊維に強力な機械的剪断力を加えてミクロフィブリル化すると、セルロース繊維は数万本に引き裂かれ、繊維径が０．１〜０．０１μｍの太さにまで細分化される。また、セルロース繊維の種類に特に限定はなく、原料としては、樹木などの植物の他、バクテリア、ホヤの被嚢など微生物や動物由来の繊維であってもよい。
【００１４】
セルロースミクロフィブリルは、ミクロフィブリル化による表面積の増大と、微小繊維の絡み合いによる三次元網目構造の形成により、繊維材を保持する樹脂との接合性がよい。そのため、複合材料の補強素材として好適である。また、セルロース繊維はリグニンやヘミセルロースなどを含む通常の植物繊維に比べ高強度であり、炭素繊維やガラス繊維と同程度の機械的強度（２ＧＰａ程度）を有する。そのため、セルロースミクロフィブリルを用いた複合材料は、高強度である。
【００１５】
樹脂は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材を保持することができれば、その種類に特に限定はないが、耐熱性樹脂であるのが好ましい。樹脂が耐熱性樹脂であれば、使用環境が高温下であったり、使用中に温度が上昇したりする外板部材であっても、熱により樹脂成分が変性することなく使用できる。また、セルロース繊維は、リグニンやヘミセルロースなどを含む通常の植物繊維に比べ、耐熱性にも優れる。そのため、セルロースミクロフィブリルと耐熱性樹脂とを併用しても、耐熱性樹脂の耐熱性を損なうことはない。
【００１６】
樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂が好適である。また、熱可塑性樹脂を用いる場合には、セルロースミクロフィブリルの分解温度を考慮すると、成形時に非常に高温になる樹脂（たとえば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）樹脂など）は望ましくない。ポリアミド（ＰＡ）樹脂、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂などが、好適である。
【００１７】
複合材料は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材の含有量が少なくても補強素材としての効果があるが、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を１重量％以上含むのが好ましく、さらに好ましくは１０重量％以上、２０重量％以上である。繊維材を１重量％以上含む複合材料であれば、補強効果が良好に発現されるため好ましい。繊維材を１０重量％以上、２０重量％以上含む複合材料であれば、繊維材の含有量が多いほど補強効果が大きく現れるため、さらに好ましい。また、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を９９重量％以下含むのが好ましく、さらに好ましくは９０重量％以下、７５重量％以下、６５重量％以下、６０重量％以下である。繊維材を９９重量％以下含む複合材料であれば、繊維材は樹脂に良好に保持されるため好ましい。繊維材を９０重量％以下含む複合材料であれば、空隙の少ない緻密な複合材料となる。繊維材を７５重量％以下、６５重量％以下、６０重量％以下含む複合材料であれば、繊維材の含有量が少ないほど外観が向上するため、特に優れた外観をもつ複合材料となる。
【００１８】
すなわち、複合材料を１００重量％としたときに繊維材を１〜９９重量％含むのが好ましく、高強度で優れた外観をもつ複合材料となる。また、繊維材を２０〜７５重量％含むのがさらに好ましく、高強度であり、さらに優れた外観をもつ複合材料となる。
【００１９】
ここで、「優れた外観をもつ」とは、表面が滑らかである様子を指し、具体的には、複合材料の表面粗さが小さいことを意味する。本発明では、複合材料にミクロフィブリル化により細分化されたセルロースミクロフィブリルを用いるため、セルロースミクロフィブリルの繊維が複合材料の表面形状に影響することがない。そのため、複合材料の表面粗さは、非常に小さいものとなる。具体的には、算術平均粗さＲａが０．５０μｍ以下であるのが好ましく、さらに好ましくは０．３０μｍ以下である。また、最大高さＲｙ（Ｒｍａｘ）が１０μｍ以下であるのが好ましく、さらに好ましくは８μｍ以下である。表面粗さが上記の範囲にあれば、本発明の外板部材の表面は、適度な光沢を有し意匠性に優れた外観を呈する。なお、表面粗さの算出方法は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定された方法に従う。
【００２０】
複合材料は、従来行われているように、樹脂の種類に応じて適切な温度、時間で処理することにより製造すればよい。たとえば、樹脂が熱可塑性樹脂であれば、セルロースミクロフィブリルと樹脂との混合物を、加熱により溶融させたあと成形する方法を用いることができる。また、フィルム状または粉末状の樹脂とセルロースミクロフィブリルを抄造したシートとを積層し、ホットプレスすることにより溶融含浸、冷却させて成形してもよい。また、樹脂が熱硬化性樹脂であれば、熱硬化性樹脂の溶液にセルロースミクロフィブリルを分散させた混合液を用いて成形することも可能であるし、セルロースミクロフィブリルのシートに熱硬化性樹脂を含浸させた半硬化状態のシート状成型用中間材料から熱硬化性樹脂を硬化させて成形することも可能である。
【００２１】
本発明の外板部材は、少なくとも外側表面部が複合材料から構成されていれば十分である。つまり、全体が複合材料からなる必要はなく、たとえば、意匠性を必要とする部分が複合材料から構成されていればよい。たとえば、外側表面部以外の部分が、樹脂を主成分とし複合材料とは異なる成分の部材や、金属製、セラミックス製の部材であってもよい。なお、外側表面部以外の他の部分が金属等である場合には、各種接着剤により両者を接着したり、他の部分と一体的に複合材料を形成してもよい。
【００２２】
なお、外側表面部以外の他の部分が金属やセラミックスである場合には、複合材料との密着性が問題となる。密着性に影響する要因のひとつに線膨張係数があり、両者の線膨張係数の差が大きいと温度変化に起因して界面に亀裂が発生する。ところが、セルロースミクロフィブリルは、その線膨張係数が０．１×１０-6／Ｋ程度で非常に小さいため、繊維材の含有量を変えることにより複合材料の線膨張係数を調整することが可能である。具体的には、重量比で１：１のセルロースミクロフィブリルとフェノール樹脂とからなる複合材料は、その線膨張係数が１０〜２０×１０-6／Ｋである。そのため、線膨張係数が１１〜１２×１０-6／Ｋ程度である鋼材や２０〜２５×１０-6／Ｋ程度であるアルミニウム合金との密着性が良好である。さらに、セルロースミクロフィブリルの含有量によっては、複合材料の線膨張係数が小さくなるため、精度よく成形体を製造することができる。
【００２３】
また、外板部材の形状や機能等も問わないものであり、外板部材を適用する各種装置の形態に応じたものであればよいが、複合材料が位置する外側表面部は、自動車等の車両の車体表面部（すなわち車両の車体の外側面を含む部分）であるのが特に望ましい。本発明の外板部材は、繊維材と樹脂とからなる複合材料が用いられているので、強度が高く軽量である。そのため、車体に要求される強度や重量の基準を満たすことができる。さらに、既に説明したように、本発明の外板部材は、表面粗さが小さいため、見栄えの良い車体表面が得られる。
【００２４】
本発明の外板部材は、上記の車両用外板部材として用いるほか、冷蔵庫などの電化製品の外板や、建築用の舗装材や内装材、本棚などの事務用品、机などの家具など、高い意匠性が求められる部材として用いることができる。
【００２５】
外側表面部は、さらに、その表面に塗装された表面塗装層を形成してもよい。表面粗さの小さい複合材料が外側表面部に位置する外板部材は、塗装表面の仕上がり性にも優れる。
【００２６】
以上、本発明の外板部材の実施形態を説明したが、本発明の外板部材は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の外板部材は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【実施例】
【００２７】
以下に、本発明の外板部材の実施例を、図１〜図６を用いて説明する。
【００２８】
［実施例１］
セルロースミクロフィブリル（ダイセル化学工業株式会社製、セリッシュＫＹ−１００Ｇ）と、水溶性のフェノール樹脂と、を所定の割合で混合・攪拌した。得られた混合物をシート状に成形して乾燥させて、プリプレグを作製した。得られたプリプレグを複数枚積層して、使用したフェノール樹脂に応じた加圧・加熱の条件で厚さ方向（積層方向）に熱プレスを行い、セルロースミクロフィブリル２０ｗｔ％、フェノール樹脂８０ｗｔ％の複合材料からなる厚さ１ｍｍの板状の外板部材を得た。
【００２９】
［実施例２］
セルロースミクロフィブリルとフェノール樹脂との混合割合を変えた他は、実施例１と同様にして外板部材を作製した。なお、得られた外板部材は、セルロースミクロフィブリル５０ｗｔ％、フェノール樹脂５０ｗｔ％であった。
【００３０】
［実施例３］
セルロースミクロフィブリルとフェノール樹脂との混合割合を変えた他は、実施例１と同様にして外板部材を作製した。なお、得られた外板部材は、セルロースミクロフィブリル７５ｗｔ％、フェノール樹脂２５ｗｔ％であった。
【００３１】
［比較例１］
フィラメントの本数が６０００本の繊維束からなる平織物である炭素繊維織物（Ｔ３００−６Ｋ）と、ポリアミド樹脂製の樹脂フィルムとを、炭素繊維織物が樹脂フィルムの間に位置するようにして交互に積層させた。得られた積層体に、使用したポリアミド樹脂に応じた加圧・加熱の条件で熱プレスを行い、樹脂を炭素繊維織物に溶融含浸させ、厚さ１ｍｍの複合材料（外板部材）を得た。なお、得られた複合材料は、炭素繊維５０ｗｔ％、ポリアミド樹脂５０ｗｔ％であった。
【００３２】
［比較例２］
セルロースミクロフィブリルを木粉に変えた他は、実施例１と同様にして外板部材を作製した。なお、得られた外板部材（複合材料）は、木粉５０ｗｔ％、フェノール樹脂５０ｗｔ％であった。
【００３３】
［評価］
実施例１〜３および比較例１の外板部材の表面形状を測定した。表面形状は、東京精密製サーフコム1400Ａを用いて測定を行った。結果を図１〜図４に示す。図１〜図４において、縦方向とは外板部材の厚さ方向であり、横方向とは縦方向と垂直な方向である。なお、図５は、実施例および比較例の外板部材を作製する際に用いた金型の表面形状を示す。表面形状を測定した部分は、熱プレス時に外板部材の表面と当接する、鏡面仕上げされた金型表面である。図１〜図４に示された表面形状は、熱プレス時に金型と当接した外板部材の表面のものである。
【００３４】
また、実施例１〜３および比較例１の外板部材と金型の表面粗さ（算術平均粗さＲａおよび最大高さＲｍａｘ）を算出した。算出方法は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４）に規定された方法に従う。
【００３５】
なお、各実施例と比較例とでは、使用する樹脂の種類が異なるが、樹脂の種類は表面粗さに影響するものではない。
【００３６】
さらに、実施例１および比較例２の外板部材に対して、３点曲げ試験を行った。３点曲げ試験は、各外板部材を切り出して４０ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍの試験片とし、支点間距離３２ｍｍ、変位速度１ｍｍ／分の条件で支点間の中央に圧縮荷重をかけて行った。
【００３７】
以上の測定結果を、表１にまとめて示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
繊維材として炭素繊維を用いた複合材料は高強度であることが知られているが、比較例１の外板部材の表面形状（図４）やＲａ、Ｒｍａｘの値からわかるように、その表面は非常に粗かった。一方、セルロースミクロフィブリルを用いた実施例１〜３の外板部材では、その表面形状（図１〜図３）は平坦であった。また、表面粗さはＲａが０．５０μｍ以下、Ｒｍａｘが１０μｍ以下で、比較例１の外板部材に比べて非常に小さい値であった。すなわち、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材と樹脂との複合材料を用いることにより、外板部材の外観は飛躍的に向上した。
【００４０】
さらに、実施例１〜３の試験結果（表１および図１〜図３）からわかるように、セルロースミクロフィブリルの含有量が多いほど、表面粗さが大きくなる傾向にあった。したがって、セルロースミクロフィブリルの含有量が少ないほど、優れた外観を呈する外板部材が得られた。
【００４１】
また、実施例１の外板部材は、比較例２の外板部材よりも曲げ強度および曲げ弾性率が高く、高強度であった。すなわち、セルロースミクロフィブリルを含む複合材料からなる外板部材は、他の植物繊維を用いた複合材料からなる外板部材よりも高強度である。
【００４２】
つまり、本発明の外板部材は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材の含有量が２０〜７５重量％の範囲において特に有効であり、高い強度と優れた外観を両立することができる。
【００４３】
なお、上記の外板部材は、自動車などの車両用外板部材として用いることができる。以下に、本発明の外板部材をフロントフェンダーに適用した場合の構成を説明する。
【００４４】
（応用例：フロントフェンダー）
フロントフェンダーは、車体のフロントボデーの両側面に位置し、車体側面を構成するサイドボデーアウターパネルの前端部に組み付けられる。フロントフェンダーの斜視図および厚さ方向の断面図を図６に示す。フロントフェンダー１００は、フロントフェンダー本体１１０と、その外側表面に形成された表面塗装層１２０と、をもつ。
【００４５】
フロントフェンダー本体１１０は、セルロースミクロフィブリルからなる繊維材１１１と、繊維材を保持する樹脂１１２と、の複合材料からなる成形体である。また、表面塗装層１２０は、車体の塗装に用いられる一般的な塗料を塗装して形成される。上記複合材料からなるフロントフェンダー本体１１０は、表面粗さが小さいため、表面塗装層１２０の仕上がり性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１の外板部材の表面形状の測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例２の外板部材の表面形状の測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例３の外板部材の表面形状の測定結果を示すグラフである。
【図４】比較例１の外板部材の表面形状の測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例１〜３および比較例１および２の外板部材の成形に用いたプレス金型の表面形状の測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の外板部材を用いたフロントフェンダーの斜視図（左上図）と厚さ方向の断面を模式的に示す断面図（右下図）である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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