(57)【要約】【課題】機械強度、特に曲げ物性に優れた繊維強化プラスチックを提供する。【解決手段】本発明の繊維強化プラスチックは、繊維で構成される補強材とマトリックス樹脂とを含む繊維強化プラスチックであって、上記繊維で構成される補強材は、天然繊維で構成される補強材とガラス繊維で構成される補強材を含み、上記繊維で構成される補強材は、上記マトリックス樹脂中で、繊維強化プラスチックの厚み方向に対して、ガラス繊維で構成される補強材、天然繊維で構成される補強材、ガラス繊維で構成される補強材の順に配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維で構成される補強材とマトリックス樹脂とを含む繊維強化プラスチックであって、
前記繊維で構成される補強材は、天然繊維で構成される補強材とガラス繊維で構成される補強材を含み、
前記繊維で構成される補強材は、前記マトリックス樹脂中で、繊維強化プラスチックの厚み方向に対して、ガラス繊維で構成される補強材、天然繊維で構成される補強材、ガラス繊維で構成される補強材の順に配置されていることを特徴とする繊維強化プラスチック。
【請求項２】
前記天然繊維で構成される補強材は、すだれ状シート又は多軸挿入繊維シートである請求項１に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項３】
前記天然繊維は、綿繊維、麻繊維、竹繊維及びカポック繊維からなる群から選ばれる一種以上の繊維である請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項４】
前記繊維強化プラスチック中の前記補強材の体積含有率が、１０〜７０％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項５】
前記繊維強化プラスチックにおいて、前記天然繊維で構成される補強材の体積含有率が、５〜６５％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項６】
前記マトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂である請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック。
【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、特には天然繊維を補強材として含む繊維強化プラスチックに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や飛行機、車両などの内装にはプラスチックが使用され、金属に比較して軽量化されている。しかし、プラスチックだけでは強度が不足するため、その対策として、補強材として繊維を含ませることにより強度を向上させた繊維強化プラスチックが提案されている。
【０００３】
繊維強化プラスチックにおいて、補強材としては、強度が良好で軽量なガラス繊維がよく用いられている（特許文献１）。また、最近では、補強材として天然繊維を用いた繊維強化プラスチックも提案されている（特許文献２〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１９８７９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１４３４０１号公報
【特許文献３】特開２００４−１４９９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、補強材として天然繊維を用いた場合は、補強材としてガラス繊維を用いた場合と比較して機械強度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するため、機械強度、特に曲げ物性に優れた繊維強化プラスチックを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の繊維強化プラスチックは、繊維で構成される補強材とマトリックス樹脂とを含む繊維強化プラスチックであって、上記繊維で構成される補強材は、天然繊維で構成される補強材とガラス繊維で構成される補強材を含み、上記繊維で構成される補強材は、上記マトリックス樹脂中で、繊維強化プラスチックの厚み方向に対して、ガラス繊維で構成される補強材、天然繊維で構成される補強材、ガラス繊維で構成される補強材の順に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の繊維強化プラスチックは、マトリックス樹脂と、上記マトリックス樹脂中で、繊維強化プラスチックの厚み方向に対して、ガラス繊維で構成される補強材、天然繊維で構成される補強材、ガラス繊維で構成される補強材の順に配置される繊維で構成される補強材を含むことにより、良好な機械強度を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施例における繊維強化プラスチックの模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明における天然繊維で構成される補強材の一例であるすだれ状シートの斜視図である。
【図３】図３は、本発明における天然繊維で構成される補強材の他の一例である多軸挿入たて編み物の概念斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面などに基いて、本発明の繊維強化プラスチックを具体的に説明する。
【００１１】
図１に示しているように、本発明の繊維強化プラスチック１０は、マトリックス樹脂３と、マトリックス樹脂３中に、繊維強化プラスチックの厚み方向に対して、ガラス繊維で構成される補強材１ａ、天然繊維で構成される補強材２、ガラス繊維で構成される補強材１ｂの順に位置する繊維で構成される補強材（以下において、単に補強材とも記す。）を含む。
【００１２】
上記マトリックス樹脂としては、繊維強化プラスチックに用いる樹脂であればよく、特に限定されない。例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。上記熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。また、上記熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポレエチレンテレフタレート及びポリプチレンテレフタレートなどの飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド（ナイロン）、ポリアセタール、ポリカーボネートなどが挙げられる。また、熱硬化性樹脂を使用する場合は、樹脂に硬化剤と硬化促進剤とを添加した樹脂組成物を用いてもよい。
【００１３】
上記ガラス繊維としては、繊維強化プラスチックに用いるものであればよく、特に限定されない。また、ガラス繊維補強材は、その形態は特に限定されず、例えば、チョップドストランドマット、不織布、織布、編布、多軸挿入たて編み物などを用いることができ、また、これらを異形態のガラス繊維材料と組み合せて用いてもよい。中でも、入手容易性や生産性という観点から、ガラスチョップドストランドマットを用いることが好ましい。上記ガラスチョップドストランドマットは、厚さ及び目付が特に限定されるものではないが、厚さは０．１〜３ｍｍであることが好ましく、目付け（単位面積当たりの質量）は２００〜８００ｇ／ｍ2であることが好ましい。また、ガラス繊維の単繊維直径は、８〜２５μｍであることが好ましい。
【００１４】
上記天然繊維としては、特に限定されず、植物系天然繊維を用いることが好ましい。植物系天然繊維としては、綿繊維、麻繊維、竹繊維、カポック繊維などが挙げられる。中でも、結晶性で強度の高いセルロースの含有量が高いという点から麻繊維が好ましい。上記麻繊維としては、リネン（亜麻）繊維、ラミー（苧麻）繊維、ジュート（黄麻）繊維、大麻繊維、ケナフ（洋麻）繊維、マニラ麻繊維などが挙げられる。中でも、曲げ弾性率向上という観点から、麻繊維が好ましく、ラミー繊維、ジュート（黄麻）繊維、ケナフ（洋麻）繊維からなる群から選ばれる一種以上の繊維であることがより好ましい。
【００１５】
上記天然繊維補強材は、その形態は特に限定されないが、繊維の配向性が高いという観点から、すだれ状シート又は多軸挿入繊維シートであることが好ましい。本発明において、すだれ状シートとは、一方向に一層配列された天然繊維糸が、ステッチ糸又は熱可塑性樹脂フィルムなどで連結されているシートをいう。また、多軸挿入繊維シートとは、一方向に配列された天然繊維糸からなるシートを各層における天然繊維の方向が異なるように、２層以上配列し、ステッチ糸又は熱可塑性樹脂フィルムなどで連結されているシートをいう。上記において、連結とは、すだれ状シートの場合は天然繊維糸を複数本引き揃えてシート状とするが、その複数本をバラバラにならないように保形することをいう。また、多軸挿入繊維シートの場合は、上記すだれ状シートの場合に加えて、層間がバラバラにならないように保形するという意味も有する。
【００１６】
図２は、本発明における天然繊維補強材の一例であるすだれ状シートの斜視図である。すだれ状シート２０は、一方向に配列された天然繊維糸２１と、天然繊維糸を連結するステッチ糸２２で構成されている。天然繊維糸２１は一方向に配列されているので、織物や編み物に比較して、繊維糸の配列方向の強度は高い。すだれ状シート２０は、一層で使用しても良いし、多層で使用しても良い。多層で使用する場合は、天然繊維糸２１の方向を多方向に配列させ、即ち各層における強度のバランスをとるのが好ましい。
【００１７】
図３は、本発明における天然繊維補強材の他の一例である多軸挿入繊維シートの概念斜視図である。多軸挿入繊維シート３０において、−３０°の方向に配置された天然繊維糸３１と、３０°の方向に配置された天然繊維糸３２と、９０°の方向に配置された天然繊維糸３３は、編針３４に掛けられたステッチ糸３６，３７によって厚さ方向にステッチング（結束）され、一体化されている。いわゆる多軸挿入たて編み物である。多軸挿入たて編み物３０は、多方向に補強効果の優れた繊維強化プラスチックを得ることが可能となる。ステッチ糸３６，３７の代わりに、又は併用して熱融着糸、ホットメルトフィルムなどのバインダーを用いても良い。
【００１８】
上記天然繊維補強材は、目付け及び厚さは特に限定されるものではないが、１層あたり約３０〜３００ｇ／ｍ2、補強材全体として約６０〜８００ｇ／ｍ2であることが好ましい。また、厚さは１層あたり約０．１〜０．５ｍｍ、補強材全体として、約０．２〜２ｍｍであることが好ましい。
【００１９】
上記ステッチ糸（縫い糸、編み糸）としては、特に限定されず、ポリプロピレン糸、ポリエチレン糸、ポリエステル糸などを用いることができる。
【００２０】
上記繊維強化プラスチックにおいて、機械強度を向上させるという観点から、繊維強化プラスチックに対する繊維で構成される補強材の全体体積含有率は、１０〜７０％であることが好ましく、２０〜６０％であることがより好ましい。また、繊維強化プラスチックに対する繊維で構成される補強材の全体質量含有量は、１５〜９０％であることが好ましく、３０〜８０％であることがより好ましい。
【００２１】
また、上記繊維強化プラスチックにおいて、機械強度を向上させるという観点から、繊維強化プラスチックに対する天然繊維補強材の体積含有率は、５〜６５％であることが好ましく、１５〜５０％であることがより好ましい。また、繊維強化プラスチックに対する天然繊維補強材の質量含有量は、５〜７０％であることが好ましく、１５〜６０％であることがより好ましい。
【００２２】
本発明の繊維強化プラスチックは、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合は、例えば、以下のようにして得られる。先ず、ガラス繊維で構成された補強材を、マトリックス樹脂を含む樹脂組成物（以下において、単に樹脂組成物と記す。）で含浸した後、その上に天然繊維補強材を配置し、樹脂組成物で含浸した後、その上にガラス繊維補強材を配置し、樹脂組成物で含浸する。次に、プレス機にて熱硬化させ、その後、乾燥器にてアフターキュアを行うことで、繊維強化プラスチックを作製できる。上記プレス機の温度は、用いるマトリックス樹脂の種類によって適宜選択すればよいが、生産性という観点から、例えば２０〜１２０℃であることが好ましい。また、プレス機における熱硬化は、圧力０．１〜１０ＭＰａ、０．１〜５時間で行うことが好ましい。また、樹脂組成物の含浸は、通常用いる方法で行えばよく、例えば、補強材の表面に樹脂組成物をローラで塗布して均一に伸ばすことにより行うことができる。なお、上記以外の方法であっても何ら問題なく、例えばハンドレイアップ法、コールドプレス法、インフュージョン成形法、ＲＴＭ成形法などを用いても良い。
【００２３】
本発明の繊維強化プラスチックは、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合は、例えば、以下のようにして得られる。先ず、ガラス繊維で構成された補強材を、２枚の熱可塑性樹脂（例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂など）性フィルムの間に挟み込む。また同様に天然繊維補強材を２枚の熱可塑性樹脂（例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂など）性フィルムの間に挟み込む。そして、ガラス繊維で構成された補強材（両面フィルム付き）／天然繊維補強材（両面フィルム付き）／ガラス繊維で構成された補強材（両面フィルム付き）の構成としたものを、熱プレスにより融着一体化させるものである。
【実施例】
【００２４】
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００２５】
＜多軸挿入たて編み物Ａの製造例＞
１４３テックス（ｔｅｘ）のラミー糸を、挿入角度が９０℃、挿入本数が３０本／インチ、目付が１６８．９ｇ／ｍ2になるように一層配列した。また、その上に、１４３ｔｅｘのラミー糸を、挿入角度が３０℃、挿入本数が１５本／インチ、目付が１６８．９ｇ／ｍ2になるようにもう一層配列した。さらに、その上に、１４３ｔｅｘのラミー糸を、挿入角度が−３０℃、挿入本数が１５本／インチ、目付が１６８．９ｇ／ｍ2になるようにもう一層配列した。最後に、８．３ｔｅｘのポリエステル糸をステッチ糸として、挿入本数２５０本／インチで厚さ方向にステッチング（結束）し、一体化して、目付が５１３．１ｇ／ｍ2、厚さ１．３ｍｍの多軸挿入たて編み物Ａを得た。
【００２６】
＜多軸挿入たて編み物Ｂの製造例＞
１４３ｔｅｘのラミー糸を、挿入角度が９０℃、挿入本数が３０本／インチ、目付が１６８．９ｇ／ｍ2になるように一層配列した。また、その上に、１４３ｔｅｘのラミー糸を、挿入角度が−３０℃、挿入本数が１５本／インチ、目付が１６８．９ｇ／ｍ2になるようにもう一層配列した。さらに、その上に、１４３ｔｅｘのラミー糸を、挿入角度が３０℃、挿入本数が１５本／インチ、目付が１６８．９ｇ／ｍ2になるようにもう一層配列した。最後に、８．３ｔｅｘのポリエステル糸をステッチ糸として、挿入本数２５０本／インチで厚さ方向にステッチング（結束）し、一体化して、目付が５１３．１ｇ／ｍ2、厚さ１．３ｍｍの多軸挿入たて編み物Ｂを得た。
【００２７】
（樹脂組成物）
エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレンジ社製“エピコート”８２８）１００重量部に、硬化剤（ジャパンエポキシレンジ社製“エピキュア”ＹＨ３００）８０重量部と、硬化促進剤（ジャパンエポキシレンジ社製“エピキュア”ＥＭＩ２４）１重量部を混合して熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００２８】
（実施例１）
先ず、ステンレス平板（厚さ２ｍｍ）の上に離型フィルムを引いた。次いで、離型フィルム上に、上記で得られた樹脂組成物を流し、ローラで均一に伸ばした。次いで、樹脂上に、ガラスチョップドストランドマット（日東紡社製“ＭＣ４５０Ａ”、目付け４５０ｇ／ｍ2、厚さ０．９ｍｍ、以下においてＧＣＭと記す。）を載せ、上記で得られた樹脂組成物を流し、ローラで均一に伸ばした。次いで、樹脂上に多軸挿入たて編み物Ａを載せ、上記で得られた樹脂組成物を流し、ローラで均一に伸ばした。次いで、樹脂上に多軸挿入たて編み物Ｂを載せ、上記で得られた樹脂組成物を流し、ローラで均一に伸ばした。次いで、樹脂上にＧＣＭを載せ、上記で得られた樹脂組成物を流し、ローラで均一に伸ばした後、上部から離型フィルムを載せ、積層体を得た。その後、積層体の両端に厚さ２．５ｍｍのスペーサーを設置し、スペーサーの上から金属平板を置き、金属平板の上にステンレス平板（厚さ２ｍｍ）を置いた。次に、上記積層体を９０℃に設定したプレス機にセットし、圧力４ＭＰａで３時間硬化させた後、１２０℃の乾燥機内で６時間アフターキュアを行い、樹脂を完全硬化させて、厚さが２．６ｍｍの繊維強化プラスチックを作製した。
【００２９】
（実施例２）
厚さ２．０ｍｍのスペーサーを用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例２の繊維強化プラスチックを作製した。
【００３０】
（実施例３）
厚さ１．５ｍｍのスペーサーを用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例３の繊維強化プラスチックを作製した。
【００３１】
（比較例１）
多軸挿入たて編み物Ａ、ＧＣＭ、ＧＣＭ、多軸挿入たて編み物Ｂの順番に積層した以外は、実施例１と同様にして、厚さが２．６ｍｍの繊維強化プラスチックを作製した。
【００３２】
（比較例２）
ＧＣＭを３枚積層し、厚さ１．５ｍｍのスペーサーを用いた以外は、実施例１と同様にして、厚さが１．５ｍｍの繊維強化プラスチックを作製した。
【００３３】
（比較例３）
ＧＣＭを３枚積層した以外は、実施例１と同様にして、厚さが２．６ｍｍの繊維強化プラスチックを作製した。
【００３４】
（比較例４）
多軸挿入たて編み物Ａと多軸挿入たて編み物Ｂをこの順番で積層し、１．５ｍｍのスペーサーを用いた以外は、実施例１と同様にして、厚さが１．５ｍｍの繊維強化プラスチックを作製した。
【００３５】
実施例及び比較例の繊維強化プラスチックの引張弾性率、引張強度、曲げ弾性率及び曲げ強度を下記のように測定して、その結果を下記表１に示した。なお、表１には、実施例及び比較例の繊維強化プラスチックの厚さ、補強繊維の体積含有率（％）、補強繊維の質量含有量（％）も併せて示した。
【００３６】
（引張弾性率及び引張強度）
ＪＩＳ  Ｋ  ７０５４（１９９５年）に準じ、オートグラフ（島津製作所製“ＡＧ−ＩＳ”）を用いて、つかみ具間距離１００ｍｍ、試験速度１ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行い、引張弾性率及び引張強度を測定した。
【００３７】
（曲げ弾性率及び曲げ強度）
ＪＩＳ  Ｋ  ７０１７（１９９９年、３点曲げ試験）に準じ、試験速度１ｍｍ／ｍｉｎで曲げ試験を行い、曲げ弾性率及び曲げ強度を測定した。
【００３８】
【表１】
2011236321.tif 000003
【００３９】
表１から分かるように、繊維強化プラスチックの厚み方向に対して、マトリックス樹脂中でガラス繊維補強材、天然繊維補強材、ガラス繊維補強材の順に配置された補強材を含む実施例１〜３の繊維強化プラスチックは、引張弾性率、引張強度、曲げ弾性率及び曲げ強度の全てにおいて優れている。また、実施例１〜３の比較から、繊維で構成される補強材の体積含有率が高いほど、引張弾性率、引張強度、曲げ弾性率及び曲げ強度がより向上することが分かる。
【００４０】
また、実施例１と、比較例１、４との比較から、繊維強化プラスチックにおける繊維で構成される補強材の全体体積含有率が同様の場合、天然繊維補強材をガラス繊維補強材の間に配置した実施例１の繊維強化プラスチックの方が、天然繊維補強材のみを用いた比較例４の繊維強化プラスチック、及びガラス繊維補強材を天然繊維補強材の間に配置した比較例１の繊維強化プラスチックより、引張強度、曲げ弾性率及び曲げ強度の全てにおいて優れていることが分かる。
【００４１】
また、実施例１と比較例２の比較から、繊維強化プラスチックにおける繊維で構成される補強材の全体体積含有率が同様の場合、ガラス繊維補強材のみを用いる比較例２の繊維強化プラスチックより、天然繊維補強材をガラス繊維補強材の間に配置した実施例１の繊維強化プラスチックの方が、曲げ弾性率及び曲げ強度に優れていることが分かる。また、実施例１と比較例３の比較から、繊維強化プラスチックの厚さが同様の場合、ガラス繊維補強材のみを用いる比較例３の繊維強化プラスチックより、天然繊維補強材をガラス繊維補強材の間に配置した実施例１の繊維強化プラスチックの方が、引張弾性率、引張強度、曲げ弾性率及び曲げ強度の全てにおいて優れていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の繊維強化プラスチックは、自動車、車両、船舶の内装材、家屋の内装材などに好適である。
【符号の説明】
【００４３】
１ａ、１ｂ  ガラス繊維補強材
２  天然繊維補強材
３  マトリックス樹脂
１０  繊維強化プラスチック
２０  すだれ状シート
２１、３１、３２、３３、  天然繊維糸
２２、３６、３７  ステッチ糸
３０  多軸挿入たて編み物
３４  編針
【図１】
2011236321.tif 000004
【図２】
2011236321.tif 000005
【図３】
2011236321.tif 000006