(57)【要約】      （修正有）【課題】弾性率が十分に高く、弾性変形領域の歪み量も十分に大きい繊維強化プラスチックを提供する【解決手段】２５〜６５°の繊維配向角を有し、弾性率が２ＧＰａ以上で歪み量が３％以上、好ましくは４％以上の弾性変形領域を有する繊維強化プラスチック。複数の繊維強化プラスチックシートを積層した積層構造を有し、前記複数の繊維強化プラスチックシートが同じ配向角を有する繊維強化プラスチック。樹脂単体で破断歪みが４％以上で、弾性率が２ＧＰa以上となるエポキシ樹脂を用いた繊維強化プラスチック。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５deg以上６５deg以下の繊維配向角を有し、弾性率が２ＧＰａ以上で歪み量が３％以上の弾性変形領域を有する繊維強化プラスチック。
【請求項２】
複数の繊維強化プラスチックシートを積層した積層構造を有し、
前記複数の繊維強化プラスチックシートが同じ繊維配向角を有する、請求項１に記載の繊維強化プラスチック。
【請求項３】
樹脂単体で破断歪みが４％以上で、弾性率が２ＧＰａ以上となるエポキシ樹脂を用いた、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】
請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックを用いた繊維強化プラスチック構造体。
【請求項５】
２５deg以上６５deg以下の繊維配向角を有し、弾性率が２ＧＰａ以上で歪み量が３％以上の弾性変形領域を有する繊維強化プラスチックを製造する、繊維強化プラスチックの製造方法。
【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、繊維強化プラスチック構造体及び繊維強化プラスチックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば燃料電池の筐体等のように、強度が必要でなおかつ熱膨縮などを伴うものには、可能な限り硬くて強く、延性のある材料を用いるのが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０５７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来より用いられている鉄、アルミニウム、ニッケルなどの金属材料は、弾性率が高いが、弾性変形領域の歪み量は小さい。一方、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴなどの樹脂材料は、金属材料に比べて弾性変形領域の歪み量は１０％以上と大きいが、弾性率が１００ＭＰａ以下と大幅に低下する。さらに、近年、同様の用途の材料として繊維強化プラスチックが用いられているが、一般的に長繊維を用いた炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチックは、純粋は樹脂材料に比べて弾性率が高くなるが、破断歪みが２％程度と小さい。また、短繊維を用いたガラス繊維強化プラスチックもあるが、これも破断歪みが２〜３％程度と小さい。このように、繊維強化プラスチックであっても弾性率が十分に高く弾性変形領域の歪み量も十分に大きい適切な材料がなかった。
【０００５】
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、弾性率が十分に高く、弾性変形領域の歪み量も十分に大きい繊維強化プラスチック、繊維強化プラスチック構造体及び繊維強化プラスチックの製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る繊維強化プラスチックは、２５deg以上６５deg以下の繊維配向角を有し、弾性率が２ＧＰａ以上で歪み量が３％以上の弾性変形領域を有する。
【０００７】
本発明によれば、弾性率が十分に高く、弾性変形領域の歪み量も十分に大きい繊維強化プラスチックを実現できる。
【０００８】
繊維強化プラスチックは、複数の繊維強化プラスチックシートを積層した積層構造を有し、前記複数の繊維強化プラスチックシートが同じ繊維配向角を有するものであってもよい。
【０００９】
繊維強化プラスチックは、樹脂単体で破断歪みが４％以上で、弾性率が２ＧＰａ以上となるエポキシ樹脂を用いたものであってもよい。
【００１０】
別の観点による本発明は、繊維強化プラスチックを用いた繊維強化プラスチック構造体である。
【００１１】
別の観点による本発明は、２５deg以上６５deg以下の繊維配向角を有し、弾性率が２ＧＰａ以上で歪み量が３％以上の弾性変形領域を有する繊維強化プラスチックを製造する、繊維強化プラスチックの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】繊維強化プラスチックの構成の概略を示す模式図である。
【図２】繊維強化プラスチックの積層構造を示す模式図である。
【図３】繊維強化プラスチック構造体の例を示す説明図である。
【図４】本発明の弾性率と歪み量を示すグラフである。
【図５】実施例の試験片の寸法を示す説明図である。
【図６】実施例の引張試験の結果を示す表である。
【図７】実施例の繰り返し引張試験の結果を示す表である。
【図８】樹脂１を用いた場合の引張試験の破断歪み−応力曲線を示すグラフである。
【図９】樹脂２を用いた場合の引張試験の破断歪み−応力曲線を示すグラフである。
【図１０】樹脂を変えた場合の引張試験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
繊維強化プラスチック１は、例えば方形状を有し、２５deg以上６５deg以下（４５deg±２０deg）の繊維配向角αを有している。繊維配向角αは、好ましくは３０deg以上６０deg以下、さらに好ましくは３５deg以上５５deg以下である。繊維配向角αは、さらに好ましくは、３５deg以上４０deg以下である。繊維配向角αとは、繊維強化プラスチックのプリプレグの長手方向（織り目方向）と繊維強化プラスチック１の一辺とがなす角である。なお、繊維配向角αは、プリプレグの織り目が時計回り側に傾いた場合のみならず、反時計回り側に傾いた場合も含まれる。
【００１５】
繊維強化プラスチック１は、繊維として例えば長繊維のガラス繊維を使用している。樹脂として、例えば高靭性エポキシ樹脂を使用している。エポキシ樹脂は、樹脂単体において破断歪みが４％以上であり、かつ弾性率が２ＧＰａ以上の特性を有するものを使用する。
【００１６】
繊維強化プラスチック１は、図２に示すように複数枚の繊維強化プラスチックシート１０を積層した積層構造を有している。複数枚の繊維強化プラスチックシート１０は、２５deg以上６５deg以下の範囲で例えば同じ繊維配向角αを有している。
【００１７】
繊維強化プラスチック１は、弾性率が２ＧＰａ以上で歪み量が３％以上の弾性変形領域を有している。
【００１８】
なお、繊維は、ガラス繊維に限られず、炭素繊維、有機繊維、無機繊維であってもよい。また、樹脂は、エポキシ樹脂に限られず、他の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂であってもよい。
【００１９】
図３には、繊維強化プラスチック１を使用した繊維強化プラスチック構造体２０の一例を示す。繊維強化プラスチック構造体２０は、例えば繊維強化プラスチック１０を環状にし、その環状の繊維強化プラスチック１０を内側から外側に向けて積層したフープ形状を有している。繊維強化プラスチック構造体２０は、例えば直方体状の型の側面の周囲に複数の繊維強化プラスチック１０を巻きつけることにより成形される。繊維強化プラスチック構造体２０は、例えば燃料電池の周囲の側壁に用いられる。
【００２０】
繊維強化プラスチック１の製造プロセスについて説明する。まず、織り機により、帯状の長いガラス繊維のガラスクロスが製造される。ガラスクロスは、縦繊維と横繊維が互いに９０°に織りこまれたものである。次にガラスクロスにエポキシ樹脂が含浸されてプリプレグが製造される。次に、プリプレグから繊維強化プラスチックシート１０が切り出される。このとき、繊維強化プラスチックシート１０は、２５deg以上６５deg以下の繊維配向角αを有する。次に、同形状で同じ繊維配向角αの複数枚の繊維強化プラスチックシート１０が積層される。次に繊維強化プラスチックシート１０の積層体が、加熱、加圧され、樹脂が硬化される。このとき、積層体がプレス成型またはオートクレープ成型される。こうして、図４に示すような弾性率が２ＧＰａ以上で、３％以上の歪み量を有する本発明の繊維強化プラスチック１ができあがる。
【００２１】
本実施の形態によれば、弾性率が十分に高く、弾性変形領域の歪み量も十分に大きい繊維強化プラスチック１を実現できる。
【００２２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２３】
例えば以上の実施の形態において、複数枚の繊維強化プラスチックシート１０の繊維配向角αがすべて同じであったが、繊維配向角を２５deg以上６５deg以下の範囲で互いに異なるものであってもよい。この際、繊維配向角がすべて異なっていてもよいし、一部のみが異なっていてもよい。繊維強化プラスチック１の形状も他の形状であってもよい。
【実施例】
【００２４】
引張試験
繊維配向角を変えた繊維強化プラスチックを用いて引張試験を実施し、弾性率と歪み量を算出した。引張試験は、次の条件で行った。繊維強化プラスチックの板状の試験片については図５に示す。引張試験の結果は、図６に示す。
【００２５】
＜試験条件＞
クロスヘッドスピード：１〜３mm/min
ひずみ測定方法：クロスヘッド移動量より算出
強化繊維：ガラス繊維
母材樹脂：高靭性エポキシ樹脂
試験片サイズ：
長さＬ：２００ｍｍ
幅Ｗ：２５ｍｍ
厚さＴ：１ｍｍ
標点間距離Ｌ１：１００ｍｍ
繊維配向角：
Ａ：α=４５°
Ｂ：α=４０（５０）°
Ｃ：α=３７．５（５２．５）°
Ｄ：α=３５（５５）°
Ｅ：α=３０（６０）°
Ｆ：α=２５（６５）（２５°
Ｇ：α=２０（７０）°
Ｈ：α=０（９０）°
【００２６】
繰り返し試験
樹脂強化プラスチックに繰り返し引っ張る繰り返し試験を行った。試験条件は次のとおりであり、試験結果を図７に示す。
【００２７】
＜試験条件＞
クロスヘッドスピード：３mm/min
ひずみ測定方法：クロスヘッド移動量より算出
試験片サイズ：
長さＬ：２５０ｍｍ
幅Ｗ：２５ｍｍ
厚さＴ：１ｍｍ
標点間距離Ｌ１：１５０ｍｍ
強化繊維：ガラス繊維
母材樹脂：高靭性樹脂
成形条件：
硬化温度：１５０℃ １８０min
硬化圧力：３kgf/cm2
オートクレーブ成型
【００２８】
次に、母材樹脂を変えて繊維強化プラスチックの引張試験を行った。樹脂１として、樹脂単体で破断歪みが４％以上で弾性率が２ＧＰａ以上となるエポキシ樹脂を用い、樹脂２として、樹脂単体で破断歪みが４％未満で弾性率が２ＧＰａ以上となるエポキシ樹脂を用いた。繊維配向角は、４５°とした。他の条件は、上述の引張試験の条件と同じとした。図８には樹脂１を用いた場合の引張試験の破断歪み−応力曲線を示し、図９には樹脂２を用いた場合の引張試験の破断歪み−応力曲線を示す、図１０には樹脂１、２の樹脂単体における引っ張り弾性率および破断歪みの結果を示す。なお、「歪み量」とは弾性変形領域における歪みの量であり、これに対し「破断歪み」は弾性変形領域を超え、塑性変形領域も含めた歪みの量である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、弾性率が十分に高く、弾性変形領域の歪み量も十分に大きい繊維強化プラスチックを提供する際に有用である。
【符号の説明】
【００３０】
１  繊維強化プラスチック
１０  繊維強化プラスチックシート
２０  繊維強化プラスチック構造体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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