(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状補強材と、熱硬化性または熱可塑性のマトリックス樹脂とが組み合わされてなる樹脂複合材料であって、
前記マトリックス樹脂に、電磁波を吸収して自己発熱する金属ナノ材料が添加され、
前記金属ナノ材料が、ナノファイバーまたはナノコイルであることを特徴とする樹脂複合材料。
【請求項２】
前記電磁波の周波数が３ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下である請求項１に記載の樹脂複合材料。
【請求項３】
前記金属ナノ材料の材質が白金または金である請求項１または２に記載の樹脂複合材料。
【請求項４】
前記マトリックス樹脂に対する前記金属ナノ材料の添加量が、単位面積当たりの重量比で、２μｇ／ｃｍ２〜５０μｇ／ｃｍ２である請求項１から３のいずれかに記載の樹脂複合材料。
【請求項５】
前記繊維状補強材は繊維を一方向に並べて織った面状であり、該繊維状補強材に前記マトリックス樹脂が付着されて柔軟なシート状に形成された請求項１から４のいずれかに記載の樹脂複合材料。
【請求項６】
前記繊維状補強材は繊維を二方向に並べて織った面状であり、該繊維状補強材に前記マトリックス樹脂が付着されて柔軟なシート状に形成された請求項１から４のいずれかに記載の樹脂複合材料。
【請求項７】
前記繊維状補強材は線状であり、該繊維状補強材に前記マトリックス樹脂が付着されて柔軟な糸状に形成された請求項１から４のいずれかに記載の樹脂複合材料。
【請求項８】
前記繊維状補強材と前記マトリックス樹脂は線状であり、該繊維状補強材と該マトリックス樹脂とが互いに組み合わされて柔軟な糸状に形成された請求項１から４のいずれかに記載の樹脂複合材料。
【請求項９】
前記繊維状補強材と前記マトリックス樹脂は線状であり、該繊維状補強材と該マトリックス樹脂とが互いに編み込まれて柔軟な織物状に形成された請求項１から４のいずれかに記載の樹脂複合材料。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の樹脂複合材料を成形型に積層する積層ステップと、
前記成形型に積層された前記樹脂複合材料に電磁波を照射して加熱する電磁波照射ステップと、
加熱された前記樹脂複合材料の表面を加圧する加圧ステップと、
を備え、
前記金属ナノ材料が、ナノファイバーである場合には、前記ナノファイバーがエレクトロスピニング法を用いて作製され、または、前記金属ナノ材料が、ナノコイルである場合には、前記ナノコイルは、エレクトロスピニング法を用いて作成された前記ナノファイバーによって得られることを特徴とする樹脂複合材料の硬化方法。
【請求項１１】
前記積層ステップは複数回実行され、前記電磁波照射ステップは、各々の前記積層ステップ毎に実行されることを特徴とする請求項１０に記載の樹脂複合材料の硬化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂複合材料、その硬化方法、および樹脂成形品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状補強材をマトリックス樹脂に含浸させて強化した樹脂複合材料（繊維強化プラスチック）は、軽量かつ高強度、高弾性を有する素材であり、航空宇宙産業、自動車産業、スポーツ用品等に幅広く用いられている。
【０００３】
樹脂複合材料のマトリックス樹脂としては、硬化時間が短く生産性が高いことから熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が適している。近年では、マット状の繊維状補強材に、熱硬化性または熱可塑性のマトリックス樹脂を含浸させて半硬化状にした柔軟なプリプレグとよばれる中間成形材料が多用されている。
【０００４】
一般に、プリプレグにより樹脂成形品を成形する場合は、特許文献１に開示されているように、製造する樹脂成形品の成形型や治具等にプリプレグを積層あるいは巻装して所定の形状に造形し、これを真空バッグで被包して真空引きし、成形型・治具等への密着性を高めた上で、その全体をオートクレーブ等の加熱器に収容し、加熱・加圧・脱気しながらプリプレグのマトリックス樹脂を硬化させている。
【０００５】
なお、特許文献２には、少なくとも片方が樹脂材料よりなる２つの被着体を接着する接着剤において、カーボンブラックあるいはＳｉＣからなるマイクロ波吸収性物質を含有したものが知られている。この接着剤は、接着後にマイクロ波を照射することにより自己発熱し、その熱で硬化する。したがって、このような接着剤を樹脂複合材料におけるマトリックス樹脂として使用することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１５２７５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１５６５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のように、プリプレグ等の樹脂複合材料を成形型や治具、真空バッグ等と共にオートクレーブ等の加熱器で加熱する場合には、成形する樹脂成形品の大きさや形状に合わせて複数の加熱器を準備する必要があり、樹脂成形品の製造コスト上昇を招く。
【０００８】
しかも、加熱器によって樹脂複合材料を加熱する際には、樹脂複合材料のみならず、成形型や治具等も全体的に加熱しなければ樹脂複合材料を昇温させることができないため、加熱工程に時間が掛かり、加熱のために消費されるエネルギーも膨大である。
【０００９】
また、特許文献２のように、カーボンブラックやＳｉＣからなるマイクロ波吸収性物質を樹脂複合材料におけるマトリックス樹脂に含有させたとしても、マイクロ波を照射された時のカーボンブラックやＳｉＣの自己発熱量は、せいぜい７０℃〜１００℃程度であり、樹脂複合材料全体を成形型や治具等と共に昇温させるには十分ではなく、実用的ではない。さらに、カーボンブラックやＳｉＣは発熱性が低いことから相対的に樹脂への混合量が多くなるため、異質な材料の混合量が増加することにより、マトリックス樹脂、ひいては樹脂複合材料の強度低下を引き起こす虞がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を加熱する設備を簡素化するとともに、省エネルギー化して樹脂成形品の製造コストを低減することができる樹脂複合材料、その硬化方法、および樹脂成形品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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第１態様に係る樹脂複合材料は、繊維状補強材と、熱硬化性または熱可塑性のマトリックス樹脂とが組み合わされてなるものであって、前記マトリックス樹脂に、電磁波を吸収して自己発熱する金属ナノ材料が添加されていることを特徴とする。
【００１２】
上記樹脂複合材料に電磁波が照射されると、マトリックス樹脂に添加された金属ナノ材料が電磁波を吸収して自己発熱する。この熱がマトリックス樹脂に伝播して樹脂が加熱され、熱硬化性または熱可塑性のあるマトリックス樹脂が軟化する。
マトリックス樹脂が熱硬化樹脂の場合は、この状態で加圧されることにより硬化反応が起こり、樹脂複合材料が硬化する。一方、樹脂複合材料のマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合は、熱可塑性樹脂が冷却されることにより樹脂複合材料が硬化する。
【００１３】
したがって、従来のように、硬化させたい樹脂複合材料をオートクレーブ等の収容型の加熱器に収容する必要がなくなり、収容型の加熱器が不要になることから、加熱する設備を大幅に簡素化して樹脂成形品の製造コストを低減することができる。
【００１４】
しかも、電磁波の照射によりマトリックス樹脂のみが加熱されるため、従来の加熱器を用いた場合のように成形型や治具等まで全てを加熱するエネルギーは必要ない。このため、省エネルギー化を図ることができる。これらにより、樹脂成形品の製造コストを低減することができる。
【００１５】
さらに、電磁波の照射範囲を限定することによって樹脂複合材料を局所的に加熱することもできるため、樹脂成形品の全体の硬化後に局所的に再加熱して付加物を設けたり、追加造形や追加工を行ったりすることができる。
【００１６】
前記第１態様において、前記金属ナノ材料は、ナノファイバーまたはナノコイルである。上記形状の金属ナノ材料とすれば、多方向に指向する細い金属線状となることから特に電磁波吸収効率が高くなる。したがって、マトリックス樹脂を急速に昇温させることができる。
【００１７】
しかも、金属ナノ材料の添加量を減少することができるため、マトリックス樹脂におけるクラック等の発生を抑制し、ひいては樹脂複合材料の強度低下を抑制することができる。
【００１８】
前記第１態様において、前記電磁波の周波数は３ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下であることが好ましい。本態様の金属ナノ材料は、上記周波数の電磁波の吸収効率が高い。また、上記範囲の電磁波周波数帯は特殊な管理を必要としないので、簡易な装置で電磁波照射が可能である。
【００１９】
前記第１態様において、前記金属ナノ材料の材質が白金または金であることが好ましい。これにより、金属ナノ材料の製造過程が酸化雰囲気であっても、白金または金は酸化されにくく、仮に酸化されてもその酸化物は導電性を有する。このため電磁波吸収効率が高い金属ナノ材料を製造することが可能である。
【００２０】
前記第１態様において、前記マトリックス樹脂に対する前記金属ナノ材料の添加量は、単位面積当たりの重量比で、２μｇ／ｃｍ２〜５０μｇ／ｃｍ２であることが好ましい。金属ナノ材料の添加量を上記範囲とすることにより、熱硬化するのに十分な自己発熱性をマトリックス樹脂に付与するとともに、金属ナノ材料の添加量が過剰になることによるクラック等の発生を抑制し、樹脂複合材料の強度低下を抑制することができる。
【００２１】
前記第１態様において、前記繊維状補強材を、繊維を一方向に並べた面状とし、該繊維状補強材に前記マトリックス樹脂を付着させて前記樹脂複合材料を柔軟なシート状に形成してもよい。この場合、マトリックス樹脂も面状に形成して繊維状補強材に重ねたり、粉体状や粒体状にして繊維状補強材にまぶしたりして付着させることが考えられる。
【００２２】
前記第１態様において、前記繊維状補強材を、繊維を二方向に並べて織った面状とし、該繊維状補強材に前記マトリックス樹脂を付着させて柔軟なシート状に形成してもよい。このように、繊維状補強材を二方向に並べて織ることにより、繊維状補強材の強度、ひいては樹脂複合材料の強度を向上させることができる。
【００２３】
また、前記第１態様において、前記繊維状補強材を線状とし、該繊維状補強材に前記マトリックス樹脂を付着させて前記樹脂複合材料を柔軟な糸状（あるいはロープ状）に形成してもよい。この場合、マトリックス樹脂を線状に形成して繊維状補強材と縒り合せたり、粉体状や粒体状にして繊維状補強材にまぶしたりして付着させることが考えられる。
【００２４】
また、前記第１態様において、前記繊維状補強材と前記マトリックス樹脂とを線状とし、該繊維状補強材と該マトリックス樹脂とを互いに組み合わせて前記樹脂複合材料を柔軟な糸状に形成してもよい。
【００２５】
また、前記第１態様において、前記繊維状補強材と前記マトリックス樹脂とを線状とし、該繊維状補強材と該マトリックス樹脂とを互いに編み込んで前記樹脂複合材料を柔軟な織物状に形成してもよい。この場合、繊維状補強材とマトリックス樹脂とを帯状に形成して編み込んでもよい。
【００２６】
このように、樹脂複合材料をシート状、糸状、ロープ状、織物状に形成することにより、これらの樹脂複合材料を適宜選択して様々な形状の樹脂成形品を成形することができる。これらの樹脂複合材料は、そのマトリックス樹脂に金属ナノ材料が含まれているため、電磁波を照射されることにより、成形された形通りに熱硬化する。
【００２７】
また、これらの形状の樹脂複合材料によれば、既存の積層方法、即ち手作業による積層方法や、自動積層機による積層方法をそのまま利用することができる。
【００２８】
本発明の第２態様に係る樹脂複合材料の硬化方法は、第１態様の樹脂複合材料を成形型に積層する積層ステップと、前記成形型に積層された前記樹脂複合材料に電磁波を照射して加熱する電磁波照射ステップと、加熱された前記樹脂複合材料の表面を加圧する加圧ステップと、を備え、前記金属ナノ材料が、ナノファイバーである場合には、前記ナノファイバーがエレクトロスピニング法を用いて作製され、または、前記金属ナノ材料が、ナノコイルである場合には、前記ナノコイルは、エレクトロスピニング法を用いて作成された前記ナノファイバーによって得られることを特徴とする。
【００２９】
第１態様の樹脂複合材料は、そのマトリックス樹脂中に電磁波を吸収して自己発熱する金属ナノ材料を含んでいるため、電磁波を照射されることにより自己発熱して軟化する。
【００３０】
マトリックス樹脂が熱硬化樹脂の場合は、この状態で加圧されることにより硬化反応が起こり、樹脂複合材料が硬化する。一方、マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合は、熱可塑性樹脂が冷却されることにより樹脂複合材料が硬化する。
【００３１】
したがって、この樹脂複合材料を、第２態様に係る硬化方法の積層ステップにて成形型に積層し、電磁波照射ステップにて電磁波を照射し、加圧ステップにて樹脂複合材料の表面を加圧することにより、樹脂複合材料を成形し、マトリックス樹脂を硬化させることができる。このため、積層された樹脂複合材料全体を収容できるような加熱器を必要とせずに、積層された樹脂複合材料全体を昇温させて熱硬化させることができる。
【００３２】
前記第２態様において、前記積層ステップを複数回実行し、前記電磁波照射ステップは、各々の前記積層ステップ毎に実行してもよい。
【００３３】
この硬化方法によれば、樹脂複合材料を１回積層する毎に電磁波が照射される。つまり、樹脂複合材料の積層と加熱とが交互に繰り返される。このため、積層された各樹脂複合材料を確実に硬化させることができる。
【００３４】
本発明の参考態様に係る樹脂成形品は、第２態様の樹脂複合材料の硬化方法によって製造されたことを特徴とする。このため、製造コストの安い樹脂成形品となっている。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明に係る樹脂複合材料、その硬化方法によれば、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を加熱する設備を簡素化するとともに、省エネルギー化して樹脂成形品の製造コストを低減することができる。また、本発明に係る樹脂成形品は製造コストが安い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態を示す、シート状に形成された未硬化のプリプレグの縦断面図であり、（Ｆ）は硬化後のプリプレグを示す縦断面図である。
【図２】ナノファイバーの例を示すＳＥＭ画像である。
【図３】ナノコイルの例を示すＳＥＭ画像である。
【図４】ナノコイルの拡大ＳＥＭ画像である。
【図５】本発明に係る硬化方法をフローチャートで示す図である。
【図６】未硬化のプリプレグを成形型に積層した状態を示す図である。
【図７】プリプレグを成形型と共に真空バッグで被包した状態を示す図である。
【図８】電磁波照射チャンバによる電磁波照射方法を説明する概略図である。
【図９】電磁波照射器による電磁波照射方法を説明する概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す、シート状以外の形状に形成された未硬化のプリプレグの縦断面図であり、（Ａ），（Ｂ）は糸状、（Ｃ）は織物状に形成されたプリプレグを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
［第１実施形態］
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る未硬化のプリプレグ（樹脂複合材料）の各態様を示す縦断面図である。これらのプリプレグ１Ａ〜１Ｅは、周知の通り、ガラス繊維や炭素繊維等のメッシュ状の繊維状補強材２に、熱硬化性または熱可塑性のマトリックス樹脂３が付着されて半一体化されたことにより柔軟なシート状に形成された柔軟な中間成形材料である。
【００３９】
マトリックス樹脂３の材質としては、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等を例示することができる。
【００４０】
このマトリックス樹脂３には、電磁波を吸収して自己発熱する金属ナノ材料４が添加されている。「金属ナノ材料」とは、２次元または３次元のサイズがナノスケール（１〜数百ｎｍ）である金属材料である。金属ナノ材料４は具体的に、ナノファイバー（断面の直径がナノスケール）、ナノコイル（断面の直径がナノスケールであり、長さ方向がコイル状に形成されたもの）、ナノ粒子（粒径がナノスケール）、ナノチューブ（断面の直径がナノスケールの中空のファイバー）などである。特にナノコイル、ナノファイバーは、電磁波吸収効率が高いので好ましい。
【００４１】
金属ナノ材料４の材質は特に限定されないが、照射される電磁波の周波数において電磁波吸収効率が高い金属であることが好ましい。具体的に白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ）である。ナノコイルやナノファイバーの形成工程においては金属が酸化される。白金や金は酸化されにくく、仮に酸化された場合でも導電性を有する物質であるのでナノ材料として最適である。
【００４２】
マトリックス樹脂３に対する金属ナノ材料４の添加量が多い場合は、プリプレグ１Ａ〜１Ｅが樹脂成形品として使用されている時にクラックが発生する懸念がある。このため、マトリックス樹脂３に対する金属ナノ材料４の添加量は、単位面積当たりの重量比で、５０μｇ／ｃｍ２以下、望ましくは１０μｇ／ｃｍ２以下、さらに望ましくは２μｇ／ｃｍ２以下とする。上述のナノ材料は電磁波吸収効率が高いため、添加量が少なくても大きい発熱量を得ることができる。
【００４３】
図１（Ａ）に示すプリプレグ１Ａは、例えばシート状の繊維状補強材２の両面にシート状のマトリックス樹脂３が付着されており、２枚のマトリックス樹脂３の両方に金属ナノ材料４が添加されている。図１（Ｂ）に示すプリプレグ１Ｂのように、片方のマトリックス樹脂３にのみ金属ナノ材料４を添加してもよい。さらに、図１（Ｃ）に示すプリプレグ１Ｃのように、金属ナノ材料４を添加したシート状のマトリックス樹脂３を繊維状補強材２の片面のみに設けてもよい。
【００４４】
図１（Ｄ）に示すプリプレグ１Ｄは、シート状の繊維状補強材２の両面に、金属ナノ材料４が添加されていないシート状のマトリックス樹脂３が付着されている。そして、このプリプレグ１Ｄの両面（片面でもよい）に、マトリックス樹脂３と同様な樹脂材料からなり、金属ナノ材料４が添加された薄い樹脂シート５が貼着されている。この構造によれば、金属ナノ材料４が添加されていない既存のプリプレグを、金属ナノ材料４が添加されたものに容易に変更することができる。
【００４５】
図１（Ｅ）に示すプリプレグ１Ｅは、シート状の繊維状補強材２に、金属ナノ材料４を含有する紛体状、粒子状、線状、ファイバー状等のマトリックス樹脂３をまぶして付着させたものである。この場合は、金属ナノ材料４を含有するマトリックス樹脂３の粒子と、金属ナノ材料４を含有しないマトリックス樹脂３の粒子とを混合してもよい。
【００４６】
図１（Ａ）〜（Ｅ）に示すプリプレグ１Ａ〜１Ｅは、いずれも気泡Ｂを含んでおり、成形時に加圧されることにより気泡Ｂが脱気されて図１（Ｆ）に示すような縦断面となる。
【００４７】
金属製のナノファイバーは、例えばエレクトロスピニング法を用いて作製される。
金属酢酸塩を高分子溶液（例えば、ポリビニルアルコール水溶液）に溶解させ、得られた溶液をエレクトロスピニング法により基板上に噴霧されて金属を含むナノファイバーが形成される。得られたナノファイバーが還元雰囲気で熱処理されて、金属製のナノファイバーが得られる（図２参照）。
【００４８】
また、金属製のナノコイルは、エレクトロスピニング法を用いて作製されたナノファイバーをコア部として表面に金属薄膜を形成することにより得られる。この場合、コア部は金属材料であっても良いし、高分子材料であっても良い。ナノコイルは中実でも良く、中空でも良い。中空のナノコイルを形成する方法としては、高分子材料のコア部を用い、金属薄膜形成後に熱処理を施して高分子材料を蒸発させる方法などがある（図３、図４参照）。
【００４９】
このようなシート状のプリプレグ１Ａ〜１Ｅの硬化方法は次の通りである。なお、図５はプリプレグ１Ａ〜１Ｅの硬化方法（ステップ）を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、図６に示すように、未硬化のプリプレグ１Ａ〜１Ｅを、成形型６や治具等に積層（あるいは載置、ワインディング等）して所定の形状に造形する（積層ステップＳ１）。
【００５１】
次に、図７に示すように、プリプレグ１Ａ〜１Ｅを成形型（治具）６と共に真空バッグ７で被包する。ここまでは通常の硬化方法と同様である。
【００５２】
次に、図８に示すように、プリプレグ１Ａ〜１Ｅに対して電磁波ＥＷを照射する（電磁波照射ステップＳ２）。電磁波ＥＷの周波数は限定されないが、例えばＸ線のように特殊な管理が必要な電磁波ではないことが好ましい。また、金属ナノ材料４を構成する金属の周波数吸収効率が高い周波数の電磁波であることが好ましい。上記を考慮すると、短波（ＨＦ、３ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下）、超短波（ＶＨＦ、３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下）、極超短波（３００ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下）が照射されることが好ましい。具体的に、ＩＳＭバンドの電磁波が使用できる。なお、成形型（治具）６や真空バッグ７等は電磁波ＥＷを透過可能な材質で形成する必要がある。
【００５３】
電磁波ＥＷの照射方法としては、真空バッグ７に収容された状態のプリプレグ１Ａ〜１Ｅを、電磁波照射チャンバ８内に収容して電磁波ＥＷを照射する、あるいは図９に示すように、プリプレグ１Ａ〜１Ｅの近傍に電磁波照射器９を設置して電磁波ＥＷを照射すること等が考えられるが、他の方法でもよく、特に限定されるものではない。なお、図９の電磁波照射器９を用いる場合には、プリプレグ１Ａ〜１Ｅの全体のみならず、局所的にも電磁波ＥＷを照射できるようにすることが好ましい。
【００５４】
プリプレグ１Ａ〜１Ｅに電磁波ＥＷが照射されると、図１（Ａ）〜（Ｅ）に示すマトリックス樹脂３に添加されている金属ナノ材料４が電磁波ＥＷを吸収して自己発熱する。この熱がマトリックス樹脂３に伝播してマトリックス樹脂３が加熱され、樹脂が軟化または溶融する。
【００５５】
次に、真空バッグ７を真空引きすることにより、プリプレグ１Ａ〜１Ｅの成形型（治具）６への密着性を高める。この時には真空バッグ７に負圧が掛けられているため、プリプレグ１Ａ〜１Ｅは厚さ方向に加圧され、その圧力によってプリプレグ１Ａ〜１Ｅに含まれている気泡Ｂが脱気される（加圧ステップＳ３）。
【００５６】
プリプレグ１Ａ〜１Ｅのマトリックス樹脂３が熱硬化性樹脂の場合は、加熱されたプリプレグ１Ａ〜１Ｅが加圧されることにより硬化反応が起こり、プリプレグ１Ａ〜１Ｅが硬化する。また、マトリックス樹脂３が熱可塑性樹脂の場合は、電磁波ＥＷの照射が完了するとマトリックス樹脂３が冷却されて硬化し、プリプレグ１Ａ〜１Ｅが硬化する。
【００５７】
上記いずれの場合も、プリプレグ１Ａ〜１Ｅの断面は図１（Ｆ）に示すような縦断面となる。電磁波ＥＷの照射量及び照射時間は、マトリックス樹脂３が軟化または溶融して成形型６に密着するとともに気泡Ｂが脱気され、且つ、マトリックス樹脂３が繊維状補強材２から流出することなく樹脂成形品の形状が保持されるように適宜設定される。
【００５８】
積層ステップＳ１は複数回行われるのが一般的である。即ち、シート状のプリプレグ１Ａ〜１Ｅが複数枚積層されて樹脂成形品の肉厚が確保される。このように積層ステップＳ１が複数回行われる場合には、電磁波照射ステップＳ２を、各々の積層ステップＳ１毎に実行するのが好ましい。あるいは、積層ステップＳ１を２〜３回行う度に電磁波照射ステップＳ２を１回行うことが考えられる。
【００５９】
電磁波ＥＷの照射および加圧によってプリプレグ１Ａ〜１Ｅが硬化し、樹脂成形品が形成されたら、成形された樹脂成形品を真空バッグ７から取り出し、成形型（治具）６等から剥離して樹脂成形品の完成となる（離型ステップＳ４）。
【００６０】
上記のプリプレグ１Ａ〜１Ｅおよび硬化方法によれば、プリプレグ１Ａ〜１Ｅに電磁波ＥＷを照射することにより、マトリックス樹脂３に添加された金属ナノ材料４が電磁波ＥＷを吸収して自己発熱する。この熱がマトリックス樹脂３に伝播して樹脂が加熱され、熱硬化性または熱可塑性のあるマトリックス樹脂３が硬化する。
【００６１】
したがって、従来のように、硬化させたいプリプレグ１Ａ〜１Ｅをオートクレーブ等の収容型の加熱器に収容する必要がなくなり、収容型の加熱器が不要になることから、加熱する設備を大幅に簡素化して樹脂成形品の製造コストを低減することができる。
【００６２】
しかも、電磁波ＥＷの照射によりマトリックス樹脂３のみが加熱されるため、従来の加熱器を用いた場合のように成形型や治具等まで全てを加熱するエネルギーは必要ない。このため、省エネルギー化を図ることができる。これらにより、樹脂成形品の製造コストを低減することができる。
【００６３】
さらに、電磁波ＥＷの照射範囲を限定することによってプリプレグ１Ａ〜１Ｅを局所的に加熱することもできるため、樹脂成形品の全体の硬化後に局所的に再加熱して付加物を設けたり、追加造形や追加工を行ったりすることができる。
なお、シート状に形成されたプリプレグ１Ａ〜１Ｅは、既存の積層方法、即ち手作業による積層方法や、自動積層機による積層方法をそのまま利用することができる。
【００６４】
前述したように、複数回行われる積層ステップＳ１の施工毎に電磁波照射ステップＳ２を実行すれば、プリプレグ１Ａ〜１Ｅを積層している間と、積層後とに、電磁波ＥＷが複数回照射される。つまり、プリプレグ１Ａ〜１Ｅの積層と加熱とが交互に繰り返される。このため、積層された各プリプレグ１Ａ〜１Ｅを確実に硬化させることができる。
【００６５】
金属ナノ材料４をナノファイバーまたはナノコイルとした場合、金属ナノ材料４が多方向に指向する細い金属線状となることから特に電磁波吸収効率が高くなる。したがって、マトリックス樹脂３を急速に昇温させることができる。
【００６６】
しかも、金属ナノ材料４の添加量を減少することができるため、マトリックス樹脂３におけるクラック等の発生を抑制し、ひいては樹脂複合材料の強度低下を抑制することができる。
【００６７】
金属ナノ材料４を自己発熱させる電磁波ＥＷの周波数を３ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下の範囲から選定することにより、電磁波ＥＷの吸収効率を高めることができるとともに、特殊な管理を必要としない電磁波周波数帯であることから、簡易な装置で電磁波照射が可能となり、施工場所等の自由度を拡げることができる。
【００６８】
金属ナノ材料４の材質を白金（Ｐｔ）または金（Ａｕ）とすることにより金属ナノ材料４の製造過程が酸化雰囲気であっても、白金または金は酸化されにくく、酸化物は導電性を有するため、電磁波吸収効率が高い金属ナノ材料４を製造することが可能である。
【００６９】
マトリックス樹脂３に対する金属ナノ材料４の添加量を、単位面積当たりの重量比で、５０μｇ／ｃｍ２以下、望ましくは１０μｇ／ｃｍ２以下、さらに望ましくは２μｇ／ｃｍ２以下に設定することにより、熱硬化するのに十分な自己発熱性をマトリックス樹脂３に付与するとともに、金属ナノ材料４の添加量が過剰になることによるクラック等の発生を抑制し、樹脂複合材料の強度低下を抑制することができる。
【００７０】
［第２実施形態］
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る、シート状以外の形状に形成された未硬化のプリプレグを示す図である。これらのプリプレグ１Ｇ〜１Ｉは、第１実施形態のプリプレグ１Ａ〜１Ｅと同じく、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状補強材２に、熱硬化性または熱可塑性のマトリックス樹脂３が付着されて半一体化されたことにより形成された柔軟な中間成形材料である。
【００７１】
図１０（Ａ）に示すプリプレグ１Ｇは、繊維状補強材２が線状に形成され、その周囲にマトリックス樹脂３が付着されて柔軟な糸状（あるいはロープ状）に形成されている。
この場合、マトリックス樹脂３を粉体状にして繊維状補強材２にまぶしたり、ゲル状、半液体状にして繊維状補強材２に塗布したりすることが考えられる。
マトリックス樹脂３に添加される金属ナノ材料４の性状や特性は第１実施形態のものと同様である。
【００７２】
このように、柔軟な糸状やロープ状に形成されたプリプレグ１Ｇは、樹脂成形品の成形型や治具等に巻装（ワインディング）することにより、複雑な曲面や、突起状の形状の表面にも無理なく積層することができる。また、面に限らず、凹部や孔等に充填することも容易である。したがって、樹脂成形品の成形性を向上させることができる。
【００７３】
図１０（Ｂ）に示すプリプレグ１Ｈは、線状に形成された繊維状補強材２とマトリックス樹脂３とが互いに組み合わされて柔軟な糸状（コミングル材状）に形成されている。マトリックス樹脂３に添加されている金属ナノ材料４の性状や特性は第１実施形態のものと同様である。
【００７４】
このプリプレグ１Ｈも、図１０（Ａ）に示す糸（紐）状のプリプレグ１Ｇと同様に、成形型や治具等に巻装（ワインディング）して積層することができ、複雑な曲面等への積層に適している。
特に、このプリプレグ１Ｈは、マトリックス樹脂３自身が繊維状補強材２の内部に編み込まれているため、プリプレグ１Ｈが加熱されると同時に編み込まれたマトリックス樹脂３が溶けて硬化する。
このため、シート状の樹脂を積層する必要がなく、繊維状補強材２がマトリックス樹脂３中に含浸されたプリプレグよりも扱いが楽であり、積層工程を大幅に短縮することができる。
【００７５】
図１０（Ｃ）に示すプリプレグ１Ｉは、線状に形成された繊維状補強材２とマトリックス樹脂３とが互いにクロス状に編み込まれて柔軟な織物状に形成されている。マトリックス樹脂３に添加されている金属ナノ材料４の性状や特性は第１実施形態のものと同様である。なお、繊維状補強材２とマトリックス樹脂３とを帯状に形成して編み込んでもよい。
【００７６】
このプリプレグ１Ｉの場合も、図１０（Ｂ）に示すプリプレグ１Ｈと同様に、マトリックス樹脂３自身が繊維状補強材２の内部に編み込まれているため、プリプレグ１Ｉが加熱されると同時に編み込まれたマトリックス樹脂３が溶けて硬化する。このため、シート状の樹脂を積層する必要がなく、積層工程を大幅に短縮することができる。
【００７７】
これらのプリプレグ１Ｇ，１Ｈ，１Ｉのように、糸状（ロープ状）、織物状に形成されたプリプレグは、第１実施形態におけるシート状のプリプレグ１Ａ〜１Ｅと共に、樹脂成形品の成形型や治具等の形状に合わせて適宜選択することにより、様々な形状の樹脂成形品を成形することができる。そして、これらのプリプレグ１Ａ〜１Ｉは、そのマトリックス樹脂３に金属ナノ材料４が含まれているため、電磁波を照射することにより、成形された形通りに硬化させることができる。
【００７８】
以上説明したように、本発明に係る樹脂複合材料およびその硬化方法によれば、樹脂複合材料に電磁波を照射することにより、樹脂複合材料を自己発熱させて硬化させることができる。
このため、従来のようにオートクレーブ等の収容型の加熱器に収容する必要がなくなり、収容型の加熱器が不要になることから、加熱する設備を大幅に簡素化するとともに、省エネルギー化して樹脂成形品の製造コストを低減することができる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
【００８０】
例えば、上記実施形態では、マトリックス樹脂が半硬化状となっているプリプレグに本発明を適用した例について説明したが、マトリックス樹脂が流動状の樹脂複合材料についても本発明を適用することができる。
【００８１】
また、上記実施形態では、３ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数範囲にある電磁波を照射することによって金属ナノ材料４を自己発熱させているが、これよりも低い周波数、例えば２０Ｈｚ程度の電場を印加することによっても金属ナノ材料４を自己発熱させることができることが確認されている。
このように、電磁波よりも低い周波数の電場を印加することによって金属ナノ材料４を自己発熱させるようにすれば、電場を印加する構成が電磁波を照射する構成よりも簡素であるため、加熱する設備を簡素化し、樹脂成形品の製造コスト低減に貢献することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１Ａ〜１Ｉ  プリプレグ（樹脂複合材料）
２  繊維状補強材
３  マトリックス樹脂
４  金属ナノ材料
５  樹脂シート
６  成形型（治具）
７  真空バッグ
８  電磁波照射チャンバ
９  電磁波照射器
ＥＷ  電磁波
Ｓ１  積層ステップ
Ｓ２  電磁波照射ステップ
【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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