(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂複合材料において、表面を研磨加工する時に、研磨限度を確認できることである。【解決手段】エポキシ樹脂等の第１樹脂をカーボン繊維等の繊維で強化した繊維強化層１２と、第１樹脂で表面に形成される第１樹脂層１４とを含む繊維強化樹脂複合材料１０であって、第１樹脂層１４と繊維強化層１２との間に設けられ、エポキシ樹脂等の第２樹脂で形成される第２樹脂層１６を有し、第１樹脂層１４と第２樹脂層１６とは、異なる色の樹脂で形成される。そして、第２樹脂層１６の厚みは、５０μｍ以上所定厚さ以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１樹脂を繊維で強化した繊維強化層と、
第１樹脂で表面に形成される第１樹脂層と、
を含む繊維強化樹脂複合材料であって、
第１樹脂層と繊維強化層との間に設けられ、第２樹脂で形成される第２樹脂層を有し、
第１樹脂層と第２樹脂層とは、異なる色の樹脂で形成されることを特徴とする繊維強化樹脂複合材料。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材料であって、
第２樹脂層の厚みは、５０μｍ以上所定厚さ以下であることを特徴とする繊維強化樹脂複合材料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維強化樹脂複合材料であって、
第１樹脂層を研磨した後、他の部材と接着されることを特徴とする繊維強化樹脂複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合材料に係り、特に、第１樹脂を繊維で強化した繊維強化層と、第１樹脂で表面に形成される第１樹脂層とを含む繊維強化樹脂複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用部品、例えば、自動車用部品や航空機用部品等には、マトリックスである合成樹脂材料を、強化材である繊維で強化した繊維強化樹脂複合材料が使用されている。マトリックスである合成樹脂材料には、例えば、エポキシ樹脂等が用いられ、強化材である繊維には、例えば、カーボン繊維等が用いられる。繊維強化樹脂複合材料は、アルミニウム合金等の金属材料よりも、比強度や耐食性等に優れているので、自動車用部品や航空機用部品等の軽量化を図ることができる。ここで、特許文献１には、繊維強化樹脂複合材料を用いた配管等が示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２４２２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、繊維強化樹脂複合材料を他の部材と接着等する場合には、繊維強化樹脂複合材料の表面を、研磨紙等で研磨加工（サンディング加工）することが行われている。繊維強化樹脂複合材料の表層を研磨加工することにより、成形時において表面に付着した離型剤を除去することができ、また、研磨加工して接着面を荒らすことで接着面積を大きくすることができるからである。
【０００５】
ここで、上記のように繊維強化樹脂複合材料の表面を研磨加工する場合には、研磨限度を目視等で確認することが難しいために、強化材である繊維を研磨して破断させるという問題がある。それにより、繊維強化樹脂複合材料の機械的強度や接着強度が低下する可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、研磨加工する時に、研磨限度を確認できる繊維強化樹脂複合材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料は、第１樹脂を繊維で強化した繊維強化層と、第１樹脂で表面に形成される第１樹脂層と、を含む繊維強化樹脂複合材料であって、第１樹脂層と繊維強化層との間に設けられ、第２樹脂で形成される第２樹脂層を有し、第１樹脂層と第２樹脂層とは、異なる色の樹脂で形成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料において、第２樹脂層の厚みは、５０μｍ以上所定厚さ以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料は、第１樹脂層を研磨した後、他の部材と接着されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように本発明に係る繊維強化樹脂複合材料によれば、研磨加工する時に、樹脂研磨粉の色が変わることにより研磨限度を確認することができる。それにより、繊維強化層の繊維が研磨されるのを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、繊維強化樹脂複合材料１０の構成を示す図である。繊維強化樹脂複合材料１０は、繊維強化層１２と、第１樹脂層１４とを含んで構成される。
【００１２】
繊維強化層１２は、第１樹脂を強化材である繊維１５で強化して形成される層である。繊維強化層１２は、繊維１５にマトリックス樹脂である第１樹脂を含浸して硬化することにより形成することができる。
【００１３】
第１樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリシアネート樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂材料を用いることができる。勿論、第１樹脂には、上記合成樹脂材料に限定されることなく、他の合成樹脂材料を用いてもよい。
【００１４】
強化材である繊維１５には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、他の条件次第では、繊維１５には、ガラス繊維、アラミド繊維または炭化珪素繊維等を用いることができる。また、繊維１５の形態には、数千から数万本のフィラメントが束になったフィラメントヤーンやストランド等の繊維形態を用いることができる。勿論、他の条件次第では、繊維１５の形態は、これらに限定されることはない。
【００１５】
第１樹脂層１４は、第１樹脂により、繊維強化樹脂複合材料１０の表面に形成される層である。第１樹脂層１４は、上述したエポキシ樹脂等の合成樹脂材料が用いられ、第１樹脂を硬化することにより形成することができる。
【００１６】
第２樹脂層１６は、第１樹脂層１４と繊維強化層１２との間に設けられ、第２樹脂で形成される。第２樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリシアネート樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂材料を用いることができる。勿論、第２樹脂には、上記合成樹脂材料に限定されることなく、他の合成樹脂材料を用いてもよい。
【００１７】
第２樹脂には、第１樹脂と同じ種類の合成樹脂材料を用いることが好ましい。例えば、第１樹脂にエポキシ樹脂を用いた場合には、第２樹脂にもエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、第２樹脂に第１樹脂と異なる種類の合成樹脂材料を用いる場合には、第２樹脂には、第１樹脂と相溶性がより高い合成樹脂材料を用いることが好ましい。第２樹脂に上記合成樹脂材料を用いることにより層間の接着力をより高めることができ、第１樹脂層１４と第２樹脂層１６との間や、第２樹脂層１６と繊維強化層１２との間の層間剥離等を抑えることができるからである。勿論、他の条件次第では、第２樹脂は、上記合成樹脂材料に限定されることはない。
【００１８】
第１樹脂層１４を形成する第１樹脂と、第２樹脂層１６を形成する第２樹脂とは、異なる色に着色される。これにより、第１樹脂層１４と第２樹脂層１６とを、異なる色の合成樹脂材料で形成することができる。第１樹脂層１４と第２樹脂層１６との合成樹脂材料の色が異なることにより、繊維強化樹脂複合材料１０の研磨加工中に樹脂研磨粉の色が変化して目印となり、目視により研磨限度を確認することができる。それにより、繊維強化層１２におけるフィラメント繊維等の研磨による破断を抑えることができる。
【００１９】
ここで、異なる色に着色されるとは、例えば、第１樹脂には、青色に着色された合成樹脂材料を用い、第２樹脂には、赤色に着色された合成樹脂材料を用いる場合だけでなく、第１樹脂には、無色透明な合成樹脂材料を用い、第２樹脂には、青色または赤色等に着色された合成樹脂材料を用いる場合も含まれる。合成樹脂材料の着色方法は、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂材料に着色剤を添加する等の一般的な着色方法により行うことができる。
【００２０】
第２樹脂層１６の厚さは、５０μｍ以上所定厚さ以下であることが好ましい。第２樹脂層１６の厚さが５０μｍよりも小さい場合には、第２樹脂層１６が薄いために、目視により研磨限度を確認する前に、第２樹脂層１６が削り取られる可能性があり、繊維強化層１２のフィラメント繊維が破断する場合があるからである。また、第２樹脂層１６の厚さは、８００μｍ以下であることが好ましい。勿論、他の条件次第では、第２樹脂層１６の厚さは、上記範囲に限定されることはない。
【００２１】
次に、繊維強化樹脂複合材料１０の製造方法について説明する。図２は、繊維強化複合材料１０の製造工程を示すフローチャートである。繊維強化樹脂複合材料１０の製造工程は、準備工程（Ｓ１０）と、積層工程（Ｓ１２）と、成形工程（Ｓ１４）とを含んで構成される。
【００２２】
準備工程（Ｓ１０）は、繊維強化樹脂複合材料１０を成形するための材料を準備する工程である。第１樹脂用フィルムには、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂フィルムを用いることができる。強化材である繊維基材には、例えば、カーボン繊維等を平織りや朱子織り等に織った織物材や一方向材、テープ材や編組品等を用いることができる。また、上記第１樹脂用フィルムや繊維基材に限定されることなく、繊維基布等に第１樹脂を含浸して半硬化させたプリプレグ等を用いてもよい。
【００２３】
第２樹脂用シートには、第１樹脂用フィルムと異なる色に着色されたエポキシ樹脂等の樹脂シートが用いられる。第２樹脂用シートには、例えば、エポキシ樹脂等のフィルム接着剤を使用することができる。第１樹脂用フィルムに青色に着色したエポキシ樹脂等の樹脂フィルムを用いた場合には、第２樹脂用シートには、例えば、赤色に着色された樹脂シートが用いられる。また、第１樹脂用フィルムに無色透明なエポキシ樹脂等の樹脂フィルムを用いた場合には、第２樹脂用シートには、例えば、青色または赤色等に着色された樹脂シートが用いられる。
【００２４】
積層工程（Ｓ１２）は、第１樹脂用フィルムと第２樹脂用シートと繊維基材とをハンドレイアップ法等で積層して積層体とする工程である。図３は、積層体２０の構成を示す図である。まず、第１樹脂用フィルム２２と第２樹脂用シート２４と繊維基材２６とは、所定形状の型３０に積層される。型３０には、例えば、フッ素樹脂系の離型剤がローラやハケ等で塗布され、離型剤塗布後に乾燥または焼付けが行われる。型３０に離型剤をコーティングすることにより、成形後、繊維強化樹脂複合材料１０を容易に型３０から離型して取り出すことができる。
【００２５】
積層体２０は、型３０の上に第１樹脂用フィルム２２が置かれ、第１樹脂用フィルム２２の上に第２樹脂用シート２４が置かれ、第２樹脂用シート２４の上に繊維基材２６が置かれ、繊維基材２６の上に第１樹脂用フィルム２２が置かれ、更に、複数の第１樹脂用フィルム２２と、複数の繊維基材２６が置かれて構成される。また、第２樹脂用シート２４と繊維基材２６との間に、第１樹脂用フィルム２２を置いてもよい。そして、真空ポンプ等により積層体２０の真空引きを行うため、積層体２０は、ポリエステル樹脂シートやポリイミド樹脂シート等の真空バック用シートで覆われ、シール材等でシールされる。
【００２６】
成形工程（Ｓ１４）は、第１樹脂用フィルム２２と、第２樹脂用シート２４と、繊維基材２６とを含む積層体２０を加熱硬化処理して、繊維強化樹脂複合材料１０を成形する工程である。積層体２０を所定の硬化温度、所定の硬化圧力で加熱硬化処理することにより、第１樹脂と第２樹脂とを硬化させて繊維強化樹脂複合材料１０を成形することができる。
【００２７】
加熱硬化処理は、まず、真空ポンプ等で積層体２０の真空引きを行って、積層体２０を略１気圧で加圧する。その後、所定の含浸温度まで積層体２０を加熱して、第１樹脂用フィルム２２の樹脂粘度を下げて第１樹脂を繊維基材２６に含浸する。そして、積層体２０を所定の硬化温度まで加熱して、第１樹脂と第２樹脂とを硬化させる。含浸温度や硬化温度等は、第１樹脂用フィルム２２と第２樹脂用シート２４に使用される合成樹脂材料の種類により各々設定される。また、積層体２０の成形には、ホットプレス装置やオートクレーブ装置等を使用することができる。
【００２８】
そして、繊維強化樹脂複合材料１０は、十分に冷却させた後、型３０から離型して取り出される。繊維強化樹脂複合材料１０の表面に付着した離型剤は、例えば、研磨紙（サンドペーパー）等で表層を研磨加工して除去される。
【００２９】
上記における繊維強化樹脂複合材料１０では、エポキシ樹脂等の樹脂フィルムを用いて製造したが、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法等によりエポキシ樹脂等を繊維基材に圧力含浸して繊維強化樹脂複合材料１０を製造してもよい。
【００３０】
次に、繊維強化樹脂複合材料１０の作用について説明する。繊維強化樹脂複合材料１０をＦＲＰ部材や金属部材等の他の部材と接着するときには、一般的に、表面に付着した離型剤等の不純物を除去したり、表面を荒らして接着面積を大きくするために、繊維強化樹脂複合材料１０に接着前処理として研磨加工が施される。図４は、繊維強化樹脂複合材料１０の作用を示す図であり、図４（Ａ）は、研磨加工前の繊維強化樹脂複合材料１０を示す図であり、図４（Ｂ）は、研磨加工中の繊維強化樹脂複合材料１０を示す図であり、図４（Ｃ）は、研磨加工後の繊維強化樹脂複合材料１０を示す図である。
【００３１】
まず、繊維強化樹脂複合材料１０を研磨加工することにより、第１樹脂層１４が研磨され、例えば、白色の第１樹脂研磨粉が生じる。そして、繊維強化樹脂複合材料１０を更に研磨加工することにより、第２樹脂層１６に到達する。第２樹脂層１６に到達すると、図４（Ｂ）に示すように、第１樹脂層１４と異なる色に着色された第２樹脂層１６が研磨され、第１樹脂層１４と異なる色の第２樹脂研磨粉が生じる。これにより、研磨限度を目視で確認することができ、研磨加工を止めて繊維強化層１２における繊維１５の破断を抑制することができる。
【００３２】
そして、金属部材等の他の部材に、上記研磨加工した繊維強化樹脂複合材料１０を接着する場合には、接着剤塗布面に付着した第１樹脂研磨粉または第２樹脂研磨粉を除去した後、例えば、エポキシ樹脂系接着剤等を接着剤塗布面に塗布して他の部材と研磨加工した繊維強化樹脂複合材料１０とを接着する。これにより、繊維強化層１２における繊維１５の破断が抑制されているため、より高い接着強度を得ることができる。
【００３３】
以上、上記構成の繊維強化樹脂複合材料によれば、繊維強化樹脂複合材料の表面を研磨加工する時に、第１樹脂層と第２樹脂層とで樹脂研磨粉の色が変わることにより目視により研磨限度が確認できるので、表面近傍にある繊維が研磨されて破断することを抑えることができる。
【実施例】
【００３４】
４種類の繊維強化樹脂複合材料を製造し、接着特性評価試験を実施した。
【００３５】
実施例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法について説明する。図５は、実施例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法を示す図である。繊維基材には、カーボン繊維で形成されたカーボン繊維基材を用いた。マトリックス樹脂としての第１樹脂用フィルムには、無色透明なエポキシ樹脂フィルムを用いた。第２樹脂用シートには、青色透明なエポキシ樹脂系フィルム接着剤を用いた。なお、エポキシ樹脂系フィルム接着剤の目付けは、１５０ｇｓｍであり、エポキシ樹脂系フィルム接着剤の厚みは、１５０μｍである。そして、カーボン繊維基材と、無色透明なエポキシ樹脂フィルムと、青色透明なエポキシ樹脂系フィルム接着剤とをレイアップして積層体とした。繊維強化樹脂複合材料の成形は、積層体を真空引きした後、９０℃で６０分間保持して無色透明なエポキシ樹脂をカーボン繊維基材に含浸し、１３０℃で６０分間保持して無色透明なエポキシ樹脂と青色透明なエポキシ樹脂とを硬化させて行った。なお、硬化時における積層体の加圧は１気圧とした。
【００３６】
比較例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法について説明する。比較例１における繊維強化樹脂複合材料では、第２樹脂用シートに、目付けが４０ｇｓｍであり、厚みが４０μｍである青色透明なエポキシ樹脂系フィルム接着剤を使用した。その他については、実施例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法と同様である。
【００３７】
比較例２における繊維強化樹脂複合材料の製造方法について説明する。比較例２における繊維強化樹脂複合材料では、第２樹脂用シートに、目付けが２００ｇｓｍであり、厚みが２００μｍの青色透明なナイロン系フィルム接着剤を使用した。その他については、実施例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法と同様である。
【００３８】
比較例３における繊維強化樹脂複合材料の製造方法について説明する。比較例３における繊維強化樹脂複合材料では、第２樹脂用シートを用いないで繊維強化樹脂複合材料を製造した。その他については、実施例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法と同様である。
【００３９】
次に、接着特性評価用試験片の作製方法について説明する。図６は、接着特性評価用試験片４０の作製方法を示す図である。接着特性評価用試験片４０は、２枚の被着体４２を試験片の略中央で重ね合わせるシングルラップ式試験片とした。被着体４２のサイズは、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍとした。そして、接着剤塗布面４４は、幅２５ｍｍ、長さ１０ｍｍとした。接着剤塗布面４４に接着剤が塗布され、２枚の被着体４２をラップさせて接着特性評価用試験片４０を作製した。
【００４０】
ここで、実施例１における繊維強化樹脂複合材料では、接着剤塗布面４４について、研磨加工を行っていない被着体４２、第２樹脂層まで研磨加工した被着体４２、繊維強化層まで研磨加工した被着体４２について各々接着特性評価用試験片４０を作製した。比較例１における繊維強化樹脂複合材料では、接着剤塗布面４４について、研磨加工した被着体４２についてのみ接着特性評価用試験片４０を作製し、比較例２及び比較例３の繊維強化樹脂複合材料については、接着剤塗布面４４について、研磨加工を行っていない被着体４２と研磨加工した被着体４２について接着特性評価用試験片４０を作製した。
【００４１】
次に、接着特性評価試験方法について説明する。図７は、接着特性評価試験方法を示す図である。上述した接着特性評価用試験片４０について、機械強度試験機等で引張せん断試験を行い、接着強度を測定した。ここで、接着特性評価用試験片４０を引張る引張速度は、５ｍｍ/ｍｉｎとした。そして、接着特性評価試験後に、破壊した接着特性評価用試験片４０の破面観察を行った。
【００４２】
次に、接着特性評価試験結果について説明する。表１は、接着特性評価試験結果を示す表である。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
実施例１における繊維強化樹脂複合材料において、研磨加工していない試験片では、接着強度が１３ＭＰａであった。そして、破壊形態は界面破壊を示し、表面に離型剤が付着していた。樹脂研磨粉が青色となり、第２樹脂層に到達するまで研磨加工した試験片では、接着強度が２１ＭＰａであった。そして、破壊形態は凝集破壊を示した。樹脂研磨粉が黒色となり、繊維強化層に到達するまで研磨加工した試験片では、接着強度が１７ＭＰａであった。そして、破壊形態は被着体破壊を示し、繊維と繊維との間のマトリックス樹脂層で破壊した。
【００４５】
研磨加工していない試験片で接着強度の低下が認められたのは、試験片の表面に離型剤が付着していたことにより、接着剤が剥離しやすくなったためである。また、繊維強化層に到達するまで研磨加工した試験片で接着強度の低下が認められたのは、研磨加工により繊維を破断したことにより、繊維強化層における繊維と繊維との間のマトリックス樹脂層で破壊したことによるからである。これらに対して、第２樹脂層に到達するまで研磨加工した試験片では、樹脂研磨粉が青色となることで目視で研磨限度を確認して繊維強化層に到達する前に研磨加工を止めたため、繊維強化層における繊維の破断が抑えられて高い接着強度が得られた。
【００４６】
比較例１における繊維強化樹脂複合材料において、研磨加工した試験片では、接着強度が１６ＭＰａであった。そして、破壊形態は被着体破壊を示し、繊維と繊維との間のマトリックス樹脂層で破壊した。接着強度の低下が認められたのは、エポキシ樹脂系フィルム接着剤の厚みが４０μｍと薄いために、繊維強化層に到達するまで研磨加工したことによるからである。
【００４７】
比較例２における繊維強化樹脂複合材料において、研磨加工していない試験片では、接着強度が１３ＭＰａであった。そして、破壊形態は界面破壊を示し、表面に離型剤が付着していた。研磨加工した試験片では、無色透明なエポキシ樹脂フィルムで形成された層と、青色透明なナイロン系フィルムで形成された層との間で、研磨加工時に層間剥離が生じたため試験を実施しなかった。研磨加工時に層間剥離が生じたのは、エポキシ樹脂とナイロンとの相溶性が低いことによるからである。研磨加工していない試験片で接着強度の低下が認められたのは、試験片の表面に離型剤が付着していたことにより、接着剤の接着力が低下したからである。
【００４８】
比較例３における繊維強化樹脂複合材料において、研磨加工していない試験片では、接着強度が１３ＭＰａであった。そして、破壊形態は界面破壊を示し、表面に離型剤が付着していた。研磨加工した試験片では、接着強度が１６ＭＰａであった。そして、破壊形態は被着体破壊を示し、繊維と繊維との間のマトリックス樹脂層で破壊した。研磨加工していない試験片で接着強度の低下が認められたのは、試験片の表面に離型剤が付着していたことによるからである。また、研磨加工した試験片で接着強度の低下が認められたのは、第２樹脂層が設けられていないために、繊維強化層に到達するまで研磨加工して繊維を破断させたことによるからである。
【００４９】
以上、上記接着特性評価試験により、実施例１における繊維強化樹脂複合材料では、青色に着色された第２樹脂層を有するので研磨限度を目視で確認でき、繊維強化層に到達する前に研磨加工を止めて繊維の破断を抑えたため、優れた接着強度特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化樹脂複合材料の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態において、積層体の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、繊維強化樹脂複合材料の作用を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、実施例１における繊維強化樹脂複合材料の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、接着特性評価用試験片の作製方法を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態において、接着特性評価試験方法を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  繊維強化樹脂複合材料、１２  繊維強化層、１４  第１樹脂層、１５  繊維、１６  第２樹脂層、２０  積層体、２２  第１樹脂用フィルム、２４  第２樹脂用シート、２６  繊維基材、３０  型、４０  接着特性評価用試験片、４２  被着体、４４  接着剤塗布面。
【図１】
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【図２】
2008055770.tif 000005
【図３】
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【図４】
2008055770.tif 000007
【図５】
2008055770.tif 000008
【図６】
2008055770.tif 000009
【図７】
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