(57)【要約】【課題】高強度な強化樹脂シートを得ることができる繊維基材を提供する。【解決手段】繊維基材１は、シート状の無機基材４と、複数の強化繊維束２と、非熱可塑性接着部３とを備える。複数の強化繊維束２は、無機基材４上において、相互に間隔をおいて配列されている。非熱可塑性接着部３は、無機基材４と強化繊維束２とを接着している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の無機基材と、
前記無機基材上において、相互に間隔をおいて配列された複数の強化繊維束と、
前記無機基材と前記強化繊維束とを接着している非熱可塑性接着部と、
を備える、繊維基材。
【請求項２】
前記非熱可塑性接着部が、２５０℃で軟化しない接着部である、請求項１に記載の繊維基材。
【請求項３】
前記非熱可塑性接着部が、無機接着部である、請求項１又は２に記載の繊維基材。
【請求項４】
前記非熱可塑性接着部が、アモルファスカーボン、ポリイミド、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一種を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維基材。
【請求項５】
前記アモルファスカーボンが、フェノール樹脂及びオキサジン樹脂の少なくとも一方を由来とするアモルファスカーボンである、請求項４に記載の繊維基材。
【請求項６】
前記無機基材が無機繊維紙である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の繊維基材。
【請求項７】
前記無機基材が、不織布又はメッシュ状体である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の繊維基材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維基材と、
前記繊維基材に含浸した樹脂と、
を備える、樹脂シート。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維基材を製造する方法であって、
前記無機基材と前記複数の強化繊維束とを樹脂を用いて固定する工程と、
前記樹脂により相互に固定された無機基材及び複数の強化繊維束を加熱することにより前記樹脂を炭化させて前記非熱可塑性接着部を形成する工程と、
を備える、繊維基材の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂として、フェノール樹脂及びオキサジン樹脂の少なくとも一方を用いる、請求項９に記載の繊維基材の製造方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の樹脂シートの製造方法であって、
前記非熱可塑性接着部の融点以下の温度の樹脂を前記繊維基材に含浸させる、樹脂シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維基材、樹脂シート、繊維基材の製造方法及び樹脂シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂シート等を強化するための繊維基材が用いられている。例えば、特許文献１には、強化繊維糸条を一方向に配列したたて糸と補助挿入糸のよこ糸を交錯し、その交点を低融点熱可塑ポリマーで接着した繊維基材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３２４８７号公報
【特許文献２】特開平１１−９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の繊維基材に樹脂を含浸させて強化樹脂シートを作製した場合、樹脂の含浸工程において強化繊維糸条の直線性が損なわれる場合がある。強化繊維糸条の直線性が損なわれた場合、強化樹脂シートの強度が低下する。
【０００５】
本発明の主な目的は、高強度な強化樹脂シートを得ることができる繊維基材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る繊維基材は、シート状の無機基材と、複数の強化繊維束と、非熱可塑性接着部とを備える。複数の強化繊維束は、無機基材上において、相互に間隔をおいて配列されている。非熱可塑性接着部は、無機基材と強化繊維束とを接着している。
【０００７】
本発明に係る繊維基材では、非熱可塑性接着部が、２５０℃で軟化しない接着部であることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る繊維基材では、非熱可塑性接着部が、無機接着部であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る繊維基材では、非熱可塑性接着部が、アモルファスカーボン、ポリイミド、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００１０】
このうち、ポリイミドは、樹脂の中でも極めて高い耐熱性と高い軟化温度をもつ。一方、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤は、溶液に分散可能であり取扱い性がよい。
【００１１】
本発明においては、溶液への分散性がよく、さらに、繊維、特に炭素繊維への接着性にすぐれるアモルファスカーボンが、最も好適に、非熱可塑性接着部として使用可能である。
【００１２】
本発明に係る繊維基材では、アモルファスカーボンが、フェノール樹脂及びオキサジン樹脂の少なくとも一方を由来とするアモルファスカーボンであることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る繊維基材では、無機基材が無機繊維紙であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る繊維基材では、無機基材が、不織布又はメッシュ状体であってもよい。
【００１５】
本発明に係る樹脂シートは、本発明に係る繊維基材と、繊維基材に含浸した樹脂とを備える。
【００１６】
本発明に係る繊維基材を製造する方法は、本発明に係る繊維基材を製造する方法である。本発明に係る繊維基材を製造する方法では、無機基材と複数の強化繊維束とを樹脂を用いて固定する。樹脂により相互に固定された無機基材及び複数の強化繊維束を加熱することにより樹脂を炭化させて非熱可塑性接着部を形成する。
【００１７】
本発明に係る繊維基材を製造する方法は、樹脂として、フェノール樹脂及びオキサジン樹脂の少なくとも一方を用いる。
【００１８】
本発明に係る樹脂シートの製造方法は、本発明に係る樹脂シートを製造する方法である。本発明に係る樹脂シートの製造方法では、非熱可塑性接着部の融点以下の温度の樹脂を繊維基材に含浸させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、高強度な強化樹脂シートを得ることができる繊維基材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る繊維基材の模式的平面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。
【図３】第１の実施形態における強化樹脂シートの模式的断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る繊維基材の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００２２】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る繊維基材の模式的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける模式的断面図である。
【００２４】
繊維基材１は、例えば、樹脂シート等の強化に用いられるものである。繊維基材１は、複数の強化繊維束２を有する。複数の強化繊維束２は、それぞれ、一の方向に沿って延びるように配されており、一の方向に対して垂直な他の方向に沿って相互に間隔をおいて配列されている。
【００２５】
強化繊維束２は、強化繊維の束である。強化繊維は、無機繊維であることが好ましい。好ましく用いられる強化繊維の具体例としては、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、バサルト繊維等が挙げられる。なかでも、ガラス繊維及び炭素繊維が強化繊維としてより好ましく用いられる。炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系の炭素繊維、ＰＩＴＣＨ系の炭素繊維等が挙げられる。ガラス繊維としては、例えば、Ｅガラス繊維が挙げられる。
【００２６】
強化繊維の平均繊維径は、６μｍ以上２７μｍ以下であることが好ましい。無機繊維基材に使われる強化繊維の長さは、強化繊維の分散性を向上する観点から、１０ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましく、１０ｍｍ〜３０ｍｍであることがより好ましい。
【００２７】
強化繊維束２は、一の方向に沿って延びる複数の強化繊維がバンドルされたものである。強化繊維束２の形状は特に限定されない。本実施形態では、強化繊維束２は、一の方向に沿って延びる細長形状のシート状に形成されている。
【００２８】
強化繊維束２を構成する強化繊維の本数は、特に限定されない。強化繊維として炭素繊維を用いる場合は、強化繊維束２を構成する炭素繊維の本数を、例えば、１０００本〜５００００本程度とすることができる。強化繊維としてガラス繊維を用いる場合は、強化繊維束２を構成するガラス繊維の本数を、例えば、１０００本〜２００００本程度とすることができる。
【００２９】
図２に示すように、複数の強化繊維束２は、シート状の無機基材４の上に相互に間隔をおいて配列されている。無機基材４は、例えば、不織布又はメッシュ状体により構成されていることが好ましい。無機基材は、例えば、抄造法等により作製された無機繊維紙等であってもよい。
【００３０】
無機基材４の坪量は、１０ｇ／ｍ２〜１００ｇ／ｍ２であることが好ましい。無機基材４の坪量が小さすぎると、最終的に製造される複合材に対する補強効果が充分ではない。無機基材４の坪量が大きすぎると、製造コストが高くなる。
【００３１】
無機基材４と強化繊維束２とは、非熱可塑性接着剤を用いて接着されている。すなわち、無機基材４と強化繊維束２とは、非熱可塑性接着部３により接着されている。非熱可塑性接着部３は、無機接着部であることが好ましい。非熱可塑性接着部３は、例えば、非熱可塑性接着部が、アモルファスカーボン、ポリイミド、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤及びアルミネートカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００３２】
繊維基材１は、例えば、以下の要領で製造することができる。まず、無機基材４と強化繊維束２とを樹脂を用いて固定する。具体的には、樹脂溶液を強化繊維束２の表面に塗布する。樹脂溶液の塗布は、例えば、スプレー法により行ってもよいし、強化繊維束２を樹脂溶液に浸漬させることにより行ってもよい。その後、樹脂溶液が塗布された強化繊維束２を無機基材４に押し当てることにより、強化繊維束２と無機基材４とを固定することができる。その後、樹脂を用いて固定された無機基材４と強化繊維束２とを加熱し、樹脂を炭化させることにより、アモルファスカーボンからなる非熱可塑性接着部３を形成することができる。以上の工程により繊維基材１を完成させることができる。
【００３３】
無機基材４と強化繊維束２との接着に用いる樹脂としては、フェノール樹脂及びオキサジン樹脂の少なくとも一方であることが好ましい。すなわち、非熱可塑性接着部３がアモルファスカーボンにより構成されている場合、そのアモルファスカーボンは、フェノール樹脂及びオキサジン樹脂の少なくとも一方を由来とするものであることが好ましい。この場合、樹脂の炭化温度を低くすることができるからである。
【００３４】
図３は、第１の実施形態における強化樹脂シートの模式的断面図である。
【００３５】
強化樹脂シート５は、繊維基材１を備えている。繊維基材１は、樹脂６を含浸している。この強化樹脂シート５は、繊維基材１に樹脂６を含浸させることにより製造することができる。
【００３６】
ところで、特許文献１に記載の繊維基材は、強化繊維糸条を一方向に配列したたて糸と補助挿入糸のよこ糸を交錯し、その交点を低融点熱可塑ポリマーで接着したものである。このため、低融点熱可塑ポリマーが軟化してしまうような高温の状態で樹脂を含浸させる工程において、強化繊維糸条の固定が緩み、強化繊維糸条がたるむ場合がある。強化繊維糸条が撓むと強化樹脂シートの強度が低下する。
【００３７】
一方、本実施形態では、無機基材４と強化繊維束２とが非熱可塑性接着部３により接着されている。このため、高温の状態で樹脂を含浸させる工程において強化繊維束２が撓みにくい。従って、高強度の強化樹脂シート５を製造することができる。
【００３８】
樹脂を含浸させる工程において強化繊維束２が撓むことをより効果的に抑制する観点から、非熱可塑性接着部３が２５０℃で軟化しないものであることが好ましく、３００℃で軟化しないものであることがより好ましい。非熱可塑性接着部３が無機接着部であることが好ましい。
【００３９】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る繊維基材の模式的断面図である。
【００４１】
第１の実施形態では、隣接する強化繊維束２が離間している例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、図４に示すように、隣接する強化繊維束２が接触していてもよい。
【００４２】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００４３】
（実施例１）
ビーカーに、ジメチルホルムアミド（和光純薬・品番０４５−０２９１６）１０ｇ、水１０ｇ、１，５−ジヒドロキシナフタレン（和光純薬・品番０４８−０２３４２）１．６ｇ、４０％メチルアミン水溶液（和光純薬・品番１３２−０１８５７）０．８ｇ、３７％ホルムアルデヒド水溶液（和光純薬・品番０６４−００４０６）１．６ｇをこの順に加え、攪拌することでオキサジン樹脂溶液を作成した。
【００４４】
炭素繊維束（ＴＣ３５−２４Ｋ，台湾プラスチック）を上記溶液に浸漬させ、取り出して、ゴムローラー間でピンチすることで余分の樹脂溶液を取り除いた後に、束間の間隔を１ｃｍとして、一方向に均等に整列させた。
【００４５】
炭素繊維紙（カーボライト、２０ｇ／ｍ２、オリベスト株式会社）を、上記の整列させた炭素繊維束の上に積層させた。
【００４６】
この状態で、全体を１７０℃に設定された加熱オーブン中に３０分間入れることで、オキサジン樹脂の炭化反応を進め、炭素繊維束と炭素繊維紙を、アモルファスカーボンにより接合させた。以上の工程により繊維基材を作製した。
【００４７】
炭素繊維束と炭素繊維紙の全重量を測定したところ、接合前と比べて１％の重量増加が認められ、アモルファスカーボンが、炭素繊維束と炭素繊維紙全体に対して、約１％含有率で付着したと判断された。
【００４８】
射出成形グレードのポリプロピレン（ＭＦＲ＝１０，品番ＭＡ３Ｈ、日本ポリプロ株式会社）を加熱プレスして、およそ１００μｍの厚みのシート状に成形した。
【００４９】
炭素繊維紙上に整列された炭素繊維束の上にこのシートを積層し、２００℃に加熱された熱板を用いて圧縮して、溶融したポリプロピレンを、炭素繊維束中へ含浸させた。（３０ｔプレス  東洋精機（株））。この時のプレス圧力は、およそ１０ｋｇｆ／ｃｍ２であった。プレス時間はおよそ２分であった。
【００５０】
その後、全体を冷却し、炭素繊維複合材（強化樹脂シート）を作製した。目視での観察では、炭素繊維束が、曲がっているような状況は観察されなかった。複合材の炭素繊維束方向への引張強度物性を測定した。引張強度物性の結果を表１に示す。
【００５１】
＜引張試験の条件＞
試験機：島津製作所社製オートグラフ  ＡＢ−１０ＴＢ
引張りスピード：５ｍｍ／分
試験片：炭素繊維束に沿って、巾１０ｍｍに切り出して試験片を作製した。
スパン：５０ｍｍ
【００５２】
（比較例１）
エポキシ樹脂エマルジョン（松本油脂製薬（株）・ＫＰ−０１１０）１０ｇ、水１００ｇをビーカーで混合した。炭素繊維束（ＴＣ３５−２４Ｋ，台湾プラスチック）を上記溶液に浸漬させた後に取り出して、ゴムローラー間でピンチすることで余分の樹脂溶液を取り除いた後に、束間の間隔を１ｃｍとして、一方向に平行間隔で均等に整列させた。
【００５３】
炭素繊維紙（カーボライト、２０ｇ／ｍ２、オリベスト株式会社）を、上記の整列させた炭素繊維束の上に積層させた。この状態で、全体を１７０℃に設定された加熱オーブン中に３０分間入れることで、溶媒を蒸発させ、炭素繊維束と炭素繊維紙を、エポキシ樹脂エマルジョンにより接合させた。
【００５４】
炭素繊維束と炭素繊維紙の全重量を測定したところ、２％の重量増加が認められ、エポキシ樹脂エマルジョンが、炭素繊維束と炭素繊維紙全体に対して、約２％の含有率であると判断した。
【００５５】
射出成形グレードのポリプロピレン（ＭＦＲ＝１０，品番ＭＡ３Ｈ、日本ポリプロ株式会社）を加熱プレスして、およそ１００μｍの厚みのシート状に成形した。
【００５６】
このシートを上記した炭素繊維紙上に整列された炭素繊維束の上に、積層し、２００℃に加熱された熱板を用いて圧縮して、溶融したポリプロピレンを、炭素繊維束中へ含浸させた。（３０ｔプレス  東洋精機（株））。この時のプレス圧力は、およそ１０ｋｇｆ／ｃｍ２であった。プレス時間はおよそ２分であった。
【００５７】
その後、全体を冷却し、炭素繊維複合材を作成した。目視での観察では、炭素繊維束が、明らかに湾曲していることが観察された。複合材の炭素繊維束方向への引張強度物性を実施例１と同様の方法で測定した。引張強度物性の結果を表１に示す。
【００５８】
【表１】
2016097654.tif 000003
【符号の説明】
【００５９】
１  繊維基材
２  強化繊維束
３  非熱可塑性接着部
４  無機基材
５  強化樹脂シート
６  樹脂
【図１】
2016097654.tif 000004
【図２】
2016097654.tif 000005
【図３】
2016097654.tif 000006
【図４】
2016097654.tif 000007