特開 2022-109573 炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022109573

(43)【公開日】2022-07-28

(54)【発明の名称】炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 11/16 20060101AFI20220721BHJP

   B32B 27/04 20060101ALI20220721BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20220721BHJP

   B29C 70/34 20060101ALI20220721BHJP

   B29K 101/12 20060101ALN20220721BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20220721BHJP

   B29L 9/00 20060101ALN20220721BHJP

【ＦＩ】

B29B11/16

B32B27/04

B29C70/06

B29C70/34

B29K101:12

B29K105:08

B29L9:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021004967

(22)【出願日】2021-01-15

(71)【出願人】

【識別番号】000201582

【氏名又は名称】前澤化成工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(72)【発明者】

【氏名】野口 大輝

(72)【発明者】

【氏名】矢野 禎典

(72)【発明者】

【氏名】田草川 英昇

【テーマコード（参考）】

4F072

4F100

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F072AA02

4F072AA04

4F072AA08

4F072AB10

4F072AB22

4F072AB28

4F072AB29

4F072AD06

4F072AD09

4F072AD51

4F072AG03

4F072AG17

4F072AG20

4F072AH03

4F072AH31

4F072AJ04

4F072AJ11

4F072AK02

4F072AK05

4F072AK14

4F072AL02

4F100AA37A

4F100AA37C

4F100AD11A

4F100AD11C

4F100AK01A

4F100AK01B

4F100AK01C

4F100AK01D

4F100AK15A

4F100AK15B

4F100AK15C

4F100AK15D

4F100BA02

4F100BA03

4F100BA04

4F100BA05

4F100BA06

4F100BA07

4F100BA08

4F100BA13

4F100BA41B

4F100BA41D

4F100DG00A

4F100DG00C

4F100DH00A

4F100DH00C

4F100EC03

4F100EC03A

4F100EC03B

4F100EJ82A

4F100EJ82C

4F100JB16A

4F100JB16C

4F205AA15

4F205AC05

4F205AD05

4F205AD08

4F205AD16

4F205AG03

4F205HA06

4F205HA14

4F205HA22

4F205HA33

4F205HA34

4F205HA37

4F205HB01

4F205HB13

4F205HT26

(57)【要約】

【課題】マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いて、性能と外観を容易に設計することが可能な炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法を提供する。
【解決手段】炭素繊維を含む繊維基材に、熱可塑性樹脂を含む第１樹脂を含侵して成膜させてなるコア部を有することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素繊維を含む繊維基材に、熱可塑性樹脂を含む第１樹脂を含侵して成膜させてなるコア部を有することを特徴とする炭素繊維複合体。

【請求項2】

前記コア部の表面を覆う、第２樹脂を含む被覆部を有し、
前記コア部と前記被覆部とは、互いに溶着されてなることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維複合体。

【請求項3】

前記被覆部は、前記第２樹脂からなる第１領域と、前記第２樹脂とは組成の異なる第３樹脂からなる第２領域と、を有することを特徴とする請求項２に記載の炭素繊維複合体。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の炭素繊維複合体を有する炭素繊維複合積層体であって、
前記炭素繊維複合体が複数積層され、互いに溶着されてなることを特徴とする炭素繊維複合積層体。

【請求項5】

請求項１に記載の炭素繊維複合体の製造方法であって、
前記繊維基材に前記第１樹脂を含侵させた後、前記第１樹脂を成膜して前記コア部を得る含浸・成膜工程を有することを特徴とする炭素繊維複合体の製造方法。

【請求項6】

請求項２に記載の炭素繊維複合体の製造方法であって、
前記繊維基材に前記第１樹脂を含侵させた後、前記第１樹脂を成膜して前記コア部を得る含浸・成膜工程と、
前記コア部の表面に前記被覆部を仮止めする仮止め工程と、
前記被覆部と前記コア部とを溶着させて炭素繊維複合体を得る溶着工程と、を有することを特徴とする炭素繊維複合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維強化樹脂（Carbon Fiber Reinforced Plastic：CFRP）は、強化材に炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックである。ＣＦＲＰは軽量で高強度なため、自動車や航空機等の構成材料など、幅広い分野で用いられている。繊維強化複合材料の製造に用いる中間材料としては、例えば、強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸させたプリプレグがある。

【0003】

マトリックス樹脂としては従来、熱硬化性樹脂が主に用いられているが、プリプレグの製造後に目的の形状に成形させる際に、加工性が乏しかったり、耐候性の付加に難がある等により、適用用途が限定されるという課題があった。

【0004】

このため、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）の研究が盛んになっている。マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を用いることで、プリプレグの加工性や耐候性を向上させることができる（例えば、特許文献１を参照）。

【0005】

しかしながら、一般的に炭素繊維は所定方向に配列したシート状の織物材が用いられるが、熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂に比べて溶融粘度が高く、炭素繊維および繊維同士の隙間への含浸性が低いという課題があった。

【0006】

こうしたマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた際の炭素繊維への含浸性を改善するために、例えば、ポリウレタンエマルジョン（水系エマルジョン状の熱可塑性ポリウレタン）をマトリックス樹脂として用いたＣＦＲＴＰが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。

【0007】

より具体的には、ポリウレタンエマルジョンをマトリックス樹脂として用いたＣＦＲＴＰの一例として、炭素繊維一方向スティッチ織物材に、ポリウレタンエマルジョンをローラーで脱泡しながら浸漬を行い、乾燥した後、これを複数枚重ねてホットプレスすることにより、ＣＦＲＴＰの成形体を得ることができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１９－１７２７９８号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】日本大学生産工学部第52回学術講演会講演概要（2019-12-7）1-36

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、非特許文献１に開示されたようなＣＦＲＴＰは、使用する樹脂エマルジョンによって、その性状が特徴づけられるため、成形対象物に応じて専用の樹脂エマルジョンを開発する必要があり、性能設計、外観設計の自由度が低いという課題があった。こうした課題に対して、樹脂エマルジョンに架橋剤を使用することも考えられるが、コストアップや作業性の観点から、別途の溶剤の使用を避けたいといった要請もある。

【0011】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いて、性能と外観を容易に設計することが可能な炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法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】

【0012】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明の炭素繊維複合体は、炭素繊維を含む繊維基材に、熱可塑性樹脂を含む第１樹脂を含侵して成膜させてなるコア部を有することを特徴とする。

【0013】

また、本発明では、前記コア部の表面を覆う、第２樹脂を含む被覆部を有し、前記コア部と前記被覆部とは、互いに溶着されていてもよい。

【0014】

また、本発明では、前記被覆部は、前記第２樹脂からなる第１領域と、前記第２樹脂とは組成の異なる第３樹脂からなる第２領域と、を有していてもよい。

【0015】

本発明の炭素繊維複合積層体は、前記各項に記載の炭素繊維複合体を有する炭素繊維複合積層体であって、前記炭素繊維複合体が複数積層され、互いに溶着されてなることを特徴とする。

【0016】

本発明の炭素繊維複合体の製造方法は、前記繊維基材に前記第１樹脂を含侵させた後、前記第１樹脂を成膜して前記コア部を得る含浸・成膜工程を有することを特徴とする。

【0017】

本発明の炭素繊維複合体の製造方法は、前記繊維基材に前記第１樹脂を含侵させた後、前記第１樹脂を成膜して前記コア部を得る含浸・成膜工程と、前記コア部の表面に前記被覆部を仮止めする仮止め工程と、前記被覆部と前記コア部とを溶着させて炭素繊維複合体を得る溶着工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いて、性能と外観を容易に設計することが可能な炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態の炭素繊維複合体を示す要部拡大断面図である。

【図2】本発明の第２実施形態の炭素繊維複合体を示す要部拡大断面図である。

【図3】本発明の第３実施形態の炭素繊維複合体を示す要部拡大断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態の炭素繊維複合積層体を示す要部拡大断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態の炭素繊維複合積層体を示す要部拡大断面図である。

【図6】本発明の第３実施形態の炭素繊維複合積層体を示す要部拡大断面図である。

【図7】本発明の第１実施形態の炭素繊維複合体の製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。

【図8】本発明の第１実施形態の炭素繊維複合積層体の製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。

【図9】本発明の第２実施形態の炭素繊維複合積層体の製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の炭素繊維複合体、炭素繊維複合積層体、炭素繊維複合体の製造方法、炭素繊維複合積層体の製造方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0021】

（炭素繊維複合体：第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の炭素繊維複合体を示す要部拡大断面図である。
炭素繊維複合体１は、炭素繊維を含む繊維基材１１に、熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂（第１樹脂）を含侵して成膜させた第１樹脂層１２を含むコア部１３を有する。

【0022】

繊維基材１１としては、炭素繊維単体であってもよく、炭素繊維と他の繊維、例えば、アラミド繊維、ナイロン（登録商標）繊維、高強度ポリエステル繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維をボロン繊維とを混合したものであってもよい。

【0023】

炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維を例示できる。炭素繊維の形態は、特に限定されず、織布、不織布、連続繊維を一方向に引き揃えたシート状の形態、連続繊維を一定の長さに切り揃えた短繊維からなる炭素繊維などを例示できる。

【0024】

こうした第１樹脂層１２は、繊維基材１１が不意にほどけるのを防止するとともに、更なる樹脂との結合を促す。すなわち、複数のコア部１３同士の積層を可能にし、また、その表面に他の機能層、例えば第２実施形態に示す被覆部の積層を可能にする。
第１樹脂層１２は、少なくとも繊維基材１１の繊維間の隙間を埋めるように形成されていればよく、更に繊維基材１１の表面を覆うように形成されていてもよい。

【0025】

第１樹脂層１２を構成するマトリクス樹脂としては、少なくとも熱可塑性樹脂を含んでいればよく、熱可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等）、ポリカーボネイト樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル－ブチレン－スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリロニトリル－スチレン混合樹脂を例示できる。
例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂はハンドリングやコストの面から好ましく、これらの粉体または液状体（エマルジョンなどを含む）を使用できる。
本実施形態では、マトリクス樹脂として繊維基材１１に対して含浸性に優れたポリ塩化ビニル樹脂を用いた。

【0026】

第１樹脂層１２を構成するマトリクス樹脂は、１種であっても、２種以上を混合したものであってもよい。
なお、マトリクス樹脂には、用途に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等の添加剤を配合してもよい。

【0027】

（炭素繊維複合体：第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態の炭素繊維複合体を示す要部拡大断面図である。
なお、第１実施形態と同様の構成には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。
炭素繊維複合体１０は、炭素繊維を含む繊維基材１１に、熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂（第１樹脂）を含侵して成膜させた第１樹脂層１２を含むコア部１３と、このコア部１３の表面のうち、少なくとも一部を覆う第２樹脂を含む被覆部１４とを有する。

【0028】

被覆部１４は、コア部１３に対して溶着され、コア部１３を覆うように形成されている。本実施形態では、被覆部１４は、シート状のコア部１３の一面および他面をそれぞれ覆うように形成されている。

【0029】

被覆部１４を構成する第２樹脂は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の何れも用いることができる。本実施形態では、被覆部１４を構成する第２樹脂として、ポリ塩化ビニル樹脂を用いた。

【0030】

第２樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合には、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂を例示できる。

【0031】

第２樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合には、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等）、ポリカーボネイト樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル－ブチレン－スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリロニトリル－スチレン共重合体樹脂を例示できる。ポリアミド（ナイロン６（登録商標）、ナイロン６６（登録商標）等）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、変性ポリオレフィン、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリカーボネイト、ポリアミドイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、アクリロニトリル－ブチレン－スチレン共重合体、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステル、アクリロニトリル－スチレン共重合体を例示できる。

【0032】

被覆部１４を構成する第２樹脂は、第１樹脂層１２を構成するマトリクス樹脂と同一の樹脂を用いることもできる。マトリクス樹脂（第１樹脂）と第２樹脂とを同一の樹脂とすれば、溶着時におけるコア部１３と被覆部１４との相溶性が高まり、コア部と被覆部１４とが確実に溶着される。

【0033】

また、被覆部１４を構成する第２樹脂をコア部１３の一面および他面で互いに異なるものを用いることもできる。例えば、コア部１３の一面の被覆部１４を構成する第２樹脂として、柔軟性の高い樹脂を用い、また、コア部１３の他面の被覆部１４を構成する第２樹脂として、硬度の高い樹脂を用いることもできる。被覆部１４の材料を適宜選択することにより、炭素繊維複合体１０の強度、耐候性を高めるといった、機能を付加することができる。

【0034】

これにより、炭素繊維複合体１０を任意の材料に貼り付けて用いる場合に、炭素繊維複合体１０の一面及び他面を使い分けることで、例えば、角や凹凸のある部材に対しては柔軟性の高い第２樹脂で形成した被覆部１４を有する面を適用すれば、貼り付け対象物の表面形状に追従して強固に張り付けることができる。

【0035】

これと同時に、貼り付け面の反対面は、例えば、硬度の高い第２樹脂で形成した被覆部１４が露呈するので、外面強度が高められる。このように、互いに異なる複数の表面特性をもつ炭素繊維複合体１０を形成することが可能である。

【0036】

コア部１３に被覆部１４を溶着するといった構成にすることで、被覆部１４のコア部１３への相溶性を備える面を利用して、任意の色味や意匠を持つシートを張り付けることで。デザイン性や視覚機能性を高めた炭素繊維複合体１０を形成することもできる。

【0037】

なお、被覆部１４を構成する第２樹脂には、必要に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等の添加剤を配合してもよい。
添加材によっては、被覆部１４の樹脂の色味、光沢、柔軟性、対候性、導電性、強度、耐摩耗性などを高めることができる。

【0038】

本実施形態の炭素繊維複合体１０によれば、熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂（第１樹脂）を含侵して成膜させた第１樹脂層１２を含むコア部１３の表面を、第２樹脂を含む被覆部１４で覆う（加飾する）ことで、コア部１３の性状に限定されず、任意の性能と外観とを有する炭素繊維複合体１０を容易に設計することができる。

【0039】

（炭素繊維複合体：第３実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の炭素繊維複合体を示す要部拡大断面図である。
なお、第１実施形態の炭素繊維複合体と同一の構成部分には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

【0040】

この実施形態の炭素繊維複合体２０は、コア部１３の一面側に、第２樹脂からなる第１領域２１と、この第１領域２１に接し、第２樹脂とは組成の異なる第３樹脂からなる第２領域２２と、を有する被覆部２４Ａが形成されている。また、コア部１３の他面側に、第４樹脂からなる被覆部２４Ｂが形成されている。

【0041】

本実施形態では、被覆部２４Ａの第１領域２１を構成する第２樹脂として、シート状のポリ塩化ビニル樹脂を用いた。また、被覆部２４Ａの第２領域２２を構成する第３樹脂として、シート状のアクリルゴムを用いた。更に、被覆部２４Ｂを構成する第４樹脂として、硬質ＰＶＣシートを用いた。

【0042】

このように、熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂（第１樹脂）を含侵して成膜させた第１樹脂層１２を含むコア部１３に、複数種の樹脂（第２樹脂、第３樹脂、第４樹脂）を区画して形成してなる被覆部２４Ａ，２４Ｂを形成することによって、それぞれの領域をパッチとして使用可能にすることができる。これにより、パッチ単位の任意の組み合わせで所定の方向へのグリップや引き裂け防止といった機能を付加した炭素繊維複合体２０を実現することができる。

【0043】

例えば、被覆部２４Ａとして低摩擦な第２樹脂を用い、被覆部２４Ｂとして高摩擦な第２樹脂を用いて、平面視で複数の円形に形成すれば、滑り止め機能を有し、かつ、外観が水玉模様といった高い意匠性を有する炭素繊維複合体２０を形成することもできる。

【0044】

また、例えば、被覆部２４Ａとして抗菌性の第２樹脂を用い、被覆部２４Ｂとして文字等を象った第２樹脂を用いれば、抗菌機能を有し、かつ、メッセージを伝達可能な炭素繊維複合体２０を形成することもできる。

【0045】

（炭素繊維複合積層体：第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態の炭素繊維複合積層体を示す要部拡大断面図である。
なお、第１実施形態の炭素繊維複合体と同一の構成部分には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。

【0046】

本実施形態の炭素繊維複合積層体３０は、第１実施形態の炭素繊維複合体１０を複数、積層したものからなる。具体的には、複数（本実施形態では３つ）の炭素繊維複合体１０を積み重ねて、それぞれの炭素繊維複合体１０の被覆部１４どうしを互いに溶着して一体化した構成となっている。

【0047】

このような構成の炭素繊維複合積層体３０によれば、任意の数の炭素繊維複合体１０を積層して、互いに被覆部１４どうしを溶着させるだけで、目的の成形物に必要な厚みをもった炭素繊維複合積層体３０を容易に形成することができる。

【0048】

（炭素繊維複合積層体：第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の炭素繊維複合積層体を示す要部拡大断面図である。
本実施形態の炭素繊維複合積層体４０は、第１実施形態の炭素繊維複合体１０を複数、積層したものからなる。具体的には、複数（本実施形態では２つ）の炭素繊維複合体４０Ａ，４０Ｂを積み重ねて、それぞれの炭素繊維複合体４０Ａ，４０Ｂの被覆部４４Ａ，４４Ｂどうしを互いに溶着して一体化した構成となっている。

【0049】

ここで用いている炭素繊維複合体４０Ａの被覆部４４Ａは、第２樹脂として、例えばシート状のポリ塩化ビニル樹脂から構成されている。また、炭素繊維複合体４０Ｂの被覆部４４Ｂは、第２樹脂として、例えばシート状のアクリルゴムから構成されている。

【0050】

このように、互いに構成する樹脂の組成が異なる第２樹脂を用いた被覆部４４Ａ，４４Ｂを有する炭素繊維複合体４０Ａ，４０Ｂを溶着して一体化した炭素繊維複合積層体４０によれば、炭素繊維複合積層体４０の一面側と他面側とで互いに異なる性状をもつようにすることができる。また、任意の組成の第２樹脂を組み合わせた被覆部４４Ａ，４４Ｂを有する炭素繊維複合体４０Ａ，４０Ｂを溶着して一体化した炭素繊維複合積層体４０にすることで、適用する成形物に必要な物理的特性、化学的特性に容易に対応することができる。

【0051】

（炭素繊維複合積層体：第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の炭素繊維複合積層体を示す要部拡大断面図である。
本実施形態の炭素繊維複合積層体５０は、第１実施形態の炭素繊維複合体１０を構成するコア部１３を複数（本実施形態では３つ）積層し、このコア部積層物５１の表面に第２樹脂からなる被覆部５４を溶着して一体化した構成となっている。

【0052】

このように、複数のコア部１３を互いに溶着したコア部積層物５１の表面に、第２樹脂からなる被覆部５４を溶着して一体化した炭素繊維複合積層体５０によれば、コア部１３の積層数を任意に選択することで、適用する成形物に必要な物理的強度を備えた炭素繊維複合積層体５０を容易に実現することができる。

【0053】

なお、重ねるコア部１３どうしの繊維基材１１のそれぞれの繊維方向が互いに異なるように溶着することで、炭素繊維複合積層体５０の強度を容易に高めることができる。

【0054】

（炭素繊維複合体の製造方法、炭素繊維複合積層体の製造方法：第１実施形態）
図７は、本発明の第１実施形態の炭素繊維複合体の製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。図８は、本発明の第１実施形態の炭素繊維複合積層体の製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。

【0055】

第１実施形態の炭素繊維複合体および第１実施形態の炭素繊維複合積層体を製造する際には、まず、図７（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂を含む第１樹脂の含浸液Ｑに繊維基材１１を含侵させた後、図７（ｂ）に示すように、第１樹脂を成膜して第１樹脂層１２を有するコア部１３を形成する（含浸・成膜工程）。

【0056】

本実施形態では、繊維基材１１としてクロス織の炭素繊維シートを、含浸液としてポリ塩化ビニル樹脂（第１樹脂）の水系エマルジョン液に浸し、炭素繊維シートの繊維間まで十分に含浸液を浸透させた後、この炭素繊維シートをローラ等で圧縮して、余剰の含浸液を取り除いた。
その後、この炭素繊維シートを空冷によって乾燥させて含浸液の水分を取り除き、第１樹脂（ポリ塩化ビニル樹脂）を成膜して第１樹脂層１２を有するコア部１３を得る。

【0057】

なお、含浸液に浸漬した後の第１樹脂の成膜方法は、上述したような空冷乾燥以外にも、例えば、加熱によって含浸液の水分を蒸発させたり、加圧や減圧によって含浸液の水分を取り除くことで第１樹脂層１２を形成することができる。

【0058】

次に、図７（ｃ）に示すように含浸・成膜工程を経て得られたコア部１３の表面に被覆部１４を仮止めする（仮止め工程）。
本実施形態では、繊維基材１１に第１樹脂層１２を形成したコア部１３の一面側および他面側に、それぞれ第２樹脂としてポリ塩化ビニル樹脂フィルムを仮止めした。仮止めには、シアノアクリレート系接着剤（瞬間接着剤）を用いた。

【0059】

なお、仮止め工程においてコア部１３の表面に仮止めする第２樹脂は、フィルム状の樹脂成形物に限定されるものではなく、厚板状の樹脂成形物であってもよい。また、パウダー状の樹脂体（樹脂粉末）を、表面に接着剤を塗布したコア部１３に散布したり、液状樹脂をコア部１３の表面に塗布することによって、コア部１３の表面に第２樹脂を仮止めするといった形態であってもよい。

【0060】

次に、図７（ｄ）に示すように、コア部１３の表面に仮止めした被覆部１４と、コア部１３とを溶着させて炭素繊維複合体１０を形成する（溶着工程）。
本実施形態では、コア部１３の表面に仮止めされた被覆部１４の外部から、例えば、熱間プレス装置を用いて、第２樹脂の軟化温度以上に加熱しつつ加圧することにより、被覆部１４を構成する第２樹脂が、第１樹脂層１２を構成する第１樹脂と溶着する。これにより、コア部１３の表面に被覆部１４が強固に固着され一体化した、本実施形態の炭素繊維複合体１０を得ることができる。

【0061】

なお、溶着工程においてコア部１３と被覆部１４とを溶着する手段としては、熱間プレス装置に限定されるものではない。例えば、仮止めした被覆部１４を構成する第２樹脂が樹脂粉末や液状樹脂である場合には、ヒータ装置等によって第２樹脂を固化させて第１樹脂層１２を構成する第１樹脂と溶着するようにしてもよい。

【0062】

次に、図８（ａ）に示すように、炭素繊維複合積層体３０を製造する際には、上述した手順で形成した炭素繊維複合体１０を必要な数（本実施形態では３つ）だけ積み重ねる。そして、図８（ｂ）に示すように、積み重ねた炭素繊維複合体１０の被覆部１４どうしを溶着させて炭素繊維複合積層体３０を得る（積層溶着工程）。

【0063】

本実施形態では、３つの炭素繊維複合体１０を積み重ねて、熱間プレス装置によって加熱及び加圧することにより、３つの炭素繊維複合体１０を溶着して一体化し、炭素繊維複合積層体３０を形成した。

【0064】

以上のように、本実施形態の炭素繊維複合体の製造方法、炭素繊維複合積層体の製造方法によれば、熱可塑性樹脂を含むマトリクス樹脂（第１樹脂）を含侵して成膜させた第１樹脂層１２を含むコア部１３の表面に、第２樹脂を含む被覆部１４で覆う（加飾する）だけで、コア部１３の性状に限定されず、任意の性能と外観とを有する炭素繊維複合体１０や、これを積層した炭素繊維複合積層体３０を容易に製造することができる。得られた炭素繊維複合体１０や炭素繊維複合積層体３０は、パッチ単位で利用可能な応用性に富んだ繊維強化複合材料として用いることができる。

【0065】

（炭素繊維複合積層体の製造方法：第２実施形態）
図９は、本発明の第２実施形態の炭素繊維複合積層体の製造方法を段階的に示した要部拡大断面図である。

【0066】

本実施形態によって炭素繊維複合積層体を製造する際には、まず、図９（ａ）に示すように、複数（本実施形態では３つ）の繊維基材１１を積層させて繊維積層体１１Ａを得る（積層工程）。
次に、図９（ｂ）に示すように、この繊維積層体１１Ａを第１樹脂を含む水系エマルジョン液（含浸液Ｑ）に浸漬して、繊維積層体１１Ａに含浸液を含侵させる（積層体含浸工程）。次に、図９（ｃ）に示すように、含浸液Ｑを含侵させた繊維積層体１１Ａを乾燥させて第１樹脂を成膜し、コア部積層物（コア部）５１を得る。

【0067】

次に、図９（ｄ）に示すように、コア部積層物（コア部）５１の表面に第２樹脂からなる被覆部５４を仮止めする（仮止め工程）。
そして、図９（ｅ）に示すように、被覆部５４とコア部積層物（コア部）５１とを、例えば熱間プレスによって溶着させて炭素繊維複合積層体５０を得る（溶着工程）。

【0068】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【実施例0069】

（実施例１）
上述した第１実施形態の炭素繊維複合体の製造方法によって、図１に示す炭素繊維複合体を実際に作成した。炭素繊維シート（繊維基材）にポリ塩化ビニル樹脂（第１樹脂）を含侵させて成膜してコア部を形成し、このコア部に硬質ポリ塩化ビニル樹脂シート（第２樹脂：被覆部）をＰＶＣ用接着剤で仮止めし、その後、熱間プレス装置によって一体化させたものである。

【0070】

そして、製造した実施例１の炭素繊維複合体の断面を観察した。実施例１の炭素繊維複合体によれば、コア部自体がポリ塩化ビニル樹脂で含浸されてコア部と被覆部とが密着し、一体化している炭素繊維複合体であることが確認できた。

【0071】

（実施例２）
コア部を覆う第２樹脂として、コア部の一面側をアクリルゴムシート、他面側を硬質ポリ塩化ビニル樹脂シートを用いて、それぞれ被覆部を形成し、実施例２の炭素繊維複合体を得た。仮止め工程にはシアノアクリレート系接着剤を用い、溶着工程では熱間プレス装置を用いた。

【0072】

こうして得られた実施例２の炭素繊維複合体の断面をデジタルマイクロスコープによって観察した結果、コア部の一面側にアクリルゴムシートが、他面側に硬質ポリ塩化ビニル樹脂シートがしっかりと密着し、一体化している炭素繊維複合体であることが確認できた。

【0073】

このような実施例２の炭素繊維複合体は、一面側が柔らかく、他面側が硬いため、パッチ単位で表面の物理的性能がコントロールされた炭素繊維複合体が得られることが確認でき、適用対象に応じた複数の性能をもつ炭素繊維複合体を実現できる。

【0074】

（実施例３）
上述した図４に示す第２実施形態の炭素繊維複合体を実際に作成した。
コア部の一面側には、被覆部としてシート状のポリ塩化ビニル樹脂と、シート状のアクリルゴムの２つを溶着させ、また、コア部の他面側には、硬質ＰＶＣシートを溶着させた。

【0075】

こうして得られた実施例３の炭素繊維複合体によれば、コア部の一面側に２種類の第２樹脂からなる被覆部を形成した炭素繊維複合体であっても、ポリ塩化ビニル樹脂とアクリルゴムとの境界部か隙間なく密着し一体化していることが確認された。

【符号の説明】

【0076】

１０…炭素繊維複合体
１１…繊維基材
１２…第１樹脂層
１３…コア部
１４…被覆部
３０…炭素繊維複合積層体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】