特許 7005557 炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-07

(45)【発行日】2022-01-21

(54)【発明の名称】炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 5/28 20060101AFI20220114BHJP

   D04H 1/4242 20120101ALI20220114BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

B32B5/28 A

D04H1/4242

C08J5/04 CFC

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019106345

(22)【出願日】2019-06-06

(65)【公開番号】P2020199643

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2020-08-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000201814

【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(72)【発明者】

【氏名】保科 有佑

(72)【発明者】

【氏名】長井 智

【審査官】櫛引 明佳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－１３４７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３６４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０９０８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５２６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０１７０８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０２７０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５８６１９４１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開昭５４－０２５９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２８６３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５１８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５３３７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５２７５８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

Ｃ０８Ｊ ５／０４

Ｄ０４Ｈ １／００－１８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素繊維織布および母材を有する第１炭素繊維強化プラスチック層と、
炭素繊維不織布および母材を有する厚さ３ｍｍ以下の第２炭素繊維強化プラスチック層と、を備え、
第２炭素繊維強化プラスチック層は前記第１炭素繊維強化プラスチック層に積層する、炭素繊維強化プラスチック板であって、
板の厚みが５～１００ｍｍであり、
前記第２炭素繊維強化プラスチック層の平面度は１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍである、
炭素繊維強化プラスチック板。

【請求項2】

前記母材が熱硬化性樹脂である、請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック板。

【請求項3】

順に、前記第２炭素繊維強化プラスチック層と、前記第１炭素繊維強化プラスチック層と、前記第２炭素繊維強化プラスチック層と、が積層した積層体を備える、請求項１または２に記載の炭素繊維強化プラスチック板。

【請求項4】

前記第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維不織布の繊維体積含有率が２０～４０体積％である、請求項１～３のいずれかに記載の炭素繊維強化プラスチック板。

【請求項5】

前記第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が５０～６０体積％である、請求項１～４のいずれかに記載の炭素繊維強化プラスチック板。

【請求項6】

請求項１～５のいずれかに記載の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法であって、
母材を含浸させた炭素繊維織布および炭素繊維不織布を硬化させる硬化工程と、
前記硬化工程後、前記第２炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工するフライス加工工程を含む、
炭素繊維強化プラスチック板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」とする場合がある）は、軽量で高い強度を有し、釣竿やゴルフクラブのシャフト等のスポーツ用途、自動車や航空機等の産業用途などの他、建築物の補強等の建設分野等にも幅広く用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１では、繊維長が５～５０ｍｍの炭素繊維からなる不織布と重量平均分子量が７万以上３０万以下であるポリアリーレンスルフィドをマトリクス樹脂とする炭素繊維複合材料であり、計装化シャルピー衝撃試験で得られるき裂伝播エネルギーＥｐが０．２～２［Ｊ］の範囲にある炭素繊維複合材料が、開示されている。

【0004】

また、特許文献２では、炭素繊維を含んでなる炭素繊維基材の端材を切断して切断片を得、該切断片を不織布化してカーディングおよび／またはパンチングすることにより炭素繊維集合体を得る炭素繊維集合体の製造方法が開示されている。さらに、この製造方法で製造された炭素繊維集合体にマトリックス樹脂を含浸する炭素繊維強化プラスチックの製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１６９２７６号公報

【文献】特許第５８６１９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１、２のように、炭素繊維の不織布に母材を含浸させたＣＦＲＰは加工性に優れているものの、炭素繊維の織布のように配向が揃っていて繊維長の長い連続繊維に母材を含浸させたＣＦＲＰよりも強度が劣る。一方で、炭素繊維の織布に母材を含浸させたＣＦＲＰは、研削加工等を行うと加工によって繊維が毛羽立ってしまい、炭素繊維の不織布に母材を含浸させたＣＦＲＰよりも加工性や加工後の平滑性に劣る。

【0007】

そこで、本発明は、加工性、加工後の平滑性および強度を満足することのできる、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法を提供することを目的とする。

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、炭素繊維織布および母材を有する第１炭素繊維強化プラスチック層と、炭素繊維不織布および母材を有する厚さ３ｍｍ以下の第２炭素繊維強化プラスチック層と、備え、第２炭素繊維強化プラスチック層は前記第１炭素繊維強化プラスチック層に積層する。

【0009】

前記母材が熱硬化性樹脂であってもよい。

【0010】

順に、前記第２炭素繊維強化プラスチック層と、前記第１炭素繊維強化プラスチック層と、前記第２炭素繊維強化プラスチック層とが積層した積層体を備えてもよい。

【0011】

前記第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維不織布の繊維体積含有率が２０～４０体積％であってもよい。

【0012】

前記第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率が５０～６０体積％であってもよい。

【0013】

前記第２炭素繊維強化プラスチック層の平面度は１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍであってもよい。

【0014】

また、上記課題を解決するために、本発明の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法は、上記の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法であって、母材を含浸させた炭素繊維織布および炭素繊維不織布を硬化させる硬化工程を含む。

【0015】

前記硬化工程後、前記第２炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工するフライス加工工程を含んでもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、加工性、加工後の平滑性および強度を満足することのできる、炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック板の模式断面図である。

【図2】図１とは異なる態様の、本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック板の模式断面図である。

【図3】実施例において、ＣＦＲＰ板について行った曲げ強度の評価結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る炭素繊維強化プラスチック板および炭素繊維強化プラスチック板の製造方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。

【0019】

［炭素繊維強化プラスチック板］
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、第１炭素繊維強化プラスチック層と、第２炭素繊維強化プラスチック層と、を備える。ＣＦＲＰシートやプリプレグ、フィルムのように曲げられるような柔軟性はなく、硬く剛性のある板である。

【0020】

〈第１炭素繊維強化プラスチック層〉
第１炭素繊維強化プラスチック層は、炭素繊維織布および母材を有する層である。炭素繊維として織布を採用し、母材と組み合わせた複合材料層とすることで強靭な層となるため、ＣＦＲＰ板としての強度を確保することができる。

【0021】

（炭素繊維織布）
炭素繊維織布は、炭素繊維を糸とし、糸を縦横に組み合わせて織った織物である。炭素繊維は、軽くて強いという長所があり、例えば鉄と比較すると比重で１／４倍、比強度で１０倍、比弾性率が７倍ある。その他にも、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性に優れる。例えば、アクリル繊維またはピッチを原料とし、原料を高温で炭化して作ることが可能であり、炭素繊維としては有機繊維の前駆体を加熱炭素化処理して得られる、質量比で９０％以上が炭素で構成される繊維が挙げられる。

【0022】

炭素繊維として、アクリル繊維を使った炭素繊維はＰＡＮ系（Polyacrylonitrile）炭素繊維、ピッチを使った炭素繊維はピッチ系（PITCH）炭素繊維と区分される。さらにピッチ系炭素繊維の場合、等方性ピッチ系炭素繊維からは汎用の炭素繊維が製造され、メソフェーズピッチ系からは高強度で高弾性率の炭素繊維が製造される。本発明では、ＰＡＮ系炭素繊維およびピッチ系炭素繊維のいずれも使用することができる。例えば、剛性のあるＣＦＲＰを得るために、剛性に優れるピッチ系炭素繊維を使用することができ、また、強度のあるＣＦＲＰを得るために、強度に優れるＰＡＮ系炭素繊維を使用することができる。

【0023】

このような炭素繊維を織物とした炭素繊維織布としては、二方向高強度クロスといわれる。縦方向と横方向の二方向において高強度のものを使用することができる。繊維質量としては、縦５０～２００ｇ／ｍ^２、横５０～２００ｇ／ｍ^２のものを使用することができ、厚さが縦０．０３～０．１ｍｍ、横０．０３～０．１ｍｍのものを使用することができる。

【0024】

（母材）
ＣＦＲＰ板において、母材は炭素繊維の間隙を充填する材料であり、合成樹脂や天然樹脂を用いることができる。ＣＦＲＰ板としての強度を確保する観点から、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を母材として用いることができる。また、炭素繊維との相溶性の点から、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）も用いることができる。

【0025】

特に、母材としてエポキシ樹脂を使用する場合には、ビスフェノールＡやビスフェノールＦとエピクロルヒドリンとの共重合体を主剤とし、種々のポリアミンや無水フタル酸等の酸無水物を硬化剤として使用することができる。また、ＣＦＲＰ板に溶剤が含まれないよう、また、板としての痩せが生じないよう、無溶剤型の樹脂を使用することが好ましく、炭素繊維との複合の容易性の観点から、常温で固形の樹脂よりも液状の樹脂を用いることが好ましい。

【0026】

エポキシ樹脂としては、具体的にはエポキシ当量１５０～３００の液状無溶剤型のビスフェノールＡを主剤とし、これと相溶し反応硬化可能なビスアミノ化合物を硬化剤として使用することができる。例えば、これらの主剤と硬化剤を混合後、ポットライフ以前に炭素繊維と複合化することで、ＣＦＲＰ板とすることができる。

【0027】

第１炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維織布の繊維体積含有率（Ｖｆ）が５０～６０体積％であることが好ましい。Ｖｆが高いと、機械特性や物理特性に優れるという長所があるが、母材の量が少なくなるため、第１炭素繊維強化プラスチック層を形成することが困難となるおそれがある。また、Ｖｆが高いと、靱性や表面平滑性に劣るおそれがある。一方で、Ｖｆが低いと、母材の特性が優先的に発現してしまい、炭素繊維による強化向上効果が損なわれるおそれがある。これらの点を考慮して、第１炭素繊維強化プラスチック層の場合には、Ｖｆを５０～６０体積％とすることで、ＣＦＲＰ板としての強度を十分に確保することができる。

【0028】

〈第２炭素繊維強化プラスチック層〉
第２炭素繊維強化プラスチック層は、炭素繊維不織布および母材を有する厚さ３ｍｍ以下の層である。炭素繊維として不織布を採用し、母材と組み合わせた複合材料層とする。炭素繊維不織布は、炭素繊維織布と比べるとＣＦＲＰ板とした場合の強度に劣るものの、フライス加工等の加工時に毛羽立ちが抑えられて加工性に優れることとなる。

【0029】

（炭素繊維不織布）
炭素繊維不織布は、炭素繊維を織らずニードルパンチ法等によって３次元に絡み合わせたシート状の布である。炭素繊維の詳細については、〈第１炭素繊維強化プラスチック層〉の項目において説明した内容と同様であるため、ここでは説明は省略する。

【0030】

このような炭素繊維不織布としては、例えばＰＡＮ系の炭素繊維を基本とし、質量３００～１５００ｇ／ｍ^２、厚みが３～１５ｍｍのものを使用することができる。また、炭素繊維へレイヨン繊維、アクリル繊維、可塑性樹脂繊維、その他各種繊維を所定比率で複合した混合繊維を用いることもできる。

【0031】

本発明の炭素繊維強化プラスチック板では、第２炭素繊維強化プラスチック層は第１炭素繊維強化プラスチック層に積層するものである。このような積層態様とすることで、第１炭素繊維強化プラスチック層によりＣＦＲＰ板としての強度を確保しつつ、第１炭素繊維強化プラスチック層の表面に積層する第２炭素繊維強化プラスチック層によりフライス加工等の加工性や平滑性に優れるＣＦＲＰ板とすることができる。

【0032】

本発明の炭素繊維強化プラスチック板の具体例について、図１、２を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック板の模式断面図である。また、図２は、図１とは異なる態様の、本発明の一実施形態に係る炭素繊維強化プラスチック板の模式断面図である。

【0033】

図１に示す炭素繊維強化プラスチック板１００は、第１炭素繊維強化プラスチック層１０のおもて面とうら面に第２炭素繊維強化プラスチック層２０が積層されており、すなわち、順に、第２炭素繊維強化プラスチック層２０と、第１炭素繊維強化プラスチック層１０と、第２炭素繊維強化プラスチック層２０とが積層した積層体となっている。第２炭素繊維強化プラスチック層２０は、厚さ３ｍｍ以下の層であり、フライス加工等されていない状態であれば、０．５～３ｍｍ程度の層であり、フライス加工等されていない状態の第２炭素繊維強化プラスチック層２０の表面を平滑にするために、フライス加工等された後の状態であれば、０．０５～０．１ｍｍ程度の層である。

【0034】

フライス加工後であれば、炭素繊維強化プラスチック板１００の表面、すなわち第２炭素繊維強化プラスチック層２０の表面の平滑性は、加工後よりも高くなっている。例えば、第２炭素繊維強化プラスチック層２０の平面度は１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍに調整することができる。

【0035】

また、図２に示す炭素繊維強化プラスチック板１１０のように、第１炭素繊維強化プラスチック層１０のおもて面とうら面のいずれかに第２炭素繊維強化プラスチック層２０が積層された積層体であってもよい。さらに、第１炭素繊維強化プラスチック層１０は、炭素繊維織布による単一層であってもよく、要求される強度を満足するものであれば、炭素繊維の織布、不織布、織布という３層構造の層であってもよく、さらに４層以上の多層構造であってもよい。

【0036】

第２炭素繊維強化プラスチック層において、炭素繊維不織布の繊維体積含有率（Ｖｆ）が２０～４０体積％であることが好ましい。Ｖｆが高いと、機械特性や物理特性に優れるという長所があるが、母材の量が少なくなるため、第２炭素繊維強化プラスチック層を形成することが困難となるおそれがある。また、Ｖｆが高いと、靱性や加工性、表面平滑性に劣るおそれがある。一方で、Ｖｆが低いと、母材の特性が優先的に発現してしまい、炭素繊維による強化向上効果が損なわれるおそれがある。これらの点を考慮して、第２炭素繊維強化プラスチック層の場合には、Ｖｆを２０～４０体積％と、第１炭素繊維強化プラスチック層よりも低く設定することで、加工性や表面の平滑性を満足することができる。

【0037】

第２炭素繊維強化プラスチック層の母材として、熱硬化性樹脂を使用することが出来る。詳細については、第１炭素繊維強化プラスチック層において説明しており、説明は省略する。

【0038】

（その他の構成）
本発明の炭素繊維強化プラスチック板は、第１炭素繊維強化プラスチック層と第２炭素繊維強化プラスチック層に加え、他の構成を備えてもよい。例えば、第１炭素繊維強化プラスチック層と第２炭素繊維強化プラスチック層とを接着して積層する場合には、これらの層の間に母材との相性の良い樹脂系の接着剤層を備えることができる。また、第１炭素繊維強化プラスチック層や第２炭素繊維強化プラスチック層の表面に傷が発生したり、表面が汚染されないよう、炭素繊維強化プラスチック板を使用する直前まで表面を保護する保護層や保護フィルム等を備えてもよい。

【0039】

炭素繊維強化プラスチック板としては、板の厚みが５～１００ｍｍであることが一般的であり、特には８～４０ｍｍの厚みの板が汎用的に用いられる。また、第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みは、炭素繊維強化プラスチック板の総厚の８０％以上とすることで、炭素繊維強化プラスチック板としての強度を満足することができる。

【0040】

［炭素繊維強化プラスチック板の製造方法］
次に、上記した本発明の炭素繊維強化プラスチック板について、その製造方法を説明する。

【0041】

〈硬化工程〉
硬化工程は、母材を含浸させた炭素繊維織布および炭素繊維不織布を硬化させる工程である。例えば母材が熱硬化性樹脂であれば、加熱させることで硬化させることができる。また、熱可塑性樹脂であれば、加熱溶融させた状態で炭素繊維織布および炭素繊維不織布に樹脂を含浸させた後に、常温まで冷却することで硬化させることができる。

【0042】

製造手順としては、硬化工程の前に、織布と不織布を積層してから母材を含浸させて、その後に硬化工程を実施してＣＦＲＰ板を製造してもよく、織布と不織布のそれぞれに母材を含浸させてから硬化工程を実施して、第１炭素繊維強化プラスチック層と第２炭素繊維強化プラスチック層を別個に製造し、これらを接着剤等で接合してＣＦＲＰ板を製造してもよい。

【0043】

なお、接着剤層があることによってＣＦＲＰ板の強度が低下するおそれがある場合には、例えばＶａＲＴＭ法により、織布と不織布を積層してから母材を含浸させて、その後に室温硬化と加熱硬化を行うことにより、接着剤層が存在せず、第１炭素繊維強化プラスチック層へ第２炭素繊維強化プラスチック層が直接積層したＣＦＲＰ板を製造することができる。

【0044】

〈フライス加工工程〉
本発明では、硬化工程後、第２炭素繊維強化プラスチック層をフライス加工する工程を設けてもよい、ＣＦＲＰ板の表面平滑性を向上させるべく、例えば表面の平面度は１００ｍｍあたり０．００５～０．０５ｍｍにする場合には、フライス加工を行えばよい。

【0045】

（その他の工程）
本発明の炭素繊維強化プラスチック板の製造方法は、硬化工程やフライス加工工程に加え、他の構成を備えてもよい。例えば、上記した炭素繊維の織布と不織布を積層する工程や、積層した炭素繊維へ母材を含浸させる含浸工程が挙げられる。

【実施例】

【0046】

以下、本発明について、実施例を用いてさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に何ら限定されるものではない。以下の実施例では、ＣＦＲＰ板を製造し、製造したＣＦＲＰ板に対してフライス加工または曲げ強度の評価を行った。

【0047】

［フライス加工性および平面度の評価］
〈ＣＦＲＰ板の製造〉
（実施例１）
金型（内部寸法：１５×１５×１ｃｍ）内に炭素繊維織布（東レ株式会社製BT70-20）を２層重ね、さらに炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-500SD)を２層重ねて４層構造とした炭素繊維を金型に配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(三菱ケミカル株式会社製jER806)と硬化剤(東京化成工業株式会社製4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン))を質量比で１００：３６の割合で混合後、１００℃に加熱して密閉した金型内に混合した樹脂を０．５ＭＰａの圧力で加圧注入した。混合した樹脂の注入後、１００℃で２０分の加熱硬化を行い、第１炭素繊維強化プラスチック層の厚さが０．８ｃｍ（０．４ｃｍ×２）、Ｖｆ５７体積％、第２炭素繊維強化プラスチック層の厚さが０．２ｃｍ（０．１ｃｍ×２）、Ｖｆ２８体積％である、ＣＦＲＰ板を得た。

【0048】

（比較例１）
金型（内部寸法：１５×１５×１ｃｍ）内に炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-1000SD)を３層、その上に炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-250SD)を１層重ね、合計４層の炭素繊維不織布を配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(三菱ケミカル株式会社製jER806)と硬化剤(東京化成工業株式会社製4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン))を質量比で１００：３６の割合で混合後、１００℃に加熱して密閉した金型内に混合した樹脂を０．５ＭＰａの圧力で加圧注入した。混合した樹脂の注入後、１００℃で２０分の加熱硬化を行い、厚みが１０ｍｍ、Ｖｆ２１％のＣＦＲＰ板を得た。

【0049】

（比較例２）
金型(内部寸法：１５×１５×１ｃｍ)内に炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-1000SD)を５層、その上に炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-250SD)を１層重ね、合計６層の炭素繊維不織布を配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(三菱ケミカル株式会社製jER806)と硬化剤(東京化成工業株式会社製4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン))を質量比で１００：３６の割合で混合後、８０℃に加熱して密閉した金型内に混合した樹脂を０．５ＭＰａの圧力で加圧注入した。混合した樹脂の注入後、１００℃で２５分の加熱硬化を行い、厚みが１０ｍｍ、Ｖｆ３１％のＣＦＲＰ板を得た。

【0050】

（比較例３）
金型(内部寸法：１５×１５×１ｃｍ)内に炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-1000SD)を７層、その上に炭素繊維不織布(金井重要工業株式会社製CFZ-250SD)を１層重ね、合計８層の炭素繊維不織布を配置した。そして、エポキシ樹脂主剤(三菱ケミカル株式会社製jER806)と硬化剤(東京化成工業株式会社製4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン))を質量比で１００：３６の割合で混合後、８０℃に加熱して密閉した金型内に混合した樹脂を０．５ＭＰａの圧力で加圧注入した。混合した樹脂の注入後、１００℃で２５分の加熱硬化を行い、厚みが１０ｍｍ、Ｖｆ４０％のＣＦＲＰ板を得た。

【0051】

（比較例４）
縦１２ｃｍ、横１２ｃｍの炭素繊維織布（東レ株式会社製BT70-20）を１０層重ねた炭素繊維を金属板上に配置し、母材が漏えいしないように炭素繊維の周囲をフィルムとシーラントで密閉した。そして、エポキシ樹脂主剤（三菱ケミカル株式会社製jER806）と硬化剤（三菱ガス化学株式会社製1,3-BAC）を質量比で１００：２１の割合で混合後、ＶａＲＴＭ法により、混合した樹脂を炭素繊維へ注入した。注入後に室温硬化させ、さらに１５０℃、６０分の条件で加熱硬化を行い、第１炭素繊維強化プラスチック層の厚さが２ｍｍ、Ｖｆ５７体積％のＣＦＲＰ板を得た。なお、炭素繊維不織布は使用しなかった。

【0052】

〈フライス加工処理〉
製造した実施例１のＣＦＲＰ板を３体使用し、第２炭素繊維強化プラスチック層の表面に対し、第２炭素繊維強化プラスチック層の厚さが０．１ｍｍとなるまで、以下の条件によりフライス加工を行った。また、比較例１～４のＣＦＲＰ板についても３体使用し、実施例１のＣＦＲＰ板と同条件のフライス加工を行った。

【0053】

（フライス加工条件）
装置：スクリューオン式汎用正面フライス(三菱マテリアル製)
カッタ型式：ASX44R10005D
インサート：SEGT13T3AGFN-JP HTi10
回転数：S=615min-1(V=193m/min)
送り速度：F=369mm/min

【0054】

フライス加工後の実施例１、比較例１～４のＣＦＲＰ板について、これらの表面の平面度（平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさ）を、３次元精密測定機（ＺＥＩＳＳ社製 型番：ＵＰＭＣ ８５０）を用いて測定した。各例のＣＦＲＰ板３体の平面度の平均値を、表１に示す。

【0055】

【表1】

【0056】

実施例１のＣＦＲＰ板の第２炭素繊維強化プラスチック層は、比較例１～３と同様に炭素繊維不織布を用いた層であり、フライス加工後の平面度に問題は無く、平面性は高い結果となった。

【0057】

一方で、炭素繊維不織布を使用せずに炭素繊維織布を用いた比較例４のＣＦＲＰ板は、フライス加工によって繊維が毛羽立ち、毛羽立ちによって平面度の値が大きくなり平面性の低い板であった。

【0058】

［曲げ強度の評価］
〈ＣＦＲＰ板の製造〉
実施例１と同様の製法により、炭素繊維織布および炭素繊維不織布を重ねて、エポキシ樹脂を注入し、室温硬化および加熱硬化させて、第１炭素繊維強化プラスチック層（Ｖｆ５７体積％）と第２炭素繊維強化プラスチック層（Ｖｆ２８体積％）の厚みが異なる炭素繊維強化プラスチック板１１０を３種類製造した。また、同様に、炭素繊維織布のみを用いたＣＦＲＰ板および炭素繊維不織布のみを用いたＣＦＲＰ板を製造した。すなわち、厚みが同じで炭素繊維織布および炭素繊維不織布の割合（表２、図３では「（織布／（織布＋不織布））×１００」と表記）が異なるＣＦＲＰ板を５種製造した。

【0059】

〈曲げ試験の実施〉
得られた５種類のＣＦＲＰ板について、ＪＩＳ Ｋ７０７４に基づき以下の条件にて曲げ試験を実施した。測定結果を表２、図３に示す。

【0060】

試験片の寸法：１００×１５ｍｍ、厚み２ｍｍ
試験速度：５ｍｍ／分
支点間距離Ｌ：Ｌ＝４０×ｈ（８０ｍｍ）
圧子の半径Ｒ１：Ｒ１＝５ｍｍ
支持台の半径Ｒ２：Ｒ２＝２ｍｍ
曲げ弾性率：接線法

【0061】

【表2】

【0062】

実用性のあるＣＦＲＰ板としては、炭素繊維不織布を加えても、炭素繊維として炭素繊維織布のみを用いたＣＦＲＰ板の曲げ強度の８０％以上の曲げ強度を確保することが重要となる。表２、図３より、炭素繊維織布と炭素繊維不織布を併用する場合において、炭素繊維織布の割合が８０％以上のＣＦＲＰ板、すなわち、第１炭素繊維強化プラスチック層の厚みがＣＦＲＰ板の厚みの８０％以上の厚みであれば、十分な強度を確保できることがわかった。

【0063】

〈まとめ〉
このように、本発明の炭素繊維強化プラスチック板であれば、加工性、加工後の平滑性および強度を満足することができる。そのため、例えばプレス金型のダイセット部品等に利用可能であり、従来の金属製プレートと比べると重量は半分以下で、高速駆動する金型部品等に用いる等すれば、位置決め精度を高めることができる。

【符号の説明】

【0064】

１０ 第１炭素繊維強化プラスチック層
２０ 第２炭素繊維強化プラスチック層
１００ 炭素繊維強化プラスチック板
１１０ 炭素繊維強化プラスチック板

【図1】

【図2】

【図3】