JP2019042975A - 繊維強化成形体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚み方向に導電性を有し、導電性確保のためのボルトなどによる突部が表面に存在しない繊維強化成形体の提供を目的とする。
【解決手段】熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなる樹脂層１１の両面に、炭素繊維強化層２１、２１を積層一体化した繊維強化成形体１０において、樹脂層１１には厚み方向に金属塊３１が貫通して埋設され、樹脂層１１に埋設された金属塊３１が樹脂層１１の両面で炭素繊維強化層２１、２１と接触した構成からなり、樹脂層１１に埋設した金属塊３１によって樹脂層１１の両面の炭素繊維強化層２１、２１間の良好な導電性を確保した。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂層の両側に炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体及びその製造方法に関する。

従来、軽量及び高剛性が要求される部材として、樹脂層の両側に炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体がある（特許文献１）。
しかし、従来の繊維強化成形体は、樹脂層を構成する発泡体が絶縁性のため、導電性を有する炭素繊維強化層が絶縁性の発泡体で分離された状態になっており、厚み方向の導電性を確保できなかった。
そのため、従来の繊維強化成形体は、厚み方向の導電性が求められる用途には適さなかった。

なお、炭素繊維強化プラスチック構造体において厚み方向の導電性を確保する方法として、金属製のボルトを炭素繊維強化プラスチック構造体の厚み方向に貫通させ、ボルトの両端を炭素繊維強化プラスチック構造体の両面で突出させたものがある（特許文献２、３）。

特開２０１１−９３１７５号公報 特開２０１２−１６６５０６号公報 特開２０１６−１５４０９１号公報

しかし、金属製のボルトを炭素繊維強化プラスチック構造体の厚み方向に貫通させたものは、表面にボルトの頭などの突部が存在して美観が損なわれるため、意匠面及び加飾面には、使用できないという問題がある。

本発明は、前記の点に鑑みなされたものであり、厚み方向に導電性を有し、導電性確保のためのボルトの頭などによる突部が表面に存在しない、意匠面に加飾等が付与できる繊維強化成形体及びその製造方法の提供を目的とする。

請求項１の発明は、樹脂層の両面に炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体であって、前記樹脂層には該樹脂層の厚み方向に金属塊が貫通して埋設され、前記金属塊が前記樹脂層の両面で前記炭素繊維強化層と接触していることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記金属塊は、スズを含む合金であって、前記樹脂層の複数箇所に設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記樹脂層は、熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなることを特徴とする。

請求項４の発明は、熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱することにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなる樹脂層の両面に、前記炭素繊維プリプレグが硬化してなる炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体の製造方法において、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に前記炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱する際に、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体と前記炭素繊維プリプレグとの間の少なくとも１箇所に金属塊を配置し、前記圧縮及び加熱を行うことにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体に前記金属塊を押し込み、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面で前記金属塊と前記炭素繊維プリプレグが接触した状態にして、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体及び前記炭素繊維プリプレグを硬化させることを特徴とする。

請求項５の発明は、熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱することにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなる樹脂層の両面に、前記炭素繊維プリプレグが硬化してなる炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体の製造方法において、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に前記炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱する際に、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の少なくとも１箇所に金属塊を埋設し、前記圧縮及び加熱を行うことにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面で前記金属塊と前記炭素繊維プリプレグが接触した状態にして、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体及び前記炭素繊維プリプレグを硬化させることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５において、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の少なくとも１箇所に切り込みを設け、前記切り込みに前記金属塊を挿入して埋設することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項４から６の何れか一項において、前記金属塊はスズを含む合金からなることを特徴とする。

本発明の繊維強化成形体は、樹脂層に埋設された金属塊が樹脂層の両面で炭素繊維強化層と接触しているため、樹脂層の両面の炭素繊維強化層間の導電性が樹脂層に埋設された金属塊で確保でき、かつ表面に突部が存在せず、厚み方向の導電性及び表面の美観が求められる用途に好適である。
また、本発明の製造方法によれば、厚み方向に導電性を有し、かつ表面に突部が存在しない繊維強化成形体を容易に製造することができる。

本発明における繊維強化成形体の一実施形態の平面図である。 図１の２−２断面図である。 本発明の製造方法におけるプリプレグ作製工程及び発泡体への含浸工程を示す図である。 本発明の製造方法の第一実施形態における積層配置工程と圧縮加熱工程を示す図である。 本発明の製造方法の第二実施形態における金属塊埋設工程、積層配置工程及び圧縮加熱工程を示す図である。 実施例における切り込みの位置を示す平面図である。 実施例における導電性の測定位置を示す平面図である。 実施例・比較例の構成及び導電性等の測定結果を示す表である。

以下、本発明の繊維強化成形体及びその製造方法について図面を用いて説明する。
図１及び図２に示す本発明の一実施形態に係る繊維強化成形体１０は、樹脂層１１の両面に炭素繊維強化層２１、２１を積層一体化した繊維強化成形体であり、厚み方向に導電性を有し、かつ導電性確保のためのボルトの頭などによる突部が表面に存在しない良好な美観を有するものであり、タブレットやノートパソコン等の携帯機器の筐体などに好適である。前記繊維強化成形体１０の厚みは、０．３〜３．０ｍｍが好ましい。なお、図示の例の繊維強化成形体１０は、長方形の板状からなるが、用途に応じた形状に成形される。

前記樹脂層１１は、熱硬化性樹脂が含浸した発泡体を圧縮した状態で前記熱硬化性樹脂を硬化させたものが好ましい。前記発泡体は、特に限定されるものではなく、例えば、連続気泡構造を有する発泡体、具体的にはメラミン発泡体又はウレタン発泡体が好適である。特にメラミン発泡体を圧縮する場合には、金属塊によってメラミン発泡体が座屈し、樹脂層に金属塊が埋設しやすく好適である。前記繊維強化成形体１０に難燃性が求められる場合には、前記発泡体としては難燃性のものが好ましく、メラミン発泡体は樹脂単体が良好な難燃性を有するため好適なものである。また、前記発泡体を圧縮した状態で前記熱硬化性樹脂が硬化することにより、前記繊維強化成形体１０の薄肉化と剛性の向上を図ることができる。

前記樹脂層１１用の発泡体の圧縮前の元厚みは、圧縮率により異なるが、例えば、厚さ３ｍｍ以下の繊維強化成形体を得ようとする場合、元厚み１〜２５ｍｍが好ましい。この範囲に元厚みがあると、適度な量の熱硬化性樹脂を含浸でき、加熱圧縮後の歩留まりも良い。元厚みが１ｍｍより薄いと、含浸した熱硬化性樹脂を発泡体中に保持できず、含浸比率がばらついて品質が一定しなくなる。一方、元厚みが２５ｍｍより厚いと、厚さ３ｍｍ以下の繊維強化成形体を得ようとした場合、圧縮が困難で、均一な厚みの繊維強化成形体が得られない。また、前記樹脂層１１用の発泡体は、圧縮容易性、含浸性、軽量性、剛性の点から、圧縮前の密度が５〜８０ｋｇ／ｍ^３のものが好ましい。

前記樹脂層１１用の発泡体に含浸する熱硬化性樹脂は、特に限定されないが、前記繊維強化成形体１０の剛性を高めるためには、熱硬化性樹脂自体がある程度の剛性を有する必要があり、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択することができる。また、前記繊維強化成形体１０に難燃性が求められる場合、前記熱硬化性樹脂は難燃性のものが好ましい。フェノール樹脂は良好な難燃性を有するため、前記発泡体に含浸させる熱硬化性樹脂として好適である。

前記樹脂層１１の一部には、該樹脂層１１の厚み方向に金属塊３１、３１が貫通して埋設される。前記金属塊３１、３１は、前記樹脂層１１の両面で前記炭素繊維強化層２１、２１の内面と接触している。すなわち、前記金属塊３１、３１は、前記樹脂層１１と前記炭素繊維強化層２１とのふたつの界面で接触している。前記金属塊３１、３１は、前記繊維強化成形体１０を製造する際の圧縮加熱によって変形可能な融点、例えば１３０〜２７０℃の融点を有する金属が好ましい。具体的には、スズ（Ｓｎ）を含む合金が好ましい。スズ（Ｓｎ）を含む合金としては、スズ（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）の合金、スズ（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）の合金、スズ（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）と銅（Ｃｕ）の合金などが挙げられる。

前記金属塊３１、３１の成形前の大きさおよび形状は、特に限定されないが、炭素繊維強化層２１、２１と金属塊３１、３１の接触を確実にするために、繊維強化成形体１０の樹脂層１１の厚み以上の直径を有する線状または棒状の金属塊が好ましい。線状または棒状の金属塊は、前記繊維強化成形体１１に対して寝させた（横にした）状態で前記樹脂層１１に埋設される。なお、線状または棒状の金属塊を寝させて埋設する場合、金属塊の直径が金属塊の厚み（繊維強化成形体１０の厚み方向と同じ方向）となる。

線状または棒状の金属塊を使用する場合、成形前の金属塊の厚み（直径）は、成形後の繊維強化成形体１０の全体厚みより、わずかに大きいか、小さいのが好ましい。成形後の繊維強化成形体１０の全体厚みより、わずかに大きいとは、成形の際に金属塊が圧縮及び加熱されることにより、軟化変形することを意味する。すなわち、成形後の繊維強化成形体１０の意匠面に、当該金属塊の存在による突起が現れず、目視判定で突起が視認できなければ、外観不良とはならない。許容される成形前の金属塊の厚みは、成形後の繊維強化成形体１０の厚みに対して、１２０％以下の厚みである。しかも、成形前の金属塊の厚みは成形後の樹脂層の厚みよりも大きくなければならない。成形前の金属塊の厚み（直径）が、成形後の繊維強化成形体１０の全体厚みより小さいとは、成形後の繊維強化成形体１０の全体厚みから炭素繊維強化層２１、２１の厚みを除いた厚みを、成形前の金属塊の厚み（直径）が占めることを意味する。樹脂層の厚み（Ｃ１）に対する成形前の金属塊の厚み（Φ１）の倍率（Φ１／Ｃ１）は、１倍から２８倍、より好ましくは３倍から２５倍である。

また、前記金属塊３１、３１の埋設数及び埋設位置は特に限定されないが、安定した導電性を得るためには、前記樹脂層１１内で水平方向に離れた複数箇所に金属塊を埋設するのが好ましい。図示の例では、前記樹脂層１１の短辺側の略中央位置にそれぞれ１個、合計２個埋設されている。

前記炭素繊維強化層２１、２１は、炭素繊維に熱硬化性樹脂が含浸して硬化したものからなり、炭素繊維によって導電性を有する。前記炭素繊維としては、炭素繊維織物が、軽量及び高剛性に優れるために好ましい。さらに、前記炭素繊維には、長繊維が同一方向に並列に配列されたものも含まれるが、いわゆる織物が好ましく、例えば、縦糸と横糸で構成される平織、綾織、朱子織及び３方向の糸で構成される三軸織などが、成形体の強度等を得るのに好適である。また、炭素繊維織物は、熱硬化性樹脂の含浸及び剛性の点から、繊維重さが９０〜４００ｇ／ｍ^２のものが好ましい。

前記炭素繊維に含浸する熱硬化性樹脂は、特に限定されないが、前記繊維強化成形体１０の剛性を高めるためには、熱硬化性樹脂自体がある程度の剛性を有する必要があり、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の混合物からなる群より選択することができる。また、前記繊維強化成形体１０に難燃性が求められる場合、前記繊維織物に含浸する熱硬化性樹脂は難燃性のものが好ましい。フェノール樹脂は良好な難燃性を有するため、前記炭素繊維に含浸させる熱硬化性樹脂として好適である。

また、前記炭素繊維強化層２１、２１は、前記樹脂層１１の両側に各１層ずつに限られず、前記樹脂層１１の一側または両側において２層以上の積層数としてもよい。

前記繊維強化成形体１０は、前記樹脂層１１を貫通した前記金属塊３１、３１が、前記樹脂層１１の両面で前記炭素繊維強化層２１、２１と接触しているため、前記樹脂層１１の両面の前記炭素繊維強化層２１、２１間に前記金属塊３１を介して導電通路を構成し、前記繊維強化成形体１０の厚み方向に導電性を有するものとなる。さらに、繊維強化成形体１０の厚み方向の導電性を高めるために、意匠面を研磨し、表層の樹脂を除去し、炭素繊維が意匠表面に現れるようにしてもよい。

次に、本発明の繊維強化成形体の製造方法について、第一の実施形態を、前記繊維強化成形体１０の製造を例にして説明する。前記繊維強化成形体１０の製造方法は、プリプレグ作製工程、発泡体への含浸工程、積層配置工程、圧縮加熱工程とからなる。

プリプレグ作製工程では、図３の（３−１）に示すように、繊維織物等からなる炭素繊維２１Ａに熱硬化性樹脂２１Ｂを含浸、乾燥させて炭素繊維プリプレグ（含浸済み炭素繊維）２１Ｃを必要数形成する。前記炭素繊維２１Ａ及び前記熱硬化性樹脂２１Ｂは、前記繊維強化成形体１０において説明したとおりである。含浸に用いる熱硬化性樹脂２１Ｂは、未硬化の液状からなる。また、含浸を容易にするためには、前記熱硬化性樹脂２１Ｂは溶剤に溶かしたものが好ましく、含浸後に、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃを前記熱硬化性樹脂の硬化反応を生じない温度で乾燥させることにより溶剤を除去する。含浸手段は、液状の熱硬化性樹脂２１Ｂを収容した槽に前記炭素繊維２１Ａを浸ける方法、スプレーにより塗布する方法、ロールコータにより塗布する方法等、適宜の方法により行うことができる。

発泡体への含浸工程では、図３の（３−２）に示すように、メラミン発泡体等からなる発泡体１１Ａに熱硬化性樹脂１１Ｂを含浸させ、含浸済み発泡体１１Ｃを得る。前記発泡体１１Ａ、前記熱硬化性樹脂１１Ｂは、前記繊維強化成形体１０において説明したとおりである。含浸に用いる熱硬化性樹脂１１Ｂは、未硬化の液状からなる。また、含浸を容易にするため、前記熱硬化性樹脂１１Ｂは溶剤に溶かしたものが好ましく、含浸後に、含浸済み発泡体１１Ｃを、前記熱硬化性樹脂の硬化反応を生じない温度で乾燥させて含浸済み発泡体１１Ｃから溶剤を除去する。含浸手段は、液状の熱硬化性樹脂を収容した槽に前記発泡体を浸ける方法、スプレーにより塗布する方法、ロールコータにより塗布する方法等、適宜の方法により行うことができる。
なお、前記プリプレグ作製工程と発泡体への含浸工程は、何れを先に行ってもよい。

積層配置工程では、図４の（４−１）に示すように、プレス成形用下型４１の型面に、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、前記含浸済み発泡体１１Ｃ、前記金属塊３１、３１、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃの順に積層する。前記金属塊３１は、図示の例では、前記含浸済み発泡体１１Ｃの上面に配置したが、前記含浸済み発泡体１１Ｃの下面側の前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃの上面に配置してもよい。また、前記金属塊３１の配置は、前記含浸済み発泡体１１Ｃの片面において一箇所、あるいは片面または両面において複数箇所とされる。また、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃは、前記含浸済み発泡体１１Ｃの片側あるいは両側において複数積層してもよい。符号４３はプレス成形用上型である。

圧縮加熱工程では、図４の（４−２）に示すように、前記積層工程で積層した前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、前記含浸済み発泡体１１Ｃ、前記金属塊３１及び前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃからなる積層体を、前記プレス成形用下型４１と前記プレス成形用上型４３により圧縮すると共に加熱する。圧縮は前記積層体の厚みが０．３〜３．０ｍｍとなるようにするのが好ましい。前記圧縮加熱工程時、前記プレス成形用下型４１と上型４３間には適宜の位置にスペーサを設置して、前記プレス成形用下型４１と上型４３間が所定間隔（積層体の圧縮厚み）となるようにされる。また、加熱方法は特に限定されないが、前記プレス成形用下型４１と上型４３にヒータ等の加熱手段を設けて、前記プレス成形用下型４１と上型４３を介して加熱するのが簡単である。加熱温度は、前記含浸している熱硬化性樹脂の硬化反応温度以上とされる。また、加熱温度と前記金属塊３１の融点との関係は、前記金属塊３１の融点が前記プレス成形用下型４１及び上型４３の加熱温度以上であるのが好ましい。前記プレス成形用下型４１及び上型４３の加熱温度は、前記熱硬化性樹脂１１Ｂの成形温度であり、この成形温度が金属塊３１の融点に近いほど、金属塊３１は軟化変形しやすく、加工しやすいため、融点の低い合金が、金属塊として好ましい。

前記圧縮加熱工程時、前記含浸済み発泡体１１Ｃの表面に配置されている前記金属塊３１は、前記含浸済み発泡体１１Ｃ内に押し込まれて埋設され、前記含浸済み発泡体１１Ｃの両面で前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、２１Ｃと接触する。さらに、前記金属塊３１は、加熱された状態で前記含浸済み発泡体１１Ｃ及び前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ，２１Ｃと共に圧縮され、前記含浸済み発泡体１１Ｃの圧縮厚みに変形する。また、前記含浸済み発泡体１１Ｃの熱硬化性樹脂及び前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、２１Ｃの熱硬化性樹脂が、加熱により硬化反応を開始し、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃと、前記金属塊３１が埋設された含浸済み発泡体１１Ｃと、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃが、積層及び圧縮状態で硬化して一体化し、前記繊維強化成形体１０が形成される。なお、前記硬化によって、前記含浸済み発泡体１１Ｃは、熱硬化性樹脂からなる中実の前記樹脂層１１になり、また、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、２１Ｃは、熱硬化性樹脂をマトリクスとする前記炭素繊維強化層２１、２１になる。その後、前記プレス成形用下型４１と前記プレス成形用上型４３を開き、前記繊維強化成形体１０を取り出す。

前記繊維強化成形体の製造方法について第二の実施形態を説明する。製造方法の第二の実施形態は、プリプレグ作製工程、発泡体への含浸工程、金属塊埋設工程、積層配置工程、圧縮加熱工程とからなる。

第二実施形態におけるプリプレグ作製工程及び発泡体への含浸工程は、第一の実施形態と同様である。
金属塊埋設工程では、図５の（５−１）に示すように、前記含浸済み発泡体１１Ｃの所定箇所に前記金属塊３１を埋設する。前記含浸済み発泡体１１Ｃにおける前記金属塊３１の埋設箇所には、前記含浸済み発泡体１１Ｃの表面にスリット等からなる切り込みを形成し、前記切り込みに前記金属塊３１を挿入して埋設する。これにより、正しい位置に容易に前記金属塊３１を埋設できる。また、前記切り込みは、前記含浸済み発泡体１１Ｃの片面のみに設けてもよく、あるいは両面に設けたり、あるいは両面間を貫通して設けたりしてもよい。なお、前記切り込みの形成は、熱硬化性樹脂含浸前の発泡体あるいは、含浸済みの発泡体の何れに対して行ってもよい。

積層配置工程では、図５の（５−２）に示すように、プレス成形用下型４１の型面に、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、前記金属塊３１が埋設された含浸済み発泡体１１Ｃ、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃの順に積層することにより、前記熱硬化性樹脂が含浸して前記金属塊３１が埋設された発泡体１１Ｃの両面に前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、２１Ｃを配置した積層体を形成する。なお、前記金属塊３１が埋設された含浸済み発泡体１１Ｃの片側あるいは両側で、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃを複数層積層してもよい。符号４３はプレス成形用上型である。

圧縮加熱工程では、図５の（５−３）に示すように、前記積層工程で積層した前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、前記金属塊３１が埋設された含浸済み発泡体１１Ｃ及び前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃの積層体を、前記プレス成形用下型４１と前記プレス成形用上型４３により圧縮すると共に加熱する。圧縮は前記積層体の厚みが０．３〜３．０ｍｍとなるようにするのが好ましい。前記圧縮加熱工程時、前記プレス成形用下型４１と上型４３間には適宜の位置にスペーサを設置して、前記プレス成形用下型４１と上型４３間が所定間隔（積層体の圧縮厚み）となるようにされる。加熱方法、加熱温度と前記金属塊３１の融点との関係等は、第一の実施形態と同様である。

前記圧縮加熱工程時、前記含浸済み発泡体１１Ｃに埋設されている前記金属塊３１は、加熱により軟化した状態で前記含浸済み発泡体１１Ｃと共に圧縮され、前記含浸済み発泡体１１Ｃの圧縮厚みに変形し、前記含浸済み発泡体１１Ｃの両面で前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、２１Ｃと接触する。また、前記含浸済み発泡体１１Ｃの熱硬化性樹脂及び前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃ、２１Ｃの熱硬化性樹脂が、加熱により硬化反応を開始し、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃと、前記金属塊３１が埋設された含浸済み発泡体１１Ｃと、前記炭素繊維プリプレグ２１Ｃが、積層及び圧縮状態で硬化して一体化し、前記繊維強化成形体１０が形成される。その後、前記プレス成形用下型４１と前記プレス成形用上型４３を開き、前記繊維強化成形体１０を取り出す。

熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、品名：ＰＲ−５５７９１Ｂ、樹脂濃度６０ｗｔ％エタノール溶液）中に、炭素繊維として綾織の炭素繊維織物（東邦テナックス株式会社製、品名：Ｗ−３１６１、繊維重さ２００ｇ／ｍ^２）を漬け、取り出した後に２５℃の室温にて２時間自然乾燥し、更に６０℃の雰囲気下にて１時間乾燥させて炭素繊維プリプレグ（含浸済み炭素繊維）を必要数形成した。炭素繊維織物は、２００×３００ｍｍの平面サイズに裁断したもの（重量１２ｇ／枚）を使用した。乾燥後の炭素繊維プリプレグ（含浸済み繊維）は１枚あたり２８ｇであった。

また、発泡体として、厚み５ｍｍ、平面サイズ２００×３００ｍｍ（重量２．７ｇ）に切り出したメラミン発泡体（ＢＡＳＦ社製、品名：バソテクトＶ３０１２、密度９ｋｇ／ｍ^３）を、炭素繊維織物と同様にしてフェノール樹脂に漬け、取り出した後に２５℃の室温にて２時間自然乾燥し、更に６０℃の雰囲気下にて１時間乾燥させて含浸済み発泡体を形成した。乾燥後の含浸済み発泡体の重量は２７ｇであった。

次に、実施例６及び比較例１を除き、図６に示すように、含浸済み発泡体において一組の対向する角部の表面に切り込みを入れ、その切り込みに金属塊を挿入して含浸済み発泡体に埋設した。使用した金属塊は線状であり、含浸済み発泡体に対して寝させた状態（含浸済み発泡体の表面とほぼ平行の状態）で挿入した。金属塊の材質、直径及び長さは、図８の表に示す通りである。

次に、予め離型剤を表面に塗布したＳＵＳ製のプレス成形用の下型（平板状）の上に、炭素繊維プリプレグの必要数、金属塊が挿入された含浸済み発泡体、炭素繊維プリプレグの必要数の順に重ねて配置し、積層体を形成した。前記炭素繊維プリプレグの全数は図７の表における「ｐｌｙ数」の欄に示す通りである。
なお、実施例６については、予め離型剤を表面に塗布したＳＵＳ製のプレス成形用の下型（平板状）の上に、炭素繊維プリプレグの必要数、含浸済み発泡体、金属塊、炭素繊維プリプレグの必要数の順に重ねて配置し、積層体を形成した。

前記プレス成形用下型上の前記積層体を、１５０℃で１０分間、１０ＭＰａの面圧をかけてプレス成形用上型（平板状）で押圧することにより圧縮及び加熱を行ない、前記圧縮状態でフェノール樹脂を反応硬化させた。その際の積層体の加熱は、上下のプレス型に取り付けられた鋳込みヒータにより行なった。また、プレス成形用下型とプレス成形用上型間には製品板厚に設定したＳＵＳ製スペーサを介在させて下型と上型間の間隔、すなわち積層体の圧縮厚みを調整した。その後、プレス成形用下型とプレス成形用上型を室温で冷却させた後にプレス成形用下型とプレス成形用上型を開き、各実施例及び各比較例の繊維強化成形体を得た。

各実施例及び各比較例の繊維強化成形体について、外観判断と厚み方向の抵抗値及び曲げ弾性率の測定を行った。
外観判断は、目視および触感により突部の存在を判定した。金属塊の埋設部分に、触診および視認により突起が全く見られない場合に「◎」、目視では分からないが触診にて触感としてわずかに突起を感じる場合に「〇」、目視および触感共に突起を感じる場合に「×」とした。
厚み方向の抵抗値は、デジタルマルチメーター（日置電機株式会社製：ＤＴ４２８１）を用い、図７に示すように、繊維強化成形体の一方の面における「＊１」の位置と、反対面における「＊２」の位置間の抵抗値を測定した。
曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ７０７４−１９８８Ａ法に準拠して行った。
外観の判断結果及び抵抗値と曲げ弾性率の測定結果を図８の表に示す。
なお、図８の表における「金属塊の硬度（Ｈｖ）」は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４−ビッカース硬さ試験に準拠して測定した値である。
また、図８の表における、「ｐｌｙ数」は炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層数であり、「全体厚み」は繊維強化成形体の厚み（スペーサの厚みと同一）である。「樹脂層厚み（ｍｍ）Ｃ１」は、「全体厚み」から使用した炭素繊維織物の全厚み（合計厚み）を減算して得られた値で代用した。

実施例１は、金属塊として、スズとビスマスの合金(金属比率４２／５８)、直径（Φ１）０．６ｍｍ、長さ１０ｍｍを使用し、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数が２、全体厚みが０．６ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）が０．１２ｍｍの例である。実施例１は、Φ１／Ｃ１の値が５．００、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が５３Ω、曲げ弾性率が３１ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有する。

実施例２は、金属塊として、スズと鉛の合金(金属比率６０／４０)、直径（Φ１）１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍを使用し、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数が２、全体厚みが１．０ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）が０．５２ｍｍの例である。実施例２は、Φ１／Ｃ１の値が１．９２、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が１２ＭΩ、曲げ弾性率が４５ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例３は、実施例２における金属塊の直径を０．６ｍｍ、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数を４、全体厚みを１．０ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）を０．０４ｍｍとした例である。実施例３は、Φ１／Ｃ１の値が１５．００、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が１０Ω、曲げ弾性率が４５ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例４は、実施例３における金属塊の直径（Φ１）を１．０ｍｍとした例である。実施例４は、Φ１／Ｃ１の値が２５．００、外観が「〇」、厚み方向の抵抗値が１２Ω、曲げ弾性率が４６ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例５は、実施例４における金属塊の直径を０．６ｍｍ、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数を６、全体厚みを２．０ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）を０．５６ｍｍとした例である。実施例５は、Φ１／Ｃ１の値が１．０７、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が４２Ω、曲げ弾性率が４０ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例６は、実施例２における全体厚みを０．８ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）を０．３２ｍｍに設定し、スリットのない含浸済み発泡体の上面所定位置に、金属塊を載置し、その後、圧縮加熱工程を行った例である。実施例６は、Φ１／Ｃ１の値が３．１３、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が１２Ω、曲げ弾性率が４６ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例７は、実施例６において含浸済み発泡体にスリットを形成して金属塊を埋設した以外、他の構成を実施例６と同一にした例である。実施例７は、Φ１／Ｃ１の値が３．１３、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が１０Ω、曲げ弾性率が４７ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。スリットの有無に関係なく、実施例６と実施例７では、抵抗値、曲げ弾性率、外観が変わらなかった。

実施例８は、実施例２における全体厚みを０．６ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）を０．１２ｍｍとした例である。実施例８は、Φ１／Ｃ１の値が８．３３、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が１１Ω、曲げ弾性率が４８ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例９は、実施例２における金属塊の直径（Φ１）を２．０ｍｍ、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数を１０、全体厚みを３．０ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）を０．６ｍｍとした例である。実施例９は、Φ１／Ｃ１の値が３．３３、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が１２Ω、曲げ弾性率が４４ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有している。

実施例１０は、金属塊として、スズと銀と銅の合金(金属比率９６．５／３／０．５)、直径（Φ１）１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍを使用し、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数が２、全体厚みが０．８ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）が０．３２ｍｍの例である。実施例１０は、Φ１／Ｃ１の値が３．１３、外観が「〇」、厚み方向の抵抗値が２５Ω、曲げ弾性率が４５ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有する。

実施例１１は、金属塊として、スズと鉛の合金(金属比率１０／９０)、直径（Φ１）１．０ｍｍ、長さ１０ｍｍを使用し、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数が２、全体厚みが０．８ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）が０．３２ｍｍの例である。実施例１４は、Φ１／Ｃ１の値が３．１３、外観が「〇」、厚み方向の抵抗値が１４Ω、曲げ弾性率が４５ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が小さく、厚み方向に良好な導電性を有する。

比較例１は、金属塊を埋設しない例であり、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数が２、全体厚みが０．８ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）が０．３２ｍｍである。比較例は、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が５．２ＭΩ、曲げ弾性率が４５ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が大きく、厚み方向の導電性が低いものである。

比較例２は、金属塊として、スズと鉛の合金(金属比率６０／４０)、直径（Φ１）０．６ｍｍ、長さ１０ｍｍを使用し、炭素繊維強化層（炭素繊維プリプレグ）の全積層（ｐｌｙ）数が２、全体厚みが１．２ｍｍ、樹脂層厚み（Ｃ１）が０．７２ｍｍの例である。比較例２は、Φ１／Ｃ１の値が０．８３、外観が「◎」、厚み方向の抵抗値が２．９ＭΩ、曲げ弾性率が４２ＧＰａであり、厚み方向の抵抗値が高くなった。比較例２は、成形後の樹脂層の厚みが、成形前の金属塊の直径よりも大きく、圧縮加熱工程を行っても、実質的に炭素繊維に接触しなかった。

このように、本発明の繊維強化成形体は、厚み方向に導電性を有し、かつ樹脂層に埋設した金属塊に起因する突部や変形が表面に存在しないものであり、厚み方向の導電性及び表面の美観が求められる用途に好適なものである。

１０ 繊維強化成形体
１１ 樹脂層
１１Ａ 発泡体
１１Ｂ 熱硬化性樹脂
１１Ｃ 含浸済み発泡体
２１ 炭素繊維強化層
２１Ａ 炭素繊維
２１Ｂ 熱硬化性樹脂
２１Ｃ 炭素繊維プリプレグ
３１ 金属塊
４１ プレス成形用下型
４３ プレス成形用上型

Claims (7)

1. 樹脂層の両面に炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体であって、
   前記樹脂層には該樹脂層の厚み方向に金属塊が貫通して埋設され、
   前記金属塊が前記樹脂層の両面で前記炭素繊維強化層と接触していることを特徴とする繊維強化成形体。
2. 前記金属塊は、スズを含む合金であって、前記樹脂層の少なくとも一箇所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化成形体。
3. 前記樹脂層は、熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化成形体。
4. 熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱することにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなる樹脂層の両面に、前記炭素繊維プリプレグが硬化してなる炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体の製造方法において、
   前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に前記炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱する際に、
   前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の片面と前記炭素繊維プリプレグとの間の少なくとも１箇所に金属塊を配置し、
   前記圧縮及び加熱を行うことにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体に前記金属塊を押し込み、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面で前記金属塊と前記炭素繊維プリプレグが接触した状態にして、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体及び前記炭素繊維プリプレグを硬化させることを特徴とする繊維強化成形体の製造方法。
5. 熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱することにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体が圧縮された状態で硬化してなる樹脂層の両面に、前記炭素繊維プリプレグが硬化してなる炭素繊維強化層を積層一体化した繊維強化成形体の製造方法において、
   前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面に前記炭素繊維プリプレグを配置して圧縮及び加熱する際に、
   前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の少なくとも１箇所に金属塊を埋設し、
   前記圧縮及び加熱を行うことにより、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の両面で前記金属塊と前記炭素繊維プリプレグが接触した状態にして、前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体及び前記炭素繊維プリプレグを硬化させることを特徴とする繊維強化成形体の製造方法。
6. 前記熱硬化性樹脂が含浸した発泡体の少なくとも１箇所に切り込みを設け、前記切り込みに前記金属塊を挿入して埋設することを特徴とする請求項５に記載の繊維強化成形体の製造方法。
7. 前記金属塊はスズを含む合金からなることを特徴とする請求項４から６の何れか一項に記載の繊維強化成形体の製造方法。

Images