JP6703117B2 - 高い平滑性を有する炭素繊維強化プラスチック材料 - Google Patents
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Description
本開示は、強化材料及びかかる材料の製造方法に関する。より詳細には、本開示は、高い表面平滑性を有する炭素繊維強化材料に関する。
多くの場合、プラスチック材料を、例えばスチールのようなより重くてより高価な材料の代わりに、効果的に使用することができる。しかしながら、より重くてより高価な材料の代わりにかかる材料を使用しようとする場合、強度及び仕上がりが特に懸念されることがある。かかるシナリオの１つの例は、例えば、表面が塗装され、明らかなパターンのない高光沢が望まれる自動車の組み立てに使用されるスチールパネルである。
炭素繊維強化材料は、優れた強度対重量比を提供し、より重くてより高価な材料に置き換わるのに非常に適している。しかしながら、かかる炭素繊維強化プラスチック材料は、審美的に好ましい仕上がりが望まれる領域で使用される場合、欠点を有する。例えば、代表的なスチール材がおよそ０．１５μｍの粗さＲａをもたらすことができるところ、代表的な炭素繊維強化プラスチック材料は、７５％高い又は最大０．６０μｍまでの粗さＲａをもたらすことができる。この効果は、材料が、その後、仕上げ、例えば塗装され、必要に応じて硬化された場合に、さらに悪化する。
連続又はチョップド炭素繊維で強化されたプラスチックコンポーネントの表面品質は、繊維が表面平滑性にいくらかの歪みを生じさせるため、乏しい（例えば、高い粗さ）。これらのコンポーネントが塗装された場合、繊維パターンがはっきりと目に見え、これは、当該技術分野では「ファイバープリントスルー」として知られている。
この現象は、少なくとも部分的に、成形プロセスの冷却段階の間に、炭素繊維及び／又は炭素繊維束を取り囲む熱硬化性樹脂の収縮によって引き起こされる。これは、当該技術分野において成形収縮として知られている。
さらに、塗装パネルの場合、塗装及び硬化（例えば約１４０℃で）の間に、熱硬化性樹脂は再び膨張し、この膨張は炭素繊維よりも大きい。冷却すると、樹脂は再び炭素繊維及び炭素繊維束の周囲で収縮戻りする。
これらの材料間の熱膨張係数の差は、塗装中の表面歪みの原因の１つである。上述の両方の現象は、一般的に使用されているスチール材よりも高い粗さ及び低い仕上り品質をもたらす。
現在市場で入手可能なパネルを形成している炭素繊維材料は、熱硬化により硬化される材料であり、スチールと同じウェーブスキャン値を達成するために、徹底的な後処理が必要である。かかる後処理は、費用がかかり、時間がかかり、労働集約的であることがあり、依然としてスチールの表面品質に達しない。したがって、これらの材料の適切な仕上りを得るために必要な資源を削減しつつ、仕上り品質を改善することが有益であろう。
ドイツ国特許出願公開第１０ ２０１２００７８３９号は、熱硬化性樹脂を使用した多層繊維プラスチック複合コンポーネントを開示している。この複合コンポーネントは、マトリックス樹脂と、炭素繊維が組み込まれた繊維材料とから作製された少なくとも１層の繊維プラスチック層とを有する。目に見える表面には透明ガラス層が設けられており、この透明ガラス層はマトリックス樹脂によって繊維プラスチック層に接続される。この材料は、上述のように、審美的に好ましい仕上がりが望まれる用途で有用なものにするために、多大な後処理を必要とする。
特開２０１０−１６３５３６号公報には、複数のそれぞれ収束性が付与された炭素繊維束を、引き揃えることなく単一のボビンに巻き取ることにより複数の炭素繊維束の巻取体から複数の炭素繊維束を引き出すこと、炭素繊維束をロービングカッターで切断し、それと同時に炭素繊維束を各繊維束ごとに分割すること、切断された炭素繊維束と樹脂組成物とを混合し、混合物をシート化することを含む、シートモールディングコンパウンドの製造方法が記載されている。
国際公開第２０１５／１１３５８５号には、複数の連続炭素繊維強化熱可塑性シートを含む繊維層と、ガラス繊維及び炭素繊維のうちの少なくとも一つから選択される繊維を含むベール層と、樹脂フィルムを含む樹脂層とを含み、樹脂フィルムの少なくとも一部分によってベール層が含浸されている、繊維強化プラスチック材料が記載されている。
本発明者らは、繊維強化プラスチックシートの平滑性を改善することが望ましいことを認識した。本開示の実施形態は、本発明者によって認識された現在の最先端技術の欠点を克服することを意図している。
本開示の実施形態によれば、複数の炭素繊維と、ビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂と、少なくとも１種の低線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）フィラーとを含む繊維強化プラスチック材料が提供される。
かかる材料を提供することによって、ファイバープリントスルーが低減されるか又は無くなるように、樹脂と繊維層との間の異なる熱膨張係数に起因する収縮率の変動を低減することができる。
いくつかの実施形態によれば、少なくとも１種の低ＣＬＴＥフィラーは、溶融シリカ及び長石から選択することができる。
炭素繊維強化熱硬化シートは、１０〜５０ｍｍに及ぶ、好ましくは２５ｍｍのチョップド炭素繊維であることができる。
複数の炭素繊維が樹脂中にランダムに分散されていてもよい。
フィラーは、繊維強化プラスチック材料の１０〜４０体積％の範囲内で樹脂中に存在していてもよい。
炭素繊維は、繊維強化プラスチック材料の１５〜６０体積％の範囲内で存在していてもよい。
複数の繊維は、樹脂中に少なくとも部分的に埋め込まれる。
繊維強化プラスチック材料の少なくとも１つの表面は、０．３８μｍ未満、好ましくは０．２０μｍ未満の表面粗さを有することができ、当該表面粗さはプロフィロメーター、例えばミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ）ＳＶ−３０００ＣＮＣによって測定される。
繊維強化プラスチック材料は、仕上げ層を有してもよく、当該仕上げ層はペイントであることができる。
フィラーの粒子は、０．５〜４μｍ、好ましくは２〜３μｍの平均粒径を有することができる。さらに、フィラーの線熱膨張係数は０．５〜４．５×１０−６／℃に及ぶことができる。
本開示の実施形態によれば、繊維強化プラスチック材料の成形方法が提供される。当該方法は、上述の実施形態のいずれかによる繊維強化プラスチック材料を、繊維強化プラスチック材料にツール圧力を加えるように構成された圧縮成形ツールに供給する工程と、圧縮強化ツール内で繊維強化プラスチック材料を第１の成形ツール温度で圧縮成形する工程と、繊維強化プラスチック材料に対するツール圧力を維持又は増加しながら、圧縮成形された繊維強化プラスチック材料を第２の成形ツール温度まで冷却する工程とを含む。
圧縮成形工程の間、ツール圧力は２〜１５ＭＰａに及ぶことができ、第１の成形ツール温度は１２０℃〜１６０℃に及ぶことができる。
ツール圧力は、第１の時間、例えば２０秒間にわたって、９〜１４ＭＰａの第１の圧力に維持することができる。第１の時間の後（例えば、冷却工程中及び／又は圧縮成形工程の第２の時間中）に、成形ツール圧力を１８〜２２ＭＰａの第２の圧力まで増加させ、７０〜１００秒間の時間にわたって第２の圧力を維持することができる。さらに、成形ツールが第２の成形ツール温度、例えば周囲温度まで冷却されるまで第２の圧力を維持することができる。
第２の成形ツールの温度は、４０〜６０℃、好ましくは５０℃であることができる。
冷却工程の間、成形ツールは、周囲条件に基づいて冷却されてもよい。あるいは、冷却は、例えば冷却回路によって促進されてもよい。
いくつかの実施形態によれば、この方法は、成形ツール温度が第２の成形ツール温度に達したときに、圧縮成形ツールから繊維強化プラスチック材料を除去することを含むことができる。
さらに、冷却工程後に繊維強化プラスチック材料に仕上げ層を適用する工程を行ってもよい。
仕上げ層はペイントを含むことができる。
仕上げ層は、硬化工程中に硬化させることができる。
本発明のさらなる目的及び利点は、以下の説明に記載されるか、又は本発明の実施によって習得され得る。本発明の目的及び利点は、添付の特許請求の範囲において具体的に示した要素及び組合せによって実現及び達成されるであろう。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、例示的及び説明的なものに過ぎず、特許請求された本発明を限定するものではないことを理解されたい。
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を示し、説明と共に、本開示の原理を説明する役割を果たす。
ここで、本開示の例示的な実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は同様の部分を指すために使用される。
図１は、本開示の実施形態に従う、型（mold）内の１５０℃での樹脂リッチ（１５）領域及び炭素繊維リッチ領域（２０及び２０’）を示す概略図である。市販の製品としては、例えばＴｏｒａｙ Ｔ７００ＳＣ−１２０００Ｆ０Ｅが挙げられる。かかる炭素繊維は、チョップド炭素繊維であってもよい。
炭素繊維が切断繊維である場合、繊維は５０ｍｍ以下、好ましくは２５ｍｍ以下の最大長さを有することができる。
炭素繊維１２は、炭素繊維強化プラスチック材料の１５〜６０体積％の範囲内、例えば、好ましくは層の３０体積％で存在することができる。
炭素繊維１２及び／又は炭素繊維束（図示せず）に加えて、ビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂であることができる樹脂１５が用意され、その中に炭素繊維が埋め込まれる。樹脂１５は、例えば、層の２０〜８０体積％、好ましくは層の５０体積％の量で存在することができる。
樹脂１５は、低ＣＬＴＥフィラー、例えば長石及び／又は溶融シリカと混合されてもよい。フィラーの線熱膨張係数は、例えば、０．５〜４．５×１０−６／℃に及ぶことができる。
フィラーは、繊維強化プラスチック材料の１０〜４０体積％の範囲内、例えば、繊維強化プラスチック材料の好ましくは２０体積％で樹脂中に存在し得る。低ＣＬＴＥフィラーの粒子は、１〜４μｍ、好ましくは２〜３μｍの平均粒径を有することができる。
本明細書に記載のフィラーに加えて、ビニルエステル樹脂１５中にさらなる成分が存在していてもよい。例えば、ビニルエステル樹脂１５は、スチレン、湿潤添加剤（wetting additives）（例えばＢＹＫ ９０７６）、加工添加剤（processing additives）（例えばＢＹＫ ９０８５）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）（例えばＣｏａｔｈｙｌｅｎｅ ＨＡ １６８１）、過酸化物（例えばＴｒｉｇｏｎｏｘ １１７）、ＭｇＯ（例えばＬｕｖａｔｏｌ Ｅ １００ＫＭ）等を含んでもよい。かかるさらなる成分は、前述したフィラー及びビニルエステル樹脂の存在に基づいて様々な百分率で存在してもよい。
上記の材料は、それらの集成後に圧縮成形され、次いで、例えばペイント層（図示せず）で任意に仕上げ（例えば塗装）される。次いで、仕上げ層を必要に応じて硬化させてもよい。
図３は、本開示の実施形態による圧縮成形方法を説明するフローチャートである。図２Ｂのタイムチャートは、理解をより深めるために図３と併せて見ることができる。
強化用炭素繊維を所望の長さに切断し、樹脂１５と混合することができる。あるいは、使用を容易にするために予め切断された炭素繊維を得ることができる。いくつかの実施形態によれば、適量の樹脂１５を保持するために１つ又は複数のキャリヤーフィルムを使用することができ、切断された炭素繊維は、樹脂１５の量に関して先に特定した量でキャリヤーフィルム上に存在する樹脂１５に適用される。次いで、キャリヤーフィルム、樹脂及び炭素繊維を、炭素繊維をキャリヤーシート上の樹脂に圧縮するように構成された圧縮装置に通過させることができる。その後、１つ以上の後続のキャリヤーシートを、形成されたばかりの炭素繊維強化材料に適用することができる。当業者であれば、繊維強化材料を形成するための他の適切な技術を使用してもよく、例えば、圧縮装置を通過する前に炭素繊維／樹脂材料にキャリヤーシートを適用してもよいことを認識するであろう。代わりに、圧縮装置を使用せず、炭素繊維を樹脂に混合してもよい。
このように形成された材料は、特定のパネルの製造仕様に従って組み立てられ、圧縮成形ツールに配置されてもよい（ステップ３０５）。
材料を配置したら、圧縮成形ツールを閉じ、成形圧力を高温で加える（ステップ３１０）。例えば、圧縮成形中（例えば、圧縮成形の第１の時間）に、成形ツール圧力は２〜１５ＭＰａに及ぶことができ、第１の温度（すなわち、圧縮成形ツールが圧縮成形を開始する温度）は、１２０℃〜１６０℃、例えば１５０℃である。
いくつかの実施形態によれば、圧縮成形ツールの圧力は、２０秒間の第１の時間にわたって９〜１４ＭＰａの第１の圧力で加えられてもよい。第１の時間の後、成形ツール圧力を１８〜２２ＭＰａの第２の圧力まで増加させ、成形中に７０〜１００秒間の第２の時間にわたって第２の圧力で保持することができる。例えば、圧縮成形が開始された時点で、図２に示すように、成形ツールの圧力を１２ＭＰａに設定し、次に、２０秒間で２０ＭＰａに増加させることができる。この間、成形ツールの温度を１５０℃で一定に保つことができる。次いで、温度を１５０℃に維持しながら成形ツールの圧力を８０秒間にわたって２０ＭＰａに保持することができる。
第２の成形圧力がシートに対して維持されている間に、圧縮成形ツール及びその中の繊維強化プラスチック物品を、次に、所定の温度に冷却することができる（ステップ３１５）。例えば、成形ツールは、周囲条件に基づいて約４０〜６０℃、好ましくは５０℃に冷却されてもよい。この冷却時間中、成形ツールの圧力は２０ＭＰａに維持されてもよい。当業者であれば、成形ツールの圧力は、時間の経過と共に、例えば１００秒間の冷却時間にわたって２０ＭＰａから１２ＭＰａまで徐々に低下してもよいことを理解するであろう。
成形ツールが所定の温度（例えば５０℃）に達した後、成形された物品を脱型して取り出すことができる（ステップ３２０）。
圧縮成形に続いて、物品に、任意に仕上げ、例えば塗装及び硬化を施してもよい。
本開示の発明を実施することを助けるために、２５ｍｍの平均炭素繊維長を用いた以下の非限定的な実施例を提供する。
例１−比較例
炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップ。
炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップ。
フィラーを含まないビニルエステル樹脂を以下の表に従って調製した。
Ｐａｌａｐｒｅｇ Ｈ ２６８１−０１は、ある割合でスチレン、湿潤添加剤、加工添加剤、ＬＤＰＥ、過酸化物及びＭｇＯを含んでいた。
パネルをビニルエステル樹脂で被覆し、その後、１５０℃の温度で１２ＭＰａで２０秒間圧縮成形し、圧力を８０秒間で４．８ＭＰａまで減少させた。次いで、型を開け、パネルを脱型し、放冷した。
次いで、製造されたパネルを、ミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣプロフィロメーター装置により測定して、上面の表面粗さを決定した。このプロフィロメーター装置のフィルターカットオフレベルは、２回の別々の測定で２つの異なる値に設定した。カットオフレベルは０．８ｍｍ、次いで２．５ｍｍであり、結果を記録した。表２参照。
参考例 − フィラーを含む樹脂
この参考例では、最初に、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この参考例では、最初に、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この作製に続いて、比較例と同様に調製されたが、フィラーとして１６体積％のＣａＣＯ３（ＣＬＴＥ：１０×１０−６／℃、粒径（Ｄ５０）：３μｍ）を含むビニル樹脂を調製した。
パネルを１５０℃の温度で１２ＭＰａで２０秒間圧縮成形し、圧力を８０秒間で４．８ＭＰａまで減少させた。次いで、型を開け、パネルを脱型し、放冷した。
次いで、製造されたパネルを、ミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣプロフィロメーター装置により測定して、上面の表面粗さを測定した。このプロフィロメーター装置のフィルターカットオフレベルは、２回の別々の測定で２つの異なる値に設定した。カットオフレベルを０．８ｍｍ、次いで２．５ｍｍであり、結果を記録した。表２参照。
比較例よりも粗さの値は改善されたが、スチールよりも優れていなかった。
実施例３−低ＣＬＴＥフィラー長石を含む樹脂
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この作製に続いて、比較例と同様に調製されたが、１６体積％の低ＣＬＴＥフィラー、この例では長石（ＣＬＴＥ：４．２×１０−６／℃、粒径（Ｄ５０）：３μｍ）を含むビニル樹脂を調製した。
パネルをビニルエステル樹脂で被覆し、続いて１５０℃の温度で１２ＭＰａで２０分間圧縮成形し、圧力を８０秒間で４．８ＭＰａまで減少させた。次いで、型を開け、パネルを脱型し、放冷した。
次いで、製造されたパネルを、ミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣプロフィロメーター装置により測定して、上面の表面粗さを決定した。このプロフィロメーター装置のフィルターカットオフレベルは、２回の別々の測定で２つの異なる値に設定した。カットオフレベルは０．８ｍｍ、次いで２．５ｍｍであり、結果を記録した。表２参照。
粗さ値は比較例よりも改善され、０．８ｍｍのカットオフ値Ｌｃではスチールの粗さ値を満足することができたが、２．５ｍｍのより長いカットオフ値Ｌｃではスチールの粗さ値を満足することができなかった。
実施例４−低ＣＬＴＥフィラーである溶融シリカを含む樹脂
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この作製に続いて、比較例と同様に調製されたが、１６体積％の低ＣＬＴＥフィラー、この例では、線熱膨張係数０．５、粒径４μｍの溶融シリカを含むビニル樹脂を調製した。
パネルをビニルエステル樹脂で被覆し、その後、１５０℃の温度で１２ＭＰａで２０秒間圧縮成形し、圧力を８０秒間で４．８ＭＰａまで減少させた。次いで、型を開け、パネルを脱型し、放冷した。
次いで、作製したパネルをミツトヨＳＶ−３０００プロフィロメーター装置により測定して、上面の表面粗さを決定した。このプロフィロメーター装置のフィルターカットオフレベルは、２回の別々の測定で２つの異なる値に設定した。カットオフレベルは０．８ｍｍ、次いで２．５ｍｍであり、結果を記録した。表２参照。
粗さ値は０．８ｍｍ及び２．５ｍｍのカットオフ値Ｌｃの両方について実施例３と同様であった。しかしながら、成形パネルは実質的により軽量であった。
実施例５−低ＣＬＴＥフィラーである溶融シリカを含む樹脂−改変成形及び冷却プロセス
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この作製に続いて、比較例と同様に調製されたが、２１体積％の低ＣＬＴＥフィラー、この例では、溶融シリカを含むビニル樹脂を調製した。
パネルをビニルエステル樹脂で被覆し、その後、１５０℃の温度で１２ＭＰａで２０秒間圧縮成形し、圧力を８０秒間で２０ＭＰａまで増加させた。
次いで、成形ツールを、さらに熱を加えないが、圧力を２０ＭＰａに維持したまま周囲条件で放置した。これは、成形ツールの温度が５０℃に達するまで行った。型を開け、パネルを脱型し、さらに放冷した。
次いで、作製したパネルをミツトヨＳＶ−３０００プロフィロメーター装置により測定して、上面の表面粗さを決定した。このプロフィロメーター装置のフィルターカットオフレベルは、２回の別々の測定で２つの異なる値に設定した。カットオフレベルは０．８ｍｍ、次いで２．５ｍｍであり、結果を記録した。表２参照。
０．８ｍｍ及び２．５ｍｍのカットオフ値Ｌｃの両方の場合のこの例の粗さ値は、スチールの粗さ値に達し、より勝っていることができた。
実施例５’−低ＣＬＴＥフィラーである溶融シリカ２１％を含む樹脂
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この実施例では、再び、比較例１で行ったのと同様に、パネル、すなわち、炭素繊維強化プラスチック材料の３０体積％の割合で存在する炭素繊維を有する、パネルと呼ぶ従来の材料レイアップを作製した。
この作製に続いて、比較例と同様に調製されたが、２１体積％の低ＣＬＴＥフィラー、この例では、溶融シリカを含むビニル樹脂を調製した。
パネルをビニルエステル樹脂で被覆し、その後、１５０℃の温度で１２ＭＰａで２０秒間圧縮成形し、圧力を８０秒間で２０ＭＰａまで増加させた。
次いで、型を開け、パネルを脱型し、さらに放冷した。
表２は、６つの例についての結果と、スチールパネルについての参考情報を示す。
表２は、６つの例についての結果と、スチールパネルについての参考情報を示す。
本開示を、特定の実施形態及び実施例を参照して説明してきたが、これらの実施形態及び実施例は、本開示の原理及び適用の単なる例示であることを理解されたい。
特許請求の範囲を含む記載を通じて、「含む（comprising a）」という用語は、特に明記しない限り、「少なくとも１つ（又は１種）を含む（comprising at least one）」と同義であると理解すべきである。さらに、特許請求の範囲を含む明細書に記載された範囲は、特に明記しない限り、その端値（end value(s)）を含むものとして理解されるべきである。記載した要素についての特定の値は、当業者に知られている許容される製造又は業界の許容差（tolerances）内にあると理解されるべきであり、「実質的に」及び／又は「およそ」及び／又は「概して」という用語の使用は、かかる許容される許容差内にあることを意味する。
国家、国際又はその他の標準機関（例えば、ＩＳＯなど）の基準が参照されている場合、かかる参照は、本願の優先日における国内又は国際標準機関によって定義された規格を指すことを意図している。このような規格に対するその後の実質的な変更は、本開示及び／又は請求の範囲及び／又は定義を変更することを意図するものではない。
本明細書及び実施例は、例示にすぎないと見なされ、本開示の真の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示されていることが意図される。
本発明に関連する発明の実施態様の一部を以下に示す。
［態様１］
複数の炭素繊維；及び
少なくとも１種の低線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）フィラーを含有するビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂、
を含む、繊維強化プラスチック材料。
［態様２］
前記少なくとも１つの低ＣＬＴＥフィラーが、溶融シリカ及び長石から選択される、態様１に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様３］
前記炭素繊維が、チョップド炭素繊維であり、好ましくはランダムに分散されている、態様１又は２に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様４］
前記フィラーが、前記繊維強化プラスチック材料の１０〜４０体積％の範囲内で前記樹脂中に存在する、態様１〜３のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様５］
前記複数の炭素繊維が、前記繊維強化プラスチック材料の１５〜６０体積％の範囲内で存在する、態様１〜４のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様６］
前記複数の繊維が、前記樹脂によって含浸されている、態様１〜５のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様７］
前記複数の炭素繊維が５０ｍｍ以下、好ましくは２５ｍｍ以下の最大長さを有する、態様１〜６のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様８］
前記繊維強化プラスチック材料の少なくとも１つの表面が、０．３８μｍ未満、好ましくは０．２０μｍ未満の表面粗さを有し、表面粗さが、プロフィロメーター、例えばミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣによって測定される、態様７に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様９］
さらに、仕上げ層を含む、態様１〜８のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様１０］
前記仕上げ層がペイントを含む、態様９に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様１１］
前記フィラーの粒子が１〜４μｍ、好ましくは２〜３μｍの平均粒径を有する、態様１〜１０のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様１２］
繊維強化プラスチック材料を成形する方法であって、
態様１〜１１のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料を、前記繊維強化プラスチック材料にツール圧力を加えるように構成された圧縮成形ツールに供給する工程と、
前記圧縮成形ツール内で前記繊維強化プラスチック材料を第１の成形ツール温度で圧縮成形する工程と、
前記繊維強化プラスチック材料に対するツール圧力を維持又は増加しながら、圧縮成形された前記繊維強化プラスチック材料を第２の成形ツール温度まで冷却する工程と、
を含む方法。
［態様１３］
前記圧縮成形工程の間、ツール圧力が２〜１５ＭＰａに及び、第１の成形ツール温度が１３０℃〜１６０℃に及ぶ、態様１２に記載の方法。
［態様１４］
前記ツール圧力が、２０秒間の第１の時間にわたって、９〜１４ＭＰａ、好ましくは１２ＭＰａの第１の圧力に維持される、態様１２又は１３に記載の方法。
［態様１５］
前記ツール圧力が、前記第１の時間の後に前記第２の圧力まで増加され、第２の時間にわたって、好ましくは前記成形ツールが第２の温度に達するまで、前記第２の圧力に維持されることを特徴とする、態様１４に記載の方法。
［態様１６］
前記第２の成形ツール温度が４０〜６０℃、好ましくは５０℃である、態様１２〜１５のいずれか一つに記載の方法。
［態様１７］
前記冷却工程の間に、前記成形ツールが周囲条件に基づいて冷却される、態様１２〜１６のいずれか一つに記載の方法。
［態様１８］
前記成形ツール温度が前記第２の成形ツール温度に達したときに、前記圧縮成形ツールから前記繊維強化プラスチック材料を除去する工程を含む、態様１２〜１７のいずれか一つに記載の方法。
［態様１９］
前記冷却工程の後に、前記繊維強化プラスチック材料に仕上げ層を適用する工程を含む、態様１２〜１８のいずれか一つに記載の方法。
［態様２０］
前記仕上げ層がペイントを含む、態様１９に記載の方法。
［態様２１］
さらに、前記仕上げ層を硬化させることを含む、請求項１９〜２０のいずれか一つに記載の方法。
本発明に関連する発明の実施態様の一部を以下に示す。
［態様１］
複数の炭素繊維；及び
少なくとも１種の低線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）フィラーを含有するビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂、
を含む、繊維強化プラスチック材料。
［態様２］
前記少なくとも１つの低ＣＬＴＥフィラーが、溶融シリカ及び長石から選択される、態様１に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様３］
前記炭素繊維が、チョップド炭素繊維であり、好ましくはランダムに分散されている、態様１又は２に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様４］
前記フィラーが、前記繊維強化プラスチック材料の１０〜４０体積％の範囲内で前記樹脂中に存在する、態様１〜３のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様５］
前記複数の炭素繊維が、前記繊維強化プラスチック材料の１５〜６０体積％の範囲内で存在する、態様１〜４のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様６］
前記複数の繊維が、前記樹脂によって含浸されている、態様１〜５のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様７］
前記複数の炭素繊維が５０ｍｍ以下、好ましくは２５ｍｍ以下の最大長さを有する、態様１〜６のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様８］
前記繊維強化プラスチック材料の少なくとも１つの表面が、０．３８μｍ未満、好ましくは０．２０μｍ未満の表面粗さを有し、表面粗さが、プロフィロメーター、例えばミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣによって測定される、態様７に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様９］
さらに、仕上げ層を含む、態様１〜８のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様１０］
前記仕上げ層がペイントを含む、態様９に記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様１１］
前記フィラーの粒子が１〜４μｍ、好ましくは２〜３μｍの平均粒径を有する、態様１〜１０のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料。
［態様１２］
繊維強化プラスチック材料を成形する方法であって、
態様１〜１１のいずれか一つに記載の繊維強化プラスチック材料を、前記繊維強化プラスチック材料にツール圧力を加えるように構成された圧縮成形ツールに供給する工程と、
前記圧縮成形ツール内で前記繊維強化プラスチック材料を第１の成形ツール温度で圧縮成形する工程と、
前記繊維強化プラスチック材料に対するツール圧力を維持又は増加しながら、圧縮成形された前記繊維強化プラスチック材料を第２の成形ツール温度まで冷却する工程と、
を含む方法。
［態様１３］
前記圧縮成形工程の間、ツール圧力が２〜１５ＭＰａに及び、第１の成形ツール温度が１３０℃〜１６０℃に及ぶ、態様１２に記載の方法。
［態様１４］
前記ツール圧力が、２０秒間の第１の時間にわたって、９〜１４ＭＰａ、好ましくは１２ＭＰａの第１の圧力に維持される、態様１２又は１３に記載の方法。
［態様１５］
前記ツール圧力が、前記第１の時間の後に前記第２の圧力まで増加され、第２の時間にわたって、好ましくは前記成形ツールが第２の温度に達するまで、前記第２の圧力に維持されることを特徴とする、態様１４に記載の方法。
［態様１６］
前記第２の成形ツール温度が４０〜６０℃、好ましくは５０℃である、態様１２〜１５のいずれか一つに記載の方法。
［態様１７］
前記冷却工程の間に、前記成形ツールが周囲条件に基づいて冷却される、態様１２〜１６のいずれか一つに記載の方法。
［態様１８］
前記成形ツール温度が前記第２の成形ツール温度に達したときに、前記圧縮成形ツールから前記繊維強化プラスチック材料を除去する工程を含む、態様１２〜１７のいずれか一つに記載の方法。
［態様１９］
前記冷却工程の後に、前記繊維強化プラスチック材料に仕上げ層を適用する工程を含む、態様１２〜１８のいずれか一つに記載の方法。
［態様２０］
前記仕上げ層がペイントを含む、態様１９に記載の方法。
［態様２１］
さらに、前記仕上げ層を硬化させることを含む、請求項１９〜２０のいずれか一つに記載の方法。
Claims (24)
- 複数の炭素繊維；及び
０．５〜４．５×１０−６／℃の範囲内の線熱膨張係数を有する少なくとも１種の低線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）フィラーを含有するビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂、
を含む、繊維強化プラスチック材料であって、
前記複数の炭素繊維が５０ｍｍ以下の最大長さを有し、
前記繊維強化プラスチック材料の少なくとも１つの表面が、２．５ｍｍのフィルターカットオフ値でプロフィロメーターミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣによって測定した場合に０．３８μｍ未満の表面粗さＲａを有する、
繊維強化プラスチック材料。 - 前記少なくとも１つの低ＣＬＴＥフィラーが、溶融シリカ及び長石から選択される、請求項１に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記炭素繊維が、チョップド炭素繊維である、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記炭素繊維が、前記ビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂中にランダムに分散されたチョップド炭素繊維である、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記フィラーが、前記繊維強化プラスチック材料の１０〜４０体積％の範囲内で前記樹脂中に存在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記複数の炭素繊維が、前記繊維強化プラスチック材料の１５〜６０体積％の範囲内で存在する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記複数の繊維が、前記樹脂によって含浸されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記複数の炭素繊維が２５ｍｍ以下の最大長さを有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記繊維強化プラスチック材料の少なくとも１つの表面が、２．５ｍｍのフィルターカットオフ値でプロフィロメーターミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣによって測定した場合に０．２５μｍ以下の表面粗さＲａを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記繊維強化プラスチック材料の少なくとも１つの表面が、０．８ｍｍのフィルターカットオフ値でプロフィロメーターミツトヨＳＶ−３０００ＣＮＣによって測定した場合に０．１５μｍ以下の表面粗さＲａを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- さらに、仕上げ層を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記仕上げ層がペイントを含む、請求項１１に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 前記フィラーの粒子が１〜４μｍの平均粒径を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック材料。
- 繊維強化プラスチック材料を成形する方法であって、
複数の炭素繊維と、０．５〜４．５×１０−６／℃の範囲内の線熱膨張係数を有する少なくとも１種の低線熱膨張係数（ＣＬＴＥ）フィラーを含有するビニルエステル樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂とを含む繊維強化プラスチック材料を、前記繊維強化プラスチック材料にツール圧力を加えるように構成された圧縮成形ツールに供給する工程と、
前記圧縮成形ツール内で前記繊維強化プラスチック材料を第１の成形ツール温度で圧縮成形する工程と、
前記繊維強化プラスチック材料に対するツール圧力を維持又は増加しながら、圧縮成形された前記繊維強化プラスチック材料を第２の成形ツール温度まで冷却する工程と、
を含む方法。 - 前記圧縮成形工程の間、ツール圧力が２〜１５ＭＰａに及び、第１の成形ツール温度が１３０℃〜１６０℃に及ぶ、請求項１４に記載の方法。
- 前記ツール圧力が、２０秒間の第１の時間にわたって、９〜１４ＭＰａの第１の圧力に維持される、請求項１４又は１５に記載の方法。
- 前記ツール圧力が、前記第１の時間の後に前記第２の圧力まで増加され、第２の時間にわたって前記第２の圧力に維持されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記ツール圧力が、前記第１の時間の後に前記第２の圧力まで増加され、前記成形ツールが第２の温度に達するまでの第２の時間にわたって前記第２の圧力に維持されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
- 前記第２の成形ツール温度が４０〜６０℃である、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記冷却工程の間に、前記成形ツールが放冷される、請求項１４〜１９いずれか一項に記載の方法。
- 前記成形ツール温度が前記第２の成形ツール温度に達したときに、前記圧縮成形ツールから前記繊維強化プラスチック材料を除去する工程を含む、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
- 前記冷却工程の後に、前記繊維強化プラスチック材料に仕上げ層を適用する工程を含む、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記仕上げ層がペイントを含む、請求項２２に記載の方法。
- さらに、前記仕上げ層を硬化させることを含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
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