繊維強化複合体およびその製造方法
【課題】 所望の優れた装飾性を持つ装飾層と、強度が十分高い繊維強化樹脂層とを有し、装飾層と繊維強化樹脂層との界面が、ボイドや接着不良という欠陥の無い界面である繊維強化複合体を提供し、その製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 繊維強化複合体１１は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層１２を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層１３を外側に有する。繊維強化樹脂層１２および装飾層１３は、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつけて、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させた層である。そうすることによって、繊維強化複合体１１は、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが一体化された繊維強化複合体である。
【解決手段】 繊維強化複合体１１は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層１２を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層１３を外側に有する。繊維強化樹脂層１２および装飾層１３は、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつけて、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させた層である。そうすることによって、繊維強化複合体１１は、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが一体化された繊維強化複合体である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量でかつ高強度な装飾性の高い繊維強化複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に装飾柱としては大理石を使用したものが利用されている。しかしながら、大理石は、天然資源であるので、その利用は限界があり、非常に高価である。そこで、人工的に得られた大理石調の柱やパイプなどの成形体を、大理石製の柱の代わりに用いられている。
【０００３】
また、いろいろな模様や柄が施された装飾柱も利用され、それらは柱表面に装飾性フィルムや彩色および吹きつけなどで装飾されている。しかし、これらは柱表面のみに加飾されているため、質感が劣るほか、剥がれや欠落により装飾性が著しく阻害される。
【０００４】
大理石調やその他装飾された成形体としては、たとえば、金属製のパイプまたは塩化ビニル製のパイプなどにそれぞれの紋様が印刷されたフィルムを張り付けたものがある。しかしながら、このような成形体は、フィルムを張り合わせた継ぎ目が必ずあり、著しく装飾性が阻害される。
【０００５】
また、質感の向上や継ぎ目解消のため、ハンドレイアップ法またはスプレーアップ法を用いて、所望の表面装飾性を持った成形体を製造することができる。しかしながら、ハンドレイアップ法またはスプレーアップ法によって製造され装飾された成形体は、装飾層が薄く、例えば、大理石調の場合には質感および色調などが異なってしまう。装飾層を複数層重ねて形成することによって、厚くすることは可能であるが、これには長時間の作業が必要となり、著しいコストアップになる。また、作業者もその作業のため、防護マスクや防護衣料などが必要な厳しい作業環境に長時間さらされることにより、好ましい成形方法とはいえない。また、ハンドレイアップ法またはスプレーアップ法によって装飾層を複数層重ねて形成することによって厚くした成形体は、質感が劣るだけではなく、装飾層の内側部分を成形する際に長繊維強化および高繊維体積含有率を有することができないため成形体自身の強度が得られない。
【０００６】
他の従来の技術としては、特許文献１に記載されている。特許文献１には、内側に繊維強化樹脂層を、外側に人工大理石層を有する柱状中空成形体が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１３７１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によると、内側に繊維強化樹脂層を、外側に人工大理石層を設けることによって、強度が高く、人工大理石の外観を有する柱状中空成形体が得られる。しかしながら、特許文献１の方法では、繊維強化樹脂層と人工大理石層との界面は化学的に結合していないために水分等がその界面より浸入したり、また少しの衝撃で剥離が生じたり、繊維強化樹脂層の強度が低下する危険性がある。
【０００９】
さらに、特許文献１は、ダイスを用いて行う引き抜き成形法であるため、断面形状が同一のものしかつくれない。よって、エンタシスの柱のような製品中に異なる断面形状および寸法を有するものを製造することができない。また、製品中に異なる断面形状および寸法を有するものを製造しようとすると、生産性が著しく低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、所望の優れた装飾性を持つ装飾層と、強度が十分高い繊維強化樹脂層とを有し、装飾層と繊維強化樹脂層との界面が、ボイドや接着不良という欠陥の無い界面である繊維強化複合体を提供し、その製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層を外側に有し、
前記繊維強化樹脂層および前記装飾層は、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけて、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させた層であることを特徴とする繊維強化複合体である。
【００１２】
また本発明は、前記第１樹脂および前記第２樹脂とは、同種の樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記装飾層は、さらに充填材を含み、人造大理石調の外観および質感を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記第２繊維は、不織布であることを特徴とする。
また本発明は、前記第２繊維は、意匠性を有する繊維を含み、前記第１繊維と同一であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記意匠性を有する繊維は、有色繊維、蛍光繊維および飾り糸から選ばれる１種または２種以上であることであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、円筒形状であることを特徴とする。
また本発明は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層が内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層が外側になるように、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけた後に、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させて、前記型を外すことを特徴とする繊維強化複合体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、繊維強化複合体は、内側に第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層を有する。この繊維強化樹脂層は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけて、第１樹脂を硬化させて得られる層である。このような繊維強化樹脂層を内側に有することによって、繊維強化複合体は、強度を高めることができる。
【００１８】
また、この繊維強化複合体は、外側に第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層を有する。この装飾層は、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけて、第２樹脂を硬化させて得られる層である。
【００１９】
このような装飾層は、ハンドレイアップ法およびスプレーアップ法で製造した場合などとは異なり、十分に厚い層にすることができ、質感および色調などが大幅に向上する。たとえば、大理石調を発現させる充填材を第２樹脂に混入した場合には、大理石と変わらないような優れた質感を得ることができる。
【００２０】
さらに、繊維強化樹脂層および装飾層は、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつけて、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させた層である。このような繊維強化樹脂層と装飾層とは、お互いが一体となって硬化されて形成された層であるので、繊維強化樹脂層と装飾層との界面は強固に一体化している。
【００２１】
以上より、この繊維強化複合体は、所望の優れた装飾性を持つ装飾層と、強度が十分高い繊維強化樹脂層とを有し、装飾層と繊維強化樹脂層との界面が、ボイドや接着不良という欠陥の無い界面である。
【００２２】
また本発明によれば、第１樹脂および第２樹脂とは、同種の樹脂である。同種の樹脂とは、たとえば、硬化のメカニズムや硬化条件などの硬化特性が同様の樹脂である。そうすることによって、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させる際に、第１樹脂と第２樹脂とが化学的に結合する。したがって、繊維強化樹脂層と装飾層との一体性のより高い繊維強化複合体が得られる。
【００２３】
また本発明によれば、装飾層は、さらに充填材を含み、人造大理石調の外観および質感を有する。そうすることによって、様々な質感や色調の充填材を選ぶことができ、その含有量を変えることにより、さらに様々な質感や色調の装飾層が得られる。
【００２４】
また本発明によれば、第２繊維は、不織布である。そうすることによって、様々な質感や色調を発現させる充填材を、装飾層に均一に分散させることができる。すなわち、充填材の分散した樹脂は、第２繊維である不織布に充填材を担持したまま繊維強化樹脂層の上に巻きつけられる。
【００２５】
以上より、充填材の種類や含有量に応じた優れた外観を持ち、強度が高い繊維強化複合体を得ることができる。
【００２６】
また本発明によれば、第２繊維は、意匠性を有する繊維を含み、第１繊維と同一である。そうすることによって、装飾層に意匠性を有する繊維が一体となって埋め込まれた高強度な繊維強化複合体を得ることができる。
【００２７】
また本発明によれば、意匠性を有する繊維は、有色繊維、蛍光繊維および飾り糸から選ばれる１種または２種以上である。そうすることによって、より意匠性の高い繊維強化複合体を得ることができる。
【００２８】
また本発明によれば、円筒形状である。そうすることによって、軽量な繊維強化複合体が得られ、優れた外観を有し、強度が十分高いので、外観の優れた柱などとして好ましい。また、繊維強化複合体が、光を透過させることができる材料からなっている場合、円筒内に光源を入れることにより、発光する注状体として利用でき、ロビーやエントランス等にオブジェやインテリア用品として設置し、好ましい空間を演出することができる。
【００２９】
また本発明によれば、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層が内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層が外側になるように、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつける。その後に、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させて、型を外す。
【００３０】
そうすることによって、たとえば大理石のような優れた外観を有し、強度が十分高く、繊維強化樹脂層と装飾層とが一体となった繊維強化複合体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、大理石のような外観や、有色繊維等をデザインを配慮して巻きつけた優れた外観を有する繊維強化複合体であり、装飾柱やインテリア用オブジェなどに用いることができる。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態である繊維強化複合体１１の軸方向に垂直な断面図である。繊維強化複合材１１は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層１２を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層１３を外側に有する。
【００３３】
繊維強化樹脂層１２および装飾層１３は、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつけて、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させた層である。このような繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とは、お互いが一体となって硬化されて形成された層であるので、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが強固に一体化される。
【００３４】
繊維強化樹脂層１２は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけて、第１樹脂を硬化させて得られる層である。このような繊維強化樹脂層１２を内側に有することによって、繊維強化複合体１１は、強度を高めることができる。
【００３５】
第１繊維としては、糸、ロービング、織物、不織布、編物、組物、クロスなどのいずれの形態の繊維材料であっても用いることができる。その素材としては、繊維強化複合体に用いられる強化材であれば、公知の繊維を用いることができ、たとえば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維およびポリエチレン繊維などが挙げられ、これらの中でもガラス繊維が好ましい。
【００３６】
第１樹脂としては、熱硬化性樹脂であれば、公知の樹脂を用いることができ、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられ、これらの中でもエポキシ樹脂が好ましい。
【００３７】
繊維強化樹脂層１２の厚みは、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
装飾層１３は、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけて、第２樹脂を硬化させて得られる層である。このような装飾層１３は、ハンドレイアップ法およびスプレーアップ法で製造した場合とは異なり、充分に厚い層にすることができ、質感および色調などが大理石と変わらない大理石のような優れた外観を有する層となる。
【００３８】
第２繊維としては、第１繊維と同様、糸、ロービング、織物、不織布、編物、組物、クロスなどのいずれの形態の繊維材料であっても用いることができる。それらの中でも不織布であることが好ましい。そうすることによって、装飾層１３の表面平滑性が高まり、大理石のような優れた外観を有する装飾層１３が容易に得られる。第２繊維の素材としては、公知の繊維を用いることができ、たとえば、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、レーヨン繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリ乳酸繊維およびアラミド繊維などの合成繊維、綿、絹、竹、ケナフ繊維およびココナッツ繊維などの天然繊維、ガラス繊維、カーボン繊維およびアルミナ繊維などの無機繊維などが挙げられる。
【００３９】
また、第２繊維の装飾層１３中に占める繊維含有率が低いほうが好ましい。第２繊維の装飾層１３中に占める繊維含有率は、１０重量％以上５０重量％以下が好ましい。
【００４０】
第２樹脂としては、熱硬化性樹脂であれば、公知の樹脂を用いることができ、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられ、これらの中でもエポキシ樹脂が好ましい。また、第２樹脂は、第１樹脂と同種の樹脂であることが好ましい。同種の樹脂とは、たとえば、硬化のメカニズムや硬化条件などの硬化特性が同様の樹脂である。そうすることによって、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させる際に、第１樹脂と第２樹脂とが化学的に結合する。したがって、繊維強化樹脂層と装飾層との一体性のより高い繊維強化複合体が得られる。
【００４１】
第１樹脂と第２樹脂とが異種の樹脂であると、以下のような理由により、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させても、第１樹脂と第２樹脂との間に化学結合が形成されて、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とを強固に接着させるということはできない。
【００４２】
第１樹脂と第２樹脂との硬化のメカニズムが異なる場合は、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が全く形成されず、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが強固に接着されない。たとえば、第１樹脂がエポキシ樹脂で、第２樹脂が不飽和ポリエステルである場合、エポキシ樹脂は、吸核攻撃による付加重合によって硬化されるのに対して、不飽和ポリエステルは、ラジカル重合によって硬化されるので、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化しようとしても、第１樹脂と第２樹脂とが化学結合することはない。
【００４３】
第１樹脂と第２樹脂との硬化条件が異なる場合は、硬化のメカニズムが同様であっても、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が形成されにくく、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが充分に接着されない。たとえば、第１樹脂が加熱硬化型の樹脂で、第２樹脂が常温硬化型の樹脂である場合、徐々に温度を上昇させると、第１樹脂の硬化が開始されるときには、第２樹脂の硬化は完了している。よって、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が形成されにくい。また、第１樹脂の硬化が完了したときには、第２樹脂は、熱的劣化が発生している。第１樹脂が硬化せず第２樹脂が硬化するような温度で硬化すると、第２樹脂のみが硬化してしまう。また、第１樹脂が硬化する温度ではじめから硬化すると、第２樹脂の硬化が、必要以上の加熱により暴走的に進行し、火災を起こす危険性がある。
【００４４】
ｐＨが正反対の硬化剤を使用して硬化させる場合は、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が形成されにくく、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが充分に接着されない。たとえば、第１樹脂を酸無水物系の硬化剤で硬化させ、第２樹脂をアミン系の硬化剤で硬化させる場合、第１樹脂と第２樹脂との界面付近では、酸無水物系の硬化剤とアミン系の硬化剤とが中和反応を起こすので、硬化剤が第１樹脂と第２樹脂とを硬化するのに働かない。よって、第１樹脂と第２樹脂との界面付近では、第１樹脂と第２樹脂とが充分に硬化しない。よって、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが充分に接着されない。
【００４５】
装飾層１３の厚みは、０．５ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下であることが好ましい。
装飾層１３には、層自体に所望の質感、色調を得るため第２繊維として不織布を用い、充填材を分散させることが望ましい。さらに、含有する充填材の種類を変えたり、充填材の含有率を変えたりすることによって、様々な質感および色調の装飾層が得られる。
【００４６】
充填材としては、装飾層１３を人造大理石調にする場合、大理石調を発現する充填材であれば、公知の充填材を用いることができる。たとえば、天然無機物、合成無機物および天然有機物などが挙げられる。天然無機物としては、たとえば、ケイ石、ケイ砂、けい藻土、カオリン、ハロサイト、モンモリナイト、ベントナイト、ゼオライト、リン鉱石、ダイアヌポア、ギプサイト、ボーキサイト、雲母、バーミキュライト、陶石、ろう石、長石、石灰石、ケイ灰石、石膏、ドロマイト、マグネサイトおよび滑石などが挙げられる。合成無機物としては、たとえば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルミナ、球状シリカなどのシリカ、含水ケイ酸、マグネシア、酸化亜鉛、スピネル、合成コージライト、合成ムライトおよび合成ゼオライトなどの金属酸化物、カルシウムアルミネート水和物およびカルシウムスルホアルミネート水和物などの金属酸化物の水和物、トベルモナイトおよびゾノトライトなどのケイ酸カルシウム系水和物、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。天然有機物として、竹およびココナッツなどが挙げられる。これらの中でも、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、シリカ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、アルミナ、竹およびココナッツが好ましく、酸化チタン、水酸化アルミニウムおよびアルミナがより好ましい。充填材は、装飾層１３が所定の質感および色調になるように１種または２種以上を適宜選択して用いればよい。
【００４７】
装飾層１３を人工大理石調にする場合の充填材含有率は、１．５重量％以上５０重量％以下が好ましい。
【００４８】
質感および色調を向上させるためには、第２樹脂と第２繊維の屈折率が同じであることが望ましい。こうすることで、装飾層１３は、充填材の質感および色調をより忠実に反映することができる。
【００４９】
また、充填材を含む装飾層１３を製造する場合、第２繊維として不織布を用いることが好ましい。第２繊維として糸およびフィラメントなどを用いた場合、第２繊維に充填材と第２樹脂とを含浸させても、充填材が第２繊維に保持されず脱落してしまう。また、第２樹脂を含浸させた第２繊維に充填材を上から添加しても、充填材が第２樹脂を含浸させた第２繊維に保持されず脱落してしまう。それに対して、第２樹脂として不織布を用いると、第２樹脂を含浸させた不織布により多くの充填材を含ませることができる。よって、製造された装飾層に多くの充填材を含ませることができる。第２繊維として不織布を用いる場合、不織布の目付は、１０ｇ／ｍ2以上２００ｇ／ｍ2以下が好ましい。
【００５０】
以上より、繊維強化複合体１１は、質感および色調が大変優れたものとなる。たとえば、大理石調の充填材を使用した場合には、本物の大理石と同じような優れた質感および色調を有する外観を有し、強度が十分に高く、継ぎ目のないものとなり、外観の優れた柱やインテリア用品として好適に利用することができる。
【００５１】
繊維強化複合体１１の軸方向に垂直な断面の形状は、中空形状であることが好ましく、中空形状であれば、角形、円形および楕円形などのいずれであってもよい。この中でも、断面の形状が円形の中空形状である円筒形状が好ましい。
【００５２】
そうすることによって、軽量な繊維強化複合体１１が得られ、繊維強化複合体１１は、たとえば大理石のような優れた外観を有し、強度が十分高いため、装飾柱やインテリア用品として好ましく利用することができる。
【００５３】
繊維強化複合体１１は、光を完全に遮蔽しない樹脂およびガラス繊維などからなっていて、光を透過させることができる材料からなっている場合、円筒内に光源を入れることにより、発光体や照明器具として利用することができる。そうすることによって、たとえば、装飾柱として利用した場合、昼間などの明るいときは、大理石調の外観の優れた柱となり、夜間などの暗いときは、ほのかに光る外観の優れた柱となる。第１樹脂および第２樹脂として、蛍光性または蓄光性を有する材料を使うことによって、さらに意匠性の高い繊維強化複合体が得られる。
【００５４】
繊維強化複合体１１は、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３との２層からなるものに限らず、３層以上であってもよい。たとえば、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３との間に、柄を有する柄層を有していてもよい。そうすることによって、装飾層１３を通して、柄層の有する柄が見え、意匠性の高い繊維強化複合体が得られる。また、繊維強化複合体を発光体や照明器具として利用する場合、柄層の有する柄を映し出すことができ、より意匠性の高い発光体や照明器具となる。
【００５５】
図２は、発光体として利用したときの繊維強化複合体１１の写真を示す図である。繊維強化複合体１１は、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３との間に、蛍光性または蓄光性を有するテープ状またはひも状の繊維を巻きつけてもよい。そうすることによって、図２にしめすように、巻きつけた繊維が光って、意匠性の高い発光体となる。
【００５６】
繊維強化複合体１１は、一部が分厚くなっている部分が形成されていてもよい。一部が分厚くなっている部分が形成されている繊維強化複合体１１とは、たとえば、縦断面の形状が平坦ではなく、凹部および凸部などが周方向全面に渡って形成されている繊維強化複合体である。また、繊維強化複合体の軸方向断面の周の一部又は全面に凹部および凸部などが形成されていてもよい。一部が分厚くなっている部分とは、たとえば、繊維強化複合体１１の端部に形成されるペデスタル、レリーフ模様および紋様などが挙げられる。
【００５７】
次に、繊維強化複合体１１の製造方法について説明する。繊維強化複合体１１は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけて、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけた後に、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させればよく、以下の製造方法に限定されない。
【００５８】
図３は、繊維強化複合体１１を製造する方法を説明するための概略図である。まず、型となるマンドレル３１を、フィラメントワインダ３２に取り付け、樹脂槽３３に、第１樹脂を供給する。第１繊維は、マンドレル３１をフィラメントワインダ３２によって回転させることによって、第１繊維をまきつけたロール３４から供給される。そして、第１繊維は、ガイド３６によって、巻きつける位置を決め、マンドレル３１に巻きつける。その際、第１繊維は、樹脂槽３３の中を通過させて、第１樹脂を含浸させる。さらに、マンドレルを回転させて、第１樹脂を含浸した第１繊維をマンドレルの表面上へ巻きつけていく。強度の要求値に対して巻き角度および厚みを設定し、設定値まで第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつける。ロール３４は、ボビンであってもよい。
【００５９】
第１樹脂を含浸した第１繊維の巻きつけが終了した後、樹脂槽に第２樹脂を供給する。第２繊維は、マンドレル３１をフィラメントワインダ３２によって回転させることによって、第２繊維をまきつけたロール３５から供給される。そして、第２繊維は、ガイド３６によって、巻きつける位置を決め、マンドレル３１に巻きつける。その際、第２繊維は、樹脂槽３３の中を通過させて、第２樹脂を含浸させる。さらに、マンドレルを回転させ、第２樹脂を含浸した第２繊維を第１繊維上に巻きつける。ロール３５は、ボビンであってもよい。フィラメントワインダ３２としては、ボレンツ・シェーファー社製のフィラメントワインダなどが挙げられる。マンドレル３１としては、たとえば、直径２５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍのマンドレル、直径２５０ｍｍ、長さ５０００ｍｍのマンドレルなどが挙げられる。また、樹脂槽に供給する第１樹脂および第２樹脂としては、無溶媒で液体状態の樹脂を使用する。
【００６０】
第２樹脂を含浸した第２繊維の巻きつけが終了した後、回転硬化を行い、一体成形を行う。硬化完了後、マンドレルを外して目的の成形体を得る。
【００６１】
繊維強化複合体１１は、上記のように、第１繊維および第２繊維として、糸、フィラメントなどの状態の繊維を用いる場合は、たとえば、フィラメントワインディング法で成形し、第１繊維および第２繊維として、テープ状の不織布などの状態の繊維を用いる場合は、たとえば、テープワインディング法で成形することもできる。そうすることによって、他の成形方法で繊維強化複合体を成形するより高い強度を有する繊維強化複合体が成形することができる。
【００６２】
（実施例）
以下に本発明を実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１は、上記の製造方法によって製造した繊維強化複合体１１である。
第１樹脂として、エポキシ樹脂（硬化剤：酸無水物、硬化触媒：３級アミン）、第１繊維として、ガラスロービング（材質：Ｅガラス、繊度：２３１０ｔｅｘ）、第２樹脂として、エポキシ樹脂（硬化剤：酸無水物、硬化触媒：３級アミン）、第２繊維として、ポリエステル不織布（材質：ポリエチレンテレフタレート、目付：３８ｇ／ｍ2）を用いた。エポキシ樹脂としては、日本チバガイギー株式会社製、ＬＹ５５６を用い、硬化剤としては、日本チバガイギー株式会社製、ＨＹ９１７を用い、硬化触媒としては、日本チバガイギー株式会社製、ＤＹ０４０を用いた。Ｅガラスは、アルカリ（Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏなど）含有率が０．８％以下のガラスである。
【００６３】
（実施例２）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、炭酸カルシウムを５０重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６４】
（実施例３）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、炭酸カルシウムを１００重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６５】
（実施例４）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、アルミナを５０重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６６】
（実施例５）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、水酸化アルミニウム５０重量部、酸化チタン０．５重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６７】
（実施例６）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、酸化チタン１０重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６８】
（実施例７）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、酸化チタン２重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６９】
（実施例８）
第２繊維として、ポリエステル不織布の代わりにガラス繊維（材質：Ｅガラス、目付：５０ｇ／ｍ2）を用いたこと以外、実施例７と同様である。
【００７０】
（比較例１）
比較例１は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけ、硬化させた後、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけ、硬化させて得られた繊維強化複合体である。第１樹脂、第２樹脂、第１繊維および第２繊維としては、実施例１と同様である。
【００７１】
図４は、実施例４の断面の写真を示す図である。図５は比較例１の断面の写真を示す図である。
【００７２】
実施例である繊維強化複合体は、大理石のような優れた外観を有し、強度が充分高かった。さらに、図４に示すように、繊維強化樹脂層と装飾層との間に、剥離が発生しておらず、強固に一体化されていた。それに対して、比較例１は、繊維強化樹脂層と装飾層との間に、ボイド５１が発生し、強固に一体化されているとはいえない状態であった。また、仮に確認できるボイドなどの欠陥が見つからなかったとしても、繊維強化樹脂層と装飾層とを同時に硬化させない比較例は、繊維強化樹脂層と装飾層との界面が２次接着であり、実施例と比較して強度が低い。また、比較例は、硬化を２回行う必要があり、コストがかかってしまう。したがって、実施例は、品質面とコスト面との両面において優れている。
【００７３】
また、実施例１は、繊維強化層と強固に一体化されている装飾層が、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけて、第２樹脂を硬化させて得られる層である。よって、実施例１は、縞模様やうろこ模様が現れ、装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７４】
実施例２は、装飾層に充填材として炭酸カルシウムを含むので、実施例１より、表面に表れる縞模様やうろこ模様が目立たない、薄い黄色の装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７５】
実施例３は、装飾層に充填材として炭酸カルシウムを実施例２より多く含むので、実施例２より、表面に表れる縞模様やうろこ模様がさらに目立たない、より黄色味の強い装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７６】
実施例４は、装飾層に充填材としてアルミナを含むので、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７７】
実施例５は、装飾層に充填材として水酸化アルミニウムと酸化チタンとを含むで、装飾層が白く、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７８】
実施例６は、装飾層に充填材として酸化チタンを含むので、装飾層が最も白く、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７９】
実施例７は、充填材として実施例６より少ないが酸化チタンを装飾層に含む。酸化チタンの含有量は、実施例６より少ないが、実施例７は、充分に白く、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００８０】
実施例８は、第２繊維として、ポリエステル不織布の代わりにガラス繊維を用い、装飾層に充填材として酸化チタンを含むので、実施例７より青色の強い装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態である繊維強化複合体１１の軸方向に垂直な断面図である。
【図２】発光体として利用したときの繊維強化複合体１１の写真を示す図である。
【図３】繊維強化複合体１１を製造する方法を説明するための概略図である。
【図４】実施例４の断面の写真を示す図である。
【図５】比較例１の断面の写真を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１１ 繊維強化複合体
１２ 繊維強化樹脂層
１３ 装飾層
３１ マンドレル
３２ フィラメントワインダ
３３ 樹脂槽
３４，３５ ロール
３６ ガイド
５１ ボイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量でかつ高強度な装飾性の高い繊維強化複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に装飾柱としては大理石を使用したものが利用されている。しかしながら、大理石は、天然資源であるので、その利用は限界があり、非常に高価である。そこで、人工的に得られた大理石調の柱やパイプなどの成形体を、大理石製の柱の代わりに用いられている。
【０００３】
また、いろいろな模様や柄が施された装飾柱も利用され、それらは柱表面に装飾性フィルムや彩色および吹きつけなどで装飾されている。しかし、これらは柱表面のみに加飾されているため、質感が劣るほか、剥がれや欠落により装飾性が著しく阻害される。
【０００４】
大理石調やその他装飾された成形体としては、たとえば、金属製のパイプまたは塩化ビニル製のパイプなどにそれぞれの紋様が印刷されたフィルムを張り付けたものがある。しかしながら、このような成形体は、フィルムを張り合わせた継ぎ目が必ずあり、著しく装飾性が阻害される。
【０００５】
また、質感の向上や継ぎ目解消のため、ハンドレイアップ法またはスプレーアップ法を用いて、所望の表面装飾性を持った成形体を製造することができる。しかしながら、ハンドレイアップ法またはスプレーアップ法によって製造され装飾された成形体は、装飾層が薄く、例えば、大理石調の場合には質感および色調などが異なってしまう。装飾層を複数層重ねて形成することによって、厚くすることは可能であるが、これには長時間の作業が必要となり、著しいコストアップになる。また、作業者もその作業のため、防護マスクや防護衣料などが必要な厳しい作業環境に長時間さらされることにより、好ましい成形方法とはいえない。また、ハンドレイアップ法またはスプレーアップ法によって装飾層を複数層重ねて形成することによって厚くした成形体は、質感が劣るだけではなく、装飾層の内側部分を成形する際に長繊維強化および高繊維体積含有率を有することができないため成形体自身の強度が得られない。
【０００６】
他の従来の技術としては、特許文献１に記載されている。特許文献１には、内側に繊維強化樹脂層を、外側に人工大理石層を有する柱状中空成形体が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１３７１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によると、内側に繊維強化樹脂層を、外側に人工大理石層を設けることによって、強度が高く、人工大理石の外観を有する柱状中空成形体が得られる。しかしながら、特許文献１の方法では、繊維強化樹脂層と人工大理石層との界面は化学的に結合していないために水分等がその界面より浸入したり、また少しの衝撃で剥離が生じたり、繊維強化樹脂層の強度が低下する危険性がある。
【０００９】
さらに、特許文献１は、ダイスを用いて行う引き抜き成形法であるため、断面形状が同一のものしかつくれない。よって、エンタシスの柱のような製品中に異なる断面形状および寸法を有するものを製造することができない。また、製品中に異なる断面形状および寸法を有するものを製造しようとすると、生産性が著しく低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、所望の優れた装飾性を持つ装飾層と、強度が十分高い繊維強化樹脂層とを有し、装飾層と繊維強化樹脂層との界面が、ボイドや接着不良という欠陥の無い界面である繊維強化複合体を提供し、その製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層を外側に有し、
前記繊維強化樹脂層および前記装飾層は、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけて、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させた層であることを特徴とする繊維強化複合体である。
【００１２】
また本発明は、前記第１樹脂および前記第２樹脂とは、同種の樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記装飾層は、さらに充填材を含み、人造大理石調の外観および質感を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記第２繊維は、不織布であることを特徴とする。
また本発明は、前記第２繊維は、意匠性を有する繊維を含み、前記第１繊維と同一であることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記意匠性を有する繊維は、有色繊維、蛍光繊維および飾り糸から選ばれる１種または２種以上であることであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、円筒形状であることを特徴とする。
また本発明は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層が内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層が外側になるように、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけた後に、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させて、前記型を外すことを特徴とする繊維強化複合体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、繊維強化複合体は、内側に第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層を有する。この繊維強化樹脂層は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけて、第１樹脂を硬化させて得られる層である。このような繊維強化樹脂層を内側に有することによって、繊維強化複合体は、強度を高めることができる。
【００１８】
また、この繊維強化複合体は、外側に第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層を有する。この装飾層は、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけて、第２樹脂を硬化させて得られる層である。
【００１９】
このような装飾層は、ハンドレイアップ法およびスプレーアップ法で製造した場合などとは異なり、十分に厚い層にすることができ、質感および色調などが大幅に向上する。たとえば、大理石調を発現させる充填材を第２樹脂に混入した場合には、大理石と変わらないような優れた質感を得ることができる。
【００２０】
さらに、繊維強化樹脂層および装飾層は、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつけて、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させた層である。このような繊維強化樹脂層と装飾層とは、お互いが一体となって硬化されて形成された層であるので、繊維強化樹脂層と装飾層との界面は強固に一体化している。
【００２１】
以上より、この繊維強化複合体は、所望の優れた装飾性を持つ装飾層と、強度が十分高い繊維強化樹脂層とを有し、装飾層と繊維強化樹脂層との界面が、ボイドや接着不良という欠陥の無い界面である。
【００２２】
また本発明によれば、第１樹脂および第２樹脂とは、同種の樹脂である。同種の樹脂とは、たとえば、硬化のメカニズムや硬化条件などの硬化特性が同様の樹脂である。そうすることによって、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させる際に、第１樹脂と第２樹脂とが化学的に結合する。したがって、繊維強化樹脂層と装飾層との一体性のより高い繊維強化複合体が得られる。
【００２３】
また本発明によれば、装飾層は、さらに充填材を含み、人造大理石調の外観および質感を有する。そうすることによって、様々な質感や色調の充填材を選ぶことができ、その含有量を変えることにより、さらに様々な質感や色調の装飾層が得られる。
【００２４】
また本発明によれば、第２繊維は、不織布である。そうすることによって、様々な質感や色調を発現させる充填材を、装飾層に均一に分散させることができる。すなわち、充填材の分散した樹脂は、第２繊維である不織布に充填材を担持したまま繊維強化樹脂層の上に巻きつけられる。
【００２５】
以上より、充填材の種類や含有量に応じた優れた外観を持ち、強度が高い繊維強化複合体を得ることができる。
【００２６】
また本発明によれば、第２繊維は、意匠性を有する繊維を含み、第１繊維と同一である。そうすることによって、装飾層に意匠性を有する繊維が一体となって埋め込まれた高強度な繊維強化複合体を得ることができる。
【００２７】
また本発明によれば、意匠性を有する繊維は、有色繊維、蛍光繊維および飾り糸から選ばれる１種または２種以上である。そうすることによって、より意匠性の高い繊維強化複合体を得ることができる。
【００２８】
また本発明によれば、円筒形状である。そうすることによって、軽量な繊維強化複合体が得られ、優れた外観を有し、強度が十分高いので、外観の優れた柱などとして好ましい。また、繊維強化複合体が、光を透過させることができる材料からなっている場合、円筒内に光源を入れることにより、発光する注状体として利用でき、ロビーやエントランス等にオブジェやインテリア用品として設置し、好ましい空間を演出することができる。
【００２９】
また本発明によれば、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層が内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層が外側になるように、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつける。その後に、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させて、型を外す。
【００３０】
そうすることによって、たとえば大理石のような優れた外観を有し、強度が十分高く、繊維強化樹脂層と装飾層とが一体となった繊維強化複合体が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、大理石のような外観や、有色繊維等をデザインを配慮して巻きつけた優れた外観を有する繊維強化複合体であり、装飾柱やインテリア用オブジェなどに用いることができる。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態である繊維強化複合体１１の軸方向に垂直な断面図である。繊維強化複合材１１は、第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層１２を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層１３を外側に有する。
【００３３】
繊維強化樹脂層１２および装飾層１３は、第１樹脂を含浸した第１繊維を型に巻きつけ、第２樹脂を含浸した第２繊維をその外側に巻きつけて、第１樹脂および第２樹脂を同時に硬化させた層である。このような繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とは、お互いが一体となって硬化されて形成された層であるので、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが強固に一体化される。
【００３４】
繊維強化樹脂層１２は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけて、第１樹脂を硬化させて得られる層である。このような繊維強化樹脂層１２を内側に有することによって、繊維強化複合体１１は、強度を高めることができる。
【００３５】
第１繊維としては、糸、ロービング、織物、不織布、編物、組物、クロスなどのいずれの形態の繊維材料であっても用いることができる。その素材としては、繊維強化複合体に用いられる強化材であれば、公知の繊維を用いることができ、たとえば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維およびポリエチレン繊維などが挙げられ、これらの中でもガラス繊維が好ましい。
【００３６】
第１樹脂としては、熱硬化性樹脂であれば、公知の樹脂を用いることができ、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられ、これらの中でもエポキシ樹脂が好ましい。
【００３７】
繊維強化樹脂層１２の厚みは、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
装飾層１３は、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけて、第２樹脂を硬化させて得られる層である。このような装飾層１３は、ハンドレイアップ法およびスプレーアップ法で製造した場合とは異なり、充分に厚い層にすることができ、質感および色調などが大理石と変わらない大理石のような優れた外観を有する層となる。
【００３８】
第２繊維としては、第１繊維と同様、糸、ロービング、織物、不織布、編物、組物、クロスなどのいずれの形態の繊維材料であっても用いることができる。それらの中でも不織布であることが好ましい。そうすることによって、装飾層１３の表面平滑性が高まり、大理石のような優れた外観を有する装飾層１３が容易に得られる。第２繊維の素材としては、公知の繊維を用いることができ、たとえば、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、レーヨン繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリ乳酸繊維およびアラミド繊維などの合成繊維、綿、絹、竹、ケナフ繊維およびココナッツ繊維などの天然繊維、ガラス繊維、カーボン繊維およびアルミナ繊維などの無機繊維などが挙げられる。
【００３９】
また、第２繊維の装飾層１３中に占める繊維含有率が低いほうが好ましい。第２繊維の装飾層１３中に占める繊維含有率は、１０重量％以上５０重量％以下が好ましい。
【００４０】
第２樹脂としては、熱硬化性樹脂であれば、公知の樹脂を用いることができ、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ポリイミド、ビスマレイミド樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられ、これらの中でもエポキシ樹脂が好ましい。また、第２樹脂は、第１樹脂と同種の樹脂であることが好ましい。同種の樹脂とは、たとえば、硬化のメカニズムや硬化条件などの硬化特性が同様の樹脂である。そうすることによって、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させる際に、第１樹脂と第２樹脂とが化学的に結合する。したがって、繊維強化樹脂層と装飾層との一体性のより高い繊維強化複合体が得られる。
【００４１】
第１樹脂と第２樹脂とが異種の樹脂であると、以下のような理由により、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させても、第１樹脂と第２樹脂との間に化学結合が形成されて、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とを強固に接着させるということはできない。
【００４２】
第１樹脂と第２樹脂との硬化のメカニズムが異なる場合は、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が全く形成されず、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが強固に接着されない。たとえば、第１樹脂がエポキシ樹脂で、第２樹脂が不飽和ポリエステルである場合、エポキシ樹脂は、吸核攻撃による付加重合によって硬化されるのに対して、不飽和ポリエステルは、ラジカル重合によって硬化されるので、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化しようとしても、第１樹脂と第２樹脂とが化学結合することはない。
【００４３】
第１樹脂と第２樹脂との硬化条件が異なる場合は、硬化のメカニズムが同様であっても、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が形成されにくく、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが充分に接着されない。たとえば、第１樹脂が加熱硬化型の樹脂で、第２樹脂が常温硬化型の樹脂である場合、徐々に温度を上昇させると、第１樹脂の硬化が開始されるときには、第２樹脂の硬化は完了している。よって、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が形成されにくい。また、第１樹脂の硬化が完了したときには、第２樹脂は、熱的劣化が発生している。第１樹脂が硬化せず第２樹脂が硬化するような温度で硬化すると、第２樹脂のみが硬化してしまう。また、第１樹脂が硬化する温度ではじめから硬化すると、第２樹脂の硬化が、必要以上の加熱により暴走的に進行し、火災を起こす危険性がある。
【００４４】
ｐＨが正反対の硬化剤を使用して硬化させる場合は、第１樹脂と第２樹脂との界面で化学結合が形成されにくく、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが充分に接着されない。たとえば、第１樹脂を酸無水物系の硬化剤で硬化させ、第２樹脂をアミン系の硬化剤で硬化させる場合、第１樹脂と第２樹脂との界面付近では、酸無水物系の硬化剤とアミン系の硬化剤とが中和反応を起こすので、硬化剤が第１樹脂と第２樹脂とを硬化するのに働かない。よって、第１樹脂と第２樹脂との界面付近では、第１樹脂と第２樹脂とが充分に硬化しない。よって、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３とが充分に接着されない。
【００４５】
装飾層１３の厚みは、０．５ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下であることが好ましい。
装飾層１３には、層自体に所望の質感、色調を得るため第２繊維として不織布を用い、充填材を分散させることが望ましい。さらに、含有する充填材の種類を変えたり、充填材の含有率を変えたりすることによって、様々な質感および色調の装飾層が得られる。
【００４６】
充填材としては、装飾層１３を人造大理石調にする場合、大理石調を発現する充填材であれば、公知の充填材を用いることができる。たとえば、天然無機物、合成無機物および天然有機物などが挙げられる。天然無機物としては、たとえば、ケイ石、ケイ砂、けい藻土、カオリン、ハロサイト、モンモリナイト、ベントナイト、ゼオライト、リン鉱石、ダイアヌポア、ギプサイト、ボーキサイト、雲母、バーミキュライト、陶石、ろう石、長石、石灰石、ケイ灰石、石膏、ドロマイト、マグネサイトおよび滑石などが挙げられる。合成無機物としては、たとえば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムおよび水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物、酸化チタン、酸化鉄、アルミナ、球状シリカなどのシリカ、含水ケイ酸、マグネシア、酸化亜鉛、スピネル、合成コージライト、合成ムライトおよび合成ゼオライトなどの金属酸化物、カルシウムアルミネート水和物およびカルシウムスルホアルミネート水和物などの金属酸化物の水和物、トベルモナイトおよびゾノトライトなどのケイ酸カルシウム系水和物、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。天然有機物として、竹およびココナッツなどが挙げられる。これらの中でも、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、シリカ、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、アルミナ、竹およびココナッツが好ましく、酸化チタン、水酸化アルミニウムおよびアルミナがより好ましい。充填材は、装飾層１３が所定の質感および色調になるように１種または２種以上を適宜選択して用いればよい。
【００４７】
装飾層１３を人工大理石調にする場合の充填材含有率は、１．５重量％以上５０重量％以下が好ましい。
【００４８】
質感および色調を向上させるためには、第２樹脂と第２繊維の屈折率が同じであることが望ましい。こうすることで、装飾層１３は、充填材の質感および色調をより忠実に反映することができる。
【００４９】
また、充填材を含む装飾層１３を製造する場合、第２繊維として不織布を用いることが好ましい。第２繊維として糸およびフィラメントなどを用いた場合、第２繊維に充填材と第２樹脂とを含浸させても、充填材が第２繊維に保持されず脱落してしまう。また、第２樹脂を含浸させた第２繊維に充填材を上から添加しても、充填材が第２樹脂を含浸させた第２繊維に保持されず脱落してしまう。それに対して、第２樹脂として不織布を用いると、第２樹脂を含浸させた不織布により多くの充填材を含ませることができる。よって、製造された装飾層に多くの充填材を含ませることができる。第２繊維として不織布を用いる場合、不織布の目付は、１０ｇ／ｍ2以上２００ｇ／ｍ2以下が好ましい。
【００５０】
以上より、繊維強化複合体１１は、質感および色調が大変優れたものとなる。たとえば、大理石調の充填材を使用した場合には、本物の大理石と同じような優れた質感および色調を有する外観を有し、強度が十分に高く、継ぎ目のないものとなり、外観の優れた柱やインテリア用品として好適に利用することができる。
【００５１】
繊維強化複合体１１の軸方向に垂直な断面の形状は、中空形状であることが好ましく、中空形状であれば、角形、円形および楕円形などのいずれであってもよい。この中でも、断面の形状が円形の中空形状である円筒形状が好ましい。
【００５２】
そうすることによって、軽量な繊維強化複合体１１が得られ、繊維強化複合体１１は、たとえば大理石のような優れた外観を有し、強度が十分高いため、装飾柱やインテリア用品として好ましく利用することができる。
【００５３】
繊維強化複合体１１は、光を完全に遮蔽しない樹脂およびガラス繊維などからなっていて、光を透過させることができる材料からなっている場合、円筒内に光源を入れることにより、発光体や照明器具として利用することができる。そうすることによって、たとえば、装飾柱として利用した場合、昼間などの明るいときは、大理石調の外観の優れた柱となり、夜間などの暗いときは、ほのかに光る外観の優れた柱となる。第１樹脂および第２樹脂として、蛍光性または蓄光性を有する材料を使うことによって、さらに意匠性の高い繊維強化複合体が得られる。
【００５４】
繊維強化複合体１１は、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３との２層からなるものに限らず、３層以上であってもよい。たとえば、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３との間に、柄を有する柄層を有していてもよい。そうすることによって、装飾層１３を通して、柄層の有する柄が見え、意匠性の高い繊維強化複合体が得られる。また、繊維強化複合体を発光体や照明器具として利用する場合、柄層の有する柄を映し出すことができ、より意匠性の高い発光体や照明器具となる。
【００５５】
図２は、発光体として利用したときの繊維強化複合体１１の写真を示す図である。繊維強化複合体１１は、繊維強化樹脂層１２と装飾層１３との間に、蛍光性または蓄光性を有するテープ状またはひも状の繊維を巻きつけてもよい。そうすることによって、図２にしめすように、巻きつけた繊維が光って、意匠性の高い発光体となる。
【００５６】
繊維強化複合体１１は、一部が分厚くなっている部分が形成されていてもよい。一部が分厚くなっている部分が形成されている繊維強化複合体１１とは、たとえば、縦断面の形状が平坦ではなく、凹部および凸部などが周方向全面に渡って形成されている繊維強化複合体である。また、繊維強化複合体の軸方向断面の周の一部又は全面に凹部および凸部などが形成されていてもよい。一部が分厚くなっている部分とは、たとえば、繊維強化複合体１１の端部に形成されるペデスタル、レリーフ模様および紋様などが挙げられる。
【００５７】
次に、繊維強化複合体１１の製造方法について説明する。繊維強化複合体１１は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけて、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけた後に、第１樹脂と第２樹脂とを同時に硬化させればよく、以下の製造方法に限定されない。
【００５８】
図３は、繊維強化複合体１１を製造する方法を説明するための概略図である。まず、型となるマンドレル３１を、フィラメントワインダ３２に取り付け、樹脂槽３３に、第１樹脂を供給する。第１繊維は、マンドレル３１をフィラメントワインダ３２によって回転させることによって、第１繊維をまきつけたロール３４から供給される。そして、第１繊維は、ガイド３６によって、巻きつける位置を決め、マンドレル３１に巻きつける。その際、第１繊維は、樹脂槽３３の中を通過させて、第１樹脂を含浸させる。さらに、マンドレルを回転させて、第１樹脂を含浸した第１繊維をマンドレルの表面上へ巻きつけていく。強度の要求値に対して巻き角度および厚みを設定し、設定値まで第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつける。ロール３４は、ボビンであってもよい。
【００５９】
第１樹脂を含浸した第１繊維の巻きつけが終了した後、樹脂槽に第２樹脂を供給する。第２繊維は、マンドレル３１をフィラメントワインダ３２によって回転させることによって、第２繊維をまきつけたロール３５から供給される。そして、第２繊維は、ガイド３６によって、巻きつける位置を決め、マンドレル３１に巻きつける。その際、第２繊維は、樹脂槽３３の中を通過させて、第２樹脂を含浸させる。さらに、マンドレルを回転させ、第２樹脂を含浸した第２繊維を第１繊維上に巻きつける。ロール３５は、ボビンであってもよい。フィラメントワインダ３２としては、ボレンツ・シェーファー社製のフィラメントワインダなどが挙げられる。マンドレル３１としては、たとえば、直径２５０ｍｍ、長さ２０００ｍｍのマンドレル、直径２５０ｍｍ、長さ５０００ｍｍのマンドレルなどが挙げられる。また、樹脂槽に供給する第１樹脂および第２樹脂としては、無溶媒で液体状態の樹脂を使用する。
【００６０】
第２樹脂を含浸した第２繊維の巻きつけが終了した後、回転硬化を行い、一体成形を行う。硬化完了後、マンドレルを外して目的の成形体を得る。
【００６１】
繊維強化複合体１１は、上記のように、第１繊維および第２繊維として、糸、フィラメントなどの状態の繊維を用いる場合は、たとえば、フィラメントワインディング法で成形し、第１繊維および第２繊維として、テープ状の不織布などの状態の繊維を用いる場合は、たとえば、テープワインディング法で成形することもできる。そうすることによって、他の成形方法で繊維強化複合体を成形するより高い強度を有する繊維強化複合体が成形することができる。
【００６２】
（実施例）
以下に本発明を実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１は、上記の製造方法によって製造した繊維強化複合体１１である。
第１樹脂として、エポキシ樹脂（硬化剤：酸無水物、硬化触媒：３級アミン）、第１繊維として、ガラスロービング（材質：Ｅガラス、繊度：２３１０ｔｅｘ）、第２樹脂として、エポキシ樹脂（硬化剤：酸無水物、硬化触媒：３級アミン）、第２繊維として、ポリエステル不織布（材質：ポリエチレンテレフタレート、目付：３８ｇ／ｍ2）を用いた。エポキシ樹脂としては、日本チバガイギー株式会社製、ＬＹ５５６を用い、硬化剤としては、日本チバガイギー株式会社製、ＨＹ９１７を用い、硬化触媒としては、日本チバガイギー株式会社製、ＤＹ０４０を用いた。Ｅガラスは、アルカリ（Ｎａ2ＯおよびＫ2Ｏなど）含有率が０．８％以下のガラスである。
【００６３】
（実施例２）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、炭酸カルシウムを５０重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６４】
（実施例３）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、炭酸カルシウムを１００重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６５】
（実施例４）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、アルミナを５０重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６６】
（実施例５）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、水酸化アルミニウム５０重量部、酸化チタン０．５重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６７】
（実施例６）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、酸化チタン１０重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６８】
（実施例７）
充填材として、第２樹脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、酸化チタン２重量部添加したこと以外、実施例１と同様である。
【００６９】
（実施例８）
第２繊維として、ポリエステル不織布の代わりにガラス繊維（材質：Ｅガラス、目付：５０ｇ／ｍ2）を用いたこと以外、実施例７と同様である。
【００７０】
（比較例１）
比較例１は、第１樹脂を含浸した第１繊維を巻きつけ、硬化させた後、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけ、硬化させて得られた繊維強化複合体である。第１樹脂、第２樹脂、第１繊維および第２繊維としては、実施例１と同様である。
【００７１】
図４は、実施例４の断面の写真を示す図である。図５は比較例１の断面の写真を示す図である。
【００７２】
実施例である繊維強化複合体は、大理石のような優れた外観を有し、強度が充分高かった。さらに、図４に示すように、繊維強化樹脂層と装飾層との間に、剥離が発生しておらず、強固に一体化されていた。それに対して、比較例１は、繊維強化樹脂層と装飾層との間に、ボイド５１が発生し、強固に一体化されているとはいえない状態であった。また、仮に確認できるボイドなどの欠陥が見つからなかったとしても、繊維強化樹脂層と装飾層とを同時に硬化させない比較例は、繊維強化樹脂層と装飾層との界面が２次接着であり、実施例と比較して強度が低い。また、比較例は、硬化を２回行う必要があり、コストがかかってしまう。したがって、実施例は、品質面とコスト面との両面において優れている。
【００７３】
また、実施例１は、繊維強化層と強固に一体化されている装飾層が、第２樹脂を含浸した第２繊維を巻きつけて、第２樹脂を硬化させて得られる層である。よって、実施例１は、縞模様やうろこ模様が現れ、装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７４】
実施例２は、装飾層に充填材として炭酸カルシウムを含むので、実施例１より、表面に表れる縞模様やうろこ模様が目立たない、薄い黄色の装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７５】
実施例３は、装飾層に充填材として炭酸カルシウムを実施例２より多く含むので、実施例２より、表面に表れる縞模様やうろこ模様がさらに目立たない、より黄色味の強い装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７６】
実施例４は、装飾層に充填材としてアルミナを含むので、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７７】
実施例５は、装飾層に充填材として水酸化アルミニウムと酸化チタンとを含むで、装飾層が白く、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７８】
実施例６は、装飾層に充填材として酸化チタンを含むので、装飾層が最も白く、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００７９】
実施例７は、充填材として実施例６より少ないが酸化チタンを装飾層に含む。酸化チタンの含有量は、実施例６より少ないが、実施例７は、充分に白く、人造大理石調の外観および質感を有する装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【００８０】
実施例８は、第２繊維として、ポリエステル不織布の代わりにガラス繊維を用い、装飾層に充填材として酸化チタンを含むので、実施例７より青色の強い装飾性の優れた繊維強化複合体である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態である繊維強化複合体１１の軸方向に垂直な断面図である。
【図２】発光体として利用したときの繊維強化複合体１１の写真を示す図である。
【図３】繊維強化複合体１１を製造する方法を説明するための概略図である。
【図４】実施例４の断面の写真を示す図である。
【図５】比較例１の断面の写真を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１１ 繊維強化複合体
１２ 繊維強化樹脂層
１３ 装飾層
３１ マンドレル
３２ フィラメントワインダ
３３ 樹脂槽
３４，３５ ロール
３６ ガイド
５１ ボイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層を外側に有し、
前記繊維強化樹脂層および前記装飾層は、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけて、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させた層であることを特徴とする繊維強化複合体。
【請求項２】
前記第１樹脂および前記第２樹脂とは、同種の樹脂であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合体。
【請求項３】
前記装飾層は、さらに充填材を含み、人造大理石調の外観および質感を有することを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合体。
【請求項４】
前記第２繊維は、不織布であることを特徴とする請求項３記載の繊維強化複合体。
【請求項５】
前記第２繊維は、意匠性を有する繊維を含み、前記第１繊維と同一であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合体。
【請求項６】
前記意匠性を有する繊維は、有色繊維、蛍光繊維および飾り糸から選ばれる１種または２種以上であることであることを特徴とする請求項５記載の繊維強化複合体。
【請求項７】
円筒形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の繊維強化複合体。
【請求項８】
第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層が内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層が外側になるように、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけた後に、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させて、前記型を外すことを特徴とする繊維強化複合体の製造方法。
【請求項１】
第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層を内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層を外側に有し、
前記繊維強化樹脂層および前記装飾層は、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけて、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させた層であることを特徴とする繊維強化複合体。
【請求項２】
前記第１樹脂および前記第２樹脂とは、同種の樹脂であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合体。
【請求項３】
前記装飾層は、さらに充填材を含み、人造大理石調の外観および質感を有することを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合体。
【請求項４】
前記第２繊維は、不織布であることを特徴とする請求項３記載の繊維強化複合体。
【請求項５】
前記第２繊維は、意匠性を有する繊維を含み、前記第１繊維と同一であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化複合体。
【請求項６】
前記意匠性を有する繊維は、有色繊維、蛍光繊維および飾り糸から選ばれる１種または２種以上であることであることを特徴とする請求項５記載の繊維強化複合体。
【請求項７】
円筒形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の繊維強化複合体。
【請求項８】
第１繊維と第１樹脂とを含む繊維強化樹脂層が内側に、第２繊維と第２樹脂とを含む装飾層が外側になるように、前記第１樹脂を含浸した前記第１繊維を型に巻きつけ、前記第２樹脂を含浸した前記第２繊維をその外側に巻きつけた後に、前記第１樹脂および前記第２樹脂を同時に硬化させて、前記型を外すことを特徴とする繊維強化複合体の製造方法。
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−８７３４６（Ｐ２００８−８７３４６Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７１３１８（Ｐ２００６−２７１３１８）
【出願日】平成１８年１０月２日（２００６．１０．２）
【出願人】（０００２３８２３４）シキボウ株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２日（２００６．１０．２）
【出願人】（０００２３８２３４）シキボウ株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]