JP5667970B2 - 複合材料 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスと樹脂あるいはゴムとが混合された複合材料に関する。

樹脂やゴムは、他の材料に比べ、軽量であるとともに、比較的低温で成形し易いが、紫外線による劣化が激しく、機械的強度やガスバリア性が低い等の欠点を有する。一方、ガラスは樹脂やゴムに比べて化学的安定性に優れるとともに、機械的強度やガスバリア性が高いが、脆性破壊し易く、重いという欠点を有する。

このため、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）に代表されるように、相互の欠点を補うような樹脂とガラスの複合材料が発明されている。しかしながら、ガラスのような酸化物と樹脂との密着性が低いため、両者の界面強度が複合材料の機械的強度を支配することになる。

例えば、特許文献１では、ガラス繊維表面にシランカップリング剤と、樹脂とを含有する集束剤が塗布されていることが開示されている。

特開２００５−８４８８号公報

しかし上記特許文献１のガラス繊維強化プラスチックでは、樹脂とガラスとを複合化する際に、ガラスに複雑な表面処理を施さなければならないという課題がある。
本発明の目的は、簡単なプロセスで複合材料の機械的強度を高めることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、樹脂又はゴムと、酸化物ガラスを備えた複合材料において、前記酸化物ガラスはＶを含み電磁波を吸収するものであり、前記樹脂又はゴムが前記酸化物ガラス中に分散、あるいは、前記酸化物ガラスが前記樹脂又はゴム中に分散し、電磁波照射された軟化流動後の前記酸化物ガラスが前記樹脂又はゴムと電磁波照射により結合していることを特徴とする。

本発明によれば、簡単なプロセスで複合材料の機械的強度を高めることができる。

樹脂複合材料の断面模式図である。 樹脂複合材料の断面模式図である。 ガラス組成物のＤＴＡ測定で得られるＤＴＡカーブの一例である。 ガラスＧ３９の透過率測定結果である。 ガラスＧ４１の透過率測定結果である。 ガラスＧ５２の透過率測定結果である。 繊維強化樹脂製風車ブレード構造体のブレード長方軸に直角な方向における横断面図である。 図７におけるフランジ上部の部分断面図の模式図である。

以下、本発明を図を用いて説明する。

（樹脂等酸化物ガラス複合材料）
図１及び図２は、複合材料の断面模式図である。図１に示すように、樹脂等（以下、樹脂等と称する）の母材には、酸化物ガラス１２が分散されている。樹脂等１１と酸化物ガラス１２は、電磁波照射により結合を形成しており界面接着強度が強固になっている。この結合が形成される理由は、電磁波照射によって酸化物ガラスが加熱されて軟化流動するためである。したがって、本発明は形成された複合材料に電磁波が照射されれば良く、図１の複合材料を作製するための手法に特に制限はない。そのためインジェクション成形等、公知の手法を用いて作製することができる。また、作製した複合材料中の酸化物ガラスは、電磁波照射により加熱・軟化するので、樹脂等中において何度でも軟化流動する機能を有している。この電磁波照射により結合が形成されるため、シラン・カップリング剤などの前処理を必要とせずにガラスと樹脂等との密着性が高まり、機械的強度に優れた複合材料となる。

また、図２は酸化物ガラス２１の母材に樹脂等（以下、樹脂等と称する）が分散されている。図１同様、図２も電磁波照射により、これらの結合がより強固になる。ここで、図２のような構造を作製するためには、酸化物ガラス２１の軟化流動する温度が樹脂等２２の軟化流動する温度と極力近いことが重要である。

ここで、樹脂等と酸化物ガラスとの結合を形成するための電磁波としては、波長が４００−３０００ｎｍの可視光から赤外光を使用することができる。また、これらの可視光や赤外光を利用する場合には、光の強度が強いレーザ光であることが望ましい。レーザ発振源としては、特に限定されるものではなく、公知の半導体レーザ、固体レーザを用いることができる。この波長域の限定は、４００ｎｍ未満の場合には光の強度が強すぎるために樹脂等が劣化し、また３０００ｎｍより長い場合には樹脂等の吸収があるために樹脂が加熱されてしまうためである。ただし、この波長域であっても樹脂等によっては、吸収する波長帯があるため、使用する材料によって波長を適切に選択する必要がある。波長選択基準として、複合材料中における酸化物ガラスの吸収が樹脂等よりも強いことが重要となる。望ましくは、使用する酸化物ガラスの波長透過率が使用する樹脂等よりも２０％以上小さい方が良い。

また、上記とは別の電磁波の波長として、０.１−１０００mmのマイクロ波を使用することもできる。本発明のガラスは、半導体性を有しており、上記波長のマイクロ波を良好に吸収する。したがって、前記レーザ同様に加熱することができる。このマイクロ波の発振源も特に制限されるものではなく、公知の家庭用電子レンジなどに使用されている２.４５ＧＨｚ帯のもの等が使用可能である。

本発明で使用する酸化物ガラスは半導体特性を有するため、作製された複合材料もある程度の導電性を有する。そのため、帯電防止機能を有する各種電子デバイス用のパッケージを提供することができる。また、本発明の複合材料とガラス繊維とが複合化することにより、ガラス繊維とマトリクス樹脂中のガラスとの高密着化が図られ、ガラス繊維とマトリクス樹脂との界面接合強度が、通常の樹脂マトリクスの場合に比べ、大幅に向上したものを提供することができる。さらに、前記ガラス繊維強化型樹脂から構成されることを特徴とする風力発電用ブレードを作製した際には、風力発電ブレードに導電性を付与することが可能となり、落雷などによる通電による損傷を低減することができる。

（酸化物ガラス）
本発明における酸化物ガラスは、上述のように電磁波を吸収して加熱・軟化流動することができる。そのため酸化物ガラスの構成成分として、使用する電磁波波長を吸収するバンド構造を持つ元素を含有する必要がある。この元素としては、ｄ軌道に電子をもつ元素である遷移金属元素が望ましい。その中でもバナジウム（Ｖ）が特に望ましい。バナジウムが特に望ましい理由は、上記波長域に吸収を持つばかりでなく、酸化物ガラスの特性温度を低温化させる効果を持つためである。

また、前記酸化物ガラスは、次の酸化物状態での関係式Ｖ₂Ｏ₅＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）もしくはＡｇ₂Ｏ＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係式を満たし、さらにその酸化物状態の合計が７０質量％以上９５質量％以下であることが望ましい。これは、Ｖ₂Ｏ₅＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係を満たす場合には、酸化物ガラスの耐湿性が向上し、且つ酸化物ガラスの特性温度が低温化（転移点３３０℃以下）するために望ましい。ここで、ＴｅＯ₂は酸化物ガラス特性温度の低温化と耐湿性の向上に多大に寄与しており、ＴｅＯ₂＜Ｐ₂Ｏ₅となる場合には、酸化物ガラスの耐湿性が良好でなくなるばかりか、低温化しにくくなるために好ましくない。さらに、Ａｇ₂Ｏ＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係式を満たす場合では、耐湿性が良好であるだけでなく、Ｖ₂Ｏ₅＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係式を満たす酸化物ガラスよりも特性温度が著しく低温化（転移点２４０℃以下）するために望ましい。これは、Ａｇ₂Ｏが構成成分として多量に含まれることで酸化物ガラスの特性温度が低温化する。ただし、Ａｇ₂Ｏ＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係式を満たす酸化物ガラスであっても、レーザ吸収特性の観点から組成中にはＶが含まれることが必須であり、より望ましくはＶ₂Ｏ₅を１０質量％以上含むことがレーザ吸収特性を向上させる面から好ましい。

これら酸化物ガラスの添加物としては、鉄（Ｆｅ）、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）の元素群から選ばれることが望ましい。Ｆｅ、Ｓｂ、Ｂｉは、酸化物ガラス中に含まれることでレーザ吸収を増加させるだけでなく、酸化物ガラスの耐湿性を向上させる効果もある。ＦｅはＶの価数変化は少なく、Ｆｅイオンがレーザ吸収源となるが、Ｓｂ、ＢｉはＶを５価から４価へ還元させる効果があり、Ｖのレーザ吸収波長域を拡大させる効果がある。Ｂａ、Ｋは、酸化物ガラスの修飾元素であり、耐湿性を向上させる効果がある。Ｗは、酸化物ガラスの熱的安定性を向上させる効果があり、特に加熱時のガラスの結晶化を抑制するために用いることができる。Ｍｏ、Ｍｎは、レーザの吸収特性を向上させる効果がある。これらの添加物は、要求特性に合わせて適宜選択して添加することが可能である。

これら酸化物ガラスの組成範囲として、より望ましい組成は次の酸化物換算でＶ₂Ｏ₅が３５〜５５質量％、ＴｅＯ₂が１５〜３５質量％、Ｐ₂Ｏ₅が４〜２０質量％、Ｆｅ₂Ｏ₃＋Ｓｂ₂Ｏ₃の合計が５〜１５質量％、及びＦｅ₂Ｏ₃、ＢａＯ、Ｋ₂Ｏ、ＷＯ₃、ＭｏＯ₃、ＭｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃のうち１種以上が５〜３０質量％である。なお、本発明において例えば３５〜５５質量％と記載される場合は、３５質量％以上５５質量％以下を示す。この組成範囲に含まれるとき、酸化物ガラスの耐湿性、レーザ吸収特性に特に優れた酸化物ガラスを提供することが可能となる。また、この組成範囲に含まれる酸化物ガラスの電気抵抗率は、酸化物ガラス中に含まれる４価のＶと５価のＶのホッピング電導により１０⁵〜１０⁸Ωcm程度のｎ型半導体特性を示す。そのため、０.１−１０００mmのマイクロ波の波長により十分に加熱され得る能力を備えている。

ここで組成範囲の理由は、Ｖ₂Ｏ₅が３５質量％未満のときは、特性温度が高温化するだけでなく、レーザ吸収特性が良好でなくなる。一方で５５質量％より多いときは、ガラスの耐湿性が良好でなくなるために好ましくない。ＴｅＯ₂が１５質量％未満のときは、耐湿性が良好でないために好ましくなく、３５質量％より多いときは酸化物ガラス組成全体に占めるＴｅＯ₂の割合が多くなりすぎるために、レーザ吸収特性が悪くなる。また、マイクロ波を吸収する際に重要となる電気抵抗率が大きくなるために好ましくない。Ｐ₂Ｏ₅が４質量％未満のときは、電気抵抗率が大きくなるために好ましくなく、２０質量％よりも多いなるときには酸化物ガラスの耐湿性が著しく悪化するために好ましくない。Ｆｅ₂Ｏ₃＋Ｓｂ₂Ｏ₃の合計が５質量％未満の場合には、耐湿性の向上にそれほど効果がみられないためであり、１５質量％よりも多い場合には、酸化物ガラスの熱的安定性が低下するために好ましくない。また、この時酸化物ガラスの特性温度も高温化する。また、さらに添加物として含有するＦｅ₂Ｏ₃、ＢａＯ、Ｋ₂Ｏ、ＷＯ₃、ＭｏＯ₃、ＭｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃のうち１種以上が５質量％未満のときには、添加物の効果としてあまり向上せず、３０質量％よりも多いときは酸化物ガラスの熱的安定性、耐湿性、特性温度等に悪影響を及ぼすために好ましくない。

また、本発明の酸化物ガラスの作製法としては、特に制限されるものではないが、原料となる各酸化物を配合・混合した原料を白金ルツボに入れ、電気炉で５〜１０℃／分の昇温速度で９００〜９５０℃まで加熱し、数時間保持することで作製することができる。保持中は均一なガラスとするために攪拌することが望ましい。ルツボを電気炉から取り出す際には、酸化物ガラス表面への水分吸着を防止するために予め１５０℃程度に加熱しておいた黒鉛鋳型やステンレス板上に流し込むことが望ましい。

（樹脂等）
本発明における樹脂等は特に制限されるところではなく、結晶質あるいは非晶質どちらでも良く、また１種類でなく数種類組み合わせて使用することも可能である。樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリイミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、ポリビニルエステル等が使用できる。また、ゴムとしては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム等の樹脂が使用できる。

ただし、酸化物ガラスが樹脂等と接触しながら電磁波によって溶融するため、樹脂等の耐熱温度はできる限り高い方が好ましい。好ましくは、樹脂等の熱分解温度が酸化物ガラスの転移点＋１００℃以上である。樹脂等の熱分解温度が酸化物ガラスの転移点＋１００℃よりも低い場合には、電磁波により加熱された酸化物ガラスによって樹脂等が燃焼してしまうことがあるため、好ましくない。

また、本発明において熱可塑性の樹脂＋酸化物ガラスの複合材料を作製した場合には、電磁波照射によって複合材料を修復する機能を付与させることが可能となる。例えば、複合材料に破損・欠損部位が生じた際、その部位にレーザを照射することで酸化物ガラスを選択的に加熱・軟化流動させ、破損・欠損部位に新たに結合ができることで複合材料の修復が可能となる。

以下、実施例を用いて更に詳細に説明する。ただし、本発明は、ここで取り上げた実施例の記載に限定されることはなく、適宜組み合わせてもよい。

（酸化物ガラスの作製）
表１は作製・検討したガラス組成を示したものである。
表１、表２に、作製・検討した低融点ガラス組成物の組成と特性を示す。いずれの成分も表１で示した酸化物換算の重量比で表示した。これらの低融点ガラス組成物には、環境・安全に配慮し、実質的に鉛を含有させなかった。ガラス原料としてバナジウムはＶ₂Ｏ₅、リンはＰ₂Ｏ₅、テルルはＴｅＯ₂、銀は、Ａｇ₂Ｏ、鉄はＦｅ₂Ｏ₃、マンガンはＭｎＯ₂、亜鉛はＺｎＯ、タングステンはＷＯ₃、モリブデンはＭｏＯ₃、バリウムはＢａ(ＰＯ₃)₂、もしくはＢａＣＯ₃、カリウムはＫ₂ＣＯ₃、アンチモンはＳｂ₂Ｏ₃、ビスマスはＢｉ₂Ｏ₃を用いた。原料としてＢａ(ＰＯ₃)₂を用いる場合にはＰ₂Ｏ₅原料量を少なくして換算した。

表１、表２の低融点ガラス組成物は、次に述べる方法で作製した。原料となる各酸化物を配合・混合した原料１５０〜２００ｇを白金ルツボに入れ、電気炉で５〜１０℃／分の昇温速度で９００〜９５０℃まで加熱し、１〜２時間保持した。保持中は均一なガラスとするために攪拌した。ルツボを電気炉から取り出し、予め１５０℃程度に加熱しておいたステンレス板上に流し込んだ。

（ガラス転移点の評価）
ステンレス板上に流し込んだガラスは、平均粒子径（Ｄ５０）が２０μｍ未満になるまで粉砕し、５℃／分の昇温速度で示差熱分析（ＤＴＡ）を行うことによって、転移点（Ｔｇ）を測定した。なお、標準サンプルとしてアルミナ粉末を用いた。図１にガラスの代表的なＤＴＡ曲線を示す。図３に示すように、Ｔｇは第一吸熱ピークの開始温度とした。

（ガラス耐湿性の評価）
耐湿性試験は、温度８５℃、湿度８５％の条件で５日間実施した。耐湿試験サンプルには、４×４×２０mmの直方体に加工したガラスを用いた。評価は、外観上変化ない場合には○、変化が認められた場合には×とした。表１〜表２の実施例Ｇ１２、１４〜１５、１７、２０〜２５、２７〜３０、３３、３５〜３７、３９〜４７、５２〜５５から分かるように、耐湿性が良好のサンプルはＶ₂Ｏ₅＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係式、もしくはＡｇ₂Ｏ＞ＴｅＯ₂≧Ｐ₂Ｏ₅（質量％）の関係式を満たしており、且つその酸化物の合計が７０質量％以上９５質量％以下のとき、ガラス転移点が３３０℃以下であり、且つ耐湿性が良好であることが分かる。またそれぞれの組成は、Ｖ₂Ｏ₅が３５〜５５質量％、ＴｅＯ₂が１５〜３５質量％、Ｐ₂Ｏ₅が４〜２０質量％、Ｆｅ₂Ｏ₃＋Ｓｂ₂Ｏ₃の合計が５〜１５質量％、及びＦｅ₂Ｏ₃、ＢａＯ、Ｋ₂Ｏ、ＷＯ₃、ＭｏＯ₃、ＭｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃のうち１種以上が５〜３０質量％のとき良好であった。

（レーザ吸収特性の評価）
上記で作製したガラスに対し、ジェットミルを用いて平均粒子径（Ｄ５０）が３μｍ程度になるように粉砕した。その粉末８０重量％に対し、４重量％のエチルセルロースを溶解させたブチルカルビトールアセテート溶液を２０重量％加えてペースト状とし、これをスクリーン印刷にて石英ガラス基板上に塗布した。その後、１５０℃で３０分乾燥させ、各ガラスの転移点＋１００℃の温度にて３０分焼成することでガラス塗膜を作製した。作製したガラス塗膜に対し、紫外可視分光光度計を用いてガラスの透過率を評価した。評価は、ガラス塗膜の厚みを約５μｍとしたときの８０８ｎｍの波長の透過率が６０％以上の場合には×、６０％未満の場合には○、４０％未満の場合には◎とした。ガラスＧ３９、Ｇ４１、Ｇ５２の吸収特性を図４〜図６に示す。実施例からわかるように、バナジウムを含有元素として含むとき、レーザの吸収特性が良好なことがわかる。また、図４〜図６からわかるようにガラス塗膜の膜厚を厚くすることでレーザの吸収特性を改善できることがわかった。したがって、この帯域に吸収端をもつ遷移金属元素が含有されてさえいれば、膜厚を調整することでレーザの吸収特性を改善できると考えられる。

（複合材料の作製）
上記のように作製した平均粒子径（Ｄ５０）が３μｍ程度のガラス粉末Ｇ３９を３０体積％に対し、熱可塑性樹脂であるポリスチレン樹脂７０体積％混合し、２００℃でインジェクション成形を行った。作製した複合材料に対して、波長８０８ｎｍの半導体レーザを用いて出力２０Ｗ、走査速度５０mm／ｓの条件でレーザ照射を行った。

（複合材料の評価）
上記で作製したサンプルに対し、ＪＩＳ Ｋ ７１６２に準じて引張強度試験を行った。比較材として、上記サンプルのレーザを照射しないサンプルの試験も行った。その結果、レーザ照射なしのサンプルと比較して、レーザ照射したサンプルは引張強度が２４％向上することが判明した。これは、レーザでガラス粉末が選択加熱されることによってガラスが樹脂中で溶融し、樹脂との間でＶ−Ｏ−Ｃもしくは、Ｖ−Ｃ等の結合が形成されたために引張強度が向上したと考えられる。

ガラスが樹脂中で溶融することによって上記の結合が形成されたと考えられるため、ガラスのみを選択加熱させる別の手法を用いても同様の結果が得られると考えられる。本検討のガラスは半導体であり、波長０.１mm−１０００mmのマイクロ波をよく吸収して発熱するため、ガラス加熱手法としてマイクロ波を使用することもできる。実際、実施例に示したガラス（４×４×１cm）を四国計測工業製のマイクロ波照射装置を用いて加熱実験を行ったところ、３分程度でガラスが赤熱・溶融する様子が観察できた。

さらに、本発明は樹脂の有機成分と酸化物ガラスとの間で結合が形成されるため、酸化物ガラスと複合化する材料は樹脂に限らず、ゴムであっても適用可能である。

平均粒子径（Ｄ５０）が３μｍ程度のガラス粉末Ｇ５５を３０体積％に対し、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂７０体積％を混合し、これにさらに硬化剤を添加後、真空脱泡を行い、２０時間硬化させた。作製した複合材料に対し、実施例１と同様にして波長８０８ｎｍの半導体レーザを用いて出力２０Ｗ、走査速度５０mm／ｓの条件でレーザ照射を行った。その後、同様に引張強度試験を行ったところ、レーザ照射しないサンプルと比較して引張強度が１５％向上することが判明した。

実施例１と同様にして、平均粒子径（Ｄ５０）が３μｍ程度のガラス粉末Ｇ５５を６０体積％に対し、ポリスチレン樹脂４０体積％混合し、２３０℃でインジェクション成形を行った。作製した複合材料に対して、波長８０８ｎｍの半導体レーザを用いて出力２０Ｗ、走査速度５０mm／ｓの条件でレーザ照射を行った。作製したサンプルの断面模式図を図６に示す。

上記で作製したサンプルに対し、ＪＩＳ Ｒ １６０１に準じて曲げ強さ試験を行った。比較材として、上記サンプルのレーザを照射しないサンプルの試験も行った。その結果、レーザ照射なしのサンプルと比較して、レーザ照射したサンプルは引張強度が６％向上することが判明した。以上の結果から、母剤がガラスになった場合においてもレーザ照射による力学的特性の向上が確認された。

実施例１で作製した複合材料について、温度８５℃、湿度８５％の条件で５日間高温高湿加速試験を実施した。高温高湿加速試験を実施した複合材料について、実施例１同様に波長８０８ｎｍの半導体レーザを用いて出力２０Ｗ、走査速度５０mm／ｓの条件でレーザ照射を行った。その後、同様に引張強度試験を行ったところ、レーザ照射しないサンプルと比較して引張強度が３０％向上することが判明した。したがって、レーザ照射を再度行うことにより樹脂としての性能が再生されていることが分かった。

図７は、繊維強化樹脂製風車ブレード構造体のブレード長手方向の軸に直角な方向における断面図である。

ブレードは、前縁部３１と後縁部３２を結ぶ上スキン３３と下スキン３４と呼ばれる外板からなり、上スキン３３と下スキン３４の間には、ブレードの長手方向に亘り、層構造を有するスパー３５と呼ばれるボックス状の桁材が入っている。さらに、スパー３５は、上スキン３３と下スキン３４の内周面と接触しているフランジ部３６と、ブレードの上下のフランジ部をつなぐウエブ部３７とで構成されている。なお、上記スパー３５は、ボックス状の他、Ｃの字状、Ｉの字状、または板状のものであっても良い。なお、上スキン３３と下スキン３４は軽量化および耐食性の理由により繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製であることが好ましく、本発明では、ガラス繊維にマトリクス樹脂が含浸されたガラス繊維強化型樹脂（ＧＦＲＰ）を用いた。ガラス繊維とは、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）を主成分とする繊維状ガラスのことで、繊維径は５−２０μｍ程度のものである。

図８は図７の上部のフランジ３６（フランジ５０）の部分断面図である。交互に積層された炭素繊維層４２とガラス繊維層４５と、接着層４３とで複合層４４が一体に構成されている。接着層４３は上スキン（図示なし）と接着される。ガラス繊維層４５は、ガラス繊維４６にマトリクス樹脂４７が含浸されたものである。炭素繊維層４２は、炭素繊維４９に樹脂が含浸されたものである。

炭素繊維層４２とガラス繊維層４５を構成する樹脂は、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などの熱硬化性樹脂が挙げられる。上スキン３３と下スキン３４やガラス繊維層４５のマトリクス樹脂４７に、本実施例の複合材料を用いる。ガラス繊維４６はＳｉＯ₂を主成分とするため、マトリクス樹脂４７中のガラスが軟化する温度では軟化せず、補強材としての機能を保っている。マトリクス樹脂４７中のガラスはガラス繊維４６と部分的に接触している。このガラス繊維４６にマトリクス樹脂４７中のガラスが軟化して接着されることにより、マトリクス樹脂４７中のガラスとガラス繊維４６との高密着化が図られ、ガラス繊維４６とマトリクス樹脂４７との界面接合強度が、通常の樹脂マトリクスの場合に比べ、大幅に向上する。また、炭素繊維層４２のマトリクス樹脂４８にも本実施例の複合材料を用いると、マトリクス樹脂４７中のガラスとマトリクス樹脂４８中のガラスの両方が軟化し接着されるので、ガラス繊維層４５と炭素繊維層４２との高密着化を図ることもできる。

スパー３５を静的強度の７０％のたわみ量で３点曲げ疲労試験（測定法：ＪＩＳ Ｋ７１１８、Ｋ７０８２に準拠）をしたところ、サイクル数１０⁶回後も曲げ剛性の低下はみられなかった。なお、上スキン３３と下スキン３４やガラス繊維層４２のマトリクスが通常の樹脂の場合には、サイクル数１０⁵回で下部フランジの層４２中にクラックが認められ、１０⁶回後には曲げ剛性が９０％に低下した。

また、本実施例のガラスは半導体であるため、上スキン３３と下スキン３４はある程度の導電性を有するため、落雷などによる通電による損傷を低減するので安全上有利である。

本発明のＦＲＰ製ブレード構造体の製造方法としては、プリプレグ法、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法、引抜き法、フィラメントワインド法、ハンドレイアップ法等の公知のあらゆる成形技術を用いることができる。

また、ガラス粉末と樹脂バインダーと溶剤とを混合し、スプレー噴霧用のスラリを作製した。樹脂バインダーとしてはニトロセルロースを用い、溶剤としてはブチルカルビトールアセテートを用いた。このスラリをスプレー噴霧により、ブレード表面に塗布し、ガラスの転位点温度以上に加熱保持することにより、保護膜を形成させることができる。これにより、ブレードの耐候性を向上させるとともに、導電性を付与することができる。

１１、２２ 樹脂等
１２、２１ 酸化物ガラス
３１ 前縁部
３２ 後縁部
３３ 上スキン
３４ 下スキン
３５ スパー
３６、５０ フランジ部
３７ ウエブ部
４２ 炭素繊維層
４３ 接着層
４４ 複合層
４５ ガラス繊維層
４６ ガラス繊維
４７、４８ マトリクス樹脂
４９ 炭素繊維

Claims (10)

1. 樹脂又はゴムと、酸化物ガラスを備えた複合材料において、前記酸化物ガラスはＶを含み電磁波を吸収するものであり、前記樹脂又はゴムが前記酸化物ガラス中に分散、あるいは、前記酸化物ガラスが前記樹脂又はゴム中に分散し、電磁波照射された軟化流動後の前記酸化物ガラスが前記樹脂又はゴムと電磁波照射により結合していることを特徴とする複合材料。
2. 請求項１において、前記電磁波は、波長が４００−３０００ｎｍのレーザであることを特徴とする複合材料。
3. 請求項１において、前記電磁波は、波長が０.１−１０００mmのマイクロ波であることを特徴とする複合材料。
4. 請求項１において、前記樹脂又はゴムが前記酸化物ガラス中に分散していることを特徴とする複合材料。
5. 請求項４において、前記酸化物ガラスは、次の酸化物状態での関係式Ｖ ₂ Ｏ ₅ ＞ＴｅＯ ₂ ≧Ｐ ₂ Ｏ ₅ （質量％）もしくはＡｇ ₂ Ｏ＞ＴｅＯ ₂ ≧Ｐ ₂ Ｏ ₅ （質量％）の関係式を満たし、さらにその酸化物状態の合計が７０質量％以上９５質量％以下であることを特徴とする複合材料。
6. 請求項４において、前記酸化物ガラスは、Ｆｅ、Ｂａ、Ｋ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｂｉの元素のうち、いずれか１種以上を含むことを特徴とする複合材料。
7. 請求項４において、前記酸化物ガラスは、次の酸化物換算でＶ ₂ Ｏ ₅ が３５〜５５質量％、ＴｅＯ ₂ が１５〜３５質量％、Ｐ ₂ Ｏ ₅ が４〜２０質量％、Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ＋Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ の合計が５〜１５質量％、及びＦｅ ₂ Ｏ ₃ 、ＢａＯ、Ｋ ₂ Ｏ、ＷＯ ₃ 、ＭｏＯ ₃ 、ＭｎＯ ₂ 、Ｓｂ ₂ Ｏ ₃ 、Ｂｉ ₂ Ｏ ₃ のうち１種以上が５〜３０質量％であることを特徴とする複合材料。
8. 請求項１の複合材料とガラス繊維とが複合化されたことを特徴とするガラス繊維強化型樹脂。
9. 請求項１の複合材料から構成されることを特徴とする導電性パッケージ。
10. 請求項８のガラス繊維強化型樹脂を備えることを特徴とする風力発電用ブレード。