とってもやさしいFRPの化学『その1: FRP用樹脂の種類と特徴』

摘要

FRP（Fiber Reinforced Plastics，繊維強化プラスチック）は，樹脂と強化材（充填材含む）による複合材料(Composites)のことを言い，その樹脂は熱可塑性樹脂(thermoplastics)と，熱硬化性樹脂(thermosets)に分けられます。つまり，FRPに適用する樹脂には，熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の両方が使用されています。これらは成形の機構が大きく異なっています。図1に示すように，熱可塑性樹脂は高分子と呼ばれる，いくつもの原子や分子が線状に連なった構造をしており，これが互いに絡まっているもので，常温で固形です。この熱可塑性樹脂を高温に加熱して液状化することで繊維に含浸し，それを冷却して成形品を得ます。一方，熱硬化性樹脂は熱可塑性樹脂よりも比較的短い高分子あるいはモノマー（単量体）になっており，常温では固体の場合もあるが多くは高粘度の液体です。これを加熱するか各種溶剤に溶解して,適当な粘度の状態にして使用します。この熱硬化性樹脂を繊維に含浸させ，それらが熱や光による化学反応で網目状の巨大高分子になることで成形品を得ます。この化学反応を架橋(cross-linking)反応あるいは硬化(curing)反応と言います。常温でも液状で成形が容易な熱硬化性樹脂の方が，より幅広い環境下で成形することができるため，FRPには熱硬化性樹脂が広く利用されています。表1にFRPに使用される樹脂の例を示します。実際，（一社）強化プラスチック協会が発行したFRP用途事例集（2015年版）に掲載されている，FRPに使用されている樹脂は，主に熱硬化性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂，ビニルエステル樹脂，エポキシ樹脂）です。