CN101010188B - 夹层结构体及使用该结构体的一体化成型体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种夹层结构体，该夹层结构体(III)由芯材(I)和配置在该芯材(I)两面的、由连续强化纤维(A)和基体树脂(B)构成的纤维强化材料(II)构成，其中所述芯材(I)具有空隙。所述空隙通过发泡体的气泡形成，或芯材由不连续强化纤维和热塑性树脂构成，所述空隙由在该强化纤维的长丝之间相互交叉处形成的空隙形成。

Description

夹层结构体及使用该结构体的一体化成型体
技术领域
本发明涉及一种具有优异的轻质性、薄壁性、刚性的夹层(sandwich)结构体。具体而言，本发明的夹层结构体是在特定的芯材的两面配置纤维强化材料而构成的，尤其具有优异的轻质性和薄壁性的特性。
并且，本发明涉及一种一体化成型体，该一体化成型体是由上述夹层结构体构成的面状(planar)部件和在厚度方向具有形状变化的部件一体化而形成的。此一体化成型体，优选用于电气·电子设备、办公自动化设备、家电设备、医疗设备或汽车配件、航空器配件、建材等。
背景技术
被连续的强化纤维组强化的纤维强化树脂(FRP)被广泛地用作航空器、汽车、双轮车、自行车等运送设备用途、网球、高尔夫、钓鱼竿等体育用品用途、耐震加强材料等建设结构物用途等要求轻质性和力学特性的结构体的材料。
作为可确保力学特性且提高轻质性的结构体，已知有在轻质的芯材(core)的表皮(skin)上配置FRP形成的夹层结构体。为了谋求结构体的轻质化，选择了更加轻质的芯材，轻木芯(balsa core)、蜂窝芯或聚氨酯泡沫芯等作为芯材被频繁地使用。另外，在力学特性方面，通过按照实用的要求特性进行设计，此结构体被广泛应用于航空器的次要结构材料、以及汽车部件、建筑物部件或面板部件等中。
专利文献1中，公开了将热固性树脂发泡体作为芯的夹层结构体，此结构体，被用作轻质、高刚性的建材用材料。专利文献2中公开了由夹层板和加强板(stiffener)构成的汽车用面板。专利文献3中公开了一种成型为夹层复合板的电气·电子设备用外壳。
然而，上述夹层结构体，难于同时实现薄壁性和轻质性，或是在批量制造薄壁且具有复杂形状的成型体方面存在难以进一步提高的问题。专利文献1的夹层结构体，由于为板状成型体，因此不能用于形成具有复杂形状的成型体。专利文献2的汽车用面板虽然通过接合加强板能够赋予某种程度的形状，但是只限定于用于大型成型体，不适用于批量生产率较高地制造薄壁且具有复杂形状的成型体。
芯的厚度对夹层结构体的薄壁性影响很大。然而，最初的夹层结构体为了强化提高刚性的效果，通常使芯材具有一定程度的厚度，尚未公开同时满足轻质性和薄壁性、并且实用性优异的芯材。现有已知的轻木芯、蜂窝芯或聚氨酯泡沫芯等，难于制备成厚度较薄的芯材，即使能够得到薄芯材，也存在预成型化时被破坏、或不能耐受成型时的变形等问题，在薄壁化方面存在一定的限制。
专利文献3中，公开了一种由夹层结构体构成的电子设备外壳，该夹层结构体使用将中空粒子及树脂含浸·固化于无纺纤维薄片中所得的薄片作为芯材。此夹层结构体为使树脂含浸·固化在芯部分中得到的填充结构，轻质性不充分。并且，由于为分批生产，因此经济性差，而且不适于批量生产，不适用于具有复杂形状的成型体的制备。作为复杂形状的部件，例如有立壁部分的铰接部或凸起部或肋部，实际上难以由该结构体形成上述部件。
另一方面，作为FRP的用途，有个人电脑、办公自动化设备、视听设备、移动电话、电话机、传真机、家电制品、玩具用品等电气·电子设备的外壳。上述产品不仅要求批量生产率、成型性、生产率、经济性，而且近年来还期望为薄型且轻质。针对此要求，薄壁性和刚性优异的镁合金开始被有效地利用，但由于金属材料比重较大，因此在轻质性方面未必能满足要求。专利文献4中，公开了一种通过将面状的FRP和热塑性部件一体化，从而在确保批量生产率的同时，在薄壁性、刚性和轻质性方面也很优异的电子设备外壳。人们预测笔记本电脑、电话、信息终端等电子设备的便携化、用户层的高龄化今后将逐步加快，所以要求上述电子设备外壳要进一步轻质化。
专利文献1：特开平5-138797，2页，第1行
专利文献2：特开2002-284038，2页，第1行
专利文献3：特开平5-42620，2页，第1行
专利文献4：特开2004-140255，2页，第1行
发明内容
鉴于相关的现有技术，本发明的目的在于提供一种轻质性、薄壁性优异的夹层结构体。本发明的其他目的在于提供一种一体化成型体，该一体化成型体将此夹层结构体与其它部件一体化，并且能够批量生产率较好地进行制备，同时具有优异的轻质性、薄壁性。本发明的其他目的还在于提供一种本发明夹层结构体的制备方法及本发明一体化成型品的制备方法。
本发明的夹层结构体为由芯材(I)和配置在该芯材(I)的两面、由连续的强化纤维(A)和基体树脂(B)构成的纤维强化材料(II)构成的夹层结构体(III)，上述芯材(I)具有空隙，并且，上述芯材(I)的厚度为0.1至1.5mm，比重为0.01至1.2，采用ASTMD3846测定的上述芯材(I)和上述纤维强化材料(II)的粘接强度在1MPa以上。
在本发明的夹层结构体中，优选上述芯材(I)为发泡体，并且该发泡体具有独立气泡。
在本发明的夹层结构体中，优选上述芯材(I)由聚烯烃类树脂构成。
在本发明的夹层结构体中，优选在上述芯材(I)和上述纤维强化材料(II)的层间配置改性聚烯烃类树脂层。
在本发明的夹层结构体中，优选上述改性聚烯烃类树脂在160℃下测定的熔融粘度为10至500Pa·s。
在本发明的夹层结构体中，优选上述改性聚烯烃类树脂含有20重量％以上的酸改性聚烯烃类树脂，并且，该酸改性聚烯烃类树脂的酸值在10以上。
在本发明的夹层结构体中，优选上述改性聚烯烃类树脂含浸在构成上述纤维强化材料(II)的强化纤维束中，其最大含浸长度在10μm以上。
本发明的夹层结构体的其他方案为，夹层结构体(III)由芯材(I)和配置在该芯材(I)的两面、由连续的强化纤维(A)和基体树脂(B)构成的纤维强化材料(II)构成，上述芯材(I)由不连续的强化纤维和热塑性树脂构成，该强化纤维的长丝之间相互交叉形成空隙结构，在该交叉部分配置上述热塑性树脂，并且，上述芯材(I)的厚度为0.1至1.5mm，比重为0.1至1.0。
在本发明的夹层结构体中，优选在上述芯材(I)的长丝之间相互交叉部分中，配置上述热塑性树脂的交叉部分的比例在50％以上。
在本发明的夹层结构体中，优选上述热塑性树脂的熔点或负荷挠曲变形温度在160℃以上。
在本发明的夹层结构体中，优选在上述芯材(I)和上述纤维强化材料(II)的层间配置热塑性树脂层，构成该热塑性树脂层的热塑性树脂的熔点或负荷挠曲变形温度在160℃以下。
在本发明的夹层结构体中，优选构成上述热塑性树脂层的热塑性树脂含浸于构成所述纤维强化材料(II)的强化纤维束中，其最大含浸长度在10μm以上。
在本发明的夹层结构体中，优选上述强化纤维(A)为碳纤维。
在本发明的夹层结构体中，优选上述基体树脂(B)为热固性树脂。
本发明的一体化成型体，是将由本发明的夹层结构体(III)构成的第1部件和、由其他结构部件构成的第2部件接合形成的一体化成型体，该第1部件为面状，该第2部件在厚度方向上具有形状变化。
在本发明的一体化成型体中，优选上述第1部件和上述第2部件通过粘合层接合。
在本发明的一体化成型体中，优选上述粘合层由热塑性树脂构成。
在本发明的一体化成型体中，优选上述粘合层与上述纤维强化材料(II)接合，并且，在接合界面，优选构成该粘合层的热塑性树脂和构成上述纤维强化材料(II)的基体树脂(B)以具有凸凹形状的方式进行接合。
在本发明的一体化成型体中，优选构成上述粘合层的热塑性树脂含浸于构成上述纤维强化材料(II)的强化纤维束中，其最大含浸长度在10μm以上。
在本发明的一体化成型体中，优选上述第2部件为由热塑性树脂组合物构成的部件。
本发明的一体化成型体优选用作电气·电子设备的配件、部件或外壳。
制备本发明的夹层结构体的本发明夹层结构体的制备方法由下述工序构成，即在芯材(I)两面配置由热塑性树脂构成的热粘合用基材(m)，再于该热粘合用基材(m)上层叠配置在连续的强化纤维(A)的强化纤维束中含浸作为基体树脂(B)的热固性树脂而形成的预浸料坯的层叠工序，和在金属模中配置由该层叠工序得到的层叠体，加热及加压进行成型的成型工序，在该成型工序中，在上述热固性树脂发生固化反应时，或在固化反应前进行预热时，使上述热粘合用基材(m)的热塑性树脂含浸在上述强化纤维束中。
在本发明的夹层结构体的制备方法中，优选在由上述层叠工序得到的层叠体的表面进一步配置由热塑性树脂构成的热粘合用基材(n)的工序之后，向上述成型工序提供配置了该热粘合用基材(n)的层叠体，在上述热固性树脂发生固化反应时，或在固化反应前进行预热时，使上述热粘合用基材(n)的热塑性树脂含浸在上述强化纤维束中。
制备本发明的一体化成型体的本发明一体化成型体的制备方法，可采用选自热熔敷、振动熔敷、超声波熔敷、激光熔敷、嵌件注塑成型(insert molding)、基体上注塑成型(out-sert molding)中的至少一种一体化方法，接合由本发明夹层结构体(III)构成的第1部件和由其他结构部件构成的第2部件。
本发明的夹层结构体具有基于其特征结构的优异的力学特征、轻质性及薄壁性.本发明的夹层结构体的制备方法具有优异的批量生产率，与现有的生产相比，能够极其经济地进行生产.使用本发明的夹层结构体的一体化成型体，适于用作笔记本电脑等电气·电子设备的配件、部件或外壳.
附图说明
[图1]本发明一体化成型体之一例的分解状态的侧视图。
[图2]本发明夹层结构体之一例的分解状态的侧视图。
[图3]用于说明本发明夹层结构体之一例中的芯材与纤维强化材料的接合状态的接合部剖面图。
[图4]用于说明本发明夹层结构体的其他例中的芯材之一例的结构平面图。
[图5]用于说明本发明一体化成型体之一例中的第1部件与第2部件的接合状态的接合部剖面图。
[图6]表示本发明一体化成型体之一例中的第1部件与第2部件接合状态的观察结果的剖面图。
[图7]表示本发明一体化成型体之一例中的第1部件与第2部件接合状态的其他观察结果的剖面图。
[图8]用于观察本发明一体化成型体之一例中的第1部件与第2部件接合状态的试验片的侧视图。
[图9]用于测定本发明夹层结构体之一例中的芯材与纤维强化材料接合状态的试验片的侧视图。
[图10]用于测定本发明一体化成型体之一例中的第1部件与第2部件接合状态的试验片的侧视图。
[图11]为芯材表面的SEM观察照片，该芯材通过与用于说明图4所示芯材结构的模式图相对应的实施例制作得到。
[图12]为芯材表面的SEM观察照片，该芯材通过与用于说明图4所示芯材结构的模式图相对应的其他实施例制作得到。
符号说明
1：第1部件
2：第2部件
3：一体化成型体
4：凸起部
5：铰接部
6：芯材
7：纤维强化材料
8：夹层结构体
11：芯材
12：纤维强化材料
13：接合面
14：改性聚烯烃树脂层
15、15a：强化纤维
16：基体树脂
17：界面
18：含浸长度
19：外轮廓线
20：最大含浸部位
41：强化纤维
42：交叉部分
43：热塑性树脂
44：网状结构
51：第1部件
52：第2部件
53：接合面
54：粘合层
55、55a：强化纤维
56：形成粘合层的树脂的预部
57：树脂的最大厚度
58：粘合层的最大厚度
58a：外轮廓线
59：基体树脂
61：第1部件
62：第2部件
63：粘合层
64：强化纤维组
64a、64b：强化纤维
65：基体树脂
66：界面
71：第1部件
72：第2部件
73：粘合层
74：基体树脂
75：强化纤维组
75a、75b：强化纤维
76：界面
77：空隙
81：第2部件
82：接合部
83：残渣
91：试验片
92：芯材
93：纤维强化材料
94a、94b：凹口(notch)
101：试验片
102：第1部件
103：第2部件
具体实施方式
下面，使用实施例对本发明的夹层结构体及使用此夹层结构体的一体化成型体进行说明。
本发明的夹层结构体的第1方案：
图1为本发明的一体化成型体之一例的侧视图，该一体化成型体使用本发明夹层结构体之一例作为第1部件。图1中，以分解状态绘制一体化成型体3。图1的一体化成型体3计划用作由第1部件(顶板)1和具有凸起部4及铰接部5的第2部件(框架)2构成的笔记本电脑外壳。
图2为本发明的夹层结构体(III)之一例的侧视图。图2以分解状态绘制本发明夹层结构体8。在图2中，本发明的夹层结构体(III)8由芯材(I)6和配制在芯材(I)6两面的纤维强化材料(II)7构成。纤维强化材料(II)7由连续的强化纤维(A)和基体树脂(B)形成。芯材(I)6和纤维强化材料(II)7被粘合，形成夹层结构体(III)8。
为了实现夹层结构体8的轻质化，在0.01至1.2的范围内选择芯材6的比重。芯材6的比重优选为0.1至0.8，更优选为0.1至0.5。
在夹层结构体8中，为了同时实现刚性和轻质性，芯材6的比重比纤维强化材料7的比重低是十分重要的。芯材6的比重越小，越能够得到高的轻质效果。芯材6的比重超过1.2时，存在夹层结构体8不能获得充分轻质性的情况。
为了满足夹层结构体8的薄壁化，在0.1至1.5mm的范围内选择芯材6的厚度。芯材6的厚度优选为0.1至1.0mm，更优选为0.1至0.8mm。
为了满足上述比重的值，优选芯材6由发泡体形成。更优选存在于此发泡体中的气泡为独立气泡。发泡体优选为片状。
本发明的夹层结构体8的特征之一为具有薄壁性。采用加压成型等廉价的成型方法制备夹层结构体8时，如果芯材6由独立气泡型发泡体形成，则能抑制夹层结构体8在制备过程中加压时的变形。如果芯材6由片状的发泡体形成，则能够保持芯材6厚度的均匀性。从而能够提高夹层结构体8的生产率。
作为形成芯材6的材料，优选使用选自后述热固性树脂的热固性树脂，或选自后述热塑性树脂的热塑性树脂。
为了精确地控制芯材6的厚度为薄壁，优选芯材6由热塑性树脂构成。尤其是从材料自身的比重低、作为发泡体的轻质性的观点来看，优选使用聚烯烃类树脂。
使用聚烯烃类树脂时，从厚度均匀性的观点考虑，优选夹层结构体8成型时的处理温度在160℃以下，更优选在155℃以下。
并且，使用聚烯烃类树脂时，为了提高配置在夹层结构体(III)8两面的纤维强化材料(蒙皮材料)(II)7和芯材(I)6的粘合性，优选在芯材(I)和纤维强化材料(II)的层间配置改性聚烯烃类树脂.尤其是在形成后述芯材(I)和纤维强化材料(II)的优选接合形态时，更优选改性聚烯烃类树脂为至少在160℃下熔融流动的物质.作为此时的熔融粘度，优选为10至500Pa·s，更优选为50至300Pa·s.对熔融粘度的测定方法没有特殊的限制，后述实施例给出具体的测定方法之一例.
从提高粘合力的观点来看，改性聚烯烃类树脂中被改性的官能团量越多越优选。作为聚烯烃类树脂的改性方法，没有特殊的限制，能够举出含有官能团的化合物的接枝反应或在末端的加成反应，还有含有官能团嵌段的共聚反应等。其中，从能够提高官能团量的观点来看，更优选利用含有官能团的化合物与不饱和聚烯烃的接枝反应的改性技术，其中所述官能团具有双键。
作为官能基团，能够优选举出羧基、酸酐、羟基、环氧基、氨基。需要说明的是，可以以酸值、OH值、环氧值、胺值等作为指标确认官能团的量。在改性聚烯烃类树脂中，从操作性、改性的容易性方面考虑，特别优选酸改性聚烯烃类树脂。
改性聚烯烃类树脂能够与未改性的聚烯烃类树脂混合使用。从操作方面考虑，酸改性聚烯烃类树脂的配合量优选在20重量％以上，更优选为30至70重量％。此时，酸改性聚烯烃类树脂的酸值优选在10以上，更优选在20以上，特别优选在30以上。
作为本发明的夹层结构体的第1方案，采用ASTM D 3846测定的、夹层结构体的芯材(I)和纤维强化材料(II)间的粘接强度在1MPa以上，优选在2MPa以上，更优选在3MPa以上。需要说明的是，在此测定中，当芯材(I)与纤维强化材料(II)未剥离、芯材(I)被破坏时，判断粘接强度在其破坏强度以上。粘接强度低于1MPa时，在夹层结构体(III)的加工、运输、一体化的工序中，存在芯材(I)与纤维强化材料(II)剥离的情况。
通过图3，对芯材(I)和纤维强化材料(II)间的较优选接合形态进行说明。图3为纤维强化材料(II)与夹层结构体(III)中芯材(I)的一面(上面)接合形成的接合面的部分放大剖面图。
在图3中，纤维强化材料(蒙皮材料)12通过粘合与芯材11的上面接合，形成接合面13。此粘合通过配置在芯材11与纤维强化材料12的层间的改性聚烯烃类树脂层14实现。形成改性聚烯烃类树脂层14的改性聚烯烃类树脂以含浸在位于纤维强化材料12中的大量连续的强化纤维(A)15之间的状态存在。
作为形成强化纤维材料12的基体树脂(B)16，使用热固性树脂(例如环氧树脂)时，从提高粘接强度的观点来看，优选将改性聚烯烃类树脂层14和基体树脂16的界面17的形状形成为凸凹形状，并且，优选的接合状态为，在大量连续强化纤维15中的大量强化纤维15a被包埋在由改性聚烯烃类树脂层14形成的粘合层中的状态。
改性聚烯烃类树脂层14中的改性聚烯烃类树脂在强化纤维15a中的含浸状态，从粘接强度的观点来看，最大含浸长度18，即以强化纤维15a的外轮廓线19为基准的最大含浸部位20的距离18，优选在10μm以上，更优选在15μm以上。对最大含浸长度18的测定方法没有特殊的限制，可以使用与后述一体化成型品中的接合结构的确认方法相同的方法，具体方法如实施例所示。
本发明的夹层结构体的第2方案：
接下来，对用于实现图2所示夹层结构体(III)8的轻质化的与上述第1方案不同的方案进行说明.在此方案中，芯材(I)6由大量不连续强化纤维和热塑性树脂构成.芯材6中具有下述形态(网状结构)，即，大量强化纤维之间相互交叉定位形成空隙结构，并且，在强化纤维之间相互交叉的交叉部分配置芯材6中的上述热塑性树脂.
图4为用于说明此网状结构之一例的模式图。图4中，在强化纤维41的交叉部分42附着热塑性树脂43，位于交叉部分42的强化纤维41通过热塑性树脂43之间相互固定，形成网状结构44。所谓固定，是指在2条以上强化纤维(长丝)41之间相互交叉的部分42配置热塑性树脂43，使其同时覆盖位于此位置的2条以上强化纤维41的表面的状态。
如果强化纤维41的交叉部分42没有配置热塑性树脂43，则将芯材6用于夹层结构体8时，在加压成型等加压作用下，存在芯材6本身被破坏，芯材6厚度均匀性受损的情况。作为交叉部分42的固定方法，能够举出使热塑性树脂加热熔融而熔接的方法，或涂布或喷雾热塑性树脂的溶液后除去溶剂的方法等。从处理的简便性来看，特别优选熔接的方法。
通过进一步加固网状结构44，能够使用更少的强化纤维41和热塑性树脂43形成芯材6，从轻质性的观点来看为优选的。所以，在芯材(I)中强化纤维(A)之间的相互交叉部分中，配置热塑性树脂的交叉部分的比例优选在50％以上，更优选在70％以上，特别优选在90％以上。此比例的计算，是采用显微镜观察从芯材(I)中随机选择的部位，通过对100处以上交叉部分的目视判定，进行评价。
为了获得第2方案中夹层结构体(III)8的轻质化，芯材(I)6的比重在0.01至1.0的范围内选择。芯材(I)6的比重优选为0.1至0.8，更优选为0.1至0.5。并且，为了满足夹层结构体(III)8的薄壁化，芯材(I)6的厚度在0.1至1.5mm的范围内进行选择。芯材(I)6的厚度优选为0.1至1.0mm，更优选为0.1至0.8mm，特别优选为0.1至0.5mm。如果芯材(I)6的比重超过1.0并且芯材(I)6的厚度超过1.5mm，则有时不能实现作为目标的夹层结构体的轻质性、薄壁性。
作为芯材(I)中使用的不连续强化纤维41，能够使用选自后述强化纤维的强化纤维。尤其是从形成牢固的网状结构的观点来看，优选使用比强度、比刚性优异的碳纤维。根据需要，可以混合使用有机纤维、天然纤维、玄武岩纤维等。
对不连续强化纤维41的纤维长度没有特殊的限制，连续强化纤维可以在切成规定长度的状态下使用。不连续强化纤维41的长宽比(纤维长度/纤维直径的比)较大时虽然有利于形成网状结构44，但不利于强化纤维的操作性。因此，一般情况下，优选使用纤维长度为2至50mm的不连续强化纤维，从加工性的观点来看，更优选纤维长度为3至30mm。不连续强化纤维41的长宽比优选为200至50000，较优选为400至20000，更优选为700至10000。
芯材(I)中的网状结构44具有在芯材(I)中形成多个空隙的作用，结果为可提高芯材(I)的轻质性。此空隙的体积比(空隙率)，从芯材(I)的轻质性和强度的平衡方面来看，优选为20至80体积％，更优选为25至70体积％。
空隙率，可以根据芯材的体积Vc(cm3)和其重量Wc(g)、构成芯材的强化纤维的重量Wf(g)和其密度ρf(g/cm3)、及热塑性树脂的重量Wp(g)及其密度ρp(g/cm3)，采用下式进行计算。
空隙率＝[1-(Vf+Vp)/Vc]×100
此处，强化纤维的体积Vf＝Wf/ρf，热塑性树脂的体积Vp＝Wp/ρp。
对芯材(I)中的强化纤维41的重量比没有特殊的限制，但强化纤维41的重量比优选为10至80重量％，更优选30至60重量％。
作为芯材(I)中使用的热塑性树脂43，可以使用选自后述热塑性树脂的热塑性树脂。尤其是采用加压成型制备夹层结构体(III)时，从加热、加压所致厚度均匀性的观点来看，热塑性树脂43的熔点或负荷挠曲变形温度优选在160℃以上，更优选在180℃以上。特别优选热塑性树脂43为聚酰胺树脂。
并且，在本发明的夹层结构体(III)中，为了保护芯材(I)的空隙结构，优选在芯材(I)和纤维强化材料(II)的层间配置热塑性树脂层。另外为了防止在强化纤维材料(II)中使用的基体树脂(B)流入芯材(I)的空隙结构，该热塑性树脂层更优选在面方向形成连续层。
本发明的夹层结构体(III)的第2方案与第1方案相同，为了提高芯材(I)和纤维强化材料(II)间的粘合性，构成上述热塑性树脂层的热塑性树脂的熔点或负荷挠曲变形温度，优选在160℃以下，更优选在150℃以下。
本发明的夹层结构体(III)的第2方案与第1方案相同，采用ASTMD 3846测定的、夹层结构体(III)的芯材(I)和纤维强化材料(II)间的粘接强度，优选在1MPa以上，更优选在2MPa以上。
本发明的夹层结构体(III)的第2方案中芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的较优选的接合形态，与第1方案相同，为用于形成位于前述层间的热塑性树脂层的热塑性树脂含浸在构成纤维强化材料(II)的大量强化纤维的空隙间的结构。此热塑性树脂的最大含浸长度优选在10μm以上，更优选在15μm以上。需要说明的是，在此情况下，也可以在不损害芯材(I)的空隙结构的范围内，使热塑性树脂含浸于前述网状结构中。
在本发明的夹层结构体(III)的第1方案及第2方案中，形成夹层结构体(III)的蒙皮部分的纤维强化材料(II)，由连续强化纤维(A)和基体树脂(B)构成。所谓连续强化纤维是指至少单方向连续延伸长度在10mm以上的多条长丝。在强化纤维材料(II)的总宽度范围内，不需要所有的长丝连续，也可以一部分长丝在中途断开。
作为纤维强化材料(II)中使用的强化纤维(A)，可以使用选自后述强化纤维的强化纤维。尤其是从夹层结构体(III)的力学特性来看，优选使用比强度、比刚性优异的碳纤维。作为强化纤维(A)的形态的例子，有由多条长丝构成的长丝束、由此长丝束构成的织物、多条长丝单向排列形成的单向性长丝束、由此单向性长丝束构成的单向性织物。尤其是从力学特性、图案设计性或生产率的观点来看，优选织物、单向性长丝束。强化纤维(A)可以由相同形态的多条长丝束构成，或者也可以由不同形态的多条长丝束构成。
举例说明本发明的夹层结构体(III)中使用的强化纤维(A)。即，铝纤维、黄铜纤维、不锈钢纤维等金属纤维，玻璃纤维、聚丙烯腈类、人造丝类、木质素类、沥青类碳纤维或石墨纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、PBO纤维、聚苯硫醚纤维、聚酯纤维、丙烯酸纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维等有机纤维，及碳化硅纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等。上述物质可以单独使用或并用2种以上。上述纤维原料可以为实施了表面处理的物质。作为表面处理可以举出金属的被覆处理、由偶联剂进行的处理、由胶粘剂进行的处理、添加剂的附着处理等。
作为纤维强化材料(II)的基体树脂(B)，能够使用选自后述热固性树脂的热固性树脂，或选自后述热塑性树脂的热塑性树脂。尤其是从夹层结构体(III)的刚性、强度、耐热性等特性或作为成型用材料的预浸料坯的操作性的观点来看，优选使用热固性树脂，其中，更优选使用环氧树脂。并且，如果在基体树脂(B)中配合阻燃剂，则能够赋予在电气·电子设备用途中谋求的阻燃性，故而优选。
举例说明本发明的夹层结构体(III)中使用的热固性树脂。即，能够优选使用不饱和聚酯树脂、乙烯酯树脂、环氧树脂、酚醛(甲阶酚醛型)树脂、脲·三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。也可以适当地使用上述树脂的共聚物、改性体及/或掺和2种以上的上述树脂得到的树脂等。上述树脂中，特别是从成型体的力学特征或耐热性的观点考虑，优选环氧树脂。为了显示出优异的力学特性，优选含有环氧树脂作为所用树脂的主要成分，具体而言，在树脂组合物中的含量优选为60重量％以上。
举例说明本发明的夹层结构体(III)中使用的热塑性树脂。即，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PENp)树脂、液晶聚酯等聚酯类树脂；或聚乙烯(PE)树脂、聚丙烯(PP)树脂、聚丁烯树脂等聚烯烃树脂；或苯乙烯类树脂、聚氨基甲酸酯树脂等；或聚甲醛(POM)树脂、聚酰胺(PA)树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂、聚氯乙烯(PVC)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚苯醚(PPE)树脂、改性PPE树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂、聚醚酰亚胺(PEI)树脂、聚砜(PSU)树脂、改性PSU树脂、聚醚砜(PES)树脂、聚酮(PK)树脂、聚醚酮(PEK)树脂、聚醚醚酮(PEEK)树脂、聚醚酮酮(PEKK)树脂、聚芳酯(PAR)树脂、聚醚腈(PEN)树脂、酚醛类树脂、苯氧基树脂、聚四氟乙烯等氟类树脂，或上述树脂的共聚物、改性体、及2种以上掺和得到的树脂等。尤其是从耐热性、耐化学品性的观点考虑，更优选PPS树脂，从成型体外观、尺寸稳定性的观点考虑，更优选聚碳酸酯树脂或苯乙烯类树脂，从成型体的强度、耐冲击性的观点考虑，更优选聚酰胺树脂。
以上列举的热固性树脂及热塑性树脂也可以在不损害本发明目的的范围内，含有弹性体或橡胶成分等耐冲击性促进剂、其他填充材料或添加剂。作为上述例子，可以举出无机填充材料、阻燃剂、导电性赋予剂、晶核剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、减振剂、抗菌剂、防虫剂、防臭剂、防着色剂、热稳定剂、脱模剂、防带电剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、颜料、染料、发泡剂、消泡剂、或偶联剂。
本发明的夹层结构体(III)的厚度，从对本发明的目的用途的适用性的观点来看，以实质厚度计优选为0.2至4mm，更优选为0.2至2mm，特别优选为0.2至1mm。所谓实质厚度为代表夹层结构体(III)的厚度，是指占有其投影面积的至少40％的部位的厚度，不包括特意形成肋部或凹凸部、突起等形状的部分。夹层结构体(III)整体具有缓和的起伏时，以占有最大面积的部分的厚度为实质厚度，并且，具有2个以上的实质厚度时，采用其值较大的一个作为实质厚度。
在本发明的夹层结构体(III)中，具有上述实质厚度的平面部以ISO 178为基准的弯曲弹性模量优选在20GPa以上，更优选在25GPa以上。
本发明的一体化成型体，可以用作构成电气·电子设备、办公自动化设备、家电设备、医疗设备、汽车、建造物等的配件的材料.考虑上述的适用例时，优选夹层结构体(III)具有20GPa以上的弯曲弹性模量.由此能够使一体化成型体进一步薄壁化.夹层结构体(III)的弯曲弹性模量的具体测定方法如实施例所示.
如图1所示，本发明的一体化成型体3将夹层结构体(III)作为第1部件，并由第1部件和与第1部件1接合的第2部件2构成。为了同时实现一体化成型体3的复杂形状、批量生产率、生产率，作为第1部件的夹层结构体(III)为面状，第2部件2在厚度方向具有形状变化。所谓面状，是指如图1的一体化成型体3所代表的，其投影面积的过半部分为平面状或平缓的曲面状。例如，可以形成曲率半径在1000m以内的曲面，上述曲面可以断续地、间歇地、在一体化成型体3的一个面内存在多个。在上述面内，可以形成曲率半径为5mm以上的收缩。面状也可以由上述多个面状构成，整体呈三维形态。
另一方面，为了赋予一体化成型体3复杂的形状，将第2部件2与第1部件1一体化。所谓复杂的形状是指在纵、横、高的各方向伴有厚度变化的形状，包括构造上的结构部分、设计上的几何学形状部分、并且包括特意形成的突起、凹部等。与此相对应的为图1的第2部件2代表的框体(框架)部、立壁部分、铰接部、凸起部或肋部等。第2部件2优选采用与第1部件1相比，批量生产率、生产率较优异的方法进行制备。
作为第2部件2，没有特殊的限制，优选使用选自前述热固性树脂的热固性树脂、或选自前述热塑性树脂的热塑性树脂、水泥、混凝土、或上述物质的纤维强化品、木材、金属材料、纸材料等公知的物质。从成型性的观点来看，优选使用热塑性树脂，为了提高力学特性，优选使用纤维强化热塑性树脂，另外，虽然轻质性较差，但为了进一步提高成型体的力学特性，优选使用金属材料。特别是使用将不连续强化纤维均匀地分散至热塑性树脂中形成的热塑性树脂组合物时，由于能够同时实现批量生产率、成型性和轻质性、力学特性，因此特别优选。作为此时的强化纤维的配合比例，强化纤维为碳纤维时，从成型性、强度、轻质性的平衡的观点考虑，优选相对于热塑性树脂组合物为5至75重量％，更优选为15至65重量％。
本发明的一体化成型体3，优选使用第1部件1作为主材。优选第1部件1占有一体化成型体3的投影面积的50％以上，更优选第1部件1占有一体化成型体3的投影面积的70％以上。
在本发明的一体化成型体3中，第1部件1与第2部件2接合进行一体化时，优选两者之间具有优异的粘合性。所以，优选在第1部件1与第2部件2之间的接合界面存在粘合层。作为粘合层，能够使用丙烯酸类、环氧类、苯乙烯类等公知的粘合剂，形成第1部件1与第2部件2独立的粘合层。另外，为了进一步提高一体化的生产率，优选在第1部件的最表层配置热塑性树脂层。
特别是当第1部件1的基体树脂(B)使用热固性树脂(例如，环氧树脂)，第2部件2使用热塑性树脂组合物时，通过在第1部件1的最外层设置与构成第2部件2的热塑性树脂组合物亲和性良好的热塑性树脂层，使第1部件1与第2部件2之间的接合界面为热塑性树脂，能够进行热熔敷。此时，在接合界面没有必要另外设置粘合剂层。
如果设置在第1部件1最外层的粘合层与第2部件2的热塑性树脂为相同材质，则也可提高接合强度。设置在第1部件1最外层的树脂即使不是相同树脂，只要是相溶性良好的物质也可以，无特殊的限定，优选根据构成第2部件2的热塑性树脂的种类选择最合适的树脂。
在形成第1部件1的被粘合面的纤维强化材料(II)中，使用热固性树脂(例如：环氧树脂)作为基体树脂(B)时，优选粘合层的热塑性树脂在与基体树脂(B)的界面具有凸凹形状地进行接合。尤其是形成在连续的强化纤维(A)中大量强化纤维被包埋于由热塑性树脂构成的粘合层中的接合状态时，能够获得优异的接合强度。
图5为两部件的接合部的剖面图，用于说明本发明一体化成型体中的第1部件和第2部件之间接合状态之一例。在图5中，由本发明的夹层结构体(III)构成的第1部件51和第2部件52在接合面53处接合。
在接合面53上形成由树脂构成的粘合层54。形成粘合层54的树脂，进入位于第1部件51的大量强化纤维55中的接合面53附近的大量强化纤维55a之间。第1部件51由大量强化纤维55和基体树脂59构成。
进入上述部位的形成粘合层54的树脂的顶部56呈凸凹状。进入的树脂的最大厚度57优选为0.01至1000μm，较优选为0.1至200μm，更优选为1至100μm。含有强化纤维55a的粘合层54的最大厚度58，是以与粘合层54的树脂接合的最外侧(第2部件侧)强化纤维的外轮廓线58a为基准的距离。从接合强度的观点来看，最大厚度58优选为1至80μm。
本发明的一体化成型体中的第1部件1、51和第2部件2、52的接合部的接合结构，能够按照例如下述说明的试验方法进行验证。
第1试验方法
采用扫描型电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)，观察接合部的表层部分的剖面。根据需要也可以以拍摄的剖面照片为基础对剖面进行观察。观察的试验片，是使用从部件中切出的表层部分制成的薄壁切片。在每次制作中存在强化纤维组的部分强化纤维脱落的情况，但如果在不影响观察的范围内，则没有问题。为了调整观察的对比度，必要时可以对试验片进行染色。
构成强化纤维组的强化纤维，通常被观察到圆形截面。强化纤维脱落时，通常被观察到圆形的脱落痕迹。在构成强化纤维组的强化纤维所处部分之外的部分，基体树脂(B)层和热塑性树脂层，被观察到为对比度不同的2个区域。
此第1方法得到的观察结果的例子如图6所示。图6放大表示第1部件61和第2部件62一体化得到的成型体的接合部的剖面。呈现粘合层63的热塑性树脂进入到构成强化纤维组64的大量强化纤维64a、64b之间的间隙中的状态，并且，呈现基体树脂(B)65的层和粘合层63之间的界面66具有凸凹形状的状态。
第2试验方法：
将由接合部表层部分的热塑性树脂构成的粘合层用溶剂提取除去，通过扫描型电子显微镜(SEM)或透射型电子显微镜(TEM)对此状态下的剖面进行观察。根据需要，也可以以剖面照片为基础对剖面进行观察。将部件剪切成长约10mm、宽约10mm，作为试验片。在此试验片中，用构成粘合层的热塑性树脂的良溶剂充分地清洗此粘合层，除去热塑性树脂，制成观察用的试验片。采用SEM(或TEM)观察制成的试验片的剖面。
采用此第2方法得到的观察结果的例子如图7所示.图7为在从第1部件71和第2部件72一体化形成的成型体中除去第2部件72和由热塑性树脂构成的粘合层73的状态下的接合面剖面放大图.图7中，基体树脂(B)74以具有构成强化纤维组75的强化纤维75a的形式存在，但具有与基体树脂(B)74呈凹凸形状的界面76的热塑性树脂层(粘合层)73，在制作试验片时通过溶剂被除去，所以不存在.在观察界面76的凹凸形状时，在粘合层73存在的位置上，能够观察到构成强化纤维组75的强化纤维75b，在上述强化纤维之间，可观察到空隙77.据此，可以证明在由热塑性树脂构成的粘合层中包埋有构成强化纤维组75的强化纤维75b.
在第1方法及第2方法中，从一体化成型体中观察部件接合部时，可以采用下述方法进行处理，即将由热塑性树脂构成的粘合层的树脂加热至可塑化温度使接合部剥离、或以机械方式除去第2部件等方法。
第3试验方法：
在一体化成型体中，对从一方强制性剥离另一方时所得的状态进行观察。此试验方法如下进行，在室温下强制性地剥离一体化成型体，在第1部件和第2部件之间造成破坏。有时第1部件表层的一部分作为残渣附着在剥离的第2部件上。此残渣可用显微镜进行观察。
实施此第3试验方法得到的试验片的状态之一例如图8所示。图8中，接合在第2部件81上可见接合了第1部件的表面的接合部分82，在此接合部分82的一部分中，第1部件表层部的一部份作为残渣83被观察到。可以观察到在此残渣83中存在大量从位于第1部件表层的强化纤维组中脱落的强化纤维
本发明的一体化成型体的接合状态，能够采用上述至少一种试验方法进行验证。
对本发明的夹层结构体(III)的制备方法没有特殊的限定。作为其制备方法的一例，有在芯材(I)两面配置使基体树脂(B)含浸在连续的强化纤维(A)中得到的中间原料(预浸料坯)，进行一体化成型的方法。作为其他例子，有在由连续的强化纤维(A)和芯材(I)构成的中间基材(预成型体)中注入液态树脂，进行一体化成型的方法。作为其他例子，还有在后续工序中接合预先成型的纤维强化材料(II)和芯材(I)的方法。作为本发明的夹层结构体(III)的制备方法，从可高精度地控制夹层结构体(III)的生产率和厚度的观点来看，优选采用在芯材(I)的熔点以下的温度下对预浸料坯和芯材(I)的层叠体进行加热、加压，进行一体化成型的方法。接下来，对从夹层结构体粘合性、厚度均匀性方面来看更为优选的制备方法进行说明。
制备本发明夹层结构体的本发明夹层结构体的制备方法，由下述工序构成，即在芯材(I)的两面配置由热塑性树脂构成的热粘合用基材(m)，再在该热粘合用基材(m)上层叠配置作为基体树脂(B)的热固性树脂含浸在由连续的强化纤维(A)构成的强化纤维束中而形成的预浸料坯的层叠工序，和在金属模中配置通过该层叠工序得到的层叠体，通过加热及施加压力进行成型的成型工序，该成型工序中，在上述热固性树脂发生固化反应时，或固化反应前进行预热时，使上述热粘合用基材(m)的热塑性树脂含浸在上述强化纤维束中。
在成型工序中，优选使处理温度在芯材(I)所用热塑性树脂的熔点或负荷挠曲变形温度以下。
从如何以更高的生产率将夹层结构体一体化方面来考虑，特别优选的制备方法如下所示。
在本发明的夹层结构体的制备方法中，优选在通过前述层叠工序得到的层叠体的表面进一步配置由热塑性树脂构成的热粘合用基材(n)的工序之后，向前述成型工序供给配置了该热粘合用基材(n)的层叠体，在前述热固性树脂发生固化反应时，或固化反应前进行预热时，使前述热粘合用基材(n)的热塑性树脂含浸在前述强化纤维束中.
如果在成型工序中预先预热金属模，则能够进一步提高生产率，故而优选。
对制备本发明一体化成型体时的一体化方法也没有特殊的限制。例如，有使用粘合剂进行一体化的方法或使用螺栓或螺钉进行一体化的方法。与热塑性部件一体化时，优选使用热熔敷、振动熔敷、超声波熔敷、激光熔敷、嵌件注塑成型、基体上注塑成型等。从成型循环的观点来看，优选使用基体上注塑成型、嵌件注塑成型。
作为本发明的夹层结构体及使用其形成的一体化成型体的用途，例如有各种齿轮、各种壳体、感应器、LED灯、接合器、插座、电阻器、继电器柜、开关、线圈骨架、电容器、光学拾波器、振荡器、各种端子板、变量器、插头、印刷电路板、调谐器、扩音器、麦克风、耳机、微型电动机、磁头支架(magnetic head base)、电源模块、半导体、显示器、FDD托架、底盘、HDD、MO、电动机刷握、抛物面天线、笔记本电脑、移动电话、数码静物摄像机(digital still camera)、PDA、便携式MD、等离子显示装置等电气或电子设备的配件、部件或外壳；以电话、传真、VTR、复印机、电视机、熨斗、电吹风、电饭煲、微波炉、音响设备、吸尘器、盥洗用品、激光盘(laser discs)、光盘(compact discs)、照明、冰箱、空调、打字机、文字处理器(wordprocessor)等为代表的家庭或办公产品的配件、部件或外壳；弹子机(pinball machine)、老虎机(slot machine)、游戏机等游戏或娱乐产品的配件、部件或外壳；显微镜、双筒望远镜、照相机、钟表等光学设备、精密机械相关配件、部件或外壳；X射线设备盒等医疗用途、电动机配件、交流发电机端子(alternator terminal)、交流发电机接合器、IC调整器、电位计底座、悬置配件、排气阀等各种阀、用于燃料方面的、排气类或吸气类各种管、进气口喷嘴通气管、进气歧管(intake manifold)、各种支架(arm)、各种框架(frame)、各种铰链、各种轴承、燃料泵、汽油箱、CNG箱、发动机冷却水接头、化油器主体、化油器隔板、排气气敏元件、冷却水传感器、油温传感器、制动器块耗损传感器(brake pad wear sensor)、节气门位置传感器、曲轴位置传感器(crankshaft position sensor)、空气流量计(air flowmeter)、制动器对接处磨损传感器(brake butt wear Sensor)、空调用恒温器基座(thermostat base)、取暖设备温风流量控制阀、散热器电动机用刷握(brush holder)、水泵叶轮、涡轮叶片、刮水器电动机相关配件、分配器、起动机开关、起动机继电器、传输用布线、风窗清洗器喷嘴、空调面板开关基板、燃料相关电磁阀用线圈、保险丝用连接器、电池托盘、AT支架、前照灯支架、踏板壳、手柄、门梁(doorbeam)、护罩、底盘、框架、扶手、喇叭形接头(horn terminal)、步进电动机转子(step motor rotor)、灯座(lamp socket)、灯光反射器、灯箱、制动活塞(brake piston)、隔噪罩、散热器支架(radiatorsupport)、备胎罩(spare tire cover)、座椅外壳(seat shell)、电磁线圈(solenoid bobbin)、发动机油滤清器、点火装置外壳、下罩板、防擦板(scuff plate)、柱饰板(pillar trim)、传动轴、车轮、翼子板(fender)、挡泥板(fascia)、减振器、减振器光束、机罩(bonnet)、气体配件(aero parts)、站台、机罩通风窗、车顶、仪表板、扰流板及各种组件等的汽车、双轮车相关配件、部件及外板、起落架吊舱(landing gear pod)、小翼、扰流板、边缘、阶梯、升降机、挡风板(fairing)、肋等航空器相关配件、部件及外板、各种球拍、高尔夫球杆、游艇、冲浪板、滑雪用品、钓鱼竿、自行车等体育用品相关配件、部件及人造卫星相关配件、镶板等建材用途等。
在上述用途中，优选用于要求轻质且高刚性的个人电脑、显示器、移动电话、移动信息终端等电气或电子设备、办公自动化设备、家电设备、医疗设备用途。特别是，在上述用途中，于平面部较多的外壳顶面(顶板)中使用本发明的夹层结构体时，能够充分地发挥薄壁、轻质、高刚性的特征，故而优选。
根据实施例，更加具体地说明本发明。实施例中所示的配合比例(％)，除去其它特定的情况外，全部为以重量％为基准的值。
在实施例中所用的对象物的评价方法，如下所述。
(1)夹层结构体的弯曲弹性模量
基于ISO 178，采用拉伸试验装置“Instron”(注册商标)5565型万能材料试验机(Instron·Japan(株)制)，试验速度设为1.27mm/分钟，测定弯曲弹性模量。
从夹层结构体的平面部，以夹层结构体的长度方向为基准，以0度、45度、90度、135度不同的角度切制成4种试验片，各准备5片。将4种切制角度的弯曲弹性模量的平均值作为夹层结构体的弯曲弹性模量。
(2)夹层结构体的芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度
以ASTM D 3846为基准，采用拉伸试验装置“Instron”(注册商标)5565型万能材料试验机(Instron·Japan(株)制)，试验速度设为1.27mm/分钟，测定粘接强度。
图9表示试验片91的形状及尺寸(单位：mm)。试验片91由芯材(I)92和与其两面接合的纤维强化材料(II)93构成，试验片91中，设置了图中所示的凹口94a、94b。需要说明的是，无法从夹层结构体中切制规定尺寸的试验片时，可以按比例缩小图9的形状，用此尺寸的试验片代替。可以根据下式计算粘接强度(单位：MPa)。
粘接强度(MPa)＝断裂负荷(N)/重叠面积(mm2)
重叠面积(mm2)＝宽度(mm)×重叠长度(mm)
(3)一体化成型体的粘接强度
以ISO4587为基准，采用拉伸试验装置“Instron”(注册商标)5565型万能材料试验机(Instron·Japan(株)制)，试验速度设为1.27mm/分钟，测定粘接强度。
图10表示试验片101的形状及尺寸(单位：mm)。试验片101由第1部件102和与其下面接合的第2部件103构成。需要说明的是，无法从一体化成型体中切出规定尺寸的试验片时，可以按比例缩小图10的形状，用此尺寸的试验片代替。可以根据下式计算粘接强度(单位：MPa)。
粘接强度(MPa)＝断裂负荷(N)/重叠面积(mm2)
重叠面积(mm2)＝宽度(mm)×重叠长度(mm)
此外，也可以简单地用如下得到的数值代替，即，从一体化成型体中切出试验片，使其含有第1部件和第2部件的接合部，用一侧的夹子固定第1部件，用另一侧的夹子固定第2部件后，与接合面平行地进行拉伸试验，用所得的强力值除以粘结面积所得的值代替。
对原材料的制备例进行说明，该原材料用于本发明以下说明的实施例中。
参考例1-1
将聚酰胺树脂(东丽(株)制CM8000，4元共聚酰胺6/66/610/12，熔点130℃)的圆片加工成大小为350×350mm、单位面积重量为50g/m2的薄膜(F-1)。
参考例1-2
将30重量％酸改性聚丙烯类树脂(三洋化成(株)制Yumex1010，酸值约52，熔点142℃)、和70重量％聚丙烯树脂(三井化学(株)制J229E，熔点155℃)，采用日本制钢所(株)制双螺杆挤出机(TEX-30α)在200℃下熔融混炼得到的圆片，加工成大小为350×350mm、单位面积重量为30g/m2的薄膜(F-2)。
需要说明的是，采用岛津制作所(株)制毛细管流变仪(capillaryrheometer)CFT-500D，在160℃、预热8分钟、负荷10kgf的条件下测定圆片的熔融粘度为185Pa·s。
实施例1
从在单向排列的碳纤维组中含浸环氧树脂(热固性树脂)形成的预浸料坯(使用东丽(株)制“TORAYCA(注册商标)”预浸料坯P3052S-12、东丽(株)制“TORAYCA(注册商标)”T700S，碳纤维含量：67重量％，纤维重量：125g/m2)中，以350×350mm的大小切出4片具有规定形状的预浸料坯薄片。使用上述薄片，以纤维方向为基准，按照0度/90度/薄膜(F-2)/芯材/薄膜(F-2)/90度/0度/薄膜(F-1)的顺序层叠，准备层叠体。芯材使用昭和电工(株)制“EFCELL(注册商标)”RC2010(独立发泡聚丙烯，厚度1mm，比重0.48)。
然后，在层叠体上下配置东丽杜邦(株)制“Tedora(注册商标)”薄膜作为脱模薄膜，放置在SUS制的加压成型用平板上，在150℃下施压1MPa的表面压力10分钟，然后在130℃下施压1MPa的表面压力20分钟，使环氧树脂固化。固化结束后，在室温下冷却，之后除去脱模薄膜，成型夹层板。从此夹层板中切出规定的大小(以纤维方向为长度方向，300×280mm的顶板1)，作为夹层结构体(III)。
夹层结构体(III)8的厚度为1.4mm，并且，在成型时加热、加压的影响下，芯材(I)6薄壁化为0.8mm。弯曲弹性模量为35GPa。测定芯材(I)6和纤维强化材料(II)7之间的粘接强度时，不发生界面剥离，拉力为3MPa时，芯材(I)6断裂。将此夹层结构体(III)8的芯材(I)6与纤维强化材料(II)7之间的接合部分切出，用光学显微镜观察其剖面时，如图3所示，观察到构成薄膜(F-2)的热塑性树脂在纤维强化材料中为对比度不同的区域。此改性聚烯烃树脂层的区域沿着强化纤维束的厚度方向含浸，最大含浸长度18为20μm。
在注塑成型金属模中嵌入所得的夹层结构体(III)8，使用长纤维圆片(东丽(株)制TLP1146S、碳纤维含量20重量％、聚酰胺树脂基体)，进行基体上注塑成型，在夹层结构体(III)8的外周形成作为第2部件2的具有凸起部或肋部4、铰接部5的框架。采用日本制钢所(株)制J350EIII注塑成型机进行注塑成型，气缸温度为280℃。所得的一体化成型体3至少在配置前述薄膜(F-1)的部分以约5mm的重叠长度接合，牢固地一体化。
所得的一体化成型体的重量为144g，确认其为轻质感和刚性感优异的外壳成型体。测定一体化成型体的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为10MPa时，框架部件断裂。从此一体化成型体中切出夹层结构体的纤维强化材料(II)和框架部件间的接合部分，使其于甲酸中溶解12小时，除去热塑性树脂部分，制作剖面观察用试验片。采用扫描型电子显微镜(SEM)观察试验片时，如图5所示，能观察到碳纤维组被剥出的状态。并且，能够观察到在接合面方向具有空隙的碳纤维组和在其相反方向没有空隙的碳纤维组的双层结构，确认通过连续强化纤维组强化的基体树脂和由热塑性树脂构成的粘合层之间的界面具有凸凹形状。碳纤维组的空隙部分是包埋强化纤维的热塑性树脂层存在的区域，根据其厚度，判定最大含浸长度57为40μm。
实施例2
将前述“EFCELL”RC2010削成厚度固定为0.8mm的薄片用作芯材(I)。通过在130℃施加1MPa的表面压力30分钟，使环氧树脂固化，进行夹层结构体(III)的成型。按照与实施例1相同的方法，制备夹层结构体(III)及一体化成型体。
作为顶板的夹层结构体的厚度为1.3mm，弯曲弹性模量为35GPa。芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度为2MPa，确认上述接合界面具有与实施例1相同的含浸结构，最大含浸长度18为15μm。
所得的一体化成型体的重量为136g，确认为轻质感和刚性感优异的外壳成型体。测定一体化成型体的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为10MPa时，框架部件断裂。最大含浸长度57为30μm。
实施例3
除不使用薄膜(F-1)之外，采用与实施例2相同的方法，制备夹层结构体(III)。
另外使用长纤维圆片(东丽(株)制TLP1146S，碳纤维含量20重量％，聚酰胺树脂基体)，进行由具有凸起部或肋部4、铰接部5的框架构成的第2部件2的注塑成型。
用乙醇清洗接合面后，采用前述Three Bond(株)制2液型粘结材料3921/3926粘合所得的夹层结构体(III)和第2部件，制备一体化成型体3。粘合后在常温下放置24小时。
所得的一体化成型体的重量为139g，确认为轻质感和刚性感优异的外壳成型体。另外，一体化成型体的粘接强度为7MPa。
实施例4
从在碳纤维织物中含浸环氧树脂(热固性树脂)形成的预浸料坯(使用东丽(株)制“TORAYCA(注册商标)”预浸料坯F6142-05、东丽(株)制TORAYCA T300，碳纤维含量60重量％，纤维重量119g/m2)中，以350×350mm的尺寸切出2片具有规定形状的预浸料坯薄片。用上述薄片，以纤维方向为基准，按照(0度/90度)/薄膜(F-2)/芯材/薄膜(F-2)/(0度/90度)的顺序依次层叠，使用层叠形成的层叠体，采用与实施例1相同的方法，制备夹层结构体(III)。
作为顶板的夹层结构体(III)的厚度为1.2mm，弯曲弹性模量为32GPa。测定芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为3MPa时，芯材断裂。
确认上述接合界面具有与实施例1相同的含浸结构，最大含浸长度18为20μm。采用与实施例3相同的方法，进行第2部件2的注塑成型，制备与夹层结构体(III)的一体化成型体3。
确认所得的一体化成型体的重量为113g，为轻质感极其优异、刚性感良好的外壳成型体。
实施例5
除直接使用大阪树脂化工(株)制“orphan(注册商标)”P23(聚丙烯薄片，厚度0.3mm，比重0.91)作为芯材之外，采用与实施例1相同的方法制备一体化成型体3。
作为顶板的夹层结构体的厚度为0.8mm，弯曲弹性模量为38GPa。测定芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为6MPa时，芯材(I)断裂。确认上述接合界面具有与实施例1相同的含浸结构，最大含浸长度18为20μm。
确认所得的一体化成型体的重量为127g，为轻质感和刚性感优异的外壳成型体.测定一体化成型体的粘接强度时，不发生界面剥离，拉力为10MPa时，框架部件断裂.最大含浸长度57为30μm.
实施例6
将东丽(株)制“TORAY PEF(注册商标)”30060(独立发泡聚乙烯，厚度6mm，比重0.03)切割成厚度为1mm薄片，使用所得的薄片作为芯材，采用与实施例4相同的方法，制备一体化成型体3。
作为顶板的夹层结构体的厚度为1.4mm，弯曲弹性模量为30GPa。测定芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为1MPa时，芯材断裂。确认上述接合界面具有与实施例1相同的含浸结构，此时的最大含浸长度18为20μm。
确认所得的一体化成型体的重量为84g，为轻质感和刚性感优异的外壳成型体。测定一体化成型体的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为10MPa时，框架部件断裂。最大含浸长度57为30μm。
对本发明以下说明的实施例中使用的原材料的制备例进行说明。
参考例2-1
用以聚丙烯腈作为主要成分的共聚物进行纺丝、烧成处理，制作长丝总数为24000条的碳纤维。此碳纤维的特性如下所示。
每单位长度的质量：     1.7g/m
比重：                 1.8g/cm3
拉伸强度：             5GPa
拉伸弹性模量：         235GPa
在以硫酸为电解质的水溶液中对所得的碳纤维按每1g碳纤维3库仑进行电解表面处理，再使其附着施胶剂(sizing agent)。首先，将化学式C18H35O-(CH2CH2O)8-H表示的数均分子量为600、HLB为11.3的聚氧乙烯油基醚(polyoxyethylene oleyl ether)配制成浓度为4％的水溶液，将碳纤维浸渍在上述水溶液中，使其附着1.5重量％的前述聚氧乙烯油基醚。采用热风干燥机在200℃下干燥2分钟后，使用盒式切割机(cartridge cutter)，切成长度为6.4mm，得到短切碳纤维。
准备规定量的上述得到的短切碳纤维和将聚酰胺6树脂(东丽(株)制CM1001，熔点215℃)冻结粉碎成平均粒径为300μm的粉末，采用抄纸法制成网状物后，在140℃下干燥除去水分。在240℃下对得到的网状物施加0.5MPa的表面压力8分钟，加热加压后，在室温下冷却，得到厚度为0.6mm、单位面积重量为150g/m2、比重为0.25、碳纤维重量分数为33重量％的芯材(C-1)。
图11为芯材(I)表面的SEM观察照片。如图4及图11所示，碳纤维的长丝41之间相互交叉，形成空隙结构(网状结构)44。如图4及图11所示，聚酰胺6树脂43覆盖了几乎所有的交叉部分42。
参考例2-2
在240℃下对采用与参考例2-1相同的方法得到的网状物施加0.5MPa的表面压力2分钟，加热加压后，在室温下冷却，得到厚度为1.5mm、薄片单位面积重量为400g/m2、比重0.27、碳纤维重量分数为33重量％的芯材(C-2)。
图12为芯材(I)表面的SEM观察照片.在碳纤维的长丝41之间相互交叉部分42中，配置聚酰胺6树脂43的比例不足50％.
参考例2-3
将聚碳酸酯树脂(日本GE Plastics(株)制LEXAN121R，负荷挠曲变形温度130℃)的圆片，加工成大小为350×350mm、单位面积重量为30g/m2的薄膜(F-3)。
实施例7
使用参考例2-1制备的芯材(C-1)作为芯材(I)，按照0度/90度/薄膜(F-3)/芯材/薄膜(F-3)/90度/0度/薄膜(F-1)依次层叠，准备层叠体，采用与实施例1相同的方法，制备夹层结构体(III)及一体化成型体。
作为顶板的夹层结构体(III)的厚度为1.1mm，弯曲弹性模量为36GPa。芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度为2MPa，确认上述接合界面具有与实施例1相同的含浸结构，最大含浸长度18为15μm。
确认所得的一体化成型体的重量为117g，为轻质感和刚性感优异的外壳成型体。测定一体化成型体的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为10MPa时，框架部件断裂。最大含浸长度57为30μm。
实施例8
使用参考例2-2制备的芯材(C-2)作为芯材(I)，采用与实施例7相同的方法，制备夹层结构体(III)及一体化成型体。
作为顶板的夹层结构体(III)的厚度为1.5mm，并且在成型时的加热、加压的影响下，芯材(I)薄壁化为1.0mm。弯曲弹性模量为32GPa。芯材(I)和纤维强化材料(II)之间的粘接强度为0.5MPa，确认上述接合界面具有与实施例1相同的含浸结构，最大含浸长度18为15μm。
确认所得的一体化成型体的重量为138g，为轻质感和刚性感优异的外壳成型体。测定一体化成型体的粘接强度时，未发生界面剥离，拉力为10MPa时，框架部件断裂。最大含浸长度57为30μm。
产业上的可利用性
本发明的夹层结构体具有基于其特征结构的优异的力学特性、轻质性及薄壁性。本发明的夹层结构体的制备方法具有优异的批量生产率，其生产与现有的生产相比，能够极其经济地进行。使用本发明的夹层结构体的一体化成型体适于用作笔记本电脑等电气·电子设备的配件、部件或外壳。

Claims (24)

1.一种夹层结构体，所述夹层结构体是由芯材(I)和配置在该芯材(I)两面的纤维强化材料(II)构成的夹层结构体(III)，所述纤维强化材料(II)由连续强化纤维(A)和基体树脂(B)构成，所述芯材(I)具有空隙，并且，所述芯材(I)的厚度为0.1至1.5mm，比重为0.01至1.2，根据ASTM D 3846测定的所述芯材(I)与所述纤维强化材料(II)的粘接强度在1MPa以上。
2.如权利要求1所述的夹层结构体，其中，所述芯材(I)为发泡体，并且所述发泡体具有独立气泡。
3.如权利要求1所述的夹层结构体，其中，所述芯材(I)由聚烯烃类树脂构成。
4.如权利要求3所述的夹层结构体，其中，在所述芯材(I)和所述纤维强化材料(II)的层间配置改性聚烯烃类树脂层。
5.如权利要求4所述的夹层结构体，其中，所述改性聚烯烃类树脂在160℃下测定的熔融粘度为10至500Pa·s。
6.如权利要求4所述的夹层结构体，其中，所述改性聚烯烃类树脂含有20重量％以上的酸改性聚烯烃类树脂，并且，该酸改性聚烯烃类树脂的酸值在10以上。
7.如权利要求4所述的夹层结构体，其中，所述改性聚烯烃类树脂含浸在构成所述纤维强化材料(II)的强化纤维束中，其最大含浸长度在10μm以上。
8.一种夹层结构体，所述夹层结构体是由芯材(I)和配置在该芯材(I)两面的纤维强化材料(II)构成的夹层结构体(III)，该纤维强化材料(II)由连续强化纤维(A)和基体树脂(B)构成，所述芯材(I)由不连续强化纤维和热塑性树脂构成，所述强化纤维的长丝之间相互交叉形成空隙结构，在该交叉部分配置所述热塑性树脂，并且，所述芯材(I)的厚度为0.1至1.5mm，比重为0.1至1.0，并且，在所述芯材(I)和所述纤维强化材料(II)的层间配置热塑性树脂层。
9.如权利要求8所述的夹层结构体，其中，在所述芯材(I)的长丝之间相互交叉部分中，配置所述热塑性树脂的交叉部分的比例在50％以上。
10.如权利要求8所述的夹层结构体，其中，所述芯材(I)中的所述热塑性树脂的熔点或负荷挠曲变形温度在160℃以上。
11.如权利要求8所述的夹层结构体，其中，构成在所述芯材(I)和所述纤维强化材料(II)的层间配置的热塑性树脂层的热塑性树脂的熔点或负荷挠曲变形温度在160℃以下。
12.如权利要求11所述的夹层结构体，其中，在构成所述纤维强化材料(II)的强化纤维束中含浸构成所述热塑性树脂层的热塑性树脂，其最大含浸长度在10μm以上。
13.如权利要求1或8所述的夹层结构体，其中，所述强化纤维(A)为碳纤维。
14.如权利要求1或8所述的夹层结构体，其中，所述基体树脂(B)为热固性树脂。
15.一种一体化成型体，所述一体化成型体是由权利要求1或8所述的夹层结构体(III)构成的第1部件和由其他结构部件构成的第2部件接合形成的，该第1部件为面状，该第2部件在厚度方向上具有形状变化。
16.如权利要求15所述的一体化成型体，其中，所述第1部件和所述第2部件通过粘合层接合。
17.如权利要求16所述的一体化成型体，其中，所述粘合层由热塑性树脂构成。
18.如权利要求17所述的一体化成型体，其中，所述粘合层与所述纤维强化材料(II)接合，并且，在接合界面，构成所述粘合层的热塑性树脂和构成所述纤维强化材料(II)的基体树脂(B)以具有凸凹形状的方式进行接合.
19.如权利要求18所述的一体化成型体，其中，在构成所述纤维强化材料(II)的强化纤维束中含浸构成所述粘合层的热塑性树脂，其最大含浸长度在10μm以上。
20.如权利要求15所述的一体化成型体，其中，所述第2部件为由热塑性树脂组合物构成的部件。
21.一种电气或电子设备，通过权利要求15所述的一体化成型体形成部件。
22.一种权利要求1或8所述夹层结构体的制备方法，所述制备方法由下述工序构成：
在芯材(I)的两面配置由热塑性树脂构成的热粘合用基材m，再在该热粘合用基材m上层叠配置预浸料坯的层叠工序，该预浸料坯通过在连续强化纤维(A)的强化纤维束中含浸作为基体树脂(B)的热固性树脂而形成；
和在金属模中配置通过该层叠工序得到的层叠体，加热及施加压力进行成型的成型工序，在该成型工序中，在所述热固性树脂发生固化反应时，或固化反应前进行预热时，使所述热粘合用基材m的热塑性树脂含浸在所述强化纤维束中。
23.如权利要求22所述的夹层结构体的制备方法，在通过所述层叠工序所得的层叠体的表面进一步配置由热塑性树脂构成的热粘结用基材n的工序后，向所述成型工序供给配置了该热粘合用基材n的层叠体，在所述热固性树脂发生固化反应时，或固化反应前进行预热时，使所述热粘合用基材n的热塑性树脂含浸在所述强化纤维束中。
24.如权利要求15所述的一体化成型体的制备方法，所述制备方法采用选自热熔敷、振动熔敷、超声波熔敷、激光熔敷、嵌件注塑成型、基体上注塑成型中的至少一种一体化方法，接合由权利要求1或8所述的夹层结构体(III)构成的第1部件和由其他结构部件构成的第2部件。
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