CN110072693B - 复合结构体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供弯曲刚性、轻量性和形状赋形性优异的复合结构体及其制造方法。本发明涉及的复合结构体是在由第1增强纤维和第1树脂构成的结构体的至少一个表面配置有具有多个由第2增强纤维和第2树脂构成的层的叠层体的复合结构体，上述第1增强纤维为不连续纤维，并且厚度方向的平均纤维取向角在5～60°的范围内，上述第2增强纤维为不连续纤维，并且厚度方向的平均纤维取向角在0～5°的范围内，上述结构体的密度在0.01～1g/cm3的范围内，上述叠层体的增强纤维量的体积含有率的变动率在0～10％的范围内，在上述叠层体的与上述结构体相接的面的相对面具有突出部。

Description

复合结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及在由增强纤维和树脂构成的结构体的至少一个表面配置有 具有多个由增强纤维和树脂构成的层的叠层体的复合结构体及其制造方 法。
背景技术
近年来，关于汽车、航空器、体育制品等产业用制品，对提高刚性、 轻量性的市场要求逐年提高。为了应对这样的要求，刚性、轻量性优异的 纤维增强树脂被广泛用于各种产业用途。具体而言，为了满足轻量性、刚 性，研究了利用具有轻量性的纤维增强基材作为夹层结构体的芯材(参照专 利文献1)。另一方面，作为与考虑了形状赋形性的纤维增强树脂叠层体有 关的技术，公开了在配合了填充剂的树脂片材的表面使用了由连续的增强 纤维和树脂形成的所谓预浸料的技术(参照专利文献2)。进一步，作为使向 复杂形状的赋形性提高的技术，公开了在包含增强纤维和热塑性树脂的预 浸料的至少一个表面叠层具有空隙的片状物的叠层基材(参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/029634号
专利文献2：国际公开第2015/083707号
专利文献3：国际公开第2015/083820号
发明内容
发明所要解决的课题
然而专利文献1所记载的方法为了对应各种制品，必须赋形成复杂、 具有多个的形状，因此需要考虑表皮材的形状赋形性。此外专利文献2所 记载的方法是通过对预浸料设置切口，从而在成型工序中在树脂片材的流 动的同时被赋形的技术，但为了确保力学特性，树脂片需要配合密度高的 无机物的填充剂，因此无助于轻量化。进一步专利文献3所记载的方法由 于在将叠层基材成型为成型品时空隙消失，因此无法实现轻量化。
基于以上，提供满足刚性和轻量性，同时如果考虑制品化则形状赋形 性优异的复合结构体成为当务之急。因此本发明是鉴于上述课题而提出的， 其目的是提供弯曲刚性、轻量性和形状赋形性优异的复合结构体及其制造 方法。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明如下。
一种复合结构体，是在由第1增强纤维和第1树脂构成的结构体的至 少一个表面配置具有多个由第2增强纤维和第2树脂构成的层的叠层体、 并进行一体化而成的复合结构体，
上述第1增强纤维为不连续纤维，并且厚度方向的平均纤维取向角在 5～60°的范围内，
上述第2增强纤维为不连续纤维，并且厚度方向的平均纤维取向角在 0～5°的范围内，
上述结构体的密度在0.01～1g/cm3的范围内，
上述叠层体的第2增强纤维的体积含有率的变动率在0～10％的范围 内，
在上述叠层体的与上述结构体相接的面的相对面具有突出部。
发明的效果
根据本发明，可以提供刚性、轻量性和形状赋形性优异的复合结构体 及其制造方法。
附图说明
图1是显示本发明的实施方式涉及的复合结构体的截面结构的示意 图。
图2是本发明的实施方式的变形例1涉及的复合结构体的立体图。
图3是本发明的实施方式的变形例2涉及的复合结构体的立体图。
具体实施方式
以下，对本发明的复合结构体和复合结构体的制造方法进行说明。
本发明是在由第1增强纤维和第1树脂构成的结构体的至少一个表面 配置具有多个由第2增强纤维和第2树脂构成的层的叠层体、并进行一体 化而成的复合结构体。
关于复合结构体中的叠层体与结构体的配置关系，在本发明中，只要 在结构体的至少一个面配置叠层体，则不设特别限制，一般而言，可以采 用在结构体的一个表面侧配置叠层体的法式吐司(canape)结构、或将结构 体用叠层体夹入的结构即夹层结构。从保持力学特性的观点考虑，优选为 夹层结构，从确保所需最低限度的力学特性、同时实现轻量性的观点考虑， 优选为法式吐司结构。
复合结构体在叠层体的与结构体相接的面的相对面具有从该面突出的 突出部。所谓突出部，是指从复合结构体的平面或曲面部分向面外方向突 出的部分。通过在叠层体上配置突出部，除了上述的力学特性的确保以外， 还可以扩充制品化时的结构设计。不具有突出部的情况下，即在复合结构 体仅由平板形状、半球形状构成的情况下，对于弯曲刚性设有设计上的限 制。
从复合结构体的形状赋形性、形状赋形后的复合结构体的力学特性的 观点考虑，突出部进一步优选为肋和/或凸起。在复合结构体中，通过设置 肋和/或凸起，可以对弯曲刚性赋予由形状带来的刚性提高效果，因此是优 选的。即，可以使来源于结构体、叠层体的弯曲刚性以上的弯曲刚性表现。
图1是显示本发明的实施方式涉及的复合结构体1的截面结构的示意 图。复合结构体1在由第1树脂2、第1增强纤维3、和空隙4构成的结构 体5的表面侧和背面侧分别配置有叠层体6-1，6-2，在表面侧的叠层体6-1 的与结构体5相接的面的相反的平面f1，设置有从平面f1突出的肋7。肋 7相当于本发明中的突出部。需要说明的是，图1中，省略了构成叠层体 6-1、6-2的第2树脂、和第2增强纤维的图示。肋7在叠层体6-1的平面 f1的中央部遍及长度方向的全长(从一端部到另一端)而设置，但也可以设 置在长度方向的一部分。此外，肋7形成直线状，但不限定于此，可以为 Z字形状、波状。进一步，可以平行地设置多根肋7，进一步此外也可以 以格子状设置肋。此外，在使复合结构体为半球状的情况下，也可以从中 心起以放射状设置肋。
图2是本发明的实施方式的变形例1涉及的复合结构体1A的立体图。 复合结构体1A在结构体5的表面侧和背面侧分别配置有叠层体6-1A、6-2， 在表面侧的叠层体6-1A的与结构体5相接的面的相反的平面f1设置有多 个从平面f1突出的凸起7A。凸起7A相当于突出部。凸起7A形成圆柱状， 但不限定于此，可以为六棱柱状等棱柱状，内部可以为空洞状。
图3是本发明的实施方式的变形例2涉及的复合结构体1B的立体图。 复合结构体1B在结构体5B的表面侧和背面侧分别配置有叠层体6-1B、 6-2，在表面侧的叠层体6-1B的与结构体5B相接的面的相反的平面f1形 成有突出部7B。突出部7B通过弯曲成大致直角的弯曲部8a、8b、8c、8d 形成。变形例2中，弯曲部弯曲成大致直角，使突出部向叠层体的面外突 出，但弯曲角度可以为锐角或钝角，弯曲的方向可以为叠层体的内部方向。 突出部除了图3所示那样的矩形以外，还可以为帽子(ハット)、波纹板 形状。上述的肋、凸起、和突出部例如除了作为增强部起作用以外，还相 当于收纳、设置螺丝等功能部件的位置。
进一步本发明中，优选突出部的80体积％以上且100体积％以下含有 叠层体。通过突出部含有80体积％以上100体积％以下的叠层体，可以使 有助于力学特性、特别是弯曲刚性的弯曲弹性模量优选地表现。从上述观 点考虑，进一步优选的突出部中的叠层体的体积含有率为90体积％以上且 100体积％以下，特别是优选为100体积％。
从复合结构体的制作的容易性的观点、使复合结构体的弯曲刚性为充 分的值的观点考虑，本发明的复合结构体优选复合结构体的具有突出部的 面(称为投影面)的投影面积(Ap)、与上述投影面的实测面积(As)的比 (As)/(Ap)为大于1且为2.5以下的范围内的面积比。例如，图2的复合结 构体1A中，投影面积(Ap)为叠层体6-1A的平面f1的面积，实测面积(As) 为凸起7A的侧面积的合计、与叠层体6-1A的平面f1的面积的和。该比 (As)/(Ap)大于1是指复合结构体可以制作平板形状以外的突出部，能够扩 大制品设计的范围，因此是优选的。从上述观点考虑，比(As)/(Ap)更优选 为大于1且为1.5以下的范围内。通过比(As)/(Ap)大于1且为2.5以下的范 围内，具有下述特别效果：由叠层体和结构体构成的复合结构体具有高的 赋形性能。
进一步，在复合结构体中，在将构成叠层体的第2增强纤维的质均纤 维长度设为Ls，将构成结构体的第1增强纤维的质均纤维长度设为Lc时， 比Ls/Lc在1～50的范围内时复合结构体的形状赋形性优异，因此是优选 的。通过为这样的范围，叠层体中的第2增强纤维、与结构体中的第1增 强纤维的长度没有大的差异，从而叠层体易于追随于制品形状。通过使比 Ls/Lc为上述范围，从而在叠层体中的第2增强纤维随着第2树脂而变形 为突出部的形状时，可以减小结构体中的第1增强纤维对叠层体的变形的 阻碍。即，可以防止将配置于突出部的叠层体推开，而结构体向突出部(例 如，矩形形状部)侵入。从上述观点考虑，优选的Ls/Lc的比为1～30，特 别优选为1～15。
〔叠层体〕
构成本发明的复合结构体的叠层体具有多个由第2增强纤维和第2树 脂构成的层。而且，叠层体中的层的数只要是多个即2个以上，就没有特 别限定。需要说明的是，在叠层体中的层仅为1层的情况下，在制作复合 结构体时，缺乏叠层体的赋形性，难以获得所希望的形状，因此叠层体中 的层的数为多个。
叠层体中的层的数只要是2层以上，就没有特别限定，优选地，从有 助于弯曲刚性的弯曲弹性模量的均质化的观点考虑，优选叠层体中的层准 各向同性地叠层。具体而言，为了均质地获得高的弯曲刚性，叠层体中的 层优选为以[0/90]、[+45/0/-45/90]、[0/±60]作为单元的正交叠层 或各向同性叠层。
构成本发明的复合结构体的叠层体的第2增强纤维为不连续纤维，并 且在最接近结构体侧的层中的厚度方向的平均纤维取向角在0°～5°的范围 内。通过第2增强纤维为不连续纤维，在对叠层体施加外力而成型的情况 下，向复杂形状的赋形变得容易。进一步，通过第2增强纤维在叠层体的 最接近结构体侧的层中的厚度方向的平均纤维取向角在0°～5°的范围内， 从而叠层体本身的力学特性、特别是弯曲特性优异。在高于5°的情况下， 第2增强纤维沿厚度方向取向变得过多，从而有时不能满足弯曲特性。从 使力学特性进一步满足的观点考虑，优选第2增强纤维在最接近结构体侧 的层中的平均纤维取向角为3°以下。
这里，第2增强纤维在最接近结构体侧的层中的厚度方向的平均纤维 取向角通过求出叠层体的截面方向(厚度方向)的第2增强纤维在最接近结 构体侧的层中的取向角度而获得。所谓平均纤维取向角，是相对于叠层体 的截面方向的倾斜程度，换言之，是增强纤维相对于厚度方向的倾斜程度。 值越大则表示越沿厚度方向直立地倾斜，在0°以上且90°以下的范围被提 供。即，通过使第2增强纤维在最接近结构体侧的层中的厚度方向的平均纤维取向角在0°～5°的范围内，可以更加有效果地表现叠层体的增强功能。 第2增强纤维在最接近结构体侧的层中的厚度方向的平均纤维取向角鉴于 制成叠层体时的弯曲刚性的表现而为5°以下。进一步更优选为3°以下。
在本发明中，作为复合结构体而与结构体一体化了的叠层体中的第2 增强纤维的体积含有率的变动率在0～10％的范围内。通过为这样的方案， 以弯曲弹性模量为代表的力学特性变得均质。进一步，所谓第2增强纤维 的体积含有率的变动率为0～10％，是指在制成了复合结构体时不同测定 位置的第2增强纤维的体积含有率的偏差少，换言之表示最终制品的设计 的容易性、形状的稳定性理想的结果。从上述观点考虑，叠层体中的第2 增强纤维的体积含有率的变动率优选为5％以下，更优选为0％。
这里，第2增强纤维的体积含有率的变动率可以通过已知的方法而获 得。例如，通过水中置换法求出预先从复合结构体取出的叠层体的密度， 由测定的体积含有率的平均值、测定数、标准偏差算出作为偏差的指标的 变异系数(CV值(％))，可以采用其作为体积含有率的变动率。
优选本发明中的叠层体中的各层的实质上全部的第2增强纤维通过切 口被切断，通过上述切口被切断的第2增强纤维的质均纤维长度Ls在10～ 100mm的范围内。通过第2增强纤维通过切口被切断，在获得复合结构体 时叠层体中的第2增强纤维随着第2树脂进行变形变得容易，因此赋形性 提高。对于叠层体的各层，为了表现优异的弯曲刚性、在向突出部的叠层 体的体积含有率的变动率、赋形性方面表现优异的效果，优选对由沿一个 方向并丝的第2增强纤维和第2树脂构成的单向性预浸料、或由经纱和纬 纱构成的织物预浸料引入切口。
需要说明的是，所谓“实质上全部的第2增强纤维通过切口被切断”， 表示关于构成叠层体的各层中的第2增强纤维，未通过切口切断的第2增 强纤维的面积小于该层的面积中所占的比例的5％。
通过切口被切断的第2增强纤维的质均纤维长度Ls在10～100mm的 范围内从赋形性与力学特性的平衡考虑是优选的，进一步优选在20～ 60mm的范围内。在叠层体中，有时也存在比质均纤维长度Ls短的第2增 强纤维，但小于10mm或超过100mm的长度的第2增强纤维越少越好， 小于10mm或超过100mm的长度的第2增强纤维存在的面积优选小于第2 增强纤维存在的层的面积中所占的比例的5％。
此外，形成叠层体的各层的厚度优选在30～300μm的范围内。本发明 的叠层体的各层由于具有切口，因此如果被切割的层的厚度大则具有生产 性降低的倾向。因此，各层的厚度优选为300μm以下。另一方面，即使各 层的厚度小于30μm也没有问题，但稳定地制造极其薄的层是非常困难的。 因此从生产性的观点考虑，优选为30μm以上。从生产性的观点考虑，各 层的厚度进一步优选为50～150μm。
本发明的叠层体如上所述是具有多个由第2增强纤维和第2树脂构成 的层的叠层体。而且叠层体的由叠层体中的1个层的第2增强纤维的取向 方向、和与该层相邻的层的第2增强纤维的取向方向形成的角度在4°以上 且90°以下的范围内时，叠层体的弯曲刚性优异，因此是优选的。叠层体 的弯曲刚性优异的结果是，可以使复合结构体的弯曲刚性提高，因此是优 选的。
叠层体中的各层的切口与第2增强纤维所成的角度θ的绝对值为2～ 25°从赋形性的观点考虑是优选的。通过为25°以下，力学特性的提高表现 理想的效果。另一方面，如果角度θ的绝对值小于2°则也可以获得流动性 和力学特性，但有时难以稳定地引入切口。这是因为，如果相对于第2增 强纤维，切口过于锐角，则在引入切口时，第2增强纤维与刀刃的接触不 稳定。此外，为了使第2增强纤维的质均纤维长度Ls为10～100mm，如 果角度θ的绝对值小于2°，则至少切口彼此的距离过小，缺乏生产稳定性。 此外，如果切口彼此的距离小则存在叠层体的操作性变难这样的问题。因 此，叠层体中的各层的切口与第2增强纤维所成的角度θ的绝对值优选为 2～25°，如果鉴于切口的控制的容易性与弯曲刚性的关系，则进一步优选 在5～15°的范围内。
进一步，从弯曲刚性的表现的观点考虑，优选构成叠层体的各层的第 2增强纤维的纤维体积含有率在45～65％的范围内。如果第2增强纤维的 纤维体积含有率低于45％，则用于表现叠层体的弯曲刚性而必要的第2增 强纤维的量少，因此弯曲刚性差。另一方面，如果高于65％，则制造叠层 体时的第2树脂向第2增强纤维的含浸变得困难，因此不优选。
作为向本发明的叠层体插入切口的方法，首先，制作使第2树脂含浸 于沿一个方向并丝的连续的第2增强纤维的叠层体前体(所谓预浸料基材)。 然后可以例示：通过使用刀具的手工作业、裁切机而向预浸料基材引入切 口的方法；将在规定位置配置了刀刃的旋转辊向预浸料基材连续按压的方 法。此外，预浸料基材可以在将带状的预浸料基材完全切断后，再排列成 所希望的构成，或从一定高度使其自由落下而随机配置。另一方面，可以在向第2增强纤维引入切口后使第2树脂含浸。
需要说明的是，本发明的叠层体中的各层优选第2增强纤维为碳纤维， 第2树脂为热固性树脂。通过使用碳纤维作为第2增强纤维，从可以制成 弯曲弹性模量与密度的平衡优异的叠层体的观点考虑是优选的。此外，通 过使用热固性树脂作为第2树脂，从所得的叠层体的力学特性的可靠性的 观点、叠层体的制作的容易性考虑是优选的。
〔结构体〕
本发明中的结构体的密度在0.01～1g/cm3的范围内。在结构体的密度 ρ大于1g/cm3的情况下，意味着结构体的质量增加，结果，导致制成复合 结构体的情况下的质量的增加，因此不优选。在低于作为密度的下限值的 0.01g/cm3的情况下，结构体本身的密度优异，但结构体中的第1增强纤维 与第1树脂的体积比例过少，因此力学特性的保持变得困难。从保持结构 体的力学特性这样的观点考虑，结构体的密度优选为0.03g/cm3以上，进一步，如果考虑密度与力学特性的平衡，则结构体的密度优选为0.1g/cm3以 上。
结构体中的第1增强纤维为不连续纤维、且质均纤维长度为1～15mm 时，可以提高第1增强纤维对结构体的增强效率，对结构体提供优异的力 学特性，因此是优选的。通过第1增强纤维的质均纤维长度为1mm以上， 可以高效率地形成结构体中的空隙，因此可以使密度低，换言之，获得虽 然为相同质量但是为所希望的厚度的结构体变得容易，因此是优选的。另 一方面，在第1增强纤维的质均纤维长度为15mm以下的情况下，在结构 体中第1增强纤维不易因为自重而弯曲，不阻碍力学特性的表现，因此是 优选的。第1增强纤维的质均纤维长度可以与第2增强纤维的质均纤维长 度同样地测定。
本发明中，为了将结构体的密度控制在0.01～1g/cm3的范围内，也优 选结构体具有空隙。
这里，所谓空隙，是指被第1树脂被覆的第1增强纤维成为柱状的支 持体，通过其重合或交叉而形成的空间。例如在将第1树脂预先含浸于第 1增强纤维而成的结构体前体加热而获得结构体的情况下，通过伴随加热 的第1树脂的熔融或软化，第1增强纤维起毛从而形成空隙。这基于下述 性质：在结构体前体中，通过加压而变为压缩状态的内部的第1增强纤维 通过来源于其弹性模量的起毛力而起毛。
具有空隙的结构体进一步优选如果将第1增强纤维、第1树脂、和空 隙的合计的体积设为100体积％，则第1增强纤维的体积含有率为0.5体 积％以上且55体积％以下，第1树脂的体积含有率为2.5体积％以上且85 体积％以下，空隙的体积含有率为10体积％以上且97体积％以下。对此 进行说明。
在结构体中，第1增强纤维的体积含有率在0.5体积％以上55体积％ 以下的范围内从满足结构体中的第1增强纤维的增强效果、轻量性的观点 考虑是优选的。如果第1增强纤维的体积含有率为0.5体积％以上，则可 以使来源于第1增强纤维的增强效果充分，因此是优选的。另一方面，在 第1增强纤维的体积含有率为55体积％以下的情况下，第1树脂相对于第 1增强纤维的体积含有率相对变多，可以将结构体中的第1增强纤维彼此 粘结，使第1增强纤维的增强效果充分，因此可以满足结构体的力学特性、 特别是弯曲特性，因此是优选的。
此外，结构体中的第1树脂的体积含有率优选在2.5体积％以上且85 体积％以下的范围内。在第1树脂的体积含有率为2.5体积％以上的情况 下，可以将结构体中的第1增强纤维彼此粘结，使第1增强纤维的增强效 果充分，可以满足结构体的力学特性、特别是弯曲弹性模量，因此是优选 的。另一方面，通过第1树脂的体积含有率为85体积％以下，不阻碍空隙 的形成，因此是优选的。
进一步，结构体中的空隙的体积含有率优选在10体积％以上且97体 积％以下的范围内。通过空隙的体积含有率为10体积％以上，从而结构体 的密度变小，因此可以满足轻量性，是优选的。另一方面，在空隙的体积 含有率为97体积％以下的情况下，被覆第1增强纤维周围的第1树脂的厚 度变得充分，可以使结构体中的第1增强纤维彼此的增强充分进行，力学 特性变高，因此是优选的。
本发明的结构体在将弯曲弹性模量设为Ec，将密度设为ρ时，以 Ec1/3·ρ-1表示的比弯曲刚性在3以上且20以下的范围内，并且，结构体 的弯曲弹性模量Ec为3GPa以上，这从制成复合结构体时的弯曲刚性与轻 量性的平衡的观点考虑是优选的。在结构体的比弯曲刚性小于3的情况下， 虽然弯曲弹性模量高，但为密度也高的状态，有时得不到所希望的轻量化 效果。另一方面，在结构体的比弯曲刚性大于20的情况下，虽然轻量化效 果充分，但是显示弯曲弹性模量低，有时难以保持作为结构体所希望的形 状、结构体本身的弯曲弹性模量差。一般而言钢材、铝的比弯曲刚性为1.5 以下，本发明的复合结构体中的结构体的比弯曲刚性与这些金属材料相比 具有极其优异的比弯曲刚性。本发明的复合结构体中的结构体的比弯曲刚 性从轻量化效果与比弯曲刚性的平衡考虑优选为4以上，进一步优选为5以上。
进一步，结构体的弯曲弹性模量Ec优选为3GPa以上，更优选为6GPa 以上。在结构体的弯曲弹性模量Ec小于3GPa的情况下，制成复合结构体 而使用的范围有时受到限制。此外，为了使复合结构体的设计容易，结构 体的弯曲弹性模量优选具有各向同性。对弯曲弹性模量的上限不设限制， 但一般而言对于由第1增强纤维和第1树脂构成的结构体，由作为其构成 成分的第1增强纤维和第1树脂各自的弹性模量算出的值能够成为上限。 在本发明涉及的结构体中，使用结构体本身的弯曲弹性模量进行构件的设 计，为了供于实用只要有5GPa就是充分的。
本发明中的第1增强纤维为不连续纤维，并且厚度方向的平均纤维取 向角在5°～60°的范围内。通过第1增强纤维为不连续纤维，从而在对结构 体施加外力而成型的情况下，向复杂形状的赋形变得容易。进一步，通过 使第1增强纤维的厚度方向的平均纤维取向角在5°～60°的范围内，从而通 过第1增强纤维形成的空隙致密化，并且可以高效率地生成空隙，控制结 构体的密度变得容易。即，在结构体中，通过第1增强纤维为不连续纤维 并且，具有特定范围内的平均纤维取向角，从而可以将在结构体中的第1 增强纤维的纤维束端可能产生的力学弱部极小化，因此除了优异的增强效 率和可靠性以外，还赋予各向同性。
结构体中的第1增强纤维的纤维取向角可以通过与叠层体中的第2增 强纤维的纤维取向角同样的方法测定。
进一步，第1增强纤维为大致单丝状、并且随机分散可以将结构体均 质化，可以确保弯曲刚性的稳定性，因此是优选的。这里，所谓大致单丝 状，是指增强纤维单丝以小于500根的细纤度丝束而存在。进一步优选为 单丝状地分散。
本发明中的第1增强纤维采用无纺织物状的形态从第1树脂向第1增 强纤维周围的含浸的容易性的观点考虑是优选的。进一步，通过第1增强 纤维具有无纺织物状的形态，从而除了无纺织物本身的操作性容易以外， 在使用一般被认为是高粘度的热塑性树脂作为第1树脂的情况下也可以使 含浸容易，因此是优选的。这里，所谓无纺织物状的形态，是指第1增强 纤维的丝束和/或单丝无规则性地分散成面状的形态，可以例示短切原丝 毡、连续原丝毡、抄纸毡、梳棉毡、气流成网毡等(以下，将它们总称为增 强纤维毡)。
作为构成结构体的增强纤维毡的制造方法，有例如将第1增强纤维预 先分散成丝束和/或大致单丝状而制造增强纤维毡的方法。作为增强纤维毡 的制造方法，作为公知技术，可以举出将第1增强纤维利用空气流进行分 散片化的气流成网法、一边将第1增强纤维机械地梳分一边整理形状进行 片化的梳棉法等干式工艺；将第1增强纤维在水中搅拌进行抄纸的湿式工 艺。作为使第1增强纤维更加接近于单丝状的手段，在干式工艺中，可以 例示设置开纤棒的方法、进一步使开纤棒振动的方法、进一步使梳理机的 齿精细的方法、调整梳理机的旋转速度的方法等。在湿式工艺中，可以例 示调整第1增强纤维的搅拌条件的方法、将分散液的增强纤维浓度稀薄化 的方法、调整分散液的粘度的方法、在移送分散液时抑制涡流的方法等。 特别是，增强纤维毡优选通过湿式工艺制造，通过增加投入纤维的浓度、 或调整分散液的流速(流量)和网格输送机的速度可以容易地调整增强纤维 毡的第1增强纤维的比例。例如，通过相对于分散液的流速使网格输送机 的速度慢，从而所得的增强纤维毡中的纤维的取向难以朝向牵引方向，能 够制造膨松的增强纤维毡。增强纤维毡可以由单独的第1增强纤维构成， 也可以第1增强纤维与粉末形状、纤维形状的基体树脂成分混合，或第1 增强纤维与有机化合物、无机化合物混合，或第1增强纤维彼此被树脂成 分填塞。
进一步，也可以预先使第1树脂含浸于增强纤维毡，预先制成结构体 前体。作为制造这样的结构体前体的方法，使用对增强纤维毡在将第1树 脂加热到熔融或软化温度以上的状态下施与压力，使第1树脂含浸于增强 纤维毡的方法从制造的容易性的观点考虑是优选的。具体而言，可以优选 例示制成从增强纤维毡的厚度方向的两侧配置了第1树脂的叠层物，使第 1树脂熔融含浸于增强纤维毡的方法。
作为用于实现上述各方法的设备，可以适合使用压缩成型机、双带压 力机。在间歇式的情况下为前者，通过制成并列了加热用与冷却用的2机 以上的间歇式加压系统来实现生产性的提高。在连续式的情况下为后者， 由于可以容易地进行连续的加工，因此连续生产性优异。
需要说明的是，本发明的结构体优选第1增强纤维为碳纤维，第1树 脂为热塑性树脂。通过使用碳纤维作为第1增强纤维，可以制成力学特性 与轻量性的平衡优异的结构体，因此是优选的。此外，通过使用热塑性树 脂作为第1树脂，从结构体的制造的容易性、制成复合结构体时的厚度调 整的容易性的观点考虑是优选的。
〔第1增强纤维和第2增强纤维〕
作为本发明的复合结构体中的构成结构体的第1增强纤维、和构成叠 层体的第2增强纤维，可以例示铝、不锈钢等的金属纤维、PAN系、人造 丝系、木质素系、沥青系的碳纤维、石墨纤维、玻璃等的绝缘性纤维、芳 族聚酰胺、PBO、聚苯硫醚等的有机纤维、碳化硅、氮化硅等的无机纤维。 此外，可以对这些纤维实施表面处理。作为表面处理，除了作为导电体的 金属的粘附处理以外，还有采用偶联剂的处理、采用上浆剂的处理、采用 捆扎剂的处理、添加剂的附着处理等。此外，这些纤维可以单独使用1种， 也可以并用2种以上。其中，从轻量化效果的观点考虑，优选使用比强度、 比刚性优异的PAN系、沥青系、人造丝系等的碳纤维。此外，从提高所得 的结构体的经济性的观点考虑，优选使用玻璃纤维，特别是从力学特性与 经济性的平衡考虑，优选并用碳纤维与玻璃纤维。进一步，从提高所得的 结构体的冲击吸收性、赋形性的观点考虑，优选使用芳族聚酰胺纤维，特 别是从力学特性与冲击吸收性的平衡考虑，优选并用碳纤维与芳族聚酰胺 纤维。此外，从提高所得的结构体的导电性的观点考虑，也可以使用被覆 了镍、铜、镱等金属的增强纤维。其中，可以更优选使用强度和弹性模量 等力学特性优异的PAN系的碳纤维。
〔第1树脂和第2树脂〕
作为本发明的复合结构体中的构成结构体的第1树脂、和构成叠层体 的第2树脂，可以例示热塑性树脂、热固性树脂。此外，在本发明中，可 以掺混热固性树脂和热塑性树脂，在该情况下，将分别构成第1树脂或第 2树脂的成分之中、占超过50质量％的量的成分设为树脂的名称。需要说 明的是，在使用热固性树脂作为第1树脂的情况下，结构体中的热固性树 脂是指其固化物，同样地，在使用热固性树脂作为第2树脂的情况下，叠 层体中的热固性树脂是指其固化物。
本发明中的第1树脂和第2树脂可以包含至少1种以上热塑性树脂。 作为热塑性树脂，可以例示选自“聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯 二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇 酯(PEN)、液晶聚酯等聚酯、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等聚烯烃、 聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等聚芳硫醚、聚酮(PK)、聚醚 酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚腈(PEN)、聚四氟乙 烯等氟系树脂、液晶聚合物(LCP)”等结晶性树脂、“苯乙烯系树脂、以 及聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯醚 (PPE)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚砜(PSU)、 聚醚砜、聚芳酯(PAR)”等非晶性树脂、以及酚系树脂、苯氧基树脂、以及聚苯乙烯系、聚烯烃系、聚氨酯系、聚酯系、聚酰胺系、聚丁二烯系、 聚异戊二烯系、氟系树脂、和丙烯腈系等热塑性弹性体等、它们的共聚物 和改性体等中的热塑性树脂。其中，从所得的复合结构体的轻量性的观点 考虑优选使用聚烯烃，从强度的观点考虑优选使用聚酰胺，从表面外观的 观点考虑优选使用聚碳酸酯、苯乙烯系树脂那样的非晶性树脂，从耐热性 的观点考虑优选使用聚芳硫醚，从连续使用温度的观点考虑优选使用聚醚 醚酮，进一步从耐化学品性的观点考虑优选使用氟系树脂。
本发明中的第1树脂和第2树脂可以包含至少1种以上热固性树脂。 作为热固性树脂，可以例示不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚树脂、 脲树脂、三聚氰胺树脂、热固性聚酰亚胺、它们的共聚物、改性体、和将 它们的至少2种掺混而成的树脂。从所得的复合结构体的力学特性的观点 考虑可以优选使用环氧树脂。此外，从表面设计的观点考虑，可以优选使 用不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧树脂。从阻燃性的观点考虑，可以优选使 用酚树脂。
此外，在不损害本发明的目的的范围，第1树脂和第2树脂中，可以 含有弹性体或橡胶成分等耐冲击性改进剂、其它填充材料、添加剂。作为 填充材料、添加剂的例子，可以例示无机填充材料、阻燃剂、导电性赋予 剂、结晶成核剂、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、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、颜料、染料、发泡剂、消泡剂或偶联剂。
进一步，构成本发明中的结构体的第1树脂为热塑性树脂从形状赋形 性、结构体的制作的容易性的观点考虑是优选的。另一方面，构成叠层体 的第2树脂为热固性树脂从力学特性的稳定性、可靠性、赋形性的观点考 虑是优选的。
〔复合结构体的制造方法〕
本发明中的复合结构体采用至少依次进行以下工序1、工序2、工序3 的制造方法从制造的容易性、制造的复合结构体的厚度控制和制造速度的 观点考虑是优选的。
工序1：在具有作为第1树脂的热塑性树脂和第1增强纤维、且实质 上不具有空隙的结构体前体的至少一个面，叠层具有作为第2树脂的热固 性树脂和第2增强纤维的叠层体前体，制成叠层结构体的叠层工序
工序2：将上述叠层结构体配置于至少沿上述叠层结构体的叠层方向 具有弯曲形状、凹凸形状(凸起等)、或肋形状的模具，通过加热和加压， 从而在将上述叠层结构体赋形成上述模具的形状的同时，使上述热固性树 脂固化，而制成复合结构体前体的工序
工序3：在使上述热塑性树脂熔融或软化的状态下，对所述复合结构 体前体的厚度进行调整，从而使上述结构体前体膨胀而制成结构体，获得 复合结构体的工序
需要说明的是，所谓工序1中使用的结构体前体“实质上不具有空隙”， 是指结构体前体中的空隙的体积含有率为5体积％以下。如果空隙的体积 含有率为5体积％以下，则在工序1中，即使在结构体前体的厚度薄的情 况下弯曲弹性模量也变得充分，因此满足操作性。
此外，工序1中使用的叠层体前体中的热固性树脂为未固化的热固性 树脂，在工序2中被固化。
工序1是获得将结构体前体与叠层体前体叠层而成的叠层结构体的工 序，工序2使用工序1中获得的叠层结构体，在具有弯曲形状、凸起等凹 凸形状、肋形状等增强或功能构件形状的由阴阳1对形成的模具中配置叠 层结构体，通过加热加压进行形状赋形。在工序2中，优选提供对于构成 叠层体的热固性树脂形成交联结构而进行固化而言充分的热量。工序2的 压力为叠层结构体、优选叠层体前体向突出部流入程度的压力是充分的， 只要是0.3～10MPa就是充分的。
工序3是通过将在工序2中获得的复合结构体前体在被加热的状态下 进行厚度调整，来使结构体前体膨胀，制成具有空隙的结构体，获得复合 结构体的工序。此时加热的温度提供对于使构成结构体的热塑性树脂熔融 或软化而言充分的热量从制造的复合结构体的厚度控制和制造速度的观点 考虑是优选的，具体而言，优选施与相对于热塑性树脂(第1树脂)的熔融 温度高10℃以上，并且为热塑性树脂(第1树脂)的热分解温度以下的温度。此外，压力为在厚度控制时防止模具打开的程度的压力是充分的，如果是 3～10MPa就是充分的。
作为进行工序2和工序3的方法，只要是能通过加热而使叠层体前体 中的热固性树脂形成交联结构而固化，使结构体前体中的热塑性树脂膨胀 而将复合结构体控制为目标厚度，则可以为任何方法，但从制造的简便性 的观点考虑，作为优选的方法，可例示使用金属板等约束厚度的方法、利 用对复合结构体前体施与的压力进行厚度控制的方法等。作为用于实现上 述方法的设备，可以适合使用压缩成型机。在间歇式的情况下，通过制成 并列了加热用与冷却用的2机以上的间歇式加压系统，可以实现生产性的 提高。
从弯曲刚性、向复杂形状的赋形性的观点考虑，本发明的复合结构体 优选用于汽车内外装、电气/电子设备壳体、自行车、体育用品用结构材、 航空器内装材、运输用箱体。其中，特别适合于由多个部件构成的模块构 件。
实施例
以下，通过实施例对本发明进一步具体地说明。
(1)复合结构体中的第1增强纤维和第2增强纤维的平均纤维取向角
通过研削从通过实施例、比较例制作的复合结构体取出叠层体和结构 体，切出宽度25mm的小片。
通过将切出的叠层体和结构体分别进行截面观察，测定了第1增强纤 维和第2增强纤维的平均纤维取向角。需要说明的是，小片在包埋于环氧 树脂后，以与厚度方向平行的截面成为观察面的方式进行研磨而制作出试 样。观察用激光显微镜(キーエンス(株)制，VK-9510)将试样放大到400倍。
需要说明的是，关于叠层体的平均纤维取向角，以观察到第2增强纤 维的纤维长度方向的方式观察试样中最接近结构体侧的层。纤维取向角的 测定以叠层体与结构体的边界面作为基准(0°)，关于抽取的观察试样，对共 计400根第2增强纤维测定基准与第2增强纤维所成的角，将其算术平均 值作为第2增强纤维的平均纤维取向角而求出。
(2)复合结构体的具有突出部的面(称为投影面)的投影面积(Ap)、与投 影面的实测面积(As)的比(As)/(Ap)
关于通过实施例、比较例制作的复合结构体，通过相对于复合结构体 的表面部分垂直方向的数字照像机取得图像。从取得的图像的比例尺算出 面积，设为投影面积(Ap)。接着，使用游标卡尺对投影面的形状(突出部) 的长度、深度、厚度进行测定，从其测定结果计算各形状的面积，从而设 为投影面的实测面积(As)。投影面积(Ap)和投影面的实测面积(As)的比利用 (As)/(Ap)算出。
(3)突出部中的叠层体的体积含有率
通过切断从复合结构体仅除去突出部。接着，将切断部以成为5等分 的方式切出成小片。通过其截面观察，测定了突出部中的叠层体的体积含 有率。预先，通过测微计测定了小片中的相对于与厚度方向平行的面(观察 面)为直角方向的长度(L1)。然后，小片包埋于环氧树脂后，以与厚度方向 平行的截面成为观察面的方式进行研磨而制作出试样。
将试样用激光显微镜(キーエンス(株)制，VK-9510)放大到200倍，进 行截面的观察，将取得的观察图像在通用图像解析软件上打开，利用编入 到软件的程序求出突出部整体的面积(S1)。
然后，通过可以从观察图像确认的对比度，抽取叠层体部分，与上述 同样地利用通用图像解析软件上的程序求出叠层体部分的面积(S2)。将分 别求出的面积代入到下式，作为突出部中的叠层体的体积含有率而算出， 通过测定数的算术平均值而算出。
突出部中的叠层体的体积含有率＝100-((S1-S2)×L1)/(S1×L1))×100
(4)叠层体的第2增强纤维的体积含有率的变动率
通过研削从复合结构体取出叠层体，然后，通过切断成突出部与突出 部以外而切分开。接着，将突出部以成为4等分的方式切断。此外，突出 部以外的部分切出成纵横25mm的小片。需要说明的是，在突出部以外的 部分不满25mm的情况下，以面积成为4等分的方式切出成小片。除切出 的尺寸以外，利用与(3)同样的方法算出第2增强纤维的体积含有率。进一 步，由第2增强纤维的体积含有率的测定值算出标准偏差，将该标准偏差 除以平均值，从而算出作为偏差的指标的变异系数(CV值(％))，设为体积 含有率的变动率。
(5)叠层体中的第2增强纤维的质均纤维长度(Ls)与结构体中的第1增 强纤维的质均纤维长度(Lc)的比
通过研削从复合结构体取出叠层体和结构体。接着将各自在空气中在 500℃下加热30分钟而将树脂成分烧掉。将剩下的增强纤维撒布在滤纸上 制成试样。将试样用激光显微镜(キーエンス(株)制，VK-9510)放大到200 倍，进行了纤维长度的测定。从所得的测定结果通过下式求出质均纤维长 度(Ls)和(Lc)，通过下式算出其比。
第2增强纤维与第1增强纤维的质均纤维长度的比＝(Ls)/(Lc)
第1增强纤维的质均纤维长度(Lc)和第2增强纤维的质均纤维长度(Ls)
质均纤维长度＝Σ(Li×Wi/100)
Li：测定的纤维长度(i＝1，2，3，···，n)
Wi：纤维长度Li的纤维的质量分率(i＝1，2，3，···，n)
(6)结构体中的第1增强纤维的体积含有率Vf
测定了结构体的质量Ws后，将结构体在空气中在500℃下加热30分 钟而将树脂成分烧掉，测定剩下的第1增强纤维的质量Wf，通过下式算出。
第1增强纤维的体积含有率Vf(体积％)＝(Wf/ρf)/{Wf/ρf+ (Ws-Wf)/ρr}×100
ρf：第1增强纤维的密度(g/cm3)
ρr：第1树脂的密度(g/cm3)
(7)结构体中的空隙的体积含有率
从结构体切出纵10mm、横10mm的试验片，通过扫描型电子显微镜 (SEM)((株)日立ハイテクノロジーズ制S-4800型)对截面进行观察，以 1000倍的倍率自结构体的表面等间隔地拍摄10处。关于各个图像，求出 图像内的空隙的面积Aa。进一步，通过将空隙的面积Aa除以图像整体的 面积而算出空隙率。结构体的空隙的体积含有率在5片试验片中分别拍摄各10处，由合计50处的空隙率通过算术平均而求出。
(8)结构体中的第1树脂的体积含有率
使用由(6)、(7)求出的结构体中的第1增强纤维的体积含有率和空隙的 体积含有率的值，通过下式求出第1树脂的体积含有率。
第1树脂的体积含有率Vr(体积％)＝100-(Vf+Va)
Vf：第1增强纤维的体积含有率(体积％)
Va：空隙的体积含有率(体积％)
(9)结构体的弯曲弹性模量和比弯曲刚性
从结构体切出试验片，按照ISO178法(1993)测定了弯曲弹性模量。关 于试验片，对于在将任意方向设为0°方向的情况下+45、-45°、90°方向这 4个方向切出而制作试验片，关于各个方向使测定数n＝5，将算术平均值 设为弯曲弹性模量Ec。作为测定装置，使用了“インストロン(注册商标)” 5565型万能材料试验机(インストロン·ジャパン(株)制)。
密度使用上述试验片，以JIS K7222(2005)作为参考而测定了表观密 度。用测微计测定试验片的纵、横、厚度，由所得的值算出试验片的体积 V。此外，用电子天平测定了用于测定的试验片的质量M。通过将所得的 质量M和体积V代入到下式而算出结构体的密度ρ。
ρ[g/cm3]＝103×M[g]/V[mm3]
将由上述获得的弯曲弹性模量Ec和密度ρ代入到下式，算出结构体 的比弯曲刚性。需要说明的是，关于弯曲弹性模量和密度，通过测定数进 行算术平均，从而作为代表值而使用。
比弯曲刚性＝Ec1/3/ρ
在下述实施例和比较例中，使用了以下材料。
[碳纤维]
从以聚丙烯腈作为主成分的共聚物进行纺丝、烧成处理、和表面氧化 处理，获得了总单丝数12,000根的连续碳纤维。该连续碳纤维的特性如下 所述。
单纤维直径：7μm
密度：1.8
抗拉强度：4600MPa
拉伸弹性模量：220GPa
[PP树脂]
制作出由未改性聚丙烯树脂(プライムポリマー(株)制“プライムポリ プロ”(注册商标)J105G)80质量％、和酸改性聚丙烯树脂(三井化学(株)制 “アドマー”QB510)20质量％构成的目付100g/m2的树脂片。将所得的树 脂片的特性示于表1中。
[PA6树脂]
制作出由尼龙6树脂(東レ(株)制“アミラン”(注册商标)CM1021T) 构成的目付124g/m2的树脂膜。将所得的树脂膜的特性示于表1中。
[PEs树脂]
制作出由聚酯树脂(東レ(株)制“ハイトレル”(注册商标)SB754)构成 的目付121g/m2的树脂膜。将所得的树脂膜的特性示于表1中。
[环氧树脂]
在环氧树脂(ジャパンエポキシレジン(株)制“エピコート(注册商标)” 828：30质量份、“エピコート(注册商标)”1001：35质量份、“エピコ ート(注册商标)”154：35质量份)中，用捏合机将热塑性树脂聚乙烯醇缩 甲醛(チッソ(株)制“ビニレック(注册商标)”K)5质量份进行加热混炼而使 聚乙烯醇缩甲醛均匀熔解后，用捏合机将固化剂双氰胺(ジャパンエポキシ レジン(株)制DICY7)3.5质量份、和固化促进剂4,4-亚甲基双(苯基二甲基 脲)(ピイ·ティ·アイジャパン(株)“オミキュア”(注册商标)52)7质量份 混炼而调制出未固化的环氧树脂组合物。使用刮刀式涂布机由其制作出目 付132g/m2的树脂膜。将所得的树脂膜的特性示于表1中。
[结构体A]
使用碳纤维作为第1增强纤维，用筒形切割机切割成6mm，获得了短 切碳纤维。制作出由水和表面活性剂(ナカライテクス(株)制，聚氧乙烯月 桂基醚(商品名))构成的浓度0.1质量％的分散液，使用该分散液和短切碳 纤维，制造出增强纤维毡。制造装置具备作为分散槽的在容器下部具有开 口旋塞的直径1000mm的圆筒形状的容器、将分散槽与抄纸槽连接的直线 状的输送部(倾斜角30°)。在分散槽的上面的开口部附带有搅拌机，能够从开口部投入短切碳纤维和分散液(分散介质)。抄纸槽在底部具备具有宽度 500mm的抄纸面的网格输送机，能够运送碳纤维基材(抄纸基材)的输送机 与网格输送机连接。抄纸是使分散液中的碳纤维浓度为0.05质量％而进行。 进行抄纸而得的碳纤维基材用200℃的干燥炉干燥30分钟，获得了增强纤 维毡。所得的目付为50g/m2。
将增强纤维毡和作为第1树脂的PP树脂按照[第1树脂/增强纤维毡/ 第1树脂/增强纤维毡/第1树脂/增强纤维毡/第1树脂/增强纤维毡/增强纤 维毡/第1树脂/增强纤维毡/第1树脂/增强纤维毡/第1树脂/增强纤维毡/第 1树脂]的顺序配置而制作出叠层物。接着，通过经过以下工序(I)～(V)而 获得了结构体A。将特性示于表2中。
(I)将叠层物配置在预热到230℃的加压成型用模具模腔内并关闭模 具。
(II)接着，保持120秒后，施与3MPa的压力而进一步保持60秒。
(III)在工序(II)之后，打开模具模腔，在其末端插入金属间隔物，以获 得结构体时的厚度成为3.4mm的方式调整。
(IV)然后，再次，将模具模腔闭合，在保持了压力的状态下将模腔温 度冷却直到50℃。
(V)打开模具取出结构体。
[结构体B]
将第1树脂从PP树脂更换成PA6树脂，将工序(I)中的预热温度从230 ℃更换成260℃，将工序(IV)中的模腔温度从50℃更换成60℃，除此以外， 与结构体A同样地操作而获得了结构体B。将特性示于表2中。
[结构体C]
将第1树脂从PP树脂更换成PEs树脂，将工序(I)中的预热温度从230 ℃更换成200℃，除此以外，与结构体A同样地操作而获得了结构体C。 将特性示于表2中。
[结构体D]
将第1树脂从PP树脂更换成环氧树脂，与结构体A同样地获得了叠 层物。接着，通过经过以下工序(I)～(V)而获得了结构体D。将特性示于表 2中。
(I)将叠层物配置在预热到150℃的加压成型用模具模腔内并关闭模 具。
(II)接着，施与1MPa的压力而进一步保持20秒。
(III)在工序(II)之后，打开模具模腔，在其末端插入金属间隔物，以获 得结构体时的厚度成为3.3mm的方式调整后，再次关闭模具，一边保持 1MPa的压力一边保持30分钟压力。
(IV)然后，再次，将模具模腔闭合，在保持了压力的状态下将模腔温 度冷却直到30℃。
(V)打开模具取出结构体。
[结构体E]
将制造结构体A的工序(III)中的金属间隔物的厚度从3.4mm更换成 6.8mm，除此以外，与结构体A同样地操作而获得了结构体E。将特性示 于表2中。
[结构体F]
使用碳纤维作为第1增强纤维，用筒形切割机将其切割成15mm，获 得了短切碳纤维，除此以外，与结构体A所使用的增强纤维毡同样地操作 而获得了增强纤维毡。接着，将工序(III)中的金属间隔物的厚度从3.4mm 更换成1.1mm，除此以外，与结构体A同样地操作而获得了结构体F。将 特性示于表2中。
[结构体G]
使用碳纤维作为第1增强纤维，用筒形切割机将其切割成0.5mm，获 得了短切碳纤维，除此以外，与结构体A所使用的增强纤维毡同样地操作 而获得了增强纤维毡。接着，将工序(III)中的金属间隔物的厚度从3.4mm 更换成1.7mm，除此以外，与结构体A同样地操作而获得了结构体G。将 特性示于表2中。
[结构体H]
将制造结构体A的工序(III)中的金属间隔物的厚度从3.4mm更换成 1.0mm，除此以外，与结构体A同样地操作而获得了结构体H。将特性示 于表2中。
[叠层体A]
使用上述环氧树脂膜作为第2树脂，接下来，在作为第2增强纤维的 沿一个方向排列的碳纤维的两面分别重叠环氧树脂膜，进行加热/加压来使 环氧树脂含浸，制作出每单位面积的碳纤维重量125g/m2、纤维体积含有 率Vf60％、厚度0.125mm的预浸料基材。
对该预浸料基材利用自动裁切机连续地插入离碳纤维的取向方向为 15°的方向的直线的切口后，切出成300×300mm的大小，获得了以等间隔 具有规则的切口的预浸料基材。其以在300×300mm的大小的预浸料基材 的周围5mm不引入切口，不由于连续的切口而零散地方式进行(在290× 290mm的范围引入切口)。通过切口而切断的纤维长度为50mm。对于切 出的切口预浸料基材，将第2增强纤维的取向方向设为0°方向，将从第2 增强纤维的取向方向向右错开90度的方向设为90°方向，以[0°/90°/90°/0°] 叠层4层，从而获得了叠层体A。将特性示于表3中。
[叠层体B]
使由切口形成的纤维长度为10mm，将切口预浸料基材以 [0°/-45°/90°/45°]叠层4层，除此以外，与叠层体A同样地操作而获得了 叠层体B。将特性示于表3中。
[叠层体C]
不插入切口，除此以外，与叠层体A同样地操作而获得了叠层体C。 将特性示于表3中。
[叠层体D]
使切口角度为30°，将切口预浸料基材以[0°/-45°/90°/45°]叠层4层， 除此以外，与叠层体A同样地操作而获得了叠层体D。将特性示于表3中。
[叠层体E]
使纤维体积含有率Vf为70％，除此以外，与叠层体A同样地操作而 获得了叠层体E。将特性示于表3中。
[叠层体F]
使叠层体的切口长度为150mm，使纤维体积含有率Vf为45％，将切 口预浸料基材以[0°/0°/0°/0°]叠层4层，除此以外，与叠层体A同样地 操作而获得了叠层体F。将特性示于表3中。
(实施例1)
关于成型复合结构体的模具，以在纵200mm、横300mm的平板形状 的面方向的中心，沿其横向形成宽度300mm、厚度2mm、高度20mm的 一字形的肋的方式加工，模具的端部成为切边(shear edge)结构。
工序1：使用结构体A的前体作为结构体，使用叠层体A作为叠层体。 将其以[叠层体A/结构体A的前体/叠层体A]叠层，获得了叠层结构体。 接着，将叠层结构体配置在预热到150℃的加压成型用模具模腔内。
工序2：接着，关闭模具，施与1MPa的压力，进一步一边加压一边 保持10分钟。
工序3：使模具模腔温度上升直到220℃后，打开模具，在其末端插入 金属间隔物，以结构体的厚度成为3.4mm的方式调整。
工序4：然后，再次，将模具模腔闭合，在将压力保持为3MPa的状 态下将模腔温度迅速冷却直到50℃。
工序5：打开模具取出复合结构体。
通过上述工序获得的复合结构体，突出部(肋形状)从平板形状突出， 来源于叠层体的第2增强纤维填充到其前端。此外，结构体A的前体通过 工序4而调整厚度，获得与结构体A(表)同样的特性(密度、结构体中的各 要素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。将所得的复合结构体的 特性示于表4中。
(实施例2)
使用结构体C的前体作为结构体，使工序3为200℃，将叠层结构体 按照[叠层体A/结构体C的前体]的顺序叠层，除此以外，与实施例1 同样地获得了复合结构体。将所得的复合结构体的特性示于表4中。需要 说明的是，所得的复合结构体中的结构体获得了与结构体C同样的特性(密 度、结构体中的各要素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(实施例3)
作为模具，使用了以在纵200mm、横300mm的平板形状的面方向的 中心部，形成作为φ100mm、厚度2mm、高度2mm的突起形状的凸起的 方式加工的模具。作为叠层结构体，使用结构体B的前体和叠层体D，使 工序3为240℃，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结构体。将所 得的复合结构体的特性示于表4中。需要说明的是，所得的复合结构体中 的结构体获得了与结构体B同样的特性(密度、结构体中的各要素的体积含 有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(实施例4)
作为模具，使用了以在纵200mm、横300mm的平板形状的4边整周 地形成厚度1mm、高度40mm的立壁形状的方式加工的箱形模具。作为叠 层结构体，使用了结构体A的前体和叠层体B，除此以外，与实施例1同 样地获得了复合结构体。将所得的复合结构体的特性示于表4中。需要说 明的是，所得的复合结构体中的结构体获得了与结构体A同样的特性(密度、结构体中的各要素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(实施例5)
作为模具，使用了以直径150mm、高度100mm的半球形状作为基础， 从其顶点向着端部以均等间隔在4个方向形成宽度100mm、厚度2mm、 高度5mm的肋形状的方式加工的模具。作为叠层结构体，使用了结构体E 的前体和叠层体B，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结构体。将 所得的复合结构体的特性示于表4中。需要说明的是，所得的复合结构体中的结构体获得了与结构体E同样的特性(密度、结构体中的各要素的体积 含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(实施例6)
作为模具，使用了实施例4中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体G的前体和叠层体E，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结 构体。将所得的复合结构体的特性示于表4中。需要说明的是，所得的复 合结构体中的结构体获得了与结构体G同样的特性(密度、结构体中的各 要素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(实施例7)
作为模具，使用了实施例1中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体D的前体和叠层体D，使工序3为150℃，除此以外，与实施例1 同样地获得了复合结构体。将所得的复合结构体的特性示于表5中。需要 说明的是，所得的复合结构体中的结构体获得了与结构体D同样的特性(密 度、结构体中的各要素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(实施例8)
作为模具，使用了实施例1中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体F的前体和叠层体B，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结 构体。将所得的复合结构体的特性示于表5中。需要说明的是，所得的复 合结构体中的结构体获得了与结构体F同样的特性(密度、结构体中的各要 素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(比较例1)
作为模具，使用了实施例1中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体H的前体和叠层体C，不经过实施例1中的工序3而获得了复合结 构体，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结构体。将所得的复合结 构体的特性示于表5中。需要说明的是，所得的复合结构体中的结构体获 得了与结构体H同样的特性(密度、结构体中的各要素的体积含有率、弯 曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(比较例2)
作为模具，使用了实施例3中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体A的前体和叠层体C，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结 构体。将所得的复合结构体的特性示于表5中。需要说明的是，所得的复 合结构体中的结构体获得了与结构体A同样的特性(密度、结构体中的各要 素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(比较例3)
作为模具，使用了实施例1中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体F的前体和叠层体F，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结 构体。将所得的复合结构体的特性示于表5中。需要说明的是，所得的复 合结构体中的结构体获得了与结构体F同样的特性(密度、结构体中的各要 素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
(比较例4)
作为模具，使用了实施例1中使用的模具。作为叠层结构体，使用了 结构体E的前体和叠层体E，除此以外，与实施例1同样地获得了复合结 构体。将所得的复合结构体的特性示于表5中。需要说明的是，所得的复 合结构体中的结构体获得了与结构体E同样的特性(密度、结构体中的各要 素的体积含有率、弯曲弹性模量、比弯曲刚性)。
〔研究〕
通过本实施例，明确了通过使用在由第1增强纤维和第1树脂构成的 结构体的至少一个表面，配置有具有多个由第2增强纤维和第2树脂构成 的层的叠层体的复合结构体，进一步，构成结构体的第1增强纤维为不连 续纤维，且在厚度方向的平均纤维取向角在5～60°的范围内，并且构成叠 层体的第2增强纤维为不连续纤维，且在厚度方向的平均纤维取向角在0～ 5°的范围内，从而所制作的复合结构体都为形状赋形性优异的结果。此外， 由实施例1、2、3、7明确了即使变更结构体中的第1树脂的种类也对其效 果不产生影响。进一步明确了所制作的复合结构体都为形状赋形性优异的 结果。此外，各实施例中获得的复合结构体所使用的结构体的密度在0.01～ 1g/cm3的范围内，因此轻量性优异，不仅如此，由于叠层体的增强纤维的 体积含有率的变动率在0～10％的范围内，因此制品的特性偏差少。进一 步也明确了通过由各实施例获得的复合结构体的形状具有至少1个突出 部，从而可以具备具有功能性的部件，并且由于在作为突出部的肋、凸起、 立壁中填充有来源于叠层体的第2增强纤维和第2树脂，因此力学特性特 别是弯曲弹性模量优异，再加之与各结构体的密度结合而复合结构体的比 弯曲刚性优异。
另一方面，在比较例1中，由于不经过实施例1中的工序3而获得了 复合结构体，因此不能使结构体部分产生空隙，因此成为相对于复合结构 体的体积而质量大的复合结构体。进一步，在比较例1和比较例2中，由 于叠层体为没有切口的连续纤维，因此突出部中的叠层体的体积含有率变 低，不能获得由突出部带来的增强效果。此外，在比较例3中，虽然有向 叠层体的切口，但仅沿[0°]方向叠层，因此无法通过加压成型的压力而 压入连续纤维从而不能进行形状赋形，仅树脂流出。由此，叠层体中的第 2增强纤维的厚度方向的变动率大。在比较例4中叠层体中的树脂的体积 含有率高，因此在复合结构体的表面散见模糊等成型不良，并且叠层体中 的第2增强纤维的体积含有率的变动率变高。认为这是成型不良的主要原 因，无法获得所希望的特性。
[表1]
表1
Figure GDA0002094693820000291
[表2]
Figure GDA0002094693820000301
[表3]
Figure GDA0002094693820000311
[表4]
Figure GDA0002094693820000321
[表5]
Figure GDA0002094693820000331
需要说明的是，表的“复合结构体的配置”栏中，所谓“叠”是指叠 层体，所谓“构”是指结构体。
产业可利用性
根据本发明，可以提供赋形性和轻量性优异，并且弯曲刚性也优异的 复合结构体。
符号的说明
1、1A、1B 复合结构体
2 第1树脂
3 第1增强纤维
4 空隙
5、5B 结构体
6-1、6-2 叠层体(增强纤维未图示)
7 肋(突出部)
7A 凸起(突出部)
7B 突出部
8a、8b、8c、8d 弯曲部。

Claims (13)

1.一种复合结构体，是在由第1增强纤维和第1树脂构成的结构体的至少一个表面配置具有多个由第2增强纤维和第2树脂构成的层的叠层体、并进行一体化而成的复合结构体，
所述第1增强纤维为不连续纤维，并且厚度方向的平均纤维取向角在5～60°的范围内，
所述第2增强纤维为不连续纤维，实质上全部的第2增强纤维通过切口被切断，所述通过切口被切断的第2增强纤维的质均纤维长度Ls在10～100mm的范围内，并且在最接近结构体侧的层中的厚度方向的平均纤维取向角在0～5°的范围内，
所述结构体的密度在0.01～1g/cm3的范围内，
所述叠层体中的第2增强纤维的体积含有率的变动率在0～10％的范围内，
所述叠层体中的各层的所述切口与所述第2增强纤维所成的角度θ的绝对值为2～25°，
在所述叠层体的与所述结构体相接的面的相对面具有突出部。
2.根据权利要求1所述的复合结构体，所述复合结构体的、具有所述突出部的面即投影面的投影面积(Ap)、与所述投影面的实测面积(As)的比(As)/(Ap)在大于1且为2.5以下的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述突出部为肋和/或凸起。
4.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述突出部含有所述叠层体，所述叠层体的比例为80体积％以上且100体积％以下。
5.根据权利要求1或2所述的复合结构体，在将所述第2增强纤维的质均纤维长度设为Ls，将所述第1增强纤维的质均纤维长度设为Lc时，Ls与Lc之比Ls/Lc在1～50的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的复合结构体，由所述叠层体中的1个层的第2增强纤维的取向方向、和与该层相邻的层的第2增强纤维的取向方向形成的角度在4°以上且90°以下的范围内。
7.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述叠层体中的各层的所述第2增强纤维的纤维体积含有率Vf在45～65％的范围内。
8.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述叠层体中的各层的第2增强纤维为碳纤维，第2树脂为热固性树脂。
9.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述结构体中的第1增强纤维的质均纤维长度为1～15mm。
10.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述结构体具有空隙，
在所述结构体中，所述第1增强纤维的体积含有率在0.5体积％以上且55体积％以下的范围内，所述第1树脂的体积含有率在2.5体积％以上且85体积％以下的范围内，所述空隙的体积含有率在10体积％以上且97体积％以下的范围内。
11.根据权利要求1或2所述的复合结构体，在将所述结构体的弯曲弹性模量设为Ec、将密度设为ρ时，所述结构体的以Ec1/3·ρ-1表示的比弯曲刚性在3以上且20以下的范围内，并且，所述结构体的弯曲弹性模量Ec为3GPa以上。
12.根据权利要求1或2所述的复合结构体，所述结构体的所述第1增强纤维为碳纤维，所述第1树脂为热塑性树脂。
13.权利要求1～12中任一项所述的复合结构体的制造方法，其至少依次具有以下的工序1、工序2、工序3，
工序1：在具有作为第1树脂的热塑性树脂和第1增强纤维、且实质上不具有空隙的结构体前体的至少一个面，叠层具有作为第2树脂的热固性树脂和第2增强纤维的叠层体前体，制成叠层结构体的叠层工序；
工序2：将所述叠层结构体配置于至少沿所述叠层结构体的叠层方向具有弯曲形状、凹凸形状、或肋形状的模具，通过加热和加压，从而在将叠层体前体赋形成形状的同时，使所述热固性树脂固化，而制成复合结构体前体的工序；
工序3：在使所述热塑性树脂熔融或软化的状态下，对所述复合结构体前体的厚度进行调整，从而使所述结构体前体膨胀而制成结构体的工序。
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