CN110099949A

CN110099949A - 结构体

Info

Publication number: CN110099949A
Application number: CN201780079552.8A
Authority: CN
Inventors: 武部佳树; 藤冈圣; 本间雅登
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-08-06
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: TWI760407B; EP3560984B1; TW201831314A; JPWO2018117188A1; JP6863298B2; EP3560984A4; US20200087471A1; EP3560984A1; US11312825B2; CN110099949B; KR20190098972A; WO2018117188A1

Abstract

本发明提供以压缩时的弹性恢复力或拉伸断裂伸长率为代表的柔软性和轻量性优异的结构体。本发明涉及的结构体是包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂的结构体，上述增强纤维为不连续纤维，将接触的所述增强纤维间的交点利用所述第1树脂和/或所述第2树脂被覆。

Description

结构体

技术领域

本发明涉及由增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂构成的结构体。

背景技术

近年来，关于汽车、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高涨。为了响应这样的要求，刚性、轻量性优异的纤维强化树脂广泛利用于各种产业用途。在这些用途中有效地利用了增强纤维的优异的力学特性的、适应高强度、高刚性构件的制品开发是主要的。另一方面，在纤维强化树脂中，近年来，用途展开迅速进展，关注除了强度、刚性以外，还需要柔软性的用途。然而，有效地利用这样的柔软性的用途的开发仅对作为成型用辅助材料的使耐热纤维含浸于橡胶质聚合物而得的材料等一部分用途展开(参照专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平09-277295号公报

专利文献2：日本专利第4440963号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在汽车内装材、医疗用途中，需要柔软性、对荷重的弹性恢复力(缓冲性)，但是上述专利文献1、2所记载的方法具有下述问题：不能获得满足弹性恢复力(缓冲性)，同时也具有轻量性的材料。

因此，本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的是提供成为柔软性的指标的压缩特性或拉伸断裂伸长率和轻量性优异的结构体。

用于解决课题的方法

用于解决上述课题的本发明如下。

(1)一种结构体，是包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂的结构体，

上述增强纤维为不连续纤维，

将接触的所述增强纤维间的交点利用所述第1树脂和/或所述第2树脂被覆。

发明的效果

根据本发明涉及的结构体，可以提供压缩特性或拉伸断裂伸长率和轻量性优异的结构体。

具体实施方式

以下，对本发明的结构体进行说明。

本发明的结构体是包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂的结构体，上述增强纤维为不连续纤维，将接触的所述增强纤维间的交点利用上述第1树脂和/或上述第2树脂被覆。这样的本发明具有下述特征：具有适度的压缩特性或拉伸断裂伸长率和轻量性，并且处理性优异。

〔增强纤维〕

本发明的结构体具有增强纤维。而且该增强纤维为不连续纤维。进一步优选不连续纤维在结构体中为大致单丝状并且随机分散着。通过使增强纤维为不连续纤维，在施加外力成型片状的结构体的结构体前体或结构体的情况下，向复杂形状的赋形变得容易。此外，通过使增强纤维为大致单丝状并且随机分散，从而在结构体中作为纤维束而存在的增强纤维变少，因此增强纤维的纤维束端的弱部可以极小化，除了优异的增强效率和可靠性以外，也赋予各向同性。

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(strand)存在。进一步优选为单丝状地分散着。进一步，所谓单丝状，是指以单丝形式存在。进一步优选为单丝状的单纤维随机分散着。

从第1树脂和第2树脂向增强纤维的含浸容易性的观点考虑，本发明中的增强纤维采用无纺织物状的形态是优选的。进一步，通过使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，一般而言，即使在使用了被认为是高粘度的热塑性树脂作为第1树脂和/或第2树脂的情况下也能够使含浸容易，因此是优选的。这里，所谓无纺织物状的形态，是指增强纤维的丝束和/或单丝没有规则性地分散成面状的形态，可以例示短切原丝毡(mat)、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)。

结构体中的增强纤维的质均纤维长度为1～15mm能够提高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。在增强纤维的质均纤维长度小于1mm的情况下，不能高效率地形成结构体中的空隙，因此有时密度变高，换言之，虽然为相同质量也难以获得所希望的厚度的结构体，因此是不优选的。另一方面，在增强纤维的质均纤维长度长于15mm的情况下，在结构体中增强纤维易于因为自重而弯曲，成为阻碍力学特性表现的因素，因此不优选。

关于质均纤维长度，可以将结构体中的树脂成分通过烧掉、溶出等方法除去，从剩下的增强纤维中随机选择400根，测定其长度直到10μm单位，通过下式求出质均纤维长度。

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)

从制成结构体时的力学特性与轻量性的平衡的观点考虑，优选增强纤维的种类为选自PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、玻璃纤维、和芳族聚酰胺纤维中的至少1种。进一步增强纤维可以为实施了表面处理的增强纤维。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，这些增强纤维可以单独使用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。

增强纤维的拉伸断裂伸长率为1％以上且10％以下的范围内能够使制成结构体时的结构体的拉伸断裂伸长率为1％以上，因此是优选的。如果增强纤维的拉伸断裂伸长率为1％以上，则在制成结构体时能够有效地利用第2树脂的橡胶弹性，可以制成延性的结构体，因此是优选的。另一方面，如果结构体的拉伸断裂伸长率为10％以下，则能够防止结构体本身变得过于柔软，处理性优异，因此是优选的。

另外，增强纤维的拉伸断裂伸长率可以通过JIS R7606(2000)求出，在拉伸断裂伸长率的测定中，在由将单纤维多根捆扎的纤维束构成增强纤维的情况下，可以通过取出其1根(单纤维)供于测定来求出。

〔第1树脂〕

本发明的结构体包含第1树脂。这里本发明中的所谓第1树脂，是后述的第2树脂以外的树脂，即，在室温下不显示橡胶弹性的树脂。作为这样的第1树脂，可以例示第2树脂以外的热塑性树脂、热固性树脂。此外，在本发明中，可以掺混热固性树脂与热塑性树脂。

第1树脂具有下述效果：通过填充作为不连续纤维的增强纤维，从而使与第2树脂复合化时的操作性提高。进一步有时也具有提高第2树脂与增强纤维的亲和性的效果。

作为第1树脂，优选软化点或熔点为50℃以上。通过使第1树脂具有50℃以上的软化点或熔点，从而在使第2树脂含浸于施与了第1树脂的增强纤维的情况下的含浸温度、成型结构体的情况下的成型温度下，第1树脂不会熔融、消失，因此在第2树脂出现交联反应或硫化反应的情况下，不会阻碍该反应。另一方面，在第2树脂为热塑性树脂的情况下，可以减少在含浸温度下第1树脂熔融而消失的情况。

从使上述增强纤维的操作性提高的观点、使第2树脂与增强纤维的亲和性提高的观点考虑，优选第1树脂相对于增强纤维100质量份的含量为5质量份以上且25质量份以下。如果第1树脂相对于增强纤维100质量份的含量小于5质量份，则增强纤维的操作性差，如果超过25质量份，则在使第2树脂含浸于增强纤维的情况下会阻碍第2树脂的侵入通路，有时难以获得结构体。从在工业上使第1树脂对增强纤维的施与容易的观点考虑，第1树脂可以为水溶性、乳液。

〔第2树脂〕

本发明的结构体包含第2树脂。这里本发明中的所谓第2树脂，是在室温下显示橡胶弹性的树脂。所谓树脂在室温下显示橡胶弹性，是指在室温下使树脂变形，将变形所需要的应力释放后，恢复到原来形状的特征。具体而言，是指将JIS K6400(2012)所记载的1号形哑铃试验片延伸后，将延伸所具有的应力解除。然后，几乎弹性地恢复到原来长度。然而，不需要完全恢复到原来长度，在将延伸前的尺寸设为100％的情况下，将延伸所具有的应力释放后的尺寸变化可以显示80％以上且120％以下，优选显示90％以上且150％以下。另外，所谓室温，是指25℃。

第2树脂优选包含选自硅橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚烯烃系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、和聚酰胺系热塑性弹性体中的至少1种。通过使用第2树脂，将结构体压缩时的缓冲性优异。进一步，从制造的容易性考虑，关于显示热固性的树脂，优选在交联或硫化反应以前为液状体。从这样的观点考虑，可以优选使用硅橡胶、氟橡胶。进一步，在第2树脂为热塑性树脂的情况下，从制造结构体的观点考虑，优选具有熔融温度或软化温度，能够成膜为膜状。从这样的观点考虑，可以优选例示聚酯系热塑性弹性体。

此外，在不损害本发明的目的的范围，本发明涉及的结构体中的第1树脂、第2树脂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、着色防止剂、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。

本发明的结构体优选第1树脂和/或第2树脂被覆着接触的增强纤维间的交点(以下将增强纤维间的交点记为交点)。

进一步，从使压缩时的弹性恢复力表现的观点考虑，增强纤维与增强纤维的交点的第1树脂和/或第2树脂的被覆厚度在1μm以上且15μm以下的范围内是优选的。关于被第1树脂和/或第2树脂被覆的交点的被覆状态，从结构体的形状稳定性、压缩特性的表现的观点考虑，只要至少被覆构成结构体的增强纤维的单纤维彼此交叉的点就是充分的，但如果为进一步优选的形态，则优选为第1树脂和/或第2树脂以上述厚度被覆在交点周围的状态。该状态是指增强纤维间的交点的表面因为第1树脂和/或第2树脂而不露出，换言之，增强纤维通过第1树脂和/或第2树脂而形成电线状的皮膜。由此，结构体进一步具有形状稳定性，并且使力学特性的表现充分。此外，被第1树脂和/或第2树脂被覆的交点的被覆状态不需要被覆该增强纤维全部，只要在不损害本发明涉及的结构体的形状稳定性、压缩弹性模量的范围内即可，优选为被覆接触的增强纤维间形成的交点的50％以上的状态，从表现压缩时的弹性恢复力的稳定性的观点考虑，进一步优选为80％以上。

这里，被覆增强纤维与增强纤维的交点的树脂可以仅为第1树脂或第2树脂的任一者，也可以被第1树脂和第2树脂两者被覆。优选地，增强纤维在被第1树脂被覆后，进一步被第2树脂被覆，这从增强纤维的处理性、有效果地表现制成结构体时的压缩时的弹性恢复力的观点考虑是优选的。

这样的被覆状态可以通过将结构体切出成小片，使用扫描型电子显微镜(SEM)等能够以高倍率观察其截面的装置来测定。例如，可以通过SEM以3000倍的倍率观察、拍摄，从所得的图像的增强纤维的截面被切割的任意50处，测定被覆于增强纤维间的交点的第1树脂和/或第2树脂的被覆厚度。作为被覆交点的第1树脂和/或第2树脂的厚度的代表值，通过使用这样的50处的测定结果的算术平均值来求出。在测定时，预先将未施与第2树脂的增强纤维(如上所述通过第1树脂被结合的增强纤维的交点)与上述同样地进行观察、拍摄，求出交点的直径，从由施与了第2树脂后的图像获得的交点的直径，减去上述的交点的直径而求出，从而可以获得精度更好的测定结果。关于这样的交点的直径，求出由观察视场获得的交点的截面的最大直径。测定求出的最大直径和直角方向的纤维直径，进行算术平均，将所得的值作为交点以及被第1树脂和/或第2树脂被覆的交点的直径。

这样的被覆比例可以通过将结构体切出成小片，使用扫描型电子显微镜(SEM)等能够以高倍率观察其截面的装置来测定。例如，通过SEM以1000倍的倍率观察、拍摄，从由所得的图像获得的任意400处，将第1树脂和/或第2树脂被覆的交点的数除以测定的交点数(即，400)，可以算出交点被第1树脂和/或第2树脂被覆的被覆比例。另外，即使小于400处也能够获得被覆比例，但通过使其为400处以上，能够使测定人之间的误差小，因此是优选的。

第2树脂的拉伸断裂伸长率为200％以上，拉伸断裂强度为10MPa以上，这由于可以使结构体的拉伸断裂伸长率为1％以上，因此是优选的。另一方面，通过使第2树脂的拉伸断裂伸长率为200％以上，从而第2树脂的断裂伸长率充分，因此能够防止使结构体为脆性的结构体。第2树脂的拉伸断裂伸长率更优选为500％以上。另一方面，通过使第2树脂的拉伸断裂强度为10MPa以上，在结构体中可以使所希望的压缩时的弹性恢复力充分。第2树脂的拉伸断裂强度更优选为25MPa以上。

第2树脂的拉伸断裂伸长率和拉伸断裂强度可以通过拉伸试验(JISK6400(2012))求出。

〔结构体〕

本发明中的结构体优选具有空隙，进一步优选密度为0.01g/cm³以上且1.3g/cm³以下。通过使结构体的密度ρ为1.3g/cm³以下，可以防止在制成结构体的情况下的质量增加，确保轻量性，因此是优选的。通过结构体的密度为0.01g/cm³以上，从而结构体本身的密度优异，能够防止结构体中的增强纤维与树脂成分(第1树脂和第2树脂)的体积比例过少。因此，可以制成取得了弹性恢复力、抗拉强度的平衡的结构体，因此是优选的，从上述观点考虑，结构体的密度优选为0.03g/cm³以上，进一步，如果考虑轻量性与弹性恢复力、抗拉强度的平衡，则优选为0.1g/cm³以上。

如果使本发明的结构体为100体积％，则空隙的体积含有率优选为10体积％以上且97体积％以下的范围内。在空隙的体积含有率为10体积％以上的情况下，满足结构体的轻量性，因此是优选的。另一方面，在空隙的体积含有率为97体积％以下的情况下，换言之，充分确保被覆在增强纤维周围的树脂成分(第1树脂和第2树脂)的厚度，结构体中的增强纤维彼此的增强充分进行，因此能够使力学特性提高，是优选的。

这里所谓空隙，是指被树脂成分(第1树脂和第2树脂)被覆的增强纤维变为柱状的支持体，通过其重叠或交叉而形成的空间。例如在将在增强纤维中预先含浸了树脂成分(第1树脂和第2树脂)的结构体前体加热而获得结构体的情况下，通过伴随加热的树脂成分(第1树脂和第2树脂)的熔融或软化，增强纤维起毛，从而形成空隙。其基于下述性质：在结构体前体中，通过加压而形成压缩状态的内部的增强纤维通过来源于其弹性模量的起毛力而起毛。

在本发明中关于体积含有率，将构成结构体的树脂(第1树脂与第2树脂的合计)、增强纤维、和空隙各自的体积含有率的合计设为100体积％。

即，在将树脂(第1树脂与第2树脂的合计)、增强纤维、和空隙的合计设为100体积％的情况下，结构体中的树脂(第1树脂与第2树脂的合计)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。在树脂(第1树脂与第2树脂的合计)的体积含有率为2.5体积％以上的情况下，可以将结构体中的增强纤维彼此粘结，使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。另一方面，在树脂(第1树脂与第2树脂的合计)的体积含有率为85体积％以下的情况下，树脂量少，因此获得空隙结构变得容易，因此是优选的。

进一步本发明的结构体优选50％压缩时的弹性恢复力为1MPa以上。这里，弹性恢复力是通过JIS K7220(2006)测定的将结构体沿厚度方向进行50％压缩时的压缩强度。通过使厚度方向的50％压缩时的弹性恢复力为1MPa以上，从而结构体的形状保持性优异，因此例如作为制品安装于其它构件时的操作性优异。进一步，在实用上，在使结构体的面内方向为施加负荷的方向进行使用的情况下，可以耐受轻微的荷重，进一步，在施加一定以上荷重的情况下变形，因此在作为制品使用结构体的情况下，从安装时的对操作者的保护的观点考虑是优选的。50％压缩时的弹性恢复力只要是1MPa以上，在实用上就没有问题，但优选为3MPa以上。

进一步，结构体优选拉伸断裂伸长率为1％以上且20％以下的范围内。这里，拉伸断裂伸长率是通过JIS K6400(2012)测定的在结构体的纤维取向方向的拉伸试验中观察到的断裂时的伸长率。此外，所谓纤维取向方向，是指增强纤维的长度方向。通过使拉伸断裂伸长率为1％以上且20％以下，在对结构体进行处理时弯曲、褶皱变少，操作性优异。结构体的拉伸断裂伸长率优选为3％以上且15％以下，进一步优选为5％以上且15％以下，这从处理性的观点考虑是优选的。

本发明涉及的结构体的制造方法可以经由使第1树脂预先含浸于毡状的增强纤维(以下，简称为增强纤维毡)的第1结构体前体而制造。作为制造第1结构体前体的方法，使用下述方法从制造的容易性的观点考虑是优选的：将增强纤维毡与第1树脂叠层，在将第1树脂熔融或加热到第1树脂的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。另一方面，在第1树脂为水溶液、乳液的形态的情况下，也可以采用通过帘涂、浸涂(dip)、浸渍等方法添加在增强纤维毡中，使水分、溶剂成分干燥的方法，但只要是可以对增强纤维毡施与第1树脂的方法，无论方法如何都可以采用。

此外，结构体可以经由使第2树脂含浸于第1结构体前体的第2结构体前体而制造。第2树脂对第1结构体前体的施与方法可以通过使第2树脂进一步含浸于第1结构体前体来进行。例如，在第2树脂显示热塑性的情况下，使用下述方法从制造的容易性的观点考虑是优选的：将第1结构体前体与第2树脂叠层，在将第2树脂熔融或加热到第2树脂的软化温度以上的状态下施与压力，使其含浸于第1结构体前体的增强纤维毡。具体而言，可以优选例示将从第1结构体前体的厚度方向的两侧配置了第2树脂的叠层物加热、加压，使其熔融含浸的方法。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、双带压机。在间歇式的情况下为前者，通过制成并联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，可以容易地进行连续的加工，因此连续生产性优异。

此外，在第2树脂在溶剂中分散的情况下、在室温下显示液状的情况下，可以通过下述方法获得结构体：通过帘涂、浸涂、浸渍、真空压空成型等方法，使第2树脂渗透于第1结构体前体，使水分、溶剂成分干燥的方法；将使第2树脂渗透的第1结构体前体在第2树脂开始交联反应或硫化反应的温度下加热而获得结构体。

从压缩时的弹性恢复力、轻量性的观点考虑，本发明的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、医疗设备等的构成部件。其中，特别适合于由多个部件构成的模块构件。

实施例

以下，通过实施例进一步具体地说明本发明。

(1)结构体中的空隙的体积含有率

从结构体中以纵10mm、横10mm切出试验片，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)观察截面，从结构体的表面，以1000倍的倍率等间隔地拍摄10处。关于各个图像，求出图像内的空隙的面积A_a。进一步，通过用空隙的面积A_a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由用5片试验片分别拍摄各10处的合计50处的空隙率通过算术平均而求出。

(2)结构体的密度

从结构体切出试验片，以JIS K7222(2005)作为参考而测定结构体的表观密度。试验片的尺寸设为纵100mm、横100mm。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，用电子天平测定切出的试验片的质量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]

(3)结构体的50％压缩时的弹性恢复力

从结构体切出试验片，以JIS K7220(2006)作为参考而测定结构体的压缩特性。试验片切出成纵25±1mm、横25±1mm。所得的试验片的压缩特性使用万能试验机测定。此时，使用达到变形率50％时的最大的力F_m和试验片的试验前的底面截面积A₀，由下式算出压缩强度σ_m，设为弹性恢复力。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)。

σ_m[MPa]＝F_m[N]/A₀[mm²]

(4)结构体的拉伸断裂伸长率

从结构体切出试验片，以JIS K6400(2012)作为参考而测定了结构体的拉伸特性。试验片切出成1号形。所得的试验片的拉伸特性使用万能试验机测定。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)。

(5)结构体中的树脂的被覆厚度

将结构体以纵10mm、横10mm切出试验片，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)观察截面，以3000倍的倍率拍摄任意10处。从所得的图像的增强纤维的交点的截面被切割的任意50处，测定被覆于增强纤维的交点的树脂的被覆厚度，将50处的算术平均设为树脂的被覆厚度。

(6)第1树脂相对于增强纤维的含量

将使第1树脂被覆前的增强纤维切出成纵25±1mm、横25±1mm，测定质量W1。然后，测定了含有第1树脂的增强纤维的质量W2。通过下式算出第1树脂的含量Wr，算出每100质量份增强纤维的量。

第1树脂相对于增强纤维的含量Wr(质量)＝W2-W1

(7)第1树脂的软化点或熔点

熔点通过差示扫描量热计(DSC)进行评价。在密闭型样品容器中填装5mg的试样，以10℃/分钟的升温速度从30℃的温度升温直到300℃的温度，进行了评价。评价装置使用了PerkinElmer社制PyrislDSC。

此外，关于熔点的评价困难的情况(熔点不存在的情况下)，按照ISO306(2004)(使用重物10N)评价维卡软化温度，设为软化点。

(8)第2树脂的拉伸特性

以JIS K6400(2012)所记载的方法作为参考，进行拉伸试验，评价了拉伸断裂伸长率、拉伸断裂强度。所得的试验片的拉伸特性使用万能试验机进行了测定。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)。

关于第2树脂的橡胶弹性的有无，在该试验中，在(将试验片的长度作为基准的100％)200％延伸时释放应力，目视确认了形状是否恢复到150％以下。在恢复到150％以下的情况下设为“有”，在超过150％的情况下或断裂的情况下设为“无”。

另外，试验片制作1号形哑铃试验片形状而供于试验。试验片的制作是，关于显示热塑性的第2树脂，通过注射成型制作出试验片。此外，关于在室温下显示液状的性质的第2树脂，在具有与1号形哑铃试验片相同形状的凹部的模具中注入第2树脂，关闭模具后，在交联或固化的温度/时间下使其固化，从而制作出试验片。

(9)结构体中的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分钟将树脂成分烧去，测定剩下的增强纤维的质量Wf，通过下式算出。此时，增强纤维和树脂的密度使用按照JIS Z8807(2012)的液中称量法测定的结果。

Vf(体积％)＝(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws-Wf)/ρr}×100

ρf：增强纤维的密度(g/cm³)

ρr：树脂的密度(g/cm³)

(10)第1树脂的体积含有率

制作仅由增强纤维和第1树脂构成的结构体的前体，使用通过与(1)同样的方法求出的前体中的空隙的体积含有率、增强纤维的体积含有率的值，通过下式求出第1树脂的体积含有率。

第1树脂的Vr1(体积％)＝100-(Vf+Va)

Vf：增强纤维的体积含有率(体积％)

Va：空隙的体积含有率(体积％)

Vr1：第1树脂的体积含有率(体积％)

(11)第2树脂的体积含有率

使用由(1)、(9)、(10)求出的结构体中的空隙的体积含有率、增强纤维的体积含有率、和第1树脂的体积含有率的值，通过下式求出树脂的体积含有率。

第2树脂的Vr2(体积％)＝100-(Vf+Va+Vr1)

Vf：增强纤维的体积含有率(体积％)

Va：空隙的体积含有率(体积％)

Vr1：第1树脂的体积含有率(体积％)

(12)结构体中的树脂的被覆比例

将结构体以纵10mm、横10mm切出试验片，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)观察截面，以1000倍的倍率拍摄任意10处。从所得的图像关于增强纤维的交点，从任意40处，测定增强纤维的交点的个数和被覆于增强纤维的交点的树脂的被覆位置的个数，通过下式求出树脂的被覆比例(％)。

树脂的被覆比例(％)＝(C2/C1)×100

C1：测定的交点的个数(个)

C2：C1内的树脂被覆的交点的个数(个)

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示。

比重：1.8

抗拉强度：4600MPa

拉伸弹性模量：220GPa

拉伸断裂伸长率：2.1％

[芳族聚酰胺纤维]

使用了芳族聚酰胺纤维(東レ·デュポン(株)制“ケブラー”(注册商标)29)。

比重：1.44

抗拉强度：2900MPa

拉伸弹性模量：70GPa

拉伸断裂伸长率：3.6％

[聚酰胺]

作为第1树脂，使用了水溶性聚酰胺树脂(東レ(株)“AQナイロン”(注册商标)P-70)。

软化点：85℃

[聚氨酯]

作为第1树脂，使用了聚氨酯水分散体(第一工业制药(株)“スーパーフレックス”(注册商标)150)。

软化点：195℃

熔点：212℃

[聚酯树脂]

制作由聚酯树脂(東レ(株)制“ハイトレル”(注册商标)SB754)形成的目付121g/m²的树脂膜，作为第2树脂使用。将所得的树脂膜的特性示于表1中。

[硅橡胶]

使用了硅橡胶(東レ·ダウコーニングシリコーン(株)制RBL-9200-40)。将该硅橡胶的A剂(主剂)与B剂(固化剂)以1：1的混合比混合，以成为124g/m²的方式采取量，进行搅拌，从而制作硅橡胶，作为第2树脂使用。将硅橡胶的特性示于表1中。

[环氧树脂]

在环氧树脂(ジャパンエポキシレジン(株)“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，将热塑性树脂聚乙烯醇缩甲醛(チッソ(株)“ビニレック”(注册商标)K)5质量份用捏合机加热混炼使聚乙烯醇缩甲醛均匀溶解后，将固化剂双氰胺(ジャパンエポキシレジン(株)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质量份用捏合机混炼而调制出未固化的环氧树脂组合物。从这里使用刮刀式涂布机制作目付132g/m²的树脂膜，作为第2树脂使用。将所得的树脂膜的特性示于表1中。

(实施例1)

使用碳纤维作为增强纤维，用筒形切割机切割成6mm，获得了短切碳纤维。制作由水和表面活性剂(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°)。在分散槽的上表面的开口部附带搅拌机，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，将能够搬运碳纤维基材(抄纸基材)的输送机与网格输送机连接。使分散液中的碳纤维浓度为0.05质量％进行抄纸。进行了抄纸的增强纤维毡用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。

使作为第1树脂的聚酰胺以成为1质量％的方式溶解于水。对通过上述获得的增强纤维毡施与该聚酰胺水溶液。投入到温度调节为110℃的热风炉，干燥2小时而获得了第1结构体前体。所得的第1结构体前体的聚酰胺的附着率相对于增强纤维毡100质量份为10质量份。

将作为第2树脂的聚酯树脂按照[第2树脂/第1结构体前体/第2树脂/第1结构体前体/第2树脂/第1结构体前体/第2树脂/第1结构体前体/第1结构体前体/第2树脂/第1结构体前体/第2树脂/第1结构体前体/第2树脂/第1结构体前体/第2树脂]的顺序配置于第1结构体前体，制作出叠层物。接着，通过经过以下工序(1)～(5)而获得了结构体。将特性示于表2中。

(1)将叠层物配置于预热到200℃的加压成型用模具模腔内并关闭模具。

(2)接着，保持120秒后，施与3MPa的压力而进一步保持60秒。

(3)在工序(2)之后，开放模具模腔，在其末端插入金属隔离物，以获得结构体时的厚度成为3.4mm的方式调整。

(4)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℃。

(5)打开模具取出结构体。

(实施例2)

将第1树脂的含量更换成8质量份，除此以外，获得与实施例1同样的叠层物，接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表2中。

(1)将叠层物配置在预热到200℃的加压成型用模具模腔内并关闭模具。

(2)接着，施与3MPa的压力而进一步保持120秒。

(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到50℃。

(4)打开模具取出结构体。

(实施例3)

将第1树脂从聚酰胺变为聚氨酯，将第1树脂的含量更换成10质量份，并且将结构体中的增强纤维的质量比例更换成55质量％，除此以外，获得与实施例1同样的叠层物，接着，通过经过以下工序(1)～(5)而获得了结构体。将特性示于表2中。

(2)接着，保持120秒后，施与3MPa的压力而进一步保持60秒。

(3)在工序(2)之后，开放模具模腔，在其末端插入金属隔离物，以获得结构体时的厚度成为5.9mm的方式调整。

(5)打开模具取出结构体。

(实施例4)

实施例4中，将第2树脂从聚酯树脂变更为硅橡胶。将叠层了8片实施例1中使用的第1结构体前体的物质的收存于不锈钢制容器中，注入硅橡胶，利用手辊揉搓直到硅橡胶含浸于第1结构体前体，从而制作出叠层物。接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表2中。

(1)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。

(2)接着，施与3MPa的压力而进一步保持60分钟。

(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到30℃。

(4)打开模具取出结构体。

(实施例5)

与实施例4同样地获得了叠层物。接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表2中。

(1)将叠层物配置在预热到150℃的加压成型用模具模腔内。

(2)接着，在模具模腔的末端插入金属隔离物，以获得结构体时的厚度成为3.3mm的方式调整，关闭模具后，保持10分钟。

(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到30℃。

(4)打开模具取出结构体。

(实施例6)

与实施例1同样地操作而获得了第1结构体前体。将第2树脂的量以结构体中的增强纤维的质量比例成为55质量％的方式调整而获得了叠层体，除此以外，与实施例1同样地操作而获得了结构体。将特性示于表2中。

(实施例7)

将增强纤维从碳纤维更换成芳族聚酰胺纤维，将第1树脂从聚酰胺更换成聚氨酯，将结构体中的芳族聚酰胺纤维的质量比例更换成25质量％，除此以外，与实施例1同样地获得了结构体。将特性示于表2中。

(实施例8)

将增强纤维从碳纤维更换成芳族聚酰胺纤维，将第1树脂从聚酰胺变为聚氨酯，将第1树脂的含量更换成10质量份，并且将结构体中的芳族聚酰胺纤维的质量比例更换成25质量％，除此以外，与实施例2同样地获得了结构体。将特性示于表2中。

(比较例1)

将第1树脂的含量更换成8质量份，将第2树脂从聚酯树脂更换成环氧树脂，除此以外，获得与实施例1同样的叠层物，接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表3中。

(2)接着，施与3MPa的压力而进一步保持10分钟。

(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到50℃。

(4)打开模具取出结构体。

(比较例2)

将第1树脂从聚酰胺更换成聚氨酯，将相对于增强纤维的含量调整成30质量份，制成叠层物。接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表3中。

(1)将叠层物配置在预热到150℃的加压成型用模具模腔内。

(2)接着，在模具模腔的末端插入金属隔离物，以获得结构体时的厚度成为1.5mm的方式调整，关闭模具后，保持10分钟。

(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到50℃。

(4)打开模具取出结构体。

(比较例3)

将增强纤维从碳纤维更换成芳族聚酰胺纤维，不使用第1树脂，第2树脂使用环氧树脂而制作出叠层物。接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表3中。

(2)接着，施与3MPa的压力而进一步保持10分钟。

(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到50℃。

(4)打开模具取出结构体。

〔研究〕

通过本实施例1、3、5～7，获得了下述结果：是由增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂构成的结构体，使用不连续纤维作为上述增强纤维，通过第2树脂被覆着被第1树脂结合的增强纤维间的交点的结构体的50％压缩时的弹性恢复力都为1MPa以上，拉伸伸长率都为1％以上。此外，在因为空隙率小而不能测定50％压缩时的弹性恢复力的实施例2、4、8中，根据与比较例1、3的对比，也可知拉伸断裂伸长率优异，并可知兼有优异的柔软性和轻量性。此外，通过实施例1～8与比较例3的对比，可以确认通过增强纤维被第1树脂被覆，从而由增强纤维形成的毡在运输中也不散开，处理性优异。此外，在比较例1和3中，由于使第2树脂为在室温下不具有橡胶弹性的环氧树脂，因此不显示50％压缩时的弹性恢复力。此外，比较例1中虽然拉伸伸长率为1％以上，但由于是不具有空隙的结构体，因此认为反映出增强纤维的拉伸伸长率。进一步，根据实施例3、实施例7，即使变更增强纤维的种类，也能够获得拉伸断裂伸长率适当的结构体。根据以上结果，本发明的范围的结构体具有优异的压缩特性、拉伸特性是明确的。

(表1)

种类	-	聚酯树脂	硅橡胶	环氧树脂
					密度	g/cm<sup>3</sup>	1.09	1.13	1.20
熔点	℃	160	-	-
					软化点	℃	55	-	-
橡胶弹性	有无	有	有	无
					拉伸断裂伸长率	％	900	580	10
拉伸断裂强度	MPa	10	10	60

(表3)

产业可利用性

根据本发明，可以提供以压缩时的弹性恢复力或拉伸断裂伸长率为代表的柔软性和轻量性优异的结构体。

Claims

1.一种结构体，其包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂，

所述增强纤维为不连续纤维，

2.根据权利要求1所述的结构体，所述结构体具有空隙，所述结构体的密度为0.01g/cm³以上且1.3g/cm³以下。

3.根据权利要求2所述的结构体，所述结构体中的所述空隙的体积含有率为10体积％以上且97体积％以下的范围内。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的结构体，所述结构体的50％压缩时的弹性恢复力为1MPa以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的结构体，所述结构体的拉伸断裂伸长率在1％以上且20％以下的范围内。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的结构体，所述增强纤维的拉伸断裂伸长率在1％以上且10％以下的范围内。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的结构体，所述增强纤维包含选自PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少1种。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的结构体，被覆所述增强纤维间的交点的所述第1树脂和/或第2树脂的被覆厚度在1μm以上且15μm以下的范围内。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的结构体，所述第2树脂的拉伸断裂伸长率为200％以上，且拉伸断裂强度为10MPa以上。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的结构体，所述第2树脂包含选自硅橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚烯烃系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、和聚酰胺系热塑性弹性体中的至少1种。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的结构体，所述第1树脂的软化点或熔点为50℃以上。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的结构体，所述第1树脂相对于所述增强纤维100质量份为5质量份以上且25质量份以下。