CN111164133A - 透液构件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供由在面内方向及面外方向上具有不同的透液性、且力学特性优异的多孔复合体构成的透液构件。透液构件由多孔复合体构成，所示多孔复合体的特征在于，其为分散有非连续增强纤维的结构、且至少交点被热塑性树脂粘接，具有30～90％的作为连通孔的空隙，非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的平均值α为0～40°，面外方向的纤维取向角的平均值β为0～25°。

Description

透液构件
相关申请
本申请主张2017年9月29日申请的日本特愿2017-190888的优先权，以参考的方式将其全部内容作为本申请的一部分引入本申请中。
技术领域
本发明涉及由在面内方向及面外方向具有不同的透液性、且力学特性优异的多孔复合体构成的透液构件。
背景技术
无纺布、海绵状的原材料等内部具有连续的空隙的原材料具有透液性，因此，研究了在农业材料、土木工程材料、人造草坪、水处理过滤器、混凝土用模框等的应用。
例如，专利文献1(日本特开2002-339311号公报)公开了将导水板一体化而成的人造草坪。该导水板中使用了无纺布。另外，专利文献2(日本特开平8-34086号公报)中公开了聚烯烃有孔膜与纤维增强聚烯烃树脂多孔体的层叠体。该发明公开了一种层叠体，其利用纤维增强聚烯烃树脂多孔体使多孔性树脂层叠体保持强度、且由于限定了该聚烯烃有孔膜的细孔的直径而能够控制透水性、透气性，所述纤维增强聚烯烃树脂多孔体是将短纤维和聚烯烃树脂粉末造纸而制成的复合片在加压下进行加热，然后在加压下进行冷却，从而制成的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-339311号公报
专利文献2：日本特开平8-34086号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1及2中，仅限于透液量的控制，无法进行使液体仅沿构件内的特定方向流动的透液性的各向异性控制。
本发明是解决这样的现有技术的问题的发明，提供一种面内方向及面外方向具有相互不同的透液性的多孔复合体、优选为由力学特性更优异的多孔复合体构成的透液构件。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题而进行了深入研究，结果是本发明人等发现，由多孔复合体构成的透液构件能够控制各向异性，具有高透液性，可以获得高强度、高刚性，从而完成了本发明，所述多孔复合体为分散有非连续增强纤维的结构、且至少交点被热塑性树脂粘接、具有30～90％的作为连通孔的空隙、非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的平均值α为0～40°、面外方向的纤维取向角的平均值β为0～25°。
即，本发明可由以下的方式构成。
〔方式1〕
一种透液构件，其由多孔复合体构成，所述多孔复合体为分散有非连续增强纤维的结构、且至少交点被热塑性树脂粘接，所述多孔复合体具有30～90％(优选为35～88％，更优选为40～86％)的作为连通孔的空隙，非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的平均值α为0～40°(优选为0～38°，更优选为0～36°)，面外方向的纤维取向角的平均值β为0～25°(优选为0～20°，更优选为0～15°)。
〔方式2〕
根据方式1所记载的透液构件，其中，所述热塑性树脂的玻璃化转变温度为100℃以上(优选为105℃以上，更优选为110℃以上)。
〔方式3〕
根据方式1或2所记载的透液构件，其中，所述热塑性树脂为选自聚醚酰亚胺类树脂、半芳香族聚酰胺类树脂、聚醚醚酮类树脂、以及聚碳酸酯类树脂中的至少一种热塑性树脂。
〔方式4〕
根据方式1～3中任一方式所记载的透液构件，其中，所述非连续增强纤维的平均纤维长度为3～50mm(优选为4～40mm，更优选为5～30mm)。
〔方式5〕
根据方式1～4中任一方式所记载的透液构件，其中，多孔复合体中的非连续增强纤维的重量比率为15～80％(优选为20～75％，更优选为25～70％)。
〔方式6〕
根据方式1～5中任一方式所记载的透液构件，其具有30MPa以上(优选为35MPa以上，更优选为40MPa以上)的弯曲强度及3.0GPa以上(优选为3.5GPa以上，更优选为4.0GPa以上)的弯曲弹性模量。
〔方式7〕
根据方式1～6中任一方式所记载的透液构件，其中，面内方向相对于面外方向的透液各向异性(面内透液速度/面外透液速度)为2.0～12.0。
需要说明的是，在本发明中，面内方向是指确定了给定的基准面时存在于面内的方向，面外方向是指相对于上述基准面具有法线方向关系的方向。
需要说明的是，权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个构成要素的任意组合也包含于本发明中。特别是权利要求书中记载的两个以上权利要求项的任意组合也包含于本发明中。
发明的效果
根据本发明，能够得到具备在面内方向及面外方向上具有各向异性的透液性的透液构件。另外，本发明的透液构件优选在农业材料、工业材料、土木工程材料、各种输送车辆等方面用于利用各向异性的透液性的结构构件、优选用于进一步需要力学特性的结构构件等。
附图说明
通过参考了附图进行的以下优选实施方式的说明，本发明会更清楚地得到理解。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由附属的权利要求书确定。
图1是用于说明本发明的透液构件及中间复合体的纤维的排列的示意透射立体图。
图2是图1中的A-A’剖面图。
图3是纤维取向角的观察方法的示意图。
图4是本发明的透液构件的截面SEM照片。
符号说明
1 多孔复合体
2 非连续增强纤维
3 树脂包埋的环氧树脂
具体实施方式
以下，对本发明详细地进行说明。有时基于代表性的实施方式、具体例进行以下所记载的构成要件的说明，但本发明并不限定于这样的实施方式。
本发明的透液构件由具有分散有非连续增强纤维的结构、且至少交点通过热塑性树脂粘接而成的多孔复合体构成。作为用热塑性树脂粘接非连续增强纤维的方法，例如可举出，将非连续增强纤维和包含热塑性树脂的纤维(以下，称为热塑性纤维)制成混合无纺布，将该热塑性纤维熔融后，进行冷却固化，非连续增强纤维彼此粘接的方法等。
＜非连续增强纤维＞
本发明中使用的非连续增强纤维只要不损害本发明的效果，就没有特别限制，可以是有机纤维，也可以是无机纤维，另外，可以单独示意，或者组合两种以上使用。例如，作为无机纤维，可以示例出：玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、各种金属纤维(例如金、银、铜、铁、镍、钛、不锈钢等)，另外，作为有机纤维，可以示例出：全芳香族聚酯类纤维、聚苯硫醚纤维、对位系芳香族聚酰胺纤维、聚砜酰胺纤维、酚醛树脂纤维、聚酰亚胺纤维、含氟纤维等。
本发明中使用的非连续增强纤维优选具有10GPa以上的弹性模量，更优选为30GPa以上，最优选为50GPa以上。弹性模量过低时，难以保持连通孔的空隙，具有无法获得高空隙率的隐患。关于上限，没有特别限制，为2000GPa以下。需要说明的是，这里的非连续增强纤维的弹性模量表示拉伸弹性模量。
本发明中使用的非连续增强纤维优选平均长度为3～50mm，更优选为4～40mm，最优选为5～30mm。平均长度过短时，纤维彼此的重合引起的反弹减小，具有无法获得高空隙率的隐患。另外，在平均长度过长的情况下，纤维彼此的抱合过多，制造构成透液构件的多孔复合体时产生工序不良，因此具有无法获得均匀的空隙的隐患。
非连续增强纤维的平均直径优选为2～40μm，更优选为3～30μm，最优选为5～25μm。平均直径过小时，纤维彼此的重合引起的反弹减小，具有无法获得高空隙率的隐患。另外，在平均直径过大的情况下，构成纤维根数减少，具有无法获得高空隙率的隐患。
构成透液构件的多孔复合体中的非连续增强纤维的重量比率优选为15～80％，更优选为20～75％，进一步优选为25～70％。非连续增强纤维的重量比率过小时，形成连通孔的多孔质的非连续增强纤维不足，具有无法获得高空隙率的隐患。在非连续增强纤维的重量比率过大的情况下，将非连续增强纤维彼此粘接的树脂量不足，具有无法获得作为结构体的强度的隐患。
＜热塑性树脂＞
本发明中使用的热塑性树脂只要是加热熔融或加热流动的树脂即可，没有特别限制，从控制对于热流体的透液性的观点考虑，优选使用玻璃化转变温度为100℃以上的热塑性树脂。需要说明的是，关于上限没有特别限制，优选为300℃以下。已知通常高分子的强度、弹性模量等力学特性在非晶部的分子开始运动的玻璃化转变温度下会大幅下降。例如，即使是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙6等那样的具有200℃以上的熔点的热塑性树脂，其力学特性在60～80℃附近的玻璃化转变温度下也会大幅下降，因此不能认为其耐热性优异。因此，在使用玻璃化转变温度低于100℃的热塑性树脂时，不能认为得到的树脂复合体的耐热性高，实际使用受到限制。本发明中使用的热塑性树脂的玻璃化转变温度优选为105℃以上，进一步优选为110℃以上。需要说明的是，本发明中所述的玻璃化转变温度是使用RHEOLOGY公司制造的固体动态粘弹性装置“Rheospectra DVE-V4”以频率10Hz、升温速度10℃/分测定损耗角正切(tanδ)的温度依赖性，并根据其峰值温度而求得的。这里，tanδ的峰值温度是指tanδ的值相对于温度的变化量的一阶导数值为零的温度。
本发明中使用的热塑性树脂只要加热熔融、加热流动即可，没有特别限制，可以单独使用，或者组合两种以上使用，作为具体例子，作为玻璃化转变温度低于100℃的通用树脂，可以举出：乙烯类树脂(由包含乙烯基CH2＝CH－或乙叉基CH2＝C＜的单体形成的聚合物或衍生物)、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂等，作为玻璃化转变温度为100℃以上的热塑性树脂，可以优选举出：聚四氟乙烯类树脂、聚醚酰亚胺类树脂、聚砜类树脂、半芳香族聚酰胺类树脂、聚醚醚酮类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚芳酯类树脂等，其中，从力学特性、阻燃性、耐热性、成型性、获得容易度的观点考虑，优选使用聚醚酰亚胺类树脂、半芳香族聚酰胺类树脂、聚醚醚酮类树脂、聚碳酸酯类树脂。
在不损害本发明效果的范围内，本发明所使用的热塑性树脂可以包含抗氧剂、防静电剂、自由基抑制剂、消光剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、无机物等。作为上述的无机物的具体例子，可以使用碳纳米管、富勒烯、滑石、硅灰石、沸石、绢云母、云母、高岭土、粘土、叶蜡石、二氧化硅、膨润土、硅酸铝等硅酸盐、氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铁等金属氧化物；碳酸钙、碳酸镁、白云石等碳酸盐；硫酸钙、硫酸钡等硫酸盐；氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝等氢氧化物；玻璃珠、玻璃片、玻璃粉、陶瓷珠、氮化硼、碳化硅、碳黑、以及二氧化硅、石墨等。
另外，在以纤维形式使用上述的热塑性树脂的情况下，热塑性纤维的制造中可以使用公知的熔融纺丝装置，没有特别限定。即，可以通过以下方式得到：利用熔融挤出机对上述热塑性树脂的颗粒、粉体进行熔融混炼，将熔融聚合物导入纺丝筒并利用齿轮泵进行计量，卷取从纺丝喷嘴喷出的丝条。此时的牵引速度没有特别限定，但在在纺丝线上引起分子取向是不优选的，因此优选在500m/分～4000m/分的范围内进行牵引。牵引速度过小时，从生产性的观点考虑是不优选的，另一方面，在牵引速度过大时，不仅具有足以引起高温时的收缩的分子取向发展的隐患，而且具有容易引起纤维的断丝的隐患。牵引速度更优选为800m/分～3500m/分，也可以进一步优选为1000m/分～3000m/分。
本发明中使用的热塑性纤维的单纤维纤度优选为0.1～10dtex。为了得到力学特性及透液性优异的透液构件，优选使作为前体的混合无纺布中的非连续增强纤维均匀地分散。在以相同的重量比率使用热塑性纤维的情况下，单纤维纤度越细，构成混合无纺布的热塑性纤维的根数越多，能够使非连续增强纤维均匀地分散，但单纤维纤度过小时，在无纺布制造工序中，纤维彼此容易缠绕，具有无法将增强纤维均匀分散的隐患。另外，特别是在通过湿式造纸制造无纺布的情况下，工序中的滤水性变差等，具有使工序通过性大幅变差的隐患。另外，在单纤维纤度过大的情况下，构成混合无纺布的热塑性纤维的根数过少，具有无法使增强纤维均匀分散的隐患。热塑性纤维的单纤维纤度更优选为0.2～9dtex，进一步优选为0.3～8dtex。
本发明中使用的热塑性纤维的单纤维的平均纤维长度优选为0.5～60mm。在平均纤维长度过小的情况下，纤维在无纺布制造过程中脱落，另外，特别是在通过湿式造纸制造无纺布的情况下，工序中的滤水性变差等，可能使工序通过性大幅恶化。在平均纤维长度过大的情况下，在无纺布制造工序中发生缠绕，可能无法将增强纤维均匀地分散。更优选为1～55mm，进一步优选为3～50mm。需要说明的是，关于此时的纤维的截面形状，也没有特别限制，可以为圆形、中空、扁平或星型等异形截面。
＜混合无纺布＞
本发明中使用的混合无纺布的热塑性纤维的比例优选为20～85wt％。在热塑性纤维的比例过少的情况下，制成多孔复合体时的热塑性树脂量减少，具有形成透液构件时无法获得足够的强度的隐患。另外，在热塑性纤维的比例过多的情况下，无纺布中的非连续增强纤维(以下，有时简称为增强纤维)比例降低，多孔复合体的空隙率降低，因此，具有无法获得足够的透液性的隐患。更优选为25～80wt％，进一步优选为30～75wt％。
本发明中使用的混合无纺布的制造方法没有特别限制，可举出：水刺法、针刺法、蒸汽喷射法、干式造纸法、湿式造纸法等。其中，从生产效率、增强纤维在无纺布中的均匀分散的方面考虑，优选为湿式造纸法。例如，在湿式造纸法中，只要制作包含上述热塑性纤维及增强纤维的水性浆料，然后将该浆料供于通常的造纸工序即可。需要说明的是，水性浆料也可以包含粘合剂(例如，聚乙烯醇类纤维等水溶性聚合物纤维、PET类纤维等的热熔粘纤维、对位系芳香族聚酰胺纤维、全芳香族聚酯类纤维的浆粕状物)等。另外，为了提高纸的均匀性、压接性，可以通过喷雾干燥涂布粘合剂、在湿式造纸工序后增加热压工序。
需要说明的是，在通过湿式造纸法制造无纺布的情况下，造纸速度优选为2m/分以上，更优选为3m/分以上，进一步优选为5m/分以上。通过提高造纸速度，能够使增强纤维及热塑性纤维的取向方向为一个方向，且容易使大多数的增强纤维和热塑性纤维以与多孔复合体的表面平行的方式取向。由此，对于多孔复合体，能够在面内方向及面外方向上赋予透液性的各向异性。在造纸速度过小的情况下，难以赋予纤维取向的各向异性，因此无法赋予透液性的各向异性。另外，造纸速度的上限没有特别限制，可以为50m/分以下。在造纸速度过大的情况下，无纺布的单位面积重量不均等增大，产生使用该无纺布得到的复合体的密度不均等，具有难以控制透液性的的隐患。
该混合无纺布的单位面积重量没有特别限制，优选为5～1500g/m2，更优选为10～1000g/m2，进一步优选为20～500g/m2。在单位面积重量过小的情况下，无纺布的强度低，因此具有使工序通过性变差的隐患。在单位面积重量过大的情况下，具有难以进行空隙率的精细调整的隐患。
＜多孔复合体＞
作为得到构成本发明的透液构件的多孔复合体的方法，没有特别限制。例如，具有如下方法：将上述混合无纺布进行压缩热成型，形成中间复合体之后，使该中间复合体热膨胀至给定的空隙率。在该方法中，将上述混合无纺布层叠一片或多片(例如，2～100片，优选为10～80片，更优选为20～60片)，以上述热塑性纤维的流动起始温度以上的温度进行加压、加热，然后一边加压一边冷却，由此制作中间复合体，接着，以热塑性树脂的流动起始温度以上的温度加热该中间复合体，使中间复合体膨胀后，一边控制复合体的厚度一边冷却，以便得到给定的空隙率，由此制作多孔复合体。
形成中间复合体时，非连续增强纤维通过在加压下以流动起始温度以上的温度进行了加热的热塑性纤维而被赋予弯曲形状，接着在加压下被冷却，因此，得到的中间复合体中的非连续增强纤维在弯曲的状态下被临时固定。对于这样得到的中间复合体而言，在为了释放非连续增强纤维的固定而以热塑性树脂的流动起始温度以上进行加热时，被热塑性树脂约束的弯曲状态被释放，其结果是中间复合体发生膨胀。
此时，由膨胀前的中间复合体制作多孔复合体时的膨胀率优选为40～900％，更优选为60～850％，进一步优选为80～800％。在膨胀率过小的情况下，得到的多孔复合体的空隙率小，具有无法获得足够的透液性的隐患。在膨胀率过大的情况下，作为结构体的强度不足。需要说明的是，这里，膨胀率以下述式表示。
膨胀率(％)＝((膨胀后的多孔复合体的厚度(mm)－膨胀前的中间复合体的厚度(mm))/膨胀前的中间复合体的厚度(mm))×100
在本发明中，通过控制非连续增强纤维在面内方向及面外方向的取向性，可以实现期望的各向异性透液性。
参照图1～3对面内方向及面外方向、纤维的面内取向性及面外取向性进行说明。
图1示出了用于说明本发明的多孔复合体及中间复合体的纤维的排列的示意透射立体图。例如，在图1中，多孔复合体及中间复合体是具有给定厚度的板状体，在MD方向、CD方向及厚度方向被限定。以下，有时将MD方向称为X方向，将CD方向称为Y方向，将厚度方向称为Z方向。
更具体而言，本发明中的面内方向及面外方向如以下所述。例如，如图1中所示，在以混合无纺布的包含MD方向(X方向)的轴及CD方向(Y方向)的轴的平面(XY平面)为基准面的情况下，混合无纺布的层叠方向、即多孔复合体或中间复合体的厚度方向(Z方向)为相对于基准面的面外方向。另外，面内方向为相对于包含Y方向的轴及Z方向的轴的平面(YZ平面)的X方向、或者相对于包含Z方向的轴及X方向的轴的平面(ZX平面)的Y方向，在X方向及Y方向中，是后述的非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的测定中平均值α为45°以下的方向。
纤维的面内取向性及面外取向性可以通过以下的方法计算。
首先，对于与板状体的XY平面垂直的切面(例如，这里为与X方向垂直的A-A’截面(图2))中露出的纤维截面中的给定的根数，测定切面中的各个纤维的长轴a、短轴b、以及XY平面(例如，图2中Y方向的轴)与纤维截面的长轴之间的角度θ(0°≤θ≤90°)。
接着，通过后述的式进行计算这些值，可以计算出各纤维的面内取向角αn及面外取向角βn(图3)。需要说明的是，这里，在相对于X方向或Y方向为45°以下的方向上计算出αn，βn是相对于基准线在0°～90°的范围内存在的角度。
然后，分别将得到的各纤维的面内取向角αn及面外取向角βn进行平均，可以计算出纤维取向角的平均值α及β。具体而言，非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的平均值α及面外方向的纤维取向角的平均值β是通过后述的实施例中记载的方法而测定的值。
通过纤维取向角的平均值，可以掌握增强纤维的整体的取向性。
例如，在面内方向的纤维取向角的平均值α为5°的情况下，可以认为纤维作为整体在XY平面中与X方向或Y方向的任一方向基本平行地取向。另外，例如，在面外方向的纤维取向角的平均值β为5°的情况下，可以认为纤维作为整体在ZX平面中与X方向基本平行地取向。
中间复合体的面内方向的纤维取向角的平均值α优选为0～40°，更优选为0～38°，进一步优选为0～36°。在面内方向的纤维取向角的平均值过大的情况下，具有无法获得制作的多孔复合体的透液性的面内方向各向异性的隐患。另外，中间复合体的面外方向的纤维取向角的平均值β优选为0～20°，更优选为0～15°，进一步优选为0～10°。在面内方向的纤维取向角过大的情况下，相对于向制作的多孔复合体的面内方向的液体通过，液体向面外方向的流出增多，具有无法控制透液性的隐患。
该方法通过经由没有空隙的中间复合体而具有操作性优异、树脂均匀地遍布增强纤维的交点等优点。
构成本发明的透液构件的多孔复合体具有30～90％的作为连通孔的空隙率是非常重要的。更优选为35～88％，进一步优选为40～86％。在空隙率过低的情况下，通过液体的连通孔的比例变低，具有作为透液构件的性能不足的隐患。在空隙率过高的情况下，具有无法获得作为结构材料所必要的力学特性的隐患。需要说明的是，这里，空隙率表示空隙占据的体积相对于多孔复合体的堆积体积的比例，是通过后述的实施例中记载的方法测定的值。
构成本发明的透液构件的多孔复合体的非连续增强纤维在面内方向的纤维取向角的平均值α为0～40°是非常重要的。更优选为0～38°(例如，0.5～38°)，进一步优选为0～36°(例如，1～36°)。在面内方向的纤维取向角的平均值α过大的情况下，无法获得透液性在面内方向的各向异性。另外，非连续增强纤维在面外方向的纤维取向角的平均值β为0～25°是非常重要的。更优选为0～20°(例如，0.5～20°)，进一步优选为0～15°(例如，1～15°)。在面外方向的纤维取向角的平均值β过大的情况下，相对于向通过膨胀得到的多孔复合体的面内方向的液体通过，液体向面外方向的流出增多，无法控制透液性。
对于构成本发明的透液构件的多孔复合体而言，从与面内方向的透液性相比、抑制面外方向的透液性的观点考虑，非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的平均值α与面外方向的纤维取向角的平均值β的比率α/β可以为1.1～5.0，优选为1.2～4.0，更优选为1.3～3.0。
在经由中间复合体，通过热膨胀来制作构成本发明的透液构件的多孔复合体的情况下，通过膨胀，面外方向的纤维取向角增加，因此，考虑到该情况，优选中间复合体的面外方向的纤维取向角采用比多孔复合体的面外方向的纤维取向角的适当范围小的值。
对于构成本发明的透液构件的多孔复合体而言，从具有透液性在面内方向的各向异性的观点考虑，后述的实施例中记载的透液速度评价中的面内方向的透液各向异性可以为1.3以上，优选为1.5以上，也可以更优选为2.0以上。面内方向的透液各向异性的上限没有特别限定，例如可以为8.0左右。
另外，从相对于向多孔复合体的面内方向的液体通过、抑制液体向面外方向的流出的观点考虑，后述的实施例中记载的透液速度评价中面内方向相对于面外方向的透液各向异性可以为2.0以上，优选为3.0以上，更优选为4.0以上。面内方向相对于面外方向的透液各向异性的上限没有特别限定，例如可以为12.0左右。
构成本发明的透液构件的多孔复合体优选具有30MPa以上的弯曲强度及3.0GPa以上的弯曲弹性模量。关于弯曲强度，更优选为35MPa以上，特别优选为40MPa以上。另外，关于弯曲弹性模量，更优选为3.5GPa以上，特别优选为4.0GPa以上。需要说明的是，虽然关于上限没有特别限制，但弯曲强度优选为500MPa以下。另外，弯曲弹性模量优选为50GPa以下。在弯曲强度过小的情况下，具有作为透液构件的耐久性不足的隐患。在弯曲弹性模量过小的情况下，具有作为透液构件的刚性不足的隐患。需要说明的是，多孔复合体的弯曲强度及弯曲弹性模量是通过后述的实施例中记载的方法测定的值。
构成本发明的透液构件的多孔复合体的单位面积重量可以为100～10000g/m2，优选为500～9000g/m2，可以更优选为800～8000g/m2。需要说明的是，多孔复合体的单位面积重量是通过后述的实施例中记载的方法测定的值。
构成本发明的透液构件的多孔复合体的厚度可以为1～200mm，优选为3～180mm，也可以更优选为5～150mm。
构成本发明的透液构件的多孔复合体的形状并不限于板状，也包含具有三维结构的立体形状。在立体形状的情况下，也可以通过将要求良好透液性的面决定为基准面来确定面内方向及面外方向。
为了得到构成本发明的透液构件的多孔复合体，对上述混合无纺布进行加热成型的方法没有特别限制，优选使用冲压成型、加压成型、真空压接成型、GMT成型这样的通常的压缩成型。此时的成型温度可以根据使用的热塑性纤维的流动起始温度、分解温度来设定。例如，在热塑性纤维为结晶性的情况下，成型温度优选为热塑性纤维的熔点以上、且[熔点+100]℃以下的范围。另外，在热塑性纤维为非结晶性的情况下，成型温度优选为热塑性纤维的玻璃化转变温度以上、且[玻璃化转变温度+200]℃以下的范围。需要说明的是，可以根据需要在加热成型之前利用IR加热器等进行预加热。
进行加热成型时的压力没有特别限制，通常以0.05MPa以上的压力进行。更优选为0.1MPa以上，也可以特别优选为0.5MPa以上。上限没有特别限定，可以为30Mpa左右。进行加热成型时的时间也没有特别限制，但在长时间暴露于高温下时，聚合物可能劣化，因此通常优选为30分钟以内，更优选为25分钟以内，也可以特别优选为20分钟以内。下限没有特别限定，可以为1分钟左右。另外，得到的多孔复合体的厚度、密度可以通过增强纤维的种类、施加的压力而适当设定。另外，得到的复合体的形状也没有特别限制，可以适当设定。可以根据目的，将多片规格不同的混合无纺布层叠、或将规格不同的混合无纺布分别配置于一定大小的模具中，进行加热成型。
上述多孔复合体具有作为连通孔的空隙，因此，可以适合作为用于控制液体的流量、流动的方向的透液构件来使用。另外，液体的流量、流动的方向可以通过变更多孔复合体的空隙率、纤维取向等来进行调整。
本发明的透液构件具有面内方向及面外方向相互不同的透液性，因此，可以有效地用于在配置透液构件时要求向面内方向的流动良好、且抑制向面外方向的流动的各种材料、构件，例如用于农业、工业、土木、各种运输车辆等的材料、构件等。
特别是在透液构件具有给定的力学特性的情况、和/或具有耐热性的情况下，在本发明的透液构件的一个方式中，可以有效地用作高强度和/或耐热性构件。另外，在本发明的透液构件的一个方式中，尽管具有优异的透液性，也可薄层化。
例如，本发明的透液构件通过用作地面采暖用流路构件，能够抑制热水向面外方向的流动，并且能够使热水沿面内方向扩散，因此，可进行均匀的温度控制。另外，例如，由于强度优异，因此也可用于屋顶融雪用流路构件，能够使热水沿着面内方向扩散，因此也能够抑制不均匀的温度控制所导致的局部落雪等。
实施例
以下，基于实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明并不受这些实施例的任何限制。
＜参考例1＞(聚醚酰亚胺短切纤维的制造)
将作为非晶性树脂的聚醚酰亚胺(以下，有时简称为PEI)类聚合物(SABICInnovative Plastics公司制造的“ULTEM9001”)以150℃真空干燥12小时。将上述PEI类聚合物在纺丝头温度390℃、纺丝速度1500m/分、喷出量50g/分的条件下从圆孔喷嘴喷出，制作了2640dtex/1200f的PEI纤维的复丝。将得到的复丝切成15mm，制作了PEI纤维的短切纤维。得到的纤维的外观良好而没有毛刺等，单纤维纤度为2.2dtex，平均纤维长度为15.0mm。
＜参考例2＞(聚醚酰亚胺短纤维的制造)
与参考例1同样地制作了2640dtex/1200f的PEI纤维的复丝。对得到的复丝进行卷曲加工后，切成51mm，制作了PEI纤维的短纤维。得到的纤维的外观良好而没有毛刺等，单纤维纤度为2.2dtex，平均纤维长度为51.0mm。
＜实施例1＞
使用包含作为热塑性纤维的PEI短切纤维50wt％、作为非连续增强纤维的12mm切断长度的碳纤维(TohoTenax公司制造：平均纤维径7μm)45wt％、作为粘合剂的PVA纤维(可乐丽股份有限公司制造的“VPB-105-2”)5％的浆料，利用短网式湿式造纸机以5m/分的速度造纸，得到了单位面积重量100g/m2的混合无纺布(混合纸(mixed paper))。
将得到的混合无纺布层叠74片，利用试验压力机(北川精机株式会社制造的“KVHC-II”)对与层叠方向垂直的面一边以15MPa加压，一边以340℃加热10分钟，使PEI树脂含浸于碳纤维之间之后，在保持加压的状态下，冷却至PEI的玻璃化转变温度以下、即200℃，制作了厚度为5.3mm的中间复合体。
将得到的中间复合体利用试验压力机加热至340℃，使复合体膨胀后，对与层叠方向垂直的面以5MPa加压，使厚度为10mm后，冷却至PEI的玻璃化转变温度以下、即200℃，制作了由多孔复合体构成的透液构件。关于由得到的多孔复合体构成的透液构件，将空隙率及纤维取向角的测定结果、以及力学特性及透液性的评价结果示于表1。
＜实施例2＞
在复合体的制作工序中，将混合无纺布的层叠片数设为44片，除此以外，与实施例1同样地制作了中间复合体。然后，与实施例1同样地制作了由多孔复合体构成的透液构件。关于由得到的多孔复合体构成的透液构件，将空隙率及纤维取向角的测定结果、以及力学特性及透液性的评价结果示于表1。
＜实施例3＞
在混合无纺布的制作工序中，将造纸速度调整成10m/分，除此以外，与实施例2同样地制作了混合无纺布。然后，与实施例2同样地制作了中间复合体及由多孔复合体构成的透液构件。关于由得到的多孔复合体构成的透液构件，将空隙率及纤维取向角的测定结果、以及力学特性及透液性的评价结果示于表1。
＜实施例4＞
用梳理机对将作为热塑性纤维的PEI短纤维55wt％、作为非连续增强纤维的12mm切断长度的碳纤维(TohoTenax公司制造：7μm)45wt％混合而成的浆料进行解纤，通过针刺法制作了单位面积重量100g/m2的混合无纺布(针刺无纺布)。然后，与实施例2同样地制作了中间复合体及由多孔复合体构成的透液构件。关于由得到的多孔复合体构成的透液构件，将空隙率及纤维取向角的测定结果、以及力学特性及透液性的评价结果示于表1。
＜比较例1＞
在混合无纺布的制作工序中，将造纸速度调整为1m/分，除此以外，与实施例2同样地制作了混合无纺布。然后，与实施例2同样地制作了中间复合体及由多孔复合体构成的透液构件。关于由得到的多孔复合体构成的透液构件，将空隙率及纤维取向角的测定结果、以及力学特性及透液性的评价结果示于表1。
＜比较例2＞
在复合体的制作工序中，将混合无纺布的层叠片数设为118片，除此以外，与实施例1同样地制作了中间复合体。然后，与实施例1同样地制作了由多孔复合体构成的透液构件。关于由得到的多孔复合体构成的透液构件，将空隙率及纤维取向角的测定结果、以及力学特性及透液性的评价结果示于表1。
＜评价、测定＞
＜密度＞
将构成透液构件的多孔复合体样品切出成纵10cm、横10cm，测量其厚度(cm)和重量(g)，并通过下述式计算出密度。
密度(g/cm3)＝重量(g)/(厚度(cm)×100(cm2))
＜单位面积重量＞
将构成透液构件的多孔复合体样品切出成纵10cm、横10cm，测量其重量(g)，并通过下述式计算出单位面积重量。
单位面积重量(g/m2)＝重量(g)/0.01(m2)
＜空隙率＞
根据JIS K7075“碳纤维增强塑料的纤维含有率及空洞率试验”，计算出构成透液构件的多孔复合体的空隙率(％)。
＜弯曲强度、弯曲弹性模量＞
根据JIS K7017“纤维增强塑料－弯曲特性的求得方法”，计算出弯曲强度(MPa)、弯曲弹性模量(GPa)。需要说明的是，沿MD方向采集试验片的轴来进行。
＜纤维取向角＞
对于复合体，利用双组分固化型环氧树脂(IMT公司制造的“Zeromer K plus”)进行树脂包埋后，沿与MD方向正交的截面(图1中的A-A’截面)切断复合体。接着，在露出的截面的表面涂布该环氧树脂，利用耐水研磨纸及氧化铝浆料对该表面进行抛光。利用显微镜观察得到的抛光面，对于露出于切断后的复合体的截面的全部非连续增强纤维的截面，测量了长轴方向的长度a、短轴方向的长度b、以及复合体的底边(CD方向)与长轴的交叉角θ。图2是将由多孔复合体构成的透液构件切断的截面的示意图。
根据对露出至切面(A-A’截面)的各非连续增强纤维测量an、bn、θn而得到的值，计算出图3所示的面内方向及面外方向的纤维取向角αn及βn。这里，以θn为0～90°的范围进行了测量。在该情况下，面内方向的纤维取向角αn为包含厚度方向(Z方向)的轴及MD方向(X方向)的轴的ZX平面与非连续增强纤维的XY平面成分的交叉角，面外方向的纤维取向角βn为包含MD方向(X方向)的轴及CD方向(Y方向)的轴的XY平面与非连续增强纤维的ZX平面成分的交叉角。接着，根据下述的计算式，计算出面内方向的纤维取向角的平均值α、面外方向的纤维取向角的平均值β。
α＝(1/m)·Σαn＝(1/m)·Σarccоs(bn/(ancоsθn))
(n＝1、2、3、·····、m)
β＝(1/m)·Σβn＝(1/m)·Σarccоs(bn/(ansinθn))
(n＝1、2、3、·····、m)
其中，m为露出于切面的非连续增强纤维的数量。
需要说明的是，在如上所述计算出的面内方向(Y方向)的纤维取向角的平均值α超过45°的情况下，将X方向作为面内方向，面内方向的纤维取向角的平均值α为90°减去Y方向的纤维取向角的平均值而得到的值。
＜透液速度评价＞
将由10mm厚的多孔复合体构成的透液构件沿MD方向(面内方向)用与MD方向正交的截面切割10mm的量，将得到的棒状样品的CD方向上切断成50mm长度的样品作为样品A。接着，将由多孔复合体构成的透液构件沿CD方向用与CD方向正交的截面切割10mm的量，将得到的棒状样品的MD方向上切断成50mm长度的样品作为样品B。
接着，在开设有纵10mm、横50mm的长方形孔的直径80mm、厚度5mm的不锈钢制圆盘上放入样品A，使得与样品A的MD方向正交的切面从不锈钢制圆盘露出，用有机硅制密封材料填补样品A与不锈钢制圆盘的间隙。
另外，在样品B的情况下，放入样品B，使得与样品B的CD方向正交的切面从不锈钢制圆盘露出，用有机硅制密封材料填补样品B与不锈钢制圆盘的间隙。
使用两个底面的外径为直径80mm、边缘带有有机硅制垫圈、顶部连接有耐压管的圆锥状的连接配件，夹住不锈钢制圆盘，并利用夹子固定，以免脱落。
接着，从得到的夹具的一侧，以2kPa的压力注入纯水，观测从另一侧流出的水的体积，测量了总量从20mL达到40mL所需要的时间t(分钟)。
根据得到的时间，通过下述式计算出样品A及B的面内透液速度(X方向的透液速度及Y方向的透液速度)。
透液速度(mL/分)＝20(mL)/t(分钟)
＜面内方向的透液各向异性＞
根据得到的X方向的透液速度及Y方向的透液速度，通过下述式计算出面内各向异性。
面内方向的透液各向异性＝X方向的透液速度(mL/分)/Y方向的透液速度(mL/分)
＜面内方向相对于面外方向的透液各向异性＞
以与样品A的面外方向正交的面从不锈钢制圆盘露出的方式放入样品A，并用有机硅制密封材料填补样品A与不锈钢制圆盘的间隙，除此以外，与上述的透液速度评价同样地计算出样品A的面外透液速度(Z方向的透液速度)。
根据得到的X方向的透液速度及Z方向的透液速度，通过下述式计算出面外各向异性。
面内方向相对于面外方向的透液各向异性＝X方向的透液速度(mL/分)/Z方向的透液速度(mL/分)
Figure BDA0002428917370000181
需要说明的是，在表1中，CF为碳纤维，PEI为聚醚酰亚胺类纤维。
将评价结果示于表1。如实施例1～4所示可知，在由面内的平均纤维取向角为40°以下、且面外的平均纤维取向角为25°以下的多孔复合体构成的透液构件中，透液速度高。另外，在由这些多孔复合体构成的透液构件中，在面内的透液各向异性及面内方向相对于面外方向的透液各向异性方面均表现出高值。
将实施例1、2及比较例2比较可知，在空隙率小的情况下，透液速度小，随着空隙率的增加，透液速度增大。
另外，将实施例1及比较例1比较可知，即使是相同的空隙率，在面外及面内的纤维取向角的平均值大而接近无规取向(45°)的情况下，透液性的各向异性小。
另外，观察实施例2、3可知，面内方向的纤维取向角的平均值越小，液体通过的面内的透液各向异性越高，并且透液速度也越大。
另外，观察实施例2～4可知，对于面外方向的纤维取向角的平均值β而言，与造纸法相比，针刺法更大。这是由于，在针刺法中，因针向面外方向的穿刺，因此一部分纤维沿面外方向取向。
另外，对于面内的平均纤维取向角的平均值α而言，与造纸法相比，针刺法更小。这是由于，在针刺法中，在梳理工序中，纤维沿面内方向的一个方向取向。
工业实用性
由根据本发明得到的多孔复合体构成的透液构件具有透液性、并且轻质且高强度，因此，也可以用作结构构件，期待向农业材料、工业材料、土木工程材料等的应用。
如上所示，参照附图对本发明的优选实施例进行了说明，但本领域技术人员阅读本说明书，可容易地想到在显而易见的范围内进行各种变更及修正。因此，这样的变更及修正被解释为由权利要求书所确定的发明的范围内。

Claims (7)

1.一种透液构件，其由多孔复合体构成，所述多孔复合体为分散有非连续增强纤维的结构、且至少交点被热塑性树脂粘接，所述多孔复合体具有30～90％的作为连通孔的空隙，非连续增强纤维的面内方向的纤维取向角的平均值α为0～40°，面外方向的纤维取向角的平均值β为0～25°。
2.根据权利要求1所述的透液构件，其中，所述热塑性树脂的玻璃化转变温度为100℃以上。
3.根据权利要求1或2所述的透液构件，其中，所述热塑性树脂为选自聚醚酰亚胺类树脂、半芳香族聚酰胺类树脂、聚醚醚酮类树脂、以及聚碳酸酯类树脂中的至少一种热塑性树脂。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的透液构件，其中，所述非连续增强纤维的平均纤维长度为3～50mm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的透液构件，其中，多孔复合体中的非连续增强纤维的重量比率为15～80％。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的透液构件，其具有30MPa以上的弯曲强度及3.0GPa以上的弯曲弹性模量。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的透液构件，其中，面内方向相对于面外方向的透液各向异性、即面内透液速度/面外透液速度为2.0～12.0。
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