CN117098799A - 纤维增强树脂、多孔结构体、成型构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供轻量且力学特性优异的纤维增强树脂的多孔结构体。所述纤维增强树脂包含增强纤维基材和热塑性树脂，所述增强纤维基材将增强纤维的总量设定为100重量％时，包含50～100重量％的纤维长度为2～10mm的增强纤维，且热塑性树脂具有应变固化性。

Description

纤维增强树脂、多孔结构体、成型构件
技术领域
本发明涉及包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂、多孔结构体、成型构件。
背景技术
近年来，对于汽车、飞机、体育制品、电子设备等产业用制品，对轻量性的市场需求逐年提高。为了应对这种需求，具有优异轻量性和优异力学特性的多孔结构体被广泛应用于各种产业用途。但是，带有空隙的多孔结构体的轻量性优异，而另一方面则存在着压缩特性等力学特性大幅变差的问题。
专利文献1中公开了由树脂、增强纤维和空隙形成的结构体的发明。通过增强纤维不连续、大致单丝状且随机地分散，从而因增强纤维的弹力而形成的空隙达到致密化，能够兼顾优异的轻量性和优异的力学特性。
专利文献2中公开了包含纤维状填料的聚丙烯树脂挤出发泡体的发明。纤维状填料不仅在挤出方向取向，而且由于发泡单元的存在而在厚度方向取向，因此能够在厚度方向表现出优异的力学特性。另外，通过使用粘弹性特性优异的聚丙烯树脂，可以形成致密的独立气泡单元，能够兼顾优异的轻量性和优异的力学特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/110532号
专利文献2：国际公开第2006/054715号
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1中的结构体，由于增强纤维的弹力导致的结构体膨胀所伴有的伸长树脂断裂，因此增强纤维彼此仅在交织点处通过树脂而粘结，此外，树脂断裂的部分容易大幅度膨胀而成为不均匀的空隙结构，因此力学特性还有改善的余地。
专利文献2中的挤出发泡体，由于增强纤维的断裂，纤维长度短的纤维比例大，增强效果不足。另外，由于是利用发泡材料使混炼后的纤维增强树脂发泡而形成，因此难以形成增强纤维彼此交叉而进行增强的结构，无法充分发挥增强纤维的增强效果。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供轻量且力学特性优异的纤维增强树脂的多孔结构体。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明是一种包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂，增强纤维基材，将增强纤维的总量设定为100重量％时，包含50～100重量％的纤维长度为2～10mm的增强纤维，且热塑性树脂具有应变固化性。
发明效果
根据本发明，可以得到轻量且具有优异的力学特性的纤维增强树脂的多孔结构体。
附图说明
图1是显示本发明的纤维增强树脂中包含的增强纤维基材中增强纤维的分散状态的示意图。
图2是用单轴拉伸粘度计测定的拉伸粘度与应变量的曲线的示意图。
图3是显示本发明的多孔结构体的剖面结构的示意图。
图4是将本发明的多孔结构体中由增强纤维和热塑性树脂形成的结构进行放大显示的示意图。
图5是显示本发明的多孔结构体的面内方向(图5(a))及厚度方向(图5(b))的典型剖面结构的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
<纤维增强树脂>
本发明是包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂。增强纤维基材，将增强纤维的总量设定为100重量％时，包含50～100重量％的纤维长度为2～10mm的增强纤维。纤维长度为2mm以上的增强纤维的比例为50重量％以上时，增强纤维显示出充分的增强效果，得到的纤维增强树脂的力学特性提高。另外，在如后述那样利用增强纤维基材的弹力使其膨胀的情况下，增强纤维基材的体积变大，因此膨胀力提高。另一方面，纤维长度超过10mm的增强纤维的比例超过50重量％时，虽然膨胀力提高，但在得到的纤维增强树脂中，弯曲纤维的比例增加，因此力学特性降低。
增强纤维的重均纤维长度(Lw)相对于数均纤维长度(Ln)之比(Lw/Ln)优选为1～1.4，更优选为1～1.3。Lw/Ln小表示纤维长度的偏差小。若纤维长度的偏差小，则容易均匀地形成后述的增强纤维相互交叉的纤维结构。纤维长度的分布可以通过如下方式计算，即通过燃烧、浸出等方法除去纤维增强树脂中的树脂成分，从残留的增强纤维中随机选择400根，测定其长度至0.01mm，在小数点后第2位进行四舍五入。
<增强纤维基材>
增强纤维基材优选具有三维网状结构，该三维网状结构具有增强纤维相互交叉部分，在其多个增强纤维之间包含空隙。
如果成为这样的结构，则通过利用加热使热塑性树脂熔融或软化，由此利用增强纤维基材的弹力使其膨胀变得容易，可以形成后述的多孔结构体。即，伴随着膨胀，处于熔融或软化状态的热塑性树脂变形，在由增强纤维形成的三维网状结构内形成将增强纤维相互粘结的筋状结构。与此同时，热塑性树脂的变形不随增强纤维基材的膨胀而变化的部分成为增强纤维和热塑性树脂都不存在的区域，即空隙，从而形成多孔结构。另外，通过增强纤维基材的弹力膨胀，形成增强纤维之间打开、只有树脂的部分被拉伸的状态，因此在树脂被拉伸的部分周围没有增强纤维，在没有增强纤维阻碍树脂的应变固化的情况下，可以充分获得树脂的应变固化性效果。
作为具有三维网状结构的增强纤维基材的具体形态，可以列举无纺布状作为优选的形态，更具体而言，可以列举短切原丝毡、连续原丝毡、抄纸毡、梳理毡、气流成网毡等。另外，从通过增强纤维的弹力使其膨胀方面考虑，增强纤维基材，优选相交叉的增强纤维彼此用树脂等填缝。
<增强纤维>
增强纤维的取向状态可以使用二维取向角，即由某增强纤维单丝(a)和与该增强纤维单丝(a)交叉的增强纤维单丝(b)形成的角度的概念来表现。使用图1对二维取向角进行说明。图1是表示从面方向仅观察纤维增强树脂的增强纤维时，增强纤维的分散状态的示意图。着眼于增强纤维单丝1时，增强纤维单丝1与增强纤维单丝2～5交叉。此处所谓交叉，是指在所观察的二维平面中观察到所关注的增强纤维单丝(a)与其它增强纤维单丝(b)相交的状态。此处，在实际的纤维增强树脂中，增强纤维1与增强纤维2～5未必需要接触。二维取向角由交叉的两个增强纤维单丝形成的两个角度中的锐角的角度6定义。对测定二维取向角的平均值的方法没有特别限制，例如可以例示从表面观察增强纤维的取向的方法。在该情况下，通过对表面进行研磨而使纤维露出，从而更容易观察增强纤维，因此是优选的。另外，可以例示利用透射光观察增强纤维的取向的方法。在该情况下，通过切薄片，从而更容易观察增强纤维，因此是优选的。进而，还可以例示进行X射线CT透射观察而拍摄增强纤维的取向图像的方法。在X射线透射性高的增强纤维的情况下，若预先在增强纤维中混合示踪剂用纤维、或者预先在增强纤维中涂布示踪剂用药剂，则变得更容易观察增强纤维，因此是优选的。
二维取向角的平均值通过以下的步骤I、II来测定。
I.测定与随机选择的增强纤维单丝(a)交叉的全部增强纤维单丝(b)在锐角侧的角度，算出二维取向角的平均值。与增强纤维单丝(a)交叉的增强纤维单丝(b)为多根的情况下，可以使用随机选择20根交叉的增强纤维单丝(b)进行测定而得到的平均值作为替代。
II.着眼于其他增强纤维单丝，反复进行总计5次上述I的测定，算出其平均值作为二维取向角的平均值。
在本发明中，增强纤维的二维取向角的平均值为10～80度，优选为20～70度，更优选为30～60度，越接近作为理想角度的45度越优选。二维取向角的平均值小于10度或大于80度时，意味着增强纤维以束状的状态大量存在。通过使增强纤维的二维取向角的平均值为10～80度，纤维增强树脂对复杂形状的成型性提高，进而通过不沿特定方向取向，纤维增强树脂显示各向同性的力学特性。另外，在如后述那样利用增强纤维的弹力使其膨胀的情况下，增强纤维的体积变大，因此表现出充分的膨胀力。此外，在得到的多孔结构体中，由增强纤维形成的三维网状结构的网眼致密化，因此表现出优异的增强效果。
增强纤维的种类没有特别限制，例如可以使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维、金属纤维、天然纤维、矿物纤维等，它们可以使用1种或并用2种以上。其中，从比强度、比刚性高且轻量化效果方面考虑，优选使用聚丙烯腈(PAN)类、沥青类、人造丝类等碳纤维。另外，从提高得到的纤维增强树脂的经济性方面考虑，可以优选使用玻璃纤维，尤其是从机械特性与经济性的平衡考虑，优选并用碳纤维和玻璃纤维。进而，从提高纤维增强树脂的冲击吸收性、赋形性方面考虑，可以优选使用芳纶纤维，从机械特性与冲击吸收性的平衡考虑，优选并用碳纤维和芳纶纤维。另外，从提高纤维增强树脂的导电性方面考虑，优选使用被覆有镍、铜、镱等金属的增强纤维、沥青类的碳纤维。
增强纤维的拉伸强度优选为3000MPa以上，更优选为4000MPa以上。通过将增强纤维的拉伸强度设定为上述范围，可以抑制工艺中增强纤维的折损。另外，从得到的纤维增强树脂的力学特性方面考虑，增强纤维的拉伸弹性模量优选为100GPa以上，更优选为200GPa以上。增强纤维的拉伸强度和拉伸弹性模量的上限没有特别限制。作为兼顾它们的增强纤维，可以举出PAN类的碳纤维。
本发明的纤维增强树脂中所含的热塑性树脂为具有应变固化性的热塑性树脂。
应变固化性是指当对熔融状态的树脂施加一定量以上的变形时树脂的粘度上升的性质。在通过利用应变固化性的树脂而使树脂随着纤维增强树脂的变形而变形时，变形部分的树脂的粘度特异性地上升，从而在变形部分与未变形部分中产生树脂的粘度之差。由此，粘度低的未变形部分进行变形，能够使树脂均匀地变形，因此能够使树脂伸长而不断裂。在后述那样的利用增强纤维基材的弹力使其膨胀而形成多孔结构体的情况下，被较薄地拉伸的部分的粘度特异性地上升，从而能够使树脂不断裂地膨胀，在多孔结构体中，容易获得树脂不断裂地连续的筋状结构。此外，由于拉伸部位的树脂的粘度特异性地上升，因此均匀地膨胀，可以形成致密的空隙结构。只要是具有应变固化性的树脂就没有特别限定，作为具有应变固化性的热塑性树脂的一个例子，可以列举分子量大的树脂、具有长链支化结构的树脂、具有伪交联结构的树脂、聚苯乙烯树脂等。作为具有长链支化结构的树脂的一个例子，可以列举通过使用茂金属催化剂而导入了长链支化结构的聚丙烯树脂、低密度聚乙烯、通过利用支化剂而导入了长链支化结构的聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯硫醚树脂等，作为具有伪交联结构的树脂，可以列举通过过氧化物、电子束照射进行改性而交联的树脂、利用了离聚物的树脂等作为一个例子。
作为具有应变固化性的树脂的市售品，例如，如果是聚丙烯树脂，则可以列举作为具有长链支化结构的聚丙烯树脂的“MFX6、EX6000”(日本ポリプロ株式会社)等，如果是聚苯乙烯树脂，则可以举出“HRM 26”(东洋スチレン株式会社)等，如果是聚碳酸酯树脂，则可以举出作为具有长链支化结构的聚碳酸酯树脂的“FN1700A”(出光石油化学株式会社)等，如果是聚苯硫醚树脂，则可以举出作为具有长链支化结构的聚苯硫醚树脂的“LF3G”(DIC EP株式会社)等。另外，作为用于赋予应变固化性的添加剂，可以举出离聚物，作为其市售品的一个例子，可以举出“ハイミラン1706”(三井·ダウ·ポリケミカル株式会社)等。
具有长链支化结构的树脂和具有伪交联结构的树脂，作为显示应变固化性的树脂，粘度低，因此从成型性方面考虑是优选的。特别是具有长链支化结构的热塑性树脂不易引起凝胶化，另外从成本方面考虑更优选。从轻量性方面考虑，优选聚烯烃、聚苯乙烯。另外，从保持膨胀时形成的结构方面考虑，要求从熔融状态迅速冷却、固化，因此优选结晶性树脂。在本说明书中，所谓“应变固化性”，在结晶性树脂的情况下是指在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下、在非晶性树脂的情况下是指在Tg+80℃的温度(此处，Tg为玻璃化转变温度。下同)下测定的由单轴拉伸粘度测定所求出的应变固化度为1.1以上。在本说明书中，在观测到多个熔点或Tg的情况下，以最高温侧的熔点或Tg为基准来设定温度。在单轴拉伸粘度测定中，首先，对于在应变速度1/sec的情况下的拉伸粘度测定结果，以横轴为应变量[-]、纵轴为拉伸粘度ηE(Pa·s)，如图2那样用双对数图进行标绘。此处，应变量是指Hencky应变，由下述式导出。
[数学式1]
在该双对数图上用直线近似即将发生应变固化之前的粘度，求出由数学式1(见上述数学式，下同)导出的应变量成为4.0时的拉伸粘度ηE(ηEmax)，另外，将根据即将发生应变固化之前的拉伸粘度斜率用直线近似后的应变量成为4.0时的近似拉伸粘度设定为ηElin。将该ηEmax/ηElin定义为应变固化度。在应变量未拉伸至4.0而树脂断裂的情况下，将断裂点的值设定为ηE(ηEmax)。另外，在不引起应变固化的情况下，将应变固化度设定为1。在观测到多个熔点的情况下，以最高温侧的熔点为基准，设定测定温度。
通过使应变固化度为1.1以上，从而在利用增强纤维基材的弹力使其膨胀而形成多孔结构体的情况下，被较薄地拉伸的部分的粘度特异性地上升，由此可以使树脂不断裂地膨胀，在多孔结构体中，容易获得树脂不断裂地连续筋状结构。
热塑性树脂的应变固化度优选为2以上，更优选为4以上，进一步优选为6以上。通过应变固化度变大，拉伸部分与未拉伸部分的树脂的粘度之差变大，因此，可以使树脂均匀地变形，能够不使树脂切断地进行拉伸。另一方面，应变固化性过大时，阻碍纤维增强树脂基材的膨胀，因此应变固化度优选为20以下。
另外，优选在热塑性树脂的拉伸粘度曲线中，随着应变量的增加，拉伸粘度始终上升。在本说明书中，所谓随着应变量的增加而拉伸粘度始终增加是指，其特征在于，在由数学式1导出的应变量为0～4.0的区间内，以应变量0.5为单位划分时，各区间的起点值ηEs和终点值ηEe用(ηEe-ηEs)/ηEs≥0.05表示。显示了随着应变量的增加，拉伸粘度始终上升，拉伸部分与非拉伸部分始终产生粘度差，因此可以使树脂均匀地变形，不使树脂切断地进行拉伸。
另外，作为开始显现热塑性树脂的应变固化性的应变量，以小的应变量开始时，在拉伸粘度曲线中，容易形成随着应变量的增加而拉伸粘度始终上升的形状，因此是优选的，优选以由数学式1导出的应变量计，应变固化性的起始点为0.5以上。
另一方面，在应变固化性以小的应变量开始的情况下，由于阻碍纤维增强树脂基材的膨胀，因此从纤维增强树脂基材的膨胀性方面考虑，优选开始显现应变固化性的应变量大，优选以由数学式1导出的应变量计，应变固化性的起始点小于1.5。
作为同时实现形成随着应变量的增加而拉伸粘度始终上升那样的形状和纤维增强基材的膨胀性这两者的范围，最优选，以由数学式1导出的应变量计，应变固化性的起始点为0.5以上且小于1.5。
在热塑性树脂的拉伸粘度测定中热塑性树脂断裂的应变量越大越优选，以由数学式1导出的应变量计，优选为4.0以上。
热塑性树脂在拉伸粘度测定中的应变固化后的粘度过高时，阻碍纤维增强树脂基材的膨胀，因此应变固化后的粘度优选为一定值以下，作为其指标，在拉伸粘度测定中，由数学式1导出的应变量4.0下的拉伸粘度优选为1000000Pa·s以下。
低频率区域的熔融粘度高时，可抑制树脂的凝聚，因此可以不破坏地保持树脂连续的筋状结构，因此是优选的。作为其指标，在结晶性树脂的情况下可以使用在熔点+30℃测定的频率0.001Hz下的复数粘度E(0.001)，在非结晶性树脂的情况下可以使用在Tg+80℃测定的频率0.001Hz下的复数粘度E(0.001)。在本发明中，复数粘度E(0.001)优选为3500[Pa·s]以上，E(0.001)更优选为6000[Pa·s]以上。复数粘度η按照ISO6721-10(1999)进行测定。通过将复数粘度E(0.001)设定为上述范围，树脂变得难以移动，可以防止凝聚。另外，热塑性树脂的熔体流动速率优选为1.0～40g/10分钟，更优选为2.0～35g/10分钟。熔体流动速率按照JIS K7210：2014，根据各树脂的标准的温度来实施。对于JIS中没有特别规定温度的树脂，在结晶性树脂的情况下按熔点+50℃，载荷2.16kg进行测定，在非晶性树脂的情况下按Tg+100℃、载荷2.16kg进行测定。如果热塑性树脂的熔体流动速率为40g/10分钟以上，则在后述的纤维增强树脂基材的制造时，容易将热塑性树脂含浸于增强纤维基材中。另一方面，如果热塑性树脂的熔体流动速率为1.0g/10分钟以下，则在将热塑性树脂含浸于增强纤维基材中时，可以抑制热塑性树脂从增强纤维基材侧面流出，容易得到目标形状的纤维增强树脂。进而，在热塑性树脂中，可以根据其用途添加云母、滑石、高岭土、水滑石、绢云母、膨润土、硬硅钙石、海泡石、蒙皂石、蒙脱石、硅灰石、二氧化硅、碳酸钙、玻璃珠、玻璃薄片、玻璃微球、粘土、二硫化钼、氧化钛、氧化锌、氧化锑、聚磷酸钙、石墨、硫酸钡、硫酸镁、硼酸锌、硼酸亚钙(ホウ酸亜カルシウム)、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须和高分子化合物等填充材料、金属类、金属氧化物类、炭黑和石墨粉等导电性赋予材料、溴化树脂等卤素类阻燃剂、三氧化锑、五氧化锑等锑类阻燃剂、多磷酸铵、芳族磷酸酯和红磷等磷类阻燃剂、金属硼酸盐、羧酸金属盐及芳香族磺酰亚胺金属盐等有机酸金属盐类阻燃剂、硼酸锌、锌、氧化锌和锆化合物等无机类阻燃剂、氰尿酸、异氰脲酸、三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐和氮化胍等氮类阻燃剂、PTFE等氟类阻燃剂、聚有机硅氧烷等有机硅类阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁等金属氢氧化物类阻燃剂、以及其他阻燃剂、氧化镉、氧化锌、氧化亚铜、氧化铜、氧化亚铁、氧化铁、氧化钴、氧化锰、氧化钼、氧化锡和氧化钛等阻燃助剂、颜料、染料、润滑剂、脱模剂、相容剂、分散剂、云母、滑石和高岭土等结晶成核剂、磷酸酯等增塑剂、热稳定剂、抗氧化剂、防着色剂、紫外线吸收剂、流动性改性剂、发泡剂、抗菌剂、减振剂、防臭剂、滑动性改性剂、和聚醚酯酰胺等抗静电剂等。特别是在用途为电气/电子设备、汽车、飞机等情况下，有时需要阻燃性，优选添加磷类阻燃剂、氮类阻燃剂、无机类阻燃剂。上述阻燃剂，为了表现出阻燃效果的同时保持与所使用的热塑性树脂的力学特性、成型时的树脂流动性等良好的特性平衡，相对于热塑性树脂100重量份，阻燃剂优选为1～20重量份。更优选为1～15重量份。
相对于纤维增强树脂中的增强纤维与热塑性树脂的合计，增强纤维的比率优选为3～60体积％，更优选为10～40体积％，特别优选为15～30体积％。在增强纤维的体积含有率为3体积％以上的情况下，可以使来自增强纤维的增强效果充分。另外，为了使用本发明的纤维增强树脂形成多孔结构体，如果热塑性树脂的比率为40体积％以上，则热塑性树脂容易形成后述那样的筋状结构，另外，可以满足多孔结构体的力学特性。树脂与增强纤维的体积含有率的测定可以通过将多孔结构体放入坩埚中，在高温下加热，测定使树脂成分消失后残留的增强纤维的重量等来测定。
作为本发明的纤维增强树脂的形状，没有特别限制，从层合使用方面考虑，优选为片状。
本发明的纤维增强树脂包括后述那样的多孔结构体的方式，但不具有多孔结构的形式作为其前体使用。此时的纤维增强树脂的孔隙率优选为20％以下，更优选为15％以下，进一步优选为10％以下，最优选为5％以下。通过将孔隙率设定为这样的范围，未含浸树脂的未含浸部分变少，因此在所得到的多孔结构体中的树脂量少，由此可以抑制形成纤维未被树脂充分固定的缺陷部分。
需要说明的是，“孔隙率”是利用下述式由纤维增强树脂的真比重和体积比重算出的值。
[数学式2]
真比重是将按照使纤维增强树脂的内部不残留空隙的方式粉碎成粒径为150μm以下的粉末状样品，按照ISO1183(1987)利用比重瓶法进行测定的，体积比重是切下纤维增强树脂，按照ISO845(1988)进行测定的。
另外，如果在前体中，增强纤维基材以压缩状态，即在增强纤维基材中至少一部分增强纤维以弯曲状态被包含，则上述的弹力变大，因此是优选的。
在本发明的纤维增强树脂中，后述的不具有多孔结构的形式适合用作具有多孔结构的形式的纤维增强树脂的前体。在该情况下，优选纤维增强树脂具有膨胀性。在本说明书中，所谓纤维增强树脂具有膨胀性定义为：热塑性树脂为结晶性树脂时在熔点+20℃以上的温度下、热塑性树脂为非晶性树脂时在Tg+100℃的温度下使热塑性树脂熔融时，由下述式算出的纤维增强树脂的膨胀倍率达到1.5倍以上。
[数学式3]
真比重是按照ISO1183(1987)利用比重瓶法对粉碎成粒径为150μm以下的粉末状以使膨胀后的纤维增强树脂的内部不残留空隙而得到的样品进行测定的，膨胀后的纤维增强树脂的体积比重是切下纤维增强树脂并按照ISO845(1988)进行测定的。
需要说明的是，不具有多孔结构的形式的本发明的纤维增强树脂的用途不限于此，由于能够在不切断树脂的情况下使其拉伸，因此加工性优异，因此，例如可适合用于深拉成型、吹塑成型、发泡成型、拉伸成型等伴有树脂拉伸的成型。
＜多孔结构体＞
如上所述，本发明的纤维增强树脂可以具有多孔结构。以下，在本说明书中，将该形式的纤维增强树脂称为“多孔结构体”。在本发明的多孔结构体中，构成增强纤维基材的增强纤维彼此交叉而形成三维网状结构，热塑性树脂在该三维网状结构的网眼中形成将增强纤维彼此粘结的筋状结构。进而，包含被增强纤维和/或上述热塑性树脂包围的不存在上述增强纤维和上述热塑性树脂的区域，在本说明书中将这样的区域称为空隙。
图3是表示本发明的多孔结构体的典型剖面的图。如图3所示，在多孔结构体中，增强纤维7形成网状结构。需要说明的是，由于图3是剖面，因此按二维描绘，但实际上增强纤维7形成了三维网状结构。而且，热塑性树脂8以该三维网状结构的基质的形式存在。图4是立体地显示由增强纤维构成的三维网状结构的一部分的示意图。如图4所示，热塑性树脂8在由增强纤维构成的三维网状结构的网眼中形成将增强纤维彼此粘结的筋状结构10。而且，空隙9在三维网状结构的网眼中形成为不存在热塑性树脂8的区域。利用热塑性树脂所形成的这种筋状结构，多孔结构体被增强，力学特性提高。
热塑性树脂的筋状结构优选在纤维增强树脂中连续形成300μm以上。筋状结构连续地形成是指，主要是树脂在面内方向和厚度方向上分别以300μm以上的范围连续存在的结构。另外，树脂是否连续的确认可以通过利用X射线CT对剖面进行观察来进行。
通过剖面照片评价的空隙的面积比例A优选为35％以下，更优选为25％以下。另外，空隙的面积比例A相对于后述的膨胀倍率B之比A/B优选为8以下，更优选为7以下，进一步优选为6以下。如上所述，利用空隙部分的比例小、热塑性树脂延展存在，可以有效地增强由增强纤维构成的三维网状结构。另外，在膨胀倍率低的情况下，热塑性树脂的伸长量小，热塑性树脂不易断裂，因此空隙的面积变小。另一方面，从轻量化方面考虑，优选膨胀倍率变大，另外，由热塑性树脂带来的多孔结构体的增强效果变大，因此，优选空隙面积相对于膨胀倍率小。
空隙过大时，会造成应力集中，因此优选要小。因此，多孔结构体的剖面中空隙的平均面积优选为6000μm2以下，更优选为5000μm2以下，进一步优选为4000μm2以下。另外，优选空隙大小的偏差小，具体而言，空隙面积的变异系数优选为100％以下，更优选为90％以下，进一步优选为80％以下。此处，在本说明书中，空隙的平均面积和变异系数是由在多孔结构体中任意选定的300个空隙计算出的值。
需要说的是，本发明的多孔结构体的剖面观察，按如下方式进行评价：以剖面不被破坏的方式，用锐利的切割器通过垂直的一次切割进行切断，以厚度方向的剖面的厚度没有变化的方式使厚度方向的剖面露出，利用扫描型电子显微镜(SEM)将加速电压设定为0.9kV进行观察，对所得到的剖面照片进行分析。
本发明的多孔结构体中厚度方向的增强纤维的取向角度θf优选为0.5度～15度的范围，更优选为1度～10度的范围。通过使θf为15度以下，热塑性树脂不会断裂而容易获得筋状结构。此外，如果θf小于0.5度，则多孔结构体中的增强纤维成为平面状，换言之成为二维取向的状态，因此有轻量性降低的倾向。θf可以基于多孔结构体的面内方向的剖面观察来测定。图5是显示本发明的多孔结构体的面内方向(图5(a))及厚度方向(图5(b))的典型剖面的示意图。在图5(a)中，为了使测定简便，增强纤维5a、5b的剖面近似为椭圆形状。此处，增强纤维5a的剖面的椭圆纵横比(＝椭圆长轴/椭圆短轴)看起来小，与此相对，增强纤维5b的剖面的椭圆纵横比看起来大。另一方面，根据图5(b)，增强纤维5a相对于厚度方向Y具有接近平行的倾斜度，增强纤维5b相对于厚度方向Y具有大的倾斜度。在该情况下，关于增强纤维5b，结构体的面方向X与纤维主轴(椭圆中的长轴方向)α所成的角度θx与增强纤维5b的取向角度θf大致相等。另一方面，关于增强纤维5a，角度θx与取向角度θf所示的角度存在较大的背离，不能说角度θx反映了取向角度θf。因此，在从相对于结构体的面方向的垂直剖面读取取向角度θf的情况下，通过提取纤维剖面的椭圆纵横比为一定值以上的纤维，可以提高取向角度θf的检测精度。作为成为提取对象的椭圆纵横比的指标，在单纤维的剖面形状接近正圆，即与增强纤维的纤维方向垂直的剖面中的纤维纵横比为1.1以下的情况下，对椭圆纵横比为20以上的增强纤维测定面方向X与纤维主轴α所成的角度，将其作为取向角度θf的值。另一方面，在增强纤维的剖面形状为椭圆形、茧形等、纤维纵横比大于1.1的情况下，优选着眼于具有更大的椭圆纵横比的增强纤维来测定取向角度θf，在纤维纵横比为1.1以上且小于1.8的情况下，选择椭圆纵横比为30以上的增强纤维来测定取向角度θf，在纤维纵横比为1.8以上且小于2.5的情况下，选择椭圆纵横比为40以上的增强纤维来测定取向角度θf，在纤维纵横比为2.5以上的情况下，选择椭圆纵横比为50以上的增强纤维来测定取向角度θf。
从轻量性方面考虑，多孔结构体的体积比重(ρ)优选为0.01～1.3，更优选为0.1～0.6，进一步优选为0.15～0.4。关于体积比重，切下多孔结构体，按照ISO845(1988)进行测定。
从轻量性与力学特性的平衡方面考虑，膨胀倍率B优选为1.5～6倍，更优选为1.8～5倍，进一步优选为2.0～4.5倍。如果膨胀倍率B小，则通过膨胀而得到的轻量化效果小，另一方面，如果膨胀倍率过高，则作为结构体的力学特性不足。另外，如果使膨胀倍率增加到该范围以上，则在膨胀时树脂断裂，因此难以形成筋状结构。需要说明的是，“膨胀倍率”是以真比重与体积比重之比的形式利用上述式算出的值。
在将多孔结构体用于结构用构件的方面，多孔结构体的压缩弹性模量优选为10MPa以上，更优选为30MPa以上。关于多孔结构体的压缩弹性模量的上限，没有特别限制。对于压缩弹性模量的测定，切下多孔结构体，参考ISO844(2004)，将多孔结构体的样品的尺寸设定为长20mm×宽20mm×厚度4mm而进行测定。
同样地，多孔结构体的弯曲弹性模量(Ec)优选为2.0GPa以上，更优选为2.5GPa以上。对于弯曲弹性模量的测定，切下多孔结构体，按照ISO178(1993)进行测定。
另外，在将多孔结构体用于结构用构件的方面，弯曲强度优选为15MPa以上，更优选为25MPa以上，进一步优选为30MPa以上。对于弯曲强度，切下多孔结构体，按照ISO178(1993)进行测定。
多孔结构体的最大厚度优选为0.3mm以上且10mm以下，更优选为0.5mm以上且6mm以下。通过将多孔结构体的厚度设定为薄壁而具有轻量化的效果，但比0.3mm薄的多孔结构体有时刚性不足。
<成型构件>
本发明的另一部分为一种成型构件，其至少部分地包含本发明的纤维增强树脂。作为这样的成型构件，可以例示具有将由本发明的纤维增强树脂形成的层作为芯层、将在连续增强纤维中含浸了树脂而形成的连续纤维增强树脂作为表皮层的夹层结构的成型构件。作为此时的表皮层的连续增强纤维，可以列举由包含多根连续的增强纤维形成的增强纤维束构成的布、多根连续增强纤维沿一个方向排列而形成的增强纤维束(单向性纤维束)、由单向性纤维束构成的单向性布等。
对于这种成型部件，例如可以列举“个人电脑、显示器、OA设备、移动电话、便携信息终端、PDA(电子记事本等便携信息终端)、摄像机、光学设备、音响、空调、照明设备、娱乐用品、玩具用品、其他家电制品等的外壳、托盘、底盘、内装构件或其壳体”等电气、电子设备部件；“各种构件、各种框架、各种铰链、各种臂、各种车轴、各种车轮用轴承、各种梁”、“发动机罩、车顶、车门、挡泥板、行李箱盖、侧面板、后端板、前车身、下车身、各种支柱、各种构件、各种框架、各种梁、各种支撑件、各种导轨、各种铰链等外板或车身部件”、“保险杠、保险杠横梁、嵌条、底罩、发动机罩、整流板、扰流板、前围百叶窗、空气部件等外饰部件”、“仪表板、座椅框架、门饰板、柱饰板、方向盘、各种模块等内饰部件”、或“马达部件、CNG箱、汽油箱”等汽车、两轮车用结构部件；“电池托盘、前照灯支架、踏板外壳、保护器、灯光反射器、灯外壳、隔音罩、备胎罩”等汽车、两轮车用部件；“隔音壁、阻音壁等壁内部材料”等建材；“起落架舱、小翼、扰流板、边缘、方向舵、电梯、整流罩、肋、座椅”等航空器用部件。从力学特性方面考虑，优选用于汽车内外装、电气/电子设备壳体、自行车、体育用品用结构材料、航空器内装材料、运输用箱体、建材。
<纤维增强树脂的制造方法>
不具有多孔结构的本发明的纤维增强树脂，可以通过对增强纤维基材施加压力而使其含浸前述热塑性树脂的膜、无纺布来进行制造。为了得到用于膨胀的充分弹力，热塑性树脂的含浸优选在压缩增强纤维基材的同时进行。
增强纤维基材，例如通过将不连续的增强纤维预先分散成线束状，优选分散成大致单丝状，更优选分散成单丝状来制造。更具体而言，可以通过利用空气流将增强纤维分散而制成片材的气流成网法、将增强纤维一边进行机械梳削一边形成片材的梳理法等干式工艺、利用将增强纤维在水中搅拌而进行抄纸的ラドライト法的湿式工艺来制作增强纤维毡。作为使不连续的增强纤维更接近单丝状的手段，在干式工艺中，可以例示设置开纤棒的手段、使开纤棒振动的手段、使梳理机的网眼变细的手段、调整梳理机的旋转速度的手段等，在湿式工艺中，可以例示调整不连续的增强纤维的搅拌条件的手段、使分散液的增强纤维浓度稀薄化的手段、调整分散液的粘度的手段、在移送分散液时抑制涡流的手段等。本发明中使用的增强纤维基材，优选通过能够容易地调整增强纤维比例的湿式工艺来制造。在湿式工艺中，例如，通过使网格输送机的速度相对于增强纤维的分散液的流速更慢，从而得到的增强纤维基材中的纤维的取向难以朝向输送机的流动方向，可以得到蓬松的增强纤维基材。
使热塑性树脂的膜、无纺布含浸于增强纤维基材时的压力优选设定为0.5MPa以上且30MPa以下，更优选设定为1MPa以上且10MPa以下，进一步优选设定为2MPa以上且8MPa以下。如果压力为0.5MPa以上，则能够充分地将热塑性树脂含浸于增强纤维基材中，另外，如果为30MPa以下，则厚度的调整变得容易。关于使热塑性树脂的膜、无纺布含浸时的温度，在热塑性树脂为结晶性树脂的情况下，优选为熔点以上，在热塑性树脂为非晶性树脂的情况下，优选为Tg以上，同样地更优选为熔点+10℃或Tg+80℃以上，同样地进一步优选为熔点+20℃或Tg+100℃以上。需要说明的是，使热塑性树脂的膜、无纺布含浸时的温度与热塑性树脂的熔点相比温度过高时，有时发生热塑性树脂的分解、劣化，因此，优选为热塑性树脂的熔点或Tg+150℃以下。
作为用于实现在上述条件下使热塑性树脂的膜、无纺布含浸于增强纤维的方法的设备，可以适宜地使用压缩成型机、双带式压机。压缩成型机为间歇式，通过制成并列有加热用和冷却用的2台以上机器的间歇式加压系统，可实现生产率的提高。双带式压机为连续式，能够容易地进行连续的加工，因此生产率优异。
作为本发明的多孔结构体的制造方法，可典型地例示，将上述纤维增强树脂加热而使其膨胀的方法，但并不特别局限于该方法。作为这种方法，例如可以列举同时进行热塑性树脂的含浸和用于纤维增强树脂膨胀的加热工序的制造方法。在经历前体的制法中，经过将热塑性树脂含浸于增强纤维基材中并在压缩状态下冷却的工序而得到前体后，将前体再加热，由此能够得到多孔结构体。与此相对，在同时进行用于热塑性树脂的含浸和膨胀的加热工序的方法中，在将热塑性树脂加热而使其含浸于增强纤维基材中时，在压缩状态下不进行冷却而使其膨胀，由此能够用一个步骤得到多孔结构体，生产率优异。加热纤维增强树脂使其膨胀时的温度，在热塑性树脂为结晶性树脂的情况下，优选为热塑性树脂的熔点，或者在热塑性树脂为非晶性树脂的情况下，优选为热塑性树脂的Tg以上。需要说明的是，在加热纤维增强树脂而使其膨胀时的温度与热塑性树脂的熔点相比温度过高的情况下，有时发生热塑性树脂的分解、劣化，因此，优选为热塑性树脂的熔点+150℃以下，更优选为100℃以下。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更详细地说明。
＜使用的树脂＞
作为树脂，使用以下的树脂。
聚丙烯树脂1：日本ポリプロ(株)制，通过使用茂金属催化剂将丙烯聚合而得到的长链支化聚丙烯树脂“ウェイマックス”(注册商标)MFX6
聚丙烯树脂2：プライムポリマー(株)制，直链无规聚丙烯树脂“プライムポリプロ”(注册商标)J3021GR
聚苯乙烯树脂1：东洋スチレン(株)制，聚苯乙烯树脂“トーヨースチロールGP”HRM26
尼龙树脂1：東レ(株)制，尼龙6树脂“アミラン”(注册商标)CM1001
尼龙树脂2：東レ(株)制，尼龙6树脂“アミラン”(注册商标)CM1041-LO
离聚物1：三井·ダウ·ポリケミカル(株)制，含羧基的聚乙烯树脂的金属交联体“ハイミラン”(注册商标)1706。
＜各种物性的测定方法＞
(1)热塑性树脂的拉伸粘度测定
热塑性树脂的应变固化性，通过在结晶性树脂的情况下在熔点+30℃的温度下、在非结晶性树脂的情况下在Tg+80℃的温度下以应变速度1/sec进行测定的拉伸粘度测定来进行评价。观测到多个熔点、Tg时，以最高温侧的熔点或Tg为基准来设定测定温度。作为测定装置，使用东洋精机制造的熔融流变仪。
(2)热塑性树脂的复数粘度
按照ISO6721-10(1999)测定所使用的热塑性树脂的复数粘度。测定数量n＝5，在结晶性树脂的情况下，在熔点+30℃的温度下进行测定，在非结晶性树脂的情况下，在Tg+80℃的温度下进行测定。观测到多个熔点、Tg时，以最高温侧的熔点或Tg为基准来设定测定温度。作为测定装置，使用TAインスツルメント制造的动态粘弹性测定装置ARESG2，使用平行板作为测定夹具进行测定。
(3)热塑性树脂的熔体流动速率(MFR)
利用说明书中记载的方法测定所使用的热塑性树脂的熔体流动速率。测定数量n＝5，利用平均值进行评价。作为测定装置，使用东洋精机公司制造的熔体流动指数仪。
(4)热塑性树脂的熔点测定
所使用的热塑性树脂的熔点和Tg按照JISK7121(1987)进行测定。升温速度设定为10℃/min进行测定。作为测定装置，使用TAインスツルメント制造的差示扫描量热计DSC2500。
(5)多孔结构体的结构及空隙面积的评价
用切割机切出多孔结构体的厚度方向的剖面，通过SEM(加速电压：0.9kV，倍率200倍)进行观察，对得到的剖面照片进行解析，由此进行评价。在剖面照片内，以测定数量n＝300测定树脂和纤维均不存在的区域的面积，由此进行评价。SEM使用キーエンス制造的VHX-D510。
(6)多孔结构体的压缩弹性模量
将试验片的尺寸设定为长20mm×宽20mm×厚度4mm，除此以外，按照ISO844(2004)，测定多孔结构体的压缩弹性模量(MPa)。测定数量n＝5，利用平均值进行评价。作为测定装置，使用Instron Japan制造的Instron 5565型万能材料试验机。
(7)多孔结构体的弯曲强度及弯曲弹性模量
按照ISO178(1993)，测定弯曲试验片的弯曲强度和弯曲弹性模量。测定数量n＝5，利用平均值进行评价。作为测定装置，使用Instron Japan制造的Instron 5565型万能材料试验机。
<材料>
[碳纤维基材]
由以聚丙烯腈为主成分的聚合物进行纺丝、烧成处理，得到长丝总数为12000根的碳纤维连续束。利用浸渍法对该连续碳纤维束赋予上浆剂，在120℃的温度的加热空气中进行干燥，得到碳纤维束。该碳纤维束的特性如下所述。
单纤维直径：7μm
单位长度的重量：0.8g/m
密度：1.8g/cm3
拉伸强度：4.2GPa
拉伸弹性模量：230GPa
上浆剂：聚氧乙烯油基醚
上浆剂附着量：相对于碳纤维束100重量％为1.5重量％。
将如上所述制作的碳纤维束用筒形切割机切割成纤维长度3mm，得到短切碳纤维束。制作表面活性剂(ナカライテスク(株)制，聚氧乙烯月桂基醚(商品名))0.1重量％的水分散液，将该分散液和短切碳纤维束投入抄纸机中，制作碳纤维基材。
抄纸机具备分散槽、抄纸槽、以及连接分散槽与抄纸槽的输送部分。分散槽带有搅拌机，能够将投入的分散液和短切碳纤维束分散。抄纸槽具备在底部具有抄纸面的网格输送机，并且能够搬运经过抄纸的碳纤维基材的输送机与网格输送机连接。抄纸是将分散液中的纤维浓度设定为0.05重量％而进行的。将抄纸后的碳纤维基材在200℃的干燥炉中干燥。接着，在由输送机搬运的碳基材的上表面部分散布粘结剂(日本触媒(株)制，“ポリメント”(注册商标)SK-1000)的3重量％的水分散液作为粘结剂。抽吸剩余部分的粘结剂，在200℃的干燥炉中进行干燥，得到碳纤维基材。得到的碳纤维基材的单位面积重量为110g/m2。
[聚丙烯树脂薄膜1]
将作为具有长链支化结构的聚丙烯树脂的聚丙烯树脂1(日本ポリプロ(株)制，“ウェイマックス”(注册商标)MFX6)用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在220℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，从而以单位面积重量165g/m2得到聚丙烯树脂膜1。另外，测定聚丙烯树脂膜1的熔点，结果为156℃。
[聚丙烯树脂薄膜2]
将作为具有长链支化结构的聚丙烯树脂的聚丙烯树脂1(日本ポリプロ(株)制，“ウェイマックス”(注册商标)MFX6)50重量％与聚丙烯树脂2(プライムポリマー(株)制，“プライムポリプロ”(注册商标)J3021GR)50重量％共混，用挤出机进行复合。用脱模膜夹持复合树脂，用插入有间隔物的加压成型机在220℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，由此以单位面积重量165g/m2得到聚丙烯树脂膜2。另外，测定聚丙烯树脂膜2的熔点，结果为153℃。
[聚丙烯树脂薄膜3]
将作为具有长链支化结构的聚丙烯树脂的聚丙烯树脂1(日本ポリプロ(株)制，“ウェイマックス”(注册商标)MFX6)25重量％与聚丙烯树脂2(プライムポリマー(株)制，“プライムポリプロ”(注册商标)J3021GR)75重量％共混，用挤出机进行复合。将复合树脂用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在220℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，从而以单位面积重量165g/m2得到聚丙烯树脂膜3。此外，测定聚丙烯树脂膜3的熔点，结果为152℃。
[聚丙烯树脂薄膜4]
将作为具有长链支化结构的聚丙烯树脂的聚丙烯树脂1(日本ポリプロ(株)制，“ウェイマックス”(注册商标)MFX6)10重量％与聚丙烯树脂2(プライムポリマー(株)制，“プライムポリプロ”(注册商标)J3021GR)90重量％共混，用挤出机进行复合。将复合树脂用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在220℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，从而以单位面积重量165g/m2得到聚丙烯树脂膜4。另外，测定聚丙烯树脂膜4的熔点，结果为151℃。
[聚丙烯树脂膜5]
将聚丙烯树脂2(プライムポリマー(株)制、“プライムポリプロ”(注册商标)J3021GR)用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在220℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，从而以单位面积重量165g/m2得到聚丙烯树脂膜5。另外，测定聚丙烯树脂膜5的熔点，结果为150℃。
[聚苯乙烯树脂薄膜1]
将作为聚苯乙烯树脂的聚苯乙烯树脂1(东洋スチレン(株)制，“トーヨースチロールGP”HRM26)用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机于240℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，从而以单位面积重量193g/m2得到聚苯乙烯树脂膜1。另外，测定聚苯乙烯树脂薄膜1的Tg，结果为105℃。
[尼龙树脂膜1]
将作为尼龙树脂的尼龙树脂1(東レ(株)制，“アミラン”(注册商标)CM1001)60重量％和作为含羧基的聚乙烯树脂的金属交联体的离聚物1(三井·ダウ·ポリケミカル(株)制，“ハイミラン”(注册商标)1706)40重量％共混，用挤出机进行复合。将复合树脂用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在240℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，由此以单位面积重量193g/m2得到尼龙树脂膜1。另外，测定尼龙树脂膜1的熔点，结果在88℃和222℃这两处观测到熔点。
[尼龙树脂膜2]
将作为尼龙树脂的尼龙树脂2(東レ(株)制，“アミラン”(注册商标)CM1041-LO)60重量％和作为含羧基的聚乙烯树脂的金属交联体的离聚物1(三井·ダウ·ポリケミカル(株)制，“ハイミラン”(注册商标)1706)40重量％共混，用挤出机进行复合。将复合树脂用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在240℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，由此以单位面积重量193g/m2得到尼龙树脂膜1。另外，测定尼龙树脂膜1的熔点，结果在89℃和220℃这两处观测到熔点。
[尼龙树脂膜3]
将作为尼龙树脂的尼龙树脂1(東レ(株)制，“アミラン”(注册商标)CM1001)用脱模膜夹持，用插入有间隔物的加压成型机在240℃加压10分钟后，连同脱模膜一起取出，将树脂冷却固化，由此以单位面积重量207g/m2得到尼龙树脂膜2。另外，测定尼龙树脂膜2的熔点，结果为221℃。
(实施例1)
使用碳纤维基材和聚丙烯树脂薄膜1，制作多孔结构体。将碳纤维基材和聚丙烯树脂薄膜调整为300mm×300mm的尺寸后，按照[聚丙烯树脂薄膜1/碳纤维基材/聚丙烯树脂薄膜1/碳纤维基材/聚丙烯树脂薄膜1/碳纤维基材/聚丙烯树脂薄膜1]的顺序层合。将该层合体用脱模膜夹持，用加压成型机以180℃、5MPa加压10分钟，由此进行聚丙烯树脂向碳纤维基材中的含浸。然后，利用不同的加压成型机以40℃、5MPa进行冷却加压直至层合体冷却，由此制作纤维增强树脂。
接着，将制作的纤维增强树脂用脱模膜夹持，用加压成型机以180℃、3MPa加压10分钟，从而使纤维增强树脂中所含的聚丙烯树脂熔融。然后，用插入有间隔物的不同的压制成型机以40℃、5MPa进行冷却压制直至层合体冷却，由此制成多孔结构体。通过在加压成型机中插入间隔物，纤维增强树脂因来自碳纤维基材的弹力的复原力而膨胀，形成多孔结构。
所得到的多孔结构体，聚丙烯树脂表现出应变固化性，未断裂而膨胀，因此在纤维间形成由聚丙烯树脂形成的筋状结构，空隙结构致密化，因此显示出优异的力学特性、轻量性。
(实施例2)
将聚丙烯树脂薄膜1变更为聚丙烯树脂薄膜2，除此以外，进行与实施例1同样的操作，制作多孔结构体。
所得到的多孔结构体，聚丙烯树脂表现出应变固化性，未断裂而膨胀，因此在纤维间形成由聚丙烯树脂形成的筋状结构，空隙结构致密化，因此显示出优异的力学特性、轻量性。另外，聚丙烯树脂的流动性也优异，因此聚丙烯树脂向碳纤维基材的含浸也良好。
(实施例3)
将聚丙烯树脂薄膜1变更为聚丙烯树脂薄膜3，除此以外，进行与实施例1同样的操作，制作多孔结构体。
所得的多孔结构体，聚丙烯树脂表现出应变固化性，未断裂而膨胀，因此在纤维间形成由聚丙烯树脂形成的筋状结构，空隙结构致密化，因此显示出优异的力学特性、轻量性。另外，聚丙烯树脂的流动性也优异，因此聚丙烯树脂向碳纤维基材的含浸也良好。
(实施例4)
将聚丙烯树脂薄膜1变更为聚丙烯树脂薄膜4，除此以外，进行与实施例1同样的操作，制作多孔结构体。
所得到的多孔结构体，聚丙烯树脂表现出应变固化性，未断裂而膨胀，因此在纤维间形成由聚丙烯树脂形成的筋状结构，空隙结构致密化，因此显示出优异的力学特性、轻量性。另外，聚丙烯树脂的流动性也优异，因此聚丙烯树脂向碳纤维基材的含浸也良好。
(实施例5)
使用碳纤维基材和聚苯乙烯树脂薄膜1，制作多孔结构体。将碳纤维基材和聚苯乙烯树脂薄膜调整为300mm×300mm的尺寸后，按照[聚苯乙烯树脂薄膜1/碳纤维基材/聚苯乙烯树脂薄膜1/碳纤维基材/聚苯乙烯树脂薄膜1/碳纤维基材/聚苯乙烯树脂薄膜1]的顺序层合。将该层合体用脱模膜夹持，用加压成型机以240℃、5MPa加压10分钟，由此进行聚丙烯树脂向碳纤维基材中的含浸。然后，利用不同的加压成型机以40℃、5MPa进行冷却加压直至层合体冷却，由此制作纤维增强树脂。
接着，将制作的纤维增强树脂用脱模膜夹持，用加压成型机以180℃、3MPa加压10分钟，从而使纤维增强树脂中所含的聚苯乙烯树脂熔融。然后，用插入有间隔物的不同的压制成型机以40℃、5MPa进行冷却压制直至层合体冷却，由此制成多孔结构体。通过在加压成型机中插入间隔物，纤维增强树脂因来自碳纤维基材的弹力的复原力而膨胀，形成多孔质结构。
所得到的多孔结构体，聚苯乙烯树脂表现出应变固化性，未断裂而膨胀，因此在纤维间形成由聚苯乙烯树脂形成的筋状结构，空隙结构致密化，因此显示出优异的力学特性、轻量性。
(实施例6)
使用碳纤维基材和尼龙树脂膜1，制作多孔结构体。将碳纤维基材和尼龙树脂膜调整为300mm×300mm的尺寸后，按照[尼龙树脂膜1/碳纤维基材/尼龙树脂膜1/碳纤维基材/尼龙树脂膜1/碳纤维基材/尼龙树脂膜1]的顺序层合。将该层合体用脱模膜夹持，用加压成型机以240℃、5MPa加压10分钟，由此进行聚丙烯树脂向碳纤维基材的含浸。然后，利用不同的加压成型机以40℃、5MPa进行冷却加压直至层叠体冷却，由此制作纤维增强树脂。
接着，将制作的纤维增强树脂用脱模膜夹持，用加压成型机以240℃、3MPa加压10分钟，由此使纤维增强树脂中所含的尼龙树脂熔融。然后，用插入有间隔物的不同的压制成型机以40℃、5MPa进行冷却压制直至层合体冷却，由此制成多孔结构体。通过在加压成型机中插入间隔物，纤维增强树脂因来自碳纤维基材的弹力的复原力而膨胀，形成多孔质结构。
所得到的多孔结构体由于尼龙树脂在膨胀时断裂，因此虽然在纤维间未形成由树脂形成的筋状结构，但由于表现出应变固化性，因此空隙结构致密化，显示出优异的力学特性、轻量性。
(实施例7)
将尼龙树脂膜1变更为尼龙树脂膜2，除此以外，进行与实施例6同样的操作，制作多孔结构体。所得到的多孔结构体虽然在纤维间未由树脂形成筋状结构，但表现出应变固化性，因此空隙结构致密化，显示出优异的力学特性、轻量性。
(比较例1)
将聚丙烯树脂薄膜1变更为聚丙烯树脂薄膜5，除此以外，进行与实施例1同样的操作，制作多孔质结构体。
得到的多孔结构体由于聚丙烯树脂在膨胀时断裂，因此在纤维间未形成由树脂形成的筋状结构，虽然轻量性优异，但力学特性差。
(比较例2)
除了将碳纤维基材中使用的短切CF的纤维长度设为0.5mm以外，进行与实施例1同样的操作，制作多孔结构体，但多孔结构体的前体的膨胀力不足，因此未膨胀至期望的膨胀倍率，无法制作样品。
(比较例3)
将尼龙树脂膜1变更为尼龙树脂膜3，除此以外，进行与实施例6同样的操作，制作多孔结构体。
得到的多孔结构体由于尼龙树脂在膨胀时断裂，因此在纤维间未形成由树脂形成的筋状结构，虽然轻量性优异，但力学特性差。
符号说明
1.增强纤维单丝(a)
2.增强纤维单丝(b)
3.增强纤维单丝(b)
4.增强纤维单丝(b)
5.增强纤维单丝(b)
6.二维取向角
7.增强纤维
8.热塑性树脂
9.空隙
10.热塑性树脂的筋状结构

Claims (15)

1.一种纤维增强树脂，其为包含增强纤维基材和热塑性树脂的纤维增强树脂，其中，所述增强纤维基材，将增强纤维的总量设为100重量％时，包含50～100重量％的纤维长度为2～10mm的增强纤维，并且，热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下、热塑性树脂为非晶性树脂时在Tg+80℃的温度下，以应变速度1/sec进行测定的单轴拉伸粘度测定中，由数学式1导出的应变量达到4.0时的拉伸粘度ηEmax，和由即将发生应变固化之前的拉伸粘度梯度以直线近似得到的应变量达到4.0时的近似拉伸粘度ηElin所表示的应变固化度(ηEmax)/(ηElin)为1.1以上，
[数学式1]
Tg为玻璃化转变温度。
2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂，相对于增强纤维与热塑性树脂的合计，包含3～60体积％的增强纤维，且所述增强纤维的重均纤维长度Lw与数均纤维长度Ln之比Lw/Ln为1～1.4。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强树脂，所述应变固化度(ηEmax)/(ηElin)为2以上且20以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的纤维增强树脂，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下、所述热塑性树脂为为非晶性树脂时在Tg+80℃的温度下，以应变速度1/sec进行测定的单轴拉伸粘度测定中，在由数学式1导出的应变量为0～4.0的区间内，以应变量0.5为单位进行划分时，各区间的起点值ηEs和终点值ηEe用(ηEe-ηEs)/ηEs≥0.05表示。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维增强树脂，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下、所述热塑性树脂为非晶性树脂时在Tg+80℃的温度下，以应变速度1/sec进行测定的单轴拉伸粘度测定中，具有应变固化性，以由数学式1导出的应变量计，应变固化性的起始点为0.5以上。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维增强树脂，以由数学式1导出的应变量计，所述应变固化性的起始点小于1.5。
7.根据权利要求6所述的纤维增强树脂，所述应变固化性引发时由数学式1导出的应变量为0.5以上且小于1.5。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的纤维增强树脂，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下、所述热塑性树脂为非晶性树脂时在Tg+80℃的温度下，以应变速度1/sec进行测定的单轴拉伸粘度测定中，具有应变固化性，以由数学式1导出的应变量计，在树脂的拉伸粘度测定中的断裂点为4.0以上。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的纤维增强树脂，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在热塑性树脂的熔点+30℃的温度下、所述热塑性树脂为非晶性树脂时在Tg+80℃的温度下，以应变速度1/sec进行测定的单轴拉伸粘度测定中，具有应变固化性，且在树脂的拉伸粘度测定中，由数学式1导出的应变量4.0下的拉伸粘度为1000000Pa·s以下。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的纤维增强树脂，所述增强纤维基材具有由增强纤维形成的三维网状结构。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的纤维增强树脂，所述增强纤维基材以压缩状态固定于所述热塑性树脂中，所述热塑性树脂为结晶性树脂时在熔点+20℃以上的温度下加热时具有膨胀性，所述热塑性树脂为非晶性树脂时在Tg+100℃的温度下加热时具有膨胀性。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的纤维增强树脂，其为片状。
13.一种多孔结构体，其是根据权利要求10所述的纤维增强树脂的多孔结构体，其是所述热塑性树脂在所述增强纤维基材的三维网状结构的网眼中形成将增强纤维相互粘结的筋状结构，并且形成被所述增强纤维和/或所述热塑性树脂包围的、作为不存在所述增强纤维和所述热塑性树脂的区域的空隙而成的。
14.根据权利要求13所述的多孔结构体，所述由热塑性树脂形成的筋状结构连续形成300μm以上。
15.一种成型构件，其至少一部分中包含权利要求1～12中任一项所述的纤维增强树脂、或权利要求13或14所述的多孔结构体。
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