JP2015083365A - サンドイッチ構造体およびその製造方法、ならびにサンドイッチ構造体を加工してなる構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂および炭素繊維を用いてなり、軽量で、高い剛性を有し、後加工が容易なサンドイッチ構造体を提供する。また、サンドイッチ構造体の製造方法、ならびにサンドイッチ構造体を加工してなる構造体も提供する。
【解決手段】発泡樹脂からなる芯材と、該芯材の両面に設けられた表材とを有し、前記表材が熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料からなり、前記表材の芯材側表面に、前記複合材料が前記芯材に含浸してなる凹凸構造が形成されていることを特徴とするサンドイッチ構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽量かつ高剛性で後加工が容易なサンドイッチ構造体およびその製造方法、ならびにサンドイッチ構造体を加工してなる構造体に関する。

従来、航空機や高速車両などの外壁には金属材料が用いられてきたが、このような金属材料からなる外壁構造は軽量化が難しく、また、防振性、防音性および断熱性の点で課題を抱えていた。

そこで、特許文献１には、高速車両の外壁構造として利用可能な樹脂製のサンドイッチ構造体が記載されている。具体的には、液状の熱硬化性樹脂を繊維に含浸させた繊維強化樹脂からなるプリプレグを２枚準備し、発泡樹脂からなる芯材の両面に前述のプリプレグを１枚ずつ配置して三層構造体とする。そして、この三層構造体を高温高圧下でオートクレーブ処理することによってサンドイッチ構造体を得る。このサンドイッチ構造体は基本的に樹脂および強化繊維からなり、かつ芯材部分に多数の空隙を有するので、金属材料からなる外壁と比較すると非常に軽量である。また、強化繊維を含んでなる複合材料は防振性に優れており、したがって車両の構体外部から構体内部へ伝播する音を低減することができ、かつ断熱性を有するので、従来技術では必要な遮音材および断熱材を不要とすることができた。

しかしながら、このようなサンドイッチ構造体は軽量で剛性も高いが、製造工程において、熱硬化するプリプレグを冷凍下で保管するための低温設備や、オートクレーブのための高温設備などの非常に高価な設備が必要となり、これらの設備を整えることが大きな負担となっていた。その上、製造工程において手作業が必須である点もコストアップの一因となっており、自動車や自動二輪車などの大量生産品への適用は難しかった。

また、熱処理前の熱硬化性樹脂は粘度が低く液状であるため、利用可能な芯材は実質的に独立気泡構造を有するものに限られていた。というのも、芯材が連続気泡構造を有する場合は液状の樹脂が芯材全体に含浸してしまい、気泡が閉塞されてしまうからである。

さらに、所望の形状のサンドイッチ構造体を製造するためには対応する形状のオートクレーブを予め用意しておく必要があり、また熱硬化処理後の再成形も困難であるため、幅広い市場ニーズに柔軟に対応することは難しかった。

一方、同じく車両外壁の軽量化を図る技術として、特許文献２には、ハニカムパネル製の外壁材を用いることが記載されている。この従来技術では、内壁板と外壁版との間にハニカム形状を有する隔壁を設けることにより、必要な剛性を確保しつつ、軽量化および製造コストの低減を図っている。

しかしながら、ハニカム形状を有する隔壁の製造には大規模な設備が必要となるため、製造コストの面で大きな課題を抱えていた。また、曲面に沿ったハニカム形状を形成することは非常に難しく、複雑な曲面形状への成形が要求される用途、例えば航空機、列車、宇宙産業、自動車、自動二輪、自転車などへの展開は難しかった。

特開平１１−７８８７４号公報 特開平５−３４５５６７号公報

本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い剛性を有し、軽量で、成形性に優れたサンドイッチ構造体を提供することにある。また、本発明は、このようなサンドイッチ構造体の製造方法、ならびにサンドイッチ構造体を加工してなる構造体もあわせて提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るサンドイッチ構造体およびその製造方法、ならびにサンドイッチ構造体を用いてなる構造体は、以下のいずれかの構成を有する。
（１）発泡樹脂からなる芯材と、該芯材の両面に設けられた表材とを有し、前記表材が熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料からなり、前記表材の芯材側表面に、前記複合材料が前記芯材に含浸してなる凹凸構造が形成されていることを特徴とするサンドイッチ構造体。
（２）前記複合材料が炭素繊維を５〜６０重量％含有しており、繊維長さが０．０５〜１．０ｍｍである炭素繊維の割合が、炭素繊維全体に対し５０重量％以上である、上記（１）に記載のサンドイッチ構造体。
（３）前記表材の芯材側表面において、前記凹凸構造が形成されている領域における炭素繊維の含有率が５〜６０重量％である、上記（２）に記載のサンドイッチ構造体。
（４）前記複合材料が第１の熱可塑性樹脂、第２の熱可塑性樹脂および炭素繊維からなり、該複合材料が、前記第２の熱可塑性樹脂から構成される海相内に、前記第１の熱可塑性樹脂から構成される島相が分散している構造を有する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（５）前記芯材が独立気泡構造または連続気泡構造を有する、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（６）前記表材が１層の層構造または複数層の積層構造を有しており、該表材中の前記芯材に当接する層が、前記複合材料を含んでなる繊維強化樹脂層であり、該繊維強化樹脂層の芯材側表面に前記凹凸構造が形成されている、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（７）一方の表材の組成または／および層構造が他方の表材と異なる、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（８）前記表材が前記芯材に溶融接着されている、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（９）前記芯材の平均気泡径が０．０５〜０．２０ｍｍであり、前記芯材の見かけ密度が１０〜３００ｋｇ／ｍ^３である、上記（１）〜（８）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（１０）断熱材、防振材または防音材として用いられる、上記（１）〜（９）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（１１）航空機、ロケット、人工衛星、自動車、自動二輪車、鉄道列車または家屋に用いられる、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を真空成形、スタンパブル成形または熱プレス成形してなる構造体。
（１３）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体または上記（１２）に記載の構造体を打ち抜き加工してなる構造体。
（１４）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記芯材の表面に前記表材を配置する工程と、前記芯材の表面に配置された該表材を前記芯材の方向に熱プレスする工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、熱プレス温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
（１５）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記表材を加熱する工程と、加熱された該表材を前記芯材の表面に配置して該表材を前記芯材の方向にプレスする工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
（１６）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記芯材の表面に前記表材を配置する工程と、前記芯材の表面に配置された該表材を加熱する工程と、加熱された該表材と前記芯材とを真空成形する工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
（１７）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記表材を加熱する工程と、加熱された該表材を前記芯材の表面に配置して該表材と前記芯材とを真空成形する工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
（１８）上記（１４）〜（１７）のいずれかに記載のサンドイッチ構造体の製造方法であって、芯成分が炭素繊維からなり鞘成分が第１の熱可塑性樹脂からなる芯鞘構造を有するペレットと、所定の温度にて前記第１の熱可塑性樹脂よりも高い粘度を有する第２の熱可塑性樹脂とを溶融し、溶融された前記ペレットおよび前記第２の熱可塑性樹脂を前記所定温度にて混練することによって前記複合材料を製造する工程をさらに有し、前記第２の熱可塑性樹脂の融点をＴ_２とするとき、前記ペレットおよび前記第２の熱可塑性樹脂がＴ_２＋１０〜Ｔ_２＋７０℃の温度範囲内で混練されるサンドイッチ構造体の製造方法。

本発明の熱可塑炭素繊維強化樹脂による発泡樹脂シートのサンドイッチ構造体およびその製造方法によれば、表材に剛性が高くかつ熱可塑炭素繊維強化樹脂を用いることで、発泡樹脂板との密着性に優れたサンドイッチ構造体で、かつ短時間での成型可能で、かつ既存のプレス設備のみで成型できる製造方法を提供することができる。

本発明の一実施態様に係るサンドイッチ構造体の概略斜視図である。 図１のサンドイッチ構造体の構造を示す図であり、（ａ）は表材が芯材から剥離されている状態を示す概略斜視図、（ｂ）は芯材から剥離された表材の拡大斜視図である。 本発明の一実施態様に係るサンドイッチ構造体の製造方法を示す熱プレス法の概略工程図であり、（ａ）は一方の表材を加熱する工程、（ｂ）は加熱された表材の上に芯材を積層する工程、（ｃ）は表材および芯材をプレスする工程、（ｄ）は工程（ｃ）で得られた二層構造体をプレス機から取り出す工程、（ｅ）はもう一方の表材を加熱する工程、（ｆ）は加熱された表材の上に二層構造体を積層する工程、（ｇ）は表材および二層構造体をプレスする工程、（ｈ）は工程（ｇ）で得られたサンドイッチ構造体をプレス機から取り出す工程を、それぞれ示している。 本発明の他の実施態様に係るサンドイッチ構造体の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は製造工程を示す工程図、（ｂ）は製造工程（ａ）で用いる多層構造体の概略斜視図、（ｃ）は（ｂ）の多層構造体の構造を示す模式図である。 図１のサンドイッチ構造体の観察図であり、（ａ）はサンドイッチ構造体の断面を顕微鏡で観察した断面観察図、（ｂ）は芯材と表材の境界面付近を顕微鏡で観察した拡大断面観察図である。 サンドイッチ構造体の構造を説明するための図であり、（ａ）はサンドイッチ構造体の断面図、（ｂ）は芯材と表材の境界面近傍の構造を示す拡大断面図である。 従来のサンドイッチ構造体の構造を示す模式断面図である。 本発明の一実施態様に係る構造体の構造を示す図であり、（ａ）は箱状の構造体の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の構造体の部分断面図である。 複合材料の構造を示す模式図である。 本発明の一実施態様に係るサンドイッチ構造体の製造方法を示す真空成形法の概略工程図であり、（ａ）は一方の表材を加熱する工程、（ｂ）は金型に載置された芯材の上に加熱された表材を乗せる工程、（ｃ）は金型を上に上げ表材および芯材を真空成形で密着させる工程、（ｄ）は工程（ｃ）で得られた二層構造体を金型から取り出す工程、（ｅ）はもう一方の表材を加熱する工程、（ｆ）は金型に載置された二層構造体の上に加熱された表材を乗せる工程、（ｇ）は金型を上に上げ表材および二層構造体を真空成形で密着させる工程、（ｈ）は工程（ｇ）で得られたサンドイッチ構造体を金型から取り出す工程を、それぞれ示している。

以下に、発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明に係るサンドイッチ構造体は、発泡樹脂からなる芯材と、該芯材の両面に設けられた表材とを有し、前記表材が熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料からなり、前記表材の芯材側表面に、前記複合材料が前記芯材に含浸してなる凹凸構造が形成されていることを特徴とするものからなる。

図１は、本発明の一実施態様に係るサンドイッチ構造体を示す概略斜視図である。図１において、サンドイッチ構造体１は、発泡樹脂からなるシート状の芯材３と、熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料からなる１組のシート状の表材２とを有しており、芯材３のそれぞれの面には表材２が１枚ずつ溶融接着されている。芯材３は多孔質であるため極めて軽量であり、優れた遮音性、防振性および断熱性を有している。また、熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料は軽量でありながらも高い剛性を有しており、やはり遮音性、防振性および断熱性に優れている。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン、ポリスチレンなど）、ポリアミド（例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、芳香族ナイロンなど）、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルフォキサイド、ポリテトラフルオロエチレン、アクロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリエーテル・エーテル・ケトン、ポリオキシメチレンなどを挙げることができる。また、上記熱可塑性樹脂の誘導体や、上記熱可塑性樹脂の共重合体、さらにはそれらの混合物であってもよい。

上記熱可塑性樹脂の中でも、特に、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、芳香族ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ）が好ましく使用される。

複合材料の炭素繊維含有率は、複合材料全体に対し５〜６０重量％であることが好ましく、１０〜３５重量％であることがより好ましく、１５〜２５重量％であることがさらに好ましい。

また、複合材料は、炭素繊維の短繊維を含有していることが好ましい。具体的には、複合材料中において、繊維長さ０．０５〜１．０ｍｍの炭素繊維が炭素繊維全体に対し５０重量％以上存在していることが好ましく、繊維長さ０．０５〜１．０ｍｍの炭素繊維が炭素繊維全体に対し７０重量％以上存在していることがより好ましく、繊維長さ０．１〜０．５ｍｍの炭素繊維が炭素繊維全体に対し７０重量％以上存在していることがさらに好ましく、繊維長さ０．１５〜０．４ｍｍの炭素繊維が炭素繊維全体に対し７０重量％以上存在していることがとくに好ましい。なお、複合材料は連続した炭素繊維（炭素繊維の長繊維）をさらに含んでいてもよいし、炭素繊維以外の繊維をさらに含んでいてもよい。また、炭素繊維以外の繊維は短繊維であってもよいし、連続した繊維（長繊維）であってもよい。このような炭素繊維以外の繊維としては、例えば、ガラス繊維や金属繊維などが挙げられる。

図２は、図１のサンドイッチ構造体１の構造を説明するための図である。図２において、（ａ）は芯材３の両面から表材３が取り外された状態を示す斜視図であり、（ｂ）は表材２の拡大斜視図である。上述の通り表材は熱可塑性樹脂を含んでいるので、例えば、サンドイッチ構造体を表材の融点よりも高い温度まで加熱することにより、図２（ａ）のように表材を芯材から取り外すことができる。芯材２の表面には多孔質構造に由来する微細な凹凸形状が形成されており、表材２中の複合材料が芯材表面の凹凸形状に含浸することによって、表材２の芯材側表面に、芯材の表面形状に対応する凹凸構造４が形成されている。このような構成によれば、表材２の複合材料が芯材３の微細凹凸面にクサビ状に食い込むことで表材２と芯材３の接触面積が増大するため、高い剛性を有する表材２が芯材３に良好に密着することとなり、高い接着強度が得られる。また、後述するように、表材の芯材側表面において凹凸構造４が形成されている領域には、熱可塑性樹脂だけでなく炭素繊維が含まれており、従って表材の他の部分と同様の高い剛性が確保されているので、剛性だけでなく耐衝撃性およびに耐振動性にも優れた、経時安定性の高いサンドイッチ構造体が得られる。

表材の芯材側表面において、凹凸構造が形成されている領域における炭素繊維の含有率は、５〜６０重量％であることが好ましく、１０〜３５重量％であることがより好ましく、１０〜２５重量％であることがさらに好ましい。

また、複合材料が炭素繊維の短繊維を含有している場合、上記凹凸構造が形成されている領域内における炭素繊維の構成は、繊維長さ０．０５〜１．０ｍｍの炭素繊維が当該領域内の炭素繊維全体に対し５０重量％以上存在していることが好ましく、繊維長さ０．０５〜１．０ｍｍの炭素繊維が当該領域内の炭素繊維全体に対し７０重量％以上存在していることがより好ましく、繊維長さ０．１〜０．５ｍｍの炭素繊維が当該領域内の炭素繊維全体に対し７０重量％以上存在していることがさらに好ましく、繊維長さ０．１５〜０．４ｍｍの炭素繊維が当該領域内の炭素繊維全体に対し７０重量％以上存在していることがとくに好ましい。

複合材料が炭素繊維の短繊維（以下、単に「炭素短繊維」と称することもある）を含有している場合の例を、図５および図６に示す。図５において、（ａ）はサンドイッチ構造体１の断面を顕微鏡で観察した断面観察図であり、（ｂ）は表材２と芯材３の境界面付近を顕微鏡で観察した拡大断面観察図である。また、図６において、（ａ）は図５（ａ）の観察図を説明するための模式断面図であり、（ｂ）は図５（ｂ）の観察図を説明するための模式拡大断面図である。図５および図６のサンドイッチ構造体１において、発泡樹脂からなる芯材３の両面には、熱可塑性樹脂６および炭素短繊維５を含む複合材料からなる表材が１枚ずつ設けられている。また、芯材３の表面には多孔質構造に由来する微細な凹凸形状が形成されており、表材３中の複合材料（熱可塑性樹脂６および炭素短繊維５）が芯材３の凹凸形状に含浸することによって、表材３の芯材側表面には、芯材３の表面形状に対応する凹凸構造４が形成されている。図６（ｂ）に示す通り、表材３の芯材側表面において、凹凸構造４が形成されている領域には熱可塑性樹脂６だけでなく炭素短繊維５も含まれており、同領域においても、表材の他の部分と同様の高い剛性が確保されている。その結果、複合材料からなる表材２が、高い剛性を維持しつつ芯材３と良好に密着することとなり、耐衝撃性および耐振動性に優れたサンドイッチ構造体１が得られる。

複合材料は、第１の熱可塑性樹脂、第２の熱可塑性樹脂および炭素繊維からなり、第２の熱可塑性樹脂から構成される海相内に、第１の熱可塑性樹脂から構成される島相が分散している構造を有することが好ましい。また、第２の熱可塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂よりも高い粘度を有していることが好ましい。このような海島構造を有する複合材料の一例として、本願出願時点では未公開であるが、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０６４６５５に記載された炭素繊維複合材料を挙げることができる。

図９は、海島構造を有する複合材料の断面を示す模式断面図である。図９に示す通り、複合材料７０は、粘度の高い第２の熱可塑性樹脂７２から構成される海相内に、粘度の低い第１の熱可塑性樹脂７１から構成される島相が分散している構造を有しており、炭素繊維５および島相（熱可塑性樹脂７１）は複合材料７０内に均一に分散している。また、炭素繊維５は、粘度が低く炭素繊維との親和性の高い第１の熱可塑性樹脂７１からなる島相内に主に存在しており、それによって炭素繊維と樹脂との密着性が確保されている。

このような海島構造を有する複合材料によれば、相対的に粘度の低い第１の熱可塑性樹脂で炭素繊維の短繊維を包むことにより炭素繊維と樹脂との親和性を確保しつつ、相対的に粘度の高い第２の熱可塑性樹脂で第１の熱可塑性樹脂を覆うことによって炭素繊維および島相を海相内に均一に分散させることができ、炭素繊維や熱可塑性樹脂の偏在に起因する成形時の不具合（例えば、スプリングバックやボイドなど）が未然に防止される。従って、上記複合材料を用いることにより、成形の自由度が大幅に向上され、サンドイッチ構造体に対し種々の成形加工を行うことが可能となる。

複合材料が上記海島構造を有する場合、第１の熱可塑性樹脂の融点は、１００〜３７０℃であることが好ましい。また、第２の熱可塑性樹脂の融点は、１００〜３７０℃であることが好ましい。

また、第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂は、樹脂成分が同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、成分が同じで重合度および粘度が異なる２種類の樹脂のうち、粘度が相対的に低い方の樹脂を第１の熱可塑性樹脂、粘度が相対的に高い方の樹脂を第２の熱可塑性樹脂として用いることもできる。

さらに、第１の熱可塑性樹脂の屈折率は、第２の熱可塑性樹脂の屈折率と異なっていることが好ましい。

複合材料が上記海島構造を有する場合、炭素繊維と樹脂との親和性の確保の観点から、島相内に存在する炭素繊維の割合は、炭素繊維全体に対し５０重量％であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましい。

上記島相の平均直径は１０ｎｍ〜５００μｍであることが好ましい。なお、島相の平均直径とは、炭素繊維複合材料の断面において、各島相を同一面積の真円に換算したときの直径の平均値を指す。

接着性の観点から、上記表材は、芯材に溶融接着されていることが好ましい。すなわち、少なくとも表材の芯材側表面が溶融している状態（表材が非晶性である場合は、表面が軟化している状態）で表材に対し芯材方向への圧力を加えることにより、表材が芯材に接着されていることが好ましい。このような溶融接着を行うことで、表材の芯材側表面に、芯材の表面形状に対応する凹凸構造が形成され、高い接着強度を得ることができる。

溶融接着において、表材を加熱する方法はとくに限定されず、表材のみ加熱する方法、表材および芯材を加熱する方法、予め加熱された芯材を表材に接触させることによって表材の芯材側表面を加熱する方法、のいずれも可能である。また、表材および／または芯材を加熱する工程は、表材と芯材が接触している状態で実施してもよいし、表材と芯材を接触させる前に実施してもよい。さらに、加熱温度は少なくとも表材が溶融（表材が非晶性である場合は、軟化）する温度であればよく、芯材は溶融（芯材が非晶性である場合は、軟化）していてもよいし、溶融していなくてもよい。加熱温度が芯材の融点（芯材が非晶性である場合は、ガラス転移点）未満の温度である場合は、溶融した表材が芯材の発泡面の形状に合わせて変形し、表材が芯材に溶融接着する。また、加熱温度が芯材の融点以上の温度である場合は、表材とともに芯材も熱により変形し、表材と芯材が互いに溶融接着する。いずれの方法においても、溶融接着によって熱可塑性樹脂からなる表材が多孔質の芯材に良好に密着するため、接着強度に優れたサンドイッチ構造体を得ることができる。

上記表材は芯材の両面に１枚ずつ配置されるが、２枚の表材に用いられる熱可塑性樹脂や炭素繊維は必ずしも同一でなくてもよく、一方の表材の組成が他方の表材のものと異なっていてもよい。例えば、一方の表材にナイロン６を使用し、他方の表材にポリエチレンテレフタレートを用いることも可能であり、使用する環境や必要とされる強度に応じて樹脂を適宜選択することができる。

例えば、一方の表材に用いられる熱可塑性樹脂がナイロン６であり、もう一方の表材に用いられる熱可塑性樹脂がＰＰＳであった場合、耐熱性を有し粘りのあるサンドイッチ構造体が得られる。また、一方の表材に用いられる熱可塑性樹脂がナイロン６６であり、もう一方の表材に用いられる熱可塑性樹脂がポリエチレンであれば、軽量で粘りのあるサンドイッチ構造体が得られる。

表材は単層構造を有していてもよいし、複数層の積層構造を有していてもよい。表材が層構造を有する場合は、表材中の芯材に当接する層（表材の構造が単層構造である場合は、当該単一層）が複合材料を含んでなる繊維強化樹脂層であって、当該繊維強化樹脂層の芯材側表面に上述の凹凸構造が形成されていればよい。また、一方の表材の層構造が他方の表材のものと異なっていてもよいし、２枚の表材が同一の層構造を有していてもよい。

表材の曲げ弾性率は、５〜５００ＧＰａであることが好ましく、１０〜３００ＧＰａであることがより好ましく、１０〜１００ＧＰａであることがさらに好ましい。なお、曲げ弾性率の測定方法としては、例えばＪＩＳ Ｋ ７０７４（１９８８）に準拠した方法や、ＪＩＳ Ｋ ７１７１（２００８）に準拠した方法を用いることができる。

表材の大きさはとくに限定されないが、加工性の点から、通常は２００〜１０００ｍｍ角のサイズで厚みが０．２〜１０ｍｍ程度のものが用いられる。

本発明のサンドイッチ構造体において、芯材は発泡樹脂からなる多孔質体（連続気泡構造または独立気泡構造）であり、芯材の表面には、多孔質構造に起因する凹凸が形成されている。発泡樹脂としては、例えば、ポリウレタン、フェノール、メラミン、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸エチル、アクロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリエーテルイミド、ポリメタクリルイミド、セルロースなどが挙げられる。これらの中でも、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメタクリルイミドなどが好ましい。特に、ポリメタクリルイミドは高い耐熱性を有しており、航空機、列車、自動車、断熱材、Ｘ線診断機の診察台などの種々の用途に好適に用いることができる。

上記発泡樹脂は熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよいが、成形の容易さの観点からは、芯材に用いられる発泡樹脂は熱可塑性樹脂であることが好ましい。

芯材は独立気泡構造を有していてもよく、連続気泡構造を有していてもよい。熱硬化性樹脂からなる表材を用いる従来の製造方法では、熱硬化処理を行う前の樹脂が液状であり、しかも熱硬化処理に長時間を要することから、連続気泡構造を有する芯材を用いると、熱硬化処理中に樹脂が芯材全体に浸透して大多数の気泡が閉塞してしまうおそれがあり、適用範囲は実質的に独立気泡構造を有する芯材に限られていた。これに対し、熱可塑性樹脂からなる表材を用いる場合は、熱可塑性樹脂が高い粘度を有しており、熱処理に要する時間も短くて済むため、連続気泡構造を有する芯材であっても、樹脂を芯材の表面付近にのみ含浸させて気泡の閉塞を最小限に抑えることができ、芯材の気泡構造によらずサンドイッチ構造体を製造できる。

芯材の平均気泡径は、０．０１〜５．０ｍｍであることが好ましく、０．０５〜２．０ｍｍであることがより好ましく、０．１〜０．５ｍｍであることがさらに好ましい。なお、平均気泡径の測定方法としては、例えばＡＳＴＭ Ｄ３５７６−７７に準拠した方法を用いることができる。

また、芯材の見かけ密度は、１０〜３００ｋｇ／ｍ^３であることが好ましく、５０〜２００ｋｇ／ｍ^３であることがより好ましく、８０〜１５０ｋｇ／ｍ^３であることがさらに好ましい。なお、見かけ密度の測定方法としては、例えばＡＳＴＭ Ｄ１８９５−９６に準拠した方法を用いることができる。

芯材の大きさはとくに限定されないが、加工性の点から、通常は５００〜１０００ｍｍ角のサイズで厚みが１〜５０ｍｍ程度のものが用いられる。

複合材料からなる表材および発泡樹脂からなる芯材は、従来の金属性の部材と比較すると防振性、防音性に優れており、さらに高い断熱性を有している。従って、本発明に係るサンドイッチ構造体は、断熱材、防振材または防音材として好適に用いることができる。

本発明のサンドイッチ構造体において、表材と芯材の間に、強化繊維を挟んでもよい。強化繊維を表材と芯材の間に挟むことで、サンドイッチ構造体はさらに強度が向上する。強化繊維としては、例えば熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維などが挙げられる。強化繊維は短繊維でも長繊維でもよいが、特に長繊維の強化繊維からなるＵＤテープや織物などが、強度向上させるためには好ましい。

また、本発明のサンドイッチ構造体には熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料が用いられているため、サンドイッチ構造を保持したままサンドイッチ構造体に対して加熱成形を行うことができ、成形後も防振性、断熱性などの優れた特性が維持される。従って、本発明のサンドイッチ構造体は、耐振動性や耐衝撃性などの耐久性が高い水準で要求される用途や、複雑な形状への加工が要求される用途に好適に用いることができる。このような用途としては、例えば、航空機、ロケット、人工衛星、自動車、自動二輪車、鉄道列車または家屋などが挙げられる。

本発明はまた、上記サンドイッチ構造体を成形加工してなる構造体も提供する。上述の通り、本発明のサンドイッチ構造体には熱可塑性の複合材料が用いられているので、サンドイッチ構造を保持しつつ加熱成形を行うことができる。成形加工の方法としては、真空成形、スタンパブル成形、熱プレス成形などが挙げられ、複数の成形方法を組み合わせることも可能である。

真空成形の方法としては、例えば、サンドイッチ構造体を再度加熱し、金型に入れた後、減圧吸引を行って構造体を成形する方法が挙げられる。

スタンパブル成形の方法としては、例えば、サンドイッチ構造体を再度加熱した後、金型に入れて減圧し、その後プレスを行って構造体を成形する方法が挙げられる。

熱プレス成形の方法としては、例えば、サンドイッチ構造体を再度加熱して表材を半溶融状態とした後、上型および下型からなる開放系の金型でプレスを行って、構造体を成形する方法が挙げられる。

また、上記サンドイッチ構造体を打ち抜き加工し、軽量化された構造体を得ることもできる。あるいは、サンドイッチ構造体に上述の成形加工を施した後、得られた構造体を打ち抜き加工して軽量化することも可能である。

上述のサンドイッチ構造体を成形加工してなる構造体や、サンドイッチ構造体を打ち抜き加工してなる構造体、サンドイッチ構造体を成形加工した後に打ち抜き加工して得られる構造体は、いずれも、元のサンドイッチ構造体と同様、断熱材、防振材または防音材として好適に用いることができる。

また、上記構造体は、元のサンドイッチ構造体と同様、耐久性が高い水準で要求される用途や、複雑な形状への加工が要求される用途に好適に用いることができる。このような用途としては、例えば、航空機、ロケット、人工衛星、自動車、自動二輪車、鉄道列車または家屋などが挙げられる。

本発明はまた、上記サンドイッチ構造体を製造する方法についても提供する。

従来技術においては、樹脂製のサンドイッチ構造体を製造する方法として、液状の熱硬化性樹脂を多孔質の芯材に含浸させた後、オートクレーブにて樹脂を硬化させる方法が一般的であり、熱硬化性樹脂の強化繊維としては、特定方向に揃えられた繊維の束（例えば、１方向に引き揃えられた炭素繊維の束や、炭素短繊維が二次元方向にランダム分散した不織布など）が用いられていた。

図７に、このような従来技術におけるサンドイッチ構造体の概略断面図を示す。図７のサンドイッチ構造体５０は、１方向に揃えられた炭素繊維５１の束に熱硬化性樹脂５２を含浸させた繊維強化樹脂からなる表材５３と、発泡樹脂からなり独立気泡構造を有する芯材５４とを有している。また、芯材５４の表面には独立気泡構造に由来する凹凸形状が形成されており、この凹凸形状へ液状の熱硬化性樹脂５３を含浸させた後、熱硬化処理を行うことによって、表材５３の芯材５４側表面に凹凸構造５５が形成されている。しかしながらこの方法では、凹凸構造５５を形成しているのは実質的に熱硬化性樹脂５２のみであり、凹凸構造５５が形成されている領域には炭素繊維５１が含まれていないため、強化繊維樹脂（複合材料）によって凹凸構造５５が形成されているとは言えない。また、凹凸構造５５の形成されている領域は繊維強化されていないため、振動や衝撃の影響を受けやすく、長期安定性という点で課題を抱えている。

また、従来の方法では、熱硬化前のプリプレグを保管するための冷凍庫や、熱硬化処理のためのオートクレーブなどの設備が必要となるため、設備費および維持費が非常に高価となっていた。さらに、オートクレーブでの熱硬化処理には比較的長い時間（数時間程度）を要するため、バッチ生産を行わざるを得ず、生産効率を上げることが難しかった。しかも、処理中にオートクレーブを開けることができないため、不良品の検知や対処を短時間で行うことができなかった。

さらに、従来の方法では、加熱処理を長時間行うため、芯材の膨張や冷却時の収縮による変形量が大きく、製品を安定して作ることは非常に負担がかかるものであった。また、芯材の材料も耐熱性の高い樹脂に限られていた。

これに対し、本発明のサンドイッチ構造体の製造方法においては、表材が基本的に熱可塑性樹脂からなるため、表材と芯材の接着方法としては、表材を短時間（数分程度）加熱して芯材に貼り合わせればよく、設備に関しても従来の熱可塑性樹脂用の設備がほぼそのまま使用できる。従って、従来技術と比較して作業時間を大幅に短縮でき、短時間かつ低コストでサンドイッチ構造体を生産できる。また、加熱時間が短いため、比較的耐熱性の低い樹脂を芯材に用いることもできる。

なお、従来技術においては、上述の熱硬化性樹脂を含浸させる方法の他、接着剤を用いて表材と芯材を貼り合わせる方法も用いられていた。しかしながらこの方法では、表材の芯材側表面が基本的に平坦である一方、芯材の表材側表面には気泡による凹凸が形成されているため、接着剤の分布が均一とならずに隙間が生じやすく、長期間に渡って高い接着力を維持することが困難であった。これに対し、本発明のサンドイッチ構造体においては、熱可塑性樹脂を含む複合材料が芯材へ含浸することによって表材の芯材側表面に凹凸構造が形成されているので、表材と芯材がほぼ隙間なく密着することとなり、安定したサンドイッチ構造体を得ることができる。

本発明のサンドイッチ構造体の製造方法においては、ベルトプレス装置などを用いることにより、従来技術では難しかった連続生産を行うこともできる。例えば、表材を加熱して溶融または半溶融状態にした後、加熱された表材を芯材の両面に配置して三層構造体を形成する。そして、この三層構造体をベルトプレス装置へ順次送出することで、サンドイッチ構造体を連続的に製造することが可能である。あるいは、２枚の表材の間に芯材が配置されてなる三層構造体を、所定温度に加熱されたベルトプレス装置へ順次送出して、三層構造体の加熱と加圧をベルトプレス装置内で同時に行うことにより、サンドイッチ構造体を連続的に製造することもできる。

本発明のサンドイッチ構造体の製造方法としては、大別して３つの方法がある。すなわち、芯材の表面に表材を配置した後、芯材の表面に配置された表材を芯材の方向に熱プレスする方法（以下、「第１の方法」と記す）と、表材を加熱した後、加熱された表材を芯材の表面に配置して表材を芯材の方向にプレスする方法（以下、「第２の方法」と記す）と、加熱し溶融状態となった表材を、真空成形にて芯材表面に積層する方法（以下、「第３の方法」と記す）とがある。

第１の方法は、発泡樹脂からなる芯材の表面に複合材料からなる表材を配置する工程と、芯材の表面に配置された表材を芯材の方向に熱プレスする工程を有する。ここで、表材の融点（表材が非晶性である場合は、ガラス転移点）をＴ_ｓとするとき、熱プレス温度は、通常はＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃である。なお、熱プレス温度の下限は、好ましくはＴ_ｓ＋５℃であり、より好ましくはＴ_ｓ＋１０℃である。また、熱プレス温度の上限は、好ましくはＴ_ｓ＋６０℃であり、より好ましくはＴ_ｓ＋３０℃である。熱プレス温度が低すぎる場合は、表材の溶融が不十分となり、所望の接着強度を得られなくなるおそれがある。また、熱プレス温度が高すぎる場合は、高温のため溶融接着が困難になり、表材や芯材の変形が起こったり、コストアップの問題が起こる可能性がある。

第１の方法において、各工程は１度だけ実施してもよいし、複数回に分けて実施してもよい。例えば、芯材の両面に表材を配置した後、両側の表材を同時に熱プレスしてもよい。また、芯材の一方の面に表材を配置した後でいったん熱プレスを行い、その後芯材のもう一方の面について、さらに表材の配置および熱プレスを行ってもよい。

第２の方法は、複合材料からなる表材を加熱する工程と、加熱された表材を発泡樹脂からなる芯材の表面に配置し、表材を芯材の方向にプレスする工程とを有する。ここで、表材の融点（表材が非晶性である場合は、ガラス転移点）をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度は、通常はＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃である。なお、表材の加熱温度の下限は、好ましくはＴ_ｓ＋５℃であり、より好ましくはＴ_ｓ＋１０℃である。また、表材の加熱温度の上限は、好ましくはＴ_ｓ＋６０℃であり、より好ましくはＴ_ｓ＋３０℃である。加熱温度が低すぎる場合は、表材の溶融が不十分となり、所望の接着強度を得られなくなるおそれがある。また、加熱温度が高すぎる場合は、高温のため溶融接着が困難になり、表材や芯材の変形が起こったり、コストアップの問題が起こる可能性がある。

第２の方法において、各工程は１度だけ実施してもよいし、複数回に分けて実施してもよい。例えば、２枚の表材を加熱した後、加熱された表材を芯材の両面に１枚ずつ配置して、芯材の両面を一度にプレスしてもよい。また、１枚の表材について加熱、配置およびプレスを行った後、別途もう１枚の表材について加熱、配置およびプレスを行ってもよい。

第３の方法は、表材を加熱する工程と、表材を芯材の表面に配置する工程と、加熱された表材を真空成形によって芯材に積層する工程とを有する。なお、表材を加熱する工程と、表材を芯材の表面に配置する工程とは、いずれが先に実施されてもよく、順番はとくに限定されない。言い換えると、上記第３の方法は、芯材の表面に表材を配置する工程と、芯材の表面に配置された表材を加熱する工程と、加熱された表材と芯材とを真空成形する工程とを有していてもよいし、表材を加熱する工程と、加熱された表材を前記芯材の表面に配置して表材と芯材とを真空成形する工程とを有していてもよい。このような真空成形処理を芯材の両面に順次実施することで、芯材の両面に表材を積層し本発明のサンドイッチ構造体を得ることができる。

表材の融点（表材が非晶性である場合は、ガラス転移点）をＴ_ｓとするとき、上記第３の方法における表材の加熱温度は、通常はＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃である。なお、表材の加熱温度の下限は、好ましくはＴ_ｓ＋５℃であり、より好ましくはＴ_ｓ＋１０℃である。また、表材の加熱温度の上限は、好ましくはＴ_ｓ＋６０℃であり、より好ましくはＴ_ｓ＋３０℃である。加熱温度が低すぎる場合は、表材の溶融が不十分となり、所望の接着強度を得られなくなるおそれがある。また、加熱温度が高すぎる場合は、高温のため溶融接着が困難になり、表材や芯材の変形が起こったり、コストアップの問題が起こる可能性がある。

上記第３の方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。まず、発泡樹脂からなる芯材を金型上に載置し、複合材料からなる表材を加熱して芯材の表面に配置する。そして、金型を表材方向に押し上げつつ（または、表材を金型方向に押し下げつつ）金型に設けられた孔から空気を吸引し、大気圧により表材と芯材とを密着させる。なおこのとき、上面から表材と芯材を押さえる上型を用いてもよい。上型を用いることで、より密着性を向上させたり、表面を均一にしたり、模様をつけるなどの効果を得ることができる。また、このような真空成形は芯材がシート状でない場合でも実施することができるため、あらかじめ芯材を真空成形や曲げ成形で立体的に加工したのち、真空成型で複合材料を密着させることで、より複雑な形状を有するサンドイッチ構造体を製造することも可能である。

第１の方法、第２の方法および第３の方法のいずれにおいても、表材を構成する複合材料は、第１の熱可塑性樹脂、第２の熱可塑性樹脂および炭素繊維からなり、第２の熱可塑性樹脂から構成される海相内に、第１の熱可塑性樹脂から構成される島相が分散している構造を有することが好ましい。このような海島構造を有する複合材料の製造方法としては、例えば、上述の国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１３／０６４６５５に記載されている方法を用いることができる。

本発明のサンドイッチ構造体の製造方法には、さらに、複合材料を製造する工程が含まれていてもよい。例えば、第１の方法および第２の方法は、芯成分が炭素繊維からなり鞘成分が第１の熱可塑性樹脂からなる芯鞘構造を有するペレットと、所定の温度にて第１の熱可塑性樹脂よりも高い粘度を有する第２の熱可塑性樹脂とを溶融し、溶融されたペレットおよび第２の熱可塑性樹脂を所定温度にて混練することによって複合材料を製造する工程を、さらに有していてもよい。この工程により、上述の海島構造を有する複合材料を製造することができる。ここで、第２の熱可塑性樹脂の融点（第２の熱可塑性樹脂が非晶性である場合は、ガラス転移点）をＴ_２とするとき、ペレットおよび第２の熱可塑性樹脂はＴ_２＋１０〜Ｔ_２＋９０℃の温度範囲内で混練される。なお、ペレットおよび第２の熱可塑性樹脂が混練される際の温度は、Ｔ_２＋３０〜Ｔ_２＋９０℃であることが好ましく、Ｔ_２＋４０〜Ｔ_２＋９０℃であることがより好ましい。

上記所定温度において、第２の熱可塑性樹脂の粘度は、第１の熱可塑性樹脂の粘度に対し１０〜７５０倍であることが好ましく、２０〜５００倍であることがより好ましく、５０〜２００倍であることがさらに好ましい。

なお、上記所定温度において、第１の熱可塑性樹脂の粘度は５０〜５００ｐｏｉｓｅであることが好ましく、１００〜３００ｐｏｉｓｅであることがより好ましい。また、上記所定温度において、第２の熱可塑性樹脂の粘度は１，０００〜１０，０００ｐｏｉｓｅであることが好ましく、１，５００ｐｏｉｓｅ〜５，０００ｐｏｉｓｅであることがより好ましい。

溶融されたペレットと第２の熱可塑性樹脂を混練する際には、一軸や二軸の押出機を用いることが好ましい。また、押出機のシリンダー後半部には真空ベントが設けられていることが好ましく、押出機の先端にはギアポンプが備えられていることが好ましい。

また、複合材料を製造する際には、溶融されたペレットおよび第２の熱可塑性樹脂に、さらに炭素繊維を加えることもできる。これにより、複合材料における炭素繊維の含有率を高め、強度を向上させることができる。炭素繊維を加える方法としては、例えば、炭素繊維ロービングから引き出された炭素繊維フィラメントを直接押出機に供給する方法や、適度な長さにカットされた炭素繊維を押出機に供給する方法などが挙げられる。

本発明のサンドイッチ構造体を製造する方法には、さらに、複合材料を用いて表材を製造する工程が含まれていてもよい。例えば、第１の方法および第２の方法は、上記製造方法によって製造された複合材料を溶融し、その後成形することにより、複合材料からなる表材を製造する工程をさらに有していてもよい。なお、表材の成形方法は射出成形であってもよいし、固化押出法、溶融押出法などの押出成形であってもよい。

以下、実施例および比較例に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、各実施例および比較例における試験条件は、特に記載しない限り、基本的に実施例１に準じるものとする。

（使用した材料）
（Ａ）表材の熱可塑性樹脂
Ａ１：ナイロン６（融点：２２５℃）
Ａ２：ナイロン６６（融点：２５５℃）
Ａ３：ＰＰ（融点：１７０℃）
Ａ４：ＡＢＳ（ガラス転移点（軟化点）：１９０℃）
Ａ５：ＰＰＳ（融点：２８５℃）
Ａ６：ＰＥ（融点：１１０℃）
（Ｂ）芯材の発泡樹脂
Ｂ１：ＰＰ（融点：１７０℃）
Ｂ２：ポリメタクリルイミド（融点：２１０℃）
Ｂ３：ポリスチレン（軟化点：８０℃）
Ｂ４：ポリウレタン(軟化点：９０℃）

（実施例１）
ナイロン６を７０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を３０重量％含有する複合材料を用いて、厚み１．５ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：５ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ、平均気泡径：０．８ｍｍ）を１枚用意し、これらの表材および芯材を用いて、図３の製造工程図に示す方法でサンドイッチ構造体を製造する。
まず、ナイロン６および炭素繊維を含む複合材料からなる１枚の表材２ａを、ヒーター１００にて２５０℃に加熱する（図３（ａ））。続いて、加熱された表材２ａの上にポリメタクリルイミドからなる芯材３を載せ、これらをプレス機１１にセットした後（図３（ｂ））、３０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒間加え、表材２ａを芯材３の一方の面に溶融接着する（図３（ｃ））。プレス機１１を開き、芯材３と表材２ａが溶融接着されてなる二層構造体１２を、いったんプレス機１１から取り出す（図３（ｄ））。
もう１枚の表材２ｂをヒーター１００にて２５０℃に加熱し（図３（ｅ））、加熱された表材２ｂをプレス機１１にセットするとともに、表材２ｂの上に、先程の二層構造体１２を芯材３が下側になるように載せ、芯材３のもう一方の面を加熱された表材２ｂに密着させる（図３（ｆ））。そして、３０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒圧力を加えることによって（図３（ｇ））、表材２ｂを芯材３のもう一方の面に溶融接着させ、サンドイッチ構造体１を形成する。
プレス機１１を開いてサンドイッチ構造体１を取り出した後（図３（ｈ））、得られたサンドイッチ構造体１の裁断を行って（図示略）、厚み７．８ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例２）
ＰＰを８０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を２０重量％含有する複合材料を用いて、厚み１．０ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１０ｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：１０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１０枚用意する。
図４（ｃ）に示すように、１０枚の芯材３を、表材の長手方向に沿って一列に並ぶように一方の表材２ｃの上に配置した後、一列に並べられた芯材３の上に、さらに他方の表材２ｄを配置して、図４（ｂ）に示すように、一組の表材２ｃ、２ｄの間に芯材３が配列されてなる三層構造体１３を形成する。この三層構造体１３を、図４（ａ）に示すように、温度１９０℃に加熱した、幅１０００ｍｍ、長さ５ｍのステンレス製のベルトプレス機３０にセットし、圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２、速度５ｍ／ｍｉｎの運転条件にて送出して、芯材３の両面に表材２ｃ、２ｄを溶融接着する。
得られたサンドイッチ構造体１の裁断を行って、厚み１１．５ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０ｍのサンドイッチ構造体を１枚得る。

（実施例３）
ＰＥを８５重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を１５重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、連続気泡構造を有するポリウレタンシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
一方の表材を赤外線ヒーターで１１０℃になるまで加熱した後、加熱された表材の上に芯材を載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の一方の面上に一方の表材を積層する。
得られた二層構造体をいったんプレス機から取り出した後、赤外線ヒーターで１１０℃になるまで加熱された他方の表材の上に、先程の二層構造体を芯材が下側となるように載せ、これらをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けて溶融接着を行い、芯材のもう一方の面上に他方の表材を積層する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み２１．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例４）
ナイロン６６を６５重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を３５重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
一方の表材を赤外線ヒーターで２６０℃になるまで加熱した後、加熱された表材の上に芯材を載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の一方の面上に一方の表材を積層する。
得られた二層構造体をいったんプレス機から取り出した後、赤外線ヒーターで２６０℃になるまで加熱された他方の表材の上に、先程の二層構造体を芯材が下側となるように載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の他方の面上に他方の表材を積層する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み２１．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例５）
ＡＢＳを８５重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を３５重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を１枚作成する。また、ナイロン６を８０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２５〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し７０重量％含まれている）を２０重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を１枚作成する。さらに、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：３ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
上記ＡＢＳ表材を赤外線ヒーターで２００℃になるまで加熱した後、加熱されたＡＢＳ表材の上に上記芯材を載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けることで溶融接着を行い、芯材の一方の面上にＡＢＳ表材を積層した後、得られた二層構造体をいったんプレス機から取り出す。
続いて、赤外線ヒーターで２５０℃になるまで加熱されたナイロン６表材をプレス機にセットし、このナイロン６表材の上に、先程の二層構造体を芯材が下側となるように載せる。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けて溶融接着を行い、芯材のもう一方の面上にナイロン６表材を積層する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み４．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例６）
ＰＰＳを８０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を２０重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
一方の表材を赤外線ヒーターで３２０℃になるまで加熱した後、加熱された表材の上に芯材を載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を１０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の一方の面上に一方の表材を積層する。
得られた二層構造体をいったんプレス機から取り出した後、赤外線ヒーターで３２０℃になるまで加熱された他方の表材の上に、先程の二層構造体を芯材が下側となるように載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を１０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の他方の面上に他方の表材を積層する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み２１．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例７）
ＰＥを８０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を２０重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリスチレンシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
一方の表材を赤外線ヒーターで１２５℃になるまで加熱した後、加熱された表材の上に芯材を載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を１０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の一方の面上に一方の表材を積層する。
得られた二層構造体をいったんプレス機から取り出した後、赤外線ヒーターで１２５℃になるまで加熱された他方の表材の上に、先程の二層構造体を芯材が下側となるように載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を１０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の他方の面上に他方の表材を積層する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み２１．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例８）
ＰＰを８０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を２０重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するＰＰシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
一方の表材を赤外線ヒーターで１９０℃になるまで加熱した後、加熱された表材の上に芯材を載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を１０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の一方の面上に一方の表材を積層する。
得られた二層構造体をいったんプレス機から取り出した後、赤外線ヒーターで１９０℃になるまで加熱された他方の表材の上に、先程の二層構造体を芯材が下側となるように載せ、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を３０秒掛けて溶融接着を行い、芯材の他方の面上に他方の表材を積層する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み２１．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例９）
ＰＥを８０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を２０重量％含有する複合材料を用いて、厚み０．６ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：３０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ）を１枚用意する。
２枚の表材を赤外線ヒーターで１２０℃になるまで加熱した後、一組の加熱された表材の間に芯材を挟み、これをプレス機にセットする。そして、１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を６０秒掛け、芯材の両面に表材を溶融接着する。
得られたサンドイッチ構造体を裁断することで、厚み３１．０ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（実施例１０）
実施例１に記載のサンドイッチ構造体を、ヒーターおよび水冷管を備えた１個取りの金型に入れた。この金型は箱状凹金型およびそれに対応する形状の凸金型からなり、賦型部の寸法は高さ３７．７ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ１７０ｍｍであった。続いて、金型を閉じ、金型温度２３０℃、圧力１５ＭＰａの条件下で５分間加圧した。そして、水冷管にて金型を冷やし、金型を開いた後、取り出した熱プレス成形体のバリ取りを行って、図８（ａ）に示すような箱状の構造体６１を得た。
得られた構造体６１の寸法は、高さ３７．７ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ１７０ｍｍであり、厚さは７．７ｍｍであった。また、構造体６１の断面を観察したところ、熱プレス成形後も、図８（ｂ）に示すように、一組の表材２の間に芯材３が挟まれてなるサンドイッチ構造が維持されていた。

（実施例１１）
実施例１に記載のサンドイッチ構造体を２３０℃になるまで赤外線ヒーターで加熱して、これを、箱状凹金型およびそれに対応する形状の凸金型からなる金型に入れた。この金型の賦型部の寸法は、高さ３７．６ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ１７０ｍｍであった。続いて金型を閉じ、金型温度２３０℃、圧力１５ＭＰａの条件下で５分間加圧した。そして、水冷管にて金型を冷やし、金型を開いた後、取り出した熱プレス成形体のバリ取りを行って、箱状の構造体を得た。
得られた構造体の寸法は、高さ３７．６ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ１７０ｍｍであり、厚さは７．６ｍｍであった。また、得られた構造体は、実施例１０と同様に成形後もサンドイッチ構造を保持していた。

（実施例１２）
実施例１に記載のサンドイッチ構造体を、上下２枚の電気赤外線ヒーターにて２４５℃で５分間加熱した。続いて、このシートを１個取りの真空成形金型に入れ、金型温度２３０℃にてシートを賦型した後、圧力１．０×１０^−４ＭＰａの条件下で、２分間減圧吸引を行った。金型の賦型部の寸法は高さ１５．４ｍｍ、幅１４０ｍｍ、長さ１７０ｍｍであった。そして、金型を開いた後、取り出した真空成形体のバリ取りを行って、箱状の構造体を得た。
得られた構造体の寸法は、高さ１５．４ｍｍ、幅１４０ｍｍ、長さ１７０ｍｍであり、厚さは７．４ｍｍであった。また、得られた構造体は、実施例１０と同様に成形後もサンドイッチ構造を保持していた。

（実施例１３）
ナイロン６を７０重量％、炭素繊維（繊維長さ０．２０〜０．３０ｍｍの炭素繊維が、炭素繊維全体に対し５０重量％含まれている）を３０重量％含有する複合材料を用いて、厚み１．５ｍｍ、幅８００ｍｍ、長さ１１００ｍｍのシート状の表材を２枚作成する。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリプロピレン（厚み：１０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ：１０００ｍｍ、平均気泡径：０．８ｍｍ）を１枚用意し、これらの表材および芯材を用いて、図１０の製造工程図に示す方法でサンドイッチ構造体を製造する。
まず、ナイロン６および炭素繊維を含む複合材料からなる１枚の表材２ａを、ヒーター１００にて２５０℃に加熱する（図１０（ａ））。続いて、加熱された表材２ａをポリプロピレンからなる芯材３の上に載せ、これらを微多孔の吸引孔を有する金型２１１にセットする（図１０（ｂ））。表材２ａと芯材３が載置された金型２１１を上に上げて（矢印２２０ａ）、溶融した表材２ａと芯材３を接触させたのち、金型２１１内の空気２０１を０．０１ｋｇ／ｃｍ^２で３０秒間吸引し、表材２ａを芯材３の一方の面に溶融接着する（図１０（ｃ））。その後、５ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮空気２０２を金型２１１内に噴出しながら金型２１１を取り外し（矢印２２０ｂ）、芯材３と表材２ａが溶融接着されてなる二層構造体２１２を、いったん金型２１１から取り出す（図１０（ｄ））。
取り出した二層構造体２１２の周りの表材の裁断を行う（図示略）。
もう１枚の表材２ｂをヒーター１００にて２５０℃に加熱しておく（図１０（ｅ））。続いて、先程の二層構造体２１２を芯材３が上になるように金型２１１にセットし、加熱された表材２ｂを二層構造体２１２の上に載置する（図１０（ｆ））。表材２ｂと二層構造体２１２が載置された金型２１１を上に上げて（矢印２２０ｃ）、溶融した表材２ｂと、二層構造体２１２の芯材３とを接触させたのち、金型２１１内の空気２０１を０．０１ｋｇ／ｃｍ^２で３０秒間吸引し、表材２ｂを芯材３のもう一方の面に溶融接着する（図１０（ｇ））。その後、５ｋｇ／ｃｍ^２で圧縮空気２０２を金型２１１内に噴出しながら金型２１１を取り外し（矢印２２０ｄ）、二層構造体２１２と表材２ｂが溶融接着されてなるサンドイッチ構造体２２２を、金型２１１から取り出す（図１０（ｈ））。
得られたサンドイッチ構造体２２２の裁断を行って（図示略）、厚み１２．８ｍｍ、幅７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのサンドイッチ構造体を得る。

（比較例１）
一方向に引き揃えられた炭素長繊維に液状のエポキシ樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂を用いて、表材を２枚作成した。また、芯材として、実施例３と同様に、連続気泡構造を有するポリウレタンシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）を１枚用意した。
この芯材の両面に上記表材を積層したところ、エポキシ樹脂が芯材の連続気泡構造に浸透して気孔（気泡）の大部分が閉塞してしまい、所望のサンドイッチ構造体を得ることができなかった。

（比較例２）
炭素短繊維からなる不織布に液状のエポキシ樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂を用いて、表材を２枚作成した。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリウレタンシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）を用意した。
この芯材の両面に上記表材を積層して芯材表面にエポキシ樹脂を含浸させた後、得られた積層体をオートクレーブに入れ、１８０℃で数時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させたところ、芯材が溶融してしまい、所望のサンドイッチ構造体を得ることができなかった。

（比較例３）
一方向に引き揃えられた炭素長繊維に液状のエポキシ樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂を用いて、表材を２枚作成した。また、芯材として、独立気泡構造を有するポリメタクリルイミドシート（厚み：２０ｍｍ、幅：７５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）を用意した。
この芯材の両面に上記表材を積層し、エポキシ樹脂を芯材に含浸させた。続いて、この積層体をオートクレーブに入れ、１８０℃で数時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させてサンドイッチ構造体を得た。
得られたサンドイッチ構造体の断面を拡大観察したところ、図７に示すように、表材の芯材側表面には凹凸構造が形成されてはいたものの、当該凹凸構造が形成されている領域に含まれているのは実質的に熱硬化性樹脂のみであって、炭素繊維は含まれておらず、従って、表材と芯材が接着している部分は、表材の他の部分と比較して強度が低い状態であった。また、表材を構成する樹脂が熱硬化性樹脂であるため、得られたサンドイッチ構造体に対しさらに熱プレス成形や真空成形を行うことはできなかった。

本発明に係るサンドイッチ構造体は、断熱材、防振材、防音材などの用途に好適に利用できる。また、本発明に係るサンドイッチ構造体は、高い剛性を保持したまま複雑な曲面形状へ成形加工することが要求される用途、例えば、航空機、ロケット、人工衛星、自動車、自動二輪車、鉄道列車、家屋などに好適に用いることができる。

１、５０、２２２ サンドイッチ構造体
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、５３ 表材
３、５４ 芯材
４、５５ 凹凸構造
５、５１ 炭素繊維
６ 熱可塑性樹脂
１１ プレス機
１２ 二層構造体
１３ 三層構造体
３０ ベルトプレス機
５２ 熱硬化性樹脂
６１ 箱状の構造体
７０ 複合材料
７１ 第１の熱可塑性樹脂
７２ 第２の熱可塑性樹脂
１００ ヒーターの熱
２０１ 空気
２０２ 圧縮空気
２１１ 金型
２１２ 二層構造体
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ 金型の移動方向

Claims (18)

1. 発泡樹脂からなる芯材と、該芯材の両面に設けられた表材とを有し、前記表材が熱可塑性樹脂および炭素繊維を含む複合材料からなり、前記表材の芯材側表面に、前記複合材料が前記芯材に含浸してなる凹凸構造が形成されていることを特徴とするサンドイッチ構造体。
2. 前記複合材料が炭素繊維を５〜６０重量％含有しており、繊維長さが０．０５〜１．０ｍｍである炭素繊維の割合が、炭素繊維全体に対し５０重量％以上である、請求項１に記載のサンドイッチ構造体。
3. 前記表材の芯材側表面において、前記凹凸構造が形成されている領域における炭素繊維の含有率が５〜６０重量％である、請求項２に記載のサンドイッチ構造体。
4. 前記複合材料が第１の熱可塑性樹脂、第２の熱可塑性樹脂および炭素繊維からなり、該複合材料が、前記第２の熱可塑性樹脂から構成される海相内に、前記第１の熱可塑性樹脂から構成される島相が分散している構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
5. 前記芯材が独立気泡構造または連続気泡構造を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
6. 前記表材が１層の層構造または複数層の積層構造を有しており、該表材中の前記芯材に当接する層が、前記複合材料を含んでなる繊維強化樹脂層であり、該繊維強化樹脂層の芯材側表面に前記凹凸構造が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
7. 一方の表材の組成または／および層構造が他方の表材と異なる、請求項１〜６のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
8. 前記表材が前記芯材に溶融接着されている、請求項１〜７のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
9. 前記芯材の平均気泡径が０．０５〜０．２０ｍｍであり、前記芯材の見かけ密度が１０〜３００ｋｇ／ｍ^３である、請求項１〜８のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
10. 断熱材、防振材または防音材として用いられる、請求項１〜９のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
11. 航空機、ロケット、人工衛星、自動車、自動二輪車、鉄道列車または家屋に用いられる、請求項１〜１０のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を真空成形、スタンパブル成形または熱プレス成形してなる構造体。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載のサンドイッチ構造体または請求項１０に記載の構造体を打ち抜き加工してなる構造体。
14. 請求項１〜１１のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記芯材の表面に前記表材を配置する工程と、前記芯材の表面に配置された該表材を前記芯材の方向に熱プレスする工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、熱プレス温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
15. 請求項１〜１１のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記表材を加熱する工程と、加熱された該表材を前記芯材の表面に配置して該表材を前記芯材の方向にプレスする工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
16. 請求項１〜１１のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記芯材の表面に前記表材を配置する工程と、前記芯材の表面に配置された該表材を加熱する工程と、加熱された該表材と前記芯材とを真空成形する工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
17. 請求項１〜１１のいずれかに記載のサンドイッチ構造体を製造する方法であって、前記表材を加熱する工程と、加熱された該表材を前記芯材の表面に配置して該表材と前記芯材とを真空成形する工程とを有し、前記表材の融点をＴ_ｓとするとき、表材の加熱温度がＴ_ｓ〜Ｔ_ｓ＋１００℃であるサンドイッチ構造体の製造方法。
18. 請求項１４〜１７のいずれかに記載のサンドイッチ構造体の製造方法であって、芯成分が炭素繊維からなり鞘成分が第１の熱可塑性樹脂からなる芯鞘構造を有するペレットと、所定の温度にて前記第１の熱可塑性樹脂よりも高い粘度を有する第２の熱可塑性樹脂とを溶融し、溶融された前記ペレットおよび前記第２の熱可塑性樹脂を前記所定温度にて混練することによって前記複合材料を製造する工程をさらに有し、前記第２の熱可塑性樹脂の融点をＴ_２とするとき、前記ペレットおよび前記第２の熱可塑性樹脂がＴ_２＋１０〜Ｔ_２＋７０℃の温度範囲内で混練されるサンドイッチ構造体の製造方法。
    

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