JP2018104481A - Structure and composite article - Google Patents

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光太郎 篠原
Kotaro Shinohara
光太郎 篠原
武部 佳樹
Yoshiki Takebe
佳樹 武部
本間 雅登
Masato Honma
雅登 本間
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-weight and high-rigidity structure capable of used also as a single material.SOLUTION: A structure is formed of reinforced fibers and a resin, where the reinforced fibers have a mass average fiber length of 1 mm or more and 15 mm or less and are bonded to each other through a resin to form a void, an existence interval of a composite body formed of the reinforced fibers and the resin in an arbitrary cross section of the structure is in a range of the interval of 10-100 μm, and the maximum length of the void is 5 μm or more and 200 μm or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、樹脂と強化繊維と空隙からなる構造体およびその複合物品に関するものである。   The present invention relates to a structure composed of a resin, reinforcing fibers and voids, and a composite article thereof.

近年、自動車、航空機、スポーツ製品、建材等の産業用製品において、軽量かつ高機能な材料が求められている。このような要求に応えるべく、軽量性や剛性、強度に優れる繊維強化樹脂が各産業用途に用いられている。例えば、軽量性に優れる繊維強化樹脂材料として、強化繊維と発泡性樹脂とからなる多孔質の繊維強化樹脂材料の検討が為されている(特許文献1)。これらの材料は空孔が脆弱部となるため、単一材料としては剛性、強度が大きく劣る。このため、これらの材料を用いる場合には剛性の高い表皮材と貼合してサンドイッチ構造のコア材として用いられることが多い(特許文献2)。しかしながら、密度の高い表皮材と併用されることで、多孔質構造による軽量化が大きく限定されてしまう。また、多孔質材料は耐衝撃性や音響特性、熱特性、加工性に優れるという特徴を有しており、表皮材と貼合されることで、多孔質構造特有の特性が損なわれる。以上のことから、コア材としてだけでなく、単一材としても機械特性や各種特性を十分に発現することの出来る構造体を提供することが急務となっている。   In recent years, lightweight and highly functional materials are required for industrial products such as automobiles, aircraft, sports products, and building materials. In order to meet such demands, fiber reinforced resins that are excellent in lightness, rigidity, and strength are used in various industrial applications. For example, as a fiber reinforced resin material excellent in lightness, a porous fiber reinforced resin material composed of a reinforced fiber and a foamable resin has been studied (Patent Document 1). Since these materials have vacancies as fragile portions, the rigidity and strength are greatly inferior as a single material. For this reason, when these materials are used, they are often used as a core material having a sandwich structure by bonding with a highly rigid skin material (Patent Document 2). However, when used in combination with a high-density skin material, weight reduction due to the porous structure is greatly limited. In addition, the porous material has the characteristics that it is excellent in impact resistance, acoustic properties, thermal properties, and workability, and the properties peculiar to the porous structure are impaired by being bonded to the skin material. From the above, there is an urgent need to provide a structure capable of sufficiently expressing mechanical characteristics and various characteristics not only as a core material but also as a single material.

特開平10−296772号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-296772 国際公開第2014/162873号公報International Publication No. 2014/162873

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、単一材としても使用することが出来る軽量、高剛性の構造体を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The objective is to provide the lightweight and highly rigid structure which can be used also as a single material.

本発明に係る構造体は、強化繊維と樹脂とからなる構造体であって、前記強化繊維は、質量平均繊維長が1mm以上15mm以下であり、樹脂を介して結合することにより空隙を形成しており、前記構造体の任意の断面における、強化繊維と樹脂とからなる複合体存在間隔が、10〜100μmの間隔の範囲内であり、前記空隙の最大長さが5μm以上200μm以下であることを特徴とする。   The structure according to the present invention is a structure composed of reinforcing fibers and a resin, and the reinforcing fibers have a mass average fiber length of 1 mm or more and 15 mm or less, and form voids by bonding through a resin. The composite existing interval between the reinforcing fiber and the resin in an arbitrary cross section of the structure is within a range of 10 to 100 μm, and the maximum length of the void is 5 μm or more and 200 μm or less. It is characterized by.

本発明によれば、軽量、高剛性の構造体を提供することができる。   According to the present invention, a lightweight and highly rigid structure can be provided.

図1は、本発明に係る構造体の断面構造を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a structure according to the present invention. 図2は、本発明で用いる強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a dispersion state of reinforcing fibers in the reinforcing fiber mat used in the present invention. 図3は、本発明に係る構造体の面方向及び厚み方向の断面構造の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure in the surface direction and thickness direction of the structure according to the present invention.

本発明に係る構造体および複合物品について説明する。   The structure and composite article according to the present invention will be described.

図1は、本発明に係る構造体の断面構造を示す模式図である。図1に示すように、本発明に係る構造体1は、樹脂2と強化繊維3と空隙4から構成されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a structure according to the present invention. As shown in FIG. 1, the structure 1 according to the present invention includes a resin 2, reinforcing fibers 3, and voids 4.

ここで、強化繊維3の質量平均繊維長は1mm以上、15mm以下の範囲内にある。これにより、強化繊維3の補強効率を高めることができ、構造体1に優れた力学特性を与えられる。強化繊維3の質量平均繊維長が1mm未満である場合、構造体1中の空隙4を効率よく形成できないため、密度が高くなる場合があり、言い換えれば、同一質量でありながら所望する厚さの構造体1を得ることが困難となるので望ましくない。一方、強化繊維3の質量平均繊維長が15mmより長い場合には、構造体1中で強化繊維3が、自重により屈曲しやすくなり、力学特性の発現を阻害する要因となるので望ましくない。質量平均繊維長は、構造体1の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維3から無作為に400本を選択し、その長さを10μm単位まで測定し、それらの平均長さとして算出できる。   Here, the mass average fiber length of the reinforcing fibers 3 is in the range of 1 mm or more and 15 mm or less. Thereby, the reinforcement efficiency of the reinforced fiber 3 can be improved, and the mechanical characteristic excellent in the structure 1 is given. When the mass average fiber length of the reinforcing fibers 3 is less than 1 mm, the voids 4 in the structure 1 cannot be efficiently formed, and thus the density may increase. In other words, the thickness of the reinforcing fiber 3 is the same as that of the desired thickness. Since it becomes difficult to obtain the structure 1, it is not desirable. On the other hand, when the mass average fiber length of the reinforcing fiber 3 is longer than 15 mm, the reinforcing fiber 3 in the structure 1 is easily bent by its own weight, which is an undesirable factor for inhibiting the expression of mechanical properties. The mass average fiber length is obtained by removing the resin component of the structure 1 by a method such as burning or elution, randomly selecting 400 from the remaining reinforcing fibers 3, measuring the length to the unit of 10 μm, and averaging them It can be calculated as a length.

強化繊維3は、樹脂2を介して結合することにより、空隙4を形成する。例えば強化繊維3に樹脂2が予め含浸された構造体前駆体を加熱して構造体を得る場合、加熱に伴う樹脂2の溶融ないしは軟化により、強化繊維3が起毛することで空隙4が形成される。これは、構造体前駆体において、加圧により圧縮状態とされていた内部の強化繊維3が、その弾性率に由来する起毛力によって起毛する性質に基づく。樹脂2、強化繊維3、および空隙4を上記のような態様とすることで、構造体1は多孔質でありながら強化繊維3の強固なネットワークを形成し、軽量かつ高剛性な構造体となる。   The reinforcing fibers 3 are bonded via the resin 2 to form the voids 4. For example, when the structure precursor is obtained by heating the structure precursor in which the reinforcing fiber 3 is pre-impregnated with the resin 2, the void 4 is formed by raising the reinforcing fiber 3 by melting or softening of the resin 2 accompanying the heating. The This is based on the property that in the structure precursor, the internal reinforcing fiber 3 that has been compressed by pressurization is raised by the raising force derived from its elastic modulus. By setting the resin 2, the reinforcing fiber 3, and the void 4 as described above, the structure 1 forms a strong network of the reinforcing fibers 3 while being porous, and becomes a lightweight and highly rigid structure. .

強化繊維3は構造体1内において樹脂2と複合体5を為しており、構造体1の任煮の断面における、複合体5存在間隔が10〜100μmの間隔の範囲内である。複合体5の存在間隔を上述の範囲とすることで、構造体1における樹脂2および強化繊維3を均質に配置することができ、力学特性を十分に発現し、かつ加工性などの機能性も向上する。   The reinforcing fiber 3 forms the resin 2 and the composite 5 in the structure 1, and the composite 5 existence interval in the section of the structure 1 is within a range of 10 to 100 μm. By setting the existence interval of the composite 5 within the above-described range, the resin 2 and the reinforcing fiber 3 in the structure 1 can be arranged uniformly, sufficiently exhibiting mechanical characteristics, and also have functionality such as workability. improves.

複合体5の存在間隔を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば構造体1の表面から複合体5の存在間隔を測定する方法を例示できる。この場合、構造体1の表面を研磨して樹脂2および強化繊維3を露出させることで、複合体5をより観察しやすくなる。構造体1の任意の観察断面において、強化繊維3および樹脂2が複合体5を為している箇所を無作為に50箇所選択し、その周囲に存在する別の任意の複合体5までの最短距離を測定することで存在間隔を測定できる。   Although there is no restriction | limiting in particular as a method of measuring the space | interval of the composite_body | complex 5, For example, the method of measuring the space | interval of the composite_body | complex 5 from the surface of the structure 1 can be illustrated. In this case, it becomes easier to observe the composite 5 by polishing the surface of the structure 1 to expose the resin 2 and the reinforcing fibers 3. In an arbitrary observation cross section of the structure 1, 50 locations where the reinforcing fibers 3 and the resin 2 form the composite 5 are selected at random, and the shortest distance to another arbitrary composite 5 existing therearound is selected. The existence interval can be measured by measuring the distance.

また、空隙4の最大長さは5μm以上200μm以下である。上記の範囲とすることで、構造体1は空隙による軽量化効果を最大限得ることが出来る。空隙の最大長さが5μm未満である場合、構造体1とした場合の空隙の体積含有率が小さくなることを意味し、構造体1の重量が増すこととなるため好ましくない。一方で、空隙の最大長さが200μmよりも長い場合、構造体1に荷重負荷がかかった際、該部に応力集中しやすくなり、強度低下を招くこととなるため好ましくない。軽量性と強度の両立の観点から、空隙の最大長さは5μm以上100μm以下であることがより好ましい。   The maximum length of the gap 4 is not less than 5 μm and not more than 200 μm. By setting it as said range, the structure 1 can acquire the lightening effect by a space | gap to the maximum. When the maximum length of the void is less than 5 μm, it means that the volume content of the void in the case of the structure 1 is reduced, and the weight of the structure 1 is increased, which is not preferable. On the other hand, when the maximum length of the gap is longer than 200 μm, when a load is applied to the structure 1, stress is easily concentrated on the portion, which causes a decrease in strength, which is not preferable. From the viewpoint of achieving both lightness and strength, the maximum length of the void is more preferably 5 μm or more and 100 μm or less.

空隙4の最大長さを測定する方法としては、特に制限はないが、例えば構造体1の表面から空隙4の最大長さを測定する方法を例示できる。この場合、構造体1の表面を研磨して樹脂2および強化繊維3を露出させることで、空隙4をより観察しやすくなる。構造体1の任意の観察断面において、空隙4を無作為に50個選択し、その空隙の最大長さを測定することで測定できる。   Although there is no restriction | limiting in particular as a method of measuring the maximum length of the space | gap 4, For example, the method of measuring the maximum length of the space | gap 4 from the surface of the structure 1 can be illustrated. In this case, it becomes easier to observe the voids 4 by polishing the surface of the structure 1 to expose the resin 2 and the reinforcing fibers 3. It can be measured by arbitrarily selecting 50 voids 4 in an arbitrary observation cross section of the structure 1 and measuring the maximum length of the voids.

構造体1の曲げ弾性率をEc、構造体1の密度をρとしたとき、Ec1/3・ρ−1として表される構造体1の比曲げ剛性は3以上、20以下の範囲内であることが好ましい。上記の範囲とすることで、構造体1は十分な軽量化効果を得ることが出来る。 When the bending elastic modulus of the structure 1 is Ec and the density of the structure 1 is ρ, the specific bending rigidity of the structure 1 expressed as Ec 1/3 · ρ −1 is in the range of 3 or more and 20 or less. Preferably there is. By setting it as said range, the structure 1 can acquire the sufficient weight reduction effect.

ここで、樹脂2としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示できる。また、本発明においては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがブレンドされていてもよい。   Here, examples of the resin 2 include a thermoplastic resin and a thermosetting resin. In the present invention, a thermosetting resin and a thermoplastic resin may be blended.

本発明における1つの形態において、樹脂2は、少なくとも1種類以上の熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。熱可塑性樹脂としては、「ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、液晶ポリエステル等のポリエステル、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリブチレン等のポリオレフィン、ポリオキシメチレン(POM)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等のポリアリーレンスルフィド、ポリケトン(PK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー(LCP)」等の結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリサルホン(PSU)、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート(PAR)」等の非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系樹脂、及びアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体及び変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂を例示できる。   In one embodiment of the present invention, the resin 2 preferably includes at least one kind of thermoplastic resin. Thermoplastic resins include “polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PEN), polyesters such as liquid crystal polyester, polyethylene (PE), polypropylene (PP) , Polyolefins such as polybutylene, polyarylene sulfides such as polyoxymethylene (POM), polyamide (PA), polyphenylene sulfide (PPS), polyketone (PK), polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), poly Crystalline resins such as fluorinated resins such as ether ketone ketone (PEKK), polyether nitrile (PEN), polytetrafluoroethylene, and liquid crystal polymer (LCP); , Polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyphenylene ether (PPE), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSU), poly Amorphous resins such as ether sulfone and polyarylate (PAR), phenolic resins, phenoxy resins, polystyrenes, polyolefins, polyurethanes, polyesters, polyamides, polybutadienes, polyisoprenes, fluorine Examples thereof include thermoplastic resins such as acryl-based resins and acrylonitrile-based thermoplastic elastomers, and copolymers and modified products thereof.

本発明における1つの形態において、樹脂2は、少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミド、これらの共重合体、変性体、及びこれらの少なくとも2種類をブレンドした樹脂を例示できる。また、本発明の目的を損なわない範囲で、本発明に係る構造体の樹脂は、エラストマー又はゴム成分等の耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有してもよい。充填材や添加剤の例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、又は、カップリング剤を例示できる。   In one embodiment of the present invention, the resin 2 preferably includes at least one kind of thermosetting resin. Thermosetting resins include unsaturated polyesters, vinyl esters, epoxy resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, thermosetting polyimides, copolymers thereof, modified products, and resins obtained by blending at least two of these. Can be illustrated. Moreover, in the range which does not impair the objective of this invention, resin of the structure which concerns on this invention may contain impact resistance improvers, such as an elastomer or a rubber component, and another filler and additive. Examples of fillers and additives include inorganic fillers, flame retardants, conductivity imparting agents, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration damping agents, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, and coloring inhibitors. , Heat stabilizers, mold release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, or coupling agents.

本発明は、前記構造体100体積%において、強化繊維の体積含有率が0.5体積%以上55体積%以下、樹脂の体積含有率が2.5体積%以上85体積%以下、空隙の体積含有率が10体積%以上97体積%以下であることが好ましい。つまり構造体100体積%中の樹脂2の体積含有率は、2.5体積%以上85体積%以下であることが好ましい。樹脂2の体積含有率は、2.5体積%以上、85体積%以下の範囲内にあると好ましい。上記の範囲とすることで、樹脂2は強化繊維3の結合の役割を十分に果たし、構造体1の力学的特性および軽量性を向上させることが出来る。   According to the present invention, the volume content of the reinforcing fiber is 0.5 volume% or more and 55 volume% or less, the volume content of the resin is 2.5 volume% or more and 85 volume% or less, and the void volume is 100 volume% of the structure. The content is preferably 10% by volume or more and 97% by volume or less. That is, the volume content of the resin 2 in 100% by volume of the structure is preferably 2.5% by volume or more and 85% by volume or less. The volume content of the resin 2 is preferably in the range of 2.5% by volume to 85% by volume. By setting it as said range, the resin 2 can fully fulfill | perform the role of the coupling | bonding of the reinforced fiber 3, and can improve the mechanical characteristic and the lightweight property of the structure 1. FIG.

強化繊維3としては、アルミニウム、黄銅、ステンレス等の金属繊維、PAN系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス等の絶縁性繊維、アラミド、PBO、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン等の有機繊維、シリコンカーバイト、シリコンナイトライド等の無機繊維を例示できる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理の他に、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理等がある。また、これらの繊維は1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。   As the reinforcing fiber 3, metal fibers such as aluminum, brass, and stainless steel, PAN-based, rayon-based, lignin-based, pitch-based carbon fibers, graphite fibers, insulating fibers such as glass, aramid, PBO, polyphenylene sulfide, polyester, Examples thereof include organic fibers such as acrylic, nylon, and polyethylene, and inorganic fibers such as silicon carbide and silicon nitride. Moreover, the surface treatment may be given to these fibers. Examples of the surface treatment include a treatment with a coupling agent, a treatment with a sizing agent, a treatment with a bundling agent, and an adhesion treatment of an additive in addition to a treatment for depositing a metal as a conductor. Moreover, these fibers may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

また、構造体中の強化繊維3は、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることが好ましい。強化繊維3をかかる態様とすることで、シート状の構造体の前駆体ないし構造体を、外力を加えて成形する場合に、複雑形状への賦型が容易となる。また、強化繊維3をかかる態様とすることで、強化繊維3によって形成された空隙が緻密化し、構造体1中における強化繊維3の繊維束端における弱部が極小化できるため、優れた補強効率及び信頼性に加えて、等方性も付与される。ここで、略モノフィラメントとは、強化繊維単糸が500本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。さらに望ましくは、モノフィラメント状に分散していることである。   The reinforcing fibers 3 in the structure are preferably discontinuous, are approximately monofilament-like, and are randomly dispersed. By making the reinforcing fiber 3 into such an embodiment, when a precursor or structure of a sheet-like structure is formed by applying an external force, it becomes easy to mold into a complicated shape. Moreover, since the void formed by the reinforcing fiber 3 is densified and the weak part at the fiber bundle end of the reinforcing fiber 3 in the structure 1 can be minimized by adopting the reinforcing fiber 3 as such an aspect, excellent reinforcing efficiency In addition to reliability, isotropic properties are also imparted. Here, the substantially monofilament means that the reinforcing fiber single yarn is present in less than 500 fineness strands. More preferably, it is dispersed in a monofilament form.

ここで、略モノフィラメント状、又は、モノフィラメント状に分散しているとは、構造体1中にて任意に選択した強化繊維3について、その二次元接触角が1°以上である単繊維の割合(以下、繊維分散率とも称す)が80%以上であることを指し、言い換えれば、構造体1中において単繊維の2本以上が接触して平行した束が20%未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも強化繊維3におけるフィラメント数100本以下の繊維束の質量分率が100%に該当するものが特に好ましい。   Here, the term “dispersed in a substantially monofilament shape or monofilament shape” means a ratio of single fibers having a two-dimensional contact angle of 1 ° or more with respect to the reinforcing fibers 3 arbitrarily selected in the structure 1 ( Hereinafter, it refers to that the fiber dispersion ratio is 80% or more, in other words, in the structure 1, two or more of the single fibers are in contact with each other and the bundle in parallel is less than 20%. Therefore, it is particularly preferable that the mass fraction of the fiber bundle having at least 100 filaments in the reinforcing fiber 3 corresponds to 100%.

二次元接触角とは、不連続な強化繊維の場合、単繊維とこの単繊維が接触する単繊維とで形成される角度のことであり、接触する単繊維同士が形成する角度のうち、0°以上、90°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。この二次元接触角について、図面を用いてさらに説明する。図2は、面方向(図2(a))及び厚み方向(図2(b))から観察した時の強化繊維マットにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図である。単繊維11aを基準とすると、単繊維5は図2(a)では単繊維6〜10と交わって観察されるが、図2(b)では単繊維5は単繊維9,10とは接触していない。この場合、基準となる単繊維11aについて、二次元接触角の評価対象となるのは単繊維6〜8であり、接触する2つの単繊維が形成する2つの角度のうち、0°以上90°以下の範囲内にある鋭角側の角度Aである。   In the case of discontinuous reinforcing fibers, the two-dimensional contact angle is an angle formed by a single fiber and a single fiber that comes into contact with the single fiber. It is defined as the angle on the acute angle side within the range of from 0 ° to 90 °. This two-dimensional contact angle will be further described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a dispersion state of reinforcing fibers in the reinforcing fiber mat when observed from the surface direction (FIG. 2A) and the thickness direction (FIG. 2B). When the single fiber 11a is used as a reference, the single fiber 5 is observed to cross the single fibers 6 to 10 in FIG. 2A, but the single fiber 5 is in contact with the single fibers 9 and 10 in FIG. Not. In this case, with respect to the reference single fiber 11a, the evaluation targets of the two-dimensional contact angle are the single fibers 6 to 8, and of the two angles formed by the two single fibers in contact, 0 ° or more and 90 ° It is an acute angle A within the following range.

二次元接触角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば構造体1の表面から強化繊維3の配向を観察する方法を例示できる。この場合、構造体1の表面を研磨して強化繊維3を露出させることで、強化繊維3をより観察しやすくなる。また、X線CT透過観察を行って強化繊維3の配向画像を撮影する方法も例示できる。X線透過性の高い強化繊維3の場合には、強化繊維3にトレーサ用の繊維を混合しておく、又は、強化繊維3にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、強化繊維3を観察しやすくなるため好ましい。また、上記方法で測定が困難な場合には、加熱炉等により構造体1を高温下において樹脂成分を焼失させた後、光学顕微鏡又は電子顕微鏡を用いて取り出した強化繊維3から強化繊維3の配向を観察する方法を例示できる。   Although there is no restriction | limiting in particular as a method of measuring a two-dimensional contact angle, For example, the method of observing the orientation of the reinforced fiber 3 from the surface of the structure 1 can be illustrated. In this case, it becomes easier to observe the reinforcing fiber 3 by polishing the surface of the structure 1 to expose the reinforcing fiber 3. Moreover, the method of photographing the orientation image of the reinforcing fiber 3 by performing X-ray CT transmission observation can also be exemplified. In the case of the reinforcing fiber 3 having a high X-ray permeability, the reinforcing fiber 3 is observed by mixing the reinforcing fiber 3 with a tracer fiber or by applying a tracer chemical to the reinforcing fiber 3. It is preferable because it is easy to do. In addition, when the measurement by the above method is difficult, after the resin component is burned off at a high temperature by a heating furnace or the like, the reinforcing fiber 3 is extracted from the reinforcing fiber 3 taken out using an optical microscope or an electron microscope. A method for observing the orientation can be exemplified.

上述した観察方法に基づいて繊維分散率は次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維(図2における単繊維5)に対して接触している全ての単繊維(図2における単繊維6〜8)との二次元接触角を測定する。これを100本の単繊維について行い、二次元接触角を測定した全ての単繊維の総本数と二次元接触角が1°以上である単繊維の本数との比率から割合を算出する。   Based on the observation method described above, the fiber dispersion rate is measured by the following procedure. That is, the two-dimensional contact angle with all the single fibers (single fibers 6 to 8 in FIG. 2) in contact with the randomly selected single fibers (single fibers 5 in FIG. 2) is measured. This is performed for 100 single fibers, and the ratio is calculated from the ratio between the total number of all single fibers whose two-dimensional contact angle is measured and the number of single fibers having a two-dimensional contact angle of 1 ° or more.

さらに、強化繊維3はランダムに分散していることが、とりわけ好ましい。ここで、強化繊維3がランダムに分散しているとは、構造体1における任意に選択した強化繊維3の二次元配向角の算術平均値が30°以上、60°以下の範囲内にあることをいう。かかる二次元配向角とは、強化繊維3の単繊維とこの単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、0°以上、90°以下の範囲内にある鋭角側の角度と定義する。   Furthermore, it is particularly preferable that the reinforcing fibers 3 are dispersed randomly. Here, that the reinforcing fibers 3 are randomly dispersed means that the arithmetic average value of the two-dimensional orientation angle of the arbitrarily selected reinforcing fibers 3 in the structure 1 is within a range of 30 ° or more and 60 ° or less. Say. Such a two-dimensional orientation angle is an angle formed by a single fiber of the reinforcing fiber 3 and a single fiber intersecting with this single fiber, and among the angles formed by the intersecting single fibers, 0 ° or more, It is defined as the angle on the acute angle side within the range of 90 ° or less.

この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図2(a),(b)において、単繊維5を基準とすると、単繊維5は他の単繊維6〜10と交差している。ここで、交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維5と単繊維6〜10とが必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維5について見た場合、単繊維6〜10の全てが二次元配向角の評価対象であり、図2(a)中において二次元配向角は交差する2つの単繊維が形成する2つの角度のうち、0°以上、90°以下の範囲内にある鋭角側の角度Aである。   This two-dimensional orientation angle will be further described with reference to the drawings. 2A and 2B, when the single fiber 5 is used as a reference, the single fiber 5 intersects with the other single fibers 6 to 10. Here, the intersection means a state in which a single fiber as a reference is observed crossing another single fiber in a two-dimensional plane to be observed, and the single fiber 5 and the single fibers 6 to 10 are not necessarily in contact with each other. There is no need to do so, and there is no exception to the state observed when they are projected. That is, when it sees about the single fiber 5 used as a reference | standard, all the single fibers 6-10 are evaluation objects of a two-dimensional orientation angle, and the two single fibers which a two-dimensional orientation angle crosses in FIG. Among the two angles to be formed, the angle A is an acute angle within a range of 0 ° to 90 °.

二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から強化繊維3の配向を観察する方法を例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段をとることができる。二次元配向角の平均値は、次の手順で測定する。すなわち、無作為に選択した単繊維(図2における単繊維5)に対して交差している全ての単繊維(図2における単繊維6〜10)との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に20本選び測定した算術平均値を代用してもよい。この測定を別の単繊維を基準として合計5回繰り返し、その算術平均値を二次元配向角の算術平均値として算出する。   The method for measuring the two-dimensional orientation angle is not particularly limited. For example, a method for observing the orientation of the reinforcing fiber 3 from the surface of the component can be exemplified, and the same means as the method for measuring the two-dimensional contact angle described above. Can be taken. The average value of the two-dimensional orientation angle is measured by the following procedure. That is, the average value of the two-dimensional orientation angle with all the single fibers (single fibers 6 to 10 in FIG. 2) intersecting with the randomly selected single fibers (single fibers 5 in FIG. 2) is measured. . For example, when there are many other single fibers that cross a certain single fiber, an arithmetic average value obtained by randomly selecting and measuring 20 other single fibers that intersect may be substituted. This measurement is repeated a total of 5 times with another single fiber as a reference, and the arithmetic average value is calculated as the arithmetic average value of the two-dimensional orientation angle.

強化繊維3が略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることで、上述した略モノフィラメント状に分散した強化繊維3により与えられる性能を最大限まで高めることができる。また、構造体1において力学特性に等方性を付与できる。かかる観点から、強化繊維3の繊維分散率は90%以上であることが望ましく、100%に近づくほどより好ましい。また、強化繊維3の二次元配向角の算術平均値は、40°以上、50°以下の範囲内にあることが望ましく、理想的な角度である45°に近づくほど好ましい。   Since the reinforcing fibers 3 are dispersed in a substantially monofilament shape and randomly, the performance imparted by the reinforcing fibers 3 dispersed in the above-described substantially monofilament shape can be maximized. In addition, the structure 1 can impart isotropy to the mechanical characteristics. From such a viewpoint, the fiber dispersion rate of the reinforcing fibers 3 is desirably 90% or more, and is more preferable as it approaches 100%. The arithmetic average value of the two-dimensional orientation angle of the reinforcing fibers 3 is desirably in the range of 40 ° or more and 50 ° or less, and is more preferable as it approaches the ideal angle of 45 °.

強化繊維3の形態としては、構造体1と同程度の長さの連続性強化繊維、又は、所定長に切断された有限長の不連続性強化繊維のいずれであってもよいが、樹脂2を容易に含浸させたり、その量を容易に調整できたりする観点からは、不連続性強化繊維であることが好ましい。   The form of the reinforcing fiber 3 may be either a continuous reinforcing fiber having the same length as that of the structure 1 or a discontinuous reinforcing fiber having a finite length cut to a predetermined length. From the viewpoint of easily impregnating and adjusting the amount thereof, discontinuous reinforcing fibers are preferable.

前述のとおり、構造体100体積%中の強化繊維3の体積含有率は、0.5体積%以上、55体積%以下の範囲内であることが好ましい。強化繊維の体積含有率が上記の範囲となることで、強化繊維3の補強効果が十分発現され、構造体1の力学特性、とりわけ曲げ特性を満足する。   As described above, the volume content of the reinforcing fibers 3 in 100 volume% of the structure is preferably in the range of 0.5 volume% or more and 55 volume% or less. When the volume content of the reinforcing fiber is in the above range, the reinforcing effect of the reinforcing fiber 3 is sufficiently exhibited, and the mechanical properties of the structure 1, particularly the bending properties are satisfied.

本発明における構造体100体積%中の空隙4の含有率は、10体積%以上、99体積%以下の範囲内であることが好ましい。上記の範囲に空隙4が存在することで、構造体1は軽量性が向上し、比剛性、比強度に優れる構造となる。本発明において、体積含有率は構造体1を構成する樹脂2と強化繊維3と空隙4のそれぞれの体積含有率の合計を100体積%とする。   It is preferable that the content rate of the space | gap 4 in 100 volume% of structures in this invention exists in the range of 10 volume% or more and 99 volume% or less. The presence of the air gap 4 in the above range makes the structure 1 have a structure with improved lightness and excellent specific rigidity and specific strength. In the present invention, the volume content is defined as 100% by volume of the total volume content of the resin 2, the reinforcing fiber 3, and the void 4 constituting the structure 1.

強化繊維3の長さをLf、構造体1の断面方向における強化繊維3の配向角度をθfとしたとき、構造体1の厚みStは条件式:St≧Lf・(1−cos(θf))を満足することが好ましい。上記の条件式を満たすことで、強化繊維3が直進性を有する、あるいは、得たい厚みの構造体1と繊維長とのバランスが優れるため、構造体1は、投入した強化繊維3の力学的な特徴を十分に発揮し、厚み設計の自由度が向上する。上記条件式において、強化繊維3の長さとその配向角度が形成する構造体1の特性である曲げ弾性率と比曲げ剛性とのバランスが得られることや、また、構造体1中の繊維長とその配向角度により、成形工程中の固化ないしは硬化以前の状態での変形がしやすく、所望する構造体1の成形が行いやすいことから、構造体1の厚みStの2%以上、20%以下の値の範囲内が好ましく、とりわけ5%以上、18%以下の値の範囲内が好ましい。なお、条件式に使用する単位は、St[mm]、Lf[mm]、θf[°]である。 When the length of the reinforcing fiber 3 is Lf and the orientation angle of the reinforcing fiber 3 in the cross-sectional direction of the structure 1 is θf, the thickness St of the structure 1 is a conditional expression: St ≧ Lf 2 · (1-cos (θf) ) Is preferably satisfied. By satisfying the above conditional expression, the reinforcing fiber 3 has straightness or the balance between the structure 1 having a desired thickness and the fiber length is excellent. These features are fully demonstrated and the freedom of thickness design is improved. In the above conditional expression, it is possible to obtain a balance between the bending elastic modulus and the specific bending rigidity, which are characteristics of the structure 1 formed by the length of the reinforcing fiber 3 and the orientation angle thereof, and the fiber length in the structure 1 Depending on the orientation angle, it is easy to be deformed in the state before solidification or curing in the molding process, and it is easy to mold the desired structure 1, so that the thickness St of the structure 1 is 2% or more and 20% or less. A value within the range is preferable, and a value within a range between 5% and 18% is particularly preferable. The units used in the conditional expression are St [mm], Lf [mm], and θf [°].

ここで、強化繊維3の長さLfは、構造体1の樹脂成分を焼失や溶出等の方法により取り除き、残った強化繊維3から無作為に400本を選択し、その長さを10μm単位まで測定し、それらの長さから算出した質量平均繊維長として算出できる。また、構造体1の断面方向における強化繊維3の配向角度θfとは、構造体1の断面方向に対する傾き度合いであって、言い換えれば、厚さ方向に対する強化繊維3の傾き度合いである。値が大きいほど厚み方向に立って傾いていることを示し、0°以上、90°以下の範囲で与えられる。すなわち、強化繊維3の配向角度θfをかかる範囲内とすることで、構造体1における補強機能をより効果的に発現できる。強化繊維3の配向角度θfの上限値には特に制限はないが、構造体1とした際の曲げ弾性率の発現に鑑みて、60°以下であることが望ましく、さらには45°以下であることがより好ましい。また、強化繊維3の配向角度θfが3°未満である場合、構造体1中の強化繊維3が平面状、言い換えれば二次元に配向した状態となるので、構造体1の厚みの自由度が減少し、軽量性を満足できないため望ましくない。そのため強化繊維3の配向角度θfは3°以上であることが好ましい。   Here, the length Lf of the reinforcing fiber 3 is obtained by removing the resin component of the structure 1 by a method such as burning or elution, and randomly selecting 400 from the remaining reinforcing fibers 3 and reducing the length to a unit of 10 μm. It can be calculated and calculated as a mass average fiber length calculated from their lengths. In addition, the orientation angle θf of the reinforcing fiber 3 in the cross-sectional direction of the structure 1 is the degree of inclination with respect to the cross-sectional direction of the structure 1, in other words, the degree of inclination of the reinforcing fiber 3 with respect to the thickness direction. A larger value indicates that the film is inclined in the thickness direction, and is given in a range of 0 ° to 90 °. That is, by setting the orientation angle θf of the reinforcing fibers 3 within such a range, the reinforcing function in the structure 1 can be expressed more effectively. Although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of orientation angle (theta) f of the reinforced fiber 3, In view of the expression of the bending elastic modulus at the time of setting it as the structure 1, it is desirable that it is 60 degrees or less, Furthermore, it is 45 degrees or less. It is more preferable. When the orientation angle θf of the reinforcing fibers 3 is less than 3 °, the reinforcing fibers 3 in the structure 1 are planar, in other words, two-dimensionally oriented. It is undesirable because it decreases and the lightness cannot be satisfied. Therefore, the orientation angle θf of the reinforcing fiber 3 is preferably 3 ° or more.

強化繊維3の配向角度θfは、構造体1の面方向に対する垂直断面の観察に基づいて測定できる。図3は、本発明に係る構造体の面方向(図3(a))及び厚み方向(図3(b))の断面構造の一例を示す模式図である。図3(a)において、強化繊維3a,3bの断面は、測定を簡便にするため楕円形状に近似されている。ここで、強化繊維3aの断面は、楕円アスペクト比(=楕円長軸/楕円短軸)が小さく見られ、対して強化繊維3bの断面は、楕円アスペクト比が大きく見られる。一方、図3(b)によると、強化繊維3aは、厚み方向Yに対してほぼ平行な傾きを持ち、強化繊維3bは、厚み方向Yに対して一定量の傾きを持っている。この場合、強化繊維3bについては、構造体1の面方向Xと繊維主軸(楕円における長軸方向)αとがなす角度θxが、強化繊維3bの面外角度θfとほぼ等しくなる。一方、強化繊維3aについては、角度θxと配向角度θfの示す角度に大きな乖離があり、角度θxが配向角度θfを反映しているとはいえない。従って、構造体1の面方向に対する垂直断面から配向角度θfを読み取る場合、繊維断面の楕円アスペクト比が一定値以上のものを抽出することで配向角度θfの検出精度を高めることができる。   The orientation angle θf of the reinforcing fiber 3 can be measured based on observation of a vertical cross section with respect to the surface direction of the structure 1. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure in the surface direction (FIG. 3A) and the thickness direction (FIG. 3B) of the structure according to the present invention. In FIG. 3A, the cross-sections of the reinforcing fibers 3a and 3b are approximated to an elliptical shape for easy measurement. Here, the cross section of the reinforcing fiber 3a has a small elliptical aspect ratio (= ellipse long axis / short elliptical axis), whereas the cross section of the reinforcing fiber 3b has a large elliptical aspect ratio. On the other hand, according to FIG. 3B, the reinforcing fiber 3a has a substantially parallel inclination with respect to the thickness direction Y, and the reinforcing fiber 3b has a certain amount of inclination with respect to the thickness direction Y. In this case, for the reinforcing fiber 3b, the angle θx formed by the surface direction X of the structure 1 and the fiber main axis (long axis direction in the ellipse) α is substantially equal to the out-of-plane angle θf of the reinforcing fiber 3b. On the other hand, with respect to the reinforcing fiber 3a, there is a large difference between the angle θx and the angle indicated by the orientation angle θf, and it cannot be said that the angle θx reflects the orientation angle θf. Therefore, when the orientation angle θf is read from a vertical cross section with respect to the surface direction of the structure 1, the detection accuracy of the orientation angle θf can be improved by extracting a fiber cross section whose elliptical aspect ratio is a certain value or more.

抽出対象となる楕円アスペクト比の指標としては、単繊維の断面形状が真円に近い、すなわち強化繊維3の長尺方向に垂直な断面における繊維アスペクト比が1.1以下である場合、楕円アスペクト比が20以上の強化繊維3について面方向Xと繊維主軸αとのなす角度θxを測定し、これを配向角度θfとして採用する方法を利用できる。一方、単繊維の断面形状が楕円形や繭形等であり、繊維アスペクト比が1.1より大きい場合には、より大きな楕円アスペクト比を持つ強化繊維3に注目し、配向角度θfを測定した方がよく、繊維アスペクト比が1.1以上、1.8未満の場合には楕円アスペクト比が30以上、繊維アスペクト比が1.8以上、2.5未満の場合には楕円アスペクト比が40以上、繊維アスペクト比が2.5以上の場合には楕円アスペクト比が50以上の強化繊維3を選び、配向角度θfを測定するとよい。   As an index of the elliptical aspect ratio to be extracted, when the cross-sectional shape of the single fiber is close to a perfect circle, that is, when the fiber aspect ratio in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the reinforcing fiber 3 is 1.1 or less, the elliptical aspect ratio For the reinforcing fiber 3 having a ratio of 20 or more, a method of measuring an angle θx formed by the plane direction X and the fiber principal axis α and adopting this as the orientation angle θf can be used. On the other hand, when the cross-sectional shape of the single fiber is an ellipse or a saddle shape, and the fiber aspect ratio is larger than 1.1, paying attention to the reinforcing fiber 3 having a larger elliptical aspect ratio, the orientation angle θf was measured. If the fiber aspect ratio is 1.1 or more and less than 1.8, the elliptical aspect ratio is 30 or more. If the fiber aspect ratio is 1.8 or more and less than 2.5, the elliptical aspect ratio is 40. As described above, when the fiber aspect ratio is 2.5 or more, it is preferable to select the reinforcing fiber 3 having an elliptical aspect ratio of 50 or more and measure the orientation angle θf.

構造体1の密度ρは軽量性の観点から、0.9g/cm以下であることが好ましい。本発明に係る構造体においては、構造体を単独で使用する場合においても、他の部材とあわせて使用する場合おいても、構造体自身の密度は、使用する強化繊維や樹脂により異なるが、構造体の力学特性を保持するという観点から、0.03g/cm以上であることがより好ましい。 The density ρ of the structure 1 is preferably 0.9 g / cm 3 or less from the viewpoint of lightness. In the structure according to the present invention, even when the structure is used alone or in combination with other members, the density of the structure itself varies depending on the reinforcing fiber or resin used. From the viewpoint of maintaining the mechanical properties of the structure, it is more preferably 0.03 g / cm 3 or more.

本発明に係る構造体1を第1の部材として、第2の部材と合わせて複合物品とすることも出来る。複合物品とすることで、構造体1のみでは発現することの出来ない、機械特性や熱特性、電気的特性などを発現する、あるいは複雑な形状の製品を為すことが出来る。複合物品の形態の1つとしては、第1の部材の外表面に第2の部材を機械締結、接着接合、熱融着により一体化された複合物品が挙げられる。   The structure 1 according to the present invention can be used as a first member to form a composite article together with the second member. By using a composite article, it is possible to produce a product having a complicated shape, which exhibits mechanical characteristics, thermal characteristics, electrical characteristics, etc. that cannot be expressed only by the structure 1. As one form of the composite article, there is a composite article in which the second member is integrated with the outer surface of the first member by mechanical fastening, adhesive bonding, or heat fusion.

一体化方法として機械締結を選択する場合、第1の部材に孔を形成し、ボルトやナットを用いて第2の部材と一体化することが例示される。この際、第1の部材における樹脂2を高強度または/および高疲労特性の樹脂とする、強化繊維3を「高強度の繊維にする、ボルトやナットが腐食しにくい非導電性繊維を使用する」、あるいは空隙4の体積含有率を低くすると、孔周辺の構造体の強度が向上し、接合強度が向上するため、好ましい。   When mechanical fastening is selected as the integration method, it is exemplified that a hole is formed in the first member and integrated with the second member using a bolt or nut. At this time, the resin 2 in the first member is a resin having a high strength or / and a high fatigue characteristic, the reinforcing fiber 3 is “a high strength fiber, and a non-conductive fiber that is not easily corroded by bolts and nuts is used. Alternatively, it is preferable to reduce the volume content of the void 4 because the strength of the structure around the hole is improved and the bonding strength is improved.

接着接合を選択する場合、第1の部材または/および第2の部材に接着剤を塗布し、一体化する方法が例示される。この際、第1の部材表面に接着性を向上させるカップリング剤やプライマを塗布する、プラズマ処理やエッチング処理などの化学処理を行う、第1の部材における樹脂2を高接着性の樹脂とする、強化繊維3を接着界面に露出させる、あるいは空隙4を第1の部材表面に配置することにより接着表面積を増やすとより強固に接着するため好ましい。   When adhesive bonding is selected, a method of applying an adhesive to the first member and / or the second member and integrating them is exemplified. At this time, the resin 2 in the first member is subjected to a chemical treatment such as a plasma treatment or an etching treatment by applying a coupling agent or a primer for improving the adhesion to the surface of the first member, and a highly adhesive resin. It is preferable to increase the adhesion surface area by exposing the reinforcing fibers 3 to the adhesion interface or by disposing the voids 4 on the surface of the first member because the adhesion is more firmly achieved.

熱融着を選択する場合、第1の部材または/および第2の部材の一部を熱により溶融し、融着させる方法が例示される。この際、「第1の部材における強化繊維3を金属繊維や樹脂繊維などの溶融性繊維として溶接・融着する」、「樹脂2を熱可塑性樹脂として溶融・冷却により2次加工する」、「樹脂2を未硬化の熱硬化性樹脂として、熱により硬化させながら第2の部材と一体化する」、あるいは、「溶融した第1または/および第2の部材が他方の部材の凹部に流れ込み、固化する」ことにより、強固に熱融着する。   In the case of selecting heat fusion, a method of melting and fusing part of the first member and / or the second member with heat is exemplified. In this case, “the reinforcing fiber 3 in the first member is welded and fused as a meltable fiber such as a metal fiber or a resin fiber”, “secondary processing is performed by melting and cooling the resin 2 as a thermoplastic resin”, “ The resin 2 is made into an uncured thermosetting resin and is integrated with the second member while being cured by heat, or “the melted first or / and second member flows into the concave portion of the other member, By solidifying ”, it is firmly heat-sealed.

また、複合物品の別の形態として、第1の部材または第2の部材が、他方の部材に内包または埋設された複合物品が挙げられる。上記の形態とすることで、機械締結や接着接合などの接合工程なく、複合物品を得ることできるため好ましい。   Another form of the composite article is a composite article in which the first member or the second member is included or embedded in the other member. By adopting the above-mentioned form, a composite article can be obtained without a joining step such as mechanical fastening or adhesive joining, which is preferable.

上記の第2の部材としては、金属部材、加飾部材、表面保護部材が好ましく用いられる。金属部材を用いることで、強化繊維、樹脂、および空隙からなる第1の部材を含む複合物品に金属特性を付与できるため、好ましい。また、加飾部材を用いる場合、第1の部材の表面品位を向上させることができるため、好ましい。また、表面保護部材を用いる場合、第1の部材の耐久性が向上するため好ましい。   As said 2nd member, a metal member, a decorating member, and a surface protection member are used preferably. Use of a metal member is preferable because it can impart metal characteristics to a composite article including the first member composed of reinforcing fibers, resin, and voids. Moreover, when using a decorating member, since the surface quality of a 1st member can be improved, it is preferable. Moreover, when using a surface protection member, since durability of a 1st member improves, it is preferable.

構造体1は、例えば、「パソコン、ディスプレイ、OA機器、携帯電話、携帯情報端末、PDA(電子手帳等の携帯情報端末)、ビデオカメラ、音響機器、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース」等の電気、電子機器部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ等の、外板、又は、ボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ等の外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール等の内装部品」、又は、「モーター部品、CNGタンク、ガソリンタンク」等の自動車、二輪車用構造部品、「バッテリートレイ、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ランプリフレクター、ランプハウジング、ノイズシールド、スペアタイヤカバー」等の自動車、二輪車用部品、「遮音壁や防音壁などの壁内部材、裏打ち板、断熱材、保水材、クッション、各種パネル、各種マット」等の建材、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ、シート」等の航空機用部品、「床材、壁材、プロペラ、配管、浮力材、各種艤装部品」等の海洋および船舶部品、「車体、シートクッション、床パネル、パンタグラフ、各種内装部材」等の鉄道部品、「ソファー、机、イス」などの家具、「橋骨格および芯材、風車ブレード、ポール、柱、ケーブル、緩衝材、養生マット、フィルター、看板、止水板、輸送用箱体、シェルター」等の産業用材料、小型無人航空機用ボディー、「釣竿、自転車フレーム、ゴルフパター、サーフィンボード、各種ラケット、バット、各種ボール、ポールやポスト」などのスポーツ用品用構造材、「人工骨、靴、かばん、義肢、プロテクター、サポーター、医療機器、衝撃吸収部材」等の医療用部品などに用いることが出来る。   The structure 1 is, for example, “a personal computer, a display, an OA device, a mobile phone, a portable information terminal, a PDA (a portable information terminal such as an electronic notebook), a video camera, an acoustic device, an optical device, an audio, an air conditioner, a lighting device, an amusement Electrical, electronic equipment parts such as “cases, trays, chassis, interior members, or cases thereof”, “members, toys, other home appliances”, “various members, various frames, various hinges, various arms, various axles, various wheels” Bearings, various beams "," hood, roof, door, fender, trunk lid, side panel, rear end panel, front body, underbody, various pillars, various members, various frames, various beams, various supports, various rails, various Outer plate or body parts such as hinges "," bumper, bumper beam, molding, unloading -Exterior parts such as covers, engine covers, current plates, spoilers, cowl louvers, aero parts "," interior parts such as instrument panels, seat frames, door trims, pillar trims, handles, various modules "or" motor parts, CNG Tanks, gasoline tanks "and other automobile and motorcycle structural parts," battery trays, headlamp supports, pedal housings, protectors, lamp reflectors, lamp housings, noise shields, spare tire covers "and other automobiles and motorcycle parts," sound insulation walls " Building materials such as interior materials such as walls and soundproof walls, backing plates, heat insulating materials, water retention materials, cushions, various panels, various mats, etc., `` Landing gear pods, winglets, spoilers, edges, ladders, elevators, failings, ribs , Parts for aircraft such as `` toe '', marine and ship parts such as `` floor materials, wall materials, propellers, piping, buoyancy materials, various fitting parts '', `` vehicle bodies, seat cushions, floor panels, pantographs, various interior parts '', etc. Railway parts, furniture such as "sofa, desk, chair", "bridge frame and core material, windmill blade, pole, pillar, cable, cushioning material, curing mat, filter, signboard, waterstop, transport box, shelter ”Industrial materials such as“, body for small unmanned aerial vehicles ”,“ fishing rods, bicycle frames, golf putters, surfboards, various rackets, bats, various balls, poles and posts ”structural materials for sports equipment,“ artificial bones, shoes , Bags, prosthetic limbs, protectors, supporters, medical equipment, impact absorbing members, etc.

軽量、高剛性に加え、構造体1が難燃性も求められる場合、樹脂2として、PVC、PA、PBT、PC、PEI、PPS、PEEK、およびPAIのいずれかを選択し、強化繊維3としてピッチ系炭素繊維またはアラミド繊維を選択して組み合わせることで、自動車、二輪車用部品、航空機用部品、鉄道部品、船舶部品、建材などに好ましく用いられる。構造体1が電磁波透過性も求められる場合、強化繊維3としてガラス繊維を選択することで、電気・電子機器部品、建材、医療用部品などに好ましく用いられる。構造体1に高い比剛性が求められる場合、「樹脂2として軽量性の観点からPPや強度の観点からPA、PPS、PEI、およびPEEKのいずれかを選択し、強化繊維3としてPAN系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維を選択し、組み合わせる」、あるいは「構造体1又は構造体前駆体をコア層に用い、且つ、連続した強化繊維3に樹脂を含浸せしめたシート状中間基材をスキン層に用いたサンドイッチ構造体とする」ことで、自動車、二輪車用部品、航空機用部品、鉄道部品、船舶部品、建材、スポーツ用品、医療用機器などの主要構造部に好ましく用いられる。構造体1に柔軟性が求められる場合、樹脂2をゴム成分・エラストマー成分とする、もしくは含有させることで、医療用部品、電気、電子機器部品、建材、自動車内装部品、航空機内装部品などに好ましく用いられる。構造体1が高吸水性も求められる場合、空隙4が互いに接続しており、連続気泡の形態をとることで、建材、産業用材料、家具などに好ましく用いられる。構造体1に経済性が求められる場合、樹脂2としてPP、また/あるいは強化繊維3としてガラス繊維を選択することで、電気・電子機器部品、自動車部品、鉄道部品、建材、産業用材料、スポーツ用品に好ましく用いられる。構造体1に導電性が求められる場合、構造体1に導電性粒子を含有させる、また/あるいは強化繊維3として炭素繊維、金属繊維を選択することで、電気・電子機器部品、自動車、二輪車用部品、航空機用部品、鉄道部品、船舶部品、建材などに好ましく用いられる。   When the structure 1 is required to be flame retardant in addition to light weight and high rigidity, any of PVC, PA, PBT, PC, PEI, PPS, PEEK, and PAI is selected as the resin 2, and the reinforcing fiber 3 is selected. By selecting and combining pitch-based carbon fibers or aramid fibers, it is preferably used for automobiles, motorcycle parts, aircraft parts, railway parts, ship parts, building materials, and the like. When the structure 1 is also required to be electromagnetic wave transmissive, it is preferably used for electrical / electronic device parts, building materials, medical parts, etc. by selecting glass fibers as the reinforcing fibers 3. When high specific rigidity is required for the structure 1, “PP 2 is selected from the viewpoint of light weight as the resin 2 and PA, PPS, PEI, and PEEK are selected from the viewpoint of strength, and the PAN-based, pitch is used as the reinforcing fiber 3. Or a carbon fiber such as a rayon-based carbon fiber is selected and combined, or “a sheet-like intermediate base material in which the structural body 1 or structural body precursor is used for the core layer and the continuous reinforcing fiber 3 is impregnated with a resin. The sandwich structure used for the skin layer is preferably used for main structural parts such as automobiles, motorcycle parts, aircraft parts, railway parts, ship parts, building materials, sporting goods, and medical equipment. When the structure 1 is required to be flexible, the resin 2 is preferably used as a rubber component or an elastomer component for medical parts, electrical parts, electronic equipment parts, building materials, automobile interior parts, aircraft interior parts, etc. Used. When the structure 1 is also required to have high water absorption, the gaps 4 are connected to each other and are preferably used for building materials, industrial materials, furniture, etc. by taking the form of open cells. When economic efficiency is required for the structure 1, by selecting PP as the resin 2 and / or glass fiber as the reinforcing fiber 3, electrical / electronic equipment parts, automobile parts, railway parts, building materials, industrial materials, sports It is preferably used for articles. When the structure 1 is required to have conductivity, the structure 1 is made to contain conductive particles and / or by selecting carbon fiber or metal fiber as the reinforcing fiber 3, for electric / electronic device parts, automobiles, and motorcycles. It is preferably used for parts, aircraft parts, railway parts, ship parts, building materials and the like.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

(1)強化繊維の密度ρf
JIS R7603(1999)A法液置換法により強化繊維の密度ρfを測定した。
(1) Density of reinforcing fiber ρf
The density ρf of the reinforcing fiber was measured by a JIS R7603 (1999) A method liquid replacement method.

(2)樹脂シートの密度ρr
JIS K7112(1999)A法水中置換法により樹脂シートの密度ρrを測定した。
(2) Resin sheet density ρr
The density ρr of the resin sheet was measured by the JIS K7112 (1999) A method underwater substitution method.

(3)構造体における強化繊維の体積含有率Vf
構造体の質量Wsを測定した後、構造体を空気中500℃で30分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Wfを測定し、次式により算出した。
Vf(体積%)=(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws−Wf)/ρr}×100
ρf:強化繊維の密度(g/cm
ρr:樹脂シートの密度(g/cm
(4)構造体の曲げ試験
構造体から試験片を切り出し、ISO178法(1993)に従い曲げ弾性率を測定した。試験片は、任意の方向を0°方向とした場合に+45°、−45°、90°方向の4方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数n=5とし、算術平均値を曲げ弾性率Ecとした。測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。得られた結果より次式により、構造体の比曲げ剛性を算出した。
比曲げ剛性=Ec1/3/ρ
(5)構造体における強化繊維の配向角度θf
構造体から幅25mmの小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した上で、シート厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。試料をレーザー顕微鏡(キーエンス(株)製、VK−9510)で400倍に拡大し、繊維断面形状の観察を行った。観察画像を汎用画像解析ソフトウェア上に展開し、ソフトウェアに組み込まれたプログラムを利用して観察画像中に見える個々の繊維断面を抽出し、繊維断面に内接する楕円を設け、繊維断面の形状を近似した(以降、繊維楕円と呼ぶ)。さらに、繊維楕円の長軸長さα/短軸長さβで表されるアスペクト比が20以上の繊維楕円に対し、面方向Xと繊維楕円の長軸方向とのなす角を求めた。構造体の異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計600本の強化繊維について配向角度を測定し、その算術平均値を強化繊維の配向角度θfとして求めた。
(3) Volume content Vf of reinforcing fiber in the structure
After measuring the mass Ws of the structure, the structure was heated in air at 500 ° C. for 30 minutes to burn off the resin component, and the mass Wf of the remaining reinforcing fibers was measured and calculated by the following formula.
Vf (volume%) = (Wf / ρf) / {Wf / ρf + (Ws−Wf) / ρr} × 100
ρf: density of reinforcing fiber (g / cm 3 )
ρr: Density of resin sheet (g / cm 3 )
(4) Bending test of structure The test piece was cut out from the structure, and the bending elastic modulus was measured according to ISO178 method (1993). Test pieces were prepared by cutting out test pieces in four directions of + 45 °, −45 °, and 90 ° directions when an arbitrary direction was set to 0 ° direction, and the number of measurements was set to n = 5 in each direction, and the arithmetic average The value was defined as the flexural modulus Ec. As the measuring apparatus, “Instron (registered trademark)” 5565 type universal material testing machine (manufactured by Instron Japan Co., Ltd.) was used. From the obtained results, the specific bending rigidity of the structure was calculated by the following equation.
Specific bending stiffness = Ec 1/3 / ρ
(5) Reinforcing fiber orientation angle θf in the structure
A small piece having a width of 25 mm was cut out from the structure, embedded in an epoxy resin, and then polished so that a vertical section in the sheet thickness direction was an observation surface to prepare a sample. The sample was magnified 400 times with a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation, VK-9510), and the fiber cross-sectional shape was observed. Develop the observation image on general-purpose image analysis software, extract the individual fiber cross sections visible in the observation image using a program embedded in the software, provide an ellipse inscribed in the fiber cross section, and approximate the shape of the fiber cross section (Hereinafter referred to as fiber ellipse). Further, for the fiber ellipse having an aspect ratio of 20 or more represented by the major axis length α / minor axis length β of the fiber ellipse, the angle formed by the plane direction X and the major axis direction of the fiber ellipse was determined. By repeating the above operation for the observation samples extracted from different parts of the structure, the orientation angle was measured for a total of 600 reinforcing fibers, and the arithmetic average value was obtained as the orientation angle θf of the reinforcing fibers.

(6)構造体の密度ρ
構造体から試験片を切り出し、JIS K7222(2005)を参考にして構造体の見かけ密度を測定した。試験片の寸法は縦100mm、横100mmとした。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Vを算出した。また、切り出した試験片の質量Mを電子天秤で測定した。得られた質量M及び体積Vを次式に代入することにより構造体の密度ρを算出した。
ρ[g/cm]=10×M[g]/V[mm
(7)構造体の空隙の体積含有率
構造体から縦10mm、横10mmに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)((株)日立ハイテクノロジーズ製 S−4800型)により観察し、構造体の表面から、等間隔に10箇所を1000倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Aを求めた。さらに、空隙の面積Aを画像全体の面積で除算することにより空隙率を算出した。構造体の空隙の体積含有率は、5枚の試験片でそれぞれ10箇所ずつ撮影した合計50箇所の空隙率から算術平均により求めた。
(6) Structure density ρ
A test piece was cut out from the structure, and the apparent density of the structure was measured with reference to JIS K7222 (2005). The dimensions of the test piece were 100 mm long and 100 mm wide. The length, width, and thickness of the test piece were measured with a micrometer, and the volume V of the test piece was calculated from the obtained values. Moreover, the mass M of the cut-out test piece was measured with the electronic balance. The density ρ of the structure was calculated by substituting the obtained mass M and volume V into the following equation.
ρ [g / cm 3 ] = 10 3 × M [g] / V [mm 3 ]
(7) Volume content of voids in the structure The test piece was cut out from the structure to a length of 10 mm and a width of 10 mm, and the cross section was observed with a scanning electron microscope (SEM) (S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). From the surface of the structure, 10 locations were photographed at 1000 × magnification at equal intervals. For each image to determine the area A a void in the image. Moreover, to calculate the porosity by dividing the area A a void in the area of the entire image. The volume content of voids in the structure was determined by arithmetic average from 50 voids in total, each of which was photographed at 10 points with 5 test pieces.

(8)構造体の樹脂の体積含有率
上記により得られる強化繊維および空隙の体積含有率の和を100体積%から引いた値を樹脂の体積含有率として求めた。
(8) Volume content of resin of structure The value obtained by subtracting the volume content of reinforcing fibers and voids obtained as described above from 100% by volume was determined as the volume content of resin.

(9)
[炭素繊維1]
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数12,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
密度:1.8g/cm
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa
[PP樹脂]
未変性ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ”(登録商標)J105G)80質量%と、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー”QB510)20質量%とからなる目付100g/mの樹脂シートを作製した。得られたPP樹脂シートの密度は0.92g/cmであった。
(9)
[Carbon fiber 1]
Spinning, firing treatment, and surface oxidation treatment were carried out from a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component to obtain continuous carbon fibers having a total number of 12,000 single yarns. The characteristics of this continuous carbon fiber were as follows.
Single fiber diameter: 7μm
Density: 1.8 g / cm 3
Tensile strength: 4600 MPa
Tensile modulus: 220 GPa
[PP resin]
100 g of basis weight comprising 80% by mass of unmodified polypropylene resin (“Prime Polypro” (registered trademark) J105G manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.) and 20% by mass of acid-modified polypropylene resin (“Admer” QB510 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) A resin sheet of / m 2 was produced. The density of the obtained PP resin sheet was 0.92 g / cm 3 .

[強化繊維マット1]
炭素繊維1を長さ6mmにカットし、チョップド炭素繊維を得た。チョップド炭素繊維を開綿機に投入して当初の太さの強化繊維束がほとんど存在しない、綿状の強化繊維集合体を得た。この強化繊維集合体を直径600mmのシリンダーロールを有するカーディング装置に投入し、強化繊維からなるシート状のウエブを形成した。このときのシリンダーロールの回転数は320rpm、ドッファーの速度は13m/分であった。このウエブを重ねて強化繊維マット1を得た。得られた強化繊維マット1において、強化繊維は略モノフィラメントに分散していた。また、強化繊維マット1の質量平均繊維長Lfは6mm、目付は50g/mであった。
[Reinforcing fiber mat 1]
Carbon fiber 1 was cut into a length of 6 mm to obtain chopped carbon fiber. Chopped carbon fiber was put into a cotton opening machine to obtain a cotton-like reinforcing fiber assembly in which almost no reinforcing fiber bundle of the original thickness was present. This reinforcing fiber assembly was put into a carding apparatus having a cylinder roll having a diameter of 600 mm to form a sheet-like web made of reinforcing fibers. The rotation speed of the cylinder roll at this time was 320 rpm, and the speed of the doffer was 13 m / min. This web was laminated to obtain a reinforcing fiber mat 1. In the obtained reinforcing fiber mat 1, the reinforcing fibers were dispersed in substantially monofilaments. The mass average fiber length Lf of the reinforcing fiber mat 1 was 6 mm, and the basis weight was 50 g / m 2 .

(実施例1)
強化繊維マットとして強化繊維マット3、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を3枚重ねて積層体を作製した。次いで、以下の工程(I)〜(V)を経ることにより構造体を得た。得られた構造体では、断面観察から強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた構造体の特性を表1に示す。
Example 1
Reinforcing fiber mat 3 as the reinforcing fiber mat, PP resin as the resin sheet, [Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Reinforcing fiber mat / Resin Three laminates arranged in the order of “sheet / reinforced fiber mat / resin sheet / reinforced fiber mat / resin sheet / reinforced fiber mat / resin sheet” were stacked to prepare a laminate. Subsequently, the structure was obtained through the following steps (I) to (V). In the obtained structure, voids with reinforcing fibers as columnar supports were confirmed from cross-sectional observation. Table 1 shows the characteristics of the obtained structure.

続いて、上記の構造体の表面に瞬間接着剤(東亞合成株式会社製、アロンアルファEXTRA速効多用途)を塗布し、M4六角ナット1種(TRUSCO社製、SUS304)を接着接合し、複合物品を得た。得られた複合物品において、ナットは強固に構造体1に接着していた。
(I)積層体を230℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)工程(II)の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが10.2mmとなるように調整する。
(IV)その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(V)金型を開いて構造体を取り出す。
Subsequently, an instantaneous adhesive (manufactured by Toagosei Co., Ltd., Aron Alpha EXTRA fast-acting versatile) is applied to the surface of the above structure, and an M4 hexagon nut 1 type (manufactured by TRUSCO, SUS304) is adhesively bonded. Obtained. In the obtained composite article, the nut was firmly bonded to the structure 1.
(I) The laminate is placed in a press molding die cavity preheated to 230 ° C., and the die is closed.
(II) Next, after holding for 120 seconds, a pressure of 3 MPa is applied and the pressure is further held for 60 seconds.
(III) After step (II), the mold cavity is opened, a metal spacer is inserted into the end thereof, and the thickness when the structure is obtained is adjusted to 10.2 mm.
(IV) Thereafter, the mold cavity is fastened again, and the cavity temperature is cooled to 50 ° C. while maintaining the pressure.
(V) Open the mold and take out the structure.

(実施例2)
実施例1と同様にして得られる構造体1に、直径6mm、深さ8mmの孔をボール盤により形成した。得られた孔にM4エンザート(KKV社製、SUS22L)を挿入した。得られた複合物品は孔周辺における構造体1の破壊なく、エンザートが強固に埋設されていた。得られた構造体の特性を表1に示す。
(Example 2)
A hole having a diameter of 6 mm and a depth of 8 mm was formed in the structure 1 obtained in the same manner as in Example 1 with a drilling machine. M4 enZate (manufactured by KKV, SUS22L) was inserted into the obtained hole. In the obtained composite article, the ether was firmly embedded without breaking the structure 1 around the hole. Table 1 shows the characteristics of the obtained structure.

(比較例1)
強化繊維マットとして強化繊維マット3、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を9枚重ね、次いで、以下の工程(I)〜(IV)を経ることにより構造体を得た。
得られた構造体1の表面に実施例1と同様の瞬間接着剤を用いて、実施例1と同様のナットを接着接合しようとしたが、十分な接合強度を得られず、すぐにナットは剥がれてしまった。得られた構造体の特性を表1に示す。
(I)積層体を230℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)その後、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(IV)金型を開いて構造体を取り出す。
(Comparative Example 1)
Reinforcing fiber mat 3 as the reinforcing fiber mat, PP resin as the resin sheet, [Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Resin sheet / Reinforcing fiber mat / Reinforcing fiber mat / Resin 9 sheets of laminates arranged in the order of “sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet / reinforcing fiber mat / resin sheet”, and then undergo the following steps (I) to (IV). A structure was obtained.
An attempt was made to adhesively bond the same nut as in Example 1 using the same instantaneous adhesive as in Example 1 on the surface of the obtained structure 1, but sufficient joint strength could not be obtained, and the nut was immediately It has come off. Table 1 shows the characteristics of the obtained structure.
(I) The laminate is placed in a press molding die cavity preheated to 230 ° C., and the die is closed.
(II) Next, after holding for 120 seconds, a pressure of 3 MPa is applied and the pressure is further held for 60 seconds.
(III) Thereafter, the cavity temperature is cooled to 50 ° C. while maintaining the pressure.
(IV) Open the mold and take out the structure.

(比較例2)
比較例1と同様にして得られた構造体に、エンザートを挿入するために、直径6mm、深さ8mmの孔の加工をボール盤により施した。しかし、加工中に発生したバリの量が多く、ドリルの軸がぶれ、平滑な孔を得ることが出来なかった。ついでエンザートを挿入したが、孔とエンザートの間に隙間が存在していた。得られた構造体の特性を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A hole having a diameter of 6 mm and a depth of 8 mm was processed with a drilling machine in order to insert an ether into the structure obtained in the same manner as in Comparative Example 1. However, the amount of burrs generated during machining was large, the drill shaft was shaken, and a smooth hole could not be obtained. Next, an enzant was inserted, but there was a gap between the hole and the enzant. Table 1 shows the characteristics of the obtained structure.

(比較例3)
古川電工製低発泡ポリプロプレンシート“エフセル”を構造体として、直径6mm、深さ8mmの孔をボール盤により形成した。得られた孔に実施例2と同様のエンザートを挿入したが挿入中に孔周辺の構造体が一部破壊し、緩み無くエンザートを挿入することは出来なかった。得られた構造体の特性を表1に示す。
(Comparative Example 3)
A hole with a diameter of 6 mm and a depth of 8 mm was formed with a drilling machine, using Furukawa Electric's low-foam polypropylene sheet “Efcell” as a structure. The same insert as in Example 2 was inserted into the obtained hole, but the structure around the hole was partially broken during the insertion, and the insert could not be inserted without loosening. Table 1 shows the characteristics of the obtained structure.

〔検討〕
本実施例が、構造体中の強化繊維の質量平均繊維長が1mm以上15mm以下であり、強化繊維と樹脂とからなる複合体の存在間隔が10〜100μmの間隔の範囲内であり、前記空隙の最大長さが5μm以上200μm以下を満足する場合に軽量、高剛性な構造体となることが明確である。さらに、実施例1においては、構造体に金属部品が接着一体化した複合物品を形成出来た。これは、構造体に空隙が遍在することにより、接着剤が表層に存在する空隙に一部流入し、接着強度が向上したためと考えられる。また、実施例2においても、構造体1が強度と加工性に優れていることが示された。一方、比較例1においては強化繊維と樹脂とからなる複合体の存在間隔および空隙の最大長さを満足しない場合に、比曲げ剛性が劣る上、マトリックス樹脂の接着性の悪さから複合物品を得ることが出来なかった。また、比較例2においては、空隙の含有率のバランスが悪いために、構造体の加工性が低下していること、比較例3においては、強化繊維が存在していないために構造体の強度が低下し、加工性も低下していることが示された。
〔Consideration〕
In this example, the mass average fiber length of the reinforcing fibers in the structure is 1 mm or more and 15 mm or less, and the existence interval of the composite composed of the reinforcing fibers and the resin is in the range of 10 to 100 μm, and the gap It is clear that a light-weight and high-rigidity structure is obtained when the maximum length satisfies 5 μm or more and 200 μm or less. Furthermore, in Example 1, a composite article in which metal parts were bonded and integrated to the structure could be formed. This is presumably because the adhesive strength was improved because a part of the adhesive flowed into the voids existing in the surface layer due to the ubiquitous voids in the structure. Also in Example 2, it was shown that the structure 1 was excellent in strength and workability. On the other hand, in Comparative Example 1, when the existing interval of the composite composed of the reinforcing fiber and the resin and the maximum length of the void are not satisfied, the specific bending rigidity is inferior and the composite article is obtained from the poor adhesiveness of the matrix resin. I couldn't. In Comparative Example 2, the workability of the structure is degraded because the balance of void content is poor, and in Comparative Example 3, the strength of the structure is not present because no reinforcing fiber is present. As a result, it was shown that the workability was also lowered.

本発明によれば、軽量性、高剛性に優れた構造体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure excellent in lightweight property and high rigidity can be provided.

1 構造体
2 樹脂
3 強化繊維
4 空隙
5〜10 単繊維
3a、3b 単繊維
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Structure 2 Resin 3 Reinforcing fiber 4 Void 5-10 Single fiber 3a, 3b Single fiber

Claims (9)

強化繊維と樹脂とからなる構造体であって、
前記強化繊維は、質量平均繊維長が1mm以上15mm以下であり、樹脂を介して結合することにより空隙を形成しており、
前記構造体の任意の断面における、強化繊維と樹脂とからなる複合体存在間隔が、10〜100μmの間隔の範囲内であり、前記空隙の最大長さが5μm以上200μm以下である構造体。
A structure composed of reinforcing fibers and resin,
The reinforcing fibers have a mass average fiber length of 1 mm or more and 15 mm or less, and form voids by bonding through a resin.
A structure in which a composite existence interval composed of reinforcing fibers and a resin in an arbitrary cross section of the structure is in a range of 10 to 100 μm, and a maximum length of the void is 5 μm or more and 200 μm or less.
前記強化繊維が略モノフィラメント状であり、前記構造体中にランダムに分散している、請求項1に記載の構造体。   The structure according to claim 1, wherein the reinforcing fibers have a substantially monofilament shape and are randomly dispersed in the structure. 前記構造体の曲げ弾性率をEc、密度をρとしたとき、Ec1/3・ρ−1により表される比曲げ剛性が3以上、20以下の範囲内にある、請求項1又は2のいずれかに記載の構造体。 The specific bending rigidity represented by Ec 1/3 · ρ −1 is in the range of 3 or more and 20 or less when the bending elastic modulus of the structure is Ec and the density is ρ. A structure according to any one of the above. 前記構造体において、以下の含有量を満足する請求項1〜3のいずれかに記載の構造体。
(1)前記樹脂の体積含有率が2.5体積%以上85体積%以下。
(2)前記強化繊維の体積含有率が0.5体積%以上55体積%以下。
(3)前記空隙の体積含有率が10体積%以上97体積%以下。
The structure according to claim 1, wherein the structure satisfies the following content.
(1) The volume content of the resin is 2.5% by volume to 85% by volume.
(2) The volume content of the reinforcing fiber is 0.5 volume% or more and 55 volume% or less.
(3) The volume content of the voids is 10% by volume to 97% by volume.
前記強化繊維の長さをLf、前記構造体の断面方向における前記強化繊維の配向角度をθfとしたとき、前記構造体の厚みStが条件式:St≧Lf・(1−cos(θf))を満足する、請求項1〜4のいずれかに記載の構造体。 When the length of the reinforcing fiber is Lf and the orientation angle of the reinforcing fiber in the cross-sectional direction of the structure is θf, the thickness St of the structure is a conditional expression: St ≧ Lf 2 · (1-cos (θf) The structure according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記構造体の密度ρが0.9g/cm以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の構造体。 The structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the density ρ of the structure is 0.9 g / cm 3 or less. 請求項1〜6のいずれかに記載の構造体を第1の部材として、該第1の部材の外表面に第2の部材を機械締結、接着接合、熱融着により一体化してなる、複合物品。   A composite comprising the structure according to any one of claims 1 to 6 as a first member, wherein the second member is integrated with the outer surface of the first member by mechanical fastening, adhesive bonding, and heat fusion. Goods. 請求項1〜6のいずれかに記載の構造体を第1の部材として、該第1の部材と第2の部材とからなる複合物品であって、
第1の部材または第2の部材が、他方の部材に内包または埋設される、複合物品。
A composite article comprising the structure according to any one of claims 1 to 6 as a first member, the first member and a second member,
A composite article in which a first member or a second member is included or embedded in the other member.
前記第2の部材が、金属部材、加飾部材、表面保護部材である、請求項7または8に記載の複合物品。   The composite article according to claim 7 or 8, wherein the second member is a metal member, a decorative member, or a surface protection member.
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