JP2019035011A - 繊維強化体及びそれを用いた部材 - Google Patents

Abstract

【課題】耐曲げ衝撃性に優れた繊維強化体並びにそれからなる部材を提供すること。【解決手段】繊維成分と、マトリックス成分と、シート成分を含んでなる繊維強化体であって、前記マトリックス成分と前記シート成分が、相互浸透能力を示す繊維強化体、並びにそれからなる部材。【選択図】なし

Description

本発明は、繊維強化体に関するものである。特に、耐衝撃性に優れ、自動車用構造材、航空機構造材、その他の産業用構造材、スポーツ用具などに用いられるのに適した繊維強化体製部材に関するものである。本発明は、さらに、繊維強化体の製造方法に関する。

従来、自動車用の構造部材としては、一般に、鉄、アルミニウム、ステンレススチールなどの金属材料が使用されている。近年、軽量化のニーズから、一部、ガラス繊維或いは炭素繊維を強化繊維として使用した繊維強化複合材、即ち、ガラス繊維強化プラスチック或いは炭素繊維強化プラスチックが採用され始めている。
軽量、高強度、高弾性などの優れた特性を持つ繊維強化複合材は耐衝撃性の面で改良の余地があり、静的な強度や弾性率の高さに相応の耐衝撃性を備えていることが少なく、用途によっては繊維強化複合材による軽量化が耐衝撃性の点から制限されることがあった。
このように繊維強化複合材の耐衝撃性を向上することが望まれており、耐衝撃性を向上させる手段として、特許文献１には、マトリックス成分樹脂に無機粒子を含有させる方法が記載されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、この方法による材料の耐衝撃性は改良の余地があった。また、無機粒子は比重が大きいため、軽量化が不十分になる場合もあるといった難点もあった。

特開２００１−１８１４０６号公報

このような観点から、本発明は、繊維強化体の優れた特性を保持しながら、上記のような問題点を解決し、さらに優れた耐衝撃性を有する繊維強化体、特に繊維強化シートを提供することを目的とする。
本発明は、又、該繊維強化体を３次元的に変形させた繊維強化部材を提供することを目的とする。
本発明は、又、該繊維強化体の効率的な製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、前記マトリックス成分と前記シート成分が、相互浸透能力を示す繊維強化体を調製することにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
１. 繊維成分と、マトリックス成分と、シート成分を含んでなる繊維強化体であって、前記マトリックス成分とシート成分が相互浸透能力を示すことを特徴とする繊維強化体。
２. マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとが、マトリックス成分とシート成分の相互浸透を介して一体化していることを特徴とする上記１に記載の繊維強化体。
３. 海島構造体とシートが、マトリックス成分からなるフィルムを介して一体化している上記２に記載の繊維強化体。
４. マトリックス成分がアミド結合を有する樹脂であり、シートがアラミドシートである上記１〜３のいずれかに記載の繊維強化体。
５. マトリックス成分がアミド結合を有する熱可塑性樹脂である上記４に記載の繊維強化体。
６. アラミドシートがメタフェニレンイソフタルアミドを含んでなる上記４に記載の繊維強化体。
７. 繊維成分が炭素繊維である上記１〜６のいずれかに記載の繊維強化体。

８. シート成分の体積分率が下式を満たす上記１〜７のいずれかに記載の繊維強化体。
０．３（体積％） ≦ シート成分 ≦ ３０（体積％）
９. 繊維成分とマトリックス成分との容量比が、１/９９〜４０/６０である上記１〜８のいずれかに記載の繊維強化体。
１０. 前記マトリックス成分とシート成分の間で１８０度剥離試験を５０ｍｍ／分の速度で実施したときに、凝集破壊が開始する時間が下式を満たす上記１〜９のいずれかに記載の繊維強化体。
凝集破壊開始時間 ≦ ２０ （秒）
１１. シート成分からなるシートの透気度、厚みが下式を満たす上記１〜１０のいずれかに記載の繊維強化体。
透気度／厚み ≦２０ （秒／μｍ）
１２. IZOD衝撃エネルギー吸収量が下式を満たすことを特徴とする上記１〜１１のいずれかに記載の繊維強化体。
IZOD衝撃エネルギー吸収量 ≧ １６（ｋJ／ｍ²）
１３. 上記１〜１２のいずれかに記載の繊維強化体を３次元的に変形させたことを特徴とする繊維強化部材。
１４. マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとを積層し、次いで加圧加熱して、海島構造体とシートの密着部分に存在しているマトリックス成分シート成分とを相互浸透させて、海島構造体とシートを熱融着させることを特徴とする上記２に記載の繊維強化体の製造方法。
１５. マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとを、マトリックス成分からなるフィルムを介して積層し、次いで加圧加熱して、海島構造体とフィルム、並びにフィルムとシートの密着部分に存在しているマトリックス成分同士、並びにマトリックス成分とシート成分とを、それぞれ相互浸透させて、海島構造体とフィルムとシートを熱融着させることを特徴とする上記３に記載の繊維強化体の製造方法。

本発明の繊維強化体は、三点曲げ最大強度、三点曲げ破壊ひずみ、ＩＺＯＤ衝撃エネルギー吸収量が高いことから、耐曲げ衝撃性の高い繊維強化体として有用である。又、シート成分からなるシートとして、アラミドシートなどを用いた本発明の繊維強化体は、良好な成型加工性、難燃性、耐熱性などの特性を備えており、３次元加工にも好適である。

以下、本発明について詳細に説明する。
（繊維成分）
本発明で用いる繊維成分としては、任意の繊維成分を選択することができる。たとえば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などがあげられる。これらの中でも、炭素繊維が好ましく、特に高強度かつ高弾性率の炭素繊維が好ましく用いられる。炭素繊維の前駆体としては、以下の繊維のうちで任意の繊維を選択することができる。炭素繊維の前駆体として一般的には、ポリアクリロニトリル（以下、ＰＡＮという）系繊維、ピッチ（石油または石炭中の高沸点・芳香族成分）系繊維、セルロース系繊維、レーヨン、およびその他のポリマー繊維が用いられる。具体的には、引張弾性率が100〜800GPa、引張強度が1000〜8000MPa、破断伸び0.1〜5％の炭素繊維であることが好ましい。
本発明に用いられる繊維成分は、表面にサイズ剤が付着しているものであってもよい。サイズ剤が付着している繊維成分を用いる場合、当該サイズ剤の種類は、繊維成分及びマトリックス成分の種類に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。

繊維成分は、フィラメントを複数本束ねたマルチフィラメントを用いても、また、フィラメント一本からなるモノフィラメントを用いてもよい。マルチフィラメントとして用いる場合、その糸径は１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍである。モノフィラメントとして用いる場合は、その単糸径は０．１μｍ〜５０００μｍであり、好ましくは２μｍ〜１００μｍである。さらに好ましくは３μｍ〜５０μｍである。マルチフィラメントのフィラメント数としては、１本〜１０００００本が好ましく、より好ましくは５本〜５００本、さらに好ましくは１０本〜１００本である。直径が小さいと強度が低下しハンドリングが困難となり、また、直径が大きい場合にはフレキシブル性が犠牲になる。繊維成分の断面形状としては円または楕円であることが好ましいが、限定されるものではない。
また、繊維成分の形態も任意であり、繊維強化体をシート形状に成形したときや部材としたときの用途や負荷のかかり方によって適切なものを選択することができる。具体的な形状としては、長繊維、短繊維、ミル状構造、織物構造、ストランド構造であっても、またそれらを組み合わせた構造であってもよいが、特にシート状に成形しやすい短繊維が好ましい。
繊維強化体に配合される繊維成分の含有率は、本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択されるが、繊維強化体全体の体積を基準として、１〜４０体積％であることが好ましく、５〜３０体積％であることがよりさらに好ましく、１０〜２０体積％であることが最も好ましい。
繊維強化体の成形時のボイドの発生などの点から、繊維成分の配合量は４０体積％以下であるのが好ましく、又、繊維強化体の強度の点から、繊維成分の配合量は１％体積以上であるのが好ましい。

（マトリックス成分）
本発明の繊維強化体はマトリックス成分を含んでなる。マトリックス成分に用いられる樹脂は溶融したときに、後述するシート成分に相互浸透能力を示すものを任意に選択することができる。相互浸透能力を発現する要件としては、分子構造が類似であること、例えば、分子内にアミド結合を有するポリアミド樹脂は後述する同じく分子内にアミド結合を有するアラミドを主成分とするシート成分とともに成形する場合、相互浸透能力を発現する。他にも上述のようにマトリックス成分とシート成分の分子内に類似の分子構造が存在すれば、特に制限はない。相互浸透能力を示すことにより、シート成分との接着性が飛躍的に向上し、耐衝撃性が向上する。また、相互浸透能力が高いほど、後述する凝集破壊開始時間が短くなるとの利点がある。
マットリックス成分としては、シート成分に対して相互浸透能力を示すものであれば、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。このうち、熱可塑性樹脂であるのが好ましい。
マットリックス成分の具体的な例としては、シート成分がアラミドを主成分とするアラミドシートの場合、ポリアミド樹脂、フェノキシ繊維を主成分とするシートの場合、エポキシ樹脂、ポリエステル繊維を主成分とするシートの場合、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン繊維を主成分とするシートの場合、ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。これらのうち、成形が容易であり、耐熱性の高いアラミドシートとポリアミド樹脂の組み合わせが好ましく用いられる。

ポリアミド樹脂としては、アミド結合を含有するポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６１２、ポリアミド１１、ポリアミド１２、共重合ポリアミド、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド４６、メトキシメチル化ポリアミド、半芳香族ポリアミドなどのポリマー、あるいは特開２００６−３２１９５１に示されるようなポリアミド樹脂組成物を含有するポリマーあるいはそれらの混合物などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
また、物性改良のために、本発明の効果を損なわない範囲で、複数の樹脂を混合して用いることもできる。あるいは下記添加剤を含んでもよい。
添加剤としては、例えば、難燃剤、難燃助剤、加熱された際の垂れ（ドリップ）防止剤、可塑剤、酸化防止剤、離型剤、耐光剤、耐候剤、着色剤、顔料、改質剤、帯電防止剤、加水分解防止剤、充填剤、繊維成分以外の補強剤（タルク、クレー、マイカ、ガラスフレーク、ミルドガラス、ガラスビーズ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド等）等の周知の添加剤が挙げられる。
添加剤は、例えば、マトリックス成分１００質量部に対し、１０質量部以下が好ましく、５質量部以下がさらに好ましい。

（シート成分）
本発明におけるシート成分とは前述のマトリックス成分に対して高い相互浸透能力を示し、マトリックス樹脂よりも耐熱性の高いポリマーを主成とするものから任意に選択することができる。
また、上述の成形後のマットリクス成分とシート成分の界面の面積は広い方がマットリクス成分とシート成分の接着力がさらに向上するため、好ましい。具体的にはシート成分の単位厚みあたりの透気度が小さい方が、成形時にマトリックス成分が、シート成分の内部まで入りやすく、上記界面の面積が広くなるため好ましく、透気度／厚みが２０（秒／μｍ）以下であることが特に好ましい。
シート成分の具体的な例としては、マトリックス成分がアミド結合を含有する場合は、アミド結合を有するアラミドを主成分とするシート、マトリックス成分がエステル結合を含有する場合は、エステル結合を含有するポリエステルを主成分とするシートなどが挙げられるが、マトリックス樹脂よりも耐熱性の高いポリマーが主成分であれば、成形時にマトリックス樹脂が溶融したときも、シート成分が形状を維持するために、より高い耐衝撃吸収性が期待できるので、好ましい。
繊維強化体に配合されるシート成分の含有率は、本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択されるが、繊維強化体全体の体積を基準として、０．３〜３０体積％であることが好ましく、０．５〜２０体積％であることがよりさらに好ましく、１〜１５体積％であることが最も好ましい。
繊維強化体材料の成形時にボイドの発生などの問題を抑制するために、シート成分の配合量が３０体積％以下であるのが好ましく、繊維強化体材料の耐衝撃性の観点から、シート成分の配合量が０．３体積％以上であるのが好ましい。

（アラミド）
本発明において、アラミドとは、アミド結合の６０％以上が芳香環に直接結合した線状高分子化合物（芳香族ポリアミド）を意味する。このようなアラミドとしては、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドおよびその共重合体、ポリパラフェニレンテレフタルアミドおよびその共重合体、ポリ（パラフェニレン）−コポリ（３，４ジフェニルエーテル）テレフタールアミドなどが挙げられる。これらのアラミドは、例えばイソフタル酸塩化物およびメタフェニレンジアミンを用いた従来既知の界面重合法、溶液重合法等により工業的に製造されており、市販品として入手することができるが、これに限定されるものではない。これらのアラミドの中で、ポリメタフェニレンイソフタルアミドが、良好な成型加工性、熱接着性、難燃性、耐熱性などの特性を備えており、特に面状体した後の種々の三次元部材への加工性、トリミングの容易性から好ましく用いられる。

（アラミドファイブリッド）
本発明において、アラミドファイブリッドとは、抄紙性を有するフィルム状のアラミド粒子であり、アラミドパルプとも呼ばれる（特公昭３５−１１８５１号公報、特公昭３７−５７３２号公報等参照）。
アラミドファイブリッドは、通常の木材パルプと同様に、離解、叩解処理を施し抄紙原料として用いることが広く知られており、抄紙に適した品質を保つ目的でいわゆる叩解処理を施すことができる。この叩解処理は、デイスクリファイナー、ビーター、その他の機械的切断作用を及ぼす抄紙原料処理機器によって実施することが出来る。この操作において、ファイブリッドの形態変化は、日本工業規格Ｐ８１２１に規定の濾水度試験方法（フリーネス）でモニターすることができる。本発明において、叩解処理を施した後のアラミドファイブリッドの濾水度は、１０ｃｍ³〜３００ｃｍ³（カナディアンフリーネス）の範囲内にあることが好ましい。この範囲より大きな濾水度のファイブリッドでは、それから成形される多熱性電気絶縁シート材料の強度が低下する可能性がある。一方、１０ｃｍ³よりも小さな濾水度を得ようとすると、投入する機械動力の利用効率が小さくなり、また、単位時間当たりの処理量が少なくなることが多く、さらに、ファイブリッドの微細化が進行しすぎるためいわゆるバインダー機能の低下を招きやすい。したがって、このように１０ｃｍ³よりも小さい濾水度を得ようとしても、格段の利点が認められない。

（アラミド短繊維）
アラミド短繊維は、アラミドを材料とする繊維を切断したものであり、そのような繊維としては、例えば帝人（株）の「テイジンコーネックス（登録商標）」、デュポン社の「ノーメックス（登録商標）」などの商品名で入手することができるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アラミド短繊維の長さは、一般に１ｍｍ以上５０ｍｍ未満、好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内から選ぶことができる。短繊維の長さが１ｍｍよりも小さいと、シート材料の力学特性が低下し、他方、５０ｍｍ以上のものは、湿式法でのアラミドシートの製造にあたり「からみ」、「結束」などが発生しやすく欠陥の原因となりやすい。

（アラミドシート）
本発明において、アラミドシートとは、前記のアラミドファイブリッド、アラミド短繊維、又はこれらの混合物から主として構成されるシート状物であり、一般に２０μｍ〜１０００μｍの範囲内の厚さを有している。さらに、アラミドシートは、一般に１０ｇ/ｍ²〜１０００ｇ/ｍ²の範囲内の坪量を有している。
ここで、アラミド短繊維を用いる場合は、バインダーとしてアラミドファイブリッドの他に、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ナイロン、レーヨン、エチレン−４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、からなる熱可塑性高分子繊維、さらにはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂を用いることができる。また、バインダーとしてアラミドファイブリッドを用いる場合は、主体繊維としてアラミド短繊維の他に、ポリフェニレンサルファイド、全芳香族ポリエステル、ガラス繊維、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリ４フッ化エチレン、ポリアミノビスマレイミド、炭素繊維から選ばれる耐熱性繊維を用いることかできる。また、他の抄紙原料として特願２０１３−００１７０６に記載の方法で高圧噴射処理をした抄紙原料を用いることができる。この中でも少なくともアラミド短繊維とアラミドファイブリッドを含有するアラミドシートが好ましく、なかでも少なくともアラミド短繊維とアラミドファイブリッドと特願２０１３−００１７０６に記載の方法で高圧噴射処理をした抄紙原料とを含有するアラミドシートが、透気度／厚みが小さくなるために、特に好ましい。

アラミドシートは、一般に、前述したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維とを混合した後シート化する方法により製造される。具体的には、例えば、上記アラミドファイブリッド及びアラミド短繊維を乾式ブレンドした後に、気流を利用してシートを形成する方法、アラミドファイブリッド及びアラミド短繊維を液体媒体中で分散混合した後、液体透過性の支持体、例えば網またはベルト上に吐出してシート化し、液体を除いて乾燥する方法などが適用できるが、これらのなかでも水を媒体として使用する、いわゆる湿式抄造法が好ましく選択される。ここで、アラミドファイブリッドとアラミド短繊維の混合割合は任意とすることができるが、アラミドファイブリッド/アラミド短繊維の割合（質量比）を１/９〜9/１とするのが好ましく、より好ましくは２/８〜８/２とするのがよい。また、上記アラミドシートに特願２０１３−００１７０６に記載の方法で高圧噴射処理をした抄紙原料を追加するとさらに、耐曲げ衝撃性が向上する。
湿式抄造法では、少なくともアラミドファイブリッド、アラミド短繊維を含有する単一または混合物の水性スラリーを、抄紙機に送液し分散した後、脱水、搾水および乾燥操作することによって、シートとして巻き取る方法が一般的である。抄紙機としては長網抄紙機、円網抄紙機、傾斜型抄紙機およびこれらを組み合わせたコンビネーション抄紙機などが利用される。コンビネーション抄紙機での製造の場合、配合比率の異なるスラリーをシート成形し合一することで複数の紙層からなる複合体シートを得ることができる。抄造の際に必要に応じて分散性向上剤、消泡剤、紙力増強剤などの添加剤が使用される。
上記のようにして得られたアラミドシートは、一対のロール間にて高温高圧で熱圧することにより、密度、結晶化度、耐熱性、寸法安定性ほか機械強度を向上することが知られている。熱圧の条件は、たとえば金属製ロール使用の場合、温度１００〜４００℃、線圧５０〜４００ｋｇ／ｃｍの範囲内を例示することができるが、これらに限定されるものではない。熱圧の際に複数のアラミドシートを積層することもできる。上記の熱圧加工を任意の順に複数回行うこともできる。

（繊維強化体）
本発明における繊維強化体（好ましくは繊維強化シート）とは、上述の繊維成分と、マトリックス成分と、シート成分を成形加工することにより得られる。成形加工の方法としては、通常公知の射出成形、圧縮成形、押出成形、ブロー成形、プレス成形などを挙げることができる。
本発明における繊維強化体は、より具体的には、マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとが、マトリックス成分とシート成分の相互浸透を介して一体化している構造を有するのが好ましい（繊維強化体構造Ｉ）。
ここで、マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体は、繊維成分の集合体にマトリックス成分を含浸させることにより、容易に調製することができる。含浸は、例えば、マトリックス成分を溶媒に溶解してなるマトリックス成分溶液を繊維成分の集合体の空隙に導入し、次いで溶媒を蒸発などにより除去する方法により行うことができる。具体的には、特開2013-56985に記載の方法、すなわち、繊維成分を湿式抄紙して抄紙シートに加工する抄紙工程と、抄紙シートの繊維成分をバインダー繊維で結合して繊維基材とし、これにマトリックス成分を含浸させる方法などが挙げられるが、これに限定されるものではではない。
又、マトリックス成分を熱溶融させ、次いで繊維成分の集合体の空隙に導入することによっても、行うことができる。
得られた海島構造体には、空気などのボイドが存在していてもよい。

マトリックス成分とシート成分の相互浸透を介して一体化させるには、マトリックス成分のみを溶解できる溶媒、又はマトリックス成分とシート成分の両方を溶解できる溶媒を用いて行うことができる。特に、マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体を調製する際に、シート成分からなるシートの上に、繊維成分の集合体を置き、マトリックス成分を溶媒に溶解してなるマトリックス成分溶液を繊維成分の集合体の空隙に導入し、かつマトリックス成分とシート成分の相互浸透を介して、繊維成分、マトリックス成分及びシート成分を一体化させるのが好ましい。
又、海島構造体と、シート成分からなるシートとを積層した後、（加圧）加熱して、海島構造体とシートの密着部分に存在しているマトリックス成分シート成分とを融和させて、海島構造体とシートを熱融着させて一体化させるのも好ましい。
本発明では、海島構造体とシートが、マトリックス成分からなるフィルムを介して一体化しているのが好ましい（繊維強化体構造II）。この構造IIは、例えば、マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとを、マトリックス成分からなるフィルムを介して積層し、次いで（加圧）加熱して、海島構造体とフィルム、並びにフィルムとシートの密着部分に存在しているマトリックス成分同士、並びにマトリックス成分とシート成分とを、それぞれ融和させて、海島構造体とフィルムとシートを熱融着させることにより製造するのが好ましい。

本発明では、又、最外層を構成するシートの表面に、マトリックス成分からなるフィルムが設けられているのが好ましい（繊維強化体構造III）。この構造IIIは、構造Ｉ又は構造IIのシートの表面に、マトリックス成分からなるフィルムを積層し、次いで、（加圧）加熱して、フィルムとシートの密着部分に存在しているマトリックス成分とシート成分とを、それぞれ融和させて、フィルムとシートを熱融着させることにより製造するのが好ましい。
さらに、本発明では、海島構造体を複数層重ねてなる積層体Ｉ、及びマトリックス成分からなるフィルム/シート成分からなるシート/マトリックス成分からなるフィルムの３層積層体の１又は複数の積層体ＩＩとが一体化してなるのも好ましい（繊維強化体構造IV）。この構造IVは、構造Ｉ〜IIIについて、上述した製造方法を適用して、容易に製造することができる。
本発明において使用するシート成分からなるシートとしては、厚みが１０μｍ〜１０００μｍであるのが好ましく、透気度と厚みが下式を満たすのがさらに好ましい。
透気度／厚み ≦２０ （秒／μｍ）

本発明の繊維強化体がシート形状の場合には、厚みが５０μｍ〜５０ｍｍであるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。
本発明の繊維強化体は、マトリックス成分とシート成分の間で１８０度剥離試験を５０ｍｍ／分の速度で実施したときに、凝集破壊が開始する時間が下式を満たすのが好ましい。
凝集破壊開始時間 ≦ ２０ （秒）
（凝集破壊開始時間）
本発明における凝集破壊開始時間とは、成形後のマットリクス成分とシート成分の界面の剥離試験を実施したときに、シート成分および／またはマトリックス成分の凝集破壊が始まる時間のことを示す。
マットリクス成分とシート成分の界面が強固に接着している場合、シート成分および／またはマトリックス成分の凝集破壊が早く始まる傾向がある。すなわち、界面が強固に接着している場合、界面の強度よりもシート成分および／またはマトリックス成分自体の強度が低いため、シート成分および／またはマトリックス成分の凝集破壊が始まるのである。通常、凝集破壊が始まると、その時点から、剥離強度が低下し始めるため、凝集破壊が開始する時間は、最大剥離強度を示す時間と同じであると考えてよい。

本発明の繊維強化体は、又、IZOD衝撃エネルギー吸収量が下式を満たすのが好ましい。
IZOD衝撃エネルギー吸収量 ≧ １６（ｋJ／ｍ²）
IZOD衝撃エネルギー吸収量は、ＪＩＳ Ｋ７１１０に準拠し、単位断面積あたりのエネルギー吸収量として測定できる。
本発明の繊維強化体は、また、公知の加工方法により３次元的に変形させ、各種成形品に加工し利用することができる。例えば、３次元的に変形させて、自動車用構造材、航空機構造材、その他の産業用構造材やスポーツ用具などに用いることができる。
以下、本発明について実施例を挙げて説明する。なお、これらの実施例は、本発明の内容を、例を挙げては説明するためのものであり、本発明の内容を何ら限定するものではない。

（測定方法）
（１）長さ加重平均繊維長の測定
Op Test Equipment社製Fiber Quality Analyzerを用い、約４０００個の微粒子についての長さ加重平均繊維長を測定した。
（２）坪量、厚みの測定
ＪＩＳ Ｃ２３００−２に準じて測定した。
（３）密度の計算
坪量÷厚みで計算した。
（４）剥離試験による凝集破壊開始時間の測定
テンシロン引張試験機を使用し、幅１５ｍｍ、長さ７０ｍｍ、掴み長さ１０ｍｍ、剥離角度１８０度、剥離速度５０ｍｍ／分で実施した。最大剥離強度を示した時間を凝集破壊開始時間とした。
（５）透気度の測定
ＪＩＳ Ｐ８１１７に規定されたガーレー透気度測定器を使用し、外径２８.６mmの円孔を有する締め付け板により押さえられたシート試料(面積６４２mm²）を１００cc（０.１dm³）の空気が通過する時間（秒）を測定した。
（６）三点曲げ試験による三点曲げ最大強度、三点曲げ破壊ひずみの測定
幅１２ｍｍ、長さ６５ｍｍの試験片を使用し、圧子半径５ｍｍ、支点半径２ｍｍ、支点間距離４０ｍｍ、曲げ速度１ｍｍ／秒で三点曲げ試験を実施し、最大強度を示したときの強度を、三点曲げ最大強度、試験片が破断したときのひずみを三点曲げ破壊ひずみとした。
（７）ＩＺＯＤ衝撃試験によるエネルギー吸収量の測定
ＪＩＳ Ｋ７１１０に準拠し、単位断面積あたりのエネルギー吸収量を測定した。

（原料調成１）
特開昭５２−１５６２１号公報に記載のステーターとローターの組み合わせで構成されるパルプ粒子の製造装置（湿式沈殿機）を用いて、ポリメタフェニレンイソフタルアミドのファイブリッド（以下アラミドファイブリッド）を製造した。これを、離解機、叩解機で処理し長さ加重平均繊維長を０．９ｍｍに調節した（アラミドファイブリッドの濾水度：１００ml（カナディアンフリーネス））。
一方、デュポン社製ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維（ノーメックス（登録商標）、単糸繊度２デニール）を、長さ６ｍｍに切断（以下「アラミド短繊維」と記載）した。
（カレンダー加工されたアラミド紙の製造）
調製したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維をおのおの水中で分散しスラリーを作成した。これらのスラリーを、ファイブリッドとアラミド短繊維とが１／１の配合比率（質量比）となるように混合し、タッピー式手抄き機（断面積６２５ｃｍ²）にてシート状物を作製した。次いで、これを金属製カレンダーロールにより温度３３０℃、線圧３００ｋｇ／ｃｍで熱圧加工し、カレンダー加工されたアラミド紙を得た。
（原料調成２）
上記カレンダー加工されたアラミド紙を特願２０１３−００１７０６に記載の方法で高圧噴射処理を実施し長さ加重平均繊維長を０．４ｍｍに調節した抄紙用原料を得た。

（実施例１〜３、対照例）
（繊維強化シートの製造）
調製した抄紙用原料、調製したアラミドファイブリッド、調製したアラミド短繊維を、おのおの水に分散してスラリーを作製した。これらのスラリーを、表１に示す配合比率（質量比）となるように混合し、タッピー式手抄き機（断面積６２５ｃｍ²）にてシート状物を作製した。次いで、これを金属製カレンダーロールにより温度３３０℃、線圧３００ｋｇ／ｃｍで熱圧加工し、アラミドシートを得た。また、炭素繊維とポリアミド６からなるシートとして、CARMIX CFRP（PA6）（阿波製紙（株）製、ポリアミド６ ８０体積％、カーボンファイバー ２０体積％、厚さ１１４０μｍ）、ポリアミド６フィルム（厚さ５０μｍ）を表１に示す比率になるように積層し、シートと同サイズの金型に挿入し、表１に示す条件でプレス加工を実施した。
このようにして得られた繊維強化シートの主要特性値を表１に示す。尚、三点曲げ試験に関しては繊維強化シートの上面から圧子をあてた。ＩＺＯＤ衝撃試験に関しては繊維強化シートの上面から衝撃を与えた。
表１中、実施例１における積層順(ii)×24/（(iii)/(i)/(iii)）は、CARMIX CFRP（PA6）（ii）２４枚を、ポリアミド６フィルム（iii）/アラミドシート（i）/ポリアミド６フィルム（iii）の積層体に、積層し、金型に挿入し、表１に示す条件でプレス加工を実施したことを示している。
また、剥離試験を実施するために、表２に示す比率になるように積層し、引っ張り試験のチャックで掴めるように、１０ｍｍ（１５ｍｍ幅）の未プレス部分を確保し、
表２に示す条件でプレス加工を実施した。ポリアミド６フィルムとアラミドシートの境界面での剥離試験を実施した結果を表２に示す。

表１及び表２の結果から、本発明（実施例１〜３）の繊維強化シートは、三点曲げ最大強度、三点曲げ破壊ひずみ、ＩＺＯＤ衝撃エネルギー吸収量が高いことから、耐曲げ衝撃性の高い繊維強化シートとして有用であると考えられる。また、ポリメタフェニレンイソフタルアミドからなるアラミドシートを含有するため、良好な成型加工性、難燃性、耐熱性などの特性を備えており、３次元加工にも適応すると考えられる。

（比較例）
（繊維強化シートの製造）
実施例と同様の方法で、アラミドシートを得た。また、炭素繊維とポリプロピレンからなるシートとして、CARMIX CFRP（PP）（阿波製紙（株）製、ポリプロピレン ８０体積％、カーボンファイバー ２０体積％）、ポリプロピレンフィルムを表３に示す比率になるように積層し、シートと同サイズの金型に挿入し、表３に示す条件でプレス加工を実施した。
このようにして得られた繊維強化シートの主要特性値を表３に示す。尚、三点曲げ試験に関しては繊維強化シートの上面から圧子をあてた。
また、剥離試験を実施するために、表４に示す比率になるように積層し、引っ張り試験のチャックで掴めるように、１０ｍｍ（１５ｍｍ幅）の未プレス部分を確保し、表４に示す条件でプレス加工を実施した。ポリプロピレンフィルムとアラミドシートの境界面での剥離試験を実施した結果を表４に示す。

表３及び表４の結果から、ポリプロピレン（マトリックス成分）とアラミドシート（シート成分）との間の接着力が十分ではなく、三点曲げ最大強度も小さかったので、十分な耐曲げ衝撃性が得られていないと考えられる。

Claims (15)

1. 繊維成分と、マトリックス成分と、シート成分を含んでなる繊維強化体であって、前記マトリックス成分とシート成分が相互浸透能力を示すことを特徴とする繊維強化体。
2. マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとが、マトリックス成分とシート成分の相互浸透を介して一体化していることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化体。
3. 海島構造体とシートが、マトリックス成分からなるフィルムを介して一体化している請求項２に記載の繊維強化体。
4. マトリックス成分がアミド結合を有する樹脂であり、シートがアラミドシートである請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化体。
5. マトリックス成分がアミド結合を有する熱可塑性樹脂である請求項４に記載の繊維強化体。
6. アラミドシートがメタフェニレンイソフタルアミドを含んでなる請求項４に記載の繊維強化体。
7. 繊維成分が炭素繊維である請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化体。
8. シート成分の体積分率が下式を満たす請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化体。
   ０．３（体積％） ≦ シート成分 ≦ ３０（体積％）
9. 繊維成分とマトリックス成分との容量比が、１/９９〜４０/６０である請求項１〜８のいずれか１項に記載の繊維強化体。
10. 前記マトリックス成分とシート成分の間で１８０度剥離試験を５０ｍｍ／分の速度で実施したときに、凝集破壊が開始する時間が下式を満たす請求項１〜９のいずれか１項に記載の繊維強化体。
    凝集破壊開始時間 ≦ ２０ （秒）
11. シート成分からなるシートの透気度、厚みが下式を満たす請求項１〜１０のいずれか１項に記載の繊維強化体。
    透気度／厚み ≦２０ （秒／μｍ）
12. IZOD衝撃エネルギー吸収量が下式を満たすことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の繊維強化体。
    IZOD衝撃エネルギー吸収量 ≧ １６（ｋJ／ｍ²）
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の繊維強化体を３次元的に変形させたことを特徴とする繊維強化部材。
14. マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとを積層し、次いで加圧加熱して、海島構造体とシートの密着部分に存在しているマトリックス成分シート成分とを相互浸透させて、海島構造体とシートを熱融着させることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化体の製造方法。
15. マトリックス成分と繊維成分とが海島構造を形成する海島構造体と、シート成分からなるシートとを、マトリックス成分からなるフィルムを介して積層し、次いで加圧加熱して、海島構造体とフィルム、並びにフィルムとシートの密着部分に存在しているマトリックス成分同士、並びにマトリックス成分とシート成分とを、それぞれ相互浸透させて、海島構造体とフィルムとシートを熱融着させることを特徴とする請求項３に記載の繊維強化体の製造方法。