JP2019214141A - 複合材料構造体及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属と繊維強化樹脂との間の熱膨張率の差による影響を低減しつつ剛性を向上することのできる複合材料構造体を提供する。【解決手段】複合材料構造体１は、コア層２と、コア層２の両面上にそれぞれ設けられた繊維強化樹脂層３とを備えており、コア層２が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む、液体が浸潤する素材から形成され、コア層２の繊維強化樹脂層３との各接触部に、コア層２の他の部分よりも素材の密度が高い浸潤抑制層２０が形成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、コア層と当該コア層の両面に設けられた繊維強化樹脂とを備えた複合材料構造体と、その形成方法とに関する。

下記特許文献１には、一対の炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）板の間に不織布のコア層を設けた複合材料構造体が開示されている。このような構造とすることで、ＣＦＲＰの優れた機械的特性（強度や弾性率など）を維持し、かつ、不織布のコア層によって厚さを厚くしつつ炭素繊維層を削減することで汎用性・軽量性・製造性を向上させた複合材料構造体を実現している。

特許第４６１５３９８号

上記特許文献１に開示された複合材料構造体を用いて最終的に製品を成形する際には、ＣＦＲＰのマトリクス樹脂が不織布（液体浸潤性を有するコア層）に含浸し、製品表面が滑らかにならないことが懸念される。なお、不織布（液体浸潤性を有するコア層）の内部にまでマトリクス樹脂を完全に含浸させてしまうことも考えられるが、この場合は軽量性が損なわれてしまう。

従って、本発明の目的は、最終成形後に滑らかな表面を実現すると共に優れた軽量性も実現する複合材料構造体と、その形成方法とを提供することである。

本発明に係る複合材料構造体では、コア層の両面上に繊維強化樹脂層がそれぞれ設けられている。コア層は液体が浸潤する素材から形成されているが、コア層の繊維強化樹脂層との各接触部には、コア層の他の部分よりも素材の密度が高い浸潤抑制層が形成されている。

本発明に係る複合材料構造体の形成方法によれば、液体が浸潤する素材から形成されたコア層と、コア層の両面上にそれぞれ設けられた繊維強化樹脂層とを備えた複合材料構造体が形成される。上述した素材が熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含んで形成されており、一対の金型を用いてシート状の素材を両面から加熱圧縮することで、当該両面それぞれの近傍に素材の密度が高められた浸潤抑制層が形成される。浸潤抑制層が形成されたコア層を用いて、複合材料構造体が形成される。

本発明に係る複合材料構造体によれば、最終成形後に滑らかな表面を実現できると共に、優れた軽量性も実現することができる。

本発明に係る複合材料構造体の形成方法によれば、最終成形後に滑らかな表面を実現できると共に、優れた軽量性も実現することができる複合材料構造体を形成することができる。

図１は、実施形態に係る複合材料構造体に用いられる不織布の断面図である。 図２は、前記不織布の金型による加熱圧縮加工を示す断面図である。 図３は、加熱圧縮加工後の前記不織布の断面図である。 図４は、前記不織布を用いて複合材料構造体を製造する第1工程を示す断面図である。 図５は、前記複合材料構造体を製造する第２工程を示す断面図である。 図６は、製造された前記複合材料構造体の断面図である。 図７は、変形例における不織布の加熱圧縮加工を示す断面図である。 図８は、変形例における加熱圧縮加工後の前記不織布の断面図である。 図９は、変形例における複合材料構造体の断面図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態を説明する。同一又は同等の構成部分には同一の符号を付してそれらの詳しい説明を省略する。なお、図面は模式的なものであり、寸法や比率などは実際のものとは異なる場合がある。

複合材料構造体１（図６参照）の形成方法の実施形態を説明する。形成方法を説明することで、形成された複合材料構造体１の構成も容易に理解できる。まず、コア層２を形成するための素材２Ｘについて説明する。図１に示されるように、本実施形態における素材２Ｘは、不織布２Ｘである。不織布２Ｘの繊維は、熱可塑性樹脂で形成されている。不織布２Ｘは、間隙率が高く、液体が浸潤する構造を有している。このため、不織布２Ｘは軽量であるが、厚さを確保することができる。

まず、不織布２Ｘからコア層２を形成する。図２に示されるように、シート状の不織布２Ｘを第１金型１００（コア層２を形成するための金型）によって両面から加熱圧縮する。第１金型１００には、加熱機構が設けられており、熱可塑性樹脂を軟化させる温度まで不織布２Ｘを加熱する。第１金型１００は予め加熱されており、その状態から不織布２Ｘを圧縮する。熱は不織布２Ｘの表面から内部へと伝わるので、熱可塑性樹脂は表面から軟化する。加熱と同時に圧縮もされるので、不織布２Ｘの表面近傍が、熱可塑性樹脂の軟化と共に潰れて、表面近傍に密度の高い、即ち、間隙率の低い、浸潤抑制層２０が形成される。浸潤抑制層２０は、コア層２の他の部分よりも密度が高く、従って、コア層２の他の部分より間隙率が低い。

浸潤抑制層２０は、間隙率が低い領域となり、液体の浸潤を抑制する。また、浸潤抑制層２０が形成されたコア層２は、軟化した熱可塑性樹脂が第１金型１００の内面に沿って変形した後に硬化するので、第１金型１００の内面が転写された滑らかな表面を備える。コア層２の内部は、間隙率の高い領域のまま維持される。

次に、上述したように形成された図３に示されるコア層２の両面上に、繊維強化樹脂層３をそれぞれ形成する。本実施形態では、強化繊維として炭素繊維が用いられる。また、炭素繊維が織られてシート状にされた二方向性の（bidirectional）炭素繊維シートが積層されて用いられる。さらに、本実施形態では、繊維強化樹脂層３は、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法によって形成され、図６に示される複合材料構造体１が最終成形後の状態である（その後、塗装、穿孔、切断などの加工が行われる場合はある）。

ＲＴＭ法による繊維強化樹脂層３の形成では、図４に示されるように、第２金型２００（繊維強化樹脂層３を形成するための金型）内に、コア層２及び炭素繊維シート３Ｘをセットする。なお、図４中の炭素繊維シート３Ｘは模式的に示されており、その枚数を正確には表していない。本実施形態における炭素繊維シート３Ｘは、ＲＴＭ法用いられるいわゆるプリフォームである。図４の状態で、各第２金型２００からマトリクス樹脂を金型内に充填する。

図５に示されるように、浸潤抑制層２０と第２金型２００との間にマトリクス樹脂が充填されるが、浸潤抑制層２０が形成されているため、マトリクス樹脂はコア層２の内部には浸潤しない。なお、少量のマトリクス樹脂が浸潤抑制層２０に浸潤することはあり得るが、コア層２の内部深くには浸潤しない。マトリクス樹脂の充填圧力は、コア層２を潰さず、マトリクス樹脂がコア層２の内部にまで浸潤しない圧力に設定される。

本実施形態では、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂は熱硬化性樹脂である。ただし、ＲＴＭ法の場合、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂に熱可塑性樹脂を用いることも可能である。なお、使用する樹脂に応じて、第２金型２００には加熱機構（熱硬化性樹脂の硬化用）や冷却機構（熱可塑性樹脂の早期冷却用）が設けられている。コア層２の両面に浸潤抑制層２０が形成されるので、マトリクス樹脂は一対の第２金型２００のそれぞれから充填される。一方の第２金型２００からのみマトリクス樹脂を充填すると、他方の第２金型２００側の炭素繊維シート３Ｘにマトリクス樹脂が充填されない。マトリクス樹脂が硬化して、コア層２の両面上に繊維強化樹脂層３が形成されることで、図６に示される複合材料構造体１が形成される。

繊維強化樹脂層３の形成時における繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂のコア層２内部への浸潤が浸潤抑制層２０によって抑制されるので、形成された複合材料構造体１は、均一な厚さの繊維強化樹脂層３を備えることができる。従って、マトリクス樹脂の冷却時における樹脂収縮も均一になる。さらに、浸潤抑制層２０の表面は上述したように滑らかでもある。従って、これらの要因により、複合材料構造体１は、非常に美麗な外観を実現できる。

また、複合材料構造体１は、その両面に繊維強化樹脂層３（ＣＦＲＰ層）を有し、それらの間に軽量なコア層２を有する複合構造を有している。このため、複合材料構造体１は、軽量であるにもかかわらず、優れた機械的特性を有している。そして、繊維強化樹脂層３とコア層２とは一体的に直接接合されているので、両者間のはく離が生じにくい。

上述した複合材料構造体１は、ＲＴＭ法で繊維強化樹脂層３が形成されたが、その他の方法で繊維強化樹脂層３が形成されてもよい。例えば、上述した工程で形成された図３に示されるコア層２の両面上に通常のプリプレグと同様の構造を繊維強化樹脂層３として形成することで、図６に示される複合材料構造体１を構築してもよい。この場合、形成された複合材料構造体１はプリプレグとして用いられ、オートクレーブ成形法によって最終成形されることで繊維強化樹脂層３が硬化される。なお、最終成形前の複合材料構造体１だけでなく、最終成形後の複合材料構造体１も本発明の複合材料構造体１とみなせる。

コア層２の表面上にプリプレグと同様の繊維強化樹脂層３を形成するには、コア層２の表面上に、炭素繊維シート（又は炭素繊維束）をセットし、これに熱硬化性樹脂を含浸させればよい。あるいは、コア層２の表面上に、予め熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維シート（又は炭素繊維束）を設けてもよい。図６に示される複合材料構造体１はプリプレグとして用いられるので、その繊維強化樹脂層３の熱硬化性樹脂は半硬化されている状態である。

通常プリプレグを作成する際には、ベースシート（剥離シート）上にプリプレグを構築し、ロール化してベースシートを保護シートとしても用いたり、構築したプリプレグ上に保護シートを貼り付けたりする。この例では、コア層２がこのベースシートと同様に機能する。ただし、コア層２の両面に繊維強化樹脂層３が形成されるので、ロール化することができない。従って、形成されたプリプレグとしての複合材料構造体１の両面に保護シートが貼り付けられ、複合材料構造体１は冷蔵保存される。保護シートは、最終成形に複合材料構造体１を用いる際に剥離される。

この例の場合も、繊維強化樹脂層３を形成する際にマトリクス樹脂（熱硬化性樹脂）のコア層２内部への浸潤が浸潤抑制層２０によって抑制されるので、形成された複合材料構造体１は、均一な厚さの繊維強化樹脂層３を備える。また、形成されたプリプレグとしての複合材料構造体１を最終成形する際にも、マトリクス樹脂（熱硬化性樹脂）のコア層２内部への浸潤が浸潤抑制層２０によって抑制される。さらに、浸潤抑制層２０の表面は上述したように滑らかでもある。従って、これらの要因により、（最終成形後の）複合材料構造体１は、非常に美麗な外観を実現できる。

また、（最終成形後の）複合材料構造体１は、その両面に繊維強化樹脂層３（ＣＦＲＰ層）を有し、それらの間に軽量なコア層２を有する複合構造を有することになる。このため、（最終成形後の）複合材料構造体１は、軽量であるにもかかわらず、優れた機械的特性を有することができる。そして、繊維強化樹脂層３とコア層２とはオートクレーブ成形法の過程で一体的に直接接合されるので、両者間のはく離が生じにくい。

なお、本実施形態の不織布２Ｘは、熱可塑性樹脂の繊維によって形成されていた。しかし、不織布２Ｘは、何らかの繊維によって形成された不織布に熱可塑性樹脂の粉体や粒体を混入させたものでもよい。不織布（素材）２Ｘが、このように熱可塑性樹脂を含んでいれば、上述した浸潤抑制層２０を有するコア層２を形成することができる。

また、コア層２に、熱可塑性樹脂に代えて熱硬化性樹脂を含ませてもよい。この場合、不織布２Ｘの繊維を熱硬化性樹脂によって形成してもよいし、熱硬化性樹脂の粉体や粒体を不織布２Ｘに混入させてもよい。このようにしても、上述した浸潤抑制層２０を有するコア層２を形成することができる。熱硬化性樹脂を用いる場合、熱硬化性樹脂は、第１金型１００により加熱されて軟化した後に硬化反応（架橋反応）温度で硬化が進行する。この際、不織布２Ｘが加熱と共に圧縮されて、浸潤抑制層２０が形成される。

さらに、本実施形態では、素材２Ｘは不織布であったが、液体を浸潤させる（間隙率が高い）素材であればよい。例えば、素材２Ｘは、発泡体や多孔体などであってもよい（例えば、スポンジ）。このような素材２Ｘであっても、熱可塑性樹脂（又は熱硬化性樹脂）を含んで加熱圧縮されることで、やはり浸潤抑制層２０が形成される。ただし、気泡が独立気泡である発泡体は、液体が内部に浸潤しない素材である。

なお、本実施形態では、二方向性の（多方向性の）炭素繊維シートが用いられたが、一方向性（unidirectional）の炭素繊維シートが用いられて繊維強化樹脂層３が形成されてもよい。また、一方向性や多方向性（multidirectional）などの異方性の（anisotropic）繊維強化樹脂層３ではなく、等方性の（isotropic）繊維強化樹脂層３が形成されてもよい。例えば、炭素繊維シートを用いずに、マトリクス樹脂を含浸させた短く切断された炭素繊維（チョップトストランド）や短く切断された炭素繊維（チョップトストランド）に混練したマトリクス樹脂を用いて、等方性の繊維強化樹脂層３が形成されてもよい。この場合、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）成形法やＢＭＣ（Bulk Molding Compound）成形法によってコア層２の両面に繊維強化樹脂層３を形成することができる。

また、異方性の炭素繊維シートを複数枚用いて、疑似等方性（quasi-isotropic）の繊維強化樹脂層３が形成されてもよい。なお、本実施形態では、炭素繊維を用いて繊維強化樹脂層３を形成したが、ガラス繊維などの他の繊維を用いて繊維強化樹脂層３を形成してもよい。ガラス繊維を用いる場合の繊維の方向性に関しても上述した炭素繊維の場合と同様である。上述したＳＭＣ成形法やＢＭＣ成形法はガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）の成形法としてよく用いられている。

なお、本実施形態では、複合材料構造体１を構成する繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂は熱硬化性樹脂であった。ＲＴＭ法では、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂として熱可塑性樹脂も用いることができることは上述した。しかし、成形法にもよるが、ＲＴＭ法以外の成形法によって繊維強化樹脂層３を形成する際にマトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を用いてもよい（繊維強化樹脂層３をＣＦＲＴＰで形成）。また、上述したオートクレーブ成形法に代えて、ＰＣＭ（Prepreg Compression Molding）法を用いることも可能である。

なお、上記実施形態では、コア層２の素材２Ｘは熱可塑性樹脂を含んでいたが、熱可塑性樹脂に代えて熱硬化性樹脂を用いることも可能である。この場合、コア層２の形成後の図３の状態で、熱可塑性樹脂が完全に硬化されていてもよいし、熱硬化性樹脂が完全に硬化されていなくてもよい。例えば、コア層２の作成時には硬化反応温度まで加熱せずに、熱硬化性樹脂を軟化だけさせて浸潤抑制層２０を形成する。その後、コア層２の両面上に繊維強化樹脂層３を形成する。繊維強化樹脂層３の形成時に、硬化反応温度まで加熱することでコア層２の熱硬化性樹脂を硬化させる。この場合、繊維強化樹脂層３の形成後の図６に示される状態が最終成形後の状態になる。このようにしても、浸潤抑制層２０が前もって形成されるため、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂のコア層２の内部への浸潤を抑制できる。

あるいは、コア層２の作成時に硬化反応温度まで加熱せずに浸潤抑制層２０を形成した後に、上述したようにコア層２の両面上にプリプレグとしての繊維強化樹脂層３を形成してもよい。この場合、繊維強化樹脂層３の形成時に、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂のコア層２の内部への浸潤を抑制できる。繊維強化樹脂層３の形成後の図６に示される状態の複合材料構造体１は、プリプレグとしてのオートクレーブ成形法（又はＰＣＭ法）により最終成形される。この際にも、浸潤抑制層２０が前もって形成されるため、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂のコア層２の内部への浸潤を抑制できる。

なお、複合材料構造体１では、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂は、コア層２の浸潤抑制層２０と直接接触している。言い換えれば、コア層２の両面上に繊維強化樹脂層３が直接設けられている。コア層２（浸潤抑制層２０）と繊維強化樹脂層３との間には、接着剤層などの他の素材の層は設けられない。

本実施形態に係る複合材料構造体１は、コア層２と、コア層２の両面上にそれぞれ設けられた繊維強化樹脂層３とを備えている。コア層２は、液体が浸潤する素材２Ｘから形成されているが、コア層２の繊維強化樹脂層３との各接触部は、素材２Ｘの密度が高められた浸潤抑制層２０を形成している。

従って、繊維強化樹脂層３を形成時におけるマトリクス樹脂のコア層２内部への浸潤が浸潤抑制層２０によって抑制されるので、均一な厚さの繊維強化樹脂層３を備えることができる。従って、複合材料構造体１は、凹凸の無い滑らかで美麗な外観を実現できる。

なお、複合材料構造体１が最終成形前の状態（例えばプリプレグ）である場合であっても、最終成形時におけるマトリクス樹脂のコア層２内部への浸潤も浸潤抑制層２０によって抑制される。従って、最終成形後の複合材料構造体１に、凹凸の無い滑らかな美麗な外観を与えることができる。

また、複合材料構造体１は、その両面に繊維強化樹脂層３を有し、それらの間にコア層２を有する複合構造を有している。このため、コア層２によって繊維強化樹脂層３の体積を低減できる。この結果、複合材料構造体１を軽量化しつつ、複合材料構造体１の優れた機械的特性を実現できる。

また、本実施形態に係る形成方法では、液体が浸潤する素材２Ｘから形成されたコア層２と、コア層２の両面上にそれぞれ設けられた繊維強化樹脂層３とを備えた複合材料構造体１を形成する。コア層２を形成する素材２Ｘは、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含んで形成されている。そして、一対の金型（第１金型１００）を用いてシート状の素材２Ｘを両面から加熱圧縮することで、当該表面の近傍にそれぞれ素材２Ｘの密度が高められた浸潤抑制層２０を形成してコア層２が形成される。次いで、形成されたコア層２の両面上にそれぞれ繊維強化樹脂層３が形成される。

従って、繊維強化樹脂層３を形成時におけるマトリクス樹脂のコア層２内部への浸潤が浸潤抑制層２０によって抑制されるので、この形成方法によれば、均一な厚さの繊維強化樹脂層３を備える複合材料構造体１を形成できる。従って、複合材料構造体１に、凹凸の無い滑らかな美麗な外観を与えることができる。

なお、複合材料構造体１が最終成形前の状態（例えばプリプレグ）である場合であっても、この形成方法による複合材料構造体１を最終成形（例えばオートクレーブ成形）する際のマトリクス樹脂のコア層２内部への浸潤も浸潤抑制層２０によって抑制できる。従って、最終成形後の複合材料構造体１に、凹凸の無い美麗な外観を与えることができる。

また、この形成方法によれば、両面に繊維強化樹脂層３を有し、それらの間にコア層２を有する複合構造を有する複合材料構造体１を形成する。このため、コア層２によって繊維強化樹脂層３の体積を低減できる。この結果、形成される複合材料構造体１を軽量化しつつ、優れた機械的特性を複合材料構造体１に与えることができる。

ここで、コア層２の素材２Ｘは不織布であることが好ましい。不織布は、間隙率が大きく、複合材料構造体１の軽量化に効果的に寄与する。また、不織布は、間隙率が大きいにもかかわらず、浸潤抑制層２０を形成しやすい。また、加熱圧縮後にほとんど弾性復元しないので、複合材料構造体１を形成する際に複合材料構造体１（コア層２）の厚さを制御しやすい。さらに、不織布は形状を変えやすく、複合材料構造体１の形成性を向上させる。特に、複合材料構造体１がプリプレグとして用いられる場合は、最終成形のために成形型に貼り込みやすい。

次に、上述したコア層２の変形例について図７〜図９を参照しつつ説明する。図３に示されるコア層２に代えて、図９に示されるコア層２Ａを用いて、複合材料構造体１Ａが形成される。繊維強化樹脂層３の形成に関しては、上述した実施形態と同様である。

図９に示されるコア層２Ａも、図１に示される不織布２Ｘから形成される。しかし、不織布２Ｘを加熱圧縮する一対の第１金型１００，１０１のうち、一方の第１金型１０１には、図７に示されるように、不織布（素材）２Ｘとの接触面に複数の柱状突起１００ａが形成されている。本変形例の柱状突起１００ａは、錘状の突起であり、円錐形や多角錐形（三角錐形や四角錐形など）である。複数の柱状突起１００ａは、接触面上に一様に配置されている。柱状突起１００ａの先端は、他方の第１金型１００までは達していないが、他方の第１金型１００近傍の浸潤抑制層２０が形成される領域には達している。

上述した一対の第１金型１００，１０１を用いて不織布２Ｘを加熱圧縮すると、図７に示されるように、柱状突起１００ａが不織布２Ｘに刺さり、柱状突起１００ａの周囲の熱可塑性樹脂（又は熱硬化性樹脂）によって、形状保持層２１が形成される。形状保持層２１も、浸潤抑制層２０と同様に、コア層２の他の部分（浸潤抑制層２０以外の部分）よりも密度が高く、従って、コア層２の他の部分より間隙率が低い。一対の第１金型１００，１０１を外すと、柱状突起１００ａによって形状保持層２１の内部には、素材２Ｘの存在しない柱状部２２が形成される。即ち、各柱状部２２の隣接部には、形状保持層２１が形成されている。形状保持層２１は、浸潤抑制層２０の一方から他方に向けて形成される。形状保持層２１も、浸潤抑制層２０と同様に形成されるので素材２Ｘの密度が高められており、剛性も高くなっている。従って、形状保持層２１は、コア層２Ａの厚さ方向の潰れを抑止し、コア層２（即ち、複合材料構造体１Ａ）の形状を保持する。

図８に示されるコア層２Ａを用いて上述したＲＴＭ法で繊維強化樹脂層３して形成した複合材料構造体１Ａを図９に示す。ＲＴＭ法で繊維強化樹脂層３を形成したため、柱状部２２の内部にも繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂が充填されている。このように作成された複合材料構造体１Ａは、一対の浸潤抑制層２０を繋ぐように多数の形状保持層２１が形成されて厚さ方向の潰れが抑止される。さらに、このコア層２Ａの両面上に繊維強化樹脂層３が形成されることでコア層２Ａの曲げも抑制されるため、複合材料構造体１Ａの面剛性が向上する。特に、図９に示される例では、柱状部２２の内部にも繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂が充填されるので、複合材料構造体１Ａの面剛性は特に優れたものとなる。

また、柱状部２２の周囲にも密度の高い形状保持層２１が形成されるため、繊維強化樹脂層３を形成する際にマトリクス樹脂は柱状部２２からコア層２Ａにほとんど浸潤しない。従って、上述した実施形態でもたらされる利点は、本変形例によってももたらされる。なお、柱状部２２は、最終的に外観となる側に先端が位置するように配置されるのが好ましい。即ち、図９に示される場合は、上面が外観となる面にされる。柱状部２２の基端には柱状部２２の開口が形成されるので、上側の繊維強化樹脂層３の表面の方が柱状部２２の開口の影響を受けずに確実に美麗となる。

なお、コア層２Ａの表面上にセットした炭素繊維シート（又は炭素繊維束）に熱硬化性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂層３を形成して複合材料構造体１Ａをプリプレグとして形成してもよい。複合材料構造体１Ａをプリプレグとして用いる場合、最終成形（例えばオートクレーブ成形やＰＭＣ成形）時に熱硬化性樹脂が柱状部２２の内部には浸潤し得るが、熱硬化性樹脂は柱状部２２からコア層２Ａの内部（柱状部２２の外側）にはほとんど浸潤しない。

なお、図７〜図９では、分かりやすいように柱状突起１００ａ基端の外径や柱状部２２基端の内径を大きく示している。しかし、柱状突起１００ａは熱を伝えることができる程度の太さであればよく、柱状部２２の内部容積は多くない。従って、繊維強化樹脂層３のマトリクス樹脂が柱状部２２の内部に浸潤したとしても、その量は多くない。

また、この場合も、柱状部２２の先端が成形型側（即ち、最終的に外観となる側）に配置されるのが好ましい。柱状部２２の先端側の繊維強化樹脂層３の表面の方が柱状部２２の基端に形成される開口や柱状部２２の内部へのマトリクス樹脂の浸潤の影響を受けずに確実に美麗となる。

本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。例えば、上述した変形例の柱状突起１００ａは錘状の突起として形成された。しかし、柱状突起１００ａは、先端だけが尖っている一定外径を有する柱状の突起として形成されてもよい。

本発明の複合材料構造体は、自動車のパネル材など、様々なパネル材に適用することができる。また、その成形方法は、そのような複合材料構造体の形成する際に適用できる。

１，１Ａ 複合材料構造体
２，２Ａ コア層
２Ｘ 不織布（素材）
３ 繊維強化樹脂層
２０ 浸潤抑制層
２１ 形状保持層
２２ 柱状部
１００，１０１ （コア層形成用の）第１金型
１００ａ 柱状突起
２００ （繊維強化樹脂層形成用の）第２金型

Claims (6)

1. コア層と、前記コア層の両面上にそれぞれ設けられた繊維強化樹脂層とを備えた複合材料構造体において、
   前記コア層が、液体が浸潤する素材から形成されており、
   前記コア層の前記繊維強化樹脂層との各接触部に、前記コア層の他の部分より前記素材の密度が高い浸潤抑制層が形成されている、複合材料構造体。
2. 前記コア層に、前記浸潤抑制層の一方から他方に向けて形成された、前記素材が存在しない柱状部が複数形成されており、
   前記コア層の内部の前記柱状部との各隣接部にも、他の部分よりも前記素材の密度が高い形状保持層が形成されている、請求項１に記載の複合材料構造体。
3. 前記素材が不織布である、請求項１又は２に記載の複合材料構造体。
4. 液体が浸潤する素材から形成されたコア層と、前記コア層の両面上にそれぞれ設けられた繊維強化樹脂層とを備えた複合材料構造体の形成方法であって、
   前記コア層を形成する前記素材が、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含んで形成されており、
   一対の金型を用いてシート状の前記素材を両面から加熱圧縮することで、当該両面の近傍にそれぞれ前記素材の密度が高められた浸潤抑制層を形成して前記コア層を形成し、
   形成された前記コア層の前記両面上にそれぞれ前記繊維強化樹脂層を形成する、複合材料構造体の形成方法。
5. 一対の前記金型の一方が、前記素材との接触面上に複数の柱状突起を備えており、
   一対の前記金型を用いて前記素材を加熱圧縮する際に、前記コア層の内部に、複数の前記柱状突起が刺さることにより、前記浸潤抑制層の一方から他方に向けて、前記素材が存在しない柱状部を複数形成すると共に、前記柱状部の周囲に前記素材の密度が高められた形状保持層を形成する、請求項４に記載の複合材料構造体の形成方法。
6. 前記素材が不織布である、請求項４又は５に記載の複合材料構造体の形成方法。

Images