JP2023072095A

JP2023072095A - 複合体

Info

Publication number: JP2023072095A
Application number: JP2020063142A
Authority: JP
Inventors: 圭一奥山; Keiichi Okuyama; 千愛今市; Chiaki IMAICHI; 純南舘; Jun Minamidate; 純一 ▲角▼田; Junichi Tsunoda; 智亮中西; Tomoaki Nakanishi
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2023-05-24
Also published as: WO2021200862A1

Abstract

【課題】耐熱性に優れる複合体を提供する。【解決手段】積層された複数の層と、上記層の内部に、上記層の厚さ方向と直交する方向に並列配置された複数本の繊維と、を備え、ｎ層目の上記層に配置された上記繊維と、ｎ＋１層目の上記層に配置された上記繊維とが交差しており、ただし、ｎは正の整数であり、上記層は、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂を有し、空隙率が３％以上２０％以下である、複合体。【選択図】図１

Description

本発明は、複合体に関する。

従来、炭素繊維などの繊維とマトリックス樹脂とからなる複合体が、例えば耐熱材として使用されている（特許文献１）。

特開２０１４－４２９９６号公報

近年、市場からは、より優れた耐熱材の開発が要請されている。

そこで、本発明は、耐熱性に優れる複合体を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的を達成できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［８］を提供する。
［１］積層された複数の層と、上記層の内部に、上記層の厚さ方向と直交する方向に並列配置された複数本の繊維と、を備え、ｎ層目の上記層に配置された上記繊維と、ｎ＋１層目の上記層に配置された上記繊維とが交差しており、ただし、ｎは正の整数であり、上記層は、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂を有し、空隙率が３％以上２０％以下である、複合体。
［２］上記繊維が、炭素繊維である、上記［１］に記載の複合体。
［３］上記マトリックス樹脂の窒素下５％質量減少温度が、１５０℃以上であり、上記マトリックス樹脂の熱変形温度が、１００℃以上である、上記［１］または［２］に記載の複合体。
［４］上記熱変形温度が、１９０℃以上である、上記［３］に記載の複合体。
［５］上記熱可塑性樹脂が、芳香族ポリエーテルケトンを含む、上記［１］～［４］のいずれかに記載の複合体。
［６］上記芳香族ポリエーテルケトンが、ポリエーテルエーテルケトンである、上記［５］に記載の複合体。
［７］上記繊維の直径が、１μｍ以上２０μｍ以下である、上記［１］～［６］のいずれかに記載の複合体。
［８］上記繊維の含有量が、２０質量％以上８０質量％以下である、上記［１］～［７］のいずれかに記載の複合体。

本発明によれば、耐熱性に優れる複合体を提供できる。

複合体を示す斜視図である。フィラメントを示す斜視図である。層を示す斜視図である。アーク加熱試験の結果（試験体の温度）を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。本発明の範囲を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。

以下、「～」を用いて表される範囲は、その範囲の両端を含む。例えば、「Ａ～Ｂ」と表される範囲は、ＡおよびＢを含む。

［複合体］
図１は、複合体１を示す斜視図である。
複合体１は、複数の層２が積層された積層体である。
各々の層２の内部には、複数本の繊維３が、層２の厚さ方向と直交する方向に、並列配置されている。層２における繊維３を除く部分は、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂４である。マトリックス樹脂４は、層２どうしを接着する機能を有する。

ｎ層目（例えば図１中の下から１層目）の層２に配置された繊維３と、ｎ＋１層目（例えば図１中の下から２層目）の層２に配置された繊維３とは、積層方向を上側としたとき上面視で交差しており、互いに非平行である。ここで、ｎは正の整数である。より具体的には、複合体１の層数をｍとすると、ｎは、１～（ｍ－１）の範囲の整数である。
図１では、繊維３どうしの交差を明示するため、各々の層２に内蔵された繊維３を１本ずつ、破線で図示している。

複合体１を構成する各々の層２（特に、マトリックス樹脂４）には、複数の空隙（図示せず）が形成されている。
複合体１の空隙率は、３％以上２０％以下である。

このような複合体１は、耐熱性に優れる。
その理由は、次のように推測される。
まず、複合体１には、１方向に長い繊維３が層２ごとに互い違いに内蔵されている。これにより、複合体１は、例えば、短い繊維がランダムに内部に分散している複合体と比較して、熱により崩壊しにくい強靭な構造になっていると考えられる。
更に、複合体１は、適度に空隙を有することで適量の空気を内包し、これにより、良好な断熱性を有すると考えられる。
加えて、複合体１が適度に空隙を有することで、マトリックス樹脂４の分解によるガスが揮発しやすくなり、吸熱効果が得られると考えられる。これにより、高温環境下に置かれた複合体１を冷却でき、複合体１の耐熱性が向上すると考えられる。

複合体１の空隙率は、複合体１の耐熱性がより優れるという理由から、６％以上が好ましく、８％以上がより好ましく、１０％以上が更に好ましい。
一方、複合体１の空隙率は、複合体１の強度を維持しつつ複合体１の耐熱性がより優れるという理由から、１８％以下が好ましく、１６％以下がより好ましく、１４％以下が更に好ましい。

空隙率は、ＪＩＳＫ７０７５に記載の燃焼法により測定できる。
また、空隙率は、上記燃焼法による相関を確認することにより、Ｘ線ＣＴ（Ｘ－ｒａｙＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）法でも見積もれる。
上記Ｘ線ＣＴ法を用いた空隙率の測定方法は、以下のとおりである。
まず、複合体１について、Ｘ線ＣＴ装置を用いて、スキャン画像を取得する。Ｘ線ＣＴ装置としては、例えば、島津製作所社製のＳＭＸ－２２５ＣＴＦＰＤを使用できる。複合体１のスキャン画像を取得する条件としては、例えば、管電圧が７５ｋＶ、管電流が７０μＡ、スキャン画像のサイズが１０２４ピクセル×１０２４ピクセル、スライス厚が０．１０４ｍｍ、走査確度が３６０°という条件が挙げられる。
次に、取得したスキャン画像から、解析ソフトウェアを用いて、ボイド率を算出する。解析ソフトウェアとしては、ＶｏｌｕｍｅＧｒａｐｈｉｃｓ社製のＶＳＳｔｕｄｉｏＭＡＸを使用できる。解析アルゴリズムは、上記解析ソフトウェアにあるＶＧＥａｓｙＰｏｒｅを用いる。解析モードは、相対モードを選択する。最小ボクセルサイズは、８ボクセルとする。得られた解析結果に対して、空隙を明確に識別できるように、空隙と、マトリックス樹脂４および繊維３との界面の閾値の濃淡レベルを調整する。具体的には、グレイバリューのコントラスト、空隙の内部クリーニングのレベルなどのパラメータを調整する。上記燃焼法により測定される空隙率を参考にして、このパラメータを調整する。

以下、複合体１を、より詳細に説明する。

複合体１を上面側または下面側から見て、ｎ層目の繊維３の長手方向に対する、ｎ＋１層目の繊維３の長手方向の角度（以下、「交差角度」ともいう）は、０°超であれば特に限定されず、例えば、４５°以上である。図１には、交差角度が９０°である場合を例に示している。

複合体１のサイズ（厚さなど）は、特に限定されず、用途等に応じて適宜設定される。
複合体１は、図１では３層であるが、２層以上であれば特に限定されない。複合体１の層数は、複合体１の厚さ等に応じて適宜設定される。
複合体１は、図１では直方体であるが、これに限定されない。例えば、層２ごとに大きさ（厚さ方向と直交する方向の長さ）が異なり、段差が設けられていてもよい。

層２の厚さは、層２ごとに、同一でも異なっていてもよいが、複合体１の耐熱性がより優れ、かつ、得られる複合体１の均質性が高くなり機械的物性を設計しやすいという理由から、同一が好ましい。
層２の厚さは、複合体１の厚さ等に応じて適宜設定されるが、例えば、０．１ｍｍ以上であり、０．２ｍｍ以上が好ましい。一方、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．４ｍｍ以下がより好ましい。
層２の厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡またはレーザ顕微鏡を用いて測定することにより得られる値であり、任意の５点の平均値である。

複合体１が含有する繊維３としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、シリカ繊維（石英繊維）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、ボロン繊維などの無機系繊維；アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維などの有機系繊維；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
これらのうち、複合体１の耐熱性がより優れるという理由から、無機系繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。

繊維３は、例えば、一方向に長い円柱形状の材料である。
繊維３の長さ（長手方向の距離）は、層２の一方の側面から他方の側面までの距離であることが好ましい。
繊維３の直径は、複合体１が高強度になるという理由から、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましい。一方、繊維３の直径は、後述するフィラメント５（図２参照）を製造しやすいという理由から、２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましい。
繊維３の直径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、光学顕微鏡またはレーザ顕微鏡を用いて測定することにより得られる値であり、任意の５点の平均値である。

複合体１における繊維３の含有量は、複合体１の強度を維持しつつ複合体１の耐熱性がより優れるという理由から、２０質量％以上が好ましく、４０質量％以上がより好ましい。
一方、複合体１を成形しやすくし、かつ、層２どうしを接着するマトリックス樹脂４の量を十分に確保するという理由から、複合体１における繊維３の含有量は、８０質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましい。
繊維３の含有量は、熱重量分析（ＴＧＡ）によって測定する。

複合体１におけるマトリックス樹脂４が含む熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、芳香族ポリエーテルケトン（ＰＡＥＫ）などが挙げられる。
これらのうち、融点、分解温度および機械強度が高く、複合体１の耐熱性がより優れるという理由から、ＰＡＥＫが好ましい。

ＰＡＥＫとしては、例えば、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）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）などが挙げられる。
これらのうち、融点、分解温度および機械強度がより高く、複合体１の耐熱性が更に優れ、耐薬品性にも優れるという理由から、ＰＥＥＫが好ましい。

マトリックス樹脂４は、その他の樹脂を含んでいてもよく、例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ、ポリイミド（ＰＩ）などの熱硬化性樹脂が挙げられる。

マトリックス樹脂４のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、複合体１の衝撃性が優れるという理由から、２０００ｇ／１０分以下が好ましい。
一方、後述するように複合体１を製造する際にマトリックス樹脂４が変形しやすいという理由から、マトリックス樹脂４のＭＦＲは、１ｇ／１０分以上が好ましい。
メルトフローレート（ＭＦＲ）は、ＡＳＴＭＤ１２３８に準拠して測定できる。

マトリックス樹脂４の窒素下５％質量減少温度は、１５０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましい。この場合、高温環境下に曝された複合体１が熱分解されにくい。また、熱分解により発生するガスが複合体１を覆うことで断熱効果が得られる。
一方、マトリックス樹脂４の窒素下５％質量減少温度は、１０００℃以下が好ましく、８００℃以下がより好ましく、６００℃以下が更に好ましい。この場合、後述するように複合体１を製造する際に、マトリックス樹脂４が溶融しやすく、繊維３との密着性が優れる。
窒素下５％質量減少温度は、窒素下、１０℃／分の条件で、熱重量分析（ＴＧＡ）を用いて、質量減少温度を測定し、測定開始時の質量を基準として、質量が５％減量する温度である。

マトリックス樹脂４の熱変形温度は、１００℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましく、１６０℃以上が更に好ましい。この場合、複合体１は、変形しにくく高品質である。
一方、マトリックス樹脂４の熱変形温度は、５００℃以下が好ましく、４５０℃以下がより好ましい。この場合、後述するように複合体１を製造する際に、マトリックス樹脂４が溶融しやすく、層２どうしの密着性に優れる。
熱変形温度は、ＩＳＯ７５（ＪＩＳＫ７１９１）のＡ法（１．８ＭＰａ）に準拠して求める荷重たわみ温度である。

複合体１の機械的特性、熱的特性、電気的特性、加工性などを向上させるため、複合体１を構成する各々の層２は、更に、フィラー（ただし、繊維３およびマトリックス樹脂４を除く）を含有してもよい。
フィラーとしては、例えば、短い炭素繊維、シリカ、タルク、ガラス繊維、酸化チタンなどの無機フィラー；ポリエステル、セルロースなどの有機フィラー；等が挙げられる。そのほか、フィラーとして、無機粉体、有機粉体、フッ素樹脂、エラストマー、繊維処理剤なども使用できる。

複合体１の熱変形温度は、１９０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましく、２１０℃以上が更に好ましい。この場合、複合体１は、高温環境下で変形しにくく、寸法安定性に優れる。
一方、複合体１の熱変形温度は、５００℃以下が好ましく、４５０℃以下がより好ましい。この場合、複合体１を製造する際に、層２どうしの密着性に優れる。

［複合体の用途］
複合体１の用途は、特に限定されない。複合体１の用途の具体例としては、モビリティ用部品（自動車、自転車、船舶、航空機、電動垂直離着陸機、宇宙機などに用いる部品）；建築用部品；電子機器用部品；等の部品が挙げられる。複合体１を、これらの部品の枠体、翼、骨組み、外装材、内装材などに使用できる。

［複合体の製造方法］
次に、図２および図３に基づいて、複合体１を製造する方法の一例を説明する。
図２は、フィラメント５を示す斜視図である。図３は、層２を示す斜視図である。
フィラメント５は、上述した繊維３（例えば炭素繊維）および熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂４により構成される円柱形状の材料である。フィラメント５の断面形状は、円または楕円である。１本のフィラメント５には、複数本の繊維３が内蔵されている。

まず、１本のフィラメント５（図２参照）を溶融させたうえで押圧する。押圧後のフィラメント５に隣接させて、別のフィラメント５を並列配置し、同様に溶融させて押圧する。これを繰り返すことにより、１枚の層２（図３参照）を形成する。
次に、フィラメント５の向きを変えて、同様に１枚の層２を形成する。
複数枚の層２を積層することにより、上述した複合体１（図１参照）が得られる。

使用するフィラメント５の長さおよび直径などは、形成される層２および複合体１に応じて、適宜選択される。
例えば、フィラメント５の直径としては１～２ｍｍが挙げられ、フィラメント５に内蔵される繊維３の本数としては５０００～５００００本が挙げられるが、これらに限定されない。

フィラメント５における繊維３の断面密度は、得られる複合体１が高強度になるという理由から、７０００本／ｍｍ^２以上が好ましく、１００００本／ｍｍ^２以上がより好ましい。
一方、フィラメント５における繊維３の断面密度は、２００００本／ｍｍ^２以下が好ましく、１８０００本／ｍｍ^２以下がより好ましい。この場合、繊維３がマトリックス樹脂４と馴染みやすくなり、繊維３とマトリックス樹脂４との密着性が向上する。その結果、得られる複合体１の強度を向上できる。

フィラメント５における繊維３の含有量を、得られる複合体１における繊維３の含有量とみなすことができる。

このような複合体１の製造は、３次元（３Ｄ）プリンタを用いて、熱溶解積層法（ＦｕｓｅｄＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ、ＦＤＭ）または指向エネルギー堆積法（Ｄｉｒｅｃｔｅｄｅｎｅｒｇｙｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＤＥＤ）に基づいて行なうことが好ましい。これは、比較的に大型の複合体１を高精細に作製でき、マトリックス樹脂４として様々な熱可塑性樹脂を用いたフィラメント５を仕様できるからである。
マトリックス樹脂４（熱可塑性樹脂）がＰＡＥＫ（とりわけＰＥＥＫ）であるフィラメント５を使用する場合、層２どうしの密着力を向上できるという理由から、指向エネルギー堆積法に基づいて行なうことがより好ましい。

具体的には、例えば、まず、スプール等に巻かれた長尺のフィラメント５を、３Ｄプリンタのヘッドから、ビルドプレート等の上に排出して、レーザ光を照射する。レーザ光が照射されたフィラメント５においては、レーザ光を吸収した繊維３（例えば炭素繊維）からの熱伝導によって、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂４が溶融する。
次に、マトリックス樹脂４が溶融したフィラメント５を、３Ｄプリンタの圧縮ローラを用いて押圧する。その後、冷却されたフィラメント５を切断して、３Ｄプリンタのヘッドから切り離す。
このようなフィラメント５の排出、レーザ光の照射、圧縮ローラによる押圧、および、切断を繰り返すことにより、層２を形成し、ひいては、複合体１を製造する。

フィラメント５の重複率を調整することにより、最終的に得られる複合体１の空隙率を調整できる。
フィラメント５の重複率は、２０％以下が好ましく、１５％以下がより好ましく、１０％以下が更に好ましく、５％以下が特に好ましく、０％以下が最も好ましい。この場合、複合体１の空隙率を調整しつつ、各々の層２を形成した後の最表面を平滑にできる。
一方、フィラメント５の重複率は、－１０％以上が好ましく、－５％以上がより好ましく、－３％以上が更に好ましい。この場合、複合体１の強度を保ちつつ、複合体１の空隙率を低下できる。
フィラメント５の重複率とは、隣り合うフィラメント５どうしが重なり合う幅（重複幅）を、フィラメント５の直径で除し、百分率で表した値である。マイナスの値は、隣り合うフィラメント５どうしの間に溝が存在することを意味し、重複幅の代わりに、その溝の最短距離を用いる。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されない。

以下、例１は実施例であり、例２は比較例である。

〈例１〉
図１に基づいて説明した複合体を、図２および図３に基づいて説明した方法に基づいて作製し、アーク加熱試験に供した。以下、詳細に説明する。

《複合体の作製》
６軸多関節アームを有し、その先端にフィラメントを排出（印刷）するヘッドが設けられた３Ｄプリンタを用いて、複合体を作製した。

使用したフィラメントは、複数本の長い炭素繊維を内蔵しており、その詳細は、以下のとおりである。
・フィラメントの直径：１．５ｍｍ
・フィラメント１本あたりの炭素繊維の本数：１１０００本
・炭素繊維の直径：８μｍ
・炭素繊維の含有量：５６．５質量％
・マトリックス樹脂：ＰＥＥＫ（融点：３４３℃、ＭＦＲ：３６ｇ／１０分）

使用したフィラメントについて、その他の物性は、以下のとおりである。
・引張強度：１２００ＭＰａ
・引張弾性係数：１０５ＧＰａ
・比重：１．５×１０^－３ｋｇ／ｍ^３

なお、フィラメントは、使用する前に乾燥した。具体的には、スプールに巻かれたフィラメントを、オーブン（ＰＶＨ－３３１Ｍ、エスペック社製）に入れて、空気雰囲気下、１００℃で、８時間乾燥した。
乾燥後、フィラメントワインダ（ＵｎｉＳｐｏｏｌｅｒ、Ｓｈｏｗｍａｒｋ社製）を用いて、フィラメントを、金属製スプールに巻き替えた。
その後、フィラメントが巻かれた金属製スプールを、３Ｄプリンタに設置した。

３Ｄプリンタを動作させる前に、まず、寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×３０ｍｍである複合体のデータを作成した。
作成したデータにおいては、ヘッドから排出されるフィラメントの長手方向を、層ごとに、互い違いにした（交差角度を９０°にした）。すなわち、１層目のフィラメントの長手方向の角度を０°としたとき、２層目は９０°、３層目は０°とし、以下、これを繰り返すようにした。
各層において、フィラメントの重複率が－５％になるように、データを作成した。

作成したデータに基づいて、３Ｄプリンタを動作させて、ビルドプレート上で、複合体の作製を開始した。なお、ビルドプレートの表面には、熱拡散のために、ポリカーボネート製シートを、予め、真空引きにより密着させておいた。

具体的には、まず、フィラメントを、３Ｄプリンタが備えるアキュムレータによって適切な張力でヘッドまで送り出し、３０ｍｍ／秒の速度でヘッドから排出した。
この間、送り出し不良などの発生を直ちに検出するため、カメラを用いてフィラメントの状態をモニタリングした。

次に、ヘッドから排出されたフィラメントに、３Ｄプリンタが備えるレーザから、レーザ光を照射した。レーザ光が照射されたフィラメントにおいては、炭素繊維がレーザ光を吸収し、炭素繊維からの熱伝導によって、熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫが溶融した。
レーザ光の照射中、ＩＲカメラ（Ｔｈｅｒｍａｌｖｉｅｗｅｒ、ＦＬＩＲ社製）を用いて、フィラメントの温度をモニタリングした。ＩＲカメラのモニタに表示される仮想温度を監視し、フィラメントの温度が４００℃以上５００℃以下の範囲となるように、レーザ光の出力を制御した。
レーザ光の照射中は、３Ｄプリンタが備えるチューブから窒素をフィラメントに噴射し、レーザ光の照射によるフィラメントの燃焼を阻害した。

そして、レーザ光が照射されたフィラメントを、３Ｄプリンタが備える圧縮ローラを用いて押圧した。このとき、押圧後のフィラメントの高さが０．３５ｍｍになるよう、圧縮ローラを制御した。

レーザ光の照射および圧縮ローラによる押圧の後は、チューブから空気をフィラメントに噴射し、フィラメントを冷却した。
冷却後、フィラメントを、ヘッドに設けられたカッターにより切断し、ヘッドから切り離した。

このようなフィラメントの排出、レーザ光の照射、圧縮ローラによる押圧、および、切断を繰り返すことにより、複合体を作製した。
なお、複合体は、作製後にビルドプレートから剥がし、表面を研磨した。
作製した複合体の空隙率を、上述した方法により求めたところ、１２％であった。

《アーク加熱試験》
作製した複合体（寸法：１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×３０ｍｍ）から、直径２０ｍｍおよび高さ３０ｍｍの円柱形状の試験体をくり抜いて、アーク加熱試験に供した。
アーク加熱試験は、大気圏再突入の状態を模擬した試験である。概略的には、アーク放電により高熱含量の気流を生成し、これにより、試験体を加熱した。

より詳細には、アーク加熱試験は、宇宙航空研究開発機構（相模原キャンパス）の７５０ｋＷアーク加熱風洞において、以下のように実施した。
まず、密閉された測定室の内部に試験体を置いた。円柱形状である試験体の一方の底面を、熱源であるアーク加熱器に対面させた。アーク加熱器から試験体の底面までの距離を１００ｍｍとした。
次に、アーク加熱器にて電流制御（２０００ｋＷ、直流電源）されたアーク放電を発生させて、空気からなる作動ガスを加熱した。加熱により作動ガスが膨張し、測定室の内部において、高熱含量の気流が生成された。生成した気流によって、試験体を加熱した。加熱率は４．７５ＭＷ／ｍ^２、加熱時間は２５秒とした。

加熱時の試験体の温度を測定した。
具体的には、試験体の底面の表面温度、ならびに、試験体の底面から５ｍｍ、１０ｍｍおよび１５ｍｍの距離の内部温度を、それぞれ測定した。表面温度は、放射温度計を用いて赤外線強度から測定した。内部温度は、試験体の内部に差し込んだ熱電対によって測定した。
測定結果を、図４のグラフに示す。
図４は、アーク加熱試験の結果（試験体の温度）を示すグラフであり、横軸が底面からの距離（単位：ｍｍ）、縦軸が温度（表面温度または内部温度、単位：℃）を表す。

更に、アーク加熱試験の前後において、試験体の質量を測定し、質量の減少速度（単位：ｋｇ／（秒・ｍ^２））を算出した。結果を下記表１に示す。

〈例２〉
マトリックス樹脂であるＰＥＥＫ（融点：３４３℃、ＭＦＲ：２０ｇ／１０分）に、短い炭素繊維（直径：約１０μｍ、長さ：約３０μｍ）がランダムに分散した複合体（炭素繊維の含有量：５６．５質量％）を射出成形により作製した。
射出成形は、射出成形機（ＦＡＮＵＣ社製、ＲＯＢＯＳＨＯＴａ－Ｓ１００ｉＡ）を用いて、以下の手順で実施した。
まず、射出成形機において、シリンダー温度を、ホッパー側からノズルに向かって、３７０℃、３８０℃、３９０℃および３９０℃に設定し、昇温した。
次に、１５０℃雰囲気下で２時間乾燥させたＰＥＥＫに短い炭素繊維が分散した混合樹脂を準備し、準備した混合樹脂を、射出成形機のホッパーに投入した。
スクリュー回転数を１００ｒｐｍ、背圧を５ＭＰａとして、混合樹脂を溶融させて、計量した。その後、射出圧１００ＭＰａ、射出速度６０ｍｍ／秒、保圧１５ＭＰａ、冷却時間２０秒の条件で、溶融した混合樹脂を金型に射出した。２０秒の冷却時間が経過した後、金型から、固化した混合樹脂を取り出し、これを複合体とした。
作製した複合体の空隙率を、上述した方法により求めたところ、０．５％であった。
作製した複合体から、直径２０ｍｍおよび高さ３０ｍｍの円柱形状の試験体をくり抜いて、例１と同じアーク加熱試験に供した。アーク加熱試験の各種結果を、図４のグラフおよび下記表１に示す。

〈評価結果まとめ〉
図１のグラフを見ると、試験体の底面から５ｍｍの距離の内部温度は、例１は、例２よりも約７００℃も低かった。
また、上記表１を見ると、例１は、例２よりも質量減少速度の値が小さかった。
以上の結果から、例１は、例２によりも耐熱性に優れていた。

１：複合体
２：層
３：繊維
４：マトリックス樹脂
５：フィラメント

Claims

積層された複数の層と、
前記層の内部に、前記層の厚さ方向と直交する方向に並列配置された複数本の繊維と、を備え、
ｎ層目の前記層に配置された前記繊維と、ｎ＋１層目の前記層に配置された前記繊維とが交差しており、ただし、ｎは正の整数であり、
前記層は、熱可塑性樹脂を含むマトリックス樹脂を有し、
空隙率が３％以上２０％以下である、複合体。
前記繊維が、炭素繊維である、請求項１に記載の複合体。
前記マトリックス樹脂の窒素下５％質量減少温度が、１５０℃以上であり、
前記マトリックス樹脂の熱変形温度が、１００℃以上である、請求項１または２に記載の複合体。
前記熱変形温度が、１９０℃以上である、請求項３に記載の複合体。
前記熱可塑性樹脂が、芳香族ポリエーテルケトンを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合体。
前記芳香族ポリエーテルケトンが、ポリエーテルエーテルケトンである、請求項５に記載の複合体。
前記繊維の直径が、１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１～６のいずれか１項に記載の複合体。
前記繊維の含有量が、２０質量％以上８０質量％以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の複合体。