JP2023170235A - 複合成形体およびその製造方法、複合成形体用不織布、複合成形体マトリックス用繊維 - Google Patents

複合成形体およびその製造方法、複合成形体用不織布、複合成形体マトリックス用繊維 Download PDF

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【課題】機械的物性により優れた複合成形体を提供することを課題とする。【解決手段】強化繊維と、マトリックスとして二種類以上の熱可塑性樹脂とを含む複合成形体であって、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属しており、前記マトリックスが複数のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものであり、前記マトリックスが、繊維の横断面において３以上のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものである、複合成形体。【選択図】なし

Description

本開示は、二種以上の熱可塑性樹脂をマトリックスとして含む複合成形体およびその製造方法、二種以上の熱可塑性樹脂からなる複合繊維をマトリックス形成用繊維として含む複合成形体用不織布、および複合成形体マトリックス用繊維に関する。
繊維強化複合成形体（ＦＲＰ、以下単に「複合成形体」ともいう）は、マトリックス樹脂（母材樹脂ともいう）中に繊維を存在させることで、強度の向上を図った材料であり、その優れた軽量、高強度および耐蝕性を生かして、種々の分野で利用されている。複合成形体を構成する強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、およびアラミド繊維等が用いられ、マトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂が広く用いられている。しかしながら、熱硬化性樹脂は、成形時間がやや長く、リサイクル性が悪いという難点がある。そのため、特にリサイクル性を考慮した場合は、熱可塑性樹脂がマトリックス樹脂として用いられる傾向にある。
熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いるにあたり、強化繊維とマトリックス樹脂となるべき樹脂からなる合成繊維とを混合して不織布またはウェブを作製し、合成繊維を溶融させて固化させる方法で複合成形体を得る方法が提案されている（特許文献１ないし５）。さらに、合成繊維として、高融点重合体成分と低融点重合体成分とからなる芯鞘型複合繊維またはサイドバイサイド型複合繊維を使用すること（特許文献１ないし５）が記載されている。
特開２０１１－１９０５４９号公報 特開２０１３－２０４１８７号公報 特開２０１８－１３０９３９号公報 特許第６５５５７７７号公報 実開平３－１２０５９２号公報
本開示は、機械的物性により優れた複合成形体を提供すること、およびそのような複合成形体の製造を可能にする複合成形体用不織布を提供することを課題とする。さらに、本開示は、機械的物性により優れた複合成形体を提供するのに適した、複合成形体マトリックス用繊維を提供することを課題とする。
本開示は、強化繊維と、マトリックスとして二種類以上の熱可塑性樹脂とを含む複合成形体であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属しており、
前記マトリックスが複数のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものであり、
前記マトリックスが、繊維の横断面において３以上のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものである、
複合成形体を提供する。
また、本開示は、強化繊維と、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、３以上のセクションを含む複合成形体マトリックス用繊維とを含む、複合成形体用基材であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属している、
複合成形体用基材を提供する。
さらに、本開示は、強化繊維と、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、３以上のセクションを含む複合成形体マトリックス用繊維とを含む、複合成形体用基材であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属している、
複合成形体用基材を準備すること、および
前記複合成形体用基材を加熱すること
を含み、
前記複合成形体用基材の加熱を、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融するように実施し、
前記複合成形体用基材を加熱する際にさらに加圧することを含み、
前記加熱および前記加圧を、複合成形体の密度が真密度の９０％以上となるように実施する、
複合成形体の製造方法を提供する。
さらにまた、本開示は、二種類以上の熱可塑性樹脂からなる、セクション数が３以上の複合繊維であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂が同じ系に属している、
複合成形体マトリックス用繊維を提供する。
本開示の複合成形体は、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂が同じ系に属する、セクション数が３以上である複合繊維を溶融させてなるマトリックスを有する。この複合成形体においては、同一の系に属する樹脂が、複合繊維が軟化および／または溶融する際によく混ざり合って均質なマトリックスが構成されるとともに、それぞれの樹脂の特性が発揮されることで、例えば曲げ特性等において優れた機械的特性が発揮される。
（ａ）～（ｈ）はそれぞれ、本実施形態の複合成形体マトリックス用繊維の複合形態の一例を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の複合成形体マトリックス用繊維の複合形態の一例を示す断面図である。 実施例２、比較例３および比較例５の曲げ応力－ひずみ曲線を示すグラフである。 実施例５、比較例１および比較例４の曲げ応力－ひずみ曲線を示すグラフである。
先に挙げた特許文献の多くにおいて、実施例では、融点差を有する二種類以上の熱可塑性樹脂を用いて作製した芯鞘型複合繊維を強化繊維と混合して不織布等の繊維シートに加熱および加圧処理を施すことで、複合成形体を製造することを提案する。しかしながら、複合成形体、特に熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合成形体については、機械的特性のさらなる向上が求められている。
本発明者らは、３以上のセクションを有し、同じ系に属する少なくとも二種類の樹脂を用いてなる複合繊維を溶融させることを試みた。その結果、各樹脂の特性が良好に発揮され、機械的特性等に優れた複合成形体が得られることを見出した。
以下、本実施形態の複合成形体マトリックス用繊維、複合成形体用基材および複合成形体を、これらの製造方法とともに説明する。
（実施形態１：複合成形体マトリックス用繊維およびその製造方法）
［複合成形体マトリックス用繊維の構成］
本実施形態の複合成形体マトリックス用繊維（以下、「マトリックス用繊維」）は、融点差またはビカット軟化温度差を有する二種類以上の熱可塑性樹脂であって、少なくとも二種類の樹脂が同じ系に属する熱可塑性樹脂の組み合わせからなる、セクション数が３以上の複合繊維である。
セクション数が３以上の複合繊維の複合形態としては、図２に示すとおり、例えば、海島型複合繊維（図２（ａ）、（ｂ））等がある。図２に示す複合形態においては、熱可塑性樹脂Ａが融点またはビカット軟化温度がより高い樹脂であり、熱可塑性樹脂Ｂが融点またはビカット軟化温度がより低い樹脂である。図２（ｂ）に示す複合形態において、樹脂Ａで形成されている島成分の一部または全部の先端（繊維横断面の中心から遠い側の端部）が繊維表面に露出していてもよい。図２（ａ）および（ｂ）に示すような海島型複合繊維において、島成分をより小さくするとともに、その数をより多くすることで、二種類以上の樹脂をより均質に混合させ得ると考えられる。
これらの複合形態において、３以上のセクションはそれぞれ異なる熱可塑性樹脂から形成されていてよい。
あるいは、複合繊維の複合形態は、各セクションがいずれも繊維表面に露出している複合形態であってよい（以下、この複合形態を便宜的に「表面露出複合形態」とも呼ぶ）。この複合形態の例を図１に示す。図示した形態はいずれも、各セクションが二種類の熱可塑性樹脂のいずれか一方（ＡまたはＢ）で構成されている。図示した形態においては、隣り合うセクションが互いに異なる熱可塑性樹脂で構成されているか、あるいは中央から放射状に延びる複数の線条部や花弁部等を有するセクションと当該線条部間または花弁部間を埋めるセクションとから成る。かかる複合形態によれば、マトリックス形成時に繊維が軟化・溶融したときに、各セクションが他のセクションに妨げられることなく「外」に向かって流動でき、セクション数が同じである海島型複合繊維と比較して、樹脂がより均質に混合されると考えられる。
図１（ａ）～（ｈ）はいずれも繊維の長さ方向に垂直な断面（以下、「横断面」）を示す。図１（ａ）および（ｇ）に示す複合形態は、楔形のセクションが菊花状に配置されたものであり、図１（ｈ）は、図１（ａ）および（ｇ）に示す複合形態において中央部が空洞となっているものである。図１（ｂ）に示す複合形態は、縞状にセクションが配置されたものである。図１（ｃ）および（ｄ）に示す複合形態は、一つのセクションが中心から放射状に複数本の棒状部が延び、棒状部と棒状部との間に別のセクションが配置されたものである。図１（ｅ）および（ｆ）に示す複合形態は、図１（ｃ）の変形例ともいえ、放射状に延びる複数の部分を有するセクションと、当該部分の間に別のセクションが配置されたものである。
表面露出複合形態の複合繊維は、一つまたは複数のセクションからなる極細繊維を与え得るものとして、例えば人工皮革およびワイパーにおいて使用されている。これに対し、本実施形態のマトリックス用繊維は、同一の系に属する樹脂を少なくとも二種類以上用いることで、表面露出複合形態である場合でも、セクション間の剥離が生じにくく、極細繊維を生じにくい傾向にある。表面露出複合形態の複合繊維は、極細繊維を生じにくいことで、各セクションが隣接した複合繊維構造由来の溶融挙動と少なくとも二種類の樹脂が同族系であることと相俟って、より均質なマトリックスを与える。そのようなマトリックスを有する複合成形体は、同じ樹脂の組み合わせのマトリックスを複数種類の単一繊維を混合して形成したものと比較して、優れた機械的特性を示す複合成形体を与え得る。
本実施形態のマトリックス用繊維は、融点差またはビカット軟化温度差を有する二種類以上の樹脂を、少なくとも二種類の樹脂が同じ系に属するものとなるように選択して構成される。すなわち、マトリックス用繊維は、同じ系に属する熱可塑性樹脂の組み合わせを用いて、セクション間の剥離等が生じにくいように構成される。ここで、同じ系とは、ポリマーの分類での上位概念での分類で同じポリマー系列に属することを同じ系に属すると称する。例えば、熱可塑性樹脂の「系」は、後述するように、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリアセタール系、ポリスチレン系、および環状ポリオレフィン系に大別されるそれぞれの「系」を指す。本実施形態の複合繊維においては、少なくとも二種類の樹脂を、一つの共通した「系」に属するものから選択する。
マトリックス用繊維を構成する樹脂は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートおよびその共重合体等のポリエステル系樹脂；ポリプロピレン、ポリエチレン（高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等を含む）、ポリブテン－１、プロピレンを主たる成分とするプロピレン共重合体（プロピレン－エチレン共重合体、プロピレン－ブテン－1－エチレン共重合体を含む）、エチレン－アクリル酸共重合体、およびエチレン－酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン系樹脂；ナイロン６、ナイロン１２およびナイロン６６等のポリアミド系樹脂；アクリル系樹脂；ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等のエンジニアリングプラスチックを例示できる。これらのエラストマー等を用いてよく、その場合、当該エラストマーは当該エラストマーの主たるモノマー成分に応じて、上記「系」のいずれかに分類される。マトリックス用繊維は、これらから選択した、融点差またはビカット軟化温度差を有する二種以上の熱可塑性樹脂を用いて構成される。
融点差は、マトリックス用繊維を構成する樹脂がすべて結晶性樹脂である場合に、樹脂の選択の指標の一つとして用いられる。二種以上の結晶性樹脂で構成される繊維において、任意に選択される二つの樹脂の組み合わせのいずれにおいても、樹脂間の繊維融点差は１℃以上であってよく、特に３℃以上であってよく、より特には５℃以上であってよく、さらに特に１０℃以上であってよい。また、繊維融点差の上限は例えば１５０℃であってよく、特に１２０℃、より特に１００℃、さらに特に８０℃であってよい。
マトリックス用繊維を構成する樹脂の少なくとも一つが非晶性樹脂である場合には、ビカット軟化温度差を、結晶性樹脂の融点に代えて用いる。二つの樹脂の組み合わせ（例えば、三種類の樹脂Ａ、Ｂ、Ｃからなる場合には、Ａ－Ｂの組み合わせ、Ａ－Ｃの組み合わせ、およびＢ－Ｃの組み合わせすべて）において、ビカット軟化温度差は１℃以上であってよく、好ましくは３℃以上、特に５℃以上、より特には１０℃以上であってよい。また、ビカット軟化温度差の上限は例えば１２０℃であってよく、特に１００℃、より特には８０℃であってよい。
複合成形体を製造する際には、後述するように複合成形体用基材を加熱して、マトリックス用繊維によりマトリックスを形成する。加熱は、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融するように実施するとよいが、融点もしくはビカット軟化温度が最も高い熱可塑性樹脂の融点もしくはビカット軟化温度を考慮して加工温度を選択してもよい。そのように加熱温度を選択する場合、融点差またはビカット軟化温度差が大きすぎると、融点またはビカット軟化温度が最も低い熱可塑性樹脂に過剰に熱が加わるため、当該樹脂の高分子鎖が切れて低分子化を招き、複合成形体の物性のいずれかが低下することがある。また、融点差またはビカット軟化温度差が大きすぎる場合、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い熱可塑性樹脂が溶融することのみを考慮して加熱温度を選択したときに、融点もしくはビカット軟化温度が最も高い熱可塑性樹脂が溶融せず、複合成形体の物性が十分に得られないことがある。
繊維融点の測定方法およびビカット軟化温度の測定方法は以下のとおりである。
［繊維融点の測定方法］
繊維の示差走査熱量分析法（ＤＳＣ）を行う。各成分の融点は示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ（株）製）を使用し、繊維の量（サンプル量）を３．０ｍｇとして、１０℃／ｍｉｎの昇温スピードで常温から３００℃まで昇温して繊維を融解させ、得られた融解熱量曲線から求めた。
［ビカット軟化温度の測定方法］
ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に記載の方法で測定する。ビカット軟化温度については繊維化する前の樹脂について測定する。試験片は樹脂単体からなり、サイズは、長さ１０ｍｍ、幅１０ｍｍとする。
同じ系の樹脂群から選択される樹脂の組み合わせとしては、例えば、ポリアミド系樹脂の組み合わせが挙げられる。例えば、複合繊維を構成する二種類以上の熱可塑性樹脂を、ポリアミド６（ナイロン６）、ポリアミド６６（ナイロン６６）、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド６１４、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド１０１０、およびポリアミド１０１２等の脂肪族ポリアミド、ならびにポリアミド６Ｔ、ポリアミド６Ｉ、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭ５Ｔ、ポリアミド１０Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミドＭＸＤ１０、ポリアミド６Ｔ／６６、ポリアミド６Ｔ／６Ｉ、ポリアミド６Ｔ／６Ｉ／６６、およびポリアミド６Ｔ／２Ｍ－５Ｔ等の半芳香族ポリアミドから選択してよい。ポリアミド系樹脂の組み合わせにおいて、脂肪族ポリアミド同士の組み合わせは、脂肪族部分の炭素数を除いては樹脂の構造が同じであることから、親和性が高いと考えられる。また、半芳香族ポリアミド同士、または半芳香族ポリアミドと脂肪族ポリアミドの組み合わせにおいても、脂肪族部分において炭素数を除いては構造が同じであることから、樹脂間の親和性が高いと考えられる。そのため、ポリアミド系樹脂の組み合わせによれば、例えば図１（ａ）～（ｈ）のような複合形態においても、セクション間の剥離が生じにくいと考えられる。
特に、脂肪族ポリアミドと半芳香族ポリアミドの組み合わせ、具体的には、例えば、ポリアミド６（ナイロン６）／ポリアミドＭＸＤ１０、ポリアミド６（ナイロン６）／ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６６（ナイロン６６）／ポリアミドＭＸＤ１０、ポリアミド６６（ナイロン６６）／ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド６１０／ポリアミドＭＸＤ１０、ポリアミド６１０／ポリアミドＭＸＤ６、ポリアミド１２／ポリアミドＭＸＤ１０、ポリアミド１２／ポリアミドＭＸＤ６、の組み合わせ、より特には、ポリアミド６（ナイロン６）／ポリアミドＭＸＤ１０の組み合わせが、本実施形態において好ましく用いられる。
強化繊維により強化された熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合成形体において、ポリアミド６はマトリックスとして汎用されている樹脂の一つである。したがって、これをマトリックス成分の一つとし、他のポリアミド系樹脂を組み合わせることで、ポリアミド６の特性を生かしつつ、他のポリアミド系樹脂による特性を発現させた、従来にない複合成形体を得ることが可能となる。具体的には、ポリアミド６等の脂肪族ポリアミドの延性がより高く、ポリアミドＭＸＤ１０等の半芳香族ポリアミドはより高い弾性率を有するため、この組み合わせは、ポリアミドＭＸＤ１０に起因する高い弾性率と、ポリアミド６が有する延性に起因して、高い剛性（曲げ弾性率及び曲げ強さ）を有する複合成形体を与え得る。
同じ系の樹脂群から選択される樹脂の組み合わせの別の例として、ポリオレフィン系としては、ポリプロピレン／変性ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレン、変性ポリプロピレン／ポリエチレン、ポリプロピレン／ポリメチルペンテン、変性ポリプロピレン／ポリメチルペンテン、ポリメチルペンテン／ポリエチレン等、ポリエステル系としては、ポリエチレンテレフタレート／ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート／ポリトリメチレンテレフタレート／、ポリブチレンテレフタレート／ポリトリメチレンテレフタレート等、ポリスチレン系としては、ホモポリスチレン／ハイインパクトポリスチレン、ホモポリスチレン／アイソタクチックポリスチレン、ホモポリスチレン／アタクチックポリスチレン、ホモポリスチレン／アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン、ハイインパクトポリスチレン／アイソタクチックポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン／アタクチックポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン／アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン、ハイインパクトポリスチレン／シンジオタクチックポリスチレン、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン／シンジオタクチックポリスチレン等（いずれも高融点樹脂／低融点樹脂の組み合わせ）が挙げられる。
三以上の樹脂を選択して複合繊維を形成する場合、同じ系の樹脂群から選択される樹脂を少なくとも二種類含む限りにおいて、他の樹脂は異なる系の樹脂群から選択されてよい。例えば、三種類の樹脂Ａ、ＢおよびＣの組み合わせにおいて、すべての樹脂を同じ系から選択してよく、あるいは樹脂Ａをポリオレフィン系樹脂から選択し、樹脂ＢおよびＣをポリアミド系樹脂から選択してよい。複合繊維の質量を１００質量％としたときに、異なる系の樹脂群から選択される他の樹脂は、同じ系の樹脂群から選択される樹脂の特性を損なわない範囲で含まれていてよく、例えば、２０質量％以下であってよく、１０質量％以下であってよく、５質量％以下であってよい。
本実施形態において、一または複数の樹脂に相溶化剤を混合してよい。相溶化剤によって、樹脂同士の親和性および／または強化繊維とマトリックスとの親和性をより高めることができ、上記の複合形態で紡糸された繊維の割繊率をより小さくし得ることがある。同じ系の樹脂群から選択される樹脂の組み合わせであっても、繊維の複合形態および紡糸条件等によってはセクション間で剥離が生じやすくなることがある。その場合は、後述する相溶化剤を、少なくとも一つの樹脂に添加して、剥離を抑制することが好ましい。
相溶化剤を用いる場合、相溶化剤は、反応型相溶化剤でも非反応型相溶化剤でもよいが、特に反応型相溶化剤であることが好ましい。反応型相溶化剤は、例えば、ポリオレフィン（例えばポリプロピレン）に極性基（例えばマレイン酸）を導入した接着樹脂（例えば、三菱ケミカル（株）製のモディックＰ９０８（商品名）、三洋化成工業（株）製のユーメックス１００１、ユーメックス１０１０（商品名）、理研ビタミン（株）製のリケエイドＭＧ４００Ｐ（商品名））、およびエチレン-メタクリル酸共重合体の分子間を金属イオンで架橋したアイオノマー樹脂（例えば、三井・ダウ ポリケミカル（株）製のハイミラン（１７０２）：Ｚｎ（商品名））等である。非反応型相溶化剤は、例えば、水添スチレン系熱可塑性エラストマーの末端をアミン変性させた接着性樹脂（例えば、旭化成（株）製のタフテックＭＰ１０（商品名））、スチレン－ブタジエンランダム共重合体の水素添加スチレン系熱可塑性エラストマー（例えば、ＪＳＲ（株）製のダイナロン（商品名）、クラレ（株）製のセプトン（商品名））等である。本実施形態で用いる相溶化剤はこれらに限定されず、他の相溶化剤であってよい。
例えば、オレフィン系の樹脂の組み合わせでマトリックス用繊維を構成する場合、相溶化剤を少なくとも一つの樹脂に添加することで最終的に得られる複合成形体の曲げ物性および耐衝撃性がともに向上する傾向にある。これは、例えば、（無水）マレイン酸等の極性基が共重合またはグラフト重合等により導入されたオレフィン系樹脂を無極性のポリオレフィン系樹脂（例えば、ポリプロピレン）に添加することで、オレフィン系樹脂と炭素繊維との接着性が向上することによると考えられる。また、極性基が導入されたオレフィン系樹脂である相溶化剤を、二種以上のオレフィン系樹脂に添加することで、極性基同士が相互に作用して、オレフィン系樹脂同士の親和性が高まり、その結果、樹脂（セクション）間の界面剥離が生じにくくなると考えられる。
熱可塑性樹脂の選択に際しては、加熱下での流動性も考慮され得る。熱可塑性樹脂の流動性に差がある場合、複合成形体を製造する際の加熱および加圧処理の間、流動性の高い樹脂が先に流動し、それから流動性の低い樹脂が流動すると考えられる。二種類以上の樹脂の流動のタイミングをずらすことで、強化繊維間の空隙をより充填できる（即ち、複合成形体の密度をより高くし得る）ので、必要に応じて流動性に差のある樹脂を選択してマトリックス用繊維を構成してよい。
相溶化剤、特に反応型相溶化剤は、熱可塑性樹脂（含む場合には相溶化剤以外の添加剤）と反応型相溶化剤とを合わせた質量を１００質量％としたときに、相溶化剤の割合が、例えば１質量％以上３０質量％以下、特に３質量％以上２０質量％以下、より特には５質量％以上１５質量％以下となるように混合してよい。相溶化剤の割合がこの範囲内にあると、熱可塑性樹脂の特性がマトリックスにて発現することを阻害することなく、樹脂同士の親和性を高めることが容易となる傾向にある。
マトリックス用繊維を二種類の同じ系の熱可塑性樹脂で構成する場合、高融点樹脂と低融点樹脂の複合比（体積比、高融点／低融点）は、例えば２０／８０～８０／２０であってよく、特に２５／７５～７５／２５、より特には２８／７２～７２／２８であってよい。複合比がこの範囲内にあると、上記複合形態のマトリックス用繊維を良好に紡糸することができる。あるいは、マトリックス用繊維の複合比（高融点／低融点）は、２０／８０～５０／５０であってよく、特に２５／７５～４５／５５、より特には２８／７２～４０／６０であってよい。低融点樹脂の比を５０以上とすることで、低融点樹脂がマトリックスの主たる成分（ベース）となり、複合成形体の成形性がより良好となる傾向にある。
高融点／低融点の組み合わせがポリアミド６（ナイロン６）／ポリアミドＭＸＤ１０である場合には、マトリックス用繊維および複合成形体の軽量化および費用の観点から、上記範囲内の複合比が特に好ましく選択される。なお、ポリアミド６の割合が増えると、他のポリアミド系樹脂を組み合わせることによる特性の向上が認められないことがあるため、その点においても上記範囲の複合比が好ましく選択される。
表面露出複合形態のマトリックス用繊維において、セクションの数は３以上であり、例えば、４以上３２以下であってよく、特に６以上２４以下であってよく、より特には８以上２０以下であってよい。
図２（ａ）および（ｂ）に示すような海島型複合形態のマトリックス用繊維において、島成分の数は２以上であってよく、特に３以上、より特には４以上であってよい。島成分の数の上限は、２００であってよく、特に１５０であってよく、より特には１００であってよく、あるいは５０であってよく、または３０であってよく、もしくは２０であってよい。島成分の数が上記範囲内であると、複数の樹脂がより均一に又はより均質に混合されて、複数の樹脂が均質に一体化されたマトリックスが形成される傾向にある。
マトリックス用繊維の繊度は、例えば、０．５ｄｔｅｘ～２５ｄｔｅｘであってよく、特に１．２ｄｔｅｘ～１５ｄｔｅｘであってよく、より特には１．５ｄｔｅｘ～１０ｄｔｅｘであってよく、さらに好ましくは２．０ｄｔｅｘ～８．０ｄｔｅｘであってよく、最も好ましくは２．２ｄｔｅｘ～６．０ｄｔｅｘであってよい。い。マトリックス用繊維の繊度が上述の範囲内にあると、強化繊維とともに複合成形体用不織布を製造することが容易となる傾向にある。また、マトリックス用繊維の繊度が小さすぎると、紡糸性が悪く、生産性が低下し、マトリックス用繊維の繊度が大きすぎると、複合成形体において空隙が発生することがある。
表面露出複合形態のマトリックス用繊維は、各セクションが分離して一本の繊維になったと仮定したときに、各セクションが、例えば繊度１．０ｄｔｅｘ以下、好ましくは０．６ｄｔｅｘ以下、より好ましくは繊度０．５ｄｔｅｘ以下の繊維となり得るような繊度を有していてよい。図１（ｃ）ないし（ｆ）で示されるような繊維については中央部セクションの放射状部の間に位置するセクションが前記範囲の繊度を有してよい。各セクションが一本の繊維になったと仮定したときに、各セクションにより構成され得る繊維の繊度の下限は、例えば、０．０１ｄｔｅｘ、特に０．００６ｄｔｅｘである。一つのセクションが上記範囲内の繊度の繊維を与えるものであると、各々の成分が細かく分離した状態で溶融するため、樹脂の系が同じであることに起因する高い親和性と相俟って、より均一なマトリックスの形成が可能となる。したがって、表面露出複合形態のマトリックス用繊維の繊度は、セクションの数をも考慮して適宜選択してよい。
マトリックス用繊維は、連続繊維でも不連続繊維であってもよく、これを用いて作製する基材の形態によって適宜選択するとよい。例えば、カードウェブを作製して不織布を作製する場合、マトリックス用繊維は不連続繊維が好ましく、その繊維長は、好ましくは２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは２６ｍｍ以上７５ｍｍ以下、特に好ましくは３０ｍｍ以上６５ｍｍ以下である。湿式抄紙ウェブを作製して不織布を作製する場合、マトリックス用繊維は不連続繊維が好ましく、その繊維長は、好ましくは２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上１５ｍｍ以下、特に好ましくは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。エアレイドウェブを作製して不織布を作製する場合、マトリックス用繊維は不連続繊維が好ましく、その繊維長は、好ましくは２ｍｍ以上１００ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上９０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以上８５ｍｍ以下、最も好ましくは８ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。空気搬送によりシート化する場合は、好ましくは３ｍｍ以上２５ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
［複合成形体マトリックス用繊維の製造方法］
マトリックス用繊維は、複合形態に応じて、適切な複合紡糸ノズルを用いて、常套の溶融紡糸機を用いて、複合紡糸する方法で製造してよい。紡糸温度（ノズル温度）は、使用する樹脂に応じて選択される。
具体的には、溶融紡糸機に所定の繊維断面を得る複合ノズルを装着し、例えば図１（ａ）ないし（ｈ）または図２（ａ）ないし（ｂ）に示すような繊維断面を有するように、紡糸温度２００℃以上３６０℃以下で、複数の樹脂を押し出して溶融紡糸し、紡糸フィラメント（未延伸繊維束）を得ることができる。
紡糸フィラメント（未延伸繊維束）の繊度は、１ｄｔｅｘ以上３０ｄｔｅｘ以下の範囲内であってよい。紡糸フィラメントの繊度が１ｄｔｅｘ以上３０ｄｔｅｘ以下の場合、紡糸がより容易となる。紡糸フィラメントの繊度は、１．２dtex以上２５ｄｔｅｘ以下であることが好ましく、１．５ｄｔｅｘ以上２０ｄｔｅｘ以下であることがより好ましく、２．０ｄｔｅｘ以上１５ｄｔｅｘ以下であることがさらに好ましい。これらの紡糸フィラメントの繊度範囲は、例えば湿式不織布を作製する際の分散性をより向上させるうえで好ましい。
次いで、紡糸フィラメントを公知の延伸処理機を用いて延伸処理して、延伸フィラメントを得る。延伸処理は、用いる樹脂の種類に応じて、湿式延伸または乾式延伸で実施してよい。
前記延伸倍率は、１．１倍以上１０倍以下の延伸倍率とすることが好ましい。前記延伸倍率にて延伸工程を行うことで、未延伸の繊維を十分に延伸することができ、得られるマトリックス用繊維が不織布を構成する繊維として十分な単繊維強度を有するようになるだけでなく、結晶配向性が進むことによる繊維融点の影響を抑えることができる。延伸倍率は１．２倍以上８倍以下であることが好ましく、１．５倍以上６倍以下であることがより好ましく、２倍以上５．５倍以下であることが特に好ましい。
得られた延伸フィラメントに、必要に応じて所定量の繊維処理剤が付着させられ、さらに必要に応じてクリンパー（捲縮付与装置）で機械捲縮が与えられる。繊維処理剤は、例えば、不織布製造中に発生する静電気の発生を抑え、カード通過性を向上させるために付着させられ、あるいは湿式不織布を製造する際に、繊維を水等に分散させることを容易にするために付着させられる。
繊維処理剤付与後の（又は繊維処理剤が付与されていないがウェットな状態にある）フィラメントに８０℃以上１２０℃以下の範囲内にある温度で、数秒～約３０分間、乾燥処理を施し、繊維を乾燥させる。乾燥処理は場合により省略してよい。その後、フィラメントは、所望の繊維長となるように切断される。
（実施形態２：複合成形体用基材およびその製造方法）
次に実施形態２として、実施形態１のマトリックス用繊維を用いた複合成形体用基材およびその製造方法を説明する。
本実施形態の基材は、強化繊維と実施形態１のマトリックス用繊維を含み、基材において強化繊維及びマトリックス用繊維はそれぞれ、連続繊維または不連続繊維の形態で存在する。基材は、例えば、シート状物、板状物、複合糸、または所定の形状に成形された三次元的な構造体として提供される。シート状物は、例えば、抄紙、織物、編物、網状物、ネット、マットもしくは不織布、またはそれらの組み合わせであってよい。また、前記シート状物は積層体の形態であってよく、その場合、積層するシートの形態は同じであってよく、互いに異なっていてよい。
［複合成形体用不織布］
本実施形態の基材は、複合成形体用不織布（以下、単に「不織布」ということがある）であってよく、その場合、基材は強化繊維と実施形態１のマトリックス用繊維とを含む。
強化繊維は、複合成形体の強化繊維として一般に用いられているものであれば特に限定されず、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、または炭素繊維等、高い強度を有する繊維であってよい。繊維自体の強度が高いと、複合成形体の強度を高くすることができるので、強度が重視される用途で用いる複合成形体において好ましく用いられる。特に炭素繊維は軽く、ガラス繊維やアラミド繊維と比べて比強度および比弾性率が優れるため、軽量であることが望まれる複合成形体の強化繊維として用いるのに適している。
強化繊維の繊度は、例えば０．１ｄｔｅｘ以上２０ｄｔｅｘ以下、特に０．２ｄｔｅｘ以上１０ｄｔｅｘ以下、より特には０．３ｄｔｅｘ以上５ｄｔｅｘ以下としてよい。あるいは、強化繊維の繊維直径は、例えば１μｍ以上４０μｍ以下、特に２μｍ以上２０μｍ以下、より特には３μｍ以上１５μｍ以下としてよい。強化繊維が炭素繊維である場合、好ましい繊維直径は３μｍ以上１０μｍ以下である。
強化繊維は、その繊維長が長いほど、良好な補強効果を発揮する。したがって、強化繊維の繊維長が短すぎると（例えば、１mm未満であると）、十分な補強効果を得られにくい。特に繊維長が１mm未満の繊維は粉体状であるため、これを用いて作製した不織布においては強化繊維が脱落する等の不都合が生じることがある。
強化繊維の繊維長は、作製する不織布の形態によって適宜選択する。例えば、カードウェブを作製して不織布を作製する場合、強化繊維の繊維長は、好ましくは２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下、より好ましくは２５ｍｍ以上５２ｍｍ以下である。湿式抄紙ウェブを作製して不織布を作製する場合、強化繊維の繊維長は、好ましくは３ｍｍ以上２５ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。エアレイドウェブを作製して不織布を作製する場合、強化繊維の繊維長は、カード機を併用してシート化する場合は、好ましくは２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下、より好ましくは２５ｍｍ以上５２ｍｍ以下である。空気搬送によりシート化する場合は、好ましくは３ｍｍ以上２５ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
強化繊維は、不織布を構成する繊維全体の体積を１００％としたときに、強化繊維の割合が、例えば２０体積％以上６０体積％以下となるように混合してよい。強化繊維の割合は、特に２５体積％以上５５体積％以下としてよい。特に、強化繊維が炭素繊維の場合は、不織布を構成する繊維全体の体積を１００％としたときに、炭素繊維の割合が、例えば２０体積％以上５０体積％以下となるように混合してよい。炭素繊維の割合は、特に２５体積％以上４０体積％以下としてよい。不織布における強化繊維以外の繊維（残部）は実施形態１として説明したマトリックス用繊維としてよく、あるいは実施形態１で説明したマトリックス用繊維に加えて、他のマトリックス用繊維または他の繊維等であってよい。他のマトリックス用繊維または他の繊維等は、熱可塑性樹脂のみで構成されていることが好ましい。他のマトリックス用繊維等を含む場合でも、実施形態１で説明したマトリックス用繊維の割合は、好ましくは４０体積％以上であり、より好ましくは５０体積％以上、さらにより好ましくは６０体積％以上である。他のマトリックス用繊維等を含む場合、その割合は好ましくは３０体積％以下であり、より好ましくは２０体積％以下である。実施形態１のマトリックス用繊維の割合が小さい場合には、この不織布を用いて製造される複合成形体において、当該マトリックス用繊維を用いることによる効果を得られないことがある。
不織布の目付は、得ようとする複合成形体の厚さ等に応じて、例えば１０ｇ／ｍ２以上１２０００ｇ／ｍ２以下としてよく、特に５００ｇ／ｍ２以上３６００ｇ／ｍ２以下としてよい。
複合成形体は、例えば１０００ｇ／ｍ２以上の目付を有するものとして提供されることがある。そのような複合成形体を得るために不織布を複数枚積層する場合には、不織布の目付が小さいと多数の不織布を積層する必要等があり、複合積層体の製造が煩雑となることがある。一方、不織布の目付を大きくすると、繊維密度および繊維の混合状態にムラが生じることがあり、複合成形体の均一性が低下する等の不都合が生じることがある。
不織布においては、マトリックス用繊維の一部により繊維同士が接着していてよく、あるいは繊維同士は接着していなくてよい。また、不織布を構成する繊維は、機械的な交絡処理（例えば、ニードルパンチ処理、高圧流体流処理）に付されて互いに交絡していてよい。あるいは、不織布は、例えば、湿式抄紙ウェブから作製したものである場合には、機械的な交絡処理に付されず、抄紙の際に生じる繊維の絡み合い（一般には機械的な交絡処理による絡み合いと比較して緩やかなものである）によって一体化されたものであってよい。機械的な交絡処理を経ることなく製造される不織布は、表面露出複合形態のマトリックス用繊維を用いる場合には、その割繊がより抑制されたものとなり、より機械的特性が向上した複合成形体を与え得る。
不織布には、実施形態１として説明したマトリックス用繊維以外の繊維（以下、「他の繊維」）が含まれていてよい。他の繊維は、例えば、実施形態１で例示した熱可塑性樹脂から構成される単一繊維であってよい。
他の繊維が含まれる場合、当該他の繊維は、不織布を構成する繊維全体の質量を１００質量％としたときに、３０質量％以下の割合で含まれ、特に２０質量％以下、より特には１０質量％以下の割合で含まれる。他の繊維はマトリックス用繊維とともに、複合成形体のマトリックスを構成してよい。例えば、他の繊維がポリアミド６からなる単一繊維であり、マトリックス用繊維がポリアミド６／ポリアミドＭＸＤ１０の組み合わせからなる複合繊維である場合、当該他の繊維はマトリックスを構成し得る。
本実施形態で用いるマトリックス用繊維は、実施の形態１にて説明したとおり各セクション間で剥離が生じにくく、１または複数のセクションからなる極細繊維を発生しにくいものである。したがって、実施の形態１にて説明したマトリックス用繊維を用いた不織布においては、以下の方法で測定される不織布表面における極細繊維の発現割合が２０％以下となり、特に１０％以下となってよく、より特には５％以下となってよく、さらに特に１％以下となってよい。極細繊維の発現割合の下限は、例えば２％であってよく、特に１％であってよく、より特には０．５％であってよい。不織布表面における極細繊維の発現割合が小さいということは、マトリックス用繊維における樹脂同士の親和性が高いということを意味し、複合成形体としたときにはマトリックスにおいて樹脂の界面で剥離が生じにくく、成形体の機械的特性が向上する。
＜不織布表面における極細繊維の発現割合の測定方法＞
（１）基材の表面を、電子顕微鏡で２００倍に拡大して観察し、拡大した表面を撮影する。
（２）撮影した画像に存在する繊維のうち長さが２００μｍ以上である複合成形体マトリックス用繊維と、複合成形体マトリックス用繊維に由来する繊維の本数を数える。そのうち、繊維長さ方向に１５０μｍ以上、繊維径が１／２よりも細く割繊した繊維を極細繊維とする。
（３）下記の式により、極細繊維の発現割合を求める。
極細繊維の発現割合（％）＝（極細繊維の数／複合成形体マトリックス用繊維の数）×１００
あるいはまた、本実施形態の複合成形体用不織布は、以下の方法で測定される、不織布におけるマトリックス用繊維の割繊率が３０％以下、特に２０％以下、より特には１０％以下、さらに特には５％以下である不織布であってよい。割繊率は、さらにより特には１％以下となってよく、最も好ましくは０％である。
＜不織布中のマトリックス用繊維の割繊率の測定方法＞
（１）基材を空間ができるだけ生じないように束ねて、複合成形体マトリックス用繊維の繊維断面を観察できるように切断して断面を露出させる。
（２）断面を電子顕微鏡で４００～６００倍に拡大して観察し、拡大した断面を撮影する。
（３）撮影した画像から、複合成形体マトリックス用繊維に由来する繊維（割繊していない繊維、および割繊している繊維）の中から、割繊している繊維を選ぶ。割繊している繊維のセクション数および割繊していない繊維のセクション数を数える。
割繊していない繊維：まったく割繊していない繊維の断面積の１／２以上の断面積を有する繊維
割繊している繊維：まったく割繊していない繊維の断面積の１／２よりも小さい断面積を有する繊維
（４）下記の式により、割繊率を求める。
割繊率（％）＝［割繊している繊維のセクション数／（割繊している繊維のセクション数＋割繊していない繊維のセクション数）］×１００
上記割繊率もまた、マトリックス用繊維、特に表面露出複合形態の繊維のセクション間の剥離がどの程度生じているかを知る指標となり、割繊率が大きいほど、より多くのマトリックス用繊維においてセクション間での剥離が生じていることとなる。セクション間で剥離がより生じている不織布は、樹脂間の親和性が小さく、これを用いて作製した複合体における機械的物性、特に曲げ特性が低下する傾向にある。
極細繊維の発現割合および割繊率は、基材の形態によっても影響を受ける。例えば、長繊維不織布（例えば、スパンボンド不織布）、メルトブロー不織布、エアレイ不織布、カード法による乾式不織布、および織物のように、積極的に繊維を割繊させる工程に付すことなく製造される繊維製品を基材とすることで、極細繊維の発現割合または割繊率を小さくし得る。
［複合成形体用基材の製造方法］
続いて、複合成形体用基材の製造方法の一例として、複合成形体用不織布の製造方法を説明する。
不織布は、通常の方法で製造することができ、強化繊維とマトリックス用繊維とを用いて繊維ウェブを作製した後、繊維を接着させる及び／または交絡させて一体化させることにより製造される。繊維ウェブの形態は特に限定されず、パラレルウェブ、クロスウェブ、セミランダムウェブおよびランダムウェブ等のカードウェブ、エアレイドウェブ、湿式抄紙ウェブ、メルトブローンウェブ、ならびにスパンボンドウェブ等から選択されるいずれの形態であってもよい。
本実施形態では、繊維配向がランダムで縦横の強度差・伸度差が少ない点から、エアレイドウェブ、クロスウェブまたは湿式抄紙ウェブが好ましく用いられる。
不織布の製造において、繊維ウェブの繊維を一体化させる方法は特に限定されない。例えば、繊維の一体化は、ニードルパンチ法および水流交絡処理法等の機械的交絡法によって行ってよい。ニードルパンチ法によれば、繊維ウェブの目付が大きい場合でも、繊維同士を比較的容易に交絡させ得る。例えば、繊維ウェブをニードルパンチ処理により作製する場合、繊維ウェブの目付が例えば１００ｇ／ｍ２～１２０００ｇ／ｍ２程度である場合には、３６～４２番手の針であって、バーブの数が３～９である針を用いて、針深度を３～２０ｍｍとし、１０～５００本／ｃｍ３の密度で打ち込みをして実施してよい。
あるいは、繊維の一体化は、抄紙ウェブを作製する場合には、抄紙工程および乾燥工程等で生じる繊維同士の絡み合いによるものであってよい。
あるいはまた、マトリックス用繊維を構成する少なくとも一つの成分を溶融し、繊維同士を熱接着させて、繊維を一体化させてよい。その場合、低融点成分のみを融解させることが好ましい。熱接着は、例えば、熱風貫通式熱処理機（エアスルー式熱加工機とも呼ぶ）、熱風吹き付け式熱処理機、赤外線式熱処理機等、または熱ロール加工機等を用いて実施してよい。
不織布を構成する繊維の繊度および繊維長は、繊維ウェブの形態等に応じて選択される。強化繊維およびマトリックス用繊維の繊維長の例示的な範囲は先に説明したとおりである。いずれの繊維ウェブを作製する場合においても、強化繊維の繊維長は、マトリックス用繊維のそれと同じであってよく、あるいは異なっていてもよい。強化繊維およびマトリックス用繊維の例示的な繊度も先に説明したとおりであり、強化繊維の繊度は、マトリックス用繊維のそれと同じであってよく、あるいは異なっていてもよい。
不織布は、二以上の繊維ウェブを積層してなるものであってよい。その場合、一又は複数の繊維ウェブを強化繊維からなるものとし、他の一又は複数の繊維ウェブをマトリックス用繊維からなるものとしてよい。二以上の繊維ウェブは同じ方法で作製されたものであってもよく、あるいは異なる方法で作製されたもの（例えば、カードウェブと湿式抄紙ウェブの組み合わせ）であってもよい。
不織布の目付を大きくするために、二以上の同じ又は異なる繊維ウェブを積層して、繊維を一体化させる処理（例えば、ニードルパンチ等の繊維交絡処理）に付してよい。特に、繊維ウェブを大きな目付で製造することが困難である場合には、大きな目付の不織布は繊維ウェブを積層することで比較的容易に製造できる。あるいはまた、繊維ウェブまたは繊維ウェブから作製した不織布を他の不織布または織物、編物、もしくはフィルムと重ね合わせ、その状態で例えばニードルパンチ等の繊維交絡処理に付して、複合成形体を作製するための繊維シートを作製してよい。
本実施形態の不織布は、強化繊維と、融点またはビカット軟化温度の異なる少なくとも二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、少なくとも二種類の樹脂が同じ系に属する複合繊維とを混合して形成されるものである。複合繊維が同じ系に属する少なくとも二種類の樹脂の親和性が高いことに起因して、本実施形態の不織布は強化繊維と二種類以上の熱可塑性樹脂が均一に混合された形態として提供されやすい。したがって、この構成の不織布で複合成形体を製造したときには、複数の熱可塑性樹脂がより一体的なものとなったマトリックスを形成し、各熱可塑性樹脂がもたらす特性を良好なバランスで得ることが可能となる。
（実施形態３：複合成形体およびその製造方法）
次に実施形態３として、複合成形体およびその製造方法を説明する。
［複合成形体］
本実施形態の複合成形体は、強化繊維と、マトリックスとして融点差またはビカット軟化温度差を有する二種類以上の熱可塑性樹脂とを含み、マトリックスがマトリックス用繊維の溶融により形成されたものである。
強化繊維については実施形態２に関連して、マトリックスを形成する繊維は実施形態１に関連して説明したとおりである。
本実施形態の複合成形体において、複合成形体のＪＩＳ Ｋ ７０７４：１９９８（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）のＡ法（３点曲げによる曲げ試験方法）に準拠して測定される曲げ弾性率は、１０Ｇｐａ以上であることが好ましく、１２ＧＰａ以上であることがより好ましく、１５Ｇｐａ以上であることがさらに好ましく、１８Ｇｐａ以上であることがさらにより好ましく、２０Ｇｐａ以上であることが特に好ましい。曲げ弾性率が上記範囲内にある複合成形体であると、剛性が重視される用途に好ましく用いられる。この曲げ弾性率は、マトリックス用繊維として、例えば、ポリアミド系樹脂から選択される二以上の樹脂を含む複合繊維を用い、強化繊維として、例えば、炭素繊維を用い、両者の割合を前記実施形態２で説明した割合とすることで特に実現可能である。
本実施形態の複合成形体において、複合成形体のＪＩＳ Ｋ ７０７４：１９９８（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）のＡ法（３点曲げによる曲げ試験方法）に準拠して測定される曲げ強さは、１３０ＭＰａ以上であることが好ましく、１７０ＭＰａ以上であることがより好ましく、２００Ｍｐａ以上であることがさらに好ましく、２３０以上であることがさらにより好ましく、２５０Ｍｐａ以上であることが特に好ましく、３００Ｍｐａ以上であることがより特に好ましく、３２０Ｍｐａ以上であることが最も好ましい。曲げ強さが上記範囲内にある複合成形体であると、強度が求められる用途に好ましく用いられる。この曲げ強さは、マトリックス用繊維として、例えば、ポリアミド系樹脂から選択される二以上の樹脂を含む複合繊維を用い、強化繊維として、例えば、炭素繊維を用い、両者の割合を前記実施形態２で説明した割合とすることで特に実現可能である。
上記の好ましい範囲は、複合成形体の一般的な用途等を考慮して例示したものであり、本実施形態の複合成形体の優れた特性は、機械的特性の絶対値のみによって決まるものではない。本実施形態の複合成形体は、同じ系に属する二種類以上の熱可塑性樹脂からなる複合繊維をセクション間の剥離が生じにくいように構成し、これを溶融してマトリックスとすることで、１）前記二種類以上の熱可塑性樹脂のいずれか一種類のみからなる繊維を用いてマトリックスを形成した複合成形体、または２）前記二種類以上の熱可塑性樹脂をそれぞれ単一構造の繊維として混合し、これらを溶融してマトリックスを形成した複合成形体と比較して、向上した機械的特性を有する。すなわち、本実施形態の複合成形体の優れた機械的特性は、そのような比較によって示されるものであってよい。
本実施形態において、複合成形体は、強化繊維を例えば２０体積％以上６０体積％以下の割合、特に２５体積％以上５５体積％以下の割合で含み、熱可塑性樹脂を例えば４０体積％以上８０体積％以下、特に４５体積％以上７５体積％以下含んでよい。特に、強化繊維が炭素繊維の場合は、２０体積％以上５０体積％以下の割合、特に２５体積％以上４０体積％以下の割合で含み、熱可塑性樹脂を５０体積％以上８０体積％以下、特に６０体積％以上７５体積％以下含んでよい。強化繊維の割合が少なすぎると、強化繊維による複合成形体の機械的向上の効果を得ることができないことがあり、強化繊維の割合が多すぎると、複合成形体においてマトリックスの割合が少なくなり、複合成形体を製造する際に、マトリックスが強化繊維間を十分に充填することができず、空隙が増えて複合成形体の密度が小さくなり、機械的特性の低下を招くことがある。
本発明の複合成形体は、例えば、シート状物、板状物、または所定の形状に成形された三次元的な構造体として提供される。
シート状ないしは板状の複合成形体の厚さおよび目付は、その用途等に応じて適宜選択され、特に限定されず、例えば、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚さ、および４００ｇ／ｍ２以上１２０００ｇ／ｍ２以下の目付を有する。熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として含むシート状の複合成形体は、加熱および加圧により、別の形状に成形することが可能なスタンパブルシート（ｓｔａｍｐａｂｌｅ ｓｈｅｅｔ）として提供することができる。スタンパブルシートの成形は、スタンピング成形と呼ばれることもある。
シート状の複合成形体は、実施形態２で説明した不織布から製造されたものであってよい。不織布から複合成形体を製造する場合には、マトリックス用繊維に加わる温度および圧力によっては、マトリックス用繊維を構成するセクションの一部が完全に溶融せず、複合成形体において、マトリックス用繊維を構成する一部のセクションが繊維形状をある程度維持した状態で存在することがある。
マトリックス用繊維が完全に溶融していない複合成形体は、強化繊維間の空隙が熱可塑性樹脂で完全に充填されていないために、マトリックス用繊維が完全に溶融して固化した複合成形体の密度（真密度）と比較して密度が小さくなる。そのような複合成形体は、空隙を有するため、この空隙に起因して高い耐衝撃性を示すものの、他の機械的特性（特に曲げ特性）において劣る傾向にある。そのため、本実施形態の複合成形体は、その真密度の例えば９０％以上、特に９２％以上、より特には９５％以上の密度を有してよい。複合成形体は、真密度で形成されるのが理想であるが、例えば９９．５％以下の密度を有してよい。
複合成形体の真密度は、複合成形体を構成する材料それ自体の密度と、当該材料が複合成形体に占める割合（体積割合）とから算出することができる。具体的には、マトリックス用繊維が樹脂１と樹脂２とからなる場合、真密度は以下の式によって求めることができる。
Figure 2023170235000001
 式中、
Ａ：樹脂１の密度×マトリックス繊維における樹脂１の体積割合
Ｂ：樹脂２の密度×マトリックス繊維における樹脂２の体積割合
例えば、複合成形体が、強化繊維である炭素繊維３０体積％と、マトリックス用繊維であるポリアミド６／ポリアミドＭＸＤ１０の組み合わせからなる、複合比３：７（ポリアミド６：ポリアミドＭＸＤ１０）の複合繊維７０体積％とからなる場合、真密度は１．３２８ｇ／ｃｍ３となる（炭素繊維の密度を１．８０ｇ／ｃｍ３、ポリアミド６の密度を１．１４ｇ／ｃｍ３、ポリアミドＭＸＤ１０の密度を１．１２ｇ／ｃｍ３として計算した値である）。
本実施形態の複合成形体は、所定の形状に加工された三次元的な構造体として提供されてよい。三次元的な構造体は、例えば、実施形態２の不織布を加熱および加圧する際に三次元的に成形したもの、シート状の複合成形体（スタンパブルシート）を三次元的に成形したものであってよい。あるいは、三次元的な構造体は、複合成形体のブロックを切削加工に付して、所定の形状にしたものであってもよい。
［複合成形体の製造方法］
本実施形態の複合成形体は、例えば、実施形態２として説明した不織布を用いて製造することができる。具体的には、本実施形態の複合成形体は、
実施形態２の複合成形体用不織布を準備すること、および
複合成形体用不織布を加熱すること
を含む製造方法であって、
複合成形体用基材の加熱を、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融して融点もしくはビカット軟化温度が最も高い樹脂成分を包摂するように実施し、
複合成形体用不織布を加熱する際にさらに加圧することを含み、
前記加熱および前記加圧を、複合成形体の密度が真密度の９０％以上となるように実施する、
製造方法によって製造することができる。
実施形態２の不織布を用いる場合、得ようとする複合成形体の目付に応じて、不織布を複数枚積層し、積層した不織布に加熱および加圧処理を施してよい。
加熱および加圧処理は、強化繊維と熱可塑性樹脂（マトリックス）とを複合化させる工程ともいえる。複合化に際しては、熱可塑性樹脂を加熱により溶融または軟化させて、強化繊維間の空隙に熱可塑性樹脂を浸透させて、空隙を樹脂で充填する。本実施形態では、加圧処理を同時に実施することにより、熱可塑性樹脂の強化繊維間の空隙への浸透をより促進させて、複合成形体の密度を向上させている。
本実施形態の製造方法では、得られる成形体の密度を、その真密度の好ましくは９０％以上、より好ましくは９２％以上、さらに好ましくは９５％以上となるように、加熱および加圧を実施する。したがって、加熱および加圧は、マトリックス用繊維を構成する熱可塑性樹脂が十分な流動性を有し、かつ流動性を有する熱可塑性樹脂が強化繊維間の空隙に十分に浸透する条件を選択して実施する。
加熱は、二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、溶融した融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融して融点もしくはビカット軟化温度が最も高い樹脂成分を包摂するよう実施してもよい。
前記複合成形体用基材の加熱は、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融し、且つ、前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、融点が最も高い熱可塑性樹脂成分の融点をＴｍ℃としたときに、（Ｔｍ－３０）℃以上（Ｔｍ＋７０）℃以下の温度、または、前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する前記二種類以上の熱可塑性樹脂の少なくとも一つが非晶性樹脂である場合、ビカット軟化温度が最も高い熱可塑性樹脂のビカット軟化温度をＶＳＴ℃としたときに、（ＶＳＴ＋２０）℃以上（ＶＳＴ＋１５０）℃以下の温度で実施することが好ましい。マトリックス用繊維を構成する二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合には、加熱の際の温度は、特に（Ｔｍ－２５）℃以上（Ｔｍ＋６０）℃以下の温度としてよく、より特には（Ｔｍ－２０）℃以上（Ｔｍ＋５０）℃以下の温度としてよく、さらに特には（Ｔｍ－１５）℃以上（Ｔｍ＋４５）℃以下の温度としてよく、さらにより特には（Ｔｍ－１０）℃以上（Ｔｍ＋４０）℃以下の温度としてよく、最も好ましくはＴｍ℃以上（Ｔｍ＋３５）℃以下の温度としてよい。
ここで、結晶性樹脂のみから成るマトリックス用繊維を構成する各樹脂の融点は、マトリックス用繊維とした状態の熱可塑性樹脂の融点（即ち、紡糸後の融点）であり、示差操作熱量分析法（ＤＳＣ）によって測定することができる。具体的には、ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９８７年） プラスチックの転移温度測定方法に基づいて、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ（株）製）を使用し、繊維の量（サンプル量）を３．０ｍｇとして、１０℃／ｍｉｎの昇温スピードで常温から３００℃まで昇温して、繊維を融解させて、得られた融解熱量曲線から求めることができる。複合繊維を融解させて得られる融解熱量曲線は、通常、構成する樹脂の数に応じて複数のピークを有する。当該複数のピークのうち、最も高い温度にて現れるピークからＴｍを求めて加熱温度を設定する。
マトリックス用繊維を構成する樹脂の少なくとも一つが非晶性樹脂である場合、加熱の際の温度は、ビカット軟化温度が最も高い熱可塑性樹脂成分のビカット軟化温度ＶＳＴ℃を基準として、（ＶＳＴ＋２０）℃以上（ＶＳＴ＋１５０）℃以下の温度としてよく、特に（ＶＳＴ＋４０）℃以上（ＶＳＴ＋１４０）℃以下の温度としてよく、より特には（ＶＳＴ＋６０）℃以上（ＶＳＴ＋１３０）℃以下の温度としてよく、さらに好ましくは（ＶＳＴ＋８０）℃以上（ＶＳＴ＋１２０）℃以下の温度としてよい。
非晶性樹脂のビカット軟化温度は、樹脂のみからなる試験片に規定された試験荷重をかけて一定の速度で伝熱媒体を昇温させ、 針状圧子が試験片の表面から１ｍｍ侵入したときの伝熱媒体の温度であり、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に記載の方法で測定することができる。
本実施形態では、複合成形体の密度を高くするために、得られる複合成形体においてマトリックス用繊維そのもの又はこれに由来する繊維（例えば、セクションが分離して生じる極細繊維）の繊維形状が残らないようにすることが好ましい。そのため、加熱温度は、マトリックス用繊維を構成する、最も融点の高い熱可塑性樹脂の融点を基準として設定される。
マトリックス用繊維が、例えば、ポリアミド６／ポリアミドＭＸＤ１０の組み合わせからなる場合、加熱温度は２００℃以上３００℃以下としてよく、特に２００℃以上２８０℃以下、より特には２０５℃以上２７０℃以下としてよく、さらに好ましくは２１０℃以上２６０℃以下としてよく、最も好ましくは２２０℃以上２５５℃以下としてよい。
加圧の際の圧力は、繊維を構成する熱可塑性樹脂の流動性等を考慮して適宜選択され、例えば１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であってよく、特に３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、より特には５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下としてよい。マトリックス用繊維を構成する樹脂の中に流動性の低い樹脂が含まれる場合には、圧力は当該樹脂の流動が十分に促進されるように選択される。
熱可塑性樹脂の流動性に差がある場合、加熱かおよび加圧処理の間、流動性の高い樹脂が先に強化繊維間の空隙を埋めるように流動し、それから流動性の低い樹脂が流動すると考えられる。二種類以上の樹脂の流動のタイミングをずらすことによって、強化繊維間の空隙がより充填され、成形体の密度を真密度により近づけ得るので、必要に応じて流動性に差のある樹脂を選択してマトリックス用繊維を構成してよい。
加圧処理の際、複合成形体用不織布を加熱および加圧した状態とする時間（高圧保持時間）は、用いる強化繊維およびマトリックス用繊維の種類に応じて、例えば１秒以上６００秒以下、特に３０秒以上２４０秒以下、より特には６０秒以上２００秒以下としてよい。複合成形体用不織布を加熱および加圧した状態とする時間を、上記範囲内にすると、真密度に近い複合成形体を得ることができる。
高圧保持時間には加熱温度および圧力のいずれか一方を低下させる時間は含まれない。例えば、所定の加熱温度および所定の圧力にて、加熱および加圧した状態を所定の時間保持した後、圧力はそのままに温度を低下させる場合、温度を低下させている時間は、高圧保持時間に含まれない。
加熱および加圧は、加熱と加圧を同時に実施できる装置、例えば、熱プレス機を用いて実施してよい。あるいはまた、先に加熱処理を施し、熱可塑性樹脂が溶融または軟化状態にある間に、続いて加圧処理を実施してもよい。そのような加熱および加圧も、上記本実施形態の製造方法の概要における「複合成形体用不織布を加熱する際にさらに加圧する」ことに含まれる。
本実施形態によれば、シート状の複合成形体を得ることができ、あるいは加熱処理および／または加圧処理の際に三次元的な形状を付与することによって、三次元的な構造体である複合成形体を得ることができる。シート状の複合成形体（スタンパブルシート）は、さらに熱プレス処理に付することによって、凹凸を有する形状にすることができる。その場合には、シート状の複合成形体を複数積層して熱プレス処理を実施し、より厚い複合成形体を得るようにしてよい。
ここで説明した複合成形体の製造方法は、複合成形体を製造する一形態であり、複合成形体はその形状に応じて他の製造方法で製造してよいことはいうまでもない。例えば、シート状の複合成形体は、マトリックス用繊維と強化繊維からなる繊維シートに、含浸または塗布等により溶融した別の熱可塑性樹脂を適用する方法で製造してもよい。この方法においては、当該別の熱可塑性樹脂の融点ないしはビカット軟化温度が、マトリックス用繊維を構成する熱可塑性樹脂のうち最も融点ないしはビカット軟化温度の高いものよりも高い場合には、当該熱可塑性樹脂を適用するときにマトリックス用繊維を溶融させる。当該別の熱可塑性樹脂の融点ないしはビカット軟化温度が、マトリックス用繊維を構成する熱可塑性樹脂のうち最も融点ないしはビカット軟化温度の高いものよりも低い場合には、当該別の熱可塑性樹脂を適用した後、加熱および加圧処理を実施してマトリックス用繊維を溶融させる。該繊維シートが織物または編物である場合、構成する糸は、マトリックス用繊維と強化繊維とからなる、混紡糸、混撚糸、コアヤーン、およびカバードヤーンのいずれであってもよい。
本実施形態の複合成形体は、機械的特性、特に曲げ物性において優れている。これは、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂が同じ系に属していることによってセクション間の剥離が生じにくい複合繊維を溶融させてマトリックスを形成していることによると考えられる。そのような複合繊維は、樹脂同士の系が同じであって親和性が高いことに起因して、および／または溶融処理の前または処理中にセクション間で剥離が生じにくいことに起因して、一体性の高いマトリックスを与え、各樹脂の特性がバランス良く発揮されて、複合成形体の機械的特性を向上させていると考えられる。
また、本実施形態の複合成形体において、マトリックス用繊維の樹脂の組み合わせがポリアミド系樹脂のものである場合、または少なくとも一つの樹脂が相溶化剤を含む場合、ポリアミド系樹脂または相溶化剤を含む樹脂は強化繊維（特に炭素繊維）との間で良好な密着性を示し、このことも複合成形体の機械的特性を向上させると考えられる。
さらに、複合繊維が表面露出複合形態のものである場合には、各セクションが一般により小さなセクションから成り、当該より小さなセクションが溶融したときに強化繊維間の空隙を効率的に充填して密度を向上させ、もって機械的特性を向上させると考えられる。
（複合成形体の用途）
本実施形態の複合成形体は、宇宙および航空機用資材、船舶用資材、車両（自動車および自転車含む）用資材、スポーツ用品用資材、ＯＡ機器用資材、電子機器用資材、工業資材、タンクおよび容器類の資材、雑貨類用資材、ならびに建設資材として使用することができる。特に、強化繊維として炭素繊維を用いる場合には、その軽量性を活かして航空機の内装材および外装材として好ましく用いられる。
以下の熱可塑性樹脂を準備した。
＜熱可塑性樹脂＞
・ポリアミド６（ナイロン６（Ｎｙ６））：宇部興産（株）製のＳＦ１０１８Ａ（商品名）。融点２３５℃。ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準じて、荷重２１．１８Ｎ（２．１６ｋｇｆ）で測定したときのＭＦＲが１４ｇ／１０ｍｉｎ（２３０℃）。
・ポリアミドＭＸＤ１０：三菱ガス化学（株）製のＬＥＸＴＥＲ（商品名）Ｓ８５０１。融点２１３℃。ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準じて、荷重２１．１８Ｎ（２．１６ｋｇｆ）で測定したときのＭＦＲが１３ｇ／１０ｍｉｎ（２３０℃）。
＜マトリックス用繊維の製造＞
［マトリックス用繊維１の製造］
図１（ｇ）に示すような楔形のセクションが菊花状に配置された断面を有し、セクション数が１６である複合繊維をマトリックス用繊維１として製造した。まず、ポリアミド６と、ポリアミドＭＸＤ１０とをそれぞれ、紡糸温度２９０℃および２８０℃の条件にて、上記複合形態を与える割繊型複合繊維用ノズルを用いて溶融紡糸し、繊度８ｄｔｅｘの紡糸フィラメントを得た。溶融紡糸の際には、各樹脂の吐出量を調整して、複合比が７：３（Ｎｙ６：ＭＸＤ１０）となるようにした。続いて、紡糸フィラメントを、１４０℃にて延伸倍率２．４倍の乾式延伸処理に付して繊度約３．８ｄｔｅｘとした後、繊維処理剤を付与し、６ｍｍの繊維長に切断した。
［マトリックス用繊維２の製造］
ポリアミド６とポリアミドＭＸＤ１０の複合比３：７（Ｎｙ６：ＭＸＤ１０）となるようにしたこと以外は、マトリックス用繊維１の製造における手順及び条件を用いて複合繊維を製造し、６ｍｍの繊維長に切断した。マトリックス用繊維２の繊度は約３．６ｄｔｅｘであった。
［マトリックス用繊維３の製造］
繊維断面において２以上のセクションが観察されない、単一繊維をマトリックス用繊維３として製造した。ポリアミド６を、単一繊維用ノズルを用いて溶融紡糸し、繊度５．０ｄｔｅｘの紡糸フィラメントを得た。続いて、紡糸フィラメントを、９０℃にて延伸倍率１．７倍の湿式延伸処理に付して繊度約３．２ｄｔｅｘとした後、繊維処理剤を付与し、６ｍｍの繊維長に切断した。
［マトリックス用繊維４の製造］
繊維断面において２以上のセクションが観察されない、単一繊維をマトリックス用繊維３として製造した。ポリアミドＭＸＤ１０を、単一繊維用ノズルを用いて溶融紡糸し、繊度４．０ｄｔｅｘの紡糸フィラメントを得た。続いて、紡糸フィラメントを、９０℃にて延伸倍率１．７倍の湿式延伸処理に付して繊度約３．３ｄｔｅｘとした後、繊維処理剤を付与し、６ｍｍの繊維長に切断した。
マトリックス用繊維１ないし４の強度および伸度、ならびに繊維化した後の各成分の融点をそれぞれ表１に示す。
Figure 2023170235000002
繊維の強度および伸度は、ＪＩＳ－Ｌ－１０１５に準じ、引張試験機を用いて、試料のつかみ間隔を２０ｍｍとしたときの繊維切断時の荷重値および伸びを測定し、それぞれ強度および伸度とした
また、繊維化後の各成分の融点は、マトリックス用繊維を構成する二種類以上の熱可塑性樹脂が結晶性樹脂のみから成る場合は、マトリックス用繊維とした状態の熱可塑性樹脂の融点（即ち、紡糸後の融点）であり、示差操作熱量分析法（ＤＳＣ）によって測定することができる。具体的には、ＪＩＳ Ｋ ７１２１（１９８７年） プラスチックの転移温度測定方法に基づいて、示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ（株）製）を使用し、繊維の量（サンプル量）を３．０ｍｇとして、１０℃／ｍｉｎの昇温スピードで常温から３００℃まで昇温して繊維を融解させ、得られた融解熱量曲線から求めた。なお、一つの樹脂に関して複数のピークが出た場合は、第１融解ピークを採用する。
＜実施例１～６、比較例１～５＞
［複合成形体用不織布の製造］
強化繊維として炭素繊維（帝人製、ＨＴ Ｃ１４０Ｘ（商品名））を用意した。炭素繊維の繊度は０．６７ｄｔｅｘ、繊維径約５μｍ、繊維長６ｍｍであった。この炭素繊維の混合割合をそれぞれ表２および表３に示すとおりとして、それぞれ表２および表３に示すマトリックス用繊維と混合した後、湿式抄紙法で目付２００ｇ／ｍ２の湿式不織布を得た。湿式不織布の製造に際しては、繊維同士を機械的な処理で交絡させず、また、交絡繊維同士を接着させなかった。
実施例１～６および比較例１～５の不織布について、不織布表面における極細繊維の発現割合を求めたところ、表２および表３に示すとおりとなった。また、これらの不織布について、マトリックス用繊維の割繊率を測定したところ、表２および表３に示すとおりとなった。
［複合成形体の製造］
複合成形体用不織布を１２枚重ねて、目付が約２４００ｇ／ｍ２の積層体（不織布間は一体化されていない）とし、この積層体に表２および表３に示す温度にて１０MPaの圧力を加えて、加熱加圧処理を実施した。高圧保持時間は１８０秒とした。加熱加圧処理は、平坦な金属板からなる金型を上下に配置したプレス機を用いて実施した。加熱温度は、高圧保持時間中の金型の温度が表３および表４に示す温度となるように、約３分かけて上昇させ、高圧保持時間経過後は約３分後に金型の温度が６０℃～５０℃となるように冷却水を用いて金型を冷却することにより低下させた。加熱温度が６０℃～５０℃となった時点で、金型を開放して複合成形体を取り出した。
得られた各実施例および各比較例の複合成形体の曲げ弾性率、曲げ強さを以下の方法により測定した。測定結果を表２および表３に示す。また、実施例２、比較例３および比較例５の曲げ応力－ひずみ曲線を図３に示し、実施例５、比較例１および比較例４の曲げ応力ひずみ曲線を図４に示す。
＜曲げ弾性率＞
ＪＩＳ Ｋ ７０７４：１９９８（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）のＡ法（３点曲げによる曲げ試験方法）に準拠し、得られた複合成形体から幅１５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試料を作製し、株式会社島津製作所製のオートグラフ（登録商標）ＡＧ－１００ｋＮ ＩＳを使用して、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎにて曲げ弾性率を測定した。サンプルの厚さと、オートグラフの支点間距離は表２および表３に示すとおりである。
＜曲げ強さ＞
ＪＩＳ Ｋ ７０７４：１９９８（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）のＡ法（３点曲げによる曲げ試験方法）に準拠し、得られた複合成形体から幅１５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試料を作製し、株式会社島津製作所製のオートグラフ（登録商標）ＡＧ－１００ｋＮ ＩＳを使用して、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎにて曲げ強さを測定した。サンプルの厚さと、オートグラフの支点間距離は表２および表３に示すとおりである。
＜曲げ応力（所定ひずみ時）＞
ＪＩＳ Ｋ ７０７４：１９９８（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）のＡ法（３点曲げによる曲げ試験方法）に準拠して、得られた複合成形体から幅１５ｍｍ、長さ１００ｍｍの試料を作製し、株式会社島津製作所製のオートグラフ（登録商標）ＡＧ－１００ｋＮ ＩＳを使用して、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎにて曲げ試験を実施した。曲げ試験中、所定の曲げひずみ時（０．２５％～２％の間で０．２５％刻み）における曲げ応力を測定した。
Figure 2023170235000003
Figure 2023170235000004
実施例１～６の複合成形体はいずれも、高い曲げ物性を示し、同じマトリックス用繊維を用いた実施例間の比較において加熱温度が２３０℃であるものが最も優れた曲げ物性を示した。さらに、実施例２および５と比較例４および５との比較によれば、加熱温度が同じである場合、複合繊維を用いることで、二種類の単一繊維を複合繊維の複合比と同じとなるように混合したものよりも、優れた曲げ物性が得られることが分かった。
ポリアミド６がマトリックス用繊維全体の半分以上を占め、加熱温度が２３０℃である実施例２、比較例３、比較例５を比較すると、菊花の複合形態の複合繊維を用いた実施例２は、１．２５％から２．０％曲げひずみにて、より大きい曲げ応力を示した。これは、実施例２では、ＭＸＤ１０がポリアミド６を補強していること（比較例４との比較）、および複合繊維の一成分としてのＭＸＤ１０が単一繊維を混合した場合と比較して、マトリックス中でより微分散していること（比較例５との比較）により、ポリアミド６が有する延性を維持しながら、複合成形体中に微分散して混合されたと推定されるＭＸＤ１０の効果で剛性が高まったと考えられる。
ＭＸＤ１０がマトリックス用繊維全体の半分以上を占め、加熱温度が２３０℃である実施例５、比較例１、比較例４を比較すると、菊花の複合形態の複合繊維を用いた実施例５は、曲げ弾性率（曲げ荷重-たわみ曲線の直線部の初期勾配より算出）と曲げ強力（最大）よりも、０．５％から２．０％曲げひずみでの曲げ応力が大きくなっている。これは、加熱時にポリアミド６が微分散してアロイ状に混合されたと推定されるマトリックスを形成し、ポリアミド６の曲げに対する剛性がより発揮されたことによると考えられる。
本実施形態には以下の態様が含まれる。
（態様１）
強化繊維と、マトリックスとして二種類以上の熱可塑性樹脂とを含む複合成形体であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属しており、
前記マトリックスが複数のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものであり、
前記マトリックスが、繊維の横断面において３以上のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものである、
複合成形体。
（態様２）
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下である、
態様１の複合成形体。
（態様３）
前記複合繊維が、セクション数が３以上の複合繊維であって、各セクションが繊維表面に露出している複合繊維である、態様１または２の複合成形体。
（態様４）
前記複合繊維を構成する各セクションがいずれも、ポリアミド系の熱可塑性樹脂を含む、態様１または２の複合成形体。
（態様５）
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも一種類が脂肪族ポリアミドであり、少なくとも一種類が半芳香族ポリアミドである、態様１～４のいずれかの複合成形体。
（態様６）
前記強化繊維が炭素繊維である、態様１～５のいずれかの複合成形体。
（態様７）
強化繊維と、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、３以上のセクションを含む複合成形体マトリックス用繊維とを含む、複合成形体用基材であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属している、
複合成形体用基材。
（態様８）
前記複合成形体用基材の表面において、前記複合成形体マトリックス用繊維に由来する極細繊維の発現割合が２０％以下である、および／または前記基材において、前記複合成形体マトリックス用繊維の割繊率が３０％以下である、態様７の複合成形体用基材。
［極細繊維の発現割合の測定方法］
（１）基材の表面を、電子顕微鏡で拡大して観察し、拡大した表面を撮影する。
（２）撮影した画像に存在する繊維のうち長さが２００μｍ以上である複合成形体マトリックス用繊維と、複合成形体マトリックス用繊維に由来する繊維の本数を数える。そのうち、繊維長さ方向に１５０μｍ以上、繊維径が１／２よりも細く割繊した繊維を極細繊維とする。
（３）下記の式により、極細繊維の発現割合を求める。
極細繊維の発現割合（％）＝（極細繊維の数／複合成形体マトリックス用繊維の数）×１００
［割繊率の測定方法］
（１）基材を空間ができるだけ生じないように束ねて、複合成形体マトリックス用繊維の繊維断面を観察できるように切断して断面を露出させる。
（２）断面を電子顕微鏡で４００～６００倍に拡大して観察し、拡大した断面を撮影する。
（３）撮影した画像から、複合成形体マトリックス用繊維に由来する繊維（割繊していない繊維、および割繊している繊維）の中から、割繊している繊維を選ぶ。割繊している繊維のセクション数および割繊していない繊維のセクション数を数える。
割繊していない繊維：まったく割繊していない繊維の断面積の１／２以上の断面積を有する繊維
割繊している繊維：まったく割繊していない繊維の断面積の１／２よりも小さい断面積を有する繊維
（４）下記の式により、割繊率を求める。
割繊率（％）＝［割繊している繊維のセクション数／（割繊している繊維のセクション数＋割繊していない繊維のセクション数）］×１００
（態様９）
前記強化繊維の割合が２０体積％以上６０体積％以下であり、前記複合成形体マトリックス用繊維の割合が４０体積％以上８０体積％以下である、請求項７または８に記載の複合成形体用基材。
（態様１０）
前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する各セクションがいずれも、ポリアミド系の熱可塑性樹脂を含む、態様７～９のいずれかの複合成形体用基材。
（態様１１）
前記強化繊維が炭素繊維である、態様７～１０のいずれかの複合成形体用基材。
（態様１２）
前記複合成形体用基材が不織布である、態様７～１１のいずれかの複合成形体用基材。
（態様１３）
強化繊維と、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、３以上のセクションを含む複合成形体マトリックス用繊維とを含む、複合成形体用基材であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属している、
複合成形体用基材を準備すること、および
前記複合成形体用基材を加熱すること
を含み、
前記複合成形体用基材の加熱を、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融するように実施し、
前記複合成形体用基材を加熱する際にさらに加圧することを含み、
前記加熱および前記加圧を、複合成形体の密度が真密度の９０％以上となるように実施する、
複合成形体の製造方法。
（態様１４）
前記複合成形体用基材において、前記強化繊維の割合が２０体積％以上６０体積％以下であり、前記複合成形体マトリックス用繊維の割合が４０体積％以上８０体積％以下である、態様１３の複合成形体の製造方法。
（態様１５）
前記複合成形体用基材の加熱を、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融し、且つ、
前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、融点が最も高い熱可塑性樹脂成分の融点をＴｍ℃としたときに、（Ｔｍ－３０）℃以上（Ｔｍ＋７０）℃以下の温度、または、
前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する前記二種類以上の熱可塑性樹脂の少なくとも一つが非晶性樹脂である場合、ビカット軟化温度が最も高い熱可塑性樹脂のビカット軟化温度をＶＳＴ℃としたときに、（ＶＳＴ＋２０）℃以上（ＶＳＴ＋１５０）℃以下の温度で実施する、
態様１３または１４の複合成形体の製造方法。
（態様１６）
二種類以上の熱可塑性樹脂からなる、セクション数が３以上の複合繊維であって、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂が同じ系に属している、
複合成形体マトリックス用繊維。
（態様１７）
前記複合繊維の各セクションがいずれも繊維表面に露出している、態様１６の複合成形体マトリックス用繊維。
（態様１８）
前記複合繊維を構成する各セクションがいずれも、ポリアミド系の熱可塑性樹脂を含む、態様１６または１７の複合成形体マトリックス用繊維。
本開示の複合成形体は、そのマトリックスが特定の複合繊維を用いて形成されているため、マトリックスが熱可塑性樹脂からなるものとしては、密度が高く、優れた機械的特性を有する。この複合成形体は、宇宙および航空機用資材、船舶用資材、車両（自動車および自転車含む）用資材、スポーツ用品用資材、ＯＡ機器用資材、電子機器用資材、工業資材、タンクおよび容器類の資材、雑貨類用資材、ならびに建設資材として有用である。

Claims (18)

  1. 強化繊維と、マトリックスとして二種類以上の熱可塑性樹脂とを含む複合成形体であって、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属しており、
    前記マトリックスが複数のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものであり、
    前記マトリックスが、繊維の横断面において３以上のセクションを含む複合繊維が溶融して形成されたものである、
    複合成形体。
  2. 前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下である、
    請求項１に記載の複合成形体。
  3. 前記複合繊維が、セクション数が３以上の複合繊維であって、各セクションが繊維表面に露出している複合繊維である、請求項１に記載の複合成形体。
  4. 前記複合繊維を構成する各セクションがいずれも、ポリアミド系の熱可塑性樹脂を含む、請求項１に記載の複合成形体。
  5. 前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも一種類が脂肪族ポリアミドであり、少なくとも一種類が半芳香族ポリアミドである、請求項１に記載の複合成形体。
  6. 前記強化繊維が炭素繊維である、請求項１～５のいずれか１項に記載の複合成形体。
  7. 強化繊維と、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、３以上のセクションを含む複合成形体マトリックス用繊維とを含む、複合成形体用基材であって、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属している、
    複合成形体用基材。
  8. 前記複合成形体用基材の表面において、前記複合成形体マトリックス用繊維に由来する極細繊維の発現割合が２０％以下である、および／または前記基材において、前記複合成形体マトリックス用繊維の割繊率が３０％以下である、請求項７に記載の複合成形体用基材。
    ［極細繊維の発現割合の測定方法］
    （１）基材の表面を、電子顕微鏡で拡大して観察し、拡大した表面を撮影する。
    （２）撮影した画像に存在する繊維のうち長さが２００μｍ以上である複合成形体マトリックス用繊維と、複合成形体マトリックス用繊維に由来する繊維の本数を数える。そのうち、繊維長さ方向に１５０μｍ以上、繊維径が１／２よりも細く割繊した繊維を極細繊維とする。
    （３）下記の式により、極細繊維の発現割合を求める。
    極細繊維の発現割合（％）＝（極細繊維の数／複合成形体マトリックス用繊維の数）×１００
    ［割繊率の測定方法］
    （１）基材を空間ができるだけ生じないように束ねて、複合成形体マトリックス用繊維の繊維断面を観察できるように切断して断面を露出させる。
    （２）断面を電子顕微鏡で４００～６００倍に拡大して観察し、拡大した断面を撮影する。
    （３）撮影した画像から、複合成形体マトリックス用繊維に由来する繊維（割繊していない繊維、および割繊している繊維）の中から、割繊している繊維を選ぶ。割繊している繊維のセクション数および割繊していない繊維のセクション数を数える。
    割繊していない繊維：まったく割繊していない繊維の断面積の１／２以上の断面積を有する繊維
    割繊している繊維：まったく割繊していない繊維の断面積の１／２よりも小さい断面積を有する繊維
    （４）下記の式により、割繊率を求める。
    割繊率（％）＝［割繊している繊維のセクション数／（割繊している繊維のセクション数＋割繊していない繊維のセクション数）］×１００
  9. 前記強化繊維の割合が２０体積％以上６０体積％以下であり、前記複合成形体マトリックス用繊維の割合が４０体積％以上８０体積％以下である、請求項７または８に記載の複合成形体用基材。
  10. 前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する各セクションがいずれも、ポリアミド系の熱可塑性樹脂を含む、請求項７または８に記載の複合成形体用基材。
  11. 前記強化繊維が炭素繊維である、請求項７または８に記載の複合成形体用基材。
  12. 前記複合成形体用基材が不織布である、請求項７または８に記載の複合成形体用基材。
  13. 強化繊維と、二種類以上の熱可塑性樹脂からなり、３以上のセクションを含む複合成形体マトリックス用繊維とを含む、複合成形体用基材であって、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂は同じ系に属している、
    複合成形体用基材を準備すること、および
    前記複合成形体用基材を加熱すること
    を含み、
    前記複合成形体用基材の加熱を、前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融するように実施し、
    前記複合成形体用基材を加熱する際にさらに加圧することを含み、
    前記加熱および前記加圧を、複合成形体の密度が真密度の９０％以上となるように実施する、
    複合成形体の製造方法。
  14. 前記複合成形体用基材において、前記強化繊維の割合が２０体積％以上６０体積％以下であり、前記複合成形体マトリックス用繊維の割合が４０体積％以上８０体積％以下である、請求項１３に記載の複合成形体の製造方法。
  15. 前記複合成形体用基材の加熱を、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、融点もしくはビカット軟化温度が最も低い樹脂が溶融し、且つ、
    前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、融点が最も高い熱可塑性樹脂成分の融点をＴｍ℃としたときに、（Ｔｍ－３０）℃以上（Ｔｍ＋７０）℃以下の温度、または、
    前記複合成形体マトリックス用繊維を構成する前記二種類以上の熱可塑性樹脂の少なくとも一つが非晶性樹脂である場合、ビカット軟化温度が最も高い熱可塑性樹脂のビカット軟化温度をＶＳＴ℃としたときに、（ＶＳＴ＋２０）℃以上（ＶＳＴ＋１５０）℃以下の温度で実施する、
    請求項１３または１４に記載の複合成形体の製造方法。
  16. 二種類以上の熱可塑性樹脂からなる、セクション数が３以上の複合繊維であって、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂がすべて結晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７１２１に基づき測定される融点差が１℃以上１５０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち少なくとも一種類が非晶性樹脂である場合、二種類の熱可塑性樹脂の組み合わせにおいて、ＪＩＳ Ｋ ７２０６ Ｂ５０法に基づき測定されるビカット軟化温度差が１℃以上１２０℃以下であり、
    前記二種類以上の熱可塑性樹脂のうち、少なくとも二種類の熱可塑性樹脂が同じ系に属している、
    複合成形体マトリックス用繊維。
  17. 前記複合繊維の各セクションがいずれも繊維表面に露出している、請求項１６に記載の複合成形体マトリックス用繊維。
  18. 前記複合繊維を構成する各セクションがいずれも、ポリアミド系の熱可塑性樹脂を含む、請求項１６または１７に記載の複合成形体マトリックス用繊維。
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