JP7445514B2 - 空間充填材および空間充填構造体 - Google Patents

Description

本発明は、所定の空間内で加熱時の膨張応力で充填する空間充填材および空間充填材を備える空間充填構造体に関する。

従来、加熱時に膨張し、防火、防煙のシール機能を発揮させる熱膨張性の複合材が知られている。例えば、特許文献１（特開２００３－２６２１１６号公報）には、無機短繊維に対して有機質バインダーをスラリーに存在させるか、シート成形した後にスプレー噴霧により添加して一体化してなるシート状の成形体からなり、有機質バインダーの焼失によって成形体の厚み方向に１．３～６倍に膨張して無機短繊維による復元面圧を生じる自動車排気ガス浄化用触媒コンバータのシール材が開示されている。

特開２００３－２６２１１６号公報

しかしながら、特許文献１のシール材は、有機質バインダーを熱分解により焼失させて無機短繊維を膨張させるシール材であるため、有機質バインダー自体の性能を利用することができない。また、有機質バインダーは熱分解により消失するため、大量の分解ガスが発生し、発生した分解ガスを系外へ排出させる必要がある。

したがって、本発明の目的は、このような従来技術における問題点を解決するものであり、無機短繊維の復元力を利用して膨張させるに当たり、無機短繊維の反発力を抑え込む熱可塑性樹脂を消失させることなく、マトリクスとして利用することが可能な空間充填材を提供するものである。

上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、（ｉ）従来技術では、有機質バインダーの消失を前提として、強化繊維の復元力を利用するため、膨張後に有機質バインダー自体をマトリクスとして利用するという技術的思想が存在していないことに気づき、有機質バインダーを消失させずマトリクスとして利用しつつ、強化繊維の復元力を発揮させることを課題として探求したところ、（ｉｉ）強化繊維と熱可塑性樹脂と構成され、強化繊維同士が複数の交点を有し、少なくともその交点の一部が熱可塑性樹脂で接着される空間充填材は、熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の残留応力が解放されることで膨張すること、さらに（ｉｉｉ）ガラス転移温度と融点の双方を有する結晶性熱可塑性樹脂と比較して、非晶性熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度しか存在しないため、ガラス転移温度と膨張時の加熱温度との温度差が小さい場合であっても空間充填材を大きく膨張させることが可能であり、その結果、膨張後においても非晶性熱可塑性樹脂をマトリクスとして好適に利用できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、以下の態様で構成されうる。
〔態様１〕
強化繊維と非晶性熱可塑性樹脂とで構成され、前記強化繊維同士が複数の交点を有し、少なくともその交点の一部が非晶性熱可塑性樹脂で接着されてなり、前記非晶性熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の残留応力が解放されて膨張する、空間充填材。
〔態様２〕
態様１に記載の空間充填材であって、前記強化繊維および前記非晶性熱可塑性樹脂の合計体積のうちの前記非晶性熱可塑性樹脂の体積比率が１５～９５ｖｏｌ％（好ましくは１７～９３ｖｏｌ％、より好ましくは２０～９０ｖｏｌ％、さらに好ましくは２５～８５ｖｏｌ％）である、空間充填材。
〔態様３〕
態様１または２に記載の空間充填材であって、前記強化繊維が屈曲しており、前記非晶性熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の屈曲が解放されることで膨張する、空間充填材。
〔態様４〕
態様１～３のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）に対してＴｇ＋５０℃での膨張率が１１０％以上（好ましくは１２０％以上、より好ましくは１３０％以上、さらに好ましくは１５０％以上、さらにより好ましくは２００％以上）である、空間充填材。
〔態様５〕
態様１～４のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、厚み方向において定荷重下での膨張率が１０５％以上（好ましくは１２０％以上、より好ましくは１４０％以上、さらに好ましくは１５０％以上、さらにより好ましくは１７０％以上）である、空間充填材。
〔態様６〕
態様１～５のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度が１００℃以上（好ましくは１３０℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上）である、空間充填材。
〔態様７〕
態様１～６のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、前記非晶性熱可塑性樹脂が熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂、およびポリエーテルスルホン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の非晶性熱可塑性樹脂である、空間充填材。
〔態様８〕
態様１～７のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、前記強化繊維の繊維長が３～１００ｍｍ（好ましくは４～８０ｍｍ、さらに好ましくは５～５０ｍｍ）である、空間充填材。
〔態様９〕
態様１～８のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、前記強化繊維が絶縁性繊維である、空間充填材。
〔態様１０〕
態様１～９のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、空隙率が３～７５％（好ましくは５～７０％、より好ましくは１０～６５％）である、空間充填材。
〔態様１１〕
態様１～１０のいずれか一態様に記載の空間充填材であって、所定の空間内で被固定材を固定させるために用いられる、空間充填材。
〔態様１２〕
態様１１に記載の空間充填材と、その少なくとも一部に接して一体化された被固定材とを備える、空間充填構造体。
〔態様１３〕
態様１２に記載の空間充填構造体であって、前記被固定材が前記空間充填材で挟まれている、空間充填構造体。

本発明の空間充填材によれば、膨張後においても非晶性熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として利用しつつ、空間充填材を膨張させることができる。

この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。図面は必ずしも一定の縮尺で示されておらず、本発明の原理を示す上で誇張したものになっている。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。
本発明の空間充填材の使用方法の第１の実施態様を説明するための概略断面図であり、膨張前の状態を示す。 本発明の空間充填材の使用方法の第１の実施態様を説明するための概略断面図であり、膨張後の状態を示す。 本発明の空間充填材の使用方法の第２の実施態様を説明するための概略断面図であり、膨張前の状態を示す。 本発明の空間充填材の使用方法の第２の実施態様を説明するための概略断面図であり、膨張後の状態を示す。

以下において、本発明について詳細に説明する。本発明の空間充填材は、強化繊維と、非晶性熱可塑性樹脂とで構成されている。空間充填材は、本発明の効果を損なわない限り、強化繊維および非晶性熱可塑性樹脂以外の物質を含んでいてもよい。前記強化繊維同士は複数の交点を有し、少なくともその交点の一部が非晶性熱可塑性樹脂で接着されている。そして、空間充填材は、所定の空間内で加熱される際に、非晶性熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の残留応力が解放される。その結果、空間充填材は膨張し、外方部材などに対して膨張応力を生じることにより少なくとも厚み方向に充填可能である。ここで、膨張応力とは、空間充填材が膨張して空間を囲んでいる外方部材に拘束される際に発生する応力をいう。また、空間充填材は、所定の空間を全て充填してもよいし、一部を充填してもよい。

＜強化繊維＞
本発明で用いる強化繊維は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されず、有機繊維であってもよく、無機繊維であってもよく、また、単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いてもよい。本発明において、空間充填材内で、非晶性熱可塑性樹脂で接着されている強化繊維が残留応力を有しており、非晶性熱可塑性樹脂の軟化によりその残留応力が解放され、その残留応力が解放された強化繊維の反発力により空間充填材が膨張することになる。

無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、各種セラミック繊維（例えば、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、ボロン繊維、玄武岩繊維等）、各種金属繊維（例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、チタン、ステンレス等）等が挙げられる。また、有機繊維としては、そのガラス転移温度または融点が強化繊維の交点を接着する非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度より高い限り特に制限されず、例えば、全芳香族ポリエステル系繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、パラ系アラミド繊維、ポリスルホンアミド繊維、フェノール樹脂繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維等が挙げられる。
これらのうち、空間充填材を膨張させる際の反発力を高くする観点から、ガラス繊維または炭素繊維などの高弾性率の無機繊維を用いるのが好ましい。また、膨張後の空間充填材を含む構造体において絶縁性が要求される用途の場合、絶縁性繊維（例えば、ガラス繊維、窒化ケイ素繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維など）であってもよい。

本発明で用いる強化繊維は、非連続繊維であってもよく、その平均繊維長は、繊維の反発力を高くする観点から、３～１００ｍｍであることが好ましい。より好ましくは４～８０ｍｍ、さらに好ましくは５～５０ｍｍであってもよい。なお、平均繊維長は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明で用いる強化繊維は、繊維の反発力を高くする観点から、単繊維の平均繊維径が２～４０μｍであることが好ましい。より好ましくは３～３０μｍ、さらに好ましくは４～２５μｍであってもよい。なお、平均繊維径は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明で用いる強化繊維は、強化繊維の反発力を高くする観点から、１０ＧＰａ以上の引張弾性率をもつものが好ましい。より好ましくは３０ＧＰａ以上、さらに好ましくは５０ＧＰａ以上であってもよい。上限に関しては特に制限はないが、１０００ＧＰａ以下であってもよい。なお、引張弾性率は、炭素繊維の場合はＪＩＳ Ｒ ７６０６、ガラス繊維の場合はＪＩＳ Ｒ ３４２０、有機繊維の場合はＪＩＳ Ｌ １０１３など、それぞれの繊維に合った規格に準拠した方法により測定することができる。

＜非晶性熱可塑性樹脂＞
本発明において、空間充填材の構成材料として非晶性熱可塑性樹脂を用いて、前記非晶性熱可塑性樹脂を軟化させて拘束された強化繊維を膨張させることにより、空間充填材を膨張させた後に非晶性熱可塑性樹脂をマトリクスとして利用することができる。特に、非晶性熱可塑性樹脂では、膨張開始温度および膨張後のマトリクスの耐熱性が共にガラス転移温度に依存するため、ガラス転移温度が１００℃以上である場合、結晶性熱可塑性樹脂と比べて相対的に低い温度で高い膨張率を達成可能である一方で、高い耐熱性を実現することが可能となり、好ましい。

本発明で用いる非晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、半芳香族ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂などの熱可塑性ポリイミド系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；変性ポリフェニレンエーテル樹脂；ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂などのポリスルホン系樹脂；トリメチルヘキサメチレンジアミン－テレフタレート（ＴＭＤＴ）などの非晶性ポリアミド系樹脂；グリコール変性ＰＥＴ、非晶性ポリアリレート系樹脂（ＰＡＲ）などの非晶性ポリエステル系樹脂；ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂；ポリ塩化ビニル系樹脂；ポリスチレン、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂などのポリスチレン系樹脂などが挙げられる。これらの非晶性熱可塑性樹脂は、単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、本発明において、「非晶性」であることは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）において、吸熱ピークの有無で確認することができる。吸熱ピークが非常にブロードであり明確に吸熱ピークを判断できない場合は、実質的に非晶性と判断してもよい。

また、本発明に用いる非晶性熱可塑性樹脂は、膨張後の空間充填材を含む構造体においてより高度に耐熱性が要求される用途の場合、ガラス転移温度が１００℃以上の非晶性熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。例えば、ガラス転移温度が１００℃以上である非晶性熱可塑性樹脂として、熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂などが挙げられる。これらのうち、非晶性熱可塑性樹脂は、力学特性や成型性の点から、熱可塑性ポリイミド系樹脂（好ましくは、ポリエーテルイミド系樹脂）、ポリカーボネート系樹脂およびポリスルホン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の非晶性熱可塑性樹脂であってもよい。非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、耐熱性の観点から、好ましくは１３０℃以上、さらに好ましくは１５０℃以上であってもよい。また、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度の上限に関しては、膨張する際の温度を低減する観点からは、３００℃以下が好ましく、より好ましくは２８０℃以下、さらに好ましくは２６０℃以下であってもよい。なお、ガラス転移温度は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

また、本発明で用いる非晶性熱可塑性樹脂は、本発明の効果を損なわない範囲で、各種添加剤を含んでいてもよい。

＜空間充填材の製造方法＞
空間充填材の製造方法としては、強化繊維同士が複数の交点を有し、少なくともその交点の一部を非晶性熱可塑性樹脂で接着することができる限り特に制限はなく、強化繊維と非晶性熱可塑性樹脂とで構成された前駆体を準備する工程と、前記前駆体を加熱加圧する工程とを備えていてもよい。得られる空間充填材の目付のむらを低減する観点から、加熱加圧する工程において、前記前駆体を複数重ね合わせた多層体を加熱加圧してもよい。

前駆体とは、強化繊維と非晶性熱可塑性樹脂とを含み、加熱加圧により空間充填材を形成し得る材料をいい、加熱加圧前の前駆体としてはさまざまな形態とすることができる。好ましくは、非晶性熱可塑性繊維と強化繊維との混合不織布、または粒子状（または粉粒状）の非晶性熱可塑性樹脂が分散した強化繊維の不織布を、一枚ないしは多数枚（例えば、２～１００枚、好ましくは３～８０枚、より好ましくは５～５０枚）積層して、前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱し、積層方向に加圧し、さらにその後、加圧しながら冷却することで製造する方法が挙げられる。好ましくは、前駆体が非晶性熱可塑性繊維と強化繊維との混合不織布であってもよい。

混合不織布は、得られる空間充填材の膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、混合不織布の全重量中の強化繊維の割合が１０～９０ｗｔ％であることが好ましい。より好ましくは１５～８５ｗｔ％、さらに好ましくは２０～８０ｗｔ％であってもよい。

本発明で用いる混合不織布は、得られる空間充填材の膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、混合不織布の全重量中の非晶性熱可塑性繊維の割合が１０～９０ｗｔ％（例えば、１０～８０ｗｔ％）であることが好ましい。より好ましくは１５～８５ｗｔ％（例えば、１５～７５ｗｔ％）、さらに好ましくは２０～８０ｗｔ％（例えば、２０～７５ｗｔ％）であってもよい。

非晶性熱可塑性繊維の単繊維繊度は、強化繊維の分散性を良好にする観点から、０．１～２０ｄｔｅｘであることが好ましい。加熱時の膨張応力に優れた空間充填材を得るためには、前駆体となる混合不織布中の強化繊維を斑なく分散させることが望ましい。非晶性熱可塑性繊維の単繊維繊度は、より好ましくは０．５～１８ｄｔｅｘ、さらに好ましくは１～１６ｄｔｅｘであってもよい。なお、単繊維繊度は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

非晶性熱可塑性繊維の平均繊維長は、強化繊維の分散性を良好にする観点から、０．５～６０ｍｍであることが好ましい。非晶性熱可塑性繊維の平均繊維長は、より好ましくは１～５５ｍｍ、さらに好ましくは３～５０ｍｍであってもよい。なお、平均繊維長は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。なお、その際の繊維の断面形状に関しても特に制限はなく、円形、中空、扁平、あるいは星型等異型断面であってもよい。

また、混合不織布は、必要に応じてバインダー成分などを含んでいてもよい。バインダー成分の割合は、混合不織布に対して、例えば、１０質量％以下でもよい。バインダー成分の形状としては、繊維状、粒子状、液状などであってもよいが、少量の添加でも形状の安定した不織布を形成する観点からは、バインダー繊維が好ましい。バインダー成分としては、特に限定されず、例えば、水性溶媒に可溶性またはエマルジョンとして分散可能な各種樹脂（例えば、ポリビニルアルコール系樹脂）などが挙げられる。

不織布の製造方法は、特に制限はなく、スパンレース法、ニードルパンチ法、スチームジェット法、乾式抄紙法、湿式抄紙法（ウェットレイドプロセス）などが挙げられる。中でも、生産効率や強化繊維の不織布中での均一分散の面から、湿式抄紙法が好ましい。例えば、湿式抄紙法では、前記非晶性熱可塑性繊維および強化繊維を含む水性スラリーを作製し、ついでこのスラリーを通常の抄紙工程に供すればよい。なお、水性スラリーは、必要に応じてバインダー繊維（例えば、ポリビニルアルコール系繊維などの水溶性ポリマー繊維）、およびパラ系アラミド繊維や全芳香族ポリエステル系繊維のパルプ状物などを含んでいてもよい。また、不織布の均一性や圧着性を高めるために、スプレードライによりバインダー成分を塗布したり、湿式抄紙工程後に熱プレス工程を加えたりしてもよい。

不織布の目付は、特に限定されるものではないが、５～１５００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。より好ましくは１０～１０００ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは２０～５００ｇ／ｍ^２であってもよい。

また、空間充填材の製造方法において、加熱成型する方法については特に制限はなく、スタンパブル成型や加圧成型、真空圧着成型、ＧＭＴ成型のような一般的な圧縮成型が好適に用いられる。その時の成型温度は用いる非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度や分解温度に併せて設定すればよい。例えば、成型温度は非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上、（ガラス転移温度＋２００）℃以下の範囲であることが好ましい。なお、必要に応じて、加熱成型する前にＩＲヒーターなどで予備加熱することもできる。

また、加熱成型する際の圧力も特に制限はないが、通常は０．０５ＭＰａ以上の圧力で行われる。より好ましくは０．１ＭＰａ以上、さらに好ましくは０．５ＭＰａ以上であってもよい。上限は特に限定されないが、３０ＭＰａ程度であってもよい。加熱成型する際の時間も特に制限はないが、長時間高温に曝すとポリマーが劣化してしまう可能性があるので、通常は３０分以内であることが好ましい。より好ましくは２５分以内、さらに好ましくは２０分以内であってもよい。下限は特に限定されないが、１分程度であってもよい。また、得られる空間充填材の厚さや密度は、強化繊維の種類や加える圧力で適宜設定可能である。更には、得られる空間充填材の形状にも特に制限は無く、適宜設定可能である。目的に応じて、仕様の異なる混合不織布などを複数枚積層したり、仕様の異なる混合不織布などをある大きさの金型の中に別々に配置したりして、加熱成型することも可能である。
加熱後は、加圧した状態のまま冷却することにより、所定の形状を有する空間充填材を得ることができる。

＜空間充填材＞
本発明の空間充填材は、強化繊維と非晶性熱可塑性樹脂とで構成され、強化繊維同士が複数の交点を有し、少なくともその交点の一部が非晶性熱可塑性樹脂で接着されている。例えば、強化繊維同士は、ランダムに絡み合った状態で非晶性熱可塑性樹脂により接着されていてもよく、好ましくは、強化繊維同士の交点に非晶性熱可塑性樹脂が水掻き状に存在していてもよく、強化繊維の全面が非晶性熱可塑性樹脂で被覆されていてもよい。このような構造を取る事で、空間充填材の構造強度が向上する。

上述のように加熱加圧して製造された空間充填材は、強化繊維が残留応力を有することになる。本発明の空間充填材は、非晶性熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の残留応力が解放されることで膨張するものであり、酸処理黒鉛（膨張黒鉛）とは異なる膨張メカニズムである。

本発明の空間充填材は、所定の空間内で加熱時の膨張応力で少なくとも厚み方向に充填する。本発明において、所定の空間とは、単一の外方部材に囲まれる空間（隙間）であってもよく、複数の外方部材で形成される空間（隙間）であってもよい。
上記のような空間充填材の製造方法において、加熱成型の際に厚み方向に加圧していることから、周囲の非晶性熱可塑性樹脂マトリックスの軟化に伴い屈曲が解放された強化繊維の反発力（復元力）は厚み方向に発現するため、空間充填材の加熱時の膨張応力は厚み方向に生じる。

本発明の空間充填材は、強化繊維が屈曲していることが好ましい。所定の空間内で非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱されることにより、空間充填材中の非晶性熱可塑性樹脂が軟化し、強化繊維が有する屈曲が解放されるため、強化繊維の反発により空間充填材が膨張する。このように発現する加熱時の膨張応力により、所定の空間内で充填させたときの補強する強度や被固定材を固定する強度を優れたものとすることができる。

本発明の空間充填材は、膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、空間充填材の全重量中の強化繊維の割合が１０～９０ｗｔ％であることが好ましい。より好ましくは１５～８５ｗｔ％、さらに好ましくは２０～８０ｗｔ％であってもよい。

本発明の空間充填材は、膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、空間充填材の全重量中の非晶性熱可塑性樹脂の割合が１０～９０ｗｔ％であることが好ましい。より好ましくは１５～８５ｗｔ％、さらに好ましくは２０～８０ｗｔ％であってもよい。なお、空間充填材に含まれる非晶性熱可塑性樹脂として、必要に応じて用いられるバインダー成分を含んでいてもよい。

本発明の空間充填材は、膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、強化繊維および非晶性熱可塑性樹脂の合計体積のうちの非晶性熱可塑性樹脂の体積比率が１５～９５ｖｏｌ％であってもよい。強化繊維に対して非晶性熱可塑性樹脂が占める体積比率が小さすぎる場合、所定の空間内で空間充填材が膨張してその空間の壁面（または被固定材）に接触した際に非晶性熱可塑性樹脂が接する接触面積が小さくなるため、外方部材を補強する強度または被固定材を固定する強度への寄与が不十分となる可能性がある。また、強化繊維に対して非晶性熱可塑性樹脂が占める体積比率が大きすぎる場合、強化繊維の存在量が不足し、膨張性が不十分となる可能性がある。強化繊維および非晶性熱可塑性樹脂の合計体積のうちの非晶性熱可塑性樹脂の体積比率は、好ましくは１７～９３ｖｏｌ％、より好ましくは２０～９０ｖｏｌ％、さらに好ましくは２５～８５ｖｏｌ％であってもよい。

本発明の空間充填材は、膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、強化繊維および非晶性熱可塑性樹脂の合計体積のうちの強化繊維の体積比率が５～８５ｖｏｌ％であってもよく、好ましくは７～８３ｖｏｌ％、より好ましくは１０～８０ｖｏｌ％、さらに好ましくは１５～７５ｖｏｌ％であってもよい。

本発明の空間充填材は、膨張性および加熱時の膨張応力を高くする観点から、空隙率（膨張前または使用前）が３～７５％であってもよい。膨張前または使用前の空隙率が小さすぎる場合、空間充填材内の強化繊維に対して無理な圧縮力がかかることで強化繊維が折損あるいは流動し、加熱時に強化繊維の屈曲が解放されたとしても、その反発力が十分に得られないため、膨張性および加熱時の膨張応力が不十分となる可能性がある。また、膨張前の空隙率が大きすぎる場合、膨張する余地が小さいため、膨張性が不十分となる可能性がある。空隙率（膨張前または使用前）は、好ましくは５～７０％、より好ましくは１０～６５％であってもよい。なお、ここで空隙率とは、空間充填材の嵩体積に対する、空隙の占める体積の割合を示し、後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材の厚さは、充填させる空間および用途に応じて様々な厚さとすることが可能であり、例えば、０．１～２００ｍｍの広い範囲から選択可能であるが、例えば、０．１～２０ｍｍであってもよく、好ましくは０．５～１８ｍｍ、より好ましくは１～１５ｍｍであってもよい。なお、空間充填材の厚さは後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材の目付は、充填させる空間および用途に応じて様々な目付とすることが可能であるが、１００～１００００ｇ／ｍ^２であってもよく、好ましくは５００～８０００ｇ／ｍ^２、より好ましくは８００～５０００ｇ／ｍ^２であってもよい。なお、空間充填材の目付は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材の密度は、充填させる空間および用途に応じて様々な密度とすることが可能であるが、０．５～１０ｇ／ｃｍ^３であってもよく、好ましくは０．６～８ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．７～５ｇ／ｃｍ^３であってもよい。なお、空間充填材の密度は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材の形状は、板状に限られるものではなく、充填させる空間および用途に応じて様々な形状とすることが可能であり、三次元構造を有している立体状も含まれる。立体状の場合、熱膨張する方向を厚み方向とする。

本発明の空間充填材は、厚み方向において定荷重下での膨張率が１０５％以上であることが好ましい。好ましくは１２０％以上、より好ましくは１４０％以上、さらに好ましくは１５０％以上、さらにより好ましくは１７０％以上であってもよい。厚み方向において定荷重下での膨張率の上限は特に限定されないが、５００％であってもよい。厚み方向において定荷重下での膨張率が上記のような範囲である場合、補強および／または固定についての強度を十分なものとすることができる。なお、空間充填材の厚み方向において定荷重下での膨張率は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材は、任意箇所のみを選択的に充填する観点から、厚み方向に対して直交する方向への膨張あるいは収縮による寸法変化率が－１～１％であることが好ましい。厚み方向に対して直交する方向への寸法変化率は、負の場合に収縮し、正の場合に膨張することを示す。厚み方向に対して直交する方向への寸法変化率は、より好ましくは－０．８～０．８％、さらに好ましくは－０．５～０．５％であってもよい。例えば、本発明の空間充填材は、強化繊維が面方向に配向していることが好ましく、このような構造の場合、厚み方向に対して直交する方向への膨張あるいは収縮による寸法変化率を小さくすることができる。なお、空間充填材の厚み方向に対して直交する方向への膨張あるいは収縮による寸法変化率は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材は、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度と加熱温度との温度差が小さくとも膨張性に優れており、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）に対してＴｇ＋５０℃での膨張率が１１０％以上であることが好ましい。好ましくは１２０％以上、より好ましくは１３０％以上、さらに好ましくは１５０％以上、さらにより好ましくは２００％以上であってもよい。Ｔｇ＋５０℃での膨張率の上限は特に限定されないが、例えば、５００％以下であってもよい。また、Ｔｇ＋１００℃での膨張率が１１０％以上であってもよく、好ましくは１３０％以上、より好ましくは１４０％以上、さらに好ましくは１８０％以上、さらにより好ましくは３００％以上であってもよい。Ｔｇ＋１００℃での膨張率の上限は特に限定されないが、例えば、８００％以下であってもよい。なお、空間充填材のＴｇ＋５０℃での膨張率およびＴｇ＋１００℃での膨張率はそれぞれ後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明の空間充填材は、ガスの発生を抑制する観点から、加熱させる際に揮発する揮発性物質（例えば、加熱温度より融点の低い低分子化合物等）、発泡剤、膨張黒鉛等を実質的に含まないことが好ましく、空間充填材中の揮発性物質の総量は５質量％未満であってもよく、３質量％未満であってもよく、１質量％未満であってもよい。

＜空間充填材の使用方法＞
本発明の空間充填材の使用方法は、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱することにより所定の空間内で前記空間充填材を膨張させる工程を含んでいてもよい。

例えば、本発明の空間充填材の使用方法の第１の実施態様の概略断面図を表す図１Ａおよび図１Ｂに基づいて説明する。図１Ａは、空間充填材１１の膨張前の状態を示し、図１Ｂは、空間充填材１１の膨張後の状態を示す。図１Ａでは、外方部材１２により囲まれる空間１３内に空間充填材１１が挿入されている。図１Ａでは、空間１３は単一の外方部材１２により全体が囲まれて形成されているが、外方部材に全体を囲まれている閉鎖空間である必要はなく、例えば、コの字型のように、一部に開放空間が形成されていてもよい。また、複数の異なる部材により空間が形成されていてもよい。また、空間１３内に複数の空間充填材１１が挿入されていてもよい。なお、図１Ａでは、外方部材１２の一部を示している。

空間充填材１１を構成する非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱することにより、非晶性熱可塑性樹脂が軟化し、それに伴い、非晶性熱可塑性樹脂で拘束されていた強化繊維の屈曲が解放され、それにより強化繊維の反発力（復元力）が厚み方向に発現する。そして、空間充填材１１は厚み方向（図１ＡのＺ方向）に不可逆的に膨張し、図１Ｂに示すように、空間１３を充填する。空間１３の壁面には、空間充填材１１の膨張応力により押圧力が加えられており、その応力が高いため、外方部材１２が十分に補強される。

膨張させる工程において、加熱温度は、外方部材や被固定材の耐熱性の制限などが無い限り、特に限定されない。例えば、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）を基準として、（Ｔｇ＋１０）℃以上であってもよく、好ましくは（Ｔｇ＋３０）℃以上、より好ましくは（Ｔｇ＋５０）℃以上であってもよい。

本発明の空間充填材は、ガラス転移温度と加熱温度との温度差が小さくとも高い膨張率を達成することが可能であるが、空間充填材に対して付与した熱の一部が外方部材や被固定材に奪われるような場合は、外部へ逸脱する熱量を考慮して加熱温度を設定してもよく、例えば、加熱温度の上限は、（Ｔｇ＋２５０）℃以下、好ましくは（Ｔｇ＋２００）℃以下であってもよく、特に加熱温度を低くする観点からは、（Ｔｇ＋１５０）℃以下であることがより好ましい。

膨張工程では、空間充填材は、速やかに膨張してもよいが、緩やかに膨張することにより、全体的に均一な構造を有していてもよく、例えば、膨張させるための加熱時間は、例えば１分～１時間程度であってもよく、好ましくは１０～５０分程度であってもよい。

また、本発明の空間充填材の使用方法は、膨張させる工程に先立って、所定の空間に空間充填材を挿入する工程を含んでいてもよい。

本発明では、膨張後（充填後）の空間充填材の空隙率が３０～９５％であってもよい。膨張後の空間充填材の空隙率がこの範囲にあることにより、膨張後の空間充填材に通液や通気を十分に施すことが可能となる。例えば、膨張後の空間充填材を含む構造体において冷却する必要がある場合、冷却液を充填後の空間充填材に通液することにより冷却することが可能となる。また、膨張後の空間充填材の空隙率は、好ましくは３５～９０％、より好ましくは４０～８５％、さらに好ましくは４５～８０％であってもよい。なお、膨張後の空間充填材の空隙率は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

本発明では、膨張後（充填後）の空間充填材が連続した多孔質構造を有していてもよい。膨張後の空間充填材の空隙が連通孔である場合、膨張後の空間充填材に通液や通気を十分に施すことが可能となる。

本発明では、膨張後（充填後）の空間充填材の力学的強度を良好にする観点から、膨張後（充填後）の空間充填材の密度が０．１～１．５ｇ／ｃｍ^３であってもよく、好ましくは０．２～１．４ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは０．３～１．３ｇ／ｃｍ^３であってもよい。

本発明では、膨張後（充填後）の空間充填材の力学的強度および通液性を良好にする観点から、厚み方向における充填時膨張率が１２０～３００％であってもよく、好ましくは１３０～２８０％、より好ましくは１４０～２５０％であってもよい。なお、厚み方向における膨張率とは、下記式で表される。
充填時膨張率（％）＝充填後の空間充填材の厚さ（充填する空間の厚さ）（ｍｍ）／充填前の空間充填材の厚さ（ｍｍ）×１００

本発明では、膨張を利用して所望の大きさとすることができ、所定の空間の厚さ（膨張後（充填後）の空間充填材の厚さ）は、例えば、０．２～６００ｍｍの広い範囲から選択可能であるが、例えば、０．２～５０ｍｍであってもよく、好ましくは０．５～３０ｍｍ、より好ましくは１～２０ｍｍであってもよい。

また、本発明の空間充填材の使用方法は、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱することにより所定の空間において空間充填材を膨張させて、被固定材を固定する工程を含んでいてもよい。本発明の空間充填材は、被固定材を固定する固定材として使用してもよい。

例えば、本発明の空間充填材の使用方法の第２の実施態様の概略断面図を表す図２Ａおよび図２Ｂに基づいて説明する。図２Ａは、空間充填材２１の膨張前の状態を示し、図２Ｂは、空間充填材２１の膨張後の状態を示す。図２Ａでは、外方部材２２により囲まれる空間２３内に２枚の空間充填材２１に挟まれた被固定材２４が、空間充填構造体２５として挿入されている。図２Ａでは、空間２３は単一の外方部材２２により全体が囲まれて形成されているが、外方部材に全体を囲まれている閉鎖空間である必要はなく、例えば、コの字型のように、一部に開放空間が形成されていてもよい。また、複数の異なる部材により空間が形成されていてもよい。また、空間充填材２１は、被固定材２４の両面に１枚ずつ積層されて挿入されているが、積層枚数および挿入箇所は限定されず、被固定材２４の少なくとも一つの面に１枚または複数枚積層されて挿入されていてもよい。被固定材２４の両面に積層されている空間充填材２１は、同一であってもよく、異なっていてもよいが、膨張性の均一性を高める観点から、同一であることが好ましい。なお、図２Ａでは、外方部材２２の一部を示している。

空間充填材２１を構成する非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱することにより、非晶性熱可塑性樹脂が軟化し、それに伴い、非晶性熱可塑性樹脂で拘束されていた強化繊維の屈曲が解放され、それにより強化繊維の反発力（復元力）が厚み方向に発現する。そして、空間充填材２１は厚み方向（図２ＡのＺ方向）に不可逆的に膨張し、図２Ｂに示すように、被固定材２４とともに、空間２３を充填する。空間２３の壁面および被固定材２４の両面には、空間充填材２１の膨張応力により押圧力が加えられており、その応力が高いため、被固定材２４が十分に固定される。

また、本発明の空間充填材の使用方法は、膨張させて被固定材を固定する工程に先立って、所定の空間に空間充填材および／または被固定材を挿入する工程を含んでいてもよい。空間充填材および被固定材は、一緒に挿入してもよいし、空間充填材および被固定材のうち一方をまず挿入し、その後もう一方を挿入してもよい。また、空間充填材および被固定材は、あらかじめ一方が挿入されていた所定の空間にもう一方を挿入してもよい。

本発明の空間充填材を固定材として使用する場合、後述の実施例に記載した被固定材の押抜荷重が、２５Ｎ以上であってもよく、好ましくは１００Ｎ以上、より好ましくは２００Ｎ以上であってもよい。被固定材の押抜荷重の上限は特に限定されないが、例えば、２０００Ｎ程度であってもよい。なお、押抜荷重は後述の実施例に記載した方法により測定される値である。

＜空間充填構造体＞
本発明の空間充填構造体は、空間充填材と、その少なくとも一部に接して一体化した被固定材とを備えていてもよい。
空間充填構造体は、例えば、前記空間充填材と被固定材とを融着により一体化してもよい。例えば、前記空間充填材と被固定材とが接するように積層し、加圧などにより空間充填材が膨張するのを抑制しつつ、空間充填材中の前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱する方法により、前記空間充填材と被固定材とを融着させて製造することができる。
または、空間充填構造体は、空間充填材の製造方法を参照して製造してもよい。例えば、空間充填構造体は、空間充填材を形成するための前駆体の多層体と被固定材とが接するように積層し、空間充填材中の前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱しつつ、積層方向に加圧し、さらに、加圧しながら冷却する方法により、前記空間充填材と被固定材とを融着させて製造してもよい。
または、空間充填構造体は、例えば、空間充填材と被固定材とを接着剤を介して積層して、接着させて製造することができる。この場合、接着剤としては、空間充填材と被固定材とを接着させることができる限り特に限定されず、公知の接着剤を使用することができる。

本発明の空間充填構造体では、被固定材が前記空間充填材により挟まれていてもよい。空間充填構造体は、被固定材が、対向する少なくとも２方向で空間充填材により挟まれていてもよく、例えば、被固定材の厚み方向で挟まれていてもよく、厚み方向およびそれに直交する方向（例えば、厚み方向をＺ方向とする場合のＺ方向およびＸまたはＹ方向で構成される４方向、またはＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向で構成される６方向）で挟まれていてもよい。

＜空間充填構造体の使用方法＞
本発明の空間充填構造体の使用方法は、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で加熱することにより所定の空間において前記空間充填材を膨張させて、被固定材を固定する工程を含んでいてもよい。

また、本発明の空間充填構造体の使用方法は、膨張させて被固定材を固定する工程に先立って、所定の空間に空間充填構造体を挿入する工程を含んでいてもよい。

また、本発明の空間充填材は、輸送手段、家電製品、産業機械、建造物などにおいて、部材に囲まれる所定の空間内を充填して、当該部材を補強する空間充填補強材や、当該部材に囲まれる所定の空間内に被固定材を固定する空間充填固定材として有効に用いることができる。
特に、空間充填材が所定の絶縁特性および／または耐熱性を有する場合、本発明の空間充填材の一態様では、絶縁性および／または耐熱性空間充填材として有用に用いることができる。

例えば、本発明の空間充填材および空間充填構造体は、モーター（例えば、自動車の駆動用モーター）において、ロータに形成された複数の孔部内に永久磁石（被固定材）を固定するためのモールド材として用いることにより、永久磁石を十分な固定強度で固定することができるとともに、連通孔として存在する空隙に冷却液を通液することによりモーターを冷却することが可能であり、絶縁性を付与することも可能である。また、空隙を有しているにもかかわらず固定強度が高いため、空間に占める材料の比率を少なくすることができるため、コストの削減をすることも可能である。

以下に、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら制限を受けるものではない。なお、以下の実施例及び比較例においては、下記の方法により各種物性を測定した。

［単繊維繊度］
ＪＩＳ Ｌ １０１５：２０１０「化学繊維ステープル試験方法」の８．５．１のＢ法に準じて、後述の方法で算出した平均繊維長を用いて、単繊維繊度を測定した。

［平均繊維長］
ランダムに選択した１００本の繊維について、その繊維長を測定し、その測定値の平均値を平均繊維長とした。

［平均繊維径］
ランダムに選択した３０本の繊維について、顕微鏡観察により繊維径を測定し、その測定値の平均値を平均繊維径とした。

［引張弾性率］
ガラス繊維の場合はＪＩＳ Ｒ ３４２０、炭素繊維の場合はＪＩＳ Ｒ ７６０６に準拠し、引張弾性率を測定した。

［熱可塑性繊維のガラス転移温度］
熱可塑性繊維のガラス転移温度は、レオロジー社製固体動的粘弾性装置「レオスペクトラＤＶＥ－Ｖ４」を用い、周波数１０Ｈｚ、昇温速度１０℃／ｍｉｎで損失正接（ｔａｎδ）の温度依存性を測定し、そのピーク温度から求めた。ここで、ｔａｎδのピーク温度とは、ｔａｎδの値の温度に対する変化量の第１次微分値がゼロとなる温度のことである。

［体積比率］
空間充填材を構成する強化繊維および熱可塑性樹脂の体積比率は、重量比率を、それぞれの比重により換算して算出した。

［目付］
目付は、空間充填材サンプルを縦１０ｃｍ、横１０ｃｍに切り出し、その重量（ｇ）を計測し、下記式により算出した。
目付（ｇ／ｍ^２）＝重量（ｇ）／０．０１（ｍ^２）

［厚さ］
厚さは、空間充填材サンプルの中央部、および角から１ｃｍずつ内側の部分（４箇所）、の計５箇所を測定し、その測定値の平均値をその空間充填材の厚さとした。

［密度］
密度は、空間充填材サンプルを縦１０ｃｍ、横１０ｃｍに切り出し、その厚さ（ｃｍ）と重量（ｇ）を計測し、下記式により算出した。
密度（ｇ／ｃｍ^３）＝重量（ｇ）／（厚さ（ｃｍ）×１００（ｃｍ^２））

［空隙率］
ＪＩＳ Ｋ ７０７５「炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率及び空洞率試験」に準拠し、空間充填材の空隙率（％）を算出した。

［膨張性評価］
実施例にて得られた空間充填材を、熱可塑性樹脂のガラス転移温度＋５０℃またはガラス転移温度＋１００℃に設定した送風定温恒温器（ヤマト科学株式会社製、ＤＮ４１１Ｈ）中に入れて１０分加熱後、取り出して２５℃まで冷却した。その後、サンプルの厚みを測定し、加熱前後のサンプル厚みより、下記式を用いて膨張率を測定した。
膨張率（％）＝膨張後の空間充填材の厚さ（ｍｍ）／膨張前の空間充填材の厚さ（ｍｍ）×１００
次いで、以下の基準で各温度での膨張性を評価した。
〇：膨張率１１０％以上
×：膨張率１１０％未満

［参考例１］（ポリエーテルイミド繊維の製造）
非晶性熱可塑性樹脂であるポリエーテルイミド（以下、ＰＥＩと略称することがある）系ポリマー（サービックイノベイティブプラスチックス製「ＵＬＴＥＭ９００１」）を１５０℃で１２時間真空乾燥した。前記ＰＥＩ系ポリマーを紡糸ヘッド温度３９０℃、紡糸速度１５００ｍ／ｍｉｎ、吐出量５０ｇ／ｍｉｎの条件で丸孔ノズルより吐出し、２６４０ｄｔｅｘ／１２００ｆのＰＥＩ繊維のマルチフィラメントを作製した。得られたマルチフィラメントを１５ｍｍにカットし、ＰＥＩ繊維のショートカットファイバーを作製した。得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維繊度は２．２ｄｔｅｘ、平均繊維長は１５．０ｍｍであり、ガラス転移温度は２１７℃であり、比重は１．２７ｇ／ｃｍ^３であった。

［参考例２］（ポリカーボネート繊維の製造）
非晶性熱可塑性樹脂であるポリカーボネート（以下、ＰＣと略称することがある）系ポリマー（三菱エンジニアリングプラスチック製「ユーピロンＳ－３０００」）を１２０℃で６時間真空乾燥した。前記ＰＣ系ポリマーを紡糸ヘッド温度３００℃、紡糸速度１５００ｍ／ｍｉｎ、吐出量５０ｇ／ｍｉｎの条件で丸孔ノズルより吐出し、２６４０ｄｔｅｘ／１２００ｆのＰＣ繊維のマルチフィラメントを作製した。得られたマルチフィラメントを１５ｍｍにカットし、ＰＣ繊維のショートカットファイバーを作製した。得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維繊度は２．２ｄｔｅｘ、平均繊維長は１５．０ｍｍであり、ガラス転移温度は１５３℃であり、比重は１．２０ｇ／ｃｍ^３であった。

［参考例３］（半芳香族ポリアミド繊維の製造）
結晶性熱可塑性樹脂である半芳香族ポリアミド系ポリマー（クラレ製「ジェネスタＰＡ９Ｔ」、以下ＰＡ９Ｔと略称することがある；融点２６５℃）を８０℃で１２時間真空乾燥した。前記ポリマーを紡糸ヘッド温度３１０℃、紡糸速度１５００ｍ／ｍｉｎ、吐出量５０ｇ／ｍｉｎの条件で丸孔ノズルより吐出し、２６４０ｄｔｅｘ／１２００ｆのＰＡ９Ｔ繊維のマルチフィラメントを作製した。得られたマルチフィラメントを１５ｍｍにカットし、ＰＡ９Ｔ繊維のショートカットファイバーを作製した。得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維繊度は２．２ｄｔｅｘ、平均繊維長は１５．１ｍｍであり、ガラス転移温度は１２５℃であり、比重は１．１４ｇ／ｃｍ^３であった。

［参考例４］（脂肪族ポリアミド繊維の製造）
結晶性熱可塑性樹脂であるポリアミド６系ポリマー（宇部興産製「ＵＢＥナイロン１０１５Ｂ」、以下ＰＡ６と略称することがある；融点２２５℃）を８０℃で１２時間真空乾燥した。前記ポリマーを紡糸ヘッド温度２９０℃、紡糸速度３０００ｍ／ｍｉｎ、吐出量５０ｇ／ｍｉｎの条件で丸孔ノズルより吐出し、２６４０ｄｔｅｘ／１２００ｆのＰＡ６繊維のマルチフィラメントを作製した。得られたマルチフィラメントを１５ｍｍにカットし、ＰＡ６繊維のショートカットファイバーを作製した。得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維繊度は２．２ｄｔｅｘ、平均繊維長は１５．０ｍｍであり、ガラス転移温度は５０℃であり、比重は１．１４ｇ／ｃｍ^３であった。

［実施例１］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維５０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）５０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２５４ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
得られた混合不織布を８枚積層し、テストプレス機（北川精機製「ＫＶＨＣ－ＩＩ」）にて、高さ１．５ｍｍのスペーサーを配置し、積層方向に対して垂直な面に対して３ＭＰａにて加圧しながら、３４０℃で１０分間加熱し、ガラス繊維の間に溶融したＰＥＩ樹脂を含浸させた後、加圧を維持したまま、ＰＥＩのガラス転移温度以下である２００℃まで冷却し、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．５５ｍｍ、目付は１９３６ｇ／ｍ^２、密度は１．２４８ｇ／ｃｍ^３、空隙率は２６．３％であった。得られた空間充填材について、膨張性の評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例２］
空間充填材の作製工程にて、混合不織布の枚数を４枚とした以外は実施例１と同様にして、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．３６ｍｍ、目付は９６３ｇ／ｍ^２、密度は０．７０９ｇ／ｃｍ^３、空隙率は５８．１％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例３］
空間充填材の作製工程にて、混合不織布の積層枚数を１２枚としたこと、およびスペーサーの高さを２．２ｍｍに変更したこと以外は実施例１と同様にして、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは２．１５ｍｍ、目付は２９１８ｇ／ｍ^２、密度は１．３６０ｇ／ｃｍ^３、空隙率は１９．７％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例４］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維７０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）３０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２２４ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
その後、実施例１と同様にして空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．４２ｍｍ、目付は１６９８ｇ／ｍ^２、密度は１．１９７ｇ／ｃｍ^３、空隙率は１９．９％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例５］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維３０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）７０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２９３ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
その後、実施例１と同様にして空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．８０ｍｍ、目付は２２１８ｇ／ｍ^２、密度は１．２３２ｇ／ｃｍ^３、空隙率は３６．９％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例６］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維５０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長の炭素繊維（東邦テナックス製：平均繊維径７μｍ、比重１．８２ｇ／ｃｍ^３）５０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２２４ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
得られた混合不織布を８枚積層し、テストプレス機（北川精機製「ＫＶＨＣ－ＩＩ」）にて、高さ１．５ｍｍのスペーサーを配置し、積層方向に対して垂直な面に対して３ＭＰａにて加圧しながら、３４０℃で１０分間加熱し、炭素繊維の間に溶融したＰＥＩ樹脂を含浸させた後、加圧を維持したまま、ＰＥＩのガラス転移温度以下である２００℃まで冷却し、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．９９ｍｍ、目付は１６９６ｇ／ｍ^２、密度は０．８５３ｇ／ｃｍ^３、空隙率は４３．０％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例７］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維１０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）９０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付３４６ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
その後、加圧の圧力を１５ＭＰａに変更したこと以外は実施例１と同様にして空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．８６ｍｍ、目付は２５８３ｇ／ｍ^２、密度は１．３９０ｇ／ｃｍ^３、空隙率は３９．８％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例８］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維８０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）２０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２３０ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
その後、混合不織布の積層枚数を１２枚としたこと、およびスペーサーの高さを２．２ｍｍに変更したこと以外実施例１と同様にして空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは２．００ｍｍ、目付は２６８８ｇ／ｍ^２、密度は１．３４０ｇ／ｃｍ^３、空隙率は５．０％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例９］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維８５ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）１５ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２２０ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
その後、混合不織布の積層枚数を１２枚としたこと、およびスペーサーの高さを２．２ｍｍに変更したこと以外実施例１と同様にして空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは２．００ｍｍ、目付は２５７３ｇ／ｍ^２、密度は１．２８９ｇ／ｃｍ^３、空隙率は６．１％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［実施例１０］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＣ繊維４９ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）５１ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付１５０ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
その後、得られた混合不織布を１２枚積層し、テストプレス機（北川精機製「ＫＶＨＣ－ＩＩ」）にて、高さ１．５ｍｍのスペーサーを配置し、積層方向に対して垂直な面に対して３ＭＰａにて加圧しながら、２８０℃で１０分間加熱し、ガラス繊維の間に溶融したＰＣ樹脂を含浸させた後、加圧を維持したまま、ＰＣのガラス転移温度以下である１３０℃まで冷却し、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．５３ｍｍ、目付は１８００ｇ／ｍ^２、密度は１．１７６ｇ／ｃｍ^３、空隙率は２８．３％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［比較例１］
非晶性熱可塑性繊維としてＰＥＩ繊維１００ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２１０ｇ／ｍ^２の不織布を得た。
その後、不織布の積層枚数を１２枚とした以外実施例１と同様にして空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは２．００ｍｍ、目付は２４１０ｇ／ｍ^２、密度は１．２１０ｇ／ｃｍ^３、空隙率は５．０％であった。また、得られた空間充填材の定荷重下での膨張率を評価するために実施例１と同じ条件で加熱したところ、空間充填材が溶融、流出したため、空間充填材として機能しなかった。

［比較例２］
結晶性熱可塑性繊維としてＰＡ９Ｔ繊維５０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）５０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２３６ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
得られた混合不織布を８枚積層し、テストプレス機（北川精機製「ＫＶＨＣ－ＩＩ」）にて、高さ１．５ｍｍのスペーサーを配置し、積層方向に対して垂直な面に対して３ＭＰａにて加圧しながら、３２０℃で１０分間加熱し、ガラス繊維の間に溶融したＰＡ９Ｔ樹脂を含浸させた後、加圧を維持したまま、ＰＡ９Ｔのガラス転移温度以下である１００℃まで冷却し、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．４７ｍｍ、目付は１８１３ｇ／ｍ^２、密度は１．２３２ｇ／ｃｍ^３、空隙率は２１．７％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

［比較例３］
結晶性熱可塑性繊維としてＰＡ６繊維５０ｗｔ％、強化繊維として１３ｍｍのカット長のガラス繊維（日東紡製：平均繊維径９μｍ、比重２．５４ｇ／ｃｍ^３）５０ｗｔ％からなるスラリーを用いて、ウェットレイドプロセスにより目付２３４ｇ／ｍ^２の混合不織布（混抄紙）を得た。
得られた混合不織布を８枚積層し、テストプレス機（北川精機製「ＫＶＨＣ－ＩＩ」）にて、高さ１．５ｍｍのスペーサーを配置し、積層方向に対して垂直な面に対して３ＭＰａにて加圧しながら、３００℃で１０分間加熱し、ガラス繊維の間に溶融したＰＡ６樹脂を含浸させた後、加圧を維持したまま、ＰＡ６のガラス転移温度以下である３０℃まで冷却し、空間充填材を作製した。得られた空間充填材の厚さは１．４０ｍｍ、目付は１８００ｇ／ｍ^２、密度は１．２８６ｇ／ｃｍ^３、空隙率は１８．３％であった。得られた空間充填材について、実施例１と同様に評価を行い、評価結果を表１に示す。

なお、表１において、ＧＦはガラス繊維であり、ＣＦは炭素繊維である。

表１より、実施例１～１０の空間充填材は、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度に対して５０℃高い温度において、１１０％以上の良好な膨張性を示しており、膨張後においても非晶性熱可塑性樹脂がマトリクス樹脂として存在している。一方、強化繊維と結晶性熱可塑性樹脂とで構成されている比較例２および３では、膨張率が１％以下と、ほとんど膨張していない。

さらに、実施例１～１０の空間充填材は、非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度に対して１００℃高い温度において、さらに良好な膨張性を示しているが、比較例２および３では、膨張率が２％以下と、ほとんど膨張していない。

さらに、実施例１～１０の空間充填材について、以下に示す各種特性について評価を行い、評価結果を表２に示す。

［定荷重下での膨張率］
縦５ｃｍ、横５ｃｍに切り出した膨張前の空間充填材を用い、重量１．４４ｋｇ、縦５ｃｍ、横５ｃｍ、高さ７．４ｃｍの金属製の直方体を空間充填材の上に乗せた状態で熱風炉中に入れ、熱可塑性樹脂の軟化温度＋３０℃以上の温度で、空間充填材の厚み変化が無くなるまで加熱した。
次いで、膨張した空間充填材の膨張前の厚さ及び膨張後の厚さから、下記式に従って定荷重下（５．６ｋＰａ）での膨張率を算出した。
膨張率（％）＝膨張後の空間充填材の厚さ（ｍｍ）／膨張前の空間充填材の厚さ（ｍｍ）×１００

［厚み方向に対して直交する方向への寸法変化率］
定荷重下（５．６ｋＰａ）での膨張率の計測に用いた膨張後サンプルについて、面方向の寸法を計測し、下記式により、寸法変化率を算出した。
寸法変化率（％）＝（膨張後面積（ｃｍ^２）－膨張前面積（ｃｍ^２））／膨張前面積（ｃｍ^２）×１００

［充填性評価］
実施例にて得られた空間充填材を、長さ５０ｍｍ、幅１４ｍｍに切り出し、高さ３ｍｍ、幅１４ｍｍ、奥行き５０ｍｍの孔を有する鋼鉄製外方部材の孔（空隙）内に挿入し、所定の温度で加熱して空間充填材を膨張させて、以下の基準で充填性を評価した。
○：空隙の高さがすべて埋まる
×：空隙の高さが埋まらない

また、充填時膨張率を以下の式により算出した。なお、空隙の高さがすべて埋まった場合、充填後の空間充填材の厚さは３ｍｍとなる。
充填時膨張率（％）＝充填後の空間充填材の厚さ（ｍｍ）／充填前の空間充填材の厚さ（ｍｍ）×１００

また、上述の空間充填材の空隙率と同様の算出方法により、充填後の空間充填材の空隙率を算出した。

また、充填後の空間充填材の密度を以下の式により算出した。
充填後密度（ｇ／ｃｍ^３）＝充填前の空間充填材の密度（ｇ／ｃｍ^３）／（充填時膨張率（％）／１００）

［押抜荷重］
高さ１０ｍｍ、幅２０ｍｍ、奥行き５０ｍｍの孔を有する鋼鉄製外方部材に、厚さ４ｍｍ、幅１４ｍｍ、長さ５０ｍｍの直方体の鋼鉄製被固定材を挿入し、更に外方部材と被固定材との間に、幅１４ｍｍ、長さ５０ｍｍに切り出した空間充填材を１枚ずつ挿入した。これらを熱風炉中で、所定温度にて３０分加熱することで、空間充填材により、外方部材に被固定材を固定した。
次いで、得られた多重構造体（被固定材が空間充填材により外方部材の内部に固定されている構造体）に対して、万能試験機（島津製作所製「ＡＧ－２０００Ａ」）を用いて、被固定材のみに荷重を長さ方向にかけ、被固定材を押抜き、ずれが生じ始める時の荷重を押抜荷重とした。

［通液性評価］
空間充填材を幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍに切り出し、それを３枚積層した状態で、高さ９ｍｍ、幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍの貫通孔を有する鋼鉄製外方部材の孔内に挿入した。挿入後、所定の温度で加熱し、外方部材の孔を空間充填材で完全に充填した。外方部材の貫通孔を通液できるように外方部材の両端にそれぞれ耐圧チューブを取り付けた。
そして、耐圧チューブの一方より、４５ｋＰａの圧力で純水を注入し、空間充填材を経て他方の耐圧チューブから流出する水の体積を観測し、合計量が２０ｍＬから４０ｍＬとなるために必要な時間ｔ（ｍｉｎ）を計測した。
得られた時間より、下記式により、膨張後の空間充填材の通液速度を算出した。
通液速度（ｍＬ／ｍｉｎ）＝２０（ｍＬ)／ｔ（ｍｉｎ）

また、得られた通液速度について、以下の基準で通液性を評価した。
◎：１００ｍｍ／ｍｉｎ以上
〇：３ｍｍ／ｍｉｎ以上１００ｍｍ／ｍｉｎ未満
×：３ｍｍ／ｍｉｎ未満

［絶縁性評価］
実施例にて得られた空間充填材を、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準拠して体積抵抗率を計測し、以下の基準で絶縁性を評価した。
〇：体積抵抗率１０^５（Ω・ｃｍ）以上
×：体積抵抗率１０^５（Ω・ｃｍ）未満

［耐熱性評価］
実施例にて得られた空間充填材を、３ｍｍ厚に隙間設定したテストプレス機（北川精機製「ＫＶＨＣ－ＩＩ」）にて、所定温度で１０分間加熱し、膨張させた後に冷却し、耐熱性試験片を作製した。次いで、ＪＩＳ Ｋ ７０１７「繊維強化プラスチック－曲げ特性の求め方」に準拠して曲げ試験片を作製し、２５℃および８０℃雰囲気下で曲げ試験を実施し、下記式により物性保持率を算出した。
物性保持率（％）＝８０℃雰囲気下での曲げ強度（ＭＰａ）／２５℃雰囲気下での曲げ強度（ＭＰａ）×１００
次いで、以下の基準で耐熱性を評価した。
〇：物性保持率７０％以上
×：物性保持率７０％未満

表２に示すように、実施例１～１０の空間充填材は、ガラス転移温度が１００℃以上の非晶性熱可塑性樹脂を用いているため、耐熱性に優れている。また、実施例１～１０の空間充填材は、充填後において空隙を有しているため、通液性に優れている。中でも、実施例１、２、４～７および１０の空間充填材は、充填後の空隙率が４５％以上であるため、通液性に特に優れている。

また、実施例１～７および１０の空間充填材は、空隙率が１０～６５％であるため、低荷重下における膨張性が良好である。中でも、実施例１～３、５～７および１０の空間充填材は、寸法変化率が－０．２～０．２％の範囲内にあり、極めて良好である。

実施例１～５および７～１０の空間充填材は、強化繊維としてガラス繊維を用いているため、絶縁性に優れている。

さらに、実施例１～６、８および１０の空間充填材は、強化繊維および非晶性熱可塑性樹脂の合計体積のうちの非晶性熱可塑性樹脂の体積比率が３０～９０ｖｏｌ％であるため、非晶性熱可塑性樹脂をマトリクスとして良好に利用することができ、被固定材を固定する強度（押抜荷重）が特に高い。

本発明の空間充填材は、輸送手段、家電製品、産業機械、建造物などにおいて、部材に囲まれる所定の空間内を充填するために有用である。例えば、空間充填材は、部材を補強する補強材や、部材に囲まれる所定の空間内に被固定材を固定する固定材として用いることができる。さらに、本発明の空間充填材は、モーター（例えば、自動車の駆動用モーター）において、ロータに形成された複数の孔部内に永久磁石（被固定材）を固定するためのモールド材として用いることができる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１１，２１・・・空間充填材
１２，２２・・・外方部材
１３，２３・・・空間
２４・・・被固定材
２５・・・空間充填構造体
Ｘ・・・厚み方向

Claims (11)

1. 繊維長が３～１００ｍｍである強化繊維と非晶性熱可塑性樹脂で構成された繊維とを含む混合不織布で構成され、前記強化繊維同士が複数の交点を有し、少なくともその交点の一部が非晶性熱可塑性樹脂で接着されてなり、前記非晶性熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の残留応力が解放されて膨張する、空間充填材であって、
   前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）に対してＴｇ＋５０℃での膨張率が１１０％以上である、空間充填材。
2. 請求項１に記載の空間充填材であって、前記強化繊維および前記非晶性熱可塑性樹脂の合計体積のうちの前記非晶性熱可塑性樹脂の体積比率が１５～９５ｖｏｌ％である、空間充填材。
3. 請求項１または２に記載の空間充填材であって、前記強化繊維が屈曲しており、前記非晶性熱可塑性樹脂の軟化により強化繊維の屈曲が解放されることで膨張する、空間充填材。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の空間充填材であって、厚み方向において定荷重下での膨張率が１０５％以上である、空間充填材。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の空間充填材であって、前記非晶性熱可塑性樹脂のガラス転移温度が１００℃以上である、空間充填材。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の空間充填材であって、前記非晶性熱可塑性樹脂が熱可塑性ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂、およびポリエーテルスルホン系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の非晶性熱可塑性樹脂である、空間充填材。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の空間充填材であって、前記強化繊維が絶縁性繊維である、空間充填材。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の空間充填材であって、空隙率が３～７５％である、空間充填材。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の空間充填材であって、所定の空間内で被固定材を固定させるために用いられる、空間充填材。
10. 請求項９に記載の空間充填材と、その少なくとも一部に接して一体化された被固定材とを備える、空間充填構造体。
11. 請求項１０に記載の空間充填構造体であって、前記被固定材が前記空間充填材で挟まれている、空間充填構造体。

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