JPWO2015029634A1 - サンドイッチ構造体、それを用いた一体化成形品およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂および空隙を含むコア材と、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を含むスキン材とから構成されるサンドイッチ構造体であって、コア材は、不連続の強化繊維の３０％以上が熱可塑性樹脂で被覆されるとともに、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉している、サンドイッチ構造体、それを用いた一体化成形品およびそれらの製造方法。

Description

本発明は、軽量性、薄肉性、剛性に優れたサンドイッチ構造体に関し、より詳しくは、特定のコア材と繊維強化材をスキン材に用いた、とりわけ軽量性と剛性に優れた特性を有するサンドイッチ構造体に関する。

連続した強化繊維群で強化された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、航空機、自動車、二輪車、自転車などの輸送機器用途、テニス、ゴルフ、釣り竿などのスポーツ用品用途、耐震補強材などの建設構造物用途など、軽量性と力学特性が要求される構造体の材料として、頻繁に使用されている。

力学特性を確保しつつ軽量性を高めた構造体として、軽量なコア材に、スキン材としてＦＲＰが配置されてなるサンドイッチ構造体が知られている。構造体の軽量化を図るため、より軽量なコア材の選択が行われ、バルサコア、ハニカムコアやウレタン発泡コアなどがコア材として頻繁に使用されている。また、力学特性についても、実用的な要求特性にあわせて設計することで、サンドイッチ構造体は、航空機の二次構造材をはじめ、自動車部材、建造物部材やパネル部材などに、広く用いられている。

特許文献１には、サンドイッチ構造体のコア材として、樹脂が発泡した発泡コア材や、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉したコア材が開示されている。特許文献２には、ランダムな方向に分散された補強用短繊維を、それらの交点においてバインダーで結着してなる多孔質繊維層と、補強用繊維の繊維強化樹脂層との層状構成を有する軽量複合材料が開示されている。

しかしながら、これらのサンドイッチ構造体や複合材料では、剛性と軽量性を両立させることが難しく、あるいは、薄肉で複雑な形状を有する成形体を、量産性よく製造するには限界があった。特許文献１で開示されるサンドイッチ構造体は、熱可塑性樹脂の粒子を用いて不連続の強化繊維とでコア材を作製しているため、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉しているものの、コア材の剛性と軽量性を両立するのが難しかった。特許文献２で開示される軽量複合材料は、コア材となる樹脂として熱硬化性樹脂などを焼成して得られる炭化物を使用しているためコア材の成形性に劣る。

一方で、ＦＲＰの用途として、パソコン、オフィスオートメーション機器、オーディオビジュアル機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品などの電気・電子機器の筐体がある。これらは、量産性、成形性、生産性、経済性が求められるだけでなく、近年は、薄型で軽量であることが要望されている。この要求に対し、薄肉性と、剛性に優れたマグネシウム合金が活用されることがあるが、金属材料は比重が大きいために、軽量性の点では必ずしも要求を満足するには至っていない。特に、ノートパソコン、電話、情報端末などの電子機器の携帯化が進む一方で、ユーザー層の高齢化が今後ますます加速することが予測される中、これら電子機器筐体についてはさらなる軽量化が求められている。

国際公開第２００６／０２８１０７号公報 特開昭６３−６０７４３号公報

本発明の目的は、斯かる従来技術に鑑み、軽量性と剛性に優れたサンドイッチ構造体を提供することにある。本発明の他の目的は、このサンドイッチ構造体を他の部材と一体化した、軽量性、剛性に優れた一体化成形体を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、斯かるサンドイッチ構造体や一体化成形品を量産性良く製造することができるサンドイッチ構造体や一体化成形品の製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明のサンドイッチ構造体は次の構成を有する。
・不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂および空隙を含むコア材と、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を含むスキン材とから構成されるサンドイッチ構造体であって、コア材において、不連続の強化繊維の３０％以上が熱可塑性樹脂で被覆されるとともに、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉している、サンドイッチ構造体。

また、前記課題を解決するために、本発明のサンドイッチ構造体の製造方法は次の構成を有する。
・以下の工程［１］〜［３］を有する、前記したサンドイッチ構造体の製造方法。
工程［１］：熱可塑性樹脂が溶融ないし軟化する温度に加熱された状態で圧力を付与し、コア材に使用する強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめてコア材の前駆体とする工程
工程［２］：連続した強化繊維とマトリックス樹脂とでスキン材の成形を行う工程
工程［３］：コア材の前駆体を、加熱された状態で所定の膨張倍率となるよう厚さ調整をすることにより、膨張させてコア材とする工程
また、前記課題を解決するために、本発明の一体化成形品は次の構成を有する。
・前記したサンドイッチ構造体からなる第１の部材と、別の成形体からなる第２の部材とを接合してなる、一体化成形品。

さらに、前記課題を解決するために、本発明の一体化成形品の製造方法は次のいずれかの構成を有する。
・前記した一体化成形品を製造する方法であって、第２の部材が射出成形による成形体であり、第２の部材をインサート射出成形ないしアウトサート射出成形により第１の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。
・前記した一体化成形品を製造する方法であって、第２の部材がプレス成形による成形体であり、第２の部材をプレス成形により第１の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。

ここで、本発明において、連続した強化繊維とは、少なくとも一方向に１５ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上の長さにわたり連続した強化繊維を意味する。

本発明のサンドイッチ構造体は、その特徴的なコア材の設計に基づき、優れた力学特性、軽量性、ならびに薄肉性を有する。本発明のサンドイッチ構造体の製造方法は、優れた量産性を有し、その生産効率は従来に比べ、極めて経済的である。本発明のサンドイッチ構造体や一体化成形体は、ノートパソコンなどの電気・電子機器の部品、部材や筐体として好適に用いられる。

本発明で用いるコア材におけるクラスターの模式図 本発明のサンドイッチ構造体におけるコア材とスキン材との界面層の一例を示す模式図 本発明で用いるコア材における不連続の強化繊維の分散状態の一例を示す模式図 実施例１で作製したサンドイッチ構造体の断面写真 本発明の実施例にて得られる一体化成形品の斜視図 本発明の実施例にて得られる一体化成形品の斜視図

本発明者らは、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂および空隙を含むコア材と、連続した強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化材からなるサンドイッチ構造体の剛性と軽量性を追求した結果、サンドイッチ構造体に用いるコア材の特定の構造が影響していることを見出し、本発明に到達したものである。以下、本発明を詳細に説明する。

サンドイッチ構造体とは、コア材とスキン材を含み、コア材をスキン材で挟んでなる構造体である。本発明において、コア材は、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂および空隙を含み、スキン材は、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を含んでいる。

本発明において、コア材で用いられる強化繊維は、不連続なものであり、それに使用できる強化繊維の種類には特に制限はなく、例えば、アルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などの炭素繊維（黒鉛繊維を含む）、ガラス繊維などの絶縁性繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維、シリコンカーバイト繊維、シリコンナイトライド繊維などの無機繊維が挙げられる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体である金属の被着処理のほかに、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理などがある。また、これらの強化繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、軽量化効果の観点から、比強度、比剛性に優れるＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などの炭素繊維が好ましく用いられる。また、得られる成形品の経済性を高める観点からは、ガラス繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と経済性のバランスから炭素繊維とガラス繊維を併用することが好ましい。さらに、得られる成形品の衝撃吸収性や賦形性を高める観点からは、アラミド繊維が好ましく用いられ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性のバランスから炭素繊維とアラミド繊維を併用することが好ましい。また、得られる成形品の導電性を高める観点からは、ニッケル、銅、イッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。これらの中で、本発明では、コア材における不連続の強化繊維として、不連続の炭素繊維がより好ましく用いられ、炭素繊維としては、強度と弾性率などの力学的特性に優れるＰＡＮ系炭素繊維が特に好ましく用いられる。

ここで、本発明における不連続の強化繊維とは、繊維長が１５ｍｍ未満である強化繊維をいい、コア材には多数本の不連続の強化繊維が含まれ、不連続の強化繊維群を構成している。このような不連続の強化繊維群は、繊維長が１０ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％以上５０質量％以下、繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である強化繊維が５０質量％以上１００質量％以下、繊維長が２ｍｍ未満である強化繊維が０質量％以上５０質量％以下から構成されることが好ましく、１０ｍｍより長く１５ｍｍ未満である強化繊維が５０質量％を越えると、積層工程ないし成形工程での厚さ膨張が大きくなり取扱い性を損なう場合がある。また、繊維長が２ｍｍ未満である強化繊維が５０質量％を越えると、得られる強化繊維基材の力学特性が低下する場合がある。これらの観点から、斯かる不連続の強化繊維群は、より好ましくは、繊維長が８ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％以上２０質量％以下、繊維長が３ｍｍ以上８ｍｍ以下である強化繊維が８０質量％以上１００質量％以下、繊維長が３ｍｍ未満である強化繊維が０質量％以上２０質量％以下から構成される。また、不連続の強化繊維群における繊維長の分布が少なくとも２つのピークを有し、一方のピークが繊維長５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内にあり、もう一方のピークが２ｍｍ以上５ｍｍ未満の範囲内にあるようにすることも好ましい。このような繊維長の分布を有する不連続の強化繊維群とすることで、力学特性を確保する強化繊維と、積層工程ないし成形工程でのコア材の取扱い性を確保する強化繊維とを併用でき、両方の特性を容易に両立することができる。なお、ここでの強化繊維の質量割合は、不連続の強化繊維群における全体の繊維本数を１００％としたときの、各繊維長での数平均での繊維本数の割合を表す。

強化繊維の繊維長を測定する方法としては、例えば、強化繊維群から直接強化繊維を摘出して顕微鏡観察により測定する方法がある。強化繊維群に樹脂が付着している場合には、強化繊維群から、それに含まれる樹脂のみを溶解する溶剤を用いて樹脂を溶解させ、残った強化繊維を濾別して顕微鏡観察により測定する方法（溶解法）や、樹脂を溶解する溶剤がない場合には、強化繊維が酸化減量しない温度範囲において樹脂のみを焼き飛ばし、強化繊維を分別して顕微鏡観察により測定する方法（焼き飛ばし法）などがある。強化繊維群から強化繊維を無作為に４００本選び出し、その長さを１μｍ単位まで光学顕微鏡にて測定し、繊維長とその割合を求めることができる。なお、強化繊維群から直接強化繊維を摘出する方法と、焼き飛ばし法や溶解法で強化繊維を摘出する方法とを比較した場合、条件を適切に選定することで、得られる結果に特別な差異を生じることはない。これらの測定方法の中で溶解法を採用するのが、強化繊維の質量変化が少ない点で好ましい。

また、不連続の強化繊維としては、その引張弾性率が、サンドイッチ構造体の剛性の点から、好ましくは２００ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下、より好ましくは２２０ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下の範囲内であるものが使用できる。強化繊維の引張弾性率が、２００ＧＰａよりも小さい場合は、サンドイッチ構造体の剛性が劣ることがあり、１０００ＧＰａよりも大きい場合は、強化繊維の結晶性を高める必要があり、そのような強化繊維を製造するのが困難となる。不連続の強化繊維の引張弾性率が、前記範囲内であるとサンドイッチ構造体の剛性、強化繊維の製造性の点で好ましい。なお、強化繊維の引張弾性率は、ＪＩＳ Ｒ７６０１−１９８６に記載のストランド引張試験により測定することができる。

本発明においてコア材で用いられる不連続の強化繊維の体積含有率は、コア材の見掛け体積に対して１％以上３０％以下であることが好ましく、軽量性と力学特性の両立の観点から３％以上１０％以下がより好ましい。不連続の強化繊維の体積含有率が、１％よりも少ないと剛性に不足し、３０％を越えるとコア材の嵩比重が大きくなる。ここで、コア材の見掛け体積には、不連続の強化繊維の体積、熱可塑性樹脂の体積、空隙の体積を含む。コア材の見掛け体積や、それを構成する不連続の強化繊維の体積、熱可塑性樹脂の体積、空隙の体積は、Ｘ線検査装置（コンピューター断層撮影）（Ｘ線ＣＴ）により測定することができる。

本発明においてコア材で用いられる不連続の強化繊維は、その表面の３０％以上が熱可塑性樹脂で被覆されていることが重要である。すなわち、不連続の強化繊維の全表面積に対して被覆率が３０％以上となるように、熱可塑性樹脂で被覆されるのである。斯かる被覆率は、好ましくは、５０％以上、より好ましくは、８０％以上であるのがよい。斯かる被覆率とすることにより、サンドイッチ構造体のコア材として、繊維強化された熱可塑性樹脂となるため剛性を高くすることができ、また、後述するようなコア材の形成時に加熱により膨張させた際の膨張倍率の自由度が得られる。斯かる被覆率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、強化繊維の断面を観察し強化繊維と樹脂を区別することで測定される。さらに、好ましい態様とすれば、不連続の強化繊維の熱可塑性樹脂による被覆状態は、強化繊維の表面が熱可塑性樹脂による被覆のため露出しておらず、言い換えれば、強化繊維が熱可塑性樹脂により電線状に被覆されているのがよい。このことによりコア材として均一な構造をとることができ、寸法のばらつきが少なくなる。

また、本発明においてコア材は、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉していることが重要である。これにより、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂により接合することでコア材の剪断弾性率が高くなり、それによりサンドイッチ構造体としての剛性が高くなる。不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉している交叉部分の個数の割合は、不連続の強化繊維の単繊維同士が交叉している全交叉部分の個数に対し５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上であることがコア材の剪断弾性率により効率的に寄与し、サンドイッチ構造体の剛性がより高くなる。

本発明において、コア材で用いられる熱可塑性樹脂は、結晶性であっても非晶性であってもよい。

結晶性の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアリーレンスルフィド、ポリケトン（ＰＫ）、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）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などが挙げられる。ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステルなどが例示できる。また、ポリオレフィンとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンなどが例示できる。また、ポリアリーレンスルフィドとしては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が例示できる。また、フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンが例示できる。

非晶性の熱可塑性樹脂としては、ポリスチレンの他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）などが例示できる。コア材で用いられる熱可塑性樹脂としては、その他、フェノキシ樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素樹脂系、またはアクリロニトリル系などの熱可塑エラストマーであってもよく、また、共重合体や変性体であってもよい。中でも、コア材で用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、が好ましく用いられる。得られる成形品の軽量性の観点からはポリオレフィンが好ましく、強度の観点からはポリアミドが好ましく、吸湿性の観点からはポリエステル、表面外観の観点からはポリカーボネート、ポリスチレン、変性ポリフェニレンエーテルのような非晶性樹脂が好ましく、耐熱性の観点からは、ポリアリーレンスルフィドが好ましく、連続使用温度の観点からは、ポリエーテルエーテルケトンが好ましく用いられる。

上記したように、得られる成形品の軽量性の観点からポリオレフィンが好ましく用いられるが、ポリオレフィンは、未変性ポリオレフィンと変性ポリオレフィンに大別される。特に、本発明では、コア材で用いられる熱可塑性樹脂として、未変性ポリオレフィンと変性ポリオレフィンとを混合して用いることが好ましい。

ここで、未変性ポリオレフィンとは、官能基で変性されていないポリオレフィン、すなわち下記するような官能基を実質的に含んでいないポリオレフィンのことであり、変性ポリオレフィンとは、官能基で変性されているポリオレフィン、すなわち、下記するような官能基を含んでいるポリオレフィンのことである。

変性ポリオレフィンにおける変性による官能基としては、カルボキシル基、酸無水物、水酸基、エポキシ基、アミノ基が好ましく例示できる。なお、官能基量は、酸価、ＯＨ価、エポキシ価、アミン価などを指標として確認することができる。変性ポリオレフィンのうち、酸変性ポリオレフィンが取扱性、変性の容易性から、とりわけ好ましい。

変性ポリオレフィンにおける変性による官能基量は、多いほど、接着力を高める観点から好ましい。ポリオレフィンの変性方法としては、特に制限はなく、官能基含有化合物のグラフト反応や末端への付加反応、また官能基含有ブロックの共重合などが例示できる。なかでも、二重結合を有する官能基含有化合物の不飽和ポリオレフィンへのグラフト反応による変性技術が、官能基量を高める点でより好ましい。

ポリオレフィンとして、未変性ポリオレフィンと変性ポリオレフィンとを混合して用いる場合、取扱いの観点から、変性ポリオレフィンの配合量は、ポリオレフィンの全体質量に対して５質量％以上が好ましく、１０質量％以上５０質量％以下がより好ましい。このとき、変性ポリオレフィンとして酸変性ポリオレフィンを用いる場合、酸変性ポリオレフィンの酸価は、１０以上が好ましく、２０以上がより好ましく、３０以上がさらに好ましい。酸変性ポリオレフィンの酸価は、あまりに大きすぎると、樹脂の粘度が高くなり取扱性が悪くなることがあるため、６０以下であることが好ましい。

前記群に例示された熱可塑性樹脂には、本発明の目的を損なわない範囲で、エラストマーあるいはゴム成分などの耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を添加しても良い。これらの例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤が挙げられる。

特に、本発明では、コア材で用いられる熱可塑性樹脂に酸化防止剤を添加することが好ましい。

酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、ヒンダードアミン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が挙げられる。この中でも、リン系酸化防止剤とヒンダードフェノール系酸化防止剤が、無機充填剤、顔料などを配合した樹脂において、優れた酸化防止効果を発揮することから好ましく用いられる。

酸化防止剤をコア材で用いられる熱可塑性樹脂に添加することで、熱可塑性樹脂を成形する際に、熱可塑性樹脂の熱分解が抑制されるため、成形性が良好となる。

酸化防止剤の、コア材で用いられる熱可塑性樹脂に対する添加量は、熱可塑性樹脂の熱分解の抑制と成形性の両立の点から、熱可塑性樹脂の全体質量に対して０．１質量％以上５質量％以下となるようにするのが好ましく、０．１質量％以上３質量％以下の範囲とするのがより好ましく、０．１質量％以上１質量％以下の範囲とするのがさらに好ましい。

本発明において、コア材で用いられる熱可塑性樹脂の体積含有率は、コア材の見掛け体積に対して１０％以上８０％以下であることが好ましく、軽量性と力学特性の両立の観点から１０％以上４０％以下がより好ましい。熱可塑性樹脂の体積含有率が、１０％よりも少ないと剛性に不足が生じやすく、８０％を越えるとコア材の嵩比重が大きくなりすぎることがある。

本発明において、コア材における空隙の体積含有率は、コア材の見掛け体積に対して１０％以上８５％以下であることが好ましく、２０％以上８５％以下であることがより好ましく、軽量性と力学特性の両立の観点から５０％以上８０％以下であることがさらに好ましい。

本発明では、コア材において、それを構成する不連続の強化繊維と熱可塑性樹脂が、通常、クラスターを形成している。コア材の断面を観察したときに斯かるクラスターの最大長さの平均値が１００μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上であることにより、不連続の強化繊維と熱可塑性樹脂が強固に結合するため、コア材の剪断弾性率をより高くすることが可能となり、サンドイッチ構造体およびコア材の剛性の点から好ましい。なお、クラスターの最大長さの平均値が大きすぎる場合、コア材中の空隙の体積含有率が小さくなり、コア材としての軽量性に影響が出ることが考えられるため、クラスターの最大長さの平均値は８００μｍ以下であるのが好ましい。なお、クラスターとは、サンドイッチ構造体あるいはコア材の厚さ方向断面において、コア材部分についてレーザー顕微鏡を用いて２００倍の倍率で観察したときに認知される、不連続の強化繊維と熱可塑性樹脂との集合体のことをいい、具体的には、不連続の強化繊維と熱可塑性樹脂とで形成される塊状体のことをいう。断面の観察視野において、クラスターは通常、互いに接触せずに集合している。また、クラスターの最大長さとは、サンドイッチ構造体あるいはコア材の厚さ方向断面において、コア材部分をレーザー顕微鏡で観察した画像で、クラスター内に直線を引いたときの最大長さを示す。クラスターは、図１に示される態様に例示され、この場合のクラスターの最大長さとは、直線２，３，４の中で最も長い直線２のことを示す。そして、場所を変えてコア材部分の観察画像を３枚用意し、各観察画像から任意でクラスターを１０個選び、それらクラスターにそれぞれ直線を引き、最大長さをそれぞれに求める。測定された１０個のクラスターの最大長さを平均することにより、クラスターの最大長さの平均値が求められる。

本発明では通常、不連続の強化繊維は、その表面の３０％以上が熱可塑性樹脂で被覆され、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉するとともにクラスターを形成している。クラスターにおける不連続の強化繊維の全表面積のうち３０％以上が熱可塑性樹脂で被覆されることにより、繊維強化された熱可塑性樹脂となっており、そのため、コア材としての剛性が高くなり該コア材を使用したサンドイッチ構造体の剛性が著しく高くなる。

本発明において、コア材の曲げ弾性率は、サンドイッチ構造体の剛性の点から、好ましくは２．５ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下であり、より好ましくは３．０ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下である。コア材の曲げ弾性率が２．５ＧＰａより小さいとサンドイッチ構造体の剛性が不足することがあり、２０ＧＰａよりも大きいとサンドイッチ構造体の軽量性が不足することがある。コア材の曲げ弾性率は、支点間距離が試験片厚さの１６倍で３点曲げ試験を行い、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて求められる。また、曲げ弾性率は、５サンプルの平均値で評価した結果を用いる。

本発明において、コア材の嵩比重は、軽量性の点で、好ましくは０．０１以上０．６以下であり、より好ましくは０．１以上０．６以下である。コア材の嵩比重が０．０１より小さいとコア材の空隙が多くなりサンドイッチ構造体の剛性が不足することがあり、０．６より大きいとサンドイッチ構造体の軽量性が達成できなくなることがある。コア材の嵩比重は、サンドイッチ構造体からコア材のみを横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、（厚さはコア材全体の厚さ）にサンプルを切り出し、その質量Ｗ（ｇ）と見掛け体積Ｖ（ｃｍ^３）から次式により求められる。
嵩比重＝Ｗ／Ｖ

本発明において、スキン材で用いられる、連続した強化繊維は、例えば、前述したコア材で用いられる不連続の強化繊維と同様の種類の強化繊維を用いることができる。特に、スキン材における連続した強化繊維は、連続した炭素繊維であることが、とりわけ好ましい。

また、連続した強化繊維の引張弾性率は、サンドイッチ構造体の剛性の点から、好ましくは３６０ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下、より好ましくは５００ＧＰａ以上８００ＧＰａ以下の範囲内であるものが使用できる。強化繊維の引張弾性率が、３６０ＧＰａよりも小さい場合は、サンドイッチ構造体の剛性が劣る場合があり、１０００ＧＰａよりも大きい場合は、強化繊維の結晶性を高める必要があり、そのような強化繊維を製造するのが困難となる。強化繊維の引張弾性率が、前記範囲内であるとサンドイッチ構造体の更なる剛性向上、強化繊維の製造性向上の点で好ましい。なお、強化繊維の引張弾性率は、ＪＩＳ Ｒ７６０１−１９８６に記載のストランド引張試験により測定することができる。

本発明において、スキン材で用いられるマトリックス樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール（レゾール型）樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などの熱硬化性樹脂などを好ましく用いることができる。これらは、２種以上をブレンドした樹脂などを適用しても良い。この中でも、特に、エポキシ樹脂は、成形体の力学特性や、耐熱性の観点から好ましい。エポキシ樹脂は、その優れた力学特性を発現するために、使用する樹脂の主成分として含まれるのが好ましく、具体的には樹脂組成物の全質量に対して６０質量％以上含まれることが好ましい。

エポキシ樹脂としては、アミン類、フェノール類、炭素−炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましく用いられる。

エポキシ樹脂の硬化剤としては、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物であればこれを用いることができる。硬化剤としては、アミノ基、酸無水物基またはアジド基を有する化合物が適している。硬化剤としては、より具体的には、例えば、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン（各種異性体を含む）、ジアミノジフェニルスルホン（各種異性体を含む）、アミノ安息香酸エステル類、各種酸無水物、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ポリフェノール化合物、イミダゾール誘導体、脂肪族アミン、テトラメチルグアニジン、チオ尿素付加アミン、カルボン酸無水物（たとえば、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物）、カルボン酸ヒドラジド、カルボン酸アミド、ポリメルカプタン、ルイス酸錯体（たとえば、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体）などが挙げられる。これらの硬化剤は、単独で使用しても併用してもよい。

芳香族ジアミンを硬化剤として用いることにより、耐熱性の良好な硬化樹脂が得られる。特に、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体は、耐熱性の良好な硬化樹脂を得るため最も適している。芳香族ジアミンを硬化剤として用いる場合、その添加量は、化学量論的に当量となるように添加することが好ましいが、場合によって、例えば、当量比０．７以上０．８以下付近を用いることにより高弾性率の硬化樹脂が得られる。

また、ジシアンジアミドと尿素化合物（たとえば、３，４−ジクロロフェニル−１，１−ジメチルウレア）との組合せ、あるいはイミダゾール類を硬化剤として用いることにより、比較的低温で硬化しながら高い耐熱耐水性が得られる。酸無水物を用いて硬化することは、アミン化合物を硬化剤として用いた場合に比べ吸水率の低い硬化樹脂を与える。その他、これらの硬化剤を潜在化したもの、例えば、マイクロカプセル化したものを用いることができる。

エポキシ樹脂の硬化剤の中でも、ジシアンジアミドと尿素化合物の組み合わせが、１４５℃以上の温度で１０分以内に硬化することを可能としやすいため、好ましく用いられる。

また、これらエポキシ樹脂と硬化剤、あるいはそれらの一部を予備反応させた物を組成物中に配合することもできる。この方法は、粘度調節や保存安定性向上に有効である場合がある。

上記エポキシ樹脂組成物に、熱可塑性樹脂を溶解して添加することも好適である。このような熱可塑性樹脂としては、一般に、主鎖に、炭素−炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、チオエーテル結合、スルホン結合またはカルボニル結合から選ばれた結合を有する熱可塑性樹脂であることが好ましいが、部分的に架橋構造を有していても差し支えない。また、それは、結晶性を有していても非晶性であってもよい。特に、ポリアミド、ポリカーボナート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミドイミド、ポリイミド（たとえば、フェニルトリメチルインダン構造を有するポリイミド）、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアラミド、ポリエーテルニトリルおよびポリベンズイミダゾールからなる群から選ばれた少なくとも１種の樹脂が、エポキシ樹脂組成物に溶解していることが好適である。

また、スキン材で用いられるマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂も好ましく用いられ、前述したコア材で用いられる熱可塑性樹脂と同様の種類のものが例示できる。

次に、本発明のサンドイッチ構造体について、さらに詳細に説明する。

本発明のサンドイッチ構造体は、コア材に用いられる熱可塑性樹脂の一部がスキン材に含浸しており、その含浸部位の最大含浸距離がコア材から１０μｍ以上であることが、コア材とスキン材の接合強度の観点から好ましく、１５μｍ以上であることがより好ましい。最大含浸距離の測定方法に特に制限はないが、例えばサンドイッチ構造体の断面観察によりスキン材とコア材の界面を観察することで、スキン材に含浸しているコア材に用いられる熱可塑性樹脂の含浸距離を測定することができる。

本発明のサンドイッチ構造体において、コア材は、後述するように、その前駆体が通常、加熱膨張性を有する。加熱膨張性とは、コア材の前駆体を、それを構成する熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することで、加圧により圧縮状態とされていた前駆体内の強化繊維群が、強化繊維の弾性率に由来する起毛力によって膨張することである。これにより、空隙を有する構造が形成され、コア材を、強化繊維と熱可塑性樹脂の特性の許す範囲内で自由に、厚さ制御が出来るようになる。

ここでコア材の前駆体とは、実質的に空隙を含んでいない、不連続の強化繊維と熱可塑性樹脂から構成されるコア材の材料のことを示す。なお、ここでコア材の前駆体の見掛け体積に対して、空隙の体積含有率が５％以下であれば、通常、実質的に空隙を含んでいないとされる。

本発明のサンドイッチ構造体では、コア材における不連続の強化繊維の一部が、スキン材に貫通していることが好ましい。不連続の強化繊維がスキン材に貫通している状態とは、図２に示される態様に例示される。すなわち、図２に示されるように、スキン材を構成するマトリックス樹脂とコア材を構成する熱可塑性樹脂とで形成される界面層にて、マトリックス樹脂７と熱可塑性樹脂６を包含する形で不連続の強化繊維８が存在しており、言い換えれば、不連続の強化繊維によるアンカリングによりマトリックス樹脂と熱可塑性樹脂が強固な接合状態にあると言える。不連続の強化繊維の貫通程度（図２における貫通した単繊維８の貫通程度）は、本発明の効果を損なわない限り制限されないが、不連続の強化繊維を含むコア材が接合媒体として機能しており、スキン材とコア材の接合性に影響するといった観点から、コア材の不連続の強化繊維によるスキン材への最大貫通距離が、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上という貫通状態を有していることが好ましい。コア材の不連続の強化繊維によるスキン材への貫通距離は、貫通した不連続の強化繊維における、スキン材のマトリックス樹脂側での繊維先端の深さ（水平面）から、スキン材のマトリックス樹脂とコア材の熱可塑性樹脂との境界での貫通点までの最短距離で示され、図２における不連続の強化繊維８の場合、符号９の距離で示される。そして、測定された貫通距離のうち、最大の値のものを、最大貫通距離とする。コア材の不連続の強化繊維によるスキン材への最大貫通距離は、具体的には、次のようにして測定できる。サンドイッチ構造体のスキン材とコア材の接合部分を切り出し、その厚さ方向断面について、レーザー顕微鏡を用いて１０００倍の倍率で、任意の１０か所（画像１０枚）撮影し、得られた画像から、コア材における不連続の強化繊維がスキン材へ貫通している各単繊維について貫通距離を求め、その最大の値を最大貫通距離とする。

本発明のサンドイッチ構造体において、コア材に用いる不連続の強化繊維は、コア材の前駆体が加熱膨張性を有するように配置されていればよいが、略単繊維状に、より好ましくは単繊維状に分散されることが好ましく、加えて、強化繊維はランダムに分布することがより好ましい。例えば、マットとすることで賦形性に優れることから、複雑形状への賦型が容易となる。また、マットが形成する空隙が緻密化するため、マトリックス樹脂および熱可塑性樹脂がより複雑な界面を形成し、優れた接合能力を発現する。さらに、不連続の強化繊維束端における弱部が極小化されるため、優れた接合能力、補強効率および信頼性に加えて、等方性も付与される。ここで、略単繊維状とは、単繊維が５００本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。

コア材における不連続の強化繊維の分散状態は、例えば、コア材の厚さ方向断面について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて強化繊維を観察することで特定することができる。

さらに、単繊維状に分散しているとは、サンドイッチ構造体のコア中にて任意に選択した不連続の強化繊維について、その二次元接触角が１度以上である単繊維の割合（以下、繊維分散率とも称す）が８０％以上であることを指し、言い換えれば、構成要素中において単繊維の２本以上が接触して並行した束が２０％未満であることをいう。従って、ここでは、少なくとも強化繊維からなるマットにおける単繊維数１００本以下の繊維束の質量分率が１００％に該当するもののみを対象とする。

ここで、二次元接触角とは、不連続の強化繊維の単繊維と該単繊維と接触する単繊維とで形成される角度のことであり、接触する単繊維同士が形成する角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度と定義する。この二次元接触角について、図面を用いてさらに説明する。図３（ａ）、（ｂ）は本発明における一実施態様であって、サンドイッチ構造体中の不連続強化繊維を面方向（ａ）および厚さ方向（ｂ）から観察した場合の模式図である。単繊維１１を基準とすると、単繊維１１は図３（ａ）では単繊維１２〜１６と交わって観察されるが、図３（ｂ）では単繊維１１は単繊維１５および１６とは接触していない。この場合、基準となる単繊維１１について、二次元接触角度の評価対象となるのは単繊維１２〜１４であり、接触する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度１７である。

二次元接触角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、サンドイッチ構造体の表面を研磨してコア材の不連続の強化繊維を露出させることで、不連続の強化繊維の配向を観察する方法が例示できる。また、Ｘ線ＣＴ透過観察して、不連続の強化繊維の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い強化繊維の場合には、強化繊維にトレーサ用の繊維を混合しておく、あるいは強化繊維にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、強化繊維を観察しやすくなるため好ましい。また、上記方法で測定が困難な場合には、サンドイッチ構造体を加熱炉などにより高温下において熱可塑性樹脂成分を焼失させた後、取り出した強化繊維からなるマットから、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて、強化繊維の配向を観察する方法が例示できる。前記観察方法に基づき、繊維分散率は次の手順で測定する。無作為に選択した単繊維（図３における単繊維１１）に対して接触している全ての単繊維（図３における単繊維１２〜１４）との二次元接触角を測定する。これを１００本の単繊維についておこない、二次元接触角を測定した全ての単繊維の総本数と、二次元接触角が１度以上である単繊維の本数との比率から、割合を算出する。

さらに、不連続の強化繊維は、ランダムに分散していることが、とりわけ好ましい。ここで、不連続の強化繊維がランダムに分散しているとは、サンドイッチ構造体のコア材における任意に選択した強化繊維の二次元配向角の平均値が３０度以上６０度以下であることをいう。斯かる二次元配向角とは、不連続の強化繊維の単繊維と該単繊維と交差する単繊維とで形成される角度のことであり、交差する単繊維同士が形成する角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度と定義する。この二次元配向角について、図面を用いてさらに説明する。図３（ａ）、（ｂ）において、単繊維１１を基準とすると、単繊維１１は他の単繊維１２〜１６と交差している。ここで交差とは、観察する二次元平面において、基準とする単繊維が他の単繊維と交わって観察される状態のことを意味し、単繊維１１と単繊維１２〜１６が必ずしも接触している必要はなく、投影して見た場合に交わって観察される状態についても例外ではない。つまり、基準となる単繊維１１について見た場合、単繊維１２〜１６の全てが二次元配向角の評価対象であり、図３（ａ）中において二次元配向角は交差する２つの単繊維が形成する２つの角度のうち、０度以上９０度以下の鋭角側の角度１７である。

二次元配向角を測定する方法としては、特に制限はないが、例えば、構成要素の表面から不連続の強化繊維の配向を観察する方法が例示でき、上述した二次元接触角の測定方法と同様の手段を取ることができる。二次元配向角の平均値は、具体的には、次の手順で測定する。無作為に選択した単繊維（図３における単繊維１１）に対して交差している全ての単繊維（図３における単繊維１２〜１６）との二次元配向角の平均値を測定する。例えば、ある単繊維に交差する別の単繊維が多数の場合には、交差する別の単繊維を無作為に２０本選び測定した平均値を代用してもよい。前記測定について別の単繊維を基準として合計５回繰り返し、その平均値を二次元配向角の平均値として算出する。

不連続の強化繊維が単繊維状かつランダムに分散していれば、上述した略単繊維状に分散した不連続の強化繊維により与えられる性能を最大限まで高めることができ、界面層におけるとりわけ優れた接合性を発現する。また、サンドイッチ構造体およびこれを用いた一体化成形品において力学特性に等方性を付与することができ、異方性に起因する界面層での内部応力が小さいため、界面層での優れた力学特性を与えることができる。斯かる観点から、強化繊維からなるマットの繊維分散率は９０％以上が好ましく、１００％に近づくほどより好ましい。また、強化繊維の二次元配向角の平均値としては、４０度以上５０度以下が好ましく、理想的な角度である４５度に近づくほどより好ましい。

コア材の前駆体に好適に用いられる不連続の強化繊維からなるマット（以下、不連続強化繊維マットと略記することもある）は、例えば、不連続の強化繊維を予め、ストランド状、好ましくは略単繊維状、より好ましくは単繊維状に分散して製造される。不連続強化繊維マットの製造方法としては、具体的には、不連続の強化繊維を空気流にて分散してシート化するエアレイド法や、不連続の強化繊維を機械的にくし削りながらシートに形成するカーディング法などの乾式プロセス、不連続の強化繊維を水中にて攪拌して抄紙するラドライト法による湿式プロセスを公知技術として挙げることができる。不連続の強化繊維をより単繊維状に近づける手段としては、乾式プロセスにおいては、開繊バーを設ける手段、開繊バーを振動させる手段、カードの目をファインにする手段、カードの回転速度を調整する手段などが例示でき、湿式プロセスにおいては、不連続の強化繊維の攪拌条件を調整する手段、分散液の強化繊維濃度を希薄化する手段、分散液の粘度を調整する手段、分散液を移送させる際に渦流を抑制する手段などが例示できる。特に、不連続強化繊維マットは、湿式法で製造されることが好ましく、投入繊維の濃度を増やしたり、分散液の流速（流量）とメッシュコンベアの速度を調整したりすることで、不連続強化繊維マットにおける強化繊維の割合を容易に調整することができる。例えば、分散液の流速に対して、メッシュコンベアの速度を遅くすることで、得られる不連続強化繊維マット中の繊維の配向が引き取り方向に向き難くなり、嵩高い不連続強化繊維マットを製造可能である。不連続強化繊維マットとしては、不連続の強化繊維単体から構成されていてもよく、不連続の強化繊維が粉末形状や繊維形状のマトリックス樹脂成分と混合されていたり、不連続の強化繊維が有機化合物や無機化合物と混合されていたり、不連続の強化繊維同士が樹脂成分で目留めされていてもよい。

コア材の前駆体は、斯かる不連続強化繊維マットに熱可塑性樹脂のフィルムや不織布を含浸させることで製造することができる。熱可塑性樹脂のフィルムや不織布を含浸させる際の圧力は、好ましくは０．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、より好ましくは１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下とするのがよい。０．５ＭＰａよりも圧力が小さいと熱可塑性樹脂が不連続強化繊維マットに含浸しないことがあり、また３０ＭＰａよりも大きいとコア材の前駆体の厚さの調整が困難になる。熱可塑性樹脂のフィルムや不織布を含浸させる際の温度は、熱可塑性樹脂の融点あるいはガラス転移点以上の温度であることが好ましく、融点あるいはガラス転移点に、１０℃を加えた温度以上であることがより好ましく、融点あるいはガラス転移点に、２０℃を加えた温度以上であることがさらに好ましい。なお、熱可塑性樹脂のフィルムや不織布を含浸させる際の温度が、熱可塑性樹脂の融点あるいはガラス転移点よりも温度が高すぎる場合、熱可塑性樹脂の分解や劣化が生じることがあるため、熱可塑性樹脂の融点あるいはガラス転移点に、１５０℃を加えた温度以下であるのが好ましい。

上記条件で、不連続強化繊維マットに熱可塑性樹脂のフィルムや不織布を含浸させる方法を実現するための設備としては、圧縮成形機、ダブルベルトプレス機を好適に用いることができる。圧縮成形機はバッチ式であり、加熱用と冷却用の２機以上を並列した間欠式プレスシステムとすることで生産性の向上が図れる。ダブルベルトプレス機は連続式であり、連続的な加工を容易におこなうことができるため連続生産性に優れる。

本発明のサンドイッチ構造体の厚さは、好ましくは０．４ｍｍ以上２ｍｍ以下であり、より好ましくは０．４ｍｍ以上１ｍｍ以下である。サンドイッチ構造体の厚さを薄肉とすることでも軽量化の効果があり、０．４ｍｍよりも薄いサンドイッチ構造体は、剛性が劣る場合がある。

本発明のサンドイッチ構造体は、以下の工程［１］〜［３］を有する方法で、好適に製造することができる。
工程［１］：熱可塑性樹脂が溶融ないし軟化する温度に加熱された状態で圧力を付与し、コア材に使用する強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめてコア材の前駆体とする工程
工程［２］：連続した強化繊維とマトリックス樹脂とでスキン材の成形を行う工程
工程［３］：コア材の前駆体を、加熱された状態で所定の膨張倍率となるよう厚さ調整をすることにより、膨張させてコア材とする工程

工程［１］は、コア材の前駆体を作製する工程であり、熱可塑性樹脂が溶融ないし軟化する温度、すなわち、熱可塑性樹脂の融点ないし軟化点以上の温度に加熱された状態で、熱可塑性樹脂と強化繊維に０．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力を付与することで熱可塑性樹脂を不連続の強化繊維に含浸させ、コア材の前駆体を作製する。その後、必要に応じて、熱可塑性樹脂の融点ないし軟化点未満に冷却して、熱可塑性樹脂が溶融も軟化もしていない状態で０．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力を付与し、コア材の前駆体を作製する。

工程［２］は、スキン材を作製する工程であり、例えば、連続した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグに、０．３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力を付与することでスキン材を作製する。

工程［３］は、コア材の前駆体を膨張させて、空隙を有するコア材を形成する工程であり、コア材の前駆体を、加熱された状態で所定の膨張倍率となるように厚さ調整することにより膨張させてコア材を作製する。この時、加熱により熱可塑性樹脂の不連続の強化繊維に対する結合力が弱まるため、強化繊維の残留応力が解放されて、元に戻ろうとするスプリングバックにより膨張する。膨張することでコア材に空隙が形成されるだけでなく、通常、クラスターも形成される。

工程［３］における膨張倍率は、好ましくは１．１倍以上８倍以下であり、より好ましくは、１．５倍以上４倍以下である。斯かる膨張倍率が１．１倍よりも小さい場合は、サンドイッチ構造体の軽量効果が少なくなりやすく、８倍よりも大きい場合は、サンドイッチ構造体の剛性が低くなりやすい。

さらに、本発明のサンドイッチ構造体は他の部材と一体化し、一体化成形品とすることで、その軽量化、剛性を活用できるため好ましい。この場合サンドイッチ構造体からなる第１の部材と、別の成形体からなる第２の部材とを接合することにより一体化成形品を得ることができる。

斯かる一体化される第２の部材は特に制限されないが、例えば、連続性を有する強化繊維で補強された、一方向（ＵＤ）プリプレグ、織物プリプレグ、不連続な強化繊維で補強された、ガラスマット強化熱可塑性プラスチック（ＧＭＴ）、シート・モールディング・コンパウンド（ＳＭＣ）、長繊維強化プリプレグ、などの繊維強化された成形基材、あるいは、樹脂シート、発泡体などの非繊維強化成形基材が挙げられる。なかでも、得られる成形体の力学特性の観点からは、繊維強化された成形基材であることが好ましく、成形体の補強効果を高める観点からは連続繊維強化プリプレグを好ましく用いることができ、成形体に複雑形状を持たせる場合は、賦形性に優れる不連続繊維強化プリプレグを好ましく用いることができる。

第１の部材と第２の部材とを接合させる手段としては、特に限定されないが、例えば、（ｉ）第１の部材と第２の部材とを別々に予め成形しておき、両者を接合する方法、（ｉｉ）第１の部材を予め成形しておき、第２の部材を成形すると同時に両者を接合する方法、がある。前記（ｉ）の具体例としては、第１の部材をプレス成形にて作製し、第２の部材をプレス成形ないし射出成形にて作製する。作製したそれぞれの部材を、熱板溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、抵抗溶着、誘導加熱溶着、などの公知の溶着手段により接合する方法がある。一方、前記（ｉｉ）の具体例としては、第１の部材をプレス成形にて作製し、次いでそれを射出成形金型にインサートし、第２の部材を形成する材料を金型に射出して、第２の部材を成形するとともに、溶融ないし軟化状態にある材料の熱量で、第１の部材の被着面を溶融ないし軟化させて第１の部材に接合する方法がある。また、前記（ｉｉ）の別の具体例としては、第１の部材をプレス成形にて作製し、次いでそれをプレス成形金型内に配置し、第２の部材を形成する材料をプレス成形金型内に配置し、プレス成形することで、前記と同様の原理で接合する方法がある。一体化成形品の量産性の観点からは、好ましくは（ｉｉ）の方法が採用され、射出成形としては、インサート射出成形やアウトサート射出成形が、また、プレス成形としては、スタンピング成形やヒートアンドクール成形が好ましく使用される。

本発明のサンドイッチ構造体およびそれからなる一体化成形品により与えられる実装部材の用途としては、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルＭＤ、携帯用ラジオカセット、ＰＤＡ（電子手帳などの携帯情報端末）、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品などの筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース」などの電気、電子機器部品、「支柱、パネル、補強材」などの土木、建材用部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム、プロペラシャフト、ホイール、ギアボックスなどの、サスペンション、アクセル、またはステアリング部品」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、アッパーバックパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの、外板、またはボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツなど外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュールなどの内装部品」、または「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマニホールド、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、各種配管、各種バルブなどの燃料系、排気系、または吸気系部品」などの自動車、二輪車用構造部品、「その他、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ＩＣレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、エンジン冷却水ジョイント、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、バッテリートレイ、ＡＴブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、スペアタイヤカバー、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、スカッフプレート、フェイシャー」、などの自動車、二輪車用部品、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ」などの航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点からは、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体に好ましく用いられる。なかでも、とりわけ複数の部品から構成されるモジュール部材に好適である。

以下、実施例によって、本発明について、より具体的に説明する。実施例で用いた各種材料（連続した強化繊維、マトリックス樹脂、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂、発泡樹脂コア材、射出成形用樹脂、ＧＭＴ）、および各種特性（コア材の曲げ弾性率、コア材の嵩比重、コア材の膨張倍率、コア材におけるクラスターの最大長さの平均値、コア材における不連続の強化繊維の熱可塑性樹脂による被覆率、コア材における、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂、空隙の体積含有率、コア材における不連続の強化繊維によるスキン材への最大貫通距離、サンドイッチ構造体の剛性、サンドイッチ構造体の嵩比重）の測定方法を、次に示す。炭素繊維の作製環境および各種特性の評価環境は、特に断りのない限り、温度２５℃±２℃、相対湿度５０％の雰囲気である。また、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。

＜連続した強化繊維＞
・炭素繊維Ａ（アクリロニトリル９９モル％とイタコン酸１モル％からなる共重合体を紡糸し、焼成し、総繊維数１２，０００本、比重１．８、ストランド引張強度４．６ＧＰａ、ストランド引張弾性率２３０ＧＰａの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、濃度０．０５モル／リットルの硫酸水溶液を電解質として、電気量を炭素繊維１ｇ当たり３クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、１５０℃の温度の加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。そして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“ｊＥＲ”（登録商標）８２５（ジャパンエポキシレジン（株）製））をアセトンに混合し、均一に溶解した約１質量％のアセトン溶液を得た。このアセトン溶液を用い、浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、２１０℃の温度で１８０秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維１００質量部に対して０．５質量部となるように調整した。）。
・炭素繊維Ｂ（アクリロニトリル９９モル％とイタコン酸１モル％からなる共重合体を紡糸し、焼成し、総繊維数１２，０００本、比重１．７５、ストランド引張強度４．４ＧＰａ、ストランド引張弾性率３８０ＧＰａの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、濃度０．０５モル／リットルの硫酸水溶液を電解質として、電気量を炭素繊維１ｇ当たり１１０クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、１５０℃の温度の加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。そして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“ｊＥＲ”（登録商標）８２５（ジャパンエポキシレジン（株）製））をアセトンに混合し、均一に溶解した約１質量％のアセトン溶液を得た。このアセトン溶液を用い、浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、２１０℃の温度で１８０秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維１００質量部に対して０．５質量部となるように調整した。）。
・炭素繊維Ｃ（アクリロニトリル９９モル％とイタコン酸１モル％からなる共重合体を紡糸し、焼成し、総繊維数６，０００本、比重１．９１、ストランド引張強度４．１ＧＰａ、ストランド引張弾性率５４０ＧＰａの炭素繊維を得た。次いで、その炭素繊維を、濃度０．０５モル／リットルの硫酸水溶液を電解質として、電気量を炭素繊維１ｇ当たり５クーロンで電解表面処理した。この電解表面処理を施された炭素繊維を続いて水洗し、１５０℃の温度の加熱空気中で乾燥し、原料となる炭素繊維を得た。そして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“ｊＥＲ”（登録商標）８２５（ジャパンエポキシレジン（株）製））をアセトンに混合し、均一に溶解した約１質量％のアセトン溶液を得た。このアセトン溶液を用い、浸漬法により表面処理された炭素繊維に塗布した後、２１０℃の温度で１８０秒間熱処理をして、サイジング剤塗布炭素繊維を得た。サイジング剤の付着量は、表面処理された炭素繊維１００質量部に対して０．５質量部となるように調整した。）。

＜マトリックス樹脂＞
・エポキシ樹脂Ａ（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（“ｊＥＲ”（登録商標）４００７Ｐ（ジャパンエポキシレジン（株）製））を３５質量部、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール（“アラルダイド”（登録商標）ＭＹ０５１０（ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製））を３５質量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（“エピクロン”（登録商標）８３０（ＤＩＣ（株）製））を３０質量部、ジシアンジアミド（硬化剤、ＤＩＣＹ−７（三菱化学（株）製））を５質量部、ポリビニルホルマール（“ビニレック”（登録商標） ＰＶＦ−Ｋ（チッソ（株）製））を３質量部、硬化補助剤として、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア（硬化促進剤、ＤＣＭＵ９９（保土ヶ谷化学工業（株）製））を３質量部用いて、エポキシ樹脂を調整した。）。
・エポキシ樹脂Ｂ（ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（“ｊＥＲ”（登録商標）４００７Ｐ（ジャパンエポキシレジン（株）製））を４０質量部、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール（“アラルダイド”（登録商標）ＭＹ０５１０（ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製））を４５質量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（“エピクロン”（登録商標）８３０（ＤＩＣ（株）製））を１５質量部、ジシアンジアミド（硬化剤、ＤＩＣＹ−７（三菱化学（株）製））を５質量部、ポリビニルホルマール（“ビニレック”（登録商標） ＰＶＦ−Ｋ（チッソ（株）製））を３質量部、硬化補助剤として、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア（硬化促進剤、ＤＣＭＵ９９（保土ヶ谷化学工業（株）製））を３質量部用いて、エポキシ樹脂を調整した。）。

＜不連続の強化繊維＞
・不連続の強化繊維Ａ（炭素繊維Ａをカートリッジカッターで長さ６ｍｍにカットし、チョップド強化繊維を得た。その後、水と界面活性剤（ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名）（ナカライテスク（株）製））からなる界面活性剤濃度０．１質量％の分散媒を４０リットル作製し、斯かる分散媒を抄造装置に投入した。抄造装置は、回転翼付き攪拌機を備えた上部の抄造槽（容量３０リットル）と、下部の貯水槽（容量１０リットル）からなり、抄造槽と貯水槽の間には多孔支持体を設けてある。まず、斯かる分散媒を攪拌機にて空気の微小気泡が発生するまで撹拌した。その後、所望の目付となるように、質量を調整したチョップド強化繊維を、空気の微小気泡が分散した分散媒中に投入して攪拌することにより、強化繊維が分散したスラリーを得た。次いで、貯水層からスラリーを吸引し、多孔支持体を介して脱水して強化繊維抄造体とした。前記抄造体を熱風乾燥機にて１５０℃、２時間の条件下で乾燥させ、目付１００ｇ／ｍ^２の不連続の強化繊維Ａを得た。得られた不連続の強化繊維Ａにおいて、繊維長が１０ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％、繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である強化繊維が９５質量％、繊維長が２ｍｍ未満である強化繊維が５質量％であった。また、繊維長が８ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％、繊維長が３ｍｍ以上８ｍｍ以下である強化繊維が９３質量％、繊維長が３ｍｍ未満である強化繊維が７質量％であった。また二次元接触角および二次元配向角はともに４０°、繊維分散率は９０％であった。）
・不連続の強化繊維Ｂ（炭素繊維Ａをカートリッジカッターで長さ３ｍｍにカットし、チョップド強化繊維を得た以外は、不連続の強化繊維Ａと同様にして、目付１００ｇ／ｍ^２の不連続の強化繊維Ｂを得た。得られた不連続の強化繊維Ｂにおいて、繊維長が１０ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％、繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である強化繊維が９５質量％、繊維長が２ｍｍ未満である強化繊維が５質量％であった。また、繊維長が８ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％、繊維長が３ｍｍ以上８ｍｍ以下である強化繊維が９３質量％、繊維長が３ｍｍ未満である強化繊維が７質量％であった。また二次元接触角および二次元配向角はともに４０°、繊維分散率は９５％であった。）。
・不連続の強化繊維Ｃ（炭素繊維Ａをカートリッジカッターで長さ１０ｍｍにカットし、チョップド強化繊維を得た。チョップド強化繊維を開綿機に投入して当初の太さの強化繊維束がほとんど存在しない、綿状の強化繊維集合体を得た。この強化繊維集合体を直径６００ｍｍのシリンダーロールを有するカーディング装置に投入し、強化繊維からなるシート状のウエブを形成した。このときのシリンダーロールの回転数は３２０ｒｐｍ、ドッファーの速度は１３ｍ／分であった。このウエブを重ねて目付１００ｇ／ｍ^２の不連続の強化繊維Ｃを得た。得られた不連続の強化繊維Ｃにおいて、繊維長が１０ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が２０質量％、繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である強化繊維が７５質量％、繊維長が２ｍｍ未満である強化繊維が５質量％であった。また、繊維長が８ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が８３質量％、繊維長が３ｍｍ以上８ｍｍ以下である強化繊維が１０質量％、繊維長が３ｍｍ未満である強化繊維が７質量％であった。また二次元接触角および二次元配向角はともに８°、繊維分散率は５０％であった。）
・不連続の強化繊維Ｄ（特許文献１（国際公開第２００６／０２８１０７号公報）の参考例２−１に記載のチョップド炭素繊維と同一の不連続の強化繊維Ｄを用いた。不連続の強化繊維Ｄにおいて、繊維長が１０ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が０質量％、繊維長が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である強化繊維が９５質量％、繊維長が２ｍｍ未満である強化繊維が５質量％であった。また、繊維長が８ｍｍを越え１５ｍｍ未満である強化繊維が５質量％、繊維長が３ｍｍ以上８ｍｍ以下である強化繊維が８８質量％、繊維長が３ｍｍ未満である強化繊維が７質量％であった。また二次元接触角および二次元配向角はともに４０°、繊維分散率は９０％であった。）

＜熱可塑性樹脂＞
・ポリプロピレン（未変性ポリプロピレン（“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０６ＭＧ（プライムポリマー（株）製））９０質量％と、酸変性ポリプロピレン（“アドマー”（登録商標）ＱＥ８００（三井化学（株）製））１０質量％とを混合してなるマスターバッチを用いて、目付１００ｇ／ｍ^２のフィルムを作製した。樹脂の融点：１６０℃）。
・ポリアミド６（“アミラン”（登録商標）ＣＭ１０２１Ｔ（東レ（株）製）からなる目付１２４ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを作製した。樹脂の融点：２２５℃）。
・ポリアミド６粒子（特許文献１（国際公開第２００６／０２８１０７号公報）の参考例２−１に記載のポリアミド６樹脂と同一のポリアミド６の粒子）。
・ポリカーボネート（ “ユーピロン”（登録商標）Ｈ−４０００（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製）からなる目付１３２ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを作製した。樹脂のガラス転移点：１４５℃）。

＜発泡樹脂コア材＞
・無架橋低発泡ポリプロピレンシート“エフセル”（登録商標）（２倍発泡、厚さ０．８ｍｍ）（古川電気工業（株）製）。

＜射出成形用樹脂＞
・ＰＣコンパウンド（ “Ｐａｎｌｉｔｅ” （登録商標）ＧＸＶ−３５４５ＷＩ（帝人化成（株）製））。

＜ＧＭＴ＞
・ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料（ＧＭＴ）（“ユニシート”（登録商標）Ｐ４０３８−ＢＫ３１（Ｑｕａｄｒａｎｔ社製））。

（１）コア材の曲げ弾性率
サンドイッチ構造体から、コア材のみを長さ５０ｍｍ、幅２５ｍｍ、（厚さはコア材全体の厚さ）にサンプルを切り出し、支点間距離が試験片厚さの１６倍で、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠して曲げ弾性率を求めた。

（２）コア材の嵩比重
サンドイッチ構造体から、コア材のみを横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、（厚さはコア材全体の厚さ）にサンプルを切り出し、その質量Ｗ（ｇ）と見掛け体積Ｖ（ｃｍ^３）から次式により嵩比重を求めた。
嵩比重＝Ｗ／Ｖ

（３）コア材の膨張倍率
コア材の膨張前の厚さ（コア材の前駆体の厚さ）ｔ_０と膨張後の厚さ（コア材の厚さ）ｔ_１から次式により膨張倍率を求めた。
膨張倍率＝ｔ_１／ｔ_０

（４）コア材におけるクラスターの最大長さの平均値
サンドイッチ構造体の厚さ方向断面において、そのコア材部分について、レーザー顕微鏡（（株）キーエンス製 ＶＫ−９５１０）により、倍率２００倍として縦１．１２５ｍｍ、横１．５ｍｍの視野範囲で、場所を変え３枚の観察画像を撮影した後に、各観察画像からクラスターを任意で１０箇選び、それらクラスターにそれぞれ直線を引き、直線の最大長さをそれぞれに求めた。そして、測定した１０個のクラスターの最大長さを平均することにより、クラスターの最大長さの平均値を求めた。

（５）コア材における、不連続の強化繊維の分散状態、および不連続の強化繊維の熱可塑性樹脂による被覆率
コア材の厚さ方向断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（（株）日立ハイテクノロジーズ製 Ｓ−４８００型）により観察し、１５００倍の倍率で撮影し、得られた画像において、不連続の強化繊維の断面について任意の５０ヶ所を抽出し、それぞれの、不連続の強化繊維の断面において、不連続の強化繊維の分散状態を観察するとともに、熱可塑性樹脂が被覆している周長さ（熱可塑性樹脂被覆部分の繊維周長さ）と、熱可塑性樹脂が被覆していない周長さ（表面露出部分の繊維周長さ）により、不連続の強化繊維の熱可塑性樹脂による被覆率を次式により算出した。不連続の強化繊維の直径Ｄｆに対してＤｆ／４以上の厚さの熱可塑性樹脂が付着している場合を、不連続の強化繊維が熱可塑性樹脂で被覆していると判断した。また、切断面が真円ではない場合は、断面形状の重心を通る最短直線距離をＤｆとした。
不連続の強化繊維の熱可塑性樹脂による被覆率（％）＝（熱可塑性樹脂被覆部分の繊維周長さ）／（熱可塑性樹脂被覆部分の繊維周長さ＋表面露出部分の繊維周長さ）×１００

（６）コア材における、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂、空隙の体積含有率
サンドイッチ構造体からコア材を横１０ｍｍ×縦１０ｍｍ、（厚さはコア材全体の厚さ）に切り出し、Ｘ線ＣＴ（ヤマト科学（株）製 ＴＤＭ１３００−ＦＷ）により、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂、空隙のそれぞれの体積含有率を求めた。測定は空間解像度を０．７μｍとして実施した。

（７）コア材における不連続の強化繊維によるスキン材への最大貫通距離
サンドイッチ構造体のスキン材とコア材の接合部分を切り出し、その厚さ方向断面について、レーザー顕微鏡（（株）キーエンス製 ＶＫ−９５１０）を用いて１０００倍の倍率で、任意の１０か所（画像１０枚）撮影し、得られた画像から、コア材における不連続の強化繊維がスキン材へ貫通している各単繊維について貫通距離を求め、その最大の値を最大貫通距離とした。

（８）サンドイッチ構造体の剛性
サンドイッチ構造体から、横１４０ｍｍ、縦１１０ｍｍ、（厚さはサンドイッチ構造体全体の厚さ）のサンプルを切り出し、外枠が横１４０ｍｍ、縦１１０ｍｍ、内枠が横１００ｍｍ、縦７０ｍｍのアルミニウム合金のジグに両面テープで貼り付けた後、２０Ｎの力を加えた時のサンドイッチ構造体の撓み量を評価した。

（９）サンドイッチ構造体の嵩比重
サンドイッチ構造体から、横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、（厚さはサンドイッチ構造体全体の厚さ）のサンプルを切り出し、その質量Ｗs（ｇ）と見掛け体積Ｖs（ｃｍ^３）から以下の式により嵩比重を求めた。
嵩比重＝Ｗs／Ｖs

（実施例１）
エポキシ樹脂Ａを、ナイフコーターを用いて離型紙上に塗布して、１６．１ｇ／ｍ^２の樹脂フィルムを、２枚作製した。次に、シート状に一方向に配列させた炭素繊維Ａに、上記で作製した樹脂フィルム２枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧により樹脂を含浸させ、炭素繊維Ａの目付が７５ｇ／ｍ^２で、マトリックス樹脂の質量分率が３０．０％の一方向プリプレグを作製しスキン材として用いた。また、コア材として、ポリプロピレン樹脂のフィルムを２枚と不連続の強化繊維Ａを１枚を１８０℃（樹脂の融点（１６０℃）＋２０℃）の温度で加熱、３ＭＰａの圧力で加圧により樹脂を含浸させた含浸基材を作製した。スキン材とコア材を、［プリプレグ９０°／プリプレグ０°／含浸基材／プリプレグ０°／プリプレグ９０°］となるように、順次積層し、１５０℃、１ＭＰａ、３０分で、スキン材のプリプレグの硬化と、スキン材とコア材の接合を行った。その後、１８０℃で５分保持し、コア材を発泡させた後、１ｍｍのスペーサーをツール板の間に挟み、１００℃で冷却してコア材を固化させ、サンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。

得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表１に示す。なお、本実施例によるサンドイッチ構造体について、レーザー顕微鏡により撮影した写真を図４に示す。

（実施例２〜６）
スキン材において、連続した強化繊維、マトリックス樹脂を、コア材において、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂を、表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表１に示す。

（実施例７）
スキン材において、連続した強化繊維、マトリックス樹脂を、コア材において、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂を、表１に示すように変更し、コア材としてポリアミド６樹脂のフィルムを２枚と不連続の強化繊維Ａを１枚を２５０℃（樹脂の融点（２２５℃）＋２５℃）の温度で含浸基材を作製したこと以外は、実施例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表１に示す。

（実施例８）
スキン材において、連続した強化繊維、マトリックス樹脂を、コア材において、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂を表１に示すように変更し、コア材としてポリカーボネート樹脂のフィルムを２枚と不連続の強化繊維Ａを１枚を２９０℃（樹脂のガラス転移点（１４５℃）＋１４５℃）の温度で含浸基材を作製したこと以外は、実施例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表１に示す。

（実施例９）
コア材において、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂を表１に示すように変更し、スペーサーを０．８ｍｍに変更したこと以外は、実施例３と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ０．８ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表１に示す。

（実施例１０）
コア材において、不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂を表１に示すように変更し、スペーサーを０．６ｍｍに変更したこと以外は、実施例３と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ０．６ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表１に示す。

（比較例１）
スキン材において、連続した強化繊維、マトリックス樹脂を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に作製した一方向プリプレグを用い、コア材として、特許文献１の参考例２−１に記載の芯材を、厚さが０．７４ｍｍとなるように調整したものを用いた。スキン材とコア材を、［プリプレグ９０°／プリプレグ０°／コア材／プリプレグ０°／プリプレグ９０°］となるように、順次積層し、１ｍｍのスペーサーをツール板の間に挟み、１５０℃、１ＭＰａ、３０分で、スキン材のプリプレグの硬化と、スキン材とコア材の接合を行って、サンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表２に示す。

（比較例２）
コア材を、特許文献１の参考例２−２に記載の芯材を、厚さが０．７４ｍｍとなるように調整したものに変更したこと以外は、比較例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表２に示す。

（比較例３）
コア材を、無架橋低発泡ポリプロピレンシート“エフセル”を厚さが０．７４ｍｍとなるよう切断したものに変更したこと以外は、比較例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表２に示す。

（比較例４）
コア材において、不連続の強化繊維Ａを４枚、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂のフィルムを８枚を使用したこと以外は、実施例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ１．１１ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表２に示す。

（比較例５）
コア材の厚さが０．５４ｍｍとなるように材料を調整したこと以外は、比較例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ０．８ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表２に示す。

（比較例６）
コア材の厚さが０．３４ｍｍとなるように材料を調整したこと以外は、比較例１と同様にしてサンドイッチ構造体を得た。得られたサンドイッチ構造体は、厚さ０．６ｍｍであった。得られたサンドイッチ構造体を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表２に示す。

（実施例１１）
実施例１で得たサンドイッチ構造体から、長さ２５０ｍｍ、幅１６０ｍｍの長方形の材料を切り出し、これを第１の部材とした。一方、第２の部材として、ＧＭＴを２３０℃に保持された熱盤加熱型予熱装置に配置して、０．１ＭＰａの圧力を付与しながら１分間予熱した。次いで、第１の部材を、１２０℃に予熱されたプレス成形用金型内に配置し、その上に予熱が完了したＧＭＴを重ねて配置して金型を閉じ、１５ＭＰａの圧力を付与した状態で１２０秒間保持して、第１の部材と第２の部材をプレス成形により接合し、一体化成形品を得た。本実施例による一体化成形品を図５に示した。

（実施例１２）
実施例１で得たサンドイッチ構造体（縦３００ｍｍ×横３００ｍｍ）から、長さ２５０ｍｍ、幅１６０ｍｍの長方形を切り出し、これを第１の部材とした。一方、第２の部材として、ＰＣコンパウンドを用いた。次で、上記にて製造された第一の部材を、サンドイッチ構造体の側面が接合面となるように射出成形用金型にアウトサートして、ＰＣコンパウンドを、第２の部材として射出成形し、一体化成形品を得た。このとき、射出成形機のシリンダー温度は３００℃、金型温度は６０℃であった。本実施例による一体化成形品を図６に示した。

各実施例および比較例１、２、５および６では、コア材において、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉しており、クラスターが観察されたが、比較例３，４では、コア材において、クラスターは観察されなかった。

実施例１〜８と比較例１〜４、実施例９と比較例５、実施例１０と比較例６との対比により、本発明のサンドイッチ構造体は、特定のコア材と繊維強化材をスキン材に用いていることから、軽量性と剛性に優れていることがわかる。

また、実施例１１では、第１の部材として実施例１のサンドイッチ構造体を用い、第２の部材をプレス成形で形成することにより、接合状態が良好な一体化成形品を得ることができた。実施例１２では、第１の部材として実施例１のサンドイッチ構造体を用い、第２の部材を射出成形で形成することにより、接合状態が良好な一体化成形品を得ることができた。これは、サンドイッチ構造体が空隙を有することから射出材のＰＣコンパウンドがサンドイッチ構造体の空隙に浸入することでアンカー効果が発現し、強固に接合された一体化成形品を得ることができたためである。

本発明のサンドイッチ構造体または一体化成形品によれば、軽量性、薄肉性、剛性を優れたものとできる。また、本発明のサンドイッチ構造体を用いれば、他の部材との接合による一体化成形品を容易に成形することができる。よって、本発明のサンドイッチ構造体または一体化成形品は、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、スポーツ用品用構造材、航空機内装材、輸送用箱体、などの幅広い用途に好適に用いることができる。

１ クラスター
２、３、４ クラスター中の直線
５ サンドイッチ構造体
６ コア材の熱可塑性樹脂
７ スキン材のマトリックス樹脂
８ マトリックス樹脂を貫通する不連続の強化繊維
９ コア材の不連続の強化繊維によるスキン材への貫通距離
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６ コア材の不連続の強化繊維（単繊維）
１７ 二次元接触角、二次元配向角
１８、２１ 一体化成形品
１９、２２ サンドイッチ構造体
２０、２３ 第２の部材

Claims (15)

1. 不連続の強化繊維、熱可塑性樹脂および空隙を含むコア材と、連続した強化繊維とマトリックス樹脂を含むスキン材とから構成されるサンドイッチ構造体であって、コア材において、不連続の強化繊維の３０％以上が熱可塑性樹脂で被覆されるとともに、不連続の強化繊維の単繊維同士が熱可塑性樹脂を介して交叉している、サンドイッチ構造体。
2. コア材において、不連続の強化繊維と熱可塑性樹脂が、最大長さの平均値１００μｍ以上の大きさで、クラスターを形成している、請求項１に記載のサンドイッチ構造体。
3. 前記クラスターの最大長さの平均値が２００μｍ以上の大きさである、請求項２に記載のサンドイッチ構造体。
4. コア材は、その曲げ弾性率が２．５ＧＰａ以上２０ＧＰａ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
5. コア材は、その嵩比重が０．０１以上０．６以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
6. スキン材における連続した強化繊維が、連続した炭素繊維である、請求項１〜５のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
7. スキン材における連続した強化繊維は、その引張弾性率が３６０ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
8. コア材における不連続の強化繊維が、不連続の炭素繊維である、請求項１〜７のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
9. コア材における不連続の強化繊維の一部がスキン材に貫通しており、不連続の強化繊維によるスキン材への最大貫通距離が５μｍ以上である、請求項１〜８のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
10. コア材における熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、およびポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる、少なくとも1種である、請求項１〜９のいずれかに記載のサンドイッチ構造体。
11. 以下の工程［１］〜［３］を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のサンドイッチ構造体の製造方法。
    工程［１］：熱可塑性樹脂が溶融ないし軟化する温度に加熱された状態で圧力を付与し、コア材に使用する強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸せしめてコア材の前駆体とする工程
    工程［２］：連続した強化繊維とマトリックス樹脂とでスキン材の成形を行う工程
    工程［３］：コア材の前駆体を、加熱された状態で所定の膨張倍率となるよう厚さ調整をすることにより、膨張させてコア材とする工程
12. 膨張倍率が１．１倍以上８倍以下である、請求項１１に記載のサンドイッチ構造体の製造方法。
13. 請求項１〜１０のいずれかに記載のサンドイッチ構造体からなる第１の部材と、別の成形体からなる第２の部材とを接合してなる、一体化成形品。
14. 請求項１３に記載の一体化成形品を製造する方法であって、第２の部材が射出成形による成形体であり、第２の部材をインサート射出成形ないしアウトサート射出成形により第１の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。
15. 請求項１３に記載の一体化成形品を製造する方法であって、第２の部材がプレス成形による成形体であり、第２の部材をプレス成形により第１の部材に接合する、一体化成形品の製造方法。