KR102187523B1 - 샌드위치 적층체, 샌드위치 구조체와 그것을 사용한 일체화 성형품, 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

코어 형성층에 강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 사용하여 스킨 형성층에 강화 섬유로 이루어지는 매트 또는 연속 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 사용하여 이루어지는 샌드위치 적층체로서, 적어도 코어 형성층에 사용하는 시트상 중간 기재는 가열 팽창성을 갖고, 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역 및 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역은 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 가지고 중복하고, 또한 열가소성 수지(A)는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역의 하한에서는 용융되지 않는 온도 영역을 갖는 샌드위치 적층체, 이러한 샌드위치 적층체를 사용하여 적절하게 얻어지는 샌드위치 구조체, 일체화 성형품 및 그 제조 방법.

Description

샌드위치 적층체, 샌드위치 구조체와 그것을 사용한 일체화 성형품, 및 그들의 제조 방법{SANDWICH LAMINATE, SANDWICH STRUCTURE AND UNIFIED MOLDED PRODUCT USING SAME AND PROCESSES FOR PRODUCING BOTH}

본 발명은 강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트 상 중간 기재를 사용한 샌드위치 적층체 및 샌드위치 구조체에 관한 것이고, 생산성, 경량성, 스킨층과 코어층의 접합성이 우수한 샌드위치 구조체, 일체화 성형품 및 그것들의 제조 방법에 관한 것이다.

강화 섬유와 매트릭스 수지로 이루어지는 섬유 강화 플라스틱(FRP)은 경량성이나 역학 특성이 우수함으로써, 각종 산업용도에 폭넓게 이용되고 있다. 그 중에서도, 열가소성 수지를 사용한 FRP(CFRTP)는 상술한 경량성이나 역학 특성에 추가하여, 열가소성 수지 특유의 고속 성형에 의한 대량생산이 가능하고, 동종의 매트릭스 수지이면 재용융에 의한 접합, 접착도 가능하기 때문에, 최근 특히 주목을 받고 있다. 이러한 시장 상황에 있어서 CFRTP를 사용한 부품이나 구조체에 있어서는 특히 경량성과 생산성이 시장 요구로서 요구되는 경우가 많다. 그 때문에, 샌드위치 구조를 갖는 적층체로서 코어층에 저밀도한 열가소성 수지를 사용하여 제품 전체의 비중을 저하시킴으로써 경량화를 달성하는 수단이나, 샌드위치상의 구조체의 내부에 공극을 설치하여 제품 전체로서 밀도를 저하시킴으로써 경량성을 제공하는 기술이 많이 제안됨과 아울러, 이 공극을 갖는 코어층에 대하여 스킨층을 접착, 접합한 샌드위치 구조체를 제공하는 기술이 활발히 검토되어 있다.

이러한 공극을 갖는 구조체에서는 경량화를 목적으로 한 공극이 표면 요철이 되고, 그 영향으로부터 스킨층에 있어서 표면 부분의 강도 저하나 의장성을 확보할 수 없다는 문제가 발생하는 경우가 있다. 이러한 문제를 감안한 기술로서, 성형품 내부의 공극을 특정 범위로 한 섬유 강화 열가소성 수지 성형품의 표면에 무기 필러 함유 시트를 적층, 배치하여 성형품의 표면 외관을 개량하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1). 그러나, 이러한 기술에 있어서는 무기 필러 함유 시트와 코어층이 되는 시트가 선팽창계수나 그것에 따른 성형 수축량에 있어서 다르기 때문에, 수지 종류의 선정은 원칙으로서 코어층과 무기 필러 함유 시트가 동일 또는 같은 선팽창계수를 갖는 것으로 할 수밖에 없고, 양호 외관의 물품을 얻는 경우에 사용할 수 있는 범위가 좁은 것, 무기 필러 함유 시트를 별도 제작하여 코어층에 적층 배치할 필요가 있기 때문에 생산성이 열악하다는 문제가 발생하는 경우가 있다. 한편, 스킨층을 강화 섬유와 열가소성 수지로 이루어지는 공극을 갖는 복합 시트(코어층)에 공극에 기초하는 표면 요철을 이용하여 접착제로 접착, 접합하는 기술이 개시되어 있다(특허문헌 2). 이러한 기술과 같이 스킨층과 코어층의 접합에 접착제를 사용하는 접합 방법에서는 접착제의 도포 공정이 필요한 것, 접합 강도의 한계가 접착제의 강도에 의존함으로써 접합부의 신뢰성에 만족을 얻을 수 없는 것 등이 문제가 되는 경우가 있다.

일본 특허 공개 평 4-232047호 공보 일본 특허 공표 2010-538863호 공보

본 발명의 하나의 목적은 상술한 기술과제를 해소하고, 스킨층과 코어층으로서 서로 상용하지 않는 열가소성 수지를 사용하는 것을 선택해도 그들 사이에 있어서 강고한 접합을 갖고, 용이하게 일체화시킬 수 있는 샌드위치 적층체를 제공하는 것이고, 또한 본 발명의 다른 목적은 후술하는 샌드위치 구조체를 얻는데 바람직한 샌드위치 적층체를 제공하는 것이고, 또한 본 발명의 다른 목적은 스킨층과 코어층이 각각을 구성하는 열가소성 수지의 종류를 불문하고 강고한 접합을 갖고, 또한 경량성을 만족하는 샌드위치 구조체, 일체화 성형체를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 샌드위치 적층체는 이하 중 어느 하나의 구성을 갖는다.

·강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨 형성층 및 코어 형성층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 적층체로서, 적어도 코어 형성층에 사용하는 시트상 중간 기재가 가열 팽창성을 갖고, 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역 및 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역이 5℃ 이상의 온도 범위를 가지고 중복하고, 또한 열가소성 수지(A)가 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역의 하한에서는 용융되지 않는 온도 영역을 갖는 샌드위치 적층체.

·강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지(B)를 함침시킨 시트상 중간 기재를 코어 형성층에 사용하고 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지(A)를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨 형성층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 적층체로서, 적어도 코어 형성층에 사용하는 시트상 중간 기재가 가열 팽창성을 갖고, 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역 및 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역이 5℃ 이상의 온도 범위를 가지고 중복하고, 또한 열가소성 수지(A)가 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역의 하한에서는 용융되지 않는 온도 영역을 갖는 샌드위치 적층체.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 샌드위치 구조체는 이하 중 어느 하나의 구성을 갖는다.

·강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨층 및 코어층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 구조체로서, 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성된 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어지는 샌드위치 구조체.

·강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 코어층에 사용하고 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 구조체로서, 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성된 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어지는 샌드위치 구조체.

강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 코어층에 사용하고 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 구조체에 있어서, 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성하는 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어지는 샌드위치 구조체.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 샌드위치 구조체의 제조 방법은 이하 중 어느 하나의 구성을 갖는다.

·상술한 어느 하나의 샌드위치 적층체를 가열하여 코어 형성층을 소정의 팽창 배율로 팽창시키는 샌드위치 구조체의 제조 방법.

·상술한 어느 하나의 샌드위치 구조체를 제조하는 방법으로서, 적어도 이하 공정[1] 및 [2]을 갖는 샌드위치 구조체의 제조 방법.

공정[1]: 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 각각이 용융 내지 연화하는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하여, 열가소성 수지(A)를 강화 섬유로 이루어지는 매트 내지 연속한 강화 섬유에 함침시켜 스킨 형성층으로 하고, 열가소성 수지(B)를 강화 섬유로 이루어지는 매트에 함침시켜 코어 형성층으로 하는 공정,

공정[2]: 이어서, 스킨 형성층 및 코어 형성층이 가열된 상태에서 두께 조정을 함으로써 코어 형성층을 팽창시키는 공정.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일체화 성형품은 이하의 구성을 갖는다.

·상술한 어느 하나의 샌드위치 구조체, 또는 상술한 제조 방법으로 제조되는 샌드위치 구조체로 이루어지는 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재를 접합하여 이루어지는 일체화 성형품.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일체화 성형품의 제조 방법은 이하의 어느 하나의 구성을 갖는다.

·상술한 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서, 제 2 부재는 사출성형에 의한 성형체이고, 제 2 부재를 인서트 사출성형 내지 아웃서트 사출성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 일체화 성형품의 제조 방법.

·상술한 어느 하나의 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서, 제 2 부재는 프레스 성형에 의한 성형체이고, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 일체화 성형품의 제조 방법.

(발명의 효과)

본 발명의 샌드위치 적층체에 의하면, 스킨 형성층과 코어 형성층에 사용하는 열가소성 수지에 있어서, 각각의 접착성이 부족한 종류의 열가소성 수지를 병용했을 경우에 있어서도 접합성이 우수한 샌드위치 적층체를 생산성 높게 얻을 수 있다. 또한, 이러한 샌드위치 적층체는 본 발명의 샌드위치 구조체를 얻기 위해서 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 샌드위치 구조체에 의하면, 경량성을 만족하면서 스킨층과 코어층이 요철 구조에 의해 견고하게 접합되어 있음으로써, 접착제 등의 접합 매체를 사용하지 않고, 다른 열가소성 수지가 견고하게 접합된 상태의 샌드위치 구조체로 할 수 있다. 또한, 이 샌드위치 구조체를 사용한 일체화 성형품에 있어서는 다양한 수지 특성에 기초한 기능 부여에 의해 부가가치가 높은 일체화 성형품으로 할 수 있다. 또한, 상기 샌드위치 구조체 또는 일체화 성형품은 열가소성 수지를 사용하는데 유래한 높은 생산성을 갖는다. 상기 효과에 의해, 본 발명의 일체화 성형품은 자동차 부재, 전기·전자기기 케이싱, 항공기 부재 등의 용도에 있어서의 설치 부재로서 바람직하다.

도 1은 본 발명의 샌드위치 적층체의 계면층의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 샌드위치 적층체의 계면층의 일례를 나타내는 강화 섬유를 도면에 도시하지 않는 경우의 모식도이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 강화 섬유로 이루어지는 매트에 있어서의 강화 섬유의 분산 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 샌드위치 적층체에 대해서 면방향 및 두께방향의 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용하는 인장 전단 접합 시험편을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 샌드위치 구조체의 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어지는 일체화 성형품의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어지는 일체화 성형품의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 얻어지는 일체화 성형품의 인장 전단 접합 시험편을 나타내는 사시도이다.

본 발명에서는 강화 섬유로 이루어지는 매트(이하, 강화 섬유 매트라고 함)를 포함하는 시트상 중간 기재를 사용한다. 여기서 강화 섬유 매트란 강화 섬유로 구성되는 면상체이고, 강화 섬유 이외에 분말 형상이나 섬유 형상의 수지 성분을 포함해도 좋다. 이러한 강화 섬유 매트는 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)가 서로 앵커링한 계면층을 형성하기 위한 함침 매체로서의 기능을 갖는다.

본 발명에 있어서의 강화 섬유 매트는 부직포상의 형태를 취하는 것이 강화 섬유 매트에의 열가소성 수지의 함침의 용이함 관점, 및 강화 섬유 매트에 의한 열가소성 수지에의 앵커링의 효과가 보다 높아져 접합성이 우수한 관점에서 바람직하다. 또한, 강화 섬유 매트가 부직포상의 형태를 갖고 있음으로써, 일반적으로 고점도로 하는 열가소성 수지를 용이하게 함침할 수 있다. 여기서 부직포상의 형태란 강화 섬유의 스트랜드 및/또는 모노필라멘트가 규칙성 없게 면상으로 분산된 형태를 가리키고, 초프드 스트랜드 매트, 콘티뉴어스 스트랜드 매트, 초지 매트, 카딩 매트, 에어레이드 매트 등을 예시할 수 있다.

본 발명에 의한 제 1 샌드위치 적층체는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨 형성층 및 코어 형성층에 사용하여 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 제 2 샌드위치 적층체는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 코어 형성층에 사용하고, 또한 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨 형성층에 사용하여 이루어진다.

여기서 연속한 강화 섬유란 적어도 일방향으로 100mm 이상의 길이로 연속한 것이고, 그 다수개가 일방향으로 배열한 집합체, 소위 강화 섬유속은 샌드위치 적층체의 전체 길이에 걸쳐서 연속하고 있다. 연속한 강화 섬유로 이루어지는 시트상 중간 기재의 형태로서는 다수개의 연속한 강화 섬유로 이루어지는 강화 섬유속으로 구성된 크로스, 다수개의 연속한 강화 섬유가 일방향으로 배열된 강화 섬유속(일방향성 섬유속), 이 일방향성 섬유속으로 구성된 일방향성 크로스 등이다. 강화 섬유는 동일한 형태의 복수개의 섬유속으로 구성되어 있어도, 또는 다른 형태의 복수개의 섬유속으로 구성되어 있어도 좋다. 하나의 강화 섬유속을 구성하는 강화 섬유수는, 통상 300∼48,000개이지만, 프리프레그의 제조나 크로스의 제조를 고려하면 바람직하게는 300∼24,000개이고, 보다 바람직하게는 1,000∼12,000개이다.

또한, 역학 특성을 컨트롤하기 위해서, 강화 섬유의 방향을 변경하여 적층하는 형태가 바람직하게 사용된다. 특히, 샌드위치 적층체의 탄성율이나 강도를 효율적으로 높이는 동시에, 섬유속을 일방향으로 일치시킨 연속한 강화 섬유(UD라고 칭함)를 사용하는 것이 바람직하다.

스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역(TA1∼TA2) 및 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역(TB1∼TB2)이 적어도 5℃ 이상의 온도 범위를 가지고 중복한다. 이들을 만족하는 샌드위치 적층체에 있어서는 단일의 온도 조건에 있어서 제조할 수 있는 것에 추가하여, 이 샌드위치 적층체를 사용하여 샌드위치 구조체나 일체화 성형품을 제조하는 경우에도 단일의 온도 조건에서의 가공이 가능해지고, 제조 공수 삭감이나 프로세스창의 확대에 의해 생산성이 향상한다. 따라서, 중복하는 온도 범위는 그 폭이 넓을수록 좋고, 바람직하게는 15℃ 이상이고, 30℃ 이상 정도인 것이 바람직하다.

또한, 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역(TA1∼TA2) 및 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역(TB1∼TB2)은 이하의 규격에 준거하여 얻어진 값을 채용할 수 있다. 사용 하한온도인 TA1, TB1로서는 결정성의 열가소성 수지의 경우 JIS K7120(1987)을 준거하여 측정한 융점을 사용하고, 비결정성의 열가소성 수지의 경우 JIS K7206(1999)을 준거하여 측정되는 비캇 연화온도(vicat softening temperature)에 100℃를 가산한 온도를 사용한다. 또한, 사용 상한온도인 TA2, TB2로서는 JIS K7120(1987)을 준거하여 측정되는 열감량 곡선에 있어서, 베이스라인의 중량으로부터 1%의 감량이 확인된 온도(감량 개시점)로부터 50℃를 뺀 온도를 사용한다.

본 발명의 샌드위치 적층체에 있어서, 코어 형성층에 사용한 시트상 중간 기재는 가열 팽창성을 갖는다. 가열 팽창성이란 시트상 중간 기재를 그것을 구성하는 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열함으로써 가압에 의해 압축 상태로 되어 있었던 시트상 중간 기재 내의 강화 섬유가 강화 섬유의 탄성율에 유래하는 기모력(起毛力)에 의해 팽창하는 것이다. 이에 따라, 공극을 갖는 구조가 형성되어, 코어 형성층은 강화 섬유와 열가소성 수지의 특성이 허용되는 범위 내에서 자유롭게 두께 제어를 할 수 있게 된다.

한편, 가열 팽창성을 갖지 않는 시트상 중간 기재로서는 강화 섬유 매트가 부직포의 형태를 취하지 않는 형태를 예시할 수 있다. 구체적으로는 강화 섬유가 일방향으로 배열되어 이루어지는 시트 기재나, 직물 기재, 논크림프 기재 등이다. 상기 형태의 기재는 시트상 중간 기재 중에 있어서 강화 섬유가 평면상으로 배치되기 때문에 강화 섬유에 의한 기모력이 작고, 본 발명의 효과 중 하나인 경량성을 만족할 수 있을 정도로 가열 팽창성을 가질 수 없다. 다시 말하면, 강화 섬유 매트가 부직포의 형태를 갖고 있는 경우, 본 발명의 효과를 발현하는 바람직한 가열 팽창성을 갖는다. 이것은 부직포를 구성하는 강화 섬유가 통상, 후술하는 모노필라멘트/대략 모노필라멘트상으로 분산되어 있음으로써 시트상 중간 기재의 두께방향으로 강화 섬유가 배향하여 강화 섬유의 탄성율을 유효하게 활용할 수 있기 때문이다. 이러한 가열 팽창성의 자유도의 관점에서 강화 섬유로 이루어지는 부직포는 구성하는 강화 섬유 단사가 500개 미만인 세섬도 스트랜드로 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 샌드위치 적층체에 있어서의 매트에 함유되는 강화 섬유는 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)로 형성되는 계면층을 관통하여 이루어지는 것이 바람직하다. 강화 섬유가 계면층을 관통하여 이루어지는 상태란 도 1에 나타내는 형태로 예시된다. 즉, 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)로 형성되는 계면층에서, 열가소성 수지(A)(도 1에 있어서의 3)와 열가소성 수지(B)(도 1에 있어서의 2)를 포함하는 형으로 강화 섬유가 존재하고 있고(도 1에 있어서의 4), 다시 말하면, 강화 섬유에 의한 앵커링에 의해 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)가 강고한 접합 상태에 있다고 할 수 있다. 강화 섬유의 관통량(도 1에 있어서의 관통한 단섬유(5) 및 단섬유(6))은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한 제한되지 않지만, 강화 섬유 매트가 접합 매체로서 기능하고 있고 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합성과 상호 관계에 있다는 관점에서 적어도 열가소성 수지(A) 또는 열가소성 수지(B)의 쌍방에 1mm 이상의 관통 상태를 갖고 있는 것이 바람직하고, 또한 2mm 이상의 관통 상태를 갖고 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 계면층을 관통하고 있는 강화 섬유는 본 발명에 의한 제 2 샌드위치 적층체에서는, 통상 코어 형성층에 사용되는 시트상 중간 기재에 유래하는 것이 많고, 한편 본 발명에 의한 제 1 샌드위치 적층체에서는 스킨 형성층에 사용되는 시트상 중간 기재에 유래하는 것이어도, 코어 형성층에 사용되는 시트상 중간 기재에 유래하는 것이어도 좋지만, 통상은 서로 강화 섬유가 관통하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 샌드위치 적층체는 계면층이 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 형성되는 것이 샌드위치 적층체에 있어서의 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합의 관점에서 바람직하다. 이러한 형태를 취함으로써, 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)가 견고하게 접합을 한 샌드위치 적층체를 얻을 수 있고, 나아가서는 그러한 샌드위치 적층체를 사용하여 샌드위치 구조체를 제조했을 경우에 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)가 견고하게 접합을 한 샌드위치 구조체로 할 수 있다. 또한, 상기 형태의 계면층에 의하면 적용하는 열가소성 수지의 조합에 특별한 제한을 두지 않는다. 즉, 다른 수지가 강화 섬유 매트를 통하여 복잡하게 뒤얽힌 앵커링 구조를 형성함으로써 다른 열가소성 수지 사이를 기계적으로 접합하기 위해서 종래에 고려해야 했던 다른 열가소성 수지끼리의 상용성이나 친화성을 무시할 수 있고, 원래 접착이 곤란하게 되는 조합이어도, 용이하고 또한 견고하게 접합할 수 있다는 점에서 본 발명의 각별한 효과가 있다. 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry)는 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz)는 30㎛ 이상이면 본 발명의 효과를 충분히 발현할 수 있지만, 최대로 Ry 300㎛, Rz 100㎛이면 본 발명의 효과를 확보하는 관점에서 충분하다.

여기서, 본 발명의 샌드위치 적층체에 있어서의 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)가 형성하는 계면층에 대해서, 도 2를 이용하여 상세하게 설명한다. 도 2는 샌드위치 적층체(7)의 면방향(X)에 대한 수직단면에 근거하여 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)의 계면층을 확대한 도이다. 도 2에 있어서, 열가소성 수지(A)(8)와 열가소성 수지(B)(9)가 강화 섬유 매트(도시하지 않음)에 함침되어 있고, 샌드위치 적층체의 두께방향(Z)의 대략 중앙에서 면방향(X)으로 확대되는 요철 형상을 갖는 계면층(10)이 강화 섬유 매트를 통하여 형성되어 있다. 이러한 계면층은 두께방향(Z)에 있어서 복수의 오목부와 볼록부를 갖고 있고, 그 중 가장 오목함이 큰 오목부(11)와 가장 돌출한 볼록부(12)의 Z방향에 있어서의 낙차를 dmax로서 정의한다. 또한, 오목부(11)는 도 상에 있어서 독립한 섬상으로 보여지지만, 이것을 포함하여 가장 침입량이 깊은 부분을 요철부 각각의 최단으로 간주한다. 한편, 계면층에 있어서의 요철 형상 중, 가장 오목함이 작은 오목부(13)와 가장 돌출이 작은 볼록부(14)의 Z방향에 있어서의 낙차를 dmin으로서 정의한다. 여기서, dmax가 본 발명의 최대 높이(Ry)가 되고, dmax와 dmin의 평균값이 본 발명의 평균 조도(Rz)로서 정의된다.

또한, 최대 높이(Ry) 및 평균 조도(Rz)는 샌드위치 적층체의 단면 관찰에 근거하여 측정할 수 있다. 샌드위치 적층체의 두께방향의 수직단면이 관찰면이 되도록 연마된 시료를 준비한다. 상기 시료를 현미경으로 관찰함으로써 시야 중에 있어서 도 2(강화 섬유는 도시하지 않은)에 해당하는 상을 확인할 수 있다. 여기서, 상기에서 정의되는 요철 계면 중, 가장 오목함이 큰 오목부와 가장 돌출이 큰 볼록부의 수직낙차(dmax), 가장 오목함이 작은 오목부와 가장 돌출이 작은 볼록부의 수직낙차(dmin)를 각각 측정한다. 이 조작을 다른 상에 대해서 10회 행하여 측정되는 dmax 중, 가장 큰 값을 계면층에 있어서의 요철 형상의 최대 높이(Ry)(㎛)로 할 수 있다. 또한, 측정되는 dmax 및 dmin의 총 합계를 측정 횟수로 나눈 값을 계면층에 있어서의 요철 형상의 평균 조도(Rz)로 할 수 있다.

본 발명의 샌드위치 적층체에 사용하는 강화 섬유는 시트상 중간 기재가 가열 팽창성을 갖도록 배치되어 있으면 좋지만, 모노필라멘트상 및/또는 대략 모노필라멘트상으로 분산되는 것이 바람직하고, 추가하여 강화 섬유는 랜덤하게 분포되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 형태의 매트로 함으로써 부형성이 우수함으로써, 복잡 형상으로의 부형이 용이하게 된다. 또한, 매트가 형성하는 공극이 치밀화하기 때문에, 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)가 보다 복잡한 계면을 형성하고 우수한 접합 능력이 발현된다. 또한, 바람직한 형태에 의하면, 섬유속단에 있어서의 약부가 극소화되기 때문에 우수한 접합 능력, 보강 효율 및 신뢰성에 추가하여, 등방성도 부여된다. 여기서, 대략 모노필라멘트란 강화 섬유 단사가 500개 미만의 세섬도 스트랜드로 존재하는 것을 가리킨다.

또한, 모노필라멘트상으로 분산되어 있다란 샌드위치 적층체 내에서 임의로 선택한 강화 섬유에 대해서, 그 이차원 접촉각이 1도 이상인 단섬유의 비율(이하, 섬유 분산율이라고 칭함)이 80% 이상인 것을 가리키고, 다시 말하면, 구성요소 중에 있어서 단섬유의 2개 이상이 접촉하여 병행된 속이 20% 미만인 것을 말한다. 따라서, 여기서는 적어도 강화 섬유 매트에 있어서의 필라멘트수 100개 이하의 섬유속의 중량 분률이 100%에 해당하는 것만을 대상으로 한다.

여기서, 이차원 접촉각이란 불연속 강화 섬유의 단섬유와 상기 단섬유와 접촉하는 단섬유로 형성되는 각도이고, 접촉하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0도 이상 90도 이하의 예각측의 각도로 정의한다. 이 이차원 접촉각에 대해서, 도면을 이용하여 더 설명한다. 도 3(a), (b)은 본 발명에 있어서의 일 실시형태이고, 샌드위치 적층체 중 불연속 강화 섬유를 면방향(a) 및 두께방향(b)으로부터 관찰했을 경우의 모식도이다. 단섬유(15)를 기준으로 하면 단섬유(15)는 도 3(a)에서는 단섬유(16∼20)와 교차하여 관찰되지만, 도 3(b)에서는 단섬유(15)는 단섬유(19 및 20)와는 접촉하지 않고 있다. 이 경우, 기준이 되는 단섬유(15)에 대해서 이차원 접촉각도의 평가 대상이 되는 것은 단섬유(16∼18)이고, 접촉하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0도 이상 90도 이하의 예각측의 각도(21)이다.

이차원 접촉각을 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 샌드위치 적층체의 표면으로부터 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다. 이 경우, 샌드위치 적층체의 표면을 연마하여 강화 섬유를 노출시킴으로써 보다 강화 섬유를 관찰하기 쉬워진다. 또한, X선 CT 투과 관찰하여 강화 섬유의 배향 화상을 촬영하는 방법도 예시할 수 있다. X선 투과성이 높은 강화 섬유의 경우에는 강화 섬유에 트레이서용의 섬유를 혼합해 두고, 또는 강화 섬유에 트레이서용의 약제를 도포해 두면 강화 섬유를 관찰하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 방법으로 측정이 곤란할 경우에는 샌드위치 적층체를 가열로 등에 의해 고온 하에 두어서 열가소성 수지 성분을 소실시킨 후, 취출한 강화 섬유 매트로부터 광학현미경 또는 전자현미경을 사용하여 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다.

상기 관찰 방법에 근거하여 섬유 분산율은 이하의 순서로 측정한다. 무작위로 선택한 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(15))에 대하여 접촉하고 있는 모든 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(16∼18))의 이차원 접촉각을 측정한다. 이것을 100개의 단섬유에 대해서 행하여 이차원 접촉각을 측정한 모든 단섬유의 총 개수와, 이차원 접촉각이 1도 이상인 단섬유의 개수의 비율로부터 비율을 산출한다.

또한, 강화 섬유 매트에 있어서 강화 섬유는 랜덤하게 분산되어 있는 것이 특히 바람직하다. 여기서 강화 섬유가 랜덤하게 분산되고 있다란 샌드위치 적층체에 있어서의 임의로 선택한 강화 섬유의 이차원 배향각의 평균값이 30∼60도인 것을 말한다. 이러한 이차원 배향각이란 강화 섬유의 단섬유와 상기 단섬유와 교차하는 단섬유로 형성되는 각도이고, 교차하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0도 이상 90도 이하의 예각측의 각도로 정의한다.

이 이차원 배향각에 대해서 도면을 사용하여 더 설명한다. 도 3(a), (b)에 있어서, 단섬유(15)를 기준으로 하면 단섬유(15)는 다른 단섬유(16∼20)와 교차하고 있다. 여기서 교차란 관찰하는 이차원 평면에 있어서, 기준으로 하는 단섬유가 다른 단섬유와 교차하여 관찰되는 상태를 의미하고, 단섬유(15)와 단섬유(16∼20)가 반드시 접촉하고 있을 필요는 없고, 투영하게 보았을 경우에 교차하여 관찰되는 상태에 대해서도 예외가 아니다. 즉, 기준이 되는 단섬유(15)에 대해서 보았을 경우, 단섬유(16∼20) 모두가 이차원 배향각의 평가 대상이고, 도 3(a) 중에 있어서 이차원 배향각은 교차하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0도 이상 90도 이하의 예각측의 각도(21)이다.

이차원 배향각을 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 구성요소의 표면으로부터 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있고, 상술한 이차원 접촉각의 측정 방법과 동일한 수단을 취할 수 있다. 이차원 배향각의 평균값은 이하의 순서로 측정한다. 무작위로 선택한 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(15))에 대하여 교차하고 있는 모든 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(16∼20))의 이차원 배향각의 평균값을 측정한다. 예를 들면, 존재하는 단섬유에 교차하는 별도의 단섬유가 다수인 경우에는 교차하는 별도의 단섬유를 무작위로 20개 선택하여 측정한 평균값을 대용해도 좋다. 상기 측정에 대해서 다른 단섬유를 기준으로서 합계 5회 반복하고, 그 평균값을 이차원 배향각의 평균값으로서 산출한다.

강화 섬유가 모노필라멘트상 또한 랜덤하게 분산되어 있음으로써, 상술한 대략 모노필라멘트상으로 분산된 강화 섬유에 의해 부여되는 성능을 최대한까지 높일 수 있고, 계면층에 있어서의 특히 우수한 접합성이 발현된다. 또한, 샌드위치 적층체 및 샌드위치 구조체, 이것을 사용한 일체화 성형품에 있어서 역학 특성에 등방성을 부여할 수 있고, 이방성에 기인하는 계면층에서의 내부 응력이 작기 때문에 계면층에서의 우수한 역학 특성을 제공할 수 있다. 이러한 관점에서, 강화 섬유 매트의 섬유 분산율은 90% 이상이 바람직하고, 100%에 근접할수록 보다 바람직하다. 또한, 강화 섬유의 이차원 배향각의 평균값으로서는 40∼50도가 바람직하고, 이상적인 각도인 45도에 근접할수록 바람직하다.

한편, 강화 섬유 매트가 부직포의 형태를 취하지 않는 예로서는 강화 섬유가 일방향으로 배열되어 이루어지는 시트 기재, 직물 기재, 논크림프 기재 등이 있다. 이들 형태는 강화 섬유가 규칙적으로 치밀하게 배치되기 때문에 강화 섬유 매트 중 공극부가 적고, 열가소성 수지가 충분한 앵커링 구조를 형성하지 않기 때문에 그것을 코어 형성층으로 하면 접합 능력이 저하된다. 또한, 열가소성 수지의 함침이 매우 곤란하게 되어 미함침부를 형성하거나, 함침 수단이나 수지 종류의 선택지를 크게 제한하기도 한다.

강화 섬유 매트를 구성하는 강화 섬유의 형태로서는 무한길이의 연속성 강화 섬유, 또는 소정 길이로 절단된 유한길이의 불연속성 강화 섬유 중 어느 것이어도 좋지만, 강화 섬유 매트를 용이하게 조정할 수 있는 관점에서는 불연속성 강화 섬유인 것이 바람직하다.

불연속성 강화 섬유의 평균 섬유길이(Ln)로서는 1∼25mm의 범위인 것이 바람직하다. 평균 섬유길이(Ln)를 이러한 범위라고 함으로써 강화 섬유의 보강 효율을 높일 수 있고, 샌드위치 적층체 및 샌드위치 구조체를 비롯하여 그것으로부터 이루어지는 일체화 성형품에 있어서 우수한 역학 특성이나 접합 강도가 주어진다. 평균 섬유길이(Ln)는 샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체의 열가소성 수지 성분을 소실시켜 잔존하는 강화 섬유로부터 무작위로 400개를 선택하고, 그 길이를 10㎛ 단위까지 측정하여 그들의 수 평균을 산출하여 평균 섬유길이(Ln)로서 사용한다.

또한, 스킨 형성층과 코어 형성층의 계면층에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도(θz)는 5°이상인 것이 바람직하다. 여기서 강화 섬유의 면외 각도(θz)란 샌드위치 적층체의 두께방향에 대한 강화 섬유의 경사 정도이고, 값이 클수록 두께방향으로 서서 기울어 있는 것을 나타내고, 0∼90°의 범위로 부여된다. 즉, 강화 섬유의 면외 각도(θz)를 이러한 범위 내로 함으로써 상술한 계면층에 있어서의 보강 기능을 더 효과적으로 발현할 수 있고, 계면층의 보다 강고한 접합이 부여된다. 강화 섬유의 면외 각도(θz)의 상한값은 특별히 제한 없지만 샌드위치 적층체로 했을 때의 섬유 체적 함유율을 감안하여, 15°이하인 것이 바람직하고, 또한 10°이하인 것이 보다 바람직하다.

상기 강화 섬유의 면외 각도(θz)는 샌드위치 적층체(22)의 면방향에 대한 수직단면의 관찰에 근거하여 측정할 수 있다. 도 4는 샌드위치 적층체의 면 방향에 대한 수직단면(a)과 그 깊이방향(b)을 나타내는 것이다. 도 4(a)에 있어서, 강화 섬유(23, 24)의 단면은 측정을 간편하게 하기 위해서 타원형상으로 근사되어 있다. 여기서 강화 섬유(23)의 단면은 타원 애스펙트비(=타원장축/타원단축)가 작아 보이고, 대하여 강화 섬유(24)의 단면은 타원 애스펙트비가 크게 보여진다. 한편, 도 4(b)에 의하면, 강화 섬유(23)는 깊이방향(Y)에 대하여 거의 평행한 경사를 가지고, 강화 섬유(24)는 깊이방향(Y)에 대하여 일정량의 경사를 가지고 있다. 이 경우, 도 4(a)에 있어서의 단면(22)의 강화 섬유에 대해서는 샌드위치 적층체의 면방향(X)과 섬유주축(타원에 있어서의 장축방향)(α)이 이루는 각도(θx)가 강화 섬유의 면외 각도(θz)와 거의 동일하다. 한편, 강화 섬유(24)에 대해서는 각도(θx)와 면외 각도(θz)가 나타내는 각도에 큰 괴리가 있어 각도(θx)가 면외 각도(θz)를 반영하고 있다고 할 수 없다. 따라서, 샌드위치 적층체의 면방향에 대한 수직단면으로부터 면외 각도(θz)를 판독하는 경우, 섬유단면의 타원 애스펙트비가 일정 이상인 것에 대해서 추출함으로써 면외 각도(θz)의 검출 정밀도를 높일 수 있다.

여기서 추출 대상이 되는 타원 애스펙트비의 지표로서는 단섬유의 단면형상이 진원에 가깝고, 즉 강화 섬유의 긴방향으로 수직한 단면에 있어서의 섬유 애스펙트비가 1.1 이하인 경우, 타원 애스펙트비가 20 이상인 강화 섬유에 대해서 X방향과 섬유주축(α)이 이루는 각도를 측정하고, 이것을 면외 각도(θz)로서 채용하는 방법을 이용할 수 있다. 한편, 단섬유의 단면형상이 타원형이나 견형 등이고, 섬유 애스펙트비가 1.1보다 큰 경우에는 보다 큰 타원 애스펙트비를 가지는 강화 섬유에 주목하여 면외 각도를 측정하는 것이 좋고, 섬유 애스펙트비가 1.1 이상 1.8 미만의 경우에는 타원 애스펙트비가 30 이상, 섬유 애스펙트비가 1.8 이상 2.5 미만의 경우에는 타원 애스펙트비가 40 이상, 섬유 애스펙트비가 2.5 이상의 경우에는 타원 애스펙트비가 50 이상인 강화 섬유를 선택하고, 면외 각도(θz)를 측정하면 좋다.

본 발명에 있어서, 강화 섬유 매트를 구성하는 강화 섬유나 연속한 강화 섬유로서는, 예를 들면 알루미늄, 황동, 스테인레스 등의 금속 섬유나, PAN계, 레이온계, 리그린계, 피치계의 탄소 섬유나, 흑연 섬유나, 유리 등의 절연성 섬유나, 아라미드, PBO, 폴리페닐렌술피드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌 등의 유기섬유나, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드 등의 무기섬유를 들 수 있다. 또한, 이들 섬유에 표면 처리가 실시되어 있는 것이어도 좋다. 표면 처리로서는 도전체로서 금속의 피착 처리 이외에, 커플링제에 의한 처리, 사이징제에 의한 처리, 결속제에 의한 처리, 첨가제의 부착 처리 등이 있다. 또한, 이들 강화 섬유는 1종류를 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상을 병용해도 좋다. 그 중에서도, 경량화 효과의 관점에서 비강도, 비강성이 우수한 PAN계, 피치계, 레이온계 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다. 또한, 얻어지는 성형품의 경제성을 높이는 관점에서는 유리 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 경제성의 밸런스에서 탄소 섬유와 유리 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 성형품의 충격흡수성이나 부형성을 높이는 관점에서는 아라미드 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 충격흡수성의 밸런스에서 탄소 섬유와 아라미드 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 성형품의 도전성을 높이는 관점에서는 니켈이나 동이나 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다. 이들 중에서, 강도와 탄성율 등의 역학적 특성이 우수한 PAN계의 탄소 섬유를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 샌드위치 적층체를 구성하는 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)는 각각이 타방의 열가소성 수지와는 실질적으로 다른 열가소성 수지로 구성되어도 좋다. 실질적으로 다른 열가소성 수지란 해당 수지를 구성하는 성분 중 50중량부 이상을 차지하는 성분이 타방의 열가소성 수지와 공통되어 포함되어 있지 않은 것을 가리킨다. 여기서 열가소성 수지로서는, 예를 들면 「폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN), 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르나, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀이나, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아미드(PA), 폴리페닐렌술피드(PPS) 등의 폴리알릴렌술피드, 폴리 케톤(PK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르니트릴(PEN), 폴리테트라플루오르에틸렌 등의 불소계 수지, 액정 폴리머(LCP)」등의 결정성 수지, 「스티렌계 수지 이외에, 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSＵ), 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트(PAR)」 등의 비결정성 수지, 기타 페놀계 수지, 페녹시 수지, 또한 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리부타디엔계, 폴리이소프렌계, 불소계 수지, 및 아크릴로니트릴계 등의 열가소 엘라스토머 등이나, 이들의 공중합체 및 변성체 등으로부터 선택되는 열가소성 수지를 들 수 있다. 그 중에서도, 얻어지는 성형품의 경량성의 관점에서는 폴리올레핀이 바람직하고, 강도의 관점에서는 폴리아미드가 바람직하고, 표면 외관의 관점에서는 폴리카보네이트나 스티렌계 수지, 변성 폴리페닐렌에테르계 수지와 같은 비결정성 수지가 바람직하고, 내열성의 관점에서는 폴리알릴렌술피드가 바람직하고, 연속 사용 온도의 관점에서는 폴리에테르에테르케톤이 바람직하게 사용된다.

상기에 예시된 열가소성 수지는 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서, 엘라스토머 또는 고무 성분 등의 내충격성 향상제, 다른 충전재나 첨가제를 함유해도 좋다. 충전재나 첨가제의 예로서는 무기충전재, 난연제, 도전성 부여제, 결정핵제, 자외선흡수제, 산화방지제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색방지제, 열안정제, 이형제, 대전방지제, 가소제, 윤활제, 착색제, 안료, 염료, 발포제, 소포제 또는 커플링제를 들 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 샌드위치 적층체의 섬유 체적 함유율(Vf)은 10∼40체적%인 것이 바람직하다. 여기서 Vf는 샌드위치 적층체 내에 포함되는 강화 섬유의 체적 함유율을 가리킨다. Vf를 상기 범위로 하는 것은 샌드위치 적층체 및 후술하는 샌드위치 구조체, 및 일체화 성형품의 역학 특성의 관점에서 바람직하다.

이러한 샌드위치 적층체를 구성하는 강화 섬유 매트의 제조 방법으로서는, 예를 들면 강화 섬유를 미리 스트랜드 및/또는 모노필라멘트상으로 분산시켜 강화 섬유 매트를 제조하는 방법이 있다. 강화 섬유 매트의 제조 방법으로서는 강화 섬유를 공기류에서 분산 시트화하는 에어레이드법이나, 강화 섬유를 기계적으로 빗으면서 형상을 갖추어 시트화하는 카딩법 등의 건식 프로세스, 강화 섬유를 수중에서 교반하여 초지하는 래드라이트법에 의한 습식 프로세스를 공지 기술로서 들 수 있다. 강화 섬유를 보다 모노필라멘트상에 근접하는 수단으로서는 건식 프로세스에 있어서는 개섬바를 설치하는 방법이나 또한 개섬바를 진동시키는 방법, 또한 카드의 눈을 정밀화하는 방법이나, 카드의 회전속도를 조정하는 방법 등을 예시할 수 있다. 습식 프로세스에 있어서는 강화 섬유의 교반 조건을 조정하는 방법, 분산액의 강화 섬유 농도를 희박화하는 방법, 분산액의 점도를 조정하는 방법, 분산액을 이송시킬 때에 와류를 억제하는 방법 등을 예시할 수 있다. 특히, 강화 섬유 매트는 습식법으로 제조하는 것이 바람직하고, 투입 섬유의 농도를 증가시키거나 분산액의 유속(유량)과 메쉬 컨베이어의 속도를 조정하거나 함으로써 강화 섬유 매트의 강화 섬유의 비율을 용이하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 분산액의 유속에 대하여, 메쉬 컨베이어의 속도를 느리게 함으로써 얻어지는 강화 섬유 매트 중의 섬유의 배향이 인취방향으로 향하기 어려워 부피 큰 강화 섬유 매트를 제조 가능하다. 강화 섬유 매트로서는 강화 섬유 단체로 구성되어 있어도 좋고, 강화 섬유가 분말형상이나 섬유형상의 매트릭스 수지 성분과 혼합되어 있거나, 강화 섬유가 유기 화합물이나 무기 화합물과 혼합되어 있거나, 강화 섬유끼리가 수지 성분으로 채워져 있어도 좋다.

또한, 본 발명에 의한 제 1 샌드위치 적층체를 제조하는 방법으로서는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 각각이 용융 내지 연화하는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하여, 강화 섬유 매트에 함침시키는 것이 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)의 접합에 유래하는 앵커링의 형성이나 제조의 용이함의 관점에서 바람직하다. 구체적으로는 강화 섬유 매트의 두께방향의 양측으로부터 열가소성 수지(B)를 배치한 적층물을 마찬가지로 강화 섬유 매트의 두께방향으로 열가소성 수지(A)를 배치한 적층물에 의해 끼워넣고, 계속해서 용융 함침시키는 방법, 열가소성 수지(A) 성분을 포함하는 강화 섬유 매트 및 열가소성 수지(B) 성분을 포함하는 강화 섬유 매트 각각을 용융 함침함과 아울러, 일체화하는 방법, 강화 섬유 매트의 두께방향의 양측으로부터 열가소성 수지(A)를 용융 함침시킨 시트상 중간 기재에 또한 강화 섬유 매트에 열가소성 수지(B)를 함침시킨 시트상 중간 기재를 그 중간층에 삽입하는 방법을 바람직하게 예시할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 제 2 샌드위치 적층체를 제조하는 방법으로서도, 상기 와 마찬가지로 접합에 유래하는 앵커링의 형성이나 제조의 용이함의 관점에서 연속한 강화 섬유 또는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 각각이 용융 내지 연화하는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하여, 연속한 강화 섬유 또는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지를 함침시키는 것이 바람직하다.

상기 각 방법을 실현하기 위한 설비로서는 압축성형기, 더블벨트프레스를 적합하게 사용할 수 있다. 배치식의 경우에는 전자이고, 가열용과 냉각용의 2기 이상을 병렬한 간헐식 프레스 시스템으로 함으로써 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 연속식의 경우에는 후자이고, 연속적인 가공을 용이하게 행할 수 있기 때문에 연속 생산성이 우수하다.

이어서, 본 발명의 샌드위치 구조체에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 제 1 샌드위치 구조체는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨층 및 코어층에 사용하여 이루어지고, 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성하는 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어진다.

본 발명에 의한 제 2 샌드위치 구조체는 강화 섬유 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 코어층에 사용하고, 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨층에 사용하여 이루어지고, 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)가 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성하는 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어진다.

여기서 상기 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)는 스킨층과 코어층의 계면층에 있어서의 접합을 충분한 것으로 하는 관점에서 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어진다. 최대 높이(Ry)가 50㎛보다 하회하는 경우에는 스킨층과 코어층의 계면층에 있어서의 요철 형상이 낮아 접합 강도를 만족하는 것이 용이하게 박리를 일으켜버리기 때문에, 샌드위치 구조체로서 만족하는 것을 얻을 수 없다. 또한, 평균 조도(Rz)가 30㎛보다 하회하는 경우에는 샌드위치 구조체 전체에 있어서의 스킨층과 코어층의 계면층에서의 요철 형상이 장소에 의해 변동이 있는 것을 나타낸다. 이 점에서, 샌드위치 구조체의 스킨층이 부분적으로 코어층으로부터 박리해버리는 경우가 있기 때문에, 샌드위치 구조체로서 만족하는 것을 얻을 수 없다. 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry)는 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz)는 30㎛ 이상이면 본 발명의 효과를 충분하게 발현시킬 수 있지만, 최대로 Ry 300㎛, Rz 100㎛이면 본 발명의 효과를 확보하는 관점에서 더욱 바람직하다.

또한, 샌드위치 구조체에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 조도(Rz), 강화 섬유의 면외 각도(θz) 등은 상술한 샌드위치 적층체에서의 그들 측정법에 있어서, 샌드위치 적층체를 샌드위치 구조체에 스킨 형성층을 스킨층에, 코어 형성층을 코어층에 각각 판독함으로써 마찬가지로 측정할 수 있다.

이러한 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성되고, 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어진다. 여기서 연속한 공극이란 강화 섬유가 교차함으로써 형성되는 망목상의 형태를 갖는 공극이고, 또한 망목상의 공극과 이웃이 되는 공극이 관통하고 있는 상태를 말한다. 예를 들면, 강화 섬유가 모노필라멘트상 또는 대략 모노필라멘트상으로 랜덤하게 분산되어 있는 경우에는, 연속한 공극은 랜덤하게 분산된 강화 섬유의 모노필라멘트(또는 대략 모노필라멘트)가 교차함으로써 형성된다. 한편, 코어층에 있어서의 공극이 연속하고 있지 않고, 소위 독립한 구조를 갖고 있는 경우에는 열가소성 수지를 통하여 망목상의 형태를 갖는 공극과 이웃이 되는 공극이 격리된 상태에 있다.

상술한 공극의 상태는 코어층 중 강화 섬유끼리가 교차함으로써 형성되는 공극을 관찰함으로써 판별할 수 있다. 구체적으로는 코어층에 있어서의 두께방향 의 중심 장소를 기재 면방향으로 면도기 등을 이용하여 깎아냄으로 노출시켜 시험편을 제작하고, 그 노출면을 광학현미경 또는 전자현미경 등을 이용하여 400개소 관찰함으로써 어느 하나의 구조 중 과반수를 차지하는 구조로서 채용할 수 있다.

이러한 구조에 있어서, 샌드위치 구조체를 상술한 샌드위치 적층체를 가열하여 얻는 경우, 가열에 따른 팽창에 유래하고 열가소성 수지에 의해 피복된 강화 섬유가 주상의 지지체가 되어, 팽창 구조를 형성함으로써 연속한 공극을 형성한다. 이것은 샌드위치 적층체에 있어서의 코어 형성층과 마찬가지로, 가압에 의해 압축 상태로 되어 있었던 코어층 내의 강화 섬유가 강화 섬유의 탄성율에 유래하는 기모력에 의해 팽창하는 성질에 근거한다.

열가소성 수지로 피복된 강화 섬유의 피복 상태는 적어도 코어층을 구성하는 강화 섬유의 단섬유끼리 교차하는 점이 피복되어 있으면 코어층의 형상안정성, 가열에 의해 팽창시켰을 때의 팽창 배율의 자유도의 관점에서 충분하지만, 또한 바람직한 형태라고 하면 피복 상태는 강화 섬유의 표면이 열가소성 수지에 의해 노출되지 않고, 다시 말하면, 강화 섬유가 열가소성 수지에 의해 전선상으로 피막을 형성하여 이루어진다. 이에 따라서, 코어층은 형상에 안정성을 갖는다. 또한, 열가소성 수지로 피복된 강화 섬유의 피복 상태는 코어층을 구성하는 강화 섬유 모두에 있어서 피복되어 있을 필요는 없고, 본 발명의 샌드위치 구조체에 있어서의 코어층의 형상안정성이나, 전단 인장 접합 강도를 손상시키지 않는 범위 내이면 좋다.

또한, 샌드위치 구조체에 사용되는 강화 섬유 및 열가소성 수지는 상기 샌드위치 적층체와 동일한 효과를 갖는 관점에서, 상기 샌드위치 적층체에서 사용되는 것과 동일한 강화 섬유 및 열가소성 수지를 바람직하게 예시할 수 있다.

본 발명의 샌드위치 구조체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 샌드위치 적층체를 가열하고 코어 형성층을 소정의 팽창 배율로 팽창시킴으로써 코어 형성층을 코어층으로 전환하는 것이 바람직하다. 이러한 코어 형성층을 팽창시킬 때의 팽창 배율은 1.5∼10배로 하는 것이 코어 형성층의 팽창에 의해 형성되는 코어층의 역학 특성을 의미하는 지표가 되는 전단강도 및 압축강도가 우수하기 때문에 바람직하다. 이러한 팽창 배율이 작을수록 역학 특성은 우수하고, 또한 클수록 경량성이 우수하기 때문에, 이들 밸런스의 관점에서 2∼8배의 범위 내가 더욱 바람직하고, 특히 바람직하게는 3∼5배의 범위 내이다. 여기서 팽창 배율이란 가열 전의 코어 형성층의 두께에 대한 가열에 의해 팽창한 후의 코어층의 두께의 배율로 나타내고, 그것은 두께에 관계되는 지표이다.

본 발명에 있어서의 샌드위치 구조체를 제조하는 방법에 대해서, 적어도 이하의 공정[1] 및 [2]에 의해 제조되는 방법을 채용하는 것이 스킨층과 코어층의 앵커링 형성에 의한 접합성의 관점에서 바람직하다.

공정[1]: 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 각각이 용융 내지 연화하는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하여, 열가소성 수지(A)를 강화 섬유 매트 내지 연속한 강화 섬유에 함침시켜 스킨 형성층으로 하고, 열가소성 수지(B)를 강화 섬유 매트에 함침시켜 코어 형성층으로 하는 공정,

공정[2]: 이어서, 스킨 형성층 및 코어 형성층을 가열된 상태에서 두께 조정을 함으로써 코어 형성층을 팽창시키는 공정.

샌드위치 구조체를 구성하는 강화 섬유 매트의 제조 방법은 상기 샌드위치 적층체에 있어서의 강화 섬유 매트와 동일한 제조 방법을 바람직하게 예시할 수 있다. 또한, 연속한 강화 섬유로서는 UD 등의 상술한 것을 사용한다.

공정[1]에서는 상기 샌드위치 적층체와 마찬가지로 시트상 중간 기재를 제조하는 방법이 바람직한 형태로서 예시할 수 있다.

또한, 공정[2]은 공정[1]에서 얻어진 시트상 중간 기재를 가열된 상태에서 두께 조정을 함으로써 코어 형성층을 팽창시켜 코어층으로 하는 공정이다. 이 때 가열되는 온도는 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)가 용융 내지 연화하는데 충분한 열량을 부여하는 것이 제조되는 샌드위치 구조체의 두께 제어, 제조 속도의 관점에서 바람직하고, 구체적으로는 용융 온도에 대하여 10℃ 이상 높고, 또한 열가소성 수지가 열분해 온도 이하의 온도를 부여하는 것이 바람직하다. 또한, 두께 제어를 행하는 방법으로서는 가열되는 시트상 중간 기재를 목적의 두께로 제어할 수 있으면 방법에 의하지 않지만, 금속판 등을 이용하여 두께를 구속하는 방법, 시트상 중간 기재에 부여하는 압력에 의해 두께 제어하는 방법 등이 제조의 간편함의 관점에서 바람직한 방법으로서 예시된다.

상기 방법을 실현하기 위한 설비로서는 상기 샌드위치 적층체의 제조 방법에서 예시한 장치와 마찬가지로 압축성형기, 더블벨트프레스를 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 샌드위치 구조체는 다른 부재와 일체화하여 일체화 성형품으로 함으로써 그 경량화, 강성을 활용할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 경우, 샌드위치 구조체로 이루어지는 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재를 용착 등으로 접합함으로써 일체화 성형품을 얻을 수 있다. 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재는 접합된 구조를 취한다. 여기서 제 2 부재를 구성하는 열가소성 수지는 제 1 부재에 대하여 충분히 용착되지 않으면 안된다. 따라서, 제 2 부재를 구성하는 열가소성 수지와, 제 1 부재측의 피착면을 구성하는 열가소성 수지(A) 또는 열가소성 수지(B)는 실질적으로 동일하거나, 같은 것이 바람직하다.

이러한 일체화되는 제 2 부재는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 연속성을 갖는 강화 섬유로 보강된 UD 프리프레그, 직물 프리프레그, 불연속인 강화 섬유로 보강된 GMT, SMC, 장섬유 강화 프리프레그 등의 섬유 강화된 성형 기재, 또는 수지 시트, 발포체 등의 비섬유 강화 성형 기재를 들 수 있다. 그 중에서도, 얻어지는 성형체의 역학 특성의 관점에서는 섬유 강화 성형 기재인 것이 바람직하고, 성형체의 보강 효과를 향상시키는 관점에서는 연속 섬유 강화 프리프레그이고, 성형체에 복잡 형상을 가지게 하는 경우에는 부형성이 우수한 불연속 강화 프리프레그를 바람직하게 사용할 수 있다.

제 1 부재와 제 2 부재를 접합시키는 수단으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 (i) 제 1 부재와 제 2 부재를 각각 미리 성형해 두고 양자를 접합하는 방법, (ii) 제 1 부재를 미리 성형해 두고 제 2 부재를 성형함과 동시에 양자를 접합하는 방법이 있다. 상기 (i)의 구체예로서는 제 1 부재를 프레스 성형하고, 제 2 부재를 프레스 성형 또는 사출 성형에 의해 제작한다. 제작한 각각의 부재를 열판 용착, 진동 용착, 초음파 용착, 레이저 용착, 저항 용착, 유도가열 용착 등의 공지의 용착 수단에 의해 접합하는 방법이 있다. 한편, 상기 (ii)의 구체예로서는 프레스 성형에 의해 얻어진 제 1 부재를 사출성형 금형에 배치하고, 제 2 부재를 형성하는 재료를 금형에 인서트 사출성형 내지 아웃서트 사출성형 하고, 용융 내지 연화 상태에 있는 재료의 열량으로 제 1 부재의 피착면을 용융 내지 연화시켜, 사출성형에 의한 성형체인 제 2 부재를 제 1 부재에 접합하는 방법이 있다. 또한, 상기 (ii)의 다른 구체예로서는 프레스 성형에 의해 얻어진 제 1 부재를 프레스 성형 금형 내에 배치하고, 제 2 부재를 형성하는 재료를 프레스 성형 금형 내에 배치하고 프레스 성형함으로써, 상기와 동일한 원리로 프레스 성형에 의한 성형체인 제 2 부재를 제 1의 부재에 접합하는 방법이 있다. 일체화 성형품의 양산성의 관점에서는 바람직한 것은 (ii)의 방법이다.

상기 (ii)에 있어서의 후자의 방법에서는, 일체화 성형품은 샌드위치 구조체를 적층단위로서 포함하는 적층 전구체를 프레스 성형법에 의해 가열 및 가압하여 성형함으로써 부여된다. 여기서 이러한 적층 전구체의 적층단위로서, 샌드위치 구조체를 적어도 1층을 포함하면 기타 적층단위에 대해서는 특별히 제한은 없고, 본 발명의 샌드위치 구조체에 적용되는 강화 섬유 매트에 기초해도 좋고, 이것에 해당하지 않는 UD 기재, 직물 기재, 스티치 기재 등에 기초해도 좋다. 또한, 강화 섬유의 종류에 대해서도 본 발명의 특성을 손상시키지 않는 범위이면 특별히 제한을 설치하지 않는다. 프레스 성형법으로서는 미리 성형틀을 제 2 부재의 성형온도 이상으로 승온해 두고, 가열된 성형틀 내에 제 1 부재를 배치하고 형체(型締)하여 가압하고, 이어서 그 상태를 유지하면서 성형틀을 냉각하여 성형품을 얻는 방법, 소위 핫프레스 성형이 있다. 또한, 성형온도 이상으로 가열된 제 2 부재와 제 1 부재를 그 고화온도 미만으로 유지된 성형틀에 배치하고 형체하여 가압하고, 이어서 그 상태를 유지하면서 냉각하여 일체화 성형품을 얻는 방법, 소위 스탬핑 성형이나 히트 앤드 쿨 성형 등이 있다. 이들 프레스 성형 방법 중, 성형 사이클을 빠르게 하여 생산성을 높이는 관점에서는 스탬핑 성형 또는 히트 앤드 쿨 성형이 바람직하다.

본 발명의 샌드위치 구조체 및 그것으로 이루어지는 일체화 성형품에 의해 제공되는 설치 부재의 용도로서는, 예를 들면 「PC, 디스플레이, OA기기, 휴대전화, 휴대폰 정보단말, PDA(전자수첩 등의 휴대폰 정보단말), 비디오카메라, 광학기기, 오디오, 에어컨, 조명기기, 오락용품, 완구용품, 기타 가전제품 등의 하우징, 트레이, 섀시, 내장 부재, 또는 그 케이스」 등의 전기, 전자기기 부품, 「각종 부재, 각종 프레임, 각종 경첩, 각종 암, 각종 차축, 각종 차륜용 베어링, 각종 빔」, 「후드, 루프, 도어, 펜더, 트렁크 리드, 사이드 패널, 리어 앤드 패널, 프론트 바디, 언더 바디, 각종 필러, 각종 부재, 각종 프레임, 각종 빔, 각종 서포트, 각종 레일, 각종 경첩 등의 외판, 또는 바디 부품」, 「범퍼, 범퍼 빔, 몰, 언더 커버, 엔진 커버, 정류판, 스포일러, 카울 루버, 에어로파츠 등 외장 부품」, 「계기판, 시트 프레임, 도어 트림, 필라 트림, 핸들, 각종 모듈 등의 내장 부품」, 또는 「모터 부품, CNG 탱크, 가솔린 탱크」 등의 자동차, 이륜차용 구조 부품, 「기타, 배터리 트레이, 헤드램프 서포트, 페달 하우징, 프로텍터, 램프 리플렉터, 램프 하우징, 노이즈 쉴드, 스페어타이어 커버」 등의 자동차, 이륜차용 부품, 「랜딩기어 포드, 윙렛, 스포일러, 엣지, 러더, 엘리베이터, 페이링, 리브」 등의 항공기용 부품을 들 수 있다. 역학 특성의 관점에서는 자동차 내외장, 전기·전자기기 하우징, 자전거, 스포츠용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 박스에 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 특히 복수의 부품으로 구성되는 모듈 부재에 바람직하다.

(실시예)

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

(1) 열가소성 수지(A, B)의 사용 하한온도(TA1, TB1)

샌드위치 적층체에 함침되는 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)의 융점 또는 연화점을 이하와 같이 하여 평가했다. 우선, 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 중 결정성 수지에 대해서는 JIS K7121(1987)에 규정되는 「플라스틱의 전이온도 측정 방법」에 준거하여 융점을 측정했다. 샌드위치 적층체의 제작에 사용한 시트 또는 부직포를 로내 온도 50℃로 제어된 진공건조기 중에서 24시간 이상 건조시킨 후, 미세하게 재단하여 시료를 준비했다. 이 시료에 대해서, 시차 주사 열량 측정장치(NETZSCH 제작, DSC 200F3 Maia)를 이용하여 상기 규격에 의한 융점을 얻었다.

한편, 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 중 비결정성 수지에 대해서는 JIS K7206(1999)에 규정되는 「플라스틱-열가소성플라스틱-비캇 연화온도(VST) 시험」의 A50법에 준거하여 연화점을 측정했다. 샌드위치 구조체의 제작에 사용한 시트 또는 부직포의 원료인 수지 펠렛을 로내 온도 50℃로 제어된 진공건조기 중에서 24시간 이상 건조시킨 후, 2축 혼련기·사출기(DSM Xplore 제작, Micro Compounder 15, 12ml 사출성형기)에 의해 성형했다. 얻어진 성형편으로부터, 두께 3.2mm, 종 및 횡이 각각 12.5mm의 각판을 잘라내고, 이것을 시료로 했다. 이 시료에 대해서, 열변형 온도측정기(Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd. 제작, S3-FH)를 이용하여 상기 규격에 의한 연화점을 얻었다.

상기 조작을 3회 반복하여 얻어진 온도의 평균값를 산출하고, 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)의 융점 또는 연화점으로 했다. 여기서 융점에 대해서는 얻어진 온도를 열가소성 수지(A, B)의 사용 하한온도(TA1, TB1)(℃)로서 취급, 연화점에 대해서는 (연화점+100℃)의 온도를 열가소성 수지(A, B)의 사용 하한온도(TA1, TB1)(℃)로서 취급했다.

(2) 열가소성 수지(A, B)의 사용 상한온도(TA2, TB2)

샌드위치 적층체에 함침되는 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)의 감량 시작 온도를 JIS K7120(1987)에 규정되는 「플라스틱의 열중량 측정 방법」에 준거하여 측정했다. 샌드위치 적층체의 제작에 사용한 시트 또는 부직포를 로내 온도 50℃로 제어된 진공건조기 중에서 24시간 이상 건조시킨 후, 미세하게 재단하여 시료를 준비했다. 이 시료에 대해서, 열중량 측정장치(Bruker Corporation 제작, TG-DTA 2020SA)를 이용하여 상기 규격에 의한 열감량선을 취득했다. 취득한 열감량선에 있어서 베이스라인의 중량으로부터 1%의 감량이 확인된 온도를 본 실시예에 있어서의 감량 개시온도로 했다. 상기 조작을 3회 반복하여 얻어진 감량 개시온도의 평균값를 산출하고, 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)의 감량 개시온도로 했다. 그리고, 감량 개시온도로부터 50℃를 뺀 온도를 열가소성 수지(A, B)에 있어서의 실용상의 사용 상한온도(TA2, TB2)(℃)로서 취급했다.

(3) 샌드위치 적층체에 있어서의 강화 섬유의 비율(Vf)

샌드위치 적층체의 질량(Ws)을 측정한 후, 상기 샌드위치 적층체를 공기 중 500℃에서 30분간 가열하여 열가소성 수지 성분을 연소하고, 잔존하는 강화 섬유의 질량(Wf)를 측정하여 다음식에 의해 산출했다.

·Vf(체적%) = (wf/ρf)/{wf/ρf+(Ws-Wf)/ρr}×100

ρf: 강화 섬유의 밀도(g/㎤)

ρr: 열가소성 수지의 밀도(g/㎤).

(4) 샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체의 계면층에 있어서의 요철 형상(Ry, Rz)

샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체로부터 폭 25mm의 소편을 잘라내어 에폭시 수지에 포매한 후, 시트 두께방향의 수직단면이 관찰면이 되도록 연마하여 시료를 제작했다. 이 시료를 레이저 현미경(Keyence Corporation 제작, VK-9510)으로 200배로 확대하고, 무작위로 선정한 10개소(서로 시야는 중복하지 않음)에 대해서 촬영을 행했다. 촬영한 화상으로부터, 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)가 형성하는 계면층을 수지의 콘트라스트에 의해 확인했다. 콘트라스트가 불선명한 경우에는 화상처리에 의해 농담을 명확화했다. 그런데도 확인이 어려운 경우에는 샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체에 함침하여 이루어지는 열가소성 수지 중, TA1 및 TB1 중 어느 하나가 저온한 열가소성 수지만을 용융 내지 연화시킨 샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체로부터 제작한 시료에 대해서 재차 촬영을 행하여 계면층을 확인했다. 상기서 촬영한 10시야에 대해서, 각각의 시야 중에 있어서의 요철 계면 중 가장 오목함이 큰 오목부와 가장 돌출이 큰 볼록부의 수직낙차(dmax), 가장 오목함이 작은 오목부와 가장 돌출이 작은 볼록부의 수직낙차(dmin)를 각각 측정했다. 이들 각 시야에 의한 10점의 dmax 중, 가장 큰 값을 계면층에 있어서의 요철 형상의 최대 높이(Ry)(㎛)로 했다. 또한 상기에서 얻어진 dmax 및 dmin으로부터, 계면층에 있어서의 요철 형상의 평균 조도(Rz)를 다음식에 의해 산출했다.

·Rz(㎛) = Σ(dimax+dimin)/2n

dimax: 각 시야에 있어서의 최대 수직낙차(i=1, 2, ···10)(㎛)

dimin: 각 시야에 있어서의 최소 수직낙차(i=1, 2, ···10)(㎛)

n: 측정 시야수

(5) 샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도(θz)

샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체로부터 폭 25mm의 소편을 잘라내어 에폭시 수지에 포매한 후에, 시트 두께방향의 수직단면이 관찰면이 되도록 연마하여 시료를 제작했다. 상기 시료를 레이저 현미경(Keyence Corporation 제작, VK-9510)으로 400배로 확대하여 섬유 단면형상의 관찰을 행했다. 관찰 화상을 범용화상 해석 소프트 상에서 전개하고, 소프트에 포함되는 프로그램을 이용하여 관찰 화상 중에서 보이는 개개의 섬유단면을 추출하고, 상기 섬유 단면에 내접하는 타원을 설치하여 섬유 단면의 형상을 근사했다(이후, 섬유 타원이라 함). 또한, 섬유 타원의 장축길이(α)/단축길이(β)로 나타내어지는 애스펙트비가 20 이상인 섬유 타원에 대하여, X축방향과 섬유 타원의 장축방향이 이루는 각을 구했다. 샌드위치 적층체 또는 샌드위치 구조체의 다른 부위로부터 추출한 관찰 시료에 대해서 상기 조작을 반복함으로써, 합계 600개의 강화 섬유에 대해서 면외 각도를 측정하여 그 평균값를 면외 각도(θz)로서 구했다.

(6) 샌드위치 적층체에 있어서의 계면층의 접합 상태

샌드위치 적층체에 대해서, JIS K6850(1999)에 규정되는 「접착제-강성 피착 재의 인장 전단 접착 강함 시험법」을 참고하여 계면층을 전단 하중으로 파괴하여 그 파괴 양상을 관찰함으로써 샌드위치 적층체에 있어서의 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합 상태 평가를 행했다. 본 시험에 있어서의 시험편은 실시예에서 얻어지는 샌드위치 적층체를 잘라내어 사용했다. 시험편을 도 5에 나타낸다. 시험편(25)은 길이(l)가 다른 위치에서 시험편 양면으로부터 스킨 형성층의 두께(h)에 도달하는 폭(w)의 노치(26)가 삽입된 형상이고, 상기 스킨 형성층의 중앙으로부터 길이(b)(6.25mm)의 위치에서 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합부가 형성되어 있다. 상기 시험편을 5개 준비하고, 만능시험기(INSTRON 제작, 만능시험기 4201형)로 인장방향으로 부하함으로써 전단하중을 가하여 시험편을 파괴했다. 이어서, 파괴한 시험편에 있어서의 파괴된 측의 면을 목시로 관찰함으로써 접합부의 접합 상태 평가로 했다.

접합 상태 평가는 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합이 양호한 순서로 이하와 같이 분류했다. 본 평가에서는 응집 파괴 및 코어 형성층 파괴가 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합 상태가 양호한 것으로서 판단했다.

·응집 파괴: 스킨 형성층과 코어 형성층의 계면 근방에서 파괴되고, 또한 스킨 형성층 및 코어 형성층 중 어느 하나의 표층에 일방의 층을 구성하는 성분이 부착된 상태.

·코어 형성층 파괴: 코어 형성층만이 파괴된 상태.

·전체 파괴: 스킨 형성층과 코어 형성층이 동일하게 파괴된 상태.

·계면층 파괴: 스킨 형성층과 코어 형성층의 계면 근방에서 파괴되고, 또한 스킨 형성층 및 코어 형성층 중 어느 하나의 표층에 일방의 층을 구성하는 성분이 부착되지 않고 박리된 상태.

(7) 샌드위치 구조체에 있어서의 계면층의 접합 상태

샌드위치 구조체에 대해서, (6) 샌드위치 적층체에 있어서의 계면층의 접합 상태와 마찬가지로, 그 파괴 양상을 관찰함으로써 샌드위치 구조체에 있어서의 스킨층과 코어층의 접합 상태 평가를 행했다.

접합 상태 평가는 스킨층과 코어층의 접합이 양호한 순서로 이하와 같이 분류했다. 본 평가에서는 코어층 파괴가 스킨층과 코어층의 접합 상태가 양호한 것으로서 판단했다.

·코어층 파괴: 코어층의 중앙 근방에서 파괴된 상태.

·스킨층 파괴: 스킨층만이 파괴된 상태.

·전체 파괴: 스킨층과 코어층이 동일하게 파괴된 상태.

(8) 일체화 성형품에 있어서의 접합부의 전단강도(τ2)

일체화 성형품에 대해서, JIS K6850(1999)에 규정되는 「접착제-강성 피착재의 인장 전단 접착 강함 시험법」을 참고하여 일체화 성형품에 있어서의 접합부의 전단강도(τ2)의 평가를 행했다. 본 시험에 있어서의 시험편은 실시예에서 얻어지는 일체화 성형품의 평면 부분을 잘라내어 사용했다. 시험편을 도 9에 나타낸다. 시험편(37)은 길이(l)가 다른 위치에서 시험편 각 표면으로부터 제 1 부재의 두께(h1)에 도달하는 폭(w)의 노치(38) 및 제 2 부재의 두께(h2)에 도달하는 폭(w)의 노치(39)가 삽입된 형상이고, 상기 시험편의 중앙으로부터 길이(b)(6.25mm)의 위치에서 제 1 부재와 제 2 부재의 접합부가 형성되어 있다. 상기 시험편을 5개 준비하여 만능시험기(INSTRON 제작, 만능시험기 4201형)로 인장 시험을 행했다. 시험에 의해 얻어진 모든 데이터(n=5)의 평균값을 일체화 성형품에 있어서의 접합부의 전단강도(τ2)(㎫)로 했다.

[강화 섬유 I]

폴리아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 중합체로부터 방사, 소성 처리를 행하여 총 필라멘트수 12000개의 연속 탄소 섬유를 얻었다. 또한, 상기 연속 탄소 섬유를 전해 표면 처리하고, 120℃의 가열 공기 중에서 건조하여 강화 섬유 I를 얻었다. 이 탄소 섬유의 특성은 이하에 나타내는 바와 같다.

밀도: 1.80g/㎤

단섬유 지름: 7㎛

인장 강도: 4.9㎬

인장 탄성율: 230㎬

[PP 시트]

미변성 폴리프로필렌 수지(Prime Polymer Co., Ltd. 제작, "Prime Polypro"(등록상표) J707G) 90질량%와, 산변성 폴리프로필렌 수지(Mitsui Chemicals, Inc. 제작, "ADMER"(등록상표) QB510) 10질량%로 이루어지는 마스터 배치를 이용하여, 단위면적당 중량 100g/㎡의 시트를 제작했다. 얻어진 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.

[PA6 시트]

폴리아미드6 수지(Toray Industries, Inc. 제작 "AMILAN"(등록상표) CM1021T)로 이루어지는 단위면적당 중량 124g/㎡의 수지 시트를 제작했다. 얻어진 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.

[PA66 시트]

나일론66 수지(Toray Industries, Inc. 제작 "AMILAN"(등록상표) CM3006)로 이루어지는 단위면적당 중량 126g/㎡의 수지 시트를 제작했다. 얻어진 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.

[PC 시트]

폴리카보네이트 수지(Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation 제작 "LUPILON"(등록상표) H-4000)로 이루어지는 단위면적당 중량 132g/㎡의 수지 시트를 제작했다. 얻어진 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.

[PPS 시트]

폴리페닐렌술피드 수지(Toray Industries, Inc. 제작 "TORELINA"(등록상표) M2888)로 이루어지는 단위면적당 중량 67g/㎡의 수지 부직포를 제작했다. 얻어진 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.

[PPE 시트]

변성 폴리페닐렌에테르 수지(Saudi Basic Industries Corporation 제작 "NORYL"(등록상표) PPX7110)로 이루어지는 단위면적당 중량 100g/㎡의 시트를 제작했다. 얻어진 시트의 특성을 표 1에 나타낸다.

[5mm 매트]

강화 섬유 I를 길이 5mm로 커팅하여 초프드 강화 섬유를 얻었다. 초프드 강화 섬유를 개면기에 투입하여 당초 굵기의 강화 섬유속이 거의 존재하지 않는 면상의 강화 섬유 집합체를 얻었다. 이 강화 섬유 집합체를 지름 600mm의 실린더롤을 갖는 카딩 장치에 투입하여 강화 섬유로 이루어지는 시트상의 웨이브를 형성했다. 이 때의 실린더롤의 회전수는 320rpm, 도퍼의 속도는 13m/분이었다. 이 웨이브를 겹쳐서 강화 섬유 매트(5mm 매트)를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 매트의 특성을 표 2에 나타낸다.

[3mm 매트]

강화 섬유 I를 카트리지 커터로 3mm로 커팅하여 초프드 강화 섬유를 얻었다. 물과 계면활성제(Nacalai Tesque Inc. 제작, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르(상품명))로 이루어지는 농도 0.1중량%의 분산매를 40리터 제작하고, 이러한 분산매를 초지 장치에 투입했다. 초지 장치는 회전익 부착 교반기를 구비한 상부의 초지조(용량 30리터)와, 하부의 저수조(용량 10리터)로 이루어지고, 초지조와 저수조 사이에는 다공 지지체가 설치되어 있다. 우선, 이러한 분산매를 교반기에 의해 공기의 미소 기포가 발생할 때까지 교반했다. 그 후에, 소망의 단위면적당 중량이 되도록 중량을 조정한 초프드 강화 섬유를 공기의 미소 기포가 분산된 분산매 중에 투입하여 교반함으로써, 강화 섬유가 분산된 슬러리를 얻었다. 이어서, 저수층으로부터 슬러리를 흡인하고, 다공 지지체를 통하여 탈수하여 강화 섬유 초지체로 했다. 상기 초지체를 열풍건조기로 150℃, 2시간의 조건 하에서 건조시켜, 강화 섬유 매트(3mm 매트)를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 매트의 특성을 표 2에 나타낸다.

[6mm 매트]

강화 섬유 I를 카트리지 커터로 6mm로 커팅하여 초프드 강화 섬유를 얻는 것 이외에는, 3mm 매트와 마찬가지로 하여 강화 섬유 매트(6mm 매트)를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 매트의 특성을 표 2에 나타낸다.

[12mm 매트]

강화 섬유 I를 카트리지 커터로 12mm로 커팅하여 초프드 강화 섬유를 얻는 것 이외에는, 3mm 매트와 마찬가지로 하여 강화 섬유 매트(12mm 매트)를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 매트의 특성을 표 2에 나타낸다.

[25mm 매트]

강화 섬유 I를 카트리지 커터로 25mm로 커팅하여 초프드 강화 섬유를 얻었다. 얻어진 초프드 강화 섬유를 80cm 높이에서 자유낙하시켜, 초프드 탄소 섬유가 랜덤하게 분포한 강화 섬유 매트(25mm 매트)를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 매트의 특성을 표 2에 나타낸다.

[UD 기재]

개섬 가공을 실시한 강화 섬유 I를 병행하여 정렬하여 1.4개/㎝의 밀도로 일방향으로 배열하고, 시트상의 강화 섬유군을 사용한 일방향성 시트를 형성하여 강화 섬유 매트(UD 기재)를 얻었다. 얻어진 UD 기재의 특성을 표 2에 나타낸다.

[UD 프리프레그]

개섬 가공을 실시한 강화 섬유 I를 병행하여 정렬하고, 1.4개/㎝의 밀도로 일방향으로 배열하여 시트상의 강화 섬유군을 형성했다. 보조 섬유(공중합 폴리아미드 섬유, 융점 140℃)를 3개/㎝의 밀도로 상기 강화 섬유군과 직교하는 방향으로 배치하고, 원적외선 히터로 가열함으로써 시트상을 유지한 일방향성 시트를 형성했다. 상기 일방향성 시트를 이형지에 끼워 180℃로 가열된 더블벨트프레스를 1㎫의 면압을 부여하면서 1m/분의 속도로 통과시키고, 상기 보조 섬유를 완전하게 용융하여 강화 섬유군이 단위면적당 중량 UD 프리프레그를 얻었다.

[직물 기재]

강화 섬유 I를 병행하여 정렬하고, 1.2개/㎝의 밀도로 일방향으로 배열하여 시트상의 강화 섬유군을 형성했다. 강화 섬유 I를 1.2개/㎝의 밀도로 상기 강화 섬유군과 직교하는 방향으로 배열하고 강화 섬유끼리를 교착시켜, 직기를 사용하고 평직조직의 두방향 직물 기재를 형성하여 강화 섬유 매트(직물 기재)를 얻었다. 얻어진 직물 기재의 특성을 표 2에 나타낸다.

[PA 콤파운드]

강화 섬유 I와 PA6 시트의 제작에 사용한 마스터 배치를 2축 압출기(The Japan Steel Works, Ltd. 제작, TEX-30α)를 이용하여 컴파운딩하여, 섬유 함유량 30중량%의 사출성형용 펠렛(PA 콤파운드)을 제조했다.

[GMT]

유리 섬유 강화 폴리프로필렌 수지 성형 재료(GMT)(Quadrant Plastic Composites Japan Ltd. 제작, "UNISHEET"(등록상표) P4038-BK31)를 실시예 1과 마찬가지로 성형하여, 1.6mm의 두께로 형성된 강화 섬유 매트(GMT)를 얻었다.

(실시예 1)

강화 섬유 매트로서 5mm 매트, 열가소성 수지(A)로서 PA6 시트, 열가소성 수지(B)로서 PP 시트를 [열가소성 수지(A)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(A)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/열 열가소성 수지(A)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(A)]의 순서로 배치하여 적층 전구체를 제조했다. 이어서, 이하의 프레스 성형 조건(I)∼(III)을 거침으로써 샌드위치 적층체를 얻었다.

(I) 상기 적층 전구체를 230℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치하고 금형을 닫는다.

(II) 이어서, 120초간 유지한 후 3㎫의 압력을 부여하여 60초간 더 유지한다.

(III) 금형 캐비티를 개방하여 샌드위치 적층체를 취출한다.

얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 2)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 3)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를, 열가소성 수지(A)로서 PA66 시트, 열가소성 수지(B)로서 PA6 시트를 이용하여 250℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티에 배치한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 4)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하고, 열가소성 수지(A)로서 PPS 시트, 열가소성 수지(B)로서 PA66 시트를 사용하여 285℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티에 배치한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 5)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하고, 열가소성 수지(A)로서 PPS 시트를, 열가소성 수지(B)로서 PC 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 6)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하고, 열가소성 수지(A)로서 PPE 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 7)

강화 섬유 매트로서 3mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 8)

강화 섬유 매트로서 12mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 9)

강화 섬유 매트로서 25mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 10)

스킨 형성층에 사용하는 강화 섬유 매트로서 UD 기재를 사용했다. UD 기재에 대해서는 강화 섬유의 연속 방향을 0°로 규정하고, 0°에 대하여 직교방향을 90°로 규정했다. 코어 형성층에 사용하는 강화 섬유 매트는 5mm 매트를 사용했다. 열가소성 수지(A)는 PA6 시트, 열가소성 수지(B)는 PP 시트를 사용했다. 이들을 [열가소성 수지(A)/UD 기재(0°)/열가소성 수지(A)/UD 기재(90°)/열가소성 수지(B)/5mm 매트/열가소성 수지(B)/5mm 매트/5mm 매트/열가소성 수지(B)/5mm 매트/열가소성 수지(B)/UD 기재(90°)/열가소성 수지(A)/UD 기재(0°)/열가소성 수지(A)]의 순서로 배치하여 적층 전구체를 제작한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(실시예 11)

스킨 형성층에 사용하는 강화 섬유 매트는 직물 기재를 사용했다. 코어 형성층에 사용하는 강화 섬유 매트는 5mm 매트를 사용했다. 열가소성 수지(A)는 PA6 시트, 열가소성 수지(B)는 PP 시트를 사용했다. 이들을 [열가소성 수지(A)/열가소성 수지(A)/직물 기재/열가소성 수지(B)/5mm 매트/열가소성 수지(B)/5mm 매트/열가소성 수지(B)/열가소성 수지(B)/직물 기재/열가소성 수지(A)/열가소성 수지(A)]의 순서로 배치하여 적층 전구체를 제작한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-1에 나타낸다.

(비교예 1)

열가소성 수지(A)로서 PP 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-2에 나타낸다.

(비교예 2)

열가소성 수지(A)로서 PP 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-2에 나타낸다.

(비교예 3)

열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)로서 PA66 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-2에 나타낸다.

(비교예 4)

열가소성 수지(A)로서 PP 시트를, 열가소성 수지(B)로서 PA6 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 샌드위치 적층체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 적층체의 특성을 표 3-2에 나타낸다.

(실시예 12)

강화 섬유 매트로서 5mm 매트, 열가소성 수지(A)로서 PA6 시트, 열가소성 수지(B)로서 PP 시트를 [열가소성 수지(A)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(A)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(B)/강화 섬유 매트/열 열가소성 수지(A)/강화 섬유 매트/열가소성 수지(A)]의 순서로 배치하여 적층 전구체를 제조했다. 이어서, 이하의 (I), (II)의 프레스 성형 조건을 거침으로써 샌드위치 적층체를 얻었다.

(I) 상기 적층 전구체를 230℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치하고 금형을 닫는다.

(II) 이어서, 120초간 유지한 후 3㎫의 압력을 부여하여 60초간 더 유지한다.

이어서, 이하의 프레스 성형 방법(III)∼(V)을 거침으로써 샌드위치 구조체를 얻었다.

(III) 상기 (II) 후 금형 캐비티를 개방하고, 그 말단에 금속 스페이서를 삽입하여 샌드위치 구조체를 얻을 때의 팽창 배율이 3배가 되도록 조정한다.

(IV) 그 후에, 재차 금형 캐비티를 체결하고, 압력을 유지한 상태에서 캐비티 온도를 50℃까지 냉각한다.

(V) 금형을 열어서 샌드위치 구조체를 꺼낸다.

얻어진 샌드위치 구조체(도 6의 29)는 단면 관찰로부터, 스킨층(27)과 코어층(28)에 의해 구성되고, 코어층(28)의 내부에는 강화 섬유를 주상의 지지체로 한 공극(30)이 확인되었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 13)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 14)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를, 열가소성 수지(A)로서 PA66 시트, 열가소성 수지(B)로서 PA6 시트를 이용하여 적층 전구체를 250℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티에 배치한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 15)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하고, 열가소성 수지(A)로서 PPS 시트를, 열가소성 수지(B)로서 PA66 시트를 사용하여 적층 전구체를 285℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티에 배치한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 16)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하고, 열가소성 수지(A)로서 PPS 시트를, 열가소성 수지(B)로서 PC 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 15과 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 17)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하고, 열가소성 수지(A)로서 PPE 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 18)

강화 섬유 매트로서 3mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 19)

강화 섬유 매트로서 12mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 20)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하여 샌드위치 구조체를 얻을 때의 팽창 배율을 금속 스페이서에 의해 1.5배가 되도록 조정한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 21)

강화 섬유 매트로서 6mm 매트를 사용하여 샌드위치 구조체를 얻을 때의 팽창 배율을 금속 스페이서에 의해 10배가 되도록 조정한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 22)

실시예 10에서 제작한 적층 전구체를 사용하여 실시예 12에서 채용한 프레스 성형 조건(I)∼(V)을 거침으로써 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(실시예 23)

실시예 11에서 제작한 적층 전구체를 사용하여 실시예 12에서 채용한 프레스 성형 조건(I)∼(V)을 거침으로써 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-1에 나타낸다.

(비교예 5)

열가소성 수지(A)로서 PP 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-2에 나타낸다.

(비교예 6)

열가소성 수지(A)로서 PP 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-2에 나타낸다.

(비교예 7)

열가소성 수지(A)로서 PA66 시트를, 열가소성 수지(B)로서 PA66 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 14와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-2에 나타낸다.

(비교예 8)

열가소성 수지(A)로서 PP 시트를, 열가소성 수지(B)로서 PA6 시트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-2에 나타낸다.

(비교예 9)

강화 섬유 매트로서 25mm 매트를 사용한 것 이외에는, 실시예 12와 마찬가지로 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체의 특성을 표 4-2에 나타낸다.

(실시예 24)

실시예 13의 샌드위치 구조체(종 300mm×횡 300mm)로부터, 길이 180mm, 폭 70mm의 직사각형을 잘라내고, 이것을 제 1 부재(32)로 했다. 한편, 제 2 부재(33)로서 PA 콤파운드를 사용했다. 이어서, 상기에서 제조된 제 1 부재를 샌드위치 구조체측이 접합면이 되도록 사출성형용 금형에 인서트하고, PA 콤파운드를 사용하여 제 2 부재를 사출성형하여, 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 이 때, 사출성형기의 실린더 온도는 280℃, 금형 온도는 60℃이었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(실시예 25)

실시예 19의 샌드위치 구조체를 제 1 부재로 한 것 이외에는, 실시예 24와 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(실시예 26)

실시예 22의 샌드위치 구조체를 제 1 부재로 한 것 이외에는, 실시예 24와 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(실시예 27)

실시예 23의 샌드위치 구조체를 제 1 부재로 한 것 이외에는, 실시예 24와 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(비교예 10)

비교예 6의 샌드위치 구조체를 제 1 부재로 한 것 이외에는, 실시예 24와 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(비교예 11)

비교예 8의 샌드위치 구조체를 제 1 부재로 한 것 이외에는, 실시예 24와 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(비교예 12)

비교예 9의 샌드위치 구조체를 제 1 부재로 한 것 이외에는, 실시예 24와 마찬가지로 도 7에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(31)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 5에 나타낸다.

(실시예 28)

실시예 13의 샌드위치 구조체(종 300mm×횡 300mm)로부터, 길이 250mm, 폭 160mm의 직사각형을 잘라내고, 이것을 제 1 부재(35)로 했다. 한편, 제 2 부재(36)로서 UD 프리프레그를 180℃로 유지된 열반 가열형 예열장치에 배치하고, 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분간 예열했다. 이어서, 제 1 부재를 PP 시트측이 상면이 되도록 120℃로 예열된 프레스성형용 금형 내에 배치하고, 그 상에 예열이 완료된 UD 프리프레그를 겹쳐서 배치하여 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초간 유지하고, 제 2 부재를 프레스성형에 의해 접합된 도 8에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(34)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 6에 나타낸다.

(실시예 29)

제 1 부재로서 실시예 22의 샌드위치 구조체를 사용하여 GMT를 제 2 부재로 하고, GMT의 예열을 200℃로 유지된 열판 가열형 예열장치에 배치하여 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분간 예열한 것 이외에는, 실시예 28과 마찬가지로 도 8에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(34)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 6에 나타낸다.

(실시예 30)

제 1 부재로서 실시예 23의 샌드위치 구조체를 사용하여 UD 프리프레그를 제 2 부재로 한 것 이외에는, 실시예 28과 마찬가지로 도 8에 나타내는 바와 같은 일체화 성형품(34)을 얻었다. 얻어진 일체화 성형품의 특성을 표 6에 나타낸다.

실시예 1∼8은 모두 모노필라멘트상 또한 랜덤하게 분산되어진 강화 섬유 매트에 근거함으로써 공극부가 종류가 다른 열가소성 수지의 복잡한 함침을 촉진시킴과 아울러, 스킨 형성층과 코어 형성층에 사용한 열가소성 수지(A)와 열가소성 수지(B)의 융점의 차가 적정함으로써 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 조도(Rz)를 충분한 사이즈까지 성장시킨 샌드위치 적층체를 얻을 수 있었다. 또한, 샌드위치 적층체의 단면관찰을 함으로써 스킨 형성층과 코어 형성층의 계면층에 있어서, 강화 섬유 매트에 유래하는 단섬유의 관통이 관찰되었다. 또한, 전단시험 후의 파괴 양상도 응집 파괴를 나타내고, 접합력이 충분했던 것이 관찰됨으로써 이들의 특성이 적정했던 것을 나타냈다. 그 중에서도, 3mm 매트, 6mm 매트, 12mm 매트를 사용한 실시예 2∼8에 있어서는 특히 이상적인 계면층이 형성되어 있고, 또한 강화 섬유의 면외 각도(θz)도 바람직한 형태에 있었다. 실시예 9∼11에 있어서는 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry)를 충분한 사이즈까지 성장시킨 샌드위치 적층체를 얻을 수 있었지만, 평균 조도(Rz)는 충분하다고 말할 수 없는 상태가 되었다. 이것에 유래하여, 전단시험을 실시한 후의 파괴 양상은 부분적으로 코어 형성층에서 파괴가 일어났지만, 스킨 형성층과의 박리가 일어나지 않음으로써 접합 상태는 충분했지만 샌드위치 적층체 내에서 균일하지 않은 모양이 관찰되었다. 한편, 비교예 1∼3에 있어서는 스킨 형성층과 코어 형성층에 동종의 열가소성 수지를 사용하고 있음으로써 샌드위치 적층체로서의 형태를 실현할 수 없었다. 또한, 비교예 4에 있어서는 스킨 형성층에 사용한 열가소성 수지(A)보다 코어 형성층에 사용한 열가소성 수지(B)의 것이 가사온도가 높기 때문에 최대 높이(Ry), 평균 조도(Rz)의 제어가 곤란했던 것에 유래하여 전단시험 후의 파괴 양상을 관찰한 바, 스킨 형성층과 코어 형성층의 접합 계면층에서 파괴되어 접합 상태가 불충분한 모양이 엿보였다.

또한, 실시예 12∼21은 스킨 형성층과 코어 형성층의 계면층의 접합 상태에 실시예 1∼8와 동일한 계면층의 특징이 관찰됨으로써 스킨층과 코어층이 견고하게 접합되어 있고, 그 효과는 팽창 배율을 변경한 실시예 20 및 실시예 21에 있어서도 동일했다. 또한, 실시예 22, 23에 있어서는 스킨층에 연속한 강화 섬유를 사용하고 있기 때문에, 상기 실시예 12∼21의 특징에 추가하여 강성감이 우수한 샌드위치 구조체를 얻을 수 있었다. 또한, 인서트성형을 행한 실시예 24∼27 및 프레스성형을 행한 실시예 28∼30에 있어서는 비교예 9처럼, 거의 공극을 갖지 않는 구조체를 사용한 비교예 12와 비교하여 공극을 가짐으로써 충분한 경량성을 갖는 일체화 성형품을 얻을 수 있었다. 이것은 제 2 부재와의 경계면에 있어서, 샌드위치 구조체의 연속 발포 구조 유래의 미세한 공극에 제 2 부재 유래의 열가소성 수지가 함침하고 있음으로써 견고하게 접합된 일체화 성형품을 얻을 수 있었기 때문이다. 또한, 실시예 29, 30에 있어서는 스킨층에 연속한 강화 섬유를 사용하고 있기 때문에, 강성감이 우수한 일체화 성형품이 되었다.

한편, 비교예 5∼7처럼 동종의 열가소성 수지를 사용한 샌드위치 구조체에서는 코어 형성층만을 발포시키는 것이 실현되지 않고 팽창 배율을 제어하는 것이 곤란했다. 또한, 비교예 6, 8, 9의 구조체를 사용한 비교예 10∼12에서는 제 2 부재와의 접합성이 열악하고, 또한 성형품의 표면은 발포 구조가 유래하는 요철이 많이 보여져 표면 외관이 열악한 것이 되었다. 특히 비교예 10은 간신히 일체화 성형품을 얻을 수 있었지만, 약간의 하중으로 접합부가 박리하여 실용에 견딜 수 있는 수준에는 도저히 미치지 못했다. 또한, 비교예 8처럼 스킨층의 것이 코어층보다 융점이 낮은 열가소성 수지를 사용한 구조체에서는 가사온도가 TB1을 하회하기 때문에 열가소성 수지(B)가 충분하게 용융되지 않고, 계면층에 있어서의 최대 높이(Ry), 평균 조도(Rz)를 충분한 사이즈로 형성할 수 없어 접합 상태가 불충분한 구조체를 얻을 수 밖에 없었다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 다른 수지를 사용한 스킨 형성층과 코어 형성층이나, 다른 수지를 사용한 스킨층과 코어층의 접합 계면에 있어서 강고한 접합을 갖기 위해서, 적용하는 열가소성 수지의 조합에 특별한 제한 없이 샌드위치 적층체 및 샌드위치 구조체를 얻을 수 있다. 또한, 이들을 사용하면, 다른 부재와의 접합에 의한 일체화 성형품을 용이하게 성형할 수 있다. 따라서, 본 발명의 샌드위치 구조체 및 일체화 성형품은 자동차 내외장, 전기·전자기기 케이싱, 자전거, 스포츠용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 박스 등의 폭넓은 용도에 적합하게 사용할 수 있다.

1, 7, 22: 샌드위치 적층체
2, 9: 열가소성 수지(B)
3, 8: 열가소성 수지(A)
4, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 23, 24: 강화 섬유(단섬유)
5: 열가소성 수지(A)를 관통하는 강화 섬유
6: 열가소성 수지(B)을 관통하는 강화 섬유
10: 샌드위치 적층체 및 샌드위치 구조체의 계면층
11: 계면층에 있어서의 가장 오목함이 큰 오목부
12: 계면층에 있어서의 가장 돌출이 큰 볼록부
13: 계면층에 있어서의 가장 오목함이 작은 오목부
14: 계면층에 있어서의 가장 돌출이 작은 볼록부
21: 이차원 접촉각, 이차원 배향각
25, 37: 인장 전단 접합 시험편
29, 32, 35: 샌드위치 구조체
26, 38, 39: 노치
27: 스킨층
28: 코어층
30: 공극
31, 34: 일체화 성형품
33, 36: 제 2 부재
101: 스킨 형성층(또는 스킨층)
102: 코어 형성층(또는 코어층)

Claims (20)

1. 강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨 형성층 및 코어 형성층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 적층체로서,
   적어도 코어 형성층에 사용하는 시트상 중간 기재는 가열 팽창성을 갖고, 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역 및 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역은 5℃ 이상의 온도 범위를 가지고 중복하고, 또한 열가소성 수지(A)는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역의 하한에서는 용융되지 않는 온도 영역을 갖고, 또한 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)는 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성하고 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
2. 강화 섬유로 이루어지는 매트에 열가소성 수지(B)를 함침시킨 시트상 중간 기재를 코어 형성층에 사용하고 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지(A)를 함침시킨 시트상 중간 기재를 스킨 형성층에 사용하여 이루어지는 샌드위치 적층체로서,
   적어도 코어 형성층에 사용하는 시트상 중간 기재는 가열 팽창성을 갖고, 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)의 가사온도 영역 및 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역은 5℃ 이상의 온도 범위를 가지고 중복하고, 또한 열가소성 수지(A)는 열가소성 수지(B)의 가사온도 영역의 하한에서는 용융되지 않는 온도 영역을 갖고, 또한 스킨층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어층을 구성하는 열가소성 수지(B)는 최대 높이(Ry) 50㎛ 이상, 평균 조도(Rz) 30㎛ 이상의 요철 형상을 가지고 계면층을 형성하여 이루어지고, 또한 상기 코어층은 열가소성 수지(B)에 의해 피복된 강화 섬유를 지지체로서 구성하고 연속한 공극을 갖는 구조를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   매트에 함유되는 강화 섬유는 스킨 형성층을 구성하는 열가소성 수지(A)와 코어 형성층을 구성하는 열가소성 수지(B)로 형성되는 계면층을 관통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 매트는 불연속성 강화 섬유가 모노필라멘트상으로 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 매트는 불연속성 강화 섬유가 모노필라멘트상 또한 랜덤하게 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 계면층에 있어서의 강화 섬유의 면외 각도(θz)는 5° 이상인 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   매트를 구성하는 강화 섬유는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B)는 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리스티렌계 수지, PPS계 수지, 폴리에테르케톤계 수지, 변성 폴리페닐렌에테르계 수지의 군으로부터 선택되는 조합인 것을 특징으로 하는 샌드위치 적층체.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 샌드위치 적층체를 가열하여 코어 형성층을 소정의 팽창 배율로 팽창시키는 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    팽창 배율은 1.5∼10배인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체의 제조 방법.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 샌드위치 적층체를 이용하여 샌드위치 구조체를 제조하는 방법으로서,
    적어도 이하 공정[1] 및 [2]을 갖는 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체의 제조 방법.
    공정[1]: 열가소성 수지(A) 및 열가소성 수지(B) 각각이 용융 내지 연화하는 온도 이상으로 가열된 상태에서 압력을 부여하여, 열가소성 수지(A)를 강화 섬유로 이루어지는 매트 내지 연속한 강화 섬유에 함침시켜 스킨 형성층으로 하고, 열가소성 수지(B)를 강화 섬유로 이루어지는 매트에 함침시켜 코어 형성층으로 하여 상기 샌드위치 적층체를 형성하는 공정,
    공정[2]: 이어서, 스킨 형성층 및 코어 형성층을 가열된 상태에서 두께 조정을 함으로써 코어 형성층을 팽창시키는 공정.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 샌드위치 적층체로부터 형성되는 샌드위치 구조체로 이루어지는 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재를 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
16. 제 15 항에 있어서,
    자동차 내외장, 전기·전자기기 하우징, 자전거, 스포츠용품용 구조재, 항공기 내장재 및 수송용 박스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 실장 부재로서 사용되는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
17. 제 15 항에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서,
    제 2 부재는 사출성형에 의한 성형체이고, 제 2 부재를 인서트 사출성형 내지 아웃서트 사출성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
18. 제 15 항에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서,
    제 2 부재는 프레스 성형에 의한 성형체이고, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
19. 제 12 항에 기재된 샌드위치 구조체의 제조 방법으로 제조되는 샌드위치 구조체로 이루어지는 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재를 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
20. 제 14 항에 기재된 샌드위치 구조체의 제조 방법으로 제조되는 샌드위치 구조체로 이루어지는 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재를 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
    

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