KR20160051727A

KR20160051727A - 샌드위치 구조체, 그것을 사용한 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160051727A
Application number: KR1020167002463A
Authority: KR
Inventors: 카즈히로 하타나카; 사토미 마츠오; 아츠키 츠치야
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-05-11
Also published as: US9962904B2; ES2759527T3; US20160214346A1; TWI636879B; JPWO2015029634A1; PT3040195T; JP6406011B2; EP3040195A4; CN105492200A; CN111452445A; EP3040195A1; TW201518085A; EP3040195B1; WO2015029634A1

Abstract

불연속 강화 섬유, 열가소성 수지 및 공극을 포함하는 코어재와, 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지를 포함하는 스킨재로 구성되는 샌드위치 구조체로서, 코어재는 불연속 강화 섬유의 30% 이상이 열가소성 수지로 피복됨과 아울러 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있는 샌드위치 구조체, 그것을 사용한 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법.

Description

샌드위치 구조체, 그것을 사용한 일체화 성형품 및 그들의 제조 방법{SANDWICH STRUCTURE AND INTEGRATED MOLDED ARTICLE USING SAME, AS WELL AS PRODUCTION METHODS THEREFOR}

본 발명은 경량성, 박육성, 강성이 우수한 샌드위치 구조체에 관한 것이며, 보다 상세하게는 특정 코어재와 섬유 강화재를 스킨재로 사용한, 특히 경량성과 강성이 우수한 특성을 갖는 샌드위치 구조체에 관한 것이다.

연속된 강화 섬유군으로 강화된 섬유 강화 수지(FRP)는 항공기, 자동차, 이륜차, 자전거 등의 수송 기기 용도, 테니스, 골프, 낚싯대 등의 스포츠 용품 용도, 내진 보강재 등의 건설 구조물 용도 등 경량성과 역학 특성이 요구되는 구조체의 재료로서 빈번히 사용되고 있다.

역학 특성을 확보하면서 경량성을 높인 구조체로서 경량인 코어재에 스킨재로서 FRP가 배치되어 이루어지는 샌드위치 구조체가 알려져 있다. 구조체의 경량화를 도모하기 위해서 보다 경량인 코어재의 선택이 행해지고, 발사 코어, 허니콤 코어나 우레탄 발포 코어 등이 코어재로서 빈번히 사용되고 있다. 또한, 역학 특성에 대해서도 실용적인 요구 특성에 맞춰 설계함으로써 샌드위치 구조체는 항공기의 2차 구조재를 비롯해 자동차 부재, 건조물 부재나 패널 부재 등에 널리 사용되고 있다.

특허문헌 1에는 샌드위치 구조체의 코어재로서 수지가 발포한 발포 코어재나 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차된 코어재가 개시되어 있다. 특허문헌 2에는 랜덤한 방향으로 분산된 보강용 단섬유를 그들의 교점에 있어서 바인더로 결착하여 이루어지는 다공질 섬유층과, 보강용 섬유의 섬유 강화 수지층의 층 형상 구성을 갖는 경량 복합 재료가 개시되어 있다.

그러나, 이들 샌드위치 구조체나 복합 재료에서는 강성과 경량성을 양립시키는 것이 어렵고, 또는 박육이며 복잡한 형상을 갖는 성형체를 양산성 좋게 제조하는데는 한계가 있었다. 특허문헌 1에서 개시되는 샌드위치 구조체는 열가소성 수지의 입자를 사용하여 불연속 강화 섬유로 코어재를 제작하고 있기 때문에 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있지만, 코어재의 강성과 경량성을 양립하는 것이 어려웠다. 특허문헌 2에서 개시되는 경량 복합 재료는 코어재가 되는 수지로서 열경화성 수지 등을 소성하여 얻어지는 탄화물을 사용하고 있기 때문에 코어재의 성형성이 뒤떨어진다.

한편, FRP의 용도로서 컴퓨터, 오피스 오토메이션 기기, 오디오 비주얼 기기, 휴대 전화, 전화기, 팩시밀리, 가전 제품, 완구 용품 등의 전기·전자 기기의 하우징이 있다. 이들은 양산성, 성형성, 생산성, 경제성이 요구될 뿐만 아니라 최근에는 박형이며 경량인 것이 요망되고 있다. 이 요구에 대하여 박육성과 강성이 우수한 마그네슘 합금이 활용되는 경우가 있지만, 금속 재료는 비중이 크기 때문에 경량성의 점에서는 반드시 요구를 만족시키기에 이르러 있지 않다. 특히, 노트북, 전화, 정보 단말 등의 전자 기기의 휴대화가 진행되는 한편, 유저층의 고령화가 앞으로 점점 가속되는 것이 예측되는 가운데, 이들 전자 기기 하우징에 대해서는 추가적인 경량화가 요구되고 있다.

국제 공개 제 2006/028107호 공보 일본 특허 공개 소 63-60743호 공보

본 발명의 목적은 이러한 종래 기술을 감안하여 경량성과 강성이 우수한 샌드위치 구조체를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은 이 샌드위치 구조체를 다른 부재와 일체화한 경량성, 강성이 우수한 일체화 성형체를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 샌드위치 구조체나 일체화 성형품을 양산성 좋게 제조할 수 있는 샌드위치 구조체나 일체화 성형품의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 샌드위치 구조체는 다음의 구성을 갖는다.

· 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지 및 공극을 포함하는 코어재와, 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지를 포함하는 스킨재로 구성되는 샌드위치 구조체로서, 코어재에 있어서 불연속 강화 섬유의 30% 이상이 열가소성 수지로 피복됨과 아울러 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있는 샌드위치 구조체.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 샌드위치 구조체의 제조 방법은 다음의 구성을 갖는다.

· 이하의 공정 [1]~[3]을 갖는 상기 샌드위치 구조체의 제조 방법.

공정 [1]: 열가소성 수지가 용융 또는 연화되는 온도로 가열된 상태에서 압력을 부여하고, 코어재로 사용하는 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시켜 코어재의 전구체로 하는 공정

공정 [2]: 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지로 스킨재의 성형을 행하는 공정

공정 [3]: 코어재의 전구체를 가열된 상태에서 소정의 팽창 배율이 되도록 두께 조정을 함으로써 팽창시켜 코어재로 하는 공정

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

· 상기 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 다음 중 어느 하나의 구성을 갖는다.

· 상기 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서, 제 2 부재가 사출 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 인서트 사출 성형 또는 아웃서트 사출 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 일체화 성형품의 제조 방법.

· 상기 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서, 제 2 부재가 프레스 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 일체화 성형품의 제조 방법.

여기서, 본 발명에 있어서 연속된 강화 섬유란 적어도 일방향으로 15㎜ 이상, 바람직하게는 100㎜ 이상의 길이에 걸쳐 연속된 강화 섬유를 의미한다.

(발명의 효과)

본 발명의 샌드위치 구조체는 그 특징적인 코어재의 설계에 의거하여 우수한 역학 특성, 경량성 및 박육성을 갖는다. 본 발명의 샌드위치 구조체의 제조 방법은 우수한 양산성을 갖고, 그 생산 효율은 종래에 비해 극히 경제적이다. 본 발명의 샌드위치 구조체나 일체화 성형체는 노트북 등의 전기·전자 기기의 부품, 부재나 하우징으로서 적합하게 사용된다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 코어재에 있어서의 클러스터의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 샌드위치 구조체에 있어서의 코어재와 스킨재의 계면층의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유의 분산 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시예 1에서 제작한 샌드위치 구조체의 단면 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 얻어지는 일체화 성형품의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 얻어지는 일체화 성형품의 사시도이다.

본 발명자들은 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지 및 공극을 포함하는 코어재와, 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지로 이루어지는 섬유 강화재로 이루어지는 샌드위치 구조체의 강성과 경량성을 추구한 결과, 샌드위치 구조체에 사용하는 코어재의 특정 구조가 영향을 주고 있는 것을 발견하여 본 발명에 도달한 것이다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

샌드위치 구조체란 코어재와 스킨재를 포함하고, 코어재를 스킨재로 끼워 이루어지는 구조체이다. 본 발명에 있어서 코어재는 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지 및 공극을 포함하고, 스킨재는 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지를 포함하고 있다.

본 발명에 있어서 코어재로 사용되는 강화 섬유는 불연속인 것이며, 그것에 사용할 수 있는 강화 섬유의 종류에는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 알루미늄 섬유, 황동 섬유, 스테인레스 섬유 등의 금속 섬유, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유, 리그닌계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유 등의 탄소 섬유(흑연 섬유를 포함), 유리 섬유 등의 절연성 섬유, 아라미드 섬유, 폴리파라페닐렌벤즈옥사졸(PBO) 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유 등의 유기 섬유, 실리콘카바이트 섬유, 실리콘 나이트라이드 섬유 등의 무기 섬유를 들 수 있다. 또한, 이들 섬유에 표면 처리가 실시되어 있는 것이어도 좋다. 표면 처리로서는 도전체인 금속의 피착 처리 외에 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 관점으로부터 비강도, 비강성이 우수한 PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 레이온계 탄소 섬유 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다. 또한, 얻어지는 성형품의 경제성을 높이는 관점으로부터는 유리 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 경제성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 유리 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 성형품의 충격 흡수성이나 부형성(賦型性)을 높이는 관점으로부터는 아라미드 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 충격 흡수성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 아라미드 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 성형품의 도전성을 높이는 관점으로부터는 니켈, 구리, 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다. 이들 중에서 본 발명에서는 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유로서 불연속 탄소 섬유가 보다 바람직하게 사용되고, 탄소 섬유로서는 강도와 탄성률 등의 역학적 특성이 우수한 PAN계 탄소 섬유가 특히 바람직하게 사용된다.

여기서, 본 발명에 있어서의 불연속 강화 섬유란 섬유 길이가 15㎜ 미만인 강화 섬유를 말하고, 코어재에는 다수개의 불연속 강화 섬유가 포함되어 불연속 강화 섬유군을 구성하고 있다. 이러한 불연속 강화 섬유군은 섬유 길이가 10㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량% 이상 50질량% 이하, 섬유 길이가 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 강화 섬유가 50질량% 이상 100질량% 이하, 섬유 길이가 2㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량% 이상 50질량% 이하로 구성되는 것이 바람직하고, 10㎜보다 길고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 50질량%를 초과하면 적층 공정 또는 성형 공정에서의 두께 팽창이 커져 취급성을 손상시키는 경우가 있다. 또한, 섬유 길이가 2㎜ 미만인 강화 섬유가 50질량%를 초과하면 얻어지는 강화 섬유 기재의 역학 특성이 저하되는 경우가 있다. 이들 관점으로부터 이러한 불연속 강화 섬유군은 보다 바람직하게는 섬유 길이가 8㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량% 이상 20질량% 이하, 섬유 길이가 3㎜ 이상 8㎜ 이하인 강화 섬유가 80질량% 이상 100질량% 이하, 섬유 길이가 3㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량% 이상 20질량% 이하로 구성된다. 또한, 불연속 강화 섬유군에 있어서의 섬유 길이의 분포가 적어도 2개의 피크를 갖고, 일방의 피크가 섬유 길이 5㎜ 이상 10㎜ 이하의 범위 내에 있으며, 다른 일방의 피크가 2㎜ 이상 5㎜ 미만의 범위 내에 있도록 하는 것도 바람직하다. 이러한 섬유 길이의 분포를 갖는 불연속 강화 섬유군으로 함으로써 역학 특성을 확보하는 강화 섬유와, 적층 공정 또는 성형 공정에서의 코어재의 취급성을 확보하는 강화 섬유를 병용할 수 있어 양방의 특성을 용이하게 양립할 수 있다. 또한, 여기서의 강화 섬유의 질량 비율은 불연속 강화 섬유군에 있어서의 전체 섬유 개수를 100%로 했을 때의 각 섬유 길이에서의 수 평균으로의 섬유 개수의 비율을 나타낸다.

강화 섬유의 섬유 길이를 측정하는 방법으로서는, 예를 들면 강화 섬유군으로부터 직접 강화 섬유를 적출하여 현미경 관찰에 의해 측정하는 방법이 있다. 강화 섬유군에 수지가 부착되어 있는 경우에는 강화 섬유군으로부터 그것에 포함되는 수지만을 용해하는 용제를 사용하여 수지를 용해시키고, 잔존한 강화 섬유를 여과 분리하여 현미경 관찰에 의해 측정하는 방법(용해법)이나 수지를 용해하는 용제가 없는 경우에는 강화 섬유가 산화 감량되지 않는 온도 범위에 있어서 수지만을 연소 제거하고, 강화 섬유를 분별하여 현미경 관찰에 의해 측정하는 방법(연소 제거법) 등이 있다. 강화 섬유군으로부터 강화 섬유를 무작위로 400개 선출하고, 그 길이를 1㎛ 단위까지 광학 현미경으로 측정하여 섬유 길이와 그 비율을 구할 수 있다. 또한, 강화 섬유군으로부터 직접 강화 섬유를 적출하는 방법과, 융제법이나 용해법으로 강화 섬유를 적출하는 방법을 비교했을 경우, 조건을 적절히 선정함으로써 얻어지는 결과에 특별한 차이가 발생하는 일은 없다. 이들 측정 방법 중에서 용해법을 채용하는 것이 강화 섬유의 질량 변화가 적은 점에서 바람직하다.

또한, 불연속 강화 섬유로서는 그 인장 탄성률이 샌드위치 구조체의 강성의 점으로부터 바람직하게는 200㎬ 이상 1000㎬ 이하, 보다 바람직하게는 220㎬ 이상 500㎬ 이하의 범위 내인 것을 사용할 수 있다. 강화 섬유의 인장 탄성률이 200㎬보다 작은 경우에는 샌드위치 구조체의 강성이 뒤떨어지는 경우가 있고, 1000㎬보다 큰 경우에는 강화 섬유의 결정성을 높일 필요가 있어 그러한 강화 섬유를 제조하는 것이 곤란해진다. 불연속 강화 섬유의 인장 탄성률이 상기 범위 내이면 샌드위치 구조체의 강성, 강화 섬유의 제조성의 점에서 바람직하다. 또한, 강화 섬유의 인장 탄성률은 JIS R7601-1986에 기재된 스트랜드 인장 시험에 의해 측정할 수 있다.

본 발명에 있어서 코어재로 사용되는 불연속 강화 섬유의 체적 함유율은 코어재의 겉보기 체적에 대하여 1% 이상 30% 이하인 것이 바람직하고, 경량성과 역학 특성의 양립의 관점으로부터 3% 이상 10% 이하가 보다 바람직하다. 불연속 강화 섬유의 체적 함유율이 1%보다 적으면 강성이 부족하고, 30%를 초과하면 코어재의 부피 비중이 커진다. 여기서, 코어재의 겉보기 체적에는 불연속 강화 섬유의 체적, 열가소성 수지의 체적, 공극의 체적을 포함한다. 코어재의 겉보기 체적이나 그것을 구성하는 불연속 강화 섬유의 체적, 열가소성 수지의 체적, 공극의 체적은 X선 검사 장치(컴퓨터 단층 촬영)(X선 CT)에 의해 측정할 수 있다.

본 발명에 있어서 코어재로 사용되는 불연속 강화 섬유는 그 표면의 30% 이상이 열가소성 수지로 피복되어 있는 것이 중요하다. 즉, 불연속 강화 섬유의 전체 표면적에 대하여 피복률이 30% 이상이 되도록 열가소성 수지로 피복되는 것이다. 이러한 피복률은 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상인 것이 좋다. 이러한 피복률로 함으로써 샌드위치 구조체의 코어재로서 섬유 강화된 열가소성 수지가 되기 때문에 강성을 높게 할 수 있고, 또한 후술하는 바와 같은 코어재의 형성 시에 가열에 의해 팽창시켰을 때의 팽창 배율의 자유도가 얻어진다. 이러한 피복률은 주사형 전자 현미경(SEM)으로 강화 섬유의 단면을 관찰하여 강화 섬유와 수지를 구별함으로써 측정된다. 또한, 바람직한 실시형태로 하면 불연속 강화 섬유의 열가소성 수지에 의한 피복 상태는 강화 섬유의 표면이 열가소성 수지에 의한 피복때문에 노출되어 있지 않고, 바꿔 말하면 강화 섬유가 열가소성 수지에 의해 전선 형상으로 피복되어 있는 것이 좋다. 이것에 의해 코어재로서 균일한 구조를 취할 수 있어 치수의 불균일이 적어진다.

또한, 본 발명에 있어서 코어재는 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있는 것이 중요하다. 이것에 의해 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지에 의해 접합됨으로써 코어재의 전단 탄성률이 높아지고, 그것에 의해 샌드위치 구조체로서의 강성이 높아진다. 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있는 교차 부분의 개수의 비율은 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 교차하고 있는 전체 교차 부분의 개수에 대하여 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상인 것이 코어재의 전단 탄성률에 보다 효율적으로 기여하여 샌드위치 구조체의 강성이 보다 높아진다.

본 발명에 있어서 코어재로 사용되는 열가소성 수지는 결정성이어도 좋고, 비결정성이어도 좋다.

결정성의 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아미드(PA), 폴리아릴렌술피드, 폴리케톤(PK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르니트릴(PEN), 불소계 수지, 액정 폴리머(LCP) 등을 들 수 있다. 폴리에스테르로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 액정 폴리에스테르 등을 예시할 수 있다. 또한, 폴리올레핀으로서는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 등을 예시할 수 있다. 또한, 폴리아릴렌술피드로서는 폴리페닐렌술피드(PPS)를 예시할 수 있다. 또한, 불소계 수지로서는 폴리테트라플루오로에틸렌을 예시할 수 있다.

비결정성의 열가소성 수지로서는 폴리스티렌 외에 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리염화 비닐(PVC), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰, 폴리알릴레이트(PAR) 등을 예시할 수 있다. 코어재로 사용되는 열가소성 수지로서는 그 밖에 페녹시 수지, 또한 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리부타디엔계, 폴리이소프렌계, 불소 수지계 또는 아크릴로니트릴계 등의 열가소 엘라스토머이어도 좋고, 또한 공중합체나 변성체이어도 좋다. 그 중에서도 코어재로 사용되는 열가소성 수지로서는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 변성 폴리페닐렌에테르, 폴리아릴렌술피드가 바람직하게 사용된다. 얻어지는 성형품의 경량성의 관점으로부터는 폴리올레핀이 바람직하고, 강도의 관점으로부터는 폴리아미드가 바람직하고, 흡습성의 관점으로부터는 폴리에스테르, 표면 외관의 관점으로부터는 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 변성 폴리페닐렌에테르와 같은 비결정성 수지가 바람직하고, 내열성의 관점으로부터는 폴리아릴렌술피드가 바람직하고, 연속 사용 온도의 관점으로부터는 폴리에테르에테르케톤이 바람직하게 사용된다.

상기와 같이 얻어지는 성형품의 경량성의 관점으로부터 폴리올레핀이 바람직하게 사용되지만, 폴리올레핀은 미변성 폴리올레핀과 변성 폴리올레핀으로 대별된다. 특히, 본 발명에서는 코어재로 사용되는 열가소성 수지로서 미변성 폴리올레핀과 변성 폴리올레핀을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 미변성 폴리올레핀이란 관능기로 변성되어 있지 않는 폴리올레핀, 즉 하기와 같은 관능기를 실질적으로 포함하고 있지 않는 폴리올레핀이며, 변성 폴리올레핀이란 관능기로 변성되어 있는 폴리올레핀, 즉 하기와 같은 관능기를 포함하고 있는 폴리올레핀이다.

변성 폴리올레핀에 있어서의 변성에 의한 관능기로서는 카르복실기, 산무수물, 히드록실기, 에폭시기, 아미노기를 바람직하게 예시할 수 있다. 또한, 관능기량은 산가, OH가, 에폭시가, 아민가 등을 지표로 하여 확인할 수 있다. 변성 폴리올레핀 중 산변성 폴리올레핀이 취급성, 변성의 용이성으로부터 특히 바람직하다.

변성 폴리올레핀에 있어서의 변성에 의한 관능기량은 많을수록 접착력을 높이는 관점으로부터 바람직하다. 폴리올레핀의 변성 방법으로서는 특별히 제한은 없고, 관능기 함유 화합물의 그래프트 반응이나 말단으로의 부가 반응, 또한 관능기 함유 블록의 공중합 등을 예시할 수 있다. 그 중에서도 이중 결합을 갖는 관능기 함유 화합물의 불포화 폴리올레핀으로의 그래프트 반응에 의한 변성 기술이 관능기량을 향상시키는 점에서 보다 바람직하다.

폴리올레핀으로서 미변성 폴리올레핀과 변성 폴리올레핀을 혼합하여 사용할 경우, 취급의 관점으로부터 변성 폴리올레핀의 배합량은 폴리올레핀의 전체 질량에 대하여 5질량% 이상이 바람직하고, 10질량% 이상 50질량% 이하가 보다 바람직하다. 이 때, 변성 폴리올레핀으로서 산변성 폴리올레핀을 사용할 경우, 산변성 폴리올레핀의 산가는 10 이상이 바람직하고, 20 이상이 보다 바람직하고, 30 이상이 더욱 바람직하다. 산변성 폴리올레핀의 산가는 지나치게 크면 수지의 점도가 높아져 취급성이 나빠지는 경우가 있기 때문에 60 이하인 것이 바람직하다.

상기 군에 예시된 열가소성 수지에는 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 엘라스토머 또는 고무 성분 등의 내충격성 향상제, 다른 충전재나 첨가제를 첨가해도 좋다. 이들의 예로서는 무기 충전재, 난연제, 도전성 부여제, 결정핵제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색 방지제, 열안정제, 이형제, 대전 방지제, 가소제, 활제, 착색제, 안료, 염료, 발포제, 거품 제거제 또는 커플링제를 들 수 있다.

특히, 본 발명에서는 코어재로 사용되는 열가소성 수지에 산화 방지제를 첨가하는 것이 바람직하다.

산화 방지제로서는 페놀계 산화 방지제, 황계 산화 방지제, 인계 산화 방지제, 힌더드 아민계 산화 방지제, 힌더드 페놀계 산화 방지제를 들 수 있다. 이 중에서도 인계 산화 방지제와 힌더드 페놀계 산화 방지제가 무기 충전제, 안료 등을 배합한 수지에 있어서 우수한 산화 방지 효과를 발휘하는 점으로부터 바람직하게 사용된다.

산화 방지제를 코어재로 사용되는 열가소성 수지에 첨가함으로써 열가소성 수지를 성형할 때에 열가소성 수지의 열분해가 억제되기 때문에 성형성이 양호해진다.

산화 방지제의 코어재로 사용되는 열가소성 수지에 대한 첨가량은 열가소성 수지의 열분해의 억제와 성형성의 양립의 점으로부터 열가소성 수지의 전체 질량에 대하여 0.1질량% 이상 5질량% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상 3질량% 이하의 범위로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.1질량% 이상 1질량% 이하의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서 코어재로 사용되는 열가소성 수지의 체적 함유율은 코어재의 겉보기 체적에 대하여 10% 이상 80% 이하인 것이 바람직하고, 경량성과 역학 특성의 양립의 관점으로부터 10% 이상 40% 이하가 보다 바람직하다. 열가소성 수지의 체적 함유율이 10%보다 적으면 강성에 부족함이 발생하기 쉽고, 80%를 초과하면 코어재의 부피 비중이 지나치게 커지는 경우가 있다.

본 발명에 있어서 코어재에 있어서의 공극의 체적 함유율은 코어재의 겉보기 체적에 대하여 10% 이상 85% 이하인 것이 바람직하고, 20% 이상 85% 이하인 것이 보다 바람직하고, 경량성과 역학 특성의 양립의 관점으로부터 50% 이상 80% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에서는 코어재에 있어서 그것을 구성하는 불연속 강화 섬유와 열가소성 수지가 통상 클러스터를 형성하고 있다. 코어재의 단면을 관찰했을 때에 이러한 클러스터의 최대 길이의 평균값이 100㎛ 이상, 바람직하게는 200㎛ 이상, 보다 바람직하게는 300㎛ 이상임으로써 불연속 강화 섬유와 열가소성 수지가 강고하게 결합하기 때문에 코어재의 전단 탄성률을 보다 높게 하는 것이 가능해져 샌드위치 구조체 및 코어재의 강성의 점으로부터 바람직하다. 또한, 클러스터의 최대 길이의 평균값이 지나치게 큰 경우, 코어재 중의 공극의 체적 함유율이 작아져 코어재로서의 경량성에 영향을 미치는 것이 고려되기 때문에 클러스터의 최대 길이의 평균값은 800㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 클러스터란 샌드위치 구조체 또는 코어재의 두께 방향 단면에 있어서 코어재 부분에 대해서 레이저 현미경을 사용하여 200배의 배율로 관찰했을 때에 인지되는 불연속 강화 섬유와 열가소성 수지의 집합체를 말하고, 구체적으로는 불연속 강화 섬유와 열가소성 수지로 형성되는 괴상체를 말한다. 단면의 관찰 시야에 있어서 클러스터는 통상 서로 접촉하지 않고 집합하고 있다. 또한, 클러스터의 최대 길이란 샌드위치 구조체 또는 코어재의 두께 방향 단면에 있어서 코어재 부분을 레이저 현미경으로 관찰한 화상에서 클러스터 내에 직선을 그었을 때의 최대 길이를 나타낸다. 클러스터는 도 1에 나타내어지는 실시형태에 예시되고, 이 경우의 클러스터의 최대 길이란 직선(2, 3, 4) 중에서 가장 긴 직선(2)을 나타낸다. 그리고, 장소를 변경하여 코어재 부분의 관찰 화상을 3매 준비하고, 각 관찰 화상으로부터 임의로 클러스터를 10개 선택하고, 그들 클러스터에 각각 직선을 그어 최대 길이를 각각 구한다. 측정된 10개의 클러스터의 최대 길이의 평균을 냄으로써 클러스터의 최대 길이의 평균값이 구해진다.

본 발명에서는 통상 불연속 강화 섬유는 그 표면의 30% 이상이 열가소성 수지로 피복되어 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차함과 아울러 클러스터를 형성하고 있다. 클러스터에 있어서의 불연속 강화 섬유의 전체 표면적 중 30% 이상이 열가소성 수지로 피복됨으로써 섬유 강화된 열가소성 수지가 되어 있고, 그 때문에 코어재로서의 강성이 높아져 상기 코어재를 사용한 샌드위치 구조체의 강성이 현저하게 높아진다.

본 발명에 있어서 코어재의 굽힘 탄성률은 샌드위치 구조체의 강성의 점으로부터 바람직하게는 2.5㎬ 이상 20㎬ 이하이며, 보다 바람직하게는 3.0㎬ 이상 15㎬ 이하이다. 코어재의 굽힘 탄성률이 2.5㎬보다 작으면 샌드위치 구조체의 강성이 부족해지는 경우가 있고, 20㎬보다 크면 샌드위치 구조체의 경량성이 부족해지는 경우가 있다. 코어재의 굽힘 탄성률은 지점간 거리가 시험편 두께의 16배로 3점 굽힘 시험을 행하고, ASTM D790에 준거하여 구해진다. 또한, 굽힘 탄성률은 5샘플의 평균값으로 평가한 결과를 사용한다.

본 발명에 있어서 코어재의 부피 비중은 경량성의 점에서 바람직하게는 0.01 이상 0.6 이하이며, 보다 바람직하게는 0.1 이상 0.6 이하이다. 코어재의 부피 비중이 0.01보다 작으면 코어재의 공극이 많아져 샌드위치 구조체의 강성이 부족해지는 경우가 있고, 0.6보다 크면 샌드위치 구조체의 경량성을 달성할 수 없게 되는 경우가 있다. 코어재의 부피 비중은 샌드위치 구조체로부터 코어재만을 가로 100㎜, 세로 100㎜(두께는 코어재 전체의 두께)로 샘플을 잘라내고, 그 질량(W)(g)과 겉보기 체적(V)(㎤)으로부터 다음 식에 의해 구해진다.

부피 비중=W/V

본 발명에 있어서 스킨재로 사용되는 연속된 강화 섬유는, 예를 들면 상술한 코어재로 사용되는 불연속 강화 섬유와 마찬가지의 종류의 강화 섬유를 사용할 수 있다. 특히, 스킨재에 있어서의 연속된 강화 섬유는 연속된 탄소 섬유인 것이 특히 바람직하다.

또한, 연속된 강화 섬유의 인장 탄성률은 샌드위치 구조체의 강성의 점으로부터 바람직하게는 360㎬ 이상 1000㎬ 이하, 보다 바람직하게는 500㎬ 이상 800㎬ 이하의 범위 내인 것을 사용할 수 있다. 강화 섬유의 인장 탄성률이 360㎬보다 작은 경우에는 샌드위치 구조체의 강성이 뒤떨어지는 경우가 있고, 1000㎬보다 큰 경우에는 강화 섬유의 결정성을 높일 필요가 있어 그러한 강화 섬유를 제조하는 것이 곤란해진다. 강화 섬유의 인장 탄성률이 상기 범위 내이면 샌드위치 구조체의 추가적인 강성 향상, 강화 섬유의 제조성 향상의 점에서 바람직하다. 또한, 강화 섬유의 인장 탄성률은 JIS R7601-1986에 기재된 스트랜드 인장 시험에 의해 측정할 수 있다.

본 발명에 있어서 스킨재로 사용되는 매트릭스 수지는 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 페놀(레졸형) 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 폴리이미드 수지, 말레이미드 수지, 벤조옥사진 수지 등의 열경화성 수지 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이들은 2종 이상을 블렌딩한 수지 등을 적용해도 좋다. 이 중에서도, 특히 에폭시 수지는 성형체의 역학 특성이나 내열성의 관점으로부터 바람직하다. 에폭시 수지는 그 우수한 역학 특성을 발현하기 때문에 사용하는 수지의 주성분으로서 포함되는 것이 바람직하고, 구체적으로는 수지 조성물의 전체 질량에 대하여 60질량% 이상 포함되는 것이 바람직하다.

에폭시 수지로서는 아민류, 페놀류, 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물을 전구체로 하는 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다.

에폭시 수지의 경화제로서는 에폭시기와 반응할 수 있는 활성기를 갖는 화합물이면 이것을 사용할 수 있다. 경화제로서는 아미노기, 산무수물기 또는 아지드기를 갖는 화합물이 적합하다. 경화제로서는 보다 구체적으로는, 예를 들면 디시안디아미드, 디아미노디페닐메탄(각종 이성체를 포함), 디아미노디페닐술폰(각종 이성체를 포함), 아미노벤조산 에스테르류, 각종 산무수물, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 폴리페놀 화합물, 이미다졸 유도체, 지방족 아민, 테트라메틸구아니딘, 티오 요소 부가 아민, 카르복실산 무수물(예를 들면, 메틸헥사히드로프탈산 무수물), 카르복실산 히드라지드, 카르복실산 아미드, 폴리메르캅탄, 루이스산 착체(예를 들면, 3불화 붕소에틸아민 착체) 등을 들 수 있다. 이들 경화제는 단독으로 사용해도 좋고, 병용해도 좋다.

방향족 디아민을 경화제로서 사용함으로써 내열성이 양호한 경화 수지가 얻어진다. 특히, 디아미노디페닐술폰의 각종 이성체는 내열성이 양호한 경화 수지를 얻기 위해서 가장 적합하다. 방향족 디아민을 경화제로서 사용할 경우, 그 첨가량은 화학량론적으로 당량이 되도록 첨가하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라, 예를 들면 당량비 0.7 이상 0.8 이하 부근을 사용함으로써 고탄성률의 경화 수지가 얻어진다.

또한, 디시안디아미드와 요소 화합물(예를 들면, 3,4-디클로로페닐-1,1-디메틸우레아)의 조합 또는 이미다졸류를 경화제로서 사용함으로써 비교적 저온에서 경화하면서 높은 내열 내수성이 얻어진다. 산무수물을 사용하여 경화하는 것은 아민 화합물을 경화제로서 사용했을 경우에 비해 흡수율이 낮은 경화 수지를 부여한다. 그 밖에 이들 경화제를 잠재화한 것, 예를 들면 마이크로캡슐화한 것을 사용할 수 있다.

에폭시 수지의 경화제 중에서도 디시안디아미드와 요소 화합물의 조합이 145℃ 이상의 온도에서 10분 이내로 경화하는 것을 가능하게 하기 쉽기 때문에 바람직하게 사용된다.

또한, 이들 에폭시 수지와 경화제 또는 그들의 일부를 예비 반응시킨 것을 조성물 중에 배합할 수도 있다. 이 방법은 점도 조절이나 보존 안정성 향상에 유효한 경우가 있다.

상기 에폭시 수지 조성물에 열가소성 수지를 용해하여 첨가하는 것도 적합하다. 이러한 열가소성 수지로서는 일반적으로 주쇄에 탄소-탄소 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 에스테르 결합, 에테르 결합, 카보네이트 결합, 우레탄 결합, 티오에테르 결합, 술폰 결합 또는 카르보닐 결합으로부터 선택된 결합을 갖는 열가소성 수지인 것이 바람직하지만, 부분적으로 가교 구조를 갖고 있어도 지장이 없다. 또한, 그것은 결정성을 갖고 있어도 좋고, 비결정성이어도 좋다. 특히, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌술피드, 폴리알릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드이미드, 폴리이미드(예를 들면, 페닐트리메틸인단 구조를 갖는 폴리이미드), 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아라미드, 폴리에테르니트릴 및 폴리벤즈이미다졸로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 수지가 에폭시 수지 조성물에 용해되어 있는 것이 적합하다.

또한, 스킨재로 사용되는 매트릭스 수지로서 열가소성 수지도 바람직하게 사용되고, 상술한 코어재로 사용되는 열가소성 수지와 마찬가지의 종류의 것을 예시할 수 있다.

이어서, 본 발명의 샌드위치 구조체에 대해서 더 상세하게 설명한다.

본 발명의 샌드위치 구조체는 코어재로 사용되는 열가소성 수지의 일부가 스킨재에 함침되어 있고, 그 함침 부위의 최대 함침 거리가 코어재로부터 10㎛ 이상인 것이 코어재와 스킨재의 접합 강도의 관점으로부터 바람직하고, 15㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 최대 함침 거리의 측정 방법에 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 샌드위치 구조체의 단면 관찰에 의해 스킨재와 코어재의 계면을 관찰함으로써 스킨재에 함침되어 있는 코어재로 사용되는 열가소성 수지의 함침 거리를 측정할 수 있다.

본 발명의 샌드위치 구조체에 있어서 코어재는 후술하는 바와 같이 그 전구체가 통상 가열 팽창성을 갖는다. 가열 팽창성이란 코어재의 전구체를 그것을 구성하는 열가소성 수지의 융점 이상으로 가열함으로써 가압에 의해 압축 상태로 되어 있던 전구체 내의 강화 섬유군이 강화 섬유의 탄성률로부터 유래되는 기모력에 의해 팽창되는 것이다. 이것에 의해 공극을 갖는 구조가 형성되어 코어재를 강화 섬유와 열가소성 수지의 특성이 허용하는 범위 내에서 자유롭게 두께 제어를 할 수 있게 된다.

여기서, 코어재의 전구체란 실질적으로 공극을 포함하고 있지 않는 불연속 강화 섬유와 열가소성 수지로 구성되는 코어재의 재료를 나타낸다. 또한, 여기서 코어재의 전구체의 겉보기 체적에 대하여 공극의 체적 함유율이 5% 이하이면 통상 실질적으로 공극을 포함하고 있지 않다고 된다.

본 발명의 샌드위치 구조체에서는 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유의 일부가 스킨재로 관통하고 있는 것이 바람직하다. 불연속 강화 섬유가 스킨재로 관통하고 있는 상태란 도 2에 나타내어지는 실시형태에 예시된다. 즉, 도 2에 나타내어지는 바와 같이 스킨재를 구성하는 매트릭스 수지와 코어재를 구성하는 열가소성 수지로 형성되는 계면층에서 매트릭스 수지(7)와 열가소성 수지(6)를 포함하는 형태로 불연속 강화 섬유(8)가 존재하고 있고, 바꿔 말하면 불연속 강화 섬유에 의한 앵커링에 의해 매트릭스 수지와 열가소성 수지가 강고한 접합 상태에 있다고 말할 수 있다. 불연속 강화 섬유의 관통 정도(도 2에 있어서의 관통한 단섬유(8)의 관통 정도)는 본 발명의 효과를 손상하지 않는 한 제한되지 않지만, 불연속 강화 섬유를 포함하는 코어재가 접합 매체로서 기능하고 있어 스킨재와 코어재의 접합성에 영향을 준다는 관점으로부터 코어재의 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 최대 관통 거리가 바람직하게는 5㎛ 이상, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상이라는 관통 상태를 갖고 있는 것이 바람직하다. 코어재의 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 관통 거리는 관통한 불연속 강화 섬유에 있어서의 스킨재의 매트릭스 수지측에서의 섬유 선단의 깊이(수평면)로부터 스킨재의 매트릭스 수지와 코어재의 열가소성 수지의 경계에서의 관통점까지의 최단 거리로 나타내어지고, 도 2에 있어서의 불연속 강화 섬유(8)의 경우, 부호 9의 거리로 나타내어진다. 그리고, 측정된 관통 거리 중 최대값인 것을 최대 관통 거리로 한다. 코어재의 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 최대 관통 거리는 구체적으로는 다음과 같이 하여 측정할 수 있다. 샌드위치 구조체의 스킨재와 코어재의 접합 부분을 잘라내고, 그 두께 방향 단면에 대해서 레이저 현미경을 사용하여 1000배의 배율로 임의의 10개소(화상 10매)를 촬영하여 얻어진 화상으로부터 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유가 스킨재로 관통하고 있는 각 단섬유에 대해서 관통 거리를 구하고, 그 최대값을 최대 관통 거리로 한다.

본 발명의 샌드위치 구조체에 있어서 코어재에 사용하는 불연속 강화 섬유는 코어재의 전구체가 가열 팽창성을 갖도록 배치되어 있으면 좋지만, 대략 단섬유 형상으로, 보다 바람직하게는 단섬유 형상으로 분산되는 것이 바람직하고, 추가적으로 강화 섬유는 랜덤하게 분포되는 것이 보다 바람직하다. 예를 들면, 매트로 함으로써 부형성이 우수한 점으로부터 복잡 형상으로의 부형이 용이해진다. 또한, 매트가 형성하는 공극이 치밀화되기 때문에 매트릭스 수지 및 열가소성 수지가 보다 복잡한 계면을 형성하여 우수한 접합 능력을 발현한다. 또한, 불연속 강화 섬유 다발 단부에 있어서의 약부가 극소화되기 때문에 우수한 접합 능력, 보강 효율 및 신뢰성에 추가하여 등방성도 부여된다. 여기서, 대략 단섬유 형상이란 단섬유가 500개 미만의 세섬도 스트랜드로 존재하는 것을 가리킨다.

코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유의 분산 상태는, 예를 들면 코어재의 두께 방향 단면에 대해서 주사형 전자 현미경(SEM)으로 강화 섬유를 관찰함으로써 특정할 수 있다.

또한, 단섬유 형상으로 분산되어 있다란 샌드위치 구조체의 코어 중에서 임의로 선택한 불연속 강화 섬유에 대해서 그 2차원 접촉각이 1° 이상인 단섬유의 비율(이하, 섬유 분산율이라고도 칭함)이 80% 이상인 것을 가리키고, 바꿔 말하면 구성 요소 중에 있어서 단섬유 중 2개 이상이 접촉하여 병행된 다발이 20% 미만인 것을 말한다. 따라서, 여기서는 적어도 강화 섬유로 이루어지는 매트에 있어서의 단섬유수 100개 이하의 섬유 다발의 질량 분율이 100%에 해당하는 것만을 대상으로 한다.

여기서, 2차원 접촉각이란 불연속 강화 섬유의 단섬유와, 상기 단섬유와 접촉하는 단섬유로 형성되는 각도이며, 접촉하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도로 정의한다. 이 2차원 접촉각에 대해서 도면을 사용하여 더 설명한다. 도 3(a), 도 3(b)는 본 발명에 있어서의 일실시형태로서, 샌드위치 구조체 중의 불연속 강화 섬유를 면 방향(a) 및 두께 방향(b)으로부터 관찰했을 경우의 모식도이다. 단섬유(11)를 기준으로 하면 단섬유(11)는 도 3(a)에서는 단섬유(12~16)와 교차하여 관찰되지만, 도 3(b)에서는 단섬유(11)는 단섬유(15 및 16)와는 접촉하고 있지 않다. 이 경우, 기준이 되는 단섬유(11)에 대해서 2차원 접촉 각도의 평가 대상이 되는 것은 단섬유(12~14)이며, 접촉하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도(17)이다.

2차원 접촉각을 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 샌드위치 구조체의 표면을 연마하여 코어재의 불연속 강화 섬유를 노출시킴으로써 불연속 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다. 또한, X선 CT 투과 관찰하여 불연속 강화 섬유의 배향 화상을 촬영하는 방법도 예시할 수 있다. X선 투과성이 높은 강화 섬유의 경우에는 강화 섬유에 트레이서용 섬유를 혼합해 두거나 또는 강화 섬유에 트레이서용 약제를 도포해 두면 강화 섬유를 관찰하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 방법으로 측정이 곤란한 경우에는 샌드위치 구조체를 가열로 등에 의해 고온 하에 두어 열가소성 수지 성분을 소실시킨 후, 인출된 강화 섬유로 이루어지는 매트로부터 광학 현미경 또는 전자 현미경을 사용하여 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다. 상기 관찰 방법에 의거하여 섬유 분산율은 다음의 순서로 측정한다. 무작위로 선택한 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(11))에 대하여 접촉하고 있는 모든 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(12~14))와의 2차원 접촉각을 측정한다. 이것을 100개의 단섬유에 대해서 행하고, 2차원 접촉각을 측정한 모든 단섬유의 총 개수와, 2차원 접촉각이 1° 이상인 단섬유의 개수의 비율로부터 비율을 산출한다.

또한, 불연속 강화 섬유는 랜덤하게 분산되어 있는 것이 특히 바람직하다. 여기서, 불연속 강화 섬유가 랜덤하게 분산되어 있다란 샌드위치 구조체의 코어재에 있어서의 임의로 선택한 강화 섬유의 2차원 배향각의 평균값이 30° 이상 60° 이하인 것을 말한다. 이러한 2차원 배향각이란 불연속 강화 섬유의 단섬유와, 상기 단섬유와 교차하는 단섬유로 형성되는 각도이며, 교차하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도로 정의한다. 이 2차원 배향각에 대해서 도면을 사용하여 더 설명한다. 도 3(a), 도 3(b)에 있어서 단섬유(11)를 기준으로 하면 단섬유(11)는 다른 단섬유(12~16)와 교차하고 있다. 여기서 교차란 관찰하는 2차원 평면에 있어서 기준으로 하는 단섬유가 다른 단섬유와 교차하여 관찰되는 상태를 의미하고, 단섬유(11)와 단섬유(12~16)가 반드시 접촉하고 있을 필요는 없고, 투영해 보았을 경우에 교차하여 관찰되는 상태에 대해서도 예외는 아니다. 즉, 기준이 되는 단섬유(11)에 대해서 보았을 경우, 단섬유(12~16) 모두가 2차원 배향각의 평가 대상이며, 도 3(a) 중에 있어서 2차원 배향각은 교차하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0° 이상 90° 이하의 예각측의 각도(17)이다.

2차원 배향각을 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 구성 요소의 표면으로부터 불연속 강화 섬유의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있고, 상술한 2차원 접촉각의 측정 방법과 마찬가지의 수단을 취할 수 있다. 2차원 배향각의 평균값은 구체적으로는 다음의 순서로 측정한다. 무작위로 선택한 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(11))에 대하여 교차하고 있는 모든 단섬유(도 3에 있어서의 단섬유(12~16))와의 2차원 배향각의 평균값을 측정한다. 예를 들면, 어떤 단섬유에 교차하는 별도의 단섬유가 다수인 경우에는 교차하는 별도의 단섬유를 무작위로 20개 선택하여 측정한 평균값을 대용해도 좋다. 상기 측정에 대해서 별도의 단섬유를 기준으로 하여 합계 5회 반복하고, 그 평균값을 2차원 배향각의 평균값으로서 산출한다.

불연속 강화 섬유가 단섬유 형상이며, 또한 랜덤하게 분산되어 있으면 상술한 대략 단섬유 형상으로 분산된 불연속 강화 섬유에 의해 부여되는 성능을 최대한까지 높일 수 있어 계면층에 있어서의 특히 우수한 접합성을 발현한다. 또한, 샌드위치 구조체 및 이것을 사용한 일체화 성형품에 있어서 역학 특성에 등방성을 부여할 수 있고, 이방성에 기인하는 계면층에서의 내부 응력이 작기 때문에 계면층에서의 우수한 역학 특성을 부여할 수 있다. 이러한 관점으로부터 강화 섬유로 이루어지는 매트의 섬유 분산율은 90% 이상이 바람직하고, 100%에 근접할수록 보다 바람직하다. 또한, 강화 섬유의 2차원 배향각의 평균값으로서는 40° 이상 50° 이하가 바람직하고, 이상적인 각도인 45°에 근접할수록 보다 바람직하다.

코어재의 전구체에 적합하게 사용되는 불연속 강화 섬유로 이루어지는 매트(이하, 불연속 강화 섬유 매트라 약기하는 경우도 있음)는, 예를 들면 불연속 강화 섬유를 미리 스트랜드 형상, 바람직하게는 대략 단섬유 형상, 보다 바람직하게는 단섬유 형상으로 분산하여 제조된다. 불연속 강화 섬유 매트의 제조 방법으로서는 구체적으로는 불연속 강화 섬유를 공기류에서 분산시켜 시트화하는 에어레이드법이나 불연속 강화 섬유를 기계적으로 깎으면서 시트로 형성하는 카딩법 등의 건식 프로세스, 불연속 강화 섬유를 수중에서 교반하여 초지하는 래드라이트법에 의한 습식 프로세스를 공지 기술로서 들 수 있다. 불연속 강화 섬유를 보다 단섬유 형상에 가깝게 하는 수단으로서는 건식 프로세스에 있어서는 개섬바를 설치하는 수단, 개섬바를 진동시키는 수단, 카드의 눈을 미세하게 하는 수단, 카드의 회전 속도를 조정하는 수단 등을 예시할 수 있고, 습식 프로세스에 있어서는 불연속 강화 섬유의 교반 조건을 조정하는 수단, 분산액의 강화 섬유 농도를 희박화하는 수단, 분산액의 점도를 조정하는 수단, 분산액을 이송시킬 때에 와류를 억제하는 수단 등을 예시할 수 있다. 특히, 불연속 강화 섬유 매트는 습식법으로 제조되는 것이 바람직하고, 투입 섬유의 농도를 증가시키거나 분산액의 유속(유량)과 메쉬 컨베이어의 속도를 조정하거나 함으로써 불연속 강화 섬유 매트에 있어서의 강화 섬유의 비율을 용이하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 분산액의 유속에 대하여 메쉬 컨베이어의 속도를 느리게 함으로써 얻어지는 불연속 강화 섬유 매트 중의 섬유의 배향이 인취 방향으로 향하기 어려워져 부피가 큰 불연속 강화 섬유 매트를 제조 가능하다. 불연속 강화 섬유 매트로서는 불연속 강화 섬유 단체로 구성되어 있어도 좋고, 불연속 강화 섬유가 분말 형상이나 섬유 형상의 매트릭스 수지 성분과 혼합되어 있거나, 불연속 강화 섬유가 유기 화합물이나 무기 화합물과 혼합되어 있거나, 불연속 강화 섬유끼리가 수지 성분으로 필링되어 있어도 좋다.

코어재의 전구체는 이러한 불연속 강화 섬유 매트에 열가소성 수지의 필름이나 부직포를 함침시킴으로써 제조할 수 있다. 열가소성 수지의 필름이나 부직포를 함침시킬 때의 압력은 바람직하게는 0.5㎫ 이상 30㎫ 이하, 보다 바람직하게는 1㎫ 이상 5㎫ 이하로 하는 것이 좋다. 0.5㎫보다 압력이 작으면 열가소성 수지가 불연속 강화 섬유 매트에 함침되지 않는 경우가 있고, 또한 30㎫보다 크면 코어재의 전구체의 두께의 조정이 곤란해진다. 열가소성 수지의 필름이나 부직포를 함침시킬 때의 온도는 열가소성 수지의 융점 또는 유리 전이점 이상의 온도인 것이 바람직하고, 융점 또는 유리 전이점에 10℃를 더한 온도 이상인 것이 보다 바람직하고, 융점 또는 유리 전이점에 20℃를 더한 온도 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 열가소성 수지의 필름이나 부직포를 함침시킬 때의 온도가 열가소성 수지의 융점 또는 유리 전이점보다 온도가 지나치게 높을 경우, 열가소성 수지의 분해나 열화가 발생하는 경우가 있기 때문에 열가소성 수지의 융점 또는 유리 전이점에 150℃를 더한 온도 이하인 것이 바람직하다.

상기 조건에서 불연속 강화 섬유 매트에 열가소성 수지의 필름이나 부직포를 함침시키는 방법을 실현하기 위한 설비로서는 압축 성형기, 더블벨트 프레스기를 적합하게 사용할 수 있다. 압축 성형기는 배치식이며, 가열용과 냉각용의 2기 이상을 병렬한 간헐식 프레스 시스템으로 함으로써 생산성의 향상이 도모된다. 더블벨트 프레스기는 연속식이며, 연속적인 가공을 용이하게 행할 수 있기 때문에 연속 생산성이 우수하다.

본 발명의 샌드위치 구조체의 두께는 바람직하게는 0.4㎜ 이상 2㎜ 이하이며, 보다 바람직하게는 0.4㎜ 이상 1㎜ 이하이다. 샌드위치 구조체의 두께를 박육으로 함으로써도 경량화의 효과가 있고, 0.4㎜보다 얇은 샌드위치 구조체는 강성이 뒤떨어지는 경우가 있다.

본 발명의 샌드위치 구조체는 이하의 공정 [1]~[3]을 갖는 방법으로 적합하게 제조할 수 있다.

공정 [1]은 코어재의 전구체를 제작하는 공정이며, 열가소성 수지가 용융 또는 연화되는 온도, 즉 열가소성 수지의 융점 내지 연화점 이상의 온도로 가열된 상태에서 열가소성 수지와 강화 섬유에 0.5㎫ 이상 30㎫ 이하의 압력을 부여함으로써 열가소성 수지를 불연속 강화 섬유에 함침시켜 코어재의 전구체를 제작한다. 그 후, 필요에 따라서 열가소성 수지의 융점 내지 연화점 미만으로 냉각하여 열가소성 수지가 용융도 연화도 하고 있지 않는 상태에서 0.5㎫ 이상 30㎫ 이하의 압력을 부여하여 코어재의 전구체를 제작한다.

공정 [2]는 스킨재를 제작하는 공정이며, 예를 들면 연속된 강화 섬유에 매트릭스 수지를 함침시킨 프리프레그에 0.3㎫ 이상 30㎫ 이하의 압력을 부여함으로써 스킨재를 제작한다.

공정 [3]은 코어재의 전구체를 팽창시켜 공극을 갖는 코어재를 형성하는 공정이며, 코어재의 전구체를 가열된 상태에서 소정의 팽창 배율이 되도록 두께 조정함으로써 팽창시켜 코어재를 제작한다. 이 때, 가열에 의해 열가소성 수지의 불연속 강화 섬유에 대한 결합력이 약해지기 때문에 강화 섬유의 잔류 응력이 해방되어 원래로 돌아가려는 스프링백에 의해 팽창한다. 팽창함으로써 코어재에 공극이 형성될 뿐만 아니라 통상 클러스터도 형성된다.

공정 [3]에 있어서의 팽창 배율은 바람직하게는 1.1배 이상 8배 이하이며, 보다 바람직하게는 1.5배 이상 4배 이하이다. 이러한 팽창 배율이 1.1배보다 작은 경우에는 샌드위치 구조체의 경량 효과가 적어지기 쉽고, 8배보다 큰 경우에는 샌드위치 구조체의 강성이 낮아지기 쉽다.

또한, 본 발명의 샌드위치 구조체는 다른 부재와 일체화되어 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 접합함으로써 일체화 성형품을 얻을 수 있다.

이러한 일체화되는 제 2 부재는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 연속성을 갖는 강화 섬유로 보강된 일방향(UD) 프리프레그, 직물 프리프레그, 불연속 강화 섬유로 보강된 유리 매트 강화 열가소성 플라스틱(GMT), 시트·몰딩·컴파운드(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 관점으로부터는 섬유 강화된 성형 기재인 것이 바람직하고, 성형체의 보강 효과를 향상시키는 관점으로부터는 연속 섬유 강화 프리프레그를 바람직하게 사용할 수 있고, 성형체에 복잡 형상을 갖게 하는 경우에는 부형성이 우수한 불연속 섬유 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 두어 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 성형으로 제작하고, 제 2 부재를 프레스 성형 내지 사출 성형으로 제작한다. 제작한 각각의 부재를 열판 용착, 진동 용착, 초음파 용착, 레이저 용착, 저항 용착, 유도 가열 용착 등의 공지의 용착 수단에 의해 접합하는 방법이 있다. 한편, 상기 (ⅱ)의 구체예로서는 제 1 부재를 프레스 성형으로 제작하고, 이어서 그것을 사출 성형 금형에 인서트하고, 제 2 부재를 형성하는 재료를 금형에 사출하여 제 2 부재를 성형함과 아울러 용융 또는 연화 상태에 있는 재료의 열량으로 제 1 부재의 피착면을 용융 또는 연화시켜 제 1 부재에 접합하는 방법이 있다. 또한, 상기 (ⅱ)의 별도의 구체예로서는 제 1 부재를 프레스 성형으로 제작하고, 이어서 그것을 프레스 성형 금형 내에 배치하고, 제 2 부재를 형성하는 재료를 프레스 성형 금형 내에 배치하여 프레스 성형함으로써 상기와 마찬가지의 원리로 접합하는 방법이 있다. 일체화 성형품의 양산성의 관점으로부터는 바람직하게는 (ⅱ)의 방법이 채용되고, 사출 성형으로서는 인서트 사출 성형이나 아웃서트 사출 성형이, 또한 프레스 성형으로서는 스템핑 성형이나 히트앤드쿨 성형이 바람직하게 사용된다.

본 발명의 샌드위치 구조체 및 그것으로 이루어지는 일체화 성형품에 의해 부여되는 실장 부재의 용도로서는, 예를 들면 「컴퓨터, 디스플레이, OA 기기, 휴대 전화, 휴대 정보 단말, 팩시밀리, 컴팩트 디스크, 포터블 MD, 휴대용 라디오 카세트, PDA(전자 수첩 등의 휴대 정보 단말), 비디오 카메라, 디지털 비디오 카메라, 광학 기기, 오디오, 에어컨, 조명 기기, 오락 용품, 완구 용품, 그 밖의 가전 제품 등의 하우징, 트레이, 섀시, 내장 부재 또는 그 케이스」 등의 전기, 전자 기기 부품, 「지주, 패널, 보강재」 등의 토목, 건재용 부품, 「각종 멤버, 각종 프레임, 각종 힌지, 각종 암, 각종 차축, 각종 차륜용 베어링, 각종 빔, 프로펠러 샤프트, 휠, 기어 박스 등의 서스펜션, 액셀 또는 스티어링 부품」, 「후드, 루프, 도어, 펜더, 트렁크 리드, 사이드 패널, 리어엔드 패널, 어퍼백 패널, 프론트 바디, 언더 바디, 각종 필러, 각종 멤버, 각종 프레임, 각종 빔, 각종 서포트, 각종 레일, 각종 힌지 등의 외판 또는 바디 부품」, 「범퍼, 범퍼빔, 몰, 언더 커버, 엔진 커버, 정류판, 스포일러, 카울 루버, 에어로파츠 등 외장 부품」, 「인스톨먼트 패널, 시트 프레임, 도어 트림, 필러 트림, 핸들, 각종 모듈 등의 내장 부품」 또는 「모터 부품, CNG 탱크, 가솔린 탱크, 연료 펌프, 에어 인테이크, 인테이크 매니폴드, 카뷰레터 메인바디, 카뷰레터 스페이서, 각종 배관, 각종 밸브 등의 연료계, 배기계 또는 흡기계 부품」 등의 자동차, 이륜차용 구조 부품, 「그 밖에 얼터네이터 터미널, 얼터네이터 커넥터, IC 레귤레이터, 라이트디어용 포텐셔미터 베이스, 엔진 냉각수 조인트, 에어컨용 서모스탯 베이스, 난방 온풍 플로우 컨트롤 밸브, 라디에이터 모터용 브러쉬 홀더, 터빈 베인, 와이퍼 모터 관계 부품, 디스트리뷰터, 스타터 스위치, 스타터 릴레이, 윈도우 워셔 노즐, 에어컨 패널 스위치 기판, 연료 관계 전자기 밸브용 코일, 배터리 트레이, AT 브래킷, 헤드램프 서포트, 페달 하우징, 프로텍터, 호른 터미널, 스텝 모터 로터, 램프 소켓, 램프 리플렉터, 램프 하우징, 브레이크 피스톤, 노이즈 실드, 스페어 타이어 커버, 솔레노이드 보빈, 엔진 오일 필터, 점화 장치 케이스, 스커프 플레이트, 페이셔」 등의 자동차, 이륜차용 부품, 「랜딩 기어팟, 윙렛, 스포일러, 엣지, 래더, 엘리베이터, 페일링, 리브」 등의 항공기용 부품을 들 수 있다. 역학 특성의 관점으로부터는 자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 상자체에 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 특히 복수의 부품으로 구성되는 모듈 부재에 적합하다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 실시예에서 사용한 각종 재료(연속된 강화 섬유, 매트릭스 수지, 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지, 발포 수지 코어재, 사출 성형용 수지, GMT) 및 각종 특성(코어재의 굽힘 탄성률, 코어재의 부피 비중, 코어재의 팽창 배율, 코어재에 있어서의 클러스터의 최대 길이의 평균값, 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유의 열가소성 수지에 의한 피복률, 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지, 공극의 체적 함유율, 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 최대 관통 거리, 샌드위치 구조체의 강성, 샌드위치 구조체의 부피 비중)의 측정 방법을 다음에 나타낸다. 탄소 섬유의 제작 환경 및 각종 특성의 평가 환경은 특별히 기재하지 않는 한 온도 25℃±2℃, 상대 습도 50%의 분위기이다. 또한, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<연속된 강화 섬유>

· 탄소 섬유 A(아크릴로니트릴 99몰%와 이타콘산 1몰%로 이루어지는 공중합체를 방사하고, 소성하여 총 섬유수 12,000개, 비중 1.8, 스트랜드 인장 강도 4.6㎬, 스트랜드 인장 탄성률 230㎬의 탄소 섬유를 얻었다. 이어서, 그 탄소 섬유를 농도 0.05몰/ℓ의 황산 수용액을 전해질로 하여 전기량을 탄소 섬유 1g당 3쿨롱으로 전해 표면 처리했다. 이 전해 표면 처리를 실시한 탄소 섬유를 계속해서 수세하고, 150℃의 온도의 가열 공기 중에서 건조시켜 원료가 되는 탄소 섬유를 얻었다. 그리고, 비스페놀 A형 에폭시 수지("jER"(등록상표) 825(JAPAN EPOXY RESIN CO., LTD.제))를 아세톤에 혼합하여 균일하게 용해한 약 1질량%의 아세톤 용액을 얻었다. 이 아세톤 용액을 사용하여 침지법에 의해 표면 처리된 탄소 섬유에 도포한 후, 210℃의 온도에서 180초간 열처리를 하여 사이징제 도포 탄소 섬유를 얻었다. 사이징제의 부착량은 표면 처리된 탄소 섬유 100질량부에 대하여 0.5질량부가 되도록 조정했다).

· 탄소 섬유 B(아크릴로니트릴 99몰%와 이타콘산 1몰%로 이루어지는 공중합체를 방사하고, 소성하여 총 섬유수 12,000개, 비중 1.75, 스트랜드 인장 강도 4.4㎬, 스트랜드 인장 탄성률 380㎬의 탄소 섬유를 얻었다. 이어서, 그 탄소 섬유를 농도 0.05몰/ℓ의 황산 수용액을 전해질로 하여 전기량을 탄소 섬유 1g당 110쿨롱으로 전해 표면 처리했다. 이 전해 표면 처리를 실시한 탄소 섬유를 계속해서 수세 하고, 150℃의 온도의 가열 공기 중에서 건조시켜 원료가 되는 탄소 섬유를 얻었다. 그리고, 비스페놀 A형 에폭시 수지("jER"(등록상표) 825(JAPAN EPOXY RESIN CO., LTD.제))를 아세톤에 혼합하여 균일하게 용해한 약 1질량%의 아세톤 용액을 얻었다. 이 아세톤 용액을 사용하여 침지법에 의해 표면 처리된 탄소 섬유에 도포한 후, 210℃의 온도에서 180초간 열처리를 하여 사이징제 도포 탄소 섬유를 얻었다. 사이징제의 부착량은 표면 처리된 탄소 섬유 100질량부에 대하여 0.5질량부가 되도록 조정했다).

· 탄소 섬유 C(아크릴로니트릴 99몰%와 이타콘산 1몰%로 이루어지는 공중합체를 방사하고, 소성하여 총 섬유수 6,000개, 비중 1.91, 스트랜드 인장 강도 4.1㎬, 스트랜드 인장 탄성률 540㎬의 탄소 섬유를 얻었다. 이어서, 그 탄소 섬유를 농도 0.05몰/ℓ의 황산 수용액을 전해질로 하여 전기량을 탄소 섬유 1g당 5쿨롱으로 전해 표면 처리했다. 이 전해 표면 처리를 실시한 탄소 섬유를 계속해서 수세하고, 150℃의 온도의 가열 공기 중에서 건조시켜 원료가 되는 탄소 섬유를 얻었다. 그리고, 비스페놀 A형 에폭시 수지("jER"(등록상표) 825(JAPAN EPOXY RESIN CO., LTD.제))를 아세톤에 혼합하여 균일하게 용해한 약 1질량%의 아세톤 용액을 얻었다. 이 아세톤 용액을 사용하여 침지법에 의해 표면 처리된 탄소 섬유에 도포한 후, 210℃의 온도에서 180초간 열처리를 하여 사이징제 도포 탄소 섬유를 얻었다. 사이징제의 부착량은 표면 처리된 탄소 섬유 100질량부에 대하여 0.5질량부가 되도록 조정했다).

<매트릭스 수지>

· 에폭시 수지 A(비스페놀 F형 에폭시 수지("jER"(등록상표) 4007P(JAPAN EPOXY RESIN CO., LTD.제))를 35질량부, 트리글리시딜-p-아미노페놀("ARALDITE"(등록상표) MY0510(HUNTSMAN ADVANCED MATERIALS K.K.제))을 35질량부, 비스페놀 F형 에폭시 수지("EPICLON"(등록상표) 830(DIC CORPORATION제))를 30질량부, 디시안디아미드(경화제, DICY-7(MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION제))를 5질량부, 폴리비닐포르말("VINYLEC"(등록상표) PVF-K(CHISSO CORPORATION제))을 3질량부, 경화 보조제로서 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸우레아(경화 촉진제, DCMU99(HYODOGAYA CHEMICAL CO., LTD.제))를 3질량부 사용하여 에폭시 수지를 조정했다).

· 에폭시 수지 B(비스페놀 F형 에폭시 수지("jER"(등록상표) 4007P(JAPAN EPOXY RESIN CO., LTD.제))를 40질량부, 트리글리시딜-p-아미노페놀("ARALDITE"(등록상표) MY0510(HUNTSMAN ADVANCED MATERIALS K.K.제))을 45질량부, 비스페놀 F형 에폭시 수지("EPICLON"(등록상표) 830(DIC CORPORATION제))를 15질량부, 디시안디아미드(경화제, DICY-7(MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION제))를 5질량부, 폴리비닐포르말("VINYLEC"(등록상표) PVF-K(CHISSO CORPORATION제))을 3질량부, 경화 보조제로서 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸우레아(경화 촉진제, DCMU99(HYODOGAYA CHEMICAL CO., LTD.제))를 3질량부 사용하여 에폭시 수지를 조정했다).

<불연속 강화 섬유>

· 불연속 강화 섬유 A(탄소 섬유 A를 카트리지 커터로 길이 6㎜로 커팅하여 찹드 강화 섬유를 얻었다. 그 후, 물과 계면활성제(폴리옥시에틸렌라우릴에테르(상품명)(NACALAI TESQUE, INC.제))로 이루어지는 계면활성제 농도 0.1질량%의 분산매를 40ℓ 제작하고, 이러한 분산매를 초조 장치에 투입했다. 초조 장치는 회전 날개 부착 교반기를 구비한 상부의 초조조(용량 30ℓ)와, 하부의 저수조(용량 10ℓ)로 이루어지고, 초조조와 저수조 사이에는 다공 지지체를 설치하고 있다. 우선, 이러한 분산매를 교반기에서 공기의 미소 기포가 발생할 때까지 교반했다. 그 후, 소망의 단위 면적당 질량이 되도록 질량을 조정한 찹드 강화 섬유를 공기의 미소 기포가 분산된 분산매 중에 투입하여 교반함으로써 강화 섬유가 분산된 슬러리를 얻었다. 이어서, 저수층으로부터 슬러리를 흡인하고, 다공 지지체를 통해 탈수시켜 강화 섬유 초조체로 했다. 상기 초조체를 열풍 건조기에서 150℃, 2시간의 조건 하에서 건조시켜 단위 면적당 질량 100g/㎡의 불연속 강화 섬유 A를 얻었다. 얻어진 불연속 강화 섬유 A에 있어서 섬유 길이가 10㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량%, 섬유 길이가 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 강화 섬유가 95질량%, 섬유 길이가 2㎜ 미만인 강화 섬유가 5질량%이었다. 또한, 섬유 길이가 8㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량%, 섬유 길이가 3㎜ 이상 8㎜ 이하인 강화 섬유가 93질량%, 섬유 길이가 3㎜ 미만인 강화 섬유가 7질량%이었다. 또한, 2차원 접촉각 및 2차원 배향각은 모두 40°, 섬유 분산율은 90%이었다).

· 불연속 강화 섬유 B(탄소 섬유 A를 카트리지 커터로 길이 3㎜로 커팅하여 찹드 강화 섬유를 얻은 것 이외에는 불연속 강화 섬유 A와 마찬가지로 하여 단위 면적당 질량 100g/㎡의 불연속 강화 섬유 B를 얻었다. 얻어진 불연속 강화 섬유 B에 있어서 섬유 길이가 10㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량%, 섬유 길이가 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 강화 섬유가 95질량%, 섬유 길이가 2㎜ 미만인 강화 섬유가 5질량%이었다. 또한, 섬유 길이가 8㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량%, 섬유 길이가 3㎜ 이상 8㎜ 이하인 강화 섬유가 93질량%, 섬유 길이가 3㎜ 미만인 강화 섬유가 7질량%이었다. 또한, 2차원 접촉각 및 2차원 배향각은 모두 40°, 섬유 분산율은 95%이었다).

· 불연속 강화 섬유 C(탄소 섬유 A를 카트리지 커터로 길이 10㎜로 커팅하여 찹드 강화 섬유를 얻었다. 찹드 강화 섬유를 개면기에 투입하여 당초의 굵기의 강화 섬유 다발이 거의 존재하지 않는 면 형상의 강화 섬유 집합체를 얻었다. 이 강화 섬유 집합체를 직경 600㎜의 실린더롤을 갖는 카딩 장치에 투입하여 강화 섬유로 이루어지는 시트 형상의 웹을 형성했다. 이 때의 실린더롤의 회전수는 320rpm, 도퍼의 속도는 13m/분이었다. 이 웹을 포개어 단위 면적당 질량 100g/㎡의 불연속 강화 섬유 C를 얻었다. 얻어진 불연속 강화 섬유 C에 있어서 섬유 길이가 10㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 20질량%, 섬유 길이가 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 강화 섬유가 75질량%, 섬유 길이가 2㎜ 미만인 강화 섬유가 5질량%이었다. 또한, 섬유 길이가 8㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 83질량%, 섬유 길이가 3㎜ 이상 8㎜ 이하인 강화 섬유가 10질량%, 섬유 길이가 3㎜ 미만인 강화 섬유가 7질량%이었다. 또한, 2차원 접촉각 및 2차원 배향각은 모두 8°, 섬유 분산율은 50%이었다).

· 불연속 강화 섬유 D(특허문헌 1(국제 공개 제 2006/028107호 공보)의 참고예 2-1에 기재된 찹드 탄소 섬유와 동일한 불연속 강화 섬유 D를 사용했다. 불연속 강화 섬유 D에 있어서 섬유 길이가 10㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 0질량%, 섬유 길이가 2㎜ 이상 10㎜ 이하인 강화 섬유가 95질량%, 섬유 길이가 2㎜ 미만인 강화 섬유가 5질량%이었다. 또한, 섬유 길이가 8㎜를 초과하고 15㎜ 미만인 강화 섬유가 5질량%, 섬유 길이가 3㎜ 이상 8㎜ 이하인 강화 섬유가 88질량%, 섬유 길이가 3㎜ 미만인 강화 섬유가 7질량%이었다. 또한, 2차원 접촉각 및 2차원 배향각은 모두 40°, 섬유 분산율은 90%이었다).

<열가소성 수지>

· 폴리프로필렌(미변성 폴리프로필렌("PRIMEPOLYPRO"(등록상표) J106MG(PRIME POLYMER CO., LTD.제)) 90질량%와 산변성 폴리프로필렌("ADMER"(등록상표) QE800(MITSUI CHEMICALS, INC.제)) 10질량%를 혼합하여 이루어지는 마스터 배치를 사용하여 단위 면적당 질량 100g/㎡의 필름을 제작했다. 수지의 융점: 160℃).

· 폴리아미드 6("AMILAN"(등록상표) CM1021T(TORAY INDUSTRIES, INC.제)로 이루어지는 단위 면적당 질량 124g/㎡의 수지 필름을 제작했다. 수지의 융점: 225℃).

· 폴리아미드 6 입자(특허문헌 1(국제 공개 제 2006/028107호 공보)의 참고예 2-1에 기재된 폴리아미드 6 수지와 동일한 폴리아미드 6의 입자).

· 폴리카보네이트("IUPILON"(등록상표) H-4000(MITSUBISHI ENGINEERING-PLASTICS CORPORATION제)으로 이루어지는 단위 면적당 질량 132g/㎡의 수지 필름을 제작했다. 수지의 유리 전이점: 145℃).

<발포 수지 코어재>

· 무가교 저발포 폴리프로필렌 시트 "EFCEL"(등록상표)(2배 발포, 두께 0.8㎜)(FURUKAWA ELECTRIC CO., LTD.제).

<사출 성형용 수지>

· PC 컴파운드("Panlite"(등록상표) GXV-3545WI(TEIJIN LEMITED제)).

<GMT>

· 유리 섬유 강화 폴리프로필렌 수지 성형 재료(GMT)("UNISHIEET"(등록상표) P4038-BK31(QUADRANT, LTD.제)).

(1) 코어재의 굽힘 탄성률

샌드위치 구조체로부터 코어재만을 길이 50㎜, 폭 25㎜(두께는 코어재 전체의 두께)로 샘플을 잘라내어 지점간 거리가 시험편 두께의 16배로 ASTM D790에 준거하여 굽힘 탄성률을 구했다.

(2) 코어재의 부피 비중

샌드위치 구조체로부터 코어재만을 가로 100㎜, 세로 100㎜(두께는 코어재 전체의 두께)로 샘플을 잘라내어 그 질량(W)(g)과 겉보기 체적(V)(㎤)으로부터 다음 식에 의해 부피 비중을 구했다.

부피 비중=W/V

(3) 코어재의 팽창 배율

코어재의 팽창 전의 두께(코어재의 전구체의 두께)(t₀)와 팽창 후의 두께(코어재의 두께)(t₁)로부터 다음 식에 의해 팽창 배율을 구했다.

팽창 배율=t₁/t₀

(4) 코어재에 있어서의 클러스터의 최대 길이의 평균값

샌드위치 구조체의 두께 방향 단면에 있어서 그 코어재 부분에 대해서 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION제 VK-9510)에 의해 배율 200배로 하여 세로 1.125㎜, 가로 1.5㎜의 시야 범위에서 장소를 변경하여 3매의 관찰 화상을 촬영한 후에 각 관찰 화상으로부터 클러스터를 임의로 10개 선택하고, 그것들 클러스터에 각각 직선을 그어 직선의 최대 길이를 각각 구했다. 그리고, 측정한 10개의 클러스터의 최대 길이의 평균을 냄으로써 클러스터의 최대 길이의 평균값을 구했다.

(5) 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유의 분산 상태 및 불연속 강화 섬유의 열가소성 수지에 의한 피복률

코어재의 두께 방향 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)(HITACHI HIGH-TECHNOLOGIES CORPORATION제 S-4800형)에 의해 관찰하고, 1500배의 배율로 촬영하여 얻어진 화상에 있어서 불연속 강화 섬유의 단면에 대해서 임의의 50개소를 추출하여 각각의 불연속 강화 섬유의 단면에 있어서 불연속 강화 섬유의 분산 상태를 관찰함과 아울러 열가소성 수지가 피복하고 있는 둘레 길이(열가소성 수지 피복 부분의 섬유 둘레 길이)와, 열가소성 수지가 피복하고 있지 않는 둘레 길이(표면 노출 부분의 섬유 둘레 길이)에 의해 불연속 강화 섬유의 열가소성 수지에 의한 피복률을 다음 식에 의해 산출했다. 불연속 강화 섬유의 직경(Df)에 대하여 Df/4 이상의 두께의 열가소성 수지가 부착되어 있을 경우를 불연속 강화 섬유가 열가소성 수지로 피복되어 있다고 판단했다. 또한, 절단면이 진원(眞圓)이 아닐 경우에는 단면 형상의 중심을 통과하는 최단 직선 거리를 Df로 했다.

불연속 강화 섬유의 열가소성 수지에 의한 피복률(%)=(열가소성 수지 피복 부분의 섬유 둘레 길이)/(열가소성 수지 피복 부분의 섬유 둘레 길이＋표면 노출 부분의 섬유 둘레 길이)×100

(6) 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지, 공극의 체적 함유율

샌드위치 구조체로부터 코어재를 가로 10㎜×세로 10㎜(두께는 코어재 전체의 두께)로 잘라내어 X선 CT(YAMATO SCIENTIFIC CO., LTD.제 TDM1300-FW)에 의해 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지, 공극의 각각의 체적 함유율을 구했다. 측정은 공간 해상도를 0.7㎛로 하여 실시했다.

(7) 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 최대 관통 거리

샌드위치 구조체의 스킨재와 코어재의 접합 부분을 잘라내어 그 두께 방향 단면에 대해서 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION제 VK-9510)을 사용하여 1000배의 배율로 임의의 10개소(화상 10매)를 촬영하여 얻어진 화상으로부터 코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유가 스킨재로 관통하고 있는 각 단섬유에 대해서 관통 거리를 구하고, 그 최대값을 최대 관통 거리로 했다.

(8) 샌드위치 구조체의 강성

샌드위치 구조체로부터 가로 140㎜, 세로 110㎜(두께는 샌드위치 구조체 전체의 두께)의 샘플을 잘라내어 외부 프레임이 가로 140㎜, 세로 110㎜, 내부 프레임이 가로 100㎜, 세로 70㎜인 알루미늄 합금의 지그에 양면 테이프로 부착한 후, 20N의 힘을 가했을 때의 샌드위치 구조체의 휨양을 평가했다.

(9) 샌드위치 구조체의 부피 비중

샌드위치 구조체로부터 가로 100㎜, 세로 100㎜(두께는 샌드위치 구조체 전체의 두께)의 샘플을 잘라내어 그 질량(Ws)(g)과 겉보기 체적(Vs)(㎤)으로부터 이하의 식에 의해 부피 비중을 구했다.

부피 비중=Ws/Vs

(실시예 1)

에폭시 수지 A를 나이프 코터를 사용하여 이형지 상에 도포하여 16.1g/㎡의 수지 필름을 2매 제작했다. 이어서, 시트 형상으로 일방향으로 배열시킨 탄소 섬유 A에 상기에서 제작한 수지 필름 2매를 탄소 섬유의 양면으로부터 포개어 가열 가압에 의해 수지를 함침시켜 탄소 섬유 A의 단위 면적당 질량이 75g/㎡이며, 매트릭스 수지의 질량 분율이 30.0%인 일방향 프리프레그를 제작하여 스킨재로서 사용했다. 또한, 코어재로서 폴리프로필렌 수지의 필름 2매와 불연속 강화 섬유 A 1매를 180℃(수지의 융점(160℃)＋20℃)의 온도에서 가열, 3㎫의 압력에서 가압에 의해 수지를 함침시킨 함침 기재를 제작했다. 스킨재와 코어재를 [프리프레그 90°/프리프레그 0°/함침 기재/프리프레그 0°/프리프레그 90°］가 되도록 순차 적층하여 150℃, 1㎫, 30분으로 스킨재의 프리프레그의 경화와, 스킨재와 코어재의 접합을 행했다. 그 후, 180℃에서 5분 유지하여 코어재를 발포시킨 후, 1㎜의 스페이서를 툴판의 사이에 끼워 100℃에서 냉각하여 코어재를 고화시켜 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다.

얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 본 실시예에 의한 샌드위치 구조체에 대해서 레이저 현미경에 의해 촬영한 사진을 도 4에 나타낸다.

(실시예 2~6)

스킨재에 있어서 연속된 강화 섬유, 매트릭스 수지를, 코어재에 있어서 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 7)

스킨재에 있어서 연속된 강화 섬유, 매트릭스 수지를, 코어재에 있어서 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고, 코어재로서 폴리아미드 6 수지의 필름 2매와 불연속 강화 섬유 A 1매를 250℃(수지의 융점(225℃)＋25℃)의 온도에서 함침 기재를 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 8)

스킨재에 있어서 연속된 강화 섬유, 매트릭스 수지를, 코어재에 있어서 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고, 코어재로서 폴리카보네이트 수지의 필름 2매와 불연속 강화 섬유 A 1매를 290℃(수지의 유리 전이점(145℃)＋145℃)의 온도에서 함침 기재를 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 9)

코어재에 있어서 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고, 스페이서를 0.8㎜로 변경한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 0.8㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 10)

코어재에 있어서 불연속 강화 섬유, 열가소성 수지를 표 1에 나타내는 바와 같이 변경하고, 스페이서를 0.6㎜로 변경한 것 이외에는 실시예 3과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 0.6㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

스킨재에 있어서 연속된 강화 섬유, 매트릭스 수지를 표 2에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 제작한 일방향 프리프레그를 사용하고, 코어재로서 특허문헌 1의 참고예 2-1에 기재된 심재를 두께가 0.74㎜가 되도록 조정한 것을 사용했다. 스킨재와 코어재를 [프리프레그 90°/프리프레그 0°/코어재/프리프레그 0°/프리프레그 90°］가 되도록 순차 적층하고, 1㎜의 스페이서를 툴판 사이에 끼워 150℃, 1㎫, 30분으로 스킨재의 프리프레그의 경화와, 스킨재와 코어재의 접합을 행하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예 2)

코어재를 특허문헌 1의 참고예 2-2에 기재된 심재를 두께가 0.74㎜되도록 조정한 것으로 변경한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예 3)

코어재를 무가교 저발포 폴리프로필렌 시트 "EFCEL"을 두께가 0.74㎜가 되도록 절단한 것으로 변경한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예 4)

코어재에 있어서 불연속 강화 섬유 A를 4매, 열가소성 수지로서 폴리프로필렌 수지의 필름을 8매 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 1.11㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예 5)

코어재의 두께가 0.54㎜가 되도록 재료를 조정한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 0.8㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예 6)

코어재의 두께가 0.34㎜가 되도록 재료를 조정한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 샌드위치 구조체를 얻었다. 얻어진 샌드위치 구조체는 두께 0.6㎜이었다. 얻어진 샌드위치 구조체를 사용하여 각종 특성을 평가했다. 얻어진 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 11)

실시예 1에서 얻은 샌드위치 구조체로부터 길이 250㎜, 폭 160㎜의 직사각형의 재료를 잘라내어 이것을 제 1 부재로 했다. 한편, 제 2 부재로서 GMT를 230℃로 유지한 열반 가열형 예열 장치에 배치하여 0.1㎫의 압력을 부여하면서 1분간 예열했다. 이어서, 제 1 부재를 120℃로 예열된 프레스 성형용 금형 내에 배치하고, 그 위에 예열이 완료된 GMT를 포개어 배치하여 금형을 닫고, 15㎫의 압력을 부여한 상태에서 120초간 유지하고, 제 1 부재와 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 접합하여 일체화 성형품을 얻었다. 본 실시예에 의한 일체화 성형품을 도 5에 나타냈다.

(실시예 12)

실시예 1에서 얻은 샌드위치 구조체(세로 300㎜×가로 300㎜)로부터 길이 250㎜, 폭 160㎜의 직사각형을 잘라내어 이것을 제 1 부재로 했다. 한편, 제 2 부재로서 PC 컴파운드를 사용했다. 이어서, 상기에서 제조된 제 1 부재를 샌드위치 구조체의 측면이 접합면이 되도록 사출 성형용 금형에 아웃서트하고, PC 컴파운드를 제 2 부재로서 사출 성형하여 일체화 성형품을 얻었다. 이 때, 사출 성형기의 실린더 온도는 300℃, 금형 온도는 60℃이었다. 본 실시예에 의한 일체화 성형품을 도 6에 나타냈다.

각 실시예 및 비교예 1, 2, 5 및 6에서는 코어재에 있어서 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있고, 클러스터가 관찰되었지만, 비교예 3, 4에서는 코어재에 있어서 클러스터는 관찰되지 않았다.

실시예 1~8과 비교예 1~4, 실시예 9와 비교예 5, 실시예 10과 비교예 6의 대비에 의해 본 발명의 샌드위치 구조체는 특정 코어재와 섬유 강화재를 스킨재로 사용하고 있는 점으로부터 경량성과 강성이 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 11에서는 제 1 부재로서 실시예 1의 샌드위치 구조체를 사용하고, 제 2 부재를 프레스 성형으로 형성함으로써 접합 상태가 양호한 일체화 성형품을 얻을 수 있었다. 실시예 12에서는 제 1 부재로서 실시예 1의 샌드위치 구조체를 사용하고, 제 2 부재를 사출 성형으로 형성함으로써 접합 상태가 양호한 일체화 성형품을 얻을 수 있었다. 이것은 샌드위치 구조체가 공극을 갖는 점으로부터 사출재의 PC 컴파운드가 샌드위치 구조체의 공극에 침입함으로써 앵커 효과가 발현되어 강고하게 접합된 일체화 성형품을 얻을 수 있었기 때문이다.

본 발명의 샌드위치 구조체 또는 일체화 성형품에 의하면 경량성, 박육성, 강성을 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 샌드위치 구조체를 사용하면 다른 부재와의 접합에 의한 일체화 성형품을 용이하게 성형할 수 있다. 따라서, 본 발명의 샌드위치 구조체 또는 일체화 성형품은 자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 수송용 상자체 등의 폭넓은 용도에 적합하게 사용할 수 있다.

1 : 클러스터 2, 3, 4 : 클러스터 중의 직선
5 : 샌드위치 구조체 6 : 코어재의 열가소성 수지
7 : 스킨재의 매트릭스 수지
8 : 매트릭스 수지를 관통하는 불연속 강화 섬유
9 : 코어재의 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 관통 거리
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 : 코어재의 불연속 강화 섬유(단섬유)
17 : 2차원 접촉각, 2차원 배향각 18, 21 : 일체화 성형품
19, 22 : 샌드위치 구조체 20, 23 : 제 2 부재

Claims

불연속 강화 섬유, 열가소성 수지 및 공극을 포함하는 코어재와, 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지를 포함하는 스킨재로 구성되는 샌드위치 구조체로서,
코어재에 있어서 불연속 강화 섬유의 30% 이상이 열가소성 수지로 피복됨과 아울러 불연속 강화 섬유의 단섬유끼리가 열가소성 수지를 통해 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항에 있어서,
코어재에 있어서 불연속 강화 섬유와 열가소성 수지는 최대 길이의 평균값 100㎛ 이상의 크기이며, 클러스터를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 2 항에 있어서,
상기 클러스터의 최대 길이의 평균값은 200㎛ 이상의 크기인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
코어재는 그 굽힘 탄성률이 2.5㎬ 이상 20㎬ 이하인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
코어재는 그 부피 비중이 0.01 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
스킨재에 있어서의 연속된 강화 섬유는 연속된 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
스킨재에 있어서의 연속된 강화 섬유는 그 인장 탄성률이 360㎬ 이상 1000㎬ 이하인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유는 불연속 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
코어재에 있어서의 불연속 강화 섬유의 일부는 스킨재로 관통하고 있고, 불연속 강화 섬유에 의한 스킨재로의 최대 관통 거리는 5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
코어재에 있어서의 열가소성 수지는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 변성 폴리페닐렌에테르, 폴리아릴렌술피드 및 폴리에테르에테르케톤으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 샌드위치 구조체의 제조 방법으로서,
이하의 공정 [1]~[3]을 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체의 제조 방법.
공정 [1]: 열가소성 수지가 용융 또는 연화되는 온도로 가열된 상태에서 압력을 부여하고, 코어재에 사용하는 강화 섬유에 열가소성 수지를 함침시켜 코어재의 전구체로 하는 공정
공정 [2]: 연속된 강화 섬유와 매트릭스 수지로 스킨재의 성형을 행하는 공정
공정 [3]: 코어재의 전구체를 가열된 상태에서 소정의 팽창 배율이 되도록 두께 조정을 함으로써 팽창시켜 코어재로 하는 공정
제 11 항에 있어서,
팽창 배율은 1.1배 이상 8배 이하인 것을 특징으로 하는 샌드위치 구조체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 샌드위치 구조체로 이루어지는 제 1 부재와, 별도의 성형체로 이루어지는 제 2 부재를 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품.
제 13 항에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서,
제 2 부재는 사출 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 인서트 사출 성형 또는 아웃서트 사출 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.
제 13 항에 기재된 일체화 성형품을 제조하는 방법으로서,
제 2 부재는 프레스 성형에 의한 성형체이며, 제 2 부재를 프레스 성형에 의해 제 1 부재에 접합하는 것을 특징으로 하는 일체화 성형품의 제조 방법.