KR20210023799A - 적층체 - Google Patents

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KR20210023799A
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fiber
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KR1020207025302A
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타카시 후지오카
켄타로 아다치
마사토 혼마
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

충격 흡수성의 지표가 되는 압축 특성을 발현하면서 형상 변형을 억제한 적층체, 또한 충격을 받았을 때의 감촉을 요구에 따라 제어할 수 있는 적층체를 제공하기 위해서 불연속의 강화 섬유 (A), 수지 (B), 및 공극 (C)를 포함하는 다공질 구조체와, 상기 다공질 구조체의 표면에 형성된 스킨층을 포함하는 적층체로서, 상기 다공질 구조체는 50% 압축 시의 탄성 회복력이 1㎫ 이상이며, 상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형량이 20㎛ 이하인 적층체라고 한다.

Description

적층체
본 발명은 외력에 의한 충격을 완화하는 충격 흡수성이 우수함과 아울러, 형상 변형을 억제한 적층체에 관한 것이다.
최근 자동차, 스포츠 용품, 전자 기기 등의 산업용 제품에 있어서는 강성이나 경량성의 향상에 대한 시장 요구가 해마다 높아지고 있다. 이러한 요구에 따르기 위해 강성이나 경량성이 우수한 섬유 강화 수지는 각종 산업 용도에 폭넓게 이용되어 있다. 이들 용도에서는 강화 섬유의 우수한 역학 특성을 활용한 고강도, 고강성 부재에 적응하는 제품 개발이 메인이었다. 한편, 섬유 강화 수지에 있어서는 최근 용도 전개가 급속히 진행되어 있으며, 강도나 강성이 요구되는 용도 이외에 유연성이나 충격 흡수성이 필요한 용도가 착목되어 있다. 이러한 충격 흡수성을 살린 용도에 있어서의 섬유 강화 수지의 개발에서는 강화 섬유와 열가소성 수지를 갖는 유연한 부재가 사용되어 있다(특허문헌 1).
한편, 공극을 갖는 부재와 섬유 강화제 수지로 구성되는 샌드위치 구조체가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
일본 특허공개 2004-217829호 공보 국제공개 제2015/029634호 팸플릿
상기 문헌에 기재된 구조체는 충격 흡수성의 발현과 형상 변형의 억제를 모두 만족하는 것은 아니었다. 또한, 사람이 접촉하는 것 같은 개소에 사용했을 경우 충격이 어떤 감촉으로 전달되는지 등 고려되어 있지 않은 것이었다. 그래서 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 충격 흡수성의 지표가 되는 압축 특성을 향상함과 아울러, 형상 변형을 억제한 적층체를 제공하는 것이다. 또한, 충격을 받았을 때의 감촉을 요구에 따라 제어한 적층체를 제공하는 것에도 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 의한 적층체는 이하 중 어느 하나의 구성을 갖고 있다.
(1) 불연속의 강화 섬유 (A), 수지 (B), 및 공극 (C)를 포함하는 다공질 구조체와, 상기 다공질 구조체의 표면에 형성된 스킨층을 포함하는 적층체로서,
상기 다공질 구조체는 50% 압축 시의 탄성 회복력이 1㎫ 이상이며,
상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형량이 20㎛ 이하인 적층체.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형률이 30×10-6 이하인 적층체.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 탄성 변형률이 100×10-6 이상인 적층체.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 반발 탄성이 30% 이상인 적층체.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 스킨층은 상기 다공질 구조체보다 높은 굽힘 탄성률을 갖는 적층체.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 다공질 구조체의 양 표면에 상기 스킨층이 배치된 샌드위치 구조를 갖는 적층체.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 다공질 구조체의 두께 tp와 상기 스킨층의 두께 ts의 비 tp/ts가 10 이상인 적층체.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 다공질 구조체 중에는
상기 강화 섬유 (A)가 0.5체적% 이상, 55체적% 이하의 범위 내,
상기 수지 (B)가 2.5체적% 이상, 85체적% 이하의 범위 내, 또한
상기 공극 (C)가 10체적% 이상, 97체적% 이하의 범위 내의 비율로 함유되는 적층체.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 스킨층이 스테인리스, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 섬유 강화 열가소성 수지, 섬유 강화 열경화성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 적층체.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 수지 (B)가 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 불소 고무, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 및 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 적층체.
(11) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 수지 (B)가 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르케톤케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 불소 수지, 액정 폴리머, 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 적층체.
(12) 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서, 상기 다공질 구조체가 연속한 공극 (C)를 형성해서 이루어지는 연속 기포 다공질 구조체인 적층체.
(13) 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, 상기 다공질 구조체에 있어서 접촉하는 상기 강화 섬유 (A) 사이의 교점을 상기 수지 (B)에 의해 피복해서 이루어지는 적층체.
(14) 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서, 상기 강화 섬유 (A)가 대략 모노필라멘트형상이며, 또한 랜덤으로 분산되어 있는 적층체.
(15) 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 적층체를 일부에 포함하는 스포츠 용품.
(16) 상기 (15)에 있어서, 타격면을 갖고, 상기 타격면이 상기 적층체에 의해 형성되어 있는 스포츠 용품.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면 다공질 구조체의 특성에 기인하는 충격 흡수성을 가지면서 표면에 형성된 스킨층에 의해 형상 변형을 억제한 적층체를 제공할 수 있다.
도 1(a)는 본 발명에 의한 강화 섬유 매트(다공질 구조체)를 매트의 두께 방향의 시점으로부터 본 강화 섬유 (A)의 분산 상태의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 1(b)는 매트의 두께 방향에 대해서 수직 방향의 시점으로부터 본 강화 섬유 (A)의 분산 상태의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 수지 (B)가 피복된 강화 섬유 (A)의 단면의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 의한 적층체의 낙구 충격 시험에 사용하는 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4(a)는 본 발명에 의한 다공질 구조체의 두께 방향에 대해서 수직 방향의 시점으로부터 본 다공질 구조체의 단면의 일례를 나타내는 모식도이며, 도 4(b)는 도 4(a)로 나타내어지는 단면에 직교하는 방향의 단면을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 의한 강화 섬유 매트의 제조 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 적층체에 대해서 설명한다.
본 발명의 적층체에 있어서는 다공질 구조체의 표면에 스킨층이 형성되어 있으며, 다공질 구조체는 불연속의 강화 섬유 (A)와, 수지 (B)와, 공극 (C)를 포함하고, 일정 이상의 탄성 회복력을 갖는다. 또한, 적층체는 스킨층이 형성된 면에 대해서 특정 조건에서 낙구 충격 시험을 행했을 때의 소성 변형량이 20㎛ 이하이다. 이에 따라 충격 흡수성의 발현과 형상 변형의 억제의 양립을 가능하게 한다.
〔강화 섬유 (A)〕
본 발명의 적층체에 있어서 다공질 구조체는 불연속의 강화 섬유 (A)를 갖는다. 불연속의 강화 섬유 (A)는 다공질 구조체 중에 있어서 대략 모노필라멘트형상이며, 또한 랜덤으로 분산되어 있는 것이 바람직하다. 강화 섬유 (A)를 불연속 섬유로 함으로써 다공질 구조체 전구체 또는 다공질 구조체를 외력을 가해서 성형할 경우에 복잡형상으로의 부형이 용이해진다. 또한, 강화 섬유 (A)를 대략 모노필라멘트형상이며, 또한 랜덤으로 분산시킴으로써 다공질 구조체 중에 섬유 다발로서 존재하는 강화 섬유 (A)가 적어지기 때문에 강화 섬유 (A)의 섬유 다발 단에 있어서의 약부를 극소화할 수 있고, 우수한 보강 효율 및 신뢰성에 추가하여 등방성도 부여된다.
여기에서 대략 모노필라멘트형상이란 강화 섬유 단사가 500개 미만인 세섬도 스트랜드에 의해 존재하는 것을 가리킨다. 더 바람직하게는 강화 섬유 단사가 모노필라멘트형상으로 분산되어 있는 것이다. 모노필라멘트형상이란 단사로서 존재하는 것을 가리킨다. 더 바람직하게는 모노필라멘트형상의 단섬유가 랜덤으로 분산되어 있는 것이다.
강화 섬유 (A)가 랜덤으로 분산되어 있다란 다공질 구조체 중에 있어서 임의로 선택한 강화 섬유 (A) 사이의 배향 각도(θs)(강화 섬유 간의 교차 각도)의 산술 평균값이 30° 이상, 60° 이하의 범위 내에 있는 것을 말한다. 이러한 배향 각도(θs)란 실질적으로 시트형상인 다공질 구조체의 면 방향에 있어서의 강화 섬유 (A)의 단섬유와 이 단섬유와 교차하는 다른 단섬유로 형성되는 각도이며, 교차하는 단섬유끼리가 형성하는 각도 중 0° 이상, 90° 이하의 범위 내에 있는 예각측의 각도로 정의한다.
이 배향 각도(θs)에 대해서 도면을 사용하여 더 설명한다. 도 1(a)는 다공질 구조체를 그 두께 방향의 시점으로부터 본 강화 섬유 (A)의 분산 상태의 일례를 나타내는 모식도이지만 이 도면에 있어서 단섬유(1a)를 기준으로 하면 단섬유(1a)는 다른 단섬유(1b~1f)와 교차하고 있다. 여기에서 교차란 관찰하는 2차원 평면에 있어서 기준으로 하는 단섬유가 다른 단섬유와 교차해서 관찰되는 상태인 것을 의미하고, 단섬유(1a)와 단섬유(1b~1f)가 반드시 접촉하고 있을 필요는 없고, 투영해서 보았을 경우에 교차해서 관찰되는 상태에 대해서도 예외는 아니다. 즉, 기준이 되는 단섬유(1a)에 대해서 보았을 경우 단섬유(1b~1f)의 전체가 배향 각도의 평가 대상이며, 도 1(a) 중에 있어서 배향 각도는 교차하는 2개의 단섬유가 형성하는 2개의 각도 중 0° 이상, 90° 이하의 범위 내에 있는 예각측의 각도(2)이다.
면 방향에 있어서의 강화 섬유 (A) 사이의 배향 각도(θs)를 측정하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 구성 요소(다공질 구조체)의 표면으로부터 강화 섬유 (A)의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다. 이 경우 다공질 구조체의 표면을 연마해서 강화 섬유 (A)를 노출시킴으로써 강화 섬유 (A)를 보다 관찰하기 쉬워진다. 또한, X선 CT 투과 관찰을 행하여 강화 섬유 (A)의 배향 화상을 촬영하는 방법도 예시할 수 있다. X선 투과성이 높은 강화 섬유 (A)의 경우에는 강화 섬유 (A)에 트레이서용의 섬유를 혼합해 두거나 또는 강화 섬유 (A)에 트레이서용의 약제를 도포해 두면 강화 섬유 (A)를 관찰하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 방법으로 측정이 곤란할 경우에는 가열로 등에 의해 적층체를 고온하에 있어서 수지 성분을 소실시킨 후 광학 현미경 또는 전자 현미경을 사용하여 인출한 강화 섬유 (A)로부터 강화 섬유 (A)의 배향을 관찰하는 방법을 예시할 수 있다.
배향 각도(θs)의 평균값은 다음 순서로 측정한다. 즉, 무작위로 선택한 단섬유(도 1에 있어서의 단섬유(1a))에 대해서 교차하고 있는 모든 단섬유(도 1에 있어서의 단섬유(1b~1f))와의 배향 각도의 평균값을 측정한다. 예를 들면, 어떤 단섬유에 교차하는 별도의 단섬유가 다수일 경우에는 교차하는 별도의 단섬유를 무작위로 20개 선택하여 측정한 산술 평균값을 대용해도 좋다. 이 측정을 별도의 단섬유를 기준으로 하여 합계 5회 반복하고, 그 산술 평균값을 배향 각도의 산술 평균값으로서 산출한다.
강화 섬유 (A)가 랜덤으로 분산되어 있음으로써 상술한 약 모노필라멘트형상으로 분산된 강화 섬유 (A)에 의해 주어지는 성능을 최대한까지 높일 수 있다. 또한, 다공질 구조체에 있어서의 역학 특성에 등방성을 부여할 수 있다. 이러한 관점으로부터 강화 섬유 (A)의 섬유 분산율, 즉 강화 섬유 (A)에 있어서의 랜덤으로 분산된 섬유의 비율은 90체적% 이상인 것이 바람직하고, 100체적%에 가까워질수록 보다 바람직하다. 또한, 강화 섬유 (A) 사이의 배향 각도의 산술 평균값은 40° 이상, 50° 이하의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하고, 이상적인 각도인 45°에 가까워질수록 더 바람직하다. 배향 각도의 바람직한 범위로서는 상술한 상한 중 어느 값을 상한으로 해도 좋고, 상술한 하한 중 어느 값을 하한으로 해도 좋다.
본 발명에 있어서의 강화 섬유 (A)는 부직포형상의 형태를 취하는 것이 강화 섬유 (A)로의 수지 (B)의 함침의 용이함의 관점으로부터 바람직하다. 또한, 강화 섬유 (A)가 부직포형상의 형태를 갖고 있음으로써 부직포 자체의 핸들링성의 용이함에 추가하여 고점도의 수지 (B)를 사용했을 경우에 있어서도 함침을 용이한 것으로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 여기에서 부직포형상의 형태란 강화 섬유 (A)의 스트랜드 및/또는 모노필라멘트가 규칙성 없이 면형상으로 분산된 형태를 가리키고, 촙 스트랜드 매트, 컨티뉴어스 스트랜드 매트, 초지 매트, 카딩 매트, 에어레이드 매트 등을 예시할 수 있다(이하, 이들을 정리해서 강화 섬유 매트라고 칭한다).
강화 섬유 (A)는 질량 평균 섬유 길이 Lf가 1~15㎜인 것이 다공질 구조체로의 강화 섬유 (A)의 보강 효율을 높일 수 있고, 다공질 구조체에 우수한 역학 특성이 주어지기 때문에 바람직하다. 강화 섬유 (A)의 질량 평균 섬유 길이가 1㎜ 미만일 경우 다공질 구조체 중의 공극 (C)를 효율 좋게 형성할 수 없기 때문에 밀도가 높아질 경우가 있으며, 바꿔 말하면 동일 질량이면서 소망하는 두께의 다공질 구조체를 얻는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않다. 한편, 강화 섬유 (A)의 질량 평균 섬유 길이가 15㎜보다 길 경우에는 다공질 구조체 중에서 강화 섬유 (A)가 자체 중량에 의해 굴곡하기 쉬워져 역학 특성의 발현을 저해하는 요인이 되므로 바람직하지 않다. 보강 효율과 밀도(경량성)의 관점으로부터 3㎜ 이상이 보다 바람직하고, 5㎜ 이상인 것이 더 바람직하다.
질량 평균 섬유 길이는 다공질 구조체 중의 수지 (B) 성분을 소실이나 용출 등의 방법에 의해 제거하고, 남은 강화 섬유 (A)로부터 무작위로 400개를 선택하고, 각각의 길이를 10㎛ 단위까지 측정하여 다음 식에 의해 구할 수 있다.
질량 평균 섬유 길이 Lf=Σ(Li×Wi/100)
Li: 측정한 섬유 길이(i=1, 2, 3, …, n)
Wi: 섬유 길이 Li의 섬유의 질량분율(i=1, 2, 3, …, n)
본 발명의 강화 섬유 (A)로서는 알루미늄, 황동, 스테인리스 등의 금속 섬유, PAN계, 레이온계, 리그닌계, 피치계의 탄소 섬유, 흑연 섬유, 유리 등의 절연성 섬유, 아라미드, PBO, 폴리페닐렌술피드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌 등의 유기 섬유, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드 등의 무기 섬유를 예시할 수 있다. 특히, PAN계 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유, 유리 섬유, 및 아라미드 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 다공질 구조체로 했을 때의 역학 특성과 경량성의 밸런스의 관점으로부터 바람직하다. 또한, 강화 섬유 (A)는 표면 처리가 실시되어 있는 것이어도 좋다. 표면 처리로서는 도전체로서 금속의 피착 처리 외에 커플링제에 의한 처리, 사이징제에 의한 처리, 결속제에 의한 처리, 첨가제의 부착 처리 등이 있다. 또한, 1종류의 강화 섬유 (A)를 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상을 병용해도 좋다. 그 중에서도 경량화 효과의 관점으로부터 비강도, 비강성이 우수한 PAN계, 피치계, 레이온계 등의 탄소 섬유가 바람직하게 사용된다. 또한, 얻어지는 다공질 구조체의 경제성을 높이는 관점으로부터는 유리 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 경제성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 유리 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 다공질 구조체의 충격 흡수성이나 부형성을 높이는 관점으로부터는 아라미드 섬유가 바람직하게 사용되고, 특히 역학 특성과 충격 흡수성의 밸런스로부터 탄소 섬유와 아라미드 섬유를 병용하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어지는 다공질 구조체의 도전성을 높이는 관점으로부터는 니켈이나, 구리나, 이테르븀 등의 금속을 피복한 강화 섬유를 사용할 수도 있다. 이들 중에서 강도와 탄성률 등의 역학 특성이 우수한 PAN계의 탄소 섬유를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.
〔수지 (B)〕
본 발명의 다공질 구조체는 수지 (B)를 갖는다. 수지 (B)로서는 열가소성 수지나 열경화성 수지를 예시할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 열경화성 수지와 열가소성 수지가 블렌드되어 있어도 좋고, 그 경우에는 수지 (B)를 구성하는 성분 중 50질량%를 초과하는 양을 차지하는 성분을 수지 (B)의 명칭으로 한다.
본 발명에 있어서의 1개의 형태에 있어서 수지 (B)는 적어도 1종류 이상의 열가소성 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 열가소성 수지로서는 「폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프타레이트 수지, 액정 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀 수지, 폴리옥시메틸렌 수지, 폴리아미드6, 폴리아미드66 등의 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌술피드 수지 등의 폴리아릴렌 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르케톤케톤 수지 등의 폴리아릴렌에테르케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지, 액정 폴리머」 등의 결정성 수지, 「스티렌계 수지 외 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아릴레이트 수지」 등의 비결정성 수지, 그 외 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 예시할 수 있다.
상기 결정성 수지, 비결정성 수지 중 얻어지는 다공질 구조체 및 적층체에 비교적 단단한 감촉을 함께 갖게 하는 관점으로부터는 수지 (B)가 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르케톤케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 불소 수지, 액정 폴리머, 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 엔지니어링 플라스틱이나 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이라고 불리는 역학 특성이 높은 수지를 사용함으로써 본원의 효과인 충격 흡수성이 우수함과 아울러, 형상 변형을 억제하고, 또한 경량성도 만족하는 것 같은 적층체를 얻을 수 있다. 한편, 범용 수지라고 불리는 수지를 사용해도 본원의 효과를 발현하는 것은 가능하지만 다공질 구조체의 구성이나 스킨층의 구성 등의 설계 자유도가 한정적이게 된다.
또한, 다공질 구조체 및 적층체에 비교적 부드러운 감촉을 함께 갖게 하는 관점으로부터는 실온에서 고무 탄성을 나타내는 수지인 것이 바람직하다. 수지 (B)가 실온에서 고무 탄성을 나타낸다란 실온하에서 수지 (B)를 변형시키고, 변형에 요한 응력을 개방한 후에 원래의 형상으로 되돌아오는 특징을 말한다. 구체적으로는 JIS K6400(2012)에 기재된 1호형 덤벨 시험편을 신장한 후에 신장에 요한 응력을 해제한다. 그 후 거의 원래의 길이로 탄성적으로 회복하는 것을 가리킨다. 단, 원래의 길이로 완전히 회복할 필요는 없고, 신장 전의 치수를 100%라고 했을 경우에 신장에 요한 응력을 개방한 후의 치수 변화가 80% 이상 120% 이하, 바람직하게는 90% 이상 150% 이하를 나타내는 것이어도 좋다. 또한, 실온이란 25℃를 의미한다. 고무 탄성의 발현을 위해, 특히 수지 (B)는 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 불소 고무, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 및 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 1개의 형태에 있어서 수지 (B)는 적어도 1종류 이상의 열경화성 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지로서는 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 열경화성 폴리이미드, 이들의 공중합체, 변성체, 및 이들의 적어도 2종류를 블렌드한 수지를 예시할 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서 본 발명에 의한 다공질 구조체는 엘라스토머 또는 고무 성분 등의 내충격성 향상제, 다른 충전재나 첨가제를 함유해도 좋다. 충전재나 첨가제의 예로서는 무기 충전재, 난연제, 도전성 부여제, 결정 핵제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 제진제, 항균제, 방충제, 방취제, 착색 방지제, 열안정제, 이형제, 대전 방지제, 가소제, 활제, 착색제, 안료, 염료, 발포제, 제포제, 또는 커플링제를 예시할 수 있다.
본 발명의 다공질 구조체는 서로 접촉하는 강화 섬유 간의 교점(강화 섬유 간의 교점을 이하 교점이라고 기재한다)을 수지 (B)가 피복하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 강화 섬유 (A)와 다른 강화 섬유 (A)의 교점에 있어서의 수지 (B)에 의한 피복 두께가 1㎛ 이상, 15㎛ 이하의 범위 내에 있는 것이 압축 시의 탄성 회복력을 발현시키는 관점으로부터 바람직하다. 수지 (B)에 피복된 교점의 피복 상태로서는 다공질 구조체의 형상 안정성이나, 압축 특성의 발현의 관점으로부터 적어도 다공질 구조체를 구성하는 강화 섬유 (A)의 단섬유끼리의 교차하는 점이 수지 (B)에 의해 피복되어 있으면 충분하지만 더 바람직한 실시형태로 하면 상기 교점의 주위도 상술한 두께로 피복된 상태인 것이 바람직하다. 이 상태는 강화 섬유 간의 교점의 표면이 수지 (B)에 의해 노출되어 있지 않은, 바꿔 말하면 강화 섬유 (A)에 수지 (B)에 의한 전선형상의 피막이 형성되어 있는 것을 의미한다. 이것에 의해 다공질 구조체는 추가로 형상 안정성을 가짐과 아울러, 역학 특성의 발현이 충분한 것이 된다. 또한, 수지 (B)에 피복된 교점의 피복 상태는 그 강화 섬유 (A)의 전체에 있어서 피복되어 있을 필요는 없고, 본 발명에 의한 다공질 구조체의 형상 안정성이나 압축 탄성률을 손상하지 않는 범위 내에서 있으면 좋다. 예를 들면, 서로 접촉하는 강화 섬유 간이 형성하는 교점의 50% 이상이 수지 (B)로 피복되어 있는 상태가 바람직하고, 더 바람직하게는 압축 시의 탄성 회복력 발현의 안정성의 관점으로부터 80% 이상이다.
여기에서 강화 섬유 (A)와 다른 강화 섬유 (A)의 교점을 피복하는 수지 (B)는 1종이어도 좋고, 2종 이상의 복수 종류의 수지 (B)이어도 좋다. 그 중에서도 강화 섬유 (A)를 제 1 수지 (B)로 피복한 후, 제 2 수지 (B)에 의해 더 피복하는 것이 강화 섬유의 취급성, 다공질 구조체로 했을 때의 압축 시에 있어서의 탄성 회복력을 효과적으로 발현하는 관점으로부터 바람직하다. 제 1 수지 (B)는 불연속 섬유인 강화 섬유 (A)를 메움으로써 제 2 수지 (B)와 복합화시킬 때의 핸들링성을 향상시키는 효과를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 수지 (B)와 강화 섬유 (A)의 친화성을 높이는 효과를 갖는 것도 바람직하다.
이러한 피복 상태(피복 두께)는 다공질 구조체를 소편으로 잘라내고, 그 단면을 주사형 전자 현미경(SEM) 등의 고배율로 관찰 가능한 장치를 사용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다. 예를 들면, SEM에 의해 3000배의 배율로 관찰, 촬영하고, 얻어진 화상으로부터 도 2에 나타내는 바와 같은 강화 섬유 (A)의 단면이 커팅된 임의의 50개소로부터 강화 섬유 간의 교점에 피복하고 있는 수지 (B)의 피복 두께를 측정할 수 있다. 구체적으로는 대상이 되는 각 강화 섬유 (A)(교차하는 2개의 강화 섬유 (A))의 중심을 지나는 선분과 강화 섬유 (A)의 최표면의 교점 2개를 연결하는 선분의 거리(4)와, 그들 강화 섬유 (A)의 중심을 지나는 선분과 강화 섬유 (A)를 피복한 수지의 최표면의 교점 2개를 연결하는 선분의 거리(5)의 차를 2로 나눈 두께를 임의의 점에 있어서의 수지 (B)의 피복 두께로 한다. 강화 섬유 (A)와 다른 강화 섬유 (A)의 교점을 피복한 수지 (B)의 두께의 대표값으로서는 이러한 50개소의 측정 결과의 산술 평균값을 사용함으로써 구해진다. 또한, 강화 섬유 (A)가 2종의 수지에 의해 피복되어 있을 경우의 측정에 있어서는 미리 제 2 수지 (B)가 부여되어 있지 않은 2개의 강화 섬유 (A)의 교점(상술한 바와 같이 제 1 수지 (B)에 의해 결합되어 이루어지는 2개의 강화 섬유 (A)의 교점)을 상기와 마찬가지로 관찰, 촬영하여 상기 교점의 직경(d1)을 구해 두고, 제 2 수지 (B)를 부여한 후의 화상으로부터 얻어지는 교점의 직경(d2)으로부터 상술한 교점의 직경(d1)을 빼서 구함으로써 더 정밀도가 좋은 측정 결과를 얻을 수 있다. 이러한 교점의 직경은 관찰 시야로부터 얻어지는 교점의 단면의 최대 직경을 구한다. 구한 최대 직경과 직각 방향의 섬유 지름을 측정하고, 산술 평균한 것을 교점 및 제 1 수지 (B) 및/또는 제 2 수지 (B)에 피복된 교점의 직경으로 한다.
또한, 수지 (B)에 의한 피복 비율은 다공질 구조체를 소편으로 잘라내고, 그 단면을 주사형 전자 현미경(SEM) 등의 고배율로 관찰 가능한 장치를 사용하여 관찰함으로써 측정할 수 있다. 예를 들면, SEM에 의해 1000배의 배율로 관찰, 촬영하여 얻어진 화상으로부터 얻어지는 임의의 400개소로부터 수지 (B)가 피복하고 있는 교점의 수를 측정한 교점의 수(즉, 400)로 나눔으로써 수지 (B)에 의해 교점이 피복된 피복 비율을 산출할 수 있다. 또한, 400개소 미만이어도 피복 비율을 얻는 것은 가능하지만 400개소 이상으로 함으로써 측정자 간에서의 오차를 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
〔다공질 구조체〕
본 발명에 있어서의 다공질 구조체는 공극 (C)를 갖는다. 또한, 밀도 ρp가 0.01g/㎤ 이상, 1.3g/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 다공질 구조체의 밀도 ρp가 1.3g/㎤ 이하임으로써 적층체로 했을 경우의 질량의 증가를 방지하고, 경량성을 담보할 수 있기 때문에 바람직하다. 다공질 구조체의 밀도 ρp가 0.01g/㎤ 이상임으로써 다공질 구조체 자신의 밀도는 우수하고, 다공질 구조체 중의 강화 섬유 (A)와 수지 (B) 성분의 체적 비율이 지나치게 적어지는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에 탄성 회복력, 형상 변형의 억제의 밸런스가 잡힌 적층체로 할 수 있기 때문에 바람직하고, 상술한 관점으로부터 다공질 구조체의 밀도는 0.03g/㎤ 이상인 것이 보다 바람직하고, 또한 경량성과 탄성 회복력, 형상 변형의 억제의 밸런스를 고려하면 0.1g/㎤ 이상이 바람직하다. 또한, 적층체의 경량성의 관점으로부터 밀도가 1.0g/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 0.8g/㎤ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 다공질 구조체를 100체적%로 하면 공극 (C)의 체적 함유율은 10체적% 이상 97체적% 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 공극 (C)의 체적 함유율이 10체적% 이상일 경우 다공질 구조체의 경량성을 만족하기 때문에 바람직하다. 한편, 공극 (C)의 체적 함유율이 97체적% 이하일 경우에는 바꿔 말하면 강화 섬유 (A)의 주위에 피복된 수지 (B)의 두께가 충분히 확보되어 다공질 구조체 중에 있어서의 강화 섬유 (A)끼리의 보강이 충분히 행해지기 때문에 역학 특성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
여기에서 공극 (C)에는 수지 (B)에 의해 피복된 강화 섬유 (A)가 기둥형상의 지지체가 되며, 그것이 서로 겹치거나 또는 교차함으로써 형성된 공간이 포함된다. 예를 들면, 강화 섬유 (A)에 수지 (B)가 미리 함침된 다공질 구조체 전구체를 가열해서 다공질 구조체를 얻을 경우 가열에 따르는 수지 (B)의 용융 또는 연화에 의해 강화 섬유 (A)가 기모해서 공극 (C)가 형성된다. 이것은 다공질 구조체 전구체에 있어서 가압에 의해 압축 상태로 되어 있었던 내부의 강화 섬유 (A)가 그 탄성률로부터 유래되는 기모력에 의해 기모하는 성질에 의거한다. 또한, 별도의 형성 방법으로서는 다공질 구조체 전구체에 압축 가스의 방압(放壓)이나 기체 등의 물리적 변화에 의해 발포하는 물리 발포제나, 열분해나 화학 반응에 의해 가스를 발생하는 화학 발포제 등을 포함시켜 두는 것을 들 수 있다. 이들 중에서 열분해에 의해 질소 가스나 탄산 가스를 발생하는 화학 발포제를 열분해형 화학 발포제라고 한다. 열분해형 화학 발포제는 상온에 있어서 액체 또는 고체의 화합물이며, 가열되었을 때에 분해 또는 기화하는 화합물이다. 또한, 열분해형 화학 발포제는 본 발명에 의한 구조체의 제조 방법에 사용하는 구조체 전구체를 제조하는 과정을 실질적으로 방해하지 않는 것이 바람직하고, 열분해형 화학 발포제의 분해 온도는 180~250℃의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다공질 구조체는 연속한 공극 (C)가 형성된 연속 기포 다공질 구조체인 것이 바람직하다. 연속 기포 다공질 구조체로 함으로써 적층체에 외력이 가해졌을 때에 받는 충격 에너지를 진동이나 열 등의 에너지로 변환하기 쉬워지며, 충격 흡수성의 향상 및 형상 변형을 억제할 수 있다. 또한, 「연속한」이란 상기 다공질 구조체의 일방측으로부터 타방측으로 연속해 있는 것이며, 통기성을 갖는다고도 말할 수 있다.
본 발명에 있어서 다공질 구조체를 구성하는 수지 (B), 강화 섬유 (A), 및 공극 (C) 각각의 체적 함유율의 합계를 100체적%로 했을 경우 다공질 구조체에 있어서의 수지 (B)의 체적 함유율은 2.5체적% 이상 85체적% 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 수지 (B)의 체적 함유율이 2.5체적% 이상일 경우 다공질 구조체중의 강화 섬유 (A)끼리를 결착하고, 강화 섬유 (A)의 보강 효과를 충분한 것으로 할 수 있기 때문에 다공질 구조체의 역학 특성, 특히 압축 특성 및 굽힘 특성을 만족할 수 있으므로 바람직하다. 한편, 수지 (B)의 체적 함유율이 85체적% 이하일 경우에는 수지량이 적은 점에서 공극 구조를 취하는 것이 용이해지므로 바람직하다.
다공질 구조체에 있어서의 강화 섬유 (A)의 체적 함유율은 0.5체적% 이상 55체적% 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 강화 섬유 (A)가 0.5체적% 이상일 경우 강화 섬유 (A)로부터 유래되는 보강 효과를 충분한 것으로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 한편, 강화 섬유 (A)의 체적 함유율이 55체적% 이하일 경우에는 강화 섬유 (A)에 대한 수지 (B)의 체적 함유율이 상대적으로 많아지며, 다공질 구조체 중의 강화 섬유 (A)끼리를 결착하고, 강화 섬유 (A)의 보강 효과를 충분한 것으로 할 수 있기 때문에 다공질 구조체의 역학 특성, 특히 압축 특성 및 굽힘 특성을 만족할 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 다공질 구조체는 50% 압축 시의 탄성 회복력이 1㎫ 이상이다. 이 탄성 회복력은 JIS K7220(2006)으로 측정되는 것이며, 다공질 구조체를 두께 방향으로 50% 압축했을 때의 압축 강도이다. 두께 방향의 50% 압축 시의 탄성 회복력이 1㎫ 이상임으로써 다공질 구조체는 형상 유지성이 우수하기 때문에, 예를 들면 제품으로서 다른 부재에 부착할 때의 핸들링성이 우수하다. 또한, 실용상, 다공질 구조체의 두께 방향을 부하가 가해지는 방향으로서 사용했을 경우 경미한 하중에는 견딜 수 있고, 또한 일정 이상의 하중이 가해졌을 경우에는 변형되기 때문에 적층체를 제품으로서 사용했을 경우에 부착한 부재나 몸에 걸친 사람에 대한 충격의 영향을 완화하는 것이 가능한 점에서 바람직하다. 50% 압축 시의 탄성 회복력은 1㎫ 이상이면 실용상 문제없지만 바람직하게는 3㎫ 이상, 더 바람직하게는 5㎫ 이상이다. 탄성 회복력의 상한값에 대해서는 특별히 한정은 되지 않지만 50㎫ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30㎫ 이하, 더 바람직하게는 10㎫ 이하이다. 이러한 범위이면 압축 특성과 형상 변형의 억제, 경량성의 밸런스의 관점을 만족하기 쉽다.
또한, 본 발명에 있어서는 다공질 구조체의 두께 방향의 단면(이하, 단면 방향이라고 한다)에 있어서의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)가 60° 이하인 것이 바람직하고, 또한 3° 이상인 것도 바람직하다. 상기 배향 각도(θf)는 다공질 구조체의 단면 방향에 대한 강화 섬유 (A)의 기울기 정도를 나타내는 지표이며, 바꿔 말하면 평면 방향에 대한 강화 섬유 (A)의 기울기 정도이기도 하다. 다공질 구조체의 두께 방향의 단면(x-z 평면)에 있어서, 예를 들면 도 4(a)에 나타내는 바와 같은 절단면을 갖는 단섬유(1)는 그 절단면으로부터 깊이 방향(y 방향)을 나타내는 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 섬유가 서있게 된다. 이렇게 강화 섬유 (A)의 기울기 정도는 기본적으로 두께 방향의 단면에 있어서의 강화 섬유 (A)의 단면형상과 상관이 있으므로 이 강화 섬유 (A)의 단면형상으로부터 산출할 수 있다.
상기 배향 각도(θf)는 값이 클수록 평면에 대해서 서서 기울고 있는 것을 나타내고, 0° 이상, 90° 이하의 범위에서 주어지지만 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)를 적절한 범위로 함으로써 다공질 구조체에 있어서의 보강 기능을 보다 효과적으로 발현할 수 있다. 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)의 상한값에는 특별히 제한은 없지만 다공질 구조체로 했을 때의 굽힘 탄성률의 발현을 감안하여 60° 이하인 것이 바람직하고, 또한 45° 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)가 3° 미만일 경우 다공질 구조체 중의 강화 섬유 (A)가 평면형상, 바꿔 말하면 2차원으로 배향한 상태가 된다. 이 상태는 공극 (C)의 형성이 적은 상태가 되기 때문에, 경량성을 만족할 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)는 3° 이상인 것이 바람직하다.
단면 방향에 있어서의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)를 측정하는 방법으로서는 기본적으로는 상기 면 방향에 있어서의 강화 섬유 (A) 사이의 배향 각도(θs)와 마찬가지의 방법을 예시할 수 있다. 그 중에서도 다공질 구조체를 에폭시 수지로 포매하고, 단면을 연마해서 측정하는 것이 바람직하다. 강화 섬유 (A)의 단면형상으로부터 배향 각도(θf)를 산출하는 것에 있어서는 강화 섬유 (A)의 단면형상(장축(α)의 기울기(θx)나, 장축(α)과 단축(β)의 애스펙트비(α/β) 등)으로부터 산출하는 방법을 들 수 있다.
본 발명에 의한 다공질 구조체는, 예를 들면 매트형상의 강화 섬유 (A)(이하, 간단히 강화 섬유 매트라고 칭한다)에 수지 (B)를 함침시킨 다공질 구조체 전구체를 개재하여 제조할 수 있다. 다공질 구조체 전구체를 제조하는 방법으로서는 강화 섬유 매트와 수지 (B)를 적층하고, 수지 (B)를 용융 또는 수지 (B)의 연화 온도 이상으로 가열한 상태로 압력을 부여하고, 강화 섬유 매트에 수지 (B)를 함침시키는 방법을 사용하는 것이 제조의 용이함의 관점으로부터 바람직하다. 상기 방법을 실현하기 위한 설비로서는 압축 성형기나 더블 벨트 프레스를 적합하게 사용할 수 있다. 압축 성형기를 사용할 경우에는 배치식이 되며, 가열용과 냉각용의 2기 이상을 병렬한 간헐식 프레스 시스템으로 함으로써 생산성의 향상이 도모된다. 더블 벨트 프레스를 사용할 경우에는 연속식이 되며, 연속적인 가공을 용이하게 행할 수 있으므로 연속 생산성이 우수하다. 한편, 수지 (B)가 수용액이나 에멀션의 형태일 경우에는 강화 섬유 매트에 커튼 코팅이나 딥 등의 방법에 의해 수지 (B)를 첨가하고, 수분이나 용매분을 건조시키는 방법을 채용할 수도 있지만 강화 섬유 매트에 수지 (B)를 부여할 수 있는 방법이면 방법에 의하지 않고 채용할 수 있다.
〔스킨층〕
본 발명의 적층체에 있어서의 스킨층은 다공질 구조체의 표면에 형성되는 층형상의 부재이며, 다공질 구조체와 함께 적층체를 형성한다. 본 발명에 있어서의 스킨층은 적층체의 형상 변형의 억제를 보조하는 역할을 담당하는 관점으로부터 상기 다공질 구조체보다 높은 굽힘 탄성률을 갖는 것이 바람직하다. 특별히 한정은 되지 않지만 다공질 구조체의 굽힘 탄성률의 3배 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5배 이상, 더 바람직하게는 10배 이상이다. 그 중에서도 스테인리스, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 섬유 강화 열가소성 수지, 섬유 강화 열경화성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 비강성이 높은 섬유 강화 열가소성 수지 또는 섬유 강화 열경화성 수지를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 재료를 사용함으로써 소량의 스킨층에서 본 발명의 효과인 충격 흡수 특성과 형상 변형의 억제를 양립할 수 있다.
상기 섬유 강화 열가소성 수지, 섬유 강화 열경화성 수지로서는 연속한 강화 섬유에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 함침시킨 시트형상 중간 기재(프리프레그)를 사용할 수도 있다. 여기에서 연속한 강화 섬유란 적어도 일방향으로 100㎜ 이상의 길이로 연속한 것이며, 그 다수 개를 일방향으로 배열한 집합체, 소위 강화 섬유 다발이 적층체의 전체 길이에 걸쳐 연속하고 있는 것이다. 연속한 강화 섬유로 이루어지는 시트형상 중간 기재의 형태로서는 다수 개의 연속한 강화 섬유로 이루어지는 강화 섬유 다발로 구성된 크로스, 다수 개의 연속한 강화 섬유가 일방향으로 배열된 강화 섬유 다발(일방향성 섬유 다발), 이 일방향성 섬유 다발로 구성된 일방향성 크로스 등이 있다. 강화 섬유는 동일한 형태의 복수 개의 섬유 다발로 구성되어 있어도 또는 상이한 형태의 복수 개의 섬유 다발로 구성되어 있어도 좋다. 하나의 강화 섬유 다발을 구성하는 강화 섬유 수는 통상 300~48,000개이지만 프리프레그의 제조나 크로스의 제조를 고려하면 바람직하게는 300~24,000개이며, 보다 바람직하게는 1,000~12,000개이다.
이때 다공질 구조체의 두께 tp와 스킨층의 두께 ts의 비 tp/ts가 10 이상인 것이 바람직하다. 적층체의 경량성의 관점으로부터 tp/ts는 보다 바람직하게는 15 이상, 더 바람직하게는 20 이상이다. 특별히 한정은 되지 않지만 30이나 있으면 형상 변형의 억제 및 경량성과의 밸런스의 관점으로부터 만족할 수 있다.
〔적층체〕
본 발명에 있어서의 적층체는 상기 다공질 구조체의 표면에 상기 스킨층이 적층되어서 형성되는 적층체이며, 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형량이 20㎛ 이하이다. 상기 소성 변형량이 20㎛ 이하임으로써 변형 형상의 억제가 우수한 적층체로 할 수 있다. 소성 변형량이 20㎜를 초과하면 적층체 표면에 형상 변형(패임)이 발생해 있는 것을 육안으로 용이하게 확인할 수 있고, 본 발명의 적층체를 사용한 제품이 본래의 특성을 발휘할 수 없을 경우나 제품의 가치가 저하될 경우가 있다. 상기 소성 변형량은 더 바람직하게는 15㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하이며, 일반적으로는 적으면 적을수록 좋다. 여기에서 본 발명에 있어서의 낙구 충격 시험에 있어서는 도 3(a)에 나타내는 바와 같은 금속판(6)에 고정한 적층체(7)에 대해서 JIS B1501(2009)에 규정되는 표기 20㎜, 등급 G40(질량: 32.7g)의 강구(9)를 300㎜의 높이로부터 스킨층이 형성된 면의 중심을 목표로 해서 자유 낙하시킨다. 이때의 소성 변형량이란 낙구 충격 시험 전후의 적층체의 두께를 마이크로미터로 측정한 값으로부터 다음 식에 의해 산출되는 값이다.
소성 변형량: Δt[㎛]=(t0-t1)
낙구 충격 시험 전의 적층체의 두께: t0
낙구 충격 시험 후의 적층체의 두께: t1
본 발명에 있어서의 적층체는 또한 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형률이 30×10-6 이하인 것이 바람직하다. 여기에서 소성 변형률이란 상기 낙구 충격 시험에 있어서 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 적층체(7)의 스킨층 표면에 변형 게이지(10)를 부착하고, 적층체에 강구(9)를 낙구시키고나서 5초 후에 측정한 변형이다. 소성 변형률이 30×10-6을 초과할 경우 적층체 표면에 형상 변형(패임)이 발생해 있으며, 본 발명의 적층체를 사용한 제품이 본래의 특성을 발휘할 수 없을 경우나 제품의 가치가 저하될 경우가 있다. 상기 소성 변형률은 더 바람직하게는 20×10-6 이하이며, 보다 바람직하게는 10×10-6 이하이며, 적으면 적은수록 좋다.
본 발명에 있어서의 적층체는 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 탄성 변형률이 100×10-6 이상인 것이 바람직하다. 여기에서 탄성 변형률이란 상기 낙구 충격 시험에 있어서 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 적층체(7)의 스킨층 표면에 변형 게이지(10)를 부착하여 적층체(7)에 강구(9)를 낙구시키고, 그 강구(9)가 적층체(7)에 접촉했을 때의 변형의 피크값인 것이다. 탄성 변형률이 100×10-6 미만일 경우 적층체의 형상 변화가 작은 것을 나타내고 있으며, 적층체의 일방의 스킨층 표면으로부터 외력을 받았을 때에 적층체의 타방으로 충격을 완화하는 일 없이 전달해버려 필요하게 되는 충격 흡수성이 얻어지지 않는다. 충격 흡수성의 관점 및 보다 부드러운 감각을 얻는 관점으로부터 탄성 변형률은 보다 바람직하게는 500×10-6 이상, 더 바람직하게는 1000×10-6 이상이다. 특별히 한정은 되지 않지만 탄성 변형률이 크면 부드러운 감각은 얻어지는 한편, 적층체가 크게 변형되어버리는 경우가 있을 수 있다. 탄성 변형률이 3000×10-6이면 압축 특성 및 형상 변형의 억제를 만족할 수 있다.
본 발명에 있어서의 적층체는 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 반발 탄성이 30% 이상인 것이 바람직하다. 반발 탄성이 30% 이상임으로써 적층체의 과도한 형상 변형을 억제할 수 있다. 반발 탄성이 30% 미만일 경우 외력에 의한 충격을 과잉으로 흡수하는 것을 나타내고, 적층체가 크게 변형되어 있다고도 말할 수 있다. 이 때문에 제품으로서 활용할 경우에는 적층체의 두께를 두껍게 설계하지 않으면 안되게 된다. 보다 바람직하게는 40% 이상, 더 바람직하게는 50% 이상이다. 여기에서 반발 탄성이란 상기 낙구 시험에 있어서의 시험 전후의 강구의 높이 및 다음 식에 의해 산출되는 값이다.
반발 탄성[%]=(h1/h0)×100
낙구 충격 시험 전의 강구의 높이: h0
낙구 충격 시험 후의 강구의 높이: h1
본 발명의 적층체는 상기 다공질 구조체의 양 표면에 상기 스킨층이 배치된 샌드위치 구조를 갖는 것이 바람직하다. 그 중에서도 적층체의 두께 방향의 중심축으로부터 대상이 되는 구성(대칭 구조)인 것이 보다 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써 본 발명의 적층체를 제품에 적용했을 경우에 외력을 받는 면이 한정되는 일 없이 설계 자유도를 높이는 것이 가능해진다. 이때 적층체의 측면에도 상기 스킨층이 배치되어 있어도 좋다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
(실시예)
(1) 다공질 구조체의 50% 압축 시에 있어서의 탄성 회복력
다공질 구조체로부터 시험편을 잘라내고, JIS K7220(2006)을 참고로 해서 다공질 구조체의 압축 특성을 측정했다. 이때 적층체로부터 스킨층을 박리하고, 다공질 구조체만으로 하는 것이 바람직하다. 단, 압축 시험 시에 스킨층의 두께 변화가 발생하지 않을 경우에는 적층체인 채 평가를 행해도 좋다. 시험편은 세로 25±1㎜, 가로 25±1㎜로 잘라냈다. 얻어진 시험편의 압축 특성은 만능 시험기를 사용하여 측정했다. 이때 시험 전의 두께에 대해서 50%의 두께에 도달했을 때에 만능 시험기가 나타내는 힘 Fm과 시험편의 시험 전의 저면 단면적 A0를 사용하여 다음 식에 의해 압축 강도 σm을 산출하고, 탄성 회복력이라고 했다. 측정 장치로서는 "INSTRON(등록상표)" 5565형 만능 재료 시험기(Instron Japan Co., Ltd.제)를 사용했다. 이 측정을 합계 5회 반복하고, 그 산술 평균값을 다공질 구조체의 50% 압축 시에 있어서의 탄성 회복력으로서 산출했다.
탄성 회복력: σm[㎫]=Fm[N]/A0[㎟]
(2) 적층체의 소성 변형량: Δt
적층체로부터 세로 100±1㎜, 가로 100±1㎜의 시험편을 잘라냈다. 도 3에 나타내는 바와 같은 금속판(6)에 잘라낸 시험편(7)을 고정하고, JIS B1501(2009)에 규정하는 표기 20㎜, 등급 G40(질량: 32.7g)의 강구(9)를 300㎜의 높이로부터 스킨층이 형성된 면의 중심을 목표로 해서 자유 낙하시켜 낙구 충격 시험을 행했다. 마이크로미터로 측정한 낙구 충격 시험 전후의 적층체의 두께로부터 다음 식에 의해 산출하고, 적층체의 소성 변형량이라고 했다. 이 측정을 합계 10회 반복하고, 그 산술 평균값을 적층체의 소성 변형량으로서 산출했다.
소성 변형량: Δt[㎛]=t0-t1
낙구 충격 시험 전의 적층체의 두께: t0
낙구 충격 시험 후의 적층체의 두께: t1
(3) 적층체의 소성 변형률
상기 (2) 적층체의 소성 변형량을 측정하는 낙구 충격 시험에 있어서 잘라낸 시험편의 스킨층 표면에 있어서의 중심 위치로부터 15㎜ 떨어진 위치에 변형 게이지를 부착하고, 낙구 충격 시험 시의 저항값(Ω)의 변화를 측정하여 변형을 산출했다. 이때 낙구 충격 시험의 5초 후의 변형된 값을 적층체의 소성 변형률이라고 했다. 이 측정을 합계 10회 반복하고, 그 변형된 값의 산술 평균값을 적층체의 소성 변형률로서 산출했다.
(4) 적층체의 탄성 변형률
상기 (3)의 적층체의 소성 변형률을 측정하는 낙구 충격 시험에 있어서 강구가 시험편에 접촉했을 때의 변형의 피크값을 적층체의 탄성 변형률이라고 했다. 이 측정을 합계 10회 반복하고, 그 피크값의 산술 평균값을 적층체의 탄성 변형률로서 산출했다.
(5) 적층체의 반발 탄성
상기 (3)의 적층체의 소성 변형률을 측정하는 낙구 충격 시험에 있어서 강구가 시험편에 접촉한 후의 튀어 오른 높이 h1을 측정했다. 이때 낙구 충격 시험 전후의 강구의 높이로부터 다음 식에 의해 산출하고, 적층체의 반발 탄성이라고 했다. 이 측정을 합계 10회 반복하고, 그 높이와 다음 식으로부터 산출되는 값의 산술 평균값을 적층체의 반발 탄성으로서 산출했다.
반발 탄성[%]=(h1/h0)×100
낙구 충격 시험 전의 강구의 높이: h0
낙구 충격 시험 후의 강구의 높이: h1
(6) 다공질 구조체 및 스킨층의 굽힘 시험
적층체로부터 상기 적층체를 구성하는 다공질 구조체 및 스킨층을 분리한 후 각 시험편을 잘라내고, ISO178법(1993)에 따라 굽힘 탄성률을 측정했다. 시험편은 임의의 방향을 0° 방향으로 했을 경우에 +45°, -45°, 90° 방향의 4방향에 대해서 잘라낸 시험편을 제작하고, 각각의 방향에 대해서 측정수 n=5로 하고, 산술 평균값을 굽힘 탄성률 Ec라고 했다. 측정 장치로서는 "INSTRON(등록상표)" 5565형 만능 재료 시험기(Instron Japan Co., Ltd.제)를 사용했다.
(7) 다공질 구조체 및 스킨층의 두께
적층체로부터 세로 10㎜, 가로 10㎜로 시험편을 5장 잘라내고, 시험편을 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION제, VK-9510)으로 400배로 확대하여 관찰을 행했다. 관찰 화상을 범용 화상 해석 소프트웨어상에 전개하고, 소프트웨어에 장착된 프로그램을 이용해서 관찰 화상 중에 보이는 다공질 구조체 및 스킨층의 두께를 측정했다. 시료편의 세로 또는 가로 방향의 단으로부터 등간격으로 10개소의 위치에 있어서 각 부재의 두께를 측정했다. 각 부재의 두께는 5장의 시험편에서 각각 10개소씩 촬영한 합계 50개소의 두께로부터 산술 평균에 의해 구하여 다공질 구조체의 두께 tp와 스킨층의 두께 ts로 하고, 얻어진 두께와 다음 식에 의해 두께의 비를 산출했다.
다공질 구조체의 두께와 스킨층의 두께의 비=tp/ts
다공질 구조체의 두께: tp
스킨층의 두께: ts
(8) 다공질 구조체에 있어서의 공극 (C)의 체적 함유율: Va
적층체로부터 세로 10㎜, 가로 10㎜의 시험편을 잘라내고, 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)(Hitachi High-Tech Corporation제 S-4800형)에 의해 관찰하고, 적층체의 표면으로부터 두께 방향으로 등간격으로 10개소를 1000배의 배율로, 적층체 중 적어도 다공질 구조체가 화상 전체를 차지하도록 촬영했다. 각각의 화상에 대해서 화상 내의 공극의 면적 Aa를 구했다. 각각의 공극의 면적 Aa를 화상 전체의 면적에서 제산함으로써 공극률을 산출했다. 다공질 구조체의 공극의 체적 함유율은 5장의 시험편에서 각각 10개소씩 촬영한 합계 50개소의 공극률로부터 산술 평균에 의해 구했다.
(9) 다공질 구조체의 밀도: ρp
적층체로부터 스킨층을 박리하고, 다공질 구조체만을 인출했다. 얻어진 다공질 구조체로부터 시험편을 잘라내고, JIS K7222(2005)를 참고로 해서 다공질 구조체의 겉보기 밀도를 측정했다. 시험편의 치수는 세로 100㎜, 가로 100㎜로 했다. 시험편의 세로, 가로, 두께를 마이크로미터로 측정하고, 얻어진 값으로부터 시험편의 체적 V를 산출했다. 또한, 잘라낸 시험편의 질량 M을 전자 천칭에 의해 측정했다. 얻어진 질량 M 및 체적 V를 다음 식에 대입함으로써 다공질 구조체의 밀도 ρp를 산출했다. 이 측정을 합계 5회 반복하고, 그 질량 및 체적, 다음 식으로부터 산출되는 값의 산술 평균값을 다공질 구조체의 밀도로서 산출했다.
ρp[g/㎤]=M[g]/V[㎤]
(10) 다공질 구조체에 있어서의 수지 (B)의 피복 두께
적층체로부터 세로 10㎜, 가로 10㎜의 시험편을 잘라내고, 적층체의 단면 중 다공질 구조체의 부분을 주사형 전자 현미경(SEM)(Hitachi High-Tech Corporation제 S-4800형)에 의해 관찰하고, 임의의 10개소를 3000배의 배율로 촬영했다. 얻어진 각각의 화상에 있어서 강화 섬유 (A)의 교점의 단면이 커팅된 임의의 5개소를 선택하고, 강화 섬유 (A)의 교점에서 피복하고 있는 수지 (B)의 피복 두께를 측정하고, 합계 50개소의 산술 평균을 수지 (B)의 피복 두께라고 했다.
(11) 수지 (B)의 인장 특성
JIS K6400(2012)에 기재된 방법을 참고로 해서 인장 시험을 행하고, 수지 (B)의 고무 탄성의 유무에 대해서 평가했다. 동 시험에 있어서(시험편의 길이를 기준의 100%로 해서) 200% 신장 시에 응력을 개방하여 형상이 150% 이하로 되돌아가는지의 여부를 육안으로 확인했다. 150% 이하로 되돌아갈 경우에는 「유」, 150%를 초과할 경우 또는 파단될 경우에는 「무」라고 했다.
또한, 시험편으로서 1호형 덤벨 시험편형상을 제작해서 시험에 제공했다. 시험편은 열가소성을 나타내는 수지 (B)에 대해서는 사출 성형에 의해 시험편을 제작했다. 또한, 실온에서 액상의 성질을 나타내는 수지 (B)에 대해서는 1호형 덤벨 시험편과 동 형상의 오목부를 갖는 금형에 수지 (B)를 흘려 넣고, 금형을 폐쇄한 후 가교 또는 경화하는 온도/시간에 의해 경화시킴으로써 시험편을 제작했다.
(12) 다공질 구조체에 있어서의 강화 섬유 (A)의 체적 함유율 Vf
적층체로부터 상기 적층체를 구성하는 다공질 구조체 및 스킨층을 분리한 후 다공질 구조체만을 세로 10㎜, 가로 10㎜로 잘라냈다. 다공질 구조체의 질량 Ws를 측정한 후 다공질 구조체를 공기 중 500℃에서 30분간 가열해서 수지 (B) 성분을 태워 날리고, 남은 강화 섬유 (A)의 질량 Wf를 측정해서 다음 식에 의해 산출했다. 이때 강화 섬유 (A) 및 수지 (B)의 밀도는 JIS Z8807(2012)의 액중 칭량법(액체를 표준 물질로 한다)에 따라서 측정한 결과를 사용한다.
Vf(체적%)=(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws-Wf)/ρr}×100
ρf: 강화 섬유 (A)의 밀도
ρr: 수지 (B)의 밀도
(13) 다공질 구조체에 있어서의 수지 (B)의 체적 함유율: Vr
(8)의 방법에 의해 구한 다공질 구조체에 있어서의 공극 (C)의 체적 함유율 Va, (12)의 방법에 의해 구한 강화 섬유 (A)의 체적 함유율 Vf의 값을 사용하여 하기 식에 의해 수지 (B)의 체적 함유율 Vr을 구했다.
수지 (B)의 Vr(체적%)=100-(Vf+Va)
Vf: 강화 섬유 (A)의 체적 함유율(체적%)
Va: 공극 (C)의 체적 함유율(체적%)
Vr: 수지 (B)의 체적 함유율(체적%)
(14) 다공질 구조체에 있어서의 수지 (B)의 피복 비율
적층체로부터 세로 10㎜, 가로 10㎜의 시험편을 잘라내고, 적층체의 단면 중 다공질 구조체의 개소를 주사형 전자 현미경(SEM)(Hitachi High-Tech Corporation제 S-4800형)에 의해 관찰하고, 임의의 10개소를 1000배의 배율로 촬영했다. 얻어진 화상으로부터 강화 섬유 (A)의 교점을 임의로 40개소 선택하고, 수지 (B)가 피복하고 있는 교점의 개수를 세고, 하기 식에 의해 수지 (B)의 피복 비율(%)이라고 했다.
수지 (B)의 피복 비율(%)=(C2/C1)×100
C1: 측정한 교점의 개수(40개)
C2: C1 중 수지 (B)가 피복하고 있는 교점의 개수(개)
(15) 다공질 구조체에 있어서의 단면 방향의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)
적층체로부터 길이 25㎜×25㎜의 소편을 잘라내고, 에폭시 수지에 포매한 후에 적층체의 두께 방향의 수직 단면이 관찰면이 되도록 연마해서 시료를 제작했다. 시료를 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION제, VK-9510)으로 다공질 구조체의 개소를 400배로 확대하고, 섬유 단면 형상의 관찰을 행했다. 관찰 화상을 범용 화상 해석 소프트웨어상에 전개하고, 소프트웨어에 장착된 프로그램을 이용해서 관찰 화상 중에 보이는 각각의 섬유 단면을 추출하고, 섬유 단면에 내접하는 타원을 형성하여 섬유 단면의 형상을 근사했다(이후, 섬유 타원이라고 부른다). 또한, 섬유 타원의 장축 길이 α/단축 길이 β로 나타내어지는 애스펙트비가 20 이상인 섬유 타원에 대해서 적층체의 평면 방향(X 방향 또는 Y 방향)과 섬유 타원의 장축 방향이 이루는 각을 구했다. 다공질 구조체의 상이한 부위로부터 추출한 관찰 시료에 대해서 상기 조작을 반복함으로써 합계 600개의 강화 섬유 (A)에 대해서 배향 각도를 측정하고, 그 산술 평균값을 단면 방향의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θf)로서 구했다.
(16) 다공질 구조체의 면 방향에 있어서의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θs)(강화 섬유 간의 교차 각도)
적층체로부터 상기 적층체를 구성하는 다공질 구조체 및 스킨층을 분리한 후 다공질 구조체로부터 길이 25㎜×25㎜의 소편을 잘라내고, 후술하는 조건에서 수지 성분을 소실시킬 때에 잔존하는 강화 섬유가 움직이지 않도록 양면을 메시로 덮었다. 이어서, 450℃의 전기로에 30분간 소편을 투입하여 수지를 소실시켰다. 잔존한 강화 섬유 (A)를 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION제, VK-9510)으로 400배로 확대하고, 무작위로 선택한 단섬유에 대해서 교차하고 있는 모든 단섬유와의 배향 각도를 측정했다. 마찬가지로 하여 합계 20개의 강화 섬유 (A)에 대해서 배향 각도를 측정하고, 그 산술 평균값을 다공질 구조체의 면 방향에 있어서의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θs)로서 구했다.
이때 배향 각도(θs)가 30° 이상, 60° 이하의 범위 내에 있을 경우 강화 섬유 (A)가 「랜덤으로 분산되어 있다」라고 판단했다.
(17) 강화 섬유 (A)의 질량 평균 섬유 길이 Lf
상기 (12)의 「다공질 구조체에 있어서의 강화 섬유 (A)의 체적 함유율 Vf」의 측정에서 얻어진 강화 섬유 (A)로부터 무작위로 400개를 선택하고, 그 길이를 10㎛ 단위까지 측정하고, 그들의 길이로부터 산출한 값을 강화 섬유 (A)의 질량 평균 섬유 길이 Lf라고 했다.
하기 실시예 및 비교예에 있어서 이하의 재료를 사용했다.
[탄소 섬유]
폴리아크릴로니트릴을 주성분으로 하는 공중합체로부터 방사, 소성 처리, 및 표면 산화 처리를 행하고, 총단사수 12,000개의 연속 탄소 섬유를 얻었다. 이 연속 탄소 섬유의 특성은 다음에 나타내는 바와 같았다.
비중: 1.8
인장 강도: 4900㎫
인장 탄성률: 2300㎬
인장 파단 신도: 2.1%
[폴리에스테르 수지]
열가소성 폴리에스테르 수지(TORAY INDUSTRIES, INC.제 "HYTREL"(등록상표) 5557)로 이루어지는 단위 중량 111g/㎡의 수지 필름을 제작하고, 수지 (B)로서 사용했다. 얻어진 수지 필름의 특성을 표 1에 나타낸다.
[폴리페닐렌술피드 수지]
폴리페닐렌술피드 수지(TORAY INDUSTRIES, INC.제 "TORELINA"(등록상표) M2888로 이루어지는 단위 중량 141g/㎡의 수지 필름을 제작하고, 수지 (B)로서 사용했다. 얻어진 수지 필름의 특성을 표 1에 나타낸다.
[폴리프로필렌 수지]
미변성 폴리프로필렌 수지(Prime Polymer Co., Ltd.제 "Prime Polypro"(등록상표) J105G) 80질량%와, 산변성 폴리프로필렌 수지(Mitsui Chemicals, Inc.제 "ADMER" QB510) 20질량%로 이루어지는 단위 중량 100g/㎡의 필름을 제작하고, 수지 (B)로서 사용했다. 얻어진 수지 필름의 특성을 표 1에 나타낸다.
[폴리카보네이트 수지]
폴리카보네이트 수지(Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation제 "LUPILON"(등록상표) H-4000으로 이루어지는 단위 중량 120g/㎡의 수지 필름을 제작하고, 수지 (B)로서 사용했다. 얻어진 수지 필름의 특성을 표 1에 나타낸다.
[발포 폴리프로필렌 수지]
무가교 저발포 폴리프로필렌 시트(Furukawa Electric Co., Ltd.제 "에프셀"(등록상표) CP3050)를 다공질 구조체로서 사용했다(비교예 3). 특성을 표 4에 나타낸다.
[프리프레그]
강화 섬유로서 탄소 섬유가 일방향으로 배향한 열경화성 수지 시트(TORAY INDUSTRIES, INC.제 "TORAYCA"(등록상표) 프리프레그 P3252S-10)를 필요한 크기로 잘라내고, 프리프레그로서 사용했다.
(실시예 1)
강화 섬유 (A)로서 탄소 섬유를 사용하여 카트리지 커터에 의해 6㎜로 커팅하고, 촙 탄소 섬유를 얻었다. 물과 계면활성제(NACALAI TESQUE, INC.제, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르(상품명))로 이루어지는 농도 0.1질량%의 분산액을 제작하고, 이 분산액과 촙 탄소 섬유를 사용하여 강화 섬유 매트를 제조했다. 상기 강화 섬유 매트의 제조 장치는 도 5에 나타내는 바와 같이 하부에 개구콕(16)을 갖는 직경 1000㎜의 원통형상의 용기(분산조(14)), 초지조(17), 및 그들 분산조(14)와 초지조(17)를 접속하는 직선형상의 수송부(20)(경사각 30°)를 구비하고 있었다. 분산조(14)의 상면의 개구부에는 교반기(15)가 부속되어 개구부로부터 촙 탄소 섬유(강화 섬유(12)) 및 분산액(분산 매체(13))을 투입 가능한 것이었다. 초지조(17)는 저부에 폭 500㎜의 초지면을 갖는 메시 컨베이어(18)를 구비하고, 탄소 섬유 기재(초지 기재)를 운반 가능한 컨베이어(19)를 메시 컨베이어(18)에 접속하고 있는 것이었다. 초지는 분산액 중의 탄소 섬유 농도를 0.05질량%로 해서 행했다. 초지한 강화 섬유 매트를 200℃의 건조로에서 30분간 건조하여 강화 섬유 매트를 얻었다. 얻어진 강화 섬유 매트의 탄소 섬유의 단위 중량는 50g/㎡이었다.
강화 섬유（A)로서 강화 섬유 매트 8장과 수지（B)로서 상기 폴리에스테르 수지 필름 9장을 [수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름]의 순서로 배치한 프리폼 Ip를 제작했다. 또한, 다공질 구조체를 얻기 위한 프리폼을 프리폼 Ip라고 하고, 이하 동일하다. 이어서, 이하의 공정 (1)~(4)를 거침으로써 다공질 구조체 전구체를 얻었다.
(1) 프리폼 Ip를 220℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 폐쇄한다.
(2) 이어서, 120초간 유지한 후 3㎫의 압력을 부여해서 60초간 더 유지한다.
(3) 압력을 유지한 상태로 캐비티 온도를 50℃까지 냉각한다.
(4) 금형을 개방하여 다공질 구조체 전구체를 인출한다.
스킨층으로서 상기 프리프레그 P3252S-10을 사용하고, 다공질 구조체 전구체와 함께 [프리프레그(0° 방향)/프리프레그(90° 방향)/다공질 구조체 전구체]의 순서로 배치한 프리폼 II를 제작했다. 또한, 적층체를 얻기 위한 프리폼을 프리폼 II로 하고, 이하 동일하다. 이어서, 이하의 공정 (5)~(9)를 거침으로써 적층체를 얻었다. 특성을 표 2에 나타낸다.
(5) 프리폼 II를 220℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 폐쇄한다.
(6) 이어서, 1㎫의 압력을 부여해서 15분간 유지한다.
(7) 공정 (6)의 후 금형 캐비티를 개방하고, 그 말단에 금속 스페이서를 삽입하여 적층체의 두께가 5.0㎜가 되도록 조정한다.
(8) 그 후 다시 금형 캐비티를 체결하고, 압력을 유지한 상태로 캐비티 온도를 50℃까지 냉각한다.
(9) 금형을 개방하여 적층체를 인출한다.
(실시예 2)
스킨층이 되는 프리프레그 P3252S-10의 매수를 3장으로 하고, 프리폼 II에 있어서의 적층 구성을 [프리프레그(0° 방향)/프리프레그(90° 방향)/프리프레그(0° 방향)/다공질 구조체 전구체]로 하는 것, 적층체의 두께가 5.1㎜가 되도록 조정하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 2에 나타낸다.
(실시예 3)
실시예 1의 (1)~(4)에서 제작한 다공질 구조체 전구체를 2장 사용하고, [프리프레그(0° 방향)/프리프레그(90° 방향)/다공질 구조체 전구체/다공질 구조체 전구체]의 순서로 적층해서 프리폼 II를 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 2에 나타낸다.
(실시예 4)
실시예 1의 (1)~(4)에서 제작한 다공질 구조체 전구체를 3장 사용하고, [프리프레그(0° 방향)/프리프레그(90° 방향)/다공질 구조체 전구체/다공질 구조체 전구체/다공질 구조체 전구체]의 순서로 적층해서 프리폼 II를 형성하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 2에 나타낸다.
(실시예 5)
상기 프리프레그 P3252S-10을 2장 사용해서 [프리프레그(0° 방향)/프리프레그(90° 방향)]의 순서로 배치한 프리폼 Is를 160℃로 예열한 프레스 성형용 금형 캐비티 내에 배치해서 금형을 폐쇄했다. 또한, 스킨층을 얻기 위한 프리폼을 프리폼 Is로 하고, 이하 동일하다. 이어서, 0.5㎫의 압력을 부여해서 30분간 유지하고, 30분 후에 금형을 개방하여 경화한 프리프레그(CFRP)를 인출했다. 얻어진 것을 스킨층의 재료로 했다.
이어서, 수지 (B)를 상기 폴리페닐렌술피드 수지로 하고, 실시예 1에서도 사용한 강화 섬유 매트 14장과 수지 (B)의 필름(수지 필름) 15장을 [수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/…/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름]의 순서로 번갈아 배치한 프리폼 Ip를 제작했다. 이어서, 공정 (5)에 있어서의 성형 온도를 320℃로 하는 것, 공정 (7)에 있어서의 두께가 4.8㎜가 되도록 조정하는 것, 프리폼 II를 바꾸어 상기 프리폼 Ip를 사용하는 것 이외에는 실시예 1의 공정 (5)~(9)를 거침으로써 다공질 구조체를 얻었다.
얻어진 스킨층의 표면에 접착제를 도포하고, 다공질 구조체와 일체화하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 2에 나타낸다.
(실시예 6)
프리폼 II의 적층 구성을 [프리프레그(0° 방향)/프리프레그(90° 방향)/다공질 구조체 전구체/프리프레그(90° 방향)/프리프레그(0° 방향)]으로 하는 것, 적층체의 두께가 5.2㎜가 되도록 조정하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 3에 나타낸다.
(실시예 7)
스킨층으로서 두께 0.2㎜의 알루미늄 합금(A5052)을 준비했다.
이어서, 스킨층으로서 프리프레그를 사용하지 않는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 공정 (1)~(9)를 거쳐 다공질 구조체를 얻었다.
알루미늄 합금의 표면에 접착제를 도포하고, 얻어진 다공질 구조체와 일체화하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 3에 나타낸다.
(실시예 8)
수지 (B)를 상기 폴리카보네이트 수지로 하고, 실시예 1에서도 사용한 강화 섬유 매트 14장과 수지 (B)의 필름(수지 필름) 15장을 [수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/…/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름]의 순서로 교대로 배치한 프리폼 Ip를 제작했다. 이어서, 공정 (5)에 있어서의 성형 온도를 280℃로 하는 것, 공정 (7)에 있어서의 두께가 4.8㎜가 되도록 조정하는 것, 프리폼 II를 바꾸어 상기 프리폼 Ip를 사용하는 것 이외에는 실시예 1의 공정 (5)~(9)를 거침으로써 다공질 구조체를 얻었다.
얻어진 스킨층의 표면에 접착제를 도포하고, 다공질 구조체와 일체화하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 3에 나타낸다.
(실시예 9)
수지 (B)를 상술한 폴리프로필렌 수지의 수지 필름으로 하고, 실시예 1에서도 사용한 강화 섬유 매트 16장과 수지 필름 17장을 [수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/…/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름]의 순서로 교대로 배치한 프리폼 Ip를 제작했다. 이어서, 성형 온도를 200℃로 하는 것 이외에는 실시예 1의 공정 (1)~(9)와 마찬가지로 하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 3에 나타낸다.
(비교예 1)
수지 (B)를 상술한 폴리프로필렌 수지의 수지 필름으로 하고, 실시예 1에서도 사용한 강화 섬유 매트 9장과 수지 필름 10장을 [수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름/…/수지 필름/강화 섬유 매트/수지 필름]의 순서로 교대로 배치한 프리폼 Ip를 제작했다. 이어서, 성형 온도를 200℃로 하는 것 이외에는 실시예 1의 공정 (1)~(9)와 마찬가지로 하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 4에 나타낸다.
(비교예 2)
스킨층을 사용하지 않는 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 다공질 구조체를 얻었다. 특성을 표 4에 나타낸다.
(비교예 3)
실시예 5와 마찬가지로 하여 프리프레그 P3252S-10을 2장 사용해서 경화한 프리프레그(CFRP)로 이루어지는 스킨층을 얻었다.
발포 폴리프로필렌 수지를 다공질 구조체로서 사용하고, 실시예 7과 마찬가지로 접착제를 사용해서 상기 스킨층과 발포 폴리프로필렌 수지를 일체화하여 적층체를 얻었다. 특성을 표 4에 나타낸다.
〔검토〕
본 실시예에 의해 불연속의 강화 섬유 (A), 수지 (B), 및 공극 (C)를 포함하는 다공질 구조체와, 스킨층을 포함하는 적층체이며, 스킨층으로서 다공질 구조체보다 높은 굽힘 탄성률을 갖는 섬유 강화 복합 재료(예를 들면, 탄소 섬유 강화 수지의 프리프레그)나 금속 재료를 사용한 적층체는 어느 것이나 다공질 구조체의 50% 압축 시의 탄성 회복력이 1㎫ 이상인 다공질 구조체를 사용함으로써 우수한 충격 흡수성을 발현하고, 또한 스킨층이 형성된 면에 대해 행한 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형량을 20㎛ 이하로 함으로써 형상 변형(패임)이 육안으로 용이하게 확인할 수 없는 적층체를 얻을 수 있었다. 실시예 2에 있어서는 스킨층의 두께를 증가시킴으로써, 실시예 3 및 4에 있어서는 다공질 구조체의 밀도를 높임으로써 충격 흡수성을 유지하면서 형상 변형을 보다 억제하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 실시예 5에 있어서는 수지 (B)로서 폴리에스테르 수지를 바꾸어 역학 특성이 우수한 PPS 수지를 사용함으로써 형상 변형의 새로운 억제가 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1~4에서는 실온에서 고무 탄성을 나타내는 폴리에스테르 수지를 수지 (B)로서 사용했기 때문에 적층체는 탄성 변형률이 비교적 크고 부드러운 감촉을 함께 갖고 있었다. 그 중에서도 실시예 1은 다공질 구조체의 탄성 회복력이 낮기 때문에 보다 부드러운 감촉이며, 실시예 4는 실시예 1과 비교해서 다공질 구조체의 탄성 회복력이 높기 때문에 단단한 감촉을 함께 갖고 있었다. 또한, 실시예 5에서는 역학 특성이 높은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱인 PPS 수지를, 실시예 8에서는 폴리카보네이트 수지를 사용했기 때문에 단단한 감촉을 함께 갖고 있었다. 실시예 9에서는 범용 플라스틱인 폴리프로필렌 수지를 사용하고, 다공질 구조체의 밀도를 높임으로써 충격 흡수성을 유지하면서 형상 변형을 억제하는 것이 가능했다. 실시예 6에 있어서는 적층체 양면의 특성을 평가했지만 실시예 1과 동등한 특성을 발현하고 있으며, 실시예 6과 같은 샌드위치 구조로 함으로써 적층체를 제품에 활용할 때에 설계 자유도를 높이는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 1 및 2에 있어서는 다공질 구조체의 탄성 회복력이 1㎫ 이상이기 때문에 충격 흡수성을 발현할 수는 있었지만 소성 변형량이 20㎛보다 커서 형상 변형의 억제를 만족할 수 없었다. 특히, 비교예 2에서는 스킨층을 사용하지 않았기 때문에 형상 변형은 커졌다. 비교예 3에 있어서는 다공질 구조체의 탄성 회복력이 1㎫ 이하이기 때문에 충격 흡수성도 발현할 수 없었다.
이상의 결과로부터 본 발명의 범위에 있어서의 적층체는 외력에 의한 충격을 완화하는 충격 흡수성을 가지면서 형상 변형을 억제한 적층체인 것은 명백하다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
(산업상 이용가능성)
본 발명에 의하면 충격 흡수성의 지표가 되는 압축 특성을 발현함과 아울러, 형상 변형을 억제한 적층체를 제공할 수 있다. 이러한 본 발명의 적층체는 압축 시의 탄성 회복력이나 경량성의 관점으로부터 자동차 내외장, 전기·전자 기기 하우징, 자전거, 스포츠 용품용 구조재, 항공기 내장재, 의료 기기 등의 구성 부품에 바람직하게 사용된다. 또한, 사람이 접촉하는 부품이나 제품에 사용되는 것이 바람직하고, 예를 들면 자동차나 자전거 등의 핸들이나 좌면, 스포츠 용품 등의 그립, 프레임, 타격면 등에 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 개소에 사용됨으로써 외력에 의한 충격의 감촉을 제어하는 것이 가능한 본 발명의 적층체의 효과를 보다 한층 유의의하게 활용할 수 있다.
1(1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f): 강화 섬유 (A)의 단섬유
2: 다공질 구조체에 있어서의 강화 섬유 (A)의 배향 각도(θs)
3: 수지 (B)
4: 교차하는 2개의 강화 섬유 (A) 각각의 중심을 통과하는 선분과 그들 강화 섬유 (A)의 최표면의 교점 2개를 연결하는 선분의 거리
5: 교차하는 2개의 강화 섬유 (A) 각각의 중심을 통과하는 선분과 그들 강화 섬유 (A)를 피복하는 수지 (B)의 최표면의 교점 2개를 연결하는 선분의 거리
6: 금속판 7: 시험편(적층체)
8: 통 9: 강구
10: 변형 게이지 11: 다공질 구조체
12: 강화 섬유 촙 13: 분산 매체
14: 분산조 15: 교반기
16: 개구콕 17: 초지조
18: 메시 컨베이어 19: 컨베이어
20: 수송부

Claims (16)

  1. 불연속의 강화 섬유 (A), 수지 (B), 및 공극 (C)를 포함하는 다공질 구조체와, 상기 다공질 구조체의 표면에 형성된 스킨층을 포함하는 적층체로서,
    상기 다공질 구조체는 50% 압축 시의 탄성 회복력이 1㎫ 이상이며,
    상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형량이 20㎛ 이하인 적층체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 소성 변형률이 30×10-6 이하인 적층체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 탄성 변형률이 100×10-6 이상인 적층체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스킨층이 형성된 면에 대해서 행하는 낙구 충격 시험에 있어서의 반발 탄성이 30% 이상인 적층체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스킨층은 상기 다공질 구조체보다 높은 굽힘 탄성률을 갖는 적층체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 구조체의 양 표면에 상기 스킨층이 배치된 샌드위치 구조를 갖는 적층체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 구조체의 두께 tp와 상기 스킨층의 두께 ts의 비 tp/ts가 10 이상인 적층체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 구조체 중에는,
    상기 강화 섬유 (A)가 0.5체적% 이상, 55체적% 이하의 범위 내,
    상기 수지 (B)가 2.5체적% 이상, 85체적% 이하의 범위 내, 또한
    상기 공극 (C)가 10체적% 이상, 97체적% 이하의 범위 내의 비율로 함유되는 적층체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스킨층이 스테인리스, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 티탄 합금, 섬유 강화 열가소성 수지, 섬유 강화 열경화성 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 적층체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 (B)가 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 아크릴로니트릴부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 불소 고무, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 및 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 적층체.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 (B)가 폴리아미드 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리에테르케톤케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 불소 수지, 액정 폴리머, 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 적층체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 구조체가 연속한 공극 (C)를 형성해서 이루어지는 연속 기포 다공질 구조체인 적층체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공질 구조체에 있어서 접촉하는 상기 강화 섬유 (A) 사이의 교점을 상기 수지 (B)에 의해 피복해서 이루어지는 적층체.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강화 섬유 (A)가 대략 모노필라멘트형상이며, 또한 랜덤으로 분산되어 있는 적층체.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 적층체를 일부에 포함하는 스포츠 용품.
  16. 제 15 항에 있어서,
    타격면을 갖고, 상기 타격면이 상기 적층체에 의해 형성되어 있는 스포츠 용품.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113166985B (zh) * 2018-12-26 2022-05-31 东丽株式会社 滑动布帛
WO2023053834A1 (ja) * 2021-09-29 2023-04-06 東レ株式会社 エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、繊維強化複合材料、複合構造体、耐衝撃部材および制震部材

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004217829A (ja) 2003-01-16 2004-08-05 Jfe Chemical Corp スタンパブルシート、その製造方法、マットおよび膨張成形品
WO2015029634A1 (ja) 2013-08-30 2015-03-05 東レ株式会社 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

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49124826A (ko) * 1973-04-02 1974-11-29
US5235715A (en) * 1987-09-21 1993-08-17 Donzis Byron A Impact asborbing composites and their production
TWI353303B (en) * 2004-09-07 2011-12-01 Toray Industries Sandwich structure and integrated molding using th
KR102104802B1 (ko) * 2015-12-25 2020-04-27 도레이 카부시키가이샤 구조체
KR102135049B1 (ko) * 2015-12-25 2020-07-17 도레이 카부시키가이샤 구조체

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004217829A (ja) 2003-01-16 2004-08-05 Jfe Chemical Corp スタンパブルシート、その製造方法、マットおよび膨張成形品
WO2015029634A1 (ja) 2013-08-30 2015-03-05 東レ株式会社 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

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