TW201408463A - 碳纖強化複合材料構造體與使用該構造體的複合材料成形體以及其製造方法 - Google Patents

碳纖強化複合材料構造體與使用該構造體的複合材料成形體以及其製造方法 Download PDF

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Tsuneo Takano
Yuuji Kazehaya
Mitsushi Nishimura
Akihiro Maeda
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Mitsubishi Rayon Co
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Abstract

本發明提供一種纖維強化複合材料構造體(6)、使用該構造體的複合材料成形體以及其製造方法，上述纖維強化複合材料構造體(6)包含：薄板(2)，具有第一面及多個凸部(11)，該凸部(11)具有頂面(12)且在上述第一面上突出而規則地配置；以及表面材(1)，具有第二面，且在上述第二面上與上述頂面(12)接合。

Description

碳纖強化複合材料構造體與使用該構造體的複合材料成形體以及其製造方法
本發明是有關於一種輕量性、薄壁性及剛性優異的纖維強化複合材料構造體。詳細而言，本發明的纖維強化複合材料構造體是在包含連續的強化纖維與基質樹脂的薄板的單面接合包含連續的強化纖維與基質(matrix)樹脂的表面材而成，尤其具有輕量性與薄壁性優異的特性。
本申請案基於2012年7月18日向日本申請的日本專利特願2012-159553號、及2013年4月9日向日本申請的日本專利特願2013-081019號而主張優先權，並將其內容引用在此。
纖維強化樹脂複合材料(以下稱作「纖維強化塑膠(Fiber Reinforced Plastics，FRP)」)因為輕量且高強度及高剛性的緣故，而廣泛用於運動或休閒用途及汽車或飛機等產業用途。
纖維強化塑膠亦用於個人電腦等電氣電子機器、家電機 器及醫療機器的框體。個人電腦及電話等電氣電子機器為便於攜帶而必須使構成該等機器的零件為小型、輕量及薄壁。尤其，該等機器的框體必須為高強度及高剛性等，以免在自外部施加有負荷的情形時，框體的一部分撓曲而與內部零件接觸從而導致內部零件破損，或框體自身損壞。
專利文獻1中揭示一種夾層(sandwich)構造體(III)，該構造體包含：芯材(I)，形成蜂窩(honeycomb)構造、島狀構造、或具有沿與表面平行的方向貫通的空隙部位的構造中的至少1種構造；以及纖維強化材(II)，配置在上述芯材(I)的兩表面，包含連續的強化纖維與基質樹脂。該構造體作為輕量性、薄壁性及量產性優異的構造構件而有用，但因在芯材(I)的兩表面上配置纖維強化材(II)，而成為妨礙輕量性、薄壁性及量產性的因素。
又，專利文獻1中揭示如下方法：為在夾層構造體(III)的外周形成樹脂構造體(熱塑性樹脂組成物)來作為具有凸轂肋(boss rib)部及鉸鏈(hinge)部的框架，而在夾層構造體(III)的最表層設置熱塑性樹脂層，並進行基體上射出成形(outsert injection molding)。專利文獻1中，揭示藉由將配置有熱塑性樹脂層的部分以約5mm的交疊(overlap)長度接合而具有牢固地一體化的優點。然而，在專利文獻1揭示的構造體中，夾層構造體(III)與樹脂構造體的接合部位於樹脂構造體的上表面。即，夾層構造體(III)與樹脂構造體上下重疊而形成有接合部，因此該重疊的接合部上的夾層構造體(III)的厚度，成為妨礙框體的薄壁化的 因素。
又，由於夾層構造體(III)位於樹脂構造體的上表面，因此夾層構造體(III)的側端面形成在位於製品外觀面的位置，從而在改善製品外觀方面有極限。
專利文獻2中揭示一種複合成形品：包含板狀構件與樹脂構造體，且上述板狀構件包含：表層基材，位於上表面側與下面側；以及核心層(core layer)基材，位於上述上表面側的基材與上述下面側的基材的兩表層基材之間。專利文獻2中揭示一種複合成形品，其中上述各表層基材包含纖維強化樹脂，且上述核心層基材包含較形成上述各表層基材的上述纖維強化樹脂為軟質的軟質材料。專利文獻2中，揭示該複合成形品作為輕量性、薄壁性優異的複合成形品而有用，但因在表層基材之間配置包含軟質材料的核心層基材，由此成為妨礙輕量性及薄壁性的因素。
又，專利文獻2中揭示一種複合成形品，其中上述板狀構件與上述樹脂構造體在相互相向的側端面具有供接合的接合面，上述接合面的至少一部分的接合面為上述各表層基材的側端面與上述樹脂構造體的側端面具有凹凸形狀而接合的凹凸形狀接合面，且在上述凹凸形狀接合面中，上述樹脂構造體的頂端部具有嵌入上述兩表層基材之間的樹脂構造體嵌入頂端部。專利文獻2中，揭示該等接合面可獲得充分的接合強度。在射出成形時的樹脂的流動性低的情形時、或無法提高射出壓力的情形時等，樹脂構造體的凸形狀向核心層基材的侵入不充分，從而成為妨礙板狀 構件與樹脂構造體的充分的接合強度的因素。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2008-230235號公報
[專利文獻2]國際公開WO2009/034906號說明書
本發明的目的是鑒於現有技術的問題點而提供一種輕量性及薄壁性優異的纖維強化複合材料構造體。
本發明的第一態樣的纖維強化複合材料構造體包含：薄板，具有第一面及多個凸部，該凸部具有頂面，並且在上述第一面上突出且規則地配置；以及表面材，具有第二面，且在上述第二面上與上述頂面接合。
在上述多個凸部中的一個凸部中，上述凸部的頂面的形狀、及由上述凸部與上述第一面的分界線包圍的第1區域的形狀，較佳為選自正方形、長方形、菱形、三角形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形、圓角正方形、圓角長方形、圓角菱形、圓角三角形、圓角五邊形、及圓角六邊形中的至少1種。
上述多個凸部包含一個第1凸部、及與上述第1凸部相鄰的第2凸部，且藉由與上述第一面垂直的方向的上述第1凸部的中心軸和上述第2凸部的中心軸的間隔而規定凸部間距，上述凸部 間距較佳為上述第1區域的最小直徑的1.6倍~2.4倍。
在規則地設置有上述多個凸部的第2區域中，以α定義上述第2區域的面積，以β定義上述多個凸部的上述頂面的合計面積，且β/α比較佳為5%以上且小於40%。
在上述多個凸部中的一個凸部中，上述凸部的頂面的面積較佳為上述薄板的板厚的平方的5倍以上~小於500倍。
上述多個凸部的高度較佳為上述薄板的板厚的0.5倍以上且小於10倍。
上述薄板包含強化纖維，上述多個凸部的排列較佳為包含選自沿與上述強化纖維的纖維的長度方向成0°及90°的方向排列的正方排列及長方排列、或上述多個凸部的排列方向與上述纖維的長度方向形成角度的鋸齒狀排列中的至少1種排列。
較佳為在上述多個凸部的各個中，與上述頂面平行的方向的剖面的最小值菲列直徑(Feret's Diameter)為上述薄板的板厚的3倍以上且小於30倍。
較佳為在上述多個凸部的各自的頂端部具有凹狀的凹陷。
本發明的第二態樣的複合材料成形體包含：上述第一態樣的纖維強化複合材料構造體；接合部，填充至形成在上述薄板的端部與上述表面材的端部之間的空間中；以及樹脂構造體，藉由上述接合部而與上述纖維強化複合材料構造體接合。
本發明的第二態樣的複合材料成形體中，較佳為更包含凸條，該凸條在上述第一面上突出，且以包圍上述多個凸部的方式 連續配置，在由上述凸條、上述薄板的上述端部、及上述表面材的上述端部包圍的空間中填充有上述接合部。
本發明的第二態樣的複合材料成形體中，較佳為包含接著劑層，該接著劑層設置在上述第一態樣的纖維強化複合材料構造體與上述樹脂構造體的接合界面上。
上述樹脂構造體較佳為包含熱塑性樹脂。
上述樹脂構造體較佳為更包含玻璃纖維。
本發明的第三態樣的複合材料成形體的製造方法包括：準備包含強化纖維與熱硬化性樹脂組成物的預浸體(prepreg)積層體；使用具有突起或凹陷的模具對上述預浸體積層體進行加熱加壓而製作具有多個凸部的薄板；藉由在上述薄板的上述凸部的頂面接合表面材來製作纖維強化複合材料構造體；及將樹脂材料注入射出至上述薄板與上述表面材之間，來接合包含上述樹脂材料的樹脂構造體與上述纖維強化複合材料構造體。
本發明的第一態樣的纖維強化複合材料構造體，可減少將表面材接著接合於薄板的凸部的頂面上的接著劑的量，並且可在確保充分的剛性的同時實現薄壁化及輕量化。進而，本發明的第一態樣的纖維強化複合材料構造體，可提供與樹脂構造體的接合強度優異的本發明的第二態樣的複合材料成形體。本發明的第二態樣的複合材料成形體可較佳地用作個人電腦等電氣電子機器的框體。又，亦可應用於要求輕量化的飛機零件、汽車零件、建 材、家電機器、及醫療機器等。
又，本發明的第三態樣為該複合材料成形體的製造方法。
1‧‧‧表面材
2‧‧‧薄板
3‧‧‧接著劑
4‧‧‧樹脂構造體
5‧‧‧接合部
6‧‧‧纖維強化複合材料構造體
7‧‧‧複合材料成形體
8‧‧‧薄板用的下模
9‧‧‧凸部用的突起
10‧‧‧凸條用的突起
11‧‧‧凸部
12‧‧‧頂面部
13‧‧‧連接面
14‧‧‧基礎部
15‧‧‧凸條
16‧‧‧凸條的上表面
17‧‧‧凸條的側面
18‧‧‧頂端部
19‧‧‧凹陷
20‧‧‧凸條的頂端
21‧‧‧凸條的凹陷
A‧‧‧纖維0°積層方向
B‧‧‧纖維90°積層方向
G1‧‧‧第1凸部的中心軸(第1凸部的重心位置)
G2‧‧‧第2凸部的中心軸(第2凸部的重心位置)
H‧‧‧凸部的高度
P‧‧‧凸部的間距
P1‧‧‧長方排列的凸部間距1
P2‧‧‧長方排列的凸部間距2
S‧‧‧凸部的頂面部的面積
W1‧‧‧凸部的尺寸
W2‧‧‧凸條的尺寸
Y‧‧‧支撐台
Z‧‧‧集中負荷
γ‧‧‧基礎部與連接面所成的角度
θ、-θ‧‧‧凸部的排列方向與纖維的長度配向成的角度
圖1是表示本發明的實施方式的複合材料成形體的一例的剖面圖。
圖2是表示用以成形本發明的實施方式的薄板的具有突起的模具的一例的立體圖。
圖3是表示使用本發明的實施方式的圖2所示的模具而成形的薄板的一例的立體圖。
圖4A是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的橫剖面形狀的一例的剖面圖。
圖4B是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的橫剖面形狀的一例的剖面圖。
圖4C是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的橫剖面形狀的一例的剖面圖。
圖4D是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的橫剖面形狀的一例的剖面圖。
圖5是表示本發明的實施方式的薄板的凸部為凸條的一例的立體圖。
圖6是表示本發明的實施方式的薄板的凸部為格子狀的凸條的一例的立體圖。
圖7是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的立體圖。
圖8是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的立體圖。
圖9是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀中混合有多個形狀或尺寸的一例的立體圖。
圖10是表示本發明的實施方式的薄板的凸部為框狀的凸條的一例的立體圖。
圖11是表示本發明的實施方式的複合材料成形體的一例的剖面圖。
圖12是表示本發明的實施方式的薄板的一例的立體圖。
圖13A是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的橫剖面形狀的一例的剖面圖。
圖13B是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的橫剖面形狀的一例的剖面圖。
圖14是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的立體圖。
圖15是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的立體圖。
圖16是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的立體圖。
圖17是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的 立體圖。
圖18是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀的一例的立體圖。
圖19是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖20是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖21是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖22是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖23是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖24是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖25是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖26是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估方法的一例的立體圖。
圖27是表示在本發明的實施例中評估的薄板的形狀的一例的立體圖。
圖28是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結 果的一例的曲線圖。
圖29是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖30是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖31是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖32是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖33是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖34是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖35是表示本發明的實施方式的薄板的凸部的形狀與排列的一例的俯視圖。
圖36是表示本發明的實施例的複合材料成形體的剛性評估結果的一例的曲線圖。
圖37是表示本發明的實施方式的凸條的間距的圖。
以下，使用圖式對本發明的第1實施方式的纖維強化複合材料構造體及使用該構造體的複合材料成形體進行詳細說明。但本發明並不限定於圖式記載的發明。
圖1及圖11是表示本發明的第1實施方式的複合材料成形體7的一例的圖。該複合材料成形體7包含纖維強化複合材料構造體6(以下，有時稱作複合材料構造體6)與樹脂構造體4。纖維強化複合材料構造體6包含強化纖維與基質樹脂(熱硬化性樹脂等)，且成為如下構造：在具有多個凸部11的薄板2的凸側面(多個凸部11的多個頂面12)，以接著劑3接著接合有包含強化纖維與基質樹脂(熱硬化性樹脂等)的表面材1。樹脂構造體4的位於纖維強化複合材料構造體6附近的端部(樹脂構造體4的接合部5)，在纖維強化複合材料構造體6的端部嵌入薄板2與表面材1之間，而接合於纖維強化複合材料構造體6。
再者，在使用熱塑性樹脂作為用於製作表面材1及薄板2的基質樹脂的情形時，亦可將表面材1與薄板2熔接接合，而代替使用接著劑3將表面材1與薄板2接著接合。
薄板2為以強化纖維對基質樹脂進行補強的材料。作為基質樹脂，可列舉熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂，其中在剛性方面而言，較佳為使用熱硬化性樹脂。作為熱硬化性樹脂，可列舉例如環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、馬來醯亞胺樹脂、或酚樹脂等。在使用碳纖維作為補強纖維的情形時，在與碳纖維的接著性的方面而言，較佳為使用環氧樹脂或乙烯基酯樹脂。
表面材1為以強化纖維對基質樹脂進行補強的材料。作為基質樹脂，可列舉熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂，其中在剛性方 面而言，較佳為使用熱硬化性樹脂。作為熱硬化性樹脂，可列舉例如環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、馬來醯亞胺樹脂、或酚樹脂等。在使用碳纖維作為補強纖維的情形時，在與碳纖維的接著性方面而言，較佳為使用環氧樹脂或乙烯基酯樹脂。
作為用於薄板2及表面材1的強化纖維，可列舉例如碳纖維、玻璃纖維、芳族聚醯胺纖維、硼纖維、碳化矽纖維、高強度聚乙烯、聚對亞苯基苯并二噁唑(Poly-p-phenylenebenzobisthiazole，PBO)纖維、或不鏽鋼纖維等，其中在輕量化與剛性方面而言，較佳為使用碳纖維。又，作為補強纖維的形態，可列舉長纖維及短纖維，其中在剛性方面而言，較佳為使用長纖維。
作為長纖維的形態，可列舉使多個長纖維沿一方向對齊排列而形成為片狀的材料(單向性片材，以下稱作單向(Uni-Directional，UD)片材)、或包含長纖維的織物等。尤其在剛性優異的方面而言，較佳為以長纖維呈0°及90°配向的方式積層單向片材的形態、或積層包含長纖維的織物的形態。
對薄板2及表面材1的製造方法並無特別限制，可使用例如使用熱硬化性樹脂的壓製成形法、手工積層(hand lay-up)成形法、噴佈(spray up)成形法、真空袋(vacuum bag)成形法、高壓釜(autoclave)成形法、或樹脂轉注(resin transfer)成形法。尤其，自量產性的觀點考慮，較佳為使用壓製成形法。
在將纖維強化複合材料構造體6與樹脂構造體4接合而一體化時，亦可在纖維強化複合材料構造體6與樹脂構造體4的兩者之間的接合界面上設置具有優異的接著性的接著劑層(接著劑3的層)。作為構成接著劑層的接著劑，可使用丙烯酸系、環氧系、或苯乙烯系等熟知的接著劑，例如，可較佳地使用環氧樹脂接著劑、胺基甲酸乙酯接著劑、或橡膠強化甲基丙烯酸甲酯等。
再者，在使用熱塑性樹脂作為用於製作表面材1及薄板2的基質樹脂的情形時，亦可將表面材1與薄板2熔接接合來代替使用接著劑3而將表面材1與薄板2接著接合。
作為用於樹脂構造體4的樹脂並無特別限制，自使用射出成形等製作接合形狀的觀點考慮，較佳為使用熱塑性樹脂。
在樹脂構造體4使用熱塑性樹脂的情形時，並無特別限制，自耐熱性及耐化學品性的觀點考慮，更佳為使用聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)，自成形品外觀及尺寸穩定性的觀點考慮，更佳為使用聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚苯醚(Poly phenylene ether，PPE)、或苯乙烯系樹脂，自成形品的強度及耐衝擊性的觀點考慮，更佳為使用聚醯胺(polyamide，PA)。
為實現複合材料成形體7的高強度、高剛性化，亦較佳為使用含有強化纖維的樹脂作為樹脂構造體4的樹脂。作為強化纖維，可例示上述的強化纖維。在樹脂構造體4必需電波穿透性的情形時，較佳為使用玻璃纖維作為強化纖維。
圖3~圖9、圖12、及圖13是表示形成在本發明的第1 實施方式的薄板2上的多個凸部的形狀的一例的圖。
本發明的第1實施方式的薄板2，包含基礎(base)部14(在薄板2中為具有作為基底面的第一面的基底部)及1個以上的凸部11。凸部11包含頂面部(頂面)12、及連接頂面部12與基礎部14的連接面13(凸部11的側面)。再者，上述第一面在薄板2中是指形成有凸部11這一側的基礎部14的一面。又，在表面材中，將與上述頂面部(頂面)12接合的一側的面稱作第二面。
形成在本發明的第1實施方式的薄板2上的多個凸部11的頂面部12的形狀並無特別限定，可使用正方形、長方形、菱形、三角形、圓形、橢圓形、五邊形、及六邊形等。在正方形、長方形、菱形、三角形、五邊形、及六邊形中，該等的角的至少1個亦可為圓角。上述頂面部12的形狀既可為選自該等形狀中的1種形狀，亦可混合有多個形狀或尺寸。
在上述的凸部11的頂面部12的剖面形狀中，為確保成形性及接著面積，較理想為三角形、五邊形、及六邊形的各角的角度為45°以上。又，較理想為橢圓形的長徑與短徑的比為1.5以下。
凸部11的排列方向並無特別限定，但為作為構造體整體而獲得穩定的剛性，有效的是規則地排列。在凸部11的頂面部12具有相同的形狀，且具有規則的排列的情形時，作為構造體整體可獲得穩定的剛性。尤其在構成薄板2的強化纖維中，較理想為沿與纖維的長度方向成0°的方向(纖維0°積層方向)A及成90° 的方向(纖維90°積層方向)B排列的正方排列(圖19)或長方排列(圖35)、凸部11的排列方向與纖維的長度配向成角度±θ的鋸齒狀排列(圖20)。
凸部11的間距P(圖37)並無特別限定，但凸部11的間距P相對於凸部11的尺寸W1而言越大則成形性變得越好，反之，作為構造體的剛性降低。薄板2的凸部11的間距P可為固定，亦可逐漸變化。例如，就凸部11的間距P而言，在薄板2的中央部亦可具有間距P窄的區域(凸部11緊密地形成的情形亦可)，在薄板2的外緣部亦可具有間距P寬的區域。
再者，凸部11的間距P被規定為與薄板2的基礎部14(薄板2的具有第一面的基底部)垂直的方向的凸部11(第1凸部)的中心軸G1(第1凸部的重心位置)、與和上述凸部11(第1凸部)相鄰的凸部11(第2凸部)的中心軸G2(第2凸部的重心位置)的間隔(圖37)。與第1凸部相鄰的凸部11(第2凸部)是指第1凸部以外的凸部11、且其中心軸(該凸部11的重心位置)與中心軸G1(第1凸部的中心軸)的距離最短的凸部11。
凸部11的尺寸W1以如下方式規定。
凸部11的尺寸W1可利用凸部11的底面(作為位於頂面的相反位置的凸部的底面的假想面即第1區域、由凸部及基礎部14(薄板2的具有第一面的基底部)的分界線包圍的第1區域)的直徑來規定。在凸部11的底面(第1區域)為圓形的情形時，該情形時的凸部11的尺寸W1被規定為底面的直徑。例如，在凸部11 的底面(第1區域)為圓形的情形時，凸部11的尺寸W1被規定為由凸部11與薄板2的基礎部14(薄板2的具有第一面的基底部)的分界線包圍的區域即底面(第1區域)的最小直徑(直徑)。
在凸部11的底面(第1區域)為橢圓形的情形時，凸部11的尺寸W1被規定為長徑與短徑的平均值。在凸部11的底面(第1區域)為正方形及長方形的情形時，凸部11的尺寸W1被規定為對角線的長度。在凸部11的底面(第1區域)為菱形的情形時，凸部11的尺寸W1被規定為2個對角線的長度的平均值。在凸部11的底面(第1區域)為三角形、五邊形、及六邊形的情形時，凸部11的尺寸W1被規定為最小外切圓的直徑。
為獲得具有良好剛性的複合材料構造體6，凸部11的間距P較理想為凸部11的尺寸W1的1.6倍~2.4倍。在凸部11的尺寸小於1.6倍的情形時、及大於2.4倍的情形時，複合材料構造體6的剛性降低。但根據凸部11的形狀或排列的不同，凸部11的間距P的較佳範圍並不限定於此。
連接凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13的形狀並無特別限定，亦可為使頂面部12與基礎部14垂直地相交的法面(圖4D)、與基礎部14具有角度γ的傾斜面(圖4A)、或曲面形狀(圖4B、圖4C)。若相對於法面形狀而形成傾斜面則成形性提高，但與基礎部14所成的角度γ越為銳角則剛性越降低，因此斜面相對於基礎部14的角度γ較理想為45°~90°。
即便於使連接面13為相對於基礎部14而具有角度γ的 斜面的情形時，為獲得具有良好剛性的複合材料構造體6，凸部11的間距P較理想為凸部11的尺寸W1的1.6倍~2.4倍。在凸部11的尺寸W1小於1.6倍的情形時、及大於2.4倍的情形時，複合材料構造體6的剛性降低。但凸部11的間距P的較佳範圍會根據凸部11的形狀或排列而不同，並不限定於上述所示的範圍。
該情形時的凸部11的間距P，亦被規定為與薄板2的基礎部14(薄板2的具有第一面的基底部)垂直的方向的凸部11的中心軸(第1凸部的中心軸)、與和上述凸部11相鄰的凸部11的中心軸(第2凸部的中心軸)的間隔。
在正方排列及鋸齒狀排列中，將凸部11的間距P設為分割為大小等於包含一個凸部11的菱形時的菱形的1邊的長度。該情形時，為獲得具有良好剛性的複合材料構造體6，凸部11的間距P較理想為凸部11的尺寸W1的1.6倍以上且2.4倍以下。在凸部11的間距P小於凸部11的尺寸W1的1.6倍的情形時、及大於2.4倍的情形時，構造體的剛性降低。
在長方排列中，為獲得具有良好剛性的複合材料構造體6，分割為大小等於包含一個凸部11的長方形時的長方形的長邊及短邊為凸部11的尺寸W1的1.6倍以上且2.4倍以下，進而，上述短邊與上述長邊的比率較理想為1以上且1.25以下。在凸部11的間距P小於凸部11的尺寸W1的1.6倍的情形時、及大於2.4倍的情形時，複合材料構造體6的剛性降低。又，在上述短邊與上述長邊的比率小於1、及為1.25以上的情形時，複合材料構造 體6的剛性降低。
各個凸部11的頂面部12的面積S並無特別限制，只要為足以塗佈接著劑來將表面材1接著於凸部11的頂面部12的大小即可。又，若凸部11的頂面部12具有足夠塗佈接著劑的寬度，則凸部11亦可為呈直線狀或曲線狀連續形成的形成為框狀或格子狀的凸條15(具有上表面16與側面17)。進而，較佳為在凸部11的頂端部18具有凹狀的凹陷19(圖11、圖12、圖13A、及圖13B)。又，亦可在凸條的頂端部20具有凹狀的凹陷21(圖11、圖12、圖13A、及圖13B)。
凸部11的頂面部12的面積S與凸條15的上表面16的面積的合計相對於薄板2的面積的比例較佳為50%以下，更佳為30%以下，尤佳為20%以下。若超過50%，則實質上成為表面材1與薄板2的簡單的貼合，複合材料構造體6的剛性降低。又，上述合計面積比例較佳為5%以上。若上述合計面積比例小於5%，則複合材料構造體6的剛性降低，撓曲增大。
薄板2中，以薄板2的基礎部14呈二維狀延伸的平面區域即第1C區域(包含基礎部14、多個凸部11的底面(第1區域)、及多個凸條的底部(作為假想面的第1D區域)的第一面上的平面區域)的面積來定義的E，與以多個第1區域及多個第1D區域的合計面積來定義的F的比即F/E較佳為50%以下。面積比F/E更佳為30%以下，尤佳為20%以下。又，面積比F/E較佳為5%以上。若面積比F/E超過50%，則實質上成為表面材1與薄板 2的簡單的貼合，複合材料構造體6的剛性降低。若上述合計面積比例小於5%，則複合材料構造體6的剛性降低，撓曲增大。
為在薄板2獲得良好剛性，在規則地設置有凸部11的區域(稱作第2區域。為基礎部14呈二維狀延伸的平面區域，且為除設置有凸條15的區域以外、包含基礎部14與多個第1區域(多個凸部的底部即假想面)的平面區域)中，定義為規則地設置有上述凸部11的區域(第2區域)的面積的α、與定義為多個凸部11的頂面部12的合計面積的β的比即β/α較佳為5%以上且小於40%。若上述β/α為40%以上，則實質上成為表面材1與薄板2的簡單的貼合，無法獲得複合材料構造體6的剛性提高效果。若上述β/α小於5%，則在凸部11的尺寸W1變大時，複合材料構造體6的剛性降低，撓曲增大。
又，為在薄板2獲得良好剛性，定義為上述第2區域的面積的α與定義為多個凸部的底面(第1區域)的合計面積的J的比即J/α較佳為5%以上且小於40%。若上述J/α為40%以上，則實質上成為表面材1與薄板2的簡單的貼合，無法獲得複合材料構造體6的剛性提高效果。若上述J/α小於5%，則在凸部11的尺寸W1變大時，複合材料構造體6的剛性降低，撓曲增大。
為在薄板2獲得良好剛性，凸部11的頂面部12的面積S較佳為薄板2的板厚的平方的5倍以上~小於500倍。若凸部11的頂面部12的面積小於薄板2的板厚的平方的5倍，則複合材料構造體6的剛性降低。即便於凸部11的頂面部12的面積S為 薄板2的板厚的平方的500倍以上的情形時，複合材料構造體6的剛性亦降低。
為在薄板2獲得良好剛性，凸部11的底面(第1區域)的面積較佳為薄板2的板厚的平方的5倍以上~小於500倍。若凸部11的底面(第1區域)的面積小於薄板2的板厚的平方的5倍，則複合材料構造體6的剛性降低。即便於凸部11的底面(第1區域)的面積為薄板2的板厚的平方的500倍以上的情形時，複合材料構造體6的剛性亦降低。
凸部11的高度H較佳為薄板2的厚度的0.5倍以上且小於10.0倍。若凸部的高度H小於薄板2的厚度的0.5倍，則相比於表面材1與薄板2的簡單的貼合而複合材料構造體6的剛性的提高較小，無法獲得輕量化的效果。在凸部的高度H為薄板2的厚度的10.0倍以上的形狀時難以成形。凸部的高度H更佳為薄板2的厚度的1.5倍以上且小於4.0倍。凸部的高度H尤佳為薄板2的厚度的2.0倍以上且小於4.0倍。較佳為各個凸部11的高度H一致，但在表面材1可接著接合的範圍亦可不同。不接著接合於表面材1的凸部11，對複合材料構造體6的剛性的提高的貢獻小。
在上述凸部11中與上述頂面12平行的方向的剖面的最小值菲列直徑為上述薄板2的板厚的3倍以上且小於30倍的情形時，複合材料構造體6的剛性良好。在上述凸部11中與上述頂面12平行的方向的剖面的最小值菲列直徑小於上述薄板的板厚的3倍且30倍以上的情形時，複合材料構造體6的剛性降低。
又，凸部11較理想為分布在薄板2的整個面上。若凸部11的分布偏倚，則作為複合材料構造體6的剛性而言無法表現所需的剛性。較佳為未在薄板2的端部的形成複合材料構造體6之後注入射出樹脂構造體4的部分(設置樹脂構造體的接合部5的部分的周邊)設置凸部。
本發明的實施方式中，尤佳為以在製作複合材料構造體6之後，可對複合材料構造體6射出注入所期望量的樹脂構造體4(接合部5)的方式，在自薄板2的端部起規定的位置上設置有凸條15。該情形時，接合部5填充至由表面材1的端部、薄板2的端部及凸條15包圍的空間中。根據該構造，在藉由射出成形而成形樹脂構造體4時，凸條15(凸條15的側面17)作為形成樹脂構造體4時的導件(guide)發揮功能，因此可精密控制注入射出樹脂的部分的深度。
下面，對該複合材料成形體7(圖1及圖11)的製造方法的一例進行說明。
<薄板的成形>
首先，將在強化纖維中含浸熱硬化性樹脂組成物而成的預浸體的積層體配置在薄板用的下模8表面。薄板用的下模8的成為薄板2的凸部11或凸條15的部分具有突起9、及突起10(圖2)或凹陷(未圖示)。
在使用具有突起的下模8的情形時，壓製成形法的上模，可使用成為薄板2的凸部11或凸條15的部分為凹形狀的模具。又， 在使用具有凹陷的下模8的情形時，壓製成形法的上模亦可使用成為薄板2的凸部11或凸條15的部分為凸形狀的模具。在使用藉由壓縮而沿下模8的突起或凹陷成為凹形狀或凸形狀的軟質材料的情形時，無須在上模的成型面設置凸形狀或凹形狀。再者，在真空袋成形法的情形時不使用上模。
其次，在壓製成形法中一面關閉模具並藉由下模8及上模對預浸體的積層體進行加壓一面加熱成形，在真空袋成形法中一面罩上袋並藉由真空壓而對預浸體的積層體進行加壓一面加熱成形。在成形後，將硬化的預浸體的積層體脫模而獲得形成有多個凸部11的薄板2(圖3及圖12)。再者，在將預浸體積層體成形而獲得的薄板2中，藉由成形而變形所得的各部位稱作薄板2的具有基底面(第一面)的基礎部14、及相對於基礎部14突出的凸部11。又，凸部11包含頂面部(頂面)12、及連接頂面部12與基礎部14的連接面13(凸部11的側面)(圖1)。
<表面材的成形>
與薄板2的成形相同地獲得表面材1。但由於表面材為平面或單純的曲面，因此表面材用的下模8為平面形狀或單純的曲面形狀。再者，表面材1的形狀亦可根據個人電腦(personal computer，PC)框體的設計等而為具有標識(logo)的凹部等階差或角(稜線)的形狀，亦可根據用途而選擇。進而，亦可根據表面材1的形狀而決定薄板2的形狀。
對於表面材1與薄板2，由於在將表面材1與薄板2分別成形 之後加以接合，因此為防止翹曲，亦可不設為對稱構成。可僅對表面材1使用織布等裝飾材。又，亦可對表面材1及薄板2適當地使用阻燃性樹脂材料。
<薄板與表面材的接合>
在對薄板2的凸部11的頂面部12及凸條15的上表面16、或凸部11的頂端部(頂面)18的凹狀的凹陷19及凸條的頂端(上表面)20的凹陷21塗佈接著劑3，而將薄板2與表面材1接合之後使接著劑3硬化，從而獲得纖維強化複合材料構造體6。
在將所獲得的纖維強化複合材料構造體6設置在射出成形模具內並進行閉模之後，將形成樹脂構造體4的熱可塑樹脂組成物射出成形，而使圖1及圖11所示的樹脂構造體4接合於形成纖維強化複合材料構造體6的薄板2與表面材1的端面，並且，將樹脂材料射出注入至薄板2的側端面與表面材1的側端面之間，藉此製造出複合材料成形體7(圖1及圖11)。
[實施例]
以下，藉由實施例而更詳細地說明本發明。再者，本發明不受實施例限制。
(實施例1)
本實施例中，作為單向預浸體而使用三菱麗陽(rayon)(股份)製造、製品名：TR390E125S(熱硬化性樹脂：環氧樹脂# 390(三菱麗陽(股份)製造)，強化纖維：碳纖維(三菱麗陽(股份)製造，製品名：TR50S))。
首先，在具有形成薄板2的凸部11的突起的薄板用下模8的表面，配置將單向預浸體(單向性片材)以成為[0°/90°/90°/0°]的方式積層4層而成的積層體。其次，藉由具有與下模8的突起對應的凹陷的上模而關閉模具，一面藉由下模8及上模以140℃加熱預浸體的積層體一面以8MPa的壓力壓製5分鐘，而使預浸體的積層體一體硬化。在壓縮成形後，打開模具而獲得具有圖11所示的形狀的厚度0.44mm的薄板狀的薄板2。再者，圓錐台狀的凸部11的頂面12的形狀為直徑10.0mm的圓形，凸部11的高度H為1.0mm，凸部11的間隔為10.0mm，凸部11的頂端部18的凹狀的凹陷19的形狀為直徑9mm的圓形，凹狀的凹陷19的深度為0.1mm。直線狀的凸條15的上表面16的寬度為10.0mm，凸條15的高度H為1.0mm。
再者，在表面材1或薄板2為長方形的情形時，上述0°是指將各個短邊方向定義為0°方向的情形。
上述90°是指與上述0°方向正交的表面材1或薄板的長邊方向(90°方向)。
在表面材1或薄板2為長方形以外的形狀的情形時，將最小值菲列直徑方向定義為0°方向，90°方向是指與該0°方向正交的方向。
與上述不同地，使用單向預浸體以成為[0°/90°/90°/0°]的配置的方式在表面材用下模的表面積層4層。其次，關閉模具，一面藉由下模及上模以140℃加熱預浸體的積層體一面以8MPa 的壓力壓製5分鐘，而使預浸體的積層體一體硬化。在壓縮成形後，打開模具，從而獲得厚度0.44mm的薄板狀的表面材1。
對所獲得的薄板2的凸部11的頂端部18的凹狀的凹陷19，塗佈將主劑(汽巴嘉基(Ciba-Geigy)公司製造，製品名：araldite AW106)與硬化劑(汽巴嘉基公司製造，製品名：hardener HV953U)以質量比100：60混合而成的樹脂接著劑3。其次，在塗佈有接著劑3的薄板2的凸側面(多個凸部11的多個頂面12)配置表面材1，以70℃保持50分鐘而利用接著劑3將表面材1接著於薄板2的單面，獲得厚度1.90mm的纖維強化複合材料構造體6。纖維強化複合材料構造體6為具有非常高的剛性、且輕量性及薄壁性優異的纖維強化複合材料構造體6。
在將所獲得的纖維強化複合材料構造體6設置在射出成形模具內並進行閉模之後，將作為形成樹脂構造體4的樹脂的玻璃纖維強化聚醯胺樹脂(東洋紡(股份)製造，製品名：glamide TY791GT，玻璃纖維含量55質量%)射出成形，而製造圖1所示的複合材料成形體7(圖1)。從而纖維強化複合材料構造體6與樹脂構造體4牢固地一體化。
(實施例2)
以下的實施例中，參考實施例1的結果來進行模擬實驗。
作為模擬軟體，使用Femap with NX Nastran，且支撐條件設為單純支撐來實施。
本實施例的薄板2及表面材1是藉由如下方法而成形：將單 向預浸體即三菱麗陽(股份)製造、製品名：TR390E125S(熱硬化性樹脂：環氧樹脂# 390(三菱麗陽(股份)製造)，強化纖維：碳纖維(三菱麗陽(股份)製造，製品名：TR50S))以成為[0°/90°/0°]的配置的方式積層3層，一面以140℃加熱積層體一面以8MPa的壓力壓製5分鐘來進行硬化。
作為薄板2，使用直徑5.0mm的圓柱形的凸部11以相鄰的凸部11的圓柱中心軸的間隔(凸部間距P)為縱橫10mm而規則地排列、且縱寬200mm、橫寬300mm的成形板。作為表面材1，使用縱寬與橫寬均與上述薄板2相同的成形板。評估中，使用上述薄板2的凸部11頂面12與上述表面材1接合而成的纖維強化複合材料構造體6。
本實施例的構造體的厚度由凸部11的高度H、上述薄板2及表面材1的積層厚度、與接著劑3的厚度的和決定。形成積層體的各層的厚度為均等，且將(比較例1)的夾層構造體與本實施例的構造體的厚度與重量決定為同等。藉由使圓柱形的凸部11的高度H為0.602mm、使構成積層的1層的厚度為0.125mm、且使接著劑3的厚度為0.1mm，而獲得厚度1.45mm、質量77.9g的構造體。
對具有凸部11的薄板2與表面材1在薄板2的凸部11的頂面部12上藉由接著劑3接合而得的纖維強化複合材料構造體6的剛性進行評估。評估方法為板的彎曲試驗，並且將支撐條件設為4邊單純支撐(使用支撐台Y)，且將負荷條件設為對表面材1 上的中央部施加集中負荷Z，並利用中央部的撓曲量來進行評估(圖26)。支撐間距離為縱長160mm、橫長260mm，負荷值設為5kgf。對於撓曲量，計測構造體下表面(薄板2側)的中央部的最大撓曲量。
利用彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為2.46mm。與比較例1相比撓曲量低，具有高剛性。構造體的重量相同，而降低薄板2與表面材1的積層厚度，藉此可期待與夾層構造體同等的剛性及輕量化。
(實施例3)
將比較例2的夾層構造體與本實施例的構造體的厚度及重量決定為同等。使用與實施例2相同的方法，使圓柱形的凸部11的高度H為0.535mm，且使構成積層體的1層的厚度為0.119mm，藉此獲得厚度1.35mm、質量74.4g的構造體。
藉由與實施例2相同的構造體的彎曲試驗，而最大撓曲量為2.98mm。為與比較例2同等的撓曲量，且具有同等的剛性。
(實施例4)
將比較例3的夾層構造體與本實施例的構造體的厚度與重量決定為同等。使用與實施例2相同的方法，使圓柱形的凸部11的高度H為0.468mm，且使構成積層體的1層的厚度為0.114mm，藉此獲得厚度1.25mm、質量71.0g的構造體。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為3.66mm。
(比較例1)
比較例中，對以先前文獻1為代表且作為實用化的構造體的夾層構造體(III)進行研究，該夾層構造體(III)包含：芯材(I)，形成構造體；及纖維強化材(II)，配置在上述芯材(I)的兩表面，且包含連續的強化纖維與基質樹脂。
纖維強化材(II)使用與實施例2相同的材料。兩面均為雙層積層體，積層體以上表面的積層體成為[0°/90°]，且下表面的積層體成為[90°/0°]的方式配置，以夾著芯材(I)而使上表面的積層體與下表面的積層體成為對稱的方式構成。芯材(I)使用發泡聚丙烯(彈性模數0.65GPa)。
本比較例的構造體的厚度，由芯材(I)、與配置在其兩表面的纖維強化材(II)的積層體(上表面的積層體及下表面的積層體)的厚度的和決定。使芯材的厚度為1.05mm，且使形成積層體的1層的厚度為0.1mm，藉此獲得厚度1.45mm、質量77.9g的構造體。
藉由與藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而構造體的撓曲量為2.56mm。
(比較例2)
比較例1的夾層構造體中，藉由使芯材的厚度為0.95mm，而獲得厚度1.35mm、質量74.4g的構造體。
藉由與藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而構造體的撓曲量為2.99mm。
(比較例3)
比較例1的夾層構造體中，藉由使芯材的厚度為0.85mm，而獲得厚度1.25mm、質量71.0g的構造體。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而構造體的撓曲量為3.54mm。
將實施例2~實施例4及比較例1~比較例3的結果示於圖28。在使用複合材料構造體作為本發明的實施例2~實施例4的情形時，複合材料構造體的厚度越厚，則複合材料構造體的撓曲量變得越少，從而判斷相對於現有技術的夾層構造體(比較例1~比較例3的構造體)的剛性優越性提高。
為對包含具有凸部11的薄板2與表面材1的構造體利用接著劑3接著而成的纖維強化複合材料構造體6的有效的形狀進行研究，而對凸部11的形狀最佳化進行研究。實施例5~實施例26中，對凸部11的排列與凸部11的間距P(第1凸部11的中心軸G1與相鄰的第2凸部11的中心軸G2之間的距離)進行研究。
(實施例5)
實施例4中，對如下情形進行研究，即使構成薄板2及表面材1的纖維強化複合材料積層的1層的厚度為0.1mm，使凸部11的高度H為0.55mm，且使凸部間距P為6mm而獲得厚度1.25mm的構造體。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體 的最大撓曲量為5.40mm。
(實施例6)
將實施例5中的凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.12mm。
(實施例7)
將實施例5中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.05mm。
(實施例8)
將實施例5中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.33mm。
(實施例9)
將實施例5中的凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.83mm。
(實施例10)
對將實施例5中的凸部11的排列變更為圖20所示的鋸齒狀排列的情形進行研究。使構造體的凸部11的排列為沿與纖維方向成±30°的方向排列的鋸齒狀排列，且將凸部間距P變更為6mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為6.86mm。
(實施例11)
將實施例10中的凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.48mm。
(實施例12)
將實施例10中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.06mm。
(實施例13)
將實施例10中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.15mm。
(實施例14)
將實施例10中的凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.46mm。
(實施例15)
將實施例10中的凸部間距P變更為16mm。
在進行與實施例2相同的彎曲試驗時，本實施例的構造體的最大撓曲量為4.95mm。
(實施例16)
變更實施例5中的構造體的凸部11的排列方向。構造體的凸部11形成沿與纖維方向成±45°的方向排列的鋸齒狀排列，且將凸部間距P變更為6mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為7.44mm。
(實施例17)
將實施例16中的凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.67mm。
(實施例18)
將實施例16中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.13mm。
(實施例19)
將實施例16中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.17mm。
(實施例20)
將實施例16中的凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.49mm。
(實施例21)
將實施例16中的凸部間距P變更為16mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而本實施例的構造體的最大撓曲量為4.97mm。
(實施例22)
變更實施例6中的凸部11的排列方向。構造體的凸部11形成為沿與纖維方向成±60°的方向排列的鋸齒狀排列，且將凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為5.32mm。
(實施例23)
將實施例22中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.40mm。
(實施例24)
將實施例22中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.23mm。
(實施例25)
將實施例22中的凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.35mm。
(實施例26)
將實施例22中的凸部間距變更為16mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.69mm。
將實施例5~實施例26的結果示於圖29。在任一排列中，在相對於凸部11的直徑5mm而凸部間距P為10mm~12mm時，最大撓曲量均成為最小，在其±2mm的範圍內撓曲量穩定。
另一方面，在凸部間距P為8mm以下及12mm以上時，撓曲量變大，剛性大幅降低。
作為具有凸部11的薄板2與表面材1利用接著劑3接著而成的纖維強化複合材料構造體6，在圓柱凸部，凸部間距P較理想為凸部尺寸W1的1.6倍~2.4倍。
又，在任一排列中，最小撓曲量均大致相同，在正方排列及鋸齒狀排列中可獲得優異的剛性效果。
又，在鋸齒狀排列中，纖維的長度方向的剖面長的差較正方排列短，因此成形性提高。
以下的實施例27~實施例50中，對凸部間距P與凸部的形狀、大小進行研究。
實施例27~實施例38中將凸部11的形狀變更為橢圓形。
(實施例27)
將實施例5中的凸部11的形狀變更為橢圓形，且變更為正方排列(圖21)。
橢圓的短徑設為5mm，長徑設為7.5mm，且凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.68mm。
(實施例28)
將實施例27中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.41mm。
(實施例29)
實施例27中，將凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.60mm。
(實施例30)
將實施例27中的凸部間距P變更為16mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為5.00mm。
(實施例31)
將實施例27中的凸部11的形狀變更為橢圓形。
將短徑設為5mm、長徑設為10mm，凸部間距P設為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為5.10mm。
(實施例32)
將實施例31中的凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.73mm。
(實施例33)
將實施例31中的凸部間距P變更為16mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.82mm。
(實施例34)
將實施例31中的凸部間距P變更為18mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為5.10mm。
(實施例35)
將實施例27中的凸部11變更為旋轉90°而得的橢圓形，且變更為正方排列(圖22)。
將橢圓的短徑設為5mm，長徑設為7.5mm，凸部間距P設為9mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.33mm。
(實施例36)
將實施例35中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.28mm。
(實施例37)
將實施例35中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.29mm。
(實施例38)
將實施例35中的凸部間距P變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.64mm。
將實施例27~實施例38的結果示於圖30。
在凸部11為橢圓形時，在凸部間距P為橢圓形的短徑與長徑的平均值的約2倍的範圍內剛性成為最大，在1.6倍~2.4倍的範圍內可獲得良好的剛性效果。
又，若橢圓的長徑與短徑的比變大，則最大撓曲量增大而剛性效果變差，因此在橢圓形的凸部11中，長徑較理想為短徑的1.5倍以下。
以下的實施例39~實施例46中將凸部11的形狀變更為正方形。
(實施例39)
將實施例5中的凸部11的形狀變更為正方形，且變更為正方排列(圖23)。
正方形的對角線設為5mm，凸部間距P設為6mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.22 mm。
(實施例40)
將實施例39中的凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為3.84mm。
(實施例41)
將實施例39中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.00mm。
(實施例42)
將實施例39中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.43mm。
將實施例39~實施例42的結果示於圖31。
在凸部11的形狀為正方形時，在相對於正方形的對角線5mm而凸部間距P為7mm~10mm的範圍，可獲得優異的剛性效果。
在凸部11為正方形時，凸部間距P較理想為正方形的對角線的1.4倍~2.0倍。
(實施例43)
將實施例39中的凸部11的形狀變更為旋轉45°所得的正方形(圖24)，將排列變更為正方排列，且將凸部間距P變更為6mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.95mm。
(實施例44)
將實施例43中的凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.07mm。
(實施例45)
將實施例43中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.11mm。
(實施例46)
將實施例43中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.49mm。
將實施例43~實施例46的結果示於圖31中。
在凸部11的形狀為傾斜45°的正方形的情形時，在相對於正方形的對角線5mm而凸部間距P為8mm~10mm的範圍，可獲得優異的剛性效果。
在凸部11的形狀為傾斜45°的正方形時，凸部間距P較理想為正方形的對角線的1.6倍~2.0倍。
以下的實施例47~實施例50中將凸部11的形狀變更為正六邊形。
(實施例47)
將實施例5中的凸部11的形狀變更為正六邊形，且變更為正方排列(圖25)。
使正六邊形的外切圓為5mm，且凸部間距P設為6mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.90mm。
(實施例48)
將實施例47中的凸部間距P變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.03mm。
(實施例49)
將實施例47中的凸部間距P變更為10mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.06mm。
(實施例50)
將實施例47中的凸部間距P變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.41mm。
將實施例47~實施例50的結果示於圖32。
在凸部11的形狀為正六邊形時，在相對於外切圓5mm而凸部間距P為8mm~12mm的範圍，可有效地獲得剛性效果。
在凸部11的形狀為正六邊形時，凸部間距P較理想為正六邊 形的外切圓的1.6倍~2.4倍。
實施例51~實施例64中，針對薄板2與表面材1在凸部11的頂面部12上藉由接著劑3接著而成的纖維強化複合材料構造體6，利用薄板2的凸部11以規則的間距P沿長度方向排成一列的短條形狀(圖27)的三點彎曲來進行評估。短條形狀設為總長100mm，且寬度設為與凸部間距P相同，作為三點彎曲的條件而設為：支撐間距離為80mm，負荷為支撐間中央的線負荷且相對於寬度而設為2N/mm。對於構造體的撓曲量，計測構造體下表面(薄板2側)的支點間中央部的最大撓曲量。
構成薄板2與表面材1的纖維強化複合材料與實施例5相同。
對如下情形進行研究，即構成薄板2及表面材1的纖維強化複合材料積層體為與實施例5相同的[0°/90°/0°]的3層積層體，且使1層的厚度為0.1mm，使凸部11的高度H為0.55mm，使接著劑3的厚度為0.1mm，而形成厚度1.25mm的構造體。
凸部11變更為直徑3mm的圓柱形。凸部間距P為4mm，寬度同樣為4mm，負荷為8N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.13mm。
(實施例52)
將實施例51中的凸部間距P及寬度變更為6mm，且將負荷變更為12N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為2.55mm。
(實施例53)
將實施例51中的凸部間距P及寬度變更為8mm，且將負荷變更為16N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為2.68mm。
(實施例54)
將實施例51中的凸部間距P及寬度變更為10mm，且將負荷變更為20N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.08mm。
(實施例55)
將實施例51中的凸部11的直徑變更為5mm，且將凸部間距P及寬度變更為6mm，將負荷變更為12N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為4.02mm。
(實施例56)
將實施例55中的凸部間距P及寬度變更為8mm，且將負荷變更為16N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為2.91mm。
(實施例57)
將實施例55中的凸部間距P及寬度變更為10mm，且將負荷變更為20N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為2.85mm。
(實施例58)
將實施例55中的凸部間距P及寬度變更為12mm，且將負荷變更為24N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.12mm。
(實施例59)
將實施例55中的凸部間距P及寬度變更為14mm，且將負荷變更為28N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.44mm。
(實施例60)
將實施例60中的凸部11的直徑變更為7mm，且將凸部間距P及寬度變更為8mm，將負荷變更為16N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為4.58mm。
(實施例61)
將實施例60中的凸部間距P及寬度變更為10mm，且 將負荷變更為20N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.29mm。
(實施例62)
將實施例60中的凸部間距P及寬度變更為12mm，且將負荷變更為24N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.12mm。
(實施例63)
將實施例60中的凸部間距P及寬度變更為14mm，且將負荷變更為28N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.18mm。
(實施例64)
將實施例60中的凸部間距P及寬度變更為16mm，且將負荷變更為32N。
利用三點彎曲試驗所得的構造體的最大撓曲量為3.58mm。
將實施例51~實施例64的結果示於圖33。在凸部11的大小為直徑3mm、5mm、7mm的任一者時，在凸部間距P為直徑的約2倍時構造體的撓曲量均為最小，在其左右的範圍可獲得良好的剛性效果。
即，由凸部尺寸與凸部間距P的比率決定剛性效果。
又，凸部11的直徑越小，則最大撓曲量的最小值變得越低，從而剛性效果提高。
以下的實施例65~實施例68中，將連接凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13的形狀設為圖4A的斜面形狀。
(實施例65)
將實施例5的薄板2中的連接正方排列的凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13的與基礎部14的連接部變更為直徑5mm的圓，將連接面13變更為傾斜角60°的斜面，且凸部11的頂面部12的直徑變更為4.36mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.05mm。
(實施例66)
將實施例65中的凸部11與基礎部14的連接面13變更為傾斜角45°的斜面，且凸部11的頂面部12的直徑變更為3.9mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.11mm。
(實施例67)
將實施例16的薄板2中的連接以±45°鋸齒狀排列的凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13的與基礎部14的連接部設為直徑5mm的圓，將連接面13設為傾斜角60°的斜面，且凸部11的頂面部12的直徑為4.36mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.09mm。
(實施例68)
將實施例67中的凸部11與基礎部14的連接面13設為傾斜角45°的斜面，且凸部11的頂面部12的直徑為3.9mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.12mm。
將實施例65、實施例66、實施例67、實施例68、及凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13為圓筒形的實施例5、實施例16的結果示於圖34。
在正方排列與鋸齒狀排列的任一者中，無論連接凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13為斜面還是為圓筒形，撓曲量均相同，可獲得同等的剛性。
作為具有凸部11的薄板2的成形例，有對實施例1的預浸體積層體進行加熱壓製的方法，但藉由使凸部11的頂面部12與基礎部14的連接面13自圓筒形變為斜面，而使預浸體積層體藉由壓製而延伸的比例減小，由此成形性提高。
再者，為確保充足的接著面積，斜面的傾斜角較理想為45°以上。
以下的實施例69~實施例74中，對長方排列的凸部11的排列間隔進行研究。
(實施例69)
將實施例7的薄板2中的凸部11的排列設為圖35所示的長方排列，將P1(長方排列的凸部間距1)設為6mm，將P2(長方排列的凸部間距2)設為10mm，將構成薄板2及表面材1的纖維強化複合材料積層的1層的厚度設為0.1mm，且將凸部11的高度H設為0.55mm，而獲得厚度1.25mm的構造體。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.16mm。
(實施例70)
將實施例69中的P1變更為8mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.05mm。
(實施例71)
將實施例69中的P1變更為12mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.12mm。
(實施例72)
將實施例69中的P1變更為14mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.21mm。
(實施例73)
將實施例69中的P1變更為16mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.33 mm。
(實施例74)
將實施例69中的P1變更為18mm。
藉由與實施例2相同的彎曲試驗，而最大撓曲量為4.41mm。
將實施例69~實施例74、及P1為與P2相同的10mm的正方排列的實施例7的結果示於圖36。
實施例7的正方排列的剛性最高，即便於P1為8mm~12mm的範圍內亦可獲得優異的剛性。
長方排列中，分割為大小等於包含一個凸部11的長方形時的長方形的長邊及短邊，較理想為凸部11的尺寸的1.6倍以上且2.4倍以下，進而，短邊與長邊的比率較理想為凸部11的尺寸的1倍以上且1.25以下。
以上，對本發明的一實施方式進行了說明，但本發明的技術範圍並不限定於上述實施方式，可在不脫離本發明的主旨的範圍內改變各實施方式的構成要素的組合，或對各構成要素加以各種變更或刪除。
[產業上之可利用性]
本發明是有關於輕量性、薄壁性、及剛性優異的纖維強化複合材料構造體與使用該構造體的複合材料成形體以及其製造方法，可廣泛用於運動或休閒用途及汽車或飛機等產業用途、個人電腦等電氣電子機器、家電機器、及醫療機器的框體。
1‧‧‧表面材
2‧‧‧薄板
3‧‧‧接著劑
4‧‧‧樹脂構造體
5‧‧‧接合部
6‧‧‧纖維強化複合材料構造體
7‧‧‧複合材料成形體
12‧‧‧頂面部(頂面)
13‧‧‧連接面
14‧‧‧基礎部
16‧‧‧凸條的上表面
17‧‧‧凸條的側面

Claims (15)

  1. 一種纖維強化複合材料構造體，包含：薄板，具有第一面及多個凸部，該凸部具有頂面，並且在上述第一面上突出且規則地配置；以及表面材，具有第二面，且在上述第二面上與上述頂面接合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的纖維強化複合材料構造體，其中在上述多個凸部中的一個凸部中，上述凸部的頂面的形狀、及由上述凸部與上述第一面的分界線包圍的第1區域的形狀，為選自正方形、長方形、菱形、三角形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形、圓角正方形、圓角長方形、圓角菱形、圓角三角形、圓角五邊形、及圓角六邊形中的至少1種。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的纖維強化複合材料構造體，其中上述多個凸部包含一個第1凸部、及與上述第1凸部相鄰的第2凸部，且藉由與上述第一面垂直的方向的上述第1凸部的中心軸和上述第2凸部的中心軸的間隔而規定凸部間距，上述凸部間距為上述第1區域的最小直徑的1.6倍~2.4倍。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的纖維強化複合材料構造體，其中在規則地設置有上述多個凸部的第2區域中，以α定義上述第2區域的面積，以β定義上述多個凸部的上述頂面的合計面積，且β/α比為5%以上且小於40%。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的纖維強化 複合材料構造體，其中在上述多個凸部中的一個凸部中，上述凸部的頂面的面積為上述薄板的板厚的平方的5倍以上~小於500倍。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的纖維強化複合材料構造體，其中上述多個凸部的高度為上述薄板的板厚的0.5倍以上且小於10倍。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的纖維強化複合材料構造體，其中上述薄板包含強化纖維，上述多個凸部的排列包含：選自沿與上述強化纖維的纖維的長度方向成0°及90°的方向排列的正方排列及長方排列、或上述多個凸部的排列方向與上述纖維的長度方向形成角度的鋸齒狀排列中的至少1種排列。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的纖維強化複合材料構造體，其中在上述多個凸部的各個中，與上述頂面平行的方向的剖面的最小值菲列直徑為上述薄板的板厚的3倍以上且小於30倍。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的纖維強化複合材料構造體，其中在上述多個凸部的各自的頂端部具有凹狀的凹陷。
  10. 一種複合材料成形體，包含：如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的纖維強化複合材料構造體； 接合部，填充至形成在上述薄板的端部與上述表面材的端部之間的空間中；以及樹脂構造體，藉由上述接合部而與上述纖維強化複合材料構造體接合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的複合材料成形體，更包含凸條，該凸條在上述第一面上突出，且以包圍上述多個凸部的方式連續配置，在由上述凸條、上述薄板的上述端部、及上述表面材的上述端部包圍的空間中填充有上述接合部。
  12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述的複合材料成形體，包含接著劑層，該接著劑層設置在上述纖維強化複合材料構造體與上述樹脂構造體的接合界面上。
  13. 如申請專利範圍第10項至第12項中任一項所述的複合材料成形體，其中上述樹脂構造體包含熱塑性樹脂。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的複合材料成形體，其中上述樹脂構造體更包含玻璃纖維。
  15. 一種複合材料成形體的製造方法，包括：準備包含強化纖維與熱硬化性樹脂組成物的預浸體積層體；使用具有突起或凹陷的模具對上述預浸體積層體進行加熱加壓而製作具有多個凸部的薄板；藉由在上述薄板的上述凸部的頂面接合表面材來製作纖維強化複合材料構造體； 將樹脂材料注入射出至上述薄板與上述表面材之間，來接合包含上述樹脂材料的樹脂構造體與上述纖維強化複合材料構造體。
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