TW201821247A - 複合成形體及複合成形體的製造方法 - Google Patents

複合成形體及複合成形體的製造方法 Download PDF

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Abstract

複合成形體1具有:第1區域2,含有第1樹脂及第1纖維,且密度較高;及第2區域3,含有第2纖維及第2樹脂,且與第1區域2相比密度相對較低。並且,俯視複合成形體1時,第2區域3被規則地(例如以成為蜂窩結構之方式)配置,且第2區域3的面積率為20~90%。並且,第1纖維的平均長度係1mm以上為較佳。

Description

複合成形體及複合成形體的製造方法
本發明係有關一種複合成形體及複合成形體的製造方法。
例如在飛機或汽車等中使用之結構材料要求進一步的輕量化。藉由輕量化能夠抑制飛機或汽車的燃料消耗量。
作為該種結構材料,例如提出有使玻璃纖維等強化纖維與聚丙烯等樹脂混合而成之纖維強化樹脂(例如,參照專利文獻1)。專利文獻1中記載的纖維強化樹脂中,纖維朝向三維的所有方向相互交織。藉此,實現纖維強化樹脂的加強。
專利文獻1:日本特開2016-016541號公報
近年來,結構材料的進一步的輕量化的要求較強。因此,要求進一步降低纖維強化樹脂的密度。
然而,當降低纖維強化樹脂的密度時,纖維強化樹脂的機械強度下降。其結果,纖維強化樹脂有可能無法發揮作為結構材料的作用。
本發明的目的在於,提供一種兼顧輕量化和高機械強度之複 合成形體、及能夠高效率地製造前述複合成形體之複合成形體的製造方法。
該等目的藉由下述(1)~(11)的本發明而實現。
(1)一種複合成形體,含有樹脂及纖維,其特徵為,含有第1區域及密度比前述第1區域低的第2區域,俯視時前述第2區域被規則地配置,前述第2區域的面積率為20~90%。
(2)如上述(1)所述之複合成形體,其中,前述第1區域含有第1樹脂,前述第2區域含有與前述第1樹脂不同的第2樹脂。
(3)如上述(2)所述之複合成形體,其中,前述第1樹脂含有熱塑性樹脂。
(4)如上述(1)至(3)中任一者所述之複合成形體,其中,前述第1區域含有第1纖維,前述第2區域含有與前述第1纖維不同的第2纖維。
(5)如上述(4)所述之複合成形體,其中,前述第1纖維的平均長度為1mm以上。
(6)如上述(4)或(5)所述之複合成形體,其中,前述第1纖維為無機纖維。
(7)如上述(1)至(6)中任一者所述之複合成形體,其含有隔著前述第1區域相互隔開之複數個前述第2區域,前述第2區域的形狀分別為六角形。
(8)一種複合成形體的製造方法,其特徵為,具有:藉由抄製含有第1樹脂及第1纖維之第1分散液,得到第1中間體之步驟,前述第1中間體包括成為中空之中空區域及成為實心之實心區域,俯視時前述中空區域被規則地配置而成;將含有第2樹脂及第2纖維之第2分散液供給到前述中空區域,且同時抄製前述第2分散液,藉此而得到第2中間體之步驟;及藉由對前述第1中間體及前述第2中間體進行加壓成形,得到複合成形體之步驟。
(9)一種複合成形體的製造方法,其特徵為,具有:藉由抄製含有第1樹脂及第1纖維之第1分散液,得到第1中間體之步驟,前述第1中間體包括成為中空之中空區域及成為實心之實心區域,俯視時前述中空區域被規則地配置而成;藉由抄製含有第2樹脂及第2纖維之第2分散液,得到第2中間體之步驟;在前述第1中間體的前述中空區域配置前述第2中間體之步驟;及藉由對前述第1中間體及前述第2中間體進行加壓成形,得到複合成形體之步驟。
(10)如上述(9)所述之複合成形體的製造方法,其中,前述第1中間體及前述第2中間體的至少一者係藉由切斷臨時中間體而形成者。
(11)如上述(8)至(10)中的任一者所述之複合成形體的製造方法,其中,經由具備與前述中空區域對應之遮蔽部的遮罩而抄製 前述第1分散液。
依本發明能夠得到兼顧了輕量化和高機械強度之複合成形體。
並且,依本發明,能夠高效率地製造上述複合成形體。
1‧‧‧複合成形體
2‧‧‧第1區域
3‧‧‧第2區域
4a‧‧‧第1中間體
4a’‧‧‧臨時中間體
4b‧‧‧第2中間體
4b’‧‧‧臨時中間體
4c‧‧‧第3中間體
5‧‧‧第2中間體
8‧‧‧切斷工具
21‧‧‧第1樹脂
22‧‧‧第1纖維
25‧‧‧貫穿孔
31‧‧‧第2樹脂
32‧‧‧第2纖維
41‧‧‧實心區域
42‧‧‧中空區域
43‧‧‧實心區域
51‧‧‧分散介質
52‧‧‧分散介質
61‧‧‧第1分散液
62‧‧‧第2分散液
70‧‧‧容器
71‧‧‧過濾器
72‧‧‧遮罩
74‧‧‧成形模
75‧‧‧成形模
圖1係表示本發明的複合成形體的實施形態之立體圖。
圖2係圖1所示之複合成形體的平面圖及剖面圖。
圖3係示意表示圖2所示之複合成形體的由一點鏈線B包圍之部分之局部放大圖。
圖4係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第1實施形態)的圖。
圖5係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第1實施形態)的圖。
圖6係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第1實施形態)的圖。
圖7係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第1實施形態)的圖。
圖8係圖7(b)的由一點鏈線C包圍之部分的局部放大圖。
圖9係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第2實施形態)的圖。
圖10係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成 形體的製造方法的第2實施形態)的圖。
圖11係用於說明製造圖1所示之複合成形體之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第2實施形態)的圖。
以下,依據圖式所示之較佳實施形態來對本發明的複合成形體及複合成形體的製造方法進行詳細說明。
<複合成形體>
首先,對本發明的複合成形體的實施形態進行說明。
圖1係表示本發明的複合成形體的實施形態之立體圖,圖2係圖1所示之複合成形體的平面圖及剖面圖,圖3係示意表示圖2所示之複合成形體的由一點鏈線B包圍之部分的局部放大圖。
圖1~圖3所示之複合成形體1呈片狀,複合成形體1的主面的俯視形狀如圖2(a)所示為長方形。
該種複合成形體1含有密度較高的高密度區域(第1區域)2及與第1區域2相比密度相對較低的低密度區域(第2區域)3。該等第1區域2及第2區域3並無特別限定,但分別在其厚度方向上呈相同結構。另外,圖1、圖2中,對第1區域2賦予相對密集的點,對第2區域3賦予相對稀疏的點。
本實施形態之第1區域2含有第1樹脂21及第1纖維22。並且,本實施形態之第2區域3含有第2樹脂31及第2纖維32。
並且,本實施形態之複合成形體1中,俯視時第2區域3被規則地配置。藉由如此第2區域3被規則地配置,複合成形體1的整體 中,使第1區域2和第2區域3以其中任一者不會偏在之方式進行分佈。並且,複合成形體1中的第2區域3的面積率(俯視時,相對於複合成形體1的主面的面積之第2區域3的面積的比例)為20~90%。
在該種複合成形體1中,以規定的面積率均勻地含有第2區域3,因此能夠與其相應地降低整體的比重。並且,還含有第1區域2,因此賦予複合成形體1高機械強度。藉此,複合成形體1中兼顧輕量化和高機械強度。
以下,對複合成形體1的各部進行詳述。
(第1區域)
首先,對第1區域2進行說明。
俯視時,第1區域2為主面的外形呈長方形之板狀的構件。該主面的外形與俯視時的複合成形體1的外形一致。
並且,第1區域2在內部具備用於內包第2區域3之複數個貫穿孔25。俯視時,該貫穿孔25分別呈正六角形,且以相互隔開之方式被規則地配置。
如前所述,第1區域2含有第1樹脂21及第1纖維22。該種第1區域2藉由在第1樹脂21的基體分散第1纖維22而被複合化,顯示高機械特性。藉此,能夠更加提高複合成形體1的機械特性。
-第1纖維-
第1纖維22有助於提高第1區域2的機械特性或導熱性。
該種第1纖維22例如藉由將纖維絲或長纖維束切斷成規定的長度而得到。
第1纖維22的平均長度並無特別限定,但1mm以上為較佳,2mm以上為更佳,4mm以上為進一步較佳。藉由將第1纖維22的平均長度設定在前述範圍內,能夠充分地提高第1區域2的機械特性。尤其即使在第1樹脂21的機械特性相對低的情況下,亦能夠藉由第1纖維22來充分地彌補其機械特性。其結果,得到機械特性尤其良好的第1區域2。
第1纖維22的平均長度的上限值並無特別限定,但例如100mm以下為較佳,50mm以下為更佳。藉此,在製造第1區域2時使第1纖維22分散於分散介質時,其分散性變得良好。其結果,得到均質結構的成形體,因此最終得到機械特性優異的第1區域2。
另外,第1纖維22的平均長度如下進行測定。對於溶解第1區域2的第1樹脂21等來取出之任意100根以上的第1纖維22,測定它們的長度。將所得到之長度的測定值進行了平均之值設為第1纖維22的平均長度。
另一方面,第1纖維22的平均直徑並無特別限定,但1~100μm左右為較佳,5~80μm左右為更佳。藉由將第1纖維22的平均直徑設定在前述範圍內,能夠提高第1區域2的機械特性,並且能夠提高製造第1區域2時的成形性。
另外,第1纖維22的平均直徑如下進行測定。對於溶解第1區域2的第1樹脂21等來取出之任意100根以上的第1纖維22,測定它們的直徑。將所得到之直徑的測定值進行了平均之值設為第1纖維22的平均直徑。
並且,相對於第1纖維22的直徑之長度的比(長度/直徑) 係10以上為較佳,100以上為更佳。藉此,第1纖維22更加確實地發揮如上所述的效果。
作為該種第1纖維22,例如可舉出如玻璃纖維、碳纖維、鋁纖維、銅纖維、不銹鋼纖維、黄銅纖維、鈦纖維、鋼纖維、磷青銅纖維等金屬纖維、如棉纖維、絲纖維、木質纖維等天然纖維、如氧化鋁纖維等陶瓷纖維、如全芳香族聚醯胺(芳綸(aramid))、全芳香族聚酯、全芳香族聚酯醯胺、全芳香族聚醚、全芳香族聚碳酸酯、全芳香族聚甲亞胺(polyazomethine)、聚苯硫醚(PPS)、聚(對伸苯基苯并雙噻唑)(PBZT)、聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚醯亞胺、聚四氟乙烯(PTFE)、聚(對-伸苯基-2,6-苯并雙唑)(PBO)等有機纖維等,使用含有該等之中的1種或至少1種者(複數種纖維混在一起者)。
其中,作為第1纖維22,較佳地使用如玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維及陶瓷纖維等無機纖維。藉由使用抗拉強度等機械特性優異的無機纖維,尤其能夠提高第1區域2的機械特性。
另外,根據需要,可以對第1纖維22實施偶合劑處理、界面活性劑處理、紫外線照射處理、電子束照射處理、電漿照射處理等表面處理。
其中,作為偶合劑,例如可舉出如N-(β-胺基乙基)-γ-胺丙基三甲氧基矽烷、N-(β-胺基乙基)-γ-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-胺丙基甲基二乙氧基矽烷、γ-胺丙基三甲氧基矽烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷、N-(β-胺基乙基)-γ-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、N-(β-胺基乙基)-γ-胺丙基甲基二乙氧基矽烷等含胺基的烷氧基矽烷、及 它們的水解物等,使用含有該等之中的至少1種者。
另一方面,藉由使用前述之有機纖維,能夠實現第1區域2的進一步的輕量化。並且,即使稱為有機纖維,其機械特性亦多種多樣,具有比無機纖維更高的機械特性者亦多。因此,藉由選擇最佳的有機纖維,能夠實現高度兼顧了輕量化和高機械特性之複合成形體1。
第1區域2中的第1纖維22的含量並無特別限定,但第1樹脂21的5~300體積%左右為較佳,10~150體積%左右為更佳,20~90體積%左右為進一步較佳。藉由將第1纖維22的含量設定在前述範圍內,第1樹脂21與第1纖維22的量平衡得到最佳化。因此,尤其能夠提高第1區域2的機械特性。亦即,若第1纖維22的含量低於前述下限值,則第1纖維22的含量相對不足,因此根據第1樹脂21的組成或第1纖維22的長度、構成材料等,第1區域2的機械特性有可能下降。另一方面,若第1纖維22的含量超過前述上限值,則第1樹脂21的含量相對不足,因此根據第1樹脂21的組成或第1纖維22的長度、構成材料等,第1區域2的機械特性有可能下降。
另外,圖3所示之第1纖維22的形狀為一例,並不限定於如圖所示之直線狀,可以為任何形狀。
並且,第1纖維22可以在第1區域2中在任何方向上進行配向,但以與第1區域2的表面(主面)平行之方式進行配向為較佳。藉此,能夠在第1區域2的表面的拉伸方向上提高韌性。並且,第1區域2的表面的耐磨性亦變高。
-第1樹脂-
第1樹脂21對第1區域2賦予成形性或形狀保持性,或者作為黏合第1纖維22彼此之黏合劑而發揮功能。因此,作為第1樹脂21,只要係具有該種功能者,則並無特別限定。例如,可舉出如酚系樹脂、環氧系樹脂、不飽和聚酯系樹脂、三聚氰胺系樹脂、聚胺酯(polyurethane)、雙順丁烯二醯亞胺系樹脂等熱硬化性樹脂、如聚醯胺系樹脂(例如尼龍等)、熱塑性胺酯(urethane)系樹脂、聚烯烴系樹脂(例如聚乙烯、聚丙烯等)、聚碳酸酯、聚酯系樹脂(例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯等)、聚縮醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮、液晶聚合物、氟樹脂(例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等)、改質聚苯醚(modified polyphenylene ether)、聚碸、聚醚碸、聚芳酯(polyarylate)、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、熱塑性聚醯亞胺等熱塑性樹脂等。另外,第1樹脂21可以含有該等之中的至少1種,亦可以含有2種以上。
第1樹脂21尤其含有酚系樹脂、環氧系樹脂及雙順丁烯二醯亞胺系樹脂中的至少1種為較佳。藉此,尤其能夠提高第1區域2的機械特性及耐熱性。
作為酚系樹脂,例如可舉出如苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、雙酚A酚醛清漆樹脂、芳基伸烷基(aryl alkylene)型酚醛清漆樹脂等酚醛清漆型酚樹脂、未改質的甲階酚醛樹脂(resol)酚樹脂、被桐油、亞麻子油、核桃油等改質之油改質甲階酚醛樹脂酚樹脂等甲階酚醛樹脂(resol)型酚樹脂等。
其中,從成本及成形性的觀點考慮,較佳地使用酚醛清漆型酚樹脂。
酚系樹脂的重量平均分子量並無特別限定,但1000~15000左右為較佳。另外,若酚系樹脂的重量平均分子量低於前述下限值,則第1樹脂21的黏度變得過低,從而製造複合成形體1時有可能難以進行第1區域2的成形。另一方面,若酚系樹脂的重量平均分子量超過前述上限值,則第1樹脂21的黏度變得過高,從而製造複合成形體1時第1區域2的成形性有可能下降。
酚系樹脂的重量平均分子量能夠作為利用凝膠滲透層析法(GPC)所測定之聚苯乙烯換算的重量平均分子量而求出。
作為環氧系樹脂,例如可舉出如雙酚A型、雙酚F型、雙酚AD型等雙酚型環氧樹脂、如苯酚酚醛清漆型、甲酚酚醛清漆型等酚醛清漆型環氧樹脂、如溴化雙酚A型、溴化苯酚酚醛清漆型等溴化型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、三(羥基苯基)甲烷型環氧樹脂等。
其中,從高流動性或成形性等觀點考慮,較佳地使用雙酚型環氧樹脂、酚醛清漆型環氧樹脂。
並且,更較佳地使用分子量相對低的雙酚A型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂。
而且,從耐熱性的觀點考慮,進一步較佳地使用苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂,尤其較佳地使用三(羥基苯基)甲烷型環氧樹脂。
作為雙順丁烯二醯亞胺系樹脂,例如只要係在分子鏈的兩末端具有順丁烯二醯亞胺基之樹脂,則並無特別限定,但具有苯環者為較佳,更較佳地使用由下述通式(1)表示者。
[式中,R1~R4表示可具有取代基之碳數1~4的烴基或氫原子。並且,R5表示2價的有機基。]
其中,雙順丁烯二醯亞胺系樹脂可以在分子鏈的兩末端以外具有順丁烯二醯亞胺基。
其中,有機基係指可含有碳原子以外的原子之烴基,作為碳原子以外的原子,可舉出O、S、N等。
R5具有由亞甲基、芳香環及醚鍵(-O-)以任意順序鍵結之主鏈結構為較佳,亦可以在主鏈上具有取代基及側鏈中的至少一者。主鏈結構中所含之亞甲基、芳香環及醚鍵的合計數為15個以下。作為上述取代基或側鏈,例如可舉出碳數3個以下的烴基、順丁烯二醯亞胺基、伸苯基等。
作為雙順丁烯二醯亞胺系樹脂,例如可舉出N,N’-(4,4’-二苯甲烷)雙順丁烯二醯亞胺、雙(3-乙基-5-甲基-4-順丁烯二醯亞胺苯基)甲烷、2,2-雙[4-(4-順丁烯二醯亞胺苯氧基)苯基]丙烷、間伸苯基雙順丁烯二醯亞胺、對伸苯基雙順丁烯二醯亞胺、4-甲基-1,3-伸苯基雙順丁烯二醯亞胺、N,N’-乙烯雙順丁烯二醯亞胺、N,N’-六亞甲基雙順丁烯二醯亞胺等。
並且,根據需要,與第1樹脂21一起併用硬化劑。
例如,當作為第1樹脂21使用酚醛清漆型酚樹脂時,作為硬化劑,通常使用六亞甲基四胺。
並且,例如,當作為第1樹脂21使用環氧系樹脂時,作為硬化劑,可使用如脂肪族多胺、芳香族多胺、二氰二胺等胺化合物、如脂環族酸酐、芳香族酸酐等酸酐、如酚醛清漆型酚樹脂等多酚化合物、咪唑化合物等。
其中,從操作性或環境面的觀點考慮,較佳地使用酚醛清漆型酚樹脂。尤其,當作為環氧系樹脂使用苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂及三(羥基苯基)甲烷型環氧樹脂時,作為硬化劑,從更容易提高硬化物的耐熱性之觀點考慮,較佳地使用酚醛清漆型酚樹脂。
並且,例如,當作為第1樹脂21使用雙順丁烯二醯亞胺系樹脂時,作為硬化劑,使用咪唑化合物。
另外,作為硬化劑,使用上述者之中的1種或2種以上。
另一方面,第1樹脂21尤其可以含有熱塑性樹脂。藉此,尤其能夠提高第1區域2的成形性,可得到尺寸精度更高的第1區域2。
而且,第1樹脂21在熱塑性樹脂之中含有超級工程塑膠為較佳。藉此,除了熱塑性樹脂所帶來之效果之外,還有高機械特性之類的效果附加於第1區域2。另外,作為超級工程塑膠,例如可舉出聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚芳酯、聚醯胺醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醚醚酮、液晶聚合物、氟樹脂等。
第1樹脂21的熔點並無特別限定,但200~400℃為較佳,210~390℃為更佳,260~380℃為進一步較佳。藉由使用該種熔點的第1 樹脂21,能夠充分地提高第1區域2的機械特性及耐熱性。藉此,得到耐熱性優異的複合成形體1。
另外,若第1樹脂21的熔點低於前述下限值,則根據第1區域2的構成或其他部位的構成,複合成形體1的高溫時的尺寸精度有可能下降。另一方面,第1樹脂21的熔點可以超過前述上限值,但伴隨此,有可能一部分物性(例如耐衝擊性等)下降。
在此,第1樹脂21的熔點作為原則係結晶熔點,例如能夠藉由差示掃描量熱計(DSC-2920、TA Instruments公司製)來進行測定。
並且,第1樹脂21中不存在結晶熔點而存在玻璃轉移溫度時,本發明中的第1樹脂21的熔點設為還包含玻璃轉移溫度者。該玻璃轉移溫度亦能夠藉由上述差示掃描量熱計進行測定。
而且,第1樹脂21為熱硬化性樹脂的情況下既不存在結晶熔點亦不存在玻璃轉移溫度時,本發明中的第1樹脂21的熔點設為還包含熱硬化性樹脂的硬化物的耐熱溫度者。該耐熱溫度設為JIS K 6911:1995的熱塑性塑膠一般試驗方法中規定之載荷撓曲溫度。
-紙漿-
根據需要,第1區域2可含有紙漿。紙漿係指具有原纖(fibril)結構之纖維材料,係與上述第1纖維22不同者。紙漿例如能夠藉由將纖維材料機械性或化學性原纖化而獲得。
作為紙漿,例如可舉出將如棉絨紙漿、木材紙漿等纖維素纖維、如洋麻、黃麻、竹等天然纖維、對位型全芳香族聚醯胺纖維(芳綸纖維)及其共聚物、芳香族聚酯纖維、聚吲哚(polybenzazole)纖維、間位型 芳綸纖維及它們的共聚物、如丙烯酸纖維、丙烯腈纖維、聚醯亞胺纖維、聚醯胺纖維等有機纖維等原纖化者,可使用該等之中的至少1種。
並且,第1區域2中的紙漿的含量並無特別限定,但第1樹脂21的0.5~10質量%左右為較佳,1~8質量%左右為更佳,1.5~5質量%左右為進一步較佳。藉此,能夠實現機械特性或導熱性更加良好的第1區域2。
-絮凝劑-
根據需要,第1區域2可含有絮凝劑。
作為絮凝劑,例如可舉出陽離子性高分子絮凝劑、陰離子性高分子絮凝劑、非離子性高分子絮凝劑、兩性高分子絮凝劑等,可使用該等之中的至少1種。
更具體而言,例如可舉出陽離子性聚丙烯醯胺、陰離子性聚丙烯醯胺、何夫曼(Hofmann)聚丙烯醯胺、曼尼希(Mannich)聚丙烯醯胺、兩性共聚聚丙烯醯胺、陽離子化澱粉、兩性澱粉、聚氧化乙烯等。
並且,第1區域2中的絮凝劑的含量並無特別限定,但第1樹脂21的0.01~1.5質量%左右為較佳,0.05~1質量%左右為更佳,0.1~0.5質量%左右為進一步較佳。藉此,例如藉由抄製法來製造第1區域2時,能夠容易且穩定地進行脫水處理等,最終得到均質且機械特性優異的第1區域2。
-其他添加劑-
根據需要,第1區域2可含有其他添加劑。
作為該種添加劑,例如可舉出填充材料、金屬粉、抗氧化劑、 紫外線吸收劑、阻燃劑、脫模劑、塑化劑、硬化觸媒、硬化助劑、顏料、耐光劑、抗靜電劑、抗菌劑、導電劑、分散劑等,可使用該等之中的至少1種。
其中,作為硬化助劑,例如可舉出咪唑化合物、三級胺化合物、有機磷化合物、氧化鎂等。
並且,填充材料中例如使用無機填充材料、有機填充材料等。作為具體構成材料,例如可舉出如氧化鈦、氧化鋁、二氧化矽、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣等氧化物類、如氮化硼、氮化鋁、氮化矽等氮化物類、如硫酸鋇、硫酸鐵、硫酸銅等硫化物類、如氫氧化鋁、氫氧化鎂等氫氧化物類、如高嶺石、滑石、天然雲母、合成雲母等礦物類、如碳化矽等碳化物類等。而且,亦可以係對該等粉末實施如偶合劑處理的表面處理者。
並且,作為填充材料,可以使用金屬粉、玻璃珠、研磨碳、石墨、聚乙烯醇縮丁醛、木粉等。
並且,作為脫模劑,例如可舉出硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等。
並且,作為偶合劑,例如可舉出環氧矽烷偶合劑、陽離子矽烷偶合劑、胺基矽烷偶合劑、鈦酸酯系偶合劑等。
並且,作為阻燃劑,例如可舉出如氫氧化鋁、氫氧化鎂等金屬氫氧化物、銻化合物、鹵素化合物、磷化合物、氮化合物、硼化合物等。
(第2區域)
接著,對第2區域3進行說明。
第2區域3配置於(嵌入於)形成在前述之第1區域2之貫 穿孔25的內部。因此,俯視時(參照圖2(a)),第2區域3為主面的外形呈正六角形之板狀的構件。並且,貫穿孔25設置有複數個,且在各貫穿孔25中配置有第2區域3。因此,第2區域3相互隔開的同時被規則地配置。除此以外,由於第2區域3其外側被第1區域2包圍,因此假如第2區域3的機械強度低的情況下,其影響亦難以波及到複合成形體1整體。
該種第2區域3與第1區域2相比密度相對較低。因此,雖然亦取決於第1區域2及第2區域3的構成材料等,但第2區域3的面積率越增加,越能夠降低複合成形體1的比重。藉此,可得到實現了輕量化之複合成形體1。因此,從輕量化的觀點考慮,第2區域3的面積率越高越較佳,但是若第2區域3的面積率過高,則複合成形體1的機械強度有可能下降。
因此,第2區域3的構成材料只要係比第1區域2的構成材料的密度更低的材料,則並無特別限定,可以係有機材料或無機材料,但含有第2樹脂31及第2纖維32為較佳。該種第2區域3儘管輕量,但藉由第2纖維32分散於第2樹脂31的基體而複合化,顯示相對高的機械特性。藉此,有助於複合成形體1的輕量化,另一方面能夠抑制因設置第2區域3而機械特性下降。
並且,藉由設置第2區域3,與其相應地,能夠減少相對容易成為高成本的第1區域2的體積。藉此,能夠實現複合成形體1的低成本化。亦即,能夠由第1區域2擔保複合成形體1的大部分機械特性,藉此關於第2區域3,能夠以密度小者為最優先選擇構成材料。因此,用於第2區域3之材料的選擇幅度非常寬,對低成本化變得有利。並且,藉由設置 第2區域3,能夠抑制質量的同時容易實現複合成形體1的大型化。
並且,複合成形體1中,亦可以在第2區域3中以摻雜之方式含有前述之第1樹脂21。藉此,第1區域2及第2區域3藉由共同含有之第1樹脂21而容易變成一體化。其結果,第1區域2與第2區域3更加牢固地被接合,能夠更加提高複合成形體1的可靠性。
另一方面,複合成形體1中,亦可以在前述之第1區域2中以摻雜之方式含有第2樹脂31。藉此,第1區域2及第2區域3藉由共同含有之第2樹脂31而容易變成一體化。其結果,第1區域2與第2區域3更加牢固地被接合,能夠更加提高複合成形體1的可靠性。
並且,第1樹脂21及第2樹脂31係同種樹脂為較佳。藉此,第1區域2與第2區域3尤其牢固地被接合,尤其能夠提高複合成形體1的可靠性。
並且,第2區域3可以在內部含有空孔。藉此,能夠進一步降低第2區域3的密度。
該空孔係指內包於第2區域3之空孔。並且,該空孔可以係其每1個或複數個連結而成者與體系外部隔離之空間(獨立氣泡),亦可以係與體系外部連通之空間(連續氣泡)。
其中,並未特別限定,但獨立氣泡多於連續氣泡為較佳。藉此,即使含有空孔,第2區域3的機械特性亦難以進一步下降。這是因為:由於獨立氣泡難以壓壞,因此伴隨此第2區域3的機械強度難以下降。
另外,獨立氣泡多於連續氣泡係指,當放大觀察第2區域3的截面時,獨立氣泡所佔之面積的合計大於連續氣泡所佔之面積的合計的 狀態。
當第2區域3含有獨立氣泡作為空孔時,空孔的平均直徑並無特別限定,但2~300μm左右為較佳,5~200μm左右為更佳。藉此,能夠兼顧基於空孔之第2區域3的輕量化及基於空孔之抑制第2區域3的機械特性的下降。亦即,當空孔的平均直徑低於前述下限值時,根據空孔率,有可能難以進行第2區域3的輕量化。另一方面,當空孔的平均直徑超過前述上限值時,根據空孔率,空孔容易成為彎曲或龜裂等的起點,因此第2區域3的機械特性有可能下降。
另外,關於空孔的平均直徑,從第2區域3的截面分別設想具有與各空孔的面積相同的面積之圓時,作為該些圓的直徑(圓當量直徑)的平均值而求出。
第2區域3的空孔率並無特別限定,但5~90%左右為較佳,10~87.5%左右為更佳,15~85%左右為進一步較佳。藉由將空孔率設定在前述範圍內,能夠平衡良好地兼顧第2區域3的輕量化及機械特性。亦即,若空孔率低於前述下限值,則根據第2樹脂31的組成或第2纖維32的長度、構成材料等,第2區域3的輕量化有可能變得不充分。另一方面,若空孔率超過前述上限值,則根據第2樹脂31的組成或第2纖維32的長度、構成材料等,第2區域3的機械特性有可能下降。
另外,關於第2區域3的空孔率,例如作為在第2區域3的截面的面積中空孔所佔之面積的比例(空孔的面積率)而求出。
-第2纖維-
第2纖維32有助於提高第2區域3的機械特性或導熱性。
作為該種第2纖維32,例如可使用藉由將纖維絲或長纖維束切斷成規定的長度而得到者。
第2纖維32的平均長度並無特別限定,可以比第1纖維22的平均長度長,亦可以比第1纖維22的平均長度短。
另一方面,若以第2纖維32本身的比重大於第2樹脂31本身的比重的情況較多的情況為根據,則將第2纖維32的平均長度設為比第1纖維22的平均長度短時,不僅容易降低第2區域3的密度,而且第2區域3的彈性模數容易變高。因此,藉由與第1區域2併設第2區域3,可得到兼顧了來源於第1區域2之高剛性及來源於第2區域3之高彈性模數之複合成形體1。
此時,第2纖維32的平均長度係第1纖維22的平均長度的1~90%左右為較佳,3~70%左右為更佳,5~50%左右為進一步較佳。藉由對第2纖維32將平均長度設定在前述範圍內,能夠使第2區域3的彈性模數最佳化。藉此,能夠更加提高複合成形體1的機械特性。
作為一例,第2纖維32的平均長度係5~500μm左右為較佳,10~300μm左右為更佳。藉此,例如欲藉由在第2區域3中形成空孔而降低密度時,容易將空孔氣密化,實現第2區域3的低密度化的同時,容易提高機械特性。
另外,第2纖維32的平均長度係指,對於溶解第2區域3的第2樹脂31等來取出之任意100根以上的第2纖維32,測定其長度,並進行了平均之值。
另一方面,第2纖維32的平均直徑並無特別限定,但5~ 20μm左右為較佳,6~18μm左右為更佳,7~16μm左右為進一步較佳。藉此,對第2區域3賦予適度的彈性模數。另外,若第2纖維32的平均直徑低於前述下限值,則根據第2纖維32的材質或長度等,第2區域3的彈性模數有可能下降,若第2纖維32的平均直徑超過前述上限值,則根據第2纖維32的長度等,製造第2區域3時的成形性有可能下降。
另外,第2纖維32的平均直徑係指,對於溶解第2區域3的第2樹脂31等來取出之任意的100根以上的第2纖維32,測定其直徑,並進行了平均之值。
作為該種第2纖維32,例如可使用作為第1纖維22而前述者中的1種或至少含有1種者(複數種的纖維混在一起者)。另外,第2纖維32可以係與第1纖維22相同種類的纖維,亦可以係不同種類的纖維。
例如,如本實施形態那樣,在第2區域3的周圍被第1區域2包圍之情況或者以此為準之配置的情況等中,在第2區域3和第1區域2中所要求之機械特性不同。因此,藉由第1纖維22和第2纖維32使其種類不同,從而對各自的部位賦予最佳的機械特性。其結果,例如能夠實現如下最佳化,亦即,第2纖維32使用更輕量的纖維,另一方面第1纖維22使用韌性更優異的纖維。
另外,根據需要,可以對第2纖維32實施偶合劑處理、界面活性劑處理、紫外線照射處理、電子束照射處理、電漿照射處理等表面處理。
第2區域3中的第2纖維32的含量並無特別限定,但第2樹脂31的5~300體積%左右為較佳,10~150體積%左右為更佳,20~90 體積%左右為進一步較佳。藉由將第2纖維32的含量設定在前述範圍內,第2樹脂31與第2纖維32的量平衡得到最佳化,因此尤其能夠提高第2區域3的機械特性。亦即,若第2纖維32的含量低於前述下限值,則第2纖維32的含量相對不足,因此根據第2樹脂31的組成或第2纖維32的長度、構成材料等,第2區域3的機械特性有可能下降。另一方面,若第2纖維32的含量超過前述上限值,則第2樹脂31的含量相對不足,因此根據第2樹脂31的組成或第2纖維32的長度、構成材料等,第2區域3的機械特性有可能下降。
另外,圖3所示之第2纖維32的形狀為一例,並不限定於如圖所示之直線狀,可以為任何形狀。
並且,第2纖維32可以在第2區域3中在任何方向上進行配向,但與方向無關地隨機配向為較佳。藉此,第2區域3由於沒有結構上的各向異性,因此在機械特性上亦成為各向同性。其結果,即使應力集中在第2區域3的一部分中,第2區域3亦變得難以破損。並且,能夠更加提高複合成形體1的可靠性。
-第2樹脂-
作為第2樹脂31,並無特別限定,可使用作為第1樹脂21而前述者中的1種或至少含有1種者(複數種樹脂混合在一起者)。另外,第2樹脂31可以係與第1樹脂21相同種類的樹脂,亦可以係不同種類的樹脂。
例如,如本實施形態那樣,在第2區域3的周圍被第1區域2包圍之情況或者以此為準之配置的情況等中,在第2區域3和第1區域2中所要求之機械特性不同。因此,藉由第1樹脂21和第2樹脂31使其種 類不同,從而對各自的部位賦予最佳的機械特性。其結果,例如能夠實現如下最佳化,亦即,第2樹脂31使用更輕量的樹脂,另一方面第1樹脂21使用耐衝擊性更優異的樹脂。藉此,能夠更加提高複合成形體1的可靠性。
-其他添加劑-
根據需要,第2區域3可含有其他添加劑。
作為該種添加劑,與第1區域2相同地,例如可舉出填充材料、金屬粉、抗氧化劑、紫外線吸收劑、阻燃劑、脫模劑、塑化劑、硬化觸媒、硬化助劑、顏料、耐光劑、抗靜電劑、抗菌劑、導電劑、分散劑等,可使用該等之中的至少1種。
如前所述,含有如以上成分之第2區域3與第1區域2併設,此時,第2區域3被規則地配置。藉此,如前所述,從複合成形體1的整體觀察時,能夠使第1區域2和第2區域3以其中任一者不會偏在之方式進行分佈。其結果,能夠從基於第1區域2之高強度化充分受益,並且能夠實現輕量化。
另外,有規則係指第2區域3的圖案重複排列之狀態。此時,相鄰之第2區域3的圖案彼此可以為相互相同的形狀亦可以為不同的形狀。互不相同的圖案相鄰之情況下,只要將該2個圖案組成1組而重複排列即可。
其中,第2區域3的圖案重複排列時,容許稍微的位置偏移。具體而言,例如第2區域3具有等間隔地排列等規則性時,以基於該規則之位置作為基準容許±20%的偏移。另外,該比例係相對於第2區域3排列方向上的第2區域3的長度之比例,偏移方向並無限定。
並且,具有該種第1區域2及第2區域3之複合成形體1中,第2區域3的面積率被設定為20~90%。藉由第2區域3的面積率在前述範圍內,第1區域2和第2區域3的平衡得到最佳化。其結果,得到兼顧了輕量化和高機械強度之複合成形體1。
並且,第2區域3的面積率被設為30~85%為較佳,被設為50~90%為更佳。
另外,若第2區域3的面積率低於前述下限值,則無法從基於第2區域3之輕量化充分受益,有可能無法實現複合成形體1的輕量化。另一方面,若第2區域3的面積率超過前述上限值,則第1區域2的比例相對下降,且複合成形體1的機械強度有可能下降。
並且,第1區域2的外形形狀並無特別限定,可以係長方形以外的形狀,例如如正方形、平行四邊形、菱形等四角形以外,如五角形、六角形等多角形、如正圓、橢圓、長圓等圓形、其他任何形狀。
另一方面,第2區域3的外形形狀亦並無特別限定,可以係六角形以外的形狀,例如如正方形、長方形、平行四邊形、菱形等四角形、如五角形、八角形等多角形、如正圓、橢圓、長圓等圓形、其他任何形狀,但六角形為較佳。亦即,呈六角形之第2區域3隔著第1區域2相互隔開地進行配置為較佳。藉此,藉由第2區域3的形狀效果,即使以相互靠近之狀態配置第2區域3,複合成形體1的機械強度亦難以下降。認為這係因為,將第2區域3的外形形狀設為六角形,從而形成所謂的蜂窩結構,因此即使對複合成形體1施加負載,亦容易分散基於該負載之應力。其結果,能夠在複合成形體1中更加高度地兼顧輕量化和高機械強度。
另外,關於六角形的角的形狀,根據需要可以成為施加了倒角加工或圓角加工(R加工)之形狀。
並且,第2區域3與貫穿孔25之間可以成為所謂的嵌合狀態,亦可以成為經由接著劑等介在物接著之狀態。
以上,對複合成形體1進行了說明,該複合成形體1能夠適用於所有結構體。作為一例,能夠例示運輸設備用內裝材料。具體而言,除了機艙天花板、機艙內裝板、機艙地板、座艙天花板、座艙內裝板、座艙地板、手提行李儲物櫃壁、收納儲物櫃壁、門內襯、窗罩、如機長座位、副駕駛員座位、客艙乘務員用座位、乘客座位等各種座位、洗手間用內裝材料等各種飛機用內裝材料以外,還可舉出汽車用內裝材料、船舶用內裝材料、鐵道用內裝材料、太空船用內裝材料等。關於該種運輸設備用內裝材料,從安全性和運輸效率的觀點考慮,均要求輕量的同時要求高機械強度。因此,可較佳地使用本發明的複合成形體。
在此,複合成形體1具有如下的特性為較佳。
首先,複合成形體1的密度並無特別限定,但0.05~1.6g/cm3左右為較佳,0.1~1.55g/cm3左右為更佳,0.2~1.5g/cm3左右為進一步較佳。藉此,得到兼顧了輕量化和機械特性的提高之複合成形體1。
另外,密度係按照JIS K 7112:1999中規定為A法之試驗方法來進行測定的。
並且,複合成形體1的彎曲強度並無特別限定,但50~400MPa左右為較佳,70~350MPa左右為更佳,100~300MPa左右為進一步較佳。藉此,得到機械特性充分高的複合成形體1。
另外,複合成形體1的彎曲強度係在室溫(25℃)按照ISO178:2001中所規定之試驗方法來進行測定的。
並且,複合成形體1的比強度並無特別限定,但30~400MPa‧(g/cm3)-1左右為較佳,40~350MPa‧(g/cm3)-1左右為更佳,50~300MPa‧(g/cm3)-1左右為進一步較佳,50~250MPa‧(g/cm3)-1左右尤為佳。藉此,得到實現了兼顧輕量化和機械特性的提高之複合成形體1。另外,若比強度低於前述下限值,則可以說雖然重但彎曲強度較小,因此例如有可能作為要求輕量化和高機械特性這兩者之產業領域的複合成形體1而不適當。另一方面,若比強度超過前述上限值,則可以說雖然輕但彎曲強度較大,但根據與其他物性的平衡而耐衝擊性有可能下降,或者由於容易產生基於製造條件之偏差,因此有可能難以提高製造產率。
另外,複合成形體1的比強度係藉由彎曲強度(單位:MPa)除以密度(單位:g/cm3)而求出的。
並且,複合成形體1的比彈性模數並無特別限定,但2~30GPa‧(g/cm3)-1左右為較佳,3~25GPa‧(g/cm3)-1左右為更佳,4~20GPa‧(g/cm3)-1左右為進一步較佳。藉此,得到實現了兼顧輕量化和機械特性的提高之複合成形體1。
另外,複合成形體1的比彈性模數係藉由彎曲彈性模數(單位:GPa)除以密度(單位:g/cm3)而求出的。並且,彎曲彈性模數係在室溫(25℃)按照ISO178:2001中所規定之試驗方法來進行測定的。
並且,上述說明中,對第1區域2和第2區域3這兩者含有樹脂及纖維之例進行了說明,但本發明並不限定於該種構成。例如,可以 係第2區域3僅由樹脂構成者,相反地,亦可以係第1區域2僅由樹脂構成者。
<複合成形體的製造方法>
<<第1實施形態>>
接著,對本發明的複合成形體的製造方法的第1實施形態進行說明。
圖4~圖7係分別用於說明製造圖1所示之複合成形體1之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第1實施形態)的圖。並且,圖8係圖7(b)的由一點鏈線C包圍之部分的局部放大圖。
製造本實施形態之複合成形體1之方法具有:藉由抄製含有第1樹脂21及第1纖維22之第1分散液61,得到包括實心區域41及中空區域42之第1中間體4a之步驟;藉由將含有第2樹脂31及第2纖維32之第2分散液62供給到中空區域42並且抄製第2分散液62,得到第2中間體4b之步驟;及藉由對第1中間體4a及第2中間體4b進行加壓成形,得到複合成形體1之步驟。以下,依次對各步驟進行說明。
[1]首先,製備含有第1樹脂21、第1纖維22及使它們分散之分散介質51之第1分散液61(參照圖4)。所製備之第1分散液61充分地進行攪拌、混合。另外,根據需要,可以在第1分散液61中添加前述之絮凝劑或紙漿、其他添加劑等。
本步驟中的第1樹脂21的形狀並無特別限定,例如為大致球形粒子狀、薄膜粒子狀等粒子狀(粉狀)或纖維狀。藉此,在後述之抄製中,能夠與第1纖維22一起抄取第1樹脂21。其結果,能夠使第1樹脂21和第1纖維22均勻地交織,從而能夠得到第1中間體4a。該第1中間 體4a藉由經過之後的加壓成形而成為第1區域2。
另外,當第1樹脂21含有熱硬化性樹脂時,該熱硬化性樹脂係半硬化狀態為較佳。半硬化的熱硬化性樹脂在製造第1中間體4a之後,藉由加熱、加壓來成形為所期望的形狀而達到硬化。藉此,得到體現熱硬化性樹脂的特性之複合成形體1。
另一方面,作為第1纖維22,例如使用熔點比第1樹脂21高的纖維。藉由使用該種第1纖維22,在後述之步驟中對第1中間體4a及第2中間體4b進行加熱的同時進行加壓成形時,能夠選擇性地僅熔融第1樹脂21。藉此,能夠使第1樹脂21在第1纖維22的周邊熔融、分散,從而得到均質的複合成形體1。
第1纖維22的熔點只要比第1樹脂21的熔點高即可,但其差係10℃以上為較佳,50℃以上為更佳。
並且,作為分散介質51,較佳地使用難以溶解第1樹脂21或第1纖維22,並且在使第1樹脂21或第1纖維22分散之過程中難以揮發者。並且,較佳地使用容易使其脫溶劑者。從該種觀點考慮,分散介質51的沸點係50~200℃左右為較佳。
作為分散介質51,例如可舉出水、如乙醇、1-丙醇、1-丁醇、乙二醇等醇類、如丙酮、甲基乙基酮、2-庚酮、環己酮等酮類、如乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醯乙酸甲酯等酯類、如四氫呋喃、異丙醚、二烷、糠醛等醚類等,可使用該等之中的至少1種。
該等之中,較佳地使用水。由於水容易獲得,環境負載低且安全性亦高,因此作為分散介質51有用。
並且,第1分散液61中的分散介質51的含量並無特別限定,但相對於固體成分總量係0.05~3質量%左右為較佳,0.1~2質量%左右為更佳。
接著,抄製所製備之第1分散液61。藉此,得到含有實心區域41及中空區域42之第1中間體4a。
具體而言,首先,如圖5所示,準備在底面設有過濾器71之容器70。
接著,向容器70內供給第1分散液61。並且,將第1分散液61中的分散介質51經由過濾器71從容器70的底面向外部排出。藉此,第1分散液61中的作為分散質的第1樹脂21和第1纖維22如圖5所示殘存在過濾器71上(抄製)。如此在過濾器71上得到第1中間體4a。
在此,如圖6(a)所示,過濾器71上預先配置具備與中空區域42對應之遮蔽部之遮罩72。藉由經由該遮罩72抄製第1分散液61,在遮罩72的沒有遮蔽部之部分中,第1分散液61中的分散質被濾出,殘存於過濾器71上。另一方面,在遮罩72的具有遮蔽部之部分中,分散質不會滯留。其結果,如圖6(b)所示,形成有對應於遮罩72的沒有遮蔽部之部分之實心區域41,並且形成有對應於遮罩72的具有遮蔽部之部分之中空區域42。然後,將該等從過濾器71卸下,藉此得到圖6(c)所示之第1中間體4a。
並且,第1中間體4a中可進一步含有熔點低於第1樹脂21的熱塑性樹脂(以下,稱為“低熔點樹脂”。)。藉由含有該低熔點樹脂,能夠更加提高第1中間體4a的形狀保持性。亦即,第1中間體4a以低於加壓 成形中的加熱溫度的溫度被加熱時(例如乾燥等),低熔點樹脂熔融而黏合第1纖維22彼此、第1樹脂21彼此或第1樹脂21與第1纖維22之間。藉此,第1中間體4a容易維持其形狀。其結果,關於最終所得到之複合成形體1,尺寸精度或機械特性亦難以下降。並且,由於複合成形體1不容易變形,因此變得容易抓握複合成形體1,可搬運性變高。藉此,能夠容易進行將複合成形體1配置於例如成形模內之作業。
熔融之前的低熔點樹脂的形狀並無特別限定,可以呈大致球形粒子狀、薄膜粒子狀等粒子狀(粉狀),亦可以呈纖維狀。
並且,複合成形體1中的低熔點樹脂的含量並無特別限定,但0.5~30體積%左右為較佳,1~20體積%左右為更佳,2~10體積%左右為進一步較佳。藉此,不會損害前述之效果,必要且充分地確保由添加低熔點樹脂而產生之提高複合成形體1的形狀保持性等的效果。
低熔點樹脂的熔點比第1樹脂21的熔點低10~250℃左右為較佳,低50~200℃左右為更佳。藉由存在該種熔點之差,低熔點樹脂在乾燥等步驟中熔融,並且在加壓成形時熱分解而容易去除。因此,能夠最大限度地發揮低熔點樹脂所具有之功能。亦即,在第1中間體4a的加壓成形之前,低熔點樹脂以維持其形狀之方式發揮作用,在該第1中間體4a的加壓成形之後,能夠抑制由於低熔點樹脂存在較多而引起的機械特性的下降。
如此得到之第1中間體4a可以含有分散介質51,亦可以不含有。
並且,根據需要,可以對第1中間體4a實施乾燥處理。藉 此,去除殘存之分散介質51的至少一部分。
並且,根據需要,可以對第1中間體4a實施臨時加壓成形處理(加壓(press)處理)。藉此,能夠更加提高第1中間體4a的形狀保持性,且操作性變得更加良好。
[2]接著,製備含有第2樹脂31、第2纖維32及使它們分散之分散介質52之第2分散液62。所製備之第2分散液62充分地進行攪拌、混合。另外,根據需要,可以在第2分散液62中添加前述之絮凝劑或紙漿、其他添加劑等。
本步驟中的第2樹脂31的形狀並無特別限定,例如為大致球形粒子狀、薄膜粒子狀等粒子狀(粉狀)或纖維狀。藉此,在後述之抄製中,能夠與第2纖維32一起抄取第2樹脂31。其結果,能夠使第2樹脂31和第2纖維32均勻地交織,從而最終得到良好的第2中間體4b。該第2中間體4b藉由經過之後的加壓成形而成為第2區域3。
另外,當第2樹脂31含有熱硬化性樹脂時,該熱硬化性樹脂係半硬化狀態為較佳。半硬化的熱硬化性樹脂在製造第2中間體4b之後,藉由加熱、加壓來成形為所期望的形狀而達到硬化。藉此,得到體現熱硬化性樹脂的特性之複合成形體1。
另一方面,作為第2纖維32,例如使用熔點比第2樹脂31高的纖維。藉由使用該種第2纖維32,在後述之步驟中對第1中間體4a及第2中間體4b進行加熱的同時進行加壓成形時,能夠選擇性地僅熔融第2樹脂31。藉此,能夠使第2樹脂31在第2纖維32的周邊熔融、分散,從而得到均質的複合成形體1。
第2纖維32的熔點只要比第2樹脂31的熔點高即可,但其差係10℃以上為較佳,50℃以上為更佳。
並且,作為分散介質52,從作為分散介質51舉出者中適當選擇。
並且,第2分散液62中的分散介質52的含量並無特別限定,但相對於固體成分總量係0.05~3質量%左右為較佳,0.1~2質量%左右為更佳。
接著,如圖7(a)所示,抄製所製備之第2分散液62。藉此,在中空區域42中第2分散液62中的分散質被濾出,如圖7(b)所示殘存於過濾器71上。其結果,以填補中空區域42之方式形成有實心區域43。並且,得到組合第1中間體4a及第2中間體4b而成之第3中間體4c(參照圖7(b))。
如圖8所示,該種第1中間體4a為包含含有第1樹脂21及第1纖維22之實心區域41者,如圖8所示,第2中間體4b為包含含有第2樹脂31及第2纖維32之實心區域43者。
另外,根據需要,第2中間體4b中可以含有前述之低熔點樹脂。關於該低熔點樹脂,與前述之第1中間體4a中的說明相同。
如此得到之第2中間體4b可以含有分散介質52,亦可以不含有。
並且,根據需要,可以對第2中間體4b實施乾燥處理。藉此,去除殘存之分散介質52的至少一部分。
並且,根據需要,可以對第2中間體4b實施臨時加壓成形處理(加壓處理)。藉此,能夠更加提高第2中間體4b的形狀保持性,且 操作性變得更加良好。
另外,作為第2樹脂31的形狀,尤其較佳地採用纖維狀。藉此,能夠得到視密度尤其小的第2中間體4b。依該種第2中間體4b,經過後述之加壓成形,能夠得到密度小的第2區域3。
呈纖維狀之第2樹脂31的平均長度並無特別限定,但1mm以上為較佳,2mm以上為更佳,4mm以上為進一步較佳。藉由將呈纖維狀之第2樹脂31的平均長度設定在前述範圍內,呈纖維狀之第2樹脂31與第2纖維32的交織程度進一步變大。藉此,能夠使被製造之第2區域3中可實現的空孔率的範圍更廣。
另外,呈纖維狀之第2樹脂31的平均長度的上限值並無特別限定,但例如100mm以下為較佳,50mm以下為更佳。藉此,製造第2區域3時使呈纖維狀之第2樹脂31分散於分散介質52時,其分散性變得良好。其結果,可得到均質結構的成形體,因此最終得到機械特性優異的第2區域3。
另外,呈纖維狀之第2樹脂31的平均長度係指,對於任意100根以上的呈纖維狀之第2樹脂31,測定其長度,並進行了平均之值。
並且,呈纖維狀之第2樹脂31的平均長度係第2纖維32的平均長度的10~1000%左右為較佳,20~500%左右為更佳。藉此,呈纖維狀之第2樹脂31與第2纖維32的交織程度變得更加顯著,因此第2中間體4b的形狀保持性變得更加良好,並且得到能夠容易製造範圍更廣的空孔率的第2區域3的第2中間體4b。
並且,呈纖維狀之第2樹脂31的平均直徑並無特別限定, 但1~100μm左右為較佳,5~80μm左右為更佳。藉由將呈纖維狀之第2樹脂31的平均直徑設定在前述範圍內,呈纖維狀之第2樹脂31本身成為具有某一程度的機械強度者,因此容易維持在第2中間體4b中呈纖維狀之第2樹脂31均勻分散之狀態。其結果,能夠使要製造之第2區域3中可實現的空孔率的範圍更廣。
另外,呈纖維狀之第2樹脂31的平均直徑係指,對於任意的100根以上的呈纖維狀之第2樹脂31,測定其直徑,並進行了平均之值。
並且,相對於呈纖維狀之第2樹脂31的直徑之長度的比(長度/直徑)係10以上為較佳,100以上為更佳。藉此,呈纖維狀之第2樹脂31更加確實地發揮如上所述的效果。
另一方面,第2分散液62可以含有熱膨脹性微膠囊。
該熱膨脹性微膠囊係指將揮發性的液體發泡劑藉由具有阻氣性之熱塑性殼聚合物進行了微膠囊化之粒子。該種熱膨脹性微膠囊係藉由如下機制作為發泡劑而發揮功能者。亦即,藉由加熱而膠囊的外殼軟化,並且內包在膠囊之液體發泡劑氣化而增加壓力。其結果,膠囊膨脹,形成中空球狀粒子。該中空球狀粒子在加壓成形之後亦殘存,因此最終有助於降低第2區域3的密度。因此,能夠得到密度小的第2區域3。
作為液體發泡劑,例如可舉出異戊烷、異丁烷、異丙烷等之類的低沸點的烴。
作為熱塑性殼聚合物,例如可舉出聚丙烯腈、偏二氯乙烯-丙烯腈共聚物、偏二氯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、偏二氯乙烯-甲基丙烯酸乙酯、丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯腈-甲基丙烯酸乙酯等,可以 單獨使用該些,亦可以組合使用2種以上。
作為熱膨脹性微膠囊,例如能夠使用EXPANCEL(Japan Fillite co.,ltd.製)、MICROSPHERE F50、MICROSPHERE F60(以上,Matsumoto Yushi-Seiyaku Co.,Ltd製)、ADVANCELL EM(SEKISUI CHEMICAL CO.,LTD.製)之類的市售品。
熱膨脹性微膠囊的含量係第2樹脂31的0.05~10質量%左右為較佳,0.1~5質量%左右為更佳。藉此,能夠降低第2區域3的密度,並且能夠確保某一程度的機械強度。
[3]接著,如圖7(c)所示,在成形模74與成形模75之間,配置由第1中間體4a及第2中間體4b構成之第3中間體4c,並進行加壓成形。藉此,得到如圖2(b)所示之複合成形體1。
配置於成形模74與成形模75之間之第3中間體4c藉由如圖7(c)所示之箭頭P那樣降下成形模74,從而在成形模74與成形模75之間被壓縮。此時同時被加熱,因此含有於第1中間體4a之第1樹脂21的至少一部分熔融,並流入第1纖維22彼此之間。之後,第1樹脂21硬化,藉此藉由第1樹脂21黏合第1纖維22彼此。藉此,從第1中間體4a得到第1區域2。
並且,含有於第2中間體4b之第2樹脂31的至少一部分熔融,並流入第2纖維32彼此之間。之後,第2樹脂31硬化,藉此藉由第2樹脂31黏合第2纖維32彼此。藉此,從第2中間體4b得到第2區域3。
其結果,得到組合第1區域2和第2區域3而成之複合成形體1。
另外,在第1區域2與第2區域3之間,第1樹脂21混合 在第2區域3側,或者相反地第2樹脂31混合在第1區域2側。藉此,第1區域2與第2區域3之間更加牢固地被接合。另外,該種成分的混合並非為必需的現象,可以係只發生任一者之情況,或均不發生之情況。
如此第1區域2和第2區域3一體化,得到圖2(b)所示之複合成形體1。
此時的加熱溫度根據第1樹脂21或第2樹脂31的組成等而適當地進行設定,但作為一例,150~350℃左右為較佳,160~300℃左右為更佳。
並且,此時的加熱時間根據加熱溫度而適當地進行設定,但1~180分鐘左右為較佳,5~60分鐘左右為更佳。
並且,此時的施加壓力根據加熱溫度或加熱時間而適當地進行設定,但0.05~80MPa左右為較佳,0.1~60MPa左右為更佳。
另外,製造複合成形體1之方法並不限定於上述方法,例如,第2區域3可利用抄製法以外的方法,例如射出成形法、擠出成形法等來進行製造。
<<第2實施形態>>
接著,對本發明的複合成形體的製造方法的第2實施形態進行說明。
圖9~圖11係分別用於說明製造圖1所示之複合成形體1之方法(本發明的複合成形體的製造方法的第2實施形態)的圖。
以下,對第2實施形態進行說明,但以下說明中以與第1實施形態不同點為中心進行說明,對於相同的事項省略其說明。
製造本實施形態之複合成形體1之方法具有:藉由抄製含有 第1樹脂21及第1纖維22之第1分散液61,得到包括實心區域41及中空區域42之第1中間體4a之步驟;藉由抄製含有第2樹脂31及第2纖維32之第2分散液62,得到第2中間體4b之步驟;在中空區域42配置第2中間體4b之步驟;及藉由對第1中間體4a及第2中間體4b進行加壓成形,得到複合成形體1之步驟。
亦即,本實施形態在如下點上與第1實施形態不同:分別獨立地形成第1中間體4a和第2中間體4b之後,在組合了該些之狀態下進行加壓成形。以下,依次對各步驟進行說明。
[1]首先,如圖9(a)所示抄製第1分散液61,藉此得到圖9(b)所示之臨時中間體4a’。該臨時中間體4a’不包含中空部,整體成為實心。並且,如圖9(b)所示,臨時中間體4a’呈片狀。
接著,如圖9(c)所示,使用切斷工具8來切斷臨時中間體4a’。並且,藉由切下臨時中間體4a’的一部分,得到包括成為中空之中空區域42及成為實心之實心區域41之第1中間體4a(參照圖9(d))。依該種方法,例如能夠採取以下製程:預先大量製作臨時中間體4a’,根據需要將臨時中間體4a’切斷成目標形狀。藉此,能夠將抄製的作業進行簡化,並且能夠實現低成本化。
另外,切斷工具8只要係能夠切斷臨時中間體4a’之手段,則可以係任何手段,例如可使用能夠進行機械加工、噴水加工、雷射加工等之手段。
[2]接著,如圖10(a)所示抄製第2分散液62,藉此得到圖10(b)所示之臨時中間體4b’。該臨時中間體4b’不包含中空部,整體 成為實心。並且,如圖10(b)所示,臨時中間體4b’呈片狀。
接著,如圖10(c)所示,使用切斷工具8來切斷臨時中間體4b’。並且,藉由切下臨時中間體4b’的一部分,得到包括複數個實心區域43之第2中間體4b(參照圖10(d))。依該種方法,例如能夠採取以下製程:預先大量製作臨時中間體4b’,根據需要將臨時中間體4b’切斷成目標形狀。藉此,能夠將抄製的作業進行簡化,並且能夠實現低成本化。
[3]接著,如圖11(a)所示,在第1中間體4a的中空區域42配置第2中間體4b。具體而言,對中空區域42嵌入第2中間體4b的實心區域43。藉此,中空區域42被實心區域43填充,得到1個呈片狀之第3中間體4c(參照圖11(b))。
接著,如圖11(b)所示,在成形模74與成形模75之間,配置由第1中間體4a及第2中間體4b構成之第3中間體4c。並且,藉由如圖11(b)所示之箭頭P那樣降下成形模74,對第3中間體4c進行加壓成形。藉此,得到圖2(b)所示之複合成形體1。
藉由如上所述的第2實施形態,亦得到與第1實施形態相同的效果。
另外,上述說明中,暫時形成片狀的臨時中間體4a’或臨時中間體4b’之後,切斷該等而形成第1中間體4a或第2中間體4b,但第1中間體4a或第2中間體4b的形成並不限定於該些順序。例如,亦可以與第1實施形態相同地,在過濾器71上配置遮罩72,藉此分別形成第1中間體4a及第2中間體4b之後,與本實施形態的步驟[3]相同地,在第1中間體4a的中空區域42配置第2中間體4b。
以上,依據圖示的實施形態對本發明的複合成形體及複合成形體的製造方法進行了說明,但本發明並不限定於該些。
例如,本發明的複合成形體可以係在前述實施形態中附加任意要素者。
並且,本發明的複合成形體的製造方法可以係在前述實施形態中附加任意步驟者,亦可以係調換前述實施形態的各步驟的順序者。
[實施例]
接著,對本發明的具體實施例進行說明。
1.齒輪的製造
(實施例1A)
[1]首先,將甲階酚醛樹脂型酚樹脂(Sumitomo Bakelite Co.,Ltd.製、產品編號PR-51723)、芳綸纖維(TEIJIN LIMITED.製、產品編號T32PNW、平均長度3mm、平均直徑12μm)、及芳綸紙漿(DuPont公司製、產品編號對位芳綸紙漿)加入到水中,並利用分散器攪拌了20分鐘。藉此,得到固體成分濃度0.6質量%的第1分散液。另外,摻合比如表1所示。
接著,將預先溶解於水之絮凝劑(聚氧化乙烯、分子量1000000),相對於上述之固體成分(第1分散液的水以外的成分)以0.2質量%的比例添加到所得到之第1分散液中。
[2]接著,利用40目(mesh)的金屬網(濾網)過濾添加有絮凝劑之第1分散液而得到絮凝物。將該絮凝物以壓力3MPa進行脫水加壓而去除了水。此時,併用遮罩而設定抄製之區域。
接著,將經脫水之絮凝物在50℃乾燥5小時,從而得到與 圖1所示之第1區域2相同形狀的第1中間體。
[3]接著,將利用霧化粉碎機粉碎為平均粒徑100μm(質量基準的50%粒徑)之甲階酚醛樹脂型酚樹脂(Sumitomo Bakelite Co.,Ltd.製、產品編號PR-51723)、芳綸纖維(TEIJIN LIMITED.製、產品編號T32PNW、平均長度3mm、平均直徑12μm)、作為發泡劑的熱膨脹性微膠囊(SEKISUI CHEMICAL CO.,LTD.製、ADVANCELL EM-304)、及芳綸紙漿(DuPont公司製、產品編號 對位芳綸紙漿)添加到水中,並利用分散器攪拌了30分鐘。藉此,得到固體成分濃度0.01質量%的第2分散液。另外,摻合比如表1所示。
接著,將預先溶解於水之絮凝劑(合成膨潤石:SUMECTON(KUNIMINE INDUSTRIES CO.,LTD.製)),相對於上述之固體成分(第2分散液的水以外的成分)以0.2質量%的比例添加到所得到之第2分散液中。
[4]接著,準備30目的金屬網(濾網),在其上配置了第1中間體。並且,在該狀態下,利用30目的金屬網(濾網)過濾添加有絮凝劑之第2分散液而得到絮凝物。將該絮凝物以壓力3MPa進行脫水加壓而去除了水。
接著,將經脫水之絮凝物在70℃乾燥3小時,從而得到與圖1所示之第2區域3相同形狀的第2中間體,並且得到組合第1中間體和第2中間體而成之第3中間體。
[5]接著,在成形模的模穴內配置了第3中間體。
接著,加熱成形模的同時,對第3中間體進行了加壓成形。將此時的加熱溫度設為180℃,將施加壓力設為2MPa,將加壓時間設為10分鐘。此 時,使熱膨脹性微膠囊膨脹,從而形成了空孔。
藉由以上,得到了圖1所示之複合成形體。該複合成形體的厚度為4mm。
(實施例2A~16A及實施例1B~17B以及比較例5A及比較例5B、7B~8B)
將複合成形體的製造條件如表1、表2、表3或表4所示那樣進行了變更,除此以外,以與實施例1A相同的方式得到了複合成形體。
(比較例1A、2A、6A及比較例1B、2B、6B)
將複合成形體的製造條件如表2或表4所示那樣進行了變更,並省略第2區域,由第1區域佔據整個複合成形體,除此以外,以與實施例1A相同的方式得到了複合成形體。
(比較例3A、4A及比較例3B、4B)
將複合成形體的製造條件如表2或表4所示那樣進行了變更,並省略第1區域,由第2區域佔據整個複合成形體,除此以外,以與實施例1A相同的方式得到了複合成形體。
2.複合成形體的評價
2.1密度及輕量化的評價
首先,關於各實施例及各比較例的複合成形體,藉由遵照JIS K 7112:1999的A法之方法來測定了密度。將測定結果示於表1至表4。
並且,同時對是否被輕量化進行了評價。另外,評價是否被輕量化時,關於各實施例及比較例的複合成形體,以僅由其第1區域構成之成形體作為了比較基準。另外,關於不存在第1區域之比較例3A、4A及比較例3B、4B,由於沒有比較基準,因此省略了上述評價。
並且,計算相對於比較基準的複合成形體的密度之評價對象的複合成形體的密度的減少率,並參照以下評價基準來進行了評價。另外,實施例1A的密度的減少率為100×(1.19-1.15)/1.19=約3.4%,實施例11A的密度的減少率為100×(1.39-1.27)/1.39=約8.6%,實施例15A的密度的減少率為100×(1.52-1.25)/1.52=約17.8%。
<輕量化的評價基準>
A:密度的減少率為10.0%以上
B:密度的減少率為7.0%以上且小於10.0%
C:密度的減少率為3.4%以上且小於7.0%
D:密度的減少率為1.0%以上且小於3.4%
E:密度的減少率小於1.0%
2.2抗拉強度的評價
接著,關於各實施例及各比較例的複合成形體,藉由遵照JIS K 7162:1994之方法來測定了抗拉強度。
並且,關於各實施例及比較例的複合成形體,計算出將僅由其第1區域構成之成形體的抗拉強度設為1時的相對值。另外,關於不存在第1區域之比較例3A、4A及比較例3B、4B,由於沒有比較基準,因此省略了上述評價。
接著,參照以下評價基準對所計算出之相對值進行了評價。
<抗拉強度的評價基準>
A:相對值為0.9以上
B:相對值為0.7以上且小於0.9
C:相對值為0.5以上且小於0.7
D:相對值為0.3以上且小於0.5
E:相對值小於0.3
將評價結果示於表1至表4。
從表1至表4明確可知,關於各實施例的複合成形體,實現了充分的輕量化,另一方面,確認到具有與未實施輕量化之比較對象、亦即僅由第1區域構成之成形體同等程度的抗拉強度。並且,第2區域的面積率為95%的複合成形體(比較例5A及5B)雖實現了充分的輕量化,但並未具有充分的抗拉強度。另一方面,第2區域的面積率為15%的複合成形體(比較例7B~8B)雖具有充分的抗拉強度,但並未實現充分的輕量化。由該情況確認到本發明能夠實現兼顧了輕量化和高機械強度之複合成形體。
另外,上述之各實施例的複合成形體均係第2區域為正六角形的複合成形體,雖然在表1、2未進行記載,但亦製作了第2區域為除此以外的形狀、具體而言為正方形及正圓形時的複合成形體,並進行了與上述相同的評價。其結果,在任何評價項目中,均是第2區域為正六角形的複合成形體得到了較良好的結果。
並且,關於隨機(不規則地)配置了第2區域之複合成形體,亦進行了與上述相同的評價。其結果,在任何評價項目中,均是第2區域被規則地配置之複合成形體顯示了較良好的結果。
【產業上之可利用性】
含有樹脂及纖維之本發明的複合成形體含有第1區域及密度比前述第1區域低的第2區域,俯視時前述第2區域被規則地配置,前述第2區域的面積率為20~90%。藉此,得到兼顧了輕量化和高機械強度之複合成形體。因此,本發明具有產業上之可利用性。

Claims (11)

  1. 一種複合成形體,其含有樹脂及纖維,其特徵為,含有第1區域及密度比該第1區域低的第2區域,俯視時該第2區域被規則地配置,該第2區域的面積率為20~90%。
  2. 如申請專利範圍第1項之複合成形體,其中,該第1區域含有第1樹脂,該第2區域含有與該第1樹脂不同的第2樹脂。
  3. 如申請專利範圍第2項之複合成形體,其中,該第1樹脂含有熱塑性樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1項之複合成形體,其中,該第1區域含有第1纖維,該第2區域含有與該第1纖維不同的第2纖維。
  5. 如申請專利範圍第4項之複合成形體,其中,該第1纖維的平均長度為1mm以上。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之複合成形體,其中,該第1纖維為無機纖維。
  7. 如申請專利範圍第1項之複合成形體,其含有隔著該第1區域相互隔開之複數個該第2區域,該第2區域的形狀分別為六角形。
  8. 一種複合成形體的製造方法,具有:藉由抄製含有第1樹脂及第1纖維之第1分散液,得到第1中間體之步驟,該第1中間體包括成為中空之中空區域及成為實心之實心區域,俯視時該中空區域被規則地配置而成;將含有第2樹脂及第2纖維之第2分散液供給到該中空區域,且同時 抄製該第2分散液,藉此而得到第2中間體之步驟;及藉由對該第1中間體及該第2中間體進行加壓成形,得到複合成形體之步驟。
  9. 一種複合成形體的製造方法,具有:藉由抄製含有第1樹脂及第1纖維之第1分散液,得到第1中間體之步驟,該第1中間體包括成為中空之中空區域及成為實心之實心區域,俯視時該中空區域被規則地配置而成;藉由抄製含有第2樹脂及第2纖維之第2分散液,得到第2中間體之步驟;在該第1中間體的該中空區域配置該第2中間體之步驟;及藉由對該第1中間體及該第2中間體進行加壓成形,得到複合成形體之步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項之複合成形體的製造方法,其中,該第1中間體及該第2中間體的至少一者係藉由切斷臨時中間體而形成者。
  11. 如申請專利範圍第8或9項之複合成形體的製造方法,其中,經由具備與該中空區域對應之遮蔽部的遮罩而抄製該第1分散液。
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