TW202339936A - 成形基材、多孔質體、皮芯結構體和結構構件 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題在於提供一種具有高的膨脹性的成形基材，並且提供一種具有優異的輕量性的纖維強化樹脂的多孔質體。用於解決所述課題的本發明是一種成形基材，包含不連續強化纖維與基質樹脂，所述成形基材含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為所述不連續強化纖維，於所述基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下於厚度方向具有膨脹性。
Description
本發明是有關於一種包含纖維強化樹脂的成形基材、多孔質體、皮芯結構體和結構構件。
輕量性或力學特性優異的纖維強化樹脂被用於各種產業用途。近年來，提出如下技術：使基質樹脂含浸於分散有強化纖維的不織布中而製成成形基材，對該成形基材進行加熱而使基質樹脂軟化的同時加以成形，藉此膨脹、即以強化纖維作為支撐體而形成空隙，從而製作輕量性或力學特性優異的多孔質體（專利文獻1）。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2017/110528號
[發明所欲解決之課題] 但是，於專利文獻1中所使用的成形基材由於作為抄紙體的不織布的體積低，因此來自纖維的彈性係數的起毛力比較小，從而膨脹性亦比較低。因此，關於由此種成形基材獲得的多孔質體，力學特性的降低被抑制至最小限度，另一方面，關於輕量性的提高效果是有限的。
本發明是鑒於所述課題而成者，其目的在於提供一種具有高的膨脹性的成形基材，並且提供一種具有優異的輕量性的纖維強化樹脂的多孔質體。
[解決課題之手段]
用於解決所述課題的本發明是一種成形基材，包含不連續強化纖維與基質樹脂，所述成形基材含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為所述不連續強化纖維，於所述基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下於厚度方向具有膨脹性。
另外，本發明是一種多孔質體，是包含不連續強化纖維與基質樹脂的纖維強化樹脂的多孔質體，含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為所述不連續強化纖維。
進而，本發明是一種皮芯結構體，是將所述中記載的多孔質體作為芯層並於其至少一個表面配置皮層而成。
進而，本發明是一種結構構件，包含所述中記載的多孔質體，且用於飛機、太空船、汽車、風車、或電子設備。
[發明的效果]
藉由本發明，可獲得高膨脹性的成形基材，進而藉由使用該成形基材，可獲得具有優異的輕量性的纖維強化樹脂的多孔質體。
以下，為了容易理解，適宜地參照圖式對本發明進行說明，但本發明並不受該些圖式限定。
本發明的成形基材包含不連續強化纖維與基質樹脂，於基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下於厚度方向具有膨脹性。再者，於本說明書中，有時將成形基材及纖維強化樹脂的多孔質體中包含的強化纖維簡單稱作「纖維」。另外，有時是指此種纖維強化樹脂的多孔質體而簡單稱作「多孔質體」。
作為成形基材，可例示使基質樹脂含浸於包括不連續強化纖維的不織布中而成的基材。此種基材中，於成形基材中變形後的不連續強化纖維在基質樹脂軟化時欲復原為變形前的形狀的起毛力下表現出向厚度方向的膨脹性。此處，於本說明書中，於基質樹脂為熱硬化性樹脂的情況下，作為玻璃轉移溫度使用比熱硬化性樹脂的硬化溫度低30℃的溫度。
不連續強化纖維可為束狀亦可為單絲狀，若為束狀，則向厚度方向的起毛力增加，可獲得厚度方向上的優異的彈性係數或膨脹性，但較佳為不連續強化纖維的50%～100%分散成單絲狀。藉由50%以上分散成單絲狀，纖維彼此的重疊增大，向厚度方向的體積增大，因此可表現出高膨脹性。所謂分散成單絲狀的不連續強化纖維的比例，是指對於成形基材中任意選擇的不連續強化纖維，其二維接觸角為1°以上的單纖維的比例（以下，亦稱為纖維分散率）。所謂二維接觸角，是指由單纖維與該單纖維所接觸的單纖維形成的角度，定義為接觸的單纖維彼此形成的角度中處於0度以上且90度以下的範圍內的銳角側的角度。作為用於測定二維接觸角的觀察方法，並無特別限制，例如可例示自結構要素的表面觀察纖維的配向的方法。於該情況下，藉由對成形基材的表面進行研磨而使纖維露出，更容易觀察纖維。另外，亦可例示進行X射線電腦斷層掃描（computed tomography，CT）透射觀察來拍攝纖維的配向圖像的方法。於X射線透射性高的纖維的情況下，若於纖維中混合示蹤物用的纖維，或者於纖維上塗佈示蹤物用的藥劑，則容易觀察到纖維，因此較佳。另外，於利用所述方法難以觀察的情況下，可例示如下方法：利用加熱爐等使成形基材於高溫下燒毀樹脂成分後，使用光學顯微鏡或電子顯微鏡自取出後的強化纖維觀察纖維的配向。纖維分散率按照以下的程序來測定。即，對於隨機選擇的單纖維測定與所接觸的所有單纖維的二維接觸角。對100根單纖維進行該處理，根據測定了二維接觸角的所有單纖維的總根數與二維接觸角為1°以上的單纖維的根數的比率來算出比例。
由不連續強化纖維彼此形成的平均二維配向角較佳為30度～60度。本發明中的二維配向角定義為交叉的單纖維彼此所形成的角度中處於0度以上且90度以下的範圍內的銳角側的角度。所謂交叉是指於所觀察的二維平面中，作為基準的單纖維與其他單纖維相交而被觀察的狀態，兩者未必需要接觸。藉由平均二維配向角為30度～60度，對纖維配向賦予各向同性，藉此纖維彼此的重疊增大，向厚度方向的體積增大，因此可表現出高膨脹性。另外，可對成形品的力學特性賦予各向同性。平均二維配向角更佳為35度～55度，進而佳為40度～50度。作為用於測定二維配向角的觀察方法，並無特別限制，例如可例示自結構要素的表面觀察纖維的配向的方法。於該情況下，藉由對成形基材的表面進行研磨而使纖維露出，更容易觀察纖維。另外，亦可例示進行X射線CT透射觀察來拍攝纖維的配向圖像的方法。於X射線透射性高的纖維的情況下，若於纖維中混合示蹤物用的纖維，或者於纖維上塗佈示蹤物用的藥劑，則容易觀察到纖維，因此較佳。另外，於利用所述方法難以觀察的情況下，可例示如下方法：利用加熱爐等使成形基材於高溫下燒毀樹脂成分後，使用光學顯微鏡或電子顯微鏡自取出後的強化纖維觀察纖維的配向。平均二維配向角按照以下的程序來測定。即，對於隨機選擇的單纖維測定與所交叉的所有單纖維的二維配向角的平均值。例如，於與某單纖維交叉的其他單纖維有多個的情況下，亦可代用隨機選擇20根所交叉的其他單纖維而測定的算術平均值。以其他單纖維為基準將該測定重覆進行合計五次，算出其算術平均值作為平均二維配向角。
成形基材較佳為包含5質量份～65質量份的不連續強化纖維與35質量份～95質量份的基質樹脂。藉由不連續強化纖維為5質量份以上、基質樹脂為95質量份以下，不連續強化纖維彼此的重疊充分存在，復原力增大，可表現出高膨脹性。另外，製成成形品時可使由強化纖維帶來的增強效果充分，可表現出優異的力學特性。藉由不連續強化纖維為65質量份以下、基質樹脂為35質量份以上，利用基質樹脂使強化纖維彼此充分地接著，可使由強化纖維帶來的增強效果充分。另外，藉由不連續強化纖維為5質量份以上、基質樹脂為95質量份以下，可保證成形基材的膨脹性，並且實現增強效果。
於氮氣環境下對本發明的成形基材施加3小時、500℃的熱處理後殘存的所述不連續強化纖維的集合體的體積密度較佳為0.005 g/cm
3以下。如此，藉由形成體積密度小、即體積大的纖維集合體的形態，於製成成形基材時可使具有彎曲部的碳纖維大幅變形，可表現出高的膨脹性。另外，藉由纖維集合體體積大，成形基材整體穩定地膨脹，因此可減少膨脹性的偏差。此處，於氮氣環境下施加3小時、500℃的熱處理是為了去除基質樹脂等成分，僅取出纖維集合體。
本發明的成形基材含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為不連續強化纖維。以下，於本說明書中，有時將具有彎曲部的不連續碳纖維簡單稱作「彎曲碳纖維」。所謂不連續碳纖維具有彎曲部，是指碳纖維的單纖維本身具有內在地（intrinsic）以100 mm以下的曲率半徑彎曲的部分，除去直線狀的碳纖維僅因應力而彎曲的狀態。即，更具體而言，是指自成形基材取出不連續碳纖維而分離為單纖維時仍彎曲。不連續碳纖維的單纖維於用於成形基材之前、自成形基材去除基質樹脂之後等，無論何時均能夠取出。作為去除基質樹脂的方法，可例示燒毀或溶出，具體而言，可例示於氮氣環境下對成形基材施加3小時、500℃的熱處理的方法。
對碳纖維賦予彎曲部的方法並無特別限定，例如可列舉於碳纖維的煆燒處理中對碳纖維前驅物的纖維束進行加撚處理來賦予彎曲形狀的方法。
圖1是表示不包含彎曲碳纖維的先前的成形基材的一形態的剖面結構的示意圖，圖2是表示使用該成形基材而製作的多孔質體的剖面結構的示意圖。另外，圖3是表示包含彎曲碳纖維的本發明的成形基材的一形態的剖面結構的示意圖，圖4是表示使用該成形基材而製作的多孔質體的剖面結構的示意圖。於不包含彎曲碳纖維的成形基材1的情況下，如圖1所示，於對成形基材1加工時，直線狀的不連續強化纖維2以變形的狀態被壓縮。將該成形基材1加工成多孔質體4時，如圖2所示，於成形基材1中變形後的不連續強化纖維2於在基質樹脂3軟化時欲復原為直線形狀的起毛力下表現出膨脹性，但由於纖維變形量小，蓄積於纖維中的彈性能量小，因此膨脹性的程度比較低。另一方面，於包含具有彎曲部的不連續強化纖維7的成形基材6的情況下，如圖3所示，具有彎曲部的不連續強化纖維7於彎曲部變形的狀態下被壓縮，成形基材6中的纖維變形量增大，於纖維中蓄積大的彈性能量。因此，於將成形基材6加工成多孔質體8時，如圖4所示，藉由具有彎曲部的不連續強化纖維7的復原力，可表現出高的膨脹性。具有高膨脹性，結果形成大量的空隙，可獲得具有更優異的輕量性的多孔質體，並且成形品的賦形性亦提高。
作為具有彎曲部的不連續碳纖維7的例子，可列舉如圖5的（A）～圖5的（C）所示的形狀。另外，圖6所示的分支形狀亦因於分支點存在彎曲部，故可列舉為具有彎曲部的形狀。其中，具有彎曲部的形狀並不限定於該些形狀。
具有彎曲部的不連續碳纖維的彎曲部較佳為具有20 mm以下的曲率半徑。藉此，成形基材中的彎曲部的變形量增大，復原力增大，表現出高的膨脹性。彎曲部的曲率半徑更佳為10 mm以下，進而佳為8 mm以下，進一步佳為5 mm以下。再者，於單纖維中亦可存在曲率半徑不同的部分，於該情況下，只要存在具有100 mm以下的曲率半徑的部位即可。若作為單纖維取出，則如所述般，不問測定的時機。
具有彎曲部的不連續碳纖維的整體彎曲度較佳為1%～200%。藉由整體彎曲度為1%以上，單纖維具有大的復原力，成形基材可表現出高的膨脹性。藉由整體彎曲度為200%以下，可抑制纖維彼此的纏繞，表現出高的膨脹性。再者，本發明中的整體彎曲度由纖維的端部間距離r與纖維長l並利用下述式來表示。
整體彎曲度（%）=（l-r）/r×100
於所述式中，所謂「纖維端部間距離r」是指取出彎曲碳纖維的單纖維，利用直線將單纖維的一端與另一端連結的直線距離。另外，所謂「纖維長l」是指沿著纖維測定單纖維的一端與另一端之間的長度。若作為單纖維取出，則如所述般，不問測定的時機。若以圖5的（A）～圖5的（C）為例，則彎曲形狀的單纖維9的自一端10a至另一端10b的直線距離為纖維端部間距離（r），自一端10a至另一端10b的沿著纖維的長度為纖維長（l）。於單纖維具有分支等，端部有三點以上的情況下，纖維長為沿著纖維的全長，若以圖6為例，則為自端部12a至端部12b的沿著纖維的長度與自分支點至端部12c的沿著纖維的長度的合計。另外，於端部有三點以上時的整體彎曲度根據任意的兩端部中的任一個端部間距離（r1～r3中的任一個）與纖維長（l）來算出即可。整體彎曲度更佳為1.5%～180%，進而佳為2%～150%。
另外，具有彎曲部的不連續碳纖維的直線距離1 mm的範圍內的纖維軸的波動幅度較佳為10 μm～1000 μm。藉由波動幅度為10 μm以上，則不連續碳纖維的彎曲充分大，成形基材可表現出高膨脹性。藉由波動幅度為1000 μm以下，可抑制纖維彼此的纏繞，表現出高的膨脹性。關於波動幅度的測定，設為藉由在不施加重力以外的應力的環境下自纖維軸方向與正交方向觀察彎曲碳纖維的單纖維來測定。再者，於以三維的方式具有波動的纖維中，纖維軸方向、正交方向如以下般定義。將於水平面上靜置的彎曲碳纖維的單纖維向水平面的投影像中連結相距1 mm的兩點的直線作為觀察部位的假想的纖維軸，將鉛垂方向設為與纖維軸方向正交的方向。關於所述波動幅度，如圖7所示，於任意選擇觀察到的單纖維的粗度方向的中心作為起點（14a），將自此相距直線距離1 mm的單纖維的粗度方向的中心作為終點（14b），將起點設為XY座標系統的原點、即X=0 μm、Y=0 μm的點、將終點設為X軸上的點、即X=0 μm、Y=1000 μm時，定義為自單纖維的粗度方向的中心通過的Y座標的值中最大值Y
max（μm）減去最小值Y
min（μm）而得的殘差ΔY（μm）。對隨機抽取的獨立的彎曲碳纖維的單纖維10根進行波動幅度的測定，並採用其平均值。波動幅度更佳為12 μm～950 μm，進而佳為15 μm～900 μm。
彎曲碳纖維的端部間距離r較佳為2 mm～10 mm。藉由彎曲碳纖維的端部間距離r為2 mm以上，纖維彼此的接點增大，表現出高膨脹性，另外，於製成多孔質體時可使由碳纖維帶來的增強效果充分，可賦予優異的力學特性。藉由彎曲碳纖維的端部間距離r為10 mm以下，不僅單纖維的變形量增大，而且抑制纖維彼此的纏繞而表現出高膨脹性，另外，碳纖維容易分散，可獲得均質的成形基材及多孔質體。彎曲碳纖維的端部間距離r更佳為3 mm以上且8 mm以下。關於彎曲碳纖維的端部間距離r，可自彎曲碳纖維中隨機取出100根，測定其纖維長至100 μm單位，並作為該些的平均值來算出。
具有彎曲部的不連續碳纖維的纖維長（l）與直徑（d）的縱橫比（l/d）較佳為100～5,000。藉由縱橫比（l/d）為100以上，可抑制纖維變形時的折損而表現出高膨脹性。於縱橫比（l/d）過大、即過於細長的情況下，相對於同一纖維變形量，纖維蓄積的彈性能量被抑制，因此藉由縱橫比（l/d）為5,000以下，可相對於纖維變形量有效率地蓄積彈性能量而表現出高膨脹性。縱橫比（l/d）更佳為150～4,500，進而佳為200～4,000。
本發明的成形基材較佳為包含50%～99%的具有彎曲部的不連續碳纖維、1%～50%的直線狀的不連續強化纖維。彎曲碳纖維由於彎曲部，比較容易產生自厚度方向觀察到的平面內的變形。另一方面，直線狀的不連續強化纖維不易於纖維軸方向發生變形，因此可抑制成形基材的面內變形。藉由包含1%以上的直線狀的不連續強化纖維，抑制成形基材的製作時或膨脹時的彎曲碳纖維的面內變形，結果可表現出高膨脹性。藉由直線狀的不連續強化纖維為50%以下，可使由彎曲碳纖維帶來的高膨脹化效果充分。再者，作為用於測定彎曲碳纖維與直線狀的不連續強化纖維的含有率的觀察方法，並無特別限制，例如亦可例示進行X射線CT透射觀察來拍攝纖維的配向圖像的方法。另外，亦可藉由自成形基材或多孔質體去除基質樹脂並取出纖維來算出。於難以測定成形基材或多孔質體整體的情況下，亦可使用以無偏頗的方式隨機取出的100根纖維樣品進行測定而得的值。
作為用作具有彎曲部的不連續碳纖維的碳纖維，可例示聚丙烯腈（polyacrylonitrile，PAN）系、人造絲系、木質素系、瀝青系的碳纖維等。另外，亦可對該些纖維實施表面處理。作為表面處理，除有作為導電體的金屬的黏附處理以外，有利用偶合劑的處理、利用上漿劑（sizing agent）的處理、利用捆紮劑的處理、添加劑的附著處理等。另外，該些纖維可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。其中，就輕量化效果的觀點而言，可較佳地使用比強度、比剛性優異的PAN系、瀝青系、人造絲系等的碳纖維。就提高導電性的觀點而言，亦可使用被覆有鎳或銅或鐿等金屬的碳纖維。該些中，可特佳地使用強度及彈性係數等力學特性優異的PAN系的碳纖維。
作為直線狀的不連續強化纖維，可例示PAN系、人造絲系、木質素系、瀝青系的碳纖維、鋁、黃銅、不鏽鋼等金屬纖維、石墨纖維、玻璃纖維、碳化矽纖維、氮化矽纖維等無機纖維、或作為有機纖維的對聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴系樹脂、尼龍6、尼龍66、芳香族聚醯胺等聚醯胺系樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、液晶聚酯等聚酯系樹脂、聚醚酮等聚芳基醚酮系樹脂、聚醚碸、聚伸芳基硫醚、氟樹脂等樹脂進行紡絲而獲得的纖維。
本發明的不連續碳纖維較佳為以抄紙形態包含。藉由為使不連續碳纖維於水中分散並進行抄造的抄紙形態，可使不連續碳纖維均勻地分散，纖維彼此的重疊增加。結果，成形基材中的不連續碳纖維的彎曲部的變形量增加，成形基材可表現出高膨脹性。
本發明的成形基材中使用的基質樹脂可使用熱塑性樹脂與熱硬化性樹脂中的任一種，亦可使用將兩者摻雜後的樹脂。作為熱塑性樹脂，可例示選自「聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET）、聚對苯二甲酸丁二酯（polybutylene terephthalate，PBT）、聚對苯二甲酸丙二酯（polytrimethylene terephthalate，PTT）、聚萘二甲酸乙二酯（polyethylene naphthalate，PEN）、液晶聚酯等聚酯、聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）、聚丁烯等聚烯烴、聚甲醛（polyoxymethylene，POM）、聚醯胺（polyamide，PA）、聚苯硫醚（polyphenylene sulfide，PPS）等聚伸芳基硫醚、聚酮（polyketone，PK）、聚醚酮（polyether ketone，PEK）、聚醚醚酮（polyether ether ketone，PEEK）、聚醚酮酮（polyether ketone ketone，PEKK）、聚醚腈（polyether nitrile，PEN）、聚四氟乙烯等氟系樹脂、液晶聚合物（liquid crystal polymer，LCP）」等結晶性樹脂、「苯乙烯系樹脂以外的聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）、聚苯醚（polyphenylene ether，PPE）、聚醯亞胺（polyimide，PI）、聚醯胺醯亞胺（polyamideimide，PAI）、聚醚醯亞胺（polyetherimide，PEI）、聚碸（polysulfone，PSU）、聚醚碸、聚芳酯（polyarylate，PAR）」等非晶性樹脂、除此以外的酚系樹脂、苯氧基樹脂、以及聚苯乙烯系、聚烯烴系、聚胺基甲酸酯系、聚酯系、聚醯胺系、聚丁二烯系、聚異戊二烯系、氟系樹脂及丙烯腈系等熱塑性彈性體等、或該些的共聚物及改質體等中的熱塑性樹脂。其中，就表面外觀的觀點而言，較佳為如聚碳酸酯或苯乙烯系樹脂般的非晶性樹脂，就連續使用溫度的觀點而言，較佳為聚醚醚酮，進而就耐化學品性的觀點而言，可較佳地使用氟系樹脂。本發明的基質樹脂較佳為選自聚烯烴、聚醯胺、聚伸芳基硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯及聚醚醯亞胺中的至少一種熱塑性樹脂。具體而言，就輕量性的觀點而言，較佳為聚烯烴，就強度的觀點而言，較佳為聚醯胺，就耐熱性的觀點而言，可較佳地使用聚伸芳基硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯及聚醚醯亞胺。
作為熱硬化性樹脂，較佳為選自不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、丙烯酸樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、熱硬化性聚醯亞胺樹脂中的至少一種熱硬化性樹脂。另外，亦可為該些的共聚物、改質體、以及將該些摻雜而成的樹脂。若為所述熱硬化性樹脂，則可於含浸於不連續碳纖維時抑制纖維的折損，另外於膨脹時充分軟化而表現出高膨脹性。
另外，於不損害本發明的目的的範圍內，基質樹脂亦可含有彈性體或橡膠成分等耐衝擊性提高劑、其他填充材或添加劑。作為填充材或添加劑的例子，可例示：無機填充材、阻燃劑、導電性賦予劑、結晶成核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、減振劑、抗菌劑、防蟲劑、防臭劑、著色防止劑、熱穩定劑、脫模劑、抗靜電劑、塑化劑、潤滑劑、著色劑、顏料、染料、發泡劑、製泡劑、或偶合劑。
本發明的成形基材較佳為基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下的厚度為室溫時的三倍以上。藉由為三倍以上，不僅提高多孔質體的賦形性，而且可賦予優異的輕量性。即便在以未滿三倍、例如兩倍膨脹的厚度將多孔質體成形來使用的情況下，藉由具有三倍以上的膨脹性，亦可以高的膨脹力進行成形，表面品質優異，結果亦可賦予優異的力學特性。本發明的成形基材藉由不連續碳纖維具有彎曲部，可表現出所述高膨脹性。成形基材的厚度方向的膨脹率可由膨脹前（室溫時）的成形基材的厚度、與於基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下膨脹後的多孔質體的厚度並利用下式來求出。
（成形基材的厚度方向的膨脹率）=（膨脹後的多孔質體的厚度[mm]）/（膨脹前的成形基材的厚度[mm]）×100
成形基材及多孔質體的厚度可分別作為於隨機抽取的五個部位測定的厚度的算術平均值來求出。基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下的厚度更佳為室溫時的五倍以上，進而佳為八倍以上。
表示成形基材的膨脹性的偏差的膨脹三倍時的厚度的變異係數（coefficient of variation，CV）較佳為0%～10%。藉由膨脹三倍時的厚度的變異係數（CV）為10%以下，可抑制局部的脆弱部的產生，對成形後的多孔質體賦予均質且優異的力學特性。本發明的成形基材藉由不連續碳纖維具有彎曲部，以來自不連續碳纖維的形狀的復原力表現出膨脹性，因此能夠進行均勻的膨脹。膨脹三倍時的厚度的變異係數可由自膨脹三倍的多孔質體隨機抽取的五個部位測定的各厚度t
i（i=1～5）及其平均值T並利用下式來計算。
基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下的成形基材的基材長（成形基材的各邊的長度）較佳為成為室溫時的0.9倍～1.2倍。藉由基材長為該範圍，膨脹時及膨脹後的成形品的纖維結構未發生大幅變化，可表現出優異的膨脹性與力學特性。
於本發明的成形基材中，較佳為不連續強化纖維彼此的接點被黏合劑成分被覆。於包括不連續強化纖維的纖維集合體中，不連續強化纖維彼此的交點被黏合劑成分被覆並接合，藉此纖維集合體的操作性提高。另外，於藉由樹脂含浸等製作本發明的成形基材時，亦維持纖維集合體中的纖維結構，因此可表現出高膨脹性，進而於製成成形品時可獲得力學特性優異的多孔質體。所謂「不連續強化纖維彼此的接點被黏合劑成分被覆」，典型而言，是指利用光學顯微鏡或電子顯微鏡觀察成形基材中的不連續強化纖維彼此交叉的接點時，所有接點中的20%以上被黏合劑成分被覆的狀態。即，即便在纖維表面存在上漿劑等樹脂，於接點未經被覆的情況下，亦不會發揮使纖維彼此黏結的效果，與藉由黏合劑樹脂進行黏結的狀態不同。再者，經被覆的接點的比例可藉由任意觀察100個部位的成形基材中的不連續強化纖維彼此的接點，自其中求出經被覆的接點的數量來算出。
作為黏合劑成分，可例示丙烯酸系聚合體、乙烯系聚合體、聚胺基甲酸酯、聚醯胺及聚酯等樹脂。黏合劑成分可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。藉由使用該些黏合劑成分，成為強度優異的纖維集合體，可維持成形基材中的纖維結構。另外，黏合劑成分較佳為具有選自胺基、環氧基、羧基、噁唑啉基、羧酸鹽基及酸酐基中的一種或兩種以上的反應性官能基，亦可具有兩種以上。其中，更佳為具有胺基及/或噁唑啉基的黏合劑成分。
於本發明中，較佳為對不連續強化纖維賦予的黏合劑成分的玻璃轉移溫度低於基質樹脂的熔點。藉此，於成形基材膨脹時，即在將成形基材加熱至基質樹脂的熔點以上時，黏合劑成分被加熱至玻璃轉移溫度以上而軟化，因此黏合劑成分不易阻礙不連續強化纖維的形狀復原，成形基材可表現出高膨脹性。
黏合劑成分的賦予方法並無特別問題，例如可列舉如下方法：於使不連續強化纖維分散時，使用包含黏合劑成分的水溶液或乳液、懸浮液等（以下，稱為「黏合劑液」）作為分散介質的方法；將分散不連續強化纖維而獲得的不織布浸漬於黏合劑液中的方法；藉由噴淋來塗佈黏合劑液的方法。
本發明的另一方面是一種多孔質體，為包含不連續強化纖維與基質樹脂的纖維強化樹脂的多孔質體，含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為不連續強化纖維。作為製作本發明的多孔質體的方法，除可例示所述的使本發明的成形基材加熱膨脹的方法以外，可例示將基質樹脂塗佈於不連續強化纖維的不織布上的方法等。藉由不連續碳纖維具有彎曲部，創造出空間，可包含大量的空隙，從而可獲得輕量性優異的多孔質體。
本發明的多孔質體較佳為於基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下於厚度方向具有膨脹性。藉由多孔質體處於具有進一步的膨脹性電位的狀態，可製成品質優異的多孔質體。再者，於基質樹脂為熱硬化性樹脂且於多孔質體中硬化後的情況下，玻璃轉移溫度設為硬化後的玻璃轉移溫度。
圖4是表示本發明的多孔質體的一形態的剖面結構的示意圖。多孔質體8除包含具有彎曲部的不連續碳纖維7與基質樹脂3以外，更包含空隙5。本發明的多孔質體8中，典型而言處於如下形態：不連續強化纖維彼此交叉的接點中的至少一部分利用基質樹脂進行接著，該些不連續強化纖維或基質樹脂所包圍的不連續強化纖維及基質樹脂均不存在的部分作為空隙而大量散佈於多孔質體中。藉由包含此種空隙，可減小比重，可於為輕量的同時表現出優異的力學特性。多孔質體中的空隙的含有率V
p（體積%）由無空隙的狀態的成形基材的體積V
NV（cm
3）及使其膨脹而製作的多孔質體的體積V
V（cm
3）並利用下式來算出。
V
p=100-V
NV/V
V×100
另外，關於無空隙的狀態的成形基材的體積V
NV，亦可於測定多孔質體的質量M
V（g）後，利用適當的方法去除多孔質體的樹脂成分，測定剩餘的所有纖維的質量M
f（g），由纖維的密度ρ
f與基質樹脂的密度ρ
m，並利用下式來算出。
V
NV=M
f/ρ
f+（M
V-M
f）/ρ
m
本發明的多孔質體中的空隙的含有率較佳為20體積%以上且99體積%以下。藉由空隙的含有率為20體積%以上，多孔質體的比重變小，可獲得充分的輕量性。另一方面，藉由空隙的含有率為99體積%以下，可使由纖維帶來的增強效果充分，可賦予優異的力學特性。空隙的含有率更佳為50體積%以上且95體積%以下。
本發明的多孔質體的面外壓縮彈性係數較佳為1 MPa～500 MPa。藉由面外壓縮彈性係數為1 MPa以上，於用作承擔載荷的結構體的方面而言限制變少，可作為輕量的結構體來利用。面外壓縮彈性係數為500 MPa以下間接地意味著空隙充分存在，可對多孔質體賦予充分的輕量性。
於將本發明的多孔質體的密度設為ρ、將彎曲彈性係數設為E時，表示為E
1/3/ρ的多孔質體的比彎曲彈性係數較佳為1 GPa
1/3·cm
3/g～30 GPa
1/3·cm
3/g。藉由比彎曲彈性係數為1 GPa
1/3·cm
3/g以上，成為於為輕量的同時彎曲彈性係數優異的多孔質體。比彎曲彈性係數為30 GPa
1/3·cm
3/g以下意味著於為充分輕量的同時具有作為結構體成立的程度的彎曲彈性係數，於多孔質體的用作結構體的方面而言限制變少，因此較佳。
本發明的另一方面是將所述多孔質體作為芯層並於其至少一個表面配置皮層而成的皮芯結構體。本發明的皮芯結構體藉由表面的皮層，可表現出僅由本發明的多孔質體無法表現的剛性或強度等。皮層較佳為包含連續的強化纖維的纖維強化樹脂。包含連續的強化纖維的纖維強化樹脂具有優異的強度與剛性，可對皮芯結構體賦予優異的力學特性。另外，本發明的多孔質體亦為纖維強化樹脂的一種，因此多孔質體與皮層的熱膨脹性等特性的差異比較小，接合性亦優異，因此容易作為皮芯結構體而實現一體化。另外，藉由至少一部分包括本發明的多孔質體，可對皮芯結構體賦予優異的輕量性。
作為本發明的多孔質體、或皮芯結構體的用途的一例，可列舉飛機、太空船、汽車、風車、及電子設備用等結構構件。由於本發明的多孔質體具有優異的輕量性與力學特性，因此可期待飛機、太空船、汽車的燃料消耗率提高、有效載荷的增加等性能提高。再者，本說明書中的太空船包含於大氣層外使用的人造衛星等機械或用於向大氣層外運輸的火箭等運輸設備。另外，藉由用於風車，葉片能夠實現加長化，可期待發電效率的提高。作為電子設備框體，輕量性與維持形狀所需的剛性的平衡優異，可期待電子設備框體的攜帶性的提高。
[實施例]
以下，藉由實施例對本發明進行更詳細的說明，但本發明的範圍並不限定於該些實施例。
（1）不連續強化纖維中具有彎曲部的不連續碳纖維的質量含有率W
A與直線狀的不連續強化纖維的質量含有率W
C的測定
於製作成形基材的前階段製作不織布時，將具有彎曲部的不連續碳纖維與直線狀的不連續強化纖維投入至分散槽中。根據此時的各自的投入質量M
A（g）、M
C（g），利用下式來算出質量含有率。
W
A=M
A/（M
A+M
C）×100
W
C=M
C/（M
A+M
C）×100
（2）成形基材中的不連續強化纖維及基質樹脂的質量含有率的測定
成形基材是將樹脂片與纖維氈積層而製作。由樹脂片的單位面積重量Wr（g/m
2）與積層張數Nr、纖維氈中的不連續強化纖維的單位面積重量Wf（g/m
2）及纖維氈的積層張數Nf，利用下式來算出成形基材中的不連續強化纖維的質量含有率與基質樹脂的質量含量。
不連續強化纖維的質量含量（質量份）=（Wf×Nf）/｛（Wf×Nf）+（Wr×Nr）｝×100
基質樹脂的質量含量（質量份）=（Wr×Nr）/｛（Wf×Nf）＋（Wr×Nr）｝×100
（3）成形基材的膨脹率的測定
成形基材的厚度方向的膨脹率由膨脹前（室溫時）的成形基材的厚度與使基質樹脂軟化而膨脹後的多孔質體的厚度並利用下式來求出。
（成形基材的厚度方向的膨脹率）=（膨脹後的多孔質體的厚度[mm]）/（膨脹前的成形基材的厚度[mm]）×100
再者，所謂使基質樹脂軟化，是指於基質樹脂為熱塑性樹脂的情況下，將成形基材於熱塑性樹脂的熔點下加熱10分鐘，且是指於基質樹脂為熱硬化性樹脂的情況下，將成形基材於比熱硬化性樹脂的硬化溫度低30℃的溫度下加熱10分鐘。另外，成形基材及多孔質體的厚度分別作為於隨機抽取的五個部位測定的厚度的算術平均值來求出。
（4）膨脹三倍時的厚度的變異係數（CV）的測定
膨脹三倍時的成形基材的厚度的變異係數（CV）由自使基質樹脂軟化並膨脹至成形基材的三倍厚度後的多孔質體中隨機抽取的五個部位測定的各厚度t
i（i=1～5）及其平均值T並利用下式來求出。
再者，於膨脹至成形基材的三倍厚度時，將成形基材配置於設置三倍厚度的空間的模具內，於基質樹脂為熱塑性樹脂的情況下，將成形基材於熱塑性樹脂的熔點下加熱10分鐘，於基質樹脂為熱硬化性樹脂的情況下，將成形基材於比熱硬化性樹脂的硬化溫度低30℃的溫度下加熱10分鐘，之後將模具冷卻至室溫。進而，測定自冷卻後的模具取出的多孔質體的厚度。
（5）多孔質體的密度ρ的測定
自多孔質體切出試驗片，參照日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）K7222（2005）對多孔質體的表觀密度進行測定。試驗片的尺寸設為縱100 mm、橫100 mm。利用測微計（micrometer）對試驗片的縱、橫、厚度進行測定，根據所獲得的值算出試驗片的體積V（mm
3）。另外，利用電子天平對切出的試驗片的質量M（g）進行測定。藉由將所獲得的質量M及體積V代入至下式而算出多孔質體的密度ρ。
ρ（g/cm
3）=10
3×M/V
（6）多孔質體的彎曲試驗
自多孔質體切出試驗片，按照國際標準化組織（International Standards Organization，ISO）178（1993）對彎曲彈性係數進行測定。關於試驗片，於將任意的方向設為0°方向的情況下，製作於+45°、-45°、90°方向此四個方向上切出的試驗片，對於各自的方向，設為測定數n=3，將算術平均值設為彎曲彈性係數E（GPa）。藉由將所獲得的結果及多孔質體的密度ρ代入至下式而算出多孔質體的比彎曲彈性係數。
比彎曲彈性係數=E
1/3/ρ
（7）多孔質體的面外壓縮試驗
自多孔質體切出試驗片，參照JIS K7220（2006）測定多孔質體的面外壓縮彈性係數。多孔質體的厚度設為4 mm，設為測定數n=3，將算術平均值設為面外壓縮彈性係數（MPa）。
（8）試驗體的材料
[碳纖維1（CF1）]
自以聚丙烯腈為主要成分的共聚物進行紡絲、煆燒處理、及表面氧化處理，從而獲得連續碳纖維。於煆燒處理中，對耐火化纖維束進行加撚處理。該碳纖維藉由煆燒處理中的加撚處理於解撚後95%的單纖維亦具有彎曲形狀，單纖維直徑為7 μm，密度為1.8 g/cm
3。
[碳纖維2（CF2）]
將加撚處理中的撚數設為碳纖維1的1.8倍，除此以外進行與碳纖維1相同的處理，從而獲得連續碳纖維。碳纖維2的95%具有彎曲形狀，單纖維直徑為7 μm，密度為1.8 g/cm
3。
[碳纖維3（CF3）]
將加撚處理中的撚數設為碳纖維1的2.4倍，除此以外進行與碳纖維1相同的處理，從而獲得連續碳纖維。碳纖維3的95%具有彎曲形狀，單纖維直徑為7 μm，密度為1.8 g/cm
3。
[碳纖維4（CF4）]
將加撚處理中的撚數設為碳纖維1的4.0倍，除此以外進行與碳纖維1相同的處理，從而獲得連續碳纖維。碳纖維4的95%具有彎曲形狀，單纖維直徑為7 μm，密度為1.8 g/cm
3。
[碳纖維5（CF5）]
將加撚處理中的撚數設為碳纖維1的6.0倍，除此以外進行與碳纖維1相同的處理，從而獲得連續碳纖維。碳纖維5的95%具有彎曲形狀，單纖維直徑為7 μm，密度為1.8 g/cm
3。
[碳纖維6（CF6）]
不進行加撚處理，除此以外進行與碳纖維1相同的處理，從而獲得連續碳纖維。碳纖維6的100%為直線狀，單纖維直徑為7 μm，密度為1.8 g/cm
3。
[樹脂片1]
製作包含未改質聚丙烯樹脂（普瑞曼聚合物（Prime Polymer）（股）製造的「普瑞曼波利普羅（prime polypro）」（註冊商標）J105G）80質量%、及酸改質聚丙烯樹脂（三井化學（股）製造的「艾德瑪（admer）」QB510）20質量%的單位面積重量為200 g/m
2的樹脂片。所獲得的樹脂片的密度為0.92 g/cm
3，熔點為165℃。
[樹脂片2]
製作包含聚醚酮酮（阿科瑪（Arkema）公司製造的「凱普斯坦（Kepstan）」（註冊商標）6003）的單位面積重量為200 g/m
2的樹脂片2。所獲得的樹脂片2的熔點為305℃。
[樹脂片3]
將「jER」（註冊商標）828（三菱化學（股）製造）30質量份、「jER」（註冊商標）1001 35質量份、「jER」（註冊商標）154 35質量份投入至捏合機中，於混練的同時升溫至150℃，於150℃下混練1小時，藉此獲得透明的黏稠液。將黏稠液混練至60℃的同時降溫後，調配作為硬化劑的DYCY7（三菱化學（股）製造）3.7質量份、作為硬化促進劑的DCMU99（保土谷化學工業（股）製造）3質量份、作為粒子的「松本微球（Matsumoto Microsphere）」（註冊商標）M（松本油脂製藥（股）製造）3質量份，於60℃下混練30分鐘，藉此製備環氧樹脂組成物。製作包含該環氧樹脂組成物的單位面積重量為150 g/m
2的樹脂片3。所獲得的樹脂片3的硬化溫度為165℃。
[纖維氈1（M1）]
將碳纖維1的纖維束切成長度6 mm，獲得短切碳纖維1。製作包含水及界面活性劑（那卡萊科技（nacalai tesque）（股）製造，聚氧乙烯月桂基醚（商品名））的濃度0.1質量%的分散液，使用分散液及短切碳纖維1製造纖維氈。纖維氈的製造裝置包括直徑1,000 mm的圓筒形狀的容器，該容器於作為分散槽的容器下部具有開口旋塞。於分散槽的上表面的開口部附帶有攪拌機，能夠自開口部投入短切碳纖維1及分散液。自抄紙體的上表面部散佈(甲基)丙烯酸系聚合體的1質量%乳液液體，於200℃的乾燥爐中乾燥30分鐘而獲得網，將所獲得的網重疊來獲得纖維氈1。纖維氈1的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈2（M2）]
將纖維氈1中的碳纖維1設為碳纖維2，除此以外與纖維氈1同樣地獲得纖維氈2。纖維氈2的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈3（M3）]
將纖維氈1中的碳纖維1設為碳纖維3，除此以外與纖維氈1同樣地獲得纖維氈3。纖維氈3的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈4（M4）]
將纖維氈1中的碳纖維1設為碳纖維4，除此以外與纖維氈1同樣地獲得纖維氈4。纖維氈4的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈5（M5）]
將纖維氈1中的碳纖維1設為碳纖維5，除此以外與纖維氈1同樣地獲得纖維氈5。纖維氈5的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈6（M6）]
將碳纖維5的纖維束切成長度6 mm，獲得短切碳纖維5。利用開纖機使短切碳纖維5開纖後，獲得利用梳理機拉齊的纖維氈6。纖維氈6的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈7（M7）]
將纖維氈1中的碳纖維1設為碳纖維5，自短切碳纖維5中僅取出具有彎曲部的碳纖維並投入至纖維氈製造裝置中，除此以外與纖維氈1同樣地獲得纖維氈7。僅取出具有彎曲部的碳纖維後的纖維氈7的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈8（M8）]
於纖維氈5中，將短切碳纖維5以及短切碳纖維6投入至分散槽中，除此以外與纖維氈5同樣地獲得纖維氈8。纖維氈8以34質量%的比例包含具有彎曲部的碳纖維，以66質量%的比例包含直線狀的碳纖維。纖維氈8的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈9（M9）]
將纖維氈5中的(甲基)丙烯酸系聚合體的1質量%乳液液體設為聚醚醯亞胺（PEI），除此以外與纖維氈5同樣地獲得纖維氈9。纖維氈9的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈10（M10）]
將使PAN系耐火紗通過壓入式捲縮器（crimper）後的捲縮紗切成6 mm，使用梳理機（card）、交叉棉網成型機（cross lapper）而形成為網狀片，繼而使用單棒的針，以針密度200根/cm
2進行針軋，從而製成PAN系耐火紗不織布。將該不織布於氮氣環境中升溫至1,500℃的溫度進行煆燒後，浸漬於碳酸氫銨水溶液（0.1莫耳/升）中，以成為76庫侖/g的電量的方式進行電解氧化處理，進行水洗及乾燥來獲得纖維氈10。纖維氈10的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈11（M11）]
將捲縮紗切成50 mm，除此以外與纖維氈10同樣地獲得纖維氈11。纖維氈11的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈12（M12）]
將纖維氈5中的碳纖維5切成長度1 mm，除此以外與纖維氈5同樣地獲得纖維氈12。纖維氈12的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈13（M13）]
將纖維氈5中的碳纖維5切成長度0.5 mm，除此以外與纖維氈5同樣地獲得纖維氈13。纖維氈14的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈14（M14）]
使纖維氈5中的碳纖維5成為最初粗細的纖維束殘留一部分的狀態，除此以外與纖維氈5同樣地獲得纖維氈14。纖維氈14的單位面積重量為100 g/m
2。
[纖維氈15（M15）]
將纖維氈1中的碳纖維1設為碳纖維6，除此以外與纖維氈1同樣地獲得纖維氈15。纖維氈15的單位面積重量為100 g/m
2。
[實施例1]
製作將纖維氈1與樹脂片1按照[樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1/樹脂片1/纖維氈1]的順序配置而成的積層物。繼而，藉由經過以下的步驟（A）～步驟（C）來獲得成形基材。
（A）將積層體配置於預熱至200℃的壓製成形用模具模槽內並關閉模具。
（B）於賦予3 MPa的壓力並保持5分鐘後，於保持壓力的狀態下將模槽溫度冷卻至50℃。
（C）打開模具，取出成形基材。
之後，藉由經過以下的步驟（D）～步驟（F）而獲得多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比，成為高膨脹性的成形基材。
（D）將成形基材配置於預熱至200℃的與（A）相同的壓製成形用模具模槽內，於緊固模具並保持5分鐘後，開放模具，於其末端插入金屬間隔物，調整為成形體的厚度成為4.0 mm。
（E）再次緊固模具模槽，於保持壓力的狀態下將模槽溫度冷卻至50℃。
（F）打開模具，取出多孔質體。
[實施例2]
將纖維氈1設為纖維氈2，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比，成為高膨脹性的成形基材，與實施例1的膨脹性幾乎無差異。
[實施例3]
將纖維氈1設為纖維氈3，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。與比較例1相比，成為高膨脹性的成形基材，與實施例1的膨脹性幾乎無差異。
[實施例4]
將纖維氈1設為纖維氈4，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。與實施例1～實施例3相比，膨脹性大幅提高。
[實施例5]
將纖維氈1設為纖維氈5，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。與實施例1～實施例4相比，膨脹性大幅提高。
[實施例6]
將纖維氈1設為纖維氈6，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例7]
將纖維氈1設為纖維氈7，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例8]
將纖維氈1設為纖維氈8，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例9]
將纖維氈1設為纖維氈9，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例10]
將纖維氈1設為纖維氈10，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例11]
將纖維氈1設為纖維氈11，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例12]
將纖維氈1設為纖維氈12，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例13]
將纖維氈1設為纖維氈13，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例14]
將纖維氈1設為纖維氈14，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例15]
將纖維氈5與樹脂片1按照[纖維氈5/纖維氈5/樹脂片1/纖維氈5/纖維氈5/纖維氈5/纖維氈5/樹脂片1/纖維氈5/纖維氈5/纖維氈5/纖維氈5/樹脂片1/纖維氈5/纖維氈5]的順序配置，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例16]
將纖維氈1設為纖維氈5，將樹脂片1設為樹脂片2，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
[實施例17]
將纖維氈1設為纖維氈5，將樹脂片1設為樹脂片3，經過以下的步驟（A）～步驟（C），藉此獲得成形基材。
（A）將積層體配置於預熱至60℃的壓製成形用模具模槽內並關閉模具。
（B）賦予5 MPa的壓力並保持90分鐘。
（C）打開模具，取出成形基材。
之後，藉由經過以下的步驟（D）～步驟（F）而獲得多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
（D）將成形基材配置於預熱至60℃的壓製成形用模具模槽內，賦予5 MPa的壓力並保持5分鐘後，開放模具，於其末端插入金屬間隔物，調整為多孔質體的厚度成為4.0 mm。
（E）再次緊固模具模槽，於保持壓力的狀態下將模具升溫至150℃，並硬化90分鐘。
（F）打開模具，取出多孔質體。
[比較例1]
將纖維氈1設為纖維氈15，除此以外經過與實施例1相同的步驟，藉此獲得成形基材及多孔質體。將所使用的碳纖維的特性、以及所獲得的成形基材及多孔質體的特性示於表1中。
示出所述實施例的比較。實施例1～實施例3中藉由使用具有彎曲部的不連續碳纖維，與比較例1相比成為高膨脹性的成形基材，實施例1～實施例3之間幾乎無膨脹性的差異。實施例4、實施例5中由於不連續碳纖維的曲率半徑、彎曲率、波動幅度大，與實施例1～實施例3相比膨脹性亦大幅提高。若對實施例5與實施例6進行比較，則實施例5的體積密度變得更小，表現出高膨脹性。若對實施例5與不包含直線狀的不連續強化纖維的實施例7進行比較，則實施例5表現出高膨脹性。若對實施例5與包含大量的直線狀的不連續強化纖維的實施例8進行比較，則實施例5的膨脹性大幅提高。若對實施例5與黏合劑成分的玻璃轉移溫度大於基質樹脂的熔點的實施例9進行比較，則實施例5的膨脹性大幅提高。若對實施例5與藉由針軋而製作的實施例10進行比較，則實施例5的體積密度變得更小，表現出高膨脹性。若對實施例10與使用更長纖維的實施例11進行比較，則實施例10表現出更高的膨脹性。若對實施例5與端部間距離大的實施例12進行比較，則實施例5表現出高膨脹性。若對實施例5與分散成單絲狀的不連續碳纖維的比例小的實施例14進行比較，則實施例5表現出高膨脹性，偏差亦減少。若對實施例5與不連續碳纖維的含有率大的實施例15進行比較，則實施例5中面外壓縮彈性係數及比彎曲彈性係數等力學特性得到提高。將作為高耐熱樹脂的PEKK設為基質樹脂的實施例16、將作為熱硬化性樹脂的環氧樹脂設為基質樹脂的實施例17表現出與實施例5同等的高膨脹性。
[表1]
（表1）
| 單位 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | 實施例7 | 實施例8 | 實施例9 | 實施例10 | ||
| 成形基材的結構 | 具有彎曲部的碳纖維（A） | - | CF1 | CF2 | CF3 | CF4 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | 捲縮紗 |
| 纖維氈 | - | M1 | M2 | M3 | M4 | M5 | M6 | M7 | M8 | M9 | M10 | |
| 基質樹脂（B） | - | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | PP | |
| 直線狀的不連續強化纖維（C） | - | CF1 | CF2 | CF3 | CF4 | CF5 | CF5 | - | CF5+CF6 | CF5 | - | |
| 黏合劑成分（D） | - | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | PEI | 丙烯酸 | |
| 碳纖維（A）的含有率 | 質量% | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 | 13 | 33 | 33 | |
| 基質樹脂（B）的含有率 | 質量% | 67 | 67 | 67 | 67 | 67 | 67 | 67 | 87 | 67 | 67 | |
| 強化纖維（C）/（碳纖維（A）+強化纖維（C）） | % | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 0 | 66 | 5 | 0 | |
| 具有彎曲部的碳纖維（A） | 撚數 | - | 1 | 1.8 | 2.4 | 4 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | - |
| 彎曲部的曲率半徑 | mm | 20 | 11 | 8 | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 彎曲率 | % | 0.07 | 0.20 | 0.42 | 1.90 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 2.30 | |
| 波動幅度 | μm | 3.2 | 5.7 | 6.5 | 13.8 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 11.2 | |
| 端部間距離 | mm | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| 縱橫比 | - | 858 | 859 | 861 | 873 | 930 | 930 | 930 | 930 | 930 | 877 | |
| 單絲分散比例 | % | 98 | 99 | 97 | 96 | 97 | 97 | 97 | 97 | 97 | 97 | |
| 平均二維配向角 | ° | 44 | 43 | 43 | 44 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | 46 | |
| 黏合劑成分（D） | 黏合劑成分（D）的玻璃轉移溫度Tg-基質樹脂（B）的熔點Tm | ℃ | -105 | -105 | -105 | -105 | -105 | - | -105 | -105 | 51 | - |
| 成形基材的特性 | 膨脹率 | 倍 | 6 | 6 | 6 | 20 | 50 | 8 | 40 | 8 | 6 | 9 |
| 體積密度 | g/cm 3 | 0.010 | 0.010 | 0.010 | 0.003 | 0.002 | 0.008 | 0.002 | 0.008 | 0.002 | 0.100 | |
| 膨脹三倍時的厚度的變異係數 | % | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 15 | |
| 基材長的變化 | 倍 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1.5 | |
| 多孔質體的特性 | 面外壓縮彈性係數 | MPa | 30 | 30 | 30 | 30 | 32 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 比彎曲彈性係數 | GPa 1/3·cm 3/g | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 4 |
[表2]
（表2）
| 單位 | 實施例11 | 實施例12 | 實施例13 | 實施例14 | 實施例15 | 實施例16 | 實施例17 | 比較例1 | ||
| 成形基材的結構 | 具有彎曲部的碳纖維（A） | - | 捲縮紗 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | - |
| 纖維氈 | - | M11 | M12 | M13 | M14 | M5 | M5 | M5 | M6 | |
| 基質樹脂（B） | - | PP | PP | PP | PP | PP | PEKK | EP | PP | |
| 直線狀的不連續強化纖維（C） | - | - | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | CF5 | CF6 | |
| 黏合劑成分（D） | - | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | 丙烯酸 | |
| 碳纖維（A）的含有率 | 質量% | 33 | 33 | 33 | 33 | 67 | 33 | 33 | 0 | |
| 基質樹脂（B）的含有率 | 質量% | 67 | 67 | 67 | 67 | 33 | 67 | 67 | 67 | |
| 強化纖維（C）/（碳纖維（A）+強化纖維（C）） | % | 0 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 100 | |
| 具有彎曲部的碳纖維（A） | 撚數 | - | - | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 0 |
| 彎曲部的曲率半徑 | mm | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||
| 彎曲率 | % | 2.30 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 8.53 | 0.01 | |
| 波動幅度 | μm | 11.2 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 0.6 | |
| 端部間距離 | mm | 50 | 12 | 50 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | |
| 縱橫比 | - | 7307 | 1861 | 7752 | 930 | 930 | 930 | 930 | 857 | |
| 單絲分散比例 | % | 97 | 97 | 97 | 43 | 96 | 97 | 97 | 97 | |
| 平均二維配向角 | ° | 46 | 43 | 46 | 38 | 44 | 46 | 46 | 43 | |
| 黏合劑成分（D） | 黏合劑成分（D）的玻璃轉移溫度Tg-基質樹脂（B）的熔點Tm | ℃ | - | -105 | -105 | -105 | -105 | -270 | -105 | -105 |
| 成形基材的特性 | 膨脹率 | 倍 | 6 | 42 | 6 | 20 | 70 | 45 | 50 | 5 |
| 體積密度 | g/cm 3 | 0.050 | 0.003 | 0.011 | 0.003 | 0.002 | 0.002 | 0.002 | 0.010 | |
| 膨脹三倍時的厚度的變異係數 | % | 17 | 2 | 2 | 5 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 基材長的變化 | 倍 | 1.6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| 多孔質體的特性 | 面外壓縮彈性係數 | MPa | 30 | 25 | 20 | 30 | 5 | 30 | 30 | 30 |
| 比彎曲彈性係數 | GPa 1/3·cm 3/g | 4 | 4 | 5 | 5 | 2 | 7 | 7 | 5 |
1:不包含具有彎曲部的碳纖維的成形基材
2:直線狀的碳纖維（直線狀的不連續強化纖維）
3:基質樹脂
4:不包含具有彎曲部的碳纖維的多孔質體
5:空隙
6:包含具有彎曲部的碳纖維的成形基材
7:具有彎曲部的碳纖維（具有彎曲部的不連續強化纖維）
8:包含具有彎曲部的碳纖維的多孔質體
9:具有彎曲部的單纖維
10a:單纖維9的端部1
10b:單纖維9的端部2
11:具有分支形狀的彎曲部的單纖維
12a:單纖維11的端部1
12b:單纖維11的端部2
12c:單纖維11的端部3
13:彎曲碳纖維的單纖維向水平面上的投影像
14a:投影像13的起點
14b:投影像13的終點
l:單纖維9的纖維長
r:單纖維9的端部間距離
r1:單纖維11的端部間距離1
r2:單纖維11的端部間距離2
r3:單纖維11的端部間距離3
圖1是表示不包含具有彎曲部的碳纖維的成形基材的一形態的示意圖。
圖2是表示不包含具有彎曲部的碳纖維的多孔質體的一形態的示意圖。
圖3是表示包含具有彎曲部的碳纖維的本發明的成形基材的一形態的示意圖。
圖4是表示包含具有彎曲部的碳纖維的本發明的多孔質體的一形態的示意圖。
圖5的（A）～圖5的（C）是表示具有彎曲部的碳纖維的一形態的示意圖。
圖6是表示具有分支形狀彎曲部的碳纖維的一形態的示意圖。
圖7是對具有彎曲部的碳纖維的纖維軸的波動幅度進行說明的圖。
2:直線狀的碳纖維(直線狀的不連續強化纖維)
3:基質樹脂
4:不包含具有彎曲部的碳纖維的多孔質體
5:空隙
Claims (20)
- 一種成形基材，包含不連續強化纖維與基質樹脂，所述成形基材含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為所述不連續強化纖維，於所述基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下於厚度方向具有膨脹性。
- 如請求項1所述的成形基材，其中所述具有彎曲部的不連續碳纖維的彎曲部具有10 mm以下的曲率半徑。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述具有彎曲部的不連續碳纖維的整體彎曲度為1%～200%。
- 如請求項1或2所述的成形基材，以抄紙形態包含所述不連續強化纖維。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述具有彎曲部的不連續碳纖維的直線距離1 mm的範圍內的纖維軸的波動幅度為10 μm～1000 μm。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中於氮氣環境下對所述成形基材施加3小時、500℃的熱處理後殘存的所述不連續強化纖維的集合體的體積密度為0.005 g/cm 3以下。
- 如請求項1或2所述的成形基材，含有50%～99%的所述具有彎曲部的不連續碳纖維，更包含1%～50%的直線狀的不連續強化纖維。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述不連續強化纖維彼此的接點被黏合劑成分被覆，所述黏合劑成分的玻璃轉移溫度低於所述基質樹脂的熔點。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下的基材厚度為室溫時的三倍以上。
- 如請求項9所述的成形基材，其中所述成形基材於室溫時的膨脹三倍時的厚度的變異係數為0%～10%。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述成形基材的基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下的基材長為室溫時的0.9倍～1.2倍。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述具有彎曲部的不連續碳纖維的端部間距離為2 mm～10 mm。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述具有彎曲部的不連續碳纖維的纖維長（l）與直徑（d）的縱橫比（l/d）為100～5,000。
- 如請求項1或2所述的成形基材，包含5質量份～65質量份的所述不連續強化纖維與35質量份～95質量份的所述基質樹脂。
- 如請求項1或2所述的成形基材，其中所述基質樹脂為選自聚烯烴、聚醯胺、聚伸芳基硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚碳酸酯及聚醚醯亞胺中的至少一種熱塑性樹脂、或者選自不飽和聚酯、乙烯基酯、環氧樹脂、酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、熱硬化性聚醯亞胺中的至少一種熱硬化性樹脂。
- 一種多孔質體，是包含不連續強化纖維與基質樹脂的纖維強化樹脂的多孔質體，含有具有彎曲部的不連續碳纖維作為所述不連續強化纖維。
- 如請求項16所述的多孔質體，於所述基質樹脂的玻璃轉移溫度或熔點下於厚度方向具有膨脹性。
- 一種皮芯結構體，是將如請求項16或17所述的多孔質體作為芯層並於其至少一個表面配置皮層而成。
- 如請求項18所述的皮芯結構體，其中所述皮層是包含連續的強化纖維的纖維強化樹脂。
- 一種結構構件，包含如請求項16或17所述的多孔質體，且用於飛機、太空船、汽車、風車、或電子設備。
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