TWI697398B - 構造體之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的構造體之製造方法係包含樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法，其特徵為包含：將包含樹脂與強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使模具之表面溫度上升到構造體前驅物能流動的溫度為止之第2步驟；使模具之表面溫度下降到構造體前驅物不能流動的溫度為止之第3步驟；及將第3步驟結束後所得之構造體自前述模具脫模之第4步驟。

Description

構造體之製造方法
本發明關於一種包含樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法。
近年來，關於汽車、飛機、運動製品等之產業用製品，對於剛性或輕量性的提高之市場要求係逐年升高。為了應付如此的要求，剛性或輕量性優異的纖維強化樹脂係廣泛利用於各種產業用途中。其中，為了滿足輕量性，檢討具有空隙的構造體及其製造方法。例如，為使構造體中含有空隙，檢討使用發泡性材料之手法或使用大規模的裝置來使發泡之手法(參照專利文獻1~3)。又，作為使構造體成為中空形狀之手法，已知內壓成形法或外壓成形法(參照專利文獻4)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平10-296772號公報
專利文獻2：日本特開2012-136592號公報
專利文獻3：日本特開平6-134876號公報
專利文獻4：日本特開平6-105932號公報
然而，從提高力學特性之觀點來看，構造體較佳為不含發泡性材料，而且使用大規模的裝置者由於成本升高而不佳。另一方面，於內壓成形法或外壓成形法中，由於在預成形中必須花費時間，副材料亦大多是必要的，從生產性之觀點來看，不佳。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種構造體之製造方法，其可容易形成複雜的形狀，可製造輕量性及力學特性優異的構造體。又，本發明之另一目的在提供一種能製造構造體的構造體之製造方法，其不需要許多的成本。
本發明之第1態樣的構造體之製造方法係包含熱塑性樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法，其特徵為包含：將包含前述熱塑性樹脂與前述強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使前述模具之表面溫度上升到前述構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成小於1.2×108Pa的溫度為止之第2步驟；使前述模具之表面溫度下降到前述構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成1.2×108Pa以上的溫度為止之第3步驟；及將前述第3步驟結束後所得之構造體自前述模具脫模之第4步驟。
本發明之第2態樣的構造體之製造方法係包含熱硬化性樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法 ，其特徵為包含：將包含硬化前之前述熱硬化性樹脂與前述強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使前述模具之表面溫度上升到前述構造體前驅物之硬化度變成10%以上90%以下的溫度為止之第2步驟；保持形狀直到前述構造體前驅物之硬化度高於90%的狀態為止之第3步驟；及將前述第3步驟結束後所得之構造體自前述模具脫模之第4步驟。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述構造體前驅物在前述模具內的填充率係在前述模具之空腔的10%以上80%以下之範圍內。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述第2步驟及前述第3步驟中的對前述模具之加壓力係在0MPa以上5MPa以下之範圍內。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述模具之空腔的大小係在成形之前後無變化。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，包含熱硬化性樹脂的熱硬化性樹脂組成物及包含熱塑性樹脂的熱塑性樹脂組成物之至少一者係配置在前述構造體之表面。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述模具之重量為30kg以下。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，於前述構造體前驅物中包含發泡劑。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上 述發明中，前述構造體前驅物包括包含強化纖維的墊(mat)與包含熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂之任一者的基質樹脂，於包含強化纖維的墊中預先含浸樹脂。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述包含強化纖維的墊係以濕式抄紙法、乾式抄紙法、氣流成網法及織造法中的任一方法所製造的不織布狀者。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，構成前述構造體前驅物的基質樹脂係以薄膜、粒子、纖維及液體中的任一形態賦予。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述第1步驟包含使前述構造體前驅物成為細長條狀或捲狀體，配置於模具中之步驟。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述模具之形狀係圓柱狀、多角柱狀或此等之筒狀。
本發明的構造體之製造方法係其特徵為於上述發明中，前述第2步驟及前述第3步驟中的對前述模具之加壓力為0MPa。
依照本發明，可提供一種構造體之製造方法，其不需要許多的成本，可製造輕量性及力學特性優異之構造體。又，依照本發明，可提供一種能製造構造體的構造體之製造方法，其不需要許多的成本。
1a~1f:單纖維
2:構造體前驅物
3:模具
4:空腔
5:芯材
6:切槽
7:加熱裝置
8:構造體前驅物
9:壓製機
10a、10b、12:構造體
11:接著劑
13a:分散槽
13b:開口旋塞
13c:抄紙槽
13d:攪拌機
13e:短切碳纖維
13f:分散介質
13g:網狀輸送帶
13h:輸送帶
第1圖係顯示本發明所用的強化纖維墊中之強化纖維的分散狀態之一例的示意圖。
第2圖係顯示強化纖維墊的製造裝置之一例的示意圖。
第3圖係說明實施例1之製造方法用的示意圖。
第4圖係說明實施例2-(A)之製造方法用的示意圖。
第5圖係說明實施例3-(A)之製造方法用的示意圖。
第6圖係說明實施例4-(A)之製造方法用的示意圖。
第7圖係說明實施例6-(A)之製造方法用的示意圖。
第8圖係說明實施例7-(A)之製造方法用的示意圖。
第9圖係說明實施例9-(A)之製造方法用的示意圖。
第10圖係說明比較例3之製造方法用的示意圖。
以下，說明本發明的構造體之製造方法。
本發明之第1態樣的構造體之製造方法係包含熱塑性樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法，其包含：將包含熱塑性樹脂與強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使模具之表面溫度上升到構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成小於1.2×108Pa的溫度為止之第2步驟；使模具之表面溫度下降到構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成1.2×108Pa以上的溫度為止之第3步驟；及將第3步驟結束後所得之構造體自模具脫模之第4步驟。
藉由如此的製造方法，於第1步驟中，由於在 低溫度的模具中作業者可以手容易地預成形，可形成複雜的形狀，故可製造輕量性及力學特性優異之構造體。又，表面溫度更佳為50℃以下。表面溫度若50℃以下，則於製造步驟中，可僅以簡易的保護器具進行第1步驟，對於更細的形狀亦可將構造體前驅物預成形。換言之，作業效率係顯著地提高。又，於第1步驟中，從即使配置構造體前驅物的時間變長，作業者發生低溫燙傷等的可能性也會減低之觀點來看，較佳。
於第2步驟中，必須使模具之表面溫度上升到構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成小於1.2×108Pa的溫度為止。具體而言，由於是設為構造體前驅物的玻璃轉移溫度或結晶化溫度以上之溫度，而可變成上述範圍，可藉由給予對於構造體前驅物的熔點或軟化點高10℃以上且為構造體前驅物的熱分解溫度以下之溫度而達成。又，於第2步驟中，構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)若為1.2×108Pa以上，則在模具內的賦型(形狀之形成)會變困難。
於第3步驟中，必須使模具之表面溫度下降到構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成1.2×108Pa以上的溫度為止。於第3步驟之後，從在第4步驟中自模具脫模之觀點來看，構造體前驅物之儲存彈性模數高者為佳，具體而言，相對於構造體前驅物之熔點或軟化點，較佳為低30℃以上，從縮短成形週期之觀點來看，較佳為低50℃以上。
本發明之第2態樣的構造體之製造方法係一 種構造體之製造方法，其係包含熱硬化性樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法，其特徵為包含：將包含硬化前之前述熱硬化性樹脂與前述強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使前述模具之表面溫度上升到前述構造體前驅物之硬化度變成10%以上90%以下的溫度為止之第2步驟；保持形狀直到前述構造體前驅物之硬化度高於90%的狀態為止之第3步驟；及將前述第3步驟結束後所得之構造體自前述模具脫模之第4步驟。
於第2步驟中，構造體前驅物之硬化度必須為10%以上90%以下之範圍。第2步驟中的構造體前驅物之硬化度，從成形後的構造體之表面品質或所得的力學特性之觀點來看，較佳為30%以上，更佳為60%以上。再者，硬化度若超過90%，則形狀追隨性會變差。構造體前驅物之硬化度的測定方法係以由玻璃轉移溫度(以下簡稱Tg)來確認之方法測定。具體而言，預先測定飽和的Tg到最低的Tg，以百分率表示飽和的Tg到最低的Tg之差分。接著，加熱硬化前的熱硬化性樹脂，得到加熱溫度與加熱時間與Tg之相互關係，根據成形條件內插Tg。
再者，亦可例示也自構造體前驅物之以DSC測定的發熱量來確認硬化狀態的方法。例如，可預先測定構造體前驅物的發熱量，自加熱後之構造體前驅物的發熱量之比例求得殘存反應率。再者，Tg係用已知的DSC(示差掃描熱量計)測定。又，第3步驟中的構造體前驅物之硬化度亦可同樣地測定。
構造體前驅物在模具內的填充率宜在模具之空腔的10%以上80%以下之範圍內。其中，較佳為20%以上70%以下，更佳為30%以上60%以下。填充率小於10%時，在配置構造體前驅物之際發生偏向，難以得到所要求的形狀而不佳。另一方面，填充率大於80%時，雖然構造體之製造為可能，但從輕量性之觀點來看不佳。
第2步驟及第3步驟中的對於模具之加壓力宜在0MPa以上5MPa以下之範圍內。其中，較佳為3MPa以下。加壓力大於5MPa時，由於需要壓製機等的大型設備，需要許多的成本而不佳。特佳為第2步驟及第3步驟中的對於模具之加壓力為0MPa之態樣，藉由成為如此，可以低成本有效率地生產。作為使加壓力成為0MPa之方法，可舉出使用從金屬等之塊藉由切削加工而形成有空腔的無接縫之模具進行成形之方法。又，從第4步驟中容易脫模之觀點來看，可舉出使用能分割成2個或其以上的模具，使用經螺栓等所預先固定的模具進行成形之方法。
模具之空腔的大小宜在成形之前後無變化。模具之空腔的大小在成形之前後變化者，由於需要使模具運轉之機構，需要許多的成本而不佳。作為模具之空腔的大小在成形之前後無變化之模具，較佳為使用從金屬等之塊藉由切削加工而形成有空腔的無接縫之模具。從第4步驟中容易脫模之觀點來看，可使用能分割成2個或其以上的模具，亦可為能藉由螺栓等固定之模具。
包含熱硬化性樹脂的熱硬化性樹脂組成物及包含熱塑性樹脂的熱塑性樹脂組成物之至少一者宜配置 在構造體之表面。例如，將強化纖維經單向排列的單向強化樹脂組成物配置在表面時，可提高構造體的力學特性。另一方面，將由加有顏料或粒子的樹脂組成物所成之樹脂片配置在表面時，可改善構造體的式樣設計性或質感。
模具之重量宜為30kg以下。模具之重量大於30kg時，由於人手搬運困難而不佳。模具之重量較佳為25kg以下，更佳為20kg以下。使用如此輕量的模具者，係在從第1步驟往第2步驟移動時及從第2步驟往第3步驟移動時，不需要機器人等的自動機或複數人之作業，可容易地變更場所。於模具之重量中，下限值係沒有特別的限定，但於本發明的構造體之製造方法中，於第1步驟中配置構造體前驅物時或從第2步驟到第3步驟中溫度變化、於第4步驟之脫模作業中，模具變形，在成為以數次的製造即已得不到目標形狀的模具時，從生產性之觀點來看，不佳。
於構造體前驅物中宜包含發泡劑。因此，可使構造體更容易地發泡，從輕量化之觀點來看，較佳。又，可對於更細的模具形狀展現高的賦型性。作為發泡劑，有藉由壓縮氣體之釋壓或氣體等的物理變化而使發泡的物理發泡劑與藉由熱分解或化學反應而使產生氣體的化學發泡劑。於此等之中，將藉由熱分解而使產生氮氣或二氧化碳氣體的化學發泡劑稱為熱分解型化學發泡劑。所謂的熱分解型化學發泡劑，就是在常溫下為液體或固體之化合物，經加熱時分解或氣化之化合物。又， 熱分解型化學發泡劑較佳為實質上不妨礙害本發明的構造體之製造方法中所用之製造構造體前驅物的過程者，熱分解型化學發泡劑之分解溫度較佳在180~250℃之範圍內。作為如此的熱分解型化學發泡劑，可例示偶氮二甲醯胺、偶氮二羧酸金屬鹽、二亞硝基五亞甲基四胺、N,N-二亞硝基五亞甲基四胺、4,4-氧基雙、雙四唑‧二銨等。
較佳的是構造體前驅物包括包含強化纖維的墊與包含熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂之任一者的基質樹脂，於包含強化纖維的墊中預先含浸樹脂。由於使用如此的構造體前驅物，於第1步驟中，可容易配置於模具中，對於複雜的形狀亦可容易地預成形。包含強化纖維的墊宜為以濕式抄紙法、乾式抄紙法、氣流成網法及織造法中的任一方法所製造的不織布狀。強化纖維採取不織布狀的形態者，從樹脂對於強化纖維的含浸容易度之觀點來看，較佳。再者，由於強化纖維具有不織布狀的形態，除了不織布本身的處理性之容易度，還有即使於一般被視為高黏度的熱塑性樹脂之情況中，也可容易含浸而較佳。又，藉由使用採用如此的不織布狀之構造體前驅物，可容易得到輕量且力學特性優異之構造體。另外，於本發明中，亦可摻合熱硬化性樹脂與熱塑性樹脂，此時係以於構成樹脂的成分之中佔超過50質量%之量的成分當作樹脂的名稱。
構成構造體前驅物的基質樹脂宜以薄膜、粒子、纖維及液體中的任一形態賦予。藉此，可使樹脂容 易含浸於包含強化纖維的墊中。
第1步驟宜包含使構造體前驅物成為細長條狀或捲狀體，配置於模具中之步驟。由於使構造體前驅物成為細長條狀，對於細的形狀之模具亦可容易地配置構造體前驅物。又，由於使構造體前驅物成為捲狀體，可提高構造體的各向同性。
模具之形狀宜為圓柱狀、多角柱狀或此等之筒狀。因此，可容易形成目前在預成形中必須花費時間且亦需要多的副材料之形狀。
本發明之製造方法中使用的構造體之構造體前驅物包含樹脂與強化纖維。於本發明之1個形態中，樹脂宜包含至少1種以上的熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，可例示由「聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、液晶聚酯等之聚酯、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等之聚烯烴、聚甲醛(POM)、聚醯胺(PA)、聚苯硫(PPS)等之聚芳硫、聚酮(PK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚腈(PEN)、聚四氟乙烯等之氟系樹脂、液晶聚合物(LCP)」等之結晶性樹脂、「苯乙烯系樹脂以及聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯醚(PPE)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚碸(PSU)、聚醚碸、聚芳酯(PAR)」等之非晶性樹脂、還有酚系樹脂、苯氧樹脂、更有聚苯乙烯系、聚烯烴系、聚胺甲酸酯系、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之熱塑性彈性體等、或此等之共聚物及改性體等所選出之熱塑性樹脂。其中，從所得之構造體的輕量性之觀點來看，宜為聚烯烴，從強度之觀點來看，宜為聚醯胺，從表面外觀之觀點來看，宜為如聚碳酸酯或苯乙烯系樹脂之非晶性樹脂，從耐熱性之觀點來看，宜為聚芳硫，從連續使用溫度之觀點來看，宜為聚醚醚酮，再者，從耐藥品性之觀點來看，宜使用氟系樹脂。
於本發明之1個形態中，樹脂宜包含至少1種以上的熱硬化性樹脂。作為熱硬化性樹脂，可例示不飽和聚酯、乙烯酯、環氧樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、熱硬化性聚醯亞胺、此等之共聚物、改性體及摻合有此等的至少2種之樹脂。又，對於前述樹脂，在不損害本發明目的之範圍內，本發明之構造體或構造體前驅物亦可含有彈性體或橡膠成分等之耐衝擊性提高劑、其它的填充材或添加劑。作為填充材或添加劑之例，可例示無機填充材、難燃劑、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、防著色劑、熱安定劑、脫模劑、抗靜電劑、可塑劑、滑劑、著色劑、顏料、染料、發泡劑、抑泡劑或偶合劑。
作為強化纖維，可例示鋁、黃銅、不銹鋼等之金屬纖維、PAN系、縲縈系、木質素系、瀝青系之碳纖維、石墨纖維、玻璃等之絕緣性纖維、芳香族聚醯胺、PBO、聚苯硫、聚酯、丙烯酸、尼龍、聚乙烯等之有 機纖維、碳化矽、氮化矽等之無機纖維。又，亦可對於此等纖維施予表面處理。作為表面處理，除了作為導電體的金屬之黏附處理，還有藉由偶合劑的處理、藉由上漿劑的處理、藉由捆紮劑的處理、添加劑之附著處理等。還有，此等之纖維係可單獨使用1種，也可合併使用2種以上。其中，從輕量化效果之觀點來看，宜使用比強度、比剛性優異之PAN系、瀝青系、縲縈系等的碳纖維。另外，從提高所得之構造體的經濟性之觀點來看，宜使用玻璃纖維，尤其是從力學特性與經濟性之平衡來看，宜合併使用碳纖維與玻璃纖維。再者，從提高所得之構造體的衝擊吸收性或賦形性之觀點來看，宜使用芳香族聚醯胺纖維，尤其是從力學特性與衝擊吸收性之平衡來看，宜合併使用碳纖維與芳香族聚醯胺纖維。還有，從提高所得之構造體的導電性之觀點來看，亦可使用被覆有鎳或銅或鐿等的金屬之強化纖維。於此等之中，更佳的是可使用強度與彈性模數等之力學特性優異的PAN系碳纖維。
強化纖維宜為不連續、略單絲狀且無規地分散者。藉由使強化纖維成為如此態樣，則當將外力施加於片狀構造體的構造體前驅物或構造體而進行成形時，對於複雜形狀的賦型變得容易。又，藉由使強化纖維成為如此態樣，則經由強化纖維所形成的空隙係緻密化，構造體中的強化纖維之纖維束端的弱部可極小化，故除了優異的補強效率及可靠性，還可賦予各向同性。此處所謂的略單絲，就是指強化纖維單絲以少於500條之細纖 度股束(strand)存在者。更佳為單絲狀分散。
此處，所謂的略單絲狀或單絲狀分散，就是指對於在構造體中任意選擇的強化纖維，其二次元接觸角為1°以上的單纖維之比例(以下，亦稱為纖維分散率)係80%以上者，換言之，構造體中的單纖維之2條以上接觸且平行的束小於20%者。因此，此處特佳為至少強化纖維中的纖絲數100條以下之纖維束的質量分率相當於100%。
所謂的二次元接觸角，當為不連續的強化纖維時，就是由單纖維與此單纖維接觸的單纖維所形成之角度，於接觸的單纖維彼此所形成的角度中，定義為在0°以上90°以下之範圍內的屬於銳角之角度。對於此二次元接觸角，使用圖式進一步說明。第1圖係顯示自面方向(第1圖(a))及厚度方向(第1圖(b))來觀察時的強化纖維墊中之強化纖維的分散狀態之一例的示意圖。若以單纖維1a作為基準，則看到單纖維1a係在第1圖(a)中與單纖維1b~1f相交，但於第1圖(b)中單纖維1a係不與單纖維1e、1f接觸。此時，對於成為基準的單纖維1a而言，成為二次元接觸角的評價對象者係單纖維1b~1d，於接觸的2個單纖維所形成的2個角度之中，0°以上90°以下之範圍內的屬於銳角之角度A。
作為測定二次元接觸角之方法，並沒有特別的限制，例如，可例示從構造體的表面來觀察強化纖維的配向之方法。此時，藉由研磨構造體的表面而使強化纖維露出，可更容易觀察強化纖維。又，亦可例示進行X 射線CT穿透觀察，拍攝強化纖維的配向影像之方法。當為X射線穿透性高的強化纖維時，若預先在強化纖維中混合示蹤用的纖維，或預先在強化纖維上塗布示蹤用的藥劑，則可容易觀察強化纖維而較佳。另外，以上述方法難以測定時，可例示藉由加熱爐等將構造體在高溫下燒掉樹脂成分後，使用光學顯微鏡或電子顯微鏡，自所取出的強化纖維來觀察強化纖維之配向的方法。
根據上述之觀察方法，用以下之程序測定纖維分散率。即，測定對於經隨意選擇的單纖維(第1圖中的單纖維1a)與已接觸的全部單纖維(第1圖中的單纖維1b~1d)之二次元接觸角。對於100條的單纖維進行此測定，自已測定二次元接觸角的全部單纖維之總條數與二次元接觸角為1°以上的單纖維之條數的比率來算出比例。
再者，強化纖維特佳為無規地分散。此處，所謂強化纖維無規地分散者，就是指構造體中經任意選擇的強化纖維之二次元配向角的算術平均值在30°以上60°以下之範圍內者。所謂該二次元配向角，就是由強化纖維的單纖維與和此單纖維交叉的單纖維所形成之角度，於交叉的單纖維彼此所形成的角度之中，定義為在0°以上90°以下之範圍內的屬於銳角之角度。
對於此二次元配向角，使用圖式進一步說明。於第1圖(a)、(b)中，若以單纖維1a作為基準，則單纖維1a係與其它的單纖維1b~1f交叉。此處所謂的交叉，就是意指於所觀察的二次元平面中，看到成為基準的單纖維與其它的單纖維相交之狀態，單纖維1a與單纖維1b ~1f不一定需要接觸，在投影觀看時看到相交的狀態亦不是例外。即，對於成為基準的單纖維1a觀看時，單纖維1b~1f全部為二次元配向角之評價對象，於第1圖(a)中二次元配向角係在交叉的2個單纖維所形成的2個角度之中，0°以上90°以下之範圍內的屬於銳角之角度A。
作為測定二次元配向角之方法，並沒有特別的限制，例如，可例示自構成要素的表面來觀察強化纖維的配向之方法，可採取與上述之二次元接觸角的測定方法同樣之手段。二次元配向角的平均值係用以下的程序測定。即，測定對於經隨意選擇的單纖維(第1圖中的單纖維1a)與已交叉的全部單纖維(第1圖中的單纖維1b~1f)之二次元配向角的平均值。例如，當交叉於某單纖維的其它單纖維為多數時，亦可代替地使用隨意地選出20條交叉的其它單纖維而測定的算術平均值。以其它的單纖維作為基準，重複合計5次的此測定，算出其算術平均值當作二次元配向角的算術平均值。
由於強化纖維為略單絲狀且無規地分散，可將經由上述略單絲狀分散的強化纖維所給予的性能提高到最大限度。又，於構造體中可將各向同性賦予至力學特性。從如此的觀點來看，強化纖維的纖維分散率宜為90%以上，愈接近100%愈佳。另外，強化纖維的二次元配向角之算術平值宜在40°以上50°以下之範圍內，愈接近理想角度的45°愈佳。
另一方面，作為強化纖維不採取不織布形態之例，有強化纖維經單向排列而成的片狀基材、織物基 材及無捲縮基材等。此等之形態由於強化纖維規則緻密地配置，構造體中的空隙會變少，樹脂之含浸變得極為困難，或形成未含浸部，或有含浸手段或樹脂種類的選項大幅受限之情況。
作為強化纖維之形態，可為與構造體相同程度的長度之連續性強化纖維或經切斷成指定長度的有限長度之不連續性強化纖維的任一者，但從容易含浸樹脂或可容易調其量之觀點來看，宜為連續性強化纖維。
強化纖維之質量平均纖維長度宜在1mm以上15mm以下之範圍內。藉此，可提高強化纖維的補強效率，給予構造體優異的力學特性。強化纖維之質量平均纖維長度小於1mm時，由於無法有效形成構造體中的空隙，而有比重變高之情況，換言之，由於難以得到相同質量但為所欲厚度之構造體而不佳。另一方面，強化纖維之質量平均纖維長度比15mm長時，構造體中的強化纖維係容易因本身重量而彎曲，成為阻礙力學特性的展現之要因而不佳。質量平均纖維長度係可藉由將構造體的樹脂成分燒掉或溶出等之方法而去除，自殘留的強化纖維中隨意地選出400條，測定其長度直到10μm單位為止，作為彼等之平均長度算出。構造體前驅物中的強化纖維之體積含有率宜在5體積%以上90體積%以下之範圍內，更佳在10體積%以上80體積%以下之範圍。藉由使用如此組成的構造體前驅物，可藉由本發明之製造方法展現高的力學特性，而且得到輕量性優異的構造體。
本發明中所謂的空隙，就是指經由樹脂所被 覆的強化纖維成為柱狀的支撐體，藉由其進行疊合或交叉而形成的空間者。例如，將強化纖維經樹脂所預先含浸的構造體前驅物予以加熱而得到構造體時，藉由加熱所伴隨的樹脂之熔融乃至於軟化，強化纖維係起毛而形成空隙。此係基於在構造體前驅物中，因加壓而成為壓縮狀態之內部的強化纖維係藉由來自其彈性模數的起毛力而起毛之性質。又，構造體中的空隙之含有率係在10體積%以上99體積%以下之範圍內。空隙之含有率小於10體積%時，由於構造體的比重變高，無法滿足輕量性而不佳。另一方面，空隙之含有率大於99體積%時，換言之，被覆於強化纖維之周圍上的樹脂之厚度變薄，故構造體中的強化纖維彼此之補強未充分進行，故力學特性變低而不佳。空隙之含有率的上限值宜為97體積%。本發明中，體積含有率係將構成構造體的樹脂與強化纖維與空隙各自之體積含有率的合計當作100體積%。
將由本發明之製造方法所得之構造體的彎曲彈性模數當作Ec，將構造體之比重當作ρ時，以Ec1/3‧ρ-1表示的構造體之比彎曲彈性模數係在3以上20以下之範圍內。構造體之比彎曲彈性模數小於3時，即使彎曲彈性模數高，比重亦高之狀態，由於得不到所欲的輕量化效果而不佳。另一方面，構造體之比彎曲彈性模數大於20時，顯示出雖然輕量化效果充分，但是彎曲彈性模數低，而難以作為構造體來保持所欲的形狀，或構造體本身之彎曲彈性模數差，故而不佳。一般而言，鋼材或鋁之比彎曲彈性模數為1.5以下，成為比此等之金屬材料更是 極為優異的比彎曲彈性模數之範圍。再者，超過著眼於輕量化效果的碳纖維強化樹脂複合材料之一般的比彎曲彈性模數2.3之3以上，更宜為5以上。
構造體之彎曲彈性模數Ec可為3GPa以上，宜為6GPa以上。構造體之彎曲彈性模數Ec小於3GPa時，由於在作為構造體使用的範圍係發生限制而不佳。又，為了使構造體之設計成為容易，彎曲彈性模數Ec宜具有各向同性。彎曲彈性模數Ec之上限係不設限制，但一般於由強化纖維與樹脂所成的構造體中，自作為其構成成分的強化纖維及樹脂各自之彈性模數所算出之值係可成為上限。於本發明之構造體中，單獨使用構造體時或與其它構件組合使用時，為了使用構造體本身之彎曲彈性模數Ec，進行構件的設計而供實用，則多達50GPa的話即為充分。
構造體之比重ρ宜為0.9g/cm3以下。構造體之比重ρ大於0.9g/cm3時，意指成為構造體時的質量增加，結果會導致作成為製品時的質量之增加而不佳。比重ρ之下限係不設限制，但一般於由強化纖維與樹脂所成之構造體中，自作為其構成成分的強化纖維、樹脂及空隙各自之體積比例所算出之值係可成為下限。於本發明之構造體中，單獨使用構造體時或與其它構件組合使用時，構造體本身之比重ρ係隨著所使用的強化纖維或樹脂而不同，但從保持構造體的力學特性之觀點來看，宜為0.03g/cm3以上。
從構造體的表面起到厚度方向的中點位置為 止之30%以內的部分中之空隙率宜在0體積%以上且小於10體積%之範圍內，剩餘部分之空隙率宜在10體積%以上99體積%以下之範圍內。該空隙率愈小，則力學特性愈優異，又，愈大，則輕量性愈優異。於構造體中，換言之，當構造體由相同構成之材料所成時，由於從構造體的表面起到厚度方向的中點位置為止之30%以內的部分中之空隙率為0體積%以上且小於10體積%，故可擔保構造體的力學特性，由於剩餘部分之空隙率在10體積%以上99體積%以下之範圍內，可滿足輕量特性而較佳。
本發明中，構造體之厚度係可自連接欲求得厚度的表面上之1點與其背側的表面之最短距離而求得。所謂厚度方向的中點，就是意指構造體之厚度的中間點。所謂從構造體的表面起到厚度方向的中點位置為止之30%以內的部分，就是意指將構造體的表面與到其厚度方向的中點為止距離當作100%時，包含從構造體的表面起到30%之距離為止之部分者。此處所謂的剩餘部分，就是意指從構造體中去除從構造體的一表面起到厚度方向的中點位置為止之30%以內的部分及從構造體的另一表面起到厚度方向的中點位置為止之30%以內的部分後之剩餘部分。從構造體的表面起到厚度方向的中點位置為止之30%以內的部分及剩餘部分係可存在於構造體之厚度方向的不同位置，也可存在於面方向的不同位置。
本發明中的強化纖維採取不織布狀的形態者，從樹脂對於強化纖維的含浸容易度之觀點來看，較佳。再者，由於強化纖維具有不織布狀的形態，除了不織 布本身的處理性之容易度，還有即使於一般被視為高黏度的熱塑性樹脂之情況中，也可容易含浸而較佳。此處，所謂的不織布狀的形態，就是指強化纖維的股束及/或單絲不規則性地分散成面狀之形態，可例示短切股束墊、連續股束墊、抄紙墊、梳理墊、氣流成網墊等(以下，將此等彙總稱為強化纖維墊)。
作為構成構造體的強化纖維墊之製造方法，例如，有將強化纖維預先分散成股束及/或略單絲狀，製造強化纖維墊之方法。作為強化纖維墊之製造方法，可舉出屬於眾所周知技術之：強化纖維以空氣流分散片化之氣流成網法、或一邊將強化纖維予以機械性梳分一邊調整形狀而片化之梳理法等之乾式程序、在水中攪拌強化纖維及抄紙之藉由萊特萊德法(radright method)的濕式程序。作為使強化纖維更接近單絲狀之手段，於乾式程序中，可例示設置開纖棒之方法或進一步使開纖棒振動之方法，更有使梳理機之網眼變細之方法、或調整梳理機的旋轉速度之方法等。於濕式程序中，可例示調整強化纖維的攪拌條件之方法、將分散液的強化纖維濃度予以稀薄化之方法、調整分散液的黏度之方法、於移送分散液之際抑制渦流之方法等。特佳的是強化纖維墊以濕式程序製造，藉由增加投入纖維的濃度，或調整分散液的流速(流量)與網狀輸送帶的速度，可容易地調整強化纖維墊的強化纖維之比例。例如，藉由相對於分散液的流速，減慢網狀輸送帶的速度，所得之強化纖維墊中的纖維之配向變得難以朝向牽引方向，可製造膨鬆的強 化纖維墊。強化纖維墊係可由強化纖維單質所構成，也可將強化纖維與粉末形狀或纖維形狀的基質樹脂成分混合，或將強化纖維與有機化合物或無機化合物混合，或強化纖維彼此被樹脂成分所填縫。
再者，宜於強化纖維墊中預先含浸樹脂，作成為構造體前驅物。例如，若為粒子或纖維，則在製造包含強化纖維的墊之際，可與強化纖維同時地混合樹脂，形成不織布狀。又，若為液狀，則可將包含強化纖維的墊浸漬於液中，或注入液而於強化纖維中含浸樹脂。另外，若為薄膜，則可藉由在薄膜之上積層包含強化纖維的墊或以自兩側夾持之方式配置，而提高操作性。作為製造本發明之構造體前驅物的方法，使用對於強化纖維墊，將樹脂加熱到熔融乃至於軟化溫度以上之狀態，給予壓力而使含浸至強化纖維墊之方法，此係從製造的容易度之觀點來看較佳。具體而言，較佳可例示自強化纖維墊之厚度方向的兩側，使配置有樹脂的積層物熔融含浸之方法。
作為實現上述各方法用的設備，可適宜使用壓縮成形機或雙帶壓機。分批式之情況為前者，藉由並列有加熱用與冷卻用的2機以上之間歇式加壓系統，而謀求生產性的提高。連續式之情況為後者，由於可容易地進行連續的加工，而連續生產性優異。
作為強化纖維墊不採取不織布形態之例，有強化纖維經單向排列而成的片狀基材、織物基材及無捲縮基材等。此等之形態由於強化纖維規則緻密地配置， 故強化纖維墊中的空隙部少，熱塑性樹脂不形成充分的錨固構造，故其若成為芯形成層，則接合能力降低。又，當樹脂為熱塑性樹脂時，含浸變得極為困難，或形成未含浸部，或有含浸手段或樹脂種類的選項大幅受限之情況。
於本發明之製造方法中所得之構造體之表面上所配置之包含熱硬化性樹脂的熱硬化性樹脂組成物及包含熱塑性樹脂的熱塑性樹脂組成物中，作為賦予構造體的機能，可舉出以著色及珠光感或金屬光澤感為代表之式樣設計或電磁波屏蔽性、通電性、難燃性、耐候性、高剛性等。例如，以高剛性為目的時，亦可於連續的強化纖維中含浸樹脂，將片狀中間基材配置於表面上。此處，所謂連續的強化纖維，就是在至少一方向中以100mm以上的長度而連續者，該多條在單向中排列的集合體，即所謂的強化纖維束，係在構造體的全長中連續。作為由連續的強化纖維所成之片狀中間基材的形態，包括由多條連續的強化纖維所成之強化纖維束所構成的布、由多條連續的強化纖維在單向中排列的強化纖維束(單向性纖維束)、由此單向性纖維束所構成之單向性布等。強化纖維係可由相同形態的複數條纖維束所構成，或也可由不同形態的複數條纖維束所構成。構成一個強化纖維束的強化纖維數通常為300~48,000條，但若考慮預浸漬體(Prepreg)的製造或布的製造，則宜為300~24,000條，更佳為1,000~12,000條。
賦予式樣設計性時，可舉出在樹脂中混練有 顏料或玻璃珠等作為固體狀的添加物者。作為固體形狀的添加物，可舉出偶氮顏料、酞菁藍等之有機顏料、由鋁、黃銅等之金屬粉末所成的金屬顏料、氧化鉻、鈷藍等之無機顏料。其中，從耐熱性之觀點來看，較佳為金屬顏料、無機顏料。又，當強化纖維為如碳纖維或芳香族聚醯胺纖維等之深暗色時，較宜使用具有2層以上的折射率不同之構造的顏料。例如，經氧化鈦或氧化鐵所被覆的天然雲母、人工雲母、氧化鋁碎片、矽石碎片、玻璃碎片。藉由成為如此的層構造，可藉由可見光區域的光之干渉、繞射、散射的光學現象而顯色。若利用光之干渉、繞射、散射之光學現象，則由於可藉由特定波長之光的反射而顯色，故較適合使用在採用深暗色的強化纖維之情況。作為賦予電磁波屏蔽性或通電性的固體狀添加物，可例示銀、銅、鎳等之金屬粉或肥粒鐵、碳黑等。作為賦予難燃性的固體狀添加物，可例示磷化合物、銻化合物、金屬氫氧化物、鋅化合物、三聚氰胺三聚氰酸酯等。作為賦予耐候性的固體狀添加物，可例示紫外線吸收劑或受阻胺系光安定劑等。
<構造體>
由本發明之製造方法所得之構造體的樹脂之體積含有率係在2.5體積%以上85體積%以下之範圍內。樹脂之體積含有率小於2.5體積%時，無法黏結構造體中的強化纖維彼此而使強化纖維的補強效果充分，由於無法滿足構造體之力學特性(尤其是彎曲特性)而不佳。另一方面，樹脂之體積含有率大於85體積%時，由於樹脂量過多 ，難以取得空隙構造而不佳。
於由本發明之製造方法所得之構造體中，強化纖維之體積含有率宜為0.5體積%以上55體積%以下之範圍內。強化纖維之體積含有率小於0.5體積%時，由於無法使來自強化纖維的補強效果充分而不佳。另一方面，強化纖維之體積含有率大於55體積%時，由於相對於強化纖維而言樹脂之體積含有率係相對地變少，無法黏結構造體中的強化纖維彼此而使強化纖維的補強效果充分，由於無法滿足構造體的力學特性(尤其是彎曲特性)而不佳。
強化纖維係被樹脂所被覆，樹脂之厚度宜在1μm以上15μm以下之範圍內。經樹脂所被覆的強化纖維之被覆狀態，若至少構成構造體的強化纖維之單纖維彼此交叉之點經被覆的話，則從構造體的形狀安定性或厚度控制的容易度及自由度之觀點來看，已屬充分，但作為更佳的態樣，則宜為樹脂以上述之厚度被覆於強化纖維的周圍之狀態。此狀態係強化纖維的表面因樹脂而不露出，換言之，意指強化纖維係藉由樹脂形成電線狀的皮膜。藉此，構造體更具有形狀的安定性，同時充分展現力學特性。又，經樹脂所被覆的強化纖維之被覆狀態係不需要在其強化纖維的全部上被覆，只要是在不損害本發明之構造體的形狀安定性或彎曲彈性模數、彎曲強度之範圍內即可。
由本發明之製造方法所得之構造體，例如，可舉出「個人電腦、顯示器、OA機器、行動電話、攜帶 資訊終端、PDA(電子筆記本等之攜帶資訊終端)、數位相機、光學機器、音響裝置、空調機、照明機器、娛樂用品、玩具用品、其它家電製品等之框體、托盤、底盤、內裝構件或其殼體」等之電氣、電子機器零件、「各種構件、各種框架、各種鉸鏈、各種臂、各種車軸、各種車輪用軸承、各種樑」、「罩蓋、車頂、車門、擋泥板、行李箱蓋、側面板、後端板、車身前部、車身底部、各種柱、各種構件、各種框架、各種樑、各種支架、各種導軌、各種鉸鏈等之外板或本體零件」、「保險桿、保險桿橫樑、造型、底罩、引擎蓋、整流板、擾流板、百葉罩、空氣動力零件等之外裝零件」、「儀表板、片框架、門飾、柱飾、方向盤、各種模組等之內裝零件」、或「馬達零件、CNG桶槽、油箱」等之汽車、二輪車用構造零件、「電池托盤、頭燈支架、踏板外殼、保護器、車燈反射鏡、燈罩、噪音遮罩、備胎罩」等之汽車、二輪車用零件、「隔音壁、防音壁等之壁內構件」等之建材、「起落架艙、小翼、擾流板、邊緣、舵、升降臺、整流片、肋、片」等之飛機用零件。從力學特性之觀點來看，宜用於汽車內外裝、電氣‧電子機器框體、自行車、運動用品用構造材、飛機內裝材、輸送用箱體、建材。其中，尤其適合由複數的零件所構成之模組構件。又，由本發明之製造方法所得之圓柱狀、多角柱狀、此等之筒狀的構造體，例如，可用於汽車的柱、自行車的框架、各種運動競技用之球拍框或軸、建築物之柱或樑等。
[實施例]
以下，使用實施例，具體地說明本發明。惟，本發明不受以下的實施例所限定。
<評價‧測定方法>
(1)構造體之比重ρ
自構造體切出試驗片，參考JIS K7222(2005)，測定構造體的表觀比重。試驗片係切出縱100mm、橫100mm。用測微計測定試驗片之縱、橫、厚度，自所得之值算出試驗片的體積V。又，用電子天平測定所切出的試驗片之質量M。藉由將所得之質量M及體積V代入下式，算出構造體之表觀比重ρ。
ρ[g/cm3]=103×M[g]/V[mm3]
(2)彎曲試驗
作為試驗片，將與實施例及比較例所得之構造體同樣之組成的平板，以成為ISO178法(1993)中記載之厚度的方式製作平板。自所製作平板切出試驗片，依照ISO178法(1993)測定彎曲彈性模數。試驗片係將任意的方向當作0°方向時，對於+45°、-45°、90°方向之4個方向切出而製作試驗片，對於各自之方向，測定數n=5，將算術平均值當作彎曲彈性模數Ec。作為測定裝置，使用「Instron(註冊商標)」5565型萬能材料試驗機(INSTRON日本(股)製)。自所得之結果，藉由下式算出成形品之比彎曲彈性模數。
比彎曲彈性模數=Ec1/3/ρ
(3)構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)
作為構造體前驅物之測定樣品(厚度0.5mm、寬度10mm)，藉由動態黏彈性解析(DMA)，於升溫速度5℃/分鐘、扭轉振動頻率0.5Hz、應變量0.1%之條件下，進行升溫，藉由DMA評價。於此評價條件中，求得各成形條件中的構造體前驅物之到達溫度的儲存彈性模數(G’)。此處，使用TA儀器公司製ARES作為測定裝置。
(4)構造體前驅物之玻璃轉移溫度(Tg)
依據JIS K7121(1987)中記載之方法，使用Pyris 1DSC(Perkin Elmer儀器公司製示差掃描熱量計)，以10℃/分鐘的升溫速度進行。將所得之DSC曲線顯示階梯狀變化的部分之中間點當作玻璃轉移溫度。於此測定中，由所得之樹脂組成物的初期玻璃轉移溫度(Tg)與飽和的玻璃轉移溫度(Tg)，得到硬化度之指標。接著，於實施例所進行的加熱溫度與加熱時間之條件下，將構造體前驅物予以預先成形，對於所得之成形品測定玻璃轉移溫度。自所得之玻璃轉移溫度與作為指標的玻璃轉移溫度之範圍，得到構造體前驅物之硬化度。
<所使用的材料>
以下顯示評價中所用的材料。
[材料1]
從以聚丙烯腈為主成分的共聚物，進行紡絲、燒成處理及表面氧化處理，得到總單絲數12,000條之連續碳纖維。此連續碳纖維的強化纖維1之特性係如下所示。
單纖維直徑：7μm
每單位長度的質量：1.6g/m
比重：1.8
拉伸強度：4600MPa
拉伸彈性模數：220GPa
用匣刀將碳纖維1切割成6mm，得到短切碳纖維。製作由水與界面活性劑(NACALAI TESQUE(股)製，聚氧乙烯月桂基醚(商品名))所成的濃度0.1質量%之分散液，使用此分散液與上述短切碳纖維，使用第2圖中所示的抄紙基材之製造裝置，製造抄紙基材。製造裝置具備在作為分散槽13a之容器下部具有開口旋塞13b的直徑1000mm之圓筒形狀的容器、連接分散槽13a與抄紙槽13c之直線狀的輸送部(傾斜角30°)。於分散槽13a之上面的開口部附屬有攪拌機13d，可從開口部投入短切碳纖維13e及分散液(分散介質13f)。抄紙槽13c係在底部具備具有寬度500mm的抄紙面之網狀輸送帶13g的槽，及將可搬運碳纖維基材(抄紙基材)的輸送帶13h連接至網狀輸送帶13g。抄紙係將分散液中的碳纖維濃度設為0.05質量%而進行。經抄紙過的碳纖維基材係在200℃的乾燥爐中乾燥30分鐘。所得之碳纖維基材的寬度為500mm、長度為500mm，單位面積重量為100g/m2。
製作由作為樹脂之80重量%的未改性聚丙烯樹脂(Prime Polymer(股)製「Prime Polypro」J105G)與20質量%的酸改性聚丙烯樹脂(三井化學(股)製「Admer」QB510)所成的單位面積重量100g/m2之片。以成為樹脂片/碳纖維基材/樹脂片之方式將所得之纖維基材與樹脂片予以積層而得到積層體。將所得之積層體夾於2片的金屬板之間，於熱盤溫度為230℃的壓製機中以3MPa的面 壓，與金屬板一起進行加壓‧加熱。5分鐘後，停止壓製機的加壓，於熱盤溫度為100℃的壓製機下以3MPa的面壓進行加壓‧冷卻。5分鐘後，停止壓製機的加壓，得到成為構造體前驅物之表1中所示的材料1。經前述測定方法所測定的構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)為1.5×106Pa。
[材料2]
除了將樹脂的單位面積重量設為135g/m2以外，與材料1同樣地得到樹脂片。使用所得之碳纖維基材與樹脂片，以成為樹脂片/碳纖維基材/樹脂片/碳纖維基材/樹脂片之方式積層，得到積層體。除了使用所得之積層體以外，與材料1同樣地得到成為構造體前驅物之表1中所示的材料2。
[材料3]
作為樹脂，使用40質量份的「jER」(註冊商標)1007(三菱化學(股)製)、20質量份「jER」(註冊商標)630、40質量份的「Epiclon」(註冊商標)830(DIC(股)製)，作為硬化劑，使用DICY7(三菱化學(股)製)，其係相對於全部環氧樹脂成分的環氧基，活性氫基成為0.9當量之量，作為硬化促進劑，使用2質量份的DCMU99(保土谷化學工業(股)製)，調製樹脂(b)。使用所調合的樹脂與逆輥塗布機，塗布於離型紙上，製作每單位面積的質量為125g/m2之薄膜狀樹脂。將所得之薄膜狀的樹脂與碳纖維基材，以成為樹脂薄膜/碳纖維基材/樹脂薄膜之方式積層，於經調溫到70℃的壓製機中，於面壓0.1MPa的加壓下加熱 1.5小時，得到成為構造體前驅物之表1中所示的材料3。經前述測定方法所測定的構造體前驅物之硬化度為60%。
[材料4]
將東麗(股)製「Torayca」Prepreg P3252S-12當作材料4(參照表1)。
[材料5]
使用材料1中所用的短切碳纖維與聚丙烯樹脂，將機筒溫度設定在230℃，於雙軸擠壓機中熔融混練聚丙烯樹脂後，從擠壓機的側邊進料器投入短切碳纖維，進一步混練。將經混練的樹脂拉出成腸(gut)狀，使冷卻後，加工成長度6mm之顆粒，得到成為構造體前驅物之表1中所示的材料5。
(實施例1)
實施例1-(A)：
作為構造體前驅物，自材料1切出具有指定大小之片。使所切出的構造體前驅物如第3圖中所示地成為捲狀體，配置於模具內。第3圖中，元件符號2表示構造體前驅物，元件符號3表示模具，元件符號4表示空腔。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表2中。
實施例1-(B)：
將配置有構造體前驅物的模具置入環境溫度經設定在230℃的熱風乾燥機內，使樹脂成為熔融狀態。此時的成形時間與模具溫度係顯示於表2中。
實施例1-(C)：
確認樹脂成為熔融狀態後，自乾燥機中取出模具，進行冷卻。此時的成形時間與模具溫度係顯示於表2中。
實施例1-(D)：
確認樹脂固化後，自模具將成形品脫模，得到構造體1。
(實施例2)
實施例2-(A)：
如第4圖中所示，將模具3的空腔4之形狀設為四角形狀，於此模具3內配置成為捲狀體的構造體前驅物。此時的材料或構造體前驅物對於模具3的空腔4之填充率係顯示於表2中。
實施例2-(B)~(D)：
除了成為表2中記載之成形溫度或時間以外，與實施例1同樣地得到構造體2。
(實施例3)
實施例3-(A)：
與實施例1同樣地，在模具內配置構造體前驅物後，如第5圖中所示地，在空腔4內配置芯材5。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表2中。
實施例3-(B)~(D)：
除了成為表2中記載之成形溫度或時間以外，與實施例1同樣地得到構造體3。
(實施例4)
實施例4-(A)：
與實施例2同樣地，在模具內配置構造體前驅物後， 如第6圖中所示地，在空腔4內配置芯材5。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表2中。
實施例4-(B)~(D)：
除了成為表2中記載之成形溫度或時間以外，與實施例1同樣地得到構造體4。
(實施例5)
實施例5-(A)：
除了使用表2中所示的構造體前驅物以外，與實施例3同樣地，在模具內配置構造體前驅物。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表2中。
實施例5-(B)~(D)：
除了成為表2中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體5。
(實施例6)
實施例6-(A)：
從材料1來準備60片之成為縱300mm、橫10mm的細長條狀構造體前驅物。將此等之細長條狀構造體前驅物如第7圖中所示地配置於模具3內之空腔4中。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表2中。
實施例6-(B)~(D)：
除了成為表2中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體6。
(實施例7)
實施例7-(A)：
除了如第8圖中所示地配置構造體前驅物2，與使用75片的成為橫10mm之細長條狀構造體前驅物以外，與實施例6同樣地配置於模具內。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表3中。
實施例7-(B)~(D)：
除了成為表3中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體7。
(實施例8)
實施例8-(A)：
從材料2來準備100片之成為縱300mm、橫3mm的細長條狀構造體前驅物。除了使用此等之細長條狀構造體前驅物以外，與實施例6同樣地配置於模具內。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表3中。
實施例8-(B)~(D)：
除了成為表3中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體8。
(實施例9)
實施例9-(A)：
除了如第9圖(a)中所示地，於自構造體前驅物2之端起的100mm之位置起，導入10mm間隔之切槽6以外，與實施例3同樣地，在模具內配置構造體前驅物。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表3中。
實施例9-(B)~(D)：
除了成為表3中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體9。
(實施例10)
實施例10-(A)：
除了使用表3中所示的構造體前驅物及模具以外，與實施例3同樣地，在模具內配置構造體前驅物。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表3中。
實施例10-(B)~(D)：
除了成為表3中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體10。
(實施例11)
實施例11-(A)：
除了使用表3中所示的材料5以外，與實施例3同樣地，在模具內配置構造體前驅物。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表3中。
實施例11-(B)~(D)：
除了成為表3中記載之成形溫度或時間以外，與實施例3同樣地得到構造體11。
(實施例12)
除了作為補強層，將材料4配置於模具內後，將構造體前驅物配置於模具內以外，與實施例3同樣地配置於模具內。此時的材料或構造體前驅物對於模具的空腔之填充率係顯示於表3中。
(比較例1)
準備具有與實施例1相同形狀的模具與射出成形機，以成為機筒溫度230℃、模具溫度60℃之方式設定，進行射出成形，使用材料5得到構造體51。此時，模具的鎖模力(mold clamping force)為150噸。
(比較例2)
於芯材上捲繞具有伸縮性的筒狀薄膜，於其上捲附材料3，製作預成形體。以連結筒狀薄膜的一端之口的空氣不洩漏之方式處置後，拔出芯材，將另一端之口連接至壓縮空氣供給裝置，將預成形體配置於模具內。將模具配置於以熱盤溫度成為150℃之方式所設定的壓製機內，加壓到面壓成為1.0MPa。然後，供給0.5MPa的壓縮空氣，以壓縮空氣充滿筒狀的薄膜內。30分鐘後，停止壓縮空氣的供給，自壓機中取出模具。然後，自模具取出成形品，得到構造體52。
(比較例3)
將經由加熱裝置7使樹脂成為熔融狀態的材料1(構造體前驅物)(元件符號8)配置於第10圖(a)中所示之已固定模具的壓製機9中，如第10圖(b)中所示地加壓到面壓成為5.0MPa。此時的模具表面溫度為100℃，5分鐘後停止加壓，將成形品予以脫模，得到構造體10a(參照第10圖(c))。同樣地，亦得到構造體10b。於所得之構造體10a及構造體10b之接合面上塗布接著劑11，疊合而得到圓筒狀構造體12(參照第10圖(d))。
Figure 105141680-A0202-12-0037-1
Figure 105141680-A0202-12-0038-2
Figure 105141680-A0202-12-0039-3
Figure 105141680-A0202-12-0040-4
於上述之實施例1~12中，容易形成複雜的形狀，可得到輕量性及力學特性優異之構造體。又，由於不使用副材料或壓製成形機，而可在不需要許多的成本下得到構造體。另外，於實施例3~12中，筒狀形狀亦能與柱狀體同樣地容易獲得。於實施例5中，可得到輕量性更提高的構造體。於實施例6~8中，藉由使用細長條狀的構造體前驅物，可縮短在預成形中所花費的時間。於實施例9中，藉由在構造體前驅物中導入切槽，構造體前驅物之變形係更容易，預成形變容易。於實施例10中，可得到直徑小的形狀之構造體。於實施例11中，可得到在樹脂中使用熱硬化性樹脂的構造體。於實施例12中，可得到在構造體之表層上形成有補強層之構造體，可得到力學特性更優異的構造體。
另一方面，於比較例1中，由於需要射出成形機，且亦需要高的鎖模力，雖然可形成複雜的形狀，但需要許多的成本。於比較例2中，在預成形中必須花費許多的時間，缺乏生產性。於比較例3中，需要壓製成形機，而且無法將圓筒一次成形而得。因此，必須以接著劑接合，因接著劑而重量增加，而且由於接合部可能成為脆弱部，不能說是力學特性優異之構造體。
[產業上之可利用性]
依照本發明，可提供一種構造體之製造方法，其可容易地形成複雜的形狀，可製造輕量性及力學特性優異之構造體。又，本發明之另一目的在於提供一種能製造構造體的構造體之製造方法，其不需要許多的成 本。
1a~1f‧‧‧單纖維

Claims (14)

  1. 一種構造體之製造方法，其係包含熱塑性樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法，其包含：將包含該熱塑性樹脂與該強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使該模具之表面溫度上升到該構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成小於1.2×108Pa的溫度為止之第2步驟；使該模具之表面溫度下降到該構造體前驅物之儲存彈性模數(G’)變成1.2×108Pa以上的溫度為止之第3步驟；及將該第3步驟結束後所得之構造體自該模具脫模之第4步驟，其中該構造體前驅物包括包含該強化纖維的墊與包含該熱塑性樹脂的基質樹脂，於包含該強化纖維的墊中預先含浸樹脂。
  2. 一種構造體之製造方法，其係包含熱硬化性樹脂、強化纖維與空隙的構造體之製造方法，其包含：將包含硬化前之該熱硬化性樹脂與該強化纖維的構造體前驅物配置於表面溫度為80℃以下的模具中之第1步驟；使該模具之表面溫度上升到該構造體前驅物之硬化度變成10%以上90%以下的溫度為止之第2步驟；保持形狀直到該構造體前驅物之硬化度高於90%的狀態為止之第3步驟；及 將該第3步驟結束後所得之構造體自該模具脫模之第4步驟，其中該構造體前驅物包括包含該強化纖維的墊與包含硬化前之該熱硬化性樹脂的基質樹脂，於包含該強化纖維的墊中預先含浸樹脂。
  3. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該構造體前驅物在該模具內的填充率係在該模具之空腔的10%以上80%以下之範圍內。
  4. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該第2步驟及該第3步驟中的對該模具之加壓力係在0MPa以上5MPa以下之範圍內。
  5. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該模具之空腔的大小係在成形之前後無變化。
  6. 如請求項1的構造體之製造方法，其係包括如下步驟：將包含熱硬化性樹脂的熱硬化性樹脂組成物及包含該熱塑性樹脂的熱塑性樹脂組成物之至少一者配置在該構造體之表面。
  7. 如請求項2的構造體之製造方法，其係包括如下步驟：將包含該熱硬化性樹脂的熱硬化性樹脂組成物及包含熱塑性樹脂的熱塑性樹脂組成物之至少一者配置在該構造體之表面。
  8. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該模具之重量為30kg以下。
  9. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中於該構造體前驅物中包含發泡劑。
  10. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中包含該強化纖維的墊係以濕式抄紙法、乾式抄紙法、氣流成網法及織造法中的任一方法所製造的不織布狀者。
  11. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中構成該構造體前驅物的該基質樹脂係以薄膜、粒子、纖維及液體中的任一形態賦予。
  12. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該第1步驟包含使該構造體前驅物成為細長條狀或捲狀體，配置於模具中之步驟。
  13. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該模具之形狀係圓柱狀、多角柱狀或此等之筒狀。
  14. 如請求項1或2的構造體之製造方法，其中該第2步驟及該第3步驟中的對該模具之加壓力為0MPa。
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