TWI769206B - 複合構造體之製造方法及一體化複合構造體之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種複合構造體之製造方法，其可不需要高成本地製造可容易形成複雜的形狀、輕量性及力學特性優異的複合構造體。本發明的複合構造體之製造方法係一體化有第1構件與作為第2構件的構造體之複合構造體之製造方法，其特徵為具有：於包含前述第1構件的模型中，配置具有樹脂與強化纖維的構造體前驅物之配置步驟，將前述構造體前驅物加熱到前述構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上之加熱步驟，藉由加熱使前述構造體前驅物膨脹，成為作為第2構件的構造體，使其密著於第1構件而得到複合構造體之賦形步驟，及冷卻前述複合構造體之冷卻步驟，前述第1構件係在前述加熱步驟的溫度中，彎曲彈性模數為5GPa以上，前述作為第2構件的構造體包含樹脂、強化纖維與空隙。

Description

複合構造體之製造方法及一體化複合構造體之製造方法
本發明關於一體化有第1構件與第2構件的複合構造體之製造方法及一體化複合構造體之製造方法。
近年來，關於汽車、航空器、運動製品等之產業用製品，對於剛性和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，剛性和輕量性優異的纖維強化樹脂係廣泛利用於各種產業用途。又，亦開始探討組合有各式各樣的材料之多材料化或手感改善。其中，為了滿足輕量性，探討具有空隙的成形品及其製造方法。例如，為了在成形品的芯材部中含有空隙，探討使用發泡性材料的手法或使用射出成形機等大規模的裝置使其發泡之手法(參照專利文獻1、2)。又，作為使成形品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3)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開平07-124981號公報
專利文獻2 日本特開2016-187935號公報
專利文獻3 日本特開2000-238141號公報
然而，從提高力學特性之觀點來看，成形品較佳為不含發泡性材料，另外使用大規模的裝置或模具者係由於成本高而不佳。另一方面，於內壓成形法或外壓成形法中，由於在預成形上需要花費時間，需要許多的副材料，從生產性之觀點來看不佳。
本發明係鑒於上述課題而完成者，目的在於提供一種複合構造體之製造方法，其可製造可容易形成複雜的形狀、輕量性及力學特性優異的複合構造體。
本發明為以下之(1)。
(1)一種複合構造體之製造方法，其係一體化有第1構件與作為第2構件的構造體之複合構造體之製造方法，其中具有：於包含前述第1構件的模型中，配置具有樹脂與強化纖維的構造體前驅物之配置步驟，將前述構造體前驅物加熱到前述構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上之加熱步驟，藉由加熱使前述構造體前驅物膨脹，成為作為第2構件的構造體，使其密著於第1構件而得到複合構造體之賦形步驟，及 冷卻前述複合構造體之冷卻步驟，前述第1構件係在前述加熱步驟的溫度中，彎曲彈性模數為5GPa以上，前述作為第2構件的構造體包含樹脂、強化纖維與空隙。
依照本發明，可提供一種複合構造體之製造方法，其可製造可容易形成複雜的形狀、輕量性及力學特性優異的複合構造體。又，依照本發明，可提供不需要許多的成本，而能製造複合構造體的複合構造體之製造方法及一體化複合構造體之製造方法。
1a~1f‧‧‧單纖維
2‧‧‧複合構造體
3‧‧‧管(第1構件)
4‧‧‧樹脂
5‧‧‧強化纖維
6‧‧‧空隙
7‧‧‧構造體前驅物
8‧‧‧芯(第2構件)
圖1係以本發明之製造方法所得的複合構造體之示意圖。
圖2係顯示本發明之作為第2構件的構造體中之強化纖維的分散狀態之一例之示意圖。
圖3係顯示強化纖維墊之製造裝置的一例之示意圖。
圖4係用於說明實施例1之製造方法之示意圖。
圖5係用於說明實施例3中使用的第1構件之示意立體圖。
圖6係用於說明實施例5之製造方法之示意圖。
實施發明的形態
以下，說明本發明的複合構造體之製造方法。
本發明的複合構造體之製造方法係一體化有第1構件與作為第2構件的構造體之複合構造體之製造方法，其特徵為具有：於包含前述第1構件的模型中，配置具有樹脂與強化纖維的構造體前驅物之配置步驟，將前述構造體前驅物加熱到前述構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上之加熱步驟，藉由加熱使前述構造體前驅物膨脹，成為作為第2構件的構造體，使其密著於第1構件而得到複合構造體之賦形步驟，及冷卻前述複合構造體之冷卻步驟，前述第1構件係在前述加熱步驟的溫度中，彎曲彈性模數為5GPa以上，前述作為第2構件的構造體包含樹脂、強化纖維與空隙。
對於以本發明之製造方法所得之複合構造體2，簡單地說明。圖1係以本發明之製造方法所得的複合構造體2之示意圖(剖面)。複合構造體2係由作為第1構件的管3與作為第2構件的芯8所構成。芯8係由樹脂4、強化纖維5與空隙6所構成之構造體，芯8係密著於管3內而一體化。於本發明之製造方法中，作為第1構件的管3係具有作為模型的機能，藉由將具有樹脂4與強化纖維5的構造體前驅物配置於管3內，加熱到構造體前驅物的儲存彈性模數成為小於1.2×108Pa之溫度以上，使構造體前驅物膨脹，密著於管3後，進行冷卻，而可製造複合構造體。
於本發明之製造方法中，在配置步驟中，藉由於包含第1構件的模型中，配置具有樹脂與強化纖維的構造體前驅物，最後第1構件成為複合構造體之一部分，故可不使用加壓成形機等的大型裝置或安裝於彼等裝置的模具，製造複合構造體。即，將形成複合構造體的第1構件本身，使用當作用於進行作為第2構件的構造體之成形的模型。
於本發明之製造方法中，在加熱步驟中，必須使構造體前驅物的溫度上升到構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上。具體而言，藉由成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，可使構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上，但更佳為賦予相對於構造體前驅物之熔點或軟化點而言高10℃以上且為構造體前驅物的熱分解溫度以下之溫度。再者，在加熱步驟中，若構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)為1.2×108Pa以上，則對於模型的賦形(形狀之形成)會變困難，故在加熱步驟中，重要的是將構造體前驅物加熱到構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上。
於本發明之製造方法中，在賦形步驟中，必須藉由加熱使構造體前驅物膨脹，密著於第1構件而賦形。藉由此時的構造體前驅物之膨脹，與第1構件密著而一體化，複合化第1構件與第2構件，得到複合構造體。再者，在賦形步驟中，藉由使構造體前驅物膨脹而形成空隙，將構造體前驅物轉換成作為第2構件的構造體。此時，加熱步驟與賦形步驟亦可在不同的裝置中實施，例如，從有效果地加熱構造體前驅物之觀點來看，可舉出在加熱步驟中，以加熱源與構造體前驅物接觸之方式進行加熱，在賦形步驟中為了容易進行膨脹，離開加熱源。在不同的裝置中實施加熱步驟與賦形步驟時，加熱步驟與賦形步驟可作為分開的步驟進行。又，從生產性之觀點來看，較佳為在相同裝置中實施加熱步驟與賦形步驟，可抑制裝置間的移送時之成形構件的溫度降低。再者，在相同裝置中實施加熱步驟與賦形步驟時，加熱步驟與賦形步驟係在1個步驟中連續或並行地進行。藉由加熱步驟中之加熱，構造體前驅物的儲存彈性模數開始降低，雖然隨著所用的構造體前驅物而不同，但是若低於某儲存彈性模數，則在賦形步驟中的構造體前驅物開始膨脹。此時，當儲存彈性模數的降低急劇時(加熱時的溫度上升急劇時)，構造體前驅物之膨脹係稍慢地開始，在1個步驟中連續地進行。又，當儲存彈性模數的降低緩慢時(加熱時的溫度上升緩慢時)，構造體前驅物之膨脹係與加熱步驟之加熱並行地進行。
關於賦形步驟之溫度，由於使構造體前驅物膨脹的程度或構造體前驅物的儲存彈性模數會影響，故不能一概而論，沒有特別的限定。另一方面，賦形步驟之時間較佳設為15秒以上，更佳設為30秒以上，尤 佳設為1分鐘以上。關於賦形步驟之時間，並沒有特別的上限，但從縮短成形循環之觀點來看，較佳為30分鐘以下，更佳為10分鐘以下。
於本發明之製造方法中，在冷卻步驟中，必須冷卻複合構造體。關於冷卻方法或時間，並沒有特別的限定，但較佳為下降到使作為第2構件的構造體之儲存彈性模數(G’)成為1.2×108Pa以上之溫度。從抑制操作複合構造體時的變形之觀點來看，作為第2構件的構造體之儲存彈性模數愈高愈佳，具體而言，從縮短成形循環之觀點來看，相對於作為第2構件的構造體之熔點或軟化點而言，較佳為低30℃以上，更佳為低50℃以上。
本發明的複合構造體之製造方法，較佳為在賦形步驟以後，具有藉由加壓將複合構造體2成形之成形步驟。藉由將已密著至第1構件的第2構件與第1構件一起加壓，可進一步得到具有複雜形狀的複合構造體。此時，由於第2構件為具有膨脹性之狀態，故對於複雜形狀的成形亦可追隨。作為藉由加壓而將複合構造體成形之成形步驟的手法，可舉出在已安裝於加壓機的模具內配置複合構造體，進行加壓而在表面上將形狀成形之方法等。再者，此成形步驟係可在賦形步驟與冷卻步驟之間進行，或也可在冷卻步驟之後進行。
本發明的複合構造體之製造方法較佳為在賦形步驟以後，具備局部地進行加壓，使複合構造體變形之變形步驟。與前述成形步驟同樣地，由於第2構件為具有膨脹性之狀態，故對於複雜的變形亦可追隨。作 為局部地進行加壓，使複合構造體變形之變形步驟的手法，可舉出固定在彎曲機或夾具，局部地進行加壓，使形狀變形之方法等。又，如彎曲變形地使複合構造體部分地變形時，較佳為於變形步驟中，將使其變形的地方之至少一部分加熱，於不欲使其同時變形的地方，亦可選擇地不進行加熱。再者，此變形步驟係可在賦形步驟與冷卻步驟之間進行，或也可在冷卻步驟之後進行。
<第1構件>
於本發明之製造方法中，第1構件必須在加熱步驟的溫度中彎曲彈性模數為5GPa以上，更佳為8GPa以上。加熱步驟之加熱溫度中第1構件的彎曲彈性模數為5GPa以上時，可僅在第1構件保持形狀，可使用第1構件作為模型，從第1構件的固定等其它設備的使用或配置步驟之簡化為可能之點來看亦較佳。
又，第1構件的線膨脹係數較佳為50×10-6/℃以下。作為第1構件，由於使用具有如此的線膨脹係數之構件，即使經由加熱步驟及賦形步驟之加熱，第1構件的尺寸變化亦少，可高精度地製造目的之複合構造體。又，由於藉由賦形步驟而成為第2構件密著於第1構件之狀態，若因冷卻步驟中的冷卻而第1構件大幅收縮，則第1構件與第2構件之密著狀態會降低，故第1構件的線膨脹係數較佳為50×10-6/℃以下。
第1構件較佳為選自由纖維強化熱硬化性樹脂構件、纖維強化熱塑性樹脂構件、金屬構件及陶瓷 構件所組成之群組的構件。從輕量性之觀點來看，作為第1構件，較佳為使用纖維強化熱硬化性樹脂構件或纖維強化熱塑性樹脂構件。從導電性或散熱性之觀點來看，作為第1構件，較佳為使用金屬構件。從耐熱性或耐磨耗性、耐腐蝕性之觀點來看，作為第1構件，較佳為使用陶瓷構件。
作為適合當作第1構件的纖維強化熱硬化性樹脂構件及纖維強化熱塑性樹脂構件，並沒有特別的限定，只要是以後述的強化纖維與熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂所構成之構件即可。尤其從操作性之觀點來看，較佳為於強化纖維中預先含浸有樹脂之片狀者。
作為適合當作第1構件的金屬構件，並沒有特別的限定，可舉出選自由鋁合金、鎂合金及鈦合金所組成之群組的至少一種。此等之金屬係可按照目的之用途、物性而選擇，例如作為鋁合金，可舉出Al-Cu系的A2017、A2024、Al-Mn系的A3003、A3004、Al-Si系的A4032、Al-Mg系的A5005、A5052、A5083、Al-Mg-Si系的A6061、A6063、Al-Zn系的A7075等。又，亦可使用鋁合金之根本的工業用純鋁，可舉出A1050或A1100、A1200等。作為鎂合金，例如可舉出Mg-Al-Zn系之AZ31或AZ61、AZ91等。關於純鎂，雖然板狀者係流通不足，但亦可作為本申請案的金屬材料使用。作為鈦合金，可舉出11~23種的添加有鈀之合金或添加有鈷與鈀之合金、相當於50種(α合金)、60種(α-β合金)、80種(β合金)的Ti-6Al-4V等。又，亦可使用鈦合金之根本的工業用純鈦，可舉出1~4種的TP270H等。
第1構件之厚度較佳為0.1mm以上，從對於成為第2構件的構造體前驅物之膨脹，抑制意外的變形，提高與第2構件的密著之觀點來看，第1構件之厚度更佳為0.5mm以上，從第1構件的操作性之觀點來看，尤佳為1.0mm以上。第1構件之厚度的上限值雖然沒有特別的限定，但是從輕量性及形狀成形性、形狀變形性之觀點來看，較佳為10mm以下，更佳為5mm以下。第1構件之厚度小於0.1mm時，例如使用金屬箔或樹脂膜時，有操作可能變困難之情況，或無法抑制因成為第2構件的構造體前驅物之膨脹所造成的意外之變形，無法達成作為模型之任務，難以得到目的之複合構造體，因此不佳。
關於第1構件之形狀，雖然沒有特別的限定，但是宜為圓柱狀、多角柱狀、或此等之筒狀、平板、L字狀、箱狀。其中，從複合構造體的製造容易度之觀點來看，較佳為筒狀，於加熱步驟以後，即使於無加壓機或固定用的夾具之環境中，也可容易地得到複合構造體。從得到大型成形品之觀點來看，較佳為平板或L字狀、箱狀，雖然需要加壓機或固定用的夾具等，但由於可比較容易地取得而為低成本。
<第2構件(構造體)>
本發明之製造方法中使用之作為第2構件的構造體係包含樹脂、強化纖維與空隙。
於本發明的1個形態中，構造體中的樹脂宜包含至少1種類以上的熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，可例示由以下所選出的熱塑性樹脂：「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、「除了苯乙烯系樹脂以外，還有聚碳酸酯(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，更且聚苯乙烯系、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之熱塑性彈性體等，或此等的共聚物及改質體等。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，構造體中的樹脂包含至少1種類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、改質體及摻合有此等的至少2種類之樹脂。
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、塑化劑、滑劑、著色劑、顏料、染料、發泡劑、抑泡劑或偶合劑。
本發明中之作為第2構件的構造體，當將作為第2構件的構造體當作100體積%時，較佳為滿足以下。
(1)樹脂的體積含有率為2.5~85體積%
(2)強化纖維的體積含有率為0.5~55體積%
(3)空隙的體積含有率為10~97體積%
本發明中之作為第2構件的構造體中之樹脂的體積含有率較佳在2.5體積%以上85體積%以下之範圍內。樹脂的體積含有率為2.5體積%以上時，由於可黏接構造體中之強化纖維彼此，使強化纖維的補強效果成為充分者，可滿足構造體的力學特性，尤其彎曲特性而較佳。另一方面，若樹脂的體積含有率為85體積%以下，則不阻礙空隙之形成而較佳。
作為強化纖維，可例示鋁、黃銅、不鏽鋼等之金屬纖維、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種類，也可併用2種類以上。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、縲縈系等之碳纖維。另外，從提高所得之作為第2構件的構造體之經濟性的觀點來看，宜使用玻璃纖維，尤其從力學特性與經濟性之平衡來看，宜併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，尤其從力學特性與衝擊吸收性之平衡來看，宜併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，可更宜使用強度與彈性模數等之力學特性優異的PAN系碳纖維。
如前述，本發明中之作為第2構件的構造體中之強化纖維的體積含有率宜在0.5體積%以上55體積%以下之範圍內。強化纖維的體積含有率為0.5體積%以上時，由於來自強化纖維的補強效果成為充分而較 佳。另一方面，強化纖維的體積含有率為55體積%以下時，相對於強化纖維而言樹脂的體積含有率係相對地變多，可黏接構造體中之強化纖維彼此，使強化纖維的補強效果成為充分者，故可滿足構造體及複合構造體的力學特性，尤其彎曲特性而較佳。
作為第2構件的構造體中之強化纖維宜不連續，略單絲狀且無規地分散。由於強化纖維成為如此的態樣，當將外力施加於片狀的構造體前驅物或構造體而成形時，對於複雜形狀的賦形變容易。又，由於強化纖維成為如此的態樣，經由強化纖維所形成的空隙係緻密化，在構造體中的強化纖維之纖維束端中的弱部係可極小化，故除了優異的補強效率及可靠性，還亦賦予等向性。
此處，強化纖維為略單絲狀是指強化纖維的單紗(single yarn)以少於500條的細纖度股束(strand)存在者。更佳為單絲(monofilament)狀。
此處，略單絲狀或單絲狀分散是指對於在作為第2構件的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，是指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，於此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%者。
二次元接觸角是指當為不連續的強化纖維時，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°以下之範圍內的銳角側之角度。對於此二次元接觸角，使用圖式進一步說明。圖2係顯示自面方向(圖2(a))及厚度方向(圖2(b))來觀察時之作為第2構件的構造體中使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。若以單纖維1a作為基準，則看到單纖維1a係在圖2(a)中與單纖維1b~1f相交，但於圖2(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，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條單纖維所形成的2個角度之中，在0°以上90°以下之範圍內的銳角側之角度為A。
作為測定二次元接觸角之方法，並沒有特別的限制，例如可例示從作為第2構件的構造體之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，用以下之步驟測定纖維分散率。即，測定對於經隨意選擇的單纖維(圖2中 的單纖維1a)已接觸的全部單纖維(圖2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，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，強化纖維無規地分散是指作為第2構件的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。該二次元配向角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°以下之範圍內的銳角側之角度。
對於此二次元配向角，使用圖式進一步說明。於圖2(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。此處交叉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，於圖2(a)中二次元配向角係在交叉的2條單纖維所形成的2個角度之中，0°以上90°以下之範圍內的銳角側之角度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步 驟測定。即，測定對於經隨意選擇的單纖維(圖2中的單纖維1a)已交叉的全部單纖維(圖2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，於作為第2構件的構造體中可將等向性賦予至力學特性。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%愈更佳。另外，強化纖維的二次元配向角之算術平均值宜在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，樹脂之含浸變極困難，或形成未含浸部，或有大幅限定含浸手段或樹脂種類的選項之情況。
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整其量之觀點來看，宜為不連續性強化纖維。
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，除了不織布本身的操縱性之容易度，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，不織布狀的形態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，將此等統稱為強化纖維墊)。
作為構成作為第2構件的構造體之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，以眾所周知技術而言，可舉出將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地梳分一邊調整形狀而片化之梳理法等之乾式製程，在水中攪拌強化纖維及抄紙之藉由萊特萊德法的濕式製程。作為使強化纖維更接近單絲狀之手段，於乾式製程中，可例示設置開纖棒之方法或更使開纖棒振動之方法，更且使梳理機之縫變細之方法，或調整梳理機的旋轉速度之方法等。於濕式製程中，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。強化纖維墊特佳為以濕式製程製造，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係變難以朝向牽引方向，可製造大體積的強化纖維墊。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。
本發明之強化纖維係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，給予作為第2構件的構造體優異的力學特性。強化纖維的質量平均纖維長度為1mm以上，由於可高效率地形成構造體中的空隙，故能降低密度，換言之，由於能得到雖然相同厚度但是輕量的構造體而較佳。另一方面，強化纖維的質量平均纖維長度為15mm以下時，構造體中強化纖維不易因本身重量而彎曲，不阻礙力學特性的展現而較佳。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。
本發明中的空隙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或軟化，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。
又如前述，作為第2構件的構造體中之空隙的體積含有率較佳在10體積%以上97體積%以下之範圍內。由於空隙的體積含有率為10體積%以上，構造體之密度變低，可滿足輕量性而較佳。另一方面，空隙的含有率為97體積%以下時，換言之，被覆在強化纖維之周圍的樹脂之厚度變充分，故可充分地進行構造體中的強化纖維彼此之補強，力學特性變高而較佳。空隙的含有率之上限值宜為97體積%。於本發明中，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%。
將本發明之作為第2構件的構造體之彎曲彈性模數當作Ec，將構造體之密度當作ρ時，以Ec1/3‧ρ-1表示的構造體之比彎曲剛性宜在3以上20以下之範圍內。構造體之比彎曲剛性為3以上時，為彎曲彈性模數高、密度低之狀態，由於得到所欲的輕量化效果而較佳。另一方面，構造體之比彎曲剛性的上限值係沒有特別的限制，但宜為20以下，藉由設為20以下，在輕量化效果與彎曲彈性模數之平衡優異之點上較佳。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極優異的比彎曲彈性模數之範圍。再者，為比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更大之3以上，更宜為5以上。
本發明之構造體的彎曲彈性模數Ec可為3GPa以上，宜為6GPa以上。構造體的彎曲彈性模數Ec為3GPa以上時，由於可擴大作為構造體使用的範圍而較佳。又，為了使構造體之設計成為容易，彎曲彈性模數宜具有等向性。彎曲彈性模數之上限係不設限制，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的彎曲彈性模數進行構件的設計而供實用，皆只要有50GPa即為充分。
本發明之作為第2構件的構造體之密度ρ宜為0.9g/cm3以下。構造體之密度ρ為0.9g/cm3以下的情況，意指成為構造體時的質量減少，結果對於成為製品時的質量之輕量化有貢獻而較佳。密度之下限係不設限制，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，構造體本身之密度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。
<構造體前驅物>
本發明之製造方法所使用的構造體前驅物係至少具有樹脂與強化纖維。樹脂及強化纖維係可按照目的選擇前述材料。
而且，於本發明之製造方法所使用的構造體前驅物中，樹脂的體積含有率較佳在2.5體積%以上95體積%以下之範圍內。樹脂的體積含有率為2.5體積%以上時，可黏接構造體中之強化纖維彼此，使強化纖維的補強效果成為充分者，可滿足構造體前驅物的力學特性，尤其操作性而較佳。
於本發明之製造方法所使用的構造體前驅物中，強化纖維的體積含有率宜為0.5體積%以上85體積%以下之範圍內。強化纖維的體積含有率為0.5體積%以上時，由於來自強化纖維的補強效果成為充分而較佳。另一方面，強化纖維的體積含有率為85體積%以下時，可使強化纖維的補強效果成為充分者，可滿足構造體的力學特性、尤其彎曲特性而較佳。
本發明之製造方法所使用的構造體前驅物中之空隙是指經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，於強化纖維中預先含浸樹脂而得到構造體前驅物時，有使樹脂的含浸成為未完全的狀態之方法，或藉由自完全含浸有樹脂的狀態中去除而形成空隙之方法。或者，有將在強化纖維中預先含浸有樹脂的構造體前驅物予以加熱，藉由加熱所伴隨的樹脂之熔融或軟化，強化纖維起毛而形成空隙之方法。
構造體前驅物中之空隙的體積含有率宜在0體積%以上30體積%以下之範圍內。空隙的含有率為30體積%以下時，由於在賦形步驟中可提高膨脹的程 度，故可減少配置於第1構件的構造體前驅物之配置量，在配置步驟能簡化之點上較佳。於本發明中，體積含有率係將構成構造體前驅物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%。
本發明之製造方法所使用的構造體前驅物包含由強化纖維所成的墊與由熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂之任一者所成的基質樹脂，宜在由強化纖維所成的墊中預先含浸樹脂。由於使用如此的構造體前驅物，於配置步驟中，可容易地配置於第1構件，即使對於複雜的形狀，也能容易地預成形。由強化纖維所成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。從樹脂對於強化纖維的含浸容易度之觀點來看，強化纖維宜採取不織布狀的形態。再者，由於強化纖維具有不織布狀的形態，除了不織布本身的操縱性之容易度，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，藉由使用採用如此不織布狀的構造體前驅物，可容易得到輕量且力學特性優異之構造體。又，於本發明中，亦可摻合熱硬化性樹脂與熱塑性樹脂，此時，將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。
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，強化纖維墊中的空隙部少，熱塑性樹脂未形成充分的錨定構造，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，含浸變極困難，或形成未含浸部，或有大幅限定含浸手段或樹脂種類的選項之情況。
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，可在由強化纖維所成的墊中容易含浸樹脂。
於構造體前驅物中宜包含發泡劑。藉此，由於可使作為第2構件的構造體更容易地發泡，從輕量化之觀點來看較佳。又，對於更細小的模具形狀，可展現高賦形性。作為發泡劑，有藉由壓縮氣體的釋壓或氣體等的物理變化而發泡之物理發泡劑，與藉由熱分解或化學反應而產生氣體之化學發泡劑。於此等之中，將藉由熱分解而產生氮氣或二氧化碳的化學發泡劑稱為熱分解型化學發泡劑。熱分解型化學發泡劑是指在常溫下為液體或固體的化合物，而為於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不實質上妨害本發明之作為第2構件的構造體之製造方法中所用的構造體前驅物之製造過程，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-氧基雙聯四唑二銨等。
<一體化複合構造體>
可在本發明之複合構造體的表面之至少一部分上，一體化其它構件而製造一體化複合構造體。
本發明的一體化構造體之製造方法係在以本發明之製造方法所得之複合構造體的表面之至少一部分上，更一體化其它的構件之一體化構造體之製造方法。
此處所言之其它的構件，並沒有特別的限定，可舉出在製品上安裝複合構造體用的連接部，或收容於製品中用的握持部、埋入製品中用的被覆部之構件。
作為將此等之其它的構件與複合構造體予以一體化之方法，並沒有特別的限制，例如有使用接著劑進行一體化之手法或使用螺栓或螺絲進行一體化之手法。與熱塑性的構件一體化時，較佳使用熱熔接、振動熔接、超音波熔接、雷射熔接、插入射出成形、外插射出成形等。從成形循環之觀點來看，較佳使用外插成形、插入成形。
由本發明之製造方法所得之複合構造體及一體化構造體，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)、攝影機、光學機器、音響裝置、空調機、照明機器、娛樂用品、玩具用品、其它家電製品等之殼體、托盤、底盤、內裝構件或其外殼」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、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、汽油箱」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、升降台、整流片、肋、片」等之航空器用零件、或「高爾夫球桿、球拍或自行車、輪椅等之各種框架、釣竿、滑雪板、單板滑雪板」等之運動用品及運動用品用構造材料。從力學特性之觀點，宜使用於汽車內外裝、電氣‧電子機器殼體、自行車、運動用品用構造材、航空器內裝材、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的圓柱狀、多角柱狀、此等之筒狀的構造體，例如可用於汽車的支柱、自行車的框架、各種運動競技用的球拍框或軸、建築物的柱或樑等。
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)作為第2構件的構造體之密度ρ
從構造體中切出試驗片，參考JIS K7222(2005)，測定構造體的表觀密度。試驗片係切出縱100mm、橫100mm。以測微計測定試驗片的縱、橫、厚度，自所得之值算出試驗片的體積V。又，以電子天平測定所切出的試驗片之質量M。由所得之質量M及體積V，藉由下式算出表觀密度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作為第2構件的構造體同樣組成的平板，以成為ISO178法(1993)中記載之厚度的方式，製作平板。由所製作的平板中切出試驗片，依照ISO178法(1993)測定彎曲彈性模數。試驗片係對於將任意的方向當作0°方向時+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)。由所得之結果，藉由下式算出成形品之比彎曲剛性。
比彎曲剛性=Ec1/3/ρ
(3)構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)
藉由動態黏彈性解析(DMA)，於5℃/分鐘的升溫速度、0.5Hz的扭轉振動頻率、0.1%的變形量之條件下，將構造體前驅物之測定樣品(厚度0.5mm、寬度10mm)升溫而評價。於此評價條件中，求出各步驟中的構造體前驅物在到達溫度的儲存彈性模數(G’)。於此，作為測定裝置，使用TA儀器公司製ARES。
(4)恒溫彎曲試驗(加熱步驟的溫度中之第1構件的彎曲彈性模數)
使用第1構件作為試驗片，與(2)同樣地製作平板。從所製作的平板中切出試驗片，在經設定於根據(3)的測定結果所選定的加熱步驟之溫度的恒溫槽內，測定彎曲彈性模數。將所得之結果的算術平均值當作第1構件的彎曲彈性模數E1。
(5)各構件的線膨脹係數之評價
參考JIS K7197(1991)中規定的「塑膠之藉由熱機械分析的線膨脹率試驗方法」，評價第1構件的線膨脹係數。本評價中的試驗片係使用實施例或比較例所得之各構件。此時，厚度為各構件之厚度，以一邊的長度成為5mm之方式進行加工，製作試驗片。測定數為n=5，將平均值當作各構件的線膨脹係數。
(6)作為第2構件的構造體中之強化纖維的體積含有率Vf
測定構造體之質量Ws後，將構造體在空氣中以500℃加熱30分鐘而燒掉樹脂成分，測定殘留的強化纖維之質量Wf，藉由下式算出。
Vf(體積%)=(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws-Wf)/ρr}×100
ρf：強化纖維之密度(g/cm3)
ρr：樹脂之密度(g/cm3)
(7)作為第2構件的構造體之空隙的體積含有率
從構造體中以縱10mm、橫10mm切出試驗片，藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)(日立高科技(股)製S-4800型)觀察剖面，自構造體之表面，以1000倍的倍率等間隔地拍攝10處。對於各自之影像，求出影像內的空隙之面積Aa。再者，藉由將空隙的面積Aa除以影像全體的面積而算出空隙率。構造體之空隙的體積含有率係在5片的試驗片中各自拍攝各10處，自合計50處的空隙率，藉由算術平均求出。
再者，於作為第2構件的構造體中，為了判斷從表面起到厚度方向的中點位置為止的空隙率與剩餘部分的空隙率為不同之情況，於前述等間隔地拍攝之10處，算出各自之空隙的體積含有率，辨別空隙的體積含有率在0體積%以上小於10體積%之範圍內者與空隙的體積含有率為10體積%以上99體積%以下者而求出。
(8)作為第2構件的構造體中之樹脂的體積含有率
使用由(6)、(7)所求得的構造體中之強化纖維的體積含有率Vf與空隙的體積含有率Va之值，藉由下式求出樹脂的體積含有率Vr。
Vr(體積%)=100-(Vf+Va)
Vr：樹脂的體積含有率(體積%)
Vf：強化纖維的體積含有率(體積%)
Va：空隙的體積含有率(體積%)
(9)構造體前驅物之強化纖維、樹脂及空隙的體積含有率與上述之(6)~(8)同樣地求出。
<所使用的材料>
以下顯示用於評價的材料。
[材料1]
從以聚丙烯腈作為主成分之共聚物起，進行紡絲、培燒處理及表面氧化處理，得到總單紗數12,000條之連續碳纖維。此連續碳纖維之強化纖維的特性係如以下所示。
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
用美工刀將所得之強化纖維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))所成之濃度0.1質量%的分散液，使用此分散液與上述短切碳纖維，使用圖3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之容器下部具有開口旋塞的直徑1000mm之圓筒形狀的容器、連接分散槽與抄紙槽之直線狀的輸送部(傾斜角30°)。於分散槽之上面的開口部附設攪拌機，可從開口部投入短切碳纖維及分散液(分散介質)。抄紙槽係在底部具備具有寬度500mm的抄紙面之網狀輸送帶，將能搬運碳纖維基材(抄紙基材)的輸送帶連接至網狀輸送帶。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。所得之碳纖維基材之寬度為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%的未改質聚丙烯樹脂(Prime Polymer(股)製「Prime Polypro」J105G)與20重量%的酸改質聚丙烯樹脂(三井化學(股)製「Admer」QB510)所構成之單位面積重量100g/m2的薄片。將所得之碳纖維基材與樹脂片以成為樹脂片/碳纖維基材/樹脂片之方式積層，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℃之加壓機中，以面壓3MPa與金屬板一起進行加壓‧加熱。5分鐘後，停止加壓機的加壓，於熱盤溫度為100℃的加壓機中以面壓3MPa進行加壓‧冷卻。5分鐘後，停止加壓機的加壓，得到成為構造體前驅物的厚度0.28mm、強化纖維體積含有率20%之材料1。以前述測定方法所測定之構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)為1.5×106Pa。
[材料2]
將東麗(股)製的「Torayca」預浸漬物P3252S-12當作材料2。
[材料3]
使用材料1所用的短切碳纖維與聚丙烯樹脂，於料筒溫度設定在230℃的雙軸擠壓機中熔融混煉聚丙烯樹脂後，從擠壓機的側進料器投入短切碳纖維，進一步混煉。將所混煉的樹脂以腸(gut)狀拉出，冷卻後，加工成長度6mm的顆粒，得到強化纖維體積含有率20%之成為構造體前驅物的材料3。
(實施例1)
作為第1構件，準備內徑30mm、長度300mm、厚度3mm的鋁合金製管。作為第2構件的構造體前驅物，從材料1中切出長度300mm、寬度850mm大小而準備。如圖4所示，使所得之構造體前驅物7成為捲狀體，配置於管3內。接著，置入於環境溫度經設定在230℃的熱風乾燥機內，使樹脂(材料1所使用的聚丙烯樹脂)成為熔融狀態。使用同樣之構成，於事前探討中，以插入於構造體前驅物7之中心部的溫度計，測定構造體前驅物7之中心部的溫度上升到設定溫度附近為止之時間，反映在成形條件。此時從樹脂熔融的地方起徐徐地開始膨脹，管3內係如圖1所示，被由樹脂4、強化纖維5與 空隙6所構成的芯8(第2構件)所充滿。然後，從乾燥機中取出管3，進行冷卻，得到複合構造體。表1中顯示物性或條件等。
(實施例2)
作為第1構件，以成為與實施例1相同形狀之方式，使用材料2製作管。此時，將管之長度方向當作0°，以構成成為[0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°]之方式積層材料2，捲繞於外徑30mm的芯材上，於高壓釜中在130℃進行2小時的成形。除了使用所得之碳纖維強化熱硬化性樹脂製的管以外，與實施例1同樣地得到複合構造體。表1中顯示物性或條件等。
(實施例3)
作為第1構件，準備2個如圖5所示之剖面為「U」的長度300mm、寬度300mm、高度5mm、厚度2mm之鋁合金製箱。於箱中配置由經切成長度300mm、寬度300mm的10片材料1所構成之第2構件。接著，除了以箱之高度成為15.2mm之方式固定，進行2分鐘的賦形步驟以外，與實施例1同樣地得到複合構造體。表1中顯示物性或條件等。
(實施例4)
作為第1構件，以成為與實施例3相同形狀之方式，使用材料2製作箱。此時，將箱之長度方向當作0°，以構成成為[0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/90°/0°/90°/0°/90°/0°/90°/0°]之方式積層材料2，賦形為長度300mm、寬度300mm、高度15.2mm的正方形芯材，於高壓釜中在130℃進行2小時的成形。除了使用所得之碳纖維強化熱硬化性樹脂製的箱，進行0.5分鐘的賦形步驟以外，與實施例1同樣地得到複合構造體。表1中顯示物性或條件等。
(實施例5)
除了作為第2構件，準備85片的由材料1所構成之長度300mm、寬度10mm的長方形狀構造體前驅物7A，如圖6所示地配置於管3之中以外，與實施例1同樣地得到複合構造體。表1中顯示物性或條件等。
(實施例6)
將與實施例3同樣地實施到賦形步驟為止者配置在單側具有凸形狀的模具內，進行加壓，實施成形步驟。於保持壓力之狀態下實施冷卻步驟，得到複合構造體。表2中顯示物性或條件等。
(實施例7)
將與實施例1同樣地實施到賦形步驟為止者固定在管彎曲機，部分地彎曲，實施變形步驟。然後，進行冷卻，得到複合構造體。表2中顯示物性或條件等。
(實施例8)
以熱風機，將實施例1所得之複合構造體的長度方向之中央溫熱到表面溫度成為230℃為止，直接繼續5分鐘加熱。然後，與實施例7同樣地，將複合構造體固定在管彎曲機，部分地彎曲，實施變形步驟。然後，進行冷卻，得到複合構造體。表2中顯示物性或條件等。
(實施例9)
將實施例1所得之複合構造體插入模具內，以覆蓋複合構造體的一端之方式將材料3射出成形，得到一體化複合構造體。表2中顯示物性或條件等。
(比較例1)
除了不使用作為第1構件的鋁合金製管，使用安裝有剖面成為圓形的模具之加壓成形機以外，與實施例1同樣地，實施成形。為了從賦形步驟轉移到冷卻步驟，打開加壓機的模具，結果第2構件密著於模具而延伸，無法得到目的之形狀。表3中顯示物性或條件等。
(比較例2)
除了作為第1構件，使用由材料1所用的聚丙烯性樹脂所構成的管以外，與實施例1同樣地，實施成形。與比較例1同樣地，無法得到目的之形狀。表3中顯示物性或條件等。
(比較例3)
除了將乾燥機的溫度設為150℃以外，與實施例1同樣地實施成形。由於構造體前驅物的儲存彈性模數高，賦形步驟中的膨脹不充分，不密著。表3中顯示物性或條件等。
Figure 106145217-A0202-12-0037-1
Figure 106145217-A0202-12-0038-2
Figure 106145217-A0202-12-0039-3
於上述之實施例1~5中，可容易地形成各式各樣的形狀，得到輕量性及力學特性優異之複合構造體。又，由於不使用副材料或加壓成形機，可不需要許多的成本而得到複合構造體。又，於實施例1、2、5中，由於使用筒狀的管，冷卻步驟之冷卻亦沒有佔用裝置(模具)之必要，故可縮短成形循環。又，於實施例6中，確認所得之複合構造體之剖面時，結果可在所成形的第1構件上以第2構件密著之狀態，更得到複雜的形狀。於實施例7中，與實施例6同樣地可得到第2構件密著於第1構件之複合構造體。再者，於實施例8中，將變形的地方予以部分地加熱，可與實施例7同樣地變形。此表示於組裝複合構造體之部位，亦可簡單地進行尺寸、形狀修正，而進行組裝。於實施例9中，由於所得之一體化複合構造體例如可成為具有握部(把手部分)之管，可作為輪椅或移動用車體的框架使用。
另一方面，於比較例1中，在轉移至冷卻步驟時，第2構件會變形，無法得到目的之構造體。於如此的情況中，由於在冷卻步驟中到第2構件完全固化為止係需要時間，故成形循環變長。又，加壓機或模具等之裝置為必須，需要成本。於比較例2中，由於第1構件之加熱步驟中的彎曲彈性模數過低，在轉移至冷卻步驟時會變形，無法得到目的之複合構造體。於如此的情況中，亦與比較例1同樣地成形循環會長時間化。於比較例3中，第2構件之膨脹不充分，得到與第1構件之密著不充分的複合構造體。
產業上的可利用性
依照本發明，可提供一種複合構造體，其能形成複雜的形狀，輕量性及力學特性優異，不需要許多的成本。

Claims (13)

  1. 一種複合構造體之製造方法，其係一體化有第1構件與作為第2構件的構造體之複合構造體之製造方法，其中具有：於以該第1構件所構成的模型中，配置於由強化纖維所成的墊中預先含浸樹脂而成的構造體前驅物之配置步驟，將該構造體前驅物加熱到該構造體前驅物的儲存彈性模數(G’)成為小於1.2×108Pa之溫度以上，並將該構造體前驅物所含的樹脂熔融或軟化之加熱步驟，藉由使該構造體前驅物所含的強化纖維起毛而形成空隙的同時，藉由加熱使該構造體前驅物膨脹，成為作為第2構件的構造體，使其密著於以該第1構件所構成的模型的方式而賦形成為該模型的形狀而得到複合構造體之與該加熱步驟連續進行或同時併行之賦形步驟，及冷卻該複合構造體之冷卻步驟，該第1構件係在該加熱步驟的溫度中，彎曲彈性模數為5GPa以上，該作為第2構件的構造體包含樹脂、強化纖維與空隙。
  2. 如請求項1之複合構造體之製造方法，其中於該賦形步驟以後，具有藉由加壓而將該複合構造體成形之成形步驟。
  3. 如請求項1之複合構造體之製造方法，其中於該賦形 步驟以後，具備局部地進行加壓，使該複合構造體變形之變形步驟。
  4. 如請求項3之複合構造體之製造方法，其中於該變形步驟中，將變形的地方之至少一部分加熱。
  5. 如請求項1之複合構造體之製造方法，其中該第1構件的線膨脹係數為50×10-6/℃以下。
  6. 如請求項1之複合構造體之製造方法，其中該第1構件係選自由纖維強化熱硬化性樹脂構件、纖維強化熱塑性樹脂構件、金屬構件及陶瓷構件所組成之群組的構件。
  7. 如請求項1之複合構造體之製造方法，其中該第1構件之厚度為0.1mm以上。
  8. 如請求項1至7中任一項之複合構造體之製造方法，其中該作為第2構件的構造體滿足以下之(1)~(3)；(1)該樹脂的體積含有率為2.5~85體積%(2)該強化纖維的體積含有率為0.5~55體積%(3)該空隙的體積含有率為10~97體積%。
  9. 如請求項1至7中任一項之複合構造體之製造方法，其中該構造體前驅物滿足以下之(4)~(6)；(4)該樹脂的體積含有率為2.5~95體積%(5)該強化纖維的體積含有率為0.5~85體積%(6)該空隙的體積含有率為0~30體積%。
  10. 如請求項1至7中任一項之複合構造體之製造方法，其中該作為第2構件的構造體之密度(ρ)為0.9g/cm3以 下。
  11. 如請求項1至7中任一項之複合構造體之製造方法，其中該作為第2構件的構造體中之強化纖維為不連續，略單絲狀且無規地分散而成。
  12. 如請求項1至7中任一項之複合構造體之製造方法，其中該第1構件為圓柱狀或多角柱狀的筒狀、L字狀、或箱狀。
  13. 一種一體化複合構造體之製造方法，其係在藉由如請求項1至12中任一項之製造方法所得之複合構造體的表面之至少一部分上，更一體化其它的構件。
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