TWI814996B - 空間填充材料及空間填充構造體、以及彼等之使用方法 - Google Patents

空間填充材料及空間填充構造體、以及彼等之使用方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供能以各式各樣之目的填充指定的空間之空間填充材料及空間填充構造體、以及彼等之使用方法。前述空間填充材料(11)係以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成，前述強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經樹脂所接著之空間填充材料，在指定的空間(13)內以加熱時的膨脹應力至少填充於厚度方向(X)。例如，前述強化纖維及前述樹脂的合計體積中之前述樹脂的體積比率可為15～95vol%。

Description

空間填充材料及空間填充構造體、以及彼等之使用方法
相關申請案：本案主張2019年3月13日申請的日本特願2019-046240之優先權，藉由參照而將其全體作為本申請案的一部分引用。
本發明關於在指定的空間內以加熱時的膨脹應力進行填充之空間填充材料及具備空間填充材料之空間填充構造體、以及彼等之使用方法。
以往，已知在加熱時膨脹，發揮防火、防煙的密封功能之熱膨脹性的複合材料。例如專利文獻1(日本特開平7-18249號公報)中揭示一種熱膨脹性無機質纖維複合材料，其特徵為藉由抄造法，將由作為膨脹劑的酸處理石墨、作為耐熱補強劑的無機纖維、作為耐熱結合劑的無機結合材料與作為加熱前的形態保持材料之有機結合材料所構成之混合物成形為片狀，記載可使用於防火門用密封材料。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平7-18249號公報
[發明欲解決之課題]
然而，專利文獻1之熱膨脹性無機質纖維複合材料只不過是以發揮防火、防煙等之密封功能為目的而使用。又，於專利文獻1中，使用酸處理石墨作為膨脹劑，酸處理石墨係在加熱時伴隨其層間化合物之熱分解，產生水蒸氣等之氣體而進行膨脹者，但於氣體的產生為不佳的用途中無法使用。再者，酸處理石墨亦有產生來自酸的SOx、NOx等之有害氣體的情況。
因此，本發明之目的在於解決如此之習知技術的問題點，提供在藉由加熱所致的膨脹時沒有氣體的產生，能以各式各樣之目的填充指定的空間之空間填充材料及其使用方法。 [用以解決課題之手段]
為了解決上述課題而進行專心致力的檢討，結果本發明者們發現以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成，前述強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經樹脂所接著的空間填充材料，由於藉由使樹脂軟化來釋放強化纖維的彎曲而進行膨脹，故沒有氣體的產生，及彎曲經釋放的強化纖維之回彈力係非常大，適合按照目的而填充指定的空間內，而完成本發明。
即，本發明可由以下之態樣所構成。 [態樣1] 一種空間填充材料，其係以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成，前述強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經樹脂所接著之空間填充材料，且在指定的空間內以加熱時的膨脹應力至少填充(能填充)於厚度方向。 [態樣2] 如態樣1記載之空間填充材料，其中前述強化纖維及前述樹脂的合計體積中之前述樹脂的體積比率為15～95vol%(較佳為17～93vol%，更佳為20～90vol%，尤佳為25～85vol%)。 [態樣3] 如態樣1或2記載之空間填充材料，其中前述強化纖維係彎曲著，藉由前述樹脂之軟化來釋放強化纖維的彎曲而進行膨脹。 [態樣4] 如態樣1～3中任一態樣記載之空間填充材料，其中厚度方向中恆定負荷下的膨脹率為105%以上(較佳為120%以上，更佳為140%以上，尤佳為150%以上，尤更佳為170%以上)。 [態樣5] 如態樣1～4中任一態樣記載之空間填充材料，其中向對於厚度方向呈正交的方向之膨脹所造成的尺寸變化率為-10～10%(較佳為-8～8%，更佳為-5～5%)。 [態樣6] 如態樣1～5中任一態樣記載之空間填充材料，其中前述樹脂係熱塑性樹脂。 [態樣7] 如態樣6記載之空間填充材料，其中前述熱塑性樹脂的玻璃轉移溫度為100℃以上(較佳為105℃以上，更佳為110℃以上)。 [態樣8] 如態樣6或7記載之空間填充材料，其中前述熱塑性樹脂係選自包含熱塑性聚醯亞胺系樹脂、聚醚酮系樹脂、半芳香族聚醯胺系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、液晶聚酯系樹脂、聚碸系樹脂及聚四氟乙烯系樹脂之群組(較佳為包含熱塑性聚醯亞胺系樹脂、聚醚酮系樹脂、半芳香族聚醯胺系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、及聚碸系樹脂之群組)的至少一種熱塑性樹脂。 [態樣9] 如態樣1～8中任一態樣記載之空間填充材料，其中前述強化纖維的纖維長度為3～100mm(較佳為4～80mm，更佳為5～50mm)。 [態樣10] 如態樣1～9中任一態樣記載之空間填充材料，其中前述強化纖維係絕緣性纖維。 [態樣11] 如態樣1～10中任一態樣記載之空間填充材料，其中空隙率為3～75%(較佳為5～70%，更佳為10～65%)。 [態樣12] 如態樣1～11中任一態樣記載之空間填充材料，其係用於在指定的空間內固定被固定材料。 [態樣13] 一種空間填充構造體，其具備如態樣12記載之空間填充材料與相接於其至少一部分而一體化之被固定材料。 [態樣14] 如態樣13記載之空間填充構造體，其中前述被固定材料係被前述空間填充材料所夾住。 [態樣15] 一種使用方法，其係使用如態樣1～12中任一態樣記載之空間填充材料之方法，其包含藉由在前述樹脂之軟化溫度以上，加熱前述空間填充材料，而使前述空間填充材料在指定的空間內膨脹之步驟。 [態樣16] 如態樣15記載之使用方法，其中包含將前述空間填充材料插入指定的空間之步驟。 [態樣17] 一種使用方法，其係使用如態樣1～12中任一態樣記載之空間填充材料或如態樣13或14記載之空間填充構造體之方法，其包含藉由在前述樹脂之軟化溫度以上，加熱前述空間填充材料或前述空間填充構造體，而使前述空間填充材料在指定的空間膨脹，固定被固定材料之步驟。 [態樣18] 如態樣17記載之使用方法，其中包含將前述空間填充材料及/或前述被固定材料或前述空間填充構造體插入指定的空間之步驟。 [態樣19] 如態樣15～18中任一態樣記載之使用方法，其中膨脹後的空間填充材料之空隙率為30～95%(較佳為35～90%，更佳為40～85%，尤佳為45～80%)。 [態樣20] 如態樣15～19中任一態樣記載之使用方法，其中膨脹後的空間填充材料具有連續的多孔質構造。 [態樣21] 如態樣15～20中任一態樣記載之使用方法，其中膨脹後的空間填充材料之密度為0.1～1.5g/cm3 (較佳為0.2～1.4g/cm3 ，更佳為0.3～1.3g/cm3 )。
還有，申請範圍及/或說明書及/或圖式中揭示的至少2個構成要素之任何組合亦被包含於本發明中。特別地，申請範圍中記載之請求項的2個以上之任何組合亦被包含於本發明中。 [發明之效果]
藉由本發明之空間填充材料，在藉由加熱所致的膨脹時沒有氣體的產生，能以各式各樣之目的填充指定的空間。
[用以實施發明的形態]
以下，針對本發明詳細地說明。本發明之空間填充材料係以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成。前述強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係被樹脂所接著。而且，空間填充材料係可在指定的空間內藉由加熱時的膨脹應力而至少填充於厚度方向。此處，所謂膨脹應力，就是指空間填充劑膨脹而被包圍空間的外側構件所拘束時產生的應力。又，空間填充材料係可完全填充指定的空間，也可填充一部分。
＜作為膨脹材料的強化纖維＞ 本發明所用之強化纖維，只要不損害本發明的效果，則沒有特別的限制，可為有機纖維，也可為無機纖維，又，也可單獨或組合二種以上使用。於本發明中，在空間填充材料內經樹脂所接著的強化纖維彼此，係藉由樹脂之軟化而釋放其彎曲，藉由其彎曲經釋放的強化纖維之回彈力，而空間填充材料進行膨脹。所謂作為膨脹材料的強化纖維，就是指藉由如此之原理，在空間填充材料膨脹時所用之強化纖維。
作為無機纖維，例如可舉出玻璃纖維、碳纖維、各種陶瓷纖維(例如碳化矽纖維、氮化矽纖維、二氧化矽纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、硼纖維、玄武岩纖維等)、各種金屬纖維(例如金、銀、銅、鐵、鎳、鈦、不銹鋼等)等。又，作為有機纖維，只要玻璃轉移溫度或熔點高於將強化纖維的交點接著的樹脂之軟化溫度或硬化溫度，則沒有特別的限制，例如可舉出全芳香族聚酯系纖維、聚苯硫纖維、對位系芳綸纖維、聚碸醯胺纖維、酚樹脂纖維、聚醯亞胺纖維、氟纖維等。還有，於本發明中，所謂軟化溫度，於熱塑性樹脂中，主要意指熱變形溫度，例如可為負載撓曲溫度(JIS K 7207)。特別地，於非晶性樹脂之情況，意指其玻璃轉移溫度，於熱硬化性樹脂中，意指未硬化或半硬化的熱硬化性樹脂之預聚物成分的熔點。又，所謂硬化溫度，就是意指使未硬化或半硬化的熱硬化性樹脂進行硬化時的溫度。 此等之中，從提高使空間填充材料膨脹時的回彈力之觀點來看，較佳為使用玻璃纖維或碳纖維等之高彈性模數的無機纖維。又，於包含膨脹後的空間填充材料之構造體中，要求絕緣性的用途時，可為絕緣性纖維(例如玻璃纖維、氮化矽纖維、二氧化矽纖維、氧化鋁纖維等)。
本發明所用之強化纖維可為非連續纖維，從提高纖維的回彈力之觀點來看，其平均纖維長度較佳為3～100mm。更佳可為4～80mm，尤佳可為5～50mm。還有，平均纖維長度係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明所用之強化纖維，從提高纖維的回彈力之觀點來看，單纖維的平均纖維直徑較佳為2～40μm。更佳可為3～30μm，尤佳可為4～25μm。還有，平均纖維直徑係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明所用之強化纖維，從提高強化纖維的回彈力之觀點來看，較佳為具有10GPa以上的拉伸彈性模數者。更佳可為30GPa以上，尤佳可為50GPa以上。關於上限，並沒有特別的限制，但可為1000GPa以下。還有，拉伸彈性模數係碳纖維之情況為依照JIS R 7606，玻璃纖維之情況為依照JIS R 3420，有機纖維之情況為依照JIS L 1013等，可依據符合各自纖維的規格之方法進行測定。
＜樹脂＞ 本發明所用之樹脂只要是加熱熔融或加熱流動者，則沒有特別的限制，可為熱塑性樹脂，也可為未硬化或半硬化的熱硬化性樹脂。作為熱硬化性樹脂，例如可舉出環氧系樹脂、不飽和聚酯系樹脂、熱硬化性聚醯亞胺系樹脂、雙馬來醯亞胺系樹脂、酚系樹脂、三聚氰胺系樹脂、熱硬化性聚胺基甲酸酯系樹脂等，但從樹脂的流動性、膨脹時的溫度等條件設定之容易性的觀點來看，較佳為熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，例如可舉出乙烯系樹脂(由具有乙烯基CH2 =CH-或亞乙烯基CH2 =C＜的單體所成之聚合物或衍生物)；脂肪族聚醯胺系樹脂(聚醯胺6、聚醯胺66、聚醯胺11、聚醯胺12、聚醯胺610、聚醯胺612等)、半芳香族聚醯胺系樹脂、全芳香族聚醯胺系樹脂等之聚醯胺系樹脂；聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯等之聚酯系樹脂；聚四氟乙烯系樹脂等之氟系樹脂；半芳香族聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚醚醯亞胺系樹脂等之熱塑性聚醯亞胺系樹脂；聚碸系樹脂、聚醚碸系樹脂等之聚碸系樹脂；聚醚酮系樹脂、聚醚醚酮系樹脂、聚醚酮酮系樹脂等之聚醚酮系樹脂；聚碳酸酯系樹脂；非晶性聚芳酯系樹脂；全芳香族聚酯系樹脂等之液晶聚酯系樹脂等。此等之熱塑性樹脂係可單獨或組合二種以上使用。 又，作為樹脂成分，可使用熱硬化性彈性體及/或熱塑性彈性體。此時，可舉出矽/矽氧系、氟系、胺基甲酸酯系、苯乙烯系、烯烴系、氯乙烯系、酯系、醯胺系之彈性體等。此等之樹脂係可單獨或組合二種類以上，亦可與前述熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂組合而使用。
又，用於本發明的熱塑性樹脂，在包含膨脹後的空間填充材料之構造體中，要求耐熱性之用途時，較佳為使用玻璃轉移溫度為100℃以上之熱塑性樹脂。例如，作為玻璃轉移溫度為100℃以上的熱塑性樹脂，可舉出聚四氟乙烯系樹脂、熱塑性聚醯亞胺系樹脂、聚碸系樹脂、半芳香族聚醯胺系樹脂、聚醚酮系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、液晶聚酯系樹脂等。此等之中，從力學特性、成型性之點來看，熱塑性樹脂可為選自包含熱塑性聚醯亞胺系樹脂(較佳為聚醚醯亞胺系樹脂)、聚醚酮系樹脂(較佳為聚醚醚酮系樹脂)、半芳香族聚醯胺系樹脂、聚碳酸酯系樹脂及聚碸系樹脂之群組的至少一種熱塑性樹脂。於要求耐熱性之用途中，熱塑性樹脂的玻璃轉移溫度較佳可為105℃以上，尤佳可為110℃以上。還有，關於上限，並沒有特別的限制，但較佳為300℃以下。還有，玻璃轉移溫度係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
又，本發明所用之樹脂，只要在不損害本發明的效果之範圍，則可包含各種添加劑。
＜空間填充材料之製造方法＞ 作為空間填充材料之製造方法，只要強化纖維彼此具有複數的交點，能以樹脂接著至少其交點之一部分，則沒有特別的限制，可具備：準備由強化纖維與樹脂所構成的前驅物之步驟，與將前述前驅物加熱加壓之步驟。 使用熱硬化性樹脂作為樹脂時，可舉出積層一片或多數片(例如2～100片，較佳為3～80片，更佳為5～50片)的包含強化纖維的不織布，使液狀的熱硬化性樹脂之預聚物含浸，進行加熱加壓，進一步藉由邊加壓邊冷卻，使熱硬化性樹脂成為半硬化狀態之預浸漬物而製造的方法。 使用熱塑性樹脂作為樹脂時，作為加熱加壓前的前驅物，可成為各式各樣的形態。較佳可舉出將熱塑性纖維與強化纖維之混合不織布、或粒子狀(或粉粒狀)的熱塑性樹脂已分散之強化纖維的不織布，積層一片或多數片(例如2～100片，較佳為3～80片，更佳為5～50片)，在前述熱塑性樹脂之軟化溫度以上的溫度進行加熱，在積層方向中加壓，進一步邊加壓邊冷卻而製造之方法。前驅物較佳可為熱塑性纖維與強化纖維之混合不織布。
混合不織布，從提高所得之空間填充材料的膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，混合不織布的總重量中之強化纖維之比例較佳為10～90wt%。更佳可為15～85wt%，尤佳可為20～80wt%。
本發明所用之混合不織布，從提高所得之空間填充材料的膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，混合不織布的總重量中之熱塑性纖維之比例較佳為10～90wt%(例如10～80wt%)。更佳可為15～85wt%(例如15～75wt%)，尤佳可為20～80wt%(例如20～75wt%)。
熱塑性纖維的單纖維纖度，從使強化纖維的分散性成為良好之觀點來看，較佳為0.1～20dtex。為了得到加熱時的膨脹應力優異之空間填充材料，期望使成為前驅物的混合不織布中之強化纖維無不均勻地分散。熱塑性纖維的單纖維纖度更佳可為0.5～18dtex，尤佳可為1～16dtex。還有，單纖維纖度係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
熱塑性纖維的平均纖維長度，從使強化纖維的分散性成為良好之觀點來看，較佳為0.5～60mm。熱塑性纖維的平均纖維長度更佳可為1～55mm，尤佳可為3～50mm。還有，平均纖維長度係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。還有，關於當時的纖維之剖面形狀，亦沒有特別的限制，可為圓形、中空、扁平或星型等異型剖面。
又，於混合不織布中，視需要亦可包含黏結劑成分等，作為黏結劑成分之形狀，可為纖維狀、粒子狀、液狀等，但從形成不織布之觀點來看，較佳為黏結劑纖維。作為黏結劑成分，並沒有特別的限定，例如可舉出聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、丙烯酸系樹脂、聚乙烯醇系樹脂、聚胺基甲酸酯系樹脂等。
不織布之製造方法係沒有特別的限制，可舉出水刺法、針扎法、蒸汽噴射法、乾式抄紙法、濕式抄紙法(濕法成網製程)等。其中，從生產效率、強化纖維在不織布中的均勻分散之方面來看，較佳為濕式抄紙法。例如於濕式抄紙法中，製作包含前述熱塑性纖維及強化纖維之水性漿體，接著只要將此漿體供至通常的抄紙步驟即可。還有，水性漿體可包含黏結劑纖維(例如聚乙烯醇系纖維等之水溶性聚合物纖維、聚酯系纖維等之熱熔接纖維、對位系芳綸纖維、全芳香族聚酯系纖維之紙漿狀物)等。又，為了提高紙的均勻性、壓接性，可藉由噴霧乾燥而塗布黏結劑成分，或在濕式抄紙步驟後增加熱壓步驟。
不織布的單位面積重量係沒有特別的限定，但較佳為5～1500g/m2 。更佳可為10～1000g/m2 ，尤佳可為20～500g/m2 。
又，於空間填充材料之製造方法中，針對加熱成型之方法係沒有特別的限制，可適宜使用如可沖壓成型、加壓成型、真空壓著成型、GMT成型之一般的壓縮成型。當時之成型溫度只要配合所用的熱塑性樹脂之軟化溫度、分解溫度、未硬化或半硬化的熱硬化性樹脂之軟化溫度、乾燥溫度(使其半硬化之溫度)、硬化溫度而設定即可。例如，熱塑性樹脂為結晶性時，成型溫度較佳為熱塑性樹脂之熔點以上、(熔點+100)℃以下之範圍。又，熱塑性樹脂為非晶性時，成型溫度較佳為熱塑性樹脂的玻璃轉移溫度以上、(玻璃轉移溫度+200)℃以下之範圍。還有，視需要亦可在加熱成型之前，以IR加熱器等進行預備加熱。
又，加熱成型時的壓力亦沒有特別的限制，但通常在0.05MPa以上之壓力下進行。更佳可為0.1MPa以上，尤佳可為0.5MPa以上。上限係沒有特別的限定，但可為30MPa左右。加熱成型時的時間亦沒有特別的限制，但若長時間暴露於高溫下，則有聚合物劣化之可能性，故通常較佳為30分鐘以內。更佳可為25分鐘以內，尤佳可為20分鐘以內。下限係沒有特別的限定，但可為1分鐘左右。又，所得之空間填充材料的厚度、密度係可依照強化纖維的種類、施加的壓力而適宜設定。再者，所得之空間填充材料的形狀亦沒有特別的限制，可適宜設定。按照目的，亦可積層複數片的規格不同之混合不織布等，或將規格不同的混合不織布等在某大小的模具之中分別地配置，進行加熱成型。
＜空間填充材料＞ 本發明之空間填充材料係以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成，強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係被樹脂所接著。例如，強化纖維彼此可以無規纏結之狀態，藉由樹脂而接著，較佳可在強化纖維彼此之交點樹脂蹼狀地存在，也可強化纖維的全面係被樹脂所被覆。藉由採取如此的構造，空間填充材料的構造強度會提高。
本發明之空間填充材料係在指定的空間內以加熱時的膨脹應力至少填充於厚度方向。於本發明中，所謂指定的空間，可為單一的外側構件所包圍的空間(間隙)，也可為複數的外側構件所形成的空間(間隙)。 於如上述的空間填充材料之製造方法中，由於在加熱成型時加壓於厚度方向，隨著周圍的樹脂基質之軟化而釋放彎曲的強化纖維之回彈力(復原力)係在厚度方向中展現，故空間填充材料之加熱時的膨脹應力係產生於厚度方向。
本發明之空間填充材料較佳為強化纖維係彎曲著。藉由在指定的空間內加熱至樹脂之軟化溫度以上，而空間填充材料中的樹脂軟化，強化纖維具有的彎曲係被釋放，因此藉由強化纖維之回彈而空間填充材料膨脹。藉由如此地展現之加熱時的膨脹應力，可使在指定的空間內填充時之補強的強度、固定被固定材料的強度成為優異者。
本發明之空間填充材料，從提高膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，空間填充材料的總重量中之強化纖維之比例較佳為10～90wt%。更佳可為15～85wt%，尤佳可為20～80wt%。
本發明之空間填充材料，從提高膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，空間填充材料的總重量中之樹脂之比例較佳為10～90wt%。更佳可為15～85wt%，尤佳可為20～80wt%。還有，作為空間填充材料所包含的樹脂，可包含視需要使用的黏結劑成分。
本發明之空間填充材料，從提高膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，強化纖維及樹脂的合計體積中之樹脂的體積比率可為15～95vol%。相對於強化纖維，樹脂佔有的體積比率過小時，在指定的空間內空間填充材料膨脹而接觸該空間的壁面(或被固定材料)時，由於樹脂相接的接觸面積變小，故有幫助固定壁面或被固定材料的強度之應力變不充分之可能性。又，相對於強化纖維，樹脂佔有的體積比率過大時，作為膨脹材料的強化纖維之存在量係不足，有膨脹性變不充分之可能性。強化纖維及樹脂的合計體積中之樹脂的體積比率較佳可為17～93vol%，更佳可為20～90vol%，尤佳可為25～85vol%。
本發明之空間填充材料，從提高膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，強化纖維及樹脂的合計體積中之強化纖維的體積比率可為5～85vol%，較佳可為7～83vol%，更佳可為10～80vol%，尤佳可為15～75vol%。
本發明之空間填充材料，從提高膨脹性及加熱時的膨脹應力之觀點來看，空隙率(膨脹前或使用前)可為3～75%。膨脹前之空隙率過小時，由於對於空間填充材料內的強化纖維，施加不合理的壓縮力而強化纖維係折損或流動，即使在加熱時釋放強化纖維的彎曲，也無法充分得到其回彈力，故有膨脹性及加熱時的膨脹應力變不充分之可能性。又，膨脹前之空隙率過大時，由於膨脹的餘地小，有膨脹性變不充分之可能性。空隙率(膨脹前)較佳可為5～70%，更佳可為10～65%。還有，此處所謂空隙率，就是表示相對於空間填充材料的容體積之空隙的佔有體積之比例，為藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明之空間填充材料之厚度係可按照所填充的空間及用途而設為各種的厚度，例如可從0.1～200mm之寬廣範圍中選擇，例如可為0.1～20mm，較佳可為0.5～18mm，更佳可為1～15mm。還有，空間填充材料之厚度係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明之空間填充材料之單位面積重量係可按照所填充的空間及用途而設為各種的單位面積重量，可為100～10000g/m2 ，較佳可為500～8000g/m2 ，更佳可為800～5000g/m2 。還有，空間填充材料之單位面積重量係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明之空間填充材料之密度係可按照所填充的空間及用途而設為各種的密度，可為0.5～10g/cm3 ，較佳可為0.6～8g/cm3 ，更佳可為0.7～5g/cm3 。還有，空間填充材料之密度係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明之空間填充材料之形狀係不限定於板狀，可按照所填充的空間及用途而設為各種的形狀，亦包含具有三維構造的立體狀。於立體狀之情況，將熱膨脹的方向當作厚度方向。
本發明之空間填充材料係厚度方向中恆定負荷下的膨脹率較佳為105%以上。較佳可為120%以上，更佳可為140%以上，尤佳可為150%以上，尤更佳可為170%以上。厚度方向中恆定負荷下的膨脹率之上限係沒有特別的限定，但可為500%。厚度方向中恆定負荷下的膨脹率為如上述之範圍時，可使針對補強及/或固定的強度成為充分者。還有，空間填充材料之厚度方向中恆定負荷下的膨脹率係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明之空間填充材料，從使加熱時的膨脹應力集中於厚度方向之觀點來看，向對於厚度方向呈正交的方向之膨脹或收縮所造成的尺寸變化率較佳為-10～10%。向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為負時表示收縮，為正時表示膨脹。向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率更佳可為-8～8%，尤佳可為-5～5%。例如，本發明之空間填充材料係強化纖維較佳為配向於面方向，於如此的構造之情況，可減小向對於厚度方向呈正交的方向之膨脹或收縮所造成的尺寸變化率。還有，空間填充材料之向對於厚度方向呈正交的方向之膨脹或收縮所造成的尺寸變化率係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
本發明之空間填充材料，從抑制氣體的產生之觀點來看，較佳為實質上不含加熱時揮發的揮發性物質(例如沸點比加熱溫度低的低分子化合物等)、發泡劑、膨脹石墨等。
<空間填充材料之使用方法>
本發明之空間填充材料之使用方法可包含：藉由在樹脂之軟化溫度以上進行加熱，而使前述空間填充材料在指定的空間內膨脹之步驟。
例如，根據顯示本發明之空間填充材料之使用方法的第1實施態樣之示意剖面圖的圖1A及圖1B進行說明。圖1A顯示空間填充材料11的膨脹前之狀態，圖1B顯示空間填充材料11的膨脹後之狀態。圖1A中，在外側構件12所包圍的空間13內插入空間填充材料11。圖1A中，空間13係藉由單一的外側構件12包圍全體而形成，但不須是被外側構件包圍全體的閉鎖空間，例如可如ㄈ字型，在一部分形成開放空間。又，也可藉由複數的不同構件來形成空間。又，也可在空間13內插入複數的空間填充材料11。還有，圖1A中顯示外側構件12之一部分。
藉由在構成空間填充材料11的樹脂之軟化溫度以上進行加熱，樹脂係軟化，伴隨其而釋放經樹脂所拘束之強化纖維的彎曲，藉此強化纖維的回彈力(復原力)係在厚度方向中展現。然後，空間填充材料11係在厚度方向(圖1A之X方向)中不可逆地膨脹，如圖1B所示，填充空間13。於空間13之壁面，藉由空間填充材料11的膨脹應力而施加推壓力，由於其應力高，故充分地補強外側構件12。
於膨脹步驟中，加熱溫度例如可為(軟化溫度 +10)℃以上，較佳可為(軟化溫度+20)℃以上，更佳可為(軟化溫度+30)℃以上。加熱溫度之上限可為(軟化溫度+200)℃以下。
又，本發明之空間填充材料之使用方法亦可在膨脹步驟之前，包含將空間填充材料插入指定的空間之步驟。
於本發明中，膨脹後(填充後)的空間填充材料之空隙率可為30~95%。由於膨脹後的空間填充材料之空隙率在此範圍，可對於膨脹後的空間填充材料充分地施予通液、通氣。例如於包含膨脹後的空間填充材料之構造體中必須冷卻時，可藉由將冷卻液對於填充後的空間填充材料通液而進行冷卻。又，膨脹後的空間填充材料之空隙率較佳可為35~90%，更佳可為40~85%，尤佳可為45~80%。還有，膨脹後的空間填充材料之空隙率係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
於本發明中，膨脹後(填充後)的空間填充材料可具有連續的多孔質構造。膨脹後的空間填充材料之空隙為連通孔時，可對於膨脹後的空間填充材料充分地施予通液或通氣。
於本發明中，從使膨脹後(填充後)的空間填充材料之力學強度成為良好之觀點來看，膨脹後(填充後)的空間填充材料之密度可為0.1~1.5g/cm3，較佳可為0.2~1.4g/cm3，更佳可為0.3~1.3g/cm3。
於本發明中，從使膨脹後(填充後)的空間填充材料之力學強度及通液性成為良好之觀點來看，厚度方向的填充後膨脹率可為120~300%，較佳可為130~280%，更佳可為140~250%。還有，所謂厚度方向的膨脹率，就是以下述式表 示。
填充後膨脹率(%)=填充後的空間填充材料之厚度(填充的空間之厚度)(mm)/填充前的空間填充材料之厚度(mm)×100
於本發明中，可利用膨脹而成為所欲的大小，指定的空間之厚度(膨脹後(填充後)的空間填充材料之厚度)例如可從0.2~600mm之寬廣範圍中選擇，例如可為0.2~50mm，較佳可為0.5~30mm，更佳可為1~20mm。
又，本發明之空間填充材料之使用方法可包含：藉由在樹脂之軟化溫度以上加熱，而使空間填充材料在指定的空間膨脹，固定被固定材料之步驟。本發明之空間填充材料係可作為將被固定材料固定的固定材料使用。
例如，根據顯示本發明之空間填充材料之使用方法的第2實施態樣之示意剖面圖的圖2A及圖2B進行說明。圖2A顯示空間填充材料21的膨脹前之狀態，圖2B顯示空間填充材料21的膨脹後之狀態。圖2A中，在外側構件22所包圍的空間23內插入經2片空間填充材料21所夾住的被固定材料24。圖2A中，空間23係藉由單一的外側構件22包圍全體而形成，但不須是被外側構件包圍全體的閉鎖空間，例如可如ㄈ字型，在一部分形成開放空間。又，也可藉由複數的不同構件來形成空間。又，空間填充材料21係在被固定材料24的兩面各積層1片而插入，但積層片數及插入地方係沒有限定，可在被固定材料24的至少一面積層1片或複數片而插入。在被固定材料24的兩面所積層的空間填充材料21係可相同，也可相異，但從提高膨脹性的均勻性之觀點來看，較佳為相同。還有，圖2A中，顯示外側構件22之一部分。
藉由在構成空間填充材料21的樹脂之軟化溫度以上進行加熱，樹脂係軟化，伴隨其而釋放經樹脂所拘束之強化纖維的彎曲，藉此強化纖維的回彈力(復原力)係在厚度方向中展現。然後，空間填充材料21係在厚度方向(圖2A之X方向)中不可逆地膨脹，如圖2B所示，與被固定材料24一起填充空間23。於空間23之壁面及被固定材料24之兩面，藉由空間填充材料21的膨脹應力而施加推壓力，由於其應力高，故充分地固定被固定材料24。
又，本發明之空間填充材料之使用方法亦可在膨脹而固定被固定材料的步驟之前，包含將空間填充材料及/或被固定材料插入指定的空間之步驟。空間填充材料及被固定材料係可一起插入，也可首先插入空間填充材料及被固定材料中的一者，然後插入另一者。又，空間填充材料及被固定材料亦可在預先插入有一者之指定的空間插入另一者。
使用本發明之空間填充材料作為固定材料時，後述實施例中記載之被固定材料的沖壓負荷可為25N以上，較佳可為100N以上，更佳可為200N以上。被固定材料的沖壓負荷之上限係沒有特別的限定，但例如可為2000N左右。還有，沖壓負荷係藉由後述的實施例中記載之方法所測定之值。
＜空間填充構造體＞ 本發明之空間填充構造體可具備前述空間填充材料與相接於其至少一部分而一體化的被固定材料。空間填充構造體例如可藉由以前述空間填充材料與被固定材料相接的方式進行積層，在空間填充材料中的前述樹脂之軟化溫度以上之溫度進行加熱，於積層方向中加壓，進一步邊加壓邊冷卻之方法，使前述空間填充材料與被固定材料熔接而製造。又，空間填充構造體例如可將前述空間填充材料與被固定材料隔著接著劑進行積層，使其接著而製造。此時，作為接著劑，只要能使空間填充材料與被固定材料接著，則沒有特別的限定，可使用眾所周知之接著劑。
本發明之空間填充構造體係被固定材料可被前述空間填充材料所夾住。空間填充構造體係可在對向的至少二方向中藉由空間填充材料夾住被固定材料，例如可在被固定材料之厚度方向中夾住，也可在厚度方向及其正交的方向中夾住。
＜空間填充構造體之使用方法＞ 本發明之空間填充構造體之使用方法可包含：藉由在樹脂之軟化溫度以上進行加熱，使前述空間填充材料在指定的空間膨脹，固定被固定材料之步驟。
又，本發明之空間填充構造體之使用方法可包含：在使其膨脹而固定被固定材料之步驟之前，將空間填充構造體插入指定的空間之步驟。
又，本發明之空間填充材料係在輸送手段、家電製品、產業機械、建築物等中可有效地使用作為：填充被構件所包圍的指定的空間內，補強該構件的空間填充補強材料、或在被該構件所包圍之指定的空間內固定被固定材料的空間填充固定材料。 特別地，空間填充材料具有指定的絕緣特性及/或耐熱性時，於本發明之空間填充材料之一態樣中，可有用地適用作為絕緣性及/或耐熱性空間填充材料。
例如，本發明之空間填充材料及空間填充構造體係藉由在馬達(例如汽車的驅動用馬達)中，作為在轉子所形成的複數之孔部內用於固定永久磁石(被固定材料)的模製材料使用，而可以充分的固定強度來固定永久磁石，同時可藉由將冷卻液對於作為連通孔存在的空隙通液而冷卻馬達，亦可賦予絕緣性及耐熱性。又，由於儘管具有空隙但是固定強度高，可減少佔空間的材料之比率，故可進行成本的削減。 [實施例]
以下，以實施例為基礎更詳細地說明本發明，惟本發明完全不受此等所限制。還有，於以下之實施例及比較例中，藉由下述之方法測定各種物性。
[單纖維纖度] 依據JIS L 1015：2010「化學纖維短纖維試驗方法」的8.5.1之B法，使用以後述之方法算出的平均纖維長度，測定單纖維纖度。
[平均纖維長度] 對於經隨機選擇的100條纖維，測定其纖維長度，將其測定值的平均值當作平均纖維長度。
[平均纖維直徑] 對於經隨機選擇的30條纖維，藉由顯微鏡觀察而測定纖維直徑，將其測定值的平均值當作平均纖維直徑。
[拉伸彈性模數] 玻璃纖維之情況係依據JIS R 3420，碳纖維之情況係依據JIS R 7606，測定拉伸彈性模數。
[熱塑性纖維的玻璃轉移溫度] 纖維的玻璃轉移溫度係使用RHEOLOGY公司製固體動態黏彈性裝置「Rheospectra DVE-V4」，於頻率10Hz、升溫速度10℃/min下，測定損失正切(tanδ )的溫度依賴性，由其波峰溫度求出。此處，所謂tanδ 的波峰溫度，係相對於tanδ 值的溫度之變化量的第1次微分值成為零之溫度。
[體積比率] 構成空間填充材料的強化纖維及樹脂的體積比率係藉由各自的比重，換算重量比率而算出。
[單位面積重量] 單位面積重量係將空間填充材料樣品切出縱10cm、橫10cm，計測其重量(g)，藉由下述式算出。 單位面積重量(g/m2 )=重量(g)/0.01(m2 )
[厚度] 厚度係測定空間填充材料樣品之中央部及從角起各1cm的內側之部分(4處)的計5處，將其測定值的平均值當作其空間填充材料之厚度。
[密度] 密度係將空間填充材料樣品切出縱10cm、橫10cm，計測其厚度(cm)與重量(g)，藉由下述式算出。 密度(g/cm3 )=重量(g)/(厚度(cm)×100(cm2 ))
[空隙率] 依據JIS K 7075「碳纖維強化塑膠的纖維含有率及空洞率試驗」，算出空間填充材料之空隙率(%)。
[恆定負荷下的膨脹率] 使用經切出縱5cm、橫5cm的膨脹前之空間填充材料，將重量1.44kg、縱5cm、橫5cm、高度7.4cm的金屬製長方體以載置於空間填充材料之上的狀態，置入熱風爐中，在樹脂之軟化溫度+30℃以上之溫度，加熱直到空間填充材料的厚度無變化為止。 接著，從經膨脹之空間填充材料的膨脹前之厚度及膨脹後之厚度，依照下述式算出恆定負荷下(5.6kPa)的膨脹率。 膨脹率(%)=膨脹後的空間填充材料之厚度(mm)/膨脹前的空間填充材料之厚度(mm)×100
[向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率] 對於恆定負荷下(5.6kPa)的膨脹率之計測中使用的膨脹後樣品，計測面方向的尺寸，藉由下述式算出尺寸變化率。 尺寸變化率(%)=(膨脹後面積(cm2 )-膨脹前面積(cm2 ))/膨脹前面積(cm2)×100
[填充性評價]
○：空間的高度全部被填滿
×：空間的高度未被填滿
又，藉由以下之式算出填充時膨脹率。還有，空間的高度全部被填滿時，填充後的空間填充材料之厚度成為3mm。
填充後膨脹率(%)=填充後的空間填充材料之厚度(mm)/填充前的空間填充材料之厚度(mm)×100
又，藉由與上述空間填充材料之空隙率同樣的算出方法，算出填充後的空間填充材料之空隙率。
又，藉由以下之式算出填充後的空間填充材料之密度。
填充後密度(g/cm3)=填充前的空間填充材料之密度(g/cm3)/(填充後膨脹率(%)/100)
[沖壓負荷]
於具有高度10mm、寬度20mm、深度50mm的孔之鋼鐵製外側構件，插入厚度4mm、寬度14mm、長度50mm的長方體之鋼鐵製被固定材料，進一步在外側構件與被固定材料之間，插入經切出寬度14mm、長度50mm的空間填充材料各1片。將此等在熱風爐中，於指定溫度下加熱30分鐘，而藉由空間填充材料將被固定材料固定於外側構件。
接著，對於所得之多層構造體(被固定材料藉由空間填充材料固定於外側構件之內部的構造體)，使用萬能試驗機(島津製作所製「AG-2000A」)，僅對於被固定材料在長度方向中施加負荷，沖壓被固定材料，將偏移開始發生時的負荷當作沖壓負荷。
[通液性評價] 將空間填充材料切出寬度50mm、長度50mm，於將其積層3片之狀態下，插入至具有高度9mm、寬度50mm、深度50mm的貫通孔之鋼鐵製外側構件之孔內。插入後，以指定之溫度進行加熱，以空間填充材料完全地填充外側構件之孔。以能將外側構件的貫通孔通液之方式，在外側構件之兩端分別安裝耐壓管。 然後，從耐壓管之一方，以45kPa之壓力注入純水，觀測經過空間填充材料而從另一方的耐壓管流出的水之體積，計測合計量從20mL變成40mL所需要的時間t(min)。 由所得之時間，藉由下述式算出膨脹後的空間填充材料之通液速度。 通液速度(mL/min)=20(mL)/t(min)
又，對於所得之通液速度，用以下之基準評價通液性。 ◎：100mm/min以上 ○：3mm/min以上且小於100mm/min ×：小於3mm/min
[絕緣性評價] 對於實施例所得之空間填充材料，依據JIS K 6911，計測體積電阻率，用以下之基準評價絕緣性。 ○：體積電阻率105 (Ω・cm)以上 ×：體積電阻率小於105 (Ω・cm)
[耐熱性評價] 將實施例所得之空間填充材料，以經間隙設定在3mm厚的試壓機(北川精機製「KVHC-II」)，在指定溫度加熱10分鐘，使其膨脹後進行冷卻，製作耐熱性試驗片。接著，依據JIS K 7017「纖維強化塑膠-彎曲特性之求法」，製作彎曲試驗片，在25℃及80℃環境下實施彎曲試驗，藉由下述式算出物性保持率。 物性保持率(%)=80℃環境下的彎曲強度(MPa)/25℃環境下的彎曲強度(MPa)×100 接著，用以下之基準評價耐熱性。 ○：物性保持率70%以上 ×：物性保持率小於70%
[參考例1](聚醚醯亞胺纖維之製造) 將非晶性樹脂的聚醚醯亞胺(以下有簡稱為PEI的情況)系聚合物(SABIC Innovative Plastics製「ULTEM9001」)在150℃真空乾燥12小時。將前述PEI系聚合物在紡絲頭溫度390℃、紡絲速度1500m/min、吐出量50g/min之條件下從圓孔噴嘴吐出，製作2640dtex/1200f的PEI纖維之複絲。將所得之複絲切割成15mm，製作PEI纖維的短切纖維。所得之纖維的外觀為無起毛等而良好，單纖維纖度為2.2dtex，平均纖維長度為15.0mm，玻璃轉移溫度為217℃，比重為1.27g/cm3 。
[參考例2](半芳香族聚醯胺纖維之製造) 將半芳香族聚醯胺系聚合物(KURARAY製「Genestar PA9T」，以下有簡稱為PA9T的情況；熔點265℃)在80℃真空乾燥12小時。將前述聚合物在紡絲頭溫度310℃、紡絲速度1500m/min、吐出量50g/min之條件下從圓孔噴嘴吐出，製作2640dtex/1200f的PA9T纖維之複絲。將所得之複絲切割成15mm，製作PA9T纖維的短切纖維。所得之纖維的外觀為無起毛等而良好，單纖維纖度為2.2dtex，平均纖維長度為15.1mm，玻璃轉移溫度為125℃，比重為1.14g/cm3 。
[參考例3](脂肪族聚醯胺纖維之製造) 將聚醯胺6系聚合物(宇部興產製「UBE Nylon 1015B」，以下有簡稱為PA6的情況；熔點225℃)在80℃真空乾燥12小時。將前述聚合物在紡絲頭溫度290℃、紡絲速度3000m/min、吐出量50g/min之條件下從圓孔噴嘴吐出，製作2640dtex/1200f的PA6纖維之複絲。將所得之複絲切割成15mm，製作PA6纖維的短切纖維。所得之纖維的外觀為無起毛等而良好，單纖維纖度為2.2dtex，平均纖維長度為15.0mm，玻璃轉移溫度為50℃，比重為1.14g/cm3 。
[參考例4](聚碳酸酯纖維之製造) 將非晶性樹脂之聚碳酸酯(以下有簡稱為PC的情況)系聚合物(三菱工程塑膠製「Iupilon S-3000」)在120℃真空乾燥6小時。將前述PC系聚合物在紡絲頭溫度300℃、紡絲速度1500m/min、吐出量50g/min之條件下從圓孔噴嘴吐出，製作2640dtex/1200f的PC纖維之複絲。將所得之複絲切割成15mm，製作PC纖維的短切纖維。所得之纖維的外觀為無起毛等而良好，單纖維纖度為2.2dtex，平均纖維長度為15.0mm，玻璃轉移溫度為150℃，比重為1.20g/cm3 。
[實施例1] 使用由50wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、50wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量254g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 積層8片的所得之混合不織布，以試壓機(北川精機製「KVHC-II」)，配置高度1.5mm的間隔物，對於對積層方向呈垂直的面，一邊以3MPa進行加壓，一邊在340℃加熱10分鐘，於玻璃纖維之間使前述PEI纖維熔融而成的PEI樹脂含浸後，維持著加壓，冷卻到PEI的玻璃轉移溫度以下之200℃為止，製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.55mm，單位面積重量為1936g/m2 ，密度為1.248g/cm3 ，空隙率為26.3%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為231%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.2%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，將使其膨脹的加熱溫度設為360℃，進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例2] 除了於空間填充材料之製作步驟中，將混合不織布的片數設為4片以外，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.36mm，單位面積重量為963g/m2 ，密度為0.709g/cm3 ，空隙率為58.1%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為141%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.2%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例3] 除了於空間填充材料之製作步驟中，將混合不織布的積層片數設為12片，及將間隔物的高度變更為2.2mm以外，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為2.15mm，單位面積重量為2918g/m2 ，密度為1.360g/cm3 ，空隙率為19.7%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為237%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.2%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例4] 使用由70wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、30wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量224g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 然後，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.42mm，單位面積重量為1698g/m2 ，密度為1.197g/cm3 ，空隙率為19.9%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為153%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.3%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例5] 使用由30wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、70wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量293g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 然後，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.80mm，單位面積重量為2218g/m2 ，密度為1.232g/cm3 ，空隙率為36.9%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為269%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.1%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例6] 使用由50wt%作為熱塑性纖維的PA9T纖維、50wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量236g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 積層8片的所得之混合不織布，以試壓機(北川精機製「KVHC-II」)，配置高度1.5mm的間隔物，對於對積層方向呈垂直的面，一邊以3MPa進行加壓，一邊在320℃加熱10分鐘，於玻璃纖維之間使前述PA9T纖維熔融而成的PA9T樹脂含浸後，維持著加壓，冷卻到PA9T的玻璃轉移溫度以下之100℃為止，製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.47mm，單位面積重量為1813g/m2 ，密度為1.232g/cm3 ，空隙率為21.7%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為208%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.2%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PA9T樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，將使其膨脹的加熱溫度設為340℃，進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例7] 使用由50wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、50wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的碳纖維(Toho Tenax製：平均纖維直徑7μm，比重1.82g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量224g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 積層8片的所得之混合不織布，以試壓機(北川精機製「KVHC-II」)，配置高度1.5mm的間隔物，對於對積層方向呈垂直的面，一邊以3MPa進行加壓，一邊在340℃加熱10分鐘，於碳纖維之間使前述PEI纖維熔融而成的PEI樹脂含浸後，維持著加壓，冷卻到PEI的玻璃轉移溫度以下之200℃為止，製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.99mm，單位面積重量為1696g/m2 ，密度為0.853g/cm3 ，空隙率為43.0%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為299%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.2%。又，所得之空間填充材料係碳纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例8] 使用由10wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、90wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量346g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 然後，除了將加壓的壓力變更為15MPa以外，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.86mm，單位面積重量為2583g/m2 ，密度為1.390g/cm3 ，空隙率為39.8%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為143%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.1%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例9] 使用由50wt%作為熱塑性纖維的PA6纖維、50wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量234g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 積層8片的所得之混合不織布，以試壓機(北川精機製「KVHC-II」)，配置高度1.5mm的間隔物，對於對積層方向呈垂直的面，一邊以3MPa進行加壓，一邊在300℃加熱10分鐘，於玻璃纖維之間使前述PA6纖維熔融而成的PA6樹脂含浸後，維持著加壓，冷卻到PA6的玻璃轉移溫度以下之30℃為止，製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.40mm，單位面積重量為1800g/m2 ，密度為1.286g/cm3 ，空隙率為18.3%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為204%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.2%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PA6樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，將使其膨脹的加熱溫度設為300℃，進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例10] 使用由80wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、20wt%作為強化纖維的13mm之切斷長度的玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量230g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 然後，除了將混合不織布的積層片數設為12片，及將間隔物的高度變更為2.2mm以外，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為2.00mm，單位面積重量為2688g/m2 ，密度為1.340g/cm3 ，空隙率為5.0%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為125%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.3%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例11] 使用由85wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維、15wt%作為強化纖維的13mm的切斷長度之玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量220g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 然後，除了將混合不織布的積層片數設為12片，及將間隔物的高度變更為2.2mm以外，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為2.00mm，單位面積重量為2573g/m2 ，密度為1.289g/cm3 ，空隙率為6.1%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為108%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.3%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PEI樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[實施例12] 使用由49wt%作為熱塑性纖維的PC纖維、51wt%作為強化纖維的13mm的切斷長度之玻璃纖維(日東紡製：平均纖維直徑9μm，比重2.54g/cm3 )所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量150g/m2 的混合不織布(混抄紙)。 然後，積層12片的所得之混合不織布，以試壓機(北川精機製「KVHC-II」)，配置高度1.5mm的間隔物，對於對積層方向呈垂直的面，一邊以3MPa進行加壓，一邊在280℃加熱10分鐘，於玻璃纖維之間使前述PC纖維熔融而成的PC樹脂含浸後，維持著加壓，冷卻到PC的玻璃轉移溫度以下之130℃為止，製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為1.53mm，單位面積重量為1800g/m2 ，密度為1.176g/cm3 ，空隙率為28.3%。又，所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率為251%，向對於厚度方向呈正交的方向之尺寸變化率為-0.1%。又，所得之空間填充材料係玻璃纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經PC樹脂所接著。 對於所得之空間填充材料，與實施例1同樣地進行各種評價，表1中顯示評價結果。
[比較例1] 使用由100wt%作為熱塑性纖維的PEI纖維所成之漿體，藉由濕法成網製程得到單位面積重量210g/m2 的不織布。 然後，除了將不織布的積層片數設為12片以外，與實施例1同樣地製作空間填充材料。所得之空間填充材料之厚度為2.00mm，單位面積重量為2410g/m2 ，密度為1.210g/cm3 ，空隙率為5.0%。又，為了評價所得之空間填充材料之恆定負荷下的膨脹率，於與實施例1相同的條件下加熱，結果由於空間填充材料熔融、流出，故未發揮作為空間填充材料的功能。
Figure 109107785-A0305-02-0041-1
還有，表1中，GF為玻璃纖維，CF為碳纖維。
由表1可知，實施例1～12之空間填充材料由於係以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成，前述強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分經樹脂所接著之空間填充材料，故填充指定的空間之膨脹性優異，固定被固定材料的強度(沖壓負荷)高。
又，實施例1～7、9～10及12之空間填充材料由於強化纖維及樹脂的合計體積中之樹脂的體積比率為30～90vol%，故固定被固定材料的強度(沖壓負荷)特別高。
比較例1由於不含作為膨脹材料的強化纖維，故無法作為填充材料膨脹，未展現物理固定之應力。因此，無法填充指定的空間，無法固定被固定材料。
實施例1～12之空間填充材料由於在膨脹後具有空隙，故通液性優異。
又，實施例1～6及8～12之空間填充材料由於使用玻璃纖維作為強化纖維，故絕緣性優異。又，實施例1～8及10～12之空間填充材料由於使用玻璃轉移溫度為100℃以上的熱塑性樹脂作為樹脂，故耐熱性優異。 [產業上利用之可能性]
本發明之空間填充材料係在輸送手段、家電製品、產業機械、建築物等中，有用於填充被構件所包圍的指定的空間內。例如，空間填充材料係可使用作為：補強構件的補強材料、或在被構件包圍之指定的空間內固定被固定材料的固定材料。再者，本發明之空間填充材料係可在馬達(例如汽車的驅動用馬達)中，使用作為在轉子所形成的複數之孔部內用於固定永久磁石(被固定材料)的模製材料。
如以上，邊參照圖式邊說明面本發明的合適實施例，但若為本業者，則可觀看本案說明書，在顯而易知的範圍內容易想到各種的變更及修正。因此，如此的變更及修正係被解釋為由申請範圍所規定的發明之範圍內。
11,21:空間填充材料 12,22:外側構件 13,23:空間 24:被固定材料 X:厚度方向
此發明係可由參考檢附之圖式的以下之合適的實施形態之說明，更清楚地理解。圖式未必以一定的縮尺表示，在顯示本發明的原理上為誇張者。然而，實施形態及圖式係僅用於圖示及說明者，不應該利用於限定此發明之範圍。此發明之範圍係由檢附的申請範圍所規定。 圖1A係用於說明本發明之空間填充材料之使用方法的第1實施態樣之示意剖面圖，顯示膨脹前之狀態。 圖1B係用於說明本發明之空間填充材料之使用方法的第1實施態樣之示意剖面圖，顯示膨脹後之狀態。 圖2A係用於說明本發明之空間填充材料之使用方法的第2實施態樣之示意剖面圖，顯示膨脹前之狀態。 圖2B係用於說明本發明之空間填充材料之使用方法的第2實施態樣之示意剖面圖，顯示膨脹後之狀態。
11:空間填充材料
12:外側構件
13:空間

Claims (19)

  1. 一種空間填充材料，其係以作為膨脹材料的強化纖維與樹脂所構成，該強化纖維彼此具有複數的交點，至少其交點之一部分係經樹脂所接著之空間填充材料，且其中該樹脂係熱塑性樹脂，該熱塑性樹脂的玻璃轉移溫度為100℃以上，該空間填充材料在指定的空間內以加熱時的膨脹應力至少填充於厚度方向。
  2. 如請求項1之空間填充材料，其中該強化纖維及該樹脂的合計體積中之該樹脂的體積比率為15~95vol%。
  3. 如請求項1或2之空間填充材料，其中該強化纖維係彎曲著，藉由該樹脂之軟化來釋放強化纖維的彎曲而進行膨脹。
  4. 如請求項1或2之空間填充材料，其中厚度方向中恆定負荷下的膨脹率為105%以上。
  5. 如請求項1或2之空間填充材料，其中向對於厚度方向呈正交的方向之膨脹所造成的尺寸變化率為-10~10%。
  6. 如請求項1或2之空間填充材料，其中該熱塑性樹脂係選自包含熱塑性聚醯亞胺系樹脂、聚醚酮系樹脂、半芳香族聚醯胺系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、液晶聚酯系樹脂、聚碸系樹脂及聚四氟乙烯系樹脂之群組的至少一種熱塑性樹脂。
  7. 如請求項1或2之空間填充材料，其中該強化纖維的纖維長度為3~100mm。
  8. 如請求項1或2之空間填充材料，其中該強化纖維係絕緣性纖維。
  9. 如請求項1或2之空間填充材料，其中空隙率為3~75%。
  10. 如請求項1或2之空間填充材料，其係用於在指定的空間內固定被固定材料。
  11. 一種空間填充構造體，其具備如請求項1至10中任一項之空間填充材料與相接於其至少一部分而一體化之被固定材料。
  12. 如請求項11之空間填充構造體，其中該被固定材料係被該空間填充材料所夾住。
  13. 一種使用方法，其係使用如請求項1至10中任一項之空間填充材料之方法，其包含藉由在該樹脂之軟化溫度以上，加熱該空間填充材料，而使該空間填充材料在指定的空間內膨脹之步驟。
  14. 如請求項13之使用方法，其中包含將該空間填充材料插入指定的空間之步驟。
  15. 一種使用方法，其係使用如請求項1至10中任一項之空間填充材料或如請求項11或12之空間填充構造體之方法，其包含藉由在該樹脂之軟化溫度以上，加熱該空間填充材料或該空間填充構造體，而使該空間填充材料在指定的空間膨脹，固定被固定材料之步驟。
  16. 如請求項15之使用方法，其中包含將該空間填充材料及/或該被固定材料或該空間填充構造體插入指定的空間之步驟。
  17. 如請求項13至16中任一項之使用方法，其中膨脹後的空間填充材料之空隙率為30~95%。
  18. 如請求項13至16中任一項之使用方法，其中膨脹後的空間填充材料具有連續的多孔質構造。
  19. 如請求項13至16中任一項之使用方法，其中膨脹後的空間填充材料之密度為0.1~1.5g/cm3。
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