具有中空结构的成型体及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有中空结构的、使用了纤维增强树脂的成型体。
【背景技术】
[0002] 使用了纤维增强树脂（FRP)的夹层结构体或中空结构体作为在确保力学特性的 同时提高了轻质性的结构体，被广泛用于航空器、汽车等运输设备用途、抗震增强材料等建 筑结构物用途、近年来需要薄壁性的个人计算机等电气?电子设备壳体等。
[0003] 专利文献1中公开了一种预浸料坯，其可以得到各向同性且力学特性优异的、复 杂形状的成型品，认为该技术对不适合层合成型品的薄型成型品有用，但是，专利文献1中 虽然有关于一般的肋条形状的记载，但其中公开的成型品未形成强度及刚性优异的肋条形 状，因此可能成为对于外力具有缺陷部的成型品。
[0004] 专利文献2中公开了一种夹层结构体，其具有轻质的芯材（其是形成具有空隙部 位的结构而成的），在该芯材的两面配置有纤维增强材料（其由连续的增强纤维和基体树 脂构成），认为该技术在能够得到薄壁且轻质、并且刚性高的成型体的方面有用，但是该夹 层结构体是芯材和纤维增强材料经粘合进行一体化而成，粘合面成为不同的材料之间的界 面，因此，可能成为成型体中具有缺陷部的成型体。
[0005] 专利文献3中公开了由表皮层和纤维增强树脂层构成的表皮一体成型品，认为该 技术由于在表皮层与树脂层（其中增强纤维在三维方向上进行了取向）之间存在增强纤维 在二维方向上进行了取向的树脂层，所以可以容易地形成肋条等复杂形状，并且在减小空 隙对表面的影响方面有用，但形成肋条的树脂层中存在的增强纤维的纤维长度非常短，不 能有效地增强肋条等。另外，由于成型过程的原因，增强纤维的取向可能被打乱，可能产生 对抗外力较弱的方向。
[0006] 专利文献4中公开了增强板的制造方法，所述增强板由热塑性树脂构成且形成具 有空隙部的结构，对于利用该制造方法得到的增强板而言，认为通过将2片具有隆起凸部 的片材彼此粘合一体化，能够容易地实现厚壁化，但由于仅由热塑性树脂形成，所以凸部的 强度低，认为对结构体整体赋予面负荷时，不能维持本来的形态。
[0007] 已知对所述专利文献2~4的成型体施加弯曲应力时，形成如下应力分布，即应力 从中央面（中性轴）向两表面变为最大，认为上述可形成缺陷的粘合面、强度弱的肋条的根 部存在于成型体的表面附近时，成为使成型体的机械特性下降的原因。
[0008] 专利文献1 :专利第4862913号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开2008-230235号公报
[0010] 专利文献3 :日本特开平6-39861号公报
[0011] 专利文献4 :日本特开昭49-67962号公报
【发明内容】
[0012] 鉴于这样的现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种即使施加弯曲应力 也不易破坏、并且刚性及轻质性优异的具有中空结构的纤维增强树脂成型体。另外，本发明 的另一目的在于提供一种容易形成该成型体的制造方法。
[0013] 用于解决上述问题的本发明提供了一种成型体，其是第1构件（I)和第2构件 (II)经一体化而形成的，所述第1构件（I)由具有面形状的表层部及具有突起形状的芯材 部构成，第1构件（I)是由增强纤维（al)和基体树脂（a2)构成的纤维增强树脂（A)，增强 纤维（al)横跨表层部和芯材部而存在，横跨地存在的增强纤维（al)在表层部和芯材部的 边界面以400根/mm 2以上存在，增强纤维（al)的数均纤维长度Ln为1mm以上，所述成型 体具有由芯材部形成的中空结构。
[0014] 以往，具有夹层结构的成型体是如下形成的，即，将金属、纤维增强树脂等刚性高 的材料作为表皮材料配置在最外层，将发泡体、蜂窝结构体等轻质性高的材料作为芯材夹 入中心部，一体化而形成，通常已知对所述一体化成型体施加弯曲应力时，应力从中央面 (中性轴）向最外层变为最大。不同种材料不容易粘合，该不同种材料之间的粘合部在成型 体中可能成为虚弱部，因此，认为上述的粘合部存在于成型体的最外层侧时成为使成型体 的机械特性下降的原因。
[0015] 然而，本发明中，由纤维增强树脂（A)(其由增强纤维（al)和基体树脂（a2)构成） 构成表层部和芯材部，因此，在这些部位之间不存在粘合部，并且数均纤维长度Ln为1mm以 上的增强纤维（al)在表层部和芯材部的边界面以400根/mm 2以上有效地跨越存在，由此 形成刚性更高的芯材部，所以即使在负荷弯曲应力时，也能维持高刚性。
[0016] 对于本发明的成型体而言，优选的是，芯材部中，下述的增强纤维（al)的二维取 向角OrS10~80度。增强纤维以这样的状态存在于芯材部，由此对于外力显示各向同 性的物性，能够提高成型体的设计自由度。
[0017] 对于本发明的成型体而言，优选的是，在第1构件（I)中，下述的表层部和芯材部 的均质度为70%以上。通过为这样的状态，可以避免表层部或芯材部的任一方极端地未被 纤维增强的状态，可以提高成型体整体的刚性。
[0018] 对于本发明的成型体而言，优选的是，在横跨表层部及芯材部存在的增强纤维 (al)中，跨越芯材部的纤维长度Lr(ym)和跨越表层部的纤维长度Lf(ym)的长度的关系 为Lr彡Lf的情况下，使用下述的式⑴计算的纤维长度比率Lp为30~50%，为Lr > Lf 的情况下，使用下述的式（2)计算的纤维长度比率Lp为30~50%，并且，跨越芯材部的纤 维长度LrUm)和跨越表层部的纤维长度LfUm)的长度关系为Lr SLf的情况，使用下 述的式（3)计算的纤维增强度Fr为10以上，为Lr > Lf的情况下，使用下述的式（4)计算 的纤维增强度Fr为10以上。增强纤维以上述的纤维长度比率横跨表层部及芯材部存在 时，在增强纤维的中央部附近存在表层部和芯材部的边界面，芯材部牢固地形成于表层部， 能有效地增强芯材部的根部。另外，为上述的纤维增强度时，在各部分存在具有增强纤维长 度较长的增强纤维，能牢固地增强芯材部及表层部。
[0019] 对于本发明的成型体而言，优选芯材部的投影面积相对于表层部的投影面积为 5~80%。通过以上述比例存在芯材部，能够同时实现成型体的刚性及轻质性。
[0020] 对于本发明的成型体而言，优选的是，第2构件（II)为具备具有与第1构件（I)同 样的突起形状的芯材部的构件。通过使用上述构件，可以容易地增加成型体的厚度，提高刚 性，并且可以提高轻质性。另外，能够将可能成为虚弱部的粘合部配置在中央面（中性轴） 附近，可以进一步提高成型体的刚性。
[0021] 对于本发明的成型体而言，优选由构成第1构件（I)的突起形状形成的中空结构 的最大投影面的形状、或由构成第2构件（II)的突起形状形成的中空结构的最大投影面的 形状为选自圆形、椭圆形、菱形、正三角形、正方形、长方形及正六边形中的至少一种形状。 通过有规则地排列上述的形状，可以使成型体整体显示均质的特性。从上述观点出发，更优 选由构成第1构件（I)的突起形状形成的中空结构的最大投影面的形状、及由构成第2构 件（II)的突起形状形成的中空结构的最大投影面的形状均为选自圆形、椭圆形、菱形、正 三角形、正方形、长方形及正六边形中的至少一种形状。
[0022] 对于本发明的成型体而言，优选其最大厚度为3