本发明涉及一种纤维强化树脂中空体及其制造方法。
背景技术
包括热固性树脂的纤维强化树脂中空体用于如流体输送领域、建筑领域、汽车领域等各种领域。特别是在汽车领域，纤维强化树脂中空体被期待将来成为取代金属材料的材料。
作为这样的纤维强化树脂中空体，专利文献1公开了一种用于安装汽车部件的加强件(矩形管)。在上述技术中，如果使用让强化用纤维沿与轴向(长度方向)平行的方向取向的轴向取向纤维层，则会出现纤维层就像竹子沿其纤维方向断裂那样的破坏现象，所以不仅需要提高轴向上的强度而且需要提高周向上的强度。
专利文献1：日本公开专利公报特开平8-282333号公报
技术实现要素：
－发明所要解决的技术问题－
本发明的发明人等发现了下述情况：在纤维强化树脂中空体中，即使将轴向取向纤维层和周向取向纤维层一起使用，也无法得到足够高的强度，其中，所述周向取向纤维层是使强化用纤维沿与周向的平行的方向取向的纤维层。具体而言，例如，如图6中以垂直于轴向的截面示意图所示，即使在轴向取向纤维层101的内侧和外侧这两侧形成周向取向纤维层102、103，也无法获得足够高的强度。在该技术中，如图6所示，相邻的纤维层处于用端部102a、103a的端面彼此对接的状态，因此所述端部成为破坏起点而中空体容易发生破坏。
本发明以提供一种具有足够高的强度的纤维强化树脂中空体及其制造方法为目的。
－用以解决技术问题的技术方案－
在此所公开的技术涉及一种纤维强化树脂中空体，所述纤维强化树脂中空体具有：轴向取向纤维层，其包括相对于该纤维强化树脂中空体的轴向平行地取向的强化用纤维；以及非轴向取向纤维层，其层叠在该轴向取向纤维层的内侧和外侧中的至少一侧，并且包括取向方向与该轴向取向纤维层不同的强化用纤维，所述非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿该纤维强化树脂中空体的周向相互重叠。
－发明的效果－
本公开技术的纤维强化树脂中空体具有足够高的强度。
附图说明
图1示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图2示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图3示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图4示出本公开技术的纤维强化树脂中空体的一例的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图5示出利用拉挤成型法的制造装置的一例的结构简图，该制造装置用于制造本公开技术的纤维强化树脂中空体。
图6示出现有技术的纤维强化树脂中空体的垂直于轴向的垂直截面示意简图。
图7a是用于说明使用实施例和比较例的试样而进行的弯曲试验的方法的图。
图7b是用于说明使用实施例和比较例的试样而进行的弯曲试验的方法的图。
图7c是用于说明使用实施例和比较例的试样而进行的弯曲试验的方法的图。
图8是示出实施例和比较例的试样的形状和尺寸的图。
图9是示出用于实施例和比较例的试样中的材料的表。
图10a是用于说明比较例1的试样的结构的图。
图10b是用于说明实施例1的试样的结构的图。
图10c是用于说明实施例2的试样的结构的图。
图10d是用于说明实施例3的试样的结构的图。
图11是示出实施例1～3和比较例1的试样的破坏载荷的柱状图。
图12是示出实施例1～3和比较例1的试样的弯曲模量的柱状图。
具体实施方式
下面，参照附图对本公开技术的实施方式进行详细的说明。以下对优选的实施方式的说明在本质上仅为示例而已，并没有意图对本公开技术、本公开技术的应用对象或其用途加以限制。
[纤维强化树脂中空体]
使用附图对本公开技术的纤维强化树脂中空体进行详细的说明。要注意的是：在附图中示出的各种要素仅是为了便于理解本公开技术而示意性地示出的，尺寸比、外观等有可能与实物不同。需要说明的是，本说明书中直接或间接使用的“上下方向”相当于与附图中的上下方向相对应的方向。除非有特别的记载，在这些附图中同一符号表示同一部件、同一部位、同一尺寸或同一区域。
本公开技术的纤维强化树脂中空体(以下有时简称为“中空体”)是一种具有细长形状的固化树脂浸渗体。即是一种呈具有中空形状的细长的成形体，包括含有强化用纤维的纤维层和浸渗到该纤维层中且固化的固化树脂。在本说明书中，中空体的长度方向称为“轴向”。
(纤维层)
在本公开技术的中空体中，含有强化用纤维的纤维层至少包括轴向取向纤维层，并且还包括层叠在该轴向取向纤维层的内侧和外侧中的至少一侧的非轴向取向纤维层。例如，图1中所示的本公开技术的中空体10具有轴向取向纤维层1、层叠在该轴向取向纤维层1的内侧的非轴向取向纤维层2和层叠在该轴向取向纤维层1的外侧的非轴向取向纤维层3，不过，只要在该轴向取向纤维层1的内侧和外侧中的至少一侧具有非轴向取向纤维层即可。从中空体的强度的观点出发，中空体10优选至少在轴向取向纤维层1的内侧具有非轴向取向纤维层，更优选在内侧和外侧两侧都具有非轴向取向纤维层。在本说明书中，有时将层叠在轴向取向纤维层1的内侧的非轴向取向纤维层称为“内侧非轴向取向纤维层”，并且在图1中用符号“2”表示。有时将层叠在轴向取向纤维层1的外侧的非轴向取向纤维层称为“外侧非轴向取向纤维层”，并且在图1中用符号“3”表示。
轴向取向纤维层1是指主要包括相对于中空体的轴向(长度方向)平行地取向的强化用纤维的纤维层，在本公开技术中，轴向取向纤维层1优选为仅由相对于中空体的轴向平行地取向的强化用纤维构成的纤维层。该优选的轴向取向纤维层并不一定需要仅由相对于中空体的轴向严格平行地取向的强化用纤维构成，而只要是所含的强化用纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的强化用纤维相对于中空体的轴向大致平行地取向即可。在此，大致平行意味着也允许包括相对于中空体的轴向在±10°的范围内的方向。
作为构成轴向取向纤维层1的强化用纤维能够使用至今已在纤维强化塑料的领域使用的任何纤维，能够列举出例如玻璃纤维、碳纤维等。构成轴向取向纤维层1的强化用纤维优选是玻璃纤维。构成轴向取向纤维层的强化用纤维的粗纱(玻璃纤维束)通常是达到500～5000tex(g/1km)的范围内的粗纱即可。并不妨碍轴向取向纤维层1包括除强化用纤维之外的纤维，但优选的是：所含的纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的纤维是强化用纤维。
具体而言，轴向取向纤维层1例如可以是粗纱(玻璃纤维束)的层，优选，构成该轴向取向纤维层的玻璃纤维的数量在中空体的周向上是均匀的。中空体的周向意味着绕该中空体的相对于轴向垂直的垂直截面一周的周向。
根据中空体所需要具有的强度和尺寸来决定轴向取向纤维层1的纤维量即可。例如，当将中空体用作支承并固定汽车仪表板的部件(尺寸为3～10cm×3～10cm的方筒部件)时，每1m长的该中空体的轴向取向纤维层1所含的纤维量通常为50～1000g/m。
非轴向取向纤维层2、3可以是包括取向方向与轴向取向纤维层1不同的强化用纤维的任何纤维层。取向与轴向取向纤维层1不同意味着该非轴向取向纤维层所含的强化用纤维的取向方向是相对于轴向取向纤维层1的强化用纤维的取向方向非平行的特定方向(例如，中空体的周向)，或者是不限于任何特定方向的方向(例如是随机取向)。需要说明的是，随机取向包括没有规则的随机取向和有规则的随机取向。
与构成轴向取向纤维层1的强化用纤维一样，构成非轴向取向纤维层2、3的强化用纤维能够分别独立地使用至今已在纤维强化塑料的领域使用的任何纤维，能够列举出例如玻璃纤维、碳纤维等。构成非轴向取向纤维层2、3的强化用纤维优选是玻璃纤维。构成非轴向取向纤维层2、3的强化用纤维的直径在与轴向取向纤维层中的强化用纤维的直径相同的范围内。并不妨碍非轴向取向纤维层2、3包括除强化用纤维之外的纤维，但优选的是：所含的纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的纤维为强化用纤维。
根据中空体所需要具有的强度和尺寸来分别独立地决定非轴向取向纤维层2、3的单位面积重量即可。例如，当将中空体用作支承并固定汽车仪表板的部件(尺寸为3～10cm×3～10cm的方筒部件)时，该中空体的非轴向取向纤维层2、3的单位面积重量通常分别为10～1000g/m2，优选为100～500g/m2。
轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与非轴向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率通常为100：20～100：200，从中空体的强度的观点出发，优选为100：30～100：150，更优选为100：50～100：120。非轴向取向纤维层中的所有强化用纤维是指内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3中的所有强化用纤维。
具体而言，非轴向取向纤维层2、3可以分别是从例如由周向取向纤维层，无取向纤维层、机织物纤维层、编结物纤维层和针织物纤维层组成的群中选出的纤维层。
周向取向纤维层是指包括相对于中空体的周向平行地取向的强化用纤维的纤维层，在本公开技术中，优选为仅由相对于中空体的周向平行地取向的强化用纤维构成的纤维层。该优选的周向取向纤维层并不一定需要仅由相对于中空体的周向严格平行地取向的强化用纤维构成，而只要是所含的强化用纤维的95质量％以上，优选98质量％以上的强化用纤维相对于中空体的周向大致平行地取向即可。在此，大致平行意味着也允许包括相对于中空体的周向在±10°的范围内的方向。
作为周向取向纤维层的具体示例，例如，优选使用所谓的帘状强化用纤维片。帘状强化用纤维片是如下所述的纤维片，即：将多个强化用纤维束(例如，每束为8～120根强化用纤维)沿相对于一个方向(例如，中空体的周向)平行的方向大致等间隔地排列后，用连结线边将各束捆扎起来，边沿相对于该一个方向垂直的方向将所有的束连结起来而形成的纤维片。连结线可以是由热塑性聚合物形成的线，也可以是由强化用纤维形成的线。构成周向取向纤维层的强化用纤维的粗纱(玻璃纤维束)通常是达到100～1000tex(g/1km)的范围内的粗纱即可。
无取向纤维层是指包括不沿任何特定方向取向的强化用纤维(例如，无规则地随机取向的强化用纤维)的纤维层。作为无取向纤维层能够列举出例如由强化用纤维形成的无纺布层和由强化用纤维形成的含周向取向纤维的无纺布层。
作为无纺布层，例如，优选使用由强化用纤维形成的所谓的短切原丝毡(choppedstrandmat)。强化用纤维的短切原丝毡可以是将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维用粘合剂树脂结合而制得的无纺布层。作为由强化用纤维形成的含周向取向纤维的无纺布层中的无纺布层的短切原丝毡可以是将已切断的强化用纤维随机地缝合到上述帘状强化用纤维片上而形成的短切原丝毡。粘合剂通常包括热塑性聚合物。
含周向取向纤维的无纺布层也可以是如下所述的复合纤维层，即：将沿相对于中空体的周向平行的方向取向的多个强化用纤维束(周向取向纤维束)(例如，每束为8～120根强化用纤维)大致等间隔地结合到上述的由强化用纤维形成的无纺布上而制作的复合纤维层。含周向取向纤维的无纺布层还可以是如下所述的复合纤维层，即：将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维随机地缝合并固定到上述帘状强化用纤维片上而制作的复合纤维层。作为含周向取向纤维的无纺布层，例如，优选使用短切原丝毡帘。短切原丝毡帘是指将切成纤维长度为6～66mm的强化用纤维随机地缝合到上述帘状强化用纤维片上而形成的复合毡。缝合线可以是由热塑性聚合物形成的线，也可以是由强化用纤维形成的线。无纺布层中的所有强化用纤维与作为周向取向纤维的所有强化用纤维的质量比率通常为100：20～100：200，从中空体的强度的观点出发，优选为100：30～100：150，更优选为100：50～100：120。
机织物纤维层可以是包括构成机织组织的强化用纤维的任何纤维层，作为机织组织能够列举出例如平纹组织、斜纹组织、缎纹组织、双重组织等。机织物纤维层的强化用纤维有规则地随机取向。
编结物纤维层可以是包括构成编结物组织的强化用纤维的任何纤维层。编结物纤维层的强化用纤维有规则地随机取向。
针织物纤维层可以是包括构成针织物组织的强化用纤维的任何纤维层，作为针织物组织能够列举出例如编织(knit)组织等。针织物纤维层的强化用纤维有规则地随机取向。
在本公开技术中，非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿周向相互重叠。即，如图1所示，在中空体的相对于轴向垂直的垂直截面(以下有时简称为“垂直截面”)中，在非轴向取向纤维层2的端部的接合处，一端部跃到另一端部上而形成出重叠部4a；在非轴向取向纤维层3的端部的接合处，一端部跃到另一端部上而形成出重叠部4b。重叠部在中空体的轴向上是连续。由此，中空体能够获得足够高的强度。如果在端部处没有形成重叠部，则该端部会成为破坏起点，比较容易发生破坏。
非轴向取向纤维层也可以像图1中的内侧非轴向取向纤维层2那样，沿中空体的周向为一整体，未被分割，且该非轴向取向纤维层的端部在该纤维层本身的端部处相互重叠，而形成重叠部4a。在图1中，内侧非轴向取向纤维层2的端部在该内侧非轴向取向纤维层2本身的端部处相互重叠，在周向上形成出一个重叠部4a。
非轴向取向纤维层还可以像图1中的外侧非轴向取向纤维层3那样，沿中空体的周向被分割成两个以上的纤维层，且该两个以上的纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，而形成重叠部4b。在图1中，外侧非轴向取向纤维层3沿中空体的周向被分割成四个纤维层，且该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，总共形成出四个重叠部4b。
如图1所示，中空体10的垂直截面呈正方形状，但并不限于此，只要中空即可。作为中空体10的垂直截面形状的具体示例，能够列举出例如矩形形状、圆形状、椭圆形状、五边以上的多边形状、以及它们的复合形状等。矩形形状的概念中包括正方形状和长方形形状等任何方形形状。在将中空体用于汽车上时，从易于安装各种部件的观点出发，采用矩形形状，特别是采用正方形形状是优选的。
重叠部的形成位置不受特别限制。
在中空体的垂直截面例如呈矩形形状或多边形状的情况下，从提高外观设计性的观点出发，优选，在上述形状的角部附近，非轴向取向纤维层3的端部在该非轴向取向纤维层3的端部处相互重叠。这是因为在上述形状中，角部使得重叠不那么显眼。因此，在中空体的垂直截面是矩形形状或多边形状的情况下，从与上述观点相同的观点出发，优选：如图1中的外侧非轴向取向纤维层3那样，非轴向取向纤维层沿中空体的周向在角部附近被分割成两个以上的纤维层(特别是2～4个纤维层)。其结果是，该两个以上(特别是2～4个)的纤维层中相邻的纤维层的端部在角部附近且在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，而在角部附近形成出重叠部4b。需要说明的是，角部附近意味着：在垂直截面中，角部的顶部与重叠部之间的距离在5mm以内，例如，如图1中的重叠部4b那样，该距离优选为0mm。
从利用中空体的中空部进行输送的观点出发，内侧非轴向取向纤维层2特别是构成中空体的最内侧表面的非轴向取向纤维层优选沿中空体的周向为一整体，未被分割，且该纤维层2的端部在该纤维层2本身的端部处相互重叠。
垂直截面上的重叠部分的重叠宽度t不受特别限制，只要能够获得本公开技术的效果的重叠宽度即可，例如，当中空体的尺寸为d时，通常为0.01×d～0.5×d，优选为0.1×d～0.2×d。当中空体的垂直截面呈矩形形状时，中空体的尺寸d是指垂直截面中的外周总长度/4。当中空体的垂直截面呈圆形状时，中空体的尺寸d是指垂直截面中的外径。当中空体的垂直截面呈椭圆形状时，中空体的尺寸d是指垂直截面中的(长径+短径)/2。当中空体的垂直截面呈多边形状时，中空体的尺寸d是指在将该形状视为面积与该形状相等的圆时的外径。
在本公开技术中，并非要在非轴向取向纤维层的所有端部处都形成有重叠部，而只要在垂直截面上的至少一处，如上所述那样非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿周向相互重叠即可。从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选在中空体的垂直截面上的所有端部处形成有重叠部。
通过后述的弯曲试验得到的中空体10的破坏载荷(n)的值(平均值)根据中空体10的各层的材料比例等而发生变化，且并没有特别限制。但从具有足够高的强度的观点出发，破坏载荷(n)的值(平均值)优选在8000n以上且30000n以下，更优选在9000n以上且20000n以下，特别优选在10000n以上且15000n以下。
通过后述的弯曲试验得到的中空体10的弯曲模量(gpa)的值(平均值)根据中空体10的各层的材料比例等而发生变化，且并没有特别限制。但从具有良好的加工性的观点出发，弯曲模量(gpa)的值(平均值)优选在18gpa以上且50gpa以下，更优选在24.5gpa以上且40gpa以下，特别优选在25gpa以上且30gpa以下。
需要说明的是，就上述的破坏载荷和弯曲模量的值而言，优选破坏载荷的值落在上述范围内，但从获得既具有较高强度又具有良好的可加工性的中空体10的观点出发，更优选上述的破坏载荷和弯曲模量双方的值落在上述范围内。
(图2的实施方式)
下面，对本公开技术所涉及的其它实施方式进行详细的说明。需要说明的是，在以下实施方式的说明中，给与图1的实施方式相同的部分标注相同的符号，并省略详细的说明。
在图1中，非轴向取向纤维层2、3(内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3)都由一种纤维层构成，但也可以如图2所示的那样分别独立地由两种以上的纤维层构成。也就是说，非轴向取向纤维层2、3也可以分别包括：从例如由上述的周向取向纤维层、无取向纤维层、机织物纤维层、编结物纤维层和针织物纤维层组成的群中选出的两种以上的纤维层。在此情况下，只要是轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与所有非轴向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率在上述范围内即可。就图2中的中空体而言，内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3双方的非轴向取向纤维层由两种以上的纤维层构成，但也可以只有一方的非轴向取向纤维层由两种以上的纤维层构成。
除非有特别的记载，图2中的中空体10a与图1中的中空体相同。例如，就图2中的中空体10a而言，除了内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3双方的非轴向取向纤维层由两种以上的纤维层构成以外，其它都与图1中的中空体一样。具体而言，图2中所示的中空体10a的垂直截面呈矩形形状，该中空体10a具有：轴向取向纤维层1，层叠在该轴向取向纤维层1的内侧的第一内侧非轴向取向纤维层21a和第二内侧非轴向取向纤维层22a、以及层叠在该轴向取向纤维层1的外侧的第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a。在图2中，轴向取向纤维层1与上述轴向取向纤维层1相同。第一内侧非轴向取向纤维层21a、第二内侧非轴向取向纤维层22a、第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a分别独立地从与上述的非轴向取向纤维层2、3相同的范围进行选择即可。
在非轴向取向纤维层包括两种以上纤维层的情况下，也并非要在非轴向取向纤维层的所有端部处都形成有重叠部，而只要在垂直截面上的至少一处，非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿周向相互重叠即可。特别是在非轴向取向纤维层包括两种以上纤维层的情况下，优选：就每个纤维层而言，在至少一处，该非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿周向相互重叠。从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选在中空体的垂直截面上的所有端部处形成有重叠部。除非有特别的记载，构成非轴向取向纤维层的各纤维层中的重叠部的形成位置、重叠宽度t、分割形式及中空体的垂直截面形状等，与非轴向取向纤维层由一种的纤维层构成的上述情况相同。
例如，优选，第一内侧非轴向取向纤维层21a、第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a的端部分别在纤维层21a、31a、32a各自的端部处沿周向相互重叠，但从进一步提高中空体的强度的观点出发，如图2所示，更优选，所述纤维层21a、31a、32a沿中空体的周向分别在角部附近被分割成四个纤维层。其结果是，第一内侧非轴向取向纤维层21a、第一外侧非轴向取向纤维层31a和第二外侧非轴向取向纤维层32a各自的该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，四个重叠部4b形成在角部附近。优选内侧非轴向取向纤维层的最内层，即第二内侧非轴向取向纤维层22a的端部也在该第二内侧非轴向取向纤维层22a的端部处沿周向相互重叠，不过，从利用中空体的中空部进行输送的观点出发，更优选如图2所示的那样中空体沿周向为一整体，未被分割，且该纤维层22a的端部在该纤维层22a本身的端部处相互重叠。
在非轴向取向纤维层包括两种以上的纤维层的情况下，从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选，非轴向取向纤维层(内侧非轴向取向纤维层2和外侧非轴向取向纤维层3中的至少一方，优选双方)包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层。这是因为：这样一来，与无取向纤维层相邻的周向取向纤维层的强化用纤维就容易相对于周向平行地取向，从而中空体的强度进一步提高。例如，如图2所示，优选，非轴向取向纤维层2、3分别包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层。
在非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层的情况下，在中空体10的最表面上，即在中空体10的最外侧表面上和最内侧表面上布置无取向纤维层和周向取向纤维层中的任一方都可以。需要说明的是，从提高外观设计性的观点出发，优选，无取向纤维层布置在中空体的最表面上。此时，最表面的无取向纤维层优选与周向取向纤维层相邻。通过将无取向纤维层布置在最表面上，模具对周向取向纤维层的直接影响就减轻，并且在与该无取向纤维层相邻的周向取向纤维层中，强化用纤维更容易相对于周向平行地取向，从而中空体的外观设计性提高。这里，无取向纤维层布置在中空体的最表面上意味着：无取向纤维层在内侧非轴向取向纤维层2中布置在中空体的最内侧表面上，或者无取向纤维层在外侧非轴向取向纤维层3中布置在中空体的最外侧表面上。例如，优选：如图2所示，第一内侧非轴向取向纤维层21a和第一外侧非轴向取向纤维层31a是周向取向纤维层，第二内侧非轴向取向纤维层22a和第二外侧非轴向取向纤维层32a是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。此外，例如，在后述的用图3示出的优选实施方式中，第四内侧非轴向取向纤维层24b优选是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。此外，例如，在后述的用图4示出的优选实施方式中，第四外侧非轴向取向纤维层34c优选是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。需要说明的是，中空体中纤维层的布置情况是在假定不存在固化树脂下的布置情况。
特别是，当含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层布置在中空体的最表面上时，优选地，该含周向取向纤维的无纺布层中的无纺布层布置在中空体的最表面上。即，该含周向取向纤维的无纺布层更优先以下述方式加以使用，该方式为：在内侧非轴向取向纤维层2中，无纺布层布置在中空体的最内侧表面上；在外侧非轴向取向纤维层3中，无纺布层布置在中空体的最外侧表面上。这是因为：这样一来，在相邻的周向取向纤维层中强化用纤维就容易相对于周向平行地取向，从而中空体的外观设计性进一步提高。例如，在图2中，作为第二内侧非轴向取向纤维层22a的含周向取向纤维的无纺布层优选以其无纺布层布置在中空体的最内侧表面上的方式加以使用。作为第二外侧非轴向取向纤维层32a的含周向取向纤维的无纺布层优选以其无纺布层布置在中空体的最外侧表面上的方式加以使用。此外，例如，在后述的用图3示出的优选实施方式中，作为第四内侧非轴向取向纤维层24b的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最内侧表面上的方式加以使用。此外，例如，在后述的用图4示出的优选实施方式中，作为第四外侧非轴向取向纤维层34c的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最外侧表面上的方式加以使用。
当含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层布置在中空体的最表面以外的位置上时，该含周向取向纤维的无纺布层可以以其无纺布层朝向轴向取向纤维层1一侧的方式加以使用，或者也可以以其无纺布层朝向与轴向取向纤维层1相反一侧的方式加以使用。
可以连续地布置两层以上的无取向纤维层。
在非轴向取向纤维层包括两层以上的周向取向纤维层的情况下，可以连续地布置两层以上的周向取向纤维层，或者也可以在它们之间布置无取向纤维层。
在非轴向取向纤维层包括一层以上的周向取向纤维层和一层以上的无取向纤维层的情况下，轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与周向取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率通常为100：1～100：100，从中空体的强度的观点出发，优选为100：10～100：100，更优选为100：20～100：80，进一步优选为100：30～100：70。周向取向纤维层中的所有强化用纤维是指构成中空体的所有周向取向纤维层中所含的所有强化用纤维，当使用含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层时，也包括构成该含周向取向纤维的无纺布层中所含的周向取向纤维的强化用纤维。
在与此相同的情况下，轴向取向纤维层中的所有强化用纤维与无取向纤维层中的所有强化用纤维的质量比率通常为100：10～100：100，从中空体的强度的观点出发，优选为100：10～100：70，更优选为100：20～100：50。无取向纤维层中的所有强化用纤维是指构成中空体的所有无取向纤维层中所含的所有强化用纤维，当使用含周向取向纤维的无纺布层作为无取向纤维层时，包括构成该含周向取向纤维的无纺布层中所含的无纺布层的强化用纤维，但不包括构成该含周向取向纤维的无纺布层中的周向取向纤维的强化用纤维。
非轴向取向纤维层包括两种以上纤维层的情况下的另外实施方式示于图3和4中。从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选上述图2的实施方式和后述的图3的实施方式，更优选图2的实施方式。
(图3的实施方式)
图3中所示的中空体10b的垂直截面呈矩形形状，该中空体10b具有：轴向取向纤维层1、层叠在该轴向取向纤维层1的内侧的第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b、第三内侧非轴向取向纤维层23b和第四内侧非轴向取向纤维层24b。在图3中，轴向取向纤维层1与上述轴向取向纤维层1相同。第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b、第三内侧非轴向取向纤维层23b和第四内侧非轴向取向纤维层24b分别独立地从与上述的非轴向取向纤维层2、3相同的范围内进行选择即可。
在本实施方式中，第二内侧非轴向取向纤维层22b和第三内侧非轴向取向纤维层23b分别独立地优选为周向取向纤维层。
第一内侧非轴向取向纤维层21b并没有特别的限定，例如是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
第四内侧非轴向取向纤维层24b优选为无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
作为第一内侧非轴向取向纤维层21b的含周向取向纤维的无纺布层可以以无纺布层与第二内侧非轴向取向纤维层22b接触的方式加以使用，或者也可以以无纺布层与轴向取向纤维层1接触的方式加以使用。从作为第三内侧非轴向取向纤维层23b的周向取向纤维层的取向的观点出发，作为第四内侧非轴向取向纤维层24b的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最内侧表面上的方式加以使用。
在本实施方式中，也只要在垂直截面上的至少一处，非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿周向相互重叠即可，不过，从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选，第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b和第三内侧非轴向取向纤维层23b分别如图3所示那样沿中空体的周向在角部附近被分割成四个纤维层。作为其结果，第一内侧非轴向取向纤维层21b、第二内侧非轴向取向纤维层22b和第三内侧非轴向取向纤维层23b各自的该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，四个重叠部4b形成在角部附近。
在本实施方式中，从利用中空体的中空部进行输送的观点出发，优选，第四内侧非轴向取向纤维层24b沿中空体的周向为一整体，未被分割，且该纤维层24b的端部在该纤维层24b本身的端部处相互重叠。
(图4的实施方式)
图4中所示的中空体10c的垂直截面呈矩形形状，该中空体10c具有：轴向取向纤维层1、层叠在该轴向取向纤维层1的外侧的第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c。在图4中，轴向取向纤维层1与上述轴向取向纤维层1相同。第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c分别独立地从与上述的非轴向取向纤维层2、3相同的范围内进行选择即可。
在本实施方式中，第二外侧非轴向取向纤维层32c和第三外侧非轴向取向纤维层33c分别独立地优选为周向取向纤维层。
第一外侧非轴向取向纤维层31并没有特别的限定，例如是无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
第四外侧非轴向取向纤维层34c优选为无取向纤维层，特别是含周向取向纤维的无纺布层。
作为第一外侧非轴向取向纤维层31c的含周向取向纤维的无纺布层可以以无纺布层与第二外侧非轴向取向纤维层32c接触的方式加以使用，或者也可以以无纺布与轴向取向纤维层1接触的方式加以使用。从作为第三外侧非轴向取向纤维层33c的周向取向纤维层的取向的观点出发，作为第四外侧非轴向取向纤维层34c的含周向取向纤维的无纺布层优选以无纺布层布置在中空体的最外侧表面上的方式加以使用。
在本实施方式中，也只要在垂直截面上的至少一处，非轴向取向纤维层的端部在该非轴向取向纤维层的端部处沿周向相互重叠即可，不过，从进一步提高中空体的强度的观点出发，优选，第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c分别如图4所示那样沿中空体的周向在角部附近被分割成四个纤维层。作为其结果，优选，第一外侧非轴向取向纤维层31c、第二外侧非轴向取向纤维层32c、第三外侧非轴向取向纤维层33c和第四外侧非轴向取向纤维层34c各自的该四个纤维层中相邻的纤维层的端部在该相邻的纤维层的端部处沿周向相互重叠，四个重叠部4b形成在角部附近。
(其他材料)
本公开技术的中空体包括上述纤维层以及浸渗到该纤维层中的固化树脂。作为固化树脂，能够使用至今已用于纤维强化树脂中空体的任何固化树脂。作为固化树脂的具体示例，能够列举出例如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂等热固化树脂。
让固化树脂中包括所谓的催化剂、脱模剂、颜料、低收缩剂、硅烷偶联剂等添加剂，加以使用。
(尺寸)
本公开技术的中空体可以具有任何厚度，根据用途适当地确定即可。本公开技术的中空体的厚度例如为1～20mm，特别为1～10mm，优选为1～3mm。中空体的厚度是指中空体的壁厚。
本公开技术的中空体可以具有任何外周长度，根据用途适当地确定即可。本公开技术的中空体的外周长度例如为125～300mm。中空体的外周长度是指中空体的垂直截面中的外周长度。当中空体的垂直截面形状呈矩形形状时的一边的长度以及当中空体的垂直截面形状呈圆形状时的直径均不受特别限制，例如为45～75mm。
[纤维强化树脂中空体的制造方法]
本公开技术的纤维强化树脂中空体能够利用拉挤成型法制造。如图5详细地示出，在拉挤成型法中，首先，使固化树脂50浸渗到构成轴向取向纤维层1的强化用纤维51中。接着，使构成内侧非轴向取向纤维层2的纤维片(纤维层)52与已浸渗有固化性树脂50的强化用纤维51合流后，还使构成外侧非轴向取向纤维层3的纤维片53与其合流。根据构成内侧非轴向取向纤维层2的纤维层的种类和分割数量适当地调节纤维片52的数量即可。根据构成外侧非轴向取向纤维层3的纤维层的种类和分割数量适当地调节纤维片53的数量即可。然后，边使这些纤维和纤维片布置成在垂直截面中实现规定的层结构，边由引导部件54引导这些纤维和纤维片，使已浸渗到强化用纤维51中的固化树脂进一步浸渗到纤维片52和纤维片53中后，将其从模具55的一端侧拉进来。此时，纤维片52和纤维片53由引导部件54调节，使得该纤维片52的端部在该纤维片52的端部处相互重叠，并使得该纤维片53的端部在该纤维片53的端部处相互重叠。在模具55中，通过加热使固化树脂充分固化，以获得纤维强化树脂中空体10。所获得的纤维强化树脂中空体10由回收装置56(例如，采用双夹持方式)从模具55连续地回收，进行用切割机57切割成规定长度等后处理。
实施例
接下来，对具体实施的实施例进行说明。
(弯曲试验)
根据以下方法，对实施例和比较例所涉及的纤维强化树脂中空体的试样进行三点弯曲试验，计算了每个试样的破坏载荷和弯曲模量。
具体而言，如图7a所示，将后述的长度为1400mm的试样(纤维强化树脂中空体)10以800mm的支承间距k设置在“u”字形承受台61上。然后，使用试验夹具62经由围绕部件(“u”字形夹具)11对试样10的中央部分以20mm/分的十字头速度施加载荷，直至发生破坏为止。然后，测量受到载荷的中央部分的垂直移动量，即十字头的垂直移动量和载荷值。之后，根据上述的垂直移动量和载荷值计算每个试样的破坏载荷和弯曲模量。需要说明的是，图7b示出沿图7a中的b-b剖开的截面，图7c示出沿图7a中的c-c剖开的截面。
围绕部件11是由钢制成的，其厚度(t1＝t2＝t3)(参照图7b)为10mm，围绕深度(h1＝h2)(参照图7b)为38.8mm，轴向长度(j)(参照图7a)为100mm。对试样10和围绕部件11没有进行用螺栓等的连结。
需要说明的是，在弯曲试验中，对具有相同结构的四批试样进行试验，得到每批的破坏载荷和弯曲模量的计算值，然后求出从每批得到的共四个计算值的平均值，将该平均值用作每个试样的破坏载荷和弯曲模量的值。
(试样)
基于上述的纤维强化树脂中空体的制造方法制作了实施例和比较例的中空体的试样。图8示出试样的形状和尺寸。需要说明的是，图8中的数值以mm为单位。
图9示出用于实施例和比较例的试样中的材料。
比较例1和实施例1～3的试样d-1、d-2、d-3、d-4的结构以及通过上述弯曲试验得到的破坏载荷和弯曲模量的结果示于表1、表2、图10a～图10d、图11、图12。
[表1]
[表2]
如表2、图11和图12所示，就破坏载荷和弯曲模量双方的值而言，与没有重叠部的比较例1的试样d-1相比，形成有重叠部的实施例1～3的试样d-2～d-4均获得了良好的结果。
对实施例1～3的试样d-2～d-4的各个值进行比较后得知：就破坏载荷的值而言，与仅在下部形成了重叠部的实施例1的试样d-2相比，在所有端部形成了重叠部的实施例2(d-3)和实施例3(d-4)获得了更良好的结果。而且，与使最内侧表面的纤维层在四个角部相互重叠的实施例2(d-3)相比，最内侧表面的纤维层1制作成一个纤维层的实施例3(d-4)获得了好一些的结果。需要说明的是，就弯曲模量的值而言，实施例1(d-2)和实施例2(d-3)几乎没有差距，实施例3(d-4)的值比实施例1及实施例2的值良好一些。
接下来，对于图2～图4中所示的纤维强化树脂中空体10，按照表3和表4中所示的结构制作了试样后，通过上述弯曲试验，得到了表4中所示的破坏载荷和弯曲模量的结果。
[表3]
[表4]
在表3中，复合层a由图9中的一层“带针脚的帘毡”构成，并且被构成为毡层实现在表3中记载的布置情况。帘层a由图9中的一层“s2帘”构成。粗纱层a由图9中的“粗纱”构成。需要说明的是，如表4所示，实施例4～6的试样的材料比例与表2中所示的实施例1～3和比较例1的材料比例不同。
实施例4的试样的结构如下：非轴向取向纤维层布置在轴向取向纤维层的内侧和外侧这两侧。实施例5、6的试样的结构如下：非轴向取向纤维层布置在轴向取向纤维层的内侧和外侧中的任一侧。由此得知：就破坏载荷和弹性模量双方的值而言，与实施例5、6的试样相比，实施例4的试样能够得到更良好的值。
综上所述，根据本公开技术，能够提供一种具有足够高的强度的纤维强化树脂中空体。
－产业实用性－
本公开技术的纤维强化树脂中空体作为在流体输送领域、建筑领域、汽车领域等各种领域使用的各种部件很有用。本公开技术的纤维强化树脂中空体作是用于直接或间接地支承并固定汽车仪表板的部件特别有用。作为上述部件能够列举出：例如，在汽车领域的车辆横梁、中间构件、制动踏板侵入防止支架，前围板支架，转向支架上部或转向支架下部等。
－符号说明－
1轴向取向纤维层
2非轴向取向纤维层
3非轴向取向纤维层
4a、4b重叠部
10、10a、10b、10c纤维强化树脂中空体
21a、21b第一内侧非轴向取向纤维层
22a、22b第二内侧非轴向取向纤维层
23b第三内侧非轴向取向纤维层
24b第四内侧非轴向取向纤维层
31a、31c第一外侧非轴向取向纤维层
32a、32c第二外侧非轴向取向纤维层
33c第三外侧非轴向取向纤维层
34c第四外侧非轴向取向纤维层