TWI579144B - A molded body having a hollow structure and a method of manufacturing the same - Google Patents

A molded body having a hollow structure and a method of manufacturing the same Download PDF

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TWI579144B
TWI579144B TW102147444A TW102147444A TWI579144B TW I579144 B TWI579144 B TW I579144B TW 102147444 A TW102147444 A TW 102147444A TW 102147444 A TW102147444 A TW 102147444A TW I579144 B TWI579144 B TW I579144B
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Takashi Fujioka
Atsuki Tsuchiya
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Toray Industries
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Description

具有中空結構之成形體及其製造方法
本發明係有關於具有中空結構之採用纖維強化樹脂的成形體。
採用纖維強化樹脂(FRP)的夾層結構體或中空結構體，其作為可確保力學特性同時可提升輕量性的結構體，在航空器或汽車等輸送機器用途、耐震補強材料等建築物結構用途上，近年來已廣泛使用於需要薄壁性的個人電腦等電氣‧電子機器之殼體等。
專利文獻1中揭示一種可獲得力學特性等向性優良之形狀複雜的成形品之預浸體，該技術被視為有用於對積層成形品非適合的薄型成形品，惟，專利文獻1雖有一般的凸條(rib)形狀相關記載，但其中所揭示之成形品由於未形成強度及剛性優良的凸條形狀，從而可能有缺乏抵抗外力的部分。
專利文獻2中揭示一種夾層結構體，其配置有纖維強化材料，該材料係以形成具空隙部位之結構而成的輕量性芯材、於該芯材兩面呈連續的強化纖維及基質樹脂所構成；該技術被視為有用於獲得薄壁且輕量、剛性高的成形體，惟，在該夾層結構體中，芯材與纖維強化材料係黏著而成一體，致黏著面成為不同材料彼此間 的界面，因此在成形體可能存有缺陷部分。
專利文獻3中揭示一種由表皮層與纖維補強樹脂層構成的表皮一體成形品，該技術被視為在「透過使補強纖維朝二維方向配向而成的樹脂層存在於表皮層與補強纖維朝三維方向配向而成的樹脂層之間，可容易地形成凸條等之複雜形狀，且於表面可減少孔隙之影響」方面屬有用者，惟存在於形成有凸條之樹脂層的補強纖維之纖維長極短，未能有效將凸條等加以補強。又經由成形過程，有補強纖維之配向呈雜亂之虞，可能生成外力抵抗性較弱的方向。
專利文獻4中揭示一種熱塑性樹脂構成，且形成具空隙部之結構而成的補強板之製造方法；依此製造方法所得補強板，藉由將2片具有***凸部的片材彼此予以黏著成一體，茲認為可容易地達到厚壁化，惟因其僅包含熱塑性樹脂，凸部之強度低，茲認為對結構體全體施予面負載時無法維持原本的形態。
當對此等專利文獻2~4之成形體施加彎曲應力時，已知係形成由中央面(中立軸)向兩表面應力達最大的分布，可能造成此種缺點的黏著面或強度較弱的凸條之根部存在於成形體之表面附近，茲認為係造成成形體之機械特性降低的原因。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4862913號公報
[專利文獻2]日本特開2008-230235號公報
[專利文獻3]日本特開平6-39861號公報
[專利文獻4]日本特開昭49-67962號公報
鑑於前述習知技術所具問題，本發明目的在於提供一種縱使施加彎曲應力亦不易破壞，且剛性及輕量性優良的具有中空結構之纖維強化樹脂成形體。又本發明其他目的在於提供一種容易形成該成形體之製造方法。
供解決上述課題的本發明係提供一種成形體，其係由具面形狀之表層部及具突起形狀之芯材部構成的第1構件(I)、與第2構件(II)一體化而成的成形體，其中第1構件(I)係由強化纖維(a1)與基質樹脂(a2)所構成的纖維強化樹脂(A)，強化纖維(a1)係橫跨表層部與芯材部而存在，橫跨存在的強化纖維(a1)在表層部與芯材部之邊界面係存在400根/mm2以上，強化纖維(a1)之數量平均纖維長Ln為1mm以上；該成形體係具有藉芯材部而形成之中空結構。
向來，具有夾層結構之成形體係一種以金屬或纖維強化樹脂等剛性高的材料作為表皮材料配置於最外層，並以發泡體或蜂巢結構體等輕量性高的材料作為芯材夾住中心部，再予以一體化而成的成形體；當對此等一體化成形體施加彎曲應力時，眾所皆知係由中央面( 中立軸)向最外層，應力達最大。由於不同材料間不易黏著，且該不同材料彼此之黏著部在成形體可能形成較弱部分，故而，茲認為此種黏著部存在於成形體之最外層側係造成成形體之機械特性降低的原因。
然，本發明中，由於係由強化纖維(a1)與基質樹脂(a2)所構成的纖維強化樹脂(A)來構成表層部及芯材部，因此，此等部位之間不存在黏著部，且數量平均纖維長Ln為1mm以上之強化纖維(a1)在表層部與芯材部之邊界面以400根/mm2以上有效地跨越存在，以此可形成剛性更高的芯材部，從而，縱使施予彎曲應力時，仍可維持高剛性。
本發明之成形體中，在芯材部，後述強化纖維(a1)之二維配向角θr較佳為10~80度。強化纖維以此種狀態存在於芯材部，對於外力便顯示等向性之物性，能夠提高成形體的設計自由度。
本發明之成形體中，在第1構件(I)，後述表層部與芯材部之均質度較佳為70%以上。予以形成此種狀態，可避免表層部或芯材部任一者未極端地被纖維強化之狀態，能夠提高成形體全體之剛性。
本發明之成形體中，在橫跨表層部與芯材部而存在的強化纖維(a1)，較佳為，就跨越芯材部之纖維長度Lr(μm)與跨越表層部之纖維長度Lf(μm)的長度關係，若Lr≦Lf時，使用後述式(1)計算所得纖維長度比率Lp為30~50%；若Lr>Lf時，使用後述式(2)計算所得纖維長度比率Lp為30~50%，且就跨越芯材部之纖維長度 Lr(μm)與跨越表層部之纖維長度Lf(μm)的長度關係，若Lr≦Lf時，使用後述式(3)計算所得纖維補強度Fr為10以上；若Lr>Lf時，使用後述式(4)計算所得纖維補強度Fr為10以上。強化纖維以此種纖維長度比率橫跨表層部及芯材部而存在，於強化纖維中央部附近即存在表層部與芯材部之邊界面，芯材部強固地形成於表層部，而能夠有效地補強芯材部之根部。再者，予以形成此種纖維補強度，於各部分即存在有較長強化纖維長的強化纖維，而能夠強化芯材部及表層部之補強。
本發明之成形體中，芯材部之投影面積相對於表層部之投影面積較佳為5~80%。芯材部以此種比例存在，便可兼具成形體之剛性及輕量性。
本發明之成形體中，較佳為第2構件(II)係包括具有與第1構件(I)同樣之突起形狀的芯材部的構件。藉由使用此種構件，可容易地增加成形體之厚度，得以提高剛性並提升輕量性。又可以將可能成為較弱部分的黏著部配置於中央面(中立軸)附近，而能夠進一步提高成形體之剛性。
本發明之成形體中，較佳為以構成第1構件(I)之突起形狀所形成的中空結構的最大投影面之形狀、或以構成第2構件(II)之突起形狀所形成的中空結構的最大投影面之形狀係選自包含圓形、橢圓形、菱形、正三角形、正方形、長方形及正六角形之群組中的至少1種形狀。藉由將此類形狀規則性排列，成形體全體可顯示均質特性。基於所述觀點，更佳為以構成第1構件(I)之突起 形狀所形成的中空結構的最大投影面之形狀、及以構成第2構件(II)之突起形狀所形成的中空結構的最大投影面之形狀均為選自包含圓形、橢圓形、菱形、正三角形、正方形、長方形及正六角形之群組中的至少1種形狀。
本發明之成形體，其最大厚度較佳為3.0mm以下。根據具此種厚度之成形體，可滿足成形體之薄壁性。
本發明之成形體，其比重較佳為1.0以下。予以形成此種比重，可滿足成形體之輕量性。
本發明之成形體，其構成第1構件(I)之突起形狀之高度、或構成第2構件(II)之突起形狀之高度較佳為2.0mm以下。予以形成此種高度，可維持輕量性，同時可滿足成形體之薄壁性。基於所述觀點，更佳為構成第1構件(I)之突起形狀之高度、及構成第2構件(II)之突起形狀之高度均為2.0mm以下。
本發明之成形體中，較佳為強化纖維(a1)呈不連續且以單纖維隨機分散。藉由呈此種分散狀態，可成形力學特性等向性優良之形狀複雜的成形體。
本發明之成形體中，強化纖維(a1)較佳為碳纖維。藉由使用此種強化纖維，可兼具輕量性及高剛性。
本發明之成形體中，基質樹脂(a2)較佳為選自包含聚醯胺樹脂、聚丙烯樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯硫樹脂及聚醚醚酮樹脂之群組中的至少1種熱塑性樹脂。透過選擇此類熱塑性樹脂，可獲得因應成形 性及用途的成形體。
本發明另提供一種一體化成形品，其係接合本發明之成形體、與由其他結構構件所構成的第3構件(III)而成。
本發明再提供一種一體化成形品，其係本發明成形體為面板，第3構件(III)具有外框部分，且面板與外框部分作成一體的一體化成形品，其係用於電氣‧電子機器、辦公室自動化機器、家電機器、醫療機器、汽車零件、航空器零件、或建材。
再者，供解決上述課題之本發明係提供一種成形體之製造方法，其係前述本發明之成形體之製造方法，其中在製得第1構件(I)時，係對包含後述濃度參數p為2×104以上1×108以下的纖維強化樹脂層(X)、與濃度參數p為1×101以上且為纖維強化樹脂層(X)之濃度參數的0.1倍以下的纖維強化樹脂層(Y)之預形體，利用供形成具突起形狀之芯材部的具有凹形狀的模具及與其對向的對向模具進行壓製成形。
本發明之成形體之製造方法中，在製得第1構件(I)時，藉由使用包含濃度參數處於特定範圍的複數個纖維強化樹脂層的預形體，即容易賦予形狀，成形體之設計自由度高，可容易獲得視目的所需之成形體。此外，濃度參數係表示纖維干擾程度之指標，濃度參數愈小則纖維強化樹脂層愈容易流動。
本發明之成形體之製造方法中，預形體較佳為積層纖維強化樹脂層(X)與纖維強化樹脂層(Y)而成。 藉由積層流動性相異之樹脂層，設計自由度獲提升，容易適材適所地配設功能性相異的纖維強化樹脂。
根據本發明，藉著強化纖維橫跨表層部與芯材部之邊界面而存在，可形成具高補強效果之突起形狀的芯材部，且藉由具備此種芯材部，外力生成時可減少成較弱部分的接合面及/或使其存在於中央面，因此可獲得作為成形體之高剛性。又由於係藉芯材部形成中空結構，剛性得以維持，並能夠獲得可滿足輕量性的成形品。
1‧‧‧具面形狀之表層部
2‧‧‧具突起形狀之芯材部
3‧‧‧第1構件(I)
4‧‧‧第2構件(II)
5‧‧‧成形體
6‧‧‧芯材部與表層部之邊界面
7‧‧‧橫跨邊界面而存在的強化纖維
8‧‧‧存在於表層部的強化纖維
9‧‧‧存在於芯材部的強化纖維
10‧‧‧強化纖維單絲(l)
11‧‧‧強化纖維單絲(m)
12‧‧‧強化纖維單絲(n)
13‧‧‧強化纖維單絲(o)
14‧‧‧強化纖維單絲(p)
15‧‧‧強化纖維單絲(q)
16‧‧‧強化纖維單絲(r)
17‧‧‧二維配向角
18‧‧‧不鏽鋼製篩網
19‧‧‧強化纖維
20‧‧‧存在於表層部之纖維長度Lf
21‧‧‧存在於芯材部之纖維長度Lr
22‧‧‧突起形狀
23‧‧‧突起形狀
24‧‧‧空隙
25‧‧‧具有凹形狀之模具(六角形)
26‧‧‧空隙部形狀為正六角形之第1構件(I)
27‧‧‧外框部
28‧‧‧凸起凸條部
29‧‧‧鉸鏈部
30‧‧‧一體化成形品
31-1~31-8‧‧‧纖維束
32-1、32-2‧‧‧流動單元
33‧‧‧單纖維
34‧‧‧纖維束
35‧‧‧纖維強化樹脂層
36‧‧‧具有凹槽之模具
37‧‧‧芯材部之投影面積
38‧‧‧表層部之投影面積
39‧‧‧研磨機
40‧‧‧切細強化纖維
41‧‧‧分散介質
42‧‧‧分散槽
43‧‧‧攪拌機
44‧‧‧開***栓
45‧‧‧抄造槽
46‧‧‧網孔輸送帶
47‧‧‧輸送帶
48‧‧‧連續碳纖維預浸體
49‧‧‧尼龍6樹脂薄膜
50‧‧‧預形體
51‧‧‧超音波熔接機
52‧‧‧具有凹形狀之模具(四角形)
53‧‧‧具有凹形狀之模具(圓)
54‧‧‧可動側成形模具
55‧‧‧固定側成形模具
56‧‧‧射出成形機
57‧‧‧長纖維強化尼龍樹脂粒
58‧‧‧表皮材料
59‧‧‧芯材
A‧‧‧纖維強化樹脂
d0‧‧‧單纖維之直徑
h0‧‧‧表層部厚度
hr‧‧‧芯材部之高度
Rb‧‧‧流動單元之寬度
Rh‧‧‧流動單元之高度
t‧‧‧成形體的厚度
第1圖係表示本發明之成形體(一部分，省略第2構件(II)之表面)之一例的示意立體圖。
第2圖係表示橫跨表層部與芯材部之邊界面而存在的強化纖維的示意剖面圖。
第3圖係表示纖維強化樹脂中強化纖維之分散狀態之一例的示意圖。
第4圖係表示纖維強化樹脂之二維配向角測定所使用的燒除治具之一例的示意圖。
第4圖(a)係燒除前之狀態。
第4圖(b)係燒除後之狀態。
第5圖係表示橫跨表層部與芯材部之邊界面而存在的強化纖維的示意剖面圖。
第6圖係表示中空結構(自A方向觀視第1圖所示成形 體)之一例的示意剖面圖。
第7圖係表示中空結構之投影面積之一例的示意圖。
第8圖係表示表層部之投影面積及芯材部之投影面積之一例的示意立體圖。
第9圖係表示中空結構的最大投影面形狀之一例的示意圖。
第10圖係表示中空結構的最大投影面形狀之一例的示意圖。
第11圖係表示芯材部形狀之一例的示意剖面圖。
第12圖係具凹形狀之模具的示意圖及示意剖面圖。
第13圖係表示表層部與芯材部一體化而成的第1構件(I)之一例的示意立體圖。
第14圖係表示成形體與第3構件(III)一體化而成的一體化成形品之一例的示意立體圖。
第15圖係以纖維束分散之強化纖維的示意圖。
第16圖係用以說明在本發明中視為「纖維束」之判斷基準的示意圖。
第17圖係用以說明在本發明中，構成流動單元之單纖維的根數之測定方法的示意圖。
第18圖係表示纖維強化樹脂層之一例的示意立體圖。
第19圖係表示纖維強化樹脂層之積層狀態之一例的示意立體圖。
第20圖係用以說明芯材部之投影面的模具的示意圖。
第21圖係第1構件(I)之表層部之投影面的示意圖。
第22圖係用以說明強化纖維數量之評定方法的示意立體圖。
第23圖係表示自成形體切出表層部(a)與芯材部(b)之試樣之一例的示意立體圖。
第24圖係表示製造抄紙基材之裝置之一例的示意圖。
第25圖係表示實施例之連續碳纖維預浸體的積層構造之一例的示意立體圖。
第26圖係表示用以將實施例之第1構件(I)與第2構件(II)一體化的積層構造之一例的示意立體圖。
第27圖係表示將實施例5之第1構件(I)與第2構件(II)一體化之手法的示意圖。
第28圖係實施例6之空隙部形狀呈四角形之沖壓成形模具(stamping mold)的示意圖。
第29圖係實施例7之空隙部形狀呈圓形之沖壓成形模具的示意圖。
第30圖係表示供獲得實施例12之一體化成形品之手法的示意圖。
第31圖係積層比較例1之表層部與蜂巢心(honeycomb core)的示意立體圖。
[實施發明之形態]
以下，就本發明之成形體，利用圖式更詳細地加以說明。惟，本發明不限定於圖式所載之發明。
本發明之成形體乃如第1圖所示由具面形狀之表層部與具突起形狀之芯材部構成的第1構件(I)、與第2構件(II)一體化而成，具有藉芯材部而形成之中空結構之成形體。
第1構件(I)係以由強化纖維(a1)與基質樹脂(a2)構成的纖維強化樹脂(A)所形成。
本發明中，就強化纖維(a1)而言，由於要求成形體之輕量化或高剛性化，特佳為比彈性模數、比強度優良的碳纖維。作為強化纖維，除碳纖維以外，還可採用玻璃纖維、醯胺纖維、硼纖維、PBO纖維、高強力聚乙烯纖維、氧化鋁纖維及碳化矽纖維等纖維，此等纖維可混合2種以上使用。又，此等強化纖維可實施過表面處理。作為表面處理，可列舉金屬之被覆處理、使用偶合劑之處理、使用上漿劑之處理、添加劑之附著處理等。
作為強化纖維之形態，可採用如朝一方向整束之長纖維、單一纖維束(tow)、織物、針織物(knit)、不織布、氈(mat)、編帶(braid)等纖維結構物。一方向預浸體因其纖維方向一致、纖維彎曲較少，致纖維方向的強度利用率高而較佳。此外，若將複數個單方向預浸體以適當的層構造積層後作為纖維基材使用，可自由控制各方向的彈性模數、強度而較佳。就織物預浸體而言，亦可得到強度、彈性模數之異向性較少的材料而較佳。使用多種預浸體，諸如單方向預浸體與織物預浸體兩者，亦可形成纖維基材。
本發明中，重要的是此等強化纖維橫跨表層部與芯材部而存在。此處所稱「表層部」，係指第1圖所示構成第1構件(I)3的1之部位(具面形狀之表層部)。此處所稱「芯材部」，係指第1圖所示構成第1構件(I)3的2之部位(具突起形狀之芯材部)。此處所稱「橫跨」，係指如第2圖所示以1根強化纖維貫穿表層部與芯材部之邊界面等形式存在之狀態；強化纖維得以直線、彎曲或畫圓弧的狀態存在。且藉著後述的隨機分散存在，強化纖維即繁複地交叉，能更有效地補強芯材部。此處所稱「邊界面」，係指具面形狀之表層部1與具突起形狀之芯材部2相交所形成的邊界面6。舉例言，第23圖所示之表層部1與芯材部2相交的塗黑處係成為邊界面6。
此橫跨表層部與芯材部而存在的強化纖維，在表層部與芯材部之邊界面存在400根/mm2以上亦屬重要者。該強化纖維之數量較佳為700根/mm2以上，更佳為1000根/mm2以上。就該強化纖維之數量，基於補強表層部與芯材部之邊界面觀點，係愈多愈佳，惟基於剛性與輕量性之兼有及成形性觀點，較佳為10000根/mm2以下。強化纖維之數量少於400根/mm2時，對芯材部之補強效果變低，偶有因外力致使具突起形狀之芯材部自根部破裂的情形。
又本發明之強化纖維(a1)之數量平均纖維長Ln為1mm以上亦屬重要者。此纖維長Ln較佳為2mm以上，更佳為3mm以上。就纖維長Ln之上限，如纖維長過長時恐有損及成形性之虞，故較佳為30mm以下，更佳為 15mm以下。
此等強化纖維之形態當中，較佳為強化纖維呈不連續且以單纖維隨機分散。此處所稱「隨機分散」，係指以後述方法所測得的隨機配向角之平均值處於10~80度之範圍內。該隨機配向角較佳為20~70度，更佳為30~60度，係以接近理想角度45度為佳。隨機配向角之平均值小於10度或大於80度時，係指強化纖維保持束狀地大量存在，非僅力學特性降低，尚有損及等向性、或無法忽略厚度方向之強化纖維而造成積層步驟中的經濟負擔增加的情形。
於此，就強化纖維單絲(l)及與強化纖維單絲(l)交叉之強化纖維單絲(m)所夾的隨機配向角，採第3圖說明之。第3圖係就隨機分散之強化纖維(a1)之一例，自面方向僅觀察強化纖維時表示強化纖維之分散狀態的示意圖。著眼於強化纖維單絲10，強化纖維單絲10係與強化纖維單絲11~16交叉。此處「交叉」，係指在觀察的平面上所著眼的強化纖維單絲(l)與其他強化纖維單絲(m)相交所觀察到的狀態。於此，對於實際的纖維強化樹脂，強化纖維10與強化纖維11~16未必有相接觸之必要。隨機配向角茲定義為交叉的2根強化纖維單絲所形成之2個角度當中0度以上90度以下的角度17。
具體而言，作為由纖維強化樹脂測定隨機配向角之平均值的方法，可例示如自纖維強化樹脂表面觀察強化纖維之配向的方法。此時，藉由對纖維強化樹脂表面進行研磨使纖維露出，即更容易觀察強化纖維而較 佳。又可例示對纖維強化樹脂照光，利用穿透光來觀察強化纖維之配向的方法。此時，藉由將纖維強化樹脂切薄，即更容易觀察強化纖維而較佳。更者，還可例示對纖維強化樹脂以X射線CT進行穿透觀察並拍攝強化纖維之配向影像的方法。若為X射線穿透性高的強化纖維時，於強化纖維中預先混合追蹤用纖維、或者對強化纖維預先塗布追蹤用藥劑，即更容易觀察強化纖維而較佳。
基於作業簡便性觀點，較佳為去除樹脂後再觀察強化纖維之配向以防破壞強化纖維結構的方法，舉例來說如第4圖(a)所示，可將成形體夾於2片不鏽鋼製篩網(mesh)間，且為防成形體錯動而用螺絲等加以固定後將樹脂成分燒除或溶解，再對所得強化纖維(第4圖(b))以光學顯微鏡或電子顯微鏡進行觀察而測定。
本發明中，隨機配向角之平均值係依以下程序(1)、(2)進行測定。
(1)測定與相對隨意選擇的強化纖維單絲(l)(第3圖之強化纖維單絲10)交叉的所有強化纖維單絲(第3圖之強化纖維單絲11~16)之隨機配向角之平均值。與強化纖維單絲(l)交叉的強化纖維單絲存在多數時，可代用任意選擇、測定的20根交叉之強化纖維單絲的平均值。
(2)著眼於其他的強化纖維單絲重複上述(1)之測定合計5次，算出其平均作為隨機配向角之平均值。
作為基質樹脂，可採用選自後述熱硬化性樹脂之群組中的熱硬化性樹脂、或選自後述熱塑性樹脂之群組中的熱塑性樹脂。
本發明中，作為基質樹脂(a2)，可採用如以下所例示的熱硬化性樹脂，可理想使用不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、環氧樹脂、酚(甲酚型)樹脂、尿素‧三聚氰胺樹脂、聚醯亞胺樹脂等。尚可應用此等之共聚物、改質體、及/或摻合有此等的2種以上之樹脂等。
又，本發明中，作為基質樹脂(a2)，可採用如以下所例示的熱塑性樹脂，可為聚對酞酸乙二酯(PET)樹脂、聚對酞酸丁二酯(PBT)樹脂、聚對酞酸丙二酯(PTT)樹脂、聚萘二甲酸乙二酯(PENp)樹脂、液晶聚酯等聚酯系樹脂、聚乙烯(PE)樹脂、聚丙烯(PP)樹脂、聚丁烯樹脂等聚烯烴樹脂、苯乙烯系樹脂、胺甲酸酯樹脂，此外還可為聚甲醛(POM)樹脂、聚醯胺(PA)樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)樹脂、聚氯乙烯(PVC)樹脂、聚苯硫(PPS)樹脂、聚苯醚(PPE)樹脂、改質PPE樹脂、聚醯亞胺(PI)樹脂、聚醯胺醯亞胺(PAI)樹脂、聚醚醯亞胺(PEI)樹脂、聚碸(PSU)樹脂、改質PSU樹脂、聚醚碸(PES)樹脂、聚酮(PK)樹脂、聚醚酮(PEK)樹脂、聚醚醚酮(PEEK)樹脂、聚醚酮酮(PEKK)樹脂、聚芳酯PAR)樹脂、聚醚腈(PEN)樹脂、酚系樹脂、苯氧基樹脂、聚四氟乙烯等氟系樹脂、此等之共聚物、改質體、及摻合有2種以上之樹脂等。特別是基於耐熱性、耐藥品性觀點，PPS樹脂或PEEK樹脂可更佳地用作為基質樹脂(a2)；基於成形體外觀、尺寸穩定性觀點，聚碳酸酯樹脂可更佳地用作為基質樹脂(a2)；基於成形體之強度、耐衝擊性觀點，聚醯胺樹脂或聚酯樹脂可更佳地用作為 基質樹脂(a2)，而基於輕量性觀點，聚丙烯樹脂則可更佳地用作為基質樹脂(a2)。
上述群組所例示之熱硬化性樹脂及熱塑性樹脂中，於無損本發明目的之範圍內，還可添加彈性體或者橡膠成分等的耐衝擊性提升劑、其他填充材料或添加劑。作為此等之實例，可列舉無機填充材料、難燃劑、賦導電性劑、晶核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、制振劑、抗菌劑、防蟲劑、防臭劑、著色防止劑、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、消泡劑、或者偶合劑。
構成本發明之成形體的第1構件(I)中，表層部與芯材部之均質度較佳為70%以上。此處所稱「均質度」，係指存在於芯材部的強化纖維之重量填充率相對存在於表層部的強化纖維之重量填充率的比例。該均質度更佳為80%以上，理想比例為100%，即存在於表層部與芯材部的強化纖維之重量填充量愈均等愈佳。均質度低於70%時，在芯材部強化纖維未充分填充，而在成形體成為較弱部分，使得成形體之剛性降低。
在橫跨本發明之表層部及芯材部而存在的強化纖維(a1)，較佳為後述纖維長度比率Lp為30~50%，且後述纖維補強度為10以上。此處所稱「纖維長度比率」，係指相對某長度之強化纖維，自表層部與芯材部之邊界面跨越各部分之長度中較短的強化纖維之存在長度的比。此時，跨越芯材部之纖維長度Lr與跨越表層部之纖維長度Lf的長度關係，若Lr≦Lf時，使用下式(1)；若為 Lr>Lf時，則使用下式(2)。
纖維長度比率更佳為40%以上，愈接近50%愈佳，「50%」係指強化纖維及表層部與芯材部之邊界面在強化纖維的中央相交之意，可有效地補強芯材部。又此處所稱「纖維補強度」，係表示跨越表層部或芯材部之強化纖維的長度，與纖維長度比率同樣，係就跨越表層部或芯材部之強化纖維的長度較短者加以評定，若Lr≦Lf時，使用下式(3)；若Lr>Lf時，則使用下式(4)。
就纖維補強度Fr而言，基於有效補強觀點，較佳為20以上，尤佳為50以上。就纖維補強度而言，基於成形性觀點較佳為500以下。其值低於10時，表示跨越表層部或芯材部任一者的強化纖維之長度較短，未能有 效補強芯材部。如第5圖所示，對於橫跨表層部與芯材部之邊界面6而存在的任意選擇的1根強化纖維，測定自邊界面6向芯材部存在的長度Lr之長度，並以同樣方法，測定自邊界面6向表層部存在的長度Lf之長度。纖維長可採與前述二維配向角之觀察方法同樣的方法加以觀察而測定。
在使用具有如此以強化纖維補強之芯材部的第1構件(I)的成形體中，由於形成未因彎曲等的外力而折彎的芯材部，可提高成形體全體之剛性。對於芯材部之補強程度，可以藉由測定後述的芯材部之剪切強度來評定。
本發明所稱「中空結構」，係指如第6圖所示具有以第1構件(I)3之表層部、突起形狀22、突起形狀23、第2構件(II)4之表層部所形成的空隙24之結構者，突起形狀有平面或曲面、波狀等，藉此等突起形狀之組合而形成中空結構。又本發明所稱中空結構的「最大投影面」，係指第7圖所示對中空結構投影時所形成的面當中具最大面積的面(第7圖中係指Aa)。本發明所稱「投影面」，係指自第1構件(I)之表層部的垂直方向觀視(第7圖中，自箭號A方向之視點)，以其為基準，使成形體或者第1構件(I)之視點每隔90度旋轉予以平行投影時(第7圖之箭號B或箭號C)的投影面。若為球體等不具平面者時，係以投影面之圓的面積達最大，即直徑達最大的位置的面作為最大投影面。又當存在複數個最大投影面時，則以與假定對成形體施加外力的方向垂直之方向的面作為該中 空結構體的最大投影面。
本發明中，芯材部之投影面積相對於表層部之投影面積，較佳為5~80%，基於剛性與輕量性之兼有觀點，更佳為20~60%之範圍。芯材部之投影面積低於5%時，芯材部容易破損等以致成形體的機械特性降低；大於80%時則空隙部變少，輕量性下降。本發明所稱「表層部之投影面積」及「芯材部之投影面積」，係指從表層部垂直方向觀察，在第8圖中，表層部之投影面積係相當於(a)之斜線部分，芯材部之投影面積則相當於(b)。作為各部位之投影面積的求取方式，可例示用掃描器等將芯材部之表面以影像載入，再進行二元化處理而得到芯材部之面積的方法或利用測微計或卡尺等量測芯材部之寬度或長度而算出的方法、由以芯材部形成的空隙部之面積算出芯材部之面積的方法等。
作為本發明中的第2構件(II)，可採用由熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂構成之構件、由含強化纖維的纖維強化樹脂構成之構件等，而基於成形體之剛性觀點，較佳為包括具有與第1構件(I)同樣之突起形狀之芯材部的構件。藉著接合‧黏著具同樣形狀者彼此間，可使成為較弱部分的接合面存在於成形體之中央面(中立軸)。又可僅以同一構件製作，得以刪減製造構件所需之費用。
以本發明中的突起形狀形成為芯材部的中空結構的最大投影面之形狀，可採用多角形(第9圖(a)記載三角形、(b)記載四角形、(c)記載六角形之例)、正圓形( 第9圖(d)記載)、橢圓形、不規則形、擴展狀(OX)、吊鐘形(可撓性)、對分形(bisect)、羽狀、鑽石形(第10圖(e))、山形斜紋(herring bone)(第10圖(f))、變形+形狀(第10圖(g))、扇形(第10圖(h))、+形狀(第10圖(i))、○與+組合成之形狀(第10圖(j))等任一者，可為1種形狀，亦可混合多種形狀或大小，未特別予以限定。其中，如考量機械強度及量產性，所述形狀較佳為圓形、橢圓形、菱形、正三角形、正方形、長方形、正六角形當中的至少1種形狀。
又作為由芯材高度方向之剖面所觀察的形狀，可例示如第11圖所示僅根部如山麓平野般開展的內圓角(fillet)形狀(a)或對芯材部整體附加傾斜等的錐形(b)。
成形體之突起形狀係以由至少選自前述群組中的強化纖維(a1)與基質樹脂(a2)構成的纖維強化樹脂所形成為佳。以纖維強化樹脂形成突起形狀時，可利用如第12圖所示具有凹形狀之模具，並採用壓製成形或射出成形、RTM成形等成形方法。再者，藉由前述周知方法等，不限於僅形成突起形狀，形成如第13圖所示表層部與芯材部呈一體的形狀，基於成形體之剛性或縮短成形步驟觀點係較佳。
成形體之突起形狀之高度較佳為2.0mm以下，更佳為1.5mm以下，尤佳為1.0mm以下。此處所稱「突起形狀之高度」，係指第6圖所示之高度hr，在第1構件(I)，係指表層部與芯材部之邊界面(第5圖之6)起至芯材 部端點為止的距離(第5圖之2的箭號之長度)。具有此種突起形狀之高度，便可在維持輕量性的狀態下增加成形體之厚度，而能夠提高成形體之剛性。又就突起形狀之高度的下限值而言，基於輕量化及高剛性化觀點，較佳為0.3mm以上，更佳為0.5mm以上，尤佳為0.8mm以上。此外，芯材部之高度hr(mm)相對於芯材部隨附之表層部厚度h0(mm)，係以滿足hr≧3×h0的關係為佳。作為第1構件(I)之表層部厚度h0的測定方法，可例示利用卡尺、測微計、雷射位移計、相機拍攝厚度予以量測之手段等的既有量測手段來測定的方法。作為可簡便且精度良好地測定之方法，較佳為利用測微計，對放置於23℃之溫度環境下10分鐘的成形品之面板部，以約100mm間隔隨意測定的10點平均值作為面板部厚度的方法。就芯材部之高度，其愈高愈可提高成形體之補強效果，故以滿足hr≧3×h0的關係為佳。此外，就芯材部之高度的上限，例如藉由從表層部利用壓製成形於面外使材料流動來形成芯材部時，若表層部厚度較薄，則在芯材部可流動的材料量有其界限，因此，一般而言hr係h0的50倍以下。此外，高度過高的芯材部不易成形，因此，透過設置數個高度較低的芯材部，可滿足成形性與表層部之補強效果。
(成形體)
就本發明之成形體之板厚，基於作為本發明目的之對用途的應用性觀點，其最大厚度較佳為3.0mm以下，更佳為2.0mm以下。此處所稱「最大厚度」，係指第6圖 所示成形體之最大厚度部分的厚度t，不包含刻意賦予凹凸部或突起等的形狀之部分。
本發明之成形體之比重，基於輕量化觀點較佳為1.0以下，更佳為0.8以下。如本發明之具有空隙的成形體之比重，一般而言係指表觀比重(體積比重)，即亦包含存在於成形體內的空隙部之重量及體積的比重。為算出該成形體之比重，係採用JIS-K 7112所記載之A法(水中取代法)算出成形體之表觀體積，而算出表觀比重。此時，若成形體之比重為1.0以下而無法用水實施評定時，可使用乙醇等比重低於1.0的液體作為浸漬液。若將此等水以外的液體作為浸漬液使用時，則需額外測定該浸漬液的密度，可採利用周知之比重計的評定法等加以測定。若比重較低，比重低於1.0，用乙醇等液體亦無法測定時，尚可利用精密天秤等測定成形體之重量，並利用卡尺或測微計測定成形體之長度、寬度及厚度，由測定值進行體積的算出，再將所得成形體之重量除以成形體之體積得到的值作為成形體之比重。
(一體化成形品)
如第14圖所示，本發明之一體化成形品係由前述之成形體及與成形體接合的第3構件(III)所構成。以賦予一體化成形品複雜形狀為目的，成形體係呈例如面形狀，使第3構件(III)形成為相對厚度方向具形狀變化的複雜形狀。面形狀係指如第14圖之成形體所代表，其投影面積的過半部分呈平面形狀或者平緩的曲面形狀。舉例而言，面形狀可形成具有曲率半徑為1000m以內之曲面的 曲面部，此種曲面部可不連續、間歇性地在成形體的一面內存在複數個。於此等面內，亦可形成有曲率半徑為5mm以上的口孔(aperture)。面形狀可組合此等複數個曲面部，使整體呈三維形態。
另一方面，以賦予一體化成形品複雜形狀為目的，第3構件(III)可與成形體作成一體。複雜形狀係指於長、寬、高度各方向伴有厚度變化的形狀，結構上之機構部分、設計上之幾何學形狀部分、甚或刻意形成的突起、凹坑等均包含在內。第14圖之第3構件(III)所代表的框體(外框)部、立壁部、鉸鏈部、凸起凸條部(boss rib)等係相當於此等。第3構件(III)係以採用較成形體在量產性、生產性方面更優良的方法製造為佳。
作為第3構件(III)，係較佳使用選自前述熱硬化性樹脂之群組中的熱硬化性樹脂、或選自前述熱塑性樹脂之群組中的熱塑性樹脂、水泥、混凝土、或者彼等之纖維強化品、木材、金屬材料、紙材等。基於成形性觀點，較佳使用熱塑性樹脂；以提高力學特性為目的，較佳使用纖維強化熱塑性樹脂；又，輕量性差但以進一步提高成形體之力學特性為目的，則較佳使用金屬材料。尤其是，使用熱塑性樹脂中分散有不連續之強化纖維的熱塑性樹脂組成物，可兼具量產性、成形性與輕量性、力學特性而特佳。就此時之強化纖維的摻混比例，若強化纖維為碳纖維時，基於與成形性、強度、輕量性之平衡觀點，相對於熱塑性樹脂組成物，較佳為5~75重量%，更佳為15~65重量%。
本發明之一體化成形品係以使用成形體作為主材料為佳。亦即，較佳為一體化成形品之投影面積的50%以上被成形體所占有，更佳為投影面積的70%以上被成形體所占有。
作為製造本發明之一體化成形品時的一體化手法，可例示如使用黏著劑予以一體化的手法或使用螺桿或螺絲予以一體化的手法。與熱可塑性之構件一體化場合時，較佳採用熱熔接、振動熔接、超音波熔接、雷射熔接、鑲嵌射出成形、外插射出成形等。基於成形週期觀點，較佳使用外插成形、鑲嵌成形。
作為本發明之成形體及使用其而成的一體化成形品之用途、係有例如各種齒輪、各種盒體、傳感器、LED燈、連接器、插座、電阻器、繼電器盒體、開關、繞線管、電容器、光接收器、振盪子、各種端子板、變壓器、插頭、印刷電路板、調準器、揚聲器、麥克風、耳機、小型馬達、磁頭座、動力模組、半導體、顯示器、FDD架座、底盤、HDD、MO、馬達刷支撐器、拋物線型天線、筆記型電腦、行動電話、數位照相機、PDA、可攜式MD、電漿顯示器等電氣或電子機器零件、構件及殼體、電話、傳真機、VTR、影印機、電視、熨斗、吹風機、電鍋、微波爐、音響機器、吸塵器、浴廁用品、雷射磁碟(LASER DISC，註冊商標)、光碟、照明、冰箱、空調設備、打字機、文字處理機等所代表之家庭或事務製品電件、構件及殼體、鋼珠電動玩具、投幣式機器、遊戲機等遊戲或娛樂製品零件、構件及殼體、顯微 鏡、望遠鏡、照相機、鐘錶等光學機器、精密機器相關零件、構件及殼體、X射線卡匣等醫療用途、馬達零件、連接器端子設備、交流連接器、IC調整器、光學影音設備用電位計基座、懸吊零件、排氣閥等各種閥、燃料相關排氣系統或是吸氣系統各種管件、入口噴嘴通氣管、入口集合管、各種臂、各種框架、各種鉸鏈、各種軸承、燃料泵、汽油槽、CNG槽、引擎冷卻水接頭、汽化器主體、汽化器隔離件、排氣傳感器、冷卻水傳感器、油溫傳感器、制動器摩擦墊傳感器、節流閥位置傳感器、曲柄軸位置傳感器、空氣流動計、制動器摩擦墊磨耗傳感器、空調用熱柱基座、暖氣溫風流體控制閥、散熱馬達用刷支撐器、水泵葉輪、渦輪葉片、雨刷馬達相關零件、配電盤、起動裝置開關、起動裝置繼電器、傳輸用束線、車窗洗滌器噴嘴、空調板開關基板、燃料相關電磁閥用線圈、保險絲用連接器、電池盤、AT托座、頭燈支撐器、踏板套、方向盤、門樑、保護裝置、底盤、框架、扶手、喇叭端子設備、步進電動機、燈座、燈反射器、燈殼體、制動活塞、噪音遮蔽器、散熱器支撐器、備用輪胎蓋、座椅框架、螺線形繞線器、引擎油過濾器、點火裝置盒、車身下部護板、防擦板、車柱裝飾帶、推進器軸、車輪、擋泥板、裝飾帶、保險桿、保險桿橫樑、引擎蓋、氣體零件、升降踏板、通風百葉窗、車頂、儀表板、阻流板及各種模組等汽車、摩托車相關零件、構件及外板、飛機起落架吊輪、翼片、阻泥板、散熱片(edge)、舵、升降舵、減阻裝置、翼肋等航空器相關 零件、構件及外板、各種球拍、高爾夫球桿柄、遊艇、小船、滑雪用品、釣竿、自行車等運動相關零件、構件及人造衞星相關零件、鑲板等建築材料用途等。
上述中，以使用於要求輕量且高剛性之個人電腦、顯示器、行動電話、行動資訊終端設備等電氣‧電子機器、辦公室自動化機器、家電機器、醫療機器、汽車零件、航空器零件或建材用途為較佳。尤其是，將本發明成形體使用於上述用途中面狀部較多的殼體頂面(頂板)，可充分發揮薄壁、輕量、高剛性且耐衝擊性之特徵而較佳。
眾所皆知，纖維強化樹脂其流動性係因強化纖維或者樹脂的種類、形態、配置、摻混比例等而異。為藉由成形使具凸條等突起形狀之芯材部形成，較佳使用流動性高的纖維強化樹脂，而為使具面形狀之表層部形成，基於確保等向性觀點，較佳使用流動性低的纖維強化樹脂，以防均勻的纖維強化樹脂流動。如此，係依照欲使其流動的部位與不欲使其流動的部位來選擇纖維強化樹脂，惟作為判斷其流動性大小之基準，以下例示出數個。
於此，本發明中，係將包含構成第1構件(I)之纖維強化樹脂的片狀纖維強化樹脂稱作「纖維強化樹脂層」。對於片狀纖維強化樹脂層，不特別限定，就其較佳形態係於後述。
首先，可舉出由纖維強化樹脂之表觀黏度來比較流動性大小的方法。纖維強化樹脂之表觀黏度愈高 ，愈缺乏流動性。作為該表觀黏度之測定方法，可列舉熔融流動率、流變儀等。第2個可舉出由纖維之干擾程度來比較流動性大小的方法。熔融樹脂所含之強化纖維彼此間的干擾愈大，愈受其他強化纖維之局束，強化纖維的自由度愈小，從而纖維干擾程度愈大的纖維強化樹脂愈缺乏流動性。第3個可舉出由纖維強化樹脂之伸長率來比較流動性大小的方法。此處所稱「伸長率」，係指對加熱至熔點以上的圓盤形狀纖維強化樹脂層進行壓製成形，並以百分比表示其按壓前後的纖維強化樹脂層之面積比者。纖維強化樹脂之伸長率愈小，愈缺乏流動性。
上述之纖維強化樹脂之流動性的判定方法當中，於本發明中係利用纖維干擾及伸長率來進行纖維強化樹脂之流動性的比較。首先，茲就作為纖維干擾大小之判斷指標的濃度參數p加以說明。
本發明所使用之纖維強化樹脂的「濃度參數」係指纖維干擾程度之指標，係為由強化纖維之摻混量、纖維長、纖維徑、構成流動單元之單纖維的根數等所決定之參數，以下式(5)表示。於此，n為纖維強化樹脂每單位面積(1mm2)所含之由強化纖維構成的流動單元數、h為纖維強化樹脂層之厚度(mm)、Ln為強化纖維之數量平均纖維長(mm)。
更者，纖維強化樹脂每單位面積(1mm2)所 含之由強化纖維構成的流動單元數n可由下式(6)導出。此處，Wf為纖維強化樹脂所含之強化纖維之單位面積重(g/m2)、d0為單纖維徑(μm)、Ln為強化纖維之數量平均纖維長(mm)、ρf為強化纖維之密度(g/cm3)、k為流動單元之平均集束數。此處所稱「流動單元」係指由強化纖維構成的1個集合體或者單元體，舉例來說如第3圖所示，若為呈單絲分散的強化纖維時，單纖維的每1根係分別作為流動單元；若如第15圖所示之SMC等強化纖維以纖維束存在時，其一個個纖維束即作為流動單元。於此，若為纖維束時，茲利用第16圖作為視作1個流動單元的判斷基準來說明。由某強化纖維構成的纖維束及與其相鄰之單纖維或纖維束所夾之角的角度為5°以下且實質上彼等間彼此相鄰的情況係視為1個纖維束，即1個流動單元；屬除此之外者則予以視為個別的流動單元。
針對濃度參數導出所使用的各參數，以下詳細加以說明。於此，以下所示濃度參數導出所使用的纖維強化樹脂層相關之各參數係以加熱前之纖維強化樹脂層為前提來計算。其原因在於，就此前提有藉由對纖維強化樹脂層加熱，使例如添加有發泡劑的纖維強化樹脂層膨脹而發生體積變化、或藉由加熱使熱塑性樹脂熔融，由此局束獲解除的強化纖維恢復彈性而發生彈回的情 況；因此等伴有體積變化，實質之強化纖維與熱塑性樹脂的摻混比例在加熱前後即使相同，仍應排除所得濃度參數相異的問題。因此，纖維強化樹脂層實質上為無孔，係以樹脂完全含浸的狀態來計算。
首先，就平均集束數k加以記述。平均集束數k係指構成流動單元之單纖維的根數。作為平均集束數k之導出方法，可例示觀察由強化纖維構成的流動單元，1根1根地數出單纖維而直接求得根數的方法、或如第17圖所示，預先測定單纖維之直徑d0(μm)後，由流動單元之寬度與高度求取概略單纖維根數的方法。構成流動單元之單纖維的根數較多時，可理想使用由流動單元之寬度與高度求得的方法。為觀察由強化纖維構成的流動單元，係以使用掃描式電子顯微鏡(SEM)或者光學顯微鏡為佳。再者，為觀察單纖維之直徑d0，則可使用掃描式電子顯微鏡(SEM)。又，若單纖維非正圓時，可採用隨意測得的10點之平均值。於此，就去除纖維強化樹脂所含之樹脂成分，僅取出強化纖維的方法加以說明。可例示使用僅供溶解纖維強化樹脂之樹脂的溶劑使其溶解的方法(溶解法)、或在未有供溶解樹脂的溶劑時，於不使強化纖維氧化減量的溫度範圍內僅將樹脂燒除而分離出強化纖維的方法(燒除法)等。可對以此方式分離的強化纖維，任意選出100根由強化纖維構成的流動單元，並測定構成該流動單元之單纖維的根數，以其平均值作為平均集束數k。此外，藉燒除法或溶解法自纖維強化樹脂取出強化纖維的方法，透過適當選定條件，則所得結果未產生 特別之差異。
其次，作為纖維強化樹脂所含之強化纖維之數量平均纖維長Ln的測定方法，係有一種採用上述去除樹脂成分之方法去除纖維強化樹脂所含之樹脂成分，而分離出殘留的強化纖維後，再利用顯微鏡觀察加以測定的方法。於該測定之際，係隨意選出400根強化纖維，以光學顯微鏡測定其長度至1μm單位，並依下式(7)算出數量平均纖維長Ln。藉由燒除法或溶解法自纖維強化樹脂取出強化纖維的方法，透過適當選定條件，則所得結果未產生特別之差異。
Li：測定之纖維長(i=1、2、3、‧‧‧、400)
纖維強化樹脂所含之強化纖維之單位面積重Wf可藉由去除纖維強化樹脂層所含之樹脂成分，僅測定殘留的強化纖維之重量來求得。作為去除纖維強化樹脂所含之樹脂成分的方法，較佳採用上述去除樹脂成分的方法。重量之測定可利用電子秤、電子天平。待測之纖維強化樹脂的大小較佳為100mm×100mm見方，測定數係設為3次，可採用其平均值。
強化纖維之密度ρf可採用水中取代法、比重計法、或者浮沉法等來求得。可由10mm×10mm見方之纖維強化樹脂層，藉溶解法、或者燒除法僅去除樹脂成分 ，再使用殘留的強化纖維來進行測定。測定數係設為3次，可採用其平均值。
纖維強化樹脂層之厚度h可與前述之第1構件(I)之表層部厚度h0的測定方法同樣地利用卡尺、測微計、雷射位移計、相機拍攝厚度予以量測之手段等的既有量測手段來測定。作為可簡便且精度良好地測定之方法，具體上可例示利用測微計，對放置於23℃之溫度環境下10分鐘的纖維強化樹脂層，以約100mm間隔隨意測定的10點之平均值作為纖維強化樹脂層厚度的方法。
接著，就本發明所使用的伸長率加以說明。為測定伸長率，係在對向的一對具有凹凸之內平面的模具上配置切成圓盤狀的纖維強化樹脂層，將纖維強化樹脂層加熱至軟化溫度或者熔點+35℃後，以20MPa進行壓製成形。伸長率係如下式(8)所示，定義為以百分比表示按壓前後之纖維強化樹脂層之面積比者。又，切出之圓盤的大小，其直徑為150mm，厚度為2.5mm。測定係進行3次，取其平均作為伸長率。就呈圓盤狀的纖維強化樹脂層之直徑，可任意測定3處之直徑，並採用其平均值。
本發明中係以濃度參數p為2×104以上1×108以下的纖維強化樹脂層為纖維強化樹脂層(X)，作為主要形成表層部的纖維強化樹脂。又，為改善表層部的表面 外觀，纖維長度係愈短愈佳，而為提高剛性，纖維長度則愈長愈佳。由表面外觀及剛性之平衡，更佳為纖維強化樹脂層(X)之濃度參數p為2×104以上1×106以下。另一方面，茲以濃度參數p為1×101以上且為纖維強化樹脂層(X)之濃度參數的0.1倍以下的纖維強化樹脂層為纖維強化樹脂層(Y)，作為主要形成芯材部的纖維強化樹脂。又，就芯材部的表面外觀，可藉縮短纖維長加以改善，因此纖維強化樹脂層(Y)之濃度參數p較佳為1×101以上小於2×104；就芯材部的補強效果，可藉增加纖維長加以提升，因此，較佳為1×102以上且為纖維強化樹脂層(X)之濃度參數的0.1倍以下。
就本發明中使用之預形體的纖維強化樹脂層(X)與纖維強化樹脂層(Y)之配置，可為積層、橫向並列等，未特別限定，惟基於提高第1構件(I)之設計自由度觀點，較佳為纖維強化樹脂層(X)與纖維強化樹脂層(Y)積層而成的預形體，更佳為纖維強化樹脂層(X)配置於與具有凹槽之模具對向的模具面側而成的預形體。再者，基於減輕成形品之翹曲觀點，對稱積層更佳，因此，再佳為纖維強化樹脂層(X)配置於具有凹槽的模具面側，且於纖維強化樹脂層(X)之間積層纖維強化樹脂層(Y)而成的預形體。就纖維強化樹脂層而言，基於設計自由度及預形體製作步驟之簡便性，其板厚較佳為0.03~1.0mm，更佳為0.1~0.5mm。又，宜為如第18圖所示之偏壁的纖維強化樹脂層，其中，基於積層時之作業性觀點，平滑之板狀屬較佳者。本發明預形體中，如積層纖維強化樹脂 層而成時，其積層狀態可如第19圖所示，部分地增減纖維強化樹脂層之積層數，基於容易地形成芯材部觀點，亦較佳為多數積層於形成有芯材部的部位。
再者，作為本發明中使用的預形體之形態，可在纖維強化樹脂層(Y)之側邊配置纖維強化樹脂層(X)。此時，藉由將纖維強化樹脂層(X)配置於纖維強化樹脂層(Y)之側邊，可抑制纖維強化樹脂層(Y)朝平面方向流動，有促進對凹槽之填充的效果。
本發明成形體之製造方法中，在纖維強化樹脂層(Y)，基於使強化纖維有效且容易地存在於芯材部觀點，構成纖維強化樹脂層(Y)的強化纖維(a1)之數量平均纖維長Lny較佳為形成芯材部的凹形狀之槽寬b的5倍以下，更佳為3倍以下。處於此種關係，強化纖維得以容易地流入芯材部，而能夠形成剛性高的芯材部。
本發明中所稱「在形成具突起形狀之芯材部的凹槽的投影位置配置纖維強化樹脂層」，係指例如如第20圖所示，對於凹槽之投影面37，使纖維強化樹脂層實質上配置於凹槽之投影面的區域內；或纖維強化樹脂層包括凹槽之投影面的整個區域地配置；或纖維強化樹脂層包含於凹槽之投影面的區域的一部分地配置。
基於促進對凹槽之填充觀點，較佳為纖維強化樹脂層包括凹槽之投影面的整個區域地配置。又本發明中使用的纖維強化樹脂層(Y)之面積，為使纖維強化樹脂層(Y)充分填充於芯材部，較佳為形成芯材部的凹槽之投影面積的0.5倍以上。凹槽之投影面積係指如第20圖所 示，模具之凹槽的投影面(斜線部)之面積。纖維強化樹脂層(Y)之面積較其為小時，比起填充於芯材部，在平面部流動的量變多，而有芯材部填充不足的情形。更佳的是，纖維強化樹脂層(Y)之面積較佳為凹槽之投影面積的1倍以上。該凹槽之投影面積較小時，隨之所切出的纖維強化樹脂層之尺寸亦較小，致操作處理性劣化，因此，纖維強化樹脂層(Y)之面積為5倍以上在工業上屬更佳者，再佳為10倍以上。就纖維強化樹脂層(Y)之面積的上限，因位於面板部的纖維強化樹脂層(Y)會流動，而有擾亂纖維強化樹脂層(X)的等向性之虞；於纖維強化樹脂層(Y)內，實質上填充於芯材部者大部分為配置於該凹槽之投影面的區域內的纖維強化樹脂層(Y)，基於所述，較佳為小於50倍，再佳為小於30倍。
本發明中，係以設纖維強化樹脂層(X)之面積為藉成形所得第1構件(I)之表層部之投影面積的70%以上，並將纖維強化樹脂層(Y)配置於形成在具突起形狀之芯材部的凹槽的投影位置為較佳。
「第1構件(I)之表層部之投影面積」，係指如第21圖所示，模具之第1構件(I)的投影面(斜線部)之面積。藉著將纖維強化樹脂層(X)之面積設為第1構件(I)之表層部之投影面積的70%以上，成形時在纖維強化樹脂層不會發生過度流動，可在保持纖維強化樹脂層之纖維配向的狀態下進行成形。基於確保纖維強化樹脂層之等向性觀點，纖維強化樹脂層(X)之面積更佳為成形品之投影面積的80%以上。就纖維強化樹脂層(X)之面積的上限 ，基於有效使用纖維強化樹脂層而節約浪費觀點，較佳為成形品之投影面積的150%以下。
本發明中使用的纖維強化樹脂層(X)之數量平均纖維長Lnx，為確保第1構件(I)之表層部的強度，較佳為2mm以上，更佳為3mm以上。就纖維強化樹脂層(X)之數量平均纖維長Lnx的上限，過長的纖維長恐有損及面板部的賦形性之虞，故較佳為20mm以下，更佳為10mm以下。
關於本發明中使用的模具，一般而言可大致分類成兩種。其一為鑄造或射出成形等所使用的密閉模具，另一則為壓製成形或鍛造等所使用的敞開模具。密閉模具主要係將材料注入內部來進行成形的模具；敞開模具則主要係未注入材料而使其變形來進行成形的模具。在密閉模具中，由投入之纖維強化樹脂層所構成的預形體不會從模穴內流出，與外部隔絕，縱使在低成形壓力下，仍可有效且容易地使纖維強化樹脂層流入凹槽。又，由於可獲得構件末端工整的纖維強化樹脂成形體，可減少‧省略後續的2次加工步驟，可達成本刪減。在敞開模具中，成形時預形體不會發生過度的流動，可極力抑制成形時擾亂纖維強化樹脂層或預形體之纖維配向、或因成形時流動致使纖維配向產生異向性的情形，而能夠獲得纖維強化樹脂層或預形體之纖維配向經活用的成形品。甚且，基於排出成形時的分解氣體或混入空氣至模具外之觀點，可獲得孔洞減少的成形品。
本發明中，當對第1構件(I)之纖維強化樹脂 (A)積層纖維強化樹脂層而形成時，就纖維強化樹脂層之積層構成，基於提升設計自由度或成形性觀點，係以強化纖維體積含有率Vf較小的纖維強化樹脂層及/或數量平均纖維長Ln較短的強化纖維所構成的纖維強化樹脂層配設於形成有具突起形狀之芯材部的位置為較佳。強化纖維體積含有率或強化纖維之數量平均纖維長由於會影響纖維強化樹脂的流動性，藉由將流動性良好的材料配設於呈複雜形狀的具突起形狀之芯材部側，可容易地構成形狀。又依同樣觀點，在滿足成形體特性的範圍內，還可配置使用低黏度基質樹脂的纖維強化樹脂層。
[實施例]
以下，依實施例對本發明進一步詳細加以說明。
<評定方法1：強化纖維(a1)數的評定>
自所得成形體切出如第22圖(a)所示之具突起形狀的一部分，如第22圖(b)所示對具有該面形狀的表層部進行濕式研磨至可觀察到表層部與芯材部之邊界面的位置，作成剖面觀察用試樣。對經研磨之試樣的剖面全體，使用超深度彩色3D形狀測定顯微鏡VK-9500(控制器部)/VK-9510(測定部)(KEYENCE股份有限公司製)以放大倍率200倍進行拍攝。由攝得之影像，使用解析應用軟體VK-H1A9測定表層部與芯材部之邊界面的任意位置處的每1mm2之強化纖維(a1)數。
<評定方法2：強化纖維之數量平均纖維長Ln評定>
對成形體在空氣中、500℃加熱1小時，將樹脂成分燒除。隨意選出400根殘留的強化纖維，以光學顯微鏡測定其長度至1μm單位，並由式(7)算出數量平均纖維長。
<評定方法3：強化纖維之二維配向角的測定>
如第4圖所示，將纖維強化樹脂夾於2片不鏽鋼製篩網(每2.5cm有50個網格之平織形狀)間，並調整螺絲加以固定以防纖維強化材料錯動。對其在空氣中、500℃加熱1小時，將樹脂成分燒除。卸除不鏽鋼製篩網，以顯微鏡觀察所得強化纖維基材，隨意選定1根強化纖維單絲(l)，由影像觀察測定與和該強化纖維單絲交叉之其他強化纖維單絲所夾的二維配向角。配向角係採用交叉的2根強化纖維單絲所夾的2個角度當中0°以上90°以下之角度(銳角側)。每根選定之強化纖維單絲(l)之二維配向角的測定數係設為20。選定共計5根強化纖維單絲進行同樣的測定，以其平均值作為二維配向角。
<評定方法4：表層部與芯材部的均質度評定>
如第23圖(a)所示，自成形體切出芯材部之試樣，測定芯材部之重量Mrc。測定重量後，在空氣中、500℃加熱1小時，將樹脂成分燒除，並測定殘留的強化纖維之重量Mrf。由此等重量及下式(9)，算出芯材部之強化纖維重量填充率Wfr。
採同樣手法，如第23圖(b)所示，對於表層部 之試樣，亦測定表層部之重量Mfc及燒除後之強化纖維之重量Mff，並由式(10)算出表層部之強化纖維重量填充率Wff。
再由式(9)及(10)所算出之值及下式(11)，算出表層部與芯材部之均質度。
<評定方法5：強化纖維之纖維長度比率Lp及纖維補強度Fr的評定>
如第22圖(a)所示切出包含表層部與芯材部之邊界面的試樣，且如第4圖所示予以夾於2片不鏽鋼製篩網(每2.5cm有50個網格之平織形狀)間，並調整螺絲加以固定以防纖維強化材料錯動。對其在空氣中、500℃加熱1小時，將樹脂成分燒除。卸除不鏽鋼製篩網，以顯微鏡觀察所得強化纖維，隨意選擇1根強化纖維，由影像觀察測定強化纖維與邊界面的關係。此時，設以邊界面為起點橫跨芯材部側而存在的強化纖維之長度為Lr、橫跨表層部側而存在的強化纖維之長度為Lf，並由前述式(1)或式(2)，算出強化纖維之纖維長度比率Lp。
每個試樣之纖維長度比率的測定數係設為50，並以此等之平均值作為纖維長度比率。
另外，利用所得纖維長度比率Lp、Lr及Lf，依前述式(3)或式(4)，算出纖維補強度。
<評定方法6：芯材部之構成率的評定>
由芯材部之寬度及長度，自下式(12)算出芯材部之構成率。
又該芯材部之總剖面積，如下式(13)所示，亦可由表層部之剖面積扣除空隙部之面積來算出。
<評定方法7：成形體之比重的評定>
將成形體切成20mm×20mm大小，作成比重評定用試樣。除使用該試樣，且浸漬液使用乙醇以外，係依據JIS K 7112 A法(水中取代法)來進行測定。
就成形體之比重低於乙醇比重者，係利用測微計測定切出之試樣的長度、寬度及厚度，來算出成形體的體積；並利用精密天平測定切出之試樣的重量。將所得成形體之重量除以成形體之體積所得的值作為成形體之比重。
<評定方法8：纖維強化樹脂層之濃度參數p的評定>
利用測微計並依以下方式測定各纖維強化樹脂層之高度h(mm)。使用放置於23℃之溫度環境下10分鐘的纖維強化樹脂層，在以約100mm間隔隨意選擇的部位測定高度，採用其10點之平均值作為纖維強化樹脂層之高度h(mm)。
如下測定各纖維強化樹脂層之單位面積重及纖維重量分率。自纖維強化樹脂層切出100mm×100mm之正方形板，測定其重量w0(g)。其次，對切出之纖維強化樹脂層，在空氣中、500℃加熱1小時，將樹脂成分燒除並測定殘留的強化纖維之重量w1(g)。於此，由強化纖維之重量w1(g)導出纖維強化樹脂層所含之強化纖維的單位面積重(g/m2)。又利用下式(14)求取纖維重量分率(wt%)。任一測定均進行3次，採用其平均值。
為算出各纖維強化樹脂層所含之強化纖維的流動單元數n，依以下方法測定強化纖維之平均收束數k。於此，茲以掃描式電子顯微鏡(SEM)預先測定單絲之直徑d0(μm)。而若非正圓時，係採用隨意測得的10點之平均值作為單絲之直徑d0(μm)。
首先，自纖維強化樹脂層切出100mm×100mm 之正方形板，對該正方形板在空氣中、500℃加熱1小時，將樹脂成分燒除並以光學顯微鏡觀測殘留的強化纖維，計算由強化纖維所構成的流動單元之平均集束數。若流動單元之寬度與高度約為d0則為單絲，即集束數為1。由流動單元之代表寬度與代表高度導出d0的概略倍數，求出流動單元之集束數k。任意選出100個由強化纖維所構成的流動單元，採用依該操作所測得的值之平均值作為流動單元之集束數k。
依以下方式測定各纖維強化樹脂層所含之強化纖維的數量平均纖維長Ln。切出纖維強化樹脂層的一部分，利用電爐，在空氣中、500℃予以加熱30分鐘將樹脂充分燒掉去除，而分離出強化纖維，再從分離的強化纖維中隨意抽出400根以上。此等抽出的強化纖維之纖維長的測定係利用光學顯微鏡來進行，係測定400根纖維的長度至1μm單位，並利用前述式(7)算出數量平均纖維長Ln。
使用以上測定值，纖維強化樹脂層每單位面積(1mm2)所含之由強化纖維構成的流動單元數n便由前述式(6)導出。
進而，纖維強化樹脂層之濃度參數p即由前述式(5)導出。
<評定方法9：纖維強化樹脂層之伸長率的評定>
如下測定纖維強化樹脂層之伸長率。首先，自纖維強化樹脂層切出直徑150mm之圓盤。以厚度經調整為 2.5mm的圓盤狀纖維強化樹脂層為測定試樣，予以配置於具備遠紅外線加熱器的烘箱中，進行預加熱10分鐘。此時，利用多重輸入資料收集系統(KEYENCE(股)製NR-600)，於試樣表面且圓盤中央設置熱電偶，以量測熱歷程。確認測得溫度為樹脂單體的熔點+35℃後，將由烘箱取出的試樣配置於下模具上，並使上模具下降，以面壓20MPa進行壓製成形。在此狀態下加壓1分鐘並冷卻後，使上模具上升，而得到成形品。所得成形品為略呈正圓形之圓盤狀。
對任意3處測定成形品之直徑，取其平均值導出成形後之成形品的面積。又，成形前之纖維強化樹脂層的面積係以直徑為150mm來計算。於此，由前述式(8)求取纖維強化樹脂層之伸長率。
<評定方法10：芯材部之剪切強度的評定>
自第1構件(I)切出如第22圖(a)所示具有1個芯材部之寬度5mm的試片，並利用測微計及卡尺測定表層部與芯材部之邊界面的寬度及長度。將該試片固定於剪切評定用治具，以JIS K7076為參考對芯材部施予壓縮剪切負載，測定芯材部破裂時的負載。將該負載除以邊界面之面積所得的值定義為芯材部之剪切強度而求得。
<評定方法11：成形體的剛性評定>
自所得成形體切出寬度25mm之試片，利用測微計測定試片之厚度。對該試片，以JIS K7074為參考，在試片之厚度與跨距(span)的比L/D為12的條件下對試片施予彎曲負載，使其變形至彎曲度達2mm以上。
對於評定，至彎曲度達2mm前發生試片的破裂及/或試片之芯材部的破損‧剝離者係評為C；彎曲度大於2mm且為4mm以下發生試片的破裂及/或試片之芯材部的破損‧剝離者係評為B；彎曲度大於4mm亦未發生試片的破裂及/或試片之芯材部的破損‧剝離者則評為A。
<參考例1.碳纖維的調製>
自以聚丙烯腈為主成分的聚合物進行紡絲、燒成處理，得到總絲支數12000根的碳纖維連續束。對該碳纖維連續束採浸漬法附加上漿劑，在溫度120℃的加熱空氣中乾燥而得到PAN系碳纖維束。該PAN系碳纖維束之特性如下。
單纖維徑；7μm
每單位長度之重量：0.83g/m
密度：1.8g/cm3
拉伸強度：4.0GPa
拉伸彈性模數：235GPa
上漿劑種類：聚氧乙烯油基醚
上漿劑附著量：2重量%
<參考例2.切細碳纖維束1>
利用匣式裁剪器(cartridge cutter)裁切參考例1之碳纖維，得到纖維長3mm之切細碳纖維束。
<參考例3.切細碳纖維束2>
以與參考例2同樣的方式，得到纖維長6mm之切細碳纖維束2。
<參考例4.切細碳纖維束3>
以與參考例2同樣的方式，得到纖維長9mm之切細碳纖維束3。
<參考例5.切細碳纖維束4>
以與參考例2同樣的方式，得到纖維長12mm之切細碳纖維束4。
<參考例6.切細碳纖維束5>
以與參考例2同樣的方式，得到纖維長50mm之切細碳纖維束5。
<參考例7.切細玻璃纖維束>
日東紡製、商品名CS13G-874
單纖維徑：10μm
比重：2.5g/cm3
纖維長：13mm(型錄值)
<參考例8.尼龍6樹脂>
東麗(股)製、“Amilan”(註冊商標)CM1001、熔點225℃
<參考例9.共聚合尼龍樹脂>
東麗(股)製、“Amilan”(註冊商標)CM4000、熔點155℃
<參考例10.未改質聚丙烯樹脂>
Prime Polymer(股)製、“Prime Polypro”(註冊商標)J105G、熔點160℃
<參考例11.酸改質聚丙烯樹脂>
三井化學(股)製、“Admer”(註冊商標)QE510、熔點160℃
<參考例12.聚苯硫樹脂>
東麗(股)製、“Torelina”(註冊商標)A900、熔點278℃
<參考例13.連續碳纖維預浸體>
東麗(股)製、Torayca預浸體P3052S-12
<參考例14.發泡PP樹脂片>
古川電工製、商品名Efcel(2倍發泡、厚度1mm)。
<參考例15.長纖維強化尼龍樹脂粒>
東麗(股)製、“Torayca”(註冊商標)TLP1040
<參考例16.碳纖維層(carbon fiber mat)1的調製>
作成混有水與界面活性劑(Nacalai Tesque(股)製，聚氧乙烯月桂基醚(商品名))的濃度0.1重量%之分散液，使用該分散液與上述切細碳纖維1並利用第24圖之抄紙(造紙)基材之製造裝置，製成抄紙基材。製造裝置係具備：作為分散槽之在容器下部具有開***栓的圓筒狀容器、連接分散槽與抄紙槽的直線狀輸送部。分散槽上面的開口部附有攪拌機，可自開口部投入切細碳纖維及分散液(分散介質)。抄紙槽具備底部具抄紙面的網孔輸送帶，並將可運送碳纖維基材(抄紙基材)的輸送帶連接至網孔輸送帶。抄紙係將分散液中的碳纖維濃度調成0.05重量%下進行。藉由抽吸而脫水後，於150℃之溫度乾燥2小時，得到碳纖維層1。
<參考例17.碳纖維層2的調製>
以與參考例16同樣的方式，使用參考例3中所得切細碳纖維束2，得到碳纖維層2。
<參考例18.碳纖維層3的調製>
以與參考例16同樣的方式，使用參考例4中所得切細碳纖維束3，得到碳纖維層3。
<參考例19.碳纖維層4的調製>
以與參考例16同樣的方式，使用參考例5中所得切細碳纖維束4，得到碳纖維層4。
<參考例20.碳纖維層5的調製>
以與參考例16同樣的方式，使用參考例6中所得切細碳纖維束5，得到碳纖維層5。
<參考例21.玻璃纖維層的調整>
以與參考例16同樣的方式，使用參考例7之切細玻璃纖維，得到玻璃纖維層。
<參考例22.尼龍6樹脂薄膜的調製>
自雙軸擠製機之加料斗投入參考例8之尼龍6樹脂，用擠製機予以熔融混煉後，從T字模擠出。其後，以80℃之冷卻輥牽取使其冷卻固化，得到尼龍6樹脂薄膜。
<參考例23.共聚合尼龍樹脂薄膜的調製>
將參考例9之共聚合尼龍樹脂與參考例22同樣地予以熔融混煉，得到共聚合樹脂薄膜。
<參考例24.聚丙烯樹脂薄膜的調製>
準備90重量%之參考例10之未改質聚丙烯樹脂與10重量%之參考例11之酸改質聚丙烯樹脂，對此等實施乾摻(dry blend)。將該乾摻品與參考例22同樣地予以熔融混煉，得到聚丙烯樹脂薄膜。
<參考例25.聚苯硫樹脂薄膜的調製>
將參考例12之聚苯硫樹脂與參考例22同樣地予以熔融混煉，得到聚苯硫樹脂薄膜。
<參考例26.成形材料1的調製>
積層參考例16中所得碳纖維層1與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜，備妥預形體。在金屬製工具板上載置以離型片夾持的預形體，進而於其上配置工具板。作為離型片係使用“Teflon”(註冊商標)片材(厚1mm)。接著，將該預形體配置於由加熱至250℃之上下熱盤面所構成的油壓式衝壓機的熱盤面間，以面壓5MPa進行按壓。其次，予以運送至控溫成溫度80℃的另一油壓式衝壓機，並配置於冷卻盤間後，以面壓5MPa進行冷卻按壓，得到由碳纖維層與尼龍6樹脂所構成之厚度0.15mm、纖維重量分率為7.8wt%的成形材料1。其他的材料特性係示於表1。
<參考例27~參考例29.成形材料2~成形材料4的調製>
以與參考例26同樣的方式，得到由參考例16中所得碳纖維層1與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜構成的成形材料2~成形材料4。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表1。
<參考例30及參考例31.成形材料5及成形材料6的調製>
以與參考例26同樣的方式，得到由參考例17中所得碳纖維層2與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜構成的成形材料5及成形材料6。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表1。
<參考例32.成形材料7的調製>
以與參考例26同樣的方式，得到由參考例18中所得碳纖維層3與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜構成的成形材料7。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表1。
<參考例33及參考例34.成形材料8及成形材料9的調製>
以與參考例26同樣的方式，得到由參考例19中所得碳纖維層4與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜構成的成形材料8及成形材料9。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表1。
<參考例35.成形材料10的調製>
以與參考例26同樣的方式，得到由參考例20中所得碳纖維層5與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜構成的成形材料10。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表1。
<參考例36.成形材料11的調製>
準備參考例8之尼龍6樹脂，以260℃之雙軸擠製機對該乾摻品施以熔融混煉後，自該擠製機之側進給器投入參考例3中所得之切細碳纖維束2，並進一步施予混煉。以該擠製機熔融混煉後，從T字模(500mm寬)擠出。其後，以80℃之冷卻輥牽取使其冷卻固化，得到碳纖維/尼龍6樹脂片。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例37.成形材料12的調製>
以與參考例26同樣的方式，得到由參考例21中所得玻璃纖維層與參考例22中所得尼龍6樹脂薄膜構成的成形材料12。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例38.成形材料13的調製>
除加熱成形用油壓式衝壓機之上下熱盤面的溫度為230℃、及冷卻成形用油壓式衝壓機之上下冷卻盤面的表面溫度為60℃以外，係以與參考例26同樣的方式進行壓製成形。此時，使用參考例16中所得碳纖維層1與參考例24中所得聚丙烯樹脂薄膜，得到成形材料13。厚度及纖維重量分率、其他的材料特係示於表2。
<參考例39.成形材料14的調製>
以與參考例38同樣的方式，得到由參考例17中所得碳纖維層2與參考例24中所得聚丙烯樹脂薄膜構成的成形材料14。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例40.成形材料15的調製>
以與參考例38同樣的方式，得到由參考例18中所得碳纖維層3與參考例24中所得聚丙烯樹脂薄膜構成的成形材料15。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例41.成形材料16的調製>
準備90重量%之參考例10之無改質聚丙烯樹脂與10重量%之參考例11之酸改質聚丙烯樹脂，進行乾摻。以200℃之雙軸擠製機對該乾摻品施以熔融混煉後，自該擠 製機之側進給器投入參考例3中所得之切細碳纖維束2，並進一步施予混煉。以該擠製機熔融混煉後，從T字模(500mm寬)擠出。其後，以60℃之冷卻輥牽取使其冷卻固化，得到碳纖維/聚丙烯樹脂片。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例42.成形材料17的調製>
除加熱成形用油壓式衝壓機之上下熱盤面的溫度為300℃、及冷卻成形用油壓式衝壓機之上下冷卻盤面的表面溫度為100℃以外，係以與參考例26同樣的方式進行壓製成形。此時，使用參考例16中所得碳纖維層1與參考例25中所得聚苯硫樹脂薄膜，得到成形材料17。厚度及纖維重量分率、其他的材料特係示於表2。
<參考例43.成形材料18的調製>
以與參考例42同樣的方式，得到由參考例17中所得碳纖維層2與參考例25中所得聚苯硫樹脂薄膜構成的成形材料18。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例44.成形材料19的調製>
以與參考例42同樣的方式，得到由參考例19中所得碳纖維層4與參考例25中所得聚苯硫樹脂薄膜構成的成形材料19。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例45.成形材料20的調製>
準備參考例12之聚苯硫樹脂，進行乾摻。以300℃之雙軸擠製機對該乾摻品施以熔融混煉後，自該擠製機之 側進給器投入參考例3中所得之切細碳纖維束2，並進一步施予混煉。以該擠製機熔融混煉後，從T字模(500mm寬)擠出。其後，以100℃之冷卻輥牽取使其冷卻固化，得到碳纖維/聚苯硫樹脂片。厚度及纖維重量分率、其他的材料特性係示於表2。
<參考例46.尼龍6樹脂蜂巢心的調製>
將參考例8之尼龍6樹脂投入至射出成形機之加料斗，得到於厚度方向具有正六角形貫通孔的尼龍6樹脂蜂巢心。
[實施例1]
使用2片參考例34中所得成形材料9、1片參考例28中所得成形材料3作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料9係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料3則分類為纖維強化樹脂層(Y)。將此等成形材料，以纖維強化樹脂層(X)/纖維強化樹脂層(Y)/纖維強化樹脂層(X)的方式積層而得到預形體(1)。對該預形體(1)以遠紅外線加熱爐，在氮氣環境下、280℃預加熱。將預形體(1)配置在如模具之模穴表面溫度為120℃、芯材部之高度為1mm的第12圖所示中空結構的最大投影面形狀呈正六角形的槽寬2mm之具蜂巢形狀模穴的沖壓成形模具內，將模具閉合，以成形壓力30MPa加壓並保持2分鐘。其後，打開模具並施予脫模，而得到具有蜂巢形狀芯材部的第1構件(I1)。預形體(1)係沿著模具之形狀而良好地賦形，得到形狀品質良好的第1構件(I1)。將第1構件(I1)之特性示於表3。
使用3片參考例13之連續碳纖維預浸體與1片參考例23中所得共聚合尼龍樹脂薄膜作為第2構件(II)。如第25圖所示，將連續碳纖維預浸體以纖維方向夾[0°/90°/0°]的方式積層，並於0°層之單側積層1片薄膜。
接著，一面利用壓製成形機對由纖維強化樹脂層與薄膜構成的預形體施加0.6MPa之面壓，一面於150℃加熱30分鐘使熱硬化性樹脂硬化。硬化完結後，於室溫冷卻，得到平均厚度0.4mm之第2構件(II1)。
將所得第1構件(I1)及第2構件(II1)，如第26圖所示以第1構件(I1)之芯材部與第2構件(II1)之樹脂薄膜側相接的方式積層，並一面利用壓製成形機施加1MPa之面壓，一面於180℃加熱1分鐘，自壓製成形機予以取出後，於室溫冷卻，得到第1構件(I1)與第2構件(II1)成一體的成形體(1)。將特性示於表3。
[實施例2]
使用2片參考例33中所得成形材料8、1片參考例27中所得成形材料2作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料8係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料2則分類為纖維強化樹脂層(Y)。此外，除設成形壓力為15MPa以外，係以與實施例1同樣的方式，使用其得到成形體(2)。將特性示於表3。
[實施例3]
以與實施例1同樣的方式成形2個第1構件(I3)，以其中一第1構件(I3)為第2構件(II3)。將所得第1構件(I3)及第2構件(II3)，如第27圖所示以芯材部彼此相接的方式重合 ，並利用超音波熔接機將芯材部黏著，得到成形體(3)。將特性示於表3。
[實施例4]
除使用藉如第28圖所示之芯材部所形成的空隙部形狀呈正方形等的成形模具以外，係以與實施例1同樣的方式成形2個第1構件(I4)，以其中一第1構件(I4)為第2構件(II4)。將所得第1構件(I4)及第2構件(II4)與實施例3同樣地以芯材部彼此相接的方式重合，並利用超音波熔接機將芯材部黏著，得到成形體(4)。將特性示於表3。
[實施例5]
除使用藉如第29圖所示之芯材部所形成的空隙部形狀呈圓形等的成形模具以外，係以與實施例1同樣的方式成形2個第1構件(I5)，以其中一第1構件(I5)為第2構件(II5)。將所得第1構件(I5)及第2構件(II5)與實施例3同樣地以芯材部彼此相接的方式重合，並利用超音波熔接機將芯材部黏著，得到成形體(5)。將特性示於表3。
[實施例6]
使用中空結構的最大投影面形狀呈正六角形且模穴之空隙部與外部隔絕的芯材部之槽深為1.3mm的密閉模具作為成形模具，並將模具之模穴表面溫度設為260℃。對該模具配置使用2片分類為纖維強化樹脂層(X)的參考例34中所得成形材料9、與1片分類為纖維強化樹脂層(Y)的參考例29中所得成形材料4而成的預形體，將模具閉合，在壓力為0的狀態下預加熱1分鐘，其後，以5MPa加壓並保持5分鐘後，關閉壓製成形機之加熱器，並對模具內 注入冷卻水，使模具溫度冷卻至100℃。冷卻後，打開模具並施予脫模，而得到具有蜂巢形狀芯材部的第1構件(I6)。第1構件(I6)係沿著模具之形狀而良好地賦形，得到形狀品質良好的第1構件(I6)。除使用所得第1構件(I6)來替代第1構件(I1)以外，係以與實施例1同樣的方式，得到成形體(6)。將特性示於表3。
[實施例7]
使用2片參考例32中所得成形材料7、1片參考例26中所得成形材料1作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料7係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料1則分類為纖維強化樹脂層(Y)。除變更纖維強化樹脂層以外，係以與實施例1同樣的方式，得到成形體(7)。將特性示於表3。
[實施例8]
使用2片參考例30中所得成形材料5、1片參考例36中所得成形材料11作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料5係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料11則分類為纖維強化樹脂層(Y)。除變更纖維強化樹脂層以外，係以與實施例1同樣的方式，得到成形體(8)。將特性示於表4。
[實施例9]
使用2片參考例32中所得成形材料7、1片參考例37中所得成形材料12作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料7係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料12則分類為纖維強化樹脂層 (Y)。除變更纖維強化樹脂層以外，係以與實施例1同樣的方式，得到成形體(9)。將特性示於表4。
[實施例10]
使用2片參考例40中所得成形材料15、1片參考例38中所得成形材料13作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料15係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料13則分類為纖維強化樹脂層(Y)。除變更纖維強化樹脂層；利用遠紅外線加熱爐在氮氣環境下預加熱至230℃；將成形第1構件(I)的模具之模穴表面溫度設為100℃以外，係以與實施例1同樣的方式，得到成形體(10)。將特性示於表4。
[實施例11]
使用2片參考例39中所得成形材料14、1片參考例41中所得成形材料16作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料14係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料16則分類為纖維強化樹脂層(Y)。除變更纖維強化樹脂層以外，係以與實施例10同樣的方式，得到成形體(11)。將特性示於表4。
[實施例12]
使用2片參考例44中所得成形材料19、1片參考例42中所得成形材料17作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料19係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料17則分類為纖維強化樹脂層(Y)。除變更纖維強化樹脂層；利用遠紅外線加熱爐在氮氣環境下預加熱至300℃；將成形第1構件(I)的模具之模 穴表面溫度設為150℃以外，係以與實施例3同樣的方式，得到成形體(12)。將特性示於表4。
[實施例13]
使用2片參考例43中所得成形材料18、1片參考例45中所得成形材料20作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料18係分類為纖維強化樹脂層(X)、成形材料20則分類為纖維強化樹脂層(Y)。除變更纖維強化樹脂層以外，係以與實施例12同樣的方式，得到成形體(13)。將特性示於表4。
[實施例14]
將實施例1中所得成形體如第30圖(a)所示配置於射出成形模具內。準備參考例13之長纖維強化尼龍樹脂粒作為第3構件(III)，製成具有如第30圖(d)之形狀的一體化成形品。射出成形係利用日本製鋼所(股)製J350EIII射出成形機來進行，缸筒溫度係設為260℃。所得一體化成形品係具高剛性及輕量性，且藉著第3構件(III)流入形成於成形體端部的空隙部，而呈機械強固的接合狀態。
[比較例1]
製備2片實施例1所使用的第2構件(II1)作為表層部，並使用參考例46中所得尼龍6樹脂蜂巢心作為芯材部，且如第31圖所示，以表層部之樹脂薄膜側與芯材部之蜂巢心相接的方式積層，一面利用壓製成形機施加1MPa之面壓，一面於180℃加熱。其後，由壓製成形機予以取出後，於室溫冷卻，得到表層部與芯材部成一體的成形體(31)。將特性示於表5。
[比較例2]
除使用參考例14之發泡PP片作為芯材部以外，係以與比較例1同樣的方式得到成形體(32)。將特性示於表5。
[比較例3]
使用參考例8之尼龍6樹脂，以射出成形機成形2個具有與實施例1中所得第1構件(I1)同樣之形狀的第1構件(I33)，以其中1個為第2構件(II33)。將所得第1構件(I33)及第2構件(II33)與實施例3同樣地以芯材部彼此相接的方式重合，並利用超音波熔接機將芯材部黏著，得到成形體(33)。將特性示於表5。
[比較例4]
除使用參考例15之長纖維強化尼龍樹脂粒以外，係以與比較例3同樣的方式得到成形體(34)。將特性示於表5。
[比較例5]
除使用2片分類為纖維強化樹脂層(X)的參考例35中所得成形材料10作為纖維強化樹脂層來替代成形材料1及成形材料2以外，係以與實施例1同樣的方式得到成形體(35)。將特性示於表5。
[比較例6]
使用2片參考例30中所得成形材料5、1片參考例31中所得成形材料6作為纖維強化樹脂層。於此，依據各纖維強化樹脂層之濃度參數p，成形材料5及成形材料6係分類為纖維強化樹脂層(X)。將此等成形材料以成形材料5/ 成形材料6/成形材料5的方式積層，得到預形體。除變更為此處所得之預形體以外，係以與實施例1同樣的方式得到成形體(36)。將特性示於表5。
1‧‧‧具面形狀之表層部
2‧‧‧具突起形狀之芯材部
3‧‧‧第1構件(I)
4‧‧‧第2構件(II)
5‧‧‧成形體
A‧‧‧纖維強化樹脂

Claims (14)

  1. 一種成形體，其係由具面形狀之表層部及具突起形狀之芯材部構成的第1構件(I)、與第2構件(II)一體化而成的成形體，其中第1構件(I)係由強化纖維(a1)與基質樹脂(a2)所構成的纖維強化樹脂(A)，強化纖維(a1)係橫跨表層部與芯材部而存在，橫跨存在的強化纖維(a1)在表層部與芯材部之邊界面係存在400根/mm2以上，強化纖維(a1)之數量平均纖維長Ln為1mm以上，在橫跨表層部與芯材部而存在的強化纖維(a1)，就跨越芯材部之纖維長度Lr(μm)與跨越表層部之纖維長度Lf(μm)的長度關係，若Lr≦Lf時，使用下式(1)計算所得纖維長度比率Lp為30~50%；若Lr>Lf時，使用下式(2)計算所得纖維長度比率Lp為30~50%，且就跨越芯材部之纖維長度Lr(μm)與跨越表層部之纖維長度Lf(μm)的長度關係，若Lr≦Lf時，使用下式(3)計算所得纖維補強度Fr為10以上；若Lr>Lf時，使用下式(4)計算所得纖維補強度Fr為10以上；該成形體係具有藉芯材部而形成之中空結構；
  2. 如請求項1之成形體，其中芯材部之強化纖維(a1)之二維配向角θr為10~80度。
  3. 如請求項1或2之成形體，其中在第1構件(I)，依下式計算所得表層部與芯材部之均質度為70%以上； Wfr：芯材部之強化纖維重量填充率(%)Wff：表層部之強化纖維重量填充率(%)。
  4. 如請求項1或2之成形體，其中芯材部之投影面積相對於表層部之投影面積為5~80%。
  5. 如請求項1或2之成形體，其中第2構件(II)係包括具有與第1構件(I)同樣之突起形狀的芯材部的構件。
  6. 如請求項1或2之成形體，其中以構成第1構件(I)及/或第2構件(II)之突起形狀所形成的中空結構的最大投影面之形狀係選自包含圓形、橢圓形、菱形、正三角形、正方形、長方形及正六角形之群組中的至少1種形狀。
  7. 如請求項1或2之成形體，其係至少滿足下述(i)、(ii)之任一項：(i)成形體之最大厚度為3.0mm以下；(ii)成形體之比重為1.0以下。
  8. 如請求項1或2之成形體，其中構成第1構件(I)及/或第2構件(II)之突起形狀之高度為2.0mm以下。
  9. 如請求項1或2之成形體，其中強化纖維(a1)係至少滿足 下述(iii)、(iv)之任一項：(iii)強化纖維(a1)呈不連續且以單纖維隨機分散；(iv)強化纖維(a1)為碳纖維。
  10. 如請求項1或2之成形體，其中基質樹脂(a2)係選自包含聚醯胺樹脂、聚丙烯樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯硫樹脂及聚醚醚酮樹脂之群組中的至少1種熱塑性樹脂。
  11. 一種一體化成形品，其係接合如請求項1至10中任一項之成形體、與由其他結構構件所構成的第3構件(III)而成。
  12. 如請求項11之一體化成形品，其係成形體為面板，第3構件(III)具有外框部分，且面板與外框部分作成一體的一體化成形品，其係用於電氣‧電子機器、辦公室自動化機器、家電機器、醫療機器、汽車零件、航空器零件、或建材。
  13. 一種成形體之製造方法，其係如請求項1至10中任一項之成形體之製造方法，其中在製得第1構件(I)時，係對包含下式所示濃度參數p為2×104以上1×108以下的纖維強化樹脂層(X)、與濃度參數p為1×101以上且為纖維強化樹脂層(X)之濃度參數的0.1倍以下的纖維強化樹脂層(Y)之預形體，利用供形成構成第1構件(I)之具突起形狀之芯材部的具有凹形狀之模具及與其對向的對向模具進行壓製成形； n：纖維強化樹脂每單位面積(1mm2)所含之由強化纖維構成的流動單元數h：纖維強化樹脂層之厚度(mm)Ln：強化纖維之數量平均纖維長(mm)。
  14. 如請求項13之成形體之製造方法，其中預形體係積層纖維強化樹脂層(X)與纖維強化樹脂層(Y)而成。
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