JP2006044260A - 一体化構造部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りや剥離を生じることのない一体化構造部材を提供する。
【解決手段】強化繊維とマトリックス樹脂組成物とを含んでなる第一の部材と、第二の部材とが接合されてなる一体化構造部材において、前記第一の部材と前記第二の部材との接合面における垂直接着強度が２５℃において６ＭＰａ以上であり、第一の部材のＡＳＴＭ Ｄ７９０に基づく曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上であり、第一の部材の線膨張係数ＣＩが４×１０^-5以下であり、かつ第一の部材の線膨張係数ＣＩと第二の部材の線膨張係数ＣIIのうち大きい方の値Ｃｂを小さい方の値Ｃｓで除した値Ｃｂ／Ｃｓの絶対値が５０以下である一体化構造部材、およびその製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、強化繊維とマトリクス樹脂組成物とを含んでなる第一の部材と第二の部材とを接合させてなる一体化構造部材およびその製造方法に関するものであり、強固に接合され、かつ反りの少ない一体化構造部材を提供する。

繊維強化プラスチックは、成形性、薄肉、軽量、高剛性、生産性、経済性に優れ、電気・電子機器部品、自動車機器部品、パソコン、ＯＡ機器、ＡＶ機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品などの電気・電子機器の部品や筐体に頻繁に使用されている。しかし、例えば強化繊維の長繊維群が層状に積層されて配置された形態の繊維強化プラスチック板は、特に薄肉、軽量、高剛性に優れた素材であるが、複雑形状の成形品を量産性よく容易に生産するのには不向きであった。

一方、Ｍｇ合金などの金属材料も、複雑形状化が容易であるなどの利点から、パソコン、携帯電話、携帯情報端末、ＯＡ機器などの電子機器や自動車や建材などの部品、部材や筐体に用いられるようになった。しかし、全ての部品等に金属材料を採用しようとしても、Ｍｇ合金でも繊維強化プラスチックよりも比重が大きく十分な軽量化効果が得られない、またコスト高になるなどの問題があった。

一方、射出成形は強度的には複雑形状化が容易で量産性にも優れた成形品である。そこで、繊維強化プラスチック板や金属板などの複合材料を、他の射出成形品等と一体的に接合させる技術が求められている。このような異なる材質からなる部材同士を一体化させた構造部材は、接合部における接着性だけでなく、接合させる部材同士の間で熱膨張率や収縮率に差がある場合は一体化させた構造部材に反りを生じたり、場合によっては接合面の剥離を生じてしまう問題がある。

このような問題に対する一体化方法としては、予め成形した部材を接着剤を用いて接合したものが従来より一般に採用されていた。例えば、特許文献１には、金属フレームと射出成形したリブをエポキシ樹脂系の塗料で接着した電子機器筐体が開示されている。しかし、特許文献１の接着剤を用いる方法では、接着剤の準備工程や塗布工程を必要とするため、生産コストの低減が難しいのが現状である。
特開２００１−２９８２７７号公報

そこで本発明の課題は、かかる従来技術の問題点を解消し、反りや剥離を生じることのない一体化構造部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る一体化構造部材は、強化繊維とマトリックス樹脂組成物とを含んでなる第一の部材と、第二の部材とが接合されてなる一体化構造部材において、前記第一の部材と前記第二の部材との接合面における垂直接着強度が２５℃において６ＭＰａ以上であり、第一の部材の曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上であり、第二の部材の線膨張係数ＣIIが４×１０^-5以下であり、かつ第一の部材の線膨張係数ＣＩと第二の部材の線膨張係数ＣIIのうち大きい方の値Ｃｂを小さい方の値Ｃｓで除した値Ｃｂ／Ｃｓの絶対値が５０以下であることを特徴とするものからなる。

また、本発明に係る一体化構造部材は、強化繊維とマトリックス樹脂組成物とを含んでなる第一の部材と、第二の部材とが、熱可塑性樹脂層を介して接合されてなる一体化構造部材において、前記第一の部材と前記第二の部材との接合面における垂直接着強度が２５℃において６ＭＰａ以上であり、該一体化構造部材の第一の部材と第二の部材が一体化されている略平面部において、第一の部材の線膨張係数ＣＩと、第二の部材の線膨張係数ＣIIから算出されるＣII／ＣＩの絶対値が０．１〜１０であることを特徴とするものからなる。

また、本発明に係る一体化構造部材の製造方法は、前記第一の部材と第二の部材との接合を、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形から選択される少なくとも１つの方法にて行うことにより、上記のような一体化構造部材とすることを特徴とする方法からなる。

本発明によれば、第一の部材を用いて、第二の部材と接合させた反りや剥離のない一体化構造部材を容易に得ることができる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る一体化構造部材は、その構成要素の一つとして、第一の部材を有する。第一の部材は、強化繊維とマトリックス樹脂組成物を含んでなる。

強化繊維としては例えば、アルミニウム、黄銅、ステンレスなどの金属繊維や、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維や、黒鉛繊維や、ガラスなどの絶縁性繊維や、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレンなどの有機繊維や、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドなどの無機繊維が挙げられる。また、これらの繊維に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、導電体として金属の被着処理のほかに、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などがある。また、これらの強化繊維は１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。中でも、比強度、比剛性、軽量性や導電性のバランスの観点から炭素繊維、とりわけ安価なコストを実現できる点でポリアクリロニトリル系炭素繊維が好適に用いられる。

また、強化繊維の形態としては、平均長さが１０ｍｍ以上のものが層状に積層され配置されているものが、強化繊維の補強効果を効率的に発現するうえで好ましい。強化繊維の層の形態としては、クロスや、フィラメント、ブレイド、フィラメント束、紡績糸等を一方向にひきそろえた形態を好適に使用できる。一方向にひきそろえた形態の層を積層する場合には、その方向を層ごとにずらしながら積層することが積層体の強度の異方性を小さくする上で好ましい。また、これらの層の形態は、１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。

本発明で用いる第一の部材に対する強化繊維の割合としては、成形性、力学特性の観点から５〜７５体積％が好ましく、１０〜６５体積％がより好ましい。

本発明で用いる第一の部材は、熱硬化性のマトリックス樹脂に強化繊維が配置された熱硬化性樹脂組成物層と、該熱硬化性樹脂組成物層の少なくとも一部分に形成された熱可塑性樹脂組成物層からなる第一の部材であることが好ましい。

熱硬化性樹脂の使用は、力学特性を得る上で好ましい。熱硬化性樹脂としては例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノール（レゾール型）、ユリア・メラミン、ポリイミド等や、これらの共重合体、変性体、あるいは２種類以上ブレンドした樹脂などを使用することができる。中でも、少なくともエポキシ樹脂を含有するものが、第一の部材の力学特性の観点から好ましい。また、耐衝撃性向上のために、熱硬化性樹脂組成物中にエラストマーあるいはゴム成分を添加してもよい。

熱可塑性樹脂組成物層は、これを介して第二の部材と一体化する上で好ましい。かかる熱可塑性樹脂組成物層を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＥＶＡ樹脂（エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂）、スチレン系樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）系樹脂等が挙げられる。またこれらの変性体でもよい。これらの熱可塑性樹脂は、単体で使用してもよいし、これらの共重合体あるいはブレンドポリマーとして２種類以上を併用してもよい。

また、用途等に応じ、他の充填材や添加剤を含有してもよい。例えば、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤などが挙げられる。

また、第一の部材と第二の部材との接合面における垂直接着強度が２５℃において６ＭＰａ以上であることが構造部材として使用するためには重要であり、より好ましくは８ＭＰａ以上、さらに好ましくは１０ＭＰａ以上である。通常の接着剤では１０ＭＰａ程度の接着強度までしか発現せず、１２ＭＰａ以上であれば、十分な接着強度と考えられる。垂直接着強度の上限に特に制限はないが、３０ＭＰａ以下であれば、十分実用に供し得る。

垂直接着強度は図２に示すように、一体化構造部材から、第一の部材７と第二の部材６が接合している部分より、垂直接着強度評価用試料５を１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさで切り出す。このとき嵌合やボルトなどの機械的接合が施されている場合はあらかじめ取り除いておく、またはそのような部位は試験に使用しない。次いで図３に示すように、所定サイズに切り出した垂直接着強度評価用試料９（接着面：１０）を測定装置の引張治具８ａ、８ｂに固定する。測定装置としては“インストロン”（登録商標）５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用している。尚、試料の固定は、成形品がインストロンのチャックに把持できるものはそのままチャックに挟み引張試験を行うが、把持できないものは成形体に接着剤（スリーボンド１７８２、株式会社スリーボンド製）を塗布し、２３±５℃、５０±５％ＲＨで４時間放置して治具と接着させてもよい。引張試験の結果より最大荷重を接着面積で除して垂直接着強度（ＭＰａ）とする。

また、アンカー効果により接着を高める意味において、熱硬化性樹脂組成物層と熱可塑性樹脂組成物層とが、これらの層の界面において、凹凸形状を有して一体化されていることが好ましい。さらに熱硬化性樹脂組成物層と熱可塑性樹脂組成物層とのいずれもが、その少なくとも一部に強化繊維を埋没させてなることが好ましい。かかる態様とすることにより、強度の弱い部分を残さない。また、両層の界面付近においては、強化繊維を媒介することによって熱硬化性樹脂組成物と熱可塑性樹脂組成物との接着をより強固なものとすることができ、さらには、同一の繊維が熱硬化性樹脂組成物層と熱可塑性樹脂組成物層との両層に埋没している場合には、いわば串刺しの効果により接着界面が補強され、強固な接着を得ることができる。

また、熱可塑性樹脂組成物層に埋没する強化繊維の群が存在する領域の最大厚みＴｐｆが、１０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ以上であり、さらに好ましくは４０μｍ以上である。そうすることにより、より強固な接合を得ることができる。この最大厚みＴｐｆは、熱可塑性樹脂組成物層の厚さ方向において、熱可塑性樹脂組成物層（図１中１ａ）の表面（図１中２）からみて、熱可塑性樹脂組成物層に埋没している強化繊維３のうち最も表面に近いもの（図１中３−ｏｕｔ）と、熱可塑性樹脂組成物層の表面からの入り込み厚さが最も大きい部位において、熱可塑性樹脂組成物層に埋没して・あるいは接している強化繊維のうち最も表面から離れたもの（図１中３−ｉｎ）との厚さ方向の距離と定義される。最大厚みＴｐｆは繊維強化複合材の断面をＳＥＭ観察写真あるいはＴＥＭ観察写真を用いて測定することができる。最大厚みＴｐｆは、最大で１，０００μｍあれば、十分な接合強度を得ることができる。まお。図１において、１ｂは熱硬化性樹脂組成物層を示している。

この第一の部材は、一体化構造部材の少なくとも一部として用いるという観点から、大きな荷重がかかることが想定される。さらに第二の部材と一体化するため、剛性が高くなければ第二の部材を一体化させた際の歪みなどで反りを生じてしまう。そこでその使用に耐えうるために、曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上であることが重要である。第一の部材が面内にまげ弾性率の異方性を有するときは、その最小値をとり評価する。測定方法の更なる詳細は、実施例にて後述する。

また、第二の部材の寸法安定性が良いことや、第一の部材と第二の部材の寸法安定性が同程度であることも一体化構造部材の反りや剥離を少なくするうえで重要である。そのため、第二の部材の線膨張係数ＣIIが４×１０^-5以下であり、かつ第一の部材の線膨張係数ＣＩと第二の部材の線膨張係数ＣIIのうち大きい方の値Ｃｂを小さい方の値Ｃｓで除した値Ｃｂ／Ｃｓの絶対値が５０以下であることが重要である。第二の部材の線膨張係数ＣIIが４×１０^-5５以上であると、収縮が大きいために、一体化構造部材とした際に反りや剥離を生じる。線膨張係数の下限に特に制限はないが、１×１０^-7７以上が現実的な下限である。第一の部材の線膨張係数ＣＩと第二の部材の線膨張係数ＣIIのうち大きい方の値Ｃｂを小さい方の値Ｃｓで除した値Ｃｂ／Ｃｓの絶対値が５０よりも大きくなると、収縮の差により反りや剥離を生じる。

本発明において、単に部材の線膨張係数（ＣＩ，ＣIIのように、「max」「min」が付けない）という場合には、第１の部材の場合は部材の最表面の繊維配向方向（Ｄ）について測定するものとし、第２の部材については、第一の部材の最表面の繊維配向方向（Ｄ）と、同じ方向について測定するものとする。ここで、最表面の繊維配向方向（Ｄ）とは以下のように判断する。まず光学顕微鏡やＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などで第一の部材表面を観察する。このとき、観察を明瞭にするために、繊維の配向方向が変化しない程度に表面を研磨することも可能である。次に基準となる直線Ｌを設定し、直線Ｌに対して観察される強化繊維の繊維軸の配向角度をｎ＝２００で測定し、その平均をもって第一の部材の最表面の繊維配向角度とし、その配向角度方向を第一の部材の最表面の繊維配向方向とする。

また、線膨張係数はＩＳＯ １１３５９-２に基づいて測定することができる。一体化構造部材の第一の部材と第二の部材が一体化されている略平面部より無作為に選定した部位において、第一の部材の最表面の繊維配向方向に対して切り出した、４本の試験片を用意する。試験片の切り出し位置は、リブ部、ヒンジ部、凹凸部などの形状が意図的に付されている部分は極力避け、上記部位を含む場合は、これらを切削除去して試験に供する。これらの試験片から第一の部材および第二の部材をお互い切り離し、第一の部材の最表面の繊維配向方向に対するそれぞれの線膨張係数を測定する。第一の部材における線膨張係数をＣＩ、第二の部材における線膨張係数をＣIIと定義する。なお、測定温度範囲は特に制限はないが、一体化構造部材が使用される環境の観点から、３０〜２００℃が好ましい範囲として例示できる。

また、第一の部材と第二の部材の寸法安定性が同程度であることの別の態様として、一体化構造部材の第一の部材と第二の部材が一体化されている略平面部において、第一の部材の線膨張係数ＣＩと、第二の部材の線膨張係数ＣIIから算出されるＣII／ＣＩの絶対値が０．１〜１０であることも重要である。

また、使用環境によって、一体化構造部材のネジレを抑える観点から、前記第二の部材の、面方向の最大線膨張係数ＣIImaxと、最小線膨張係数ＣIIminとの比、ＣIImax／ＣIIminが１〜３であることが好ましく、より好ましくは１〜２、さらに好ましくは１〜１．５である。

線膨張係数はＩＳＯ １１３５９-２に基づいて測定する。第二の部材から無作為に選定した部位について、部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度のように、異なる角度において切り出した、４本の試験片を用意する。試験片の切り出し位置は、リブ部、ヒンジ部、凹凸部などの形状が意図的に付されている部分は極力避け、上記部位を含む場合は、これらを切削除去して試験に供する。これらの試験片において、その最大値を最大線膨張係数ＣIimax、最小値を最小線膨張係数ＣIiminと定義する。なお、測定温度範囲は特に制限はないが、成形品が使用される環境の観点から、３０〜２００℃が好ましい範囲として例示できる。

第一の部材の線膨張係数ＣＩに関しても、上記と同様のことが言える。
また、第二の部材の線膨張係数ＣIIの上限ついては、特に制限はないが、一体化構造部材の寸法安定性の面から、１×１０^-4以下であることが好ましい。

前記第二の部材は、加工性の観点から熱可塑性樹脂組成物を含む部材であることが好ましい。

また、生産性の観点から射出成形品であることが好ましく、寸法安定性の面からは最大成形収縮率が１％以下であることが好ましい。より好ましくは０．７％以下であり、さらに好ましくは０．４％以下である。最大成形収縮率は、射出成形金型より任意の部位の寸法Ｒを４箇所測定し、それに対する第二の部材の実寸法ｒも４箇所測定する。ｒ／Ｒ×１００（％）で表される成形収縮率を測定し、その最大値を最大成形収縮率と定義する。
また、力学特性の観点から繊維強化系であることが好ましい。具体的には、（Ａ）熱可塑性樹脂４０〜９５重量％、（Ｂ）強化繊維５〜６０重量％からなる熱可塑性樹脂組成物であり、力学特性を高く、線膨張係数を低く抑えるためにその数平均繊維長が０．３ｍｍ以上であることが好ましい。

前記第二の部材に使用される熱可塑性樹脂（Ａ）としては例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮｐ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂などであってもよい。とりわけ、耐熱性、耐薬品性の観点からはＰＰＳ樹脂が、成形品外観、寸法安定性の観点からはポリカーボネート樹脂やスチレン系樹脂が、成形品の強度、耐衝撃性の観点からはポリアミド樹脂がより好ましく用いられる。

また、耐衝撃性向上のために、他のエラストマーあるいはゴム成分を添加してもよい。また、用途等に応じ、本発明の目的を損なわない範囲で、他の充填材や添加剤を含有してもよい。例えば、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤などが挙げられる。

第二の部材で使用する強化繊維としては、前述の第一の部材における強化繊維と同様の思想により選定することができる。ただし第二の部材を射出成形により形成する場合には、強化繊維は短繊維とし、熱可塑性樹脂組成物中に均一に分散していることが好ましい。この場合の強化繊維の配合比率としては、強化繊維が炭素繊維のとき、成形性、強度、軽量性とのバランスの観点から、第二の部材の第一の部材に対して、５〜６０重量％が好ましく、より好ましくは１５〜５５重量％である。

また、前記第一の部材の線膨張係数ＣＩが、その最大値をＣImax、その最小値をＣ
βとするとＣImax／ＣIminが１〜３であることが好ましい。より好ましくは１〜２．５、さらに好ましくは１〜２である。ＣImax／ＣIminの絶対値が３よりも大きくなると、第一の部材が線膨張係数に異方性のある材料となり、一体化構造部材の反りや剥離の原因となる可能性がある。

前記第一の部材と第二の部材とを接合して一体化成形品を製造する手法としては、第一の部材における熱可塑性樹脂組成物層を構成する熱可塑性樹脂の融点以上のプロセス温度にて第二の部材を接着し、次いで冷却することにより繊維強化複合材と別の構造材とを接合する手法があげられる。熱可塑性樹脂を溶融させて接着させる手法としては例えば、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形を挙げることができる。

また、第一の部材と第二の部材との一体化は、補助的に、嵌合や嵌め込みなどを併用してなることも好ましい。

本発明の一体化構造部材の形状としては、曲面、リブ、ヒンジ、ボス、中空部等を有していてもよい。また、成形品にはメッキ、塗装、蒸着、インサート、スタンピング、レーザー照射などによる表面加飾の処理が施されていてもよい。

本発明の一体化構造部材は、電気・電子機器、ＯＡ機器、家電機器、自動車または建材の、部品、部材または筐体に好適に用いることができる。

［評価・測定方法］
（１）曲げ弾性率
各実施例で用いた第一の部材をＩＳＯ １４１２５に基づいて評価した。第一の部材の略平面部から、第一の部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度の異なる角度に切り出した４本の試験片を用意した。試験片の切り出し位置は、リブ部、ヒンジ部、凹凸部などの形状が意図的に付されている部分は極力避け、上記部位を含む場合は、これらを切削除去して試験に供する。これらの試験片において得られる曲げ弾性率の内の最小値を、ここで云う曲げ弾性率として採用した。

（２）線膨張係数
各実施例で用いた第一の部材および第二の部材をＩＳＯ １１３５９−２に基づいて評価した。測定温度範囲は３０〜２００℃とした。第一の部材および第二の部材を予め別々に評価できる場合は、事前に評価する。一体化成形品から評価する場合は、一体化成形品の第一の部材および第二の部材の略平面部から、リブ部、ヒンジ部、凹凸部などの形状が意図的に付されている部分は極力避け、上記部位を含む場合は、これらを切削除去して試験片を切り出す。

第１の部材は部材の最表面の繊維配向方向（Ｄ）について測定し、第２の部材については、第一の部材の最表面の繊維配向方向（Ｄ）と、同じ方向について測定した。ここで、最表面の繊維配向方向（Ｄ）とは以下のように判断した。まず表面を研磨し、光学顕微鏡で第一の部材表面を観察し、次に基準となる直線Ｌを設定し、直線Ｌに対して観察される強化繊維の繊維軸の配向角度をｎ＝２００で測定し、その平均をもって第一の部材の最表面の繊維配向角度とし、その配向角度方向を第一の部材の最表面の繊維配向方向とした。また、線膨張係数の最大値、最小値は、第一の部材および第二の部材の長手方向を基準にして、０度、４５度、９０度、１３５度の異なる角度に切り出した４本の試験片を測定し、これらのうち最大のものを線膨張係数の最大値、最小のものを線膨張係数の最小値とした。本実施例では予め第一の部材および第二の部材の評価を行った。

（３）Ｔｐｆ
第一の部材の断面をＴＥＭにて観察し、以下のように測定した。第一の部材の熱可塑性樹脂組成物層の厚さ方向において、熱可塑性樹脂組成物層（図１中１ａ）の表面（図１中２）からみて、熱可塑性樹脂組成物層に埋没している強化繊維のうち最も表面に近いもの（図１中３−ｏｕｔ）と、熱可塑性樹脂組成物層の表面からの入り込み厚さが最も大きい部位において、熱可塑性樹脂組成物層に埋没して・あるいは接している強化繊維のうち最も表面から離れたもの（図１中３−ｉｎ）との厚さ方向の距離をＴｐｆとして測定する。

（４）垂直接着強度
図２に示すように、一体化成形品から、第一の部材７と第二の部材６が接合している部分より、垂直接着強度評価用試料５を１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさで切り出した。次いで図３に示すように、所定サイズに切り出した垂直接着強度評価用試料９（接着面：１０）を測定装置の引張治具８ａ、８ｂに固定した。測定装置としては“インストロン”（登録商標）５５６５型万能材料試験機（インストロン・ジャパン（株）製）を使用した。尚、試料の固定は、成形品がインストロンのチャックに把持できるものはそのままチャックに挟み引張試験を行うが、把持できないものは成形体に接着剤（スリーボンド１７８２、株式会社スリーボンド製）を塗布し、２３±５℃、５０±５％ＲＨで４時間放置して治具と接着させてもよい。

引張試験は、雰囲気温度が調節可能な試験室において、２５℃の雰囲気温度で行った。試験開始前に、試験片は、試験室内において、少なくとも５分間、引張試験の負荷がかからない状態を維持し、また、試験片に熱電対を配置して、雰囲気温度と同等になったことを確認した後に、引張試験を行った。

引張試験は、引張速度１．２７ｍｍ／分にて、両者の接着面から９０°方向（引張方向矢印１１ａ、１１ｂ）に引っ張って行い、その最大荷重を接着面積で除した値を垂直接着強度（単位：ＭＰａ）とした。また、試料数はｎ＝５とした。

（５）重量平均繊維長
第二の部材の一部を切り出し、マトリックス樹脂を溶解させる有機溶媒（本実施例ではポリアミド６樹脂を溶解させるギ酸）によりマトリックス樹脂（ポリアミド６樹脂）を十分溶解させた後、濾過により強化繊維を分離した。分離した強化繊維を、無作為に少なくとも４００本以上抽出し、その長さを１μｍ単位まで光学顕微鏡にて測定し、以下の式より重量平均繊維長を算出した。
重量平均繊維長＝Σ（Ｌｉ×Ｗｉ／１００）
Ｌｉ：測定した繊維長さ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）
Ｗｉ：繊維長さＬｉの繊維の重量分率

実施例１（板状一体化成形品）
（第一の部材）
東レ（株）製“トレカ”使いのプリプレグＰ６０５３−１２を所定の大きさにカットし、平面の成形対を製造した。まず、雌金型に長方形底面の長手方向を０°として、繊維方向が上から４５°、−４５°、９０°、９０°、−４５°、４５°となるように６枚のプリプレグを積層した。最後に積層したプリプレグの上から、熱可塑性樹脂組成物層として東レ（株）製、３元共重合ポリアミド樹脂ＣＭ４０００（ナイロン６／６６／６１０、融点１５０℃、溶解度パラメータδ（ＳＰ値）１３．３）の幅１０００ｍｍの不織布（目付３０ｇ／ｍ² 、単繊維繊度０．２ｔｅｘ）を成形体と同様の大きさにカットしたものを２枚重ねて積層した。次に、雄金型をセットして、プレス成形を行った。プレス成形機にて１６０℃で５分間予熱して熱可塑性樹脂組成物層を溶融させた後、６ＭＰａの圧力をかけながら１５０℃で３０分間加熱して硬化させた。硬化終了後、室温で冷却し、脱型して平均の厚み０．７ｍｍの第一の部材を得た。得られた第一の部材の熱可塑性樹脂組成物層の最大厚みＴｐｆは２５μｍ、曲げ弾性率は３０ＭＰａ、密度は１．５６ｇ／ｃｍ³ 、線膨張係数ＣＩは３．３×１０^-6、線膨張係数の最大値ＣImax／最小値ＣIminの絶対値は１．８であった。

（第二の部材）
上記と同じ第一の部材を第二の部材として使用した。

（一体化）
上記第一の部材および第二の部材を、熱板にて１６０℃で３分間加熱後、熱可塑性樹脂組成物層を有する面同士を接合面として、お互いの最表層の繊維配向方向が同方向となるように張り合わせ、２０ＭＰａの圧力にて２分間保持して一体化し、板状の一体化成形品とした。得られた一体化成形品の垂直接着強度の評価を試みたところ、６ＭＰａにおいて、接合部分が剥離するよりも前に試料と治具との接着剤による固定部分が剥離したことから、６ＭＰａ以上であると評価される。またＣｂ／Ｃｓの絶対値は１であった。

実施例２（電子機器筐体）
（第一の部材）
実施例１と同様にして得られる第一の部材を本実施例でも用いた。

（第二の部材・一体化）
上記第一の部材を射出成形用金型にインサートし、第一の部材の熱可塑性樹脂組成物層を有する面に対して、第二の部材として、東レ（株）製長繊維ペレットＴＬＰ１１４６（ポリアミド樹脂マトリックス、炭素繊維含有量２０重量％）を射出成形にて成形、一体化し、図４に示すような電子機器筐体とした。図４では、第一の部材１３と第二の部材１４からなるパソコン筐体１２が例示されている。第二の部材の線膨張係数は１．４×１０^-5、ＣIImax／ＣIIminの絶対値は１．９、重量平均繊維長は０．６ｍｍであった。また第二の部材の最大成形収縮率は０．２％であった。射出成形機は日本製鋼所（株）製Ｊ３５０ＥIIIを使用し、射出成形は、スクリュー回転数６０ｒｐｍ、シリンダー温度２８０℃、射出速度９０ｍｍ／ｓｅｃ、射出圧力２００ＭＰａ、背圧０．５ＭＰａ、金型温度５５℃で行った。得られた一体化成形品の垂直接着強度の評価を試みたところ、６ＭＰａにおいて、接合部分が剥離するよりも前に試料と治具との接着剤による固定部分が剥離したことから、６ＭＰａ以上であると評価される。またＣII／ＣＩの絶対値は６．７であった。

本発明で用いる第一の部材における最大厚みＴｐｆを模式的に図示したものである。 本発明の一体化構造部材の垂直接着強度評価用試料の模式図である。 本発明の一体化構造部材の垂直接着強度評価における試料設置の模式図である。 本発明の一体化構造部材の一態様（実施例２）である電子機器筐体の斜視図である。

符号の説明

１ａ 熱可塑性樹脂組成物層
１ｂ 熱硬化性樹脂組成物層
２ 第一の部材の表面
３ 繊維強化
３−ｉｎ 熱可塑性樹脂組成物層に埋没して・あるいは接している最も表面から離れた強化繊維
３−ｏｕｔ 熱可塑性樹脂組成物層に埋没している最も表面に近い強化繊維
４ 第一の部材の熱硬化性樹脂組成物層と熱可塑性樹脂組成物層の界面
５ 垂直接着強度評価用試料
６ 第二の部材
７ 第一の部材
８ａ 引張治具
８ｂ 引張治具
９ 垂直接着強度評価用試料
１０ 接着面
１１ａ 引張方向矢印
１１ｂ 引張方向矢印
１２ パソコン筐体
１３ 第一の部材
１４ 第二の部材

Claims (16)

1. 強化繊維とマトリックス樹脂組成物とを含んでなる第一の部材と、第二の部材とが接合されてなる一体化構造部材において、前記第一の部材と前記第二の部材との接合面における垂直接着強度が２５℃において６ＭＰａ以上であり、第一の部材の曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上であり、第二の部材の線膨張係数ＣIIが４×１０^-5以下であり、かつ第一の部材の線膨張係数ＣＩと第二の部材の線膨張係数ＣIIのうち大きい方の値Ｃｂを小さい方の値Ｃｓで除した値Ｃｂ／Ｃｓの絶対値が５０以下であることを特徴とする一体化構造部材。
2. 強化繊維とマトリックス樹脂組成物とを含んでなる第一の部材と、第二の部材とが、熱可塑性樹脂層を介して接合されてなる一体化構造部材において、前記第一の部材と前記第二の部材との接合面における垂直接着強度が２５℃において６ＭＰａ以上であり、該一体化構造部材の第一の部材と第二の部材が一体化されている略平面部において、第一の部材の線膨張係数ＣＩと、第二の部材の線膨張係数ＣIIから算出されるＣII／ＣＩの絶対値が０．１〜１０であることを特徴とする一体化構造部材。
3. 前記第二の部材の面方向の最大線膨張係数ＣIImaxと最小線膨張係数ＣIiminとの比、ＣIImax／ＣIIminの絶対値が１〜３の範囲にある、請求項１または２のいずれかに記載の一体化構造部材。
4. 前記第一の部材の線膨張係数ＣＩが、その最大値をＣImax、その最小値をＣIminとすると、ＣImax／ＣIminが１〜３の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載の一体化構造部材。
5. 前記第二の部材の最大線膨張係数が１×１０^-4以下である、請求項３または４に記載の一体化構造部材。
6. 前記第二の部材が熱可塑性樹脂組成物を含む部材である、請求項１〜５のいずれかに記載の一体化構造部材。
7. 前記熱可塑性樹脂組成物を含む第二の部材が射出成形により一体化されてなる、請求項６に記載の一体化構造部材。
8. 前記熱可塑性樹脂組成物を含む第二の部材の最大成形収縮率が１％以下である、請求項７に記載の一体化構造部材。
9. 前記第二の部材が、（Ａ）熱可塑性樹脂４０〜９５重量％、（Ｂ）強化繊維５〜６０重量％からなる熱可塑性樹脂組成物であり、その重量平均繊維長が０．３ｍｍ以上である、請求項６〜８のいずれかに記載の一体化構造部材。
10. 前記第一の部材が、熱硬化性のマトリックス樹脂に強化繊維が配置された熱硬化性樹脂組成物層と、該熱硬化性樹脂組成物層の少なくとも一部分に形成された熱可塑性樹脂組成物層からなる第一の部材である、請求項１〜９のいずれかに記載の一体化構造部材。
11. 前記第一の部材が、熱硬化性樹脂組成物層、熱可塑性樹脂組成物層、および強化繊維とからなり、熱硬化性樹脂組成物層と熱可塑性樹脂組成物層とが、これらの層の界面において、凹凸形状を有して一体化され、かつ熱硬化性樹脂組成物層と熱可塑性樹脂組成物層とのいずれもが、その少なくとも一部に強化繊維を埋没させてなる第一の部材である、請求項１〜１０のいずれかに記載の一体化構造部材。
12. 前記熱可塑性樹脂組成物層において、強化繊維が存在している領域の最大厚みＴｐｆが、１０μｍ以上である、請求項１０または１１に記載の一体化構造部材。
13. 前記強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜１２のいずれかに記載の一体化構造部材。
14. 前記熱硬化性樹脂組成物層がエポキシ樹脂を含む、請求項１０〜１３のいずれかに記載の一体化構造部材。
15. 電気・電子機器、ＯＡ機器、家電機器、自動車または建材の、部品、部材または筐体のいずれかに用いられるものからなる、請求項１〜１４のいずれかに記載の一体化構造部材。
16. 前記第一の部材と第二の部材との接合を、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、インサート射出成形、アウトサート射出成形から選択される少なくとも１つの方法にて行うことにより、請求項１〜１５のいずれかに記載の一体化構造部材とすることを特徴とする、一体化構造部材の製造方法。

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