JP7358980B2 - 樹脂成形体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形体およびその製造方法に関する。

樹脂成形体には、樹脂相中に繊維を配合して強化した樹脂成形体がある。このような繊維で強化している樹脂成形体の分野では、樹脂成形体の強度を高める観点から、樹脂成形体中において繊維を特定の方向に配向させる技術が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００４－６０４０６号公報 特開平９－４１２８０号公報

上述のような樹脂成形体では、繊維が主に配向する第一の方向に対しては十分な強度を発現するが、第一の方向に直交する第二の方向に対する強度は不十分となることがある。たとえば、リブのように突出する部分を有する樹脂成形体では、成形時における樹脂の流動によって、繊維が意図せぬ方向に配向することがある。このため、リブの強度のうち、繊維が配向する方向に直交する方向に対する強度が不十分となることがある。このように、繊維が配合されている樹脂成形体では、繊維の配合により期待される樹脂成形体の強度を十分に発現させる観点から検討の余地が残されている。

本発明の一態様は、繊維の配合による所期の強度を発現する樹脂成形体を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る樹脂成形体は、樹脂相中に分散している繊維を有する樹脂成形体であって、本体部と、前記本体部の表面から起立する壁部と、を備え、前記繊維の配向テンソルの第一主方向の値が０．３以上、０．７以下である。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る樹脂成形体の製造方法は、上記の樹脂成形体の製造方法であって、前記繊維と前記繊維を被覆する樹脂とによって構成されている基材シートを、前記壁部に対応する凹部を有する型の下型に、前記型の内部空間の高さに応じて敷設する工程と、前記基材シートが敷設された前記下型に上型を設置して前記基材シートを押圧する工程と、を含み、前記内部空間の高さ方向において、前記下型に敷設されている前記基材シートに前記上型が接触したときの、前記上型の内表面と前記下型の内表面との距離に対する、前記上型の内表面から敷設されている前記基材シートの上面までの距離の比は、０．４以下である。

本発明の一態様によれば、繊維の配合による所期の強度を発現する樹脂成形体を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の製造方法における基材シートの充填率を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の一例の構造を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた充填率の分布を示す図である。 本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の一方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。 本発明の比較の形態に係る樹脂成形体の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の他方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。 本発明の比較の形態に係る樹脂成形体の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた充填率の分布を示す図である。 本発明の比較の形態に係る樹脂成形体の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の一方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。 本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の他方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。 樹脂成形体における繊維の配向テンソルと曲げ強度との関係を示す図である。

本発明者らは、長手方向にリブを有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成型体において、繊維の長手方向への配向を抑制することにより、長手方向およびそれに直交する方向のいずれの方向においても繊維による十分な強度を発現させることが可能となることを見出した。また、本発明者らは、ＦＲＰ成型体の製造における未硬化シートの配置パターンによってＦＲＰ成型体における繊維の配向を適切に制御することが可能であることを見出した。以下、本発明の実施の形態を説明する。

〔樹脂成形体〕
本発明の一実施形態における樹脂成形体は、樹脂相中に分散している繊維を有する。

（樹脂）
樹脂相は、樹脂を含有しており、例えば、当該樹脂を含有する樹脂組成物による連続相である。樹脂は、樹脂成形体の成形時に流動する樹脂から適宜に選ぶことができ、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい。また、樹脂は、一種でもよいし、それ以上でもよい。

本実施形態における熱可塑性樹脂の例には、ＰＥＥＫ、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂およびこれらの二種以上の混合物、が含まれる。

本実施形態における熱硬化性樹脂の例には、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂およびこれらの二種以上の混合物、が含まれる。

樹脂相の樹脂は、成形時において高い流動性を発現しやすい観点、および、成形後に高い強度を発現する観点から、熱硬化性樹脂であることが好ましい。

（繊維）
本実施形態の樹脂組成物が含有する繊維は、樹脂組成物中において当該樹脂組成物の強度を高める性質を有する繊維から適宜に選ぶことができる。繊維は、一種でもそれ以上でもよい。

当該繊維は、後述する配向条件を実現させる観点から不連続繊維であることが好ましい。不連続繊維とは、カットされた繊維であり、５ｍｍ前後の繊維長を境に、短繊維と長繊維に大別される。本実施形態では、短繊維および長繊維のいずれであってもよい。

当該繊維の繊維長は、例えば、繊維の種類および樹脂成形体に要求される強度の観点から適宜に決めることができる。当該繊維長が短すぎると、樹脂成形体の強度が不十分となることがある。このような観点から、当該繊維長は、１ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ以上であることがより好ましく１０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

一方、当該繊維長が長すぎると、成形中に繊維が折損し、本来の機能が期待できなくなることがある。このような観点から、当該繊維長は、１００ｍｍ以下であることが好ましく、５０ｍｍ以下であることがより好ましく、３０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

樹脂成形体における繊維長は、例えば、樹脂成形体の表面および断面を含む任意の数か所における繊維の長さを測定し、得られた測定値の平均を算出することによって求めることが可能である。

繊維の太さは、樹脂成形体の所期の強度を発現させることが可能な範囲から適宜に決めることができ、例えば３～１５０μｍであってよい。なお、本明細書中、「～」は、その両端の数値を含む範囲を表す。

繊維の例には、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリエチレン繊維およびこれらの混合繊維が含まれる。当該繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維および炭素繊維からなる群から選択される一種以上の繊維であることが、樹脂成形体の所期の強度を発現させる観点から好ましい。

樹脂成形体における繊維の含有量は、樹脂成形体の所期の強度およびその他の所望の物性を十分に発現させる観点から適宜に決めることが可能である。このような観点から、樹脂成形体における繊維の含有量は、１０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることがさらに好ましい。また、上記の観点から、樹脂成形体における繊維の含有量は、９０質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下であることがより好ましく、７０質量％以下であることがさらに好ましい。

（その他の成分）
本実施形態の樹脂成形体は、本実施形態の効果が得られる範囲において、樹脂および繊維以外の他の成分をさらに含有していてもよい。当該他の成分は、一種でもそれ以上でもよい。当該他の成分の例には、充填剤、重合開始剤および滑剤が含まれる。

（樹脂成形体の構造）
本実施形態の樹脂成形体は、本体部と、当該本体部の表面から起立する壁部と、を備える。

本体部は、平面的な形状を有していてもよいし、立体的な形状を有していてもよい。本実施形態の効果は、一方向に長い形状のような長手方向を有する形状の樹脂成形体において特に顕著である。このような観点から、本体部は、長手方向を有する板部であってよい。

壁部は、本体部の表面から起立する。壁部の位置は、限定されず、本体部の平面形状における中央部であってもよいし、端部であってもよいし、縁部であってもよい。板状の樹脂成形体は、その強度を高めるためにリブを有することがある。当該壁部は、本体部の一表面（例えば裏面）から起立するリブであってもよい。また、当該壁部は、本実施形態の効果が得られる範囲において、リブ以外の構造であってもよい。

なお、本実施形態において、「リブ」とは、樹脂成形体における特定の構造を補強するために当該構造の表面に対して垂直に取り付けられる補強材である。樹脂成形体におけるリブは、通常、薄い板状の部分であり、本体部に接合し、あるいは本体部と当該特定の構造とを接合している。リブは、補強材であることから、通常は、コスト削減の観点から薄く作製される。また、リブは、平面視したときにマス目状となるように、壁状のリブが互いに交差する形態で樹脂成形体に採用されることがある。このような形態のリブは、たとえば、平板部のような平面的な広がりを有する部材を補強する場合に採用される。

本実施形態の樹脂成形体は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上述した本体部および壁部以外の他の構造をさらに含んでいてもよい。当該他の構造の例には、傾斜部が含まれる。

傾斜部とは、樹脂成形体の厚さ方向において対向する第一の面（例えば表面）および第二の面（例えば裏面）において、第一の面に対して第二の面が傾斜している形状を有する部分である。換言すれば、樹脂成形体における、樹脂成形体の平面方向中の一方向において樹脂成形体の厚さが漸次増加または減少する部分である。樹脂成形体は、本実施形態の効果がより顕著となる観点から、上記の傾斜部をさらに含むことが好ましく、樹脂成形体の平面形状における長手方向に沿って延在する傾斜部をさらに含むことがより好ましい。

（樹脂成形体における繊維の配向）
本実施形態の樹脂成形体において、繊維の配向テンソルの第一主方向の値は０．３以上、０．７以下である。

配向テンソルは、繊維を中心として繊維の向きを表す指標である。繊維の向きを、互いに直交する三方向における相対的な大きさの合計が「１」となるように、かつ最も大きな値となる向きを、三方向のうちの一つである第一主方向とする。これに直交する他の二方向は、それぞれ第二主方向および第三主方向となる。本実施形態における繊維の配向テンソルは、第一主方向の値である。

繊維の配向テンソルは、大きすぎても小さすぎても、いずれも、繊維がいずれか一方向へ強く配向しすぎていることを意味する。繊維が一方向に強く配向していると、他の二方向に対しては繊維が十分な長さで存在しないことから、当該他の二方向において繊維による樹脂成形体の強度向上効果が不十分となることがある。このような観点から、繊維の配向テンソルは、第一主方向の値で０．３以上であり、０．３５以上であることが好ましく、０．４以上であることがより好ましい。また、上記の観点から、繊維の配向テンソルは、第一主方向の値で０．７以下であり、０．６５以下であることが好ましく、０．６以下であることがより好ましい。

繊維の配向テンソルは、公知の方法によって測定することが可能である。たとえば、樹脂組成物における繊維の配向テンソルは、産業用のＸ線ＣＴスキャナーと、当該スキャナーで得られる樹脂組成物中の繊維の三次元画像を解析可能な解析ソフトウエアとによって求めることが可能である。

また、樹脂組成物中の繊維の配向テンソルの第一主方向の値は、成形時における樹脂の流動を適宜に抑制することによって調整することが可能である。

本実施形態の樹脂成形体において、繊維は、互いに直交する三方向のいずれに対してもある程度の割合で存在する向きで、存在している。このため、繊維は、当該三方向のいずれに対しても、樹脂成形体の強度を実質的に向上させる作用を呈する。したがって、本実施形態の樹脂成形体は、前述した壁部または傾斜部のように、成形時に樹脂が流動しやすい部位においても、繊維が上記のような向きで存在する。よって、本実施形態の樹脂成形体では、樹脂成形体の局所的な強度低下が抑制される。

〔樹脂成形体の製造方法〕
本実施形態における樹脂成形体は、以下に説明する方法によって好適に製造することができる。本実施形態の樹脂成形体の製造方法は、基材シートを下型に敷設する第一の工程と、基材シートを型内で押圧して成形する第二の工程と、を含む。

（第一の工程 基材シートの敷設）
第一の工程は、繊維と繊維を被覆する樹脂とによって構成されている基材シートを、壁部に対応する凹部を有する型の下型に、型の内部空間の高さに応じて敷く工程である。基材シートは、ＦＲＰ成型体の製造において材料として通常使用されるシートを用いることができる。基材シートにおける樹脂は、当該樹脂が熱硬化性樹脂である場合は、未硬化の樹脂である。

本実施形態では、当該第一の工程において、下型に敷設されている基材シートに上型が接触したときの、上型の内表面と下型の内表面との距離に対する、上型の内表面から敷設されている基材シートの上面までの距離の比（高さ比）は、０．４以下である。この高さ比は、基材シートが占める割合で表すならば０．６以上である。当該基材シートが占める割合とは、下型に敷設されている基材シートに上型が接触したときの、上型の内表面と下型の内表面との距離に対する、下型の内表面から敷設されている基材シートの上面までの距離の比である。以下、上記の高さ比について、当該高さ比に代えて上記の基材シートが占める割合で説明することがある。本明細書では、「基材シートが占める割合」を「充填率」とも言う。

図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の製造方法における基材シートの充填率を説明するための図である。図１に示されるように、型１０は、下型１１および上型１２を有する。内部空間を正面から見た形状は、台形である。当該内部空間は、前述した傾斜部に対応している。また、下型１１または上型１２は、図示していないが、樹脂成形体の壁部に対応する構造を含んでいる。たとえば、下型１１または上型１２は、前述したリブに対応する不図示の凹部を有している。

下型１１には、例えば三枚の基材シート１５が重ねて敷かれている。重ねられている基材シート１５は、型１２の上面の傾斜に応じて、上側ほど長手方向の長さが短くなっている。図１は、上型１２が、基材シート１５が重ねて敷かれている下型１１の上方から下型１１に被さり、斜面の他端（当該斜面における台形の上底側の端）で基材シート１５の上面に最初に接触した状態を示している。

図中のＨ１は、下型１１に敷設されている基材シート１５に上型１２が接触したときの、上型１２の内表面と下型１１の内表面との距離を示している。たとえば、上型１２の内表面および下型１１の内表面は、いずれも、本体部に対応する部分の内表面である。図中のＨ２は、下型１１に敷設されている基材シート１５に上型１２が接触したときの、上型１２の内表面から敷設されている基材シート１５の上面までの距離を示している。すなわち、前述した高さ比は、「Ｈ２／Ｈ１」で表され、前述した充填率は、「１－（Ｈ２／Ｈ１）」で表される。Ｈ１およびＨ２は、実測値であってもよいし、計算値であってもよい。なお、上記充填率は、型１０内における「１－（Ｈ２／Ｈ１）」の最小値である。

上型１２は、続く第二の工程では、下型１１に向けてさらに進出し、下型１１と嵌合する。このため、基材シート１５が、上型１２によってさらに押圧されることにより、基材シート１５中の樹脂が基材シート１５から流れ出し、型１０の内部空間を流動する。

本実施形態では、上記充填率が０．６以上と十分に高い。したがって、成形時における樹脂の流動が抑制され、よって、当該流動による繊維の配向が抑制される。このため、下型１１または上型１２における前述した壁部に対応する構造においても、樹脂の流動とそれによる繊維の配向が十分に抑制される。よって、本実施形態では、前述した配向テンソルを有する樹脂成形体が製造される。

本実施形態において、配向テンソルの第一主方向の値を前述の境界値よりも範囲の中央側に寄せる観点（すなわち繊維の配向をより抑制する観点）から、上記充填率は、０．７以上であることが好ましい。

上記充填率は、高いほど、成形時における樹脂の流動を抑制し、繊維の配向を抑制する観点から好ましいが、高すぎると、基材シート１５の敷設の作業性が煩雑となり、樹脂成形体の生産性が低下することがある。樹脂成形体の生産性を十分に高くする観点から、上記充填率は、０．９以下であることが好ましい。

また、第一の工程において、上記の充填率は、樹脂成形体の本体部に対応する部分において、０．６以上であることが、樹脂成形体の生産性を十分に高くする観点から好ましい。前述したように、下型１１または上型１２は、樹脂成形体の壁部に対応するように形成されており、例えば、リブに対応する凹部が形成されている。当該凹部に基材シート１５を詰めて上記充填率を所望の範囲に調整してもよいが、当該凹部への基材シート１５の配置は、基材シート１５の敷設の作業性が煩雑となり、樹脂成形体の生産性が低下することがある。樹脂成形体の生産性を十分に高くする観点から、第一の工程において、基材シート１５を上記凹部の開口に架け渡されるように配置することが好ましい。

（第二の工程 基材シートの押圧）
第二の工程は、基材シートが敷設された下型に上型を設置して基材シートを押圧する工程である。当該押圧によって、基材シート中の樹脂および繊維が型の内部空間の隙間を埋める。その結果、基材シートは、型の内部空間の形状に成形される。

第二の工程において、型の内部空間における樹脂の流動が速すぎると、樹脂の流動によって繊維が配向し、繊維が配向した部分における樹脂成形体の、繊維の配向方向に直交する方向における強度が不十部となることがある。成形時における繊維の配向を十分に抑制する観点から、第二の工程において、型の内部空間での、前述した壁部の長手方向の樹脂の流動速度は、５ｍｍ／秒以下であることが好ましい。当該流動速度は、平均値である。また、当該流動速度は、一方向に向けて正として求めることがあるが、当該流動速度は、絶対値である。なお、当該流動速度は、壁部と本体部とで異なる場合が多く、一般に本体部のほうが大きくなる傾向にある。

上記流動速度は、上型により基材シートを押圧する速度、すなわち上型の下型に向かう移動の移動速度によって調整することが可能である。たとえば、当該移動速度をより小さくすることによって、上記流動速度をより小さくすることが可能である。また、上記流動速度は、例えば、コンピュータシミュレーションに基づく計算によって推定することが可能である。

（その他の工程）
本実施形態における樹脂成形体の製造方法は、本実施形態の効果が得られる範囲において、前述した第一の工程および第二の工程以外の他の工程をさらに含んでいなくてもよい。当該他の工程の例には、予熱工程、加熱工程および冷却工程が含まれる。

予熱工程は、第二の工程前に、下型に敷かれた基材シートに適度な柔軟性を付与するために当該基材シートを加熱する工程である。樹脂が熱硬化性樹脂である場合は、基材シートは、硬化しない範囲において加熱される。

加熱工程は、第二の工程において、型内の基材シートを十分に加熱する工程である。樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、樹脂および繊維が型との隙間を埋めることができるように樹脂を十分に軟化させる温度で基材シートを加熱する。樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、繊維とともに型の隙間を埋めた樹脂を十分に硬化させる温度で基材シートを加熱する。

冷却工程は、第二の工程による生成物を冷却する工程である。樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、第二の工程で型の内部空間を埋めた樹脂組成物が冷却されて固化し、樹脂成形体となる。樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、第二の工程で硬化して生成した樹脂成形体が冷却されてその後の取り扱いが容易となる。

〔成形時における繊維の挙動〕
以下、本発明の一実施形態について、上述した基材シートからの成形を計算したコンピュータシミュレーションに基づき説明する。

（条件）
コンピュータシミュレーションでは、図２に示される樹脂成形体について計算した。図２本発明の一実施形態に係る樹脂成形体の一例の構造を模式的に示す図である。図２に示されるように、樹脂成形体２０は、本体部２１および壁部２２を有する。

本体部２１の平面形状は矩形であり、長さ１２００ｍｍ、幅２００ｍｍである。本体部２１の厚み（図２中の厚み方向）は、長手方向（図２中のＹ方向）の一端から他端に向けて漸次増加している。本体部２１の厚みは、一端で２４ｍｍであり、他端で３ｍｍである。このように、本体部２１は、前述した傾斜部となっている。なお、本体部２１の厚みは、短手方向（幅方向、図２中のＸ方向）では一定である。

壁部２２は、本体部２１の一側縁にからＺ方向に沿って起立している。壁部２２は、本体部２１の側縁から起立するリブとなっている。壁部２２は、本体部２１の下面から一定の高さとなるように起立しており、本体部２１の上面側では、一端でより高く、他端でより低くなっている。本体部２１の上面からの壁部２２の一端での高さは３６ｍｍであり、他端での高さは５７ｍｍである。壁部２２の厚さは８ｍｍであり、Ｙ方向において一定である。

型は、図１に示されるような型であり、下型が壁部に対応する溝を有しており、上型が下型に嵌合することにより、樹脂成形体２０の形状と同じ形状の内部空間を形成する。

次いで、実行したコンピュータシミュレーションについて説明する。以下に説明するコンピュータシミュレーションでは、東レエンジニアリング株式会社が開発した樹脂流動解析ソフト３Ｄ ＴＩＯＭＮ ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰＲＥＳＳを使用し、樹脂流動解析および繊維配向解析を行い、繊維の配向テンソルにおける第一主方向の値を計算した。

コンピュータシミュレーションに際して、上述の型の３Ｄデータ、下記成形条件、および下記の単位で表した物性値を材料データとして使用した。
＜成形条件＞
圧縮速度［ｍｍ／ｓｅｃ］、圧縮時間［ｓｅｃ］、型締力［ｔｏｎ］
＜基本物性値＞
固化温度［℃］、Ｎｏ－Ｆｌｏｗ温度［℃］、ゲル化反応率、硬化反応熱［Ｊ／ｋｇ］、高温時と低温時の密度［ｋｇ／ｍ^３］・比熱［Ｊ／ｋｇ／℃］・熱伝導率［Ｗ／ｍ／℃］、粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］のせん断速度［／ｓｅｃ］依存性、硬化反応率曲線（硬化反応率－時間［ｓｅｃ］）、硬化反応前・後におけるＰＶＴ曲線（各圧力における比容積の温度変化）
＜強化繊維の物性値＞
繊維含有率［ｗｔ％］、密度［ｋｇ／ｍ^３］、ヤング率［ｋｇｆ／ｍｍ^２］、ポアソン比、線膨張係数［／℃］、アスペクト比

（１）例１（実施形態）
図３は、本発明の一実施形態に係る樹脂成形体である例１の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた充填率の分布を示す図である。図３に示されるシミュレーション結果では、色が濃いほど充填率は高い。

図３に示されるように、例１では、充填率は、最低値でも７４％強と十分に高い。例１において、充填率は、本体部の長手方向における一端側で比較的低く、一端部と他端側の半分近くで比較的高い。また、一端から他端にかけて充填率が七段で変化していることから、下型における基材シートの敷設では、基材シートを最大で七層重ねていることが伺える。

図４は、上記の例１についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の一方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。図５は、上記の例１についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の他方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。配向テンソルの第一主方向の値は、色が濃いほど、その分布の中央値からより離れ、色が薄いほど、範囲の中間の値である０．５に近づく。なお、図４および図５において、樹脂成形体の壁部は、陰影を含んで表示されており、本体部に比べて一律に暗く表示されている。

図４および図５に示されるように、例１における配向テンソルの第一主方向の値は、壁部が起立する本体部における一側縁、本体部における他側縁、および壁部の先端縁のわずかな部分で高い。また、本体部と比べると、壁部の方が、配向テンソルの第一主方向の値はより高い（例えば、図５中の破線で囲まれた部分を参照）。しかしながら、例１の壁部における繊維の配向テンソルは、第一主方向の値で０．６３である。したがって、例１における本体部における繊維の配向テンソルの第一主方向の値は、さらに低いことが明らかである。

このように、例１では、充填率がより高くなるように基材シートを型内に敷設したことから、傾斜部および壁部の樹脂の流動が十分に抑制され、繊維の配向が十分に抑制されている。

（２）例２（比較形態）
図６は、本発明の比較の形態に係る樹脂成形体である例２の製造の一例についてコンピュータシミュレーションにより求めた充填率の分布を示す図である。図６に示されるように、例２では、一端から他端にかけて基材シートを最大で五層重ねていることが伺える。例２において、充填率は、本体部の長手方向における一端側では十分に高いが、他端側に向けて漸次低くなっており、他端側で最も低い。例２における充填率の最低値は、他端部で４８％である。

図７は、上記の例２についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の一方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。図８は、上記の例２についてコンピュータシミュレーションにより求めた樹脂成形体の他方の表面側における繊維の配向テンソルの分布を示す図である。なお、図７および図８において、樹脂成形体の壁部は、陰影を含んで表示されており、本体部に比べて一律に暗く表示されている。

図７および図８に示されるように、例２における配向テンソルの第一主方向の値は、本体部において一端側で比較的高く、他端側で比較的低く分布していることがわかる。また、例２では、配向テンソルの第一主方向の値は、本体部の一側縁部および壁部全体でより高いことがわかる。例２の壁部における繊維の配向テンソルは、第一主方向の値で０．７７である（例えば図８中の破線で囲まれた部分を参照）。このように、例２では、基材シートを下型に敷いた際の充填率が例１のそれよりも低い。このため、例１と同じ条件で例２の樹脂成形体を製造した場合には、傾斜部および壁部の形成において樹脂が流動し、その結果、傾斜部および壁部で繊維が配向することがわかる。

（３）物性の評価
＜配向テンソルと曲げ強度＞
図９は、樹脂成形体における繊維の配向テンソルと曲げ強度との関係を示す図である。前述のコンピュータシミュレーションにより求めた配向テンソルの第一主方向の値が０．２以下、０．３～０．７および０．８以上に対応する樹脂成形体の板をそれぞれ作製した。作製した板のそれぞれから幅１０ｍｍの試験片を切り出し、支点間４５ｍｍ、試験速度２ｍｍ／ｍｉｎの試験条件で三点曲げ試験を行った。圧子の半径は５ｍｍであり、支点の半径は２ｍｍである。三点曲げ試験の試験結果から、下記式（１）より各試験片の曲げ強度を算出した。
σ＝３ＦＬ／２ｂｈ^２ （１）

上記式中、σは曲げ強度（ＭＰａ）を表し、Ｆは力（Ｎ）を表し、Ｌは支点間距離（ｍｍ）を表し、ｂは試験片の幅（ｍｍ）を表し、ｈは試験片の厚み（ｍｍ）を表す。

各試験片に対応する配向テンソルの第一主方向の値と、各試験片の曲げ強度の算出値とを線形近似した。その結果、相関係数Ｒの２乗値は０．８であった。

＜曲げ強度比＞
前述したコンピュータシミュレーションにおいて、例１における図中のＹ方向およびＺ方向のそれぞれにおける配向テンソルの値を求めた。そして、図９に示される相関関係から、例１におけるＹ方向の曲げ強度Ｓｙ１と、例１におけるＺ方向の曲げ強度Ｓｚ１とを求めた。そして、Ｓｙ１に対するＳｚ１の比（Ｓｚ１／Ｓｙ１）を求めたところ、当該比は０．７２であった。

同様に、前述した例２におけるＹ方向の曲げ強度Ｓｙ２と、例２におけるＺ方向の曲げ強度Ｓｚ２の比（Ｓｚ２／Ｓｙ２）を求めたところ、当該比は０．４９であった。

上記の曲げ強度の比は、１に近いほど、樹脂成形体における繊維の配向方向に対して直交する方向に力が樹脂成形体にかかっても破壊されにくいことを表す。当該比が１であれば、樹脂成形体における配向方向に対する曲げ荷重による破断強度は、樹脂成形体における配向方向に直交する方向に対対する曲げ強度による破断強度と同じとなる。例１は、例２に比べて、繊維の配向方向に直交する方向における曲げ強度の、繊維の配向方向における曲げ強度に対する相対的な大きさにおいて明らかに大きいことがわかる。

〔まとめ〕
本発明の実施形態に係る樹脂成形体（２０）は、樹脂相中に分散している繊維を有する樹脂成形体であって、本体部（２１）と、本体部の表面から起立する壁部（２２）とを備え、繊維の配向テンソルの第一主方向の値が０．３以上、０．７以下である。この構成では、樹脂成形体中において繊維は、互いに直交する三方向のいずれに対してもある程度の割合で存在する。したがって、繊維は、当該三方向のいずれに対しても、樹脂成形体の強度を実質的に向上させる。よって、繊維の配合による所期の強度を発現する樹脂成形体を実現することができる。

本発明の実施形態において、壁部は、表面から起立するリブであってもよい。この構成は、リブの強度を、リブの起立方向に直交する曲げに対しても十分に高くする観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、樹脂成形体は、樹脂成形体の厚さ方向において対向する第一の面および第二の面において、第一の面に対して第二の面が傾斜している傾斜部をさらに備えてもよい。この構成は、傾斜部においても、繊維の配合による所期の強度を発現する樹脂成形体を実現する観点から、より一層効果的である。

本発明の実施形態において、繊維の含有量は、３０質量％以上であってもよい。この構成は、繊維の配合によって所望の強度とその他の所望の物性とを十分に発現させる観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、繊維は不連続繊維であってもよい。この構成は、繊維を分散させることによって樹脂成形体の強度を高める観点からより効果的である。

本発明の実施形態において、繊維の繊維長は、１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であってもよい。この構成は、繊維を分散させることによって樹脂成形体の強度を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維および炭素繊維からなる群から選択される一種以上の繊維であってもよい。繊維の配合によって樹脂成形体の強度を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、樹脂相の樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよい。この構成は、樹脂成形体の強度を十分に高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態における樹脂成形体の製造方法は、前述した実施形態の樹脂成形体の製造方法であって、繊維と繊維を被覆する樹脂とによって構成されている基材シートを、壁部に対応する凹部を有する型の下型に、型の内部空間の高さに応じて敷設する工程と、基材シートが敷設された下型に上型を設置して基材シートを押圧する工程と、を含む。そして、内部空間の高さ方向において、下型に敷設されている基材シートに上型が接触したときの、上型の内表面と下型の内表面との距離に対する、上型の内表面から敷設されている基材シートの上面までの距離の比は、０．４以下（前述の充填率で０．６以上）である。この構成は、樹脂成形時における樹脂の流動が抑制されるため、この樹脂の流動に伴って繊維が所定の方向に配向することが抑制される。よって、繊維の配合による所期の強度を発現する樹脂成形体を実現することができる。

上記の押圧する工程において、内部空間での壁部の長手方向の樹脂の流動速度における絶対値の平均値は、５ｍｍ／秒以下であってもよい。この構成は、成形時における樹脂の流動を抑制し、それによる繊維の配向を抑制する観点からより一層効果的である。

上記の敷設する工程において、基材シートを凹部の開口に架け渡されるように配置してもよい。この構成は、下型へ基材シートを敷設する作業を省力化し、樹脂成形体の生産性を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態において、前述した上型の内表面と下型の内表面との距離に対する、上型の内表面から敷設されている基材シートの上面までの距離の比は０．１以上（前述の充填率で０．９以下）であってもよい。この構成は、下型へ積み重ねる基材シートの過剰な細分化を抑制し、樹脂成形体の生産性を高める観点からより一層効果的である。

本発明は上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ 型
１１ 下型
１２ 上型
１５ 基材シート
２０ 樹脂成形体
２１ 本体部
２２ 壁部

Claims (11)

1. 樹脂相中に分散している繊維を有する樹脂成形体であって、
   本体部と、
   前記本体部の表面から起立する壁部と、
   前記樹脂成形体の厚さ方向において対向する第一の面および第二の面において、前記第一の面に対して前記第二の面が傾斜している傾斜部と、
   を備え、
   前記繊維の配向テンソルの第一主方向の値が０．３５以上、０．７以下であり、
   前記壁部は長手方向を有している、樹脂成形体。
2. 前記壁部は、前記表面から起立するリブである、請求項１に記載の樹脂成形体。
3. 前記繊維の含有量は、３０質量％以上である、請求項１又は２に記載の樹脂成形体。
4. 前記繊維は、不連続繊維である、請求項１～３のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
5. 前記繊維の繊維長は、１ｍｍ以上、１００ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
6. 前記繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維および炭素繊維からなる群から選択される一種以上の繊維である、請求項１～５のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
7. 前記樹脂相の樹脂は、熱硬化性樹脂である、請求項１～６のいずれか一項に記載の樹脂成形体。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の樹脂成形体の製造方法であって、
   前記繊維と前記繊維を被覆する樹脂とによって構成されている基材シートを、前記壁部に対応する凹部を有する型の下型に、前記型の内部空間の高さに応じて敷設する工程と、
   前記基材シートが敷設された前記下型に上型を設置して前記基材シートを押圧する工程と、を含み、
   前記内部空間の高さ方向において、前記下型に敷設されている前記基材シートに前記上型が接触したときの、前記上型の内表面と前記下型の内表面との距離に対する、前記上型の内表面から敷設されている前記基材シートの上面までの距離の比は、０．４以下である、
   樹脂成形体の製造方法。
9. 前記押圧する工程において、前記内部空間での前記壁部の長手方向の前記樹脂の流動速度における絶対値の平均値は、５ｍｍ／秒以下である、請求項８に記載の樹脂成形体の製造方法。
10. 前記敷設する工程において、前記基材シートを前記凹部の開口に架け渡されるように配置する、請求項８または９に記載の樹脂成形体の製造方法。
11. 前記比は０．１以上である、請求項８～１０のいずれか一項に記載の樹脂成形体の製造方法。

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