(57)【要約】【課題】剛性と軽さを両立した構造材を提供する。【解決手段】少なくとも上面構成部１１及び下面構成部１２を有する樹脂製の構造材１であって、この構造材１は上面構成部１１及び下面構成部１２が強化繊維の配向方向が構造材の長手方向に対して０°±２０°以内である一方向性炭素繊維強化樹脂シート１１ｂ及び１２ｂを含む。また、構造材１は上面構成部１１と下面構成部１２とを繋ぐ為の支持部１３及び１４を有していても良く、この支持部１３及び１４は一方向性繊維強化樹脂シート１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ及び１４ｃを含んでいても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上面構成部及び下面構成部を有する樹脂製の構造材であって、
前記上面構成部及び前記下面構成部が、強化繊維の配向方向が構造材の長手方向に対して０°±２０°以内である一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含み、
前記上面構成部全体の厚さに対する前記一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さ、及び／又は、前記下面構成部全体の厚さに対する一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さが、３５％以上であることを特徴とする構造材。
【請求項２】
前記上面構成部全体の厚さに対する前記一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さ、及び／又は、前記下面構成部全体の厚さに対する一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さが、５０％以上である請求項１に記載の構造材。
【請求項３】
前記上面構成部と前記下面構成部とを繋ぐ為の支持部を有する請求項１又は２に記載の構造材。
【請求項４】
前記支持部が、一方向性繊維強化樹脂シートを含む請求項３に記載の構造材。
【請求項５】
前記支持部全体の厚さに対する前記一方向性繊維強化樹脂シートの厚さが、５０％以上である請求項４に記載の構造材。
【請求項６】
構造材の断面が、中空箱型形状、中実箱型形状及びＨ型形状のうちの何れかである請求項１〜５の何れかに記載の構造材。
【請求項７】
建築材である請求項１〜６の何れかに記載の構造材。
【請求項８】
浴室用建築材である請求項７に記載の構造材。
【請求項９】
車両用部材である請求項１〜６の何れかに記載の構造材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば建造物又は土木構造物の用途、輸送機器の用途、及びその他の様々な用途に有用な構造材であって、剛性と軽さを両立した構造材に関する。
【背景技術】
【０００２】
建造物を構成する為の建築材としては、一般に、剛性に優れる鋼製の建築材が使用されている。しかし鋼製の建築材は重いので、その運搬や設置に過大な労力を要する。そこで、鋼よりも軽量なアルミニウム材を建築材として使用することが提案されている。例えば特許文献１には、アルミ押出し形材の一面に炭素繊維を接着積層した炭素繊維強化アルミ製梁構造材が記載されている。そして、そのような炭素繊維を接着積層することにより、アルミ製梁構造材の耐撓み性が改善することが説明されている。
【０００３】
一方、建造物が破損や老朽化した場合に、その部分を繊維シートを用いて補強する方法も提案されている。例えば特許文献２には、特定の織編物からなる繊維シートを建造物の補強に用いることが提案されている。そして、この特定の織編物からなる繊維シートを建造物の補強に用いることにより、補強施工時の作業性や作業効率が向上することが説明されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５４１０７号公報
【特許文献２】特開２０１８−１７２８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載のようなアルミニウム材と炭素繊維を組み合わせた建築材は、水滴が付着すると電気が発生して電蝕が生じ、剛性が低下する場合があることが分かった。また、単にアルミニウム材と炭素繊維を組み合わせただけの建築材では、たとえ電蝕があまり生じない場合であっても、建築材の剛性と軽さを十分に両立しているとは言えない場合があることも分かった。
【０００６】
一方、特許文献２に記載のような補強方法は、建造物が破損や老朽化した場合にその部分を補強方法する方法であり、補強する対象としてコンクリートが挙げられている。したがって特許文献２では、建築材自体の剛性と軽さを両立するという点は何ら検討されていない。
【０００７】
先に述べた通り、建築材には十分な剛性が要求されるが、鋼製の建築材は重いので運搬や設置に過大な労力を要する。例えば、組み立て式の建造物は、少人数の作業員で組み立てる場合が多い。この場合、重い建築材を一人だけで運搬及び設置すると、その際にあやまって組み立て中の建造物に傷を付けてしまう恐れがある。したがって、重い建築材を運搬及び設置する場合は、安全に運搬及び設置する為に二人以上の作業員が必要になることもある。
【０００８】
そこで本発明者らは、建築材等の構造材の剛性はあまり低下させることなくその軽量化を図れば、一人でも安全に運搬及び設置可能になり、作業効率が格段に向上すると考えた。
【０００９】
さらに本発明者らは、建築材以外の様々な構造材においても同様に、剛性と軽さを両立することが重要であると考えた。例えば、近年の車両用部材の軽量化の要請に伴い、従来の鋼製の車両用部材に代わる様々な樹脂製の車両用部材が提案されて来ている。このような樹脂製の車両用部材は軽量化の点で優れているが、さらにその部材自体が十分な剛性を有することも要求される。
【００１０】
すなわち、本発明の目的は、剛性と軽さを両立した構造材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、少なくとも上下両面に強化繊維の配向方向が構造材の長手方向に対して０°±２０°以内である一方向性炭素繊維強化樹脂シートを用いた樹脂製の構造材が非常に有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は以下の事項により特定される。
【００１２】
［１］少なくとも上面構成部及び下面構成部を有する樹脂製の構造材であって、
前記上面構成部及び前記下面構成部が、強化繊維の配向方向が構造材の長手方向に対して０°±２０°以内である一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含み、
前記上面構成部全体の厚さに対する前記一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さ、及び／又は、前記下面構成部全体の厚さに対する一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さが、３５％以上であることを特徴とする構造材。
【００１３】
［２］前記上面構成部全体の厚さに対する前記一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さ、及び／又は、前記下面構成部全体の厚さに対する一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さが、５０％以上である［１］に記載の構造材。
【００１４】
［３］前記上面構成部と前記下面構成部とを繋ぐ為の支持部を有する［１］又は［２］に記載の構造材。
【００１５】
［４］前記支持部が、一方向性繊維強化樹脂シートを含む［３］に記載の構造材。
【００１６】
［５］前記支持部全体の厚さに対する一方向性繊維強化樹脂シートの厚さが、５０％以上である［４］に記載の構造材。
【００１７】
［６］構造材の断面が、中空箱型形状、中実箱型形状及びＨ型形状のうちの何れかである［１］〜［５］の何れかに記載の構造材。
【００１８】
［７］建築材である［１］〜［６］の何れかに記載の構造材。
【００１９】
［８］浴室用建築材である［７］に記載の構造材。
【００２０】
［９］車両用部材である［１］〜［６］の何れかに記載の構造材。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構造材は樹脂製なので、従来の鋼製の構造材に比べて非常に軽量であり、しかも錆の発生や腐食が生じ難く、湿度の高い場所での使用にも好適である。また、少なくとも上面構成部及び下面構成部が、強化繊維の配向方向が構造材の長手方向に対して０°±２０°以内である一方向性炭素繊維強化樹脂シートを全体厚に対し３５％以上の厚さで含むので、剛性に優れている。その結果、本発明によれば剛性と軽さを両立した構造材を提供できる。
【００２２】
なお本発明において「樹脂製の構造材」とは、繊維強化樹脂材によって構成された構造材も含む意味である。すなわち、本発明の構造材は、樹脂、強化繊維、及び必要に応じてその他の任意成分や任意の構造材料を含んでいても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は本発明の構造材の一実施形態を示す模式的斜視図であり、（Ｂ）はその模式的拡大断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明の構造材の他の一実施形態を示す模式的斜視図であり、（Ｂ）はその模式的拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の構造材の他の一実施形態を示す模式的斜視図であり、（Ｂ）はその模式的拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜構造材＞
図１（Ａ）は本発明の構造材の一実施形態を示す模式的斜視図であり、（Ｂ）はその模式的拡大断面図である。本発明の構造材は、図１に示すように、少なくとも上面構成部１１及び下面構成部１２を有する樹脂製の構造材１である。そして、上面構成部１１は、その外側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１１ｂを含み、下面構成部１２は、その外側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１２ｂを含む。これら一方向性炭素繊維強化樹脂シート１１ｂ及び１２ｂにおいて、その強化繊維の配向方向は構造材１の長手方向に対して０°±２０°以内である。構造材１は、この一方向性炭素繊維強化樹脂シート１１ｂ及び１２ｂによってその剛性が向上する。なお、構造材１の上面構成部１１は構造材１の上側の表面である平面を構成する部分であり、下面構成部１２は構造材１の下側の表面である平面を構成する部分である。
【００２５】
図１に示す構造材１は、その断面が中空箱型形状（中空の四角柱形状）である長尺の構造材（以下「中空箱型タイプの構造材」と称す）である。そして、中空箱型タイプの構造材１において、上面構成部１１は中空箱型形状の上辺部を構成し、下面構成部１２は中空箱型形状の下辺部を構成する。なお、図１に示す中空箱型タイプの構造材１は、その断面の中空箱型形状（中空四角形状）がほぼ正方形であるが、例えば横長又は縦長の長方形であっても構わない。
【００２６】
図１において、上面構成部１１は、上面構成基材部１１ａの上側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１１ｂが積層された構成を有し、下面構成部１２は、下面構成基材部１２ａの下側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１２ｂが積層された構成を有する。図１に示すこのように中空箱型タイプ構造材１においては、一方向性炭素繊維強化樹脂シートが上面構成部１１及び下面構成部１２の外側に配置された例を示しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の構造材において、一方向性炭素繊維強化樹脂シートは上面構成部１１及び下面構成部１２の内側に配置されていても良い。剛性をより向上させる観点からは、一方向性炭素繊維強化樹脂シートは上面構成部１１及び下面構成部１２の少なくとも一方の外側に配置されることが好ましく、図１に示したとおり、上面構成部１１及び下面構成部１２の両方の外側に配置されることがより好ましく、上面構成部１１及び下面構成部１２の両方の外側及び内側に配置されることが特に好ましい。
【００２７】
図１に示す中空箱型タイプの構造材１は、さらに上面構成部１１と下面構成部１２とを繋ぐ為の支持部１３及び１４を有する。右側の支持部１３は中空箱型形状の右辺部を構成し、左側の支持部１４は中空箱型形状の左辺部を構成する。そして右側支持部１３は支持基材部１３ａの外側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１３ｂを含み、内側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１３ｃを含む。左側支持部１４は、支持基材部１４ａの外側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１４ｂを含み、内側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート１４ｃを含む。中空箱型タイプの構造材１は、この一方向性炭素繊維強化樹脂シート１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ及び１４ｃによって座屈変形を防止できる傾向にある。
【００２８】
図１に示す中空箱型タイプの構造材１は、支持基材部１３ａ及び１４ａの外側及び内側に、一方向性炭素繊維強化樹脂シート１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃを含んでいるが、本発明はこれに限定されない。本発明の構造材においては、例えば、支持基材部１３ａ及び１４ａの外側及び内側の一方のみに一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含んでいても良く、支持基材部１３ａ及び１４ａの両側に一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含んでいなくても良い。
【００２９】
図１に示す中空箱型タイプの構造材１は、その断面が中空箱型形状（中空の四角柱形状）であるが、本発明はこれに限定されない。本発明の構造材は、例えば、中実箱型形状（内部に空間が存在しない四角柱形状）であっても良い。その場合も上面構成部及び上面構成部が一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含んでいれば良く、また所望に応じて右側面構成部及び左側面構成部が一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含んでいても良い。
【００３０】
図２（Ａ）は本発明の構造材の他の一実施形態を示す模式的斜視図であり、（Ｂ）はその模式的拡大断面図である。この実施形態の構造材２も、少なくとも上面構成部２１及び下面構成部２２を有する樹脂製の構造材である。そして、上面構成部２１は一方向性炭素繊維強化樹脂シート２１ｂを含み、下面構成部２２は一方向性炭素繊維強化樹脂シート２２ｂを含む。これら一方向性炭素繊維強化樹脂シート２１ｂ及び２２ｂにおいて、その強化繊維の配向方向は構造材２の長手方向に対して０°±２０°以内である。構造材２は、この一方向性炭素繊維強化樹脂シート２１ａ及び２１ｂによってその剛性が向上する。
【００３１】
図２に示す構造材２は、その断面がＨ型形状（Ｈ型鋼の形状に相当）である長尺の構造材（以下「Ｈ型タイプの構造材」と称す）である。そして、Ｈ型タイプの構造材２においては、上面構成部２１はＨ型形状の上辺部を構成し、下面構成部２２はＨ型形状の下辺部を構成する。
【００３２】
図２において、上面構成部２１は、上面構成基材部２１ａの上側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート２１ｂが積層された構成を有し、下面構成部２２は、下面構成基材部２２ａの下側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート２２ｂが積層された構成を有する。
【００３３】
図２に示すＨ型タイプの構造材２は、さらに上面構成部２１と下面構成部２２とを繋ぐ為の支持部２３を有する。この支持部２３は上面構成部２１及び下面構成部２２の中央に繋がる部分である。そして支持部２３は、支持基材部２３ａの右側に一方向性炭素繊維強化樹脂シート２３ｂを含み、その左側にも一方向性炭素繊維強化樹脂シート２３ｃを含む。Ｈ型タイプの構造材２は、この一方向性炭素繊維強化樹脂シート２３ｂ及び２３ｃによって、座屈変形を防止できる傾向にある。
【００３４】
図２に示すＨ型タイプの構造材２は、支持基材部２２ａの両側に、一方向性炭素繊維強化樹脂シート２３ｂ及び２３ｃを含んでいるが、本発明はこれに限定されない。本発明の構造材は、例えば、支持基材部２２ａの片側のみに、一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含んでいても良く、支持基材部２２ａの両側共に一方向性炭素繊維強化樹脂シートを含んでいなくても良い。
【００３５】
図３（Ａ）は本発明の構造材の他の一実施形態を示す模式的斜視図であり、（Ｂ）はその模式的拡大断面図である。この実施形態の構造材３も、少なくとも上面構成部３１及び下面構成部３２を有する樹脂製の構造材である。そして、上面構成部３１は一方向性炭素繊維強化樹脂シート３１ａを含み、下面構成部３２は一方向性炭素繊維強化樹脂シート３２ａを含む。これら一方向性炭素繊維強化樹脂シート３１ａ及び３２ａにおいて、その強化繊維の配向方向は構造材３の長手方向に対して０°±２０°以内である。構造材３は、この一方向性炭素繊維強化樹脂シート３１ａ及び３２ａによってその剛性が向上する。
【００３６】
図３に示す構造材３は、図２に示した構造材２と同様にＨ型タイプの構造材であり、上面構成部３１はＨ型形状の上辺部を構成し、下面構成部３２はＨ型形状の下辺部を構成する。また図２に示した構造材２と同様に、上面構成部３１と下面構成部３２とを繋ぐ為の支持部３３を有する。この支持部３３は上面構成部３１及び下面構成部３２の中央に繋がる部分である。
【００３７】
図３に示す構造材３は、上面構成部３１、下面構成部３２及び支持部３３が全て繊維強化樹脂シートからなる点が図２に示した構造材２と異なる。具体的には、上面構成部３１は一方向性炭素繊維強化樹脂シート３１ａと繊維強化樹脂シート３１ｂ及び３１ｃとから構成され、下面構成部３２は一方向性炭素繊維強化樹脂シート３２ａと繊維強化樹脂シート３２ｂ及び３２ｃとから構成され、支持部３３は繊維強化樹脂シート３３ｂ及び３３ｃから構成されている。一方向性炭素繊維強化樹脂シート３１ａ及び３２ａは、その上下面に平面状に積層されたシートであり、上面構成部３１及び下面構成部３２の一部を構成し、上下表面に面するシートである。一方、繊維強化樹脂シート３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂ、並びに、繊維強化樹脂シート３１ｃ、３２ｃ及び３３ｃは、各々、コの字形状に屈曲した１つのシートであり、各々のシートの両端部（３１ｂ及び３１ｃ、３２ｂ及び３２ｃ）が上面構成部３１及び下面構成部３２の一部を構成し、各々のシートの中央部（３３ｂ及び３３ｃ）が支持部３３を構成する。このようなＨ型タイプの構造材３は、剛性に優れ、座屈変形を防止できる傾向にあり、好ましい。なお、図３における繊維強化樹脂シート３１ｂ、３２ｂ及び３３ｂ、並びに、繊維強化樹脂シート３１ｃ、３２ｃ及び３３ｃは、一方向性繊維強化樹脂シートであっても良いし、短繊維がランダム方向に配合された繊維強化樹脂シートであっても良いし、織物状の繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートであっても良い。
【００３８】
以上、構造材の断面が、中空箱型形状、中実箱型形状及びＨ型形状のうちの何れかである構造材の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明の構造材の形状は、所望に応じて適宜変更可能である。その他の形状としては、例えば、ハット型形状がある。なお、ハット型形状とは、構造材の断面がハット型形状であり、ハット型鋼の形状に相当する形状である。
【００３９】
図１〜３に示した上面構成部１１、２１及び３１の一方向性炭素繊維強化樹脂シート１１ｂ、２１ｂ及び３１ａ、並びに、下面構成部１２、２２及び３２の一方向性炭素繊維強化樹脂シート１２ｂ、２２ｂ及び３２ａ（すなわち上下表面に位置する一方向性炭素繊維強化樹脂シート）において、その強化繊維の配向方向は構造材１〜３の長手方向に対して０°±２０°以内、好ましくは０°±１５°以内である。そして、このような配向を有する一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さは、上面構成部全体の厚さに対して、及び／又は、下面構成部全体の厚さに対して３５％以上であり、好ましくは５０％以上である。本発明においては、上面構成部及び下面構成部がこのような構成を有することにより、剛性が著しく向上する。
【００４０】
図１〜３に示した構造材１〜３は、上面構成部と下面構成部とを繋ぐ為の支持部１３、１４、２３及び３３を有しており、このような実施形態は好ましいものである。そして、この支持部１３、１４、２３及び３３の一方向性炭素繊維強化樹脂シート１３ｂ、１３ｃ、１４ｂ、１４ｃ、２３ｂ及び２３ｃ（並びに繊維強化樹脂シート３１ｂ３３ｂ及び３３ｃが一方向性炭素繊維強化樹脂シートである場合）において、その強化繊維の配向方向は特に限定されず、所望に応じて適宜変更可能である。ただし、支持部の強化繊維の配向方向は構造材１〜３の長手方向に対して、好ましくは９０°±５５°以内、より好ましくは９０°±４５°以内である。このような構成は、例えば、支持部の座屈変形を防止する点で好ましい。
【００４１】
図１〜３に示した構造材１〜３においては、各箇所に一方向性炭素繊維強化樹脂シート等の繊維強化樹脂シートを各々１枚ずつ積層したが、本発明はこれに限定されない。例えば一つの箇所に２枚以上の繊維強化樹脂シートを重ねて積層しても良い。その場合、この２枚以上の繊維強化樹脂シートの繊維の配向方向を互いに揃えることが好ましい。また、全ての繊維強化樹脂シートの繊維の配向方向を互いに揃える場合だけでなく、全ての繊維強化樹脂シートのうちの一部（２枚以上）の繊維強化樹脂シートの繊維の配向方向を互いに揃えることも好ましい。
【００４２】
本発明において、上面構成部及び下面構成部の全体の厚さは特に限定されず、所望に応じ適宜決定すれば良い。ただし先に述べた通り、上面構成部全体の厚さ及び／又は下面構成部全体の厚さに対して、０°±２０°以内の配向を有する一方向性炭素繊維強化樹脂シートの厚さは３５％以上であり、好ましくは５０％である。また、本発明において、支持部の全体の厚さは特に限定されず、所望に応じ適宜決定すれば良い。支持部が一方向性繊維強化樹脂シートを含む場合、支持部全体の厚さに対する一方向性繊維強化樹脂シートの厚さは５０％以上であることが好ましい。
【００４３】
本発明において、例えば図１及び２に示した構造材１及び２のように、一方向性炭素繊維強化樹脂シート以外の部分（例えば図１における基材部１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ、図２における基材部２１ａ、２２ａ及び２３ａ、以下単に「基材部」と称す）に対して、一方向性炭素繊維強化樹脂シートを貼着する方法としては、例えば、接着剤で貼着する方法、接着の表面をサンドブラストなどで処理した後に接着剤で貼着する方法、また、熱可塑性樹脂ならば熱融着で貼着する方法がある。
【００４４】
本発明において、上記の基材部を構成する材料の種類は、特に限定されない。例えば、樹脂のみからなる部分であっても良いし、樹脂及び強化繊維を含む繊維強化樹脂組成物からなる部分であっても良いし、さらに必要に応じてその他の任意成分や任意の構造材料を含む部材であっても良い。中でも、強度をより向上させる観点から、繊維強化樹脂組成物からなる部分であることが好ましい。基材部に用いる繊維強化樹脂組成物は、短繊維がランダム方向に配合された樹脂組成物であっても良いし、織物状の繊維に樹脂が含浸された樹脂組成物であっても良いし、一方向性繊維強化樹脂シートと同様に長繊維が一方向に配向した樹脂組成物であっても良いが、強度をより向上させる観点から、長繊維が一方向に配向した樹脂組成物と短繊維がランダム方向に配合された樹脂組成物とを併用することが好ましい。また、織物状の繊維（例えば炭素繊維又はガラス繊維）に樹脂が含浸された複数の繊維強化樹脂シートの積層体、又は、長繊維（例えば炭素繊維又はガラス繊維）が一方向に配向した複数の一方向性繊維強化樹脂シートを各々所望の方向（繊維の配向方向）で積層した積層体を用いて、基材部及び／又は支持部を構成することも好ましい。
【００４５】
本発明において、一方向性炭素繊維強化樹脂シートにおける樹脂の種類、並びに、上記の基材部の繊維強化樹脂組成物における樹脂の種類は特に限定されない。樹脂は熱可塑性樹脂であっても良いし、熱硬化性樹脂であっても良い。特にクリープ特性の点からは熱硬化性樹脂が好ましいが、リサイクル性の点からは熱可塑性樹脂が好ましい。
【００４６】
＜繊維強化樹脂組成物＞
本発明に用いる一方向性炭素繊維強化樹脂シートを構成する炭素繊維強化樹脂組成物の種類、並びに、基材部が繊維強化樹脂組成物からなる部分である場合の繊維強化樹脂組成物の種類は、特に限定されないが、その具体例を以下に説明する。
【００４７】
繊維強化樹脂組成物は、通常、強化繊維（好ましくは強化繊維束）とマトリックス樹脂を含む組成物である。強化繊維束は、例えば、強化繊維をサイジング剤で処理することにより得られる。この強化繊維束を引き揃えて、例えば溶融したマトリックス樹脂と接触させることにより繊維強化樹脂組成物からなる一方向性繊維強化樹脂シートが得られる。
【００４８】
繊維強化樹脂組成物が含む強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維等の高強度、高弾性率繊維を使用できる。これらは２種以上を併用しても良い。中でも、炭素繊維及びガラス繊維からなる群より選択される少なくとも一種の繊維を含むことが好ましい。特に弾性率の点からは、炭素繊維が好ましい。一方、コストの点からは、ガラス繊維が好ましい。
【００４９】
単糸の平均直径は特に限定されないが、機械特性及び表面外観の点から、好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは４〜１０μｍである。炭素繊維束の単糸数も特に限定されないが、生産性及び特性の点から、好ましくは１００〜１００,０００本、より好ましくは１,０００〜５０,０００本である。
【００５０】
強化繊維束に用いるサイジング剤としては、例えば変性ポリオレフィンが挙げられる。この変性ポリオレフィンは、重合体鎖に結合するカルボン酸金属塩を少なくとも含む変性ポリオレフィンであることが好ましい。変性ポリオレフィンの原料（未変性ポリオレフィン）としては、例えば、エチレン起因の骨格含量が５０モル％を超えるエチレン系重合体、プロピレン起因の骨格含量が５０モル％を超えるプロピレン系重合体が挙げられる。エチレン系重合体の具体例としては、エチレン単独重合体、エチレンと炭素原子数３〜１０のα−オレフィンの共重合体が挙げられる。プロピレン系重合体の具体例としては、プロピレン単独重合体、プロピレンとエチレン及び／又は炭素数４〜１０のα−オレフィンの共重合体が挙げられる。より具体的には、ホモポリプロピレン、ホモポリエチレン、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・１−ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・１−ブテン共重合体が挙げられる。
【００５１】
変性ポリオレフィンは、例えば、以上のような未変性ポリオレフィンの重合体鎖に、カルボン酸基、カルボン酸無水物基又はカルボン酸エステル基をグラフト導入し、且つその基をカチオンとの塩の状態に変換することにより得られる。
【００５２】
強化繊維を、例えば以上説明したサイジング剤（及び必要に応じてアミン化合物等の添加剤）を含むエマルションに浸漬し、その後乾燥することにより、サイジング剤で処理された強化繊維束が得られる。エマルション中のサイジング剤の含有量は、好ましくは０.００１質量％以上１０質量％以下である。また、強化繊維束に対するサイジング剤の付着量は、好ましくは０.１質量％以上５.０質量％以下である。
【００５３】
以上説明した強化繊維束を引き揃えて、例えば溶融したマトリックス樹脂と接触させることにより繊維強化樹脂組成物が得られる。マトリックス樹脂の種類は限定されないが、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン系樹脂（ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等）、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、ポリプロピレン系樹脂及びポリアミド系樹脂からなる群より選択される少なくとも一種の熱可塑性樹脂を含むことがより好ましい。また、マトリックス樹脂が変性ポリオレフィンを含んでいても良い。
【００５４】
＜構造材の用途＞
以上説明した本発明の構造材の用途は特に限定されず、剛性と軽さを両立することが要求される様々な用途に利用可能である。本発明において「構造材」とは、ある製造物の構造を構成する為の部材を意味する、したがって、本発明の構造材は、建造物又は土木構造物の用途に用いる構造材（すなわち建築材）だけでなく、例えば、車両、船舶、航空機などの人又は物資を運ぶ為の輸送機器に用いる構造材も包含し、さらにそれ以外の用途の構造材も包含する意味である。
【００５５】
建造物又は土木構造物の用途に用いる構造材（すなわち建築材）としては、例えば、柱、梁、やぐら、吊り床などの屋内又は屋外建造物の各種構造を構成する為の部材、その他、風車の柱や羽などの屋外建造物の各種構造を構成する為の部材が挙げられる。特に、本発明の構造材は剛性と軽さを両立できるので、少人数の作業員で組み立てる組み立て式の建造物を構成する建築材として有用であり、例えば浴室用建築材（ユニットバスの土台など）として非常に有用である。また、耐腐食性の特徴を活かし、化学実験などで使用されるドラフトチャンバーの構造材としても非常に有用である。
【００５６】
輸送機器の用途に用いる構造材としては、例えば、車両用部材（自動車用部材、電車用部材など）、船舶用部材、航空機用部材がある。
【００５７】
車両用部材の具体例としては、サイドドア又はバックドア等のドアに用いるインパクトビームや筋交いが挙げられる。ただし、車両用部材の種類はこれらに限定されない。一般に車両用部材は軽量化の要請が強く、また本発明の構造材は剛性と軽さを両立できるので、本発明の構造材は上記以外の様々な車両用部材としても有用である。なお、インパクトビームは、一般に、外部からの衝撃に対して乗客の安全を確保する為にドアの中空内部に配置される部材であり、金属製ドア及び樹脂製ドアの何れにおいても使用でき、金属製ドアに比べて強度が低い樹脂製ドアにおいては特に重要な部材である。また、筋交いは、一般に、ドアの組立作業の際の薄肉のドア部材（例えば外郭のみが鉄製で本体が樹脂製のドア部材）の変形（例えば水平に持ち上げた際の凹み変形）を防止する為の部材であり、組立完了後もドアに内包される部材である。
【００５８】
船舶用部材の具体例としては、キール部材（背骨部材）などがある。航空機用部材としては、大型航空機、小型航空機、ドローンの何れの部材にも利用可能である。
【００５９】
構造材の用途としては、本発明の構造材の剛性と軽さを活用する観点から、上述の中でも建築材及び車両用部材が好ましい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。実施例において用いた評価方法は以下の通りである。
【００６１】
＜３点曲げの弾性率、たわみ量＞
油圧疲労試験機（装置名ＩＮＳＴＲＯＮ  ８８０４型、最大試験力５００ｋＮ）を使用して、支点間距離１６００ｍｍの条件で６ｍｍ／ｍｉｎの速度で荷重を印加した。圧子の先端の曲率はφ１００ｍｍ、支点先端の曲率はφ５０ｍｍである。圧子と支点への片当りを避けるために、接触部分にはＧＦＲＰ製タブを貼着した。また、装置の中央の圧子部分の試料の下面にレーザー変位計（株式会社キーエンス製、商品名ＬＫ−Ｈ０２７）を設置し、応力２９４０Ｎ、５１９４Ｎ、６８６０Ｎの応力を印加した場合のたわみ量を測定した。各応力におけるたわみ量から、下記式１に従って３点曲げの弾性率を算出し、平均値を弾性率とした。
Ｅ＝ＷＬ３／４８δＩ      （式１）
ここでＥは弾性率、Ｗは荷重、Ｌは３点曲げ試験の支点間距離、δはたわみ量、Ｉは断面２次モーメントである。
角パイプ（中空箱型タイプ）の場合は、Ｉ＝（Ｈ４−ｈ４）／１２であり、
Ｈ型タイプの場合は、Ｉ＝（ＢＨ３−ｂｈ３）／１２である。
【００６２】
ここでＨは外径、ｈは内径である。なお（Ｈ−ｈ）が肉厚に相当する。Ｂは上面又は下面構成部の長さ、ｂは支持部以外の構成部の内面の長さである。なお（Ｂ−ｂ）が支持部の厚さに相当する。
【００６３】
＜実施例１＞
図３に示したようなＨ型タイプの構造材を以下のような手順で作製した。
【００６４】
（各構成部材の作製）
エポキシ樹脂が含浸されている炭素繊維の一方向性プリプレグ（三菱ケミカル株式会社製、商品名ＴＲ３８０Ｇ１２５Ｓ）を、長手方向を０°として２８層（一方向性繊維の配向方向：０°／０°／０°／０°／０°／１５°／０°／０°／０°／−１５°／０°／０°／０°／１５°／０°／０°／０°／−１５°／０°／０°／０°／１５°／０°／０°／０°／−１５°／０°／０°）積層して一方向性炭素繊維強化樹脂シートの積層体とすることにより、上面構成部３１の上側部分（３１ａの部分）を構成する為の上側用構成部材Ａ１を作製した。また、同様の方法により、下面構成部３２の下側部分（３２ａの部分）を構成する為の下側用構成部材Ａ２も作製した。
【００６５】
これとは別に、エポキシ樹脂が含浸されている炭素繊維の３Ｋ綾織プリプレグ（三菱ケミカル株式会社製、商品名ＴＲ３５２３−３１８ＧＭＸ）を、長手方向を０°として７層（綾織の経糸方向：４５°／０°／４５°／０°／４５°／０°／４５°）積層し、断面が８８ｍｍ角、長さ１８２０ｍｍの型にＣ形に巻き付け一体に成形することにより、上面構成部３１の左下側部分（３１ｂの部分）、下面構成部３２の左上側部分（３２ｂの部分）及び支持部３３の左側部分（３３ｂの部分）を構成する為の左側用構成部材Ｂ１を作製した。また、同様の方法により、上面構成部３１の右下側部分（３１ｃの部分）、下面構成部３２の右上側部分（３２ｃの部分）及び支持部３３の右側部分（３３ｃの部分）を構成する為の右側用構成部材Ｂ２を作製した。
【００６６】
（Ｈ型タイプの構造材の作製）
左側用構成部材Ｂ１の３３ｂの部分と右側用構成部材Ｂ２の３３ｃの部分を接することによりＨ型形状を形成し、これを下側用構成部材Ａ２の上に乗せ、さらにその左側用構成部材Ｂ１及び右側用構成部材Ｂ２の上に上側用構成部材Ａ１を乗せ、バッグに入れた後、負圧にして空気を抜き、オートクレーブにて硬化させ、上面構成部３１及び下面構成部３２の厚さ６.１６ｍｍ、支持部３３の厚さ３.１５ｍｍのＨ型タイプの構造材を得た。このＨ型タイプの構造材の長さ１ｍ当たりの質量は２３０４ｇ／ｍ、密度は１.４ｇ／ｃｍ３であった。
【００６７】
このＨ型タイプの構造材の３点曲げの弾性率及びたわみ量を、先に述べた方法により測定した。結果を表１に示す。
【００６８】
＜実施例２＞
図１に示したような中空箱型タイプの構造材を以下のような手順で作製した。
（一方向性炭素繊維強化樹脂シートの作製）
国際公開第２０１８／１３５５６２号の実施例Ａ１に記載された方法で一方向性炭素繊維強化樹脂シート（厚さ０.１６６ｍｍ、マトリックス樹脂＝ポリプロピレン系樹脂、繊維体積分率Ｖｆ＝０.５）を作製した。さらに長手方向を０°として１５層（一方向性繊維の配向方向：０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°／０°）積層し、１８０℃の温度でプレスを行い、厚さ２.５ｍｍの一方向性炭素繊維強化樹脂シートの積層体を得た。
【００６９】
（中空箱型炭素繊維強化樹脂部材の作製）
エポキシ樹脂が含浸されている炭素繊維の一方向性プリプレグ（三菱ケミカル株式会社製、商品名ＴＲ３８０Ｇ１２５Ｓ、）を、断面が９５ｍｍ角、長さ１８２０ｍｍの型に、（一方向性繊維の配向方向：４５°／０°／−４５°／９０°／９０°／−４５°／０°／４５°／４５°／０°／−４５°／９０°／９０°／−４５°／０°／４５°）の積層構成で１６層積層した。これをバッグに入れた後、負圧にして空気を抜き、オートクレーブにて硬化させ、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、肉厚２.４６ｍｍの中空箱型炭素繊維強化樹脂部材を得た。この中空箱型炭素繊維強化樹脂部材の長さ１ｍ当たりの質量は１３９１ｇ／ｍ、密度は１.４ｇ／ｃｍ３であった。
【００７０】
（中空箱型タイプの構造材の作製）
この中空箱型炭素繊維強化樹脂部材の上面と下面に、先に作製した一方向性炭素繊維強化樹脂シートの積層体を、プライマー処理後にエポキシ系接着剤で貼着して、中空箱型タイプの構造材を得た。一方向性炭素繊維強化樹脂シートの強化繊維の配向方向は、中空箱型形状の炭素繊維強化樹脂製部材の長手方向に対して０°にした。この中空箱型タイプの部材の長さ１ｍ当たりの質量は２２４６ｇ／ｍ、全体の密度は１.３８ｇ／ｃｍ３であった。
【００７１】
この中空箱型タイプの構造材の３点曲げの弾性率及びたわみ量を、先に述べた方法により測定した。結果を表１に示す。
【００７２】
＜比較例１＞
実施例２で作製した中空箱型炭素繊維強化樹脂部材に対して何も積層せずに、３点曲げの弾性率及びたわみ量を実施例１と同様にして測定した。結果を表１に示す。
【００７３】
＜比較例２＞
従来の中空箱型タイプの建築材として、市販の一般構造用角形鋼管ＳＴＫＲ４００（縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、肉厚２.２ｍｍ）を用意した。この一般構造用角形鋼管ＳＴＫＲ４００の長さ１ｍｍ当たりの質量、密度、３点曲げの弾性率及びたわみ量を実施例１と同様にして測定した。結果を表１に示す。
【００７４】
＜比較例３＞
市販のＨ型形状のガラス繊維強化樹脂製部材（福井ファイバーテック株式会社製、商品名プルコムＨ１２５ｍｍ、縦１２５ｍｍ、横１２５ｍｍ、肉厚１０ｍｍ、強化繊維＝ガラス繊維、マトリックス樹脂＝ポリエステル系樹脂）を用意した。このＨ型タイプの建築材の長さ１ｍ当たりの質量は６４５０ｇ／ｍ、密度は１.９ｇ／ｃｍ３であった。３点曲げの弾性率及びたわみ量を実施例１と同様にして測定した。結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
2020165286.tif 000003
【００７６】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１及び２の構造材は、比較例２の鋼製の建築材に比べて非常に軽量であり、また比較例３のガラス繊維強化樹脂製の建築材や一方向性炭素繊維強化樹脂シートを積層しなかった比較例１の構造材に比べて剛性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の構造材は、例えば、建造物又は土木構造物の用途に用いる構造材（すなわち建築材）車両、船舶、航空機などの人又は物資を運ぶ為の輸送機器に用いる構造材、さらにそれ以外の用途の構造材として非常に有用である。具体的には、土台、柱、梁、やぐら、吊り床、風車の柱や羽、浴室用建築材（ユニットバスの土台など）、ドラフトチャンバーの構造材、ドアに用いるインパクトビームや筋交い、船舶に用いるキール部材などが挙げられる。
【符号の説明】
【００７８】
１  中空箱型タイプの構造材
１１  上面構成部
１１ａ  上面構成基材部
１１ｂ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
１２  下面構成部
１２ａ  下面構成基材部
１２ｂ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
１３  支持部
１３ａ  支持基材部
１３ｂ、１３ｃ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
１４  支持部
１４ａ  支持基材部
１４ｂ、１４ｃ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
２  Ｈ型タイプの構造材
２１  上面構成部
２１ａ  上面構成基材部
２１ｂ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
２２  下面構成部
２２ａ  下面構成基材部
２２ｂ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
２３  支持部
２３ａ  支持基材部
２３ｂ、２３ｃ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
３  Ｈ型タイプの構造材
３１  上面構成部
３１ａ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
３１ｂ、３１ｃ  繊維強化樹脂シート
３２  下面構成部
３２ａ  一方向性炭素繊維強化樹脂シート
３２ｂ、３２ｃ  繊維強化樹脂シート
３３  支持部
３３ｂ、３３ｃ  繊維強化樹脂シート
【図１】
2020165286.tif 000004
【図２】
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【図３】
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