(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料からなる成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させる。【解決手段】母材としての熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む中間基材の製造方法において、熱可塑性樹脂及びナノセルロース（ＮＣ）が分散媒に分散されている分散液を強化繊維又は強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料に塗布し乾燥させる。これにより、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入して、当該中間基材から製造される成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。ＮＣはセルロースナノファイバ（ＣＮＦ）であってもよい。ＮＣは官能基によって修飾されていてもよい。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂である母材と、ナノセルロースと、強化繊維と、を含む中間基材の製造方法であって、
第１の熱可塑性樹脂及び前記ナノセルロースが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製すること、
前記ナノセルロース分散液を前記強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布すること、
前記強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布された前記ナノセルロース分散液を乾燥させて前記分散媒を除去することにより、前記第１の熱可塑性樹脂の中に前記ナノセルロースが分散されている部分である第１部分が前記強化繊維の表面の少なくとも一部に形成された被覆強化繊維を調製すること、並びに
前記被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂とを組み合わせて前記中間基材を調製すること、
を含む、
中間基材の製造方法。
【請求項２】
第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分と、
第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分と、
を含む、
中間基材の製造方法であって、
前記第１の熱可塑性樹脂及び前記ナノセルロースが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製すること、
前記ナノセルロース分散液を前記第２部分の表面の少なくとも一部に塗布すること、並びに
前記第２部分の表面の少なくとも一部に塗布された前記ナノセルロース分散液を乾燥させて前記分散媒を除去することにより、前記第２部分の表面の少なくとも一部に前記第１部分が形成された前記中間基材を調製すること、
を含む、
中間基材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された中間基材の製造方法であって、
前記ナノセルロース分散液を乾燥させる工程において、前記第１の熱可塑性樹脂が少なくとも部分的に熔融する温度において前記ナノセルロース分散液を乾燥させる、
中間基材の製造方法。
【請求項４】
第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と、強化繊維と、を含む、中間基材。
【請求項５】
請求項４に記載された中間基材であって、
前記ナノセルロースはセルロースナノファイバである、
中間基材。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載された中間基材であって、
前記ナノセルロースは官能基によって修飾されている、
中間基材。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６の何れか１項に記載された中間基材であって、
前記強化繊維は、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）、セラミック繊維（ＣｅＦ）、金属繊維（ＭＦ）、及び樹脂繊維（ＲＦ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維である、
中間基材。
【請求項８】
請求項７に記載された中間基材であって、
前記セラミック繊維（ＣｅＦ）は、シリカ繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維、ジルコニア繊維及び炭化ケイ素繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維であり、
前記金属繊維（ＭＦ）は、鉄繊維、ステンレス鋼繊維、銅繊維、黄銅繊維、アルミニウム（Ａｌ）繊維及びチタン（Ｔｉ）繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維であり、
前記樹脂繊維（ＲＦ）は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維、及びポリアミドイミド繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維である、
中間基材。
【請求項９】
請求項４乃至請求項８の何れか１項に記載された中間基材であって、
前記第１母材及び前記第２母材は、それぞれ、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を含むポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂を含むスチレン系樹脂からなる汎用プラスチック、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂を含むポリエステル系樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂からなる汎用エンジニアリングプラスチック、並びにポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂からなるスーパーエンジニアリングプラスチック、からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である、
中間基材。
【請求項１０】
請求項４乃至請求項９の何れか１項に記載された中間基材であって、
前記第１の熱可塑性樹脂及び前記第２の熱可塑性樹脂は何れもポリアミド系樹脂であり、
前記ナノセルロースは、カルボキシレートアニオン基、スルホネートアニオン基、アルコール基、アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基からなる群より選ばれる少なくとも１つの官能基を含む官能基によって修飾されている、
中間基材。
【請求項１１】
請求項１０に記載された中間基材であって、
前記第１の熱可塑性樹脂は共重合ポリアミド樹脂であり、
前記第２の熱可塑性樹脂はポリアミド６であり、
前記ナノセルロースは、カルボキシレート基によって修飾されている、
中間基材。
【請求項１２】
請求項４乃至請求項１１の何れか１項に記載された中間基材であって、
前記強化繊維の表面の少なくとも一部に前記第１部分が形成されてなる被覆強化繊維と、前記第２母材と、を含む、中間基材。
【請求項１３】
請求項１２に記載された中間基材であって、
前記被覆強化繊維が前記第２母材の中に分散されている、
中間基材。
【請求項１４】
請求項１２に記載された中間基材であって、
前記第２母材からなる繊維と前記被覆強化繊維との混合物として構成されている、
中間基材。
【請求項１５】
請求項１２に記載された中間基材であって、
前記被覆強化繊維からなる層と前記第２母材からなる層との積層体として構成されている、
中間基材。
【請求項１６】
請求項１２に記載された中間基材であって、
前記被覆強化繊維からなる層が前記第２母材によって少なくとも部分的に含浸されている、
中間基材。
【請求項１７】
請求項１２に記載された中間基材であって、
前記第２母材からなる粉末又は粒子と前記被覆強化繊維との混合物として構成されている、
中間基材。
【請求項１８】
請求項４乃至請求項１１の何れか１項に記載された中間基材であって、
前記第２母材と前記強化繊維とを含む部分である第２部分が形成されており、
前記第２部分の少なくとも一部の表面に前記第１部分が形成されている、
中間基材。
【請求項１９】
請求項１８に記載された中間基材であって、
前記第２部分は、前記第２母材の中に前記強化繊維が分散されている部分として構成されている、
中間基材。
【請求項２０】
請求項１８に記載された中間基材であって、
前記第２部分は、前記第２母材からなる繊維と前記強化繊維とが混合されている部分として構成されている、
中間基材。
【請求項２１】
請求項１８に記載された中間基材であって、
前記第２部分は、前記強化繊維からなる層が前記第２母材によって少なくとも部分的に含浸された部分として構成されている、
中間基材。
【請求項２２】
請求項１８に記載された中間基材であって、
前記第２部分は、前記第２母材からなる粉末又は粒子と前記強化繊維とが混合されている部分として構成されている、
中間基材。
【請求項２３】
熱可塑性樹脂である母材と、強化繊維と、ナノセルロースと、を含む複合材料によって形成されており、前記母材と前記強化繊維との界面の少なくとも一部に前記ナノセルロースが配設されている、成形体の製造方法であって、
請求項４乃至請求項２２の何れか１項に記載された中間基材を前記第１母材の融点及び前記第２母材の融点のうち高い方の融点以上の所定の温度に加熱すること、及び
前記所定の温度及び所定の圧力において前記中間基材を成形すること、
を含む、
成形体の製造方法。
【請求項２４】
熱可塑性樹脂である母材と、強化繊維と、ナノセルロースと、を含む複合材料によって形成されており、
前記強化繊維と前記母材との界面の少なくとも一部に前記ナノセルロースが配設されている、
成形体。
【請求項２５】
請求項２４に記載された成形体であって、
前記ナノセルロースはセルロースナノファイバである、
成形体。
【請求項２６】
請求項２４又は請求項２５に記載された成形体であって、
前記ナノセルロースは官能基によって修飾されている、
成形体。
【請求項２７】
請求項２４乃至請求項２６の何れか１項に記載された成形体であって、
前記強化繊維は、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）、セラミック繊維（ＣｅＦ）、金属繊維（ＭＦ）、及び樹脂繊維（ＲＦ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維である、
成形体。
【請求項２８】
請求項２７に記載された成形体であって、
前記セラミック繊維（ＣｅＦ）は、シリカ繊維、アルミナ繊維、ムライト繊維、ジルコニア繊維及び炭化ケイ素繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維であり、
前記金属繊維（ＭＦ）は、鉄繊維、ステンレス鋼繊維、銅繊維、黄銅繊維、アルミニウム（Ａｌ）繊維及びチタン（Ｔｉ）繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維であり、
前記樹脂繊維（ＲＦ）は、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維、及びポリアミドイミド繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維である、
成形体。
【請求項２９】
請求項２４乃至請求項２８の何れか１項に記載された成形体であって、
前記母材は、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を含むポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂を含むスチレン系樹脂からなる汎用プラスチック、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂を含むポリエステル系樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂からなる汎用エンジニアリングプラスチック、並びにポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂からなるスーパーエンジニアリングプラスチック、からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である、
成形体。
【請求項３０】
請求項２４乃至請求項２９の何れか１項に記載された成形体であって、
前記母材はポリアミド系樹脂であり、
前記ナノセルロースは、カルボキシレートアニオン基、スルホネートアニオン基、アルコール基、アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基からなる群より選ばれる少なくとも１つの官能基を含む官能基によって修飾されている、
成形体。
【請求項３１】
請求項３０に記載された成形体であって、
前記母材は共重合ポリアミド樹脂及びポリアミド６を含み、
前記ナノセルロースは、カルボキシレート基によって修飾されている、
成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む複合材料からなる中間基材及び成形体の製造方、並びに当該中間基材及び当該成形体法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野においては、例えば、軽量であり且つ高い機械的強度を有する材料として、例えば炭素繊維（ＣＦ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ）等の強化繊維と母材としての樹脂（マトリックス樹脂）との複合材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）等の繊維強化樹脂複合材料を始めとする「強化繊維及び樹脂を含む複合材料」（以降、「繊維強化樹脂複合材料」と称呼される場合がある。）の開発が盛んに行われている。強化繊維を母材に混入させて複合材料とすることにより、当該複合材料の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を向上させることができる。
【０００３】
上記のような繊維強化樹脂複合材料からなる成形体を得るための中間基材は、例えば、当該成形体に求められる形状及び機械的性質、並びに当該成形体を製造するための成形方法等に応じて、例えばペレット、コミングルヤーン及びプリプレグ等の様々な形態をとり得る。このような中間基材の製造過程においては、強化繊維の供給量の不安定化及び／又は強化繊維の切断等に起因する複合材料の物性低下の防止等を目的として、所謂「集束剤」（「サイジング剤」又は「バインダ」等と称呼される場合がある。）を強化繊維に塗布して適切な集束性を強化繊維に付与することが広く知られている。
【０００４】
しかしながら、従来の繊維強化樹脂複合材料においては、強化繊維と母材との界面における密着が不十分であり、ナノメートル（ｎｍ）レベルの隙間が生じがちであった。このため、図１に示すように、当該複合材料１０からなる製品に応力が作用すると、強化繊維２０と母材３０との界面において剥離が生じ、当該剥離が亀裂に発展して、複合材料としての機能を充分に発揮することができない場合があった。
【０００５】
そこで、当該技術分野においては、ナノセルロース（ＮＣ：ＮａｎｏＣｅｌｌｕｌｏｓｅ）と所定の官能基を有する化合物とを含む集束剤をＣＦに予め塗布することも知られている（例えば、特許文献１を参照）。このようにＮＣを含む集束剤を強化繊維としてのＣＦと母材との間に介在させることにより、強化繊維と母材との界面における密着性を向上させ、強化繊維及び母材を含む複合材料からなる成形体の機械的強度を高めることができる。
【０００６】
ところで、当該技術分野においては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂のプレポリマーを強化繊維に含浸させることによって得られる中間基材であるプリプレグが多用されている。プレポリマーは最終的な樹脂として硬化される前の段階にあるため粘度が低く、強化繊維に容易に含浸させることができる。しかしながら、一般に、プレポリマーを硬化させて最終的な樹脂とするには長い時間を要するため、熱硬化性樹脂からなる成形体の生産効率は、熱可塑性樹脂からなる成形体の生産効率に比べて低い。
【０００７】
そこで、昨今では、例えば炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（ＣＦＲＴＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ＴｈｅｒｍｏＰｌａｓｔｉｃ）等、熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料の開発が盛んに行われている。このような複合材料は、熱可塑性樹脂を母材として採用することにより、熱硬化性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料に比べて、成形に要する時間がより短く、成形体の生産効率がより高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−１１９９３６号公報
【特許文献２】特許第６０９１５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、熱硬化性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料に比べて、成形に要する時間がより短く、成形体の生産効率がより高いことから、熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料の開発が近年盛んに行われている。このように熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料においても、上述したようなナノセルロース（ＮＣ）を含む集束剤を強化繊維と母材との間に介在させることにより、強化繊維と母材との密着性を高め、当該複合材料からなる成形体の機械的強度を安定的且つ均一的に増大させることが期待される。
【００１０】
しかしながら、従来使用されてきた集束剤は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を結合剤として含むものが一般的である。従って、このような集束剤にＮＣを添加した混合物を、熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料に添加しても、例えば熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との熱特性及び／又は親和性の違い等に起因して、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入することが困難である場合がある。この場合、強化繊維と母材との密着性を高めて、熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料からなる成形体の機械的強度を十分に高めることが困難である。
【００１１】
上記のように、当該技術分野においては、熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料を構成する強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入して、当該複合材料からなる成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる技術が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明者は、鋭意研究の結果、母材としての熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む中間基材の製造方法において、熱可塑性樹脂及びナノセルロース（ＮＣ）が分散媒に分散されている分散液を強化繊維又は強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料に塗布することにより、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入して、当該複合材料からなる成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができることを見出した。
【００１３】
本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む複合材料からなる中間基材の製造方法、並びに当該中間基材に関する。
【００１４】
具体的には、本発明の１つの態様に係る中間基材の製造方法（以降、「本発明方法１」と称呼される場合がある。）は、熱可塑性樹脂である母材と、ナノセルロースと、強化繊維と、を含む中間基材の製造方法であって、以下に列挙する各工程を含む。
【００１５】
工程Ａ：第１の熱可塑性樹脂及びナノセルロースが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製する。
工程Ｂ：ナノセルロース分散液を強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布する。
工程Ｃ：強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布されたナノセルロース分散液を乾燥させて分散媒を除去することにより、第１の熱可塑性樹脂の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分が強化繊維の表面の少なくとも一部に形成された被覆強化繊維を調製する。
工程Ｄ：被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂とを組み合わせて中間基材を調製する。
【００１６】
また、本発明のもう１つの態様に係る中間基材の製造方法（以降、「本発明方法２」と称呼される場合がある。）は、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分と、を含む中間基材の製造方法であって、以下に列挙する各工程を含む。
【００１７】
工程Ｅ：第１の熱可塑性樹脂及びナノセルロースが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製する。
工程Ｆ：ナノセルロース分散液を第２部分の表面の少なくとも一部に塗布する。
工程Ｇ：第２部分の表面の少なくとも一部に塗布されたナノセルロース分散液を乾燥させて分散媒を除去することにより、第２部分の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された中間基材を調製する。
【００１８】
更に、本発明に係る中間基材（以降、「本発明基材」と称呼される場合がある。）は、  第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と、強化繊維と、を含む、中間基材である。
【００１９】
第１の熱可塑性樹脂、ナノセルロース、分散媒、第２の熱可塑性樹脂、及び強化繊維として選択される材料、並びに本発明基材の構成（例えば、本発明基材における第１の熱可塑性樹脂、第２の熱可塑性樹脂、ナノセルロース、及び強化繊維の配置等）等、本発明基材の具体的な構成については、本発明の種々の実施形態に関する説明において後述する。
【００２０】
一方、本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、熱可塑性樹脂及び強化繊維を含む複合材料からなる成形体の製造方法、並びに当該成形体にも関する。
【００２１】
具体的には、本発明に係る成形体の製造方法（以降、「本発明方法３」と称呼される場合がある。）は、熱可塑性樹脂である母材と、強化繊維と、ナノセルロースと、を含む複合材料によって形成されており、母材と強化繊維との界面の少なくとも一部にナノセルロースが配設されている、成形体の製造方法であって、以下に列挙する各工程を含む。
【００２２】
工程Ｈ：上述した本発明基材を第１の熱可塑性樹脂である第１母材の融点及び第２の熱可塑性樹脂である第２母材の融点のうち高い方の融点以上の所定の温度に加熱する。
工程Ｉ：上記所定の温度及び所定の圧力において本発明基材を成形する。
【００２３】
更に、本発明に係る成形体（以降、「本発明成形体」と称呼される場合がある。）は、熱可塑性樹脂である母材と、強化繊維と、ナノセルロースと、を含む複合材料によって形成されており、母材と強化繊維との界面の少なくとも一部にナノセルロースが配設されている、成形体である。
【発明の効果】
【００２４】
上記のように、本発明基材は、第１の熱可塑性樹脂である第１母材とナノセルロース（ＮＣ）とを含む第１材料からなる第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と、強化繊維と、を含む中間基材である。このように第１母材及び第２母材は何れも熱可塑性樹脂であるので、本発明基材を加熱及び加圧して所望の形状を有する成形体を製造する過程において、第１母材と第２母材とが容易に混ざり合い、強化繊維と母材との界面にＮＣを容易に到達させることができる。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【００２５】
また、本発明基材の母材は熱可塑性樹脂によって構成されているため、従来技術に係る複合材料におけるように母材である熱硬化性樹脂の硬化に長時間を費やす必要が無いので、成形体の成形に要する時間が短く、成形体の生産効率が高い。
【００２６】
以上のように、本発明によれば、熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料を構成する強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入して、当該複合材料からなる成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【００２７】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術に係る複合材料からなる製品に応力が作用した場合に樹脂と炭素繊維との界面において剥離が生じて亀裂に発展する様子を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る中間基材の製造方法（第１方法）の１つの例を示すフローチャートである。
【図３】ナノセルロース分散液の構成の一例を示す模式図である。
【図４】ナノセルロース分散液において分散媒に分散されていた第１の熱可塑性樹脂の微粒子とナノセルロースとが互いに凝集している部分として形成された第１部分の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】ナノセルロース分散液において分散媒に分散されていた第１の熱可塑性樹脂の微粒子が熔融して連続的な一体物となった母材の中にナノセルロースが分散されている部分として形成された第１部分の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図６】第１方法の工程Ｃにおいて調製される被覆強化繊維の構成の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る中間基材の製造方法（第２方法）の１つの例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態に係る中間基材である第３基材（１）の構成の１つの具体例を示す模式的な断面図である。
【図９】第３基材（１）の構成のもう１つの具体例を示す模式的な断面図である。
【図１０】図９に示した第３基材（１）の構成を示す模式的な斜視図である。
【図１１】第３基材（１）の構成のもう１つの具体例を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るもう１つの中間基材である第３基材（２）を構成する第２部分の構成の１つの具体例を示す模式的な断面図である。
【図１３】第３基材（２）の構成の１つの具体例を示す模式的な断面図である。
【図１４】図１３に示した第３基材（２）の構成の他の例を示す模式的な断面図である。
【図１５】第３基材（２）を構成する第２部分の構成のもう１つの具体例を示す模式的な断面図である。
【図１６】図１５に示した第２部分の構成を示す模式的な斜視図である。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る成形体の製造方法（第４方法）の１つの例を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第５実施形態に係る成形体（第５成形体）における強化繊維近傍の構成の一例を示す模式的な拡大断面図である。
【図１９】実施例１における引張特性試験によって得られた応力−歪み曲線を表すグラフである。
【図２０】実施例１における３点曲げ衝撃試験によって得られた応力−歪み曲線を表すグラフである。
【図２１】実施例２における引張特性試験によって得られた応力−歪み曲線を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る中間基材の製造方法（以降、「第１方法」と称呼される場合がある。）について説明する。尚、本明細書において、中間基材とは、最終的な成形体を得るための中間的な素材を意味する。
【００３０】
〈構成〉
第１方法は、熱可塑性樹脂である母材と、ナノセルロースと、強化繊維と、を含む中間基材の製造方法であって、以下に列挙する工程Ａ乃至工程Ｄを含む。
【００３１】
工程Ａ：第１の熱可塑性樹脂及びナノセルロースが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製する。
工程Ｂ：ナノセルロース分散液を強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布する。
工程Ｃ：強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布されたナノセルロース分散液を乾燥させて分散媒を除去することにより、第１の熱可塑性樹脂の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分が強化繊維の表面の少なくとも一部に形成された被覆強化繊維を調製する。
工程Ｄ：被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂とを組み合わせて中間基材を調製する。
【００３２】
図２は、第１方法の１つの例を示すフローチャートである。図２に示すように、工程Ａにおいては、第１の熱可塑性樹脂及びナノセルロース（ＮＣ）が分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製する。図３に示すように、ナノセルロース分散液１００においては、第１の熱可塑性樹脂１１１及びＮＣ１１２が分散媒１１３に均一に分散されている。尚、図３は、あくまでもナノセルロース分散液１００の構成の一例を示す模式図であり、第１の熱可塑性樹脂１１１及びＮＣ１１２の大きさ及び存在頻度等、ナノセルロース分散液の構成を正確に表すものではない。
【００３３】
第１の熱可塑性樹脂は、第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体の用途及び製造条件等に応じて、種々の熱可塑性樹脂の中から適宜選択することができる。具体的には、第１の熱可塑性樹脂は、当該技術分野において広く使用されている種々の汎用プラスチック、種々の汎用エンジニアリングプラスチック、及び種々のスーパーエンジニアリングプラスチックからなる群より選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である。
【００３４】
汎用プラスチックの具体例としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を含むポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂を含むスチレン系樹脂等を挙げることができる。また、汎用エンジニアリングプラスチックの具体例としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂を含むポリエステル系樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂等を挙げることができる。更に、スーパーエンジニアリングプラスチックの具体例としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂等を挙げることができる。
【００３５】
ナノセルロース（ＮＣ）としては、例えば、α−セルロース等の市販のセルロースを採用することができる。或いは、例えばＴＥＭＰＯ酸化等の手法によりセルロースをナノファイバ化することによって得られるミクロフィブリル等をＮＣとして採用してもよい。ＮＣの直径は１ｎｍ乃至１０００ｎｍ程度、平均長さは１００ｎｍ乃至１０００μｍ程度であることが望ましい。入手したセルロースの直径及び／又は長さが過大である場合は、例えばミル及びアトライタ等の微細化処理装置（粉砕機）を用いて微細化することができる。ミルの具体例としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、及びブレードミル等を挙げることができる。好ましくは、ＮＣは、所定の直径及び長さ（例えば、３ｎｍ乃至４ｎｍの直径及び１００ｎｍ乃至数μｍの長さ）を有するセルロースナノファイバ（ＣＮＦ：Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ＮａｎｏＦｉｂｅｒ）である。
【００３６】
尚、ナノセルロース（ＮＣ）は官能基によって修飾されていてもよい。当業者に周知であるように、セルロースは、その分子構造における繰り返し単位当たり３個のヒドロキシ基を有する。その結果、分子全体として非常に多くのヒドロキシ基を有することから、セルロース分子間における水素結合に起因して非常に凝集し易く、一旦凝集したセルロース分子を分散させることは困難である。
【００３７】
そこで、セルロース分子が有するヒドロキシ基の少なくとも一部をヒドロキシ基よりも低い極性を有する官能基（例えば、アルカノイルオキシ基等）によって置き換えてセルロース分子間における水素結合を弱めることにより、ナノセルロース分散液におけるセルロース分子の凝集を低減することができる（例えば、特許文献２を参照）。或いは、同じ極性の電荷を有する官能基（例えば、カルボキシレートアニオン基（−ＣＯＯ−）及びスルホネートアニオン基（−ＳＯ３−）等のアニオン性官能基並びにアンモニウムカチオン基（−ＮＨ４＋）及び第４級アンモニウムカチオン基（−ＮＲ４＋）等のカチオン性官能基等）をセルロース分子に導入することにより、セルロース分子同士の電荷反発（電気二重層斥力）によってナノセルロース分散液におけるセルロース分子の凝集を低減したり、水系の分散媒に対する親和性を高めたりすることができる。
【００３８】
また、第１の熱可塑性樹脂に対する高い親和性を有する官能基をセルロース分子に導入することにより、工程Ｃにおいて形成される第１部分におけるＮＣの分散性を向上させることもできる。具体的には、高い親水性を有する第１の熱可塑性樹脂が採用される場合、上記官能基としては、例えば、アルコール基、（第１級、第２級、第３級、及び第４級のアミノ基を含む）アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基等の親水性基を挙げることができる。逆に、高い疎水性を有する第１の熱可塑性樹脂が採用される場合、上記官能基としては、例えば、アルキル基（特に、長鎖アルキル基）及びアリール基等の疎水性基を挙げることができる。
【００３９】
更に、上記官能基は、第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体の特性に何らかの悪影響を及ぼさない限り、第１の熱可塑性樹脂との反応により第１の熱可塑性樹脂を構成する分子との共有結合を生成することができる官能基であってもよい。このような官能基の具体例としては、例えば、アルコール基、（第１級、第２級、第３級、及び第４級のアミノ基を含む）アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基等を挙げることができる。
【００４０】
上記に加えて、第２の熱可塑性樹脂及び強化繊維に対する高い親和性を有する官能基をセルロース分子に導入することにより、第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体において第２の熱可塑性樹脂と強化繊維との界面における密着性を向上させ、当該成形体の機械的強度を高めることもできる。具体的には、高い親水性を有する第２の熱可塑性樹脂及び強化繊維が採用される場合、上記官能基としては、例えば、アルコール基、（第１級、第２級、第３級、及び第４級のアミノ基を含む）アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基等の親水性基を挙げることができる。逆に、高い疎水性を有する第２の熱可塑性樹脂及び強化繊維が採用される場合、上記官能基としては、例えば、アルキル基（特に、長鎖アルキル基）及びアリール基等の疎水性基を挙げることができる。
【００４１】
更に、上記官能基は、第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体の特性に何らかの悪影響を及ぼさない限り、当該成形体の製造過程において、第２の熱可塑性樹脂及び／又は強化繊維との反応により第２の熱硬化性樹脂及び／又は強化繊維を構成する分子との共有結合を生成することができる官能基であってもよい。このような官能基の具体例としては、例えば、アルコール基、（第１級、第２級、第３級、及び第４級のアミノ基を含む）アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル等を挙げることができる。
【００４２】
尚、ＮＣは、上述したような種々の官能基のうち異なる２種以上の官能基によって修飾されていてもよい。異なる２種以上の官能基によってＮＣが修飾されている場合、これらの異なる２種以上の官能基によって修飾された１種類のＮＣを使用してもよく、或いは、これらの異なる２種以上の官能基の何れか１種類のみによって修飾された２種以上のＮＣを組み合わせて使用してもよい。
【００４３】
分散媒は、第１の熱可塑性樹脂及びＮＣを均一に分散させることができる溶媒が選択される。具体的には、例えば、上述したように、第１の熱可塑性樹脂、第２の熱可塑性樹脂及び／又は強化繊維に対する高い親和性を有する官能基によってＮＣを変性し、当該官能基によって変性されたＮＣを均一に分散させることができる溶媒を分散媒として選択してもよい。
【００４４】
一方、工程Ｃにおいて分散媒は除去されなければならないので、例えば蒸発等により容易に除去することができる溶媒を分散媒として選択してもよい。このような分散媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール及び２−プロパノール等のアルコール、アセトン及びメチルエチルケトン等のケトン、ジメチルホルムアミド及びジメチルアセトアミド等のアミド等を挙げることができる。これらの中で、取り扱いの容易さ、安全性の高さ、及び環境負荷の低さという観点からは水が好ましい。一方、第３工程における除去の容易さという観点からは低い沸点を有するアルコール及びケトンが好ましい。
【００４５】
第１の熱可塑性樹脂及びＮＣが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液は、当該技術分野において周知の方法によって調製することができる。例えば、市販の熱可塑性樹脂の分散液に、所定の条件下において、市販のＮＣを配合して、ナノセルロース分散液を調製してもよい。このような市販の熱可塑性樹脂の分散液の具体例としては、例えば、セポルジョンＰＡ（登録商標）（住友精化株式会社製。共重合ポリアミド樹脂−水系エマルジョン）等を挙げることができる。また、市販のＮＣの具体例としては、例えば、レオクリスタ（登録商標）（第一工業製薬株式会社製。ＣＮＦ）等を挙げることができる。
【００４６】
次に、工程Ｂにおいて、上記のようにして調製されたナノセルロース分散液を強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布する。ナノセルロース分散液の塗布方法は、ナノセルロース分散液を強化繊維の表面に塗布することが可能である限り特に限定されず、例えば、強化繊維の性状（例えば、機械的強度、柔軟性及び脆性等）及び形態（例えば、繊維、不織布及び織物等）並びに分散媒の性状（例えば、沸点及び粘度等）等に応じて適宜選択することができる。このような塗布方法の具体例としては、例えば、ディップコーティング、スプレーコーティング及び刷毛塗り等を挙げることができる。尚、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入して第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させる観点からは、強化繊維の表面のより多くの領域に、好ましくは全ての領域に、ＮＣを均一に分布させることが可能な塗布方法を選択することが望ましい。
【００４７】
次に、工程Ｃにおいて、上記のようにして強化繊維の表面の少なくとも一部に塗布されたナノセルロース分散液を乾燥させて分散媒を除去することにより、第１の熱可塑性樹脂の中にＮＣが分散されている部分である第１部分が強化繊維の表面の少なくとも一部に形成された被覆強化繊維を調製する。
【００４８】
ナノセルロース分散液の乾燥方法は、強化繊維の表面に塗布されたナノセルロース分散液から分散媒を除去することが可能である限り特に限定されず、例えば、強化繊維の性状（例えば、機械的強度、柔軟性及び脆性等）及び形態（例えば、繊維、不織布及び織物等）並びに分散媒の性状（例えば、沸点及び粘度等）等に応じて、様々な乾燥方法の中から適宜選択することができる。
【００４９】
上記のような乾燥方法の具体例としては、例えば、ブロワーによって温風又は熱風を強化繊維に吹き付ける方法、強化繊維の加熱炉内への静置又は搬送、真空又は減圧オーブン内への強化繊維の静置等を挙げることができる。尚、工程Ｃにおける温度及び圧力等の乾燥条件は、例えば、強化繊維の性状（例えば、耐熱性等）及び分散媒の性状（例えば、沸点等）に応じて適宜設定することができる。また、周囲雰囲気への蒸散により環境への影響が懸念される溶媒を分散媒として使用する場合は、当該溶媒の蒸気を回収する手段を設けることが望ましいのは言うまでも無い。
【００５０】
上記のようにしてナノセルロース分散液を乾燥させた結果として形成される第１部分の構成は工程Ｃにおける温度及び圧力等の乾燥条件によって影響され得る。例えば、常温において工程Ｃを実行する場合は、図４に示すように、ナノセルロース分散液において分散媒に分散されていた第１の熱可塑性樹脂１１１の微粒子とＮＣ１１２とが互いに凝集している部分として第１部分１１０が形成される。一方、第１の熱可塑性樹脂が部分的に熔融する温度において工程Ｃを実行する場合は、ナノセルロース分散液において分散媒に分散されていた第１の熱可塑性樹脂の微粒子とＮＣとが互いに溶着している部分として第１部分が形成される。更に、第１の熱可塑性樹脂が十分に熔融する温度において工程Ｃを実行する場合は、図５に示すように、ナノセルロース分散液において分散媒に分散されていた第１の熱可塑性樹脂１１１の微粒子が熔融して連続的な一体物となった母材の中にＮＣ１１２が分散されている部分として第１部分１１０が形成される。
【００５１】
図６は、第１方法の工程Ｃにおいて調製される被覆強化繊維の構成の一例を示す模式的な断面図である。図６に示す被覆強化繊維１２３においては、第１の熱可塑性樹脂１１１の中にＮＣ１１２が分散されている部分である第１部分１１０が強化繊維１２２の表面に形成されている。尚、第１部分１１０は、強化繊維１２２の表面の少なくとも一部に形成されていればよく、必ずしも強化繊維１２２の全ての表面に形成されている必要は無い。また、工程Ｂ及び工程Ｃを１回だけ実行したのでは十分な量のＮＣを強化繊維の表面に配置することが困難な場合は、工程Ｂ及び工程Ｃを複数回に亘って繰り返し実行してもよい。
【００５２】
次に、工程Ｄにおいて、上記のようにして得られた被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂とを組み合わせて中間基材を調製する。第２の熱可塑性樹脂は、第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体の用途及び製造条件等に応じて、種々の熱可塑性樹脂の中から適宜選択することができる。具体的には、第２の熱可塑性樹脂は、上述した第１の熱可塑性樹脂と同様に、当該技術分野において広く使用されている種々の汎用プラスチック、種々の汎用エンジニアリングプラスチック、及び種々のスーパーエンジニアリングプラスチックからなる群より選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である。
【００５３】
尚、第１方法によって製造される中間基材から成形体を製造する過程において第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂とが容易に混ざり合うことが可能である限り、第２の熱可塑性樹脂は第１の熱可塑性樹脂とは異なる熱可塑性樹脂であってもよい。好ましくは、第２の熱可塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂と類似の熱特性及び第１の熱可塑性樹脂に対する高い親和性を有する熱可塑性樹脂である。より好ましくは、第２の熱可塑性樹脂は、第１の熱可塑性樹脂と同一の熱可塑性樹脂である。
【００５４】
工程Ｄにおいて調製される中間基材における被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂との組み合わせの構成及び被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂とを組み合わせる方法は、第１方法によって製造される中間基材から製造される成形体の用途及び製造条件等に応じて適宜選択することができる。
【００５５】
例えば、工程Ｄにおいて調製される中間基材は、比較的短い強化繊維から調製された被覆強化繊維が第２の熱可塑性樹脂の中に分散されている短繊維強化樹脂複合材料からなる中間基材であってもよい。このような中間基材は、例えば、強化繊維のチョップドファイバから調製された被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂との混合物を例えば一軸押出機及び二軸押出機等の装置によって加熱及び混練して熔融物として押し出したものを所定の形状（例えば、ペレット及びシート等）に成形することによって得ることができる。
【００５６】
或いは、工程Ｄにおいて調製される中間基材は、比較的長い強化繊維から調製された被覆強化繊維が第２の熱可塑性樹脂の中に分散されている長繊維強化樹脂複合材料からなる中間基材であってもよい。このような中間基材は、例えば、所謂「ＬＦＴ−Ｄ工法」によって得ることができる。当業者に周知であるように、ＬＦＴ−Ｄ工法は、熔融押し出しされた熱可塑性樹脂と強化繊維の長繊維とを混練押出機に連続的に供給して両者を混練して押し出したものを所定の形状に成形する方法である。
【００５７】
或いは、工程Ｄにおいて調製される中間基材は、被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂からなる繊維とが混繊されたコミングルヤーンであってもよく、このようなコミングルヤーンによって構成される不織布又は織物であってもよい。或いは、工程Ｄにおいて調製される中間基材は、第２の熱可塑性樹脂からなる層と被覆強化繊維からなる層との積層体であってもよい。或いは、工程Ｄにおいて調製される中間基材は、熔融状態にある第２の熱可塑性樹脂を被覆強化繊維によって構成される不織布又は織物に含浸させた後に冷却・固化させて第２の熱可塑性樹脂と被覆強化繊維とを一体化させた所謂「プリプレグ」又は「ＵＤ材」であってもよい。或いは、工程Ｄにおいて調製される中間基材は、第２の熱可塑性樹脂からなる粉末又は粒子と被覆強化繊維との混合物であってもよい。
【００５８】
尚、上記のような様々な構成を有する中間基材については、本発明の他の実施形態に関する説明において詳しく後述する。
【００５９】
〈効果〉
以上のように、第１方法によれば、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である第１部分が強化繊維の表面の少なくとも一部に形成された被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂である第２母材との組み合わせとして、中間基材が調製される。第１母材及び第２母材は何れも熱可塑性樹脂であるので、当該中間基材を加熱及び加圧して所望の形状を有する成形体を製造する過程において、第１母材と第２母材とが容易に混ざり合い、強化繊維と母材との界面にＮＣを容易に到達させることができる。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【００６０】
尚、好ましくは、第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂は何れもポリアミド系樹脂であり、より好ましくは、第１の熱可塑性樹脂は共重合ポリアミド樹脂であり且つ第２の熱可塑性樹脂はポリアミド６である。一方、ナノセルロース（ＮＣ）は、好ましくは、カルボキシレートアニオン基、スルホネートアニオン基、アルコール基、アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基からなる群より選ばれる少なくとも１つの官能基を含む官能基によって修飾されており、より好ましくは、カルボキシレート基によって修飾されている。
【００６１】
《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る中間基材の製造方法（以降、「第２方法」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００６２】
〈構成〉
第２方法は、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分と、を含む中間基材の製造方法であって、以下に列挙する各工程を含む。
【００６３】
工程Ｅ：第１の熱可塑性樹脂及びナノセルロースが分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製する。
工程Ｆ：ナノセルロース分散液を第２部分の表面の少なくとも一部に塗布する。
工程Ｇ：第２部分の表面の少なくとも一部に塗布されたナノセルロース分散液を乾燥させて分散媒を除去することにより、第２部分の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された中間基材を調製する。
【００６４】
上記のように、第２方法は、強化繊維単独ではなく、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分にナノセルロース分散液が塗布された後に乾燥されて第２部分の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された中間基材が調製される点において、上述した第１方法と相違する。
【００６５】
図７は、第２方法の１つの例を示すフローチャートである。図７に示すように、工程Ｅにおいては、第１の熱可塑性樹脂及びナノセルロース（ＮＣ）が分散媒に分散されている分散液であるナノセルロース分散液を調製する。この工程Ｅは、上述した第１方法に含まれる工程Ａと同様の工程であるので、工程Ｅについての説明は省略する。第１の熱可塑性樹脂、ＮＣ、及び分散媒についても、第１方法に関する説明において既に述べたものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６６】
次に、工程Ｆにおいて、ナノセルロース分散液を第２部分の表面の少なくとも一部に塗布する。第２部分は、上述したように、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である。換言すれば、第２部分は、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とからなる複合材料である。第２部分における強化繊維と第２の熱可塑性樹脂との組み合わせの構成及び強化繊維と第２の熱可塑性樹脂とを組み合わせる方法は、第２方法によって製造される中間基材から製造される成形体の用途及び製造条件等に応じて適宜選択することができる。
【００６７】
例えば、第２部分は、比較的短い強化繊維のチョップドファイバが第２の熱可塑性樹脂の中に分散されている短繊維強化樹脂複合材料であってもよい。このような複合材料は、例えば、強化繊維のチョップドファイバと第２の熱可塑性樹脂との混合物を例えば一軸押出機及び二軸押出機等の装置によって加熱及び混練して熔融物として押し出したものを所定の形状（例えば、ペレット及びシート等）に成形することによって得ることができる。
【００６８】
或いは、第２部分は、比較的長い強化繊維が第２の熱可塑性樹脂の中に分散されている長繊維強化樹脂複合材料であってもよい。このような複合材料は、例えば、上述したＬＦＴ−Ｄ工法によって得ることができる。或いは、第２部分は、強化繊維と第２の熱可塑性樹脂からなる繊維とが混繊されたコミングルヤーンであってもよく、このようなコミングルヤーンによって構成される不織布又は織物であってもよい。或いは、或いは、第２部分は、熔融状態にある第２の熱可塑性樹脂を強化繊維によって構成される不織布又は織物に含浸させた後に冷却・固化させて第２の熱可塑性樹脂と強化繊維とを一体化させた所謂「プリプレグ」又は「ＵＤ材」であってもよい。或いは、第２部分は、第２の熱可塑性樹脂からなる粉末又は粒子と強化繊維との混合物であってもよい。
【００６９】
尚、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入する観点からは、第２部分を構成する強化繊維の表面が第２母材（第２の熱可塑性樹脂）によって完全に覆われているのではなく、強化繊維の表面の少なくとも一部が露出していたり、強化繊維と第２母材との間に間隙のある部分が存在していたりすることが望ましい。例えば、第２部分がプリプレグである場合は、強化繊維によって構成される不織布又は織物が第２の熱可塑性樹脂によって完全に含浸されているのではなく、部分的に含浸されている所謂「半含浸」の状態にあることが望ましい。
【００７０】
尚、第２の熱可塑性樹脂及び強化繊維についても、第１方法に関する説明において既に述べたものと同様であるので、ここでの説明は省略する。また、ナノセルロース分散液の塗布方法についても、第１方法に関する説明において既に述べた方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７１】
次に、工程Ｇにおいて、第２部分の表面の少なくとも一部に塗布されたナノセルロース分散液を乾燥させて分散媒を除去することにより、第２部分の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された中間基材を調製する。第１部分は、上述したように、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である。第１部分を構成する第１の熱可塑性樹脂の形態についても、第１方法に関する説明において既に述べた形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。更に、ナノセルロース分散液の乾燥方法についても、第１方法に関する説明において既に述べた方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７２】
尚、上記のような様々な構成を有する中間基材については、本発明の他の実施形態に関する説明において詳しく後述する。
【００７３】
〈効果〉
以上のように、第２方法によれば、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である第１部分が、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分の表面の少なくとも一部に形成された中間基材が調製される。第１母材及び第２母材は何れも熱可塑性樹脂であるので、当該中間基材を加熱及び加圧して所望の形状を有する成形体を製造する過程において、第１母材と第２母材とが容易に混ざり合い、強化繊維と母材との界面にＮＣを容易に到達させることができる。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【００７４】
尚、第２方法においても、上述した第１方法と同様に、好ましくは、第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂は何れもポリアミド系樹脂であり、より好ましくは、第１の熱可塑性樹脂は共重合ポリアミド樹脂であり且つ第２の熱可塑性樹脂はポリアミド６である。一方、ナノセルロース（ＮＣ）は、好ましくは、カルボキシレートアニオン基、スルホネートアニオン基、アルコール基、アミノ基、カルボキシ基、カルボキシレート基、及びカルボニル基からなる群より選ばれる少なくとも１つの官能基を含む官能基によって修飾されており、より好ましくは、カルボキシレート基によって修飾されている。
【００７５】
《第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係る中間基材（以降、「第３基材」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００７６】
〈構成〉
第３基材は、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と、強化繊維と、を含む中間基材である。第１の熱可塑性樹脂、ナノセルロース（ＮＣ）、第２の熱可塑性樹脂、及び強化繊維については、第１方法に関する説明において既に述べたものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００７７】
第３基材は、以下に列挙する２つのタイプ、即ち、第３基材（１）及び第３基材（２）に大別することができる。
【００７８】
第３基材（１）は、図６に示したように、強化繊維の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された被覆強化繊維と第２母材との組み合わせとして構成されている。このような構成を有する第３基材（１）は、例えば、上述した第１方法によって製造することができる。
第３基材（２）は、第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された構成を有する。このような構成を有する第３基材（２）は、例えば、上述した第２方法によって製造することができる。
第３基材（１）及び第３基材（２）の各々につき、以下に詳しく説明する。
【００７９】
［第３基材（１）］
上記のように、第３基材（１）は、強化繊維の表面の少なくとも一部に第１部分が形成された被覆強化繊維と第２母材との組み合わせとして構成されている。このような要件を満たす限り、第３基材（１）の構成は特に限定されない。第３基材（１）の構成の具体例としては、例えば、以下に列挙するような構成を挙げることができる。
【００８０】
［第３基材（１）の具体例１］
第３基材（１）の具体例１においては、上述した被覆強化繊維が第２母材の中に分散されている。具体的には、例えば図８に示す中間基材２１１においては、第２の熱可塑性樹脂１２１である第２母材の中に被覆強化繊維１２３が分散されている。被覆強化繊維１２３は、上述したように、第１の熱可塑性樹脂１１１である第１母材の中にＮＣ１１２が分散されている部分である第１部分１１０が表面の少なくとも一部に形成された強化繊維１２２である。以降、第１の熱可塑性樹脂１１１である第１母材を「第２母材１１１」と称呼する場合がある。同様に、第２の熱可塑性樹脂１２１である第２母材を「第２母材１２１」と称呼する場合がある。
【００８１】
上記のような構成を有する中間基材は、前述したように、例えば、強化繊維のチョップドファイバから調製された被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂との混合物を加熱及び混練して熔融物として押し出したものを所定の形状（例えば、ペレット及びシート等）に成形することによって得ることができる。或いは、上記のような構成を有する中間基材は、比較的長い強化繊維から調製された被覆強化繊維が第２の熱可塑性樹脂の中に分散されている長繊維強化樹脂複合材料からなる中間基材であってもよい。このような中間基材は、例えば、所謂「ＬＦＴ−Ｄ工法」によって得ることができる。
【００８２】
［第３基材（１）の具体例２］
第３基材（１）の具体例２は、第２母材からなる繊維と被覆強化繊維との混合物として構成されている。具体的には、例えば図９及び図１０に示す中間基材２１２のように、第２母材１２１の繊維と被覆強化繊維１２３とが混繊された混合繊維（例えば、コミングルヤーン）であってもよく、或いは、このような混合繊維によって構成される不織布又は織物であってもよい。
【００８３】
［第３基材（１）の具体例３］
第３基材（１）の具体例３は、被覆強化繊維からなる層と第２母材からなる層との積層体として構成されている。被覆強化繊維からなる層は、被覆強化繊維によって構成される不織布又は織物であってもよい。第２母材からなる層は、第２母材からなる繊維によって構成される不織布又は織物であってもよく、或いは、第２母材からなるシートであってもよい。
【００８４】
具体的には、例えば、図１１の（ａ）は、第２母材１２１からなる層と被覆強化繊維１２３からなる層との積層体として構成された中間基材２１３の構成を示す模式的な断面図である。また、図１１の（ｂ）は、一対の第２母材１２１からなる層の間に被覆強化繊維１２３からなる層が挟まれた積層体として構成された中間基材２１３の構成を示す模式的な断面図である。更に、図１１の（ｃ）は、第２母材１２１とは異なる第３の熱可塑性樹脂１２１’である第３母材からなる層と第２母材１２１からなる層との間に被覆強化繊維１２３からなる層が挟まれた積層体として構成された中間基材２１３の構成を示す模式的な断面図である。
【００８５】
［第３基材（１）の具体例４］
第３基材（１）の具体例４においては、被覆強化繊維からなる層が第２母材によって少なくとも部分的に含浸されている。即ち、第３基材（１）の具体例４は、プリプレグとして構成されている。被覆強化繊維からなる層の構成は特に限定されず、不織布又は織物であってもよい。また、第３基材（１）の具体例４は、被覆強化繊維が単一の方向に配向しているＵＤ材であってもよい。
【００８６】
［第３基材（１）の具体例５］
第３基材（１）の具体例５は、第２母材からなる粉末又は粒子と被覆強化繊維との混合物として構成されている。
【００８７】
以上説明してきた第３基材（１）においては、第１の熱可塑性樹脂の中にナノセルロースが分散されている部分である第１部分が強化繊維の表面に形成されている。従って、当該中間基材から成形体を製造する過程において、強化繊維と母材（第１母材と第２母材との混合物）との界面にＮＣを容易に配設することができる。
【００８８】
尚、第３基材（１）の具体例１乃至５は、あくまでも第３基材（１）の具体例として例示したものであり、第３基材（１）の具体例な構成は上記例示に限定されない。次に、第３基材のもう１つのタイプである第３基材（２）について以下に説明する。
【００８９】
［第３基材（２）］
上記のように、第３基材（２）においては、第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分が形成されており、当該第２部分の少なくとも一部の表面に第１部分が形成されている。ここで「第２部分の少なくとも一部の表面に第１部分が形成されている」状態は、「第２部分の表面の一部又は全体に第１部分が形成されている」状態のみならず、「第２部分の表面の一部又は全体のみならず強化繊維が第２母材によって覆われていない強化繊維の露出面及び／又は強化繊維と第２母材との間の間隙の少なくとも一部にも第１部分が形成されている」状態をも含み得る。このような要件を満たす限り、第３基材（２）の構成は特に限定されない。第３基材（２）の構成の具体例としては、例えば、以下に列挙するような構成を挙げることができる。
【００９０】
［第３基材（２）の具体例１］
第３基材（２）の具体例１においては、第２母材の中に強化繊維が分散されている部分として第２部分が構成されている。具体的には、例えば図１２に示す第２部分１２０のように、第２の熱可塑性樹脂である第２母材１２１の中に強化繊維１２２が分散されている。
【００９１】
上記のような構成を有する中間基材は、前述したように、例えば、強化繊維のチョップドファイバから調製された被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂との混合物を加熱及び混練して熔融物として押し出したものを所定の形状（例えば、ペレット及びシート等）に成形することによって得ることができる。或いは、上記のような構成を有する中間基材は、比較的長い強化繊維から調製された被覆強化繊維が第２の熱可塑性樹脂の中に分散されている長繊維強化樹脂複合材料からなる中間基材であってもよい。このような中間基材は、例えば、所謂「ＬＦＴ−Ｄ工法」によって得ることができる。
【００９２】
そして、第３基材（２）の具体例１においては、上記のような第２部分１２０の少なくとも一部の表面に第１部分が形成されている。具体的には、例えば図１３に示す中間基材２２１のように、第２母材１２１の中に強化繊維１２２が分散されている第２部分１２０の表面に、第１母材１１１の中にＮＣ１１２が分散されている部分である第１部分１１０が形成されていてもよい。
【００９３】
尚、図１３に例示した中間基材２２１においては、図４を参照しながら説明したように、ナノセルロース分散液において分散媒に分散されていた第１の熱可塑性樹脂１１１の微粒子とＮＣ１１２とが互いに凝集している部分として第１部分１１０が第２部分１２０の１つの表面に形成されている。しかしながら、第３基材（２）の具体例１を構成する第１部分は、第１の熱可塑性樹脂の微粒子とＮＣとが互いに溶着している部分として形成されていてもよく、或いは、図５を参照しながら説明したように、連続的な一体物として形成された第１母材の中にＮＣが分散されている部分として形成されていてもよい。
【００９４】
図１４の（ａ）は、連続的な一体物として形成された第１母材１１１の中にＮＣ１１２が分散されている第１部分１１０からなる層が第２部分１２０からなる層との積層体として構成された中間基材２２１の構成を示す模式的な断面図である。また図１４の（ｂ）は、上記のような第１部分１１０からなる層が一対の第２部分１２０からなる層の間に挟まれた積層体として構成された中間基材２１３の構成を示す模式的な断面図である。更に、図１４の（ｃ）は、上記のような第１部分１１０からなる層が第２部分１２０とは異なる構成を有する第３の層１３０と第２部分１２０からなる層との間に挟まれた積層体として構成された中間基材２２１の構成を示す模式的な断面図である。
【００９５】
尚、図１４の（ｃ）において第３の層１３０は母材と当該母材中に分散された他の部分とからなる層として描かれているが、第３の層１３０の構成は特に限定されない。具体的には、第３の層１３０は、例えば、ステンレス鋼等の鉄系金属並びに金、銀、銅、アルミニウム及びマグネシウム等の非鉄金属等の金属材料からなる層であってもよい。或いは、第３の層１３０は、例えば、前述したようなスーパーエンジニアリングプラスチック等からなる樹脂層であってもよい。このような第３の層を追加することにより、例えば、機械特性、審美性、耐熱性、耐薬品性、耐食性及び絶縁性等、優れた特性を第３基材及び第３基材から製造される成形体に付与することができる。
【００９６】
尚、第３基材（２）の具体例１においては、例えば図１２に示したように、第２母材の中に強化繊維が分散されている部分として第２部分が構成されている。従って、上述した工程Ｆにおいて第２部分に塗布されるナノセルロース分散液が第２母材と強化繊維との間に入り込むことは容易ではないが、第１母材及び第２母材は何れも熱可塑性樹脂であるので、当該中間基材から成形体を製造する過程において、第１母材と第２母材とが容易に混ざり合い、強化繊維と母材との界面にＮＣを容易に配設することができる。
【００９７】
［第３基材（２）の具体例２］
第３基材（２）の具体例２においては、第２母材からなる繊維と強化繊維との混合物として第２部分が構成されている。具体的には、例えば図１５及び図１６に示す第２部分１２０のように、第２母材１２１の繊維と強化繊維１２２とが混繊された混合繊維（例えば、コミングルヤーン）であってもよく、或いは、このような混合繊維によって構成される不織布又は織物であってもよい。
【００９８】
そして、第３基材（２）の具体例２においては、上記のような第２部分１２０の少なくとも一部の表面に第１部分が形成されている。この場合、第２母材１２１の繊維と強化繊維１２２とが混繊された混合繊維として第２部分１２０が構成されているので、上述した工程Ｆにおいて第２部分に塗布されるナノセルロース分散液が第２母材１２１の繊維と強化繊維１２２との間に容易に入り込み、当該中間基材から成形体を製造する過程において、強化繊維１２２と母材（第１母材１１１と第２母材１２１との混合物）との界面にＮＣを容易に配設することができる。
【００９９】
［第３基材（２）の具体例３］
第３基材（２）の具体例３においては、強化繊維からなる層が第２母材によって少なくとも部分的に含浸された部分として第２部分が構成されている。即ち、第３基材（２）の具体例３における第２部分はプリプレグとして構成されている。また、第３基材（２）の具体例３は、第２部分を構成する強化繊維が単一の方向に配向しているＵＤ材であってもよい。尚、前述したように、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入する観点からは、第２部分を構成する強化繊維の表面が第２母材によって完全に覆われているのではなく、強化繊維の表面の少なくとも一部が露出していたり、強化繊維と第２母材との間に間隙のある部分が存在していたりすることが望ましい。即ち、第３基材（２）の具体例３においては、半含浸の状態にあるプリプレグとして第２部分が構成されていることが望ましい。
【０１００】
［第３基材（２）の具体例４］
第３基材（２）の具体例４においては、第２母材からなる粉末又は粒子と強化繊維とが混合されている部分として第２部分が構成されている。従って、第３基材（２）の具体例４においては、上述した工程Ｆにおいて第２部分に塗布されるナノセルロース分散液が第２母材１２１の粉末又は粒子と強化繊維１２２との間に容易に入り込み、当該中間基材から成形体を製造する過程において、強化繊維１２２と母材（第１母材１１１と第２母材１２１との混合物）との界面にＮＣを容易に配設することができる。
【０１０１】
〈効果〉
以上のように、第３基材（１）は、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である第１部分が強化繊維の表面の少なくとも一部に形成された被覆強化繊維と第２の熱可塑性樹脂である第２母材との組み合わせとして構成されている。従って、当該中間基材から成形体を製造する過程において、強化繊維と母材（第１母材と第２母材との混合物）との界面にＮＣを容易に配設することができる。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【０１０２】
一方、第３基材（２）においては、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である第１部分が、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と強化繊維とを含む部分である第２部分の表面の少なくとも一部に形成されている。強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入する観点からは、第２部分を構成する強化繊維の表面が第２母材（第２の熱可塑性樹脂）によって完全に覆われているのではなく、強化繊維の表面が露出している部分及び／又は強化繊維と第２母材との間に間隙のある部分が存在していることが望ましい。しかしながら、このような部分が存在しない場合であっても、第１母材及び第２母材は何れも熱可塑性樹脂であるので、当該中間基材を加熱及び加圧して所望の形状を有する成形体を製造する過程において、第１母材と第２母材とが容易に混ざり合い、強化繊維と母材との界面にＮＣを容易に到達させることができる。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【０１０３】
また、第３基材を構成する第１母材及び第２母材は何れも熱可塑性樹脂によって構成されている。従って、熱硬化性樹脂を母材として含む従来技術に係る複合材料からなる中間基材に比べて、母材を硬化させることができる。従って、第３基材によれば、従来技術に比べて短い時間にて成形体を得ることができる。即ち、成形体の生産効率がより高い。
【０１０４】
《第４実施形態》
以下、本発明の第４実施形態に係る成形体の製造方法（以降、「第４方法」と称呼される場合がある。）について説明する。
【０１０５】
〈構成〉
第４方法は、熱可塑性樹脂である母材と、強化繊維と、ナノセルロースと、を含む複合材料によって形成されており、母材と強化繊維との界面の少なくとも一部にナノセルロースが配設されている、成形体の製造方法であって、以下に列挙する工程Ｈ及び工程Ｉを含む。
【０１０６】
工程Ｈ：上述した第３基材を第１の熱可塑性樹脂である第１母材の融点及び第２の熱可塑性樹脂である第２母材の融点のうち高い方の融点以上の所定の温度に加熱する。
工程Ｉ：上記所定の温度及び所定の圧力において第３基材を成形する。
【０１０７】
上記のように、第４方法は、熱可塑性樹脂である母材と強化繊維とナノセルロース（ＮＣ）とを含む複合材料によって形成されており且つ母材と強化繊維との界面の少なくとも一部にＮＣが配設されている成形体を第３基材から製造する方法である。
【０１０８】
図１７は、第４方法の１つの例を示すフローチャートである。図１７に示すように、工程Ｈにおいては、上記のように、第３基材を第１の熱可塑性樹脂である第１母材の融点及び第２の熱可塑性樹脂である第２母材の融点のうち高い方の融点以上の所定の温度に加熱する。尚、上記「所定の温度」は、第１母材及び第２母材の両方が熔融して次の工程Ｉにおける成形過程において両者が容易に混ざり合うことが可能な程度に高い流動性を呈するように設定される。但し、上記「所定の温度」は、第１母材及び第２母材並びに第３基材の他の構成要素（例えば強化繊維及びＮＣ等）の品質の低下（例えば、変質、劣化、及び分解等）を招くことの無いように設定される必要がある。換言すれば、互いに近い融点を有する第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂によって第１母材及び第２母材がそれぞれ構成されていることが望ましい。
【０１０９】
次に、工程Ｉにおいては、上記所定の温度及び所定の圧力において第３基材を成形する。尚、上記「所定の温度」は、例えば第３基材から製造される成形体及び第３基材の構成等に応じて適宜定めることができる。上記のように第３基材を所定の温度に加熱することにより、第１母材及び第２母材の両方が熔融して流動性が高い状態となるので、工程Ｉにおける成形過程において両者が容易に混ざり合い、強化繊維と母材との界面にＮＣを効率的に導入することができる。
【０１１０】
尚、工程Ｉにおいて実行される成形方法は、例えば第３基材から製造される成形体及び第３基材の構成等に応じて、当該技術分野において周知の様々な成形方法の中から適宜選択することができる。例えば、ペレット状の第３基材を用いる場合は、当該第３基材を例えば一軸押出機及び二軸押出機等の装置によって加熱及び混練して熔融物として押し出したものを所定の成形型に射出して所望の形状に成形することができる。或いは、プリプレグ、織物、及び不織布等のシート状の第３基材を用いる場合は、所謂「ホットスタンプ」（熱間プレス）により、第３基材から成形体を製造することができる。
【０１１１】
〈効果〉
以上のように、第４方法によれば、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と、強化繊維と、を含む第３基材を所定の温度及び所定の圧力において成形して、所望の形状を有する成形体を製造する。従って、第３基材から成形体を製造する過程において、強化繊維と母材（第１母材と第２母材との混合物）との界面にＮＣを容易に配設することができる。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【０１１２】
《第５実施形態》
以下、本発明の第５実施形態に係る成形体（以降、「第５成形体」と称呼される場合がある。）について説明する。
【０１１３】
〈構成〉
第５成形体は、熱可塑性樹脂である母材と、強化繊維と、ナノセルロースと、を含む複合材料によって形成されており、強化繊維と母材との界面の少なくとも一部にナノセルロースが配設されている、成形体である。
【０１１４】
第５成形体は、例えば上述した第４方法によって第３基材から製造することができる。第３基材は、上述したように、第１の熱可塑性樹脂である第１母材の中にＮＣが分散されている部分である第１部分と、第２の熱可塑性樹脂である第２母材と、強化繊維と、を含む中間基材である。従って、第５成形体を構成する母材は第１母材及び第２母材を含む。尚、第５成形体を構成する第１の熱可塑性樹脂、ナノセルロース（ＮＣ）、第２の熱可塑性樹脂、及び強化繊維については、第１方法に関する説明において既に述べたものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
図１８は、第５成形体における強化繊維近傍の構成の一例を示す模式的な拡大断面図である。図１８に示すように、第５成形体３００は、熱可塑性樹脂である母材１４０と、強化繊維１２２と、ナノセルロース１１２と、を含む複合材料によって形成されている。母材１４０は、中間基材を構成していた第１母材１１１及び第２母材１２１に由来する母材である。更に、強化繊維１２２と母材１４０との界面の少なくとも一部にＮＣ１１２が配設されている。尚、第５成形体においては、当該成形体の製造過程において母材中に拡散されたＮＣ１１２が強化繊維と母材との界面のみならず当該界面以外の領域にも存在していてもよい。
【０１１６】
〈効果〉
以上のように、第５成形体においては、熱可塑性樹脂である母材（第１母材と第２母材との混合物）と強化繊維との界面の少なくとも一部にナノセルロースが配設されている。このように、強化繊維と母材との界面にＮＣが介在することにより、強化繊維と母材との界面における密着性が向上される。その結果、成形体の引張強度及び曲げ強度等の機械的強度を効果的に向上させることができる。
【実施例１】
【０１１７】
上述したような熱可塑性樹脂を母材として採用する繊維強化樹脂複合材料からなる成形体の機械的強度における本発明による向上効果を確認すべく、従来技術に係る成形体である試料Ａ及び本発明に係る成形体である試料Ｂを調製した。試料Ａ及び試料Ｂの調製方法につき、以下に詳しく説明する。
【０１１８】
〈試料の調製〉
試料Ａは、３Ｋの炭素繊維（ＣＦ）を平織にした織物（以降、「３Ｋ平織ＣＦ」と略称される場合がある。）が熱可塑性ポリアミド樹脂であるポリアミド６（ＰＡ６）によって半含浸（セミ含浸）されたシート状のプリプレグを中間基材とし、当該中間基材を６層重ね合わせた積層体を、所定の温度及び圧力において熱間プレスによって成形した成形体である。即ち、試料Ａは、上述した（第２母材及び強化繊維を含む）第２部分のみからなる従来技術に係る中間基材から製造された成形体である。
【０１１９】
一方、試料Ｂは、試料Ａと同一のプリプレグに本発明に係るナノセルロース分散液を塗布・乾燥させて中間基材とした後、試料Ａと同様に、当該中間基材を６層重ね合わせた積層体を熱間プレスによって成形した成形体である。尚、試料Ｂの調製に用いたナノセルロース分散液は、前述した市販のセルロースナノファイバ（ＣＮＦ）の分散液であるレオクリスタ（登録商標）を、前述した市販の共重合ポリアミド樹脂−水系エマルジョンであるセポルジョンＰＡ（登録商標）によって希釈して、ＣＮＦの固形分濃度を０．２％としたものである。即ち、試料Ｂは、上述した（第２母材及び強化繊維を含む）第２部分のみならず、上述した（第１母材及びＮＣを含む）第１部分をも含む、本発明に係る中間基材から製造された成形体である。
【０１２０】
〈試料の評価〉
上記のようにして得られた試料Ａ及び試料Ｂにつき、ＪＩＳ−Ｋ７１６４に準じた引張特性試験及びＪＩＳ−Ｋ７０７４に準じた３点曲げ衝撃試験を行った結果を、図１９及び図２０のグラフにそれぞれ示す。尚、何れの試験においても、試料Ａ及び試料Ｂの各々につき２回ずつ測定を行った。
【０１２１】
先ず、図１９は、引張特性試験によって得られた応力−歪み曲線を表すグラフである。従来技術に係る試料Ａ（破線）に比べて、本発明に係る試料Ｂ（実線）の方が、歪みに対する引張応力がより大きい（引張応力に対する歪みがより小さい）。即ち、本発明に係る成形体である試料Ｂは、従来技術に係る試料Ａに比べて、より剛性が高いことが確認された。
【０１２２】
次に、図２０は、３点曲げ衝撃試験によって得られた応力−歪み曲線を表すグラフである。従来技術に係る試料Ａ（破線）に比べて、本発明に係る試料Ｂ（実線）の方が、歪みに対する曲げ強度がより大きい（曲げ強度に対する歪みがより小さい）。即ち、本発明に係る成形体である試料Ｂは、従来技術に係る試料Ａに比べて、より曲げ剛性が高いことが確認された。
【０１２３】
〈結論〉
上述したように、試料Ｂは、上述した（第２母材及び強化繊維を含む）第２部分のみならず、上述した（第１母材及びＮＣを含む）第１部分をも含む、本発明に係る中間基材から製造された成形体である。このような構成を有する試料Ｂは、引張特性試験及び３点曲げ衝撃試験の何れにおいても、従来技術に係る試料Ａよりも高い剛性を呈した。これは、熱可塑性樹脂である母材（第１母材であるＰＡ６と第２母材である共重合ポリアミド樹脂との混合物）と強化繊維であるＣＦとの界面の少なくとも一部にＮＣが介在して、強化繊維と母材との界面における密着性が向上された結果として達成された効果であると考えられる。
【実施例２】
【０１２４】
〈試料の調製〉
実施例２においては、実施例１において使用した３Ｋ平織ＣＦが熱可塑性ポリアミド樹脂であるＰＡ６によって半含浸されたシート状のプリプレグを、強化繊維としてのＣＦが単一の方向に配向しており且つＰＡ６によって半含浸されたシート状のＵＤ材に置き換えた。更に、実施例２においては、このようなＵＤ材を１０層重ね合わせた積層体を、所定の温度及び圧力において熱間プレスによって成形した成形体として、試料Ｃ及び試料Ｄを調製した。
【０１２５】
尚、試料Ｃは、上記ＵＤ材がそのままの状態で積層されている従来技術に係る成形体である。即ち、試料Ｃは、上述した（第２母材及び強化繊維を含む）第２部分のみからなる従来技術に係る中間基材から製造された成形体である。一方、試料Ｄは、試料Ｃと同一のプリプレグに本発明に係るナノセルロース分散液を塗布・乾燥させて中間基材とした後、試料Ｃと同様に、当該中間基材を１０層重ね合わせた積層体を熱間プレスによって成形した成形体である。尚、試料Ｄの調製に用いたナノセルロース分散液は、実施例１において使用したナノセルロース分散液と同じである。
【０１２６】
〈試料の評価〉
上記のようにして得られた試料Ｃ及び試料Ｄにつき、ＪＩＳ−Ｋ７１６４に準じた引張特性試験を行った結果を図２１のグラフに示す。尚、試料Ｃ及び試料Ｄの各々につき３回ずつ測定を行った。
【０１２７】
図２１は、引張特性試験によって得られた応力−歪み曲線を表すグラフである。従来技術に係る試料Ｃ（破線）に比べて、本発明に係る試料Ｄ（実線）の方が、歪みに対する引張応力がより大きく（引張応力に対する歪みがより小さく）且つ引張応力及び歪みの最大値がより大きいことが確認された。
【０１２８】
〈結論〉
上述したように、試料Ｄは、上述した（第２母材及び強化繊維を含む）第２部分のみならず、上述した（第１母材及びＮＣを含む）第１部分をも含む、本発明に係る中間基材から製造された成形体である。このような構成を有する試料Ｄは、引張特性試験において、従来技術に係る試料Ｃよりも、引張応力及び歪みの最大値がより大きい。これは、熱可塑性樹脂である母材（第１母材であるＰＡ６と第２母材である共重合ポリアミド樹脂との混合物）と強化繊維であるＣＦとの界面の少なくとも一部にＮＣが介在して、強化繊維と母材との界面における密着性が向上された結果として達成された効果であると考えられる。
【０１２９】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び実施例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び実施例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【０１３０】
１００…ナノセルロース分散液、１１０…第１部分、１１１…第１の熱可塑性樹脂（第１母材）、１１２…ナノセルロース（ＮＣ）、１１３…分散媒、１２０…第２部分、１２１……第２の熱可塑性樹脂（第２母材）、１２１’…第３の熱可塑性樹脂（第３母材）、１２２…強化繊維、１２３…被覆強化繊維、１３０…第３の層、１４０…母材（第１母材＋第２母材）、２１１，２１２，２１３，２２１，２２２…中間基材、３００…成形体。
【図１】
2020151969.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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