(57)【要約】【課題】軽量化、強度、剛性のバランスに優れた発泡体を提供する。【解決手段】本発明の発泡体は、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体であって、密度当たりの曲げ強度を示す比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、室温における密度当たりの曲げ弾性率を示す比弾性率が１．５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体であって、
密度当たりの曲げ強度を示す比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、
室温における密度当たりの曲げ弾性率を示す比弾性率が１．５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上である、発泡体。
【請求項２】
請求項１に記載の発泡体であって、
前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の硬化体を含む、発泡体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発泡体であって、
密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上１．６ｇ／ｃｍ３以下である、発泡体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の発泡体であって、
体積空隙率が５％以上９０％以下である、発泡体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の発泡体であって、
独立気泡構造を有する、発泡体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の発泡体であって、
前記比強度が、３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下である、発泡体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の発泡体であって、
前記比弾性率が、５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以下である、発泡体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の発泡体であって、
前記比強度が１８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、
前記比弾性率が２（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上である、発泡体。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の発泡体であって、
前記フィラーが、繊維フィラーを含む、発泡体。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の発泡体であって、
前記フィラーが、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維、全芳香族ポリアミド（アラミド）、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリカーボネート、全芳香族ポリアゾメチン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ（パラ−フェニレンベンゾビスチアゾール）（ＰＢＺＴ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（パラ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）からなる群から選択される一種以上を含む、発泡体。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の発泡体であって、
発泡性抄造体の成形体からなる、発泡体。
【請求項１２】
請求項２に記載の発泡体であって、
前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂を含む、発泡体。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の発泡体を製造するための発泡体の製造方法であって、
バインダー樹脂、前記フィラー、及び熱膨張性マイクロカプセルを混合したスラリーを準備し、前記スラリーを抄造することにより発泡性抄造体を得る工程と、
金型の内部の一部に前記発泡性抄造体を配置し、前記熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて、前記金型の内部の全体にまで前記発泡性抄造体を膨張させることにより、前記発泡性抄造体の成形体からなる発泡体を得る工程と、を含む、発泡体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡体および発泡体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでの強化繊維複合材料において、力学的物性の観点から様々な開発が行われてきている。この種の技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。同文献によれば、エポキシ樹脂に強化繊維を配合した強化繊維複合材料が記載されている（特許文献１の請求項２４等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者が検討した結果、上記文献に記載の強化繊維複合材料は、軽量化と力学的物性のバランスの観点で改善の余地を有することが判明した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、発泡体構造における軽量化と力学的物性の関係に着眼し、さらなる検討を進めた結果、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体において、比強度と比弾性率とで示される構造効率指標が、軽量化と力学的物性のバランスを示す指標となることを見出した。このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、構造効率指標に用いられる比強度と比弾性率とを共に所定値以上とすることにより、軽量化と力学的物性のバランスが改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明によれば、
３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体であって、
密度当たりの曲げ強度を示す比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、
室温における密度当たりの曲げ弾性率を示す比弾性率が１．５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上である発泡体が提供される。
【０００７】
また本発明によれば、
上記発泡体を製造するための発泡体の製造方法であって、
バインダー樹脂、フィラー、及び熱膨張性マイクロカプセルを混合したスラリーを準備し、前記スラリーを抄造することにより発泡性抄造体を得る工程と、
金型の内部の一部に前記発泡性抄造体を配置し、前記熱膨張性マイクロカプセルを膨張させて、前記金型の内部の全体にまで前記発泡性抄造体を膨張させることにより、前記発泡性抄造体の成形体からなる発泡体を得る工程と、を含む、発泡体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軽量化、強度、剛性のバランスに優れた発泡体及び発泡体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る発泡性抄造体の一例を示す斜視模式図である。
【図２】本実施形態に係る発泡性抄造体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【図３】本実施形態に係る発泡体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
本実施形態の発泡体の概要を説明する。
本実施形態の発泡体は、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体である。当該発泡体において、密度当たりの曲げ強度を示す比強度を１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上とし、室温における密度当たりの曲げ弾性率を示す比弾性率を１．５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上とすることができる。
【００１２】
本発明者は、発泡体構造における軽量化と力学的物性の関係に着眼し、さらなる検討を進めた。その結果、３次元構造を有するマトリックス樹脂中にフィラーが分散した発泡体において、比強度と比弾性率とで示される構造効率指標が、軽量化と力学的物性のバランスを示す指標となることを見出した。すなわち、構造効率指標を用いることにより、低密度かつ高強度な発泡体や低密度かつ高剛性の発泡体の開発指針が得られることが判明した。
このような知見に基づいてさらに検討した結果、構造効率指標の比強度および比弾性率を共に所定値以上とすることにより、軽量化とともに強度と剛性とのバランスが改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本実施形態によれば、軽量化、強度および剛性のバランスに優れた発泡体を実現することができる。
【００１４】
以下、本実施形態の発泡体について詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態の発泡体は、３次元構造を有するマトリックス樹脂にフィラーが分散した構造を有している。本実施形態において、３次元構造を有するマトリックス樹脂は、例えば、３次元網目構造を有する樹脂硬化体で構成されていてもよい。この樹脂硬化体としては、例えば、熱硬化性樹脂の硬化体等が挙げられる。また、上記のフィラーとしては、例えば、繊維フィラーを用いることができる。
【００１６】
本実施形態の発泡体の密度当たりの曲げ強度を示す比強度の下限値は、例えば、１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、好ましくは１５０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、より好ましくは１８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、さらに好ましくは２００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上である。これにより、強度と軽量化とのバランスを改善することができる。一方、上記比強度の上限値は、特に限定されないが、例えば、３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下としてもよく、２８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下としてもよく、２５０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下としてもよい。これにより、強度と剛性のバランスを図ることができる。本実施形態において、上記曲げ強度は、例えば、強度試験機（テンシロン万能材料試験機、Ａ＆Ｄ社製）により測定できる。例えば、上記曲げ強度は室温２５℃で測定する。
【００１７】
また、本実施形態の発泡体の室温における密度当たりの曲げ弾性率を示す比弾性率の下限値は、例えば、１．５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、好ましくは１．８（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、より好ましくは２．０（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、さらに好ましくは２．２（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上である。これにより、剛性と軽量化とのバランスを改善することができる。一方、上記比弾性率の上限値は、特に限定されないが、例えば、５（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以下としてもよく、４（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以下としてもよく、３（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以下としもよい。これにより、剛性と強度のバランスを図ることができる。本実施形態において、上記曲げ弾性率は、例えば、強度試験機（テンシロン万能材料試験機、Ａ＆Ｄ社製）により測定できる。上記曲げ強度は室温２５℃で測定する。
【００１８】
また、本実施形態の発泡体は、強度と剛性のバランスの観点から、上記比強度が１８０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であり、かつ、上記比弾性率が２（３√ＧＰａ）／（ｇ／ｃｍ３）以上であってもよい。これにより、本実施形態の発泡体を軽量高強度部材や軽量高剛性部材のいずれにも利用することが可能である。
【００１９】
また、本実施形態の発泡体は、軽量高強度部材や軽量高剛性部材等の構造部材に用いる観点から、上記比強度および上記比弾性率を有していてもよい。このような発泡体により、軽量化、強度および剛性のバランスに優れた構造部材を実現することができる。
【００２０】
本実施形態の発泡体の体積空隙率の下限値は、例えば、５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１５％以上がさらに好ましい。これにより、強靱性と軽量化とを向上させることができる。一方、上記発泡体の体積空隙率の上限値は、特に限定されないが、例えば、９０％以下でもよく、８０％以下でもよく、７０％以下でもよい。これにより、強靱性と強度のバランスを向上させることができる。
【００２１】
本実施形態において、上記発泡体の体積空隙率の測定方法としては、特に限定されないが、例えば、画像解析により算出することができる。具体的には、次のような測定方法を用いることができる。すなわち、まず、発泡体の中央付近を切り出す。切り出した発泡体の断面の画像を二値化し、熱硬化性樹脂等のマトリックス樹脂からなるマトリックス相と気泡からなる気泡相との面積比を、体積空隙率（発泡成形後の発泡体の原料体積分率（体積％））とみなすことができる。
【００２２】
本実施形態の発泡体の発泡構造は、独立気泡構造または連続気泡構造を有していてもよい。本実施形態の発泡体において、強度と剛性とのバランスの観点から、全体が独立気泡構造を有していてもよく、強度、剛性と軽量化のバランスの観点から、独立気泡構造とともに一部に連続気泡構造を有していてもよい。
本実施形態において、独立気泡構造とは、熱硬化性樹脂の硬化体により系外と隔離された空間（気泡）を複数有する構造を意味する。このような独立気泡構造においては、隣り合った空間の間で気体が通気することが抑制されているため、気密性に優れている構造を実現できる。
【００２３】
本実施形態の発泡体が独立気泡構造を有する場合、当該独立気泡構造における気泡のサイズの下限値は、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上としてもよく、１０μｍ以上としてもよい。一方、気泡のサイズの上限値は、特に限定されないが、例えば、５００μｍ以下としてもよく、４００μｍ以下としてもよい。
【００２４】
また、本実施形態の発泡体の密度の下限値は、特に限定されないが、例えば、０．１ｇ／ｃｍ３以上でもよく、０．２ｇ／ｃｍ３以上でもよく、０．３ｇ／ｃｍ３以上でもよい。これにより、強度と軽量化のバランスを図ることができる。一方で、上記発泡体の密度の上限値は、例えば、１．６ｇ／ｃｍ３以下であり、１．５５ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、１．５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましい。これにより、軽量化と強靱性のバランスをさらに高めることができる。
【００２５】
本実施形態の発泡体のガラス転移温度（Ｔｇ）の下限値は、例えば、１００℃以上としてもよく、好ましくは１２０℃以上としてもよく、より好ましくは１５０℃以上としてもよい。これにより、耐熱性を向上させることができ、たとえば、発熱部材などの熱履歴が生じる場所に使用することができる。一方、上記発泡体のガラス転移温度（Ｔｇ）の上限値は、特に限定されないが、例えば、３５０℃以下としてもよい。上記ガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば、示差走査熱量計（ＤＳＣ−２９２０、ＴＡインスツルメント社製）により測定できる。
【００２６】
また、本実施形態の発泡体は、全体または一部が発泡性抄造体の成形体で構成されていてもよい。本実施形態において、製造安定性の観点から、上記発泡体の全体が、発泡性抄造体の成形体（発泡成形体）で構成されていることが好ましい。
【００２７】
以下、本実施形態の発泡性抄造体および発泡成形体について説明する。
＜発泡性抄造体１０＞
図１は、本実施形態の発泡性抄造体１０の一例を示す斜視模式図である。
本実施形態の発泡性抄造体１０は、熱膨張性マイクロカプセルＣが分散している抄造体である。
【００２８】
ここで、本明細書において、「抄造体」という用語は、繊維材料を漉く手法を使用して得られた物の状態を示す技術用語として一般的に使用されている。この物の状態に関して、例えば、特許公報１（特許第４６７５２７６号）および特許公報２（特許第５４２６３９９号）に記載されている。同文献によれば、当該抄造体は、繊維や樹脂等の原料を分散媒に分散させた原料スラリーから、液体分が脱水され、フィルター上に残った湿潤状態の固形分を指す、と記載されている。ここでいう上記湿潤状態とは、加熱処理を施す前の未硬化状態、すなわち、ポストキュア前の未硬化状態を意味する。
【００２９】
本実施形態において、発泡性抄造体１０は、シート状であっても、所望の成型品形状を模倣した形状に加工された立体形状（すなわち素形体の形態）であってもよい。そして、この発泡性抄造体１０に対して、加熱処理等の発泡成形を行うことにより、成形体（発泡成形体５０）を得ることができる。この発泡成形体５０は、発泡性抄造体１０の硬化物である。
【００３０】
本実施形態に係る発泡性抄造体１０は、抄造法により得られたものである。
抄造法により得られた発泡性抄造体１０は、図１に示すように、以下の点において構造上の特徴１〜３を有する。
（特徴１）発泡性抄造体１０の表面の平面視において、繊維フィラーＢおよび熱膨張性マイクロカプセルＣがランダムに配向している。
（特徴２）発泡性抄造体１０の厚み方向における断面視において、繊維フィラーＢの配向状態が高度に制御されており、繊維フィラーＢが特定方向に配向している。言い換えれば、発泡性抄造体１０の厚み方向におけて、繊維フィラーＢは積層した状態である。
（特徴３）繊維フィラーＢ同士がバインダー樹脂Ａにより結着している。
このように図１に示す発泡性抄造体１０は、バインダー樹脂Ａと繊維フィラーＢと熱膨張性マイクロカプセルＣとが、面方向においてランダムに絡み合っており、このような面構造が厚み方向に重なるような、抄造構造を有している。
【００３１】
また、発泡性抄造体１０は、発泡処理により所望の形状に成型して発泡成形体５０を得るための材料に利用できる。
発泡性抄造体１０における樹脂は完全硬化していない状態、例えば、Ｂステージ状態にある。そのため、発泡性抄造体１０は、別の形状に変形することができる。そして、発泡性抄造体１０は、熱硬化性樹脂であるバインダー樹脂Ａの硬化温度で加熱することにより、樹脂を発泡・完全硬化して発泡成形体５０を得ることができる。
【００３２】
次いで、発泡性抄造体１０を構成する成分について説明する。
（バインダー樹脂Ａ）
バインダー樹脂Ａは、繊維フィラーＢ同士の間をつなぐ結着剤として機能するものであれば特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂を用いることができる。
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン等が挙げられる。これらの樹脂は、必要に応じて、適宜選択して使用することが可能であり、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
機械特性や耐熱性の観点から、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を用いることが好ましい。また、軽量化と強度の高い次元での両立の観点から、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
【００３３】
熱硬化性樹脂は、粒状または粉状の形状を有するものとしてもよい。これにより、発泡性抄造体１０を発泡・硬化して得られた発泡成形体５０の強度をより効果的に向上させることができる。この理由は明らかではないが、発泡性抄造体１０を加熱加圧して発泡させる際に、熱硬化性樹脂が粒状または粉状の形状を有することにより溶融時の含浸性が向上し、繊維フィラーＢと、熱硬化性樹脂との界面が良好に形成されることによると推定される。
【００３４】
熱硬化性樹脂として、例えば、平均粒径５００μｍ以下で、室温で固体状態のものを使用することができる。これにより、発泡性抄造体１０の製造工程において、熱硬化性樹脂の凝集状態をより形成しやすくすることができる。また、発泡性抄造体１０の製造工程において、ワニス状の材料組成物を得る観点から、熱硬化性樹脂の平均粒径は１ｎｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。
このような平均粒径を有する熱硬化性樹脂は、例えば、アトマイザー粉砕機等を用いて粉砕処理を行うことにより得ることが可能である。
なお、熱硬化性樹脂の平均粒径は、例えば、株式会社島津製作所製のＳＡＬＤ−７０００等のレーザ回折式粒度分布測定装置を用いて、質量基準の５０％粒子径を平均粒径として求めることができる。
【００３５】
発泡性抄造体１０に含まれる熱硬化性樹脂は半硬化状態であることが好ましい。半硬化の熱硬化性樹脂は、発泡性抄造体１０を製造後、加熱加圧により所望の形状に発泡させ、成型する工程において、完全硬化される。これにより、高い強度と軽量化のバランスに優れた発泡成形体５０が得られる。
【００３６】
（繊維フィラーＢ）
繊維フィラーＢとは、繊維糸または長い繊維束を所定の長さに切断して得られるものである。
繊維フィラーＢの平均繊維長は、抄造による特殊な構造を得る観点から、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、機械的強度を得る観点から、２．５ｍｍ以上であることがさらに好ましく、４ｍｍ以上であることが特に好ましい。一方、良好な分散性を得る観点から、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００３７】
繊維フィラーＢとしては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維、全芳香族ポリアミド（アラミド）、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリエステルアミド、全芳香族ポリエーテル、全芳香族ポリカーボネート、全芳香族ポリアゾメチン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリ（パラ−フェニレンベンゾビスチアゾール）（ＰＢＺＴ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（パラ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）（ＰＢＯ）等が挙げられる。これらの繊維フィラーＢは、必要に応じて、適宜選択して使用することが可能であり、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
さらに、軽量化と強度のバランスを図る観点から、無機繊維を用いてもよく、好ましくはガラス繊維、炭素繊維を用いてもよい。強度と剛性の観点から、炭素繊維を用いることが好ましい。また、ガラス繊維を用いた場合は、アミノシラン処理を施したものを用いてもよい。アミノシラン処理は、ガラス繊維をアミノ基含有シランカップリング剤の溶液に含浸、またはガラス繊維にアミノ基含有シランカップリング剤の溶液を塗布することによって施される。
【００３９】
アミノ基含有シランカップリング剤としては、例えば、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン等のアミノ基含有アルコキシシラン等、およびそれらの加水分解物が挙げられる。これらのアミノ基含有シランカップリング剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４０】
繊維フィラーＢの含有量は、強度を上げる観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、例えば、１０重量％以上としてもよく、２０重量％以上としてもよい。また、強度と軽量化のバランスを図る観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、例えば、８０重量％以下としてもよく、７５重量％以下としてもよく、７０重量％以下としてもよく、５０重量％以下としてもよい。
【００４１】
（熱膨張性マイクロカプセルＣ）
熱膨張性マイクロカプセルＣとは、揮発性の液体発泡剤を、ガスバリア性を有する熱可塑性シェルポリマーによりマイクロカプセル化した粒子である。熱膨張性マイクロカプセルＣは、次のようなメカニズムにより、発泡剤として機能するものである。すなわち、加熱によりカプセルの外殻が軟化しつつ、カプセルに内包した液体発泡剤が気化し圧力が増加する。その結果、粒子が膨張し、中空球状粒子（熱膨張性マイクロカプセルＣの発泡粒子）が形成される。
【００４２】
上記液体発泡剤としては、例えば、イソペンタン、イソブタン、イソプロパン等といった低沸点の炭化水素が挙げられる。
上記熱可塑性シェルポリマーとしては、例えば、ポリアクリロニトリル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニリデン−メチルメタクリレート共重合体、塩化ビニリデン−エチルメタクリレート、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート等が挙げられる。これらを単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４３】
熱膨張性マイクロカプセルＣとしては、例えば、エクスパンセル（日本フィライト社製）、マイクロスフェアーＦ５０、マイクロスフェアーＦ６０（松本油脂製薬社製）、アドバンセルＥＭ（積水化学工業社製）といった市販品を用いることができる。
【００４４】
熱膨張性マイクロカプセルＣの含有量は、発泡成形体５０の密度を低くする観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．０５重量％以上としてもよく、０．１重量％以上としてもよい。また、発泡成形体５０の適度な強度を発現する観点から、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１０重量％以下としてもよく、５重量％以下としてもよい。
【００４５】
その他、本実施形態における発泡性抄造体１０は、上記成分の他に、パルプ、凝集剤、及び各種添加剤といった成分を含むことができる。
【００４６】
（パルプ）
本実施形態の発泡性抄造体１０は、パルプを含んでもよい。パルプとは、フィブリル構造を有する繊維材料であり、上記繊維フィラーＢとは異なるものである。パルプは、例えば、繊維材料を機械的又は化学的にフィブリル化することによって得ることができる。
発泡性抄造体１０の製造時において、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣとともにパルプを抄造することによって、これらをより効果的に凝集させることができることから、より安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することが可能となる。
【００４７】
上記パルプとしては、例えば、リンターパルプ、木材パルプ等のセルロース繊維、ケナフ、ジュート、竹等の天然繊維、パラ型全芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）及びその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維及びそれらの共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維等の有機繊維をフィブリル化したものが挙げられる。パルプは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４８】
パルプの含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．５重量％以上としてもよく、１重量％以上としてもよく、２重量％以上としてもよい。これにより、抄造時における熱硬化性樹脂の凝集をより効果的に発生させて、さらに安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することができる。一方、パルプの含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１０重量％以下としてもよく、８重量％以下としてもよく、５重量％以下としてもよい。これにより、発泡成形体５０の機械的特性や熱的特性をより効果的に向上させることが可能となる。
【００４９】
（凝集剤）
本実施形態の発泡性抄造体１０は、凝集剤を含んでもよい。凝集剤は、発泡性抄造体１０の製造時において、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ及び熱膨張性マイクロカプセルＣをフロック状に凝集させる機能を有する。このため、より安定的な発泡性抄造体１０の製造を実現することができる。
【００５０】
上記凝集剤としては、例えば、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、及び両性高分子凝集剤が挙げられる。より具体的には、例えば、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイド等を挙げることができる。これらの凝集剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、凝集剤において、そのポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基等の官能基量等は、必要特性に応じて調整することが可能である。
【００５１】
凝集剤の含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、０．０１重量％以上としてもよく、０．０５重量％以上としてもよく、０．１重量％以上としてもよい。これにより、発泡性抄造体１０の製造において、収率の向上を図ることができる。一方、凝集剤の含有量は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）に対して、１．５重量％以下としてもよく、１重量％以下としてもよく、０．５重量％以下としてもよい。これにより、抄造法を用いた発泡性抄造体１０の製造において、脱水処理等をより容易にかつ安定的に行うことが可能となる。
【００５２】
本実施形態における発泡性抄造体は、生産条件調整や要求される物性を発現させることを目的に、さらに、様々な添加剤を使用することができる。例えば、熱可塑性樹脂、特性向上を目的とした無機粉末、金属粉、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、難燃剤、離型剤、可塑剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤等の紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤等のサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミ等の凝結剤等が挙げられる。
【００５３】
本実施形態の発泡性抄造体１０は、添加剤として、アラミド微小繊維を有していてもよい。これにより、発泡性抄造体１０を乾燥した抄造素形体のハンドリング性を良好とすることができる。
【００５４】
＜発泡性抄造体１０の製造方法＞
図２は、発泡性抄造体１０の製造工程を示す工程断面図である。
本実施形態の発泡性抄造体１０の製造方法は、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、及び熱膨張性マイクロカプセルＣを混合し、次いで、抄造法により混合物を抄造することにより発泡性抄造体１０を得る工程を有する。ここで、上記抄造法とは、図２（ｂ）に示すような製紙化技術の一つである紙抄き技術を利用したものである。
【００５５】
以下、図２を参照して、湿式抄造法による発泡性抄造体１０の製造方法について詳述する。
【００５６】
まず、図２（ａ）に示すように、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、及び熱膨張性マイクロカプセルＣを溶媒中へ添加して撹拌、混合し、分散させる。このとき、上述した成分のうち、凝集剤を除く他の成分を溶媒中に添加してもよい。これにより、発泡性抄造体１０を形成するためのワニス状の材料組成物（スラリー）を得ることができる。
【００５７】
各成分を溶媒に分散させる方法としては、特に限定されないが、例えば、ディスパーザーを用いて撹拌する方法が挙げられる。
【００５８】
上記溶媒としては、特に限定されないが、上記材料組成物の構成材料を分散させる過程において揮発しにくいことと、発泡性抄造体中への残存を抑制するために脱溶媒をしやすいこと、脱溶媒によってエネルギーが増大してしまうことを抑制すること等の観点から、沸点が５０℃以上２００℃以下であるものが好ましい。
上記溶媒としては、例えば、水、エタノール、１−プロパノール、１−ブタノール、エチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチル等のエステル類、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラール等のエーテル類等を挙げることができる。これらの溶媒は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでも、供給量が豊富であり、安価、環境負荷が低い、安全性も高く扱いやすいという理由から、水を用いることが更に好ましい。
【００５９】
続いて、得られたスラリー中に、さらに、凝集剤を添加してもよい。これにより、溶媒中のバインダー樹脂Ａと、繊維フィラーＢと、熱膨張性マイクロカプセルＣとをフロック状に凝集させてなる凝集物Ｆを得ることがより容易となる（図２（ｂ））。
【００６０】
続いて、バインダー樹脂Ａ、繊維フィラーＢ、熱膨張性マイクロカプセルＣ等を混合したスラリーを、フィルターで抄くことにより、発泡性抄造体１０を得る事ができる。
【００６１】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、底面がシート状のメッシュ３０（フィルター）が設けられた容器に、上述のスラリーを導入する。そして、スラリー中の溶媒をメッシュ３０に通し容器の外に排出させるとともに、スラリー中の凝集物Ｆをメッシュ３０（フィルター）上に残存させる。これにより、凝集物Ｆと溶媒とを互いに分離することができる。
ここで、メッシュ３０の形状を適宜選択することによって、得られる発泡性抄造体の形状を調整することが可能である。
その後、フィルター（メッシュ３０）上に得られた凝集物Ｆに対して、例えば乾燥炉内に入れて乾燥処理を行い、凝集物Ｆ中に残存する溶媒をさらに除去してもよい。
以上により、図２（ｃ）に示す発泡性抄造体１０が製造される。
【００６２】
本実施形態において、図２（ｂ）に示すような抄造法により、（フィルターの表面方向に沿って形成される）発泡性抄造体１０の面方向において、形状が保持された繊維フィラーＢにより、ランダムかつ適度に交絡した構造体が、発泡性抄造体１０の厚み方向に積層したような抄造構造を形成することができると考えられる。これにより、多量の繊維フィラーＢを混ぜ込むことができるようになり、軽量化と強度のバランスに優れた発泡性抄造体１０を得ることができる。
また、抄造法を用いることにより、発泡性抄造体１０中の熱膨張性マイクロカプセルＣの分散を高めることができる。
【００６３】
＜発泡成形体５０＞
本実施形態の発泡成形体５０は、発泡性抄造体１０の成形体であり、熱膨張性マイクロカプセルＣが発泡してなる気泡Ｄが当該成形体中に分散した気泡構造を有する。
【００６４】
＜発泡成形体５０の製造方法＞
本実施形態の発泡成形体５０の製造方法は、バインダー樹脂Ａ（熱硬化性樹脂）、フィラー（繊維フィラーＢ）、及び熱膨張性マイクロカプセルＣを混合したスラリーを準備し、このスラリーを抄造することにより発泡性抄造体１０を得る工程と、
金型４０，４１の内部の一部に発泡性抄造体１０を配置し、熱膨張性マイクロカプセルＣを膨張させて、金型４０，４１の内部の全体にまで発泡性抄造体１０を膨張させることにより、発泡性抄造体１０の成形体からなる発泡体（発泡成形体５０）を得る工程と、を含むことができる。
【００６５】
図３は、本実施形態に係る発泡体の製造方法の一例を示す断面模式図である。
以下、図３を参照して、発泡成形体５０の製造方法について詳述する。
【００６６】
まず、図３（ａ）に示すように、発泡性抄造体１０を、金型４０，４１の内部（金型キャビティ）に配置する。このとき、金型４０及び金型４１からなる金型キャビティの容積は、発泡性抄造体１０の体積よりも大きいものとする。これにより、金型４０，４１の内部が完全に充填されない状態、いわゆるショートショットで、原料である発泡性抄造体１０を配置することができる。
【００６７】
次に、発泡性抄造体１０に対して発泡成形を行う。例えば、図３（ｂ）に示すように、加熱処理により、熱膨張性マイクロカプセルＣを膨張させて、発泡性抄造体１０を膨張させる。膨張した発泡性抄造体１０は、金型キャビティ全体に充填されることになる。このとき、熱膨張性マイクロカプセルＣの発泡による内圧（金型４０，４１からの応力）により、発泡性抄造体１０が成形されて発泡成形体５０が得られる。これにより、所定の形状を有する発泡成形体５０に成形することができる。
上述の発泡成形工程において、バインダー樹脂Ａの硬化反応が進み、発泡成形体５０中に、３次元構造を有するマトリックス樹脂（３次元網目構造を有する樹脂硬化体）が形成されることになる。また、熱膨張性マイクロカプセルＣは、上記加熱処理により膨張し、気泡Ｄ（中空球状粒子）が形成される。
このように、本実施形態の発泡成形体５０は、ショートショット法により製造することができる。ショートショット法を用いることにより、熱膨張性マイクロカプセルＣの気泡拡大により生じる発泡圧を利用して、発泡性抄造体１０を成形することができる。
【００６８】
上記加熱処理は、特に限定されないが、例えば、約１６０〜２５０℃、約１０〜３０分間としてもよい。本実施形態の発泡成形体５０の製造方法においては、外部から成形圧を加えてはいないが、金型４０，４１中の内圧は、例えば、約１．５〜５ＭＰａとなる。
【００６９】
ここで、外部から成形圧を加える方法として、射出成形法等が挙げられる。この方法では、充填圧や保持圧により、熱膨張性マイクロカプセルが発泡できない、気泡が破壊されてしまうことが生じていた。
これに対して、本実施形態の発泡成形体５０の製造方法においては、外部から成形圧を加えていないため、熱膨張性マイクロカプセルＣの未発泡や気泡Ｄの破壊を十分抑制することができる。
【００７０】
本実施形態において、発泡性抄造体１０中の配合成分の種類や含有量、発泡性抄造体１０および発泡成形体５０の製造方法等を適切に選択することにより、上記比強度や上記比弾性率を制御することが可能である。これらの中でも、たとえば、繊維フィラーＢとしてガラス繊維を使用すること、抄造法により繊維フィラーＢや熱膨張性マイクロカプセルＣの分散性を向上させること、ショートショット法により発泡倍率や気泡サイズを適切に制御する方法等が、上記比強度や上記比弾性率を所望の数値範囲とするための要素として挙げられる。また、ショートショット法で発泡倍率を高くする方法としては、例えば熱膨張性マイクロカプセルＣを増やし、マトリックス樹脂（バインダー樹脂Ａ）の含有量や繊維フィラーＢの含有量を発泡倍率分だけ減らすこと等が挙げられる。
【００７１】
本実施形態の発泡体は、例えば、乗り物部材や建築部材などの構造部材等に用いる事ができる。
【００７２】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
【００７４】
実施例及び比較例に用いた材料は、以下の通りである。
（熱硬化性樹脂）
熱硬化性樹脂１：フェノール樹脂（フェノールレジン、「ＰＲ５１７２３」、住友ベークライト株式会社製）
（フィラー）
繊維フィラー１：ガラス繊維（チョップドストランド「ＣＳ３Ｊ  ８９１」、日東紡株式会社製）
繊維フィラー２：ＰＡＮ系炭素繊維（テナックス（登録商標）ＨＴ  Ｃ１１０、東邦テナックス株式会社製、平均繊維長３ｍｍ）
繊維フィラー３：ＰＡＮ系炭素繊維（テナックス（登録商標）ＨＴ  Ｃ１１０、東邦テナックス株式会社製、平均繊維長６ｍｍ）
繊維フィラー４：ガラス繊維（チョップドストランド「ＣＳ３Ｅ４７９Ｓ」、成形後平均繊維長≦０．１ｍｍ、日東紡株式会社製）
（発泡剤）
発泡剤１：熱膨張性マイクロカプセル（「アドバンセル（登録商標）ＥＭ−３０４」、積水化学工業社製）
（その他の添加剤）
アラミド微小繊維１：アラミド微小繊維（「ティアラ」、ダイセルファインケム株式会社製）
【００７５】
＜実施例１〜７＞
（発泡性抄造体の製造）
実施例１〜７において、表１に示す配合割合（発泡成形後の原料体積分率［Ｖｏｌ％］）で、次のようにして発泡性抄造体を製造した。
まず、アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍ（質量基準の５０％粒子径）に粉砕した熱硬化性樹脂と、フィラーと、発泡剤と、添加剤とを水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合物を得た。ここでは、熱硬化性樹脂、フィラー、発泡剤、添加剤からなる構成材料の合計１００重量部に対して、１００００重量部の水に添加した。
次いで、あらかじめ水に溶解させた凝集剤（合成スメクタイト：スメクトン（クニミネ工業社製））を、上述した構成材料の合計に対して０．２重量％添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。
続けて、得られた凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。この後、金属網上に残存した凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させて、発泡性抄造体を得た。収率は９７％であった。
（発泡体の製造）
実施例１〜７において、得られた発泡性抄造体を４ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、発泡成形体からなる発泡体を製造した。このとき金型中の内圧は２ＭＰａであった。実施例１〜７は、ショートショット法による発泡成形を行った。得られた発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。なお、表１中における発泡剤の発泡成形後の原料体積分率は、発泡体の体積空隙率を示す。
【００７６】
＜比較例１〜２＞
（抄造体の製造）
比較例１〜２において、表１に示す配合割合（コンプレッション成形後の原料体積分率［Ｖｏｌ％］）で、次のようにして抄造体を製造した。
まず、アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍ（質量基準の５０％粒子径）に粉砕した熱硬化性樹脂と、フィラーと、添加剤とを水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合物を得た。ここでは、熱硬化性樹脂、フィラー、添加剤からなる構成材料の合計１００重量部に対して、１００００重量部の水に添加した。
次いで、あらかじめ水に溶解させた凝集剤（合成スメクタイト：スメクトン（クニミネ工業社製））を、上述した構成材料の合計に対して０．２重量％添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。
続けて、得られた凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。この後、金属網上に残存した凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させて、抄造体を得た。収率は９７％であった。
（無発泡体の製造）
比較例１〜２において、得られた抄造体を４ｍｍ厚の金型内に配置し、１８０℃、１０分間、加熱処理を施し、コンプレッション成形により、抄造体の成形体からなる無発泡体を製造した。このとき成形圧は１０ＭＰａであった。得られた無発泡体について、以下の評価を行った。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
2017186399.tif 000003
【００７８】
また、参考例１〜３を表２に示す。
表２中の金属については、次の通りである。
（金属）
金属１：金属板（ステンレス鋼、ＳＵＳ３０４）
金属２：金属板（チタン合金β、２２Ｖ−４ＡＩ）
金属３：金属板（高張力鋼板、ＨＴ８０）
【表２】
2017186399.tif 000004
【００７９】
（評価）
・密度：ＪＩＳ  Ｋ−７１１２  Ａ法に準拠した方法で測定した。
・曲げ強度：ＪＩＳ  Ｋ−７１７１  に準拠した方法で測定した。
・曲げ弾性率：ＪＩＳ  Ｋ−７１７１  に準拠した方法で測定した。
密度、曲げ強度、曲げ弾性率は、室温２５℃で測定した。
・比強度：上記曲げ強度を密度で除することで算出した。
・比弾性率：（上記弾性率の３乗根）を密度で除することで算出した。
【００８０】
実施例１〜７の発泡体は、軽量化、強度および剛性のバランスに優れていることが分かった。とくに実施例３、５〜７の発泡体は、軽量高強度部材および軽量高剛性部材の両方に最適に利用できることが分かった。また、実施例１〜７の発泡体の断面観察を行った結果、独立気泡構造を有していることが分かった。一方、比較例１、２の無発泡体は、比弾性率が低いことが分かった。なお、参考例１〜３の金属板は、軽量ではなく、比弾性率も低いことが分かった。
【００８１】
以上、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明したが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００８２】
１０    発泡性抄造体
３０    メッシュ
４０    金型
４１    金型
５０    発泡成形体
Ａ    バインダー樹脂
Ｂ    繊維フィラー
Ｃ    熱膨張性マイクロカプセル
Ｄ    気泡
Ｆ    凝集物
【図１】
2017186399.tif 000005
【図２】
2017186399.tif 000006
【図３】
2017186399.tif 000007