纤维增强塑料成型体的制作方法

1.本发明涉及可作为例如个人电脑、oa(office automation(办公自动化))设备、移动电话等的部件、壳体部分使用的适于要求轻质、高强度
·
高刚性及薄壁化的用途的纤维增强塑料成型体。


背景技术：

2.当前，随着个人电脑、oa设备、av(audio visual)设备、移动电话、固定电话、传真机、家电制品、玩具用品等电气
·
电子设备的便携化的发展，要求进一步小型化、轻质化。为了实现该要求，需要在从外部对构成设备的部件(尤其是壳体)施加负荷的情况下避免壳体大幅度弯曲而与内部部件接触、引起破坏，因此，在实现高强度
·
高刚性化的同时还要求薄壁化。
3.另外，在内部收纳笔记本型个人电脑等电子设备的壳体由于是人眼可见、使用者直接以手触及的部件，因此设计性、表面的外观品质备受重视。因此，壳体通常通过外观涂装来进行装饰加工，表面品质以严格的外观基准受到管理。近年来，透明金属系涂装、珠光透明系涂装等设计性的多样化取得进展，为了满足表面品质而需要高度的涂装技术，并且对成型品表面要求的品质也变得严苛。尤其使作为纤维增强基材的碳纤维的织物的形状花纹醒目而以崭新的表面花纹作为卖点被认为是对于促进销售而言重要的要素。
4.在专利文献1中记载了“纤维增强塑料层叠体，其是至少在由具有独立发泡单元的树脂发泡体构成的芯材上层叠有由增强纤维和基体树脂形成的表皮材料的纤维增强塑料层叠体，所述纤维增强塑料层叠体的构成包括：在板厚度薄的表皮材料的至少1层配置单向纤维增强塑料层，板厚度厚的表皮材料具备层叠结构，在至少1层配置织物纤维增强塑料层，作为上表面表皮材料，在最表层层叠1层由织物碳纤维和环氧树脂构成的预浸料坯a，在其下层叠4层由单向碳纤维和环氧树脂构成的预浸料坯b”，并且公开了由此获得的下述效果：在保持刚性、轻质性的状态下抑制在结构体内部产生的气泡空隙、即抑制因气泡孔隙的发生所致的表面外观不良，能够保持设计性优异的良好外观的表面状态。
5.另外，专利文献2中记载了“在具有框架形状的部件(b)的内侧，与前述部件(b)隔开至少一部分而将单侧表面为设计面的板材(a)配置于模具内，通过将接合树脂(c)在前述板材(a)与前述部件(b)之间的空隙中进行注射成型，从而至少在前述板材(a)的外周缘部使前述板材(a)与前述部件(b)接合一体化的构成”，并且公开了由此获得的下述效果：多个结构体以高接合强度接合，其接合边界部具有良好的平滑性，即使成型体具有板材的构成部件，也可实现翘曲降低，能够实现轻质
·
薄壁化。
6.另外，专利文献3中记载了“复合成型品(i)，其是具有夹层结构的层叠部件(ii)与在该层叠部件(ii)的板端部周围的至少一部分配置的树脂部件(iii)的复合成型品，所述复合成型品的构成中，该夹层结构具有硬质部件层(iia)和软质部件层(iib)，在层叠部件(ii)与树脂部件(iii)的接合部中，树脂部件(iii)系相对软质部件层(iib)、至少一部分形成凸形状”，并且公开了由此能够实现轻质、高刚性
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高强度且薄壁化的效果。
7.另外，专利文献4中记载了“夹层结构体，其由皮层和芯层构成，所述芯层包含由不连续纤维与基体树脂(c)形成的流动芯层，所述夹层结构体的构成中，皮层是由连续纤维和基体树脂(a)形成的纤维增强树脂层(x)，将单向纤维增强树脂层和织物纤维增强树脂层分别层叠1层以上”，并且公开了由此获得的下述效果：为轻质、高强度
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高刚性，能够用一步(one
‑
shot)成型等简易方法得到在皮层的面外方向形成高强度的肋条等复杂形状的竖立部。
8.另外，专利文献5中记载了“夹层面板的制造方法，所述夹层面板由芯材和配置于该芯材的两面的、包含在增强纤维中含浸基体树脂而成的纤维增强树脂的表皮材料构成，所述夹层面板的构成中，表皮材料是具有1层的层结构或多层的层叠结构的纤维增强树脂，该纤维增强树脂中的至少1层是包含连续增强纤维的纤维增强树脂层，包含连续增强纤维的纤维增强树脂层包含增强纤维的织物”，并且公开了由此获得的下述效果：表皮材料由刚性高的纤维增强树脂构成，芯材由表观密度比表皮材料小的树脂构成，由于减小了整体厚度，因此在保持刚性的状态下轻质性及x射线透过性优异。
9.现有技术文献
10.专利文献
11.专利文献1：日本特开2015
‑
193119号公报
12.专利文献2：国际公开2018/110293号
13.专利文献3：日本特开昭61
‑
24439号公报
14.专利文献4：国际公开2017/115640号
15.专利文献5：日本特开2012
‑
76464号公报


技术实现要素：

16.发明要解决的课题
17.对于电气
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电子设备等中所使用的壳体的表面、壳体等构成设备的部件，要求高外观设计性和平滑性。例如尝试了将织物等片状纤维增强基材配置于纤维增强塑料成型体的表面而赋予特有的表面形态来提高外观设计性。但是，在纤维增强塑料成型体中，若在表层使用多轴织物等片状织物纤维增强基材，则能够将织物花纹配置于表面，但是由于织物的碳纤维为如波浪那样的形态，因此有时弯曲刚性等强度下降。
18.因此，通过将纤维增强塑料设为多层结构，并且由增强基材和织物、多轴织物等片状织物纤维增强基材构成，从而能够确保一定的强度
·
刚性，但是，成型体在厚度方向上成为非对称层叠结构，有时在成型后因热收缩的影响使成型体本身发生翘曲。
19.另外，为了消除该问题，公开了将模具的型腔预先形成为能抵消因线膨胀系数之差而产生的纤维增强树脂板材的翘曲变形的形状的方法(例如日本特开2015
‑
98173号公报、日本特开2003
‑
158143号公报)。但是，需要将模具作成制注模，并且需要进行多个试作来确认形状是否适当，成为导致成本增大的主要因素。
20.对于这样的问题，在上述专利文献1中，通过在芯材的两面配置单向增强纤维塑料的表皮材料，可弥补刚性的下降，另外，通过在表皮材料的最外层配置织物，能够保持高刚性，并且还能提高外观设计性，但关于降低因形成非对称层叠结构而发生可能性高的成型体的翘曲，专利文献1中并没有认识到与此有关的问题，也没有与对策有关的启示，尚有改
善的余地。
21.另外，在专利文献2中，在板材(a)的外周缘部所注射的接合树脂(c)的目的是将板材(a)和部件(b)以高强度接合，另外，虽然记载有在板材(a)的外表面设置热塑性树脂层(d)、并经由热塑性树脂层(d)使板材(a)和接合树脂(c)接合的非对称层叠结构，但是关于设置热塑性树脂层(d)而成为非对称层叠时有发生可能性的成型体的翘曲，专利文献2中并没有认识到与此有关的问题，也没有与对策有关的启示，尚有改善的余地。
22.另外，在专利文献3中，记载了硬质部件层(iia)使用包含单向排列的连续增强纤维的片材、包含连续增强纤维织物的片材，另外，将树脂部件(iii)在层叠部件(ii)的板端部周围进行注射成型的构成，但是没有将层叠部件(ii)设为非对称层叠结构的记载，也没有暗示注射成型的树脂部件(iii)与成型体的翘曲的关系的记载，关于成型体的翘曲，专利文献3中并没有认识到与此有关的问题，也没有与对策有关的启示，尚有改善的余地。
23.另外，在专利文献4中，记载了下述内容：皮层是由连续纤维和基体树脂(a)形成的纤维增强树脂层(x)，并且设为将单向纤维增强树脂层与织物纤维增强树脂层分别层叠1层以上的构成，由此能够得到轻质、高强度
·
高刚性的特性，但是关于在表皮材料的表层配置织物纤维增强树脂层而成为非对称层叠结构时有发生可能性的成型体的翘曲，专利文献4中并没有认识到与此有关的问题，也没有与对策有关的启示，尚有改善的余地。
24.进而，在专利文献5中，记载了通过使表皮材料具有包含经单向并丝的增强纤维、织物的增强纤维的纤维增强树脂层，从而能够更高效率地设计强度、弹性模量，但是关于在表皮材料的表层配置织物纤维增强树脂层而成为非对称层叠结构时有发生可能性的成型体的翘曲，专利文献5中并没有认识到与此有关的问题，也没有与对策有关的启示，尚有改善的余地。
25.本发明的课题在于，鉴于上述现有技术的问题点而提供将片状的织物纤维增强基材配置于纤维增强塑料成型体的表面来赋予特有的表面形态以提高外观设计性、并且在为非对称层叠结构的同时，既能抑制成型体发生翘曲而实现平滑性、又能实现薄壁化和高强度
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高刚性化的纤维增强塑料成型体。
26.用于解决课题的手段
27.为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。即，
28.(1)纤维增强塑料成型体，其至少由层叠体(a)和树脂部件(b)构成，所述层叠体(a)是包含纤维增强树脂的面状结构体，所述树脂部件(b)接合于所述层叠体(a)的外周侧面部及/或外周缘部的一部分区域或全部区域，所述纤维增强塑料成型体的特征在于，
29.所述层叠体(a)的构成包括：夹层结构部件(e)，其是以由单向性的连续纤维和基体树脂构成的1层或2层以上的单向性纤维增强树脂(d)夹持芯层(c)的两表面而成的；和层叠于所述纤维增强树脂(d)中的任一者的表面的、由织物纤维和基体树脂构成的1层或2层以上的织物纤维增强树脂(f)，在将所述层叠体(a)沿厚度方向分割成二等分、将在相对于所分割的中央线而言靠层叠有所述织物纤维增强树脂(f)的一侧的区域(r1)中存在的所述树脂部件(b)的量设为am1、在靠未层叠所述织物纤维增强树脂(f)的一侧的区域(r2)中存在的所述树脂部件(b)的量设为am2时，am2/am1在2～25的范围内。
30.(2)根据(1)所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述夹层结构部件(e)的弯曲刚性大于所述织物纤维增强树脂(f)的弯曲刚性。
31.(3)根据(1)或(2)所述的纤维增强塑料成型体，其中，在将所述单向性纤维增强树脂(d)的弯曲弹性模量设为md(gpa)、将所述织物纤维增强树脂(f)的弯曲弹性模量设为mf(gpa)时，md/mf在1.2～17的范围内。
32.(4)根据(1)～(3)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述单向性纤维增强树脂(d)的弯曲弹性模量md在100～500gpa的范围内，所述织物纤维增强树脂(f)的弯曲弹性模量mf在30～80gpa的范围内。
33.(5)根据(1)～(4)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，在将所述夹层结构部件(e)的厚度设为te(mm)、将所述织物纤维增强树脂(f)的厚度设为tf(mm)时，te/tf在1.2～40的范围内。
34.(6)根据(1)～(5)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述夹层结构部件(e)的厚度te在0.6～2mm的范围内，所述织物纤维增强树脂(f)的厚度tf在0.05～0.5mm的范围内。
35.(7)根据(1)～(6)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述织物纤维增强树脂(f)被配置为纤维增强塑料成型体的设计面侧最外层。
36.(8)根据(1)～(7)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述树脂部件(b)被接合并形成于遍及所述层叠体(a)的外周侧面部及/或外周缘部的整周。
37.(9)根据(1)～(8)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述树脂部件(b)在未层叠所述织物纤维增强树脂(f)的一侧的所述层叠体(a)的外周缘部的平面部的一部分区域或全部区域经由接合层(g)与所述层叠体(a)接合。
38.(10)根据(1)～(9)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，所述芯层由树脂发泡体或包含不连续纤维和热塑性树脂的多孔质基材形成。
39.(11)根据(1)～(10)中任一项所述的纤维增强塑料成型体，其中，纤维增强塑料成型体的翘曲为2％以下。
40.发明效果
41.根据本发明的纤维增强塑料成型体，将织物等片状的纤维增强基材配置于纤维增强塑料成型体的表面来赋予特有的表面形态以提高外观设计性，并且在为非对称层叠结构的同时，既能抑制成型体发生翘曲而实现平滑性又能实现薄壁化和高强度
·
高刚性化。
附图说明
42.图1是本发明的一个实施方式涉及的纤维增强塑料成型体的立体图。
43.图2是表示本发明中的织物纤维的基材的一例的俯视图。
44.图3是表示本发明中的层叠体(a)的一例的截面图(a)、表示层叠体(a)的加压成型后因热收缩而发生翘曲的状态的一例的截面图(b)。
45.图4是表示沿图1的a
‑
a
‘
线观察到的在层叠体(a)的侧面部接合有树脂部件(b)的状态的、本发明涉及的纤维增强塑料成型体的一例的截面图。
46.图5是表示在层叠体(a)的单向性纤维增强树脂(d)的表面形成接合层而在层叠体(a)的侧面部及外周缘部的平面部接合有树脂部件(b)的状态的、本发明涉及的纤维增强塑料成型体的一例的截面图。
47.图6是表示在层叠体(a)的制造工序中在加压成型下模具配置层叠体(a)的各部件
之前的状态的截面图。
48.图7是表示将加压成型下模具和加压成型上模具合模而通过加压成型形成了层叠体(a)的状态的截面图。
49.图8是表示纤维增强塑料成型体的制造工序的工序图，(a)是表示在注射成型模具内配置有层叠体(a)的状态的截面图，(b)是表示将树脂部件(b)从注射浇口注射注入而成型了纤维增强塑料成型体的状态的截面图。
50.图9是表示设置接合层(g)而在层叠体(a)的外周缘部的平面部也接合有树脂部件(b)的纤维增强塑料成型体的制造工序的工序图，是表示在加压成型下模具配置层叠体(a)的各部件之前的状态的截面图。
51.图10是表示继图9的工序后的工序的工序图，是表示将加压成型下模具和加压成型上模具合模而通过加压成型形成了层叠体(a)的状态的截面图。
52.图11是表示在层叠体(a)的外周缘部的平面部也接合有树脂部件(b)的纤维增强塑料成型体的制造工序的工序图，(a)是在注射成型模具内配置有层叠体(a)的截面图，(b)是表示将树脂部件(b)从注射浇口注射注入而成型了纤维增强塑料成型体的状态的截面图。
53.图12是表示本发明中的纤维增强塑料成型体的翘曲量测定方法的概略说明图。
具体实施方式
54.以下，关于本发明，结合实施方式，使用附图进行详细地说明。需要说明的是，本发明并不受这些附图和后述的实施例的任何限定。
55.参照图1～5进行说明，本发明的纤维增强塑料成型体1至少由层叠体(a)2和树脂部件(b)3构成，所述层叠体(a)2是包含纤维增强树脂的面状结构体，所述树脂部件(b)3接合于层叠体(a)2的外周侧面部及/或外周缘部的一部分区域或全部区域，所述纤维增强塑料成型体1的特征在于，层叠体(a)2的构成包括：夹层结构部件(e)6，其是以由单向性的连续纤维和基体树脂构成的1层或2层以上的单向性纤维增强树脂(d)5夹持芯层(c)4的两表面而成的；和层叠于单向性纤维增强树脂(d)5中的任一者的表面的、由织物纤维和基体树脂构成的织物纤维增强树脂(f)7，在将层叠体(a)2沿厚度11的方向分割成二等分、将在相对于所分割的中央线12而言靠层叠有织物纤维增强树脂(f)7的一侧的区域(r1)13中存在的树脂部件(b)3的量设为am1、在靠未层叠织物纤维增强树脂(f)7的一侧的区域(r2)14中存在的树脂部件(b)3的量设为am2时，am2/am1为2～25。
56.如图1所示，本发明的纤维增强塑料成型体1的构成包括层叠体(a)2和接合于层叠体(a)2的外周缘部及/或外周缘部的一部分区域或全部区域的、由增强纤维和热塑性树脂构成的树脂部件(b)3，并且具有在层叠体(a)2的任一侧的表面层叠有使用如图2例示那样的织物纤维7a的织物纤维增强树脂(f)7的构成。通过在层叠体(a)2的表层配置织物纤维增强树脂(f)7，从而使织物的形状花纹醒目而赋予特有的表面形态，能够提高外观设计性。
57.接着，如图3的(a)所示，在以单向性纤维增强树脂(d)5夹持芯层(c)4的两表面、再在任一侧的表面层叠织物纤维增强树脂(f)7、并通过加压成型而制成作为面状结构体的层叠体(a)2时，在刚完成加压成型后，形成无翘曲而大致平坦的形状，但是，之后，有时因由冷却所致的热收缩而使层叠体(a)2如图3的(b)所示那样中央凹陷并向下变形为凸状。认为这
是由于层叠体(a)2成为非对称层叠结构，因此织物纤维增强树脂(f)7受到热收缩的影响而向下翘曲成凸状。在以该状态用于电气设备装置的壳体等的情况下，有时与内部的电子部件等接触而发生不良情况。
58.因此，为了抑制该变形，在本发明中，如图4或图5所示，使树脂部件(b)3接合于通过加压成型而制成的层叠体(a)2的外周侧面部及/或外周缘部。此时，将层叠体(a)2沿厚度方向分割成二等分，成为使在相对于该分割的中央线12而言靠未层叠织物纤维增强树脂(f)7的一侧的区域(r2)14中存在的树脂部件(b)3的量以一定的比例多于在靠层叠有织物纤维增强树脂(f)7的一侧的区域(r1)13中存在的树脂部件(b)3的量的构成。通过使接合于上述这样的成型体1的外周缘部及/或外周侧面部的树脂部件(b)3的接合量具有偏重，从而因树脂部件(b)3的收缩而产生朝向与层叠体(a)2的翘曲反方向的应力，整体上翘曲被抵消。结果即使为非对称层叠，也能够抑制成型时的翘曲的发生。在图4或图5中，中央线12是表示层叠体(a)2的厚度11的二等分的中央部的位置的线。
59.若上述am2/am1小于2，则有时难以发挥抵消翘曲的效果。若am2/am1大于25，则成型体本身的板厚变厚，有时难以实现薄壁化。am2/am1优选为5～22，am2/am1更优选为8～20，进一步优选为10～18。树脂部件(b)3优选通过注射成型而接合于层叠体(a)2的外周侧面部。另外，上述树脂部件(b)3的量是以体积来规定的。
60.另外，作为图4或图5所示的单向性纤维增强树脂(d)5的单向性的连续纤维，优选为纤维取向角度为45度或90度的互不相同的连续纤维基材层叠2层以上的构成，由此能够实现成型体的薄壁
·
轻质化，并且能够赋予一定以上的刚性
·
强度。
61.层叠体(a)2的外周缘部是面状结构体的层叠体(a)2的外周部附近的平面部区域，优选为相对于层叠体(a)2的1边长度而言在从外周端部起为0～15％的长度的范围内。外周侧面部是面状结构体的层叠体(a)2的外周部的具有与平面部垂直的面的端面部。
62.以树脂部件(b)3接合于该层叠体(a)2的外周侧面部及/或外周缘部的一部分区域或全部区域的方式进行配置。在图4所示的形态中，示出树脂部件(b)3的一部分与层叠体(a)2的外周侧面部接合的状态，在图5所示的形态中示出树脂部件(b)3的一部分接合于层叠体(a)2的外周侧面部及外周缘部的一部分区域的状态。
63.作为在单向性纤维增强树脂(d)5、织物纤维增强树脂(f)7中使用的增强纤维，可列举碳纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、碳化硅(日文：
シリコンカーバイド
)纤维、硼纤维、碳化硅(日文：炭化
ケイ
素)纤维等高强度、高弹性模量纤维等。为了在保持高刚性的状态下确保轻质性，优选使用弹性模量与密度之比即比弹性模量高的碳纤维，可使用例如聚丙烯腈(pan)系、沥青系、纤维素系、基于烃的气相生长系碳纤维、石墨纤维等，它们也可并用2种以上。优选为刚性与价格的均衡性优异的pan系碳纤维。
64.另外，在本发明中，优选为夹层结构部件(e)6的弯曲刚性大于织物纤维增强树脂(f)7的弯曲刚性的构成。
65.通过层叠弯曲刚性大的夹层结构部件(e)6，从而能够确保成型体1的强度，并且即使是非对称层叠结构，也能抑制翘曲(即使较小)发生。
66.弯曲刚性以刚性＝弹性模量
×
截面惯性矩来表示，表示相对弯曲、扭转而言部件的变形的困难度。因此，通过规定该弯曲刚性，能够以考虑了基材的厚度、形状的方式表示与翘曲的关连性。
67.另外，在本发明中，在将单向性纤维增强树脂(d)5的弯曲弹性模量设为md(gpa)、将织物纤维增强树脂(f)7的弯曲弹性模量设为mf(gpa)时，md/mf优选为1.2～17。由此，能够确保成型体的强度，并且能够得到抵消翘曲的效果。
68.若md/mf小于1.2，则有时翘曲降低的效果变弱。若md/mf大于17，则有时翘曲降低的效果变弱。md/mf优选为3～16，更优选为5～15，进一步优选为7～14。
69.另外，在本发明中，优选的是：单向性纤维增强树脂(d)5的弯曲弹性模量md为100～500gpa，织物纤维增强树脂(f)7的弯曲弹性模量mf为30～80gpa。
70.若md小于100gpa，则有时层叠体(a)2过度翘曲，在将树脂部件(b)3注射成型时，有时与树脂部件(b)3的接合变得不充分。若md大于500gpa，则有时作为基材操作困难、并且影响材料成本而使商品竞争力下降。
71.若mf小于30gpa，则有时不能充分确保成型体1的强度。若mf大于80gpa，则有时层叠体(a)2过度翘曲，在将树脂部件(b)3注射成型时，有时与树脂部件(b)3的接合变得不充分。
72.md优选为120～480gpa，更优选为180～400gpa，进一步优选为220～320gpa。另外，mf优选为35～75gpa，更优选为45～65gpa，进一步优选为50～60gpa。
73.另外，在本发明中，在将以单向性纤维增强树脂(d)5夹持芯层(c)4的两表面而成的夹层结构部件(e)6的厚度设为te(mm)、将织物纤维增强树脂(f)7的厚度设为tf(mm)时，te/tf优选为1.2～40。
74.通过相比于织物纤维增强树脂(f)7的厚度而增加包含单向性纤维增强树脂(d)5的夹层结构部件(e)6的厚度，从而能够减少织物纤维增强树脂(f)7的热收缩的影响。
75.若te/tf小于1.2，则有时难以发挥抵消翘曲的效果。若te/tf大于40，则成型体本身的板厚变厚，有时难以实现薄壁化。te/tf优选为2～35，更优选为5～32，进一步优选为8～30。
76.另外，在本发明中，夹层结构部件(e)6的厚度te优选为0.6～2mm，织物纤维增强树脂(f)7的厚度tf优选为0.05～0.5mm。这是能够兼顾抵消翘曲的效果和实现薄壁化的范围。
77.若te小于0.6mm，则有时成型体本身的强度下降。若te大于2mm，则成型体本身的板厚变厚，有时难以实现薄壁化。若tf小于0.05mm，则有时发生外观不良。若tf大于0.5mm，则成型体本身的板厚变厚，有时难以实现薄壁化。
78.优选的是te为0.7～1.8mm、tf为0.06～0.4mm，更优选的是te为0.9～1.6mm、tf为0.08～0.3mm，进一步优选的是te为1～1.4mm、tf为0.1～0.2mm。
79.另外，在本发明中，织物纤维增强树脂(f)7优选配置于纤维增强塑料成型体1的设计面侧最外层。织物纤维增强树脂(f)7具有纤维花纹的特征，因此能够使其所具特征的纤维花纹变得显著，通过在最外层使用织物纤维基材，从而能够使碳纤维的织物的形状花纹变得醒目而表现崭新的表面花纹。
80.另外，在本发明中，树脂部件(b)3优选接合并形成于遍及层叠体(a)2的外周侧面部及/或外周缘部的整个周围。如图1、图4或图5所示，通过以遍及层叠体(a)2的外周侧面部整个周围与树脂部件(b)3接合，从而作为成型体1整体能够实现高接合强度和薄壁化。
81.另外，在本发明中，树脂部件(b)3优选为在未层叠织物纤维增强树脂(f)7的一侧的层叠体(a)2的外周缘部的平面部的一部分区域或全部区域经由接合层(g)8与层叠体(a)
2接合的构成。
82.如图5所示，在层叠体(a)2的与层叠织物纤维增强树脂(f)7的面侧相反侧的面上，预先附着接合层(g)8，然后将树脂部件(b)3注射成型。由此，层叠体(a)2经由接合层(g)8与熔融的树脂部件(b)3接合，从而作为成型体1能够实现高的接合强度。在图5中，示出在层叠体(a)2的外周缘部的平面部经由接合层(g)8接合有树脂部件(b)9的状态。作为接合层(g)8，能够适当地使用热塑性树脂薄膜、热塑性树脂的无纺布。
83.另外，在本发明中，芯层(c)4优选由树脂发泡体形成或者由包含不连续纤维和热塑性树脂的多孔质基材形成。在这样的构成中，通过使芯层(c)4为多孔质且具有空隙，从而能够实现成型体1的轻质化与高刚性化。
84.作为发泡体，能够适合使用聚氨酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、丙烯酸类树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(abs)树脂、聚醚酰亚胺树脂或聚甲基丙烯酰亚胺树脂。具体而言，为了确保轻质性，优选使用表观密度比皮层小的树脂，可特别优选使用聚聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚醚酰亚胺树脂或聚甲基丙烯酰亚胺树脂。
85.另外，在使用包含热塑性树脂和不连续纤维的复合体作为芯层(c)4的情况下，优选的是：准备包含不连续纤维和热塑性树脂的芯层前体，在热塑性树脂的软化点或熔点以上进行加热及加压后，解除加压，通过不连续纤维的残存应力释放时想要回到原来的复原力、即所谓回弹，使其在厚度方向膨胀而形成空隙，成为复合体。
86.作为在芯层(c)4中使用的不连续纤维，能够使用与前述连续纤维同样种类的增强纤维。不连续纤维的纤维长度优选为1mm以上且小于150mm。在小于1mm的情况下，难以作为不连续纤维的基材使用，另一方面，若纤维长度为150mm以上，则有时成型体1的板厚的偏差变大。在芯层(c)4中使用的热塑性树脂也能使用与前述热塑性树脂同样种类的树脂。
87.另外，在本发明中，纤维增强塑料成型体1的翘曲优选为2.0％以下。由此，在使用本发明涉及的成型体1作为电子设备的壳体的情况下，能够保持高平坦性，并且不与内部的电子部件接触，能实现薄壁化和高强度。
88.另外，在本发明中，为了确保高刚性，对于单向性纤维增强树脂(d)5、织物纤维增强树脂(f)7而言，从成型体1的刚性的方面考虑，优选使用其增强纤维的拉伸弹性模量优选为200～850gpa的范围内的增强纤维。在增强纤维的拉伸弹性模量小于200gpa的情况下，有时不能在保持轻质性的状态下确保所需的高刚性，在大于850gpa的情况下，增强纤维的压缩强度变弱而容易折断，因此在增强纤维中含浸基体树脂，难以成型纤维增强树脂。若增强纤维的拉伸弹性模量为前述范围内，则在层叠体的刚性进一步提搞、增强纤维的制造性提高的方面是优选的。
89.另外，在本发明中，从层叠体(a)2的成型性、强度的观点考虑，单向性纤维增强树脂(d)5的纤维重量含有率优选为50～80重量％、织物纤维增强树脂(f)7的纤维重量含有率优选为40～70重量％。
90.若单向性纤维增强树脂(d)5的纤维重量含有率小于50重量％，则有时难以表现层叠体(a)2的强度。若单向性纤维增强树脂(d)5的纤维重量含有率大于80重量％，则有时因纤维量过多而使作为预浸料坯的操作变得困难。优选为55～75重量％，更优选为60～70重量％。
91.若织物纤维增强树脂(f)7的纤维重量含有率小于40重量％，则有时难以表现层叠体(a)2的强度。若织物纤维增强树脂(f)7的纤维重量含有率大于70重量％，则有时因树脂不足而损害成型后的设计性。优选为45～65重量％，更优选为50～60重量％。
92.另外，在本发明中，织物纤维增强树脂(f)7中所含有的纤维织物优选为选自平织、斜纹织、缎织(日文：繻子織)及缎纹织(日文：朱子織)中的至少1种织物。
93.另外，在本发明中，单向性纤维增强树脂(d)5或织物纤维增强树脂(f)7的基体树脂优选包含热固性树脂。
94.作为热固性树脂，可优选使用不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛(resole型)树脂、尿素
·
三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂、马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂等热固性树脂等。尤其是，从成型体的力学特性、耐热性的观点考虑，优选环氧树脂。为了表现优异的力学特性，优选包含环氧树脂作为所使用的树脂的主成分，具体而言，优选包含相对于树脂组合物而言为60重量％以上的环氧树脂。
95.另外，在本发明中，单向性纤维增强树脂(d)5或织物纤维增强树脂(f)7的基体树脂优选包含热塑性树脂。
96.作为热塑性树脂，优选为选自聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚乙烯树脂及聚丙烯树脂中的至少1种热塑性树脂，能够使树脂成分熔融而将层叠体(a)2一体化、并且得到与树脂部件牢固的接合强度。
97.另外，其他热塑性树脂也能适合使用。可列举例如：聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯(ptt)树脂、液晶聚酯树脂等聚酯树脂；聚丁烯树脂等聚烯烃树脂；聚甲醛(pom)树脂、聚苯硫醚(pps)树脂等聚亚芳基硫醚树脂；聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)树脂、聚氯乙烯(pvc)树脂、聚苯醚(ppe)树脂、聚酰亚胺(pi)树脂、聚酰胺酰亚胺(pai)树脂、聚醚酰亚胺(pei)树脂、聚砜(psu)树脂、聚醚砜树脂、聚芳酯(par)树脂等非晶性树脂；以及酚系树脂、苯氧基树脂、及聚苯乙烯系树脂、聚烯烃系树脂、聚氨酯系树脂、聚酯系树脂、聚酰胺系树脂、聚丁二烯系树脂、聚异戊二烯系树脂、氟系树脂、及丙烯腈系树脂等热塑弹性体等；选自它们的共聚物及改性体等的热塑性树脂。其中，从所得的成型品的轻质性的观点考虑，优选为聚烯烃树脂，从强度的观点考虑，优选为聚酰胺树脂，从表面外观的观点考虑，优选为聚碳酸酯树脂、苯乙烯系树脂、改性聚苯醚系树脂之类的非晶性树脂。
98.另外，在本发明中，树脂部件(b)3优选由不连续碳纤维或玻璃纤维和热塑性树脂构成。由此，构成成型体1的层叠体(a)2和树脂部件(b)3以高接合强度接合，并且能够实现成型体1的翘曲降低。
99.作为热塑性树脂，优选为选自前述聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚乙烯树脂及聚丙烯树脂中的至少1种热塑性树脂，能够使树脂成分熔融而将层叠体(a)2一体化，并且能够得到与树脂部件(b)3的牢固的接合强度。
100.另外，树脂部件(b)3的纤维重量含有率优选为5～30重量％。由此，能够提高接合强度，并且能够实现成型体1的翘曲降低。若小于5重量％，则有时难以确保成型体1的强度，若大于30重量％，则在注射成型中有时树脂部件(b)3的填充变得局部不充分。纤维重量含有率更优选为8～28重量％，进一步优选为12～25重量％。
101.另外，不连续碳纤维或玻璃纤维的重均纤维长度优选为0.3～3mm。此处，对连续纤
维和不连续纤维进行定义。所谓连续纤维是指成型体1中所含有的增强纤维遍及成型体1的全长或全宽而实质上连续配置的形态，所谓不连续纤维是指增强纤维被断续地分割而配置的形态。一般而言，在经单向并丝的增强纤维中含浸有树脂的单向纤维增强树脂属于连续纤维，加压成型中使用的smc(片状模塑复合物)基材、注射成型中使用的增强纤维所含有的粒料材料等属于不连续纤维。
102.在不连续纤维中，作为注射成型中使用的粒料材料，能够分类为长纤维粒料和短纤维粒料两种，本发明中所处理的长纤维是指在成型体1中由不连续纤维构成的部件中残存的重均纤维长度为0.3mm以上的纤维，将小于0.3mm的纤维定义为短纤维。
103.通过使树脂部件(b)3中残存的增强纤维为长纤维，从而能够提高成型体1的翘曲的抵消效果。在重均纤维长度小于0.3mm的短纤维的情况下，有时存在树脂部件(b)3的强度下降的倾向。若重均纤维长度大于3mm，则树脂粘度变高，有时在注射成型时难以将树脂部件(b)3均匀地填充至成型模具的角落部分。不连续碳纤维或玻璃纤维的重均纤维长度优选为0.4～2.8mm，更优选为0.7～1.5mm，进一步优选为0.9～1.2mm。
104.另外，在本发明中，树脂部件(b)3优选在至少一部分具有立壁形状部。在图4或图5所示的成型体1的侧面部所配置的树脂部件(b)3以向其下方延伸的形式具备立壁形状部10，由此能够使成型体1成为箱型形状体。
105.接着，参照附图来说明本发明的纤维增强塑料成型体的制造方法。
106.在图6～图8中对图4所示的纤维增强塑料成型体1的制造方法进行例示。如图6所示，在加压成型下模具21上依次层叠配置预先准备好的织物纤维增强树脂(f)7、单向性纤维增强树脂(d)5、芯层(c)4及单向性纤维增强树脂(d)5而形成层叠体(a)2的前体。织物纤维增强树脂(f)7及单向性纤维增强树脂(d)5优选为在增强纤维中含浸有热固性树脂的预浸料坯的形态、或者包含热塑性树脂的ud胶带或织物的形态。
107.然后，如图7所示，使加压成型上模具22下降至与单向性纤维增强树脂(d)5相接的位置为止，通过一定的加压压力将层叠体(a)2的前体压缩成型，生成层叠体(a)2。此时，使未图示的脱模膜夹设于模具与层叠体(a)2的前体之间来辅助脱模性也是有效的。
108.接着，如图8的(a)所示，在具有形成树脂部件(b)3的空间26的注射成型下模具23与注射成型上模具24之间，配置层叠体(a)2。接着，如图8的(b)所示，将由增强纤维和热塑性树脂构成的树脂部件(b)3从注射浇口25注射成型。由此，树脂部件(b)3与层叠体(a)2的侧面部接合一体化。
109.另外，在图9～图11中对设置图5所示的接合层(g)8而在层叠体(a)2的外周缘部的平面部也接合有树脂部件(b)9的纤维增强塑料成型体的制法进行例示。如图9所示，在加压成型下模具21上依次层叠配置预先准备好的织物纤维增强树脂(f)7、单向性纤维增强树脂(d)5、芯层(c)4、单向性纤维增强树脂(d)5及接合层(g)8。
110.然后，如图10所示，使加压成型上模具22下降至与接合层(g)8相接的位置为止，通过一定的加压压力将层叠体(a)2压缩成型，生成层叠体(a)2。
111.接着，如图11的(a)所示，在具有形成树脂部件(b)3的空间26的注射成型下模具23与注射成型上模具24之间，配置层叠体(a)2。接着，如图11的(b)所示，将由增强纤维和热塑性树脂构成的树脂部件(b)3从注射浇口25注射成型。由此，树脂部件(b)3与层叠体(a)2的侧面部接合一体化，并且层叠体(a)2的外周缘部的平面部与树脂部件(b)9经由接合层(g)8
而接合一体化。
112.实施例
113.以下，利用实施例对本发明的纤维增强塑料成型体1进行更具体地说明，但是，下述的实施例并不对本发明进行限制。首先，对本发明的特性的测定方法和成型体1的各部位的材料组成例进行说明。
114.(1)数均纤维长度的测定
115.对树脂部件(b)3或芯层(c)4中所含有的增强纤维的数均纤维长度ln进行测定。从一体化成型体1切出待测定的树脂部件(b)3或芯层(c)4的一部分，用电炉在空气中以500℃加热60分钟，将树脂充分焚烧除去而仅分离出增强纤维。从所分离的增强纤维中随意地抽出400根以上。这些抽出的增强纤维的纤维长度的测定使用光学显微镜进行，测定400根纤维的长度到1μm单位，使用下式算出数均纤维长度ln。
116.数均纤维长度ln＝(σli)/400
117.li：纤维长度(mm)
118.(2)纤维重量含有率的测定
119.构成层叠体(a)2的织物纤维增强树脂(f)7、单向性纤维增强树脂(d)5、芯层(c)4或树脂部件(b)3的纤维重量含有率通过以下的方法进行测定。从成型体1中切出待测定的织物纤维增强树脂(f)7、单向性纤维增强树脂(d)5、芯层(c)4或树脂部件(b)3，测定其重量w0(g)。接着，将所切出的样品在空气中以500℃
×
1小时的条件进行加热，充分焚烧除去树脂成分，测定所残存的增强纤维的重量w1(g)。使用下式求出纤维重量含有率(wt％)。测定以n＝3进行，并且使用其平均值。
120.纤维重量含有率(wt％)＝(增强纤维的重量w1/切出样品的重量w0)
×
100
121.(3)弯曲刚性、弯曲弹性模量的测定
122.单向性纤维增强树脂(d)5的弯曲弹性模量md及织物纤维增强树脂(f)7的弯曲弹性模量mf基于jis k 7171来测定。各部件的弯曲刚性通过由前述弯曲弹性模量的测定得到的弯曲弹性模量
×
截面惯性矩/板宽来算出。
123.(4)翘曲的测定
124.在图12中示出测定纤维增强塑料成型体1的翘曲的状态的方法。成型体1的翘曲使用bosch公司的激光距离计进行测定。首先，将成型体1载置于保持水平的平板30上。在成型体1的上方准备激光距离计31能够移动的基准面32。
125.首先，通过激光距离计31测定基准面32与成型体1的两最端部33、34的距离，将连接该端部33和34的线设为翘曲下基准线35。如果成型体1为例如长方形，则对4边分别进行测定。关于测定部位，对层叠体(a)2的4边的外周端部附近照射激光。该端部为层叠体(a)2的端部，不包含树脂部件(b)3。
126.接着，使激光31在两端部33及34之间以一定的等间隔移动，测定各处的基准面32与成型体1的距离。在图12中例示了奇数点的7点。在基准面32与成型体1的距离最短的部位，将与翘曲下基准线35平行的切线设为翘曲上基准线36。将两端部33及34之间的距离设为l(mm)，将翘曲下基准线35与翘曲上基准线36的距离设为a(mm)时，以下式来规定。
127.翘曲＝(a/l)＊100[％]
[0128]
(材料组成例1
‑
1)单向性纤维增强树脂(d)5的制备
[0129]
作为使pan系碳纤维束单向地排列成片状且含浸环氧树脂而成的单向性纤维增强树脂(d)5，准备了单向预浸料坯(d
‑
1)(东丽株式会社制，p3452s
‑
15，碳纤维的重量含有率67％，碳纤维的拉伸弹性模量235gpa，厚度0.15mm)、单向预浸料坯(d
‑
2)(东丽株式会社制，p3452s
‑
10，碳纤维的重量含有率67％，碳纤维的拉伸弹性模量235gpa，厚度0.10mm)和单向预浸料坯(d
‑
3)(东丽株式会社制，p12453f
‑
16，碳纤维的重量含有率67％，碳纤维的拉伸弹性模量550gpa，厚度0.15mm)。另外，准备了单向预浸料坯(d
‑
4)(东丽株式会社制，p12453f
‑
11，碳纤维的重量含有率67％，碳纤维的拉伸弹性模量550gpa，厚度0.10mm)。
[0130]
(材料组成例1
‑
2)织物纤维增强树脂(f)7的制备
[0131]
作为织物纤维增强树脂(f)7，准备了由拉伸弹性模量为230gpa的织物碳纤维和玻璃化转变温度为135℃的环氧树脂构成的、单位面积重量为198g/m2、碳纤维含有率为56重量％、厚度为0.10mm的织物预浸料坯(f
‑
1)。
[0132]
(材料组成例2
‑
1)芯层(c)4的制备
[0133]
准备了由发泡聚丙烯(东丽株式会社制，rc2012w)构成的芯层(c
‑
1)4。
[0134]
(材料组成例2
‑
2)芯层(c)4的制备
[0135]
作为多孔质基材，准备了由不连续纤维(东丽株式会社制，t700s，碳纤维的数均纤维长度5mm)和热塑性树脂(聚丙烯)构成且不连续纤维的重量含量为30重量％的芯层(c
‑
2)4。
[0136]
(材料组成例3)树脂部件(b)3的制备
[0137]
准备注射成型用玻璃纤维粒料(帝人株式会社制，gxv3540
‑
ui，玻璃纤维，数均纤维长度0.2mm，聚碳酸酯树脂，纤维重量含有率40重量％)，制成树脂部件(b
‑
1)3。
[0138]
准备注射成型用玻璃纤维粒料(东丽株式会社制，a503
‑
f1，玻璃纤维，数均纤维长度0.2mm，pps树脂，纤维重量含有率30重量％)，制成树脂部件(b
‑
2)3。
[0139]
(材料组成例4)接合层(g)8的制备
[0140]
从双螺杆挤出机的料斗中投入聚酯树脂(东丽
‑
杜邦(株)公司制“hytrel”(注册商标)4057)，在挤出机中熔融混炼后，从t字模挤出。然后，通过用60℃的冷却辊牵引而使其冷却固化，得到厚度0.05mm的聚酯树脂膜。将其用作热塑接合层(g)8。
[0141]
(实施例1)
[0142]
使用材料组成例1
‑
1中准备的单向预浸料坯和材料组成例2
‑
1中准备的发泡聚丙烯，准备以[单向预浸料坯(d
‑
1)0
°
/单向预浸料坯(d
‑
2)90
°
/发泡聚丙烯/单向预浸料坯(d
‑
2)90
°
/单向预浸料坯(d
‑
1)0
°
]的顺序层叠而成的300mm
×
300mm的长方形夹层结构部件(e)6的前体。接着，将材料组成例1
‑
2中准备的300mm
×
300mm
×
0.1mmt的织物预浸料坯(f
‑
1)7的2ply(2层)层叠于夹层结构部件(e)6的前体的单面，准备了层叠体(a)2的前体。关于单向性纤维增强树脂(d)5的弯曲弹性模量md，对在芯层(c)5上所层叠的层叠有“单向预浸料坯(d
‑
1)0
°
/单向预浸料坯(d
‑
2)90
°”
的预浸料坯固化物的弹性模量进行了测定。
[0143]
接着，如图6所示，以未图示的脱模膜夹持该层叠体(a)2的前体，载置于300mm
×
300mm的长方形加压成型下模具21。接着，如图7所示，设置加压成型上模具22后，配置于盘面温度150℃的盘面上，关闭盘面，以3mpa进行加热加压。从加压起经过5分钟后，打开盘面，得到形成为厚度0.5mm、300mm
×
300mm的长方形平板形状的碳纤维增强树脂板即层叠体(a
‑
1)2。
[0144]
接着，如图8的(a)所示，在由注射成型下模具23和注射成型上模具24形成的空间中，配置层叠体(a
‑
1)2，如图8的(b)所示，将材料组成例3中所得的树脂部件(b
‑
1)3以am1/am2成为20的方式从注射浇口25注射成型，制造纤维增强塑料成型体1。测定所得的纤维增强塑料成型体1的翘曲量，结果长方形的4边相对于边长而言翘曲均在0.5％以内，为实际使用上无问题的水平。将纤维增强塑料成型体1的材料组成、物性特性等归纳示于表1中。表1所示的翘曲的量表示4边的翘曲量中的最大值。关于以后的实施例，也同样。
[0145]
(实施例2)
[0146]
实施例2以表1所示的材料配方、尺寸来进行，作为单向性纤维增强树脂(d)5，准备了以[单向预浸料坯(d
‑
3)0
°
/单向预浸料坯(d
‑
4)90
°
/发泡聚丙烯/单向预浸料坯(d
‑
4)90
°
/单向预浸料坯(d
‑
3)0
°
]的顺序层叠单向预浸料坯(d
‑
3)和单向预浸料坯(d
‑
4)而成的300mm
×
300mm的长方形的夹层结构部件(e)6的前体，除此以外，以与实施例1同样的条件进行操作。所得的纤维增强塑料成型体1的翘曲小，为实际使用上无问题的水平。将结果归纳示于表1中。
[0147]
(实施例3)
[0148]
实施例3以使tf、am1、am2为表1所示的材料配方、尺寸的方式来进行，除此以外，以与实施例1同样的条件进行操作。所得的纤维增强塑料成型体1的翘曲小，为实际使用上无问题的水平。将结果归纳示于表1中。
[0149]
(实施例4)
[0150]
实施例2以表1所示的材料配方、尺寸来进行，在层叠体(a)2的前体中，层叠了材料组成例4中准备的接合层(g)8，除此以外，以与实施例2同样的配方来准备。
[0151]
如图9及图10所示，将该层叠体(a)2的前体载置于模具21，在与实施例1同样的条件下进行加热加压，得到形成为厚度0.5mm、300mm
×
300mm的长方形的平板形状的碳纤维增强树脂板即层叠体(a
‑
4)2。
[0152]
接着，如图11的(a)所示，在由注射成型下模具23和注射成型上模具24形成的空间中配置层叠体(a
‑
4)2，如图11的(b)所示，将材料组成例3中所得的树脂部件(b
‑
1)3以am1/am2成为25的方式从注射浇口25注射成型，制造纤维增强塑料成型体1。所得的纤维增强塑料成型体1的翘曲小，为实际使用上无问题的水平。将结果归纳示于表1中。
[0153]
(比较例1)
[0154]
比较例1以表1所示的材料配方、尺寸来进行。为am2/am1低的成型体，所得的纤维增强塑料成型体1的翘曲大，在实际使用上存在问题。将结果归纳示于表1中。
[0155]
(比较例2)
[0156]
比较例2以表1所示的材料配方、尺寸来进行。为am2/am1高的成型体，所得的纤维增强塑料成型体1的厚度变大，另外，成型体1的翘曲大，在实际使用上存在问题。将结果归纳示于表1中。
[0157]
[表1]
[0158][0159]
产业上的可利用性
[0160]
本发明的纤维增强塑料成型体能够有效地用于汽车内外装饰、电气
·
电子设备壳
体、自行车、运动用品用结构件、航空器内部装饰件、运输用箱体等。
[0161]
附图标记说明
[0162]
1 纤维增强塑料成型体
[0163]
2 层叠体(a)
[0164]
3 树脂部件(b)
[0165]
4 芯材(c)
[0166]
5 单向性纤维增强树脂(d)
[0167]
6 夹层结构部件(e)
[0168]
7 织物纤维增强树脂(f)
[0169]
7a 织物纤维的基材
[0170]
8 接合层(g)
[0171]
9 接合于层叠体(a)的外周缘部的平面部的树脂部件(b)
[0172]
10 立壁形状部
[0173]
11 层叠体(a)2的厚度
[0174]
12 所分割的中央线
[0175]
13 层叠有织物纤维增强树脂(f)的一侧的区域(r1)
[0176]
14 未层叠织物纤维增强树脂(f)的一侧的区域(r2)
[0177]
21 加压成型下模具
[0178]
22 加压成型上模具
[0179]
23 注射成型下模具
[0180]
24 注射成型上模具
[0181]
25 注射浇口
[0182]
26 形成树脂部件(b)的空间
[0183]
30 平板
[0184]
31 激光距离计
[0185]
32 基准面
[0186]
33、34 成型体的两最端部
[0187]
35 翘曲下基准线
[0188]
36 翘曲上基准线