BR112014021249B1

BR112014021249B1 - tapete aleatório e produto conformado de material compósito reforçado por fibras

Info

Publication number: BR112014021249B1
Application number: BR112014021249-0A
Authority: BR
Inventors: Naoaki Sonoda; Makoto Ootsubo; Takeru Ohki
Original assignee: Teijin Limited
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2021-05-25
Also published as: US10738168B2; US20200332077A1; CA2866176C; KR101529849B1; US11168186B2; WO2014021315A1; EP2808432B1; RU2558904C1; EP2808432A1; EP2808432A4; CA2866176A1; CN104136674B; MX354154B; CN104136674A; KR20140107683A; MX2014010142A; JP5512908B1; US20150203642A1; JPWO2014021315A1

Abstract

TAPETE ALEATÓRIO E PRODUTO CONFORMADO DE MATERIAL COMPÓSITO REFORÇADO POR FIBRAS. A presente invenção provê uma material compósito reforçado por fibras que tem isotropia e excelente força mecânica e um tapete aleatório usado como um material intermediário do mesmo. O tapete aleatório inclui fibras de reforço que têm um comprimento de fibra médio de 3 a 100 mm e uma resina termoplástica, em que as fibras de reforço satisfazem i) a iii). i) uma largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço satisfaz a seguinte Equação (1): 0,03 mm Ww 5,0 mm (1). ii) uma razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) definida como uma razão da largura de fibra ponderal média (Ww) para uma largura de fibra numérica média (Wn) das fibras de reforço é de 1,8 a 20,0 inclusive. iii) uma espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço é menor do que a largura de fibra ponderal média (Ww).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se a um tapete aleatório usado como um material intermediário de um produto conformado de material compósito reforçado por fibra que inclui uma resina termoplástica como uma matriz e um produto conformado de material compósito reforçado por fibra obtido a partir da mesma.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Como um material compósito reforçado por fibra em que uma fibra de carbono, uma fibra de aramida, uma fibra de vidro ou similar são usados como uma fibra de reforço, um tapete aleatório iso- trópico foi usado devido à formabilidade ou conveniência de processamento. O tapete aleatório pode ser obtido por um método de aspersão (método seco) de simultaneamente aspergir um corpo de fibra de reforço cortado ou uma resina termorrígida em um molde, um método de fazer papel (método molhado) adicionando-se uma fibra de reforço cortada a uma pasta fluida que contém um aglutinante antecipadamente ou similar.

[003] Como um meio para melhorar as propriedades mecânicas de um material compósito, aumentar uma razão de teor de volume Vf de fibras de reforço é conhecido, mas, no caso de um tapete aleatório em que fibras cortadas são usadas, é difícil aumentar a razão de teor de volume de fibras de reforço devido à presença de fibras de direção tridimensional, muitos emaranhamentos de fibras e similar. Além disso, no caso de uso do tapete aleatório, visto que as fibras são descontínuas em comparação com um caso de uso de uma fibra contínua, é difícil desenvolver suficientemente a força das fibras de reforço e uma razão de desenvolvimento de força das fibras de reforço depois de formar um produto conformado se torna de 50% ou menos em relação a um valor teórico. No Documento não patente 1, um material compósito feito a partir de um tapete aleatório de uma fibra de carbono em que é usada uma resina termorrígida como uma a matriz é exemplificado. A razão de desenvolvimento de força do material compósito é de aproximadamente 44% em relação ao valor teórico.

[004] Além disso, um material compósito em que uma resina termoplástica é usada como uma matriz na técnica relacionada foi obtido aquecendo-se e pressurizando-se, com o uso de uma autoclave por 2 horas ou mais, um material intermediário chamado um pré- impregnado, em que uma resina termorrígida é impregnada em um material de base de fibra de reforço antecipadamente. Recentemente, foi proposto um método de RTM em que um material de base de fibra de reforço, no qual uma resina termorrígida não é impregnada, é estabelecido em um molde e então a resina termorrígida é moldada no mesmo. O método de RTM conclui que um tempo de moldagem é amplamente reduzido, mas mesmo no caso de uso do método de RTM, 10 minutos ou mais são exigidos até que um componente seja moldado.

[005] Consequentemente, um compósito em que a resina termoplástica é usada ao invés da resina termoestável como uma matriz ganhou atenção.

[006] Uma moldagem por estampagem termoplástica TP-SMC com o uso de uma resina termoplástica como uma matriz (Documento de Patente 1) é um método em que fibras talhadas, em que a resina termoplástica é impregnada antecipadamente, são aquecidas a um ponto de fusão ou mais, em que as fibras aquecidas são colocadas em uma parte de um molde, em que o molde é imediatamente comprimido e, então, permite-se que as fibras e a resina fluam no molde para obter um formato de produto e são resfriadas para moldar um produto con- formado. Nesse método, a moldagem pode ser pré-formada a um curto tempo de aproximadamente 1 minuto usando-se as fibras nas quais a resina é impregnada antecipadamente. O método é um método em que usa um material de moldagem chamado de um SMC ou uma folha estampável e, na moldagem por estampagem termoplástica, há problemas pelo fato de que, visto que se permite que as fibras e a resina fluam no molde, um produto de paredes finas pode não ser produzido e, visto que um alinhamento de fibras é desordenado, o controle do mesmo é difícil.

[007] Além disso, no Documento de Patente 2, as fibras em um conjunto de fibras são continuamente distribuídas em uma faixa de 1 mm a 15 mm de comprimento de fibras, fibras curtas são agregadas enquanto são aleatoriamente misturadas para evitar que as fibras formem parcialmente irregularidade por agregação e para obter a montagem de fibras que é uniforme e tem excelente isotropia. No entanto, no método, há um problema quanto às fibras curtas serem orientadas também em uma direção de espessura.

LISTA DE CITAÇÕESDOCUMENTO DE PATENTE

[008] Documento de Patente 1: Patente Japonesa no 4161409

[009] Documento de Patente 2: Pedido de Patente Japonesa Aberto à Inspeção Pública no 5-9853

DOCUMENTO NÃO PATENTE

[0010] Documento não patente1: Composites Part A 38 (2007) páginas 755 a 770

SUMÁRIO DA INVENÇÃOPROBLEMAS A SEREM RESOLVIDOS PELA INVENÇÃO

[0011] No entanto, na técnica relacionada, não é estudado um produto conformado de material compósito reforçado por fibra que tem isotropia, excelente força de tração e alto módulo de tração. De modo a resolver muitos problemas na técnica relacionada, um objetivo da presente invenção fornece um produto conformado de material compósito reforçado por fibra que tem isotropia e excelente força mecânica e um tapete aleatório usado como um material intermediário da mesma. Particularmente, um objetivo da presente invenção fornece um produto conformado de material compósito reforçado por fibra que tem alta razão de teor de volume das fibras de reforço incluídas no produto conformado de material compósito reforçado por fibra e o produto conformado de material compósito reforçado por fibra tem módulo de tração excelente.

SOLUÇÃO PARA O PROBLEMA

[0012] Os inventores revelaram que fornecer um produto conformado de material compósito reforçado por fibra que tem excelente força mecânica, excelente isotropia e alta força mecânica, particularmente módulo de tração, a partir de um tapete aleatório que inclui uma resina termoplástica e fibras de reforço que têm uma largura de fibra ponderal média pré-determinada, uma razão de dispersão de largura de fibra média e uma espessura de fibra ponderal média descontínua.

[0013] Além disso, os inventores revelaram que no tapete aleatório pode-se prevenir que ocorra irregularidade de agregação parcial das fibras de reforço misturando-se fibras de reforço que têm tamanhos grandes e pequenos diferentes e no tapete aleatório configurado por somente fibras de reforço com um diâmetro pequeno tal como uma forma de fibra única, alinhando-se em uma direção de espessura e emaranhamentos das fibras, pode-se evitar que o tapete seja volumoso. Ademais, usando-se o tapete aleatório que inclui as fibras de reforço que têm tamanhos grandes e pequenos diferentes, os inventores revelaram que fornecer o produto conformado de material compósito reforçado por fibra tendo maior razão de teor de volume de fibras de reforço e mais excelente força mecânica completa a presente inven- ção.

[0014] Isto é, a presente invenção é um tapete aleatório que inclui fibras de reforço que têm um comprimento de fibra médio de 3 a 100 mm e uma resina termoplástica, em que as fibras de reforço satisfazem os seguintes itens de i) a iii) e um produto conformado de material compósito reforçado por fibra é obtido moldando-se as mesmas.

[0015] i) Uma largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço satisfaz a seguinte Equação (1).0,03 mm < (Ww) < 5,0 mm (1)

[0016] ii) Uma razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) definida como uma razão entre a largura de fibra ponderal média (Ww) e uma largura de fibra numérica média (Wn) para as fibras de reforço é 1,8 ou mais e 20,0 ou menos.

[0017] iii) Uma espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço é menor do que a largura de fibra ponderal média (Ww).

EFEITOS VANTAJOSOS DA INVENÇÃO

[0018] De acordo com a presente invenção, no tapete aleatório que inclui a resina termoplástica e as fibras de reforço, as fibras de reforço incluídas têm uma distribuição de largura de fibra pré- determinada para aumentar uma propriedade de preenchimento das fibras de reforço e ter excelente força mecânica. Além disso, em direções em plano, as fibras de reforço não são alinhadas em uma direção pré-determinada, mas são isotrópicas.

[0019] Consequentemente, visto que o produto conformado de material compósito reforçado por fibra obtido a partir do tapete aleatório da presente invenção tem excelente força mecânica, excelente iso- tropia e alta força mecânica, particularmente, módulo de tração, o produto conformado de material compósito reforçado por fibra pode ser usado em vários tipos de membros constituintes, por exemplo, uma placa interna, uma placa externa e membros constituintes de um veí- culo, vários tipos de produtos eletrônicos, uma armação ou um invólucro de uma máquina ou similar.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS

[0020] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um exemplo de um processo de corte que usa um cortador giratório.

[0021] A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra uma parte frontal e um corte transversal em um exemplo de um contador de separação giratório preferencial.

[0022] A Figura 3 é um diagrama esquemático de um exemplo preferencial de um método de abertura e ampliação de uma fibra.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0023] Doravante, as modalidades da presente invenção serão descritas em sequência. Na revelação da presente invenção, um peso significa uma massa.

[0024] A presente invenção se refere a um tapete aleatório que inclui fibras de reforço que têm um comprimento de fibra médio de 3 a 100 mm e uma resina termoplástica, em que a fibra de reforço satisfaz os seguintes itens de i) a iii).

[0025] i) Uma largura de fibra ponderal média (Ww) da fibra de reforço satisfaz a seguinte Equação (1).0,03 mm < Ww < 5,0 mm (1)

[0026] ii) Uma razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) definida como uma razão da largura de fibra ponderal média Ww para uma largura de fibra numérica média (Wn) para a fibra de reforço é de 1,8 ou mais e 20,0 ou menos.

[0027] iii) Uma espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço é menor do que a largura de fibra ponderal média (Ww).

[0028] A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço incluídas no tapete aleatório da presente invenção pode ser obtida pela seguinte Equação (5) a partir de uma largura (doravante, também referida como uma largura de fibra ou Wi) e um peso (doravante, também referida como um peso de fibra ou wi) da mesma e um peso total w de fibras de reforço extraídas, em relação a cada uma das fibras de reforço que têm um número suficiente extraído a partir do tapete aleatório (preferencialmente de 200 a 1.000 extraídos do tapete aleatório de 100 mmxlOO mm e mais preferencialmente de 300 a 1.000, por exemplo, 300).Ww = ∑(Wi x wi/w) (5)

[0029] Na Equação (5), i é um número natural de 1 ao número de fibras de reforço extraídas a partir do tapete aleatório.

[0030] Em relação ao tapete aleatório da presente invenção, conforme mostrado na Equação (1), a largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço é maior do que 0,03 mm e menor do que 5,0 mm, preferencialmente maior do que 0,03 mm e menor do que 4,0 mm, preferencialmente maior do que 0,1 mm e menor do que 3,0 mm, isto é, representada pela seguinte Equação (2).0,1 mm < Ww < 3,0 m (2)

[0031] É mais preferencialmente maior do que 0,2 mm e menor do que 2,4 mm, e de modo particularmente preferencial maior do que 0,3 mm e menor do que 2,0 mm. Quando a largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço for 0,03 mm ou menos, pode ser difícil controlar a razão de dispersão da largura de fibra e quando a largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço for 5,0 mm ou mais, há problemas pelo fato de que a propriedade de preenchimento das fibras de reforço no tapete aleatório pode ser prejudicada e a razão de teor de volume de fibras de reforço ou a força mecânica do produto conformado obtido a partir do tapete aleatório pode ser insuficiente.

[0032] No tapete aleatório da presente invenção, uma razão de dispersão de largura de fibra mediana (Ww/Wn) definida como uma razão da largura de fibra ponderal média (Ww) para uma largura de fibra numérica média (Wn), para as fibras de reforço incluídas, é 1,8 ou mais e 20,0 ou menos e preferencialmente 1,8 ou mais e 10,0 ou menos. O limite inferior da (Ww/Wn) é preferencialmente maior do que 2,0, por exemplo, 2,01 ou maior. A (Ww/Wn) é preferencialmente maior do que 2,0 e 15,0 ou menor, mais preferencialmente maior do que 2,0 e 12,0 ou menor, muito mais preferencialmente maior do que 2,0 e 10,0 ou menor, de modo particularmente preferencial 2,0 e 8,0 ou menor e mais preferencialmente maior do que 2,0 e 6,0 ou menor. É preferencial que a razão de dispersão de largura de fibra mediana (Ww/Wn) (na presente invenção, simplesmente abreviada como uma razão de dispersão) seja 1,8 ou maior devido ao fato de que não é confiável formar um espaço entre as fibras de reforço e a razão de teor de volume de fibras de reforço é facilmente aumentada. Não é preferencial que a (Ww/Wn) seja maior do que 20,0 devido ao fato de que é difícil controlar a razão de dispersão.

[0033] Aqui, a largura de fibra numérica média (Wn) é calculada pela seguinte Equação (4), após a extração de um número suficiente (I) de fibras de reforço do tapete aleatório na ordem acima mencionada da largura de fibra ponderal média (Ww) e medição de uma largura de fibra Wi de cada fibra de reforço.Wn = ∑ Wi/I (4)

[0034] Nas fibras de reforço incluídas no tapete aleatório da presente invenção, a espessura de fibra ponderal média é menor no que a largura de fibra ponderal média (Ww) e a espessura de fibra ponde- ral média é preferencialmente 1/5 ou menos da largura de fibra ponde- ral média (Ww), mais preferencialmente 1/7 ou menos, muito mais preferencialmente 1/10 ou menos, muito mais preferencialmente 1/20 e, de modo particularmente preferencial, 1/50 ou menos. Quando a espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço for a mesma que a largura de fibra ponderal média (Ww), as fibras são orientadas não somente em uma direção em plano, mas também em uma direção de espessura e, como um resultado, teme-se que um problema pelo fato de que é difícil aumentar a razão de teor de volume de fibras de reforço devido aos emaranhamentos das fibras de reforço seja causado.

[0035] Na presente invenção, é feita referência ao comprimento curto como uma “espessura” de comprimentos de duas direções exceto por uma direção longitudinal da fibra de reforço e ao outro comprimento se refere como uma “largura”. Quando dimensões de duas direções que são ortogonais entre si em um corte transversal na direção vertical para a direção longitudinal da fibra de reforço forem as mesmas entre si, é feita referência a uma direção arbitrária como uma largura da fibra de reforço e à outra direção é feita referência como uma espessura da fibra de reforço.

[0036] A espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço incluídas no tapete aleatório da presente invenção é preferencialmente 0,01 mm ou mais e 0,30 mm ou menos, mais preferencialmente 0,02 mm ou mais e 0,20 mm ou menos, muito mais preferencialmente 0,03 mm ou mais e 0,15 mm ou menos e, de modo particularmente preferencial, 0,03 mm ou mais e 0,10 mm ou menos. Em termos de impregnação da resina termoplástica que é para ser uma matriz, a espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço é preferencialmente 0,30 mm ou menos. Um valor de 0,01 mm ou mais que é o limite inferior da espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço não é particularmente estrito.

[0037] Entretanto, a espessura de fibra ponderal média t das fibras de reforço pode ser obtida pela seguinte Equação (7) depois de operar o procedimento conforme descrito na largura de fibra ponderal média (Ww) e medir uma espessura de fibra ti e um peso de fibra wi de todas as fibras de reforço extraídas e um peso total w das fibras de reforço extraídas. T = ∑(ti x wi/w) (7)

[0038] Em um plano do tapete aleatório da presente invenção, as fibras de reforço não são alinhadas em uma direção específica, mas dispostas para serem dispersas em direções aleatórias. O tapete aleatório da presente invenção é um material intermediário isotrópico em plano. No produto conformado obtido processando-se o tapete aleatório da presente invenção, a propriedade isotrópica das fibras de reforço no tapete aleatório é mantida. As propriedades isotrópicas do tapete aleatório e o produto conformado a partir do tapete aleatório podem ser avaliados quantitativamente calculando-se uma razão de módulos de tração em duas direções que são ortogonais uma à outra depois de se obter o produto conformado a partir do tapete aleatório. Quando uma razão obtida pela divisão de um valor maior por um valor menor de valores de módulo de tração nas duas direções não for maior do que 2 no produto conformado obtido a partir do tapete aleatório, considera-se como propriedade isotrópica. Quando a razão não for maior do que 1,3, considera-se que a propriedade isotrópica é excelente.

[0039] Conforme descrito acima, o tapete aleatório da presente invenção é constituído pelas fibras de reforço que têm a largura de fibra ponderal média específica, a razão de dispersão de largura de fibra mediana e a espessura de fibra ponderal média e a resina termoplástica. O tapete aleatório da presente invenção inclui preferencialmente a resina termoplástica e um tapete de fibra de reforço constituído pelas fibras de reforço. O tapete de fibra de reforço da presente invenção é um corpo plano (tipo tapete) constituído por descontínuas fibras de reforço sem incluir uma resina termoplástica como uma matriz. No tapete de fibra de reforço de acordo com a presente invenção, as fibras de reforço podem incluir um agente de dimensionamento ou uma pequena quantidade de um aglutinante ao formar o tapete. Além disso, é preferencial que as fibras de reforço sejam orientadas em di- reções aleatórias em direções em plano e o tapete tenha substancialmente as mesmas direções vertical e horizontal de propriedade nas direções em plano.

[0040] O tipo da fibra de reforço não é particularmente limitado e pode ser uma individual ou uma combinação de dois ou mais tipos.

[0041] No tapete aleatório da presente invenção, como uma modalidade em que o tapete de fibra de reforço inclui a resina termoplástica, uma resina termoplástica do tipo em pó, fibrosa ou protuberante pode ser incluída no tapete de fibra de reforço, a resina termoplástica como uma matriz pode reter o tapete de fibra de reforço ou resina termoplástica tipo folha ou filme pode ser incluída no tapete de fibra de reforço ou dividida em camadas no tapete de fibra de reforço. A resina termoplástica do tapete aleatório pode estar em um estado fundido. Além disso, não é preciso dizer que, quando uma largura de fibra ponderal média (Ww), uma razão de dispersão da largura de fibra (Ww/Wn) e similar, para o tapete de fibra de reforço incluído no tapete aleatório da presente invenção forem calculados, os valores calculados podem ser considerados como aqueles do tapete aleatório.

[0042] O tapete aleatório da presente invenção pode ser usado diretamente como uma forma prévia para obter um produto conformado de material reforçado por fibra (doravante, simplesmente referido como um produto conformado) que é uma forma final. O tapete aleatório da presente invenção pode ser usado para obter o produto conformado que é a forma final após a impregnação da resina termoplástica através de aquecimento ou similar para formar um pré-impregnado. O tapete aleatório da presente invenção inclui o pré-impregnado no qual a resina termoplástica é impregnada.

[0043] Aqui, o produto conformado que é a forma final significa um produto conformado em uma forma em que um produto obtido pela pressurização e pelo aquecimento do tapete aleatório ou uma placa moldada do mesmo não é adicionalmente aquecido ou pressurizado (adicionalmente moldado) para fundir a resina termoplástica como uma matriz e para mudar um formato ou uma espessura do produto obtido.

[0044] Consequentemente, quando o produto obtido pela pressuri- zação e pelo aquecimento do tapete aleatório ou similar for cortado para formar outro formato, polido para ser fino e revestido com uma resina ou similar para ser espesso, a pressurização e o aquecimento não são pré-formados e, como um resultado, o produto obtido é o produto conformado que é a forma final. Além disso, o uso de aquecimento como um meio de corte ou processamento não corresponde ao aquecimento descrito no presente documento.

[0045] Além disso, em um caso em que o tapete aleatório para o qual uma resina termoplástica em um estado fundido é suprida é moldado, quando a resina termoplástica abastecida for moldada no estado fundido, por exemplo, o produto conformado pode ser obtido pela moldagem que inclui somente pressurização.

[0046] O tapete aleatório da presente invenção pode ser usado para moldar como está como uma forma prévia e pode ser usado para moldar depois de ser formado como uma placa moldada e pode selecionar vários pesos de área de fibra de acordo com uma moldagem desejada. O peso de área de fibra das fibras de reforço no tapete aleatório é preferencialmente de 25 a 10.000 g/m2, mais preferencialmente de 50 a 4.000 g/m2, muito mais preferencialmente de 600 g/m2 a 3.000 g/m2 e muito mais preferencialmente de 600 g/m2 a 2.200 g/m2.

[0047] No tapete aleatório da presente invenção, uma distribuição de largura de fibra de reforço (doravante, simplesmente abreviada como uma distribuição de largura de fibra) representada por um gráfico ou similar, em que uma largura de fibra das fibras de reforço incluídas é um eixo geométrico horizontal e uma fração de peso de fibra da fibra de reforço de cada largura de fibra é um eixo geométrico vertical, tem preferencialmente um ou mais picos e, mais preferencialmente, tem pelo menos dois picos. Aqui, o pico não está limitado a um formato pontiagudo e pode ter um formato de montanha que tem uma largura média ampla ou um formato trapezoidal. Além disso, o pico pode ter um formato simétrico ou um formato assimétrico.

[0048] Quando a distribuição de largura de fibra de reforço das fibras de reforço incluídas no tapete aleatório da presente invenção tiver preferencialmente pelo menos dois picos, os espaços entre as fibras de reforço no tapete aleatório são adicionalmente menores e, assim, uma propriedade de preenchimento pode ser melhorada.

[0049] Quando a distribuição de largura de fibra de reforço tiver pelo menos dois picos, o tapete aleatório pode ser obtido pelo uso de fibras de reforço talhadas por pelo menos dois tipos diferentes de distâncias.

[0050] Como os pelo menos dois picos da distribuição de largura de fibra das fibras de reforço incluídas no tapete aleatório da presente invenção, é preferencial que um pico esteja em uma faixa de 0,01 mm ou mais e menos do que 0,50 mm da largura de fibra e o outro pico esteja em uma faixa de 0,50 mm ou mais e de 2,00 mm ou menos da largura de fibra. Ademais, é preferencial que um pico esteja em uma faixa de 0,10 mm ou mais e menos do que 1,00 mm da largura de fibra e o outro pico esteja em uma faixa de 1,00 mm ou mais e 5,00 mm ou menos da largura de fibra. Além disso, o tapete aleatório que tenha os picos nas faixas e a fração de peso de fibra da largura de fibra em uma pequena faixa que seja maior do que a fração de peso de fibra da largura de fibra em uma faixa grande é adicionalmente preferencial.

[0051] No caso em que a distribuição de largura de fibra tem três ou mais picos, quando dois picos da mesma são abrangidos pela faixa, o pico restante pode estar fora da faixa ou pode estar na faixa.[FIBRA DE REFORÇO]

[0052] As fibras de reforço incluídas no tapete aleatório são descontínuas e caracterizadas pelo fato de que incluem uma fibra de reforço mais longa em um determinado nível para desenvolver uma função de reforço. O comprimento de fibra é expresso como um comprimento de fibra médio calculado pela medição do comprimento de fibras das fibras de reforço no tapete aleatório obtido. O método de medição do comprimento de fibra médio pode incluir um método de calcular uma média pela medição de um comprimento de fibra de 100 fibras que são aleatoriamente extraídas pode unidade de 1 mm com um paquímetro ou similar.

[0053] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço no tapete aleatório da presente invenção é 3 mm ou mais e 100 mm ou menos, preferencialmente 4 mm ou mais e 50 mm ou menos, mais preferencialmente 5 mm ou mais e 30 mm ou menos e muito mais pre-ferencialmente 5 mm ou mais e 20 mm ou menos. De modo a aumentar a propriedade de preenchimento de fibras de reforço no tapete aleatório, o comprimento de fibra das fibras de reforço é preferencialmente mais próximo à largura de fibra e uma razão entre o comprimento de fibra médio e a largura de fibra ponderal média (Ww) é preferencialmente 50/1 ou menos, mais preferencialmente 30/1 ou menos e muito mais preferencialmente 10/1 ou menos.

[0054] A distribuição do comprimento de fibras pode ser tanto um tipo único quanto uma combinação de dois tipos ou mais.

[0055] Em um método preferencial de corte de fibras de reforço a ser descrito abaixo, no caso de formação de um tapete aleatório pelo corte das fibras de reforço com um comprimento fixo, o comprimento de fibra médio se torna o mesmo que o comprimento de fibra cortado.

[0056] As fibras de reforço são preferencialmente pelo menos de um tipo selecionado a partir do grupo que consiste em fibras de carbono, fibras de aramida e fibras de vidro. Como as fibras de reforço que constituem o tapete aleatório, as fibras de carbono são preferenciais pelo fato de que as fibras de carbono podem fornecer um material compósito leve com força excelente. Como uma fibra de carbono, uma fibra de carbono à base de poliacrilonitrila (doravante, abreviada como fibra de carbono à base de PAN), a fibra de carbono à base de piche de petróleo, uma fibra de carbono à base de breu de carvão, uma fibra de carbono à base de raiom, uma fibra de carbono à base de celulose, uma fibra de carbono à base de lignina, uma fibra de carbono à base de fenol, uma fibra de carbono à base de crescimento por vapor, e similares, não conhecidas em geral e a presente invenção pode usar adequadamente qualquer uma dessas fibras de carbono. Particularmente, a fibra de carbono à base de PAN é preferencial e pode ser usada tanto sozinha como em combinação de uma pluralidade de tipos. As fibras de reforço usadas no tapete aleatório da presente invenção podem ser somente as fibras de carbono ou podem incluir as fibras de vidro ou as fibras de aramida de modo a transmitir resistência a impacto. No caso das fibras de carbono, um diâmetro de fibra médio é preferencialmente de 1 a 50 μm, mais preferencialmente de 3 a 12 μm, muito mais preferencialmente de 5 a 9 μm e de preferência máxima 5 a 7 μm. É preferencial que fibras de carbono com um agente de dimensionamento sejam usadas e o agente de dimensionamento pode ser, preferencialmente, maior do que de 0 a 10 partes por peso com base em 100 partes por peso das fibras de carbono.

[0057] As fibras de reforço na presente invenção podem estar pre-ferencialmente em um estado aberto como um fio individual, um feixe de fibras que tem uma pluralidade de filamentos individuais ou em combinação do fio individual e o feixe de fibras.[RESINA DE MATRIZ]

[0058] A resina termoplástica é uma resina de matriz incluída no tapete aleatório da presente invenção. O tipo de resina termoplástica pode incluir um ou mais tipos selecionados a partir de um grupo que consiste em, por exemplo, uma resina de cloreto de vinilo, uma resina de cloreto de vinilideno, uma resina de acetato de vinilo, uma resina de álcool polivinílico, uma resina de poliestireno, uma resina de acrilonitri- lo-estireno (resina AS), uma resina de acrilonitrila-butadieno-estieno (resina ABS), uma resina acrílica, uma resina metacrílica, uma resina de polietileno, uma resina de polipropileno, uma resina de 6 poliamida, uma resina de 11 poliamida, uma resina de 12 poliamida, uma resina de 46 poliamida, uma resina de 66 poliamida, uma resina de 610 poli- amida, uma resina poliacetal, uma resina de policarbonato, uma resina de tereftalato de polietileno, uma resina de naftalato de polietileno, uma resina de naftalato de polibutileno, uma resina de tereftalato de polibutileno, uma resina poliarilato, uma resina de éter polifenileno, uma resina de sulfureto de polifenileno, um resina de polisulfona, uma resina polietersulfona, uma resina cetona poliéter-éter, uma resina de ácido poliláctico e similar. Na presente invenção, a resina termoplástica pode ser usada sozinha, em combinação com uma pluralidade de tipos ou como um copolímero ou um polímero modificado.

[0059] O teor da resina de matriz é preferencialmente de 10 a 800 partes de peso, mais preferencialmente de 20 a 300 partes de peso, muito mais preferencialmente de 20 a 200 partes de peso, muito mais preferencialmente de 30 a 150 partes de peso e de modo particularmente preferencial de 50 a 100 partes de peso, com base em 100 partes de peso das fibras de reforço.

[0060] Além disso, uma relação em quantidade entre as fibras de reforço e a resina termoplástica pode ser referida por uma razão de teor de volume de fibras de reforço (doravante, abreviada como Vf) definida pela seguinte Equação.Razão de teor de volume de fibras de reforço (% em volume) = 100 x [volume de fibras de reforço/(volume de fibras de reforço + volume de resina termoplástica)]

[0061] A razão do conteúdo de volume Vf de fibras de reforço e o conteúdo da resina termoplástica representado por partes de peso com base em 100 partes de peso das fibras de reforço é convertida usando-se a densidade das fibras de reforço e a densidade da resina termoplástica.

[0062] Além disso, na faixa sem prejudicar um objetivo da presente invenção, aditivos, tais como vários preenchimentos fibrosos ou não fibrosos de fibras orgânicas ou fibras inorgânicas, retardadores de chama, agentes anti-UV, pigmentos, agentes de liberação, amacian- tes, plastificantes e surfactantes podem ser incluídos no tapete aleatório da presente invenção.[PRODUTO CONFORMADO DE MATERIAL COMPÓSITO REFORÇADO POR FIBRA]

[0063] Visto que as fibras de reforço que constituem o tapete aleatório têm as características acima, o tapete aleatório da presente invenção tem uma vantagem de ter alta formalidade. Assim, o tapete aleatório da presente invenção pode ser usado como um material intermediário para obter o produto conformado de material compósito reforçado por fibra.

[0064] Isto é, a presente invenção inclui uma invenção de um produto conformado de material compósito reforçado por fibra obtido a partir do tapete aleatório.

[0065] O produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção inclui fibras de reforço que têm um comprimento de fibra médio de 3 a 100 mm e uma resina termoplástica e é preferencial que as fibras de reforço possam satisfazer os seguintes itens de i) a iii).

[0066] i) Uma largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço satisfaz a seguinte Equação (1). 0,03 mm < Ww < 5,0 mm (1)

[0067] ii) Uma razão de dispersão (Ww/Wn) definida como uma razão entre a largura de fibra ponderal média (Ww) e uma largura de fibra numérica média (Wn) para a fibra de reforço é de 1,8 ou mais e 20,0 ou menos.

[0068] iii) Uma espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço é menor do que a largura de fibra ponderal média (Ww).

[0069] A espessura do produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção pode ser ajustada em uma faixa adequada controlando-se um peso de área de fibra e uma quantidade da resina termoplástica.

[0070] Um tipo de fibras de reforço que constitui o produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção não é particularmente limitado e pode incluir preferencialmente os exemplos descritos nas fibras de reforço no tapete aleatório.

[0071] Um tipo de resina que constitui o produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção não é particularmente limitado e pode incluir preferencialmente os exemplos descritos na resina de matriz no tapete aleatório.

[0072] O conteúdo da resina termoplástica do produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção é pre-ferencialmente de 10 a 800 partes de peso, mais preferencialmente de 20 a 300 partes de peso, muito mais preferencialmente de 20 a 200 partes de peso, muito mais preferencialmente de 30 a 150 partes de peso e de modo particularmente preferencial de 50 a 100 partes de peso, com base em 100 partes de peso das fibras de reforço, conforme descrito acima com base no teor da resina termoplástica no tapete aleatório.

[0073] Um formato do produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção não é particularmente limita- do. O formato pode ser, por exemplo, um formato de folha e um formato de placa e pode ter uma porção curvada e um corte transversal pode ser de um formato que tem um plano vertical tal como um formato de letra T, um formato de letra L, um formato de letra U e um formato de chapéu e pode ser um formato 3D que inclui esses formatos.

[0074] O produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção pode ter vários tipos de espessuras, por exemplo, de 0,2 a 100 mm, mas mesmo que o produto conformado de material compósito reforçado por fibra seja um produto conformado com paredes mais finas, uma propriedade ou uma aparência podem ser muito boas. Em detalhes, a espessura de uma placa de moldagem pode ser de 0,2 mm a 2,0 mm (mais precisamente, uma espessura a 25oC se for necessária medição extremamente estrita). O peso de área de fibra das fibras de reforço no produto conformado de material compósito reforçado por fibra é preferencialmente de 25 a 10.000 g/m2, mais preferencialmente de 50 a 4.000 g/m2, mais preferencialmente de 600 g/m2 a 3.000 g/m2 e muito mais preferencialmente de 600 g/m2 a 2.200 g/m2.

[0075] A presente invenção inclui um laminado em que pelo menos um tipo de produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção é usado em um núcleo ou uma camada de pele. O laminado da presente invenção pode incluir adicionalmente pelo menos um tipo de material compósito reforçado por fibra unidire- cional em que fibras contínuas de reforço são dispostas de modo uni- direcional em paralelo, como o núcleo ou a camada de pele. O laminado da presente invenção pode incluir adicionalmente pelo menos um tipo de produto conformado de material compósito reforçado por fibra (doravante, referido como outro produto conformado de material compósito reforçado por fibra) além do produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção ou o material compósito reforçado por fibra unidirecional, como o núcleo ou a camada de pele. O laminado da presente invenção pode incluir adicionalmente pelo menos um tipo de resina em que fibras de reforço não são incluídas, como o núcleo ou a camada de pele.

[0076] A resina de matriz do material compósito reforçado por fibra unidirecional ou outro produto conformado de material compósito re-forçado por fibra e a resina em que fibras de reforço não são incluídas podem ser resinas termoestáveis ou resinas termoplásticas.[Método para fabricar tapete aleatório]

[0077] Um método para fabricar o tapete aleatório da presente invenção é preferencialmente um método que inclui os seguintes processos 1 a 4.

[0078] 1. Um processo para cortar as fibras de reforço (processode corte)

[0079] 2. Um processo para introduzir as fibras de reforço cortadasem um tubo, transportar a fibra de reforço introduzida por ar e aspergir as mesmas (processo de aspersão)

[0080] 3. Um processo para fixar as fibras de reforço aspergidaspara obter um tapete de fibra de reforço (processo de fixação)

[0081] 4. Um processo para adicionar uma resina termoplástica aotapete de fibra de reforço para obter um tapete aleatório (processo de adição de resina termoplástica)<PROCESSO DE CORTE>

[0082] O processo de corte das fibras de reforço será descrito. Como as fibras de reforço a serem cortadas, uma forma em que fibras individuais de fibras longas são agrupadas, assim chamado um filamento, é facilmente obtida ou manuseada para ser preferencial. O método de corte das fibras de reforço é um processo de corte das fibras de reforço com o uso de uma faca tal como um cortador giratório. Um exemplo do processo de corte que usa o cortador giratório é ilustrado na Figura 1. Um ângulo da faca para cortar continuamente as fibras de reforço não é particularmente limitado e a faca pode ter uma lâmina de 90 graus ou um determinado ângulo em relação a uma fibra geral ou uma lâmina disposta em uma forma espiral. Um exemplo de um cortador giratório que tem uma faca espiral é ilustrado na Figura 2.

[0083] O tapete aleatório da presente invenção é caracterizado pelo fato de que as fibras de reforço têm uma distribuição de largura de fibra específica conforme descrito acima. Isto é, vãos entre as fibras de reforço são menores incluindo-se fibras que têm larguras de fibra diferentes no tapete aleatório e, dessa forma, aumentando-se a propriedade de preenchimento. A distribuição da largura de fibras não é particularmente limitada e um formato de pico da mesma pode ser um individual ou múltiplo.

[0084] De modo a obter uma largura de fibra desejada e uma razão de dispersão das fibras de reforço, um tamanho das fibras de reforço fornecido no processo de corte, tal como uma largura de fibra ou uma espessura de fibra, pode ser controlado pelo método de ampliação e um método de separação a ser descrito abaixo. Além disso, as fibras de reforço cortadas são preferencialmente abertas por ar comprimido e similares para serem fibras de reforço mais finas.

[0085] Além disso, usando-se uma pluralidade e fibras de reforço, uma largura de fibra média ou uma razão de dispersão do tapete aleatório podem ser controladas e no processo de corte ou no processo de aspersão a ser descrito abaixo, a largura de fibra média ou a razão de dispersão podem ser controladas preferencialmente pela combinação de fibras de reforço que têm larguras de fibras ou espessuras de fibras diferentes.

[0086] O método de ampliação e fibras não é particularmente limitado e pode incluir um método para empurrar um espalhador expandido tal como um pino convexo e similar para as fibras, um método para arquear as fibras em uma direção de fluxo de um vento passando-se através de um fluxo de ar em uma direção transversal a uma direção de processamento das fibras, um método de aplicar vibração e similar. As fibras de reforço ampliadas podem ter preferencialmente uma largura de fibra desejada usando-se um rolete de controle para controlar a largura de fibra, instalado em uma extremidade posterior.

[0087] Além disso, de modo a formar o tapete aleatório da presente invenção, as fibras de reforço são ampliadas conforme descrito acima e então a largura das fibras de reforço pode ser separada para ser menor (consulte a Figura 3 também).

[0088] O método de separação das fibras não é particularmente limitado e, por exemplo, pode incluir um método para usar uma talha- deira ou similar de modo que um filamento tenha feixes finos. No caso de separação do filamento usando-se a talhadeira, uma largura de fibra desejada pode ser adequadamente obtida controlando-se um intervalo de talhe. Além disso, uma lâmina de talhar pode preferencialmente controlar uma largura de fibra passando-se as fibras com uma largura de fibra específica através de uma lâmina de talhar do tipo faca a ser separada ou através de um talhe do tipo pente a ser selecionado. Além disso, um número de fibra médio desejável de fibras de reforço pode ser facilmente obtido pela seleção de um agente de dimensionamento das fibras de reforço e pela separação das fibras de reforço.

[0089] Como tal, as fibras de reforço podem ser controladas com uma largura de fibra pequena ou similar através da ampliação de fibra e da separação de fibra. Portanto, é possível obter o tapete aleatório cuja expressão de função de reforço das fibras de reforço incluídas no tapete aleatório seja excelente e a homogeneidade seja melhorada, irregularidade na espessura do tapete de fibra de reforço seja pequena e força mecânica seja excelente.

[0090] Subsequentemente, um processo de aspersão é pré- formado pela introdução das fibras de reforço cortadas em um tubo afunilado em um lado a jusante do cortador. Um método para transportar as fibras de reforço para o tubo afunilado não é particularmente limitado, mas é preferencial que se permita que uma velocidade de vento de sucção seja gerada no tubo afunilado e, assim, a fibra de reforço pode ser transportada para o tubo afunilado pelo ar. Durante o processo de corte, quando uma pluralidade de fibras de reforço for cortada separadamente, as fibras de reforço podem ser preferencialmente misturadas no tubo afunilado misturando-se as mesmas no tubo afunilado.

[0091] Além disso, durante o processo de aspersão, ar comprimido é soprado diretamente para as fibras de reforço para ampliar adequadamente a distribuição das larguras de fibra de reforço. Uma área da distribuição pode ser controlada pela pressão do ar comprimido soprado.

[0092] As fibras de reforço transportadas podem ser preferencialmente aspergidas em uma folha permeável instalada abaixo de um aparelho de aspersão.

[0093] Além disso, as fibras de reforço transportadas podem ser preferencialmente aspergidas em uma folha móvel permeável que tem um mecanismo de sucção, mesmo para o processo de fixação a seguir.

[0094] Além disso, durante o processo de aspersão, uma resina termoplástica fibrosa ou tipo pó é aspergia na folha juntamente com a fibra de reforço cortada no mesmo tempo para obter de forma apropriada o tapete aleatório que inclui as fibras de reforço e a resina termoplástica.

[0095] Subsequentemente, as fibras de reforço aspergidas são fixadas para obter o tapete de fibra de reforço. Em detalhes, o método para fixar as fibras de reforço aspergidas pela sucção de ar a partir de uma porção inferior da folha permeável para obter o tapete de fibra de reforço é preferencial. Mesmo no caso de aspersão das fibras de reforço e resina termoplástica fibrosa ou tipo pó ao mesmo tempo, resina termoplástica fibrosa ou tipo pó é fixada para ser acompanhada das fibras de reforço. Além disso, o processo de fixação pode ser continuamente pré-formado com o processo de aspersão das fibras de reforço e similar durante o processo de aspersão.<PROCESSO DE ADIÇÃO DE RESINA TERMOPLÁSTICA>

[0096] O processo de adição de resina termoplástica pode ser si-multaneamente pré-formado com os processos de 1 a 3 acima e, por exemplo, durante o processo de aspersão conforme descrito acima, a resina termoplástica tipo pó pode ser aspergida. Quando o tapete de fibra de reforço for formado sem adição da resina termoplástica durante os processos de 1 a 3 acima, o tapete aleatório da presente invenção pode ser obtido pela montagem ou divisão em camadas de uma resina termoplástica tipo folha ou tipo filme no tapete de fibra de reforço e, nesse caso, a resina termoplástica tipo folha ou tipo filme pode estar em um estado fundido.

[0097] Além disso, durante o processo de aspersão, no tapete aleatório obtido pela aspersão da resina termoplástica tipo pó, a resina termoplástica tipo folha, tipo filme ou tipo pó pode ser montada ou divi-dida em camadas conforme descrito acima.[PREPARAÇÃO DO PRODUTO CONFORMADO DE MATERIAL COMPÓSITO REFORÇADO POR FIBRA]

[0098] O tapete aleatório da presente invenção pode ser moldado para obter o produto conformado de material compósito reforçado por fibra. O método de obtenção do produto conformado de material compósito reforçado por fibra pode incluir um método de obtenção do produto conformado de material compósito reforçado por fibra aquecendo- se e pressurizando-se o tapete aleatório obtido conforme descrito acima se usando uma prensa ou similar. O método de obtenção do produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção não é particularmente limitado, mas o produto conformado pode ser adequadamente obtido por moldagem a vácuo, moldagem hidráulica ou moldagem por prensa quente, uma prensa fria ou similar. O produto conformado de material compósito reforçado por fibra da presente invenção pode ser adequadamente obtido por moldagem por prensa fria em que o tapete aleatório é aquecido a um ponto de fusão ou mais ou uma temperatura de transição de vidro ou mais da resina termoplástica contida e inserido em moldes cujas temperaturas são mantidas a uma temperatura do ponto de fusão ou menos ou a temperatura de transição de vidro ou menos para obter um formato.

[0099] No caso de moldagem do tapete aleatório, é preferencial que o tapete aleatório seja aquecido a um ponto de fusão ou mais no caso em que uma resina termoplástica que é uma matriz é cristalina ou a uma temperatura de um ponto de transição de vidro ou mais no caso em que a resina termoplástica é amorfa. Mais preferencialmente, a temperatura aquecida é uma temperatura de um ponto de decomposição ou menos da resina termoplástica. Um meio de pressurização pode ser controlado para o ponto de fusão ou mais ou o ponto de transição de vidro ou mais, da resina termoplástica que é uma matriz e controlado no ponto de fusão ou menos ou no ponto de transição de vidro ou menos. Além disso, durante a moldagem, a resina termoplástica pode ser adequadamente adicionada para obter o produto conformado de material compósito reforçado por fibra que tem uma espessura diferente dependendo de um objetivo. A resina termoplástica a ser adicionada não é particularmente definida e um exemplo detalhado pode ser a resina termoplástica descrita na resina de matriz. Além disso, uma forma da resina pode usar uma resina fundida ou uma resina fibrosa, do tipo pó ou do tipo filme.

[00100] O tapete aleatório da presente invenção pode ser usado como está como uma forma prévia e pode ser formado como uma placa de moldagem para formar um produto conformado que é a forma final.

[EXEMPLOS]

[00101] Exemplos são ilustrados abaixo, porém a presente invenção não é limitada aos mesmos. Particularmente, a menos que mencionado, as unidades do comprimento de fibra, a largura de fibra e a espessura de fibra das fibras de reforço ou uma amostra das mesmas estão em mm e uma unidade de peso é g. Adicionalmente, as densidades das fibras de carbono ou da resina termoplástica usadas nos Exemplos e no Exemplo Comparativo são conforme segue.

[00102] Fibra de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada) STS40-24K: 1,75 g/cm3

[00103] Fibra de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada) UMS40-24K: 1,79 g/cm3

[00104] Fibra de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada) HTS40-12K: 1,76 g/cm3

[00105] Fibra de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada) UTS50-24K: 1,79 g/cm3

[00106] Polipropileno: 0,91 g/cm3

[00107] Poliamida 6: 1,14 g/cm3

[00108] Policarbonato: 1,20 g/cm3[MÉTODO PARA CALCULAR LARGURA DE FIBRA NUMÉRICA MÉDIA E LARGURA DE FIBRA PONDERAL MÉDIA DA FIBRA DE REFORÇO EM UM TAPETE ALEATÓRIO]

[00109] O tapete aleatório é cortado em 100 mm x 100 mm e 300 fibras de reforço são extraídas aleatoriamente com pinças. Uma largura de fibra Wi, um peso de fibra wi e uma espessura de fibra ti são me- didas e registradas para cada uma das fibras de reforço extraídas. Um paquímetro que é mensurável por 1/100 mm é usado em uma medição da largura de fibra e da espessura de fibra e um equilíbrio que é medido por 1/100 mg é usado em uma medição do peso. As fibras de reforço de tamanho pequeno que não são mensuráveis são coletadas para medir um peso das mesmas. Adicionalmente, no caso do uso de dois ou mais tipos de fibras de reforço, as fibras de reforço são divididas em todos os tipos de fibras de reforço e cada uma das fibras de reforço é medida e avaliada.

[00110] Em relação a todas as fibras extraídas, a largura de fibra Wi e o peso de fibra wi são medidos e então a largura de fibra numérica média (Wn) é calculada por meio da Equação (4) a seguir.Wn = ∑Wi/I (4)

[00111] I é o número de fibras de reforço e o número de fibra é 300, exceto para um caso de menos do que 300.

[00112] Além disso, a largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço é calculada por meio da Equação (5) a seguir do peso total w das fibras de reforço.Ww=∑(Wi x wi/w) (5)

[00113] Adicionalmente, no caso em que as fibras de reforço e a resina termoplástica não são separadas umas das outras e, desse modo, a medição é interrompida após a resina termoplástica ser removida aquecendo-se a, por exemplo, 500 °C por cerca de 1 hora, a medição é realizada.[MÉTODO PARA CALCULAR RAZÃO DE DISPERSÃO (WW/WN) EM FIBRAS DE REFORÇO]

[00114] A razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) é calculada por meio da Equação (6) a seguir a partir da largura de fibra numérica média (Wn) e a largura de fibra ponderal média (Ww) calculadas, das fibras de reforço obtidas.

[00115] A razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) = Largura de fibra ponderal média (Ww)/Largura de fibra numérica média (Wn) (6)

[00116] [Método para checar uma posição de pico da distribuição de largura de fibra de reforço no tapete aleatório]

[00117] A partir da largura de fibra Wi e do peso de fibra wi calculados acima e o peso total w das fibras de reforço, um gráfico de uma largura de fibra e uma fração de peso de fibra (%) é preparado e em vista de um formato da distribuição de largura de fibra de reforço obtida, posições de picos da distribuição de largura de fibra são checados.

[00118] Adicionalmente, no caso de usar dois ou mais tipos de fibras de reforço, um gráfico é preparado para cada tipo de fibras de reforço e cada uma das fibras de reforço é avaliada.[MÉTODO PARA CALCULAR ESPESSURA DE FIBRA PONDERAL MÉDIA DAS FIBRAS DE REFORÇO NO TAPETE ALEATÓRIO]

[00119] Em relação a todas as fibras de reforço extraídas, após a espessura de fibra ti e o peso de fibra wi serem medidos, uma espessura de fibra ponderal média t é calculada por meio da Equação (7) a seguir.T = ∑(ti x wi/w) (7)

[00120] [Método para calcular largura de fibra numérica média e largura de fibra ponderal média das fibras de reforço em produto conformado de material compósito reforçado por fibras]

[00121] A largura de fibra média das fibras de reforço do produto conformado de material compósito reforçado por fibras é calculada ex-traindo-se as fibras na mesma ordem como o tapete aleatório para medir a largura de fibra Wi, o peso de fibra wi e similares, após o produto conformado de material compósito ser cortado em 100 mm x 100 mm e a resina ser removida aquecendo-se a 500 °C por cerca de 1 hora em uma fornalha. [MÉTODO PARA CALCULAR COMPRIMENTO DE FIBRA MÉDIO L NO TAPETE DE FIBRA DE REFORÇO OU NO TAPETE ALEATÓRIO]

[00122] 100 fibras de reforço são extraídas aleatoriamente do tapete de fibra de reforço ou do tapete aleatório com o uso de um par de pinças e cada comprimento de fibra Li é medido por 1 mm com o uso de um paquímetro e registrado. Preferencialmente o tamanho durante a extração pode estar em uma faixa grande suficiente em relação ao comprimento de fibra.

[00123] Um comprimento de fibra médio L é calculado a partir de cada comprimento de fibra Li obtido por meio da Equação a seguir.L = ∑Li/100

[00124] Adicionalmente, no caso em que as fibras de reforço e a resina termoplástica não são separadas umas das outras e, desse modo, a medição é interrompida após a resina termoplástica ser removida aquecendo-se a 500 °C por cerca de 1 hora, a medição é realizada.[AVALIAÇÃO DE GRAU IMPREGNAÇÃO DE RESINA TERMOPLÁSTICA DO PRODUTO CONFORMADO DE MATERIAL COMPÓSITO REFORÇADO POR FIBRAS (PLACA DE MOLDAGEM)]

[00125] O grau de impregnação do produto conformado de material compósito reforçado por fibras (placa de moldagem) é avaliado por uma inspeção ultrassônica. O grau de impregnação é avaliado realizando-se a inspeção em uma frequência inspetora de 5 MHz e um ângulo de varredura de 2,0 mm x 2,0 mm por um aparelho de criação de imagem de inspeção ultrassônica (KJTD Co., Ltd, SDS-WIN). Na avaliação, é realizada a observação microscópica em um corte transversal parcial que tem força em onda refletiva de 90% ou mais e então é verificado que não há defeito ou poro. Na inspeção, como uma razão de área de uma porção que tem força de onda refletiva alta (70% ou mais na modalidade exemplificativa) é grande, o lado de dentro da placa de moldagem é denso e o grau impregnado da resina termoplástica na placa de moldagem é alto. Por outro lado, como a razão de área de uma porção que tem força de onda refletiva baixa (50% ou menos na modalidade exemplificativa) é grande, porções de poro minúsculas estão presentes dentro da placa de moldagem e há muitas porções sem impregnação na placa de moldagem.

[TESTE DE TRAÇÃO]

[00126] Um espécime é cortado do produto conformado de material compósito reforçado por fibras (placa de moldagem) com o uso de um jato de água e a força de tração e o módulo de tração são medidos com o uso de um testador universal fabricado junto à Instron Corporation com referência a JIS K 7164. Um formato do espécime é estabelecido como um espécime do tipo B com base em 1B. Uma distância entre pedaços é de 115 mm e uma velocidade de teste é de 10 mm/min.. Adicionalmente, os espécimes são cortados respectivamente em uma direção arbitrária (direção de 0°) do produto conformado e uma direção ortogonal (direção de 90°) para a direção arbitrária e então são medidas forças de tração e módulos de tração em duas direções. Adicionalmente, em relação aos módulos de tração, é calculada uma razão é obtida dividindo-se o valor por um valor menor.

[EXEMPLO 1]

[00127] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento STS40-24K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 7,0 μm, largura de fibra de 10 mm e força de tração de 4.000 MPa) foram ampliadas de modo que tenham uma largura de 22 mm. Antes de as fibras ampliadas terem sido processadas por um aparelho de separação, as fibras ampliadas passaram através de um rolete que tem uma largura interna de 20 mm e a largura de fibra foi controlada precisamente para ter uma largura de 20 mm. O filamento de fibra de reforço ampliado que tem a largura de 20 mm foi talhado em um intervalo de 1,2 mm a uma velocidade de linha de 10 m/s e talhado em um intervalo de 0,3 mm a uma velocidade de linha de 30 m/s com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético feita de carboneto cimentado a ser provida a dois conjuntos de aparelhos de corte. O filamento de fibra de reforço que foi talhado com dois tipos de larguras de fibra foi cortado com o uso de um cortador giratório feito de carboneto cimentado em que duas lâminas foram formadas em um intervalo de 12 mm como o aparelho de corte de modo que o comprimento de fibra fosse de 12 mm. Um tubo afunilado conectado a partir do lado de saída do cortador giratório foi disposto abaixo dos dois cortadores giratórios. Ar comprimido foi provido ao tubo afunilado, cada fibra de reforço foi introduzida e transferida para o tubo afunilado a uma velocidade de vento de sucção de 5 m/s e duas fibras de reforço foram misturadas no tubo afunilado. O polipropileno (J-106G, fabricado junto à Prime Polymer Co., Ltd.) moído e classificado com um diâmetro de partícula de 500 μm, como uma resina de matriz, foi provido a partir de um lado do tubo afunilado. A seguir, embora uma rede de portador móvel tenha sido instalada abaixo da saída do tubo afunilado para realizar sucção por uma ventoinha abaixo da rede, as fibras de reforço foram providas a partir do tubo afunilado para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 1.270 g/m2. Quando a forma das fibras de reforço no tapete aleatório foi observada, os eixos geométricos das fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00128] Um comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 12 mm e uma espessura de fibra ponde- ral média foi de 0,06 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório é de 0,51 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 0,25 mm e a razão de dis-persão (Ww/Wn) foi de 2,01. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando posições de picos da distribuição de largura de fibra foram checadas, os picos foram verificados em 0,29 mm e 1,18 mm da largura de fibra.

[00129] O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 220 °C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 1,6 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 80% ou mais.

[00130] A razão de teor de volume das fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 45% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 490 MPa e o módulo de tração foi de 36 GPa. Adicionalmente, uma razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,04.

[EXEMPLO 2]

[00131] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento UMS40-24K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 4,8 μm, largura de fibra de 10 mm e força de tração de 4.600 MPa) foram ampliadas de modo que tenham uma largura de 16 mm. Antes de as fibras ampliadas terem sido processadas por um aparelho de separação, as fibras ampliadas passaram através de um rolete que tem uma largura interna de 15 mm e a largura de fibra foi controlada precisamente para ter uma largura de 15 mm. O filamento de fibra de reforço ampliado que tem a largura de 15 mm foi talhado em um intervalo de 0,8 mm a uma velocidade de linha de 35 m/s e talhado em um intervalo de 0,2 mm a uma velocidade de linha de 15 m/s com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético feita de carboneto cimentado a ser provida a dois conjuntos de aparelhos de corte. As fibras de reforço foram cortadas com o uso de um cortador giratório feito de carboneto cimentado em que duas lâminas foram formadas em um intervalo de 6 mm como o aparelho de corte de modo que o comprimento de fibra fosse de 6 mm.

[00132] Após as fibras de reforço talhadas em um intervalo de 0,8 mm terem sido cortadas com o uso de um cortador giratório, as fibras de reforço foram introduzidas no tubo afunilado em uma velocidade de vento de sucção de 5 m/s provendo-se ar comprimido ao tubo afunilado disposto diretamente abaixo do cortador giratório.

[00133] As fibras de reforço talhadas em um intervalo de 0,2 mm foram providas ao aparelho de corte e então transportadas para um tubo que tem um pequeno orifício do aparelho de aspersão e o ar comprimido foi provido ao pequeno orifício com o uso de um compressor para abrir as fibras de reforço. Nesse caso, a velocidade de ejeção do pequeno orifício foi de 80 m/s. A partir de então, as fibras de reforço abertas foram introduzidas ao tubo afunilado e misturadas com as fibras de reforço talhadas em um intervalo de 0,8 mm no tubo afunilado. A seguir, embora uma rede de portador móvel tenha sido instalada abaixo da saída do tubo afunilado para realizar sucção por uma ventoinha abaixo da rede, as fibras de reforço foram providas a partir do tubo afunilado para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 1.410 g/m2. Quando a forma das fibras de reforço no tapete aleatório reforçado por fibras foi observada, os eixos geométricos de fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00134] Subsequentemente, uma resina de matriz fundida foi provida no tapete. Isto é, como a resina de matriz, a poliamida 6 (A1030, fabricada junto à Unitika Limited) foi usada e derretida, um corpo de resina derretido em formato de filme que tem uma espessura de 1,2 mm foi extrusado de um molde T com uma largura de 1 m instalado em um lado superior de 5 cm da rede portadora na mesma velocidade da velocidade de linha e a resina fundida foi provida ao tapete inteiro. Nesse caso, uma porção onde a resina foi provida no tapete de fibra de reforço foi aquecida por um aquecedor infravermelho para impedir a resina de ser resfriada e solidificada.

[00135] Além disso, o aparelho foi operado sob uma condição de uma quantidade de provisão das fibras de reforço de 1.410 g/min e uma quantidade de provisão da resina de matriz de 1.370 g/min e o tapete aleatório constituído pelas fibras de reforço e a resina termoplástica foi formada na rede fixa. Subsequentemente, o tapete aleatório em que a resina foi impregnada de modo uniforme aquecendo-se e pressurizada por um par de roletes de aquecimento em uma temperatura estabelecida de 280°C.

[00136] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 6 mm e a espessura de fibra ponderal média foi de 0,07 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório foi de 0,52 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 0,12 mm e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 4,31. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando posições de picos da distribuição de largura de fibra foram checadas, os picos foram verificados em 0,08 mm e 0,79 mm da largura de fibra.

[00137] O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 260 °C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 2,0 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 80% ou mais.

[00138] A razão de teor de volume de fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 40% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 500 MPa e o módulo de tração foi de 51 GPa. Adicionalmente, uma razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,03.

[EXEMPLO 3]

[00139] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento HTS40-12K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 7,0 μm, largura de fibra de 8 mm e força de tração de 4.200 MPa) foram ampliadas de modo que tenham uma largura de 16 mm. Antes de as fibras de reforço ampliadas terem sido processadas por um aparelho de separação, as fibras ampliadas passaram através de um rolete que tem uma largura interna de 15 mm e a largura de fibra foi controlada precisamente para ter uma largura de 15 mm. O filamento de fibra de reforço ampliado que tem a largura de 15 mm foi talhado em um intervalo de 5,0 mm a uma velocidade de linha de 20 m/s e talhado em um intervalo de 0,5 mm a uma velocidade de linha de 20 m/s com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético feita de carboneto cimentado a ser provida a dois conjuntos de aparelhos de corte. As fibras de reforço foram cortadas com o uso de um cortador giratório feito de carboneto cimentado em que lâminas foram fornecidas em um intervalo de 30 mm como o aparelho de corte para ter o comprimento de fibra de 30 mm. As fibras de reforço que têm dois tipos de larguras de fibra foram cortadas pelo cortador giratório, respectivamente. Um tubo afunilado conectado a partir de um lado de saída do cortador giratório foi disposto abaixo do cortador giratório. Ar comprimido foi provido ao tubo afunilado, cada fibra de reforço foi introduzida e transferida para o tubo afunilado a uma velocidade de vento de sucção de 5 m/s e duas fibras de reforço foram misturadas no tubo afunilado. Como a resina de matriz, a partir de um lado do tubo afunilado, o policarbonato (“Pan- lite” (marca registrada) L-1225 Y, fabricado junto à Teijin Chemicals Ltd.) moído e classificado com um diâmetro de partícula de 500 μm foi provido. A seguir, embora uma rede de portador móvel tenha sido instalada abaixo da saída do tubo afunilado para realizar sucção por uma ventoinha abaixo da rede, as fibras de reforço foram providas a partir do tubo afunilado para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 2.900 g/m2. Quando a forma das fibras de reforço no tapete aleatório foi observada, os eixos geométricos das fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00140] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 30 mm e a espessura de fibra ponderal média é de 0,05 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório foi de 2,77 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) é de 0,73 mm e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 3,82. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando posições de picos da distribuição de largura de fibra foram checadas, os picos foram verificados em 0,48 mm e 5,00 mm da largura de fibra.

[00141] O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 300 °C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 3,0 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 80% ou mais.

[00142] A razão de teor de volume de fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 55% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 600 MPa e o módulo de tração foi de 44 GPa. Adicionalmente, a razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,07.

[EXEMPLO COMPARATIVO 1]

[00143] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento HTS40-12K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 7,0 μm, largura de fibra de 8 mm e força de tração de 4.200 MPa) foram ampliadas de modo que tenham uma largura de 16 mm. Antes da fibra de reforço ampliada ter sido processada por um aparelho de separação, a fibra ampliada passou através de um rolete que tem uma largura interior de 15 mm e a largura de fibra foi controlada precisamente para ter uma largura de 15 mm. O aparelho de separação talhou o filamento de fibra de reforço em um intervalo de 3,2 mm, com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético feita de carboneto cimentado. O filamento de fibra de reforço talhado foi cortado de modo que tenha um comprimento de fibra de 30 mm com o uso de um cortador giratório em que lâminas foram fornecidas em um intervalo de 30 mm, como o aparelho de corte. O tubo afunilado foi disposto diretamente abaixo do cortador giratório. As fibras de reforço cortadas foram introduzidas e transferidas para o tubo afunilado a uma velocidade de vento de sucção de 5 m/s provendo-se ar comprimindo ao tubo afunilado. Como a resina de matriz, a partir do lado do tubo afunilado, o policarbonato (“Panlite” (marca registrada) L-1225 Y, fabricado junto à Teijin Chemicals Ltd.) moído e classificado com um diâmetro de partícula de 500 μm foi provido. A seguir, embora uma rede de portador móvel tenha sido instalada abaixo da saída do tubo afunilado para realizar sucção por uma ventoinha abaixo da rede, as fibras de reforço foram providas a partir do tubo afunilado para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 2.900 g/m2. Quando a forma das fibras de reforço no tapete aleatório foi observada, os eixos geométricos das fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00144] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 30 mm e a espessura de fibra ponderal média foi de 0,05 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório foi de 3,04 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 2,32 mm e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 1,31. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando as posições de picos da distribuição da largura de fibra foram checadas, um único pico foi verificado a 3,18 mm da largura de fibra.

[00145] O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 300 °C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 3,2 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 58% ou mais e a porção sem impregnação foi checada na placa de moldagem.

[00146] A razão de teor de volume de fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 52% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 440 MPa e o módulo de tração foi de 41 GPa. Adicionalmente, a razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,16.

[EXEMPLO 4]

[00147] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento UTS50-24K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 6,9 μm, largura de fibra de 10 mm e força de tração de 5.000 MPa) foram ampliadas de modo que tenham uma largura de 22 mm. Antes de as fibras de reforço am-pliadas terem sido processadas por um aparelho de separação, as fibras ampliadas passaram através de um rolete que tem uma largura interna de 20 mm e a largura de fibra foi controlada precisamente para ter uma largura de 20 mm. O filamento de fibra de reforço ampliado que tem a largura de 20 mm foi talhado em um intervalo de 3,6 mm a uma velocidade de linha de 35 m/s e talhado em um intervalo de 0,3 mm a uma velocidade de linha de 15 m/s com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético feita de carboneto cimentado a ser provida a dois conjuntos de aparelhos de corte. O filamento de fibra de reforço foi cortado com o uso de um cortador giratório feito de carboneto cimentado em que lâminas são fornecidas em intervalos de 20 mm e 4 mm para terem comprimentos de fibra de 20 mm e 4 mm, como o aparelho de corte, respectivamente.

[00148] Após o filamento de fibra de reforço talhado em um intervalo de 3,6 mm ter sido cortado para 20 mm com o uso de um cortador giratório, as fibras de reforço foram introduzidas no tubo afunilado em uma velocidade de vento de sucção de 5 m/s provendo-se ar comprimido ao tubo afunilado disposto diretamente abaixo do cortador giratório.

[00149] O filamento de fibra de reforço talhado em um intervalo de 0,3 mm foi cortado para 4 mm e então transportado para um tubo que tem um pequeno orifício do aparelho de aspersão e o ar comprimido foi provido ao pequeno orifício com o uso de um compressor para abrir a fibra de reforço. Nesse caso, a velocidade de ejeção do pequeno orifício foi de 80 m/s. A partir de então, as fibras de reforço talhadas em um intervalo de 0,3 mm foram introduzidas ao tubo afunilado e misturadas com as fibras de reforço talhadas em um intervalo de 3,6 mm no tubo afunilado. Adicionalmente, como a resina de matriz, a partir de um lado do tubo afunilado, a poliamida 6 (“A1030”, fabricada junto à Unitika Limited) moída e classificada com um diâmetro de particular de 500 μm foi provida, uma rede portadora móvel foi instalada abaixo da saída do tubo afunilado e as fibras de carbono foram providas do afu-nilado realizando-se sucção por uma ventoinha abaixo da rede para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 2.900 g/m2. Quando o formato das fibras de reforço no tapete aleatório foi observado, os eixos geométricos das fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00150] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 15,2 mm e a espessura de fibra ponderal média foi de 0,05 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório foi de 2,54 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 0,38 mm e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 6,68. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando posições de picos da distribuição de largura de fibra foram checadas, os picos foram verificados em 0,15 mm e 3,57 mm da largura de fibra. O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 260 °C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 3,0 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 80% ou mais.

[00151] A razão de teor de volume de fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 55% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 620 MPa e o módulo de tração foi de 45 GPa. Adicionalmente, a razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,06.

[EXEMPLO 5]

[00152] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento STS40-24K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 7,0 μm, largura de fibra de 10 mm e força de tração de 4.000 MPa) foram ampliadas de modo que tenham uma largura de 20 mm. Antes de as fibras de reforço ampliadas terem sido processadas por um aparelho de separação, as fibras ampliadas passaram através de um rolete que tem uma largura interna de 18 mm e a largura de fibra foi controlada precisamente para ter uma largura de 18 mm. O filamento de fibra de reforço ampliado que tem a largura de 18 mm foi talhado em um intervalo de 5,8 mm a uma velocidade de linha de 30 m/s e talhado em um intervalo de 0,3 mm a uma velocidade de linha de 20 m/s com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético feita de carboneto cimentado a ser provida a dois conjuntos de aparelhos de corte. O filamento de fibra de reforço foi cortado com o uso de um cortador giratório feito de carboneto cimentado em que duas lâminas foram fornecidas em um intervalo de 20 mm como o aparelho de corte de modo que tenha o comprimento de fibra de 20 mm.

[00153] Após a fibra de reforço talhada em um intervalo de 5,8 mm ter sido cortada com o uso de um cortador giratório, as fibras de reforço foram introduzidas no tubo afunilado em uma velocidade de vento de sucção de 5 m/s provendo-se ar comprimido ao tubo afunilado disposto diretamente abaixo do cortador giratório.

[00154] O filamento de fibra de reforço talhado em um intervalo de 0,3 mm foi cortado e então transportado para um tubo que tem um pequeno orifício do aparelho de aspersão e o ar comprimido foi provido ao pequeno orifício com o uso de um compressor para abrir a fibra de reforço. Nesse caso, a velocidade de ejeção do pequeno orifício foi de 80 m/s. A partir de então, a fibra de reforço aberta talhada em um in- tervalo de 0,3 mm foi introduzida ao tubo afunilado e misturadas com as fibras de reforço talhadas em um intervalo de 5,8 mm no tubo afunilado. Adicionalmente, como a resina de matriz, a partir do lado do tubo afunilado, a poliamida 6 (“A1030”, fabricada junto à Unitika Limited) moída e classificada com um diâmetro de particular de 500 μm foi provida, uma rede portadora móvel foi instalada abaixo da saída do tubo afunilado e as fibras de reforço foram providas do tubo afunilado realizando-se sucção por uma ventoinha abaixo da rede para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 2.900 g/m2. Quando a forma das fibras de reforço no tapete aleatório foi observada, os eixos geométricos das fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00155] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 20 mm e a espessura de fibra ponderal média foi de 0,06 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório foi de 3,55 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 0,37 mm e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 9,69. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando posições de picos da distribuição de largura de fibra foram checadas, os picos foram verificados em 0,02 mm e 5,78 mm da largura de fibra. O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 260 °C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 3,0 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 80% ou mais.

[00156] A razão de teor de volume de fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 55% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 500 MPa e o módulo de tração foi de 44 GPa. Adicionalmente, a razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,12.

[EXEMPLO COMPARATIVO 2]

[00157] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada), filamento HTS40-12K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 7,0 μm, largura de fibra de 8 mm e força de tração de 4.200 MPa) foram cortadas com o uso de um cortador giratório de modo que tenham um comprimento de fibra de 6 mm.

[00158] As fibras de reforço cortadas foram providas a um tanque de dispersão e agitadas por 3 minutos em água de 15 L para as fibras de reforço de 9 g serem dispersadas em um líquido de dispersão. Após ser agitada por 3 minutos no tanque de dispersão, a pasta das fibras de reforço obtidas foi provida a um aparelho de fabricação de papel retangular de 300 mm x 300 mm para obter um material de base de fabricação de papel que tem um peso de área de fibra de reforço de 100 g/m2 removendo-se o líquido dispersado. O material de base de fabricação de papel obtido foi aquecido e secado a uma temperatura de 100 °C por 1 hora.

[00159] A espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço que constituem o material de base de fabricação de papel foi de 0,01 mm, a largura de fibra ponderal média (Ww) foi de 0,01 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 0,01 e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 1,0, e as fibras de reforço foram completamente dispersadas de modo que sejam uma única fibra.

[00160] O material de base de fabricação de papel e um filme de polipropileno (J-106 G, fabricado junto à Prime Polymer Co., Ltd.) foram divididos em camadas de modo que tenham um peso de área de fibra de reforço (fibra de carbono) de 2.600 g/m2 e o peso de área de resina (polipropileno) de 1.270 g/m2, e aquecidos e pressurizados por um par de roletes de aquecimento a uma temperatura de 220 °C. A partir de então, o material de base de fabricação de papel e o filme de polipropileno foram aquecidos a 10 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 220 °C para obter uma placa não impregnada que tem uma espessura de cerca de 30 mm. A placa foi liberada entre camadas pelo fato de que a resina não foi suficientemente impregnada para avaliar a força mecânica.

[00161] Na placa de moldagem obtida, o comprimento de fibra médio das fibras de reforço foi de 2,1 mm. Isto é, o comprimento de fibra médio das fibras de reforço foi reduzido em cerca de 1/3 do comprimento de fibra médio das fibras de reforço durante o corte antes do material de base de fabricação de papel ter sido preparado. Isso se dá pelo fato de que a fibra de reforço foi danificada durante a fabricação de papel e a moldagem por pressão.

[EXEMPLO COMPARATIVO 3]

[00162] Como uma fibra de reforço, fibras de carbono à base de PAN “Tenax” (marca registrada) filamento HTS40-12K fabricado junto à TOHO TENAX Co., Ltd. (diâmetro de fibra de 7,0 μm, largura de fibra de 8 mm e força de tração de 4.200 MPa) foram usadas. Como o filamento de fibra de reforço, as fibras de reforço foram talhadas em um intervalo de 1,0 mm a uma velocidade de linha de 35 m/s com o uso de uma lâmina de separação em formato de disco magnético e não foram talhadas mas passadas a uma velocidade de 65 m/s para serem providas a dois conjuntos de aparelhos de corte, respectivamente. As fibras de reforço foram cortadas com o uso de um cortador giratório feito de carboneto cimentado em que duas lâminas foram fornecidas em um intervalo de 30 mm como o aparelho de corte de modo que tenha o comprimento de fibra de 30 mm.

[00163] O filamento de fibra de reforço talhado em um intervalo de 1,0 mm foi cortado pelo cortador giratório e então transportado para um tubo que tem um pequeno orifício do aparelho de aspersão e o ar comprimido foi provido ao pequeno orifício com o uso de um compressor para abrir a fibra de reforço. Nesse caso, a velocidade de ejeção do pequeno orifício foi de 50 m/s.

[00164] As fibras de reforço não talhadas foram cortadas e então introduzidas ao tubo afunilado disposto diretamente abaixo do cortador a uma velocidade de sucção de 5 m/s. A partir de então, cada fibra de reforço foi introduzida ao tubo afunilado e dois tipos das fibras de reforço foram misturados no tubo afunilado. Adicionalmente, como a resina de matriz, a partir do lado do tubo afunilado, o policarbonato (“Panlite” (marca registrada) fabricado junto à Teijin Chemicals Ltd.) moído e classificado com um diâmetro de particular de 500 μm foi provido, uma rede portadora móvel foi instalada abaixo da saída do tubo afunilado e as fibras de carbono foram providas do afunilado realizando-se sucção por uma ventoinha abaixo da rede para obter o tapete aleatório de um peso de área de fibra de 2.900 g/m2. Quando a forma das fibras de reforço no tapete aleatório foi observada, os eixos geométricos das fibras das fibras de reforço eram quase paralelos a um plano do tapete aleatório e as fibras de reforço foram dispersadas aleatoriamente no plano.

[00165] O comprimento de fibra médio das fibras de reforço do tapete aleatório obtido foi de 30 mm e a espessura de fibra ponderal média foi de 0,07 mm. A largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço que constituem o tapete aleatório foi de 5,17 mm, a largura de fibra numérica média (Wn) foi de 1,94 mm e a razão de dispersão (Ww/Wn) foi de 2,67. Adicionalmente, a largura de fibra e a fração de peso de fibra foram representadas por um gráfico e quando posições de picos da distribuição de largura de fibra foram checadas, os picos foram verificados em 0,92 mm e 8,00 mm da largura de fibra. O tapete aleatório obtido foi aquecido a 4,0 MPa por 10 minutos por um aparelho de pressão aquecido a 300°C para obter uma placa de moldagem que tem uma espessura de 3,2 mm. Quando o teste de inspeção ultrassônica foi realizado na placa de moldagem obtida, uma porção onde a força da onda refletiva foi de 70% ou mais foi observada como 43% ou mais e muitas porções sem impregnação foram checadas na placa de moldagem.

[00166] A razão de teor de volume de fibras de reforço da placa de moldagem obtida foi de 51% em volume, e como resultado de avaliar uma característica de tração com base em JIS7164, a força de tração foi de 370 MPa e o módulo de tração foi de 32 GPa. Adicionalmente, a razão em módulos de tração da direção de 0° e da direção de 90° foi de 1,23.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[00167] Consequentemente, uma vez que o tapete aleatório e o produto conformado de material compósito reforçado por fibras obtidos da presente invenção têm força mecânica excelente, isotropia excelente e módulo de tração alto, o tapete aleatório e o produto conformado de material compósito reforçado por fibras pode ser usado em vários tipos de membros constituintes, por exemplo, uma placa interna, uma placa externa e membros constituintes de um veículo; e além de uma estrutura, um alojamento, e assim por diante, de vários tipos de produtos elétricos ou uma máquina.

[00168] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a modalidades detalhadas e específicas da mesma, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias mudanças ou modificações podem ser realizadas sem que se desvie do espírito e do escopo da presente invenção.

[00169] Este pedido é baseado no Pedido de Patente N° JP 2012- 171142, depositado no dia 1 de agosto de 2012, cujo conteúdo completo está incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.DESCRIÇÃO DE REFERÊNCIAS NUMÉRICASFibra de reforçoRolete tracionador 3:Rolete de borracha Corpo principal do cortador giratórioLâmina

Claims

1. Tapete aleatório caracterizado pelo fato de que com-preende:fibras de reforço (1) que têm um comprimento de fibra mé-dio de 3 a 100 mm; euma resina termoplástica,em que as fibras de reforço (1) satisfazem as seguintes i) a iv):i) uma largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço (1) satisfaz a seguinte Equação (1):0,03 mm < Ww < 5,0 mm (1);ii) uma razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) definida como uma razão da largura de fibra ponderal média (Ww) para uma largura de fibra numérica média (Wn) das fibras de reforço (1) é de 1,8 ou mais e 20,0 ou menos;iii) uma espessura de fibra ponderal média das fibras de reforço (1) é menor do que a largura de fibra ponderal média (Ww), eiv) as fibras de reforço (1) estão em um estado aberto como um filamento individual, um feixe de fibras tendo uma pluralidade de filamentos individuais, ou em combinação do filamento individual e do feixe de fibras.

2. Tapete aleatório, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras de reforço (1) são pelo menos um tipo selecionado do grupo que consiste em uma fibra de carbono, uma fibra de aramida e uma fibra de vidro.

3. Tapete aleatório, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a largura de fibra ponderal média (Ww) das fibras de reforço (1) satisfaz a seguinte Equação (2):0,1 mm < Ww < 3,0 mm (2).

4. Tapete aleatório, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 1 a 3,caracterizado pelo fato de que uma distribuição de largura de fibra das fibras de reforço (1) incluídas no tapete aleatório tem pelo menos dois picos.

5. Tapete aleatório, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a distribuição de largura de fibra das fibras de reforço (1) incluídas no tapete aleatório tem pelo menos dois picos,um pico está em uma faixa de 0,01 mm ou mais e menos do que 0,50 mm da largura de fibra, eum outro pico está em uma faixa de 0,50 mm ou mais e 2,00 mm ou menos da largura de fibra.

6. Tapete aleatório, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a distribuição de largura de fibra das fibras de reforço (1) incluídas no tapete aleatório tem pelo menos dois picos,um pico está em uma faixa de 0,10 mm ou mais e menos do que 1,00 mm da largura de fibra, eum outro pico está em uma faixa de 1,00 mm ou mais e 5,00 mm ou menos da largura de fibra.

7. Tapete aleatório, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 6,caracterizado pelo fato de que a razão de dispersão de largura de fibra média (Ww/Wn) das fibras de reforço (1) é mais do que 2,0 e 10,0 ou menos.

8. Tapete aleatório, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 7,caracterizado pelo fato de que a espessura de fibra pon- deral média das fibras de reforço (1) é de 0,01 mm ou mais e 0,30 mm ou menos.

9. Tapete aleatório, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 8,caracterizado pelo fato de que um peso de área de fibra de reforço é de 25 a 10.000 g/m2.

10. Tapete aleatório, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 1 a 9,caracterizado pelo fato de que um teor da resina termo-plástica é de 10 a 800 partes em peso com base em 100 partes em peso das fibras de reforço (1).

11. Produto conformado de material compósito reforçado por fibras caracterizado pelo fato de que é obtido a partir do tapete aleatório como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. Produto conformado de material compósito reforçado por fibras, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que uma razão obtida ao dividir um valor maior por um valor menor de valores de módulos de tração em duas direções que são ortogonais entre si é menor ou igual a 2.

13. Produto conformado de material compósito reforçado por fibras, de acordo com a reivindicação 11 ou 12,caracterizado pelo fato de que uma espessura é de 0,2 a 100 mm.