CN107108915A - 增强纤维复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增强纤维复合材料，其为包含不连续增强纤维和基体树脂的增强纤维复合材料，所述不连续增强纤维至少包含不连续增强纤维聚集体，所述不连续增强纤维中包含至少5重量％以上的不连续增强纤维聚集体(A)，对于所述不连续增强纤维聚集体(A)而言，将不连续增强纤维聚集体进行二维投影时的、与不连续增强纤维的取向方向交差的方向上的不连续增强纤维聚集体的宽度被拓宽得最宽的最宽拓宽部存在于除了该不连续增强纤维聚集体的两端部以外的位置，该最宽拓宽部的宽度厚度比(不连续增强纤维聚集体的宽度/不连续增强纤维聚集体的厚度)为不连续增强纤维聚集体的至少一侧端部的宽度厚度比的1.3倍以上。本发明可提供能够以高水平同时实现成型时的高流动性和高机械特性、且具备尤其在流动成型时呈现优异的流动性、二维各向同性的最佳条件的增强纤维复合材料。

Description

增强纤维复合材料
技术领域
本发明涉及包含不连续增强纤维和基体树脂的增强纤维复合材料，尤其涉及通过使不连续增强纤维以现有技术中不存在的特定聚集体形态被包含在增强纤维复合材料中，从而二维各向同性、均匀性优异，且使用其制作成型品时能够同时实现高流动性和高机械特性的增强纤维复合材料。
背景技术
包含增强纤维和基体树脂的增强纤维复合材料由于可获得高的机械特性，所以被用于各种成型品的制造，在各种领域的需求正逐年增加。
作为具有高功能特性的增强纤维复合材料的成型方法，最常实施的方法是下述高压釜成型法：将被称为预浸料坯的半固化状态的中间基材(其是使基体树脂含浸在连续的增强纤维中而得到的)层合，通过在高温高压釜中加热加压将基体树脂固化，从而将连续纤维增强复合材料成型。此外，近年来，出于提高生产效率的目的，也实施将基体树脂含浸在预先赋形为构件形状的连续纤维基材中并进行固化的RTM(树脂传递模塑)成型等。利用这些成型法得到的增强纤维复合材料由于为连续纤维，因此具有优异的力学物性。此外，由于连续纤维规则排列，因此，可利用基材的配置而设计为所需要的力学物性，力学物性的偏差也小。然而，另一方面，由于为连续纤维，因此难以形成三维形状等复杂的形状，主要限于接近平面形状的构件。
作为适合三维形状等复杂形状的成型方法，有使用了SMC(片状模塑料)、冲压成型片材的成型等。SMC成型品可通过下述方法得到：将增强纤维的线束以例如使纤维长度成为25mm左右的方式在与纤维垂直的方向上进行切割，使基体树脂(其为热固性树脂)含浸在该短切线束中，制成半固化状态的片状基材(SMC)，使用加热型加压机将所述片状基材加热加压。冲压成型片材成型品可通过下述方法得到：使热塑性树脂含浸在无纺布毡(其由例如切割为25mm左右的短切线束及/或不连续的增强纤维形成)等中，得到片状基材(冲压成型片材)，用红外线加热器等暂时将所述片状基材加热至热塑性树脂的熔点以上，在规定温度的模具中冷却加压。
多数情况下，在加压前将SMC、冲压成型片材切割成比成型体的形状小的形状并将其配置于成型模具上，通过加压进行延展(使其流动)而成型为成型体的形状。因此，通过这样的流动也能够追随三维形状等复杂的形状。然而，对于SMC、冲压成型片材而言，在其片状化工序中，必然会发生短切线束、无纺布毡的分布不均、取向不均，因此力学物性降低、或力学物性的数值的偏差变大。另外，由于上述分布不均、取向不均，会导致尤其是薄型构件容易发生翘曲、缩痕(sink mark)等。
为了消除上述材料的缺点，例如专利文献1、2中提出了下述碳纤维毡：在将碳纤维束暂时拓宽后，沿宽度方向进行分割、切割，由此来规定不连续碳纤维毡中的特定的碳纤维束的重均纤维宽度。然而，如上述专利文献1、2中记载的那样，若将碳纤维束沿宽度方向分割，则导致所得碳纤维复合材料中碳纤维彼此的接触点数量增加而流动性恶化。此外，碳纤维毡中的宽度及厚度是以相对于纤维聚集体的长度方向(纤维长度方向)而言的截面形状由矩形形状、椭圆状形成的大致均匀的柱状体为前提的，对于纤维宽度窄的碳纤维毡而言，纤维厚度越薄，使用其制造的碳纤维复合材料成型品的机械特性越优异，但成型时的流动性低、成型性差。这是因为：由于作为增强纤维的碳纤维充分分散，所以应力不易集中，可充分呈现碳纤维的增强效果，但另一方面，碳纤维彼此交叉而限制了相互的移动，从而变得难以移动。
此外，对于纤维宽度宽的碳纤维毡而言，纤维彼此的接触面积容易变大，限制相互的移动从而变得不易移动，因此，不易在成型时呈现流动性，成型性差。此外，纤维厚度越厚，则使用其制造的碳纤维复合材料成型品的成型时的流动性越优异，但对成型肋部等复杂形状、厚度薄的成型体的模具的追随性差，机械特性低。这是因为：由于碳纤维束粗，因而碳纤维彼此没有形成网状结构(network)，因此，虽然在流动初始阶段容易移动，但在成型肋部等复杂形状、厚度薄的成型体时，碳纤维束彼此交织，阻碍基体树脂的流动，并且应力容易集中于碳纤维束的端部。
此外，专利文献3中公开了在使线束开纤后进行裁切、并含浸热固性树脂而得到的碳纤维复合材料及其制造方法，但与上述专利文献1、2同样地，碳纤维宽度及厚度是以相对于纤维聚集体的长度方向(纤维长度方向)而言的截面为大致矩形形状的大致均匀的柱状体为前提的，对于纤维宽度宽的碳纤维片材而言，纤维厚度越厚，使用其制造的碳纤维复合材料成型品成型时的流动性越优异，但是对成型肋部等复杂形状、厚度薄的成型体的模具的追随性差，机械特性低。此外，纤维厚度越薄，使用其制造的碳纤维复合材料成型品的机械特性越优异，但流动性差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2014/201315号公报
专利文献2：WO2014/021316号公报
专利文献3：日本特开2008-254191号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的课题在于，提供能够以高水平同时实现以往的包含增强纤维和树脂的增强纤维复合材料所不能实现的成型时的高流动性和高机械特性，且具备尤其在流动成型时呈现优异的流动性、优异的机械特性的最佳条件的增强纤维复合材料。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明涉及的增强纤维复合材料为包含不连续增强纤维和基体树脂的增强纤维复合材料，所述不连续增强纤维至少包含不连续增强纤维聚集体，其特征在于，所述不连续增强纤维中包含至少5重量％以上的不连续增强纤维聚集体(A)，对于所述不连续增强纤维聚集体(A)而言，将所述不连续增强纤维聚集体进行二维投影时的、与该不连续增强纤维的取向方向(将后述的图1(B)所示的不连续增强纤维聚集体的两端部的中点连接成线形而成的方向)交差的方向上的该不连续增强纤维聚集体的宽度被拓宽得最宽的最宽拓宽部存在于除了该不连续增强纤维聚集体的两端部以外的位置，该最宽拓宽部的宽度厚度比(如后述的图1(C)、(D)所示，不连续增强纤维聚集体的宽度m/不连续增强纤维聚集体的厚度h)为所述不连续增强纤维聚集体的至少一侧端部的宽度厚度比(如后述的图1(C)、(D)所示，不连续增强纤维聚集体的宽度Mn/不连续增强纤维聚集体的厚度Hn，其中，n表示不连续增强纤维聚集体的任一侧的端部的位置，n＝1或2)的1.3倍以上。
如上所述的本发明涉及的增强纤维复合材料中，通常，若增强纤维进入基体树脂中，则在成型时，复合材料的流动性降低，但通过增加不连续增强纤维为聚集体形态的不连续增强纤维的配合量，可抑制所述流动性的降低，从而能够实现良好的流动性。但是，当如不连续增强纤维聚集体例如为相对于长度方向而言的截面形状由矩形、大致圆形形成的柱状体那样，相对于不连续增强纤维聚集体的长度方向(纤维取向方向)而言的聚集体的宽度及厚度为恒定时，在聚集体的宽度宽的情况下，流动性优异，但存在局部难以成为二维各向同性的倾向。此外，在聚集体的宽度窄的情况下，容易成为二维各向同性，但存在流动性差的倾向。即，重视良好的流动性的不连续增强纤维聚集体的最佳形态和重视二维各向同性的不连续增强纤维聚集体的最佳形态未必是相同的形态，本发明综合考虑了上述情况等，优化了增强纤维复合材料中的不连续增强纤维的结构，以使得尤其均衡性良好地同时实现了良好的流动性和二维各向同性。
为了呈现出高流动性和高二维各向同性，不连续增强纤维中包含的不连续增强纤维聚集体(A)的该最宽拓宽部的宽度厚度比优选为至少一侧端部的宽度厚度比的1.3倍以上且20倍以下，进一步优选为1.5倍以上，更进一步优选为2倍以上。通过使不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部宽度厚度比大于端部的宽度厚度比，从而基体树脂容易含浸于不连续增强纤维聚集体(A)内，因此容易实现强度、弹性模量。进而，关于纤维聚集体的相对于长度方向(纤维长度方向)而言的增强纤维宽度及厚度，与相对于长度方向而言的截面形状由矩形、大致圆形形成的柱状体相比，纤维在更多方向上取向，因此得到的增强纤维复合材料更容易成为二维各向同性。
此外，详细情况如后述的那样，不连续增强纤维聚集体(A)在端部通过增强纤维彼此的缠结、附着于增强纤维的上浆剂等而一体化。因此，流动成型时、尤其是流动开始时以聚集体单元的形式开始流动，即使流动中不连续纤维聚集体彼此过度地相互交织、并形成阻碍基体树脂的流动的桥(bridge)，由于最宽拓宽部被部分地分纤及开纤，使得利用基体树脂的剪切力，最宽拓宽部成为起点，不连续增强纤维聚集体(A)在被分纤及开纤的同时容易流动，不阻碍基体树脂的流动，呈现优异的流动性。
对于不连续增强纤维聚集体(A)而言，若最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧端部的宽度厚度比而言低于1.3倍，则在流动成型时，不连续增强纤维聚集体(A)中难以发生分纤及开纤，不连续纤维聚集体彼此过度地相互交织，阻碍基体树脂的流动，导致流动性恶化，若大于20倍，则过度地施予拓宽，导致不连续增强纤维聚集体(A)的起毛、纤维断裂，导致强度降低。
相对于增强纤维复合材料中包含的不连续增强纤维总量，增强纤维复合材料中包含的不连续增强纤维聚集体(A)优选为至少5重量％以上且100％以下，更优选为10重量％以上，进一步优选为20重量％以上。若小于5重量％，则由不连续增强纤维聚集体(A)所带来的呈现高流动性及高二维各向同性的效果不充分。本发明的不连续增强纤维聚集体(A)不是绒毛等单丝附着于短切线束及将短切线束拓宽并分纤后的短切线束而得到的短切线束，而是有意地将不包括两端部的位置进行分纤及拓宽而得到的不连续增强纤维聚集体。
为了呈现更高的流动性及更高的二维各向同性，作为上述不连续增强纤维聚集体(A)，优选包含最宽拓宽部的宽度厚度比大于30(更优选大于30且小于500)的不连续增强纤维聚集体。若不连续增强纤维聚集体的最宽拓宽部的宽度厚度比为30以下，则在流动成型时，不连续增强纤维聚集体(A)中难以发生分纤及开纤，不连续纤维聚集体彼此过度地互相交织，阻碍基体树脂的流动，导致流动性恶化，若为500以上，则过度地施予拓宽，导致不连续增强纤维聚集体(A)的起毛、纤维断裂，导致强度降低。
此外，为了更加可靠地呈现高流动性，优选包含将上述不连续增强纤维聚集体(A)进行二维投影时的至少一侧端部的宽度和该不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度满足最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3以上(更优选为1.3以上且小于50，进一步优选为1.5以上，更进一步优选为1.7以上)的不连续增强纤维聚集体。若不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度与端部的聚集体宽度之比即最宽拓宽部宽度/端部宽度小于1.3，则在流动成型时，不连续增强纤维聚集体(A)中难以发生分纤及开纤，不连续纤维聚集体彼此过度地互相交织，阻碍基体树脂的流动，导致流动性恶化，若为50以上，则过度地施予拓宽，导致不连续增强纤维聚集体(A)的起毛、纤维断裂，导致强度降低。
另外，为了可靠地呈现高流动性，优选包含不连续纤维聚集体(A)的至少一侧端部的厚度和不连续纤维聚集体(A)的最宽拓宽部厚度满足端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上(更优选为1.2以上且小于100，进一步优选为1.5以上)的不连续增强纤维聚集体。若不连续纤维聚集体(A)的至少一侧端部的厚度与最宽拓宽部的厚度之比即端部厚度/最宽拓宽部厚度小于1.2，则在流动成型时，不连续增强纤维聚集体(A)中难以发生分纤及开纤，不连续纤维聚集体彼此过度地互相交织，阻碍基体树脂的流动，导致流动性恶化，若端部厚度/最宽拓宽部厚度为100以上，则过度地施予拓宽，导致不连续增强纤维聚集体(A)的起毛、纤维断裂，导致强度降低。
另外，为了均衡性良好地同时实现流动性和二维各向同性，优选包含由不连续纤维聚集体(A)的至少单侧端部宽度和最宽拓宽部的宽度算出的拓宽角度大于5°的不连续增强纤维聚集体，更优选拓宽角度大于5°且小于90°。此处，
拓宽角度＝tan-1{(最宽拓宽部的宽度-端部的宽度)/2/端部与最宽拓宽部之间的距离}。
进一步优选大于8°且小于85°。若拓宽角度为5°以下，则不连续纤维以聚集体单元的形式沿同一方向取向，二维各向同性的呈现不充分，若大于90°，则过度地施予拓宽，导致不连续增强纤维聚集体(A)的起毛、纤维断裂，导致强度降低。
此外，为了均衡性良好地同时实现强度和流动性，不连续增强纤维的数均纤维长度优选为5mm以上且小于100mm。若数均纤维长度小于5mm，则导致强度降低，若数均纤维长度为100mm以上，则增强纤维的纤维之间的接触点数量增加，导致流动性恶化。
此外，为了可靠地呈现强度，优选不连续增强纤维聚集体(A)的两端部以相对于不连续纤维聚集体的长度方向(将后述的图3所示的不连续增强纤维聚集体的两端部的中点连接成线形的方向，纤维取向方向)呈2°～30°的角度θ的方式被切割。通过以呈角度θ的方式进行切割，从而不连续增强纤维聚集体(A)端部的增强纤维表面积增加，集中于不连续增强纤维的端部的应力被缓和，呈现增强纤维复合材料的强度。
本发明涉及的增强纤维复合材料中，作为不连续增强纤维，可使用为了成型纤维增强复合材料所使用的任何增强纤维，本发明尤其适合不连续增强纤维由碳纤维形成的情况、含有碳纤维作为不连续增强纤维的情况。
发明的效果
如上所述，根据本发明涉及的增强纤维复合材料，可提供能够均衡性良好地实现成型时的优异的流动性和成型品的高机械特性、二维各向同性中的全部特性的增强纤维复合材料。
附图说明
[图1](A)表示示出本发明中使用的不连续增强纤维聚集体的一个例子的立体图，(B)表示(A)中示出的不连续增强纤维聚集体沿(B)方向的(沿水平面的)投影图，其表示纤维取向方向的一个例子，(C)表示(A)中示出的不连续增强纤维聚集体沿(B)方向的(沿水平面的)二维投影图，(D)表示(A)中示出的不连续增强纤维聚集体的(C)方向投影图。
[图2]是表示本发明中使用的不连续增强纤维片材制造装置的一个例子的结构简图。
[图3]是表示本发明中的不连续增强纤维聚集体的端部以呈角度θ的方式被切割的一个例子的二维投影简图。
[图4]是表示本发明中的不连续增强纤维聚集体的端部及最宽拓宽部的厚度测定位置的例子的二维投影简图。
具体实施方式
以下，利用实施例、比较例对本发明进行详细说明。
首先，对本发明的方式及本发明中特别优选的方式进行说明。
本发明涉及的增强纤维复合材料中，增强纤维复合材料由不连续增强纤维和基体树脂形成。其特征在于，不连续增强纤维至少以规定的比例包含不连续增强纤维聚集体(A)，不连续增强纤维聚集体(A)为图1所示那样的规定的聚集体形状。图1中，图1(A)表示这样的规定的聚集体形状的一个例子涉及的形状的不连续增强纤维聚集体(A)1，图1(B)为图1(A)中示出的不连续增强纤维聚集体(A)1沿(B)方向的(沿水平面的)投影图5，其中示出了不连续增强纤维聚集体(A)1的最宽拓宽部2、单侧端部3、4、纤维取向方向6、端部3、4的中点7。同样地，图1(C)为图1(A)中示出的不连续增强纤维聚集体(A)1沿(B)方向的(沿水平面的)二维投影图5，其中示出了最宽拓宽部2的宽度m、从最宽拓宽部2至各端部3、4的距离L1、L2、各端部3、4的宽度M1、M2，图1(D)为图1(A)中示出的不连续增强纤维聚集体(A)1的(C)方向的投影图8，其中示出了最宽拓宽部2的厚度h、各端部3、4的厚度Hn(n＝1，2)。
对于本发明涉及的不连续增强纤维聚集体(A)而言，重要的是，将不连续增强纤维聚集体进行二维投影时的、与该不连续增强纤维的取向方向交差的方向上的该不连续增强纤维聚集体宽度被拓宽得最宽的最宽拓宽部存在于除了该不连续增强纤维聚集体的两端部以外的位置，该最宽拓宽部的宽度厚度比(不连续增强纤维聚集体的宽度/不连续增强纤维聚集体的厚度)为所述不连续增强纤维聚集体的至少一侧端部的宽度厚度比的1.3倍以上。对于不连续增强纤维聚集体(A)而言，最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧的单侧端部的宽度厚度比优选为1.3倍以上且20倍以下，进一步优选为1.5倍以上，更进一步优选为2倍以上。
通过使最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧的单侧端部的宽度厚度比为1.3倍以上，由此基体树脂容易含浸于不连续增强纤维聚集体(A)内，因此容易呈现强度、弹性模量，且该不连续增强纤维聚集体(A)与截面形状由矩形、大致圆形形成的柱状体相比，不连续增强纤维聚集体(A)中的纤维在更多方向上取向，因此，得到的增强纤维复合材料更容易成为二维各向同性。此外，不连续增强纤维聚集体(A)在两端部通过增强纤维彼此的缠结、附着于增强纤维的上浆剂等而一体化，因此，流动成型时尤其是流动开始时以聚集体单元的形式开始流动，即使流动中不连续纤维聚集体彼此过度地相互交织、阻碍基体树脂的流动，由于最宽拓宽部被部分地分纤及开纤，使得利用基体树脂的剪切力，最宽拓宽部成为起点，不连续增强纤维聚集体(A)在被分纤及开纤的同时容易流动，不阻碍基体树脂的流动，呈现优异的流动性。
此外，最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧的单侧端部的宽度厚度比为20倍以下，由此不连续增强纤维聚集体难以产生因拓宽导致的起毛、纤维断裂，可抑制强度降低。另外，在流动成型时，具体而言，在以不连续增强纤维聚集体单元的形式开始流动时，由于最宽拓宽部被分纤及开纤，使得最宽拓宽部成为起点，不连续增强纤维聚集体(A)利用由基体树脂产生的剪切力被开纤及分纤同时进行流动，由此不阻碍基体树脂的流动，呈现优异的流动性。不仅如此，即使是肋部等复杂的形状，在流动中，从不连续增强纤维聚集体(A)开纤及分纤了的不连续纤维变得容易沿着复杂形状流入，呈现优异的成型性。
相对于增强纤维复合材料中包含的不连续增强纤维总量，增强纤维复合材料中包含的不连续增强纤维聚集体(A)至少为5重量％以上是重要的。相对于增强纤维复合材料中包含的不连续增强纤维总量，不连续增强纤维聚集体(A)优选为5重量％以上且100％以下。通过含有相对于不连续增强纤维总量而言至少为5重量％以上的不连续增强纤维聚集体(A)，可充分地发挥不连续增强纤维聚集体(A)所带来的高流动性及二维各向同性的呈现效果。不连续增强纤维聚集体(A)更优选为10重量％以上，进一步优选为20重量％以上。
对于不连续增强纤维而言，除了不连续增强纤维聚集体(A)以外，还可包含以下线束：将在制作不连续增强纤维片材时形成的开纤至单丝水平的不连续增强纤维、线束直接切割而得到的短切线束；短切线束沿宽度方向被分割而得到的分纤短切线束；除两端部以外的位置被部分地分割及拓宽，但不符合聚集体形状的短切线束；短切线束整体被拓宽而得到的拓宽短切线束；短切线束整体被拓宽、分割而得到的拓宽分割线束等。
此外，优选包含不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度厚度比大于30的不连续增强纤维聚集体。此外，更优选包含宽度厚度比大于30且小于500的不连续增强纤维聚集体。通过包含最宽拓宽部的宽度厚度比大于30的不连续增强纤维聚集体，从而使得纤维在更多方向上取向，因此，得到的增强纤维复合材料更容易成为二维各向同性。此外，通过包含最宽拓宽部的宽度厚度比小于500的不连续增强纤维聚集体，从而在不连续增强纤维聚集体中不易产生因拓宽导致的起毛、纤维断裂，可抑制强度降低。需要说明的是，相对于全部不连续增强纤维聚集体(A)，宽度厚度比大于30的不连续增强纤维聚集体优选占50％以上，更优选占80％以上，进一步优选占90％以上。通过使不连续增强纤维聚集体(A)基本上由宽度厚度比大于30的不连续增强纤维聚集体形成，可发挥上述那样的容易使增强纤维复合材料成为二维各向同性的效果。
对于至少一侧的端部宽度(图1(C)中的M1或M2)和该不连续增强纤维聚集体(A)的长度方向中的最宽拓宽部的宽度(图1(C)中的m)，上述不连续增强纤维聚集体(A)优选包含最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3以上的不连续增强纤维聚集体。此外，更优选包含最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3倍以上且小于50的不连续增强纤维聚集体。通过包含最宽拓宽部宽度/端部宽度扩展为1.3倍以上的不连续增强纤维聚集体，在流动成型时，具体而言，在以不连续增强纤维聚集体单元的形式开始流动时，由于最宽拓宽部被分纤及开纤，使得最宽拓宽部成为起点，不连续增强纤维聚集体(A)利用由基体树脂所产生的剪切力被开纤及分纤同时进行流动，由此不阻碍基体树脂的流动，容易呈现优异的流动性。此外，通过包含最宽拓宽部宽度/端部宽度小于50倍的不连续增强纤维聚集体，不连续增强纤维聚集体难以产生因拓宽导致的起毛、纤维断裂，可抑制强度降低。最宽拓宽部宽度/端部宽度更优选为1.5以上，进一步优选为1.7以上。
需要说明的是，相对于不连续增强纤维聚集体(A)，最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3倍以上的不连续增强纤维聚集体优选占50％以上，更优选占80％以上，进一步优选占90％以上。通过使不连续增强纤维聚集体(A)基本上由最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3倍以上的不连续增强纤维聚集体形成，可发挥上述那样的呈现优异的流动性的效果。
上述不连续增强纤维聚集体(A)优选包含端部厚度/最宽拓宽部厚度(至少一侧的端部厚度(图1(D)中的H1或H2)相对于最宽拓宽部厚度(图1(D)中的h))为1.2以上的不连续增强纤维聚集体。此外，更优选包含端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上且小于100的不连续增强纤维聚集体。通过包含端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上的不连续增强纤维聚集体，在流动成型时，具体而言，在以不连续增强纤维聚集体单元的形式开始流动时，由于最宽拓宽部被分纤及开纤，使得最宽拓宽部成为起点，不连续增强纤维聚集体(A)利用由基体树脂产生的剪切力被开纤及分纤同时进行流动，由此不阻碍基体树脂的流动，容易呈现优异的流动性。此外，通过包含端部厚度/最宽拓宽部厚度小于100的不连续增强纤维聚集体，从而不连续增强纤维聚集体不易产生因拓宽导致的起毛、纤维断裂，可抑制强度降低。理想的是，端部厚度/最宽拓宽部厚度更优选为1.5以上。需要说明的是，相对于不连续增强纤维聚集体(A)，端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上的不连续增强纤维聚集体优选占50％以上，更优选占80％以上，进一步优选占90％以上。通过使不连续增强纤维聚集体(A)基本上由端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上的不连续增强纤维聚集体形成，可发挥上述那样的呈现优异的流动性的效果。
上述不连续纤维聚集体(A)优选包含由至少一侧的端部宽度和最宽拓宽部的宽度算出的拓宽角度大于5°的不连续增强纤维聚集体。此外，更优选包含由至少一侧端部的宽度和最宽拓宽部的宽度算出的拓宽角度大于5°且小于90°的不连续增强纤维聚集体。此处，
拓宽角度＝tan-1{(m-Mn)/2/Ln}(m表示最宽拓宽部的宽度，L表示从最宽拓宽部至单侧端部的距离，n表示不连续增强纤维聚集体的任一侧的端部的位置，n＝1或2)。
通过包含拓宽角度大于5°的不连续增强纤维聚集体，由此不阻碍基体树脂流动，容易呈现优异的流动性，不仅如此，不连续增强纤维在更宽的范围进行取向，因此得到的增强纤维复合材料更能够成为二维各向同性，故而优选。通过包含拓宽角度小于90°的不连续增强纤维聚集体，由此不连续增强纤维聚集体不易产生因拓宽导致的起毛、纤维断裂，可抑制强度降低。更优选为大于8°且小于85°。需要说明的是，相对于不连续增强纤维聚集体(A)，拓宽角度大于5°的不连续增强纤维聚集体优选占50％以上，更优选占80％以上，进一步优选占90％以上。通过使不连续增强纤维聚集体(A)基本上由拓宽角度大于5°的不连续增强纤维聚集体形成，可发挥上述那样的容易使增强纤维复合材料成为二维各向同性的效果。
对上述的不连续增强纤维聚集体的宽度、厚度进行测定，结果也可能会有1个不连续增强纤维聚集体例如满足宽度厚度比大于30、同时最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3以上。
此处，本发明中为了得到增强纤维复合材料而使用的增强纤维没有特别限定，可使用高强度、高弹性模量增强纤维，也可合用上述中的1种或2种以上。例如，增强纤维为碳纤维的情况下，可举出聚丙烯腈(PAN)系、沥青系、人造丝系等的碳纤维。从得到的成型品的强度与弹性模量的均衡性的观点考虑，优选PAN系碳纤维。碳纤维的密度优选为1.65～1.95g/cm3，进一步优选为1.7～1.85g/cm3。对于密度过大的碳纤维而言，得到的碳纤维复合材料的轻质性能差，对于密度过小的碳纤维而言，有时得到的碳纤维复合材料的机械特性降低。
此外，从生产率的观点考虑，为了得到本发明的增强纤维复合材料而使用的增强纤维优选为使单丝集束而得到的增强纤维线束，优选增强纤维线束中的单丝数多的线束。制成增强纤维线束时的单丝数可在1,000～100,000根的范围内使用，特别优选在10,000～70,000根的范围内使用。对于增强纤维而言，根据需要，可将分纤增强纤维线束(其是用线束分纤用分切机等将增强纤维线束分割成期望的线束数量而得到的)切割成规定的长度来使用。通过将线束分纤成期望的线束数量，从而与未处理的线束相比，制成增强纤维复合材料时的均匀性提高，机械特性优异，因此，可作为优选的例子例举。
作为增强纤维的单丝弯曲刚性，例如增强纤维为碳纤维的情况下，优选在1×10-11～3.5×10-11Pa·m4的范围内，更优选在2×10-11～3×10-11Pa·m4的范围内。通过使单丝弯曲刚性在上述范围内，从而在后述的制造增强纤维无纺布片材的工序中，可使得到的增强纤维无纺布片材的品质稳定。
此外，出于提高与基体树脂的粘接性等目的，优选对为了得到增强纤维复合材料而使用的增强纤维线束进行表面处理。作为表面处理的方法，有电解处理、臭氧处理、紫外线处理等。此外，出于防止增强纤维线束的起毛、提高增强纤维线束的集束性、或提高与基体树脂的粘接性等目的，也可赋予上浆剂。作为上浆剂，没有特别限定，可以使用具有环氧基、氨基甲酸酯基、氨基、羧基等官能团的化合物，这些上浆剂可使用1种或合用2种以上。
此处，所谓上浆处理，是指如下处理方法：将通过表面处理工序和水洗工序等被水润湿的水分率为20～80重量％左右的水润湿增强纤维线束进行干燥，然后附着含有上浆剂的液体(上浆液)。
作为上浆剂的赋予方法，没有特别限定，例如有如下方法：介由辊在上浆液中浸渍的方法；与附着有上浆液的辊接触的方法；将上浆液制成雾状并进行吹喷的方法等。此外，间歇式、连续式均可，但优选生产率良好、能够减小偏差的连续式。此时，优选对上浆液浓度、温度、丝条张力等进行控制，以使上浆剂有效成分相对于增强纤维线束的附着量在适当范围内并均匀地附着。此外，更优选在赋予上浆剂时利用超声波使增强纤维线束振动。
干燥温度和干燥时间可以根据化合物的附着量进行调整，但考虑到缩短将用于赋予上浆剂的溶剂完全除去、干燥所需要的时间，另一方面，防止上浆剂的热劣化，防止增强纤维线束变硬、束的扩散性恶化，则干燥温度优选为150℃以上且350℃以下，更优选为180℃以上且250℃以下。
上浆剂附着量相对于仅增强纤维线束的质量而言，优选赋予0.01质量％以上且10质量％以下，更优选赋予0.05质量％以上且5质量％以下，进一步优选赋予0.1质量％以上且5质量％以下。在0.01质量％以下时，难以呈现粘接性提高的效果。在10质量％以上时，存在使成型品的物性降低的情况。
本发明中，作为用于增强纤维复合材料的基体树脂，可使用热塑性树脂或/及热固性树脂。作为热塑性树脂，没有特别限制，可在不使作为成型品的机械特性大幅降低的范围内进行适当选择。若举例说明，则可使用聚乙烯树脂、聚丙烯树脂等聚烯烃类树脂，尼龙6树脂、尼龙6，6树脂等聚酰胺类树脂，聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂等聚酯类树脂，聚苯硫醚树脂，聚醚酮树脂，聚醚砜树脂，芳香族聚酰胺树脂等。其中，优选由聚酰胺树脂、聚丙烯树脂、聚苯硫醚树脂中的任一种形成。
作为热固性树脂，没有特别限制，可在不使作为成型品的机械特性大幅降低的范围内进行适当选择。若举例说明，则可使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、环氧丙烯酸酯树脂、氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂、苯氧基树脂、醇酸树脂、氨基甲酸酯树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂等。其中，优选包含环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂中的任何、或它们的混合物。在使用热固性树脂的混合物时，优选混合的热固性树脂彼此具有相容性或亲和性高。
本发明中使用的热固性树脂的粘度没有特别限制，优选常温(25℃)时的树脂粘度为100～100,000mPa·s。
对于本发明中使用的基体树脂，只要在能够实现本发明的目的的范围内，还可根据其用途而在热塑性树脂或/及热固性树脂中添加各种添加剂。例如，可添加云母、滑石、高岭土、水滑石、绢云母、膨润土、硬硅钙石、海泡石、蒙皂石、蒙脱石、硅灰石、二氧化硅、碳酸钙、玻璃珠、玻璃薄片、玻璃微球、粘土、二硫化钼、氧化钛、氧化锌、氧化锑、聚磷酸钙、石墨、硫酸钡、硫酸镁、硼酸锌、硼酸钙、硼酸铝晶须、钛酸钾晶须及高分子化合物等填充材料、金属系、金属氧化物系、炭黑及石墨粉末等导电性赋予材料、溴化树脂等的卤素系阻燃剂、三氧化锑、五氧化锑等锑系阻燃剂、多磷酸铵、芳香族磷酸酯及红磷等的磷系阻燃剂、硼酸金属盐、羧酸金属盐及芳香族磺酰亚胺金属盐等有机酸金属盐系阻燃剂、硼酸锌、锌、氧化锌及锆化合物等无机系阻燃剂、氰尿酸、异氰尿酸、三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺及氮化胍等氮系阻燃剂、PTFE(聚四氟乙烯)等的氟系阻燃剂、聚有机硅氧烷等有机硅系阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁等金属氢氧化物系阻燃剂、或其他的阻燃剂、氧化镉、氧化锌、氧化亚铜、氧化铜、氧化亚铁、氧化铁、氧化钴、氧化锰、氧化钼、氧化锡及氧化钛等阻燃助剂、颜料、染料、润滑剂、脱模剂、增容剂、分散剂、云母、滑石及高岭土等晶核剂、磷酸酯等增塑剂、热稳定剂、抗氧化剂、防着色剂、紫外线吸收剂、流动性改性剂、发泡剂、抗菌剂、减振剂、防臭剂、滑动性改性剂、及聚醚酯酰胺等抗静电剂等。
此外，将热固性树脂用作基体树脂的情况下，只要在能够实现本发明的目的的范围内，可含有上述的热塑性树脂、其他的低收缩剂等添加物。
作为得到不连续增强纤维片材的工序，只要为能够实现本发明的目的的范围则没有特别限制。作为优选的一个例子，例如，如图2所示，可例举包含：输送增强纤维线束23的输送辊21、21；对除了两端部以外的位置，部分地进行拓宽及/或分纤处理的喷气头(airhead)24；将增强纤维线束23切割为规定的尺寸的切割器22和切割用台26；将不连续增强纤维积聚成片状的输送带(conveyer)27。
此处，输送辊21只要在能够实现本发明的目的的范围内则没有特别限制，可例举在辊间夹挤而进行输送的机构。此时，作为优选例，可例举将单侧辊设为金属辊，将另一侧的辊设为橡胶辊。
喷气头24只要在能够实现本发明的目的的范围内则没有特别限制，优选在将被送出的增强纤维线束23进行切割之前，对除两端部以外的位置间歇性地吹喷气体的机构。对于间歇性地吹喷的气体而言，只要不阻碍本发明的课题则没有特别限制，可例举0.01MPa～1Mpa的范围。若气体的压力过弱，则不连续增强纤维聚集体部分地无法被充分拓宽及/或分纤，若气体的压力过强，则增强纤维之间的交织容易解开，无法得到不连续增强纤维聚集体(A)的形态。此外，作为优选例也可例举以下的方法：在拓宽时，利用夹持辊(nip roll)25固定线束的送出侧，利用输送辊21预先将线束送出夹持辊25与输送辊21之间的距离以上，在已使线束松弛了的状态下利用喷气头24对除了两端部以外的位置部分地进行拓宽及/或分纤。
除此之外，还可例举在将被送出的增强纤维线束切割为规定的尺寸之前，利用分纤用分切机等将除两端部之外的位置物理性地拓宽及/或分纤的方法等。
对于将增强纤维线束向后述的切割器22输送的角度而言，只要不阻碍本发明的课题，则没有特别限制，可以将增强纤维线束被输送的方向设为0°方向，使切割用的刀刃的方向成90°以外的角度。使其成90°以外的角度的情况下，作为优选例，可例举2°～30°的角度。通过使其成90°以外的角度而进行切割，线束端部的端面的增强纤维表面积增加，集中于不连续增强纤维的端部的应力被缓和，呈现增强纤维复合材料的强度，因此，可作为更优选的例子例举。
作为切割器22，只要不阻碍本发明的课题，则没有特别限制，可例举铡刀(guillotine)刃式、旋转切割式。如前所述，相对于增强纤维线束被输送的方向而言，用于进行切割的刀刃的朝向没有特别限制，可使其具有与所述输送增强纤维线束的机构相同的角度，为旋转切割式时，可螺旋状地排列刀刃。
此外，为了均衡性良好地同时实现强度和流动性，不连续增强纤维的数均纤维长度优选为5mm以上且小于100mm。若数均纤维长度小于5mm，则在对不连续增强纤维进行拓宽时，纤维之间的交织容易解开，增强纤维充分地分纤，导致纤维之间的接触点数量增加，导致流动性恶化。若数均纤维长度大于100mm，则增强纤维的纤维之间的接触点数量增加，导致流动性恶化。
作为将不连续增强纤维积聚成片状的输送带27，只要不阻碍本发明的课题则没有特别限制，可例举落到在XY平面上自由行进的金属针布(metal wire)上的方法。此处，可在金属针布下设置吸风箱(suction box)来抽吸在将线束端部拓宽及分纤时使用的气体、或在散布经过切割的不连续增强纤维时使用的气体，从而减小片材的体积。此外，作为一个例子，可例举下述方案：代替在XY平面上自由行进的金属针布，使将切割器22和喷气头24一体化而得到的复合机构沿X方向往返，并使金属针布沿Y方向行进。
在得到不连续增强纤维片材时，不连续增强纤维片材可仅包含不连续增强纤维，也可为了保持形态而含有包含热塑性树脂或/及热固性树脂的结合材料。用于结合材料的热塑性树脂或/及热固性树脂优选使用与用于增强纤维复合材料的基体树脂相同的树脂、或与基体树脂具有相容性的树脂、与基体树脂的粘合性高的树脂而形成。
本发明中，在将基体树脂含浸在不连续增强纤维片材中时，可制作包含结合材料的不连续增强纤维片材、并将不连续增强纤维片材中所包含的结合材料的树脂直接用作基体树脂，也可制作不包含结合材料的不连续增强纤维片材、并在制造增强纤维复合材料的任选阶段含浸基体树脂。此外，即使在使用包含结合材料的不连续增强纤维片材的情况下，也可在制造增强纤维复合材料的任选阶段含浸基体树脂。
在制造增强纤维复合材料时，就上述那样的将基体树脂含浸于不连续增强纤维片材来制作增强纤维复合材料的含浸工序而言，只要在能够实现本发明的目的的范围内则没有特别限定，可采用通常工序。
将热塑性树脂用于基体树脂的情况下，可使用具有加热功能的加压机来实施。作为加压机只要能够实现含浸基体树脂时所必需的温度、压力即可，没有特别限制，可以使用具有上下移动的平面状压板(platen)的通常的加压机、或具有一对环形钢带(endlesssteel belt)行进的机构的所谓双带加压机。在所述含浸工序中，还可采用下述方法：在将基体树脂制成膜、无纺布、织物等片状后，与不连续增强纤维片材层合，并在该状态下使用上述加压机等将基体树脂作为整体熔融·含浸；预先将不连续增强纤维片材和基体树脂一体化而制成片状，将所述片状物层合，熔融·含浸；预先将不连续增强纤维片材和基体树脂一体化而制成片状，进而层合将基体树脂制成膜、无纺布、织物等片状而得到的片状物，进行熔融·含浸。
将热固性树脂用于基体树脂的情况下，只要能够实现含浸基体树脂时必需的温度、压力即可，没有特别限制，可使用具有上下移动的平面状压板的通常的加压机、或具有一对环形钢带行进的结构的所谓双带加压机、被上下辊夹持的加压辊等。在所述含浸工序中，可例举将基体树脂在脱模膜上制成片状后，用基体树脂片材夹持不连续增强纤维片材并进行加压、含浸的方法。此时，为了更可靠地进行含浸，作为优选的例子之一，可例举在减压至真空、抽出片材内部的空气之后进行加压的方法。
此外，本发明中，只要不阻碍本发明的课题，则可使不连续增强纤维片材与连续增强纤维片材、及/或不连续增强纤维片材形成夹层结构，制成增强纤维复合材料。对于夹层结构而言，可将不连续增强纤维片材用于表层和芯层中的任一者，通过将连续增强纤维片材用于表层、将不连续增强纤维片材用于芯层，制成增强纤维复合材料时的机械特性、表面品质优异，因此，可作为优选的一个例子而例举。此处，用于连续增强纤维片材、不连续增强纤维片材的增强纤维没有特别限定，例如，可使用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维、金属纤维、天然纤维、矿物纤维等，上述纤维可使用1种或并用2种以上。只要不阻碍本发明的课题，则连续增强纤维片材的增强纤维形态可使用通常的形态。例如，可例举增强纤维沿单向进行取向的单向增强纤维片材及将单向增强纤维片材沿多方向进行层合而得到的增强纤维层合片材、将增强纤维进行织造而得到的机织物增强纤维片材等。只要不阻碍本发明的课题，则不连续增强纤维片材的增强纤维形态可使用通常的形态。例如，可例举将线束切割为规定的长度、进行散布而得到的短切线束片材；使用梳理装置、气流成网装置而制造的干式不连续增强纤维片材；使用抄纸装置而制造的湿式不连续增强纤维片材等。
本发明中，对于得到的增强纤维复合材料而言，将热固性树脂用于基体树脂的情况下，可作为SMC(Sheet Molding Compaund)使用，使用热塑性树脂的情况下，可作为冲压成型片材使用。
SMC成型品可通过下述方法得到：使作为热固性树脂的基体树脂含浸在不连续增强纤维片材中，制成半固化状态的片状基材(SMC)，使用加热型加压机将所述片状基材加热加压。冲压成型片材成型品可通过下述方法得到：热塑性树脂含浸在不连续增强纤维片材中，得到片状基材(冲压成型片材)，用红外线加热器等暂时将所述片状基材加热至热塑性树脂的熔点以上，在规定温度的模具中冷却加压。
得到的成型品适合用于汽车部件、航空器部件、家庭电器制品、办公电器制品、计算机等的壳体等。
[实施例]
接下来，对本发明的实施例、比较例进行说明。
首先，对实施例、比较例中使用的特性、测定方法进行说明。
(1)不连续增强纤维聚集体的宽度的测定
从增强纤维复合材料中切出100mm×100mm的样品，在加热至550℃的电炉中将切出的样品加热1小时至2小时左右，烧尽基体树脂等有机物。从烧尽有机物后的样品中取出不连续增强纤维片材，使用镊子等，从不连续增强纤维片材中以不破坏所有聚集体单元的形状的方式慎重地取出不连续增强纤维，从不连续增强纤维片材中用镊子将所有不连续增强纤维聚集体取出。将取出的所有的不连续增强纤维聚集体置于平坦的台上，使用能够测定至0.1mm的游标卡尺，测定不连续增强纤维聚集体的两端部的宽度及将不连续增强纤维聚集体投影至二维平面上时的、与纤维取向方向垂直的该不连续增强纤维聚集体的宽度被拓宽得最宽的最宽拓宽部的宽度。此时，为了更正确地测定宽度，也可将不连续增强纤维的聚集体置于平坦的台上，使用数码显微镜(KEYENCE公司制)测定投影至二维平面上时的纤维聚集体的宽度。将得到的两端部及最宽拓宽部的宽度记载于记录用纸。对于两端部的束宽度均小于0.1mm的不连续增强纤维，作为开纤至单丝水平的不连续增强纤维(B)进行汇总分取。
此时，关于宽度和厚度的判断，以不连续增强纤维聚集体端部的纤维方向截面的长边作为宽度、以短边为厚度。不连续增强纤维聚集体端部以呈角度θ的方式被切割的情况下，如图3所示，宽度为将不连续增强纤维聚集体投影至二维平面上时的相对于长度方向垂直的方向的宽度。图示例中，标记2表示不连续增强纤维聚集体(A)31的最宽拓宽部，M1、M2表示其各端部的宽度。
无法从增强纤维复合材料中良好地取出不连续增强纤维片材时，可由没有含浸基体树脂的不连续增强纤维片材以同样的方式进行测定。
(2)不连续增强纤维聚集体的厚度的测定
对于所有测定了所述两端部及最宽拓宽部的宽度的不连续增强纤维聚集体，使用千分尺测定两端部的不连续增强纤维聚集体的厚度。此时，慎重地操作以防止破坏不连续增强纤维的聚集体形状，如图4所示的那样，用镊子调节位置，使得端部的端点间的中点成为千分尺的压头的中心，测定不连续增强纤维聚集体的端部厚度(41：端部的厚度测定点)。接着，对于不连续增强纤维聚集体的最宽拓宽部2同样地调节位置，使得最宽拓宽部两端点的中点成为千分尺的压头的中心，测定最宽拓宽部的厚度(42：最宽拓宽部的厚度测定点)。对最宽拓宽部比千分尺的压头直径宽2倍以上的经过分纤及拓宽的不连续增强纤维聚集体进行测定时，测定最宽拓宽部的两端点及中点这3点的厚度，使用其平均值(43：最宽拓宽部的宽度比千分尺的压头直径大2倍以上时的最宽拓宽部厚度测定点)。将得到的两端部及最宽拓宽部的厚度与上述宽度同样地记载于记录用纸。对于难以测定最宽拓宽部的厚度的不连续增强纤维聚集体，可测定端部的厚度，使用下式由端部的厚度和宽度与最宽拓宽部的宽度之比算出最宽拓宽部的厚度。
最宽拓宽部厚度＝端部厚度×端部宽度/最宽拓宽部宽度
(3)不连续增强纤维聚集体(A)的判定及重量比例的测定方法
对于不连续增强纤维聚集体，最宽拓宽部的宽度厚度比及两端部的宽度厚度比均使用下式由上述那样得到的不连续增强纤维聚集体的宽度和厚度算出。
最宽拓宽部的宽度厚度比＝最宽拓宽部的宽度/最宽拓宽部的厚度
端部的宽度厚度比＝端部的宽度/端部的厚度
根据算出的宽度厚度比，分类为：不连续增强纤维聚集体宽度被拓宽得最宽的最宽拓宽部存在于纤维取向方向上的除两侧端部以外的位置，并且最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧的端部宽度厚度比为1.3倍以上的不连续增强纤维聚集体(A)；和除此以外的非不连续增强纤维聚集体(C)。分类后，使用能够测定至1/10,000g的天平，测定不连续增强纤维聚集体(A)的总重量及非不连续增强纤维聚集体(C)、开纤至单丝水平的不连续增强纤维(B)的总重量。测定后，使用下式算出不连续增强纤维聚集体(A)在不连续增强纤维总重量中所占的重量比例。
不连续增强纤维聚集体(A)的比例＝不连续增强纤维聚集体(A)总重量/不连续增强纤维总量
此处，不连续增强纤维总量为不连续增强纤维聚集体(A)总重量+非不连续增强纤维聚集体(C)总重量+开纤至单丝水平的不连续增强纤维(B)总重量。
此时，同样地测定下述不连续增强纤维聚集体的总重量：不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧端部的宽度厚度比而言为1.5倍以上的不连续增强纤维聚集体(A-2)；不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度厚度比相对于至少一侧端部的宽度厚度比而言为2倍以上的不连续增强纤维聚集体(A-3)；不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度厚度比大于30的不连续增强纤维聚集体(A-4)；关于不连续增强纤维聚集体(A)的至少一侧的端部宽度和最宽拓宽部的宽度，最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3以上的不连续增强纤维聚集体(A-5)；关于不连续增强纤维聚集体(A)的至少一侧端部的厚度和最宽拓宽部的厚度，端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上的不连续增强纤维聚集体(A-6)，并使用下述式与上述(A)同样地算出(A-2)～(A-6)在不连续增强纤维总量中所占的重量比例。
不连续增强纤维聚集体(A-N)的比例＝不连续增强纤维聚集体(A-N)总重量/不连续增强纤维总量
此处，N＝2～6。
此外，对某一不连续增强纤维聚集体的宽度、厚度进行测定，结果有时满足(A-2)、(A-3)、(A-4)、(A-5)或(A-6)中的任一者或者同时满足上述全部。
(4)拓宽角度的计算
使用下式，由上述不连续增强纤维聚集体(A)的端部宽度和最宽拓宽部宽度算出每个不连续增强纤维聚集体(A)的拓宽角度。
拓宽角度＝tan-1((最宽拓宽部的宽度-端部的宽度)/2/端部与最宽拓宽部之间的距离}
此处，测定不连续增强纤维聚集体(A)中的拓宽角度相对于至少一侧的端部而言满足大于5°且小于90°的不连续增强纤维聚集体(A-7)的总重量，并使用上述(A-N)的比例计算式算出(A-7)在不连续增强纤维总量中所占的重量比例。
(5)Vf(冲压成型片材中的增强纤维的含有率：％)
从增强纤维复合材料中切出约2g的样品，测定其质量。然后，在加热至500～600℃的电炉中将样品加热1小时至2小时左右，从而烧尽基体树脂等有机物。冷却至室温后，测定残留的不连续增强纤维的质量。测定不连续增强纤维的质量相对于烧尽基体树脂等有机物之前的样品的质量的比例，将其作为增强纤维的含有率(％)。
(6)弯曲强度、弯曲弹性模量
按照JIS-K7171(2008)测定弯曲强度。还针对弯曲强度还计算了弯曲强度的CV值(变异系数[％])。将弯曲强度的CV值小于10％判定为弯曲强度的偏差小，为良好(○)，将CV值为10％以上判定为弯曲强度的偏差大，为不良(×)。
对于实施弯曲试验的样品，对二维平面的任意的方向(0°方向)和相对于0°方向而言的90°方向进行测定，将0°方向的平均值/90°方向的平均值在1.3～0.77的范围内的情况判定为各向同性(○)，将除此以外的情况判定为各向异性(×)。
(7)流动性的评价
<基体树脂为热塑性树脂的情况>
将1片尺寸为100mm×100mm×2mmt(厚度)的不连续增强纤维复合材料配置于已升温至热塑性树脂的熔点+40℃的加压盘上，对尺寸为100mm×100mm的样品以10MPa加压300秒，然后，在加压的状态下将加压盘冷却至热塑性树脂的固化温度-50℃，取出样品。测定该加压后的面积A2和加压前的片材的面积A1，将A2/A1/2mmt作为流动性(％/mm)。
<基体树脂为热固性树脂的情况>
将1片尺寸为100mm×100mm×2mmt(厚度)的、基体树脂未固化的不连续增强纤维复合材料前体配置于加压盘，所述加压盘已升温至使从基体树脂的流动开始直到固化为止的固化时间为300～400秒的范围内的温度，对尺寸为100mm×100mm的样品以10MPa加压600秒。测定该加压后的面积A2和加压前的片材的面积A1，将A2/A1/2mmt作为流动性(％/mm)。
(8)数均纤维长度(单元：mm)的测定方法
从不连续增强纤维复合材料切出100mm×100mm的样品，然后，在加热至500℃的电炉中将样品加热1小时～2小时左右，从而烧尽基体树脂等有机物。在冷却至室温后，用镊子从残留的不连续增强纤维片材中随机地取出400根不连续增强纤维，利用光学显微镜或扫描电子显微镜测定其长度直到0.1mm单位为止，用数均纤维长度＝∑Li/400计算增强纤维无纺布片材的数均纤维长度。此处，Li为测定的纤维长度。
接着，对本发明的实施例、比较例中使用的增强纤维、基体树脂进行说明。
碳纤维线束(1)(后述的表中简记为碳纤维(1))：
使用了纤维直径为7μm、拉伸弹性模量为230GPa、长丝数为12,000根的连续的碳纤维线束。
碳纤维线束(2)(后述的表中简记为碳纤维(2))：
使用了纤维直径为7.2μm、拉伸弹性模量为242GPa、长丝数为50,000根的连续的碳纤维线束。
基体树脂(1)：
使用了尼龙树脂(东丽(株)制，CM1001，商品名“Amilan”(注册商标))。
基体树脂(2)：
使用了将100质量份的乙烯基酯树脂(VE)树脂(Dow Chemical Company制，“DERAKANE”790(注册商标))、1质量份的过氧化苯甲酸叔丁酯(日本油脂(株)制，“PERBUTYLZ”(注册商标))，2质量份的硬脂酸锌(堺化学工业(株)制，SZ-2000)、4质量份的氧化镁(协和化学工业(株)制，MgO#40)混合而得到的树脂。
实施例1：
使用如图2所示那样的装置制作不连续碳纤维片材。向碳纤维线束(1)间歇性地吹喷压力为0.3MPa的气体0.2秒，使线束部分地拓宽及分纤，然后，以使得部分地拓宽及分纤后的位置包含于不连续纤维中、且纤维长度成为25mm的方式用切割器进行切割，并连续地生产不连续碳纤维聚集体，在输送带上进行积聚，得到每单位面积重量为100g/m2的不连续碳纤维片材。得到的不连续碳纤维片材为包含不连续碳纤维聚集体(A)的不连续碳纤维片材。接着，使用制膜机，制作由基体树脂(1)形成的每单位面积重量为100g/m2的基体树脂膜，以使得到的碳纤维复合材料平板成为厚2mm、Vf＝40％的方式将得到的不连续碳纤维片材和基体树脂膜进行层合，在升温至260℃的加压机的平板模具内预热300秒，一边施加5MPa的压力一边加压300秒，在加压状态下冷却至50℃，得到厚度为2mm的碳纤维复合材料的平板。得到的碳纤维复合材料中的碳纤维含量为Vf＝40％。得到的平板没有翘曲，由碳纤维复合材料测定0°和90°方向的弯曲强度，结果，0°和90°方向的弯曲强度的平均值为430Mpa，各方向的弯曲强度的CV值小于10％，并且，关于弯曲强度和弯曲弹性模量，0°方向的平均值/90°方向的平均值在1.3～0.77的范围内，为二维各向同性。
接着，从得到的碳纤维复合材料平板切出100mm×100mm的样品，在已加热至550℃的电炉中将切出的样品加热2小时，烧尽基体树脂，取出不连续碳纤维片材。使用镊子从取出的不连续碳纤维片材中取出在不连续碳纤维片材中的所有的不连续碳纤维聚集体，测定宽度、厚度，测定不连续碳纤维聚集体(A)、(A-2)～(A-7)在不连续碳纤维总量中所占的重量比例。此时，不连续碳纤维片材中的不连续碳纤维聚集体(A)的重量比例为35重量％，将(A-2)～(A-7)的测定结果示于表1。
另外，从碳纤维复合材料平板中切出100mm×100mm的样品，对流动性进行评价，结果，流动率为170％/mm。此外，得到的流动性评价后的样品表面品质优异，将样品在已加热至550℃的电炉中加热2小时，烧尽基体树脂，取出不连续碳纤维片材，结果不连续碳纤维片材表层的不连续碳纤维聚集体因基体树脂的剪切力而导致聚集体形状破坏、被开纤。将条件、评价结果示于表1。
实施例2：
向线束间歇性地吹喷压力为0.2MPa的气体0.2秒，使线束部分地拓宽及分纤后，得到包含已经部分地拓宽及分纤的不连续碳纤维聚集体的不连续碳纤维片材，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表1。
实施例3：
向线束间歇性地吹喷压力为0.15MPa的气体0.2秒，使线束部分地拓宽及分纤后，得到包含已经部分地拓宽及分纤的不连续碳纤维聚集体的不连续碳纤维片材，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表1。
实施例4：
使切割长度为50mm，除此之外，与实施例3同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表1。
实施例5：
向线束间歇性地吹喷压力为0.2MPa的气体0.2秒，使线束部分地拓宽及分纤后，得到包含已经部分地拓宽及分纤的不连续碳纤维聚集体的不连续碳纤维片材。接着，在聚丙烯制的脱模膜上使用刮刀涂布基体树脂(2)糊剂，以得到的碳纤维复合材料中的碳纤维相对于不连续碳纤维片材而言的含量为Vf＝40％的方式调节膜的每单位面积重量，制作基体树脂(2)膜。将得到的不连续碳纤维片材进行层合而形成的不连续碳纤维片材层合体用基体树脂(2)膜夹持，使基体树脂(2)含浸于不连续碳纤维片材层合体内，然后在40℃的条件下静置24小时，由此使基体树脂(2)充分地增粘化，得到片状的碳纤维复合材料前体。接着，将前体设置于模具升温至135℃的加压机的平板模具内，使装料比(charge ratio)(从上方观察模具时的片状成型材料面积相对于模具面积而言的比例)成为50％，一边施加5MPa的压力一边加压600秒，得到厚度为2mm、Vf＝40％的碳纤维复合材料的平板，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表1。
实施例6：
使用碳纤维线束(2)，向线束间歇性地吹喷压力为0.2MPa的气体0.2秒，使线束部分地拓宽及分纤后，得到包含已经部分地拓宽及分纤的不连续碳纤维聚集体的不连续碳纤维片材，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表1。
比较例1：
将碳纤维线束(1)直接切割为纤维长度25mm，得到不连续碳纤维聚集体的形态为相对于长度方向(纤维长度方向)而言具有大致均匀的宽度及厚度的短切线束不连续碳纤维片材。以得到的碳纤维复合材料中的碳纤维含量为Vf＝40％的方式，在得到的不连续碳纤维片材上层合包含基体树脂(1)的每单位面积重量为100g/m2的树脂膜，在升温至260℃的加压机的模具内预热300秒，一边施加5MPa的压力一边加压300秒，在加压状态下冷却至50℃，得到厚度为2mm的碳纤维复合材料的平板，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表2。得到的碳纤维复合材料的弯曲强度、弯曲弹性模量差，CV值的偏差也较大，不具备二维各向同性。此外，流动性评价后的样品表面品质差，将样品在加热至550℃的电炉中加热2小时，烧尽基体树脂，取出短切线束不连续碳纤维片材，结果短切线束不连续碳纤维片材表层的短切线束维持着短切线束形状，短切线束表面有些许起毛。将条件、评价结果示于表2。
比较例2：
将碳纤维线束(1)用以10Hz振动的振动棒进行振动拓宽，得到碳纤维线束宽度为15mm的拓宽碳纤维线束(1)。对于得到的拓宽碳纤维束(1)，使用圆盘状的分割刀刃，以0.5mm的间隔分切，将分切后的碳纤维线束(1)切割为纤维长度25mm，得到不连续碳纤维片材，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表2。得到的不连续碳纤维片材由下述短切线束形成：大多数构成线束的不连续碳纤维在长度方向(纤维长度方向)上具有大致均匀的宽度、且在宽度方向上被分割的分割短切线束；至少单侧端部被分割及拓宽，但不符合聚集体形状的短切线束，得到的碳纤维复合材料的流动性差。
比较例3：
将碳纤维线束(1)用以10Hz振动的振动棒进行振动拓宽，并将碳纤维线束宽度为11mm的拓宽碳纤维线束(1)切割为纤维长度25mm，得到不连续碳纤维片材，除此之外，与实施例1同样地操作，制造碳纤维复合材料平板，实施评价。将结果示于表2。得到的碳纤维复合材料的流动性差。
[表2]
需要说明的是，对某一不连续增强纤维聚集体的宽度、厚度进行测定，结果有时满足(A-2)、(A-3)、(A-4)、(A-5)或(A-6)中的任一者或同时满足上述全部，因此，表1、表2中，不连续增强纤维聚集体(A-2)～(A-7)之和与不连续增强纤维聚集体(A)的重量比例不一致。
产业上的可利用性
本发明涉及的增强纤维复合材料可适用于制造要求现有技术中未能达成的高流动性和二维各向同性、且机械特性的偏差小的任何纤维增强成型品。
附图标记说明
1 不连续增强纤维聚集体(A)
2 不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部
3、4 不连续增强纤维聚集体(A)的单侧端部
5 不连续增强纤维聚集体(A)的图1(B)方向上的投影图
6 不连续增强纤维聚集体(A)的纤维取向方向
7 不连续增强纤维聚集体(A)端部的中点
8 不连续增强纤维聚集体(A)的图1(C)方向上的投影图
21 输送辊
22 切割器
23 增强纤维线束
24 喷气头
25 夹持辊
26 切割用台
27 输送带
31 以具有角度的方式切割线束时的不连续增强纤维聚集体(A)
41 端部的厚度测定点
42 最宽拓宽部的厚度测定点
43 最宽拓宽部的宽度大于千分尺的压头直径的2倍时的最宽拓宽部厚度测定点

Claims (8)

1.增强纤维复合材料，其特征在于，所述增强纤维复合材料为包含不连续增强纤维和基体树脂的增强纤维复合材料，所述不连续增强纤维至少包含不连续增强纤维聚集体，所述不连续增强纤维中包含至少5重量％以上的不连续增强纤维聚集体(A)，
对于所述不连续增强纤维聚集体(A)而言，将所述不连续增强纤维聚集体进行二维投影时的、与所述不连续增强纤维的取向方向交差的方向上的所述不连续增强纤维聚集体的宽度被拓宽得最宽的最宽拓宽部存在于除了所述不连续增强纤维聚集体的两端部以外的位置，所述最宽拓宽部的宽度厚度比为所述不连续增强纤维聚集体的至少一侧端部的宽度厚度比的1.3倍以上，
所述宽度厚度比为：不连续增强纤维聚集体的宽度/不连续增强纤维聚集体的厚度。
2.如权利要求1所述的增强纤维复合材料，其特征在于，所述增强纤维复合材料包含所述不连续增强纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的宽度厚度比大于30的不连续增强纤维聚集体。
3.如权利要求1或2所述的增强纤维复合材料，其特征在于，所述增强纤维复合材料包含最宽拓宽部宽度/端部宽度为1.3以上的不连续增强纤维聚集体，其中，所述端部宽度为将所述不连续增强纤维聚集体(A)进行二维投影时的至少一侧端部的宽度，所述最宽拓宽部宽度为所述不连续增强纤维聚集体(A)中的最宽拓宽部的宽度。
4.如权利要求1～3中任一项所述的增强纤维复合材料，其特征在于，所述增强纤维复合材料包含端部厚度/最宽拓宽部厚度为1.2以上的不连续增强纤维聚集体，所述端部厚度为所述不连续纤维聚集体(A)的至少一侧端部的厚度，所述最宽拓宽部厚度为所述不连续纤维聚集体(A)的最宽拓宽部的厚度。
5.如权利要求1～4中任一项所述的增强纤维复合材料，其特征在于，所述增强纤维复合材料包含由所述不连续纤维聚集体(A)的至少一侧端部的宽度和最宽拓宽部的宽度算出的拓宽角度大于5°的不连续增强纤维聚集体，
其中，拓宽角度＝tan-1{(最宽拓宽部的宽度-端部的宽度)/2/端部与最宽拓宽部之间的距离}。
6.如权利要求1～5中任一项所述的增强纤维复合材料，其特征在于，所述不连续增强纤维的数均纤维长度为5mm以上且小于100mm。
7.如权利要求1～6中任一项所述的增强纤维复合材料，其特征在于，所述不连续增强纤维聚集体(A)的两端部以相对于不连续增强纤维聚集体(A)中的不连续增强纤维的纤维取向方向呈2°～30°的角度的方式被切割。
8.如权利要求1～7中任一项所述的增强纤维复合材料，其包含碳纤维作为所述不连续增强纤维。
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