CN108883548A - 纤维增强树脂材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纤维增强树脂材料(1)，其是在由多个纤维束(f)形成的片状纤维束组(F)中含浸有基质树脂组合物(S)的纤维增强树脂材料，其中，在沿着面方向的截面中的特定范围(A)内的纤维束(f)中，纤维轴方向为超过‑90°且‑45°以下的纤维束(f)的比例Q1、超过‑45°且0°以下的纤维束(f)的比例Q2、超过0°且45°以下的纤维束(f)的比例Q3、超过45°且90°以下的纤维束(f)的比例Q4均为15％以上，在沿厚度方向的截面中的特定范围(B)内的纤维束(f)中，纤维轴方向为‑10°以上且10°以下的纤维束(f)的比例Q5为97％以下。

Description

纤维增强树脂材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及纤维增强树脂材料及其制造方法。
本申请主张2016年3月24日在日本申请的日本特愿2016-059810号的优先权，参照并引用其全部内容作为本申请的一部分。
背景技术
作为具有局部壁厚不同的部分、凸缘、轮毂等的纤维增强树脂材料成型体的中间材料，广泛使用了具有在利用模具进行成型时容易流动的性质的SMC(Sheet MoldingCompound)。SMC是例如片状纤维束组中浸渗不饱和聚酯树脂等热固性树脂而得到的纤维增强树脂材料，所述片状纤维束组由将玻璃纤维、碳纤维等长条的增强纤维剪断成给定长度的多个短切纤维束形成。
作为将SMC成型而得到的纤维增强树脂材料成型体，例如，可举出以下的成型体。
(i)含有包含10,000～700,000根纤维长度5～100mm的增强纤维的短切纤维束和基质树脂组合物、所述短切纤维束的平均宽度Wm与平均厚度tm的比率(Wm/tm)为70～1,000、平均宽度Wm为2～50mm、平均厚度tm为0.01～0.1mm的纤维增强树脂材料(专利文献1)。
(ii)含有包含10,000～1,000,000根纤维长度5～100mm的增强纤维且宽度W与厚度t的比率(W/t)为10～1000的短切纤维束和基质树脂组合物的纤维增强树脂材料(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-62474号公报
专利文献2：日本特开2009-114611号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，专利文献1、2那样的由以往的纤维增强树脂材料得到的纤维增强树脂材料成型体的拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性尚不充分。因此，获得可以制造拉伸强度、拉伸弹性模量等更高的纤维增强树脂材料成型体的纤维增强树脂材料至关重要。
本发明的目的在于提供可以获得拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性高的纤维增强树脂材料成型体的纤维增强树脂材料、以及纤维增强树脂材料的制造方法。
用于解决课题的方法
本发明提供具有以下构成的纤维增强树脂材料及纤维增强树脂材料的制造方法。
[1]一种纤维增强树脂材料，其是在由多个纤维束形成的片状纤维束组中含浸有基质树脂组合物的纤维增强树脂材料，其中，
在沿着面方向的截面中的纵25mm×横125mm的矩形范围(A)内，在将横向设为0°、将逆时针方向设为正时，下述比例Q1～Q4均为15％以上，
在沿着厚度方向的截面中的纵2mm×横125mm的矩形范围(B)内，在将面方向设为0°、将逆时针方向设为正时，下述比例Q5为97％以下，
比例Q1：纤维轴方向为超过-90°且-45°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q2：纤维轴方向为超过-45°且0°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q3：纤维轴方向为超过0°且45°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q4：纤维轴方向为超过45°且90°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q5：纤维轴方向为-10°以上且10°以下的纤维束的根数相对于所述范围(B)内的纤维束的总数的比例。
[2]根据[1]所述的纤维增强树脂材料，其中，所述比例Q5是纤维轴方向为-5°以上且5°以下的纤维束的根数相对于所述范围(B)内的纤维束的总数的比例。
[3]根据[1]或[2]所述的纤维增强树脂材料，其中，所述比例Q5为95％以下。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的纤维增强树脂材料，其中，所述纤维束的平均纤维长度L2相对于平均宽度L1之比L2/L1为5～20。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的纤维增强树脂材料，其中，每单位厚度的所述纤维束的层叠数为8以上。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的纤维增强树脂材料，其中，纤维质量含有率为60质量％以上。
[7]一种纤维增强树脂材料的制造方法，该方法包括：
含浸工序：利用由基质树脂组合物形成的一对树脂片夹住由多个纤维束形成的片状纤维束组，从两面侧对其加压，使所述基质树脂组合物含浸于所述片状纤维束组，得到纤维增强树脂材料，其中，
所述纤维束的平均宽度L’1为2～12mm，平均纤维长度L’2为20～100mm，平均厚度L’3为0.01～0.1mm，比值L’2/L’1为5～20。
发明效果
使用本发明的纤维增强树脂材料可以得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性高的纤维增强树脂材料成型体。
根据本发明的纤维增强树脂材料的制造方法，可以制造能够得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性高的纤维增强树脂材料成型体的纤维增强树脂材料。
附图说明
图1是示出本发明的纤维增强树脂材料的一例的立体图。
图2是沿面方向将图1的纤维增强树脂材料切断而成的剖面图。
图3是沿厚度方向将图1的纤维增强树脂材料切断而成的剖面图。
图4是示出图1的纤维增强树脂材料中的纤维束的立体图。
图5是示出本发明的纤维增强树脂材料层叠体的制造方法所使用的制造装置的一例的示意结构图。
符号说明
1 纤维增强树脂材料
f 纤维束
F 片状纤维束组
S 基质树脂组合物
具体实施方式
[纤维增强树脂材料]
本发明的纤维增强树脂材料是在由多个纤维束形成的片状纤维束组中含浸有基质树脂组合物的纤维增强树脂材料(SMC)。以下，示出本发明的纤维增强树脂材料的一例进行说明。
如图1所示，本实施方式的纤维增强树脂材料1是在由多个纤维束f形成的长条的片状纤维束组F中含浸有基质树脂组合物S而形成的。纤维束f是多根增强纤维集束而成的。
(比例Q1～Q4)
如图2所示，在沿着纤维增强树脂材料1的面方向的截面中的纵25mm×横125mm的矩形范围(A)内，将横向设为0°，将逆时针方向设为正。此时，在纤维增强树脂材料1中，下述比例Q1～Q4均为15％以上。
比例Q1：纤维轴方向为超过-90°且-45°以下的纤维束f的根数相对于范围(A)内的纤维束f的总数的比例，
比例Q2：纤维轴方向为超过-45°且0°以下的纤维束相对于范围(A)内的纤维束f的总数的比例，
比例Q3：纤维轴方向为超过0°且45°以下的纤维束相对于范围(A)内的纤维束f的总数的比例，
比例Q4：纤维轴方向为超过45°且90°以下的纤维束相对于范围(A)内的纤维束f的总数的比例，
需要说明的是，比例Q1～Q4的总计为100％。
例如，在示出纤维束的图4的平行四边形中，在将任意短边的任意1点设为N1、并将包含N1的长边方向上的除N1以外的点设为N2时，连接该N1和N2的直线相当于纤维束的纤维轴。即，在将该平行四边形的右下角设为N1、将右上角设为N2的情况下，该纤维束的纤维轴方向可以通过用直线连接该N1和N2来确定。
纤维束的数目例如可以根据纤维增强树脂材料的X射线CT图像进行计数，可以通过在氮气氛围下加热分解纤维增强树脂材料的树脂成分、熔化除去该树脂成分，从而进行计数。
这样，在纤维增强树脂材料1中，在面方向上，各纤维束f以其纤维轴方向不偏向特定方向的方式分散。由此，将纤维增强树脂材料1成型而得到的纤维增强树脂材料成型体的拉伸弹性模量增高。从容易得到拉伸弹性模量高的纤维增强树脂材料成型体的观点考虑，比例Q1～Q4分别优选为15～35％，更优选为20～30％。
另外，从容易得到拉伸弹性模量高的纤维增强树脂材料成型体的观点考虑，优选比例Q1～Q4尽可能不存在差异。具体而言，比例Q1～Q4中最高比例与最低比例之差优选为20％以下，更优选为10％以下。具体而言，优选为超过0且20％以下，更优选为超过0且10％以下。
(比例Q5)
如图3所示，在沿着纤维增强树脂材料1的厚度方向的截面中的纵2mm×横125mm的矩形范围(B)内，将面方向设为0°、并将逆时针方向设为正。此时，在纤维增强树脂材料1中，下述比例Q5为97％以下。
比例Q5：纤维轴方向为-10°以上且10°以下的纤维束的根数相对于所述范围(B)内的纤维束的总数的比例。
在纤维增强树脂材料1中，这样倾斜度为-10°以上且10°以下、以基本上与面方向平行的状态存在的纤维束f的比例为97％以下。即，范围(B)中3％以上比例的纤维束f以相对于面方向绝对值超过10°的倾斜度存在。由此，各纤维束彼此的抱合增加，因此，将纤维增强树脂材料1成型而得到的纤维增强树脂材料成型体的拉伸强度提高。
从具有可以得到拉伸强度更高的纤维增强树脂材料成型体的倾向的观点考虑，作为比例Q5的对象的纤维束优选设为上述范围(B)内的纤维束总数中纤维轴方向为-5°以上且5°以下的纤维束。
另外，从具有可以得到拉伸强度更高的纤维增强树脂材料成型体的倾向的观点考虑，比例Q5优选为90～97％的范围，更优选为90～95％的范围，进一步优选为90～93％的范围。
构成本发明的纤维增强树脂材料的纤维束中的上述分散状态例如可以通过对上述材料的X射线CT的立体图像进行分析来确认。
(纤维束)
作为形成纤维束的增强纤维，没有特别限定，可以使用例如：无机纤维、有机纤维、金属纤维、或者组合上述纤维而成的混合结构的增强纤维。
作为无机纤维，可以列举：碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、碳化钨纤维、硼纤维、玻璃纤维等。作为有机纤维，可以列举：芳族聚酰胺纤维、高密度聚乙烯纤维、以及其它通常的尼龙纤维、聚酯纤维等。作为金属纤维，可以列举：不锈钢、铁等的纤维，另外，也可以是包覆了金属的碳纤维。其中，考虑到纤维增强树脂材料成型体的强度等机械物性，优选为碳纤维。
增强纤维可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。
纤维束的平均宽度L1(图4)优选为2～12mm，更优选为2～10mm，进一步优选为3～8mm，特别优选为3～6mm。纤维束的平均宽度L1为下限值以上时，在成型时纤维增强树脂材料更容易流动，因此易于成型。纤维束的平均宽度L1为上限值以下时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等物性优异的纤维增强树脂材料成型体。
需要说明的是，纤维束的平均宽度L1通过以下的方法测定。利用电炉等对纤维增强树脂材料进行加热，使基质树脂组合物分解，从残留的纤维束中随机地选择10根纤维束。对10根纤维束分别用游标卡尺测定纤维轴向的两端部和中央部这3个部位的宽度，将所有这些测定值进行平均，作为平均宽度。
纤维束的平均纤维长度L2(图4)优选为20～100mm，更优选为25～80mm，进一步优选为25～55mm。纤维束的纤维长度L2为下限值以上时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等物性优异的纤维增强树脂材料成型体。纤维束的纤维长度L2为上限值以下时，在成型时纤维增强树脂材料更容易流动，因此易于成型。
需要说明的是，纤维束的平均纤维长度L2通过以下的方法测定。与平均宽度的测定相同地得到的10根纤维束，对于每一根，用游标卡尺测定最大纤维长度，将所有的这些测定值进行平均，作为平均纤维长度。
纤维束中的平均纤维长度L2相对于平均宽度L1之比L2/L1优选为5～20，更优选为5～10，进一步优选为7～9。比值L2/L1在上述范围内时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性优异的纤维增强树脂材料成型体。
纤维束的平均厚度L3(图4)优选为0.01～0.1mm，更优选为0.02～0.1mm，进一步优选为0.02～0.08mm，特别优选为0.04～0.06mm。纤维束的平均厚度L3为下限值以上时，易于操作纤维束，而且，容易使基质树脂组合物含浸于纤维束组。纤维束的平均厚度L3为上限值以下时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等物性优异的纤维增强树脂材料成型体。
需要说明的是，纤维束的平均厚度通过以下的方法测定。与平均宽度的测定相同地得到的10根纤维束，对于每一根，用游标卡尺在纤维轴方向的两端部和中央部这三个位置测定厚度，将所有的这些测定值进行平均，作为平均厚度。
纤维束中的平均宽度L1相对于平均厚度L3之比L1/L3优选为10～500，更优选为50～400，进一步优选为100～300。比值L1/L3为上述范围内时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性优异的纤维增强树脂材料成型体。
纤维增强树脂材料中的每单位厚度(每1mm厚度)的纤维束的层叠数优选为8以上，更优选为8～16，进一步优选为8～12。纤维束的层叠数为下限值以上时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性优异的纤维增强树脂材料成型体。纤维束的层叠数为上限值以下时，在成型时纤维增强树脂材料更容易流动，因此易于成型。
这些所说的“层叠”是指，使纤维增强树脂材料在厚度方向上投影时，构成该纤维增强树脂材料的任意纤维束的至少一部分(纤维束的投影面积的1％以上)处于无论有无接触均与其它纤维束重叠的状态。
需要说明的是，纤维束的层叠数例如可以根据纤维增强树脂材料的X射线CT图像进行计数，可以通过在氮气氛围下加热分解纤维增强树脂材料的树脂成分、熔化除去该树脂成分，从而进行计数。
相对于纤维增强树脂材料的总质量，本发明的纤维增强树脂材料的纤维质量含有率优选为60质量％以上，更优选为60～80质量％，进一步优选为60～70质量％。纤维质量含有率为下限值以上时，容易得到拉伸强度、拉伸弹性模量等物性优异的纤维增强树脂材料成型体。纤维质量含有率为上限值以下时，在成型时纤维增强树脂材料更容易流动，因此易于成型。
(基质树脂组合物)
作为基质树脂组合物，优选为包含热固性树脂的组合物。
作为热固性树脂，没有特别限定，可举出：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、氨基甲酸酯类树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、酰亚胺类树脂等。热固性树脂可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上。
根据需要，可以在基质树脂组合物中配合固化剂、内部脱模剂、增稠剂、稳定剂等添加剂。
对于以上说明的本发明的纤维增强树脂材料而言，比例Q1～Q4均为15％以上，且比例Q5控制为97％以下。由此，实现如下控制：在本发明的纤维增强树脂材料中，在沿着面方向的截面中，纤维束以纤维轴方向更接近无规的方式进行分散，另一方面，在沿着厚度方向的截面中，相对于面方向，纤维轴方向倾斜度大的纤维束更多。通过这样控制纤维增强树脂材料中的纤维束的取向状态，将上述纤维增强树脂材料成型而得到的纤维增强树脂材料成型体成为拉伸强度及拉伸弹性模量等机械物性优异的成型体。
需要说明的是，本发明的纤维增强树脂材料并不限定于上述的纤维增强树脂材料1。例如，本发明的纤维增强树脂材料也可以不是长条的。
[纤维增强树脂材料的制造方法]
本发明的纤维增强树脂材料的制造方法是制造上述的纤维增强树脂材料的方法。纤维增强树脂材料中的纤维束在面方向及厚度方向上的取向可以通过调节纤维束的纤维长度、宽度及厚度来进行控制。具体而言，作为形成下述含浸工序中的片状纤维束组的纤维束，使用平均宽度L’1为2～12mm、平均纤维长度L’2为20～100mm、平均厚度L’3为0.01～0.1mm、且比值L’2/L’1为5～20的纤维束。
含浸工序：利用由基质树脂组合物形成的一对树脂片夹住由多个纤维束形成的片状纤维束组，从两面侧对其加压，使所述基质树脂组合物含浸于上述片状纤维束组中，得到纤维增强树脂材料。
以下，作为本发明的纤维增强树脂材料层叠体的制造方法的一例，以使用图5所示的制造装置100的情况为例进行说明。在以下的说明中，设定XYZ正交坐标系，并根据需要参考该XYZ正交坐标系对各构件的位置关系进行说明。
(制造装置)
制造装置100具备：纤维束供给部10、第1载片供给部11、第1输送部20、第1涂敷部12、剪断机13、第2载片供给部14、第2输送部28、第2涂敷部15、含浸部16、以及收纳容器40。
第1载片供给部11将从第1原料卷R1拉出的长条的第1载片3供给至第1输送部20。第1输送部20具备在一对带轮21a、21b之间悬架有环形带22的输送机23。对于输送机23而言，通过使一对带轮21a、21b向同一方向旋转，从而使环形带22环绕，且在环形带22的表面上将第1载片3向X轴方向的右侧输送。
第1涂敷部12位于第1输送部20的带轮21a侧的正上方，且具备供给由基质树脂组合物形成的糊状物P的涂布器24。通过使第1载片3通过涂布器24，在第1载片3的表面上以给定的厚度涂敷糊状物P，形成第1树脂片S1。第1树脂片S1随着第1载片3的输送而行进。
纤维束供给部10将长条的纤维束f’从多个绕线管17拉出，并经由多个导辊18向剪断机13供给。剪断机13在沿输送方向比第1涂敷部12更下游的部分，且位于第1载片3的上方。剪断机13将从纤维束供给部10供给来的纤维束f’连续地剪成给定长度，其具备导辊25、夹送辊26、切割辊27。导辊25使供给来的纤维束f’旋转，并向下方引导。夹送辊26将纤维束f’夹入其与导辊25之间，并与导辊25反向旋转。由此，从多个绕线管17拉出纤维束f’。切割辊27以一边旋转一边将纤维束f’剪断成给定长度。由剪断机13剪成给定长度的纤维束f落下并散布在第1树脂片S1上，形成片状纤维束组F。
第2载片供给部14将从第2原料卷R2拉出的长条的第2载片4供给至第2输送部28。第2输送部28位于由输送机23输送的第1载片3的上方，且具备多个导辊29。第2输送部28将从第2载片供给部14供给来的第2载片4向与第1载片3相反的方向(X轴方向的左侧)输送，然后通过多个导辊29使输送方向反转为与第1载片3相同的方向。
第2涂敷部15位于正在向与第1载片3相反的方向输送的第2载片4的正上方，且具备供给由基质树脂组合物形成的糊状物P的涂布器30。通过使第2载片4通过涂布器30，在第2载片4的表面上以给定的厚度涂敷糊状物P，形成第2树脂片S2。第2树脂片S2随着第2载片4的输送而行进。
含浸部16位于比第1输送部20中的剪断机13更下游的部分，且具备贴合机构31和加压机构32。贴合机构31位于输送机23的带轮21b的上方，且具备多个贴合辊33。多个贴合辊33在与形成了第2树脂片S2的第2载片4的背面接触的状态下沿输送方向排列配置。另外，多个贴合辊33以第2载片4相对于第1载片3逐渐接近的方式配置。
在贴合机构31中，第1载片3和第2载片4以在其间夹入了第1树脂片S1、片状纤维束组F及第2树脂片S2的状态被叠合并输送。这里，将第1载片3和第2载片4以夹入了第1树脂片S1、片状纤维束组F及第2树脂片S2的状态贴合而成的层叠体称为层叠前体S3。
加压机构32位于贴合机构31的下游，其具备：在一对带轮34a、34b之间悬架有环形带35a的下侧输送机36A、以及在一对带轮34c、34d之间悬架有环形带35b的上侧输送机36B。下侧输送机36A和上侧输送机36B以彼此的环形带35a、35b紧贴的状态相互对置配置。
在加压机构32中，通过使下侧输送机36A的一对带轮34a、34b向同一方向旋转，从而使环形带35a环绕。另外，在加压机构32中，通过使上侧输送机36B的一对带轮34c、34d向同一方向旋转，从而使环形带35b以与环形带35a相同的速度反向环绕。由此，将夹入了环形带35a、35b之间的层叠前体S3向X轴方向的右侧输送。
在加压机构32中还设有多个下侧辊37a和多个上侧辊37b。多个下侧辊37a以与环形带35a的紧贴部分的背面接触的状态沿输送方向排列配置。同样地，多个上侧辊37b以与环形带35b的紧贴部分的背面接触的状态沿输送方向排列配置。另外，多个下侧辊37a和多个上侧辊37b沿着贴合片S3的输送方向相互交错地排列配置。
在加压机构32中，在贴合片S3通过环形带35a、35b之间的期间，通过多个下侧辊37a及多个上侧辊37b对层叠前体S3加压。此时，第1树脂片S1及第2树脂片S2的基质树脂组合物含浸于片状纤维束组F中，以被第1载片3和第2载片4夹持的状态而形成纤维增强树脂材料1(SMC)。
收纳容器40是用于收纳由第1载片3和第2载片4夹住纤维增强树脂材料1而成的原料卷R的容器。
(制造方法)
在使用了制造装置100的纤维增强树脂材料层叠体的制造方法中，例如，依次进行以下的散布工序及含浸工序。
散布工序：将长条的纤维束f’连续地剪断，在第1树脂片S1上使剪断后的多个纤维束f散布成片状，形成片状纤维束组F。
含浸工序：在片状纤维束组F上层叠第2树脂片S2，形成层叠前体S3，从两面侧对层叠前体S3进行加压，使基质树脂组合物含浸于片状纤维束组F，得到纤维增强树脂材料1。
<散布工序>
通过第1载片供给部11将长条的第1载片3从第1原料卷R1拉出，供给至第1输送部20，通过第1涂敷部12以给定的厚度涂敷糊状物P，形成第1树脂片S1。通过利用第1输送部20输送第1载片3，使第1载片3上的第1树脂片S1行进。
在剪断机13中将纤维束供给部10供给来的纤维束f’连续地剪断成给定的长度，使剪断后的纤维束f落下并散布在第1树脂片S1上。由此，在行进的第1树脂片S1上连续地形成以无规的纤维取向散布有各纤维束f的片状纤维束组F。
在散布工序中，例如，将宽度2～10mm、厚度0.02～0.11mm的长条的纤维束f’供给至剪断机13。接着，剪断成平均纤维长度L2为20～100mm。由此，剪断后的纤维束f(短切纤维束)成为平均宽度L’1为2～10mm、平均纤维长度L’2为20～100mm、平均厚度L’3为0.02～0.1mm、且比值L’2/L’1为5～20的纤维束。
需要说明的是，散布工序只要能够将剪断后的纤维束的各尺寸调节为上述范围内即可，并不限定于上述方法。例如，在剪断前进行将纤维束沿宽度方向扩宽的开纤、将纤维束沿宽度方向分割的分纤等情况下，可以是使用与上述方法不同尺寸的纤维束的方法。
从易于将比例Q1～Q5控制为上述范围内的观点考虑，形成片状纤维束组的纤维束的平均宽度L’1优选为2～12mm，更优选为2～10mm，进一步优选为3～8mm，特别优选为3～6mm。
由于相同的原因，形成片状纤维束组的纤维束的平均纤维长度L’2优选为20～100mm，更优选为25～80mm，进一步优选为25～55mm。
由于相同的原因，形成片状纤维束组的纤维束的平均厚度L’3优选为0.01～0.1mm，更优选为0.02～0.1mm，进一步优选为0.02～0.08mm，特别优选为0.04～0.06mm。
由于相同的原因，比值L’2/L’1优选为5～20，更优选为5～10，进一步优选为7～9。
由于相同的原因，比值L’1/L’3优选为10～500，更优选为50～400，进一步优选为100～300，特别优选为100～200。
<含浸工序>
通过第2载片供给部14将长条的第2载片4从第2原料卷R2拉出，供给至第2输送部28。通过第2涂敷部15在第2载片4的表面上以给定的厚度涂敷糊状物P，形成第2树脂片S2。
通过输送第2载片4，使第2树脂片S2行进，通过贴合机构31，将第2载片4和第2树脂片S2一起贴合并层叠在片状纤维束组F上。由此，连续地形成由第1载片3和第2载片4夹入了材料前体而成的层叠前体S3，所述材料前体是由第1树脂片S1及第2树脂片S2夹入了片状纤维束组F而得到的。
利用加压机构32，从两面对层叠前体S3进行加压，使第1树脂片S1及第2树脂片材S2的基质树脂组合物含浸于片状纤维束组F，在第1载片3和第2载片4之间形成纤维增强树脂材料1。利用分别控制了平均宽度L’1、平均纤维长度L’2、平均厚度L’3及比值L’2/L’1的纤维束形成片状纤维束组，并从两面侧加压而进行含浸，由此，形成纤维束的取向状态满足上述比例Q1～Q5的各条件的纤维增强树脂材料。
由第1载片3和第2载片4夹持纤维增强树脂材料1的状态的原料卷R被装入收纳容器40中进行收纳。
根据以上说明的本发明的纤维增强树脂材料的制造方法，可以得到比例Q1～Q4均为15％以上、且比例Q5为97％以下的纤维增强树脂材料。因此，将上述纤维增强树脂材料成型而得到的纤维增强树脂材料成型体为拉伸强度及拉伸弹性模量等机械物性优异的成型体。
需要说明的是，本发明的纤维增强树脂材料的制造方法并不限定于上述那样的连续制造长条的纤维增强树脂材料的方法，也可以是制造单片纤维增强树脂材料的方法。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受以下记载限定。
[实施例1]
使用LS-DYNA(LSTC公司制造)作为模拟软件，实施了模拟。
在模拟中，设定了由15,000根碳纤维形成的宽度6mm、纤维长度50.8mm、厚度0.055mm的纤维束。接着，使纤维重量含有率为66％的多片上述纤维束从0.5m的高度落下，形成厚度2.5mm的片状纤维束组，在利用由乙烯基酯形成的树脂片夹住上述片状纤维束组的状态下，加压至厚度为2mm，使树脂含浸，制成纵25.4mm×横150mm×厚度2mm的纤维增强树脂材料。
对该模拟中的纤维增强树脂材料计算出比例Q1～Q5。需要说明的是，计算比例Q1～Q4时的范围(A)以除去距横向上的两侧边缘10mm的部分的方式进行设定，作为比例Q5的对象的纤维束设定为上述范围(B)内的纤维束的总数中纤维轴方向为-10°以上且10°以下的纤维束。关于使纤维增强树脂材料中的基质树脂固化而成的固化物，将模拟结果示于表1。拉伸强度为307MPa，拉伸弹性模量为47.1GPa。另外，在将作为对象的纤维束设为上述范围(B)内的纤维束的总数中纤维轴方向为-5°以上且5°以下的纤维束的情况下，比例Q5为92.4％。另外，对在与上述相同的条件下得到的纤维增强树脂材料的固化物的物性值进行了实际测定，结果是拉伸强度为342MPa，拉伸弹性模量为42.4GPa。
[比较例1]
将纤维束的厚度变更为0.11mm，除此以外，与实施例1相同地进行了模拟。将结果示于表1。拉伸强度为232MPa，拉伸弹性模量为41.7GPa。另外，在将作为对象的纤维束设为上述范围(B)内的纤维束的总数中纤维轴方向为-5°以上且5°以下的纤维束的情况下，比例Q5为97.7％。另外，对在与上述相同的条件下得到的纤维增强树脂材料的固化物的物性值进行了实际测定，结果是拉伸强度为239MPa，拉伸弹性模量为44.0GPa。
[比较例2]
将纤维束的厚度变更为0.15mm，纤维束的宽度变更为14mm，纤维长度变更为25.4mm，除此以外，与实施例1相同地进行模拟。将结果示于表1。拉伸强度为146MPa，拉伸弹性模量为30.6GPa。另外，在将作为对象的纤维束设为上述范围(B)内的纤维束的总数中纤维轴方向为-5°以上且5°以下的纤维束的情况下，比例Q5为99.8％。
[表1]
如表1所示，对于比例Q1～Q4均为15％以上、且比例Q5为97％以下的实施例1的纤维增强树脂材料而言，与比例Q5超过97％的比较例1的纤维增强树脂材料相比，得到的纤维增强树脂材料成型体(固化物)的拉伸强度高。另外，与比例Q1～Q4中有的低于15％且比例Q5超过97％的比较例2相比，实施例1的拉伸强度及拉伸弹性模量高。
工业实用性
使用本发明的纤维增强树脂材料可以得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性高的纤维增强树脂材料成型体。
根据本发明的纤维增强树脂材料的制造方法，可以制造能够得到拉伸强度、拉伸弹性模量等机械物性高的纤维增强树脂材料成型体的纤维增强树脂材料。

Claims (7)

1.一种纤维增强树脂材料，其是在由多个纤维束形成的片状纤维束组中含浸有基质树脂组合物的纤维增强树脂材料，其中，
在沿着面方向的截面中的纵25mm×横125mm的矩形范围(A)内，在将横向设为0°、将逆时针方向设为正时，下述比例Q1～Q4均为15％以上，
在沿着厚度方向的截面中的纵2mm×横125mm的矩形范围(B)内，在将面方向设为0°、将逆时针方向设为正时，下述比例Q5为97％以下，
比例Q1：纤维轴方向为超过-90°且-45°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q2：纤维轴方向为超过-45°且0°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q3：纤维轴方向为超过0°且45°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q4：纤维轴方向为超过45°且90°以下的纤维束的根数相对于所述范围(A)内的纤维束的总数的比例，
比例Q5：纤维轴方向为-10°以上且10°以下的纤维束的根数相对于所述范围(B)内的纤维束的总数的比例。
2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂材料，其中，所述比例Q5是纤维轴方向为-5°以上且5°以下的纤维束的根数相对于所述范围(B)内的纤维束的总数的比例。
3.根据权利要求1或2所述的纤维增强树脂材料，其中，所述比例Q5为95％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的纤维增强树脂材料，其中，所述纤维束的平均纤维长度L2相对于平均宽度L1之比L2/L1为5～20。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维增强树脂材料，其中，每单位厚度的所述纤维束的层叠数为8以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的纤维增强树脂材料，其中，纤维质量含有率为60质量％以上。
7.一种纤维增强树脂材料的制造方法，该方法包括：
含浸工序：利用由基质树脂组合物形成的一对树脂片夹住由多个纤维束形成的片状纤维束组，从两面侧对其加压，使所述基质树脂组合物含浸于所述片状纤维束组，得到纤维增强树脂材料，其中，
所述纤维束的平均宽度L’1为2～12mm，平均纤维长度L’2为20～100mm，平均厚度L’3为0.01～0.1mm，比值L’2/L’1为5～20。
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