CN113334792B - 纤维强化树脂材料成型体及其制造方法以及纤维强化树脂材料的制造方法 - Google Patents

纤维强化树脂材料成型体及其制造方法以及纤维强化树脂材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种成型体中的纤维束的分散状态的偏差较小、抑制了树脂堆积的产生、并抑制了拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差的纤维强化树脂材料成型体以及其制造方法和纤维强化树脂材料的制造方法。提供一种纤维强化树脂材料成型体，含有捆扎多根强化纤维而成的纤维束与基质树脂，其中，沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的上述强化纤维的纤维含有率的变动系数为40％以下。

Description

纤维强化树脂材料成型体及其制造方法以及纤维强化树脂材 料的制造方法
本申请是申请日为2016年12月21日、申请号为201680075217.6、发明名称为“纤维强化树脂材料成型体、纤维强化树脂材料成型体的制造方法以及纤维强化树脂材料的制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及纤维强化树脂材料成型体、纤维强化树脂材料成型体的制造方法以及纤维强化树脂材料的制造方法。
本申请基于2015年12月24日在日本提出申请的日本特愿2015－251532、以及2016年1月19日在日本提出申请的日本特愿2016－007707主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
作为具有壁厚局部不同的部分、或肋、凸台等的纤维强化树脂材料成型体的中间材料，广泛使用了具有在利用模具成型时容易流动的性质的SMC(Sheet MoldingCompound，片状模塑料)。SMC是例如使不饱和聚酯树脂等热固化性树脂含浸于片状纤维束组而成的纤维强化树脂材料，该片状纤维束组由将玻璃纤维、碳纤维等纵长的强化纤维裁断成规定长度的多个短切纤维束形成。
SMC例如通过以下的方法制造。在向一个方向输送的片状的载体上涂覆包含热固化性树脂的糊剂而形成带状的树脂片材。在行进的树脂片材上，将纵长的纤维束裁断成规定的长度，并且散布而形成片状纤维束组。在该片状纤维束组上进一步层叠树脂片材，从两面对形成的层叠体进行加压，使树脂含浸于该片状纤维束组，形成SMC。
在SMC的制造中，出于降低制造成本的目的，大多使用较廉价的、被称作大丝束的丝根数较多的纤维束。作为大丝束的纤维束具有厚度，因此与使用丝根数少且厚度薄的纤维束的情况相比，形成片状纤维束组时的纤维束与纤维束之间产生的间隙有较大的倾向。在使树脂含浸而获得SMC时，片状纤维束组中的该间隙容易形成树脂堆积。若SMC中形成这样的树脂堆积，则机械物理性质降低。
因此，在使用丝根数较多的纤维束的情况下，广泛使用了利用开纤将该纤维束在宽度方向上扩宽而成为扁平、然后进行裁断的方法(例如专利文献1、专利文献2)。由此，片状纤维束组中的间隙变小，可抑制形成树脂堆积进而SMC的机械物理性质降低的情况。
但是，若将纤维束开纤而使其扁平，则俯视片状纤维束组时的各纤维束的面积变大，因此难以使树脂充分地含浸于该片状纤维束组。含浸时的层叠体的加压中一般使用多对辊。为了使树脂充分含浸于片状纤维束组，也考虑提高用辊加压时的压力。但是，若提高用辊加压时的压力，则该压力容易在层叠体的表层引起树脂逆流的回流，导致含浸变得不充分。
然而，作为抑制获得的SMC中残留气泡并且使树脂充分含浸于片状纤维束组的方法，提出了用外周面设有多个针状的突起的辊和外周面平坦的辊依次对片状纤维束组与树脂的层叠物进行加压而使树脂含浸的方法(专利文献3)。在该方法中，在利用前级的辊的加压中，由针状的突起刺穿层叠物而促进脱泡，从而抑制获得的SMC中残留气泡。
另一方面，作为成型出上述那种SMC而获得的纤维强化树脂材料成型体，例如可列举以下的成型体。
使纤维长5～100mm的强化纤维含有包含10,000～700,000根的短切纤维束与基质树脂、上述短切纤维束的平均宽度Wm与平均厚度tm的比率(Wm/tm)为70～1,500、平均宽度Wm为2～50mm、平均厚度tm为0.01～0.1mm的纤维强化树脂材料成型体(专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2012/0213997号说明书
专利文献2:日本特开2006－219780号公报
专利文献3:日本特开昭62－73914号公报
专利文献4:日本特开2009－62474号公报
发明内容
发明将要解决的课题
但是，在专利文献4那种以往的纤维强化树脂材料成型体中，由于部位的不同，有时产生拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差，即使在采用专利文献3的方法作为SMC的制造方法的情况下，也会在使树脂含浸于使用了开纤而成为扁平状态的纤维束的片状纤维束组时，产生树脂的回流而不易充分地进行含浸，因此难以同时实现上述的物理性质的提高与物理性质的偏差的减少。
本发明的目的在于，提供抑制了拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差的纤维强化树脂材料成型体以及其制造方法。
另外，本发明的目的在于，提供一种即使在将用于形成片状纤维束组的纤维束开纤而成为扁平的情况下、也能够使基质树脂充分地含浸进而获得机械强度优异的纤维强化树脂材料的、对提供上述的纤维强化树脂材料成型体来说有用的纤维强化树脂材料的制造方法。
用于解决课题的技术方案
本发明具有以下的构成。
[1]一种片状模塑料，使用平均纤维长为5～100mm的强化纤维，其中，
通过使该片状模塑料固化而能够获得沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的强化纤维的纤维含有率的变动系数为40％以下的板状的成型体。
[2]根据[1]所述的片状模塑料，其中，
沿着上述成型体的面方向的剖切面上的上述纤维束的纤维轴的方向实质上随机地分布。
[3]根据[1]或[2]所述的片状模塑料，其中，
上述变动系数为10％以上。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的片状模塑料，其中，
上述成型体的沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的上述强化纤维的纤维含有率的平均值为50～60％。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的片状模塑料，其中，
上述成型体中的、沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量之比为0.8：1～1：0.8，沿着各个方向的弯曲弹性模量的变动系数均为5～15。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的片状模塑料，其中，
基质树脂为热固化性树脂。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的片状模塑料，其中，
利用X射线衍射法检测出衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(1)～(3)求出的粗糙度β为0.5～4.5，
[数1]
其中，在式(1)中，f(φi)是由下式(2)表示的、从X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度(I(φi))减去平均的亮度而得的亮度，dφ是X射线衍射测定的步宽，I(φi)是由下式(3)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值，
[数2]
[8]根据[1]至[6]中任一项所述的片状模塑料，其中，
在将沿着面方向的正交的两个方向的一方设为0°方向，将另一方设为90°方向时，利用X射线衍射法检测出衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(4)求出的、以0°方向为基准的上述纤维束的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.05～0.13，
[数3]
fa＝2a-1…(4)
其中，在式(4)中，a是由式(5)表示的取向系数，I(φi)是X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度，并且是由上式(6)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。
另外，本发明还具有以下的构成。
[1]一种纤维强化树脂材料成型体，其含有捆扎多根强化纤维而成的纤维束与基质树脂，其中，
上述纤维强化树脂材料成型体的沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的上述强化纤维的纤维含有率的变动系数为40％以下。
[2]根据[1]所述的纤维强化树脂材料成型体，上述强化纤维的平均纤维长为5～100mm。
[3]根据[1]或者[2]所述的纤维强化树脂材料成型体，沿着面方向的剖切面上的上述纤维束的纤维轴的方向实质上随机地分布。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，上述变动系数为10％以上。
[5]根据[1]～[4]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，上述纤维强化树脂材料成型体的沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的上述强化纤维的纤维含有率的平均值为50～60％。
[6]根据[1]～[5]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，上述纤维强化树脂材料成型体中的、沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量之比为0.8：1～1：0.8，沿着各个方向的弯曲弹性模量的变动系数均为5～15。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，上述基质树脂为热固化性树脂。
[8]一种纤维强化树脂材料成型体的制造方法，制造[1]～[7]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，其中，所述纤维强化树脂材料成型体是通过对片状的纤维强化树脂材料进行成型而成，对于所述纤维强化树脂材料，基质树脂含浸于分散的纤维束之间，利用X射线衍射法检测出衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(1)～(3)求出的粗糙度β为0.5～4.5，
[数1]
其中，在式(1)中，f(φi)是由下式(2)表示的、从X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度(I(φi))减去平均的亮度而得的亮度，dφ是X射线衍射测定的步宽，I(φi)是由下式(3)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值，
[数2]
[9]一种纤维强化树脂材料成型体的制造方法，制造[1]～[7]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，其中，所述的纤维强化树脂材料成型体是通过对片状的纤维强化树脂材料进行成型而成，对于所述纤维强化树脂材料，基质树脂含浸于分散的纤维束之间，在将沿着面方向的正交的两个方向的一方设为0°方向，将另一方设为90°方向时，利用X射线衍射法检测出衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(4)求出的、以0°方向为基准的上述纤维束的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.05～0.13，
[数3]
fa＝2a-1…(4)
其中，在式(4)中，a是由式(5)表示的取向系数，I(φi)是X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度，并且是由上式(6)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。
[10]一种纤维强化树脂材料的制造方法，用于制造[1]～[7]中任一项所述的纤维强化树脂材料成型体，其中，
层叠体是利用分别包含基质树脂的第一树脂片材与第二树脂片材夹持由多个纤维束构成的片状纤维束组而成的，作为利用辊对所述层叠体进行加压、使上述基质树脂含浸于上述片状纤维束组的工序，具有使用凹凸辊的第一含浸工序，所述凹凸辊在辊外周面设有多个凸部，所述凸部形成有平面状的前端面。
[11]根据[10]所述的纤维强化树脂材料的制造方法，其中，在上述第一含浸工序之后，作为使上述基质树脂进一步含浸于上述片状纤维束组的工序，具有使用平面辊的第二含浸工序，所述平面辊在辊外周面无凹凸。
发明效果
本发明的纤维强化树脂材料成型体抑制了拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差，通过本发明的纤维强化树脂材料成型体的制造方法，能够制造拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差得以抑制的纤维强化树脂材料成型体。
本发明的纤维强化树脂材料的制造方法对提供本发明的纤维强化树脂材料成型体来说有用，即使在将用于形成片状纤维束组的纤维束开纤而使其扁平的情况下，也能够使基质树脂充分地含浸，进而获得机械强度优异的纤维强化树脂材料。
附图说明
图1是表示含浸装置的一个例子的概略结构图。
图2是表示含浸装置的其他例的概略结构图。
图3是表示含浸装置的其他例的概略结构图。
图4是放大表示第一含浸单元的凹凸辊的一个例子的辊外周面的一部分的立体图。
图5是放大表示第一含浸单元的凹凸辊的其他例的辊外周面的一部分的立体图。
图6是表示纤维强化树脂材料的制造方法所使用的纤维强化树脂材料的制造装置的一个例子的概略结构图。
具体实施方式
本发明的纤维强化树脂材料成型体含有捆扎多根强化纤维而成的纤维束与基质树脂。本发明的纤维强化树脂材料成型体例如通过成型出使基质树脂含浸于多个由上述纤维束构成的纤维束组而成的纤维强化树脂材料(SMC)来获得。
(纤维束)
本发明的纤维强化树脂材料成型体所含有的纤维束通过捆扎多根强化纤维而成。
作为形成纤维束的强化纤维，不被特别限定，例如能够使用无机纤维、有机纤维、金属纤维、或者组合它们而成的混合构成的强化纤维。
作为无机纤维，可列举碳纤维、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，可列举芳香族聚酰胺纤维、高密度聚乙烯纤维、其他一般的尼龙纤维、聚酯纤维等。作为金属纤维，可列举不锈钢、铁等的纤维，此外，也可以是被覆金属的碳纤维。
它们之中，若考虑纤维强化树脂材料成型体的强度等机械物理性质，优选的是碳纤维。
强化纤维可以单独地使用1种，也可以同时采用2种以上。
强化纤维的平均纤维长优选的是5～100mm，更优选的是10～75mm，进一步优选的是20～60mm。
如果强化纤维的平均纤维长为上述下限值以上，则可获得拉伸强度、弹性模量等物理性质优异的纤维强化树脂材料成型体，如果是上述上限值以下，则在成型时纤维强化树脂材料更容易流动，因此成型变得容易。
此外，通过以下的方法测定强化纤维的平均纤维长。
即，使用卡尺等将随机抽出的100根纤维的纤维长测定至1mm单位，求出其平均值。
形成纤维束的强化纤维的根数优选的是3,000～60,000根，更优选的是3,000～24,000根，进一步优选的是3,000～15,000根。
形成纤维束的强化纤维的根数如果为上述下限值以上，则易于获得拉伸强度，弹性模量等物理性质优异的纤维强化树脂材料成型体，如果为上述上限值以下，则在成型时纤维强化树脂材料更容易流动，因此成型变得容易。
纤维束的平均厚度优选的是0.01～0.1mm，更优选的是0.02～0.09mm，进一步优选的是0.025～0.07mm。
如果纤维束的平均厚度为上述下限值以上，则易于使基质树脂含浸于纤维束，如果为上述上限值以下，则易于获得拉伸强度、弹性模量等物理性质优异的纤维强化树脂材料成型体。
此外，通过以下的方法测定纤维束的平均厚度。
通过电炉等将纤维强化树脂材料成型体加热而使基质树脂分解，从残存的纤维束中随机选择10根纤维束。对于10根纤维束的各个，用卡尺在纤维轴方向的两端部与中央部这3个位置测定厚度，将所有的这些测定值取平均值而作为平均厚度。
纤维束的平均宽度优选的是2～50mm，更优选的是3～15mm，进一步优选的是3～8mm。
如果纤维束的平均宽度为下限值以上，则在成型时纤维强化树脂材料更容易流动，因此成型变得容易，如果为上述上限值以下，则易于获得拉伸强度、弹性模量等物理性质优异的纤维强化树脂材料成型体。
此外，通过以下的方法测定纤维束的平均宽度。
与平均厚度的测定相同，对获得的10根纤维束的各个，用卡尺在纤维轴向的两端部与中央部这3个位置测定宽度，将所有的这些测定值取平均值而作为平均宽度。
(基质树脂)
作为基质树脂，能够使用热固化性树脂、热塑性树脂。作为基质树脂，可以仅使用热固化性树脂，也可以仅使用热塑性树脂，还可以使用热固化性树脂与热塑性树脂这两方。
在由SMC制造本发明的纤维强化树脂材料成型体的情况下，作为基质树脂，优选的是热固化性树脂。
在由冲压成型片材制造本发明的纤维强化树脂材料成型体的情况下，作为基质树脂，优选的是热塑性树脂。
作为热固化性树脂，不特别限定，可列举环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、苯氧基树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂等。
热固化性树脂可以单独地使用1种，也可以同时采用2种以上。
作为热塑性树脂，可列举例如聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、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。
热塑性树脂可以单独地使用1种，也可以同时采用2种以上。
(纤维含有率、纤维含有率的变动系数)
本发明的纤维强化树脂材料成型体的沿着其厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的强化纤维的纤维含有率的变动系数(以下，也称作“变动系数Q”。)为40％以下。
这里，厚度方向指的是本发明的纤维强化树脂材料成型体中的、上述纤维束沿其厚度方向层叠的方向。
如果变动系数Q为40％以下，则在纤维强化树脂材料成型体中，各纤维束均等地分散，树脂堆积被抑制，从而可抑制纤维强化树脂材料成型体中的基于部位的拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差。
此外，变动系数Q的意思是，沿厚度方向切断纤维强化树脂材料成型体，在该剖切面上，在2000个位置测定每0.1mm见方的单位分区的强化纤维的纤维含有率，计算其标准偏差与平均值(以下称作“平均值P”。)，并用标准偏差除以平均值P而得的值。
本发明的纤维强化树脂材料成型体中的变动系数Q的上限值为40％，优选的是35％，更优选的是30％。
如果变动系数Q为上限值以下，则可获得更加抑制了拉伸强度、弹性模量等物理性质的偏差的纤维强化树脂材料成型体。
变动系数Q不仅当然被纤维强化树脂材料成型体中的纤维束的分散状态影响，也被各纤维束的纤维轴方向影响。
具体而言，例如在剖面形状为圆形状的纤维束的情况下，如果该纤维束的相对于纤维轴方向的剖切面的角度为90°，则该剖切面上的纤维束的剖面形状成为圆形状。另一方面，若该纤维束的相对于纤维轴方向的剖切面的角度比90°小，则该剖切面上的纤维束的剖面形状成为椭圆形状。这样，若各纤维束的纤维轴方向变化，则每各单位分区的纤维束的剖面形状变化，从而其纤维束的剖面所占的比例变化，影响变动系数Q。
变动系数Q越小，在纤维强化树脂材料成型体中各纤维束越表现出更均等地分散。但是，变动系数Q越接近零，则越成为每各单位分区的纤维束的剖面形状的变化小的状态、即纤维强化树脂材料成型体中各纤维束的纤维轴方向对齐的状态。
为了抑制纤维强化树脂材料成型体中的物理性质的偏差，优选的是各纤维束的纤维轴方向成为随机。据此，变动系数Q的下限值优选的是10％，且优选的是12％，更优选的是15％。
如果变动系数Q为下限值以上，则纤维强化树脂材料成型体的物理性质的偏差变得更小，各向同性优异。
即，本发明的纤维强化树脂材料成型体中的变动系数Q优选的是10％～40％，更优选的是12％～35％，进一步优选的是15％～30％。
本发明的纤维强化树脂材料成型体中的平均值P优选的是50～60％，更优选的是50～58％。
如果平均值P为上述范围内，则易于抑制每各单位分区的纤维含有率的偏差，纤维强化树脂材料成型体的物理性质的偏差变得更加小。如果平均值P为上述下限值以上，则易于获得弹性模量高的纤维强化树脂材料成型体，如果为上述上限值以下，则基质树脂对由多个纤维束形成的纤维束组的含浸变得更容易，因此纤维强化树脂材料的制造变得容易。
纤维强化树脂材料成型体的平均值P、变动系数Q能够通过调节纤维强化树脂材料成型体的制造所使用的纤维强化树脂材料的纤维含有率来调节。
例如，通过提高纤维强化树脂材料中的纤维含有率，能够提高纤维强化树脂材料成型体的平均值P。另外，通过在纤维强化树脂材料中使纤维束均等地分散，抑制树脂堆积的产生而减小纤维含有率的偏差，从而能够减小纤维强化树脂材料成型体的变动系数Q。
即，在本发明的纤维强化树脂材料成型体中，沿着其面方向的剖切面中的纤维束的纤维轴的方向优选的是实质上随机分布。
这里，面方向指的是将上述厚度方向设为Z轴方向的情况下的XY轴方向、或与上述厚度方向正交的平面的方向。
另外，实质上随机分布指的是，沿着面方向的剖切面中的纤维束的剖面的长轴的长度为随机的状态。
在本发明的纤维强化树脂材料成型体中，沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量(单位：GPa)之比(以下，也称作“比R”。)优选的是0.8：1～1：0.8。
另外，在本发明的纤维强化树脂材料成型体中，沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量各自的变动系数都优选的是5％～15％。
比R是表示成型体中的纤维束的取向方向的均匀性的值。比R的范围优选的是0.8：1～1：0.8，更优选的是0.9：1～1：0.9，进一步优选的是0.95：1～1：0.95。
如果比R为上述范围内，则成型体的物理性质的各向异性充分低，在实用上没有问题。
沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量各自的变动系数优选的是5％～15％，更优选的是5％～12％，进一步优选的是7％～9％。
如果沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量各自的变动系数为上述下限值以上，则能够抑制纤维束的取向的均匀性变得过高，成型加工为SMC、冲压成型片材时的基质树脂的流动性受损而成型性降低，另外，无需过度降低纤维强化树脂材料的生产线的速度，能够确保充分的生产性。如果沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量各自的变动系数为上述上限值以下，则成型品的各方向的各部位间的物理性质的偏差(CV值)充分小。
本发明的纤维强化树脂材料成型体优选的是通过对片状的纤维强化树脂材料进行成型而制造，对于该纤维强化树脂材料，基质树脂含浸于分散的纤维束之间，利用X射线衍射法检测衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(1)～(3)求出的粗糙度β为0.5～4.5。
此外，该衍射X射线的检测利用了在碳纤维中石墨晶体沿纤维轴方向取向、所以纤维强化树脂材料内部的石墨晶体的取向视作纤维的取向这一点，上述的衍射角2θ为25.4°的衍射X射线出自于石墨晶体的(002)面。
[数4]
其中，式(1)中，f(φi)是由下式(2)表示的、从X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度(I(φi))减去平均的亮度而得的亮度，dφ是X射线衍射测定的步宽。I(φi)是由下式(3)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。
[数5]
粗糙度β是由纤维强化树脂材料的X射线衍射测定中的出自于纤维取向的线形求出的值，通过以下的方法测定。
将在长度方向上连续的纤维强化树脂材料沿宽度方向切割，将切割出的2片样品以长度方向相同的方式重叠而制成片状的纤维强化树脂材料，从该片状的纤维强化树脂材料中的纵300mm×横300mm的范围内以等间隔切出25个纵15mm×横15mm的试验片(N＝25)。使用X射线装置，一边用透过法对上述试验片照射X射线，一边使上述试验片以其厚度方向为轴旋转，利用配置成衍射角2θ＝25.4°的检测器获取衍射X射线，测定第i个旋转角度(φi)时的亮度(I(φi))。其中，I(φi)是由式(3)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。
接着，如式(2)所示，定义从亮度(I(φi))减去平均的亮度而得的亮度f(φi)，根据使用亮度f(φi)导出的式(1)，求出25个试验片各自的粗糙度，将它们的平均值设为粗糙度β。
粗糙度β越接近零，越表示纤维束的取向的紊乱少。
如果粗糙度β为0.5以上，则纤维束的取向的均匀性不会变得过高，能够抑制作为SMC、冲压成型片材进行成型加工时的基质树脂的流动性受损进而成型性降低，另外，无需过度地降低纤维强化树脂材料的生产线的速度，能够确保充分的生产性。粗糙度β优选的是1.0以上，更优选的是1.5以上，进一步优选的是2.0以上，特别优选的是2.5以上。
如果粗糙度β为4.5以下，则能够抑制将片状的纤维强化树脂材料成型而得的成型品的各部位的物理性质的各向异性(例如，长度方向与宽度方向的弯曲弹性模量之差)变得过高。粗糙度β优选的是4.0以下，更优选的是3.5以下。
即，在本发明的纤维强化树脂材料成型体的制造方法中成型的片状的纤维强化树脂材料的粗糙度β优选的是0.5～4.5，更优选的是1.0～4.0，进一步优选的是1.5～4.0，更加优选的是2.0～3.5，特别优选的是2.5～3.5。
本发明的纤维强化树脂材料成型体优选的是通过对片状的纤维强化树脂材料进行成型而制造，对于该纤维强化树脂材料，基质树脂含浸在分散的纤维束之间，在将沿着面方向的正交的两个方向的一方设为0°方向、另一方设为90°方向时，通过X射线衍射法检测衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(4)求出的、以0°方向为基准的纤维束的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.05～0.13。
[数6]
fa＝2a-1…(4)
其中，式(4)中，a是由式(5)表示的取向系数，I(φi)是X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度，并且是由上式(6)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。
晶体取向度fa是通过对纤维强化树脂材料照射X射线而产生衍射像，根据从该衍射像计算的晶体取向度求出的值，通过以下的方法测定。
与粗糙度β的测定方法中使用的试验片的切出方法相同，从片状的纤维强化树脂材料切出25个试验片(N＝25)，使用X射线装置获取衍射角2θ＝25.4°的衍射X射线，测定第i个旋转角度(φi)时的亮度(I(φi))。其中，I(φi)是由式(6)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。接着，使用测定出的I(φi)，对25个试验片分别通过式(5)求出取向系数a。进而，使用所得的取向系数a，对25个试验片分别通过式(4)求出晶体取向度fa，计算它们的平均值与标准偏差。
如果晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.05以上，则纤维束的取向的均匀性不会变得过高，能够抑制作为SMC、冲压成型片材进行成型加工时的基质树脂的流动性受损进而成型性降低，另外，无需过度地降低纤维强化树脂材料的生产线的速度，能够确保充分的生产性。晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值优选的是0.06以上，更优选的是0.08以上。
如果晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.13以下，则能够抑制将纤维强化树脂材料成型而得的成型品的长度方向以及宽度方向的各部位间的物理性质的偏差(CV值)变得过大。晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值优选的是0.12以下，更优选的是0.11以下。
即，在本发明的纤维强化树脂材料成型体的制造方法中成型的片状的纤维强化树脂材料的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值优选的是0.05～0.13，更优选的是0.06～0.12，进一步优选的是0.08～0.11。
(纤维强化树脂材料的制造方法1)
作为纤维强化树脂材料的制造方法的一方式，不被特别限定，例如可列举如下方法，其包含：
·开纤工序，通过开纤沿宽度方向将纵长的纤维束扩宽，进而根据需要，通过分纤沿宽度方向分割纤维束，
·散布工序，将开纤工序后的纤维束以纤维长成为5～100mm的方式连续地裁断，在包含基质树脂的第一树脂片材上，将裁断的多个纤维束以片状散布而形成片状纤维束组，
·粘贴含浸工序，在上述片状纤维束组上粘贴包含基质树脂的第二树脂片材并加压，使基质树脂含浸于上述片状纤维束组，获得纤维强化树脂材料。
＜开纤工序＞
开纤工序中的纤维束的开纤例如可通过使用多个开纤棒来进行。
具体而言，例如将各开纤棒以相互平行的方式配置，使从线轴卷出的纵长的纤维束以在这些开纤棒的上下依次以曲折状通过的方式行进。由此，通过基于各开纤棒的加热、摩擦、摆动等，将纤维束沿宽度方向扩宽。
开纤工序后的纤维束的厚度优选的是0.01～0.1mm。另外，开纤工序后的纤维束的宽度优选的是3～100mm。
如果开纤工序后的纤维束的厚度以及宽度为上述范围内，则易于获得变动系数Q为上述范围内的纤维强化树脂材料成型体。
另外，根据需要进行的纤维束的分纤，能够使用在周向上将多个刃相连而排列设置成的旋转刃来进行。具体而言，例如，在行进的纤维束的宽度方向上隔开规定的间隔地配置多个旋转刃，一边使旋转刃旋转一边使纤维束通过。由此，多个刃间歇地刺穿纤维束，将纤维束沿宽度方向分割。其中，用该方法分纤后的纤维束未完全成为分纤了的状态，而是成为局部未分纤的状态(结合的状态)。
＜散布工序＞
散布工序例如能够如以下那样进行。
在向一个方向输送的纵长的第一载体片材上，以规定的厚度涂覆包含基质树脂的糊剂而形成第一树脂片材，并通过输送第一载体片材而使第一树脂片材行进。然后，对设置于行进的第一树脂片材的上方的裁断机供给开纤工序后的纤维束，以使纤维长成为例如5～100mm的方式连续地裁断。裁断的多个纤维束下落到第一树脂片材上从而以片状被散布，形成片状纤维束组。
在散布工序中，优选的是在行进的第一树脂片材与裁断机之间配置多个倾斜梳(杆)。被裁断机裁断而下落的纤维束中的、接触倾斜梳的纤维束容易倒向与第一树脂片材的行进方向不同的方向。由此，片状纤维束组中的各纤维束的分散状态均等且纤维轴方向容易成为随机的状态，因此可抑制纤维强化树脂材料中的纤维含有率的偏差。其结果，易于获得变动系数Q为上述范围内的纤维强化树脂材料成型体。
各倾斜梳距第一树脂片材的高度能够适当地设定。倾斜梳的剖面形状不被特别限定，可列举圆形、矩形、多边形等，优选的是圆形。各倾斜梳的直径例如能够设为约0.1～10mm。
相邻的倾斜梳的俯视下的间隔优选的是相对于由裁断机裁断的纤维束的平均纤维长为0.9～1.6倍。
如果相邻的倾斜梳的俯视下的间隔为上述下限值以上，则不易在倾斜梳之间堆积纤维束，如果为上述上限值以下，则充分比例的纤维束接触倾斜梳，因此容易形成纤维取向为随机的片状纤维束组。
倾斜梳相对于水平方向的倾斜角度优选的是超过0°且为40°以下。
倾斜梳也可以振动。
在该情况下，关于使倾斜梳振动的方向，也可以是长度方向、宽度方向、以及高度方向中的某一个方向。倾斜梳也可以沿多个方向振动。
片状纤维束组中的纤维束的纤维取向状态也影响第一树脂片材的行进速度、即线速度。具体而言，由于在裁断的纤维束的前端着落于第一树脂片材上之后第一树脂片材也行进，因此各纤维束的纤维方向容易在第一树脂片材的行进方向上对齐。线速度越快，则在纤维束着落后倒向与第一树脂片材的行进方向垂直的方向之前，容易被拖向第一树脂片材的行进方向，朝向第一树脂片材的行进方向的取向变得显著。因此，优选的是控制线速度，调节片状纤维束组中的各纤维束的纤维取向状态。
具体而言，线速度优选的是0.5～5m/分。由此，易于获得抑制了物理性质的偏差的纤维强化树脂材料成型体。
＜粘贴含浸工序＞
粘贴含浸工序例如能够如以下那样进行。
在第一载体片材的上方，在沿与第一载体片材的输送方向相反的方向输送的纵长的第二载体片材上，以规定的厚度涂覆包含基质树脂的糊剂而形成第二树脂片材。然后，使形成有第二树脂片材的第二载体片材的输送方向反转成与第一载体片材的输送方向相同，在片状纤维束组上粘贴第二树脂片材。接着，使第一树脂片材、片状纤维束组以及第二树脂片材的层叠体通过至少一对辊间，从而从两面加压，使基质树脂含浸于片状纤维束组，获得片状的纤维强化树脂材料。在该情况下，纤维强化树脂材料以被第一载体片材与第二载体片材夹持的状态获得。
在基质树脂向片状纤维束组的含浸中，优选的是依次进行预备含浸和正式含浸，在该预备含浸中，在成对的辊的至少一方中使用在辊外周面设有多个形成有平面状的前端面的凸部的凹凸辊，在该正式含浸中，在成对的辊的两方中使用辊外周面无凹凸的平面辊。
在预备含浸中的成对的辊中，可以是仅某一方为凹凸辊，另一方为平面辊，也可以是两方为凹凸辊。
在凹凸辊的辊外周面设置多个凸部的方式不被特别限定，例如可列举锯齿状等。
凹凸辊中的形成于凸部的平面上的前端面的形状例如可列举圆形、四边形、五边形等多边形等。
作为凸部的形状，例如可列举圆柱形状、四棱柱状、五棱柱状等多棱柱状。
凸部的高度以及前端面的面积能够适当地设定。例如可列举从辊外周面至前端面的高度为1～5mm、前端面的面积为10～100mm2的凸部。
相邻的凸部与凸部的距离优选的是5～30mm，更优选的是8～15mm。
全部凸部的前端面的合计面积相对于凹凸辊的辊外周面的总面积的比例优选的是10～50％，更优选的是20～40％。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部的数量例如能够设为每辊外周面100cm2有10～100个。
作为凹凸辊的材质，不被特别限定，例如可列举丁腈橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶等。
出于加压时的压力与橡胶的变形下的纤维束的开纤性这一点，使用的橡胶硬度优选的是设为A50～A80。
作为平面辊的材质，不被特别限定，例如可列举铁钢、碳钢等金属、丁腈橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶等。
在使用了凹凸辊的预备含浸中，即使加压时的压力高到某种程度，由于基质树脂进入凹凸辊的凸部与凸部之间，因此可抑制层叠体表面上的基质树脂的回流。另外，由于凸部的前端面成为加压面，因此能够牢固地将层叠体加压。因此，基质树脂向片状纤维束组的含浸可顺畅地进行。另外，在正式含浸中，由于以平面辊彼此将层叠体加压而使基质树脂进一步含浸，因此基质树脂可充分地含浸于片状纤维束组。由此，可抑制在纤维强化树脂材料中形成树脂堆积，也可抑制纤维强化树脂材料中的纤维含有率的偏差。其结果，容易获得变动系数Q为上述范围内的纤维强化树脂材料成型体。
将获得的纤维强化树脂材料成型而制造纤维强化树脂材料成型体的纤维强化树脂材料的成型方法不被特别限定，能够采用公知的成型方法。
例如，可列举使用与目标的纤维强化树脂材料成型体的形状相应的模具而将纤维强化树脂材料加热并加压来成型的方法。加热与加压可以同时进行，也可以先于加压地进行加热。
(纤维强化树脂材料的制造方法2)
作为纤维强化树脂材料的制造方法的一方式，不被特别限定，例如可列举利用了含浸装置的方法。
＜含浸装置＞
本发明的纤维强化树脂材料的制造方法的一方式所利用的含浸装置，是对用第一树脂片材与第二树脂片材夹持由多个开纤的纤维束构成的片状纤维束组而成的层叠体进行加压、并使基质树脂含浸于上述片状纤维束组的装置。
含浸装置可以具备第一含浸单元，而且具备设于上述第一含浸单元的后级的第二含浸单元。
第一含浸单元具备将层叠体从两面加压的至少一对辊。第一含浸单元中的成对的辊的至少一方是在辊外周面设有多个形成有平面状的前端面的凸部的凹凸辊。
第二含浸单元具备将层叠体从两面加压的多个辊。第二含浸单元中的多个辊是辊外周面无凹凸的平面辊。
作为含浸装置的一个例子，例如可列举图1所示的含浸装置100。以下，使用图1，详细地说明含浸装置100。
含浸装置100具备第一含浸单元110和设于第一含浸单元110的后级的第二含浸单元120。
第一含浸单元110具备在一对带轮111a、111b之间搭接有环形带112的输送机113和设于输送机113的加压机构114。加压机构114具备4对凹凸辊115以及平面辊116。成对的凹凸辊115与平面辊116在环形带112的上侧部分中的对应位置以凹凸辊115成为环形带112的外侧、平面辊116成为环形带112的内侧的方式上下设置。在凹凸辊115的辊外周面115a，如图4所示，有规则地排列设有多个形成有圆形的平面状的前端面130a的圆柱状的凸部130。平面辊116是辊外周面无凹凸的辊。
在第一含浸单元110中，通过使输送机113的一对带轮111a、111b向相同方向旋转，从而环形带112卷绕，由此，供给到环形带112上的带状的层叠体S向图1的右侧行进。然后，利用成对的凹凸辊115与平面辊116，将行进的层叠体S从两面加压。
第二含浸单元120具备在一对带轮121a、121b之间搭接有环形带122的输送机123和设于输送机123的加压机构124。输送机123中配置有用于对施加于环形带122的张力进行调整的一对张紧轮126a、126b。这些张紧轮126a、126b设于环形带122中的下侧部分。加压机构124在环形带122的上侧部分具备设于环形带122的内侧的4个内侧平面辊125a和设于环形带122的外侧的3个外侧平面辊125b。内侧平面辊125a与外侧平面辊125b在环形带122的长度方向上彼此不同地排列配置。内侧平面辊125a与外侧平面辊125b是辊外周面无凹凸的平面辊。
在第二含浸单元120中，通过使输送机123的一对带轮121a、121b向相同方向旋转，从而环形带122卷绕，由此，供给到环形带122上的带状的层叠体S向图1的右侧行进。然后，带状的层叠体S在彼此不同地配置的内侧平面辊125a与外侧平面辊125b之间曲折地通过，从而将层叠体S从两面加压。
用第一含浸单元110以及第二含浸单元120进行含浸而得的纤维强化树脂材料Q被卷绕于线轴B。
另外，作为含浸装置的其他例，例如可列举图2所示的含浸装置200。以下，使用图2，详细地说明含浸装置200，但对与图1相同的部分标注相同的附图标记而省略说明。
含浸装置200如图2所示，具备第一含浸单元110和设于第一含浸单元110的后级的第二含浸单元140。即，含浸装置200具备第二含浸单元140来取代含浸装置100中的第二含浸单元120。
第二含浸单元140具备在一对带轮141a、141b之间搭接有环形带142的输送机143和设于输送机143的加压机构144。加压机构144具备设于环形带142的上侧部分的对应位置的4对内侧平面辊145a以及外侧平面辊145b。内侧平面辊145a以及外侧平面辊145b以内侧平面辊145a成为环形带142的内侧、外侧平面辊145b成为环形带142的外侧的方式上下设置。
在第二含浸单元140中，通过使输送机143的一对带轮141a、141b向相同方向旋转，从而环形带142卷绕，由此，供给到环形带142上的带状的层叠体S向图2的右侧行进。然后，利用成对的内侧平面辊145a与外侧平面辊145b，将行进的层叠体S从两面加压。
用第一含浸单元110以及第二含浸单元140进行含浸而得的纤维强化树脂材料Q被卷绕于线轴B。
另外，作为含浸装置的其他例，例如可列举图3的含浸装置300。以下，使用图3，详细地说明含浸装置300，但对与图1或者图2相同的部分标注相同的附图标记而省略说明。
含浸装置300如图3所示，具备第一含浸单元110和设于第一含浸单元110的后级的第二含浸单元150。即，含浸装置300具备第二含浸单元150来取代含浸装置100中的第二含浸单元120。
第二含浸单元150具备在一对带轮121a、121b之间搭接有环形带122的输送机123、设于输送机123的加压机构124、设于输送机123的后级并在一对带轮141a、141b之间搭接有环形带142的输送机143、以及设于输送机143的加压机构144。即，第二含浸单元150依次配备含浸装置100中的第二含浸单元120的曲折方式的加压机构124以及输送机123、含浸装置200中的第二含浸单元140的夹持方式的加压机构144以及输送机143。
用第一含浸单元110以及第二含浸单元150进行含浸而得的纤维强化树脂材料Q被卷绕于线轴B。
含浸装置中的第一含浸单元的凹凸辊中，在辊外周面设有多个形成有平面状的前端面的凸部，例如在凹凸辊115设有形成有圆形的平面上的前端面的多个凸部。
利用具备凹凸辊的一对辊将层叠体加压时，凸部的前端面成为将层叠体加压的加压面。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部的前端面的平面形状并不限定于圆形，也可以是例如四边形、五边形等多边形等。凸部的形状并不限定于圆柱形状，也可以是例如四棱柱状、五棱柱状等多棱柱状。凸部也可以是随着朝向前端而变窄的形状。
凸部的形状以及其前端面的形状可以仅为1种，也可以是2种以上。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部优选的是以形成一定的图案的方式有规则地排列设置。作为设置凸部的图案，只要是在将层叠体加压时能够对层叠体均匀地赋予压力的图案即可，例如可列举交错状等。
另外，设于凹凸辊的辊外周面的凸部也可以是，前端面的面积大的多个凸部和前端面的面积小的多个凸部在正面观察辊外周面时沿相对于凹凸辊的辊轴方向倾斜的方向配置，并且沿辊轴方向交替地设置。具体而言，例如，也可以是图5所例示的凹凸辊115A。
凹凸辊115A在辊外周面115a设有多个形成有圆形的前端面130a的圆柱状的凸部130、以及形成有面积比前端面130a小的圆形的平面状的前端面130b且直径比凸部130小的多个圆柱状的凸部130A。多个凸部130与多个凸部130A在正面观察辊外周面105a时分别沿相对于凹凸辊的辊轴方向A倾斜的方向排列，并且在辊轴方向A上，凸部130与凸部130A交替地设置。
通过采用以这样的图案配置设于凹凸辊的辊外周面的凸部的方式，在将层叠体加压时，基质树脂容易进入前端面的面积大的凸部与前端面的面积小的凸部之间，更不易产生基质树脂的回流。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部的高度、即从辊外周面至凸部的前端面的距离优选的是1～5mm，更优选的是1.5～3.5mm。如果凸部的高度为上述下限值以上，则容易使基质树脂含浸于片状纤维束组，如果为上述上限值以下，则在进行第一含浸单元中的层叠体的加压时，更不易在层叠体的表层产生基质树脂的回流。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部的各凸部的前端面的面积优选的是10～100mm2，更优选的是20～50mm2。
如果各凸部的前端面的面积为上述下限值以上，则易于使基质树脂含浸于片状纤维束组，如果为上述上限值以下，则在进行第一含浸单元中的层叠体的加压时，更不易在层叠体的表层产生基质树脂的回流。
设于凹凸辊的辊外周面的全部凸部的前端面的合计面积相对于凹凸辊的辊外周面的总面积的比例优选的是10～50％，更优选的是20～40％。
如果设于凹凸辊的辊外周面的全部凸部的前端面的合计面积相对于凹凸辊的辊外周面的总面积的比例为上述下限值以上，则易于使基质树脂含浸于片状纤维束组，如果为上述上限值以下，则在进行第一含浸单元中的层叠体的加压时，更不易在层叠体的表层产生基质树脂的回流。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部与凸部的距离优选的是5～30mm，更优选的是8～15mm。
如果凸部与凸部的距离为上述下限值以上，则易于使基质树脂含浸于片状纤维束组，如果为上述上限值以下，则在进行第一含浸单元中的层叠体的加压时，更不易在层叠体的表层产生基质树脂的回流。
设于凹凸辊的辊外周面的凸部的数量不被特别限定，例如能够设为每辊外周面100cm2有10～100个。
作为凹凸辊的材质，不特别限定，例如可列举丁腈橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶等。
使用的橡胶硬度出于加压时的压力与橡胶的变形下的纤维束的开纤性这一点，优选的是A50～A80。
作为第一含浸单元以及第二含浸单元中的平面辊的材质，不特别限定，例如可列举铁钢、碳钢等金属、丁腈橡胶、氟橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶等。
在第一含浸单元中的成对的辊中，可以是仅某一方为凹凸辊，另一方为平面辊，也可以是两方为凹凸辊。
第一含浸单元110所具备的辊为4对，但第一含浸单元所具备的辊也可以是3对以下，还也可以是5对以上。
第二含浸单元中的平面辊的数量不被特别限定。具体而言，在第二含浸单元120那种曲折方式的情况下，平面辊的数量不限定为7个，也可以是6个以下，还可以是8个以上。另外，在第二含浸单元140那种夹持方式的情况下，平面辊并不限定于4对，可以是3对以下，也可以是5对以上。
在本发明的纤维强化树脂材料的制造方法的一方式所利用的含浸装置具备第一含浸单元并且还具备设于上述第一含浸单元的后级的第二含浸单元的情况下，能够利用具备凹凸辊的第一含浸单元将层叠体加压而使基质树脂含浸之后，利用由平面辊夹住的第二含浸单元将层叠体加压，进而使基质树脂含浸。
第一含浸单元具备凹凸辊，从而即使加压时的压力高到某种程度，在基质树脂进入设于凹凸辊的辊外周面的多个凸部间，将用于形成片状纤维束组的纤维束开纤而形成扁平的情况下，也可抑制在层叠体的表层产生基质树脂的回流。另外，由于凸部的前端面成为加压面，因此能够牢固地将层叠体加压，基质树脂向片状纤维束组的含浸可顺畅地进行。另外，由于进一步在第二含浸单元中用平面辊夹住层叠体而加压，因此可获得基质树脂充分地含浸、机械特性优异的纤维强化树脂材料。
另外，在本发明所使用的含浸装置中，第一含浸单元的凹凸辊具备形成有平面状的前端面的凸部，由此，通过第一含浸单元中的加压，也可获得进一步将纤维束开纤的效果。
此外，作为含浸装置中的第一含浸单元的凹凸辊以及平面辊，也能够使用在纤维强化树脂材料的制造方法1的粘贴含浸工序中说明的凹凸辊以及平面辊。
＜纤维强化树脂材料的制造＞
本发明的纤维强化树脂材料的制造方法是制造本发明的纤维强化树脂材料成型体时使用的纤维强化树脂材料的制造方法，层叠体是利用分别包含基质树脂的第一树脂片材与第二树脂片材夹持由多个纤维束构成的片状纤维束组而成的，作为利用辊对所述层叠体进行加压、使基质树脂含浸于片状纤维束组的工序，具有第一含浸工序，即，使用在辊外周面设有多个形成有平面上的前端面的凸部的凹凸辊。另外，本发明的纤维强化树脂材料的制造方法优选的是，在第一含浸工序之后，作为使基质树脂进一步含浸于片状纤维束组的工序，具有使用平面辊的第二含浸工序，所述平面辊在辊外周面无凹凸。
本发明的纤维强化树脂材料的制造方法中的第一含浸工序和/或者第二含浸工序能够使用前述的含浸装置来进行。
本发明的纤维强化树脂材料的制造方法中的纤维强化树脂材料的制造能够使用纤维强化树脂材料的制造装置来进行。
作为纤维强化树脂材料的制造装置的一个例子，例如可列举图6所示的纤维强化树脂材料的制造装置1(以下，也简称为“制造装置1”。)。以下，使用图6，详细地说明制造装置1。
关于本实施方式的纤维强化树脂材料的制造方法所使用的纤维强化树脂材料的制造装置1(以下，简称为制造装置1。)，基于图6进行说明。此外，在以下的说明中，设定图6所示的XYZ正交坐标系，一边根据需要参照该XYZ正交坐标系，一边对各部件的位置关系进行说明。
制造装置1具备开纤分纤部10、第一载体片材供给部11、第一输送部20、第一涂覆部12、裁断机13、第二载体片材供给部14、第二输送部28、第二涂覆部15、粘贴部31、以及含浸装置300。
开纤分纤部10构成了将作为大丝束的纵长的纤维束f1沿宽度方向(Y轴方向)开纤的开纤部50、以及将开纤的纤维束f2分纤成多个纤维束f3的分纤部52。
开纤部50具备沿X轴方向隔开间隔排列设置的多个开纤棒17。多个开纤棒17在纤维束f1依次曲折地通过各开纤棒17的上下时，利用基于各开纤棒17的加热、摩擦、摆动等手段将纤维束f1沿宽度方向扩宽。通过纤维束f1被开纤，获得扁平的纤维束f2。
分纤部52具备多个旋转刃18和多个导丝辊19。
多个旋转刃18沿开纤的纤维束f2的宽度方向(Y轴方向)以规定的间隔排列地配置。另外，在各旋转刃18中沿周向相连地排列设置有多个刀具18a。一边使旋转刃18旋转一边使纤维束f2通过，由此多个刀具18a间歇地刺穿纤维束f2，将纤维束f2沿宽度方向分割而成为多个纤维束f3。其中，分纤后的多个纤维束f3未完全成为分纤了的状态，而是成为局部未分纤的状态(结合的状态)。
多个导丝辊19将分纤后的纤维束f3向裁断机13引导。
第一载体片材供给部11将从第一卷材卷R1卷出的纵长的第一载体片材C1向第一输送部20供给。第一输送部20具备在一对带轮21a、21b之间搭接有环形带22的输送机23。在输送机23中，通过使一对带轮21a、21b向相同方向旋转，从而使环形带22卷绕，在环形带22的面上将第一载体片材C1朝向X轴方向的右侧输送。
第一涂覆部12位于第一输送部20中的带轮21a侧的正上方，具备供给包含基质树脂的糊剂P的涂布器24。第一载体片材C1通过涂布器24，从而在第一载体片材C1的面上以规定的厚度(100～1000μm，优选的是200～800μm)涂覆糊剂P，形成第一树脂片材S1。第一树脂片材S1伴随着第一载体片材C1的输送而行进。
裁断机13在比第一涂覆部12靠输送方向的后级处位于第一载体片材C1的上方。裁断机13将分纤后的纤维束f3以规定的长度连续地裁断，具备引导辊25、夹送辊26、以及刀具辊27。引导辊25将供给的纤维束f3一边旋转一边朝向下方引导。夹送辊26在与引导辊25之间夹住纤维束f3，同时以与引导辊25相反的朝向旋转。由此，从线轴B1将纤维束f1拉出。刀具辊27一边旋转一边将纤维束f3裁断成规定的长度。被裁断机13裁断成规定的长度的纤维束f4下落而在散布在第一树脂片材S1上，形成片状纤维束组F。
第二载体片材供给部14将从第二卷材卷R2卷出的纵长的第二载体片材C2向第二输送部28供给。第二输送部28位于由输送机23输送的第一载体片材C1的上方，并具备多个引导辊29。第二输送部28将从第二载体片材供给部14供给的第二载体片材C2向与第一载体片材C1相反的方向(X轴方向的左侧)输送之后，利用多个引导辊29使输送方向朝向与第一载体片材C1相同的方向(X轴方向的右侧)反转。
第二涂覆部15位于沿与第一载体片材C1相反的方向输送的第二载体片材C2的正上方，具备供给包含基质树脂的糊剂P的涂布器30。第二载体片材C2通过涂布器30，从而在第二载体片材C2的面上以规定的厚度(100～1000μm，优选的是200～800μm)涂覆糊剂P，形成第二树脂片材S2。第二树脂片材S2伴随着第二载体片材C2的输送而行进。
粘贴部31位于第一输送部20中的比裁断机13靠后级的位置。粘贴部31位于输送机23的带轮21b的上方，具备多个粘贴辊33。多个粘贴辊33以接触形成有第二树脂片材S2的第二载体片材C2的背面的状态沿输送方向排列配置。另外，多个粘贴辊33被配置成第二载体片材C2相对于第一载体片材C1逐渐接近。
在粘贴部31中，第一载体片材C1与第二载体片材C2以在之间夹住第一树脂片材S1、片状纤维束组F以及第二树脂片材S2的状态粘贴。由此，形成从下依次层叠有第一树脂片材S1、片状纤维束组F以及第二树脂片材S2的层叠体。这里，将第一载体片材C1与第二载体片材C2以夹住层叠体的状态粘贴而成者称作粘贴片材S3。
含浸装置300位于粘贴部31的后级。通过在含浸装置300中的第一含浸单元110以及第二含浸单元150中依次将粘贴片材S3加压，从而在层叠体中使基质树脂含浸于片状纤维束组。由此，可获得包含纤维强化树脂材料的卷材R。卷材R能够切断成规定的长度而使用于成型。此外，第一载体片材C1以及第二载体片材C2在纤维强化树脂材料的成型前被从纤维强化树脂材料剥离。
接下来，对使用了制造装置1的纤维强化树脂材料的制造方法进行说明。以下说明的使用了制造装置1的纤维强化树脂材料的制造方法具有：
·开纤分纤工序，通过开纤将纵长的纤维束f1沿宽度方向扩宽而成为纤维束f2，进而通过分纤将纤维束f2沿宽度方向分割而成为多个纤维束f3，
·散布工序，将纤维束f3连续地裁断，在第一树脂片材S1上使裁断后的多个纤维束f4以片状散布，形成片状纤维束组F，
·粘贴工序，使第二树脂片材S2粘贴在片状纤维束组F上，形成从下起依次层叠有第一树脂片材S1、片状纤维束组F以及第二树脂片材S2而成的层叠体，
·第一含浸工序，利用含浸装置300的第一含浸单元110将层叠体加压，使基质树脂含浸于片状纤维束组F，
·第二含浸工序，利用第二含浸单元150将第一含浸工序后的上述层叠体加压，进一步使基质树脂含浸，获得纤维强化树脂材料。
＜开纤分纤工序＞
从位于开纤分纤部10的前级的线轴B卷出作为大丝束的纵长的纤维束f1，在开纤部50中，使纤维束f1依次曲折地通过各开纤棒17的上下，通过开纤沿宽度方向扩宽而成为扁平状态的纤维束f2。进而，在分纤部52中一边使多个旋转刃18旋转一边使纤维束f2通过，使多个刀具18a间歇地刺穿，将纤维束f2沿宽度方向分割而成为多个纤维束f3。
作为纤维束，优选的是碳纤维束。此外，作为纤维束，也可以使用玻璃纤维束。作为大丝束的纤维束，无特别限定，例如可列举纤维数为20,000根以上的纤维束。
＜散布工序＞
利用第一载体片材供给部11，从第一卷材卷R1卷出纵长的第一载体片材C1而向第一输送部20供给，利用第一涂覆部12以规定的厚度涂覆糊剂P而形成第一树脂片材S1。利用第一输送部20输送第一载体片材C1，从而使第一载体片材C1上的第一树脂片材S1行进。
作为糊剂P所含的基质树脂，不特别限定，例如可列举不饱和聚酯树脂等举。糊剂P中也可以配合有碳酸钙等填充剂、低收缩化剂、脱模剂、固化引发剂、增粘剂等。
另外，将从开纤分纤部10供给的分纤后的纵长的纤维束f3在裁断机13中连续地裁断成规定的长度，使裁断后的纤维束f4下落到第一树脂片材S1上而散布。由此，在行进的第一树脂片材S1上连续地形成各纤维束f4以随机的纤维取向散布而成的片状纤维束组F。
＜层叠工序＞
利用第二载体片材供给部14，从第二卷材卷R2卷出纵长的第二载体片材C2而向第二输送部28供给。利用第二涂覆部15，在第二载体片材C2的面上以规定的厚度涂覆糊剂P，形成第二树脂片材S2。通过输送第二载体片材C2而使第二树脂片材S2行进，在粘贴部31中使第一载体片材C1与第二载体片材C2粘贴。由此，形成从下起依次层叠第一树脂片材S1、片状纤维束组F以及第二树脂片材S2而成的层叠体被第一载体片材C1与第二载体片材C2夹持的粘贴片材S3。
＜第一含浸工序＞
在含浸装置300的第一含浸单元110中，使包含层叠体的粘贴片材S3在使加压机构114的凹凸辊115以及平面辊116旋转的同时通过它们之间并进行加压，使第一树脂片材S1以及第二树脂片材S2的基质树脂的一部分含浸于片状纤维束组F。在本发明中，在第一含浸工序中，优选的是通过第一含浸单元中的加压使基质树脂含浸，并且使形成片状纤维束组的各纤维束开纤。
＜第二含浸工序＞
使用第一含浸单元110含浸后的粘贴片材S3在使第二含浸单元150中的加压机构124的内侧平面辊125a以及外侧平面辊125b旋转的同时曲折地通过它们之间并加压。第二含浸单元150中的加压机构124的加压设为比加压机构114中的凹凸辊115以及平面辊116的加压高的压力。由此，使第一树脂片材S1以及第二树脂片材S2中的基质树脂进一步含浸于片状纤维束组F。
进而，使粘贴片材S3在使加压机构144的内侧平面辊145a以及外侧平面辊145b旋转的同时通过它们之间并进行加压。加压机构144中的内侧平面辊145a以及外侧平面辊145b的加压为比加压机构124中的内侧平面辊125a与外侧平面辊125b的加压高的压力。由此，使第一树脂片材S1以及第二树脂片材S2中的剩余基质树脂完全含浸于片状纤维束组F。由此，可获得纤维强化树脂材料被第一载体片材C1与第二载体片材C2夹持的卷材R。
在本发明的纤维强化树脂材料的制造方法中，在第一含浸工序中，利用具备凹凸辊的第一含浸单元将层叠体加压而使基质树脂含浸。
由此，即使加压时的压力高到某种程度，基质树脂也进入凸部与凸部之间，因此即使在将用于形成片状纤维束组的纤维束开纤而成为扁平的情况下，也可抑制在层叠体表面引起基质树脂的回流。
另外，由于凸部的前端面成为加压面，因此能够将层叠体牢固地加压，能够使基质树脂向片状纤维束组的含浸顺畅地进行。
并且，在第二含浸工序中，利用由平面辊夹住的第二含浸单元将层叠体加压而进一步使基质树脂含浸，因此能够制造基质树脂充分地含浸于片状纤维束组、且机械强度优异的纤维强化树脂材料。
另外，在本发明中，在第一含浸单元中，由于利用具备形成有平面状的前端面的凸部的凹凸辊进行加压，因此也能够抑制基质树脂的回流，并进一步将纤维束开纤。
此外，本发明的纤维强化树脂材料的制造方法并不限定于使用制造装置1的方法。例如，也可以是使用取代含浸装置300而具备含浸装置100或者含浸装置200的制造装置的方法。
实施例
以下，通过实施例详细地说明本发明，但本发明并不限定于以下的记载。
[纤维含有率平均值P与纤维含有率变动系数Q]
将各例的纤维强化树脂材料成型体沿厚度方向切断，以其剖切面被覆盖的方式用甲基丙烯树脂(产品名“Technovit 4004”，贺利氏公司制)将切断片包埋之后，进行研磨而使剖切面露出。接着，用光学显微镜(产品名“BX51M”，奥林巴斯公司制)以倍率100倍拍摄剖切面。利用图像处理软件(产品名“Winroof2015”，三谷商事公司制)将剖切面的图像分割为0.1mm见方的单位分区之后，将亮度的阈值设为136而进行二值化处理，区别了纤维束与基质树脂。接着，对于2000个位置的单位分区分别测定亮度为阈值以上的区域(纤维束所占的区域)的面积相对于单位分区的面积所占的比例，求出纤维含有率。接着，计算关于2000个位置的单位分区的纤维含有率的平均值(平均值P)与标准偏差，将标准偏差除以平均值P而计算出变动系数Q。
[粗糙度β]
将各例的纤维强化树脂材料以25±5℃的温度养护1周之后，用滚刀切出2片纵300mm、横300mm的尺寸，以使这些约250g的纤维强化树脂材料的长度方向成为相同的方式层叠。以该约500g的纤维强化树脂材料的层叠体的中心为基准，从左右2列与上下2列以30mm间隔切出25个纵15mm、横15mm的尺寸的试验片。
接着，使用X射线装置，一边利用透过法对上述试验片照射X射线，一边使试验片以其厚度方向为轴旋转，由配置成衍射角2θ＝25.4°的检测器获取衍射X射线，测定第i个旋转角度(φi)时的亮度(I(φi))。其中，I(φi)设为以积分强度成为10000的方式进行标准化而得到的值。
在该粗糙度β的测定时，作为X射线衍射装置，使用PANalytical公司制Empyrean，将管电压设为45kV，将管电流设为40mA。另外，在入射侧安装双十字狭缝，将上游以及下游的狭缝的纵向以及横向的宽度均设定为2mm。进而，在受光侧安装平行板准直仪，在检测器安装正比计数器。通过以0.04度间隔获取测定数据，评价了上述试验片的晶体取向。
此外，上述的测定条件仅是一个例子，可以在粗糙度β的测定的主旨不变的范围适当地变更来实施。
接着，根据测定出的I(φi)，用式(2)求出f(φi)，进而使用式(1)，求出25个试验片的测定值的平均值粗糙度β。
[晶体取向度fa的平均值与标准偏差]
与粗糙度β的试验片的制作相同，切出25个纵15mm、横15mm的尺寸的试验片。对于切出的25个试验片测定了亮度(I(φi))。其中，I(φi)是以积分强度成为10000的方式进行标准化而得到的值。接着，使用测定出的I(φi)，通过式(5)对25个试验片分别求出取向系数a。进而，使用所得到的取向系数a，通过式(4)对25个试验片分别求出晶体取向度fa，计算出它们的平均值与标准偏差。
实施例1
作为纵长的纤维束，使用了碳纤维束(商品名“TR50S15L”，三菱丽阳社制)。
对于作为热固化性树脂的环氧丙烯酸酯树脂(产品名：NEOPO 8051，日本U-PICA公司制)100质量份，作为固化剂，添加1，1－-二(叔丁基过氧化)环己烷的75％溶液(产品名：PERHEXA C－75，日本油脂公司制)0.5质量份、以及过氧化异丙基碳酸叔丁酯的74％溶液(产品名：Kayacarvone BIC－75，Kayaku Akzo公司制)0.5质量份，作为内部脱模剂，添加磷酸酯系衍生物组合物(产品名：MOLD WIZ INT－EQ－6，Axel Plastic ResearchLaboratories公司制)0.35质量份，作为增粘剂，添加改性二苯基甲烷二异氰酸酯(产品名：COSMONATE LL，三井化学社制)15.5质量份，作为稳定剂，添加1，4－苯醌(产品名：p－苯醌，和光纯药工业公司制)0.02质量份，将它们充分混合搅拌而获得包含基质树脂的糊剂。
在输送的第一载体片材上涂覆上述糊剂而形成了厚度0.45mm的第一树脂片材。另外，用裁断机裁断进行开纤以及分纤后的厚度0.05mm、宽度7.5mm的碳纤维束，作为平均纤维长为50.8mm的短切纤维束而下落，形成了厚度1.3mm的片状纤维束组。在第一树脂片材与裁断机之间，将直径3mm的剖面圆形状的多个倾斜梳与第一树脂片材的行进方向平行地排列配置。倾斜梳距第一树脂片材的高度设为400mm，相邻的倾斜梳的间隔设为65mm，倾斜梳相对于水平方向的倾斜角度设为15°。线速度设为1.5m/分。
在第一载体片材的上方，在沿与第一载体片材相反的方向输送的第二载体片材上涂覆上述糊剂而形成厚度0.45mm的第二树脂片材，使输送方向反转而将第二树脂片材粘贴而层叠于上述片状纤维束组上。进而，对第一树脂片材、片状纤维束组以及第二树脂片材的层叠体进行预备含浸与正式含浸，获得厚度2mm的片状的纤维强化树脂材料。预备含浸由将在辊外周面以交错状设有圆柱状的凸部(凸部的高度：3mm，凸部的前端面的面积：38mm2，凸部的间距：8mm)的凹凸辊和平面辊组合而成的5对辊进行。正式含浸由11对平面辊进行。
获得的纤维强化树脂材料的粗糙度β为3.89，以0°方向为基准的纤维束的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.077。
将获得的纤维强化树脂材料以25±5℃的温度养护1周后切断为250mm×250mm，对于端部具有嵌合部的面板成型用模具(300mm×300mm×2mm，表面镀铬精加工)，使制造装置中的纤维强化树脂材料的输送方向(MD方向)对齐，将2片(合计约156g)投入模具中央。然后，在模具内将纤维强化树脂材料以140℃、8MPa、5分钟的条件进行加热加压，获得纤维强化树脂材料成型体。
获得的纤维强化树脂材料成型体的纤维含有率平均值P为55.7％，纤维含有率变动系数Q为26.1％。
另外，获得的纤维强化树脂材料成型体沿着面方向的剖切面上的纤维束的纤维轴的方向实质上随机地分布。
接下来，为了测定纤维强化树脂材料成型体的弯曲强度与弯曲弹性模量，从纤维强化树脂材料成型体沿着纤维强化树脂材料的输送方向(0°方向)与宽度方向(90°方向)，分别切出6片长度110mm、宽度25mm的试验片。然后，使用5kN Instron万能试验机，以L/D＝40、十字头速度5mm/分钟对各试验片进行3点弯曲试验，测定各自的弯曲强度与弯曲弹性模量，求出各自的平均值与变动系数，并且求出沿着各个方向的弯曲弹性模量的比。
实施例2
除了将短切纤维束的宽度变更为15mm以外与实施例1相同地获得了纤维强化树脂材料以及纤维强化树脂材料成型体。
获得的纤维强化树脂材料成型体的纤维含有率平均值P为56.0％，纤维含有率变动系数Q为20.3％。
比较例1
作为纤维强化树脂材料，使用产品名“STR120N131－KA6N”(三菱丽阳社制，粗糙度β3.71，纤维束的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值0.105)，切出2片厚度2mm的25cm见方的试料片并重叠，进行压制成型而获得30cm见方的板状的纤维强化树脂材料成型体。获得的成型体的纤维含有率的平均值P为44.2％，变动系数Q为47.1％。
将在实施例1中获得的纤维强化树脂材料成型体的评价结果表示在表1中，将在实施例2中获得的纤维强化树脂材料成型体的评价结果表示在表2中，将在比较例1中获得的纤维强化树脂材料成型体的评价结果表示在表3。
[表1]
[表2]
[表3]
实施例1以及实施例2的纤维强化树脂材料成型体的纤维含有率的变动系数Q为40％以下，与变动系数Q超过40％的比较例1的纤维强化树脂材料成型体相比，纤维含有率的偏差得以抑制，因此物理性质的偏差较小。
附图标记说明
1 纤维强化树脂材料的制造装置
10 开纤分纤部
11 第一载体片材供给部
12 第一涂覆部
13 裁断机
14 第二载体片材供给部
15 第二涂覆部
20 第一输送部
28 第二输送部
31 粘贴部
50 开纤部
52 分纤部
100、200、300 含浸装置
110 第一含浸单元
115 凹凸辊
115a 辊外周面
130、130A 凸部
130a、130b 前端面
120、140、150 第二含浸单元

Claims (7)

1.一种片状模塑料，其为在分散的短切纤维束间含浸基质树脂的片状模塑料，其中，
上述短切纤维束由碳纤维构成，平均纤维长为5～100mm，
上述基质树脂为热固化性树脂，
通过使该片状模塑料固化而能够获得对沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的碳纤维的纤维含有率进行测定，计算其标准偏差与平均值，标准偏差除以平均值后的值，即变动系数为40％以下的板状的成型体。
2.根据权利要求1所述的片状模塑料，其中，
沿着上述成型体的面方向的剖切面上的上述短切纤维束的纤维轴的方向实质上随机地分布。
3.根据权利要求1所述的片状模塑料，其中，
上述变动系数为10％以上。
4.根据权利要求1所述的片状模塑料，其中，
上述成型体的沿着厚度方向的剖切面上的、每0.1mm见方的单位分区的上述碳纤维的纤维含有率的平均值为50～60％。
5.根据权利要求1所述的片状模塑料，其中，
上述成型体中的、沿着正交的两个方向的各个方向的弯曲弹性模量之比为0.8：1～1：0.8，沿着各个方向的弯曲弹性模量的变动系数均为5～15。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的片状模塑料，其中，
利用X射线衍射法检测出衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(1)～(3)求出的粗糙度β为0.5～4.5，
[数1]
其中，在式(1)中，φi表示第i个旋转角度，I(φi)表示第i个旋转角度(φi)的亮度，f(φi)是由下式(2)表示的、从X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度(I(φi))减去平均的亮度而得的亮度，dφ是X射线衍射测定的步宽，I(φi)是由下式(3)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值，
[数2]
7.根据权利要求1至5中任一项所述的片状模塑料，其中，
在将沿着面方向的正交的两个方向的一方设为0°方向，将另一方设为90°方向时，利用X射线衍射法检测出衍射角2θ为25.4°的衍射X射线，并由下式(4)求出的、以0°方向为基准的上述短切纤维束的晶体取向度fa的平均值与标准偏差的合计值为0.05～0.13，
[数3]
fa＝2a-1 ···(4)
其中，φi表示第i个旋转角度，I(φi)表示第i个旋转角度(φi)的亮度，在式(4)中，a是由式(5)表示的取向系数，I(φi)是X射线衍射测定中的第i个旋转角度(φi)的亮度，并且是由上式(6)表示的、以积分强度成为10000的方式进行标准化而得的值。
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