ES2870850T3 - Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria - Google Patents

Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria Download PDF

Info

Publication number
ES2870850T3
ES2870850T3 ES17860367T ES17860367T ES2870850T3 ES 2870850 T3 ES2870850 T3 ES 2870850T3 ES 17860367 T ES17860367 T ES 17860367T ES 17860367 T ES17860367 T ES 17860367T ES 2870850 T3 ES2870850 T3 ES 2870850T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fiber bundle
reinforcing fibers
bundle
chopped
chopped fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17860367T
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuya Motohashi
Takafumi Hashimoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2870850T3 publication Critical patent/ES2870850T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/502—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] by first forming a mat composed of short fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243—Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4242—Carbon fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/732—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by fluid current, e.g. air-lay
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles
    • B29K2105/128—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2331/00—Characterised by the use of copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, or carbonic acid, or of a haloformic acid
    • C08J2331/02—Characterised by the use of omopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Una malla aleatoria que comprende al menos un haz de fibras picadas [A] (5), donde el haz de fibras picadas [A] (5) cumple al menos los siguientes puntos (a) a (d): (a) el haz de fibras picadas [A] (5) es un agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas obtenido mediante el corte de un haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación (2), cada una de las cuales se separa en una pluralidad de haces, y secciones no procesadas por separación (3), a lo largo de una dirección longitudinal (L) de un haz de fibras que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo (111); (b) el haz de fibras picadas [A] tiene una primera sección de transición (113a) en la que el número de las fibras de refuerzo (111) en una sección transversal del haz de fibras en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal (L) del haz de fibras se aumenta desde una primera punta (112a), que es una punta en la dirección longitudinal (L) del haz de fibras, hacia una segunda punta (112b), que es la otra punta, y una segunda sección de transición (113b) en la que el número de las fibras de refuerzo (111) en la sección transversal del haz de fibras se aumenta desde la segunda punta (112b) hacia la primera punta (112a); (c) entre la primera sección de transición (113a) y la segunda sección de transición (113b), a lo largo de la dirección longitudinal (L) del haz de fibras, se proporciona una sección sin cambios (114) en la que el número de las fibras de refuerzo (111) en la sección transversal del haz de fibras es invariable y una superficie de extremo (114Ea) de la sección sin cambios (114) coincide con una primera superficie de extremo terminal (113Ea) que es un extremo terminal en un lado opuesto a la primera punta (112a) de la primera sección de transición (113a) y la otra superficie de extremo (114Eb) de la sección sin cambios (114) coincide con una segunda superficie de extremo terminal (113Eb) que es un extremo terminal en un lado opuesto a la segunda punta (112b) de la segunda sección de transición (113b) o la primera superficie de extremo terminal (113Ea) y la segunda superficie de extremo terminal (113Eb) coinciden directamente entre sí; y (d) la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta (112a) y la segunda punta (112b) es de 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección longitudinal (L) del haz de fibras, donde el haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) se corta en un ángulo θ (4° <= θ <= 25°) con respecto a la dirección longitudinal (L) del haz de fibras cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A] (1).

Description

DESCRIPCIÓN
Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a una malla aleatoria que comprende un haz de fibras picadas de fibras de refuerzo, un método para la producción de la malla aleatoria y un material de moldeo de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria.
Antecedentes de la técnica de la invención
Se conoce una tecnología para el moldeo de un artículo moldeado que tiene una forma deseada mediante moldeo por calentamiento y presurización, que usa un material de moldeo de resina reforzada con fibra que comprende una malla aleatoria que comprende haces de fibras picadas que se dispersan aleatoriamente con haces de fibras de fibras de refuerzo discontinuas (en lo sucesivo en el presente documento, denominadas haces de fibras cortadas) preparados mediante el corte de un haz de fibras de fibras de refuerzo continuas (por ejemplo, fibras de carbono) y una resina de matriz (por ejemplo, una resina termoendurecible o una resina termoplástica) (por ejemplo, los Documentos de patente 1, 2). En tal material de moldeo de resina reforzada con fibra convencional, en caso de que el haz de fibras en el material de moldeo de resina reforzada con fibra esté compuesto por un haz de fibras formado a partir de una hebra predeterminada y que tenga un número predeterminado de fibras individuales, normalmente, en un material de moldeo que comprende un haz de fibras con un gran número de fibras individuales, aunque la fluidez durante el moldeo sea excelente, las propiedades mecánicas de un artículo moldeado tienden a ser inferiores.
Por ejemplo, en el Documento de patente 1, se divulga un material de moldeo, en el que el número de filamentos de un haz de fibras picadas en el material de moldeo se especifica dentro de un intervalo de 10.000 a 700.000. En tal material de moldeo, dado que el número de filamentos del haz de fibras es grande, en el momento del moldeo, las fibras de refuerzo se pueden mover de manera eficaz en forma de un haz de fibras junto con una resina, de modo que se pueda obtener una excelente fluidez, pero con respecto a un artículo moldeado después del moldeo con este material de moldeo, existe la alta posibilidad de que se produzca una concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras y similar en el artículo moldeado, por ejemplo, cuando el artículo moldeado se rompe y, por lo tanto, este no es adecuado para el moldeo de un artículo moldeado requerido con altas propiedades mecánicas.
Por otro lado, por ejemplo, en el Documento de patente 2, se divulga una resina reforzada con fibra que usa un haz de fibras que se separa de modo que el número de fibras individuales es 100 o menos, pero en comparación con la realización divulgada en el Documento de patente 1 descrito anteriormente, dado que el número de fibras individuales del haz de fibras es mucho menor, las fibras de refuerzo están bien dispersas en un artículo moldeado, disminuye la posibilidad de que se produzca una concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras o similar en el artículo moldeado y se aumentan las propiedades mecánicas del artículo moldeado, por otro lado, queda la posibilidad de que no se pueda obtener una alta fluidez en el momento del moldeo, tal como se esperaba.
Por tanto, en un material de moldeo de resina reforzado con fibra que usa un haz de fibras que tiene un número relativamente grande de fibras individuales, se tienden a obtener una excelente productividad y una excelente fluidez durante el moldeo, pero las propiedades mecánicas de un artículo moldeado tienden a ser inferiores, y, por el contrario, en un material de moldeo de resina reforzada con fibra que usa un haz de fibras que tiene un número relativamente pequeño de fibras individuales, las propiedades mecánicas de un artículo moldeado tienden a ser excelentes, pero tiende a ser difícil mejorar la fluidez durante el moldeo.
Enfocándose en tal tendencia, en el Documento de patente 3, se propone un material de moldeo de resina reforzada con fibra que comprende al menos agregados en haz de fibras de refuerzo discontinuas y una resina matriz, donde el agregado en haz de las fibras de refuerzo contiene tanto agregados A de fibras de refuerzo formados mediante el corte de una hebra de fibras de refuerzo continuas después de someter la hebra a un tratamiento de separación para dividir completamente la hebra en una pluralidad de haces como agregados B de fibras de refuerzo que contienen porciones no divididas que no se someten al tratamiento de separación o/y en las que el tratamiento de separación es insuficiente, en una proporción predeterminada. Esta propuesta hace posible el logro de tanto una buena fluidez durante el moldeo como excelentes propiedades mecánicas de un artículo moldeado con un buen equilibrio. Sin embargo, en el material de moldeo de resina reforzada con fibra descrito en el Documento de patente 3, debido a que básicamente el agregado en haz de las fibras de refuerzo discontinuas se formó mediante su corte en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras, existe la posibilidad de que quede una tendencia en la que es probable que se produzca una concentración de esfuerzo en la porción de extremo del agregado en haz en un artículo moldeado.
Por otro lado, como otra manera de lograr tanto una buena fluidez durante el moldeo como excelentes propiedades mecánicas de un artículo moldeado con un buen equilibrio, en el Documento de patente 4, se describe un haz de fibras picadas en el que se proporcionan secciones de transición, cada una de las cuales cambia el número de fibras de refuerzo hacia cada punta del haz de fibras en ambas porciones de extremo del haz de fibras, y en el que se suprime la cantidad de cambio por unidad de longitud del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras para que sea pequeña entre ambos extremos. Sin embargo, dado que el haz de fibras picadas descrito en el Documento de patente 4 se obtiene básicamente mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas en el que se forman en haz un número predeterminado de fibras de refuerzo continuas, en particular, en tal caso donde el número de fibras individuales del haz de fibras picadas es grande y el haz de fibras es espeso, también existe la posibilidad de que quede una tendencia en la que es probable que se produzca una concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras picadas en un artículo moldeado.
El Documento de patente 5 divulga una malla aleatoria que comprende al menos un haz de fibras picadas que cumple los requisitos (b), (c) y (d) de la presente reivindicación 1. El corte del haz se realiza en un ángulo oblicuo. Por tanto, de acuerdo con las propuestas de los Documentos de patente 3-5, se promueven mejoras para lograr tanto una buena fluidez durante el moldeo como excelentes propiedades mecánicas de un artículo moldeado con un buen equilibrio, pero se requieren una mejor fluidez durante el moldeo, mayores propiedades mecánicas (resistencia, módulo de elasticidad) de un artículo moldeado y una mayor reducción de su variación en comparación con aquellas de estas propuestas.
Documentos de la técnica anterior
Documentos de patente
Documento de patente 1: JP-A-2013-202890
Documento de patente 2: JP-A-2008-174605
Documento de patente 3: WO2016 / 043037
Documento de patente 4: Patente japonesa n.° 5672947
Documento de patente 5: EP 2151418 A1
Sumario de la invención
Problemas a resolver mediante la invención
Por consiguiente, en vista de los requisitos descritos anteriormente, un objeto de la presente invención es proporcionar una malla aleatoria capaz de lograr una mejor fluidez durante el moldeo, mayores propiedades mecánicas (resistencia, módulo de elasticidad) de un artículo moldeado y una mayor reducción de su variación en comparación con las tecnologías convencionales, un método para la producción de la misma y un material de moldeo de resina reforzada con fibra que use la misma.
Medios para resolver los problemas
A fin de lograr el objeto descrito anteriormente, una malla aleatoria de acuerdo con la presente invención comprende al menos un haz de fibras picadas [A] y el haz de fibras picadas [A] cumple al menos los siguientes puntos (a) a (d): (a) el haz de fibras picadas [A] es un agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas obtenido mediante el corte de un haz de fibras parcialmente separadas [B] preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación, cada una de las cuales se separa en una pluralidad de haces, y secciones no procesadas por separación, a lo largo de una dirección longitudinal de un haz de fibras que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo;
(b) el haz de fibras picadas [A] tiene una primera sección de transición en la que se aumenta el número de fibras de refuerzo en una sección transversal del haz de fibras en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras desde una primera punta que es una punta en la dirección longitudinal del haz de fibras, hacia una segunda punta que es la otra punta, y una segunda sección de transición en la que se aumenta el número de fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras desde la segunda punta hacia la primera punta; (c) entre la primera sección de transición y la segunda sección de transición, a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras, se proporciona una sección sin cambios en la que el número de fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras es invariable y una superficie de extremo de la sección sin cambios coincide con una primera superficie de extremo terminal que es un extremo terminal en un lado opuesto a la primera punta de la primera sección de transición y la otra superficie de extremo de la sección sin cambios coincide con una segunda superficie de extremo terminal que es un extremo terminal en un lado opuesto a la segunda punta de la segunda sección de transición o la primera superficie de extremo terminal y la segunda superficie de extremo de terminal coinciden directamente entre sí; y
(d) la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta y la segunda punta es de 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección longitudinal del haz de fibras, donde el haz de fibras parcialmente separadas [B] se corta en un ángulo 0 (4° < 0 < 25°) con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras, cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A].
En tal malla aleatoria de acuerdo con la presente invención, el haz de fibras picadas [A] es un agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas que se obtiene mediante el corte de un haz de fibras parcialmente separadas [B] preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación, cada una de las cuales se separa en una pluralidad de haces, y secciones no procesadas por separación, a lo largo de una dirección longitudinal de un haz de fibras que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo, y que tiene una primera sección de transición y una segunda sección de transición, en cada una de las cuales se cambia el número de fibras de refuerzo en una sección transversal del haz de fibras en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras, en ambos lados de la porción de extremo en la dirección longitudinal del haz de fibras. Concretamente, aunque en el material de moldeo de resina reforzada con fibra del Documento de patente 3, el agregado [A] en haz de fibras de refuerzo discontinuas se formó mediante su corte en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras, en la presente invención, en particular, un haz de fibras parcialmente separadas se corta oblicuamente en la dirección longitudinal del haz de fibras de modo que tenga la primera sección de transición y la segunda sección de transición. Mediante su corte oblicuo con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras, resulta posible que el plano de corte se extienda sobre la sección procesada por separación y la sección no procesada por separación, por lo que, en particular, la porción de extremo del agregado [A] en haz formado se forma fácilmente en una forma en la que el esfuerzo no se concentra fácilmente en un artículo moldeado (se describirán diversos ejemplos más adelante) y, además, también resulta posible hacer que el haz de fibras como el agregado B de fibras de refuerzo en el Documento de patente 3 sea más pequeño en cuanto al ancho. Además, dado que el haz de fibras usado para la formación del haz de fibras picadas [A] es el haz de fibras parcialmente separadas [B] en el que las secciones procesadas por separación y las secciones no procesadas por separación se forman de manera alterna, en comparación con el haz de fibras picadas obtenido mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas en el que un número predeterminado de fibras de refuerzo continuas son haces tales como uno en el Documento de patente 4, resulta menos probable que se produzca concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras picadas en un artículo moldeado. Además, dado que, entre la primera punta y la segunda punta del haz de fibras picadas, se suprime la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta y la segunda punta para que sea pequeña a 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección longitudinal del haz de fibras, la concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras picadas en un artículo moldeado se puede prevenir de manera más eficaz y suave. Concretamente, el estado donde el número de fibras de refuerzo aumenta desde una punta hasta un extremo de la sección de transición del haz de fibras picadas [A] en la presente invención se puede expresar a la inversa como un estado donde el número de fibras de refuerzo disminuye desde la porción central del haz de fibras picadas [A] hacia una punta del haz de fibras picadas [A]. Mediante este estado disminuido con el número de fibras de refuerzo, se puede prevenir la aparición de concentración de esfuerzo en un artículo moldeado. Este estado disminuido con el número de fibras de refuerzo es preferentemente una formación en la que el número de fibras de refuerzo disminuye gradualmente, es decir, continuamente. Si el haz de fibras picadas [A] es espeso, el número de fibras de refuerzo es grande y el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es mayor, el efecto de prevenir la aparición de concentración de esfuerzo será mayor. Cuanto mayor sea el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo, mayor se vuelve la carga soportada por un haz de fibras picadas [A] en un artículo moldeado, no obstante, aunque la carga a soportar sea grande, el estado donde la carga se suministra de golpe a la porción de extremo de un haz de fibras picadas [A] adyacente a través de una resina de matriz se puede evitar eficazmente mediante el estado disminuido con el número de fibras de refuerzo en la sección de transición. Concretamente, la transmisión de la carga entre los haces de fibras picadas [A] adyacentes se realiza gradualmente debido al estado donde se disminuye el número de fibras de refuerzo en la sección de transición, en particular, el estado sin un cambio repentino en el número, la concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras picadas [A] se previene más eficazmente y la aparición de concentración de esfuerzo en todo el haz de fibras picadas [A] se previene más eficazmente. Como resultado, resulta posible presentar mayores propiedades mecánicas (resistencia, módulo elástico) y reducir adicionalmente las variaciones en las propiedades mecánicas en un artículo moldeado. Con respecto a la buena fluidez durante el moldeo, esta se garantiza mediante una condición donde el haz de fibras parcialmente separadas se corta en un haz de fibras picadas [A] que es un agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas.
En este caso, en la malla aleatoria descrita anteriormente de acuerdo con la presente invención, resulta suficiente que el haz de fibras picadas [A] que cumple los puntos (a) a (d) descritos anteriormente esté contenido y un haz de fibras picadas que no cumple todos los puntos de (a) a (d) (por ejemplo, un haz de fibras picadas en el que se cumple el punto (a) descrito anteriormente y, en el punto (d) descrito anteriormente, entre la primera punta y la segunda punta, la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras excede 0,05 mm2 para una longitud de 1 mm en la dirección longitudinal del haz de fibras y los puntos (b) y (c) descritos anteriormente no se cumplen o se cumplen) pueda estar contenido en un intervalo que no dañe el objeto y efecto de la presente invención.
En la malla aleatoria descrita anteriormente de acuerdo con la presente invención, se puede emplear una formación donde, en el haz de fibras parcialmente separadas [B], se forma una parte enredada en la que las fibras de refuerzo se enredan al menos en un extremo de al menos una de las secciones procesadas por separación y/o una parte de acumulación de enredos en la que se acumulan las partes enredadas.
Además, en la malla aleatoria de acuerdo con la presente invención, se puede emplear una formación donde el agregado en haz de las fibras de refuerzo discontinuas obtenido mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] se clasifica en al menos los siguientes agregados [X] a [Z] y el haz de fibras picadas [A] comprende al menos al menos uno de los agregados [X], [Y] y [Z]:
agregado [X]: un agregado de haces separados dividido en un número arbitrario de haces mediante el procesamiento por separación;
agregado [Y]: un agregado de haces unidos en el que las fibras de refuerzo de los haces de fibras se unen entre sí mediante su formación con la sección no procesada por separación y/o una parte enredada en la que las fibras de refuerzo se enredan al menos en un extremo de al menos una de las secciones procesadas por separación y/o una parte de acumulación de enredos en la que se acumulan las partes enredadas; y
agregado [Z]: un agregado cortado unido en el que un plano de corte en el corte del haz de fibras parcialmente separadas se entrecorta con la sección no procesada por separación y/o la parte enredada y/o la parte de acumulación de enredos y, en una parte entrecortada, se corta la unión de las fibras de refuerzo de los haces de fibras entre sí.
En esta formación, se prefiere que el contenido del agregado de haces unidos [Y] en los agregados en haz de las fibras de refuerzo discontinuas obtenidos mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] se encuentre en el intervalo del 0 al 15 %. Concretamente, el agregado de haces unidos [Y] puede no estar contenido, pero en caso de estar contenido, se prefiere suprimir el contenido al 15 % como máximo.
La presente invención también proporciona un método para la producción de una malla aleatoria, tal como se ha descrito anteriormente. Concretamente, un método para la producción de una malla aleatoria de acuerdo con la presente invención es un método para la producción de una malla aleatoria, tal como se ha descrito anteriormente, donde el haz de fibras parcialmente separadas [B] se corta en un ángulo 0 (4° < 0 < 25°) con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A].
En este método para la producción de una malla aleatoria, se prefiere que el haz de fibras parcialmente separadas [B] se corte para cumplir la siguiente ecuación (1) cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A].
W ■ cos 0/D > 3 ■■■ (1)
W: ancho del haz de fibras cuando se corta un haz de fibras parcialmente separadas
D: distancia entre los planos de corte en un haz de fibras picadas [A]
Además, la presente invención también proporciona un material de moldeo de resina reforzada con fibra que comprende la malla aleatoria descrita anteriormente y una resina de matriz [M].
Efecto de acuerdo con la invención
De acuerdo con la malla aleatoria y su método de producción y el material de moldeo de resina reforzada con fibra que usa la misma de acuerdo con la presente invención, teniendo el haz de fibras picadas [A] específico de las fibras de refuerzo discontinuas, que se forma mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación y secciones no procesadas por separación, oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras, se puede lograr una excelente fluidez durante el moldeo, se pueden lograr propiedades mecánicas extremadamente altas (resistencia, módulo elástico) cuando se convierte en un artículo moldeado y se pueden suprimir las variaciones en las propiedades mecánicas para que sean pequeñas.
Breve explicación de los dibujos
[FIG. 1] La FIG. 1 es una vista en perspectiva esquemática que muestra un haz de fibras parcialmente separadas [B] y un ejemplo de corte del mismo en la presente invención.
[fiG. 2] La FIG. 2 es una vista en planta esquemática de un haz de fibras que muestra una realización de un haz de fibras parcialmente separadas [B] en la presente invención.
[FIG. 3] La FIG. 3 es una vista en planta esquemática de un haz de fibras que muestra otra realización de un haz de fibras parcialmente separadas [B] en la presente invención.
[FIG. 4] La FIG. 4 es una vista en planta esquemática de un haz de fibras que muestra una realización adicional de un haz de fibras parcialmente separadas en la presente invención.
[FIG. 5] La FIG. 5 muestra una vista en planta esquemática (A) y una vista lateral esquemática (B) que muestran un ejemplo de un método de fabricación de un haz de fibras parcialmente separadas [B] en la presente invención.
[FIG. 6] La FIG. 6 es una vista en planta esquemática de un haz de fibras parcialmente separadas [B] que muestra un concepto técnico básico del corte oblicuo en la presente invención.
[FIG. 7] La FIG. 7 es una vista en planta esquemática de un haz de fibras parcialmente separadas [B] que muestra un ejemplo de corte ortogonal.
[FIG. 8] La FIG. 8 es una vista en planta esquemática que muestra un ejemplo de un método para la fabricación de un agregado de haces separados [X] en la presente invención.
[FIG. 9] La FIG. 9 es una vista en planta esquemática que muestra un ejemplo de un método para la fabricación de un agregado de haces unidos [Y] en la presente invención.
[FIG. 10] La FIG. 10 es una vista en planta esquemática que muestra otro ejemplo de un método para la fabricación de un agregado de haces unidos [Y] en la presente invención.
[FIG. 11] La FIG. 11 es una vista en planta esquemática que muestra un ejemplo adicional de un método para la fabricación de un agregado de haces unidos [Y] en la presente invención.
[FIG. 12] La FIG. 12 es una vista en planta esquemática que muestra un ejemplo de un método para la fabricación de un agregado cortado unido [Z] en la presente invención.
[FIG. 13] La FIG. 13 es una vista en planta esquemática para la explicación de la ecuación (1) en la presente invención.
[FIG. 14] La FIG. 14 es una vista en planta esquemática que muestra un ejemplo de un haz de fibras picadas [A] en la presente invención.
[FIG. 15] La FIG. 15 es una vista en planta esquemática que muestra otro ejemplo de un haz de fibras picadas [A] en la presente invención.
[FIG. 16] La FIG. 16 es una vista en planta esquemática que muestra otro ejemplo más del haz de fibras picadas [A] en la presente invención.
[FIG. 17] La FIG. 17 es una vista en planta esquemática que muestra diversos ejemplos adicionales de un haz de fibras picadas [A] en la presente invención.
[FIG. 18] La FIG. 18 muestra una vista en planta (a), una vista lateral (b) y un gráfico (c) que muestran un estado de aumento/disminución del número de fibras de refuerzo en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo de un haz de fibras picadas, del haz de fibras picadas [A] que se muestra en la FIG. 15.
[FIG. 19] La FIG. 19 muestra una vista en planta (a), una vista lateral (b) y un gráfico (c) que muestran un estado de aumento/disminución del número de fibras de refuerzo en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo de un haz de fibras picadas, del haz de fibras picadas [A] que se muestra en la FIG. 16.
[FIG. 20] La FIG. 20 es una vista en planta esquemática que muestra un ejemplo de un material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención.
[FIG. 21] La FIG. 21 es una vista en perspectiva esquemática para la explicación de un ejemplo de un método para la producción de un material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención.
Realizaciones para llevar a cabo la invención
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se explicará con detalle con referencia a los dibujos, junto con las realizaciones.
En primer lugar, se explicará el haz de fibras parcialmente separadas [B] de la presente invención. En primer lugar, en referencia a la FIG. 1, se explicará un haz de fibras parcialmente separadas [B] 1, preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación 2, cada una de las cuales se separa en una pluralidad de haces, y secciones no procesadas por separación 3, a lo largo de una dirección longitudinal L de un haz de fibras que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo F, y su corte. Tal como se muestra en la FIG. 1, el haz de fibras parcialmente separadas [B] 1, preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación 2 y secciones no procesadas por separación 3 a lo largo de la dirección longitudinal L del haz de fibras, se desplaza en la dirección A y el haz de fibras parcialmente separadas [B] 1 se corta mediante una hoja de corte 4 en una dirección que atraviesa el haz de fibras para formar un haz de fibras picadas [A] 5 que comprende agregados en haz de fibras de refuerzo discontinuas. En este caso, como ejemplo preferible de un método para la obtención del haz de fibras picadas [A] 5, se ejemplifica un método de corte en un ángulo 0 con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras. Este ángulo 0 de corte se establece en 4° < 0 < 25°, para que sea un corte en una dirección oblicua. Dentro de tal intervalo de ángulo 0 de corte, resulta posible obtener una buena fluidez durante el moldeo y altas propiedades mecánicas de un artículo moldeado y su baja variación.
Aunque el haz de fibras parcialmente separadas [B] 1 descrito anteriormente antes del corte tiene básicamente una forma en la que las secciones procesadas por separación 2 y las secciones no procesadas por separación 3, tal como se muestra en la FIG. 1, se forman de manera alterna a lo largo de la dirección longitudinal de la haz de fibras, tal como se muestra en la FIG. 2 o 3, se puede emplear también una realización, donde se forma una parte enredada 11 en la que las fibras de refuerzo se enredan entre sí y/o una parte de acumulación de enredos 12 en la que las partes enredadas se acumulan en al menos una porción de extremo de al menos una sección procesada por separación 2.
Además, tal como se muestra en la FIG. 4, un haz de fibras parcialmente separadas [B] 17 de acuerdo con una realización, que comprende una combinación de una formación en la que las secciones procesadas por separación 13 y las secciones no procesadas por separación 14 se forman de manera alterna a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras y una formación en la que las secciones procesadas por separación 15 y las secciones no procesadas por separación 16 se forman de manera alterna a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras y donde las secciones procesadas por separación 15 de una formación se forman para extenderse sobre las secciones no procesadas por separación 14 de la otra formación, también se incluye en el haz de fibras parcialmente separadas de la presente invención.
El haz de fibras parcialmente separadas [B] en la presente invención, tal como se ha descrito anteriormente, se forma, por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 5, aunque no está particularmente limitado. La FIG. 5 es una vista en planta esquemática (A) y una vista lateral esquemática (B) que muestran un ejemplo en el que un medio de separación 21 se perfora en un haz de fibras 20 en desplazamiento. La dirección de desplazamiento A del haz de fibras (la flecha) en la figura es la dirección longitudinal del haz de fibras 20, que indica que el haz de fibras 20 se suministra continuamente a partir de un dispositivo de suministro de haces de fibras (no mostrado). El medio de separación 21 tiene un saliente 22 que tiene una forma saliente que es fácil de perforar en el haz de fibras 20, se perfora en el haz de fibras 20 en desplazamiento y genera secciones procesadas por separación 23 sustancialmente paralelas a la dirección longitudinal del haz de fibras 20. Dependiendo del número de haces de fibras a separar, también resulta posible usar simultáneamente una pluralidad de medios de separación 21. Resulta posible disponer arbitrariamente una pluralidad de salientes 22 mediante una manera tal como la disposición de una pluralidad de medios de separación 21 en paralelo, mediante vueltas o mediante cambio de fase.
En caso de que el haz de fibras 20 que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo se divida en haces separados que tengan un número menor de fibras de refuerzo mediante el medio de separación 21, existe la posibilidad de que, debido a que una pluralidad de fibras de refuerzo no se alinean sustancialmente en el haz de fibras 20, pero en el nivel de una fibra individual existen muchas porciones donde las fibras se enredan entre sí, se pueden formar partes enredadas 25, en cada una de las cuales las fibras de refuerzo se enredan entre sí, en las proximidades de la parte de contacto 24 durante el tratamiento de separación. En este caso, la expresión "formación de la parte enredada 25" significa, por ejemplo, un caso de formación (movimiento) del enredo de fibras de refuerzo que han existido de antemano en las secciones procesadas por separación en la parte de contacto 24 mediante el medio de separación 21, un caso de formación (fabricación) de un agregado recién enredado con fibras de refuerzo mediante el medio de separación 21 o similares.
Después de la creación de secciones procesadas por separación 23 en un intervalo arbitrario, el medio de separación 21 se extrae del haz de fibras 20. Mediante esta extracción, se crean secciones procesadas por separación 23 sometidas al procesamiento por separación y, al mismo tiempo, se crean partes de acumulación de enredos 26 acumuladas con las partes enredadas 25. Además, las pelusas generadas a partir del haz de fibras durante el procesamiento por separación pueden formar una acumulación de pelusas 27 cerca de la parte de acumulación de enredos 26 en el momento del procesamiento por separación.
Después de eso, mediante la perforación del medio de separación 21 de nuevo en el haz de fibras 20, se crea una sección no procesada por separación 28.
A continuación, en la FIG. 6, se explicará el concepto técnico básico de la presente invención que emplea el corte oblicuo de un haz de fibras parcialmente separadas [B] en comparación con un caso de la FIG. 7 que emplea el corte ortogonal de un haz de fibras parcialmente separadas [B]. En las FIG. 6 y 7, el símbolo 31 indica un haz de fibras parcialmente separadas [B] donde, a lo largo de la dirección longitudinal de un haz de fibras que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo, se forman de manera alterna las secciones procesadas por separación 32, cada una de las cuales se separa en una pluralidad de haces, y las secciones no procesadas por separación 33 que contienen la parte enredada mencionada anteriormente y similares. En la FIG. 7, el plano de corte 35 para el haz de fibras parcialmente separadas [B] 31 se establece en una dirección (dirección de 90°) ortogonal a la dirección longitudinal X-X del haz de fibras, mientras que, en la presente invención, el ángulo 0 del plano de corte 34 con respecto a la dirección longitudinal X-X del haz de fibras se establece en un ángulo 0 (preferentemente, 3° < 0 < 30°) en una dirección oblicua.
A continuación, cuando se retira por quema una resina de matriz [M] de un artículo moldeado que se moldea mediante la dispersión aleatoria de un material de moldeo de resina reforzada con fibra que contiene haces de fibras picadas [A], que son agregados en haz de fibras de refuerzo discontinuas obtenidos mediante el corte descrito anteriormente, y la resina de matriz [M], el calentamiento y el prensado y se dejan únicamente los agregados en haz de fibras de refuerzo discontinuas para observarlos como una vista en planta, se obtienen los diagramas de distribución de los agregados en haz de fibras de refuerzo discontinuas, por ejemplo, tal como se ejemplifica en los lados derechos de la FIG. 6 y la FIG. 7. En el diagrama de distribución que se muestra en la FIG 7, los agregados 36 en haz, que se forman mediante el corte en ambos lados de las secciones no procesadas por separación 33 que contienen principalmente partes enredadas, etc. en los planos de corte 35 y en las que las porciones de extremo en la dirección longitudinal del haz de fibras son relativamente anchas y se forman como porciones de extremo que se extienden en la dirección ortogonal a la dirección longitudinal del haz de fibras, se dejan sustancialmente en formas similares a sus formas originales. En tales porciones de extremo de los agregados 36 en haz, tal como se ha mencionado anteriormente, resulta probable que se produzca una concentración de esfuerzo y que esta provoque una disminución de las propiedades mecánicas del artículo moldeado y su variación. Por otro lado, en el diagrama de distribución que se muestra en la FIG. 6, no existe tal agregado 36 en haz en el que resulta probable que se produzca una concentración de esfuerzo y, por ejemplo, incluso en los agregados 37 en haz formados mediante el corte oblicuo que incluye las secciones de tratamiento sin separación 33 que contienen partes enredadas, etc., cada agregado 37 en haz tiene un ancho relativamente estrecho y se vuelve más estrecho a medida que avanza a la porción de extremo y, además, este se forma en forma de un agregado en haz que no tiene una porción de extremo donde resulta probable que se produzca una concentración de esfuerzo como en el agregado 36 en haz. Por lo tanto, resulta posible mejorar las propiedades mecánicas del artículo moldeado y reducir la variación de las propiedades mecánicas.
En el agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas obtenido mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B], tal como se ha descrito anteriormente, que se clasifica, por ejemplo, en al menos los siguientes agregados [X] -[Z], el haz de fibras picadas [A] se puede formar como una formación que comprende al menos uno de los agregados [X], [Y] y [Z]:
agregado [X]: un agregado de haces separados dividido en un número arbitrario de haces mediante el procesamiento por separación;
agregado [Y]: un agregado de haces unidos en el que las fibras de refuerzo de los haces de fibras se unen entre sí mediante su formación con la sección no procesada por separación y/o una parte enredada en la que las fibras de refuerzo se enredan al menos en un extremo de al menos una de las secciones procesadas por separación y/o una parte de acumulación de enredos en la que se acumulan las partes enredadas; y
agregado [Z]: un agregado cortado unido en el que un plano de corte en el corte del haz de fibras parcialmente separadas se entrecorta con la sección no procesada por separación y/o la parte enredada y/o la parte de acumulación de enredos y, en una parte entrecortada, se corta la unión de las fibras de refuerzo de los haces de fibras entre sí.
El agregado de haces separados [X] descrito anteriormente se forma, por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 8, como un agregado de haces separados [X] que tiene un ancho pequeño y una longitud predeterminada en una formación de una formación plural arbitraria mediante su corte en los planos de corte 43 oblicuos con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras en un ángulo de corte 0 (preferentemente, 3° < 0 < 30°) dentro de la secci ón procesada por separación 42 del haz de fibras parcialmente separadas 41.
Como ejemplo del agregado de haces unidos [Y] descrito anteriormente, el agregado de haces unidos [Y] se forma, por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 9, como un agregado de haces unidos [Y], tal como el que se prepara con una incisión en una porción de extremo en la dirección longitudinal del haz de fibras, mediante su corte en los planos de corte 53 oblicuos con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras en un ángulo de corte 0 (preferentemente, 3° < 0 < 30°) principalmente dentro de la sección no procesada por separación 52 del haz de fibras parcialmente separadas [B] 51. Como alternativa, el agregado de haces unidos [Y] se forma, por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 10, como un agregado de haces unidos [Y], tal como el que se prepara con una incisión profunda en una porción de extremo en la dirección longitudinal del haz de fibras y que tiene una parte enredada 63, mediante su corte en los planos de corte 65 oblicuos con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras en un ángulo de corte 0 (preferentemente, 3° < 0 < 30°) sobre la sección no procesada por separación 62 y la sección procesada por separación 64 que tienen la parte enredada 63 en la porción de extremo del haz de fibras parcialmente separadas [B] 61. Como alternativa, el agregado de haces unidos [Y] se forma, por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 11, como un agregado de haces unidos [Y], tal como el que se prepara con una incisión profunda en una porción de extremo en la dirección longitudinal del haz de fibras y que tiene una parte de acumulación de enredos 73, mediante su corte en los planos de corte 75 oblicuos con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras en un ángulo de corte 0 (preferentemente, 3° < 0 < 30°) sobre la sección no procesada por separación 72 y la sección procesada por separación 74 que tienen la parte de acumulación de enredos 73 en la porción de extremo del haz de fibras parcialmente separadas [B] 71.
Además, el agregado cortado unido [Z] descrito anteriormente se forma, por ejemplo, tal como se muestra en la FIG.
12, como un agregado cortado unido [Z] de ancho pequeño y que tiene una longitud promedio de haz de fibras relativamente grande en el que la porción de extremo en la dirección longitudinal es de un ancho más estrecho, mediante su corte en los planos de corte 83 oblicuos con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras en un ángulo de corte 0 (preferentemente, 3° < 0 < 30°) para contener principalmente la sección no procesada por separación 82 del haz de fibras parcialmente separadas 81 o para atravesar oblicuamente la sección no procesada por separación 82 sobre toda la longitud del mismo. En el ejemplo ilustrado, la sección no procesada por separación 82 y el plano de corte 83 en el momento del corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] 81 se entrecortan entre sí y la unión de fibras individuales del haz de fibras 81 entre sí se retira por corte en la parte entrecortada.
En este caso, en el agregado cortado unido [Z] descrito anteriormente, dado que la longitud promedio del haz de fibras se vuelve relativamente larga, en el momento del corte del haz de fibras o en el momento de la dispersión de los agregados, existe la posibilidad de que se generen grietas de manera natural incluso en la sección no procesada por separación y que se puedan formar agregados que tengan un número menor de fibras individuales. Tales agregados preparados de menor ancho también se incluyen en el agregado cortado unido [Z] descrito anteriormente en la presente invención.
El haz de fibras picadas [A] que comprende el agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas puede emplear una formación que contenga al menos un tipo de agregado seleccionado del agregado de haces separados [X], el agregado de haces unidos [Y] y el agregado cortado unido [Z] descritos anteriormente. En el haz de fibras picadas [A] descrito anteriormente, se prefiere que el contenido de los agregados de haces unidos [Y] se encuentre en un intervalo del 0 al 15 %, desde el punto de vista de la presentación de propiedades mecánicas más excelentes y una menor variación de las mismas. En este caso, el contenido en la presente invención indica la tasa de frecuencia del agregado de haces unidos [Y] que se ocupa en el haz de fibras picadas [A]. Concretamente, cuando el número total de haces de fibras picadas [A] se denomina N(A) y el número de agregados de haces unidos [Y] contenido en el mismo se denomina N(Y), se expresa mediante la siguiente ecuación (2).
{N(Y) / N(A)} x 100 ••• (2)
En la presente invención, cuando se produce un material de moldeo de resina reforzada con fibra que contiene el haz de fibras picadas [A] descrito anteriormente, se desea que el haz de fibras parcialmente separadas [B] se corte para cumplir la siguiente ecuación (1), cuando se obtenga el haz de fibras picadas [A] descrito anteriormente.
W • cos 0/D > 3 ••• (1)
W: ancho del haz de fibras cuando se corta un haz de fibras parcialmente separadas
D: distancia entre los planos de corte en un haz de fibras picadas [A]
Por ejemplo, tal como se muestra en la FIG. 13, cuando el ángulo de corte se denomina 0, el ancho del haz de fibras en el momento del corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] 91 se denomina W y la distancia entre los planos de corte 92 se denomina D, la longitud t del lado "xy" en Axyz es
t = D / cos 0
y cuando el número W/t para el corte del ancho W del haz de fibras por los planos de corte en la dirección de ancho se desea como
W/t > 3
, la ecuación (1) mencionada anteriormente se deriva de la ecuación descrita anteriormente. Se prefiere cortar el haz de fibras parcialmente separadas para cumplir la ecuación (1) mencionada anteriormente porque el agregado cortado unido [Z] se prepara eficazmente en un ancho más pequeño para contribuir a la mejora de las propiedades mecánicas.
A partir de esta ecuación (1), se entiende que es eficaz aumentar el W (ensanchar el ancho del haz de fibras) con el fin de cortar el agregado de haces unidos [Y] en trozos pequeños. En este momento, debido a que, mediante el aumento del W, se reduce el espesor del haz de fibras picadas [A] obtenido mediante el corte, la planicidad del haz de fibras picadas [A] se puede aumentar y, por lo tanto, debido a que se alivia la concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras picadas [A] en el artículo moldeado y se mejora la uniformidad de la distribución del haz de fibras picadas [A] y la resina de matriz, se prefiere también este desde el punto de vista de que presenta fácilmente excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, si el valor de W es demasiado grande, existe la posibilidad de que disminuya el poder de recogida de las fibras individuales que forman el haz de fibras y, cuando se corte el haz de fibras parcialmente separadas, no se pueda mantener la forma como un haz de fibras picadas, resulta probable que se produzcan roturas de fibras individuales y, por lo tanto, cuando se convierta en un material de moldeo de resina reforzada con fibra que contenga la malla aleatoria mencionada anteriormente y una resina de matriz, la fluidez se puede reducir durante el moldeo del mismo. Por lo tanto, el W se encuentra preferentemente en un intervalo de 5 mm < W < 100 mm, más preferentemente 5 mm < W < 50 mm. Además, también es bueno reducir el ángulo 0 de corte. Sin embargo, existe un límite de la retención y procesabilidad de la forma del haz. Además, con el fin de cumplir la ecuación (1) descrita anteriormente, aunque también se puede controlar mediante la distancia D de los planos de corte, debido a que existe la posibilidad de que la longitud de la fibra pueda fluctuar, básicamente, resulta bueno establecer D como un valor fijo para poder cortar a una longitud de fibra diana.
Por tanto, en la presente invención, teniendo el haz de fibras picadas [A] que comprende el agregado en haz específico de fibras de refuerzo discontinuas, que se forma mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación y secciones no procesadas por separación, oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras, al tiempo que se puede mejorar la fluidez durante el moldeo, se pueden lograr propiedades mecánicas extremadamente altas (resistencia, módulo elástico) cuando se convierte en un artículo moldeado y se pueden suprimir las variaciones en las propiedades mecánicas para que sean pequeñas.
A continuación, varias realizaciones del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, obtenido mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] descrito anteriormente, se explicarán con referencia a los dibujos.
La FIG. 14 es una vista en planta de un ejemplo del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. En la FIG. 14, el haz de fibras picadas [A] CFB1 usado en la presente invención comprende un gran número de fibras de refuerzo 111 dispuestas en una dirección y un agente de apresto (no mostrado) para la recogida del gran número de fibras de refuerzo 111 como un haz. La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 111 es, por ejemplo, de 5 a 100 mm.
El haz de fibras picadas [A] CFB1 tiene una primera sección de transición 113a en la que el número de las fibras de refuerzo en una sección transversal del haz de fibras en una dirección perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 (la dirección longitudinal del haz de fibras antes del corte, que es la misma en lo que sigue) se aumenta desde una primera punta 112a que es una punta en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 hacia una segunda punta 112b que es la otra punta. Además, este tiene una segunda sección de transición 113b en la que el número de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras se aumenta desde la segunda punta 112b hacia la primera punta 112a.
En la FIG. 14, la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 se representa en la dirección vertical de la figura. La dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 es también la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] CFB1. En la FIG. 14, la dirección perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 se representa en la dirección izquierda/derecha de la figura. La dirección perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 es también la dirección de ancho del haz de fibras picadas [A] CFB1.
Entre la primera sección de transición 113a y la segunda sección de transición 113b, a lo largo de la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111, se proporciona una sección sin cambios 114 en la que el número de fibras de refuerzo 111 en la sección transversal del haz de fibras es invariable. Una superficie de extremo 114Ea de la sección sin cambios 114 coincide con una primera superficie de extremo terminal 113Ea, que es el extremo terminal en un lado opuesto a la primera punta 112a de la primera sección de transición 113a. Además, la otra superficie de extremo 114Eb de la sección sin cambios 114 coincide con la segunda superficie de extremo terminal 113Eb, que es el extremo terminal en un lado opuesto a la segunda punta 112b de la segunda sección de transición 113b.
En el haz de fibras picadas [A] CFB1, la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta 112a y la segunda punta 112b se establece en 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111.
La FIG. 14 es una vista en planta en la que se representa un estado en el que el ancho en la dirección perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 del haz de fibras picadas [A] CFB1 llega a ser el máximo. El haz de fibras picadas [A] CFB1 tiene el ancho máximo Wb en toda el área de la sección sin cambios 114. En la posición (sección) que tiene el ancho máximo Wb, se maximiza el número de fibras de refuerzo 111.
En la FIG. 14, cada uno de los lados 115a, 115b desde la punta hasta el extremo terminal en la forma externa de la sección de transición tanto de la primera sección de transición 113a como de la segunda sección de transición 113b se forma con un segmento de línea recta a lo largo de la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 y cada uno de los otros lados 116a, 116b se forma con un segmento de línea recta en el que se alinean los extremos cortados de un número de fibras de refuerzo 111 que se cortan cuando se fabrica el haz de fibras picadas [A] CFB1. La distancia en la dirección de ancho del haz de fibras picadas [A] CFB1 entre el lado 115a y el lado 115b del haz de fibras picadas [A] CFB1 es el ancho de paso Wd del haz de fibras picadas [A] CFB1 y la distancia en la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] CFB1 entre la primera punta 112a y la segunda punta 112b es la longitud de paso Ld del haz de fibras picadas [A] CFB1.
La FIG. 15 es una vista en planta de otro ejemplo del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. En la FIG. 15, el haz de fibras picadas [A] CFB2 usado en la presente invención tiene una forma similar al haz de fibras picadas [A] CFB1 de la FIG. 14. Por lo tanto, a cada parte del haz de fibras picadas [A] CFB2 de la FIG. 15 se le da el mismo símbolo que el de la parte correspondiente a la del haz de fibras picadas [A] CFB1 de la FIG. 14.
La diferencia entre el haz de fibras picadas [A] CFB2 de la FIG. 15 y el haz de fibras picadas [A] CFB1 de la FIG. 14 es que el ancho Wb del haz de fibras picadas [A] en la sección sin cambios 114 del haz de fibras [A] CFB2 en la FIG.
15, es decir, el ancho de paso Wd del haz de fibras picadas [A] CFB2, es más estrecho que el ancho de paso Wd del haz de fibras picadas [A] CFB1 en la FIG. 14. Como resultado, la longitud del lado 116a donde se disponen los extremos cortados de las múltiples fibras de refuerzo 111 en la primera sección de transición 113a del haz de fibras picadas [A] CFB2 en la FIG. 15 es más corta que la longitud del lado 116a del haz de fibras picadas [A] CFB1 en la FIG. 14 y la longitud del lado 116b donde se disponen los extremos cortados de las múltiples fibras de refuerzo 111 en la segunda sección de transición 113b del haz de fibras picadas [A] CFB2 en la FIG. 15 es más corta que la longitud del lado 116b del haz de fibras picadas [A] CFB1 en la FIG. 14.
La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 111 en el haz de fibras picadas [A] CFB2 es de 5 a 100 mm en esta realización. En el haz de fibras picadas [A] CFB2, la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta 112a y la segunda punta 112b es de 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111.
La FIG. 16 es una vista en planta que muestra un ejemplo adicional del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. En la FIG. 16, el haz de fibras picadas [A] CFB3 usado en la presente invención tiene la misma formación que el haz de fibras picadas [A] CFB1 de la FIG. 14, excepto un punto en el que este no tiene la sección sin cambios 114 del haz de fibras picadas [A] CFB1 en la FIG. 14. Por lo tanto, a cada parte del haz de fibras picadas [A] CFB3 de la FIG. 16 se le da el mismo símbolo que el de la parte correspondiente a la del haz de fibras picadas [A] CFB1 de la FIG. 14.
El haz de fibras picadas [A] CFB3 en la FIG. 16 comprende una primera sección de transición 113a en la que el número de fibras de refuerzo 111 aumenta desde la primera punta 112a hacia la segunda punta 112b y una segunda sección de transición 113b en la que el número de fibras de refuerzo 111 aumenta desde la segunda punta 112b hacia la primera punta 112a. En el haz de fibras picadas [A] CFB3, la primera superficie de extremo terminal 113Ea, que es el extremo terminal en un lado opuesto a la primera punta 112a de la primera sección de transición 113a, y la segunda superficie de extremo terminal113Eb, que es el extremo terminal en un lado opuesto a la segunda punta 112b de la segunda sección de transición 113b, coinciden directamente entre sí.
El haz de fibras picadas [A] CFB3 tiene un ancho máximo Wb en una porción donde ambas superficies de extremos terminales 113Ea y 113Eb coinciden entre sí. En la posición (sección) que tiene el ancho máximo Wb, se maximiza el número de fibras de refuerzo 111. Además, dado que estas dos superficies de extremos terminales 113Ea y 113Eb coinciden entre sí, el valor de la longitud de paso Ld del haz de fibras picadas [A] CFB3 es dos veces el valor de la longitud Lf de la fibra de refuerzo 111.
La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 111 en el haz de fibras picadas [A] CFB3 es de 5 a 100 mm en esta realización. En el haz de fibras picadas [A] CFB3, la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta 112a y la segunda punta 112b se establece en 0,05 mm2 o menos para 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111.
Aunque, como forma de sección transversal del haz de fibras picadas [A] en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal, se pueden emplear diversas formas, tales como un círculo, una elipse o un cuadrado, desde el punto de vista de la estabilidad de la forma de sección transversal del haz de fibras picadas, la buena manipulación del haz de fibras picadas y la facilidad de fabricación del haz de fibras picadas, la forma de sección transversal del haz de fibras picadas es preferentemente un círculo, una elipse o un cuadrado y particular y preferentemente es un rectángulo plano o una elipse plana.
La FIG. 17 muestra una lista de las respectivas vistas en planta ((a) a (g)) de otros siete ejemplos del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. Cada haz de fibras picadas [A] en la FIG. 17 comprende un número de fibras de refuerzo 111 alineadas en la dirección vertical en la figura y recogidas como un haz mediante un agente de apresto.
El haz de fibras picadas [A] CFB5a en la FIG. 17 (a) tiene cuatro puntas en el lado superior y cuatro puntas en el lado inferior y tiene una muesca en forma de V entre las puntas adyacentes. La forma externa del haz de fibras picadas [A] CFB5a consiste en 16 lados y todos los lados consisten en segmentos de línea recta.
El haz de fibras picadas [A] CFB5b en la FIG. 17 (b) tiene una punta en el lado superior y dos puntas en el lado inferior y tiene una muesca en forma de V entre las dos puntas del lado inferior. La forma externa del haz de fibras picadas [A] CFB5b comprende seis lados y cada lado consiste en un segmento de línea recta.
El haz de fibras picadas [A] CFB5c de la FIG. 17 (c) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma externa del haz de fibras picadas [A] CFB5c comprende cuatro lados, dos de los cuales están compuestos por segmentos de línea curva y los otros dos lados están compuestos por segmentos de línea recta. El haz de fibras picadas [A] CFB5d de la FIG. 17 (d) tiene dos puntas en la parte superior y una punta en la parte inferior. La forma externa del haz de fibras picadas [A] CFB5d comprende cuatro lados, de los que el lado que conecta las dos puntas superiores consiste en un segmento de línea curva en forma de U, el lado que incluye la punta del lado inferior consiste en un segmento de línea curva en forma de U y los dos lados restantes consisten en segmentos de línea recta.
El haz de fibras picadas [A] CFB5e en la FIG. 17 (e) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma externa del haz de fibras picadas [A] CFB5e comprende dos lados y sus lados están compuestos por segmentos de línea curva convexos hacia afuera que conectan la punta superior y la punta inferior, respectivamente.
El haz de fibras picadas [A] CFB5f en la FIG. 17 (f) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma externa del haz de fibras picadas [A] CFB5f comprende seis lados y cada lado consiste en un segmento de línea recta.
El haz de fibras picadas [A] CFB5g en la FIG. 17 (g) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma externa del haz de fibras picadas CFB5g comprende cuatro lados y cada lado consiste en un segmento de línea recta.
El haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención se usa para la fabricación de un material de moldeo para el moldeo de un cuerpo moldeado reforzado con fibra (plástico reforzado con fibra). Este material de moldeo comprende agregados de un gran número de los haces de fibras picadas [A] mencionados anteriormente. En caso de que se forme un cuerpo moldeado que tiene una forma complicada mediante el uso de este material de moldeo, se requiere una buena capacidad de seguimiento del moldeo a la forma complicada. Cuando la longitud de fibra Lf de todas las fibras de refuerzo 111 contenidas en los haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención se establece en 100 mm o menos, el material de moldeo que comprende un número de los haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención tiene una buena capacidad de seguimiento del moldeo.
En caso de que la longitud de fibra Lf exceda los 100 mm, a medida que la longitud de fibra se vuelve más larga, las fibras de refuerzo 111 apenas fluyen en la dirección de disposición de las mismas en el proceso de moldeo de un cuerpo moldeado y resulta difícil producir un cuerpo moldeado que tenga una forma complicada. En caso de que la longitud de fibra Lf sea menor de 5 mm, aunque se mejora la fluidez de las fibras de refuerzo 111 en el proceso de moldeo de un cuerpo moldeado, las propiedades mecánicas del cuerpo moldeado a obtener disminuyen. Más preferentemente, la longitud Lf de cada fibra de refuerzo 111 en el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención es de 10 a 50 mm de la relación entre la fluidez de las fibras de refuerzo en el proceso de moldeo del cuerpo moldeado y las propiedades mecánicas del cuerpo moldeado obtenido.
Cuanto menor sea el número de fibras de refuerzo con una longitud de fibra menor de 5 mm contenidas en el haz de fibras picadas [A], mejor será y preferentemente será menor del 5 % del número total de fibras de refuerzo que forman el haz de fibras picadas. Concretamente, en la presente invención, la condición donde la longitud de fibra Lf de las fibras de refuerzo 111 que forman un haz de fibras picadas es de 5 a 100 mm incluye una condición donde el número de fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra menor de 5 mm es del 5 % o menos del número total de fibras de refuerzo que forman el haz de fibras picadas y la longitud de fibra de todas las fibras de refuerzo es de 100 mm o menos.
Generalmente, se produce un plástico reforzado con fibra (en lo sucesivo en el presente documento, también denominado "plástico reforzado con fibra corta") mediante el moldeo de un material de moldeo que comprende agregados de un gran número de haces de fibras picadas. En caso de que se aplique una carga al plástico reforzado con fibra, la mayor parte de la carga debe ser recibida por las fibras de refuerzo presentes en el plástico reforzado con fibra. En caso de un haz de fibras picadas, las múltiples fibras de refuerzo que lo forman se encuentran en estado de corte con una determinada longitud. Por lo tanto, es necesario que la carga que han recibido las fibras de refuerzo de un determinado haz de fibras picadas se suministre desde la porción de extremo del haz de fibras picadas a través de una resina de matriz hasta las fibras de refuerzo de otro haz de fibras picadas localizado cerca de la porción de extremo del haz de fibras picadas.
En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, al hacer que el número de fibras de refuerzo que forman el haz de fibras picadas [A] sea más pequeño en ambas porciones de extremo del haz de fibras picadas [A] que en el centro del mismo, la carga asignada al haz de fibras picadas [A], que es la más grande en la porción central del haz de fibras picadas [A], se suministra gradualmente a los haces de fibras picadas posicionados cerca, poco a poco, hacia las porciones de extremo del haz de fibras picadas [A] a través de las fibras de refuerzo cuyo número está disminuyendo y, por lo tanto, en el plástico reforzado con fibra que comprende los haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención, es poco probable que se produzca concentración de esfuerzo.
Por lo tanto, en el caso del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, en comparación con el caso convencional del haz de fibras picadas en el que todas las fibras de refuerzo se cortan en la misma posición, la resistencia del plástico reforzado con fibra a obtener se mejora notablemente. Incluso, debido a que no se produce la concentración de esfuerzo, es poco probable que se produzca un daño inicial (grietas). En aplicaciones de plásticos reforzados con fibra, existen algunas aplicaciones que no se pueden aplicar porque los sonidos son causados por el daño inicial e inducen ansiedad, pero incluso en tales aplicaciones, resulta posible usar el plástico reforzado con fibra que comprende el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención (el plástico reforzado con fibra de la presente invención). Además, aunque el daño inicial afecta en gran medida a la resistencia a la fatiga, en el caso del plástico reforzado con fibra de la presente invención, debido a que el daño inicial es pequeño, no únicamente se mejora en gran medida la resistencia estática, sino también la resistencia a la fatiga. Además, dado que el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención se obtiene mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B], resulta menos probable, además, que se produzca la concentración de esfuerzo.
Con respecto al aumento en el número de fibras de refuerzo 111 en las secciones de transición 113a y 113b del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, en caso de que existan aumentos en el número de fibras de refuerzo 111 al menos en dos lugares en las secciones de transición 113a y 113b y el valor máximo del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] en los lugares de aumento del número sea de 0,008 mm2 o menos, se puede decir que el aumento en el número de fibras de refuerzo 111 en las secciones de transición 113a y 113b es un aumento continuo. Se prefiere que el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] en los lugares de aumento del número descritos anteriormente sea de 0,002 mm2 o menos, desde el punto de vista de que cuanto más suavemente se aumente el número de fibras de refuerzo, más improbable es que se produzca la concentración de esfuerzo descrita anteriormente.
En todo el intervalo en la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, incluyendo las secciones de transición 113a y 113b en las que el número de fibras de refuerzo 111 realmente cambia (todo el intervalo de la longitud de paso Ld), la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo se establece en 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm. Mediante la provisión de esta cantidad de cambio, la concentración de esfuerzo descrita anteriormente se puede prevenir eficazmente. Esta cantidad de cambio es preferentemente de 0,04 mm.2 o menos para una longitud de 1 mm, más preferentemente de 0,025 mm2 o menos.
El área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en una posición arbitraria en el haz de fibras picadas [A] es la suma total obtenida mediante la suma de las áreas de sección transversal de las respectivas fibras de refuerzo de todas las fibras de refuerzo que existen en un plano (sección transversal) ortogonal a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo.
La FIG. 18 muestra una vista en planta (a) del haz de fibras picadas [A] CFB2 usado en la presente invención de la FIG. 15, una vista lateral (b) y un gráfico (c) que muestran el estado de aumento/disminución del número de fibras de refuerzo 111 en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 del haz de fibras picadas [A] CFB2. En el gráfico de la FIG. 18(c), el eje horizontal X representa la posición en la longitud de paso Ld del haz de fibras picadas [A] CFB2 y el eje vertical Y representa el número de fibras de refuerzo 111 o el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo 111.
Tal como se muestra en el gráfico de la FIG. 18(c), el número de fibras de refuerzo 111 del haz de fibras picadas [A] CFB2 aumenta continuamente desde la primera punta 112a hacia la primera superficie de extremo terminal 113Ea de la primera sección de transición a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] CFB2 y se convierte en un valor constante en la primera superficie de extremo terminal 113Ea. Este valor constante se mantiene en la sección sin cambios 114 desde la primera superficie de extremo terminal 113Ea hasta la segunda superficie de extremo terminal 113Eb de la segunda sección de transición. El número de fibras de refuerzo 111 disminuye entonces continuamente desde la segunda superficie de extremo terminal 113Eb hacia la segunda punta 112b a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] CFB2. El número de fibras de refuerzo 111 en la sección sin cambios 114 es el valor máximo del número de fibras de refuerzo 111 en el haz de fibras picadas [A] CFB2.
La FIG. 19 muestra una vista en planta (a) del haz de fibras picadas [A] CFB3 usado en la presente invención de la FIG. 16, una vista lateral (b) y un gráfico (c) que muestran el estado de aumento/disminución del número de fibras de refuerzo 111 en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111 del haz de fibras picadas [A] CFB3. En el gráfico de la FIG. 19(c), el eje horizontal X representa la posición en la longitud de paso Ld del haz de fibras picadas [A] CFB3 y el eje vertical Y representa el número de fibras de refuerzo 111 o el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo 111.
Tal como se muestra en el gráfico de la FIG. 19(c), el número de fibras de refuerzo 111 del haz de fibras picadas [A] CFB3 aumenta continuamente desde la primera punta 112a hacia la primera superficie de extremo terminal 113Ea de la primera sección de transición a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] CFB3. El haz de fibras picadas [A] CFB3 no tiene una sección sin cambios en la que el número de fibras de refuerzo se mantenga a un valor constante en la dirección longitudinal del haz de fibras y la primera superficie de extremo terminal 113Ea y la segunda superficie de extremo terminal 113Eb de la segunda sección de transición 113b coinciden entre sí y, por lo tanto, el número de fibras de refuerzo 111 en la primera superficie de extremo terminal 113Ea (segunda superficie de extremo terminal 113Eb) indica el valor máximo. El número de fibras de refuerzo 111 disminuye entonces continuamente desde la segunda superficie de extremo terminal 113Eb hacia la segunda punta 112b a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] CFB3.
El cambio en el número de fibras de refuerzo en la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención tiene dos formaciones, la primera formación en la que se convierte en un valor constante después del aumento y, después de eso, disminuye y la segunda formación en el que, después del aumento, esta disminuye sin tener un valor constante.
En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, la cantidad de cambio CFTS del área de sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo 111 en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] entre la primera punta 112a y la segunda punta 112b (ejemplificadas en las FIG. 18 y 19) es de 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 111. El área de sección transversal total FTS de las fibras de refuerzo 111 en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] es la suma total de las áreas de sección transversal de las respectivas fibras de refuerzo 111 que existen en la sección transversal.
En caso de que las áreas de sección transversal de las respectivas fibras de refuerzo 111 presentes en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] varíen en un intervalo de ±10 % o menos con respecto al área de sección transversal de la fibra de refuerzo representativa seleccionada entre las mismas, como área de sección transversal total FTS de las fibras de refuerzo 111, se usa un valor obtenido mediante la multiplicación del número de fibras de refuerzo 111 presentes en la sección transversal por el área de sección transversal de la fibra de refuerzo representativa. Además, en caso de que el ancho máximo Wb del haz de fibras picadas sea menor de 3 mm, como cantidad de cambio CFTS del área de sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo, se usa un valor obtenido mediante la división del valor máximo del área de sección transversal total FTS de las fibras de refuerzo 111 en el haz de fibras picadas [A] por la longitud (mm) de las secciones de transición 113a y 113b en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo.
Las FIG. 14 a 17 muestran diversos ejemplos del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. Cualquiera de estos haces de fibras picadas [A] tiene una sección de transición en la que aumenta el número de fibras de refuerzo y la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es de 0,05 mm2 o menos para 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo en todo el intervalo de la dirección longitudinal del haz de fibras picadas. En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, el valor máximo del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es preferentemente de 0,1 mm2 o más.
El estado en el que aumenta el número de fibras de refuerzo desde la punta hasta el extremo terminal de la sección de transición del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención se puede expresar a la inversa como un estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye desde la porción central del haz de fibras cortadas hacia la punta del haz de fibras picadas. Mediante este estado de disminución del número de fibras de refuerzo, se evita la aparición de la concentración de esfuerzo descrita anteriormente en el plástico reforzado con fibra. Este estado de disminución del número de fibras de refuerzo es preferentemente una formación en la que el número de fibras de refuerzo disminuye gradualmente, es decir, disminuye continuamente. Si el haz de fibras picadas es más espeso, el número de fibras de refuerzo es mayor y el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es mayor, se mejora más el efecto de prevención de la aparición de la concentración de esfuerzo. Cuanto mayor sea el área de sección transversal total de las fibras de refuerzo, cuanto es la carga que soporta un haz de fibras picadas en el plástico reforzado con fibra, no obstante, aunque la carga a soportar sea grande, el estado de suministrarse con la carga de golpe a la porción de extremo de un haz de fibras picadas adyacente a través de una resina de matriz se puede evitar mediante el estado disminuido con el número de fibras de refuerzo en la sección de transición. Concretamente, la transmisión de la carga entre haces de fibras picadas adyacentes [A] se realiza gradualmente mediante el estado de disminución del número de fibras de refuerzo en la sección de transición y se puede evitar la concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras picadas [A].
En caso de que se produzca un haz de fibras picadas [A], la producción de un haz de fibras picadas más espeso es más excelente en cuanto a la procesabilidad y el coste de producción también se vuelve más bajo. Sin embargo, en caso de que un haz de fibras picadas convencional cortado en una dirección ortogonal a la dirección longitudinal de un haz de fibras se convierta en un haz de fibras picadas espeso, el plástico reforzado con fibra corta convencional moldeado usando este haz de fibras picadas espeso es de baja resistencia. Por lo tanto, este plástico reforzado con fibra corta tiene el problema de que es difícil de aplicar a un miembro para darle resistencia.
Aunque el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención sea un haz de fibras picadas espeso, el plástico reforzado con fibra corta formado mediante su uso tiene una alta resistencia en comparación con un plástico reforzado con fibra corta convencional formado mediante el uso de un haz de fibras picadas espeso convencional. Por lo tanto, resulta posible reducir el coste de producción del haz de fibras picadas y también resulta posible producir un plástico reforzado con fibra corta que tenga una alta resistencia. Desde el punto de vista de un haz de fibras picadas espeso, el valor máximo del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es preferentemente de 0,2 mm2 o más. En este caso, desde el punto de vista del grado de libertad de diseño del espesor cuando se convierte en un plástico reforzado con fibra, el valor máximo del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es preferentemente de 30 mm2 o menos, más preferentemente de 5 mm2 o menos.
Por otro lado, en caso de que el valor máximo del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo sea menor de 0,1 mm2, se prefiere que la cantidad de cambio del número de fibras de refuerzo sea del 30 % o menos del número máximo de fibras de refuerzo (el valor máximo del número) para 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo en todo el intervalo del haz de fibras picadas [A]. donde el valor máximo del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es menor de 0,1 mm2, concretamente, aunque se trate de un haz de fibras cortadas [A] delgadas, en comparación con la formación en la que se libera una carga de golpe como en el haz de fibras picadas convencional, la formación en la que el número de fibras de refuerzo disminuye gradualmente desde la porción central del haz de fibras picadas hacia la punta resulta preferible porque la transmisión de una carga en el plástico reforzado con fibra se realiza gradualmente.
En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, también se prefiere que las longitudes de fibra Lf de las respectivas fibras de refuerzo 111 sean las mismas. Cuando se produce el haz de fibras picadas [A], si las longitudes de fibra de las respectivas fibras de refuerzo son las mismas, dado que resulta posible producir haces de fibras picadas mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas en un mismo intervalo en la dirección longitudinal, la eficacia de producción de los haces de fibras picadas es buena y, cuando se integra un número de haces de fibras picadas [A] para preparar un material de moldeo y se realiza el moldeo de un cuerpo moldeado usando este material de moldeo, si las longitudes de fibra de las respectivas fibras de refuerzo son las mismas, el control del flujo de las fibras de refuerzo es más fácil. En las FIG. 14, 15, 16, 17(a), 17(b), 17(c) y 17(d), se muestran ejemplos de los haces de fibras picadas usados en la presente invención, donde las longitudes de fibra de las respectivas fibras de refuerzo son las mismas.
La condición donde las longitudes de fibra f de las respectivas fibras de refuerzo son las mismas significa que las fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra dentro del intervalo de ±5 % del valor promedio de las longitudes de fibra de las fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras picadas [A] ocupan el 95 % del total de fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras picadas.
Como fibra de refuerzo usada para el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, el tipo de fibra no está particularmente limitado siempre que se trate de un haz de fibras que comprenda una pluralidad de fibras de refuerzo. Por ejemplo, existe una fibra orgánica, tal como la fibra de aramida, la fibra de polietileno y la fibra de benzoxadol de poliparafenileno (PBO en inglés),
una fibra inorgánica, tal como la fibra de vidrio, la fibra de carbono, la fibra de carburo de silicio, la fibra de alúmina, la fibra de tirano, la fibra de basalto y la fibra de cerámica, una fibra de metal, tal como la fibra de acero inoxidable y la fibra de acero, y como otras, la fibra de boro, la fibra natural y la fibra natural modificada. Además, esta puede ser una combinación de dos o más fibras de refuerzo de diferentes tipos. Entre estas fibras, dado que la fibra de carbono es ligera, tiene una excelente resistencia específica y módulo elástico específico y, además, tiene una excelente resistencia térmica y resistencia química, se usa esta preferentemente como fibra de refuerzo. Un cuerpo moldeado (plástico reforzado con fibra) producido a partir de haces de fibras picadas que comprenden fibras de carbono usadas en la presente invención se usa adecuadamente para un miembro, tal como un panel de automóvil deseado con reducción de peso.
En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, se prefiere que la fibra de refuerzo sea una fibra de carbono, el número de fibras de carbono sea de 1.000 a 700.000 y en todo el intervalo del haz de fibras picadas y la cantidad de cambio del número de fibras de carbono sea de 1.400 o menos cada vez que se mueva 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de carbono.
La fibra de carbono es preferentemente una fibra de carbono basada en poliacrilonitrilo, que es fácil de obtener con una alta resistencia. Teniendo en cuenta que el diámetro de una fibra individual de la fibra de carbono fácilmente obtenible es de aproximadamente 5 a 10 pm, se prefiere que el número de fibras de carbono en el haz de fibras picadas sea de 1.000 a 700.000. El número de fibras de carbono es más preferentemente de 1.000 a 100.000. Dado que un haz de fibras de carbono continuas que tiene una alta resistencia y que tiene de 6.000 a 50.000 fibras es económico y fácil de obtener, se usa este preferentemente cuando se produce el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. El haz de fibras de carbono continuas, tal como se ha descrito anteriormente, se suministra como un cuerpo (paquete) enrollado de hilos enrollado con el haz de fibras en una bobina. Aunque se prefiere destorcer el haz de fibras, también se puede usar una hebra con torsiones y, aunque se produzca la torsión durante el transporte, esta se puede aplicar a la presente invención. Además, en caso de usar la denominada estopa grande con un gran número de fibras individuales en haz, dado que el precio por unidad de peso del haz de fibras es económico, ya que el número de fibras individuales es mayor, el coste del producto final se puede reducir preferentemente. Además, como estopa grande, se puede usar la denominada forma de doblamiento en la que se enrollan entre sí haces de fibras en forma de un haz.
Cuando se usa la fibra de refuerzo descrita anteriormente, se prefiere que la fibra de refuerzo se someta a un tratamiento en superficie con el fin de mejorar la adhesividad con una resina de matriz [M] o similar. Como método para el tratamiento en superficie, existen el tratamiento electrolítico, el tratamiento con ozono, el tratamiento ultravioleta y similares.
El haz de fibras usado en la presente invención se encuentra preferentemente en un estado de estar en haz de antemano. En este caso, el estado de estar en haz de antemano significa, por ejemplo, un estado en haz debido al enredo de fibras de refuerzo que constituyen el haz de fibras entre sí, un estado en haz mediante un agente de apresto aplicado al haz de fibras y un estado en haz debido a que las torsiones están contenidas en el proceso de producción del haz de fibras.
Si la cantidad de cambio del número de fibras de refuerzo es no mayor de 1.400 cada vez que se produce un movimiento de 1 mm en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo en todo el intervalo del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, la concentración de esfuerzo se puede prevenir eficazmente en un plástico reforzado con fibra. La cantidad de cambio del número de fibras de refuerzo es preferentemente de 1.000 o menos. Con el fin de mejorar la resistencia del plástico reforzado con fibra, la cantidad de cambio del número de fibras de refuerzo es preferentemente de 600 o menos, más preferentemente de 300 o menos.
En caso de que el ancho máximo Wb del haz de fibras picadas [A] sea menor de 3 mm, como cantidad de cambio del número de fibras de refuerzo, se usa un valor calculado mediante la división del valor máximo del número de fibras de refuerzo del haz de fibras picadas [A] por la longitud de la sección de transición en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo y la conversión proporcional del mismo en la cantidad de cambio para 1 mm. En este caso, existen aumentos en el número de fibras de refuerzo en al menos dos lugares dentro de la sección de transición y el número de fibras de refuerzo incluidas en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] en los lugares donde aumenta el número de fibras de refuerzo es preferentemente de 200 o menos y más preferentemente de 50 o menos.
En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, la relación Wb/Tb del ancho máximo Wb respecto al espesor máximo Tb es preferentemente de 20 a 400. La relación Wb/Tb representa la relación de planicidad del haz de fibras picadas. Cuanto mayor sea la relación de planicidad, más plano es el haz de fibras picadas. Un haz de fibras picadas [A] plano provoca un aumento en la resistencia de un plástico reforzado con fibra. En particular, a medida que el haz de fibras picadas [A] es más espeso, es decir, el número de fibras individuales que constituyen el haz de fibras picadas es mayor, la contribución de la relación de planicidad respecto al efecto de mejora de la resistencia se vuelve mayor. El valor del espesor máximo Tb es preferentemente de 150 pm o menos y más preferentemente de 100 pm o menos.
Se puede producir un haz de fibras picadas [A] plano, por ejemplo, mediante la abertura de un haz de fibras de refuerzo continuas (por ejemplo, un haz de fibras parcialmente separadas [B]) estirado en una dirección y, a continuación, su corte. Esta abertura del haz de fibras de refuerzo continuas se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante el paso del haz de fibras de refuerzo continuas en contacto con un rodillo, la vibración del haz de fibras de refuerzo continuas o la realización del soplado de aire en el haz de fibras de refuerzo continuas. En este caso, en caso de realizar el tratamiento de abertura en el haz de fibras parcialmente separadas [B], el tratamiento de abertura se puede realizar mediante el sometimiento del haz de fibras a un procesamiento por separación, una vez que se ha enrollado como un haz de fibras parcialmente separadas [B], y, a continuación, la realización del tratamiento de abertura y, como alternativa, se puede realizar en el proceso para la obtención del haz de fibras parcialmente separadas [B]. Particularmente, en el proceso para la obtención del haz de fibras parcialmente separadas [B], mediante la realización del tratamiento de abertura en el haz de fibras de refuerzo continuas y la realización de un procesamiento por separación en un estado realizado con tratamiento de abertura, se puede llevar a cabo una separación más uniforme y, además, desde el punto de vista de que resulta posible reducir el riesgo de que se produzcan pelusas y la rotura del hilo en el momento del procesamiento por separación, se prefiere más realizar el tratamiento de abertura en el proceso para la obtención del haz de fibras parcialmente separadas [B]. Además, desde el punto de vista de evitar el estrechamiento del ancho del haz de fibras una vez abierto, se prefiere, además, realizar el tratamiento de abertura en el proceso para la obtención del haz de fibras parcialmente separadas [B] y someterlo a una etapa de corte sin enrollarlo, a fin de obtener un haz de fibras picadas [A].
Una formación particularmente preferida del haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención es una formación en la que la porción de extremo del haz de fibras picadas tiene un lado que se extiende oblicuamente con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo. Se prefiere más una formación donde el lado oblicuo se forma linealmente en un ángulo de 3 a 30° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo.
El haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención que tiene tal formación se puede fabricar, por ejemplo, mediante el estirado de un haz de fibras de refuerzo continuas (el haz de fibras parcialmente separadas [B]) en una dirección y el corte del haz de fibras de refuerzo continuas estirado linealmente en un ángulo de 3 a 30° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo (la dirección de estirado del haz de fibras de refuerzo continuas), de modo que la longitud de fibra de las fibras de refuerzo sea de 5 a 100 mm. En este método de fabricación, se puede producir un haz de fibras picadas [A] más plano mediante el corte de la abertura del haz de fibras de refuerzo continuas estirado en una dirección después de su abertura. Aunque el haz de fibras picadas convencional se ha producido mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas en la dirección perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo (la dirección de estirado del haz de fibras de refuerzo continuas), únicamente mediante el corte del haz de fibras de refuerzo continuas en un ángulo de 3 a 30° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo (la dirección de estirado del haz de fibras de refuerzo continuas), se puede obtener el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención que permite la producción de un plástico reforzado con fibra que tiene una alta resistencia.
Cuanto menor sea el ángulo del lado formado mediante la disposición de fibras de refuerzo cortadas en la porción de extremo del haz de fibras picadas [A] con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo, mayor se vuelve el efecto de aumento de la resistencia del plástico reforzado con fibra moldeado mediante su uso. En caso de que el ángulo sea de 30° o menos, su efecto es notable. Por otro lado, sin embargo, se reduce la capacidad de manipulación del propio haz de fibras picadas. Además, cuanto menor sea el ángulo entre la dirección de disposición de las fibras de refuerzo y una hoja de corte, menor se vuelve la estabilidad en el proceso de corte. Por lo tanto, el ángulo es preferentemente de 3° o más. Más preferentemente, el ángulo es de 4 a 25°. Se prefiere, además, que el ángulo sea de 5 a 15° en consideración de un buen equilibrio entre el logro de una alta resistencia de un plástico reforzado con fibra y la procesabilidad en el proceso de fabricación del haz de fibras picadas. En este caso, el ángulo mencionado en este caso está representado por un valor absoluto.
Los haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención mostrados en las FIG. 14, 15 y 16 se fabrican mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas (haz de fibras parcialmente separadas [B]) en la dirección longitudinal del mismo en un intervalo de corte idéntico. El haz de fibras picadas [A] CFB1 usado en la presente invención en la FIG. 14 se obtiene mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas relativamente ancho y tiene una formación en la que las longitudes de los lados 116a y 116b sobre los que se disponen los extremos cortados de las fibras de refuerzo 111 son largas. Dado que las longitudes de los lados 116a y 116b son largas, las fibras de refuerzo son fáciles de abrir en el momento de la fabricación de un material de moldeo o el moldeo de un cuerpo moldeado usando el material de moldeo. Por lo tanto, el espesor de cada haz de fibras picadas [A] en el material de moldeo o el cuerpo moldeado se reduce y la resistencia del cuerpo moldeado obtenido (plástico reforzado con fibra) se mejora fácilmente.
El haz de fibras picadas [A] CFB2 usado en la presente invención en la FIG. 15 se obtiene mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas (haz de fibras parcialmente separadas [B]) que tiene un ancho relativamente pequeño y tiene una formación en la que las longitudes de los lados 116a y 116b sobre los que se disponen los extremos cortados de las fibras de refuerzo 111 son cortas. Dado que las longitudes de los lados 116a y 116b son cortas, las fibras de refuerzo son difíciles de extender y excelentes en la manipulación del haz de fibras picadas [A]. El haz de fibras picadas [A] CFB3 usado en la presente invención que se muestra en la FIG. 16 no tiene una sección sin cambios que exista en el haz de fibras picadas [A] de la FIG. 14 o la FIG. 15, a partir de la relación entre el ángulo de corte y el ancho del haz de fibras de refuerzo continuas, cuando se corta el haz de fibras de refuerzo continuas (haz de fibras parcialmente separadas [B]), y comprende sustancialmente solo dos secciones de transición 113a y 113b. En este haz de fibras picadas [A] c FB3, la longitud de paso Ld del haz de fibras picadas [A] CFB3 es el doble de la longitud de fibra Lf de las fibras de refuerzo 111.
Como medio de corte para el haz de fibras de refuerzo continuas para la fabricación del haz de fibras picadas [A], por ejemplo, existe un cortador de guillotina o un cortador giratorio, tal como un cortador de mecha o similar. El haz de fibras de refuerzo continuas se inserta en los medios de corte y se corta en un estado en el que la dirección longitudinal del haz de fibras de refuerzo continuas y la dirección de la hoja de corte montada sobre los medios de corte se extienden de manera relativamente oblicua.
En la fabricación del haz de fibras picadas [A] CFB5a en la FIG. 17(a), se usa una hoja con muescas, en la fabricación del haz de fibras picadas [A] CFB5b de la FIG. 17(b), se usa una hoja en forma de V, en la fabricación del haz de fibras picadas [A] CFB5c en la FIG. 17(c), se usa una hoja currentilineal y en la fabricación del haz de fibras picadas [A] CFB5d en la FIG. 17(d), se usa una hoja en forma de U, respectivamente. El haz de fibras picadas [A] CFB5e de la FIG. 17(e) se fabrica mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas de manera oblicua con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras de refuerzo continuas, al tiempo que se aplica un agente de apresto, tal como agua, al haz de fibras de refuerzo continuas, y la convergencia de ambas porciones laterales en la dirección longitudinal de la pieza cortada obtenida mediante el corte hacia ambas porciones de punta en forma similar a una canoa. En la fabricación del haz de fibras picadas [A] CFB5f de la FIG. 17(f) y del haz de fibras picadas [A] CFB5g de la FIG. 17(g), se usan una pluralidad de hojas que tienen diferentes formas.
El haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención también se puede fabricar mediante la aplicación de cizallamiento a un haz de fibras picadas, que se obtiene mediante el método convencional de fabricación de haces de fibras picadas y en el que los extremos cortados de las fibras de refuerzo se disponen en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras picadas, en la dirección de espesor del haz de fibras picadas, y la formación de una sección de transición en la que cambia el número de fibras de refuerzo. Además, el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención también se puede fabricar mediante el hilado de un haz de fibras de refuerzo continuas usando un medio de hilado de corte por tracción. El haz de fibras picadas [A] obtenido mediante corte por tracción tiene una formación en la que las fibras de refuerzo que difieren en longitud en la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] se disponen en ambos extremos del haz de fibras picadas [A] y, mediante las porciones, se forman secciones de transición.
En el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención, se prefiere que un número de fibras de refuerzo que lo forman contengan un agente de apresto para el mantenimiento del estado del haz. Como agente de apresto, se puede emplear uno que pueda mantener un número de fibras de refuerzo en un estado de haz y cuyo material no tenga ningún problema de compatibilidad con una resina usada para la producción de un cuerpo moldeado (plástico reforzado con fibra) que comprenda los haces de fibras picadas [A].
El haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención se fabrica mediante el corte de un haz de fibras de refuerzo continuas (haz de fibras parcialmente separadas [B]). A este haz de fibras de refuerzo continuas, normalmente, se aplica un agente de apresto en la fase de fabricación del haz de fibras de refuerzo continuas con el fin de mejorar la capacidad de manipulación del haz de fibras. Por lo tanto, este agente de apresto se puede usar tal como está como agente de formación de haces para el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención y, en este caso, existe la ventaja de que no resulta necesario preparar por separado otro agente de formación de haces.
Cuando el agente de apresto se usa como agente de formación de haces, la cantidad de agente de apresto aplicada a las fibras de refuerzo es preferentemente del 0,1 al 10 % en masa, con respecto a un patrón de la masa de todo el haz de fibras picadas [A]. En caso de que se aplique la misma cantidad de agente de apresto que esta cantidad al haz de fibras de refuerzo continuas usado para la fabricación del haz de fibras picadas [A], cuando se corta el haz de fibras de refuerzo continuas, las fibras de refuerzo no se desintegrarán entre sí y la forma del haz de fibras picadas [A] obtenido mediante el corte se convierte en la forma prevista. En caso de que el haz de fibras picadas [A] se fabrique a partir del haz de fibras de refuerzo continuas, mediante una condición donde se aplica del 0,1 al 10 % en masa de agente de apresto a las fibras de refuerzo continuas a usar, la procesabilidad en el proceso de fabricación del haz de fibras picadas [A] se mejora drásticamente. Además, también se mejora la capacidad de manipulación del haz de fibras picadas [A] cuando se produce un material de moldeo usando el haz de fibras picadas [A].
Por ejemplo, se añade del 0,1 al 10 % en masa de un agente de apresto disuelto o disperso en un disolvente al haz de fibras de refuerzo continuas estirado y, después de cortarse el haz de fibras de refuerzo continuas, este se calienta para secar el disolvente o, después del calentamiento del haz de fibras de refuerzo continuas para secar el disolvente, este se corta, obteniendo, de ese modo, el haz de fibras picadas usado en la presente invención.
Como agente de apresto, por ejemplo, existen una resina de epoxi, una resina de fenol, una resina de poliéster insaturado, una resina de éster de vinilo, una resina de poliamida, una resina de uretano o una resina mixta obtenida mediante la mezcla de las mismas. Estas resinas se diluyen con agua, un disolvente o similares y se aplica a un haz de fibras de refuerzo continuas.
Un material de moldeo de resina reforzada con fibra que contiene una malla aleatoria que contiene los haces de fibras picadas [A] descritos anteriormente en la presente invención y una resina de matriz [M] contiene un gran número de agregados de los haces de fibras picadas [A] descritos anteriormente y la FIG. 20 es una vista en planta que muestra un ejemplo del mismo. En la FIG. 20, un material de moldeo de resina reforzada con fibra 191 de acuerdo con la presente invención contiene un gran número de agregados de los haces de fibras picadas CFB mencionados anteriormente (por ejemplo, el haz de fibras picadas [A] CFB3 mostrado en la FIG. 16). Aunque el material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención contiene un gran número de agregados de los haces de fibras picadas [A] mencionados anteriormente, este agregado se puede combinar con otro material de base, por ejemplo, un material de base compuesto por un gran número de fibras continuas. En cualquier formación, debido a que el material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención se usa para la producción de un plástico reforzado con fibra, se prefiere que este tenga una buena propiedad de manipulación y una propiedad adecuada para el moldeo por presurización, tal como el moldeo por prensa y el moldeo por drapeado.
El material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención se puede producir, por ejemplo, mediante la intercalación de una malla aleatoria, obtenida mediante la pulverización de un gran número de los haces de fibras picadas [A] mencionados anteriormente en forma de lámina, con láminas de resina de matriz de los lados superior e inferior, para formar un material de moldeo en el que se integran un gran número de haces de fibras picadas [A] y una resina de matriz. Tal material de moldeo se denomina normalmente lámina de SMC (compuesto de moldeo de asiento) o lámina estampable.
La cantidad de la resina de matriz [M] en el material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención es preferentemente del 20 al 75 % en masa. En caso de que la cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo sea menor del 20 % en masa, debido a que la cantidad de resina es pequeña, existe un caso donde la fluidez, que es una de las principales características del material de moldeo de la presente invención, se puede ver alterada. En caso de que la cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo sea mayor del 75 % en masa, debido a que la cantidad de fibras de refuerzo es menor que la cantidad de la resina, resulta difícil mejorar las propiedades mecánicas del plástico reforzado con fibra resultante. La cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo es más preferentemente del 35 al 55 % en masa.
Como resina de matriz [M] usada para el material de moldeo de resina reforzada con fibra, existe un caso donde resulta preferible una resina termoendurecible. Dado que una resina termoendurecible tiene una estructura reticulada, en general, esta tiene un alto módulo elástico y una excelente estabilidad de forma. En un plástico reforzado con fibra producido mediante esta, se presentan un alto módulo de elasticidad y una buena estabilidad dimensional. En la resina termoendurecible, la viscosidad de la resina se puede ajustar a una viscosidad baja. Por lo tanto, la resina termoendurecible que se ha ajustado adecuadamente en cuanto a la viscosidad se puede impregnar fácilmente en el haz de fibras picadas [A]. Además, mediante el ajuste adecuado de la viscosidad de la resina termoendurecible, incluso en cualquier etapa para la producción de un plástico reforzado con fibra, se puede añadir una resina según sea necesario. Además, el material de moldeo, en el que la resina está en un estado de condición sin curar a una temperatura ambiente, tiene flexibilidad. Por lo tanto, tal material de moldeo tiene facilidad para cortarse y seguir la forma de un molde y tiene una excelente capacidad de manipulación. Además, dado que resulta posible el diseño para conferir adherencia a una temperatura ambiente, debido a que tal material de moldeo se integra mediante el simple prensado del mismo entre sí o con otro material de base, este resulta fácil de laminar entre sí o con otro material de base para formar un material laminado.
Como resina de matriz [M] usada en el material de moldeo de resina reforzada con fibra, existe un caso donde se prefiere una resina termoplástica. Generalmente, dado que una resina termoplástica tiene una alta tenacidad, mediante el uso de una resina termoplástica como resina de matriz, resulta posible suprimir la conexión de grietas entre sí, que es el punto débil de un plástico reforzado con fibra corta, mejorando, de ese modo, la resistencia del plástico reforzado con fibra corta. En particular, en las aplicaciones que dan importancia a las propiedades de impacto, resulta mejor usar una resina termoplástica en cuanto a la resina de matriz. Dado que el moldeo usando una resina termoplástica normalmente no va acompañado de una reacción química, el tiempo de moldeo se puede acortar mediante el uso de una resina termoendurecible.
En el material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención, la dirección de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras picadas [A] contenidas en la malla aleatoria puede ser la misma. Mediante la laminación de una pluralidad de materiales de moldeo que tienen la misma dirección de disposición de las fibras de refuerzo, resulta fácil diseñar un laminado que tenga las propiedades físicas deseadas. Resulta fácil reducir la variación de las propiedades mecánicas del laminado obtenido. Tal material de moldeo se produce mediante la pulverización de un gran número de haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención sobre un material de base en forma de una lámina, de modo que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras picadas [A] son las mismas. Como medio para la pulverización de los respectivos haces de fibras picadas [A], de modo que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de los mismos son las mismas, por ejemplo, existe una boquilla en forma de hendidura capaz de suministrar los respectivos haces de fibras picadas [A] sobre un material de base en un estado donde las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo se dirigen en una dirección constante.
Por otro lado, el material de moldeo de resina reforzada con fibra 191 en la FIG. 20 está compuesto por un agregado en el que un gran número de haces de fibras picadas [A] CFB usados en la presente invención se posicionan en un estado de las fibras de refuerzo de los mismos dispuestas en direcciones aleatorias. Aunque un gran número de haces de fibras picadas [A] CFB se superponen parcialmente entre sí, no se forma una estructura de capa definida. Este material de moldeo de resina reforzada con fibra 191 se puede producir de manera económica en comparación con el caso de la producción de un material de moldeo que tiene una estructura en capas, al tiempo que se controla la dirección de disposición de las fibras de refuerzo de los haces de fibras picadas [A], y, además, se puede decir que se trata de un material de moldeo isotrópico y de fácil diseño.
El material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención se puede formar en una forma tridimensional de tal manera que una malla aleatoria que contenga un gran número de los haces de fibras picadas [A] descritos anteriormente tenga al menos una porción doblada en su forma de sección transversal. En caso de moldear un plástico reforzado con fibra de manera similar que tenga una forma tridimensional usando el material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención que tiene una forma tridimensional, debido a que no resulta necesario hacer fluir en gran medida los haces de fibras picadas [A] durante el moldeo, se evita la ondulación y la irregularidad de la disposición de fibras de refuerzo debido al flujo y se puede obtener una excelente estabilidad de calidad en un artículo moldeado obtenido del plástico reforzado con fibra.
El material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención que tiene una forma tridimensional se puede producir, por ejemplo, de la siguiente manera. Se puede ejemplificar un método para la producción de un material de moldeo que comprende las etapas de pulverizar un gran número de haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención y una resina de matriz [M] sobre un material de base de moldeo en forma similar a una lámina para integrar los mismos y formar la lámina integrada en una forma tridimensional. Por ejemplo, se puede ejemplificar un método para la producción de un material de moldeo que comprende las etapas de hacer pasar un gran número de haces de fibras picadas [A] usados en la presente invención a través de una boquilla en forma de hendidura, de modo que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de los respectivos haces de fibras picadas [A] se alinean en la misma dirección, pulverizar los mismos sobre un material de base de moldeo que tiene una forma tridimensional para formar una capa que comprende un agregado de haz de fibras picadas que tiene las mismas direcciones de disposición de las fibras de refuerzo y pulverizar un gran número de haces de fibras picadas [A] sobre la capa previamente formada en forma similar a una lámina, de modo que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de los respectivos haces de fibras picadas [A] se alinean en diferentes direcciones de las fibras de refuerzo de los haces de fibras picadas [A] en la capa previamente formada y las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de los respectivos haces de fibras picadas [A] pulverizados posteriormente se alinean en la misma dirección.
La FIG. 21 es un diagrama en perspectiva esquemático para la explicación de un ejemplo de un método para la producción de un material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención que tiene una forma tridimensional. En la FIG. 21, un aparato para la producción de un material de moldeo de resina reforzada con fibra de la presente invención que tiene una forma tridimensional comprende, por ejemplo, una pluralidad de bobinas 202, cada una enrollada con un haz de fibras de refuerzo continuas 201 (en la FIG. 21, se representan seis bobinas), rodillos de guía 203 y 204 para las fibras de refuerzo continuas, un cortador de rodillos 205 para la extracción de las fibras de refuerzo continuas de las bobinas 202, el paso del haz de fibras de las fibras de refuerzo continuas extraídas a través de un dispositivo de procesamiento por separación parcial 211 para la realización de un procesamiento por separación parcial en el haz de fibras y, después de eso, el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] 212 a intervalos constantes y en una dirección inclinada con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras de las fibras de refuerzo continuas, un dispositivo de aplicación de agente de apresto 206 para la aplicación de un agente de apresto en el haz de fibras picadas [A] obtenido mediante el corte de las fibras de refuerzo continuas, un puerto de suministro de agente de apresto 207 provisto sobre la porción lateral del dispositivo de aplicación de agente de apresto 206, una boquilla en forma de hendidura 208 para el control de la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras picadas [A] aplicadas con el agente de apresto en una dirección predeterminada, un material de base de moldeo 209 que comprende un molde de formación que tiene una forma tridimensional y un brazo de robot 210.
El cortador de rodillo 205 se fija a la porción superior del dispositivo de aplicación de agente de apresto 206. El dispositivo de aplicación de agente de apresto 206 tiene un puerto de introducción de haz de fibras picadas, que recibe el haz de fibras picadas [A] obtenido mediante el corte, en su porción superior, y un puerto de descarga de haz de fibras picadas, que descarga el haz de fibras picadas [A] aplicado con el agente de apresto, en su porción inferior. La boquilla en forma de hendidura 208 tiene un puerto de introducción de haz de fibras picadas, que recibe el haz de fibras picadas [A] descargado del puerto de descarga de haz de fibras picadas, en su porción superior, y un puerto de descarga de haz de fibras picadas, que descarga el haz de fibras picadas [A] en el que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo se controlan en una dirección constante, en su porción inferior. La boquilla en forma de hendidura 208 se fija a la porción inferior del dispositivo de aplicación de agente de apresto 206. La punta del brazo de robot 210 se acopla a la porción lateral del dispositivo de aplicación de agente de apresto 206. La punta del brazo de robot 210 se puede mover con respecto al material de base de moldeo 209 mediante un dispositivo de operación de brazo de robot (no mostrado).
En la FIG. 21, mediante la rotación de los rodillos del cortador de rodillos 205, el haz de fibras de refuerzo continuas 201 extraído de las bobinas 202 se hace pasar a través de los rodillos de guía 203 y 204 y se hace pasar a través del dispositivo de procesamiento por separación parcial 211 y, a continuación, un haz de fibras parcialmente separadas [B] 212 se introduce en el cortador de rodillos 205 donde este se corta para formar el haz de fibras picadas [A] usado en la presente invención. Los haces de fibras picadas [A] obtenidos mediante el corte se introducen en el dispositivo de aplicación de agente de apresto 206. En el interior del dispositivo de aplicación de agente de apresto 206, el agente de apresto en polvo suministrado desde el puerto de suministro de agente de apresto 207 se aplica a los haces de fibras picadas [A]. Los haces de fibras picadas [A] aplicados con el agente de apresto se introducen en la boquilla en forma de hendidura 208. A medida que los haces de fibras picadas se mueven dentro de la boquilla en forma de hendidura 208, los haces de fibras picadas [A] se alinean de modo que la dirección de disposición de las fibras de refuerzo se convierte en una dirección constante. Los haces de fibras picadas [A] alineados se descargan de la boquilla en forma de hendidura 208, caen al tiempo que se mantienen sustancialmente con el estado de disposición de los haces de fibras picadas y alcanzan la superficie del material de base de moldeo 209.
La posición de llegada sobre la superficie del material de base de moldeo 209 de los haces de fibras picadas se cambia secuencialmente mediante la operación del brazo de robot 210 y se forma una capa de los haces de fibras picadas [A] adheridos con el agente de apresto en polvo sobre el material de base de moldeo 209. La capa de haces de fibras picadas [A] formada sobre el material de base de moldeo 209 se calienta con el fin de fundir el agente de apresto en polvo contenido en el mismo y, mediante el agente de apresto fundido, los haces de fibras picadas se integran entre sí y se produce el material de moldeo de la presente invención que tiene una forma tridimensional.
El plástico reforzado con fibra moldeado usando el material de moldeo de resina reforzado con fibra de la presente invención contiene la malla aleatoria que contiene los haces de fibras picadas [A] descritos anteriormente y una resina de matriz [M]. Por lo tanto, en el haz de fibras picadas [A] en el plástico reforzado con fibra de la presente invención, la longitud de fibra de las fibras de refuerzo que lo forman es, por ejemplo, de 5 a 100 mm y el haz de fibras picadas [A] tiene secciones de transición en cada una de las que el número de fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] aumenta desde cada extremo del haz de fibras picadas [A] a lo largo de la dirección de disposición de las fibras de refuerzo hacia la porción central en la dirección longitudinal del haz de fibras picadas [A] y, en todo el intervalo del haz de fibras picadas[A], la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras picadas [A] es de 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm.
Dado que el haz de fibras picadas [A] en tal plástico reforzado con fibra tiene una formación en la que el número de fibras de refuerzo disminuye desde la porción central del mismo hasta la porción de extremo, en el plástico reforzado con fibra, la carga recibida por el haz de fibras picadas [A] se puede suministrar gradualmente al haz de fibras picadas [A] circundante, reduciendo, de ese modo, eficazmente la concentración de esfuerzo. En particular, mediante la condición donde la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo es de 0,05 mm2 o menos para 1 mm en todo el intervalo de haces de fibras picadas [A], la eficacia de transmisión de esfuerzo se mejora drásticamente. Esta cantidad de cambio es preferentemente de 0,04 mm2 o menos. Con el fin de minimizar la influencia de la concentración de esfuerzo, resulta mejor que esta cantidad de cambio sea de 0,025 mm2 o menos. En el caso de las fibras de carbono que tienen el diámetro de una fibra de refuerzo (una fibra individual) de aproximadamente 5 a 10 pm, resulta mejor que la cantidad de cambio del número total de fibras de refuerzo sea de 1.400 o menos para 1 mm en todo el intervalo de haz de fibras picadas [A]. Esta cantidad de cambio del número total es más preferentemente de 1.000 o menos. Con el fin de minimizar la influencia de la concentración de esfuerzo, la cantidad de cambio del número total es preferentemente de 800 o menos.
Ejemplos
A continuación, se explicarán los Ejemplos y Ejemplos comparativos de la presente invención. En este caso, la presente invención no está limitada de ninguna manera por los Ejemplos y Ejemplos comparativos.
[Material usado]
Haz de fibras [B-1]: un haz de fibras de carbono continuas que tiene un diámetro de fibra de 7,2 pm, un módulo elástico de tracción de 240 GPa y un número de fibras individuales de 50.000 ("Panex 35 (marca registrada)", suministrado por ZOLTEK Co., Ltd.).
Resina de matriz [M-1]: un compuesto de resina preparado mediante el mezclado y la agitación suficiente de 100 partes en peso de una resina de éster de vinilo ("DELAKEN (marca registrada) 790", suministrado por Dow ■ Chemical Co., Ltd.), 1 parte en peso de peroxibenzoato de ferc-butilo
("Perbutyl (marca registrada) Z", suministrado por NOF CORPORATION) como agente de curado, 4 partes en peso de óxido de magnesio (MgO n.° 40, suministrado por Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) como espesante y 2 partes en peso de estearato de zinc (SZ-2000, suministrado por Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) como agente de liberación interno.
[Clasificación del haz de fibras picadas [A] y método de cálculo del contenido de agregado [Y]]
Se cortó una muestra de 100 mm x 100 mm del material de moldeo de resina reforzada con fibra y la muestra se calentó en un horno a 600 °C durante 1 hora para retirar la resina. Posteriormente, se sacaron 400 haces de fibras picadas [A] de la muestra de la que se retiró la resina usando unas pinzas y estos se clasificaron en el agregado [X], el agregado [Y] y el agregado [Z] de acuerdo con los siguientes criterios.
agregado [X]: en un haz de fibras parcialmente separadas, los pequeños haces divididos procedentes del procesamiento por separación aplicado se determinaron como agregados de haces separados (agregados [X]). agregado [Y]: en un haz de fibras parcialmente separadas, se determinó como agregado de haces unidos (agregado [Y]) aquel que se podía valorar como "una forma unida con haces entre sí" mediante factores de unión entre haces, tales como una sección no procesada por separación, una parte enredada, una parte de acumulación de enredos, etc.
agregado [Z]: en un haz de fibras parcialmente separadas, se determinó como agregado cortado unido (agregado [Z]) aquel que tenía una traza dividida mediante factores de unión entre haces de corte, tales como una sección no procesada por separación, una parte enredada, una parte de acumulación de enredos, etc. o aquel que se podía valorar como convertido en un trozo pequeño mediante la división de hebras natural en el proceso después de cortarse.
Además, el contenido de agregado [Y] en el material de moldeo de resina reforzada con fibra se calculó a partir del número total de agregados [Y] clasificados tal como se ha descrito anteriormente.
[Método de evaluación de propiedades mecánicas]
Se usó un molde n.° 1 capaz de producir una placa plana. Se colocó un material de moldeo de resina reforzada con fibra en la porción central del molde n.° 1 (50 % en términos de tasa de carga) y, a continuación, se curó a una presión de 10 MPa mediante una máquina de prensado de tipo presurización en una condición de aproximadamente 140 °C x 5 minutos para obtener una placa plana de 300 x 400 mm. En una condición donde la dirección longitudinal de la placa plana se refería a la dirección de 0°, se cortaron cinco trozos (10 trozos en total) de especímenes de 100 x 25 x 1,6 mm en las direcciones de 0° y 90°, respectivamente, a partir de la placa plana obtenida y la medición se llevó a cabo de conformidad con la JIS K 7074 (1988) (resistencia a la flexión [MPa], módulo de flexión [GPa], CV (coeficiente de variación) del módulo de flexión [%]).
(Ejemplo 1)
El haz de fibras [B-1] se desenrolló a una velocidad constante de 10 m/min usando una bobinadora, se hizo pasar a través de un rodillo ensanchador de vibración que vibraba en su dirección axial a 10 Hz y, después de aplicar un tratamiento de ensanchamiento, se hizo pasar a través de un rodillo regulador de ancho que tenía un ancho de 60 mm para obtener un haz de fibras ensanchado que se ensanchó hasta 60 mm de ancho. En el haz de fibras ensanchado obtenido, se preparó un medio de procesamiento por separación en el que las placas de hierro para el procesamiento por separación que tienen, cada una, una forma saliente con un espesor de 0,2 mm, un ancho de 3 mm y una altura de 20 mm se dispusieron en paralelo entre sí a intervalos iguales de 3,5 mm con respecto a la dirección de ancho del haz de fibras de refuerzo. Este medio de procesamiento por separación se perforó y extrajo intermitentemente del haz de fibras ensanchado para obtener un haz de fibras parcialmente separadas. En este momento, el medio de procesamiento por separación se perforó en el haz de fibras ensanchado a una velocidad constante de 10 m/min durante 3 segundos para crear una sección procesada por separación, se extrajo del mismo en 0,2 segundos y se repitió la operación de perforación de nuevo.
En el haz de fibras parcialmente separadas obtenido, el haz de fibras se dividió en 17 partes en la dirección de ancho en la sección procesada por separación y, en al menos una porción de extremo de al menos una sección procesada por separación, estaba presente una parte de acumulación de enredos, en la que se acumularon partes enredadas, cada una enredada con fibras individuales. Cuando el haz de fibras parcialmente separadas se fabricó en 1.500 m, las torsiones de las fibras existentes en el haz de fibras se hicieron pasar a través en la dirección de desplazamiento cuando se extrajo y perforó el medio de procesamiento por separación sin causar rotura y enrollamiento de los hilos en absoluto y el procesamiento por separación se pudo llevar a cabo con el ancho estable. El haz de fibras parcialmente separadas obtenido se insertó continuamente en un cortador giratorio cuya hoja de corte estaba inclinada en un ángulo de 15° con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras para cortar el haz de fibras y se obtuvo el haz de fibras picadas [A]. En este momento, el intervalo de corte se ajustó a 6,5 mm de antemano de modo que se pudiera cortar a una longitud de fibra de 25 mm. Además, aunque el haz de fibras parcialmente separadas insertado se ensanchó hasta 60 mm de ancho cuando se aplicó el proceso de procesamiento por separación descrito anteriormente debido al proceso de enrollado del haz de fibras parcialmente separadas y la tensión de hilo aplicada durante el proceso de corte, el ancho W del haz de fibras en el momento del corte era de 20 mm. El haz de fibras picadas [A] obtenido tenía una forma que tenía una sección sin cambios 114 y dos secciones de transición 113a y 113b, tal como se muestra en la FIG. 15. En este momento, aunque la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección de transición 113a y 113b varía dependiendo de la clasificación de la forma del haz de fibras picadas [A], esta fue de 0,005 a 0,025 mm2 para 1 mm en la dirección longitudinal del haz de fibras picadas.
Siguiendo el proceso de corte descrito anteriormente, los haces de fibras picadas [A] se pulverizaron para dispersarse uniformemente para obtener una malla aleatoria cuya orientación de las fibras es isotrópica. El peso de área del tejido no tejido de fibras discontinuas obtenido fue de 1 kg/m2.
La resina de matriz [M-1] se aplicó uniformemente a dos láminas respectivas de películas de liberación de polipropileno usando una hoja rascadora para preparar dos láminas de resina. Se obtuvo un material de moldeo de resina reforzada con fibra similar a una lámina mediante el recorte de la malla aleatoria obtenida anteriormente descrita con estas dos láminas de resina y la impregnación de la resina en la malla mediante un rodillo. En este momento, la cantidad de aplicación de resina se ajustó en la fase de fabricación de las láminas de resina de modo que el contenido en peso de las fibras de refuerzo del material de moldeo de resina reforzada con fibra fuera del 47 %.
Con respecto al material de moldeo de resina reforzada con fibra obtenido, cuando el contenido de los agregados [Y] se calculó basándose en la clasificación del haz de fibras picadas [A] y el método de cálculo del contenido del agregado [Y], esta fue del 10 %. Además, basándose en el método de evaluación de propiedades mecánicas mencionado anteriormente, se moldeó un material de moldeo de resina reforzada con fibra y se evaluaron las propiedades mecánicas. Una serie de resultados de evaluación obtenidos se muestran en la Tabla 1.
(Ejemplo 2)
Las evaluaciones se llevaron a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que el intervalo de corte se ajustó a 3,2 mm de modo que la longitud de fibra del agregado [A] en haz fuera de 12,5 mm. Una serie de resultados de evaluación obtenidos se muestran en la Tabla 1.
(Ejemplo 3)
Las evaluaciones se llevaron a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que se ajustó la inclinación de la hoja de corte del cortador giratorio y el intervalo de corte se ajustó a 6,2 mm de modo que el ángulo de corte del haz de fibras fuera de 30° y la longitud de fibra fuera de 12,5 mm. Una serie de resultados de evaluación obtenidos se muestran en la Tabla 1.
(Ejemplo 4)
Las evaluaciones se llevaron a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que el ancho del haz de fibras parcialmente separadas se ajustó de modo que el ancho W del haz de fibras parcialmente separadas en el momento del corte fuera de 30 mm, mediante la provisión de un rodillo de extracción por presión para el mantenimiento del ancho ensanchado del haz de fibras inmediatamente antes del enrollamiento del haz de fibras parcialmente separadas 1. Una serie de resultados de evaluación obtenidos se muestran en la Tabla 1.
(Ejemplo comparativo 1)
Las evaluaciones se llevaron a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que se obtuvo un haz de fibras picadas [A] mediante el uso de un cortador giratorio con hojas de corte instaladas en un ángulo de 90° y un intervalo de corte de 25 mm con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras cuando se cortó el haz de fibras parcialmente separadas. Una serie de resultados de evaluación obtenidos se muestran en la Tabla 2.
(Ejemplo comparativo 2)
Las evaluaciones se llevaron a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, con la excepción de que se obtuvo un haz de fibras picadas [A] mediante el corte del haz de fibras [B-1] sin realizar un procesamiento por separación en el mismo. Una serie de resultados de evaluación obtenidos se muestran en la Tabla 2.
Tabla 1
Figure imgf000023_0001
Tabla 2
Figure imgf000023_0002
En los Ejemplos 1 a 4, se confirmó que se presentaron tanto excelentes propiedades mecánicas (resistencia a la flexión, módulo elástico) como una baja variación. En el Ejemplo 3, aunque se observó que las propiedades mecánicas se redujeron porque la concentración de esfuerzo en la porción de extremo del haz de fibras se aumentó mediante el aumento del ángulo de corte, se confirmó que no había problemas de nivel. Además, en el Ejemplo 4, se confirmó que, mediante el ajuste del ancho del haz de fibras en el momento del corte, los factores de acoplamiento entre haces, tales como la sección no procesada por separación, la parte enredada y la parte de acumulación de enredos, se pueden subdividir y esto tenía un efecto notable en la mejora de las propiedades mecánicas y la reducción de la variación.
Por otro lado, con respecto a los Ejemplos comparativos 1 y 2, en el Ejemplo comparativo 1, dado que el haz de fibras se cortó en un ángulo de corte de 90°, la concentración de esfuerzo se produjo en la porción de extremo del haz de fibras y, además, debido a que el contenido de agregados [Y] era alto, se observó una disminución de las propiedades mecánicas y un aumento de la variación. Además, en el Ejemplo comparativo 2, dado que el proceso de separación no se realizó en el haz de fibras de refuerzo, el contenido de agregados [Y] era alto, se observó una disminución de las propiedades mecánicas y un aumento de la variación.
Aplicabilidad industrial
La presente invención es aplicable a cualquier material de moldeo de resina reforzada con fibra que deba tener una excelente fluidez en el momento del moldeo, altas propiedades mecánicas del artículo moldeado y una reducción de la variación de sus propiedades mecánicas.
Explicación de los símbolos
1: 1, 17, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 212: haz de fibras parcialmente separadas [B]
2, 13, 15, 23, 32, 42, 64, 74: sección procesada por separación
3, 14, 16, 28, 33, 52, 62, 72, 82: sección no procesada por separación
4: hoja de corte
5: haz de fibras picadas [A]
11,25, 63: parte enredada
12, 26, 73: parte de acumulación de enredos
20: haz de fibras
21: medio de separación
22: saliente
24: porción de contacto
27: acumulación de pelusa
34, 35, 43, 53, 65, 75, 83, 92: plano de corte
36, 37: agregado en haz
F, 111: fibra de refuerzo
112a: primera punta
112b: segunda punta
113a: primera sección de transición
113b: segunda sección de transición
113Ea: primera superficie de extremo terminal de la sección de transición
113Eb: segunda superficie de extremo terminal de la sección de transición
114: sección sin cambios
114Ea: una superficie de extremo de la sección sin cambios
115a: un lado de la primera sección de transición
115b: un lado de la segunda sección de transición
116a: el otro lado de la primera sección de transición
116b: el otro lado de la segunda sección de transición
191: material de moldeo de resina reforzada con fibra
201: haz de fibras de refuerzo continuas
202: bobina
203, 204: rodillo de guía
205: cortador de rodillos
206: dispositivo de aplicación de agente de apresto
207: puerto de suministro de agente de apresto
208: boquilla en forma de hendidura
209: material de base de moldeo
210: brazo de robot
211: dispositivo de procesamiento por separación parcial
0: ángulo de corte
L: dirección longitudinal
CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a - CFB5g: haz de fibras picadas [A]
CFTS: cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo
Ld: longitud de paso del haz de fibras picadas [A]
Lf: longitud de fibra de la fibra de refuerzo
Tb: espesor máximo del haz de fibras picadas [A]
Wb: ancho máximo del haz de fibras picadas [A]
Wd: ancho de paso del haz de fibras picadas [A]

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Una malla aleatoria que comprende al menos un haz de fibras picadas [A] (5), donde el haz de fibras picadas [A] (5) cumple al menos los siguientes puntos (a) a (d):
(a) el haz de fibras picadas [A] (5) es un agregado en haz de fibras de refuerzo discontinuas obtenido mediante el corte de un haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) preparado mediante la formación alterna de secciones procesadas por separación (2), cada una de las cuales se separa en una pluralidad de haces, y secciones no procesadas por separación (3), a lo largo de una dirección longitudinal (L) de un haz de fibras que comprende una pluralidad de fibras de refuerzo (111);
(b) el haz de fibras picadas [A] tiene una primera sección de transición (113a) en la que el número de las fibras de refuerzo (111) en una sección transversal del haz de fibras en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal (L) del haz de fibras se aumenta desde una primera punta (112a), que es una punta en la dirección longitudinal (L) del haz de fibras, hacia una segunda punta (112b), que es la otra punta, y una segunda sección de transición (113b) en la que el número de las fibras de refuerzo (111) en la sección transversal del haz de fibras se aumenta desde la segunda punta (112b) hacia la primera punta (112a);
(c) entre la primera sección de transición (113a) y la segunda sección de transición (113b), a lo largo de la dirección longitudinal (L) del haz de fibras, se proporciona una sección sin cambios (114) en la que el número de las fibras de refuerzo (111) en la sección transversal del haz de fibras es invariable y una superficie de extremo (114Ea) de la sección sin cambios (114) coincide con una primera superficie de extremo terminal (113Ea) que es un extremo terminal en un lado opuesto a la primera punta (112a) de la primera sección de transición (113a) y la otra superficie de extremo (114Eb) de la sección sin cambios (114) coincide con una segunda superficie de extremo terminal (113Eb) que es un extremo terminal en un lado opuesto a la segunda punta (112b) de la segunda sección de transición (113b) o la primera superficie de extremo terminal (113Ea) y la segunda superficie de extremo terminal (113Eb) coinciden directamente entre sí; y
(d) la cantidad de cambio del área de sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras entre la primera punta (112a) y la segunda punta (112b) es de 0,05 mm2 o menos para una longitud de 1 mm en la dirección longitudinal (L) del haz de fibras,
donde el haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) se corta en un ángulo 0 (4° < 0 < 25°) con respecto a la dirección longitudinal (L) del haz de fibras cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A] (1).
2. La malla aleatoria de acuerdo con la reivindicación 1, donde, en el haz de fibras parcialmente separadas [B] (91), se forma una parte enredada en la que las fibras de refuerzo se enredan al menos en un extremo de al menos una de las secciones procesadas por separación y/o una parte de acumulación de enredos (12; 26; 73) en la que se acumulan las partes enredadas.
3. La malla aleatoria de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde los agregados en haz de las fibras de refuerzo discontinuas obtenidos mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) se clasifican en al menos los siguientes agregados [X] a [Z] y el haz de fibras picadas [A] comprende al menos uno de los agregados [X], [Y] y [Z]:
agregado [X]: un agregado de haces separados dividido en un número arbitrario de haces mediante el procesamiento por separación;
agregado [Y]: un agregado de haces unidos en el que las fibras de refuerzo de los haces de fibras se unen entre sí mediante su formación con la sección no procesada por separación y/o una parte enredada (11; 25; 63) en la que las fibras de refuerzo se enredan al menos en un extremo de al menos una de las secciones procesadas por separación y/o una parte de acumulación de enredos (12; 26; 73) en la que se acumulan las partes enredadas; y agregado [Z]: un agregado cortado unido en el que un plano de corte en el corte del haz de fibras parcialmente separadas se entrecorta con la sección no procesada por separación y/o la parte enredada (11; 25; 63) y/o la parte de acumulación de enredos (12; 26; 73) y, en una parte entrecortada, se corta la unión de las fibras de refuerzo de los haces de fibras entre sí.
4. La malla aleatoria de acuerdo con la reivindicación 3, donde el contenido del agregado de haces unidos [Y] en los agregados en haz de las fibras de refuerzo discontinuas obtenidos mediante el corte del haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) se encuentra en el intervalo del 0 al 15 %.
5. Un método para la producción de una malla aleatoria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) se corta en un ángulo 0 (4° < 0 < 25°) con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A] (5).
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, donde el haz de fibras parcialmente separadas [B] (91) se corta para cumplir la siguiente ecuación (1) cuando se obtiene el haz de fibras picadas [A] (5):
W ■ cos 0/D > 3 ■■ (1)
W: ancho del haz de fibras cuando se corta un haz de fibras parcialmente separadas
D: distancia entre los planos de corte en un haz de fibras picadas [A]
7. Un material de moldeo de resina reforzada con fibra (191) que comprende una malla aleatoria de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 y una resina de matriz [M].
ES17860367T 2016-10-12 2017-09-28 Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria Active ES2870850T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016200755 2016-10-12
PCT/JP2017/035143 WO2018070254A1 (ja) 2016-10-12 2017-09-28 ランダムマットおよびその製造方法並びにそれを用いた繊維強化樹脂成形材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2870850T3 true ES2870850T3 (es) 2021-10-27

Family

ID=61905497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17860367T Active ES2870850T3 (es) 2016-10-12 2017-09-28 Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria

Country Status (12)

Country Link
US (1) US11168190B2 (es)
EP (1) EP3527344B9 (es)
JP (1) JP7035536B2 (es)
KR (1) KR102405008B1 (es)
CN (1) CN109890586B (es)
CA (1) CA3038957A1 (es)
ES (1) ES2870850T3 (es)
HU (1) HUE054377T2 (es)
MX (1) MX2019003957A (es)
PT (1) PT3527344T (es)
TW (1) TW201821508A (es)
WO (1) WO2018070254A1 (es)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11230630B2 (en) * 2017-02-02 2022-01-25 Toray Industries, Inc. Partially separated fiber bundle and method of manufacturing same, chopped fiber bundle using same, and fiber-reinforced resin forming material
CN111372977B (zh) 2017-11-20 2023-01-10 三菱化学株式会社 纤维强化树脂成型材料的制造方法以及纤维强化树脂成型材料制造装置
US20210039281A1 (en) * 2018-01-26 2021-02-11 Toray Industries, Inc. Reinforcing fiber bundle base material, production method therefor, fiber-reinforced thermoplastic resin material using same, and production method therefor
WO2019146484A1 (ja) * 2018-01-26 2019-08-01 東レ株式会社 強化繊維マットならびに繊維強化樹脂成形材料およびその製造方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4154724B2 (ja) * 2001-11-27 2008-09-24 日本電気硝子株式会社 ガラスチョップドストランド、及びガラス繊維不織布の製造方法
JP5194453B2 (ja) 2007-01-17 2013-05-08 東レ株式会社 繊維強化樹脂
WO2008149615A1 (ja) 2007-06-04 2008-12-11 Toray Industries, Inc. チョップド繊維束、成形材料、および、繊維強化プラスチック、ならびに、これらの製造方法
JP2009062474A (ja) 2007-09-07 2009-03-26 Toray Ind Inc 成形材料、繊維強化プラスチックおよびそれらの製造方法
JP2009114611A (ja) 2007-10-16 2009-05-28 Toray Ind Inc チョップド繊維束および成形材料の製造方法、成形材料、繊維強化プラスチック
JP5672947B2 (ja) 2010-10-25 2015-02-18 住友ベークライト株式会社 封止用樹脂組成物及び電子部品装置
BR112013019395B1 (pt) * 2011-02-01 2021-04-06 Teijin Limited Esteira randômica, método para produzir a esteira randômica e material compósito reforçado com fibra de carbono
JP2013202890A (ja) 2012-03-28 2013-10-07 Mitsubishi Rayon Co Ltd 成形材料とその製造方法
EP3195994B1 (en) 2014-09-17 2022-08-03 Toray Industries, Inc. Fiber-reinforced resin molding material
CA2971545A1 (en) 2014-12-26 2016-06-30 Toray Industries, Inc. Method for manufacturing and manufacturing device for partial split-fiber fiber bundle and partial split-fiber fiber bundle
CN107406600B (zh) * 2015-03-30 2020-08-07 东丽株式会社 纤维增强树脂成型材料及其制造方法
CN108778656A (zh) 2016-03-15 2018-11-09 东丽株式会社 纤维增强树脂成型材料及其制造方法
CA3023480A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Toray Industries, Inc. Partially separated fiber bundle, production method for partially separated fiber bundle, fiber-reinforced resin molding material using partially separated fiber bundle, and production method for fiber-reinforced resin molding material using partially separated fiber bundle

Also Published As

Publication number Publication date
PT3527344T (pt) 2021-04-08
JP7035536B2 (ja) 2022-03-15
EP3527344B9 (en) 2021-08-18
MX2019003957A (es) 2019-07-18
KR20190068523A (ko) 2019-06-18
CN109890586B (zh) 2021-06-22
TW201821508A (zh) 2018-06-16
JPWO2018070254A1 (ja) 2019-08-08
WO2018070254A1 (ja) 2018-04-19
KR102405008B1 (ko) 2022-06-07
HUE054377T2 (hu) 2021-09-28
EP3527344A4 (en) 2019-11-27
EP3527344B1 (en) 2021-03-17
CA3038957A1 (en) 2018-04-19
US11168190B2 (en) 2021-11-09
EP3527344A1 (en) 2019-08-21
US20190233604A1 (en) 2019-08-01
CN109890586A (zh) 2019-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2870850T3 (es) Malla aleatoria y método de producción para la misma y material moldeado de resina reforzada con fibra que usa la malla aleatoria
ES2961467T3 (es) Material de moldeo de resina reforzada con fibras y método de producción del mismo
JP6083377B2 (ja) 炭素繊維複合材料
US11001012B2 (en) Molded article of fiber-reinforced resin and compression molding method therefor
ES2858748T3 (es) Método de producción de haz de fibras parcialmente separado
CN109312503A (zh) 部分分纤纤维束及其制造方法、以及使用了部分分纤纤维束的纤维增强树脂成型材料及其制造方法
US20210340697A1 (en) Fibre spreading
ES2762802T3 (es) Telas unidireccionales sin trama reforzadas con fibra
KR20210019130A (ko) 시트 몰딩 컴파운드
CN109312504A (zh) 部分分纤纤维束及其制造方法、以及使用了部分分纤纤维束的纤维增强树脂成型材料及其制造方法
WO2020195756A1 (ja) 繊維強化樹脂成形材料成形品およびその製造方法
JP7409373B2 (ja) 接合ストランド、及びその製造方法