JP2012158846A - Random mat having superior design - Google Patents

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祐平 小永井
Yutaka Kondo
豊 近藤
Naoaki Sonoda
直彬 薗田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a random mat that is used as a preform for a molding of a fiber-reinforced composite material.SOLUTION: The random mat comprises reinforcing fibers having a fiber length of 10-100 mm and thermoplastic resin. The reinforcing fibers are substantially randomly oriented in two dimensions in a basis weight of 25-3000 g/m. A reinforcing fiber bundle (A) comprises fibers in an amount equal to or higher than a critical single yarn number which is defined by the formula (1), the content of the reinforcing fiber bundle (A) based on the whole amount of fibers in the mat is from more than 0 Vol% to less than 30 Vol% and an average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) satisfies the following formula (2): the critical single yarn number=600/D (1); and 1.0×10/D<N<2.5×10/D(2) (wherein D is an average fiber diameter (μm) of the reinforcing fibers).

Description

本発明は、繊維強化複合材料成形体のプリフォームとして用いられるランダムマット、およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a random mat used as a preform for a fiber-reinforced composite material molded body, and a method for producing the same.

炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、その高い比強度・比弾性率を利用して、航空機や自動車などの構造材料や、テニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿などの一般産業やスポーツ用途などに広く利用されてきた。これらに用いられる強化繊維の形態としては、連続繊維を用いて作られる織物や、1方向に繊維が引き揃えられたUDシート、カットした繊維を用いて作られるランダムシート、不織布等がある。   Fiber reinforced composite materials using carbon fibers, aramid fibers, glass fibers, etc. as reinforcing fibers make use of their high specific strength and specific elastic modulus to make structural materials such as aircraft and automobiles, tennis rackets, golf shafts, fishing rods. It has been widely used in general industries such as sports and sports applications. Examples of the form of the reinforcing fiber used for these include a woven fabric made using continuous fibers, a UD sheet in which fibers are aligned in one direction, a random sheet made using cut fibers, and a nonwoven fabric.

一般的に、連続繊維を用いた織物やUDシート等は、繊維の持つ異方性から、例えば0/+45/-45/90等の様に、様々な角度に積層され、さらに成形品の反りを防ぐため、面対象に積層されるなど、積層工程が煩雑になる事が、繊維強化複合材料のコストを引き上げる原因の一つとなっていた。   In general, fabrics and UD sheets that use continuous fibers are laminated at various angles, such as 0 / + 45 / -45 / 90, because of the anisotropy of the fibers. In order to prevent warpage, the fact that the lamination process is complicated, such as lamination on a surface object, has been one of the causes of increasing the cost of the fiber-reinforced composite material.

そのため、予め等方性であるランダムマットを用いる事で、比較的安価な繊維強化複合材料を得られる事ができる。このランダムマットは、カットした強化繊維単体、あるいは熱硬化性の樹脂を成形型に同時に吹き付けるスプレーアップ方式(乾式)や、バインダーを含有させたスラリーに予めカットした強化繊維を添加し、抄紙する方法(湿式)等により得る事ができるが、装置が比較的小型である事から、乾式製造方法を用いる事で、より安価にランダムマットを得る事ができる。   Therefore, a relatively inexpensive fiber-reinforced composite material can be obtained by using a random mat that is isotropic in advance. This random mat is a method of making paper by adding a cut reinforcing fiber alone or a spray-up method (dry type) in which a thermosetting resin is simultaneously sprayed on a mold, or adding a pre-cut reinforcing fiber to a slurry containing a binder. Although it can be obtained by (wet) etc., since the apparatus is relatively small, a random mat can be obtained at a lower cost by using a dry production method.

乾式製造方法としては、連続繊維を用いて、カットと同時に吹き付ける手法が多く用いられ、その多くはロータリーカッターを使用したものである。しかしながら、繊維長を長くするために、刃の間隔を広くした場合、カット頻度が下がることより、繊維の吐出が不連続となってしまう。このため、局所的なマットの繊維目付け斑が生じ、特に目付けの低いマットを作成する場合には、厚み斑が顕著になる事から、表面意匠が不良になるという問題があった。   As a dry manufacturing method, a method of using continuous fibers and spraying at the same time as cutting is often used, and most of them use a rotary cutter. However, when the interval between the blades is increased in order to increase the fiber length, the fiber discharge becomes discontinuous because the cutting frequency decreases. For this reason, there is a problem in that the surface texture of the mat is locally generated, and particularly when a mat having a low basis weight is produced, the thickness unevenness becomes remarkable, resulting in a poor surface design.

一方、繊維強化複合材料のコストを引き上げるもう一つの要因として、成形時間が長いという点がある。通常、繊維強化複合材料は、予め、強化繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれる材料を、オートクレーブを用いて2時間以上加熱・加圧する事により得られる。近年、樹脂を含浸させていない強化繊維基材を金型内にセットした後、熱硬化性樹脂を流し入れるRTM成形方法が提案され、成形時間は大幅に短縮された。しかしながら、RTM成形方法を用いた場合でも、1つの部品を成形するまでに10分以上必要となる。   On the other hand, another factor that raises the cost of the fiber-reinforced composite material is that the molding time is long. Usually, a fiber reinforced composite material is obtained by heating and pressurizing a material called a prepreg in which a reinforcing fiber base is impregnated with a thermosetting resin in advance using an autoclave for 2 hours or more. In recent years, an RTM molding method in which a thermosetting resin is poured after a reinforcing fiber base not impregnated with resin is set in a mold has been proposed, and the molding time has been greatly reduced. However, even when the RTM molding method is used, it takes 10 minutes or more to mold one part.

そのため、従来の熱硬化性樹脂に代わり、熱可塑性樹脂をマトリックスに用いたコンポジットが注目されている。しかしながら、熱可塑性樹脂は、一般的に熱硬化性樹脂と比較して粘度が高く、そのため、繊維基材に樹脂を含浸させる時間が長く、結果として成形までのタクトが長くなるという問題があった。   Therefore, a composite using a thermoplastic resin as a matrix in place of a conventional thermosetting resin has attracted attention. However, the thermoplastic resin generally has a higher viscosity than the thermosetting resin, and therefore, there is a problem that the time for impregnating the fiber base material with the resin is long, and as a result, the tact time until molding becomes long. .

これらの問題を解決する手法として、熱可塑スタンピング成形(TP−SMC)と呼ばれる手法が提案されている。これは、予め熱可塑性樹脂を含浸させたチョップドファイバーを融点又は流動可能な温度以上に加熱し、これを金型内の一部に投入した後、直ちに型を閉め、型内にて繊維と樹脂を流動させる事により製品形状を得、冷却・成型するという成型方法である。この手法では、予め樹脂を含浸させた繊維を用いる事により、約1分程度という短い時間で成形が可能である。チョップド繊維束および成形材料の製造方法についての特許文献1および2があるが、これらはSMCやスタンパブルシートと呼ばれるような成形材料とする方法であって、かかる熱可塑スタンピング成形では、型内を繊維と樹脂を流動させるために、薄肉ものが得られにくい、繊維配向が乱れ、制御が困難である等の問題があった。   As a technique for solving these problems, a technique called thermoplastic stamping molding (TP-SMC) has been proposed. This is because the chopped fiber pre-impregnated with thermoplastic resin is heated to a melting point or flowable temperature or more, and after this is put into a part of the mold, the mold is immediately closed, and the fiber and resin in the mold. This is a molding method in which the product shape is obtained by allowing the product to flow, and then cooled and molded. In this method, by using fibers pre-impregnated with resin, molding can be performed in a short time of about 1 minute. There are Patent Documents 1 and 2 regarding a manufacturing method of a chopped fiber bundle and a molding material, and these are methods for forming a molding material called SMC or a stampable sheet. In such thermoplastic stamping molding, Since the fibers and the resin are made to flow, there are problems such that it is difficult to obtain a thin wall, the fiber orientation is disturbed, and the control is difficult.

特開2009−114611号公報JP 2009-114611 A 特開2009−114612号公報JP 2009-114612 A

本発明の課題は、繊維強化複合材料成形体のプリフォームとして用いられるランダムマット、およびその製造方法に関するものである。本発明のランダムマットは、成形時に熱可塑性のマトリックス樹脂を好ましく含浸できることを特徴とし、これより薄肉の複合材料が作成可能であり、表面品位に優れた繊維強化複合材料が提供できる。   The subject of this invention is related to the random mat used as a preform of a fiber reinforced composite material molded object, and its manufacturing method. The random mat of the present invention is characterized in that a thermoplastic matrix resin can be preferably impregnated at the time of molding. From this, a thin composite material can be produced, and a fiber-reinforced composite material having excellent surface quality can be provided.

本発明は、熱可塑性樹脂と特定の収束あるいは開繊条件を満たす強化繊維とから構成されるランダムマットとすることで、熱可塑性のマトリックス樹脂を容易に含浸できることを見出し本発明に至ったものである。即ち、本発明は、平均繊維長10〜100mmの強化繊維が25〜3000g/mの目付けにて実質的に2次元ランダムに配向したマットであって、式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合が0Vol%超30Vol%未満であり、かつ強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことを特徴とするランダムマット、
臨界単糸数=600/D (1)
1.0×10/D<N<2.5×10/D (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
およびその製造方法である。
The present invention has found that a random mat composed of a thermoplastic resin and a reinforced fiber satisfying a specific convergence or opening condition can be easily impregnated with a thermoplastic matrix resin and has led to the present invention. is there. That is, the present invention is a mat in which reinforcing fibers having an average fiber length of 10 to 100 mm are substantially two-dimensionally oriented with a basis weight of 25 to 3000 g / m 2 , and is a critical unit defined by the formula (1). For the reinforcing fiber bundle (A) composed of the number of yarns or more, the ratio of the mat to the total amount of fibers is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, and the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) is represented by the following formula (2 ), A random mat characterized by satisfying
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the reinforcing fibers)
And its manufacturing method.

本発明のランダムマットはプリフォームとして好ましく用いられ、これより表面品位に優れた繊維強化複合材料が提供できる。また得ようとする繊維強化複合材料の薄肉化や等方化が可能であるので、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構成部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等のプリフォームとして用いることができる。   The random mat of the present invention is preferably used as a preform, and can provide a fiber-reinforced composite material having superior surface quality. In addition, since the fiber-reinforced composite material to be obtained can be thinned or isotropic, various components such as automobile inner plates, outer plates, components, various electric products, machine frames and housings, etc. It can be used as a preform.

カット工程の模式図Schematic diagram of the cutting process ロータリー分繊カッターの正面と断面の概略図Schematic of the front and cross section of the rotary splitting cutter ナイフ角度の説明図Illustration of knife angle

[ランダムマット]
本発明のランダムマットは、繊維長10〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、強化繊維は25〜3000g/mの目付けにて実質的に2次元ランダムに配向させたマット状の基材であり、ランダムシートともいう。
[Random mat]
The random mat of the present invention is composed of a reinforcing fiber having a fiber length of 10 to 100 mm and a thermoplastic resin, and the reinforcing fiber is substantially a two-dimensional random orientation with a basis weight of 25 to 3000 g / m 2 . It is a base material and is also called a random sheet.

本発明のランダムマットは、式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合が0Vol%超30Vol%未満であり、かつ強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことを特徴とする。
臨界単糸数=600/D (1)
1.0×10/D<N<2.5×10/D (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
In the random mat of the present invention, the reinforcing fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns defined by the formula (1) is such that the ratio of the mat to the total amount of fibers is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, and the reinforcing fibers The average number of fibers (N) in the bundle (A) satisfies the following formula (2).
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the reinforcing fibers)

ここで「実質的に2次元ランダム」とは、複合材料を構成する強化繊維が、複合材料の接表面内に繊維軸の主配向方向があり、かつその面内において互いに直交する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が2を超えないことを言う。   Here, “substantially two-dimensional random” means that the reinforcing fibers constituting the composite material are measured in two directions in which the main axis direction of the fiber axis is in the contact surface of the composite material and orthogonal to each other in the plane. It means that the ratio obtained by dividing the value of the tensile modulus of elasticity divided by the smaller one does not exceed 2.

ランダムマットの厚さにとくに制限はなく、後述する好ましい方法にて1〜100mm厚みのものを得ることができる。本発明のランダムマットより薄肉の成形体が得られるという本発明の効果を発揮する点では2〜50mm厚みとすることが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the thickness of a random mat, The thing of 1-100 mm thickness can be obtained with the preferable method mentioned later. The thickness is preferably 2 to 50 mm from the standpoint of exhibiting the effect of the present invention in that a molded article having a thinner thickness than that of the random mat of the present invention can be obtained.

[強化繊維]
ランダムマットを構成する強化繊維は不連続であり、平均繊維長10〜100mmである。本発明のランダムマットは、ある程度長い強化繊維を含んでおり、得られる複合材料の表面品質に優れることを特徴とし、表面品質に優れるといった観点より平均繊維長の上限は好ましくは50mmであり、より好ましくは40mmである。また強度に優れるといった観点から平均繊維長の下限は好ましくは15mmである。また後述する好ましい強化繊維のカット方法を採用することで、ランダムマットを構成する強化繊維の長さは固定長とすることができる。
[Reinforcing fiber]
The reinforcing fibers constituting the random mat are discontinuous and have an average fiber length of 10 to 100 mm. The random mat of the present invention contains reinforcing fibers to some extent, is characterized by excellent surface quality of the resulting composite material, and the upper limit of the average fiber length is preferably 50 mm from the viewpoint of excellent surface quality. Preferably it is 40 mm. From the viewpoint of excellent strength, the lower limit of the average fiber length is preferably 15 mm. Moreover, the length of the reinforced fiber which comprises a random mat can be made into fixed length by employ | adopting the preferable cutting method of the reinforced fiber mentioned later.

ランダムマットを構成する強化繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これらは併用することもでき、なかでも炭素繊維が軽量でありながら強度に優れた複合材料が提供できる点で好ましい。炭素繊維の場合、平均繊維径は好ましくは3〜12μmであり、より好ましくは5〜7μmである。
強化繊維はサイジング剤が付着されたものを用いることが好ましく、サイジング剤は強化繊維100重量部に対し、0超〜10重量部であることが好ましい。好ましくは0.01〜5重量部である。
The reinforcing fibers constituting the random mat are preferably at least one selected from the group consisting of carbon fibers, aramid fibers, and glass fibers. These can be used in combination, and in particular, it is preferable in that a composite material excellent in strength can be provided while the carbon fiber is lightweight. In the case of carbon fibers, the average fiber diameter is preferably 3 to 12 μm, more preferably 5 to 7 μm.
It is preferable to use a reinforcing fiber to which a sizing agent is attached. The sizing agent is preferably more than 0 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber. Preferably it is 0.01-5 weight part.

[開繊程度]
本発明のランダムマットは、式(1)
臨界単糸数=600/D (1)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
で定義する臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合が0Vol%超30Vol%未満であることを特徴とする。マット中には、強化繊維束(A)以外の強化繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。
[Opening degree]
The random mat of the present invention has the formula (1)
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the reinforcing fibers)
The reinforcing fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more defined in the above is characterized in that the ratio of the mat to the total amount of fibers is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%. In the mat, there is a fiber bundle composed of a single yarn state or less than the critical number of single yarns as reinforcing fibers other than the reinforcing fiber bundle (A).

すなわち本発明のランダムマットには、平均繊維径に依存して定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束の存在量を30Vol%未満とする、すなわち強化繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の強化繊維からなる強化繊維束と、それ以外の開繊された強化繊維を特定の比率で含むことを特徴とする。   That is, in the random mat of the present invention, the abundance of reinforcing fiber bundles composed of the number of critical single yarns or more defined depending on the average fiber diameter is set to less than 30 Vol%, that is, the degree of opening of the reinforcing fibers is controlled. The reinforcing fiber bundle includes a reinforcing fiber bundle composed of a specific number or more of reinforcing fibers and the other opened reinforcing fibers in a specific ratio.

強化繊維束(A)の割合が30Vol%以上になると、本発明のランダムマットを成形した際に、機械物性に優れた繊維強化複合材料が得られるという利点はあるものの、表面品位に優れた繊維強化複合材料が得にくくなる。強化繊維束(A)の割合はより好ましくは0Vol%超20Vol%未満である。   When the proportion of the reinforcing fiber bundle (A) is 30 Vol% or more, there is an advantage that a fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties can be obtained when the random mat of the present invention is formed, but the fiber having excellent surface quality. It becomes difficult to obtain a reinforced composite material. The proportion of the reinforcing fiber bundle (A) is more preferably more than 0 Vol% and less than 20 Vol%.

さらに臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)
1.0×10/D<N<2.5×10/D (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
を満たすことを特徴とする。
Furthermore, the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more is represented by the following formula (2).
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the reinforcing fibers)
It is characterized by satisfying.

具体的にはランダムマットを構成する炭素繊維の平均繊維径が5〜7μmの場合、臨界単糸数は86〜120本となり、炭素繊維の平均繊維径が5μmの場合、繊維束中の平均繊維数は400〜1000本の範囲となるが、なかでも400〜800本であることが好ましい。炭素繊維の平均繊維径が7μmの場合、繊維束中の平均繊維数は204〜510本の範囲となるが、なかでも204〜400本であることが好ましい。   Specifically, when the average fiber diameter of the carbon fibers constituting the random mat is 5 to 7 μm, the critical single yarn number is 86 to 120, and when the average fiber diameter of the carbon fibers is 5 μm, the average number of fibers in the fiber bundle Is in the range of 400 to 1000, with 400 to 800 being particularly preferred. When the average fiber diameter of the carbon fibers is 7 μm, the average number of fibers in the fiber bundle is in the range of 204 to 510, and in particular, 204 to 400 is preferable.

強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が1.0×10/D以下の場合、薄いランダムマットを得る事が困難となる。また強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が2.5×10/D以上の場合、本発明のランダムマットを成形した際に、表面品位に優れた繊維強化複合材料が得にくくなる。 When the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) is 1.0 × 10 4 / D 2 or less, it is difficult to obtain a thin random mat. When the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) is 2.5 × 10 4 / D 2 or more, when the random mat of the present invention is molded, a fiber-reinforced composite material having excellent surface quality is obtained. It becomes difficult to obtain.

本発明のランダムマットは、各種の厚みとすることが可能であるが、これをプリフォームとして、厚みが0.2〜1mm程度の薄肉の成形品も好適に得ることができる。すなわち本発明により、各種目的とする成形品の厚さに合わせたランダムマットを作成する事ができ、特にサンドイッチ材の表皮等、薄物の成形品のプリフォームとして有用である。   The random mat of the present invention can have various thicknesses. By using this as a preform, a thin molded product having a thickness of about 0.2 to 1 mm can be suitably obtained. That is, according to the present invention, a random mat can be prepared in accordance with the thickness of a molded product for various purposes, and is particularly useful as a preform for a thin molded product such as a sandwich skin.

[熱可塑性樹脂]
本発明のランダムマットは粒子状および/または短繊維状の熱可塑性樹脂を含み、表面品位に優れた繊維強化複合材料を得るためのプリフォームとなる。強化繊維と粒子状および/または短繊維状の熱可塑性樹脂が混合して存在していることにより、型内で繊維と樹脂を流動させる必要がなく、成形時に熱可塑性樹脂を容易に含浸できることを特徴とする。ランダムマットおける熱可塑性樹脂の存在量は、強化繊維100重量部に対し、50〜1000重量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂100〜600重量部、更に好ましくは、強化繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂150〜300重量部である。
[Thermoplastic resin]
The random mat of the present invention contains a particulate and / or short fiber thermoplastic resin and becomes a preform for obtaining a fiber-reinforced composite material having excellent surface quality. The presence of a mixture of reinforced fibers and particulate and / or short fiber thermoplastic resin eliminates the need to flow the fiber and resin in the mold and allows easy impregnation of the thermoplastic resin during molding. Features. The amount of the thermoplastic resin present in the random mat is preferably 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fibers. More preferably, it is 100 to 600 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber, and more preferably 150 to 300 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber.

熱可塑性樹脂の種類としては例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド6樹脂、ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド46樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド610樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂などが挙げられる。   Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), acrylic resin, Methacrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 66 resin, polyamide 610 resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene Terephthalate resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethersulfur Down resin, polyether ether ketone resins, such as polylactic acid resins.

熱可塑性樹脂は、繊維状および/または粒子状で構成されることが好ましい。熱可塑性樹脂の種類を2種以上とすることもでき、また繊維状と粒子状のものを併用してもよい。粒子状の場合、粒子の形状は球状、細片状、あるいはペレットのような円柱状が好ましく挙げられる。球状の場合は、真円または楕円の回転体、あるいは卵状ような形状が好ましく挙げられる。細片状の場合、ある程度のアスペクト比を有しても良いが、好ましい長さは下記の繊維状の場合と同程度とする。球とした場合の好ましい平均粒子径は0.01〜5mmである。より好ましくは平均粒子径0.1〜3mmものがより好ましく、更に好ましくは平均粒子径0.5〜1.5mmものがより好ましい。粒子径分布についてはとくに制限はないが、分布シャープなものがより肉厚の薄い成形体を得る目的としてはより好ましいが、分級等の操作により所望の粒度分布として用いる事が出来る。   The thermoplastic resin is preferably configured in a fibrous form and / or a particulate form. Two or more types of thermoplastic resins may be used, and fibrous and particulate resins may be used in combination. In the case of particles, the shape of the particles is preferably spherical, strip-shaped, or cylindrical such as pellets. In the case of a spherical shape, a perfect circular or elliptical rotating body or an egg-like shape is preferable. In the case of strips, it may have a certain aspect ratio, but the preferred length is about the same as that of the following fiber. A preferable average particle diameter in the case of a sphere is 0.01 to 5 mm. More preferably, the average particle diameter is 0.1 to 3 mm, and still more preferably the average particle diameter is 0.5 to 1.5 mm. The particle size distribution is not particularly limited, but a sharp distribution is more preferable for the purpose of obtaining a molded article having a thinner wall thickness, but can be used as a desired particle size distribution by an operation such as classification.

繊維状の場合、繊度100〜5000dtexのもの、より好ましくは繊度1000〜2000dtexものがより好ましく、平均繊維長としては0.5〜50mmが好ましく、より好ましくは平均繊維長1〜10mmである。   In the case of a fiber, a fineness of 100 to 5000 dtex, more preferably 1000 to 2000 dtex is more preferred, and an average fiber length of 0.5 to 50 mm is preferred, and an average fiber length of 1 to 10 mm is more preferred.

[製造方法]
以下本発明のランダムマットを好ましく得る方法について述べる。本発明のランダムマットは以下の工程1〜4より、好ましく製造方法される。
1.強化繊維をカットする工程、
2.カットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程、
3.開繊させた強化繊維を拡散させると同時に、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、強化繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程、
4.塗布された強化繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程。
[Production method]
Hereinafter, a method for preferably obtaining the random mat of the present invention will be described. The random mat of the present invention is preferably produced from the following steps 1 to 4.
1. Cutting the reinforcing fibers,
2. A process of opening the fiber bundle by introducing cut reinforcing fibers into the pipe and blowing air on the fibers;
3. An application process in which the reinforced fibers that have been spread are diffused and simultaneously sucked together with the fibrous or particulate thermoplastic resin, and the reinforced fibers and the thermoplastic resin are sprayed simultaneously.
4). Fixing the applied reinforcing fiber and thermoplastic resin;

以下、各工程について詳細に述べる。
[カット工程]
本発明方法における強化繊維のカット方法は、具体的にはナイフを用いて強化繊維をカットする工程である。ナイフとしてはロータリーカッター等が好ましく、カット工程の具体的な模式図を図1に示す。ロータリー分繊カッターの好ましい例について、正面と側面の概略図を図2に、およびナイフ角度の説明図を図3に示す。
Hereinafter, each step will be described in detail.
[Cut process]
The method for cutting reinforcing fibers in the method of the present invention is specifically a step of cutting reinforcing fibers using a knife. A rotary cutter or the like is preferable as the knife, and a specific schematic diagram of the cutting process is shown in FIG. About the preferable example of a rotary parting cutter, the schematic of a front and a side is shown in FIG. 2, and explanatory drawing of a knife angle is shown in FIG.

ロータリーカッターとしては、角度を規定した螺旋状ナイフまたは分繊ナイフを用いることが好ましい。表面品位に優れる熱可塑樹脂強化用ランダムマットを得るためには、繊維の疎密斑が大きく影響する。従来のロータリーカッターでは、繊維のカットが不連続であり、そのまま塗布工程に導入した場合には、繊維目付けに斑ができてしまう。そのため、角度を規定したナイフを用いて繊維を途切れる事無く、連続的にカットする事により、疎密斑の小さい塗布が可能となる。強化繊維を連続的にカットするためのナイフ角度は、使用する強化繊維の幅と、カットした後の繊維長により幾何学的に計算され、それらの関係は、下記の式(3)とすることが好ましい。
強化繊維の繊維長(刃のピッチ)=強化繊維ストランド幅×tan(90−θ) (3)
ここで、θは周方向とナイフの配置方向のなす角である。
As the rotary cutter, it is preferable to use a spiral knife or a separating knife with a specified angle. In order to obtain a random mat for reinforcing a thermoplastic resin having excellent surface quality, the density of fibers is greatly affected. In the conventional rotary cutter, the fiber cut is discontinuous, and when it is introduced as it is into the coating process, spots are formed on the fiber basis weight. For this reason, it is possible to apply with small density spots by continuously cutting the fibers using a knife with a specified angle without interrupting the fibers. The knife angle for cutting the reinforcing fibers continuously is calculated geometrically by the width of the reinforcing fibers used and the fiber length after cutting, and the relationship between them is the following formula (3) Is preferred.
Fiber length of reinforcing fiber (pitch of blade) = Reinforcing fiber strand width × tan (90−θ) (3)
Here, θ is an angle formed by the circumferential direction and the arrangement direction of the knife.

[開繊工程]
本発明方法における開繊工程はカットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程である。開繊の度合いについては、空気の圧力等により適宜コントロールする事が出来る。
[Opening process]
The fiber opening step in the method of the present invention is a step of opening the fiber bundle by introducing cut reinforcing fibers into the pipe and blowing air onto the fibers. The degree of opening can be appropriately controlled by air pressure or the like.

本発明のランダムマット製造における強化繊維開繊方法は、空気を強化繊維に吹き付ける事を特徴としている。開繊工程において好ましくは圧縮空気吹き付け孔より、風速500〜1000m/secにて空気を直接繊維束に吹き付ける事により、より完全に強化繊維を開繊させる事ができる。具体的には強化繊維の通る管内にΦ1mm程度の孔を数箇所あけ、外側より0.2〜0.8MPa程度の圧力をかけ、圧縮空気を繊維束に直接吹き付けることにより、繊維束を容易に開繊する事ができる。   The reinforcing fiber opening method in the production of the random mat of the present invention is characterized by blowing air onto the reinforcing fibers. In the fiber opening step, the reinforcing fibers can be opened more completely by blowing air directly onto the fiber bundle at a wind speed of 500 to 1000 m / sec, preferably from a compressed air blowing hole. Specifically, several holes of about Φ1mm are opened in the tube through which the reinforcing fibers pass, pressure of about 0.2 to 0.8 MPa is applied from the outside, and the compressed air is blown directly onto the fiber bundle, thereby facilitating the fiber bundle. It can be opened.

[塗布工程]
本発明方法における塗布工程は開繊させた強化繊維を、拡散させると同時に、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、強化繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程である。開繊させた強化繊維と、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂とを同時に、シート上、具体的には開繊装置下部に設けた通気性シート上に塗布する。
[Coating process]
The coating step in the method of the present invention is a coating step in which the spread reinforcing fibers are simultaneously diffused and sucked together with the fibrous or particulate thermoplastic resin, and the reinforcing fibers and the thermoplastic resin are simultaneously sprayed. The opened reinforcing fiber and the fibrous or particulate thermoplastic resin are applied simultaneously on the sheet, specifically, on a breathable sheet provided at the lower part of the opening device.

塗布工程において、熱可塑性樹脂の供給量は、強化繊維100重量部に対し、50〜1000重量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂100〜600重量部、更に好ましくは、強化繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂150〜300重量部である。   In the coating step, the supply amount of the thermoplastic resin is preferably 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber. More preferably, it is 100 to 600 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber, and more preferably 150 to 300 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber.

ここで、強化繊維と、繊維状または粒子状の熱可塑性樹脂は2次元配向する様に散布することが好ましい。開繊した繊維を2次元配向させながら塗布するためには、塗布方法及び下記の定着方法が重要となる。強化繊維の塗布方法には、円錐形等のテーパ管を用いることが好ましい。円錐等の管内では、空気が拡散し、管内の流速が減速し、このとき強化繊維には回転力が与えられる。このベンチュリ効果を利用して開繊させた強化繊維を好ましく拡散させ散布することができる。
また下記の定着工程のためにも、吸引機構を持つ可動式の通気性シート上に散布することが好ましい。
Here, it is preferable that the reinforcing fiber and the fibrous or particulate thermoplastic resin are dispersed so as to be two-dimensionally oriented. In order to apply the spread fibers while being two-dimensionally oriented, an application method and a fixing method described below are important. For the method of applying the reinforcing fibers, it is preferable to use a tapered pipe having a conical shape or the like. In a tube such as a cone, air diffuses and the flow velocity in the tube is reduced. At this time, a rotational force is applied to the reinforcing fibers. The reinforcing fibers opened using this venturi effect can be preferably diffused and dispersed.
Also for the following fixing step, it is preferable to spray on a movable breathable sheet having a suction mechanism.

[定着工程]
本発明方法における定着工程は、塗布された強化繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程である。好ましくは通気性シート下部よりエアを吸引して繊維を定着させる。強化繊維と同時に散布された熱可塑性樹脂も混合されつつ、繊維状であればエア吸引により、粒子状であっても強化繊維に伴って定着される。
[Fixing process]
The fixing step in the method of the present invention is a step of fixing the applied reinforcing fiber and thermoplastic resin. Preferably, the fibers are fixed by sucking air from the lower part of the breathable sheet. The thermoplastic resin sprayed at the same time as the reinforcing fiber is also mixed, and if it is fibrous, it is fixed with the reinforcing fiber even if it is particulate by air suction.

通気性のシートを通して、下部より吸引する事により、2次元配向の高いマットを得る事ができる。又、発生する負圧を用いて粒子状、または短繊維状の熱可塑性樹脂を吸引し、更に、管内で発生する拡散流により、強化繊維と容易に混合する事ができる。得られる強化基材は、強化繊維の近傍に熱可塑性樹脂が存在する事により、含浸工程において、樹脂の移動距離が短く、比較的短時間で樹脂の含浸が可能となる。なお、予め、用いるマトリックス樹脂と同じ材質の通気性の不織布等を定着部にセットし、不織布上に強化繊維及び粒子を吹き付ける事も可能である。   By sucking from the lower part through a breathable sheet, a mat with a high two-dimensional orientation can be obtained. Further, particulate or short fiber thermoplastic resin can be sucked using the generated negative pressure, and can be easily mixed with the reinforcing fiber by the diffusion flow generated in the pipe. The resulting reinforced substrate has a thermoplastic resin in the vicinity of the reinforcing fibers, so that the resin travel distance is short in the impregnation step, and the resin can be impregnated in a relatively short time. It is also possible to previously set a breathable nonwoven fabric or the like made of the same material as the matrix resin to be used on the fixing portion and to spray reinforcing fibers and particles on the nonwoven fabric.

[繊維強化複合材料]
本発明のランダムマットをプリフォームとして熱成形することにより、強化繊維と、熱可塑性樹脂とからなる繊維強化複合材料を得ることができる。すなわち本発明はこれにより得られた繊維強化複合材料を包含する。ランダムマットを用いて成形することにより、熱可塑性のマトリックス樹脂を容易に含浸でき、表面品位に優れた繊維強化複合材料が提供できる。
[Fiber-reinforced composite materials]
A fiber-reinforced composite material composed of reinforcing fibers and a thermoplastic resin can be obtained by thermoforming the random mat of the present invention as a preform. That is, this invention includes the fiber reinforced composite material obtained by this. By molding using a random mat, a fiber reinforced composite material that can be easily impregnated with a thermoplastic matrix resin and has excellent surface quality can be provided.

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
強化繊維束(A)のマットの繊維全量に対する割合の求め方は、以下の通りである。
ランダムマットを100mm×100mmに切り出し、厚み(Ta)と重量を測定する(Wa)。
切り出したマットより、繊維束をピンセットで全て取り出し、繊維束を太さ毎に分類する。本実施例では分類は、太さ0.2mm程度単位で分類した。
分類毎に、全ての繊維束の長さ(Li)と重量(Wi)、繊維束数(I)を測定し、記録する。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に重量を測定する(Wk)。このとき、1/1000gまで測定可能な天秤を用いる。なお、特に強化繊維を炭素繊維とした場合や、繊維長が短い場合には、繊維束の重量が小さく、測定が困難になる。こういった場合には、分類した繊維束を複数本まとめて重量を測定する。
測定後、以下の計算を行う。使用している強化繊維の繊度(F)より、個々の繊維束の繊維本数(Ni)は次式により求められる。
Ni=Wi/(Li×F)。
強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は以下の式により求める。
N=ΣNi/I
また、個々の繊維束の体積(Vi)及び、強化繊維束(A)の繊維全体に対する割合(VR)は、使用した強化繊維の繊維比重(ρ)を用いて次式により求められる。
Vi=Wi/ρ
VR=ΣVi/Va×100
ここで、Vaは切り出したマットの体積であり、Va=100×100×Ta
なお、なお、既にコンポジット化されているものについては、500℃×1時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、測定する事ができる。
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
The method for obtaining the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) to the total amount of fibers in the mat is as follows.
A random mat is cut into 100 mm × 100 mm, and the thickness (Ta) and weight are measured (Wa).
From the cut out mat, all the fiber bundles are taken out with tweezers, and the fiber bundles are classified by thickness. In this embodiment, the classification is performed in units of about 0.2 mm in thickness.
For each classification, the length (Li) and weight (Wi) of all fiber bundles and the number of fiber bundles (I) are measured and recorded. When the fiber bundle is so small that it cannot be taken out by tweezers, the weight is finally measured together (Wk). At this time, a balance capable of measuring up to 1/1000 g is used. In particular, when the reinforcing fiber is a carbon fiber, or when the fiber length is short, the weight of the fiber bundle is small and measurement is difficult. In such a case, a plurality of classified fiber bundles are collected and the weight is measured.
After the measurement, the following calculation is performed. From the fineness (F) of the reinforcing fiber used, the number of fibers (Ni) of each fiber bundle is obtained by the following equation.
Ni = Wi / (Li × F).
The average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) is determined by the following formula.
N = ΣNi / I
Further, the volume (Vi) of each fiber bundle and the ratio (VR) of the reinforcing fiber bundle (A) to the whole fiber can be obtained by the following equation using the fiber specific gravity (ρ) of the used reinforcing fiber.
Vi = Wi / ρ
VR = ΣVi / Va × 100
Here, Va is the volume of the cut out mat, Va = 100 × 100 × Ta
In addition, what has already been made into a composite can be measured after removing the resin in the furnace at about 500 ° C. for about 1 hour.

[実施例1]
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)STS40−24KS(平均繊維径7μm、繊維幅10mm)を使用した。カット装置には、超硬合金を用いて螺旋状ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。このとき、下記式(3)
強化繊維の繊維長(刃のピッチ)=強化繊維ストランド幅×tan(90−θ) (3)
(ここで、θは周方向とナイフのなす角である。)
におけるθは45度であり、刃のピッチを10mmとし、強化繊維を繊維長10mmにカットするようにした。開繊装置として、径の異なるSUS304製のニップルを溶接し、二重管を製作した。内側の管に小孔を設け、外側の管との間にコンプレッサーを用いて圧縮空気を送気した。この時、小孔からの風速は、650m/secであった。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、帝人化成社製のポリカーボネート“パンライト”(登録商標)L−1225Lペレットを冷凍粉砕し、更に、20メッシュ、及び30メッシュにて分級したパウダー粒子を用いた。ポリカーボネートパウダーの平均粒径は約1mmであった。次に、テーパ管出口の下部に、XY方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、強化繊維の供給量を180g/min、マトリックス樹脂の供給量を480g/min、にセットし、装置を稼動したところ、強化繊維と熱可塑性樹脂が混合された、厚み1mm程度のランダムマットを得た。得られたランダムマットの強化繊維の目付け量は、200g/mであった。
得られたランダムマットについて、強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は18%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は450であった。
得られたランダムマットを300℃に加熱したプレス装置にて、2.0MPaにて5分間加熱し、t=0.6mmの成形板を得た。得られた成形板の繊維体積含有率は20%であり、表面に繊維の凹凸が無く、品位は良好であった。
[Example 1]
Carbon fiber “Tenax” (registered trademark) STS40-24KS (average fiber diameter: 7 μm, fiber width: 10 mm) manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. was used as the reinforcing fiber. As the cutting device, a rotary cutter using a cemented carbide and a spiral knife arranged on the surface was used. At this time, the following formula (3)
Fiber length of reinforcing fiber (pitch of blade) = Reinforcing fiber strand width × tan (90−θ) (3)
(Here, θ is the angle between the circumferential direction and the knife.)
Θ was 45 degrees, the blade pitch was 10 mm, and the reinforcing fiber was cut to a fiber length of 10 mm. As a spreader, nipples made of SUS304 having different diameters were welded to produce a double pipe. A small hole was provided in the inner tube, and compressed air was supplied to the outer tube using a compressor. At this time, the wind speed from the small hole was 650 m / sec. This pipe was placed directly under the rotary cutter, and a tapered pipe was welded to the lower part thereof. A matrix resin is supplied from the side surface of the taper tube, and as this matrix resin, polycarbonate “Panlite” (registered trademark) L-1225L pellets made by Teijin Chemicals Ltd. are frozen and pulverized, and further at 20 mesh and 30 mesh. Classified powder particles were used. The average particle size of the polycarbonate powder was about 1 mm. Next, a table movable in the XY directions was installed at the lower part of the taper tube outlet, and suction was performed from the lower part of the table with a blower. Then, the reinforcing fiber supply amount was set to 180 g / min and the matrix resin supply amount was set to 480 g / min. When the apparatus was operated, a random mat having a thickness of about 1 mm in which the reinforcing fibers and the thermoplastic resin were mixed was obtained. Obtained. The basis weight of the reinforcing fibers of the obtained random mat was 200 g / m 2 .
When the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) were examined for the obtained random mat, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 86, and the reinforcing fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 18%, and the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) was 450.
The obtained random mat was heated at 2.0 MPa for 5 minutes with a press apparatus heated to 300 ° C. to obtain a molded plate of t = 0.6 mm. The obtained molded plate had a fiber volume content of 20%, had no irregularities on the surface, and had good quality.

[実施例2]
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”(登録商標)IMS60−12K(平均繊維径5μm、繊維幅6mm)を使用した。カット装置には、超硬合金を用いて螺旋状ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。このとき、上記式(3)中のθは17度、刃のピッチを20mmとし、強化繊維を繊維長20mmにカットするようにした。開繊装置として、小孔を有した管を用意し、コンプレッサーを用いて圧縮空気を送気した。小孔からの風速は、750m/secとした。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、2mmにドライカットしたPA66繊維(旭化成せんい製 T5ナイロン 繊度1400dtex)を用いた。次に、テーパ管出口の下部に、XY方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、強化繊維の供給量を1000g/min、マトリックス樹脂の供給量を3000g/min、にセットし、装置を稼動したところ、強化繊維とポリアミドが混合された厚み10mm程度のランダムマットを得た。強化繊維の目付け量1000g/mであった。
得られたランダムマットについて、強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、式(1)で定義される臨界単糸数は120であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は12%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は650であった。
得られたランダムマットを280℃に加熱したプレス装置にて、2.5MPaにて3分間加熱し、t=3.2mmの成形板を得た。得られた成形板の繊維堆積含有率は17%であり、表面に繊維の凹凸が無く、品位は良好であった。
[Example 2]
Carbon fiber “Tenax” (registered trademark) IMS 60-12K (average fiber diameter: 5 μm, fiber width: 6 mm) manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. was used as the reinforcing fiber. As the cutting device, a rotary cutter using a cemented carbide and a spiral knife arranged on the surface was used. At this time, θ in the formula (3) was 17 degrees, the blade pitch was 20 mm, and the reinforcing fiber was cut to a fiber length of 20 mm. A tube having small holes was prepared as a fiber opening device, and compressed air was supplied using a compressor. The wind speed from the small hole was 750 m / sec. This pipe was placed directly under the rotary cutter, and a tapered pipe was welded to the lower part thereof. Matrix resin was supplied from the side surface of the tapered tube, and PA66 fiber (T5 nylon fineness 1400 dtex manufactured by Asahi Kasei Fiber) dry-cut to 2 mm was used as the matrix resin. Next, a table movable in the XY directions was installed at the lower part of the taper tube outlet, and suction was performed from the lower part of the table with a blower. Then, the reinforcing fiber supply amount was set to 1000 g / min and the matrix resin supply amount was set to 3000 g / min. When the apparatus was operated, a random mat having a thickness of about 10 mm in which the reinforcing fibers and the polyamide were mixed was obtained. The basis weight of the reinforcing fiber was 1000 g / m 2 .
When the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) were examined for the obtained random mat, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 120, and the reinforcing fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 12%, and the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) was 650.
The obtained random mat was heated at 2.5 MPa for 3 minutes with a press apparatus heated to 280 ° C. to obtain a molded plate of t = 3.2 mm. The obtained molded plate had a fiber deposition content of 17%, had no irregularities on the surface, and had good quality.

[実施例3]
強化繊維として、日本電気硝子社製のガラス繊維EX−2500(平均繊維径15μm、繊維幅9mm)を使用した。カット装置には、超硬合金を用いて、繊維と90度方向の短い刃が斜めに配置された、分繊ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。このとき、上記式(3)中のθは10度であり、刃のピッチを50mmとし、強化繊維を繊維長50mmにカットするようにした。開繊装置として、実施例1と同様の装置を用いた。コンプレッサーの圧力を上げる事により、小孔からの風速は、550m/secとした。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、帝人化成社製のポリカーボネート“パンライト”(登録商標)L−1225Lペレットを冷凍粉砕し、更に、30メッシュ、及び40メッシュにて分級したパウダー粒子を用いた。このとき、平均粒径は約0.5mmであった。次に、テーパ管出口の下部に、XY方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、強化繊維の供給量を300g/min、マトリックス樹脂の供給量を600g/min、にセットし、装置を稼動したところ、強化繊維と熱可塑性樹脂が混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量300g/mであった。
このランダムマットを300℃に加熱したプレス装置にて、2.0MPaにて10分間加熱し、t=0.6mmの成形板を得た。得られたコンポジットの繊維堆積含有率は19%であり、表面に繊維の凹凸が無く、品位は良好であった。
得られたランダムマットについて、強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、式(1)で定義される臨界単糸数は40であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は28%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は80であった。
[Example 3]
As the reinforcing fiber, glass fiber EX-2500 (average fiber diameter: 15 μm, fiber width: 9 mm) manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. was used. As the cutting device, a rotary cutter in which a fiber and a short blade in a 90-degree direction are arranged obliquely using a cemented carbide and having a separating knife arranged on the surface thereof was used. At this time, θ in the above formula (3) was 10 degrees, the pitch of the blades was 50 mm, and the reinforcing fibers were cut to a fiber length of 50 mm. An apparatus similar to that in Example 1 was used as the opening apparatus. By increasing the pressure of the compressor, the wind speed from the small hole was set to 550 m / sec. This pipe was placed directly under the rotary cutter, and a tapered pipe was welded to the lower part thereof. Matrix resin is supplied from the side of the taper tube, and as this matrix resin, polycarbonate “Panlite” (registered trademark) L-1225L pellets made by Teijin Chemicals Ltd. are freeze-ground, and further, 30 mesh and 40 mesh are used. Classified powder particles were used. At this time, the average particle size was about 0.5 mm. Next, a table movable in the XY directions was installed at the lower part of the taper tube outlet, and suction was performed from the lower part of the table with a blower. Then, the reinforcing fiber supply amount was set to 300 g / min, and the matrix resin supply amount was set to 600 g / min. When the apparatus was operated, a random mat in which the reinforcing fibers and the thermoplastic resin were mixed was obtained. The basis weight of the reinforcing fiber was 300 g / m 2 .
This random mat was heated at 2.0 MPa for 10 minutes with a press apparatus heated to 300 ° C. to obtain a molded plate of t = 0.6 mm. The obtained composite had a fiber deposition content of 19%, no irregularities on the surface, and good quality.
When the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) were examined for the obtained random mat, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 40, and the reinforcing fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 28%, and the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) was 80.

[比較例1]
実施例1において、小孔からの風速を、300m/secとした以外は同様にランダムマットを作成した。
得られたランダムマットについて、強化繊維束(A)の割合と、平均繊維数(N)を調べたところ、式(1)で定義される臨界単糸数は86であり、強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合は35%、強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)は820であった。
得られたランダムマットは、強化繊維束が太く、このランダムマットを用いて実施例1と同様に成形板を作成したところ、成形板表面に繊維束の部分が凸になっている箇所が観察された。
[Comparative Example 1]
In Example 1, a random mat was prepared in the same manner except that the wind speed from the small hole was set to 300 m / sec.
When the ratio of the reinforcing fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) were examined for the obtained random mat, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 86, and the reinforcing fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 35%, and the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) was 820.
The obtained random mat has a thick reinforcing fiber bundle, and when a molded plate was prepared in the same manner as in Example 1 using this random mat, a portion where the fiber bundle portion was convex on the surface of the molded plate was observed. It was.

1.強化繊維
2.ピンチローラー
3.ゴムローラー
4.ロータリーカッター本体
5.刃
6.カットされた強化繊維
7.周方向と刃の配列のなす角
1. Reinforcing fiber 2. Pinch roller Rubber roller4. 4. Rotary cutter body Blade 6 6. Reinforced fibers that have been cut Angle between circumferential direction and blade arrangement

Claims (6)

繊維長10〜100mmの強化繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、強化繊維が25〜3000g/mの目付けにて実質的に2次元ランダムに配向しており、式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束(A)について、マットの繊維全量に対する割合が0Vol%超30Vol%未満であり、かつ強化繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことを特徴とするランダムマット。
臨界単糸数=600/D (1)
1.0×10/D<N<2.5×10/D (2)
(ここでDは強化繊維の平均繊維径(μm)である)
It is composed of a reinforcing fiber having a fiber length of 10 to 100 mm and a thermoplastic resin, and the reinforcing fiber is substantially two-dimensionally oriented with a basis weight of 25 to 3000 g / m 2 and is defined by the formula (1) For the reinforcing fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more, the ratio of the mat to the total amount of fibers is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, and the average number of fibers (N) in the reinforcing fiber bundle (A) is A random mat characterized by satisfying (2).
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the reinforcing fibers)
強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載のランダムマット。   The random mat according to claim 1, wherein the reinforcing fiber is at least one selected from the group consisting of carbon fiber, aramid fiber, and glass fiber. ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の存在量が、強化繊維100重量部に対し、50〜1000重量部である事を特徴とする請求項1または2に記載のランダムマット。   The random mat according to claim 1 or 2, wherein the amount of the thermoplastic resin in the random mat is 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fibers. 熱可塑性樹脂が、繊維状および/または粒子状で存在することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のランダムマット。   The random mat according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoplastic resin is present in the form of fibers and / or particles. 以下の工程1〜4を含む請求項1〜4のいずれかに記載のランダムマットの製造方法。
1.強化繊維をカットする工程、
2.カットされた強化繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程、
3.開繊させた強化繊維を拡散させると同時に、繊維状および/または粒子状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、強化繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程、
4.塗布された強化繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程。
The manufacturing method of the random mat | matte in any one of Claims 1-4 containing the following processes 1-4.
1. Cutting the reinforcing fibers,
2. A process of opening the fiber bundle by introducing cut reinforcing fibers into the pipe and blowing air on the fibers;
3. A spreading process in which the spread reinforcing fibers are diffused and sucked together with the fibrous and / or particulate thermoplastic resin, and the reinforcing fibers and the thermoplastic resin are sprayed simultaneously;
4). Fixing the applied reinforcing fiber and thermoplastic resin;
工程1に供する強化繊維はサイジング剤を強化繊維100重量部に対し、0超〜10重量部である事を特徴とする請求項5に記載のランダムマット製造方法。   The method for producing a random mat according to claim 5, wherein the reinforcing fiber used in step 1 is a sizing agent in an amount of more than 0 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber.
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