JPWO2017145884A1 - 不連続繊維強化複合材料 - Google Patents

Abstract

数平均繊維長３〜１００ｍｍの不連続強化繊維からなる不連続強化繊集合体とマトリックス樹脂からなる不連続繊維強化複合材料であって、前記不連続強化繊維集合体は、所定本数の不連続強化繊維の単糸を同一方向に集束した複数の不連続強化繊維束を含み、前記不連続強化繊維束は、前記単糸の配向方向に対して一定の角度をなす切断面を有し、単糸配向方向両端間の距離である不連続繊維束長が短いほど不連続繊維束ほど、該不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の不連続強化繊維束の端部の鋭角をなす先端角度が小さいことを特徴とする不連続繊維強化複合材料。従来の強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料では達成できなかった、成形の際の高流動性と高い機械特性を高いレベルで両立させることが可能であり、特に流動成形時に優れた流動性、ばらつきの少ない機械特性を示す最適な条件を備えた繊維強化複合材料を提供する。

Description

本発明は、少なくとも不連続な強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化複合材料に関し、特に、不連続強化繊維が特定の繊維束の形態をなし、かつ、該繊維束が異なる繊維束長を有することで、均一性および力学特性に優れ、成形品を作製する場合に高い流動性と機械特性を両立できる不連続繊維強化複合材料に関する。

強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、高い機械特性が得られることから、種々の成形品の製造に用いられ、様々な分野で需要は年々増加している。

強化繊維の中で特に優れた性能を有する炭素繊維複合材料の成形方法としては、プリプレグと称される連続した炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸せしめた半硬化状態の中間基材を積層し、高温高圧釜で加熱加圧することによりマトリックス樹脂を硬化させた連続繊維強化複合材料を成形するオートクレーブ成形が最も一般的に行われている。また、近年では生産効率の向上を目的として、あらかじめ部材形状に賦形した連続繊維基材にマトリックス樹脂を含浸および硬化させるＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）成形等も行われている。これらの成形法により得られた炭素繊維複合材料は、連続繊維である所以優れた力学物性を有する。また、連続繊維は規則的な配列であるため、基材の配置により必要とする力学物性に設計することが可能であり、力学物性のバラツキも小さい。しかしながら、一方で連続繊維である所以３次元形状等の複雑な形状を形成することは難しく、主として平面形状に近い部材に限られる。

３次元形状等の複雑な形状に適した成形方法として、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）やスタンパブルシートを用いた成形等がある。ＳＭＣ成形品は、炭素繊維のストランドを例えば繊維長が２５ｍｍ程度になるように繊維直交方向に切断し、このチョップドストランドに熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたシート状基材（ＳＭＣ）を、加熱型プレス機を用いて加熱加圧することにより得られる。スタンパブルシート成形品は、例えば２５ｍｍ程度に切断したチョップドストランドや不連続の強化繊維よりなる不織布マット等に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状基材（スタンパブルシート）を一度赤外線ヒーター等で熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、所定の温度の金型にて冷却加圧することにより得られる。

多くの場合、加圧前にＳＭＣやスタンパブルシートを成形体の形状より小さく切断して成形型上に配置し、加圧により成形体の形状に引き伸ばして（流動させて）成形を行う。そのため、その流動により３次元形状等の複雑な形状にも追従可能となる。しかしながら、ＳＭＣやスタンパブルシートはそのシート化工程において、チョップドストランドや不織布マットの分布ムラ、配向ムラが必然的に生じてしまうため、力学物性が低下し、あるいはその値のバラツキが大きくなってしまう。さらには、その分布ムラ、配向ムラにより、特に薄物の部材ではソリ、ヒケ等が発生しやすくなる。

上述のような材料の欠点を埋めるべく、例えば特許文献１は強化繊維の配向方向の両端を開始点としてチョップド繊維束の中央に向かって、強化繊維の配向方向に強化繊維の本数が増加する区間を有するチョップド繊維束および成形材料が提案されているが、強化繊維束長に伴いカット角度を任意に変更することについては十分な検討がなされていない。

国際公開ＷＯ０８／１４９６１５号

そこで本発明の課題は、従来の強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料では達成できなかった、成形の際の高流動性と高い機械特性を高いレベルで両立させることが可能であり、特に繊維強化複合材料の均一性に優れ、流動成形時に優れた流動性、優れた機械特性を示す最適な条件を備えた繊維強化複合材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る不連続繊維強化複合材料は、以下のとおりである。
［１］ 数平均繊維長３〜１００ｍｍの不連続強化繊維からなる不連続強化繊集合体とマトリックス樹脂からなる不連続繊維強化複合材料であって、前記不連続強化繊維集合体は、所定本数の不連続強化繊維の単糸を同一方向に集束した複数の不連続強化繊維束を含み、前記不連続強化繊維束は、前記単糸の配向方向に対して一定の角度をなす切断面を有し、単糸配向方向両端間の距離である不連続繊維束長が短い不連続繊維束ほど、該不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の不連続強化繊維束の端部の鋭角をなす先端角度が小さいことを特徴とする不連続繊維強化複合材料。
また、本発明における特に好ましい態様は以下のとおりである。
［２］ 前記不連続強化繊維集合体に含まれる不連続強化繊維束の数平均不連続繊維束長（Ｌ）に対し、各々の不連続繊維束長が該数平均不連続繊維束長（Ｌ）を超える不連続強化繊維束で構成される強化繊維束（１）に含まれる各々の不連続強化繊維束の前記先端角度の数平均となる数平均鋭角（Ａ）と、数平均不連続繊維束長（Ｌ）以下の不連続強化繊維束で構成される強化繊維束（２）に含まれる各々の不連続強化繊維束の前記先端角度の数平均となる数平均鋭角（Ｂ）とが、下記式（１）および（２）を満たすことを特徴とする［１］に記載の不連続繊維強化複合材料。
数平均鋭角（Ａ）≧数平均鋭角（Ｂ）×１．３ （１）
数平均鋭角（Ｂ）＜６０° （２）
［３］ 前記数平均不連続繊維束長（Ｌ）が３ｍｍ以上１００ｍｍ未満であることを特徴とする［１］または［２］に記載の不連続繊維強化複合材料。
［４］ 前記強化繊維束（２）の数平均鋭角（Ｂ）が５°〜４５°の角度範囲にあることを特徴とする［１］〜［３］に記載の不連続繊維強化複合材料。
［５］ 前記強化繊維束（２）の数平均束長（Ｌ_２）が３ｍｍ以上３０ｍｍ未満であることを特徴とする［１］〜［４］に記載の不連続繊維強化複合材料。

本発明に係る不連続繊維強化複合材料によれば、成形時の優れた流動性と成形品の高い力学特性を両立で、特には力学特性のばらつきの小さく、複雑な形状に対しても賦形性に優れた不連続繊維強化複合材料を提供することができる。

本発明で用いられる不連続強化繊維束の２次元平面投影図の一例であり、（Ａ）は不連続強化繊維束の束長の測定箇所および先端角度の鋭角θ_１、θ_２を示した図であり、（Ｂ）は不連続強化繊維束の幅方向測定箇所を示した図である。 本発明で用いられる不連続強化繊維束の一例である。 本発明で用いられる不連続強化繊維をカットし、散布する装置の一例である。 部分分繊繊維束を得るために走行する繊維ストランドに分繊手段を突き入れた一例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図である。

はじめに、本発明の態様および本発明において特に好ましい態様について説明する。
本発明に係る不連続繊維強化複合材料においては、少なくとも数平均繊維長３〜１００ｍｍの不連続強化繊維からなる不連続強化繊集合体とマトリックス樹脂からなる不連続繊維強化複合材料であって、前記不連続強化繊維集合体は、所定本数の不連続強化繊維の単糸を同一方向に集束した不連続強化繊維束が複数含まれ、前記不連続強化繊維束は、前記単糸の配向方向に対して一定の角度で切断されるとともに、不連続強化繊維束の単糸配向方向に平行な両端間の最長距離である不連続繊維束長が各々異なるものであり、前記不連続繊維束長が短い程、該不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の不連続強化繊維束の端部の鋭角をなす先端角度が小さくなることを特徴とする。

このような本発明に係る不連続繊維強化複合材料はマトリックス樹脂中に強化繊維が入ると成形の際に繊維強化複合材料の流動性が低下するが、その流動性の低下は不連続強化繊維が複数の単繊維からなる繊維束形態の配合量を増やすことで抑制でき、良好な流動性の実現が可能となる。しかし、不連続強化繊維束が２次元平面に投影した際に形状が短冊形状であると、繊維強化複合材料にした際に繊維束同士が重なった重なり部および繊維束端部の周辺に破壊の起点となる構造的な欠陥が生じやすく、力学特性に劣る傾向がある。また不連続強化繊維の繊維長が長い程、繊維強化複合材料にした際に力学特性に優れるが、繊維同士の交絡が増加し、流動性に劣る。逆に不連続強化繊維の繊維長が短い程、繊維強化複合材料にした際に流動性に優れるが、力学特性に劣る傾向がある。すなわち、良好な流動性を重視した繊維強化複合材料の最適な形態と、力学特性を重視した繊維強化複合材料の最適な形態とは、必ずしも同じ形態とはならないこと等を総合的に考慮し、特に良好な流動性と力学特性とバランス良く両立させるように繊維強化複合材料の構造を最適化したものである。

流動性と力学特性を発現するために、不連続繊維強化複合材料中に含まれる不連続強化繊維束を構成する単糸は少なくとも数平均繊維長３〜１００ｍｍの不連続強化繊維であることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ以上５０ｍｍ未満であり、更に好ましくは３ｍｍ以上２５ｍｍ未満である。数平均繊維長が３ｍｍを下回ると繊維強化複合材料の強度低下につながり、数平均繊維長が１００ｍｍを超えると強化繊維間の接点数が増加し、流動性悪化につながる。

優れた流動性を発現するために、不連続強化繊維集合体は、少なくとも複数の不連続強化繊維束を含むことが好ましく、不連続強化繊維束は複数の不連続強化繊維の単糸から構成されることが好ましい。不連続強化繊維集合体が繊維束形態を有することで、繊維同士の交絡点数の増加を抑制することができる。

更に、不連続強化繊維束は単糸の配向方向に対して、一定の角度で切断されることが好ましく、不連続強化繊維集合体に含まれる不連続強化繊維束は、各々異なる不連続繊維束長を有することが好ましい。不連続強化繊維集合体に含まれる不連続強化繊維束が各々異なる束長を有することで、不連続強化繊維束同士が密に充填されやすく、構造的欠陥の発生を抑制することができる。

また、不連続強化繊維束は束長が短い程、不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の繊維束端部の鋭角をなす先端角度が小さいことが好ましい。不連続強化繊維束は束長が短い程、先端角度が小さいことで、不連続強化繊維束の束長としてはある程度の長さを有し、力学特性に優れ、不連続強化繊維束を構成する単糸は束長に比べより短いことで、流動性にも優れる。

更に不連続強化繊維集合体に含まれる不連続強化繊維束の数平均不連続繊維束長（Ｌ）に対し、各々の不連続繊維束長が数平均不連続繊維束長（Ｌ）を超える不連続強化繊維束で構成される強化繊維束（１）に含まれる各々の不連続強化繊維束の先端角度の数平均となる数平均鋭角（Ａ）と、数平均不連続繊維束長（Ｌ）以下の不連続強化繊維束で構成される強化繊維束（２）に含まれる各々の不連続強化繊維束の先端角度の数平均となる数平均鋭角（Ｂ）とが、下記式（１）、（２）を満たすことが好ましい。

数平均鋭角（Ａ）≧数平均鋭角（Ｂ）×１．３ （１）
数平均鋭角（Ｂ）＜６０° （２）

数平均不連続繊維束長（Ｌ）未満の強化繊維束（２）の先端角度が小さいことで、束を構成する単糸の繊維長は短いが、束長としてある程度の長さを有することで、高い力学特性を発現することができ、数平均不連続繊維束長（Ｌ）以上の強化繊維束（１）の先端角度が大きいことで、不連続繊維束同士が密に充填されやすく、確実に高い流動性と力学特性が両立できる。より好ましくは、数平均鋭角（Ａ）≧数平均鋭角（Ｂ）×１．５であり、更に好ましくは、数平均鋭角（Ａ）≧数平均鋭角（Ｂ）×１．７である。数平均鋭角（Ｂ）は６０°を超えると不連続繊維束同士が密に充填されにくく、繊維強化複合材料にした際の強度低下につながる。

更に該不連続繊維束の数平均不連続繊維束長（Ｌ）は繊維束幅が０．２ｍｍ以上の繊維束が３ｍｍ以上１００ｍｍ未満であることが好ましい。繊維束長が３ｍｍを下回ると繊維強化複合材料の強度低下につながり、１００ｍｍを超えると不連続繊維束同士が密に充填されにくく、強度低下につながり、また不連続繊維束同士の交絡数が増加し、流動性悪化につながる。

より確実に高い流動性と力学特性を両立するために、前記強化繊維束（２）の数平均鋭角（Ｂ）が５ °〜４５°の角度範囲に入ることが好ましい。カット角度が５°未満になるとカット加工性に劣る。

不連続強化繊維集合体は、不連続強化繊維束以外に、不連続強化繊維シートを作成する際にできた単糸レベルまで開繊した不連続強化繊維などを含んでもよい。

更に、より確実に高い流動性と力学特性を両立するために、前記強化繊維束（２）の数平均不連続繊維束長（Ｌ_２）が３ｍｍ以上５０ｍｍ未満であることが好ましい。前記強化繊維束（２）の数平均不連続繊維束長（Ｌ_２）が３ｍｍ未満になると強化繊維束（２）の束長が短くなり、繊維強化複合材料にした際の強度低下につながり、５０ｍｍ以上となると不連続繊維束同士の交絡数が増加し、流動性悪化につながる。

ここで、本発明において強化繊維は、特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維、天然繊維、鉱物繊維などが使用でき、これらは１種または２種以上を併用しても良い。

より高い機械特性を得るために、使用される強化繊維は炭素繊維であることが好ましい。使用する炭素繊維は特に限定されないが、高強度、高弾性率炭素繊維が使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。中でも、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。炭素繊維の密度は、１．６５〜１．９５ｇ／ｃｍ^３のものが好ましく、さらには１．７〜１．８５ｇ／ｃｍ^３のものがより好ましい。密度が大きすぎるものは得られる炭素繊維複合材料の軽量性能に劣り、小さすぎるものは、得られる炭素繊維複合材料の機械特性が低くなる場合がある。

また、本発明に用いる炭素繊維は、生産性の観点から単糸を収束させた炭素繊維ストランドであることが好ましく、炭素繊維ストランド中の単糸数が多いものが好ましい。炭素繊維ストランドとした場合の単糸数は、１，０００〜１００，０００本の範囲内で使用することができ、とりわけ１０，０００〜７０，０００本の範囲内で使用することが好ましい。炭素繊維は、必要に応じて炭素繊維ストランドにストランド分繊用スリッター等を用いて所望のストランド数に分割した分繊炭素繊維ストランドを所定の長さにカットして用いてもよい。ストランドを所望のストランド数に分繊することで、未処理のストランドに比べ炭素繊維複合材料にした際の均一性が向上し、機械特性に優れるため、好ましい例として例示できる。

分繊した炭素繊維ストランドを用いる以外に連続して安定的にスリット可能な部分分繊繊維束を用いることが特に好ましい例として例示できる。

ここで部分分繊繊維束とは複数の単糸からなる繊維ストランドの長手方向に沿って複数の束に分繊された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなることを特徴とする繊維束である。部分分繊繊維束は少なくとも１つの前記分繊処理区間の少なくとも一方の端部に前記単糸が交絡した絡合部、および／または該絡合部が集積されてなる、絡合蓄積部が形成されていてもよい。

具体的には図４を用い説明する。図４は、部分分繊繊維束を得るために走行する繊維ストランドに分繊手段を突き入れた一例を示す（ａ）概略平面図、（ｂ）概略側面図である。図中の繊維ストランド走行方向Ａ（矢印）が繊維ストランド１００の長手方向であり、図示されない繊維ストランド供給装置から連続的に繊維ストランド１００が供給されていることを表す。

分繊手段２００は、繊維ストランド１００に突き入れ易い突出形状を有する突出部２１０を具備しており、走行する繊維ストランド１００に突き入れ、繊維ストランド１００の長手方向に略平行な分繊処理部１５０を生成する。ここで、分繊手段２００は、繊維ストランド１００の側面に突き入れることが好ましい。繊維ストランドの側面とは、繊維ストランドの断面が、横長の楕円もしくは横長の長方形のような扁平形状であるとした場合の水平方向の面（例えば、図４に示す繊維ストランド１００の側表面に相当する）である。また、具備する突出部２１０は、１つの分繊手段２００につき１つでもよく、また複数であってもよい。１つの分繊手段２００で突出部２１０が複数の場合、突出部２１０の磨耗頻度が減ることから、交換頻度を減らすことも可能となる。さらに、分繊する繊維ストランド数に応じて、複数の分繊手段２００を同時に用いることも可能である。複数の分繊手段２００を、並列、互い違い、位相をずらす等して、複数の突出部２１０を任意に配置することができる。

複数の単糸からなる繊維ストランド１００を、分繊手段２００により本数のより少ない分繊束に分けていく場合、複数の単糸は、実質的に繊維ストランド１００内で、引き揃った状態ではなく、単糸レベルでは交絡している部分が多いため、分繊処理中に接触部２１１付近に単糸が交絡する絡合部１６０を形成する場合がある。

ここで、絡合部１６０を形成するとは、例えば、分繊処理区間内に予め存在していた単糸同士の交絡を分繊手段２００により接触部２１１に形成（移動）させる場合や、分繊手段２００によって新たに単糸が交絡した集合体を形成（製造）させる場合等が挙げられる。

任意の範囲に分繊処理部１５０を生成した後、分繊手段２００を繊維ストランド１００から抜き取る。この抜き取りによって分繊処理が施された分繊処理区間１１０が生成し、それと同時に絡合部１６０が蓄積した絡合蓄積部１２０が生成する。また、分繊処理中に繊維束から発生した毛羽は毛羽溜まり１４０として分繊処理時に絡合蓄積部１２０付近に生成する。

その後再度分繊手段２００を繊維束１００に突き入れることで、未分繊処理区間１３０が生成する。

部分分繊繊維束を用いることで、分繊炭素繊維ストランドと同様に、未処理のストランドに比べ炭素繊維複合材料にした際の均一性が向上し、機械特性に優れるうえに、連続生産性にも優れるため、特に好ましい例として例示できる。

また、炭素繊維ストランドは、マトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的で表面処理されていることが好ましい。表面処理の方法としては，電解処理、オゾン処理、紫外線処理等がある。また、炭素繊維ストランドの毛羽立ちを防止したり、炭素繊維ストランドの収束性を向上させたり、マトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的でサイジング剤が付与されていても構わない。サイジング剤としては、特に限定されないが、エポキシ基、ウレタン基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有する化合物が使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。

ここでサイジング処理とは、表面処理工程と水洗工程などで水に濡れた水分率２０〜８０重量％程度の水濡れ炭素繊維ストランドを乾燥させた後にサイジング剤を含有する液体（サイジング液）を付着させる処理方法である。

サイジング剤の付与手段としては特に限定されるものではないが、例えばローラを介してサイジング液に浸漬する方法、サイジング液の付着したローラに接する方法、サイジング液を霧状にして吹き付ける方法などがある。また、バッチ式、連続式いずれでもよいが、生産性がよくばらつきが小さくできる連続式が好ましい。この際、炭素繊維ストランドに対するサイジング剤有効成分の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジング液濃度、温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。また、サイジング剤付与時に炭素繊維ストランドを超音波で加振させることはより好ましい。

乾燥温度と乾燥時間は化合物の付着量によって調整することができるが、サイジング剤の付与に用いる溶媒の完全な除去、乾燥に要する時間を短くし、一方、サイジング剤の熱劣化を防止し、炭素繊維ストランドが固くなって束の拡がり性が悪化するのを防止する観点から、乾燥温度は、１５０℃以上３５０℃以下であることが好ましく、１８０℃以上２５０℃以下であることがより好ましい。

サイジング剤付着量は、炭素繊維ストランドのみの質量に対して、０．０１質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．０５質量％以上５質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上５質量％以下付与することがさらに好ましい。０．０１質量％以下では接着性向上効果が現れにくい。１０質量％以上では、成形品の物性低下させることがある。

本発明においては、繊維強化複合材料に用いるマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては特に制限は無く、成形品としての機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６樹脂、ナイロン６，６樹脂等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等を用いることができる。中でも、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂のいずれかからなることが好ましい。

熱硬化性樹脂としても特に制限は無く、成形品としての機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノシキ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などを用いることができる。中でも、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂のいずれか、もしくはこれらの混合物からなることが好ましい。熱硬化性樹脂の混合物を用いる際には、混合する熱硬化性樹脂同士は相溶性を有するか、あるいは、親和性の高い方が好ましい。

本発明で用いられる熱硬化性樹脂の粘度は、特に制限はないが常温（２５℃）における樹脂粘度が１００〜１０００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。

本発明で使用されるマトリックス樹脂には、本発明の目的が達成できる範囲であればその用途に応じて、熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂に、各種の添加剤を加えることもできる。例えば、マイカ、タルク、カオリン、ハイドロタルサイト、セリサイト、ベントナイト、ゾノトライト、セピオライト、スメクタイト、モンモリロナイト、ワラステナイト、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラスマイクロバルーン、クレー、二硫化モリブデン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ポリリン酸カルシウム、グラファイト、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜カルシウム、ホウ酸アルミニウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカおよび高分子化合物などの充填材、金属系、金属酸化物系、カーボンブラックおよびグラファイト粉末などの導電性付与材、臭素化樹脂などのハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモンや五酸化アンチモンなどのアンチモン系難燃剤、ポリリン酸アンモニウム、芳香族ホスフェートおよび赤燐などのリン系難燃剤、有ホウ酸金属塩、カルボン酸金属塩および芳香族スルホンイミド金属塩などの有機酸金属塩系難燃剤、硼酸亜鉛、亜鉛、酸化亜鉛およびジルコニウム化合物などの無機系難燃剤、シアヌル酸、イソシアヌル酸、メラミン、メラミンシアヌレート、メラミンホスフェートおよび窒素化グアニジンなどの窒素系難燃剤、ＰＴＦＥなどのフッ素系難燃剤、ポリオルガノシロキサンなどのシリコーン系難燃剤、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物系難燃剤、またその他の難燃剤、酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化スズおよび酸化チタンなどの難燃助剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、分散剤、マイカ、タルクおよびカオリンなどの結晶核剤、リン酸エステルなどの可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、およびポリエーテルエステルアミドなどの帯電防止剤等を添加しても良い。

また、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を使用する場合は、本発明の目的が達成できる範囲であれば、前述した熱可塑性樹脂、その他の低収縮化剤等の添加物を含ませることができる。

不連続強化繊維集合体を得る工程としては、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に制限がない。例えば、図３に示すように、強化繊維ストランドを搬送する搬送ロール３１、強化繊維ストランドを所定の角度および寸法にカットするカッター３２、不連続強化繊維束をシート状へ集積する際に不連続強化繊維束を分散させるディストリビューター３３、不連続強化繊維束をシート状へ集積するコンベア３４を有していることが好ましい一例として例示される。

ここで、搬送ロール３１は、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に制限がなく、ロール間でニップして搬送する機構が例示される。ロールの材質としては本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定がなく、メタルロールやゴムロールなどが好ましい例として例示される。

強化繊維ストランドを所定の角度にカットする方法としては、カッター３２へ糸を搬送する際に角度を持たせる場合と糸に対してカッターに角度を持たせる場合が例示できる。

特に不連続強化繊維束長の短い不連続強化繊維束程、角度をより鋭角にすることが好ましく、好ましくは先端角度が６０°未満になるようにカットすることが好ましい。より好ましくは、３°〜４５°の角度が好ましい例として例示される。

カッター３２としては、本発明の課題を阻害しないかぎり、特に制限がなく、ギロチン刃式やロータリーカッター式が例示される。前述したように、強化維ストランドが搬送される方向に対して、カットするための刃の向きは特に制限されるものではなく、前記強化繊維ストランドを搬送する機構と同様に角度を持たせてもよい。

束長が異なる不連続強化繊維束を得る方法として、カッターを複数用意し、束長が異なる不連続強化繊維束を得る方法などが例示できる。束長の構成として、束長が長い程カット角度がより鋭角になるようにカッターの刃の角度もしくは糸の搬送角度を設定することが好ましい。

カットした不連続強化繊維束はシート状へ集積する際にディストリビューター３３等によって、不連続強化繊維束を均一に分散させる事が好ましい例として例示できる。

不連続強化繊維束をシート状へ集積するコンベア３７としては、本発明の課題を阻害しないかぎり特に制限がなく、ＸＹ平面上で自由に走行するメタルワイヤ上に落下する方法が例示できる。ここでメタルワイヤ下にサクションボックスを設置し、カットした不連続強化繊維を散布する際等に使用したエアを吸引させ、シートの嵩を低下させてもよい。また、ＸＹ平面上で自由に走行するメタルワイヤの代わりに、カッター２２をＸ方向に複数設置し、メタルワイヤをＹ方向に走行させることも一例として例示できる。

不連続強化繊維集合体を得る際に、不連続強化繊維集合体は不連続強化繊維束のみから構成されてもよいが、形態保持のために熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂からなる結合材を含有させることもできる。結合材に用いる熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂は繊維強化複合材料に用いるマトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなることが好ましい。

本発明において、不連続強化繊維集合体にマトリックス樹脂を含浸するにあたっては、結合材を含む不連続強化繊維集合体を作製し、不連続強化繊維集合体に含まれる結合材の樹脂をそのままマトリックス樹脂として使用してもよく、結合材を含まない不連続強化繊維集合体を作成し、繊維強化複合材料を製造する任意の段階でマトリックス樹脂を含浸してもかまわない。また、結合材を含む不連続強化繊維集合体を用いる場合であっても、繊維強化複合材料を製造する任意の段階でマトリックス樹脂を含浸することもできる。

繊維強化複合材料を製造するに際し、上記のような不連続強化繊維集合体にマトリックス樹脂を含浸し、繊維強化複合材料とする含浸工程は、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的なものを用いることが出来る。

マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を用いる場合は、加熱機能を有するプレス機を用いて実施することができる。プレス機としてはマトリックス樹脂の含浸に必要な温度、圧力を実現できるものであれば特に制限はなく、上下する平面状のプラテンを有する通常のプレス機や、１対のエンドレススチールベルトが走行する機構を有するいわゆるダブルベルトプレス機を用いることができる。かかる含浸工程においてはマトリックス樹脂をフィルム、不織布、織物等のシート状とした後、不連続強化繊維集合体と積層しその状態で上記プレス機等を用いてマトリックス樹脂を一体として溶融・含浸することや、予め不連続強化繊維集合体とマトリックス樹脂を一体化させたシート状としたものを積層し、溶融・含浸したもの、予め不連続強化繊維集合体とマトリックス樹脂を一体化させたシート状としたものに、更にマトリックス樹脂をフィルム、不織布、織物等のシート状としたものを積層し、溶融・含浸する方法も採用することができる。

マトリックス樹脂に熱硬化性樹脂を用いる場合は、マトリックス樹脂の含浸に必要な温度、圧力を実現できるものであれば特に制限はなく、上下する平面状のプラテンを有する通常のプレス機や、１対のエンドレススチールベルトが走行する機構を有するいわゆるダブルベルトプレス機や、上下ロールで挟み込むプレスロール等を用いることができる。かかる含浸工程においてはマトリックス樹脂を離形フィルム上にシート状とした後、不連続炭素繊維シートをマトリックス樹脂シートで挟み込み、加圧し、含浸する方法が例示される。この時、より含浸を確実に行うため、真空へ減圧し、シート内部の空気を抜いた後に加圧する方法は好ましい例の一つとして例示できる。

また、本発明において、本発明の課題を阻害しないかぎり不連続強化繊維集合体に連続強化繊維集合体や他の不連続強化繊維集合体とサンドイッチ構造とし、繊維強化複合材料としてもよい。サンドイッチ構造は、表層とコア層どちらに不連続強化繊維集合体を用いてもよく、表層に連続強化繊維集合体、コア層に不連続強化繊維集合体を用いることで、繊維強化複合材料にした際の機械特性や表面品位に優れるため、好ましい一例として例示できる。ここで、連続強化繊維集合体や他の不連続強化繊維集合体に用いられる強化繊維は、特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維、天然繊維、鉱物繊維などが使用でき、これらは１種または２種以上を併用しても良い。連続強化繊維集合体の強化繊維形態は本発明の課題を阻害しないかぎり一般的なものを用いることが出来る。例えば、一方向に強化繊維が配向した一方向強化繊維集合体および一方向強化繊維集合体を多方向に積層した強化繊維積層集合体、強化繊維を織った織物強化繊維集合体などが例示できる。他の不連続強化繊維集合体の強化繊維形態は本発明の課題を阻害しないかぎり一般的なものを用いることが出来る。例えば、ストランドを所定の長さにカットし、散布したチョップドストランドシート、カーディング装置やエアレイド装置を用いて製造した乾式不連続強化繊維シート、抄紙装置を用いて製造した湿式不連続強化繊維シートなどが例示できる。

本発明において、得られた繊維強化複合材料は、マトリックス樹脂に熱硬化性樹脂を用いる場合はＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）として、熱可塑性樹脂を用いる場合はスタンパブルシートとして用いることができる。

ＳＭＣ成形品は、不連続強化繊維集合体に熱硬化性樹脂であるマトリックス樹脂を含浸せしめ半硬化状態としたシート状基材（ＳＭＣ）を、加熱型プレス機を用いて加熱加圧することにより得られる。スタンパブルシート成形品は、不連続強化繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状基材（スタンパブルシート）を一度赤外線ヒーター等で熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、所定の温度の金型にて冷却加圧することにより得られる。

得られた成形品は、自動車部品、航空機部品、家庭電化製品、事務電化製品、パソコンなどの筐体等に使用することに適している。

本発明の実施例、比較例について説明する。
先ず、実施例、比較例で用いた特性、測定方法について説明する。

（１）不連続強化繊維束の束幅（Ｗ_ｎ）の測定
繊維強化複合材料から１００ｍｍ×１００ｍｍとなるサンプルを切り出し、切り出したサンプルを５５０℃に加熱した電気炉の中で２から３時間程度加熱し、マトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。焼飛ばしたサンプルから不連続強化繊維集合体を取り出し、ピンセット等を用いて、不連続強化繊維集合体から不連続強化繊維を束形態単位で全て形が崩れないように慎重に取り出した。抽出した全ての不連続強化繊維束について、平らな台の上に置き、不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の繊維配向方向に対して直交する該不連続強化繊維束の両端部（図１、図２中（ｗ_１）、（ｗ_３））および中央（図１、図２中（ｗ_２））の強化繊維束幅を０．１ｍｍまで測定可能なノギスを用いて測定した。

該不連続強化繊維束の両端部（図１、図２中（ｗ_１）、（ｗ_３））とは、図１、図２に示すように、不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の繊維配向方向に対して直交する幅方向繊維束断面において、繊維本数が一定区間の両端部である。

この時、より正確に幅を測定するために、デジタルマイクロスコープ（キーエンス社製）を用いて２次元平面上に投影した際の不連続強化繊維束の両端部および中央の強化繊維束幅を測定してもよい。得られた両端部（ｗ_１）、（ｗ_３）および中央部（ｗ_２）の不連続強化繊維束幅を記録用紙に記載し、束幅（ｗ_１）〜（ｗ_３）の平均値を不連続強化繊維束の束幅（Ｗ_ｎ）とした。このとき、不連続強化繊維束幅（Ｗ_ｎ）が０．２ｍｍ未満の不連続強化繊維束は不連続強化繊維束とせず、開繊した不連続強化繊維としてまとめて取り分けた。この時、束の幅方向の判断は不連続強化繊維束中央の繊維方向断面の長辺を幅、短辺を厚みとした。繊維強化複合材料から不連続強化繊維集合体がうまく取り出せない場合は、マトリックス樹脂を含浸していない、不連続強化繊維集合体から同様に測定してもよい。

（２）不連続強化繊維束長（Ｌ_ｎ）および不連続強化繊維束鋭角（θ_ｎ）の測定
不連続強化繊維束幅（Ｗ_ｎ）が０．２ｍｍ以上の全ての不連続強化繊維束に対して、不連続強化繊維束長（図１、図２中（Ｌ_ｎ））及び長さ（図１、図２中（ｌ_１）、（ｌ_２））を測定した。

得られた不連続強化繊維束長（Ｌ_ｎ）および長さ（ｌ_１）、（ｌ_２）から、不連強化繊維の束形状が図１に示すＩ型形状の場合は下記式（３）、（４）、（５）を用いて、不連続強化繊維束の鋭角をなす先端角度（θ_ｎ）を算出した。

先端角度θ_１＝ｔａｎ^-１｛Ｗ_ｎ／（Ｌ_ｎ−ｌ_１）｝ ・・・・・・（３）
先端角度θ_２＝ｔａｎ^-１｛Ｗ_ｎ／（Ｌ_ｎ−ｌ_２）｝ ・・・・・・（４）
先端角度（θ_ｎ）＝（鋭角θ_１＋鋭角θ_２）／２ ・・・・・・（５）

不連強化繊維の束形状が図２（Ａ）に示すＡ型形状の場合は、下記式（６）、（７）を用いて、鋭角θ_１、鋭角θ_２を近似算出し、式（３）を用いて、強化繊維束の先端角度（θ_ｎ）を算出した。

先端角度θ_１＝２ｔａｎ^-１｛（１／２）Ｗ_ｎ／（ｌ_１）｝ ・・・・・・（６）
先端角度θ_２＝２ｔａｎ^-１｛（１／２）Ｗ_ｎ／（ｌ_２）｝ ・・・・・・（７）

不連強化繊維の束形状が図２（Ｂ）、（Ｃ）に示す様な片側端部に先端角度が複数個存在するＶ型、Ｗ型およびそれに類する形状の場合は、下記式（８）、（９）を用いて、先端角度θ_１、先端角度θ_２を近似算出し、式（３）を用いて、強化繊維束の先端角度（θ_ｎ）を算出した。

先端角度θ_１＝ｔａｎ^-１｛（１／ｍ_１）Ｗ_ｎ／（ｌ_１）｝ ・・・・・・（８）
先端角度θ_２＝ｔａｎ^-１｛（１／ｍ_２）Ｗ_ｎ／（ｌ_２）｝ ・・・・・・（９）

このときｍ_１はｌ_１測定側端部の先端角度の個数であり、ｍ_２はｌ_２測定側端部の先端角度の個数である。例えば図２（Ｂ）に示すＶ型形状の場合はｍ_１＝２、ｍ_２＝２であり、図２（Ｃ）に示すＷ型形状の場合はｍ_１＝３、ｍ_２＝３である。

（３）強化繊維束（１）および強化繊維束（２）の分類
前記得られた不連続強化繊維束長（Ｌ_ｎ）に対して、下記式（１０）を用いて、数平均不連続繊維束長（Ｌ）を算出した。得られた数平均不連続繊維束長（Ｌ）から、不連続強化繊維束幅（Ｗ_ｎ）が０．２ｍｍ以上の全ての不連続強化繊維束に対して、不連続強化繊維束長（Ｌ_ｎ）が数平均不連続繊維束長（Ｌ）を超える不連続強化繊維束を不連続強化繊維束（１）、数平均不連続繊維束長（Ｌ）以下の不連続強化繊維束を不連続強化繊維束（２）とし、分類した。

また、分類後に不連続強化繊維束（２）に対しても下記式（１_１）を用いて、不連続強化繊維束長（Ｌ_２）を算出した。

Ｌ＝Σ（Ｌ_ｎ）／ｎ ・・・・・・（１０）
ｎは測定した強化繊維束数

Ｌ_２＝Σ（Ｌ_ｎ２）／ｎ_２ ・・・・・・（１１）
ｎ_２は測定した強化繊維束（２）の束数

（４）数平均鋭角（Ａ）および数平均鋭角（Ｂ）の算出
下記式（１２）を用いて不連続強化繊維束（１）の数平均鋭角（Ａ）を、下記式（１３０）を用いて不連続強化繊維束（２）の数平均鋭角（Ｂ）を算出した。

数平均鋭角（Ａ）＝Σ（先端角度（θ_ｎ１））／ｎ_１ ・・・・・・（１２）
先端角度（θ_ｎ１）は不連続強化繊維束（１）の先端角度であり、ｎ_１は不連続強化繊維束（１）の束本数である。

数平均鋭角（Ｂ）＝Σ（先端角度（θ_ｎ２））／ｎ_２ ・・・・・・（１３）
先端角度（θ_ｎ２）は不連続強化繊維束（２）の先端角度であり、ｎ_２は不連続強化繊維束（２）の束本数である。

（５）Ｖｆ（スタンパブルシート中の強化繊維の含有率）
繊維強化複合材料から約２ｇのサンプルを切り出し、その質量を測定した。その後、サンプルを５００〜６００℃に加熱した電気炉の中で１から２時間程度加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却してから、残った不連続強化繊維の重量を測定した。不連続強化繊維の重量に対する、マトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばす前のサンプルの重量に対する比率を測定し、強化繊維の重量含有率から比重を用いて体積含有率Ｖｆを求めた。

（６）曲げ強度、曲げ弾性率
ＪＩＳ−Ｋ７１７１（２００８）に準拠して曲げ強度を測定した。曲げ強度については曲げ強度のＣＶ値（変動係数［％］）も算出した。曲げ強度のＣＶ値が７％未満を、曲げ強度のばらつきが小さく良好（○）と判定し、７％以上を、曲げ強度のばらつきが大きく不良（×）と判定した。

曲げ試験を行うサンプルは２次元平面の任意の方向（０°方向）と０°方向に対して９０°方向に対して測定を行い、０°方向の平均値／９０°方向の平均値が１．３〜０．７７の範囲に入る場合は等方性（○）と判定し、それ以外を異方性（×）と判定した。

（７）流動性の評価
＜マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合＞
寸法１００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ厚の不連続繊維強化複合材料を１枚、熱可塑性樹脂の融点＋４０℃に昇温したプレス盤に配し、寸法１００ｍｍ×１００ｍｍに対して、１０ＭＰａで３００秒間加圧し、その後、加圧した状態で熱可塑性樹脂の固化温度−５０℃までプレス盤を冷却し、サンプルを取り出した。この加圧後の面積Ａ２と加圧前のシートの面積Ａ１を測定し、Ａ２／Ａ１／２ｍｍ厚を流動性（％／ｍｍ）とした。

＜マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合＞
寸法１００ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ厚、マトリックス樹脂が未硬化の不連続繊維強化複合材料前駆体を１枚、マトリックス樹脂の流動開始から硬化までの硬化時間が３００〜４００秒の範囲に入る温度まで昇温したプレス盤に配し、寸法１００ｍｍ×１００ｍｍに対して、１０ＭＰａで６００秒間加圧した。この加圧後の面積Ａ２と加圧前のシートの面積Ａ１を測定し、Ａ２／Ａ１／２ｍｍ厚を流動性（％／ｍｍ）とした。

（８）数平均繊維長測定方法
不連続繊維強化複合材料から１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプルを切り出し、その後、サンプルを５５０℃に加熱した電気炉の中で２〜３時間程度加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却した後に残った不連続強化繊維集合体から無作為に４００本不連続強化繊維の単糸をピンセットで抽出し、抽出した単糸を光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にてその単糸長さを０．１ｍｍ単位まで測定し、数平均繊維長＝ΣＬ_ｉ／４００にて強化繊維の数平均繊維長を計算した。ここで、Ｌ_ｉは測定した繊維長である。

まず、本発明の実施例、比較例で用いた強化繊維、マトリックス樹脂について説明する。

強化繊維ストランド（１）：
繊維径７μｍ、引張弾性率２３０ＧＰａ、フィラメント数１２０００本の連続した炭素繊維ストランドを用いた。

強化繊維ストランド（２）：
繊維径７．２μｍ、引張弾性率２４２ＧＰａ、フィラメント数５００００本の連続した炭素繊維ストランドを用いた。

マトリックス樹脂（１）：
ナイロン樹脂（東レ（株）製、ＣＭ１００１、商品名“アミラン”（登録商標））を用いた。

マトリックス樹脂（２）：
ビニルエステル樹脂（ＶＥ）樹脂（ダウ・ケミカル（株）製、“デラケン”７９０（登録商標））１００質量部、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート（日本油脂（株）製、“パーブチルＺ”（登録商標））１質量部、ステアリン酸亜鉛（堺化学工業（株）製、ＳＺ−２０００）２質量部、酸化マグネシウム（協和化学工業（株）製、ＭｇＯ＃４０）４質量部を混合した樹脂を用いた。

［実施例１］
図３に示すような装置を用いて不連続強化繊維集合体を作成した。並列に並んだ２台のカッターを用いて強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が９０°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が４５°、繊維長が１０ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た。得られた不連続強化繊維集合体は先端角度が９０°、繊維長２０ｍｍの不連続強化繊維束と先端角度が４５°、繊維長が１０ｍｍの不連続強化繊維束が均一に混在した不連続強化繊維シートであり、数平均束長は１８ｍｍ、数平均鋭角（Ａ）は９０°、数平均鋭角（Ｂ）は４５°、数平均鋭角（Ａ）／（Ｂ）は２．０、であった。

次に、フィルム製膜機を用いて、マトリックス樹脂（１）からなる樹脂フィルムを作成し、得られた不連続炭素繊維シートとマトリックス樹脂フィルムを得られる炭素繊維複合材料平板が厚さ２ｍｍ、Ｖｆ＝３５％となるよう積層し、２８０℃に昇温したプレス機の平板金型内で３００秒間予熱し、１０ＭＰａの圧力をかけながら６００秒間加圧し、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの繊維強化複合材料の平板を得た。

得られた平板は反りがなく、炭素繊維複合材料から０°と９０°方向の曲げ強度を測定したところ、０°と９０°方向の曲げ強度の平均値は３９５ＭＰａであり、各方向の曲げ強度のＣＶ値が７％未満かつ、曲げ強度および曲げ弾性率に対して、０°方向の平均値／９０°方向の平均値が１．３〜０．７７の範囲に入る２次元等方性であり、流動性は２５０％／ｍｍであった。条件、評価結果を表１に示す。

［実施例２］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が６５°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が４５°、繊維長が１０ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例１と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［実施例３］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が６５°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が３０°、繊維長が５ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例１と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［実施例４］
実施例２と同じ不連続強化繊維集合体とマトリックス樹脂（２）を用いて、Ｖｆ＝３５％となるよう樹脂量を調整し、離型フィルム上に樹脂を塗布し、塗布した離型フィルムで不連続強化繊維集合体を挟み込み、加圧含浸させ、未硬化ＳＭＣシートを得た。得られた未硬化ＳＭＣシートを４０℃に昇温した炉内で１２ｈｒ増粘させた後に、２ｍｍ厚となるよう投入量を調整し、１４０℃に昇温したプレス機の平板金型内に未硬化ＳＭＣを投入し、１０ＭＰａの圧力をかけながら３００秒間加圧し、厚さ２ｍｍの繊維強化複合材料の平板を得た。

得られた平板は反りがなく、炭素繊維複合材料から０°と９０°方向の曲げ強度を測定したところ、０°と９０°方向の曲げ強度の平均値は４３０ＭＰａであり、各方向の曲げ強度のＣＶ値が７％未満かつ、曲げ強度および曲げ弾性率に対して、０°方向の平均値／９０°方向の平均値が１．３〜０．７７の範囲に入る２次元等方性を有しており、流動性は２７０％／ｍｍであった。条件、評価結果を表１に示す。

［実施例５］
実施例３と同じ不連続強化繊維集合体を用いた以外は実施例４と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［実施例６］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が６５°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が４５°、繊維長が１０ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が２：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例２と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［実施例７］
強化繊維ストランド（２）を用いて１台目のカッター（１）は先端角度が６５°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が４５°、繊維長が５ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例１と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［実施例８］
実施例７と同じ不連続強化繊維集合体を用いた以外は実施例４と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［実施例９］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が３０°、繊維長３５ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が１５°、繊維長が１２ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：６となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例４と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。結果を表１に示す。

［比較例１］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が９０°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が９０°、繊維長が１０ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例１と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。

結果を表２に示す。得られた繊維強化複合材料は曲げ強度、曲げ弾性率に劣り、ＣＶ値のばらつきも大きかった。

［比較例２］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が９０°、繊維長３０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が９０°、繊維長が１０ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例１と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。

結果を表２に示す。得られた繊維強化複合材料は曲げ弾性率に劣り、ＣＶ値のばらつきも大きく、流動性に劣る。

［比較例３］
強化繊維ストランド（１）を１台目のカッター（１）は先端角度が９０°、繊維長２０ｍｍとなるようカットし、２台目のカッター（２）は先端角度が６５°、繊維長が１０ｍｍとなるようカットし、カッター（１）とカッター（２）から吐出される強化繊維の重量比率が１：１となるように切断し、コンベア上に堆積させた不連続強化繊維集合体を得た以外は実施例１と同様にして繊維強化複合材料平板を製造し、評価を実施した。

結果を表２に示す。得られた繊維強化複合材料は曲げ強度、曲げ弾性率に劣り、ＣＶ値のばらつきも大きかった。

本発明に係る不連続繊維強化複合材料は、従来技術では達成できなかった、高流動性と２次元等方性、少ない機械特性のばらつきが要求されるあらゆる繊維強化複合材料成形品の製造に適用できる。

１ 不連続強化繊維束の２次元投影図
２１ 不連続強化繊維束の一例
２２ 不連続強化繊維束の一例
２３ 不連続強化繊維束の一例
３１ 搬送ロール
３２ カッター
３３ ディストリビューター
３４ コンベア
３５ 炭素繊維ストランド
３６ 不連続強化繊維束
１００ 繊維束
１１０ 分繊処理区間
１２０ 絡合蓄積部
１３０ 未分繊処理区間
１４０ 毛羽溜まり
１５０ 分繊処理部
１６０ 絡合部
１７０ 分繊距離
２００ 分繊手段
２１０ 突出部
２１１ 接触部

Claims (5)

1. 数平均繊維長３〜１００ｍｍの不連続強化繊維からなる不連続強化繊集合体とマトリックス樹脂からなる不連続繊維強化複合材料であって、
   前記不連続強化繊維集合体は、所定本数の不連続強化繊維の単糸を同一方向に集束した複数の不連続強化繊維束を含み、
   前記不連続強化繊維束は、前記単糸の配向方向に対して一定の角度をなす切断面を有し、
   単糸配向方向両端間の距離である不連続繊維束長が短い不連続繊維束ほど、該不連続強化繊維束を２次元平面上に投影した際の不連続強化繊維束の端部の鋭角をなす先端角度が小さいことを特徴とする不連続繊維強化複合材料。
2. 前記不連続強化繊維集合体に含まれる不連続強化繊維束の数平均不連続繊維束長（Ｌ）に対し、各々の不連続繊維束長が該数平均不連続繊維束長（Ｌ）を超える不連続強化繊維束で構成される強化繊維束（１）に含まれる各々の不連続強化繊維束の前記先端角度の数平均となる数平均鋭角（Ａ）と、数平均不連続繊維束長（Ｌ）以下の不連続強化繊維束で構成される強化繊維束（２）に含まれる各々の不連続強化繊維束の前記先端角度の数平均となる数平均鋭角（Ｂ）とが、下記式（１）および（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の不連続繊維強化複合材料。
   数平均鋭角（Ａ）≧数平均鋭角（Ｂ）×１．３ （１）
   数平均鋭角（Ｂ）＜６０° （２）
3. 前記数平均不連続繊維束長（Ｌ）が３ｍｍ以上１００ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の不連続繊維強化複合材料。
4. 前記強化繊維束（２）の数平均鋭角（Ｂ）が５°〜４５°の角度範囲にあることを特徴とする請求項１〜３に記載の不連続繊維強化複合材料。
5. 前記強化繊維束（２）の数平均束長（Ｌ_２）が３ｍｍ以上３０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４に記載の不連続繊維強化複合材料。

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