JPWO2019146484A1

JPWO2019146484A1 - 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

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Publication number: JPWO2019146484A1
Application number: JP2019512690A
Authority: JP
Inventors: 清家　聡; 聡清家; 舘山　勝; 勝舘山; 充貴布施; 宏平野; 明彦松井; 和麻浦
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-11-19
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Also published as: US20200354532A1; CN111587269A; JP7259739B2; KR20200107933A; EP3744768A1; WO2019146484A1; US11377528B2; EP3744768A4

Abstract

平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維束からなり、前記強化繊維束の束内繊維数が８６本以上の束の重量割合が９９重量％を超え１００重量％以下である強化繊維マット。また、当該強化繊維マットおよび熱可塑性樹脂からなる繊維強化樹脂成形材料、ならびに下記工程［Ａ］〜［Ｄ］を含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法。力学特性と成形時の流動性に優れる強化繊維マットおよび繊維強化樹脂成形材料を提供する。［Ａ］単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束のマット基材を作製する工程。［Ｂ］熱可塑性樹脂を前記マット基材上に散布、あるいは、積層する工程。［Ｃ］前記熱可塑性樹脂を溶融する工程。［Ｄ］溶融した前記熱可塑性樹脂を、完全樹脂含浸時の基材厚みより５％以上厚い盤面間で冷却・固化する工程。

Description

本発明は、力学特性と複雑形状成形性、生産性に優れる、強化繊維マットおよび繊維強化樹脂成形材料に関する。

炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）は比強度・比剛性に優れており、近年、自動車部材向けのＣＦＲＰの開発も活発化している。

ＣＦＲＰの自動車への適用例としては、航空機やスポーツ材料で実績のある熱硬化性樹脂を用いたプリプレグ、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）、フィラメントワインディング（ＦＷ）による部材が上市されている。一方、熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰは、高速成形が可能で、リサイクル性に優れることから、量産車向け材料として注目されている。その中でもプレス成形は生産性が高く、複雑な形状や大面積の成形にも対応できることから、金属成形の代替としての期待が高まっている。

プレス成形に用いる中間基材は、不連続強化繊維を用いたシート状の材料が主流である。代表的なものとして、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）、ガラスマットサーモプラスチック（ＧＭＴ）がある（特許文献１、特許文献２）。いずれの中間基材も金型キャビティ内で材料が流動して充填される、いわゆるフロースタンピング成形に用いられ、比較的長い強化繊維がチョップドストランド状および／またはスワール状になって熱可塑樹脂中に分散した形態をとる。単糸数が多い繊維束からなるため、成形の際の流動性には優れるが成形品の力学特性に劣る傾向がある。また生産コスト低減や生産性向上のため、強化繊維束を連続的に供給する、中間基材の連続生産が要求されている。

力学特性と流動性の両立を図ったものとして、繊維長や濃度パラメータの異なるシートからなる多層構造の成形材料（特許文献３）がある。また、力学特性と流動性に優れる成形材料の構成材料となる分繊処理区間と未分繊処理区間を含む繊維束（特許文献４）がある。繊維束の厚みや幅等を調整することで力学特性を高めた成形材料（特許文献５）がある。このように力学特性と成形の際の流動性をバランス良く両立させるための改善が進められているが、さらなる向上が要求されている。また、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の品位や連続生産性の向上が重要となっている。

特開２０００−１４１５０２号公報特開２００３−８０５１９号公報特許第５９８５０８５号公報国際公開ＷＯ２０１６／１０４１５４号特許第５５１２９０８号公報

そこで本発明は、上記要求に鑑み、生産性に優れた繊維強化樹脂成形材料であって、かかる繊維強化樹脂成形材料を用いた成形体には高い力学特性を付与でき、さらに成形時の流動性に優れる強化繊維マットおよび繊維強化樹脂成形材料を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決することができる強化繊維マットおよび繊維強化樹脂成形材料を発明するに至った。すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
［１］平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維束からなり、前記強化繊維束の束内繊維数が８６本以上の束の重量割合が９９重量％を超え１００重量％以下であることを特徴とする、強化繊維マット。
［２］前記強化繊維束の単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１，６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下であることを特徴とする、前記強化繊維マット。
［３］前記強化繊維束にエポキシ樹脂が被覆されていることを特徴とする、前記強化繊維マット。
［４］前記強化繊維束にポリアミド樹脂が被覆されていることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［５］前記強化繊維束の束硬度が３９ｇ以上２００ｇ以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［６］前記強化繊維束の平均束厚みが０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［７］前記強化繊維束の平均束幅が０．０３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［８］前記強化繊維束の幅変化率Ｗ２／Ｗ１が０．５以上１．１以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［９］前記強化繊維束のサイジング剤付着量が０．１重量％以上５重量％以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［１０］前記強化繊維束の束内平均繊維数が５０本以上４，０００本以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［１１］前記強化繊維束の切断角度θが、３°以上３０°以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の強化繊維マット。
［１２］前記いずれかに記載の強化繊維マットおよび熱可塑性樹脂からなることを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料。
［１３］熱可塑性樹脂および強化繊維束を含み、空隙率が５体積％以上３０体積％以下であり、前記強化繊維束は、単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束であることを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料。
［１４］下記工程［Ａ］〜［Ｄ］を含むことを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造方法。
［Ａ］単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束のマット基材を作製する工程。
［Ｂ］熱可塑性樹脂を前記マット基材上に散布、あるいは、積層する工程。
［Ｃ］前記熱可塑性樹脂を溶融する工程。
［Ｄ］溶融した前記熱可塑性樹脂を、完全樹脂含浸時の基材厚みより５％以上厚い盤面間で冷却・固化する工程。

本発明により、力学特性と成形時の流動性、生産性に優れる強化繊維マットおよび繊維強化樹脂成形材料を提供できる。

本発明の一実施態様に係る強化繊維マットを構成する強化繊維束を示す平面図である。本発明の他の実施態様に係る強化繊維マットを構成する強化繊維束を示す平面図である。部分分繊繊維束の製造方法におけるサイジング剤付与工程のタイミング例を示す工程図である。繊維束拡幅工程を含む部分分繊繊維束の製造方法におけるサイジング剤付与工程のタイミング例を示す工程図である。部分分繊繊維束の製造方法における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程のタイミング例を示す工程図である。部分分繊繊維束の製造方法における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程の別のタイミング例を示す工程図である。繊維束拡幅工程を含む部分分繊繊維束の製造方法における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程のタイミング例を示す工程図である。繊維束拡幅工程を含む部分分繊繊維束の製造方法における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程の別のタイミング例を示す工程図である。ドレープ値の測定方法の概略図である。

強化繊維の種類としては制限がないが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維が好ましい。なかでも炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、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力学特性の向上、繊維強化樹脂の軽量化効果の観点から好ましく使用でき、これらは１種または２種以上を併用しても良い。中でも、得られる繊維強化樹脂の強度と弾性率とのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維がさらに好ましい。

強化繊維の単繊維径は０．５μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましく、４μｍ以上がさらに好ましい。また、強化繊維の単繊維径は２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。強化繊維のストランド強度は３．０ＧＰａ以上が好ましく、４．０ＧＰａ以上がより好ましく、４．５ＧＰａ以上がさらに好ましい。強化繊維のストランド弾性率は２００ＧＰａ以上が好ましく、２２０ＧＰａ以上がより好ましく、２４０ＧＰａ以上がさらに好ましい。強化繊維のストランド強度または弾性率がそれぞれ、この範囲であれば、本発明の強化繊維マットと樹脂からなる成形品の力学特性を高めることができる。

本発明の強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束内の平均繊維数の上限は４，０００本以下が好ましく、３，０００本以下がより好ましく、２，０００本以下がさらに好ましい。この範囲であれば強化繊維マットの力学特性を高めることができる。また束内平均繊維数下限は５０本以上が好ましく、１００本以上がより好ましく、２００本以上がさらに好ましい。この範囲であれば本発明の強化繊維マットと樹脂からなる成形材料の流動性を高めることができる。平均繊維数の導出方法は後述する。

本発明の強化繊維マットを構成する強化繊維に付着されるサイジング剤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。水溶性ポリアミドを主成分として含有している強化繊維の水溶性集束剤とする場合、水溶性ポリアミドは主鎖中に三級アミノ基および／またはオキシエチレン基を有するジアミンとカルボン酸より重縮合して得られるポリアミド樹脂であり、前記ジアミンとして、ピペラジン環を有するＮ、Ｎ′−ビス（γ―アミノプロピル）ピペラジン、Ｎ−（β―アミノエチル）ピペラジン等主鎖中に三級アミノ基を含むモノマ、オキシエチレンアルキルアミン等の主鎖中にオキシエチレン基を含むアルキルジアミンが有用である。又、ジカルボン酸としてはアジピン酸、セバシン酸等がある。

水溶性のポリアミドは共重合体であってもよい。共重合成分としては、例えばα−ピロリドン、α−ピペリドン、ε−カプロラクタム、α−メチル−ε−カプロラクタム、ε−メチル−ε−カプロラクタム、ε−ラウロラクタムなどのラクタムをあげることができ、二元共重合もしくは多元共重合も可能であるが、共重合比率は水溶性という物性を妨げない範囲において決定される。好ましくはラクタム環を持つ共重合成分比率を３０重量％以内にしないとポリマーが水に完溶しなくなる。

しかしながら、前記範囲外の共重合成分比率に難水溶性のポリマーであっても、有機及び無機酸を用いて溶液を酸性にした場合溶解性が増大し、水可溶性になり使用が可能になる。有機酸としては、酢酸、クロル酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、しゅう酸、フルオロ酢酸等があり、無機酸としては、一般的な鉱酸類である塩酸、硫酸、リン酸等を挙げることができる。

この水溶性ポリアミドはサイジング剤が付与されていない強化繊維に１次サイジング剤として用いても良いし、サイジング剤が前もって付与されている強化繊維に２次サイジング剤として用いてもよい。

サイジング剤の付着量は、サイジング剤が付着した強化繊維束を１００重量％とした場合、５重量％以下が好ましく、４重量％以下がより好ましく、３重量％以下がさらに好ましい。サイジング剤の付着量が５重量％を超えると、繊維束の柔軟性が欠けてきて硬くなりすぎ、ボビンの巻き取り、巻き出しがスムーズにいかなくなる可能性がある。また、カット時に単糸割れを引き起こし、理想のチョップド繊維形態が得られない可能性が生じる。サイジング剤の付着量は０．１重量％以上が好ましく、０．３重量％以上がより好ましく、０．５重量％以上がさらに好ましい。サイジング剤の付着量が０．１重量％未満の場合、成形品を作製しようとすると、マトリックスと強化繊維との接着性が低下する傾向にあり、成形品の力学特性が低くなる可能性がある。また、フィラメントがばらけ、毛羽が発生することにより、ボビンからの巻き出し性が低下したり、ニップローラー、カッター刃への巻きつきが発生しうる。サイジング剤の付着量の導出方法は後述する。

サイジング剤の付着量を上記範囲にすることで、繊維束を例えばカッターで切断する際に、ボビンからの巻き出し性の向上、ニップローラー、カッター刃への巻きつき低減といった効果が得られ、生産性の向上をはかることができる。さらに、切断された繊維束が割れたり単糸分散することを抑制でき、所定の束形態への保持性が向上する。すなわち、切断された繊維束が散布された不連続強化繊維束からなる強化繊維マットで不連続強化繊維束を形成する単糸本数の分布が狭くなり、均一かつ最適な形態の不連続強化繊維束が得ることが可能である。これにより、繊維束が面配向するため、さらに力学特性の向上をはかることができる。さらに、成形品の力学特性のバラつきを低減化することが可能である。

これらのサイジング剤は、強化繊維表面に均質に付着したものであることが好ましい。そのように均質に付着させる方法としては特に限定されるものではないが、例えば、これらサイジング剤を水またはアルコール、酸性水溶液０．１重量％以上、好ましくは１重量％〜２０重量％に濃度に溶解して、その高分子溶液にローラーを介して繊維束をサイジング剤処理液に浸漬する方法、サイジング剤処理液の付着したローラーに繊維束を接する方法、サイジング剤処理液を霧状にして繊維束に吹き付ける方法などがある。この際、繊維束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、サイジング剤処理液濃度、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繊維束を超音波で加振させることはより好ましい。前記サイジング剤付着方法で付与してもよい。

なお、強化繊維に付着したサイジング剤中の水やアルコールなどの溶剤を除去するには、熱処理や風乾、遠心分離などのいずれの方法を用いても良いが、中でもコストの観点から熱処理が好ましい。熱処理の加熱手段としては、例えば、熱風、熱板、ローラー、赤外線ヒーターなどを使用することができる。この加熱処理条件も重要であり、取り扱い性、マトリックス材との接着性の良否に関わってくる。すなわち、サイジング剤を繊維束に付与した後の加熱処理温度と時間はサイジング剤の成分と付着量によって調整すべきである。前記水溶性ポリアミドの場合、熱劣化を防止する観点から、室温〜１８０℃下で乾燥し、水分を除去した後、熱処理する。熱処理温度の下限は１３０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましい。熱処理温度の上限は３５０℃以下が好ましく、２８０℃以下がより好ましい。この熱処理温度は、前記水溶性ポリアミドが空気中の酸素によって自己架橋したり、水溶性を失う温度である。この処理により、水溶性ポリマーが不溶になり吸湿性も失うため、フィラメントを集束したストランドのべたつきがなくなり、後加工の作業性が向上するだけでなく、マトリックス材への密着性がよくなり取り扱いやすい繊維束を提供できる。また、溶剤に架橋促進剤を添加し、熱処理温度を低くしたり、時間を短縮したりすることも可能である。また、２３±５℃の雰囲気下でエイジング処理を行うことで、繊維束の硬度を高めることもできる。

この水溶性ポリアミド樹脂を用いたサイジング剤は各種マトリックス材との親和性に優れておりコンポジット物性を著しく向上せしめるが、特にポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、及びポリエーテルアミドイミド系樹脂において優れた密着性の改善効果がある。

前記水溶性ポリアミドを２次サイジング剤として用いる場合は、１次サイジング剤が付与された強化繊維に前記方法と同様のつけ方でもよいし、強化繊維束の製造工程において付与してもよい。特定の強化繊維束の製造において、該強化繊維束の製造工程中のいずれかのタイミングで行われるサイジング剤の付与について例示すると、例えば、サイジング剤を溶媒（分散させる場合の分散媒含む）中に溶解（分散も含む）したサイジング剤処理液を調製し、該サイジング剤処理液を繊維束に塗布した後に、溶媒を乾燥・気化させ、除去することにより、サイジング剤を繊維束に付与することが一般的に行われる。ここで、後に詳しく述べる通り、この塗布工程と乾燥工程の間に部分分繊処理や、繊維束の拡幅処理を行っても良い。

本発明におけるサイジング剤の熱分解開始温度は２００℃以上が好ましく、２５０℃以上がより好ましく、３００℃以上がさらに好ましい。熱分解開始温度の導出方法は後述する。

次に本発明におけるサイジング剤付与のタイミングについて説明する。
図３は、本発明に係る強化繊維マットを構成する強化繊維束の製造方法において、強化繊維束の製造工程中におけるサイジング剤付与工程のタイミング例を示している。図３には、繊維束１００が部分分繊処理工程３００を経て部分分繊繊維束１８０に形成される工程中において、サイジング剤付与工程４００が、部分分繊処理工程３００よりも前に行われるパターンＡと、部分分繊処理工程３００よりも後に行われるパターンＢとが示されている。パターンＡ、パターンＢのいずれのタイミングも可能である。

図４は、本発明に係る繊維束拡幅工程３０１を含む強化繊維束の製造方法において、強化繊維束の製造工程中におけるサイジング剤付与工程４００のタイミング例を示している。図４には、繊維束１００が繊維束拡幅工程３０１と部分分繊処理工程３００とをこの順に経て部分分繊繊維束１８０に形成される工程中において、サイジング剤付与工程４００が、繊維束拡幅工程３０１よりも前に行われるパターンＣと、繊維束拡幅工程３０１と部分分繊処理工程３００との間で行われるパターンＤと、部分分繊処理工程３００よりも後に行われるパターンＥとが示されている。パターンＣ、パターンＤ、パターンＥのいずれのタイミングも可能であるが、最適な部分分繊処理を達成できる観点から、パターンＤのタイミングが最も好ましい。

図５は、本発明に係る強化繊維マットを構成する強化繊維束の製造方法において、強化繊維束の製造工程中における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程のタイミング例を示している。サイジング剤付与工程４００は、サイジング剤塗布工程４０１と乾燥工程４０２を含むが、図５には、これらサイジング剤塗布工程４０１と乾燥工程４０２を含むサイジング剤付与工程４００が、繊維束１００が部分分繊処理工程３００を経て部分分繊繊維束１８０に形成される工程中において、部分分繊処理工程３００よりも前に行われるパターンＦと、部分分繊処理工程３００よりも後に行われるパターンＧとが示されている。パターンＦ、パターンＧのいずれのタイミングも可能である。パターンＦは、図３におけるパターンＡと、パターンＧは、図３におけるパターンＢと実質的に同一である。

図６は、本発明に係る強化繊維マットを構成する強化繊維束の製造方法において、強化繊維束の製造工程中における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程の別のタイミング例を示している。図６に示すタイミング例におけるパターンＨでは、サイジング剤付与工程４００におけるサイジング剤塗布工程４０１と乾燥工程４０２とが分離されてそれぞれ別のタイミングで行われる。サイジング剤塗布工程４０１は、部分分繊処理工程３００よりも前に行われ、乾燥工程４０２は、部分分繊処理工程３００よりも後に行われる。

図７は、本発明に係る繊維束拡幅工程を含む強化繊維束の製造方法における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程のタイミング例を示しており、繊維束１００が繊維束拡幅工程３０１と部分分繊処理工程３００とをこの順に経て部分分繊繊維束１８０に形成される工程中において、サイジング剤付与工程のサイジング剤塗布工程４０１が、繊維束拡幅工程３０１よりも前に行われ、乾燥工程４０２については、繊維束拡幅工程３０１と部分分繊処理工程３００との間で行われるパターンＩと、部分分繊処理工程３００よりも後に行われるパターンＪが示されている。

図８は、本発明に係る繊維束拡幅工程を含む強化繊維束の製造方法における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程を含むサイジング剤付与工程の別のタイミング例を示しており、繊維束１００が繊維束拡幅工程３０１と部分分繊処理工程３００とをこの順に経て部分分繊繊維束１８０に形成される工程中において、サイジング剤付与工程のサイジング剤塗布工程４０１が、繊維束拡幅工程３０１と部分分繊処理工程３００との間で行われ、乾燥工程４０２が、部分分繊処理工程３００よりも後に行われるパターンＫが示されている。

このように、本発明に係る強化繊維束の製造方法においては、各種のタイミングでサイジング剤を付与することが可能である。

本発明の強化繊維マットを構成する強化繊維束のうち、束内繊維数が８６本以上の束の重量割合は９９重量％を超え１００重量％以下がよい。束内繊維数が８６本以上の束の重量割合が９９重量％以下の場合、成形材料の流動性に劣る懸念がある。

本発明の強化繊維マットを構成する強化繊維束のドレープ値は１２０ｍｍ以上が好ましく、１４５ｍｍ以上がより好ましく、１７０ｍｍ以上がさらに好ましい。ドレープ値が１２０ｍｍより小さくなるとフィラメントがばらけ、毛羽が発生することにより、ボビンからの巻き出し性の低下、ニップローラー、カッター刃への巻きつきが発生しうる。２４０ｍｍ以下であることが好ましく、２３０ｍｍ以下がより好ましく、２２０ｍｍ以下がさらに好ましい。ドレープ値が２４０ｍｍを超えると、繊維束の柔軟性が欠けてきて硬くなりすぎ、ボビンの巻き取り、巻き出しがスムーズにいかなくなる可能性がある。また、カット時に単糸割れを引き起こし、理想のチョップド繊維束形態が得られない可能性が生じる。強化繊維マットを構成する強化繊維束のドレープ値の導出方法は後述する。

本発明の強化繊維マットを構成する強化繊維束の束硬度は３９ｇ以上が好ましく、７０ｇ以上がより好ましく、１２０ｇ以上がさらに好ましい。硬度が３９ｇ未満の場合、フィラメントがばらけ、毛羽が発生することにより、ボビンからの巻き出し性の低下、ニップローラー、カッター刃への巻きつきが発生しうる。強化繊維マットを構成する強化繊維束の束硬度は２００ｇ以下であることが好ましく、１９０ｇ以下がより好ましく、１８０ｇ以下がさらに好ましい。強化繊維束の硬度が２００ｇを超えると、繊維束が硬くなりすぎ、ボビンの巻き取り、巻き出しがスムーズにいかなくなる可能性がある。また、カット時に単糸割れを引き起こし、理想のチョップド繊維束形態が得られない可能性が生じる。強化繊維マットを構成する強化繊維束の束硬度の導出方法は後述する。

本発明の強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の単位幅あたり単糸数は５００本／ｍｍ以上が好ましく、６００本／ｍｍ以上がより好ましく、７００本／ｍｍ以上がさらに好ましい。５００本／ｍｍ未満の場合、成形材料の流動性に劣る懸念がある。１，６００本／ｍｍ以下が好ましく、１，４００本／ｍｍ以下がより好ましく、１，２００本／ｍｍ以下がさらに好ましい。１，６００本／ｍｍを超える場合、成形品の力学特性が劣る懸念がある。強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の単位幅あたり単糸数の導出方法は後述する。

本発明の強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の重量平均繊維長は、５ｍｍ以上がよく、７ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。不連続強化繊維束の重量平均繊維長は、１００ｍｍ以下がよく、５０ｍｍ以下が好ましく、２５ｍｍ以下がより好ましい。強化繊維束の重量平均繊維長が５ｍｍ未満であると、成形品の力学特性が低下する。一方、強化繊維束の重量平均繊維長が１００ｍｍを超えると、成形性が低下する。なお、重量平均繊維長は、２０個の不連続強化繊維束における、図１あるいは図２に示す繊維長Ｌｆの平均値である。
また、図１、２に示すように、強化繊維束１０２の繊維方向に対する切断面の角度（切断角度θ）は、３°以上が好ましく、４°以上がより好ましく、５°以上がさらに好ましい。この範囲であれば、安定的に繊維束を切断できる。また、３０°以下が好ましく、２５°以下がより好ましく、１５°以下がさらに好ましい。この範囲であれば、成形の際の良好な流動性と成形品の高い力学特性を実現できる。なお、θは絶対値で表される。

本発明の強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の厚みは０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．０３ｍｍ以上がより好ましく、０．０５ｍｍ以上がさらに好ましい。０．０１ｍｍ未満の場合、成形材料の流動性に劣る懸念がある。強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の厚みは０．２ｍｍ以下が好ましく、０．１８ｍｍ以下がより好ましく、０．１６ｍｍ以下がさらに好ましい。０．２ｍｍを超える場合、成形品の力学特性が劣る懸念がある。

本発明の強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の数平均束幅は０．０３ｍｍ以上が好ましく、０．０５ｍｍ以上がより好ましく、０．０７ｍｍ以上がさらに好ましい。０．０３ｍｍ未満の場合、成形材料の流動性に劣る懸念がある。強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の平均束幅は３ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以下がより好ましく、１ｍｍ以下がさらに好ましい。３ｍｍを超える場合、成形品の力学特性が劣る懸念がある。

本発明の強化繊維マットを構成する不連続強化繊維束の水への浸漬前における幅をＷ１、強化繊維束を２５℃の水に、５分間浸漬した後、取り出し、１分間水を切った後における幅をＷ２とすると、強化繊維束の幅変化率Ｗ２／Ｗ１は０．５以上が好ましく、０．６以上がより好ましく、０．７以上がさらに好ましい。前記サイジング剤が塗布された不連続強化繊維束の幅変化率Ｗ２／Ｗ１が０．５より小さいと不連続強化繊維束に付着されているサイジング剤の水可溶の物性が残っていることにより、分繊処理をした後、分繊された繊維束が再凝集することがあり、再凝集すると、最適な単糸数に調整された繊維束の形態を保持することが困難になる。最適な単糸数に調整された繊維束の形態に保持できないと、複合材料成形に用いられる成形材料作製のために該分繊繊維束を切断／散布し、不連続繊維束の中間基材とする際に、最適な形態の中間基材にすることが困難となり、成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現させることが困難となる。また幅変化率Ｗ２／Ｗ１は１．１以下であることが好ましい。幅変化率Ｗ２／Ｗ１が１．１を超えると繊維束の柔軟性が欠けてきて硬くなりすぎ、ボビンの巻き取り、巻き出すしがスムーズにいかなくなる可能性がある。また、カット時に単糸割れを引き起こし、理想のチョップド繊維束形態が得られない可能性が生じる。強化繊維束の幅変化率Ｗ２／Ｗ１の導出方法は後述する。

本発明において、不連続強化繊維束の強化繊維マットに含浸するマトリックス熱可塑性樹脂〔Ｍ〕としては特に限定されず、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリスルフォン、ＡＢＳ、ポリエステル、アクリル、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー、塩ビ、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどが挙げられる。特に、上記熱可塑性樹脂としてポリアミド系樹脂を使用することが好ましく、さらにポリアミドに無機系の酸化防止剤を配合させることが好ましい。本発明に用いる熱可塑性ポリアミド樹脂としては、例えば、環状ラクタムの開環重合またはω−アミノカルボン酸の重縮合で得られるナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２やジアミンとジカルボン酸の重縮合で得られるナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭ５Ｔ、ナイロンＭＦＤ６、２種以上のジアミンとジカルボン酸の重縮合で得られるナイロン６６・６・６Ｉ、ナイロン６６・６・１２などの共重合ナイロンなどが好適に使用することができる。特にナイロン６、６６、６１０は機械的特性とコストの観点から好ましい。

また、本発明に用いるハロゲン化銅あるいはその誘導体としては、ヨウ化銅、臭化銅、塩化銅、メルカプトベンズイミダゾールとヨウ化銅との錯塩などが挙げられる。なかでもヨウ化銅、メルカプトベンズイミダゾールとヨウ化銅との錯塩を好適に使用できる。ハロゲン化銅あるいはその誘導体の添加量としては、熱可塑性ポリアミド樹脂１００重量部に対し０．００１〜５重量部の範囲にあることが好ましい。添加量が０．００１部未満では予熱時の樹脂分解や発煙、臭気を抑えることができず、５重量部以上では改善効果の向上が見られなくなる。更に０．００２〜１重量部が熱安定化効果とコストのバランスから好ましい。

本発明において、不連続強化繊維束の強化繊維マットにマトリックス樹脂を含浸する方法は特に限定するものではなく、上記熱可塑性樹脂を含浸する方法を例示すると、熱可塑性樹脂繊維を含有する強化繊維マットを作製し、強化繊維マットに含まれる熱可塑性樹脂繊維をそのままマトリックス樹脂として使用してもかまわないし、熱可塑性樹脂繊維を含まない強化繊維マットを原料として用い、強化繊維マット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、熱可塑性樹脂繊維を含有する強化繊維マットを原料として用いる場合であっても、強化繊維マット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。このような場合、熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂とマトリックス樹脂は同一の樹脂であってもかまわないし、異なる樹脂であってもかまわない。熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂とマトリックス樹脂が異なる場合は、両者は相溶性を有するか、あるいは、親和性が高い方が好ましい。

本発明の繊維強化樹脂成形材料は、主に強化繊維束と熱可塑性樹脂からなり、５体積％以上の空隙を有する。空隙率は、７体積％以上が好ましく、１０体積％以上がより好ましい。空隙率が５体積％未満の場合、強化繊維束の基材が流動し高速生産ができない恐れがある。一方空隙率の上限は３０体積％であるが、２５体積％以下が好ましく、２０体積％以下がより好ましい。３０体積％を超えるということは、熱可塑性樹脂の含浸性が悪くなり、力学特性が低下する可能性があることを意味する。空隙率の導出方法については後述する。

なお、繊維強化樹脂成形材料の空隙率、および、強化繊維束の単位幅あたりの単糸数、ドレープ値を同時に上述した範囲にすることで力学特性と流動性、生産性を大幅に向上させることができる。

繊維強化樹脂成形材料を製造するに際し、強化繊維マットへの、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の含浸を、含浸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、不織布又は織物等のシート状とした後、不連続繊維マットと積層し、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溶融・含浸することができるし、粒子状のマトリックス樹脂を強化繊維マット上に散布し積層体としても良いし、もしくは不連続強化繊維束を散布する際に同時に散布し、強化繊維マット内部に混ぜても良い。

以上のような構成の本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、例えば下記工程［Ａ］〜［Ｄ］によって製造される。
［Ａ］単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束のマット基材を作製する工程。
［Ｂ］熱可塑性樹脂を前記マット基材に散布、あるいは、積層する工程。
［Ｃ］熱可塑性樹脂を溶融する工程。
［Ｄ］溶融した前記熱可塑性樹脂を、完全樹脂含浸時の基材厚みより５％以上厚い盤面間で冷却・固化する工程。

上記工程［Ａ］においては、上述したような物性を有する強化繊維束を、たとえば所望する長さに切断し、シート状に散布することで、不連続繊維の強化繊維束からなるマット基材とする。

工程［Ｂ］においては、前記工程［Ａ］で得られたマット基材にマトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂の粒子を散布したり、フィルム、不織布又は織物等のシート状の熱可塑性樹脂を、マット基材上に積層する。なお、工程［Ａ］において、所望の繊維長に切断したチョップド繊維束をシート状に散布する際に同時に熱可塑性樹脂の粒子を散布し、マット基材内部に熱可塑性樹脂を混ぜても良い。

そして、上記工程［Ｃ］、［Ｄ］は、プレス機を用い行うことができ、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂をマット基材へ含浸させる。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。盤面間の隙間は、完全樹脂含浸時の基材厚みより５％以上空けることがよい。完全樹脂含浸時の基材厚みについては後述する。

以上のような一連の工程によって得られる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、特定の物性を有する強化繊維束を用い、かつ、成形材料における空隙率が上記したような範囲になるので、生産性を高めることができるうえに、かかる成形材料を用いた成形体としては高い力学特性を発現でき、さらに成形時の流動性にも優れたものとなる。

以下実施例を用いて本発明の詳細を説明する。各種測定方法、計算方法および評価方法は以下のとおりである。

（１）繊維強化樹脂成形材料の空隙率測定方法
繊維強化樹脂成形材料の空隙率はＪＩＳＫ−７０７５（１９９１年）に準じて下記数式（４）より導出される１０サンプルの平均値とする。なお、繊維質量含有率Ｗｆ（％）は５００℃、１５分、窒素雰囲気条件の燃焼法により測定され下記数式（１）で導出できる。また繊維強化樹脂成形材料の比重ρｃはＪＩＳＫ−７１１２（１９９９年）のＡ法（水中置換法）に準じ測定される。
数式（１）
Ｗｆ＝Ｍ１／Ｍ０×１００（質量％）
（Ｍ１：燃焼後の強化繊維質量（ｍｇ）、Ｍ０：燃焼前の繊維強化樹脂成形材料の質量（ｍｇ））
数式（２）
Ｖｆ＝（Ｗｆ／ρｆ）／（Ｗｆ／ρｆ＋（１００−Ｗｆ）／ρｒ）×１００（％）
（Ｖｆ：完全含浸時の繊維強化樹脂成形材料の繊維体積含有率、ρｆ：強化繊維の比重、ρｒ：熱可塑性樹脂の比重）
数式（３）
Ｖｒ＝１００−Ｖｆ（％）
（Ｖｒ：完全含浸時の繊維強化樹脂成形材料の樹脂体積含有率、ρｒ：熱可塑性樹脂の比重）
数式（４）
空隙率＝（１−１００×ρｃ／（ρｆ×Ｖｆ＋ρｒ×Ｖｒ））×１００（％）

（２）繊維強化樹脂成形材料の完全樹脂含浸時の基材厚みの測定方法
繊維強化樹脂成形材料の完全樹脂含浸時の基材厚みは、繊維強化樹脂成形材料の単位面積あたりの質量Ｐ（ｇ／ｍ^２）、完全樹脂含浸時の繊維強化樹脂成形材料の繊維体積含有率Ｖｆ、完全樹脂含浸時の繊維強化樹脂成形材料の樹脂体積含有率Ｖｒ、強化繊維の比重ρｆ、熱可塑性樹脂の比重ρｒを含む下記数式（５）より導出され、１０サンプルの平均値とする。なお、繊維強化樹脂成形材料の単位面積あたりの質量Ｐ（ｇ／ｍ^２）は１００ｍｍ角の成形材料から導出する。
数式（５）
繊維強化樹脂成形材料の完全含浸厚み＝Ｐ／（ρｆ×Ｖｆ＋ρｒ×Ｖｒ）

なお、「完全樹脂含浸時」とは、成形材料に樹脂が隙間なく含浸したと想定される場合のことをいう。

（３）平均繊維数の測定方法
１ｍあたりの強化繊維束の重量と強化繊維束を構成するフィラメント数からフィラメント１ｍあたりの重量ａ（ｍｇ／ｍ）を導出する。次に、１０ｍｍ程度の長さにカットした強化繊維束の繊維長さｃ（ｍｍ）と重量ｂ（ｍｇ）を測定し、下記数式（６）により束を構成する繊維数を導出する。平均繊維数は計２０個のカットした強化繊維束の繊維数の平均値とする。
数式（６）
強化繊維束の繊維数＝（ｂ×１，０００／（ａ×ｃ））

（４）サイジング剤の付着量の測定方法
サイジング剤が付着している強化繊維束を５ｇほど採取し、耐熱製の容器に投入した。次にこの容器を８０℃、真空条件下で２４時間乾燥し、吸湿しないように注意しながら室温まで冷却後、秤量した強化繊維束の重量をｍ１（ｇ）とし、続いて容器ごと、窒素雰囲気中、５００℃、１５分間の灰化処理を行った。吸湿しないように注意しながら室温まで冷却し、秤量した強化繊維束の重量をｍ２（ｇ）とした。以上の処理を経て、強化繊維束へのサイジング剤の付着量を下記数式（７）により求めた。測定は１０本の繊維束について行い、その平均値を算出した。
数式（７）
付着量（重量％）＝１００×｛（ｍ１−ｍ２）／ｍ１｝

（５）熱分解開始温度の測定法
サイジング剤の熱分解開始温度は下記のように測定される。まず、サイジング剤が塗布された強化繊維束を５ｍｇほど採取し、１１０℃で２時間乾燥後、デシケーター内で室温で１時間、冷却する。その後、秤量し、空気雰囲気中でＴＧＡ測定する。空気流量を５０ｍｌ／分、昇温速度を１０℃／分とし、室温から６５０℃までの重量減少を測定する。縦軸を初期重量に対するサイズ糸の重量比（％）、横軸を温度（℃）とするＴＧＡ曲線において、重量減少速度（％／℃）の最大となる温度及びそれより低温側で最も隣接する、重量減少速度が極小となる温度を探し、各々の接線の交点を熱分解開始温度と定義する。

ただし熱分解開始温度の定義は、サイジング剤の化学変性後、マトリックス樹脂含浸前の状態に適用される。サイジング剤が塗布された強化繊維束の熱分解開始温度が測定できない場合、サイジング剤を強化繊維束の代わりに使用できる。

（６）ドレープ値の測定
３０ｃｍに切断した強化繊維束をまっすぐ伸ばして平らな台に載せ、湾曲したり撚れたりしないことを確認する。湾曲あるいは撚れが発生した場合、１００℃以下の加熱、あるいは、０．１ＭＰａ以下の加圧によって除くことが好ましい。図９に示すように、２３±５℃の雰囲気下、直方体の台の端に、３０ｃｍに切断した強化繊維束を固定し、この時、強化繊維束は台の端から２５ｃｍ突き出るように固定、すなわち、強化繊維の端から５ｃｍの部分が、台の端に来るようにし、この状態で５分間静置した後、台に固定していない方の強化繊維束の先端と、台の側面との最短距離を測定した値をドレープ値とした。測定本数はｎ＝５とし、平均値を採用した。

（７）束硬度の測定
強化繊維束の硬度は、ＪＩＳＬ−１０９６Ｅ法（ハンドルオメータ法）に準じ、ＨＡＮＤＬＥ−Ｏ−Ｍｅｔｅｒ（大栄科学精機製作所製「ＣＡＮ−１ＭＣＢ」）を用いて測定した。束硬度測定に用いる試験片の長さは１０ｃｍ、幅はフィラメント数１６００本で１ｍｍとなるように強化繊維束を開繊調整した。また、スリット幅は２０ｍｍに設定した。このスリット溝が設けられた試験台に試験片となる強化繊維束を１本乗せ、ブレードにて溝の一定深さ（８ｍｍ）まで試験片を押し込むときに発生する抵抗力（ｇ）を測定した。強化繊維束の硬度は３回の測定の平均値から得た。

（８）平均束厚みの測定法
束厚みを繊維束長手方向（繊維方向）に３０ｃｍ間隔で２０点ほど測定し、その平均値を平均繊維束厚み、変動係数を束厚み斑とした。

（９）平均繊維束幅の測定法
束幅を繊維束長手方向（繊維方向）に３０ｃｍ間隔で２０点ほど測定し、その平均値を平均繊維束幅、変動係数を束幅斑とした。

（１０）単位幅あたりの単糸数
平均繊維数を平均繊維束幅で割ることで単位幅あたりの単糸数とした。

（１１）サイジング剤が塗布された強化繊維束の幅変化率測定
強化繊維束の分繊処理を施す前の幅４０ｍｍから５０ｍｍに拡幅されサイジング剤が塗布された炭素繊維束を長さ２３０ｍｍにカットし、その一端を端から３０ｍｍの位置をクリップで挟み、逆端から１００ｍｍの間で幅を５点測定し、その平均値を浸漬前におけるＷ１した。その後、２５℃の水に、５分間浸漬した後、取り出し、クリップで挟んだ側が上に来るように吊るした状態で１分間水を切った後、クリップで挟んだ逆端から１００ｍｍの間における幅を５点測定し、その平均値を浸漬後におけるＷ２とした。以上の処理を経て、サイジング剤が塗布された強化繊維束の幅変化率を下記数式（８）により求めた。
数式（８）
幅変化率＝Ｗ２／Ｗ１

（１２）工程通過性
強化繊維束を分繊する工程、および、分繊した強化繊維束を連続でカットし散布する工程通過性について下記Ａ〜Ｃの通り判定した。
Ａ：強化繊維束を分繊できる。分繊した強化繊維束をボビンから巻き出し、問題なくカット、散布できる。
Ｂ：強化繊維束を分繊できる。しかし、分繊した強化繊維束がボビンやカッター部で１０００ｍに１〜７回、巻き付く。
Ｃ：強化繊維束を分繊できない。あるいは、分繊繊維できるが、分繊した強化繊維束がボビンやカッター部で１０００ｍに８回以上巻き付く。

（１３）力学特性の評価方法
強化繊維マットを後記する方法により成形し、５００×４００ｍｍの平板成形品を得た。平板長手方向を０°とし、得られた平板より０°と９０°方向から、それぞれ１００×２５×２ｍｍの１６個の試験片（合計３２片）を切り出し、ＪＩＳＫ７０７４（１９８８年）に準拠し測定を実施した。力学特性としては、曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ強度のＣＶ値（％）、曲げ弾性率のＣＶ値（％）を求めた（ＣＶ：変動係数）。曲げ強度が２００ＭＰａ未満をＣ、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ未満をＢ、３５０ＭＰａ以上をＡと判定した。曲げ強度のＣＶ値（％）１５％を超える場合をＣ、１０％以上１５％以下をＢ、１０％未満をＡと判定した。

（１４）流動性試験（スタンピング成形）
・樹脂シート１の場合
寸法１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍの成形材料を２枚重ねた状態で、基材中心温度（二枚重ねた間の温度）が２６０℃となるように予熱後、１５０℃に昇温したプレス盤に配し、１０ＭＰａで３０秒間加圧した。この圧縮後の面積Ａ２（ｍｍ^２）と、プレス前の基材の面積Ａ１（ｍｍ^２）を測定し、Ａ２／Ａ１×１００を流動率（％）とした。流動率が２００％未満をＣ、２００％以上３００％未満をＢ、３００％以上をＡと判定した。

・樹脂シート２の場合
寸法１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍの成形材料を２枚重ねた状態で、基材中心温度（二枚重ねた間の温度）が２２０℃となるように予熱後、１２０℃に昇温したプレス盤に配し、１０ＭＰａで３０秒間加圧した。この圧縮後の面積Ａ２（ｍｍ^２）と、プレス前の基材の面積Ａ１（ｍｍ^２）を測定し、Ａ２／Ａ１×１００を流動率（％）とした。流動率が２００％未満をＣ、２００％以上３００％未満をＢ、３００％以上をＡと判定した。

［使用原料］
・強化繊維束１：炭素繊維束（ＺＯＬＴＥＫ社製“ＰＸ３５”、単糸数５０，０００本、“１３”サイジング剤）を用いた。
・強化繊維束２：ガラス繊維束（日東紡績製２４０ＴＥＸ、単糸数１，６００本）を用いた。
・樹脂シート１：ポリアミド６樹脂（東レ（株）社製、“アミラン”（登録商標）ＣＭ１００１）からなるポリアミドマスターバッチを用いて、シートを作製した。
・樹脂シート２：未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）社製、“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０６ＭＧ）９０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製、“アドマー”（登録商標）ＱＥ８００）１０質量％とからなるポリプロピレンマスターバッチを用いて、シートを作製した。
・サイジング剤１：水溶性ポリアミド（東レ（株）社製、“Ｔ−７０”）を用いた。
・サイジング剤２：水溶性ポリアミド（東レ（株）社製、“Ａ−９０”）を用いた。
・サイジング剤３：水溶性ポリアミド（東レ（株）社製、“Ｐ−７０”）を用いた。
・サイジング剤４：水溶性ポリアミド（東レ（株）社製、“Ｐ−９５”）を用いた。

［強化繊維マットの製造方法］
繊維束を、ワインダーを用いて一定速度１０ｍ／分で巻き出し、１０Ｈｚで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、拡幅処理を施した後に、幅規制ロールを通すことで任意の幅へ拡幅した拡幅繊維束を得た。

その後、拡幅繊維束を、精製水で希釈したサイジング剤に連続的に浸漬させた。次いで２５０℃のホットローラと２５０℃の乾燥炉（大気雰囲気下）にサイジング剤を塗布した拡幅繊維束を供し、乾燥して水分を除去し、１．５分間熱処理を施した。

得られた拡幅繊維束に対して、厚み０．２ｍｍ、幅３ｍｍ、高さ２０ｍｍの突出形状を具備する分繊処理用鉄製プレートを、強化繊維束の幅方向に対して等間隔に並行にセットした分繊処理手段を準備した。この分繊処理手段を拡幅繊維束に対して、間欠的に抜き挿しし、任意の分割数の強化繊維束を得た。

この時、分繊処理手段は一定速度１０ｍ／分で走行する拡幅繊維束に対して、３秒間分繊処理手段を突き刺し分繊処理区間を生成し、０．２秒間で分繊処理手段を抜き、再度突き刺す動作を繰り返し行なった。

得られた強化繊維束は、狙いの平均繊維数になるように分繊処理区間で繊維束が幅方向に対して分繊されており、少なくとも１つの分繊処理区間の少なくとも１つの端部に、単糸が交絡した絡合部が蓄積されてなる絡合蓄積部を有していた。続いて、得られた強化繊維束を、ロータリーカッターへ連続的に挿入して繊維束を任意の繊維長に切断、均一分散するように散布することにより、繊維配向が等方的である強化繊維マットを得た。

任意の隙間を有するダブルベルトプレス機で樹脂シートを強化繊維マットの上下から挟み込み、樹脂を含浸させることにより、成形材料を得た。

この繊維強化樹脂成形材料の生産性について、表層の樹脂が基材に含浸していない状態、あるいは、表層の繊維が撚れた状態をＣ、表層の樹脂が基材に含浸し、繊維が撚れていない状態をＡと判定した。

（参考例１）
表１に示す通り、割繊束内平均繊維数９９０本、単位幅あたりの繊維数１，５４０本／ｍｍ、サイジング剤１を含むトータルサイジング剤付着量３．２重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．５重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例２）
表１に示す通り、束内平均繊維数１０３０本、単位幅あたりの繊維数１，４８０本／ｍｍ、サイジング剤１を含むトータルサイジング剤付着量４．０重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．７重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維束を作製した。

（参考例３）
表１に示す通り、束内平均繊維数１，８８０本、単位幅あたりの繊維数１，２２０本／ｍｍ、サイジング剤１を含むトータルサイジング剤付着量３．１重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．８重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例４）
表１に示す通り、束内平均繊維数５，２３０本、単位幅あたりの繊維数１，５４０本／ｍｍ、サイジング剤２を含むトータルサイジング剤付着量２．８重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．６重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例５）
表１に示す通り、束内平均繊維数４１０本、単位幅あたりの繊維数５５０本／ｍｍ、サイジング剤２を含むトータルサイジング剤付着量３．３重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．７重量％である、強化繊維束２からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例６）
表１に示す通り、束内平均繊維数１，５４０本、単位幅あたりの繊維数２，５８０本／ｍｍ、サイジング剤３を含むトータルサイジング剤付着量３．３重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．３重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例７）
表１に示す通り、束内平均繊維数１，１２０本、単位幅あたりの繊維数３，９４０本／ｍｍ、サイジング剤４を含むトータルサイジング剤付着量４．７重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．２重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例８）
表１に示す通り、束内平均繊維数９３０本、単位幅あたりの繊維数４，３８０本／ｍｍ、サイジング剤４を含むトータルサイジング剤付着量３．１重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．４重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（参考例９）
表に示す通り、束内平均繊維数１０７０本、単位幅あたりの繊維数１５１０本／ｍｍ、サイジング剤４を含むトータルサイジング剤付着量２．４質量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．７重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維束を作製した。

（参考例１０）
表に示す通り、束内平均繊維数１０３０本、単位幅あたりの繊維数１４９０本／ｍｍ、サイジング剤４を含むトータルサイジング剤付着量１．７質量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．８重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維束を作製した。

（参考例１１）
表に示す通り、束内平均繊維数３００本、単位幅あたりの繊維数４００本／ｍｍ、サイジング剤２を含むトータルサイジング剤付着量３．０質量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．６重量％である、強化繊維束２からなる強化繊維束を作製した。

（参考例１２）
表１に示す通り、束内平均繊維数１，０１０本、単位幅あたりの繊維数１，５１０本／ｍｍ、サイジング剤１を含むトータルサイジング剤付着量４．０重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９５．０重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維束を作製した。

（参考例１３）
表１に示す通り、束内平均繊維数９３０本、単位幅あたりの繊維数１，４８０本／ｍｍ、サイジング剤３を含むトータルサイジング剤付着量５．５重量％、束内繊維数が８６本以上である束の重量割合が９９．２重量％である、強化繊維束１からなる強化繊維マットを作製した。

（実施例１）
参考例１で作製した強化繊維マットと樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより８．７％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（実施例２）
参考例２で作製した強化繊維マットと樹脂シート２を厚み制御された、２２０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより１３．６％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（実施例３）
参考例３で作製した強化繊維マットと樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより２８．２％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（実施例４）
参考例４で作製した強化繊維マットと樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより２２．０％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（実施例５）
参考例５で作製した強化繊維マットと樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより１６．３％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。
（比較例１）
参考例６で作製した強化繊維束と樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより４．２％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例２）
参考例７で作製した強化繊維束と樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより６６．７％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例３）
参考例８で作製した強化繊維束と樹脂シート２を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより１６．３％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例４）
参考例９で作製した強化繊維束と樹脂シート２を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより２６．３％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例５）
参考例１０で作製した強化繊維束と樹脂シート２を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより３１．３％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例６）
参考例１１で作製した強化繊維束と樹脂シート１を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより１７．６％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例７）
参考例１２で作製した強化繊維マットと樹脂シート２を厚み制御された、２２０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより１３．６％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

（比較例８）
参考例１３で作製した強化繊維マットと樹脂シート２を厚み制御された、２８０℃の金型にセットし、１ＭＰａの面圧で５分間ホールドした。その後、面圧をかけながら、−２０℃／分で１００℃未満になるまで冷却し、繊維強化樹脂成形材料を作製した。盤面間の距離に相当する成形材料の厚みは、完全樹脂含浸時の厚みより１６．３％ほど厚かった。成形材料の力学特性、流動性を評価し、結果を表２に示す。

本発明の強化繊維マットは不連続強化繊維コンポジットの材料であり、不連続強化繊維コンポジットは自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、航空機内装材、輸送用箱体など等に好適に用いることができる。

１００繊維束
１０２強化繊維束
１８０分繊繊維束
３００部分分繊処理工程
３０１繊維束拡幅工程
４００サイジング剤付与工程
４０１サイジング剤塗布工程
４０２乾燥工程
Ａ〜Ｋパターン

Claims

平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維束からなり、前記強化繊維束の束内繊維数が８６本以上の束の重量割合が９９重量％を超え１００重量％以下であることを特徴とする、強化繊維マット。
前記強化繊維束の単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１，６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束にエポキシ樹脂が被覆されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束にポリアミド樹脂が被覆されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束の束硬度が３９ｇ以上２００ｇ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束の平均束厚みが０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束の平均束幅が０．０３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束の幅変化率Ｗ２／Ｗ１が０．５以上１．１以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束のサイジング剤付着量が０．１重量％以上５重量％以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束の束内平均繊維数が５０本以上４，０００本以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維マット。
前記強化繊維束の切断角度θが、３°以上３０°以下である、請求項１〜１０のいずれかに記載の強化繊維マット。
請求項１〜１１のいずれかに記載の強化繊維マットおよび熱可塑性樹脂からなることを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料。
熱可塑性樹脂および強化繊維束を含み、空隙率が５体積％以上３０体積％以下であり、前記強化繊維束は、単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束であることを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料。
下記工程［Ａ］〜［Ｄ］を含むことを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造方法。
工程［Ａ］単位幅あたりの単糸数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束のマット基材を作製する工程
工程［Ｂ］熱可塑性樹脂を前記マット基材上に散布、あるいは、積層する工程
工程［Ｃ］前記熱可塑性樹脂を溶融する工程
工程［Ｄ］溶融した前記熱可塑性樹脂を、完全樹脂含浸時の基材厚みより５％以上厚い盤面間で冷却・固化する工程