JPWO2020090488A1 - 繊維強化樹脂材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂の成形に用いられる繊維強化樹脂材料であって、平均繊維束内空隙率Ｐｆａｖ（−）と、平均繊維束厚みｔｆａｖ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であり、コンポジット空隙率Ｐｃ（−）が０．０２以上０．４以下であることを特徴とする繊維強化樹脂材料、およびその製造方法。生産性、低ＬＣＡ化に優れた成形材料であって、かかる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も優れる繊維強化樹脂材料を提供できる。

Description

本発明は、力学特性と複雑形状成形性、生産性に優れる繊維強化樹脂材料とその製造方法に関する。

繊維強化複合材料（ＦＲＰ）の中でも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、たとえば長さ数十ｍｍの不連続強化繊維束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束がまっすぐおよび／または湾曲した状態で熱可塑樹脂中に分散した形態をとる。しかし、その強化繊維束は単糸数が多いため、成形の際の材料（繊維や樹脂）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。

ＣＦＲＰにおける力学特性と成形の際の流動性の両立を図ったものとして、繊維長や繊維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、繊維束の厚みや幅等の形態を調整することで力学特性を高めた成形材料（特許文献４）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、さらなる力学特性と流動性の向上が要求されている。

また、繊維強化樹脂のボイドなどの欠陥の少ないものが求められ、さらに、低ＬＣＡ化（ＬＣＡ：Life Cycle Assessment（ライフサイクルアセスメント））、低コスト化のため繊維強化樹脂の生産性の向上も要求されている。特許文献５では生産性を向上する目的であらかじめ強化繊維束に樹脂を含浸させたセミプレグシート材を所要の幅及び長さに切断し、散布、一部接着することでチョップドセミプレグシートを作製しているが、一部のみが接着されているため積層時に繊維束が落ちる等取扱性に課題がある。また、あらかじめ繊維に樹脂を含浸させるため、切断しチョップドセミプレグとする際に力が必要であり、設備の大型化が求められたり、切断するカッターの摩耗が早くなったりする他、樹脂含浸工程、チョップドセミプレグ接着工程が必要になり、成形時に加熱する必要があるため熱エネルギーの浪費が大きく、低コスト化、低ＬＣＡ化が困難となる等課題があった。

特開２０００−１４１５０２号公報 特開２００３−８０５１９号公報 特許第５９８５０８５号公報 特許第５５１２９０８号公報 特開２０１６−２７９５６公報

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題や要求に鑑み、生産性、低ＬＣＡ化に優れた成形材料であって、かかる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も優れる繊維強化樹脂材料と、その製造方法を提供することにある。

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繊維強化樹脂材料およびその製造方法を発明するに至った。すなわち、本発明は、以下の構成を有する。
〔１〕単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂の成形に用いられる繊維強化樹脂材料であって、
下記式（１）で表される平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖ（−）と、下記式（２）で表される平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であり、下記式（３）で表されるコンポジット空隙率Ｐ_ｃ（−）が０．０２以上０．４以下であることを特徴とする繊維強化樹脂材料。

ここで、ｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…ｋ、ｘ＝１，２，…ｌの整数であり、n,k,lはそれぞれ撮影した断面図内に含まれるすべての繊維束Ａの本数、空隙数、繊維束Ａ以外の繊維の本数である。各パラメータは
ｖ_ｆ１：繊維束Ａ以外の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
ｖ_ｆ２：繊維束Ａ内の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
ｖ_ｍ１：樹脂層面積（ｍｍ^２）
ｖ_ｍ２：繊維束Ａ内の樹脂面積（ｍｍ^２）
ｐ_１：樹脂層にある空隙面積（ｍｍ^２）
ｐ_２：繊維束Ａ内にある空隙面積（ｍｍ^２）
ｔ_ｆ：繊維束Ａの厚み（ｍｍ）
であり、各パラメータは繊維強化樹脂材料の厚み方向の切断面を光学顕微鏡により断面観察し、実効画素１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ）、撮影倍率３００倍で撮影した断面図を二値化し、画像解析より算出した値である。
［２］下記式（４）で表される繊維束Ａ内の空隙率Ｐ_ｆ（−）と繊維束Ａの厚みｔ_ｆ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下であることを特徴とする［１］に記載の繊維強化樹脂材料。

［３］前記強化繊維束Ａは、単位幅あたりの繊維数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下であり、下記ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束のチョップド繊維束であることを特徴とする［１］または［２］に記載の繊維強化樹脂材料。
ドレープ値：２３±５℃の雰囲気下、長さ３００ｍｍの強化繊維束の試料を直方体の台の端部上に固定し、台の端から２５０ｍｍ突き出した強化繊維束の先端と台の側面との最短距離
［４］前記強化繊維束Ａの数平均繊維数が１００本以上４０００本以下であることを特徴とする［１］から［３］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
［５］前記強化繊維束Ａの数平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする［１］から［４］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
［６］全強化繊維に対する前記強化繊維束Ａ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［１］から［５］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
［７］前記強化繊維束Ａの平均繊維束厚みｔ_ｆａｖが０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする［１］から［６］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
［８］繊維強化樹脂材料の厚み方向に対して積層された前記強化繊維束Ａの数平均値である平均繊維束積層数が１０束／ｍｍ以上１００束／ｍｍ以下であることを特徴とする［１］から［７］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
［９］前記マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である［１］から［８］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
［１０］下記工程［Ａ］〜［Ｃ］を含むことを特徴とする、繊維強化樹脂材料の製造方法。
［Ａ］単位幅あたりの繊維数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、下記ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束の、単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａが二次元ランダムに配向した強化繊維束集合体を作製する工程。
［Ｂ］マトリックス樹脂を前記強化繊維束集合体上に散布、あるいは積層、あるいは塗布する工程。
［Ｃ］前記マトリックス樹脂を含浸する工程。
ドレープ値：２３±５℃の雰囲気下、長さ３００ｍｍの強化繊維束の試料を直方体の台の端部上に固定し、台の端から２５０ｍｍ突き出した強化繊維束の先端と台の側面との最短距離
［１１］強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂の成形に用いる繊維強化樹脂材料の製造方法であって、強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を積層した積層基材を積層基材中心温度（Ｔｍ＋２０）℃以上（Ｔｄ−１０）℃以下で６０秒以上３３０秒以下加熱した後、空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚みをＬとしたとき、Ｌ以上１．４Ｌ以下のクリアランスで冷却固化させることで、下記式（１）で表される平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖ（−）と下記式（２）で表される平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であり、下記式（３）で表されるコンポジット空隙率Ｐ_ｃ（％）が０．０２以上０．４以下となるように前記強化繊維束Ａにマトリックス樹脂を含浸させることを特徴とする［１０］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。

ここで、Ｔｍ：マトリックス樹脂融点温度、Ｔｄ：マトリックス樹脂分解温度、Ｌ：空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚み、である。
また、ｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…ｋ、ｘ＝１，２，…ｌの整数であり、n,k,lはそれぞれ撮影した断面図内に含まれるすべての繊維束Ａの本数、空隙数、繊維束Ａ以外の繊維の本数である。各パラメータは
ｖ_ｆ１：繊維束Ａ以外の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
ｖ_ｆ２：繊維束Ａ内の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
ｖ_ｍ１：樹脂層面積（ｍｍ^２）
ｖ_ｍ２：繊維束Ａ内の樹脂面積（ｍｍ^２）
ｐ_１：樹脂層にある空隙面積（ｍｍ^２）
ｐ_２：繊維束Ａ内にある空隙面積（ｍｍ^２）
ｔ_ｆ：繊維束Ａの厚み（ｍｍ）
であり、各パラメータは繊維強化樹脂材料の厚み方向の切断面を光学顕微鏡により断面観察し、実効画素１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ）、撮影倍率３００倍で撮影した断面図を二値化し、画像解析より算出した値である。
［１２］前記積層基材を、積層基材中心温度（Ｔｍ＋４０）℃以上（Ｔｄ−１０）℃以下となるように５０秒以上２３０秒以下加熱することを特徴とする［１０］または［１１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１３］前記強化繊維束集合体は数平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維束Ａからなる［１０］から［１２］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１４］前記強化繊維束集合体における前記強化繊維束Ａ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［１０］から［１３］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１５］前記強化繊維束集合体は厚み方向に対して積層された強化繊維束Ａの数平均値である平均繊維束積層数が１０束／ｍｍ以上１００束／ｍｍ以下になるように作製されることを特徴とする［１０］から［１４］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。

本発明により、生産性に優れた成形材料であって、かかる成形材料を用いた成形体には優れた力学特性を付与でき、さらに成形時の流動性にも優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を提供できる。

本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの一例を示す図である。 本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの別の一例を示す図である。 繊維束に分繊処理を施した部分分繊繊維束の一例を示す（Ａ）概略平面図、（Ｂ）概略側面図である。 分繊手段の突出部形状の一例を示す説明図である。 回転式の分繊手段を用い、千鳥配置の分繊手段の突出部を繊維束に突き入れた（Ａ）概略平面図、（Ｂ）概略側面図である。 複数の縦刃からなる分繊手段を用い、千鳥配置の分繊手段の突出部を繊維束に突き入れた（Ａ）概略平面図、（Ｂ）概略側面図である。 複数の縦刃からなる分繊手段を用い、異なるタイミングで繊維束に突き入れた（Ａ）概略平面図、（Ｂ）概略側面図である。 複数の縦刃からなる分繊手段を用い、斜めに配置された分繊手段の突出部を繊維束に突き入れた（Ａ）概略平面図、（Ｂ）概略側面図である。 強化繊維束へのサイジング剤付与のタイミングの一例を示す工程図である。 強化繊維束へのサイジング剤付与のタイミングの別の一例を示す工程図である。 強化繊維束へのサイジング剤付与のタイミングのさらに別の一例を示す工程図である。 強化繊維束へのサイジング剤付与のタイミングのさらに別の一例を示す工程図である。 強化繊維束へのサイジング剤付与のタイミングのさらに別の一例を示す工程図である。 ドレープ値の測定方法を示す概略図である。 本発明の繊維強化樹脂材料の概略断面図である。 本発明の繊維強化樹脂材料の一例を示す断面観察図である。 本発明の繊維強化樹脂材料を構成する繊維束の一例を示す断面観察図であり、（ａ）解析前の繊維束断面図、（ｂ）二値化し、繊維部のみを抽出した断面図（ｃ）二値化し、空隙部のみを抽出した断面図、（ｄ）二値化し、樹脂部のみを抽出した断面図である。

本発明の繊維強化樹脂材料は、主に単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａとマトリックス樹脂からなり、体積空隙率としてのコンポジット空隙率Ｐ_ｃが０．０２以上となる空隙を有することが重要である。空隙率Ｐｃ（−）は、０．０５以上が好ましく、０．０７以上がより好ましい。空隙率Ｐｃが０．０２未満の場合、繊維強化樹脂材料を生産する際に含浸するために長時間を要し、高速生産ができず低ＬＣＡ化できない恐れがある。一方空隙率Ｐｃの上限は０．４以下であることが重要であり、０．２以下が好ましく、０．１以下がより好ましい。空隙率Ｐｃが０．４を超えるということはマトリックス樹脂の含浸性が悪く、繊維強化樹脂成形品を成形する際に空隙が残留し、力学特性が低下する可能性があることを意味する。コンポジット空隙率Ｐ_ｃは下記式（３）より求める。

ここで、ｖ_ｆ１は繊維束Ａ以外の繊維が占める面積（ｍｍ^２）、ｖ_ｆ２は繊維束Ａ内の繊維が占める面積（ｍｍ^２）、ｖ_ｍ１は樹脂層面積（ｍｍ^２）、ｖ_ｍ２は繊維束Ａ内の樹脂面積（ｍｍ^２）、ｐ_１は樹脂層にある空隙面積（ｍｍ^２）、ｐ_２は繊維束Ａ内にある空隙面積（ｍｍ^２）であり、ｉ，ｊ，ｘはそれぞれｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…ｋ、ｘ＝１，２，…ｌの整数であり、n,k,lはそれぞれ撮影した断面図内に含まれるすべての繊維束Ａの本数、空隙数、繊維束Ａ以外の繊維本数である。

前記各パラメータは繊維強化樹脂材料の厚み方向の切断面を光学顕微鏡により断面観察し、撮影した断面図を二値化し、画像解析より算出した値である。具体的には繊維強化樹脂材料を厚み方向に切断し、研磨を行って切断面をきれいにした後、切断面を光学顕微鏡により断面観察する。研磨をする際に繊維強化樹脂材料を包埋する場合は、包埋樹脂が繊維強化樹脂材料の空隙部に進入ないように、繊維強化樹脂材料の周囲に含浸防止用のテープを巻き付けるなど処理を施す必要がある。次に実効画素１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ）、撮影倍率３００倍で切断面を撮影し、断面図を得る。得られた断面図の輝度閾値を設定し、二値化により面積を求め、前記各パラメータｖ_ｆ１、ｖ_ｆ２、ｖ_ｍ１、ｖ_ｍ２、ｐ_１、ｐ_２をそれぞれ算出することができる。断面図における面積割合は体積割合と同等であるとして体積空隙率を算出した。なお、繊維束Ａとは強化繊維１００本以上から構成される繊維集合体のことをいう。ここで、１度に観察できる範囲としては、例えば、８５０×１１００μｍ（０．８５×１．１ｍｍ）程度であり、切断面サイズ：２×５０ｍｍを測定する場合、１５０枚程度の写真を繋ぎ合わせて測定する。画像を繋ぎ合わせる際に重ね合わせられるように少しラップして撮影ことが好ましい。

上記輝度閾値は撮影時の画像により輝度が異なるため、それぞれの画像により輝度閾値を適切に設定する必要がある。

また、前記繊維強化樹脂材料は下記式（１）および式（２）に示される平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖ（−）と平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）の積が０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下となる空隙を有する。平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖと平均繊維束厚みｔ_ｆａｖの積は０ｍｍ以上０．００５ｍｍ以下が好ましく、０ｍｍ以上０．００３ｍｍ以下がさらに好ましい。平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖと平均繊維束厚みｔ_ｆａｖの積が０．０１ｍｍより大きくなるとマトリックス樹脂の含浸性が悪く、成形性が悪くなったり、繊維強化樹脂成形品を成形する際に束内に空隙が残留し、力学特性が低下する可能性があることを意味する。

ここでｔ_ｆは前記繊維強化樹脂材料内における強化繊維束Ａの厚み（ｍｍ）である。強化繊維束Ａの厚みｔ_ｆは前記繊維強化樹脂材料の断面観察より得た断面図より、１００本以上の繊維からなる繊維束を１束とし、繊維束の束幅直交方向で最も厚い箇所の厚みを測定し、測定した厚みを強化繊維束Ａの厚みｔ_ｆとする。また、前記断面図より繊維束内における、繊維束Ａ内の繊維面積ｖ_ｆ２（ｍｍ^２）、繊維束Ａ内の樹脂面積ｖ_ｍ２（ｍｍ^２）、繊維束Ａ内にある空隙面積ｐ_２（ｍｍ^２）を二値化より求め、面積割合より繊維束内空隙率Ｐ_ｆ（−）を求めることができる。少なくとも２００束以上の強化繊維束Ａの厚みｔ_ｆおよび面積割合を測定し、測定した前記強化繊維束Ａの厚みｔ_ｆ（ｍｍ）の数平均値を平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）、繊維束内空隙率Ｐ_ｆ（−）（式（４））の数平均値を平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖ（−）とする。

さらに前記繊維強化樹脂材料は繊維束Ａ内の空隙率Ｐ_ｆ（−）と繊維束Ａの厚みｔ_ｆ（ｍｍ）の積が０ｍｍ以上、０．０３ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは０ｍｍ以上０．０２ｍｍ以下、さらに好ましくは０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下の範囲である。繊維束Ａ内の空隙率Ｐ_ｆと繊維束Ａの厚みｔ_ｆの積が０．０３ｍｍより大きくなるとマトリックス樹脂の繊維束Ａ内への含浸性が悪く繊維強化樹脂成形品の力学特性が低下する可能性があることを意味する。

＜繊維含有率＞
本発明の繊維強化樹脂材料は下記式（５）で表される繊維体積含有率Ｖ_ｆ（−）が０．０７以上、好ましくは０．１４以上、さらに好ましくは０．２３以上であり、上限値は０．５５以下、好ましくは０．５以下、０．４５以下である。この範囲であれば、繊維強化樹脂材料の流動性と成形品の力学特性を高めることができる。

＜繊維束厚み＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）、は０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．０２ｍｍ以上がより好ましく、０．０３ｍｍ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。また、繊維強化樹脂成形材料を構成する強化繊維束Ａの平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）は０．３ｍｍ以下が好ましく、０．１５ｍｍ以下がより好ましく、０．１ｍｍ以下がさらに好ましい。０．３ｍｍを超える場合、成形品の力学特性が劣る懸念がある。

＜繊維種＞
強化繊維束を構成す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、繊維強化樹脂成形品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よい。中でも、得られる繊維強化樹脂成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維がさらに好ましい。

＜繊維径＞
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、繊維強化樹脂材料の力学特性を高めることができる。

＜繊維本数＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの数平均繊維数は４０００本以下が好ましく、３０００本以下がより好ましく、２０００本以下がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化樹脂材料の力学特性を高めることができる。また強化繊維束Ａの数平均繊維数の下限は１００本以上が好ましく、１５０本以上がより好ましく、２００本以上がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化樹脂材料の流動性を高めることができる。

＜繊維束幅＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの数平均束幅の下限は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。また、繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの数平均束幅の上限は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。この範囲であれば、繊維強化樹脂材料の流動性と成形品の力学特性を高めることができる。

＜繊維束構造＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａの単位幅あたりの繊維数の下限は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。また、本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束の単位幅あたりの繊維数の上限は１６００本／ｍｍ以下が好ましく、１４００本／ｍｍ以下がより好ましく、１２００本／ｍｍ以下がさらに好ましい。この範囲であれば、繊維強化樹脂材料の流動性と成形品の力学特性を高めることができる。繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束の単位幅あたり繊維数の導出方法については後述する。

＜繊維長＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａは、所望の長さに切断されたチョップド強化繊維束である。チョップド強化繊維束Ａの数平均繊維長は、５ｍｍ以上が好ましく、７ｍｍ以上がより好ましく、１０ｍｍ以上がさらに好ましい。チョップド繊維束Ａの数平均繊維長は、１００ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以下がより好ましく、２５ｍｍ以下がさらに好ましい。強化繊維束Ａの数平均繊維長が５ｍｍ未満であると、繊維強化樹脂材料とした際の力学特性が低下する。一方、強化繊維束Ａの数平均繊維長が１００ｍｍを超えると、成形性が低下する。なお、数平均繊維長は、１００本のチョップド強化繊維束Ａそれぞれについて、図１あるいは図２に示すように強化繊維束Ａの繊維方向の最大長を繊維長Ｌ_ｆとして測定し、その算術平均値を数平均繊維長とする。なお、図１あるいは図２に示す強化繊維束Ａにおいては、両端部が強化繊維束長手方向に対して角度θで切断（チョップド）されている。

＜繊維束形態＞
また、図１あるいは２に示すように、強化繊維束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、２０°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。

＜束割合＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する全強化繊維に対する単糸本数が１００本以上の強化繊維束Ａの重量割合は９９重量％を超え１００重量％以下がよい。強化繊維束Ａ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。

＜繊維束積層数＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａは、繊維強化樹脂材料の厚み方向に対して積層された強化繊維束Ａの数平均値である、平均繊維束積層数が１０束／ｍｍ以上あることが好ましく、１５束／ｍｍがより好ましく、２０束／ｍｍ以上がさらに好ましい。平均繊維束積層数が１０束／ｍｍを下回る場合、成形品の力学特性が劣る懸念がある。一方上限値は１００束／ｍｍ以下が好ましく、５０束／ｍｍ以下がより好ましく、３０束以下がさらに好ましい。１００束／ｍｍを超える場合成形材料の流動性に劣る懸念がある。

＜サイジング＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束Ａには、サイジング剤が付与されていることが好ましい。サイジング剤としては、特に限定されないが、熱分解開始温度が２００℃以上のものが好ましく、２５０℃以上のものがより好ましく、３００℃以上のものがさらに好ましい。この範囲であれば成形時にサイジング剤の分解を抑制でき、成形品の力学特性を高めることができる。サイジング剤の熱分解開始温度の導出方法については後述する。

具体的に、サイジング剤としては、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を使用できる。好ましくは、エポキシ樹脂を主成分とするサイジング剤、または、ポリアミド樹脂を主成分とするサイジング剤を用いることである。これらは１種または２種以上を併用してもよい。また、サイジング剤を付与した強化繊維束に更に該サイジング剤とは異種のサイジング剤で処理することも可能である。なおここで、主成分とは溶質成分の７０重量％以上を占める成分のことをいう。

エポキシ樹脂の種類としてはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂の１種または２種以上を併用して用いることができる。

また、ポリアミド樹脂は好ましくは水溶性ポリアミド樹脂を用いることができ、例えば、水溶性ポリアミドは、主鎖中に三級アミノ基、及び／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が好ましく、前記ジアミンとしては、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、セバシン酸等を用いることができる。

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。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質量％以内にしてポリマーを水に完溶せしめる。

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。

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質量％とした場合、５質量％以下が好ましく、４質量％以下がより好ましく、３質量％以下がさらに好ましい。サイジング剤の付着量が５質量％を超えると、繊維束の柔軟性が欠けて硬くなりすぎ、ボビンの巻き取り、巻きだ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。サイジング剤の付着量は０．１質量％以上が好ましく、０．３質量％以上がより好ましく、０．５質量％以上がさらに好ましい。サイジング剤の付着量が０．１質量％未満の場合、繊維強化樹脂材料、繊維強化樹脂成形品を作製しようとすると、マトリックス樹脂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、含浸性が低下することにより平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖと平均繊維束厚みｔ_ｆａｖの積および繊維束内空隙率Ｐ_ｆと繊維束厚みｔ_ｆの積が上限値以上になる可能性があり、繊維強化樹脂成形品とした際に物性が低下する恐れがある。

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したりすることを抑制でき、均一かつ最適な形態のチョップド繊維束を得ることが可能である。そして、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、束状集合体の目付バラつきを低減化することができるため、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。なお、サイジング剤の付着量の導出方法は後述する。

これらのサイジング剤は、強化繊維表面に均質に付着されていることが好ましい。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、酸性水溶液に、０．１質量％以上、好ましくは１質量％〜２０質量％の濃度になるように溶解して、その高分子溶液（サイジング剤処理液）にローラーを介して繊維束を浸漬する方法、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。

なお、強化繊維束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。この加熱処理条件は、取り扱い性、マトリックス材である熱可塑性樹脂との接着性の良否に影響を及ぼすので、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をサイジング剤の成分と付着量によって調整することも好ましい。

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、熱処理するのが好ましい。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。

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。

なお、後に詳しく述べる通り、サイジング剤塗布工程と乾燥工程の間に分繊処理や、繊維束の拡幅処理を行ってもよい。

＜分繊方法＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成するための部分分繊繊維束の製造方法について例を挙げて具体的に説明する。なお、部分分繊繊維束は、以下に開示する具体的な態様に限定して解釈されるものではない。

部分分繊繊維束は、巻き出し装置などから繊維束を巻き出した後、繊維束を拡幅し、分繊処理を行う工程を経て得られる。以下、各工程について詳述する。

最初に、繊維束の巻き出しについて説明する。繊維束走行方向上流側に配置した、繊維束を巻き出す巻き出し装置などから繊維束を巻き出す。繊維束の巻き出し方向は、ボビンの回転軸と垂直に交わる方向に引き出す横出し方式や、ボビン（紙管）の回転軸と同一方向に引き出す縦出し方式が考えられるが、解除撚りが少ないことを勘案すると横出し方式が好ましい。

また、巻き出し時のボビンの設置姿勢については、任意の方向に設置することができる。中でも、クリールにボビンを突き刺した状態において、クリール回転軸固定面でない側のボビンの端面が水平方向以外の方向を向いた状態で設置する場合は、繊維束に一定の張力がかかった状態で保持されることが好ましい。繊維束に一定の張力が無い場合は、繊維束がパッケージ（ボビンに繊維束が巻き取られた巻体）からズレ落ちパッケージから離れる、もしくは、パッケージから離れた繊維束がクリール回転軸に巻きつくことで、巻き出しが困難になることが考えられる。

また、巻き出しパッケージの回転軸固定方法としては、クリールを使う方法の他に、平行に並べた２本のローラーの上に、ローラーと平行にパッケージを載せ、並べたローラーの上でパッケージを転がすようにして、繊維束を巻き出す、サーフェス巻き出し方式も適用可能である。

また、クリールを使った巻き出しの場合、クリールにベルトをかけ、その一方を固定し、もう一方に錘を吊るす、バネで引っ張るなどして、クリールにブレーキをかけることで、巻き出し繊維束に張力を付与する方法が考えられる。この場合、巻き径に応じて、ブレーキ力を可変することが、張力を安定させる手段として有効である。

次に、拡幅および分繊処理工程について説明する。なお、この処理は常に一定で行う必要は無く一定の周期あるいは所望の箇所で拡幅の幅を変動させても構わない。また、拡幅された繊維束に対して間欠的に分繊刃を挿入して強化繊維束内に部分的な分繊箇所を形成することもできる。

図３は、分繊処理の一例を示している。（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は概略側面図で、繊維束は図の左（上流側）から右（下流側）に走行している。図中の繊維束走行方向（矢印）が繊維束１００の長手方向であり、図示されない繊維束供給装置から連続的に繊維束１００が供給されていることを表す。分繊手段２００は、繊維束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、走行する繊維束１００に突き入れ、繊維束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、繊維束１００の側面に沿う方向に突き入れることが好ましい。繊維束の側面とは、繊維束の断面が、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断面端部における垂直方向の面である。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が複数ある場合、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、分繊する繊維束数に応じて、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。

複数の繊維（単糸）からなる繊維束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、実質的に繊維束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を繊維束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、それと同時に上記のように生成された絡合部１６０が分繊処理区間１１０の端部部位に蓄積される。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となる。

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が生成し、繊維束１００の長手方向に沿って、分繊処理区間１１０と未分繊処理区間１３０とが交互に配置されてなる部分分繊繊維束が形成される。

繊維束１００の走行速度は変動の少ない安定した速度が好ましく、一定の速度がより好ましい。

分繊手段２００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、金属製の針や薄いプレート等の鋭利な形状の突出部２１０を備えたものが好ましい。具体的には、図５に示すような複数の回転刃からなる突出部、図６〜図８に示すような複数の縦刃からなる突出部が好ましい。繊維束表面から飛び出した突出部の高さｈの下限は、５ｍｍ以上が好ましく、７ｍｍ以上がより好ましく、１０ｍｍ以上がさらに好ましい。また、繊維束表面から飛び出した突出部の高さｈの上限は５０ｍｍ以下が好ましく、４５ｍｍ以下がより好ましく、４０ｍｍ以下がさらに好ましい。突出部の高さがこの範囲であれば、分繊装置を小型にできて、さらに安定して分繊することが可能である。分繊手段の突出部の繊維束へ突き入れ方法は、繊維束に対して斜めであってもよく、繊維束の表裏いずれか異なる方向から突き入れてもよい。

突出部２１０の先端における繊維束１００との接触部２１１の形状は、突き入れが可能であれば特に制限はないが、図４に示すような形状が好ましい。先端が鋭い突出部（２ａ１〜２ａ３）は突き入れ性が良好であり、先端にＲ形状を持つ突出部（２ａ４〜２ａ６）は単糸の切断防止による毛羽の発生が少ない。（２ａ７、２ａ８）に図示する突出部は回転式の分繊手段に用いた場合、特に突き入れ性が向上する。

分繊手段２００は、分繊処理を行う繊維束１００の幅方向に対して、複数の分繊手段２００を設けることが好ましく、分繊手段２００の数は、分繊処理を行う繊維束１００の構成単糸本数Ｆ（本）によって任意に選択できる。分繊手段２００の数は、繊維束１００の幅方向に対して、（Ｆ／１００００−１）個以上（Ｆ／５０−１）個未満とすることが好ましい。（Ｆ／１００００−１）個未満であると、後工程で強化繊維複合材料にした際に力学特性の向上が発現しにくく、（Ｆ／５０−１）個を超えると分繊処理時に糸切れや毛羽立ちの恐れがある。

分繊間隔を調整するには、繊維束の幅方向に並べて配置した複数の分繊手段のピッチによって調整が可能である。分繊手段のピッチを小さくし、繊維束幅方向により多くの分繊手段を設けることで、より単糸本数の少ない、いわゆる細束に分繊処理が可能となる。細束にするための分繊手段と分繊手段のすきま（以下分繊幅と称す）の下限は、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．２ｍｍ以上がより好ましい。また、分繊幅の上限は１０ｍｍ以下が好ましい。分繊幅が０．１ｍｍ未満といった狭い幅では、毛羽等により分繊手段の走行方向が蛇行し接触による分繊手段の損傷等が懸念される。一方、分繊幅が１０ｍｍを超える場合、分繊手段同士が接触する心配はないものの、毛羽や単糸の交絡等により走行方向が蛇行し、一定幅の分繊幅が得にくくなる場合がある。また、成形品とした場合、力学特性の発現率が低下する懸念がある。

次に、本発明における複数の突出部を有する分繊手段について、図５〜図８を用いて説明する。
図５および図６は、分繊手段の位置を、繊維束の上流側と下流側とにずらして配置した態様であり、図５は複数の回転刃からなる分繊手段、図６は複数の縦刃からなる分繊手段を有するものである。このように分繊手段を互い違いに配置することで、毛羽発生を抑制し、比較的分繊幅が均一な繊維束を製造することができる。各突出部による分繊処理区間長さＡ（ｍｍ）は３０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、上流側と下流側との突出部間の距離Ｂ（ｍｍ）は２０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、各突出部による未分繊処理区間長さＣ（ｍｍ）は１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下が好ましい。この範囲であれば、分繊装置の負荷を低減でき、分繊幅が比較的均一な繊維束を製造することができる。

なお、分繊手段の位置を繊維束の上流側と下流側とにずらして配置する場合、繊維束の上流側に配置する分繊手段の突出部の繊維束長手直交方向の配置間隔と、繊維束の下流側に配置する分繊手段の突出部の繊維束長手直交方向の配置間隔とが、同一である箇所が少なくとも１つ以上存在することが好ましい。

図７は、繊維束の幅方向に平行に複数の分繊手段を配置し、分繊手段の突出部を異なるタイミングで抜き差しする態様を図示したものである。隣接する分繊手段の突出部同士の繊維束への突き入れタイミングの差は、０．２周期以上０．８周期以下が好ましく、０．３周期以上０．７周期以下がより好ましく、０．４周期以上０．６周期以下がさらに好ましくい。この範囲で抜き差しすることで、毛羽発生を抑制し、比較的分繊幅が均一な繊維束を製造することができる。ここで、１周期とは繊維束へ突出部を突き入れから、一定時間経過後、突出部を抜いて再度突き入れるまでの時間を意味する。突出部による分繊処理区間長さＡ（ｍｍ）は３０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、突出部による未分繊処理区間長さＣ（ｍｍ）は１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、分繊装置の負荷を低減でき、分繊幅が比較的均一な繊維束を製造することができる。

また、図５〜図７に示す場合において、分繊手段の突出部を抜き差しするタイミングを制御することで、繊維束の全幅にわたり分繊しない区間が生じないようにすることが好ましい。このように制御することで、分繊された繊維束各々の幅が比較的均一な繊維束を製造することができる。

図８は、繊維束の幅方向に対して順次斜め方向に複数の分繊手段を配置し、分繊手段の突出部を同時に抜き差しする態様を図示したものである。突出部による分繊処理区間長さＡ（ｍｍ）は３０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、上流側と下流側との突出部間の距離Ｂ（ｍｍ）は５ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、突出部による未分繊処理区間長さＣ（ｍｍ）は１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、分繊装置の負荷を低減でき、分繊幅が比較的均一な繊維束を製造することができる。

図５や図６に示すように、上流側の突出部の配置数と下流側の突出部の配置数との比（突出部の配置数が大きい方を分子、突出部の配置数が小さい方を分母とする。）は、１以上２．５以下であることが好ましく、１以上２以下がより好ましく、１以上１．５以下がさらに好ましい。上流側の突出部の配置数と下流側の突出部の配置数との比がこの範囲であれば、分繊繊維束幅を均一化により、成形品とした場合、力学特性のバラツキを小さくすることが可能である。なお、突出部の配置数は、突出部の一方の端部のズレが繊維束長手方向に沿って５ｍｍ以内に存在するものであればよい。

＜サイジング剤塗布工程＞
次にサイジング剤付与のタイミングについて説明する。
図９は、本発明に係る繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束の製造工程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おり、かか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と、熱処理工程４０３とを含んでいる。なお、サイジング剤付与工程において乾燥工程と熱処理工程は必ずしも含む必要はないが、図９には、これらサイジング剤塗布工程４０１、乾燥工程４０２、熱処理工程４０３を含むサイジング剤付与工程４００が、繊維束１００が分繊処理工程３００を経て分繊繊維束１８０に形成される工程中において、分繊処理工程３００よりも前に行われるパターンＡと、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１０は、繊維束拡幅工程３０１を含む強化繊維束の製造工程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１０には、繊維束１００が繊維束拡幅工程３０１と分繊処理工程３００とをこの順を経て分繊繊維束１８０に形成される工程中において、図９と同様の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と分繊処理工程３００との間で行われるパターンＤと、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。なお、この図に示すパターンにおいても、乾燥工程と熱処理工程は必ずしも含む必要はない。

図１１は、本発明に係る繊維強化樹脂材料を構成する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、熱処理工程の別のタイミング例を示している。図１１に示すタイミング例では、図９の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、熱処理工程４０３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、分繊処理工程３００よりも前に行われ、乾燥工程４０２と熱処理工程４０３は、分繊処理工程３００よりも後に行われる。

図１２は、繊維束拡幅工程を含む強化繊維束の製造工程における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程、熱処理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と分繊処理工程３００とをこの順を経て分繊繊維束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と熱処理工程４０３については、繊維束拡幅工程３０１と分繊処理工程３００との間で行われるパターンＦと、分繊処理工程３００よりも後に行われるパターンＧが示されている。

図１３は、繊維束拡幅工程を含む強化繊維束の製造工程における、サイジング剤塗布工程と乾燥工程、熱処理工程のタイミング例を示している。繊維束１００が繊維束拡幅工程３０１と分繊処理工程３００とをこの順を経て分繊繊維束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と分繊処理工程３００との間で行われ、乾燥工程４０２と熱処理工程４０３が、分繊処理工程３００よりも後に行われるパターン例が示されている。

このように、本発明に用いられる強化繊維束には、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。

＜樹脂種＞
本発明の繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束は以上のとおりであるが、一方、上記のような強化繊維束に含浸するマトリックス樹脂としては特に限定されず、例えば、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、フェノキシ樹脂、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の熱硬化性樹脂や、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、シリコーンなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。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・Ｉ、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。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。

＜酸化防止剤＞
また、無機系の酸化防止剤としては、ハロゲン化銅あるいはその誘導体を用いることができ、たとえば、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。

＜製造方法＞
以上のような構成の本発明の繊維強化樹脂材料は、例えば下記工程［Ａ］〜［Ｃ］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（前記ドレープ値）が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束の、単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａが二次元ランダムに配向した強化繊維束集合体を作製する工程。
［Ｂ］マトリックス樹脂を前記強化繊維束集合体上に散布、あるいは積層、あるいは塗布する工程。
［Ｃ］前記マトリックス樹脂を含浸する工程。

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Ａからなる強化繊維束集合体とする。

工程［Ｂ］においては、前記工程［Ａ］で得られた強化繊維束集合体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、強化繊維束集合体上に積層したり、溶融した樹脂を塗布することができる。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Ａ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、強化繊維束集合体内部に熱可塑性樹脂を混ぜてもよい。また熱硬化樹脂の場合、ペースト状の樹脂を塗布することができる。

そして、上記工程［Ｃ］は、プレス機を用い行うことができ、マトリックス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。

＜温度条件＞
前記不連続繊維の強化繊維束Ａからなる強化繊維束集合体にマトリックス樹脂を含浸させる際に、強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を積層した積層基材の基材中心温度をＴｍ＋２０℃以上とすることが好ましく、Ｔｍ＋３０℃以上がより好ましく、Ｔｍ＋４０度以上がさらに好ましい。上限はＴｄ−１０℃以下が好ましく、Ｔｄ−２０℃以下がより好ましく、Ｔｄ−２０℃以下がさらに好ましい。基材中心温度がＴｍ＋２０℃未満であると、含浸不良が生じる懸念がある。また、上限はＴｄ−１０℃より降温となると樹脂劣化が進行し、成形品の物性が低下する恐れがある。ここでＴｍはマトリックス樹脂の融点であり、Ｔｄはマトリックス樹脂分解温度である。

また、含浸時に前記基材中心温度がＴｍ＋２０℃以上Ｔｄ−１０℃の範囲で６０秒以上加熱されていることが好ましく、１２０秒以上がより好ましく、１８０秒以上がさらに好ましい。上限値は３３０秒以下が好ましく、３００秒以下がより好ましく、２７０秒以下がさらに好ましい。基材中心温度がＴｍ＋２０℃以上Ｔｄ−１０℃の範囲に加熱されている時間が６０秒未満であると含浸不良が発生する恐れがあり、３３０秒を超えると樹脂の劣化が進行する可能性がある。

さらに、含浸時に前記基材中心温度がＴｍ＋３０℃以上Ｔｄ−１０℃の範囲で５５秒以上加熱されていることが好ましく、１１０秒以上がより好ましく、１６５秒以上がさらに好ましい。上限値は２８０秒以下が好ましく、２５０秒以下がより好ましく、２２０秒以下がさらに好ましい。基材中心温度がＴｍ＋４０℃以上Ｔｄ−１０℃の範囲に加熱されている時間が５０秒未満であると含浸不良が発生する恐れがあり、２３０秒を超えると樹脂の劣化が進行する可能性がある。

さらに、含浸時に前記基材中心温度がＴｍ＋４０℃以上Ｔｄ−１０℃の範囲で５０秒以上加熱されていることが好ましく、１００秒以上がより好ましく、１５０秒以上がさらに好ましい。上限値は２３０秒以下が好ましく、２００秒以下がより好ましく、１７０秒以下がさらに好ましい。基材中心温度がＴｍ＋４０℃以上Ｔｄ−１０℃の範囲に加熱されている時間が５０秒未満であると含浸不良が発生する恐れがあり、２３０秒を超えると樹脂の劣化が進行する可能性がある。

前記不連続繊維の強化繊維束Ａからなる強化繊維束集合体にマトリックス樹脂を含浸させた後、加熱された積層基材を冷却固化する際に、成形機のクリアランスをＬ以上にすることが好ましく、１．０５Ｌ以上が好ましく、１．１Ｌ以上がさらに好ましい。下限値を下回った場合、加熱された積層基材が流動する可能性がある。上限値としては１．４Ｌ以下が好ましく１．３Ｌ以下がより好ましく、さらに好ましくは１．２Ｌ以下である。上限値を超えると含浸不良が発生する恐れがある。ここでＬは前記不連続繊維の強化繊維束からなるマット基材にマトリックス樹脂を空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚みである。

以上のような一連の工程によって得られる繊維強化樹脂材料は、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）繊維強化樹脂材料の空隙率測定方法
繊維強化樹脂材料を厚み方向に切断し、断面観察用サンプルを採取した。包埋樹脂がサンプル空隙部に含浸しないように、サンプルをテープで包みＥｐｏＫｗｉｃｋ Ｒｅｓｉｎ（２０−８１３６−１２８）、ＥｐｏＫｗｉｃｋ Ｈａｒｄｅｎｅｒ（２０−８１３８−０３２）で包埋処理を施し、包埋処理したサンプルを研磨することで切断面を露出させた。
研磨したサンプルの切断面を光学顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ社製ＶＨＸ−６０００）を用いて、実行有効画素数１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ）、撮影倍率３００倍で撮影し、長さ５０ｍｍ×繊維強化樹脂材料厚みの範囲の断面図を得た。得られた断面図を画像解析ソフトＩｍａｇｅＪを用いて二値化し、それぞれ、繊維束Ａ以外の繊維面積ｖ_ｆ１（ｍｍ^２）、繊維束Ａ内の繊維面積ｖ_ｆ２（ｍｍ^２）、樹脂層面積ｖ_ｍ１（ｍｍ^２）、繊維束Ａ内の樹脂面積ｖ_ｍ２（ｍｍ^２）、樹脂層にある空隙面積P_１（ｍｍ^２）、繊維束Ａ内にある空隙面積P_２（ｍｍ^２）とした。断面図における面積割合は体積割合と同等として、繊維強化樹脂材料の体積空隙率（−）を算出した。また、強化繊維束Ａは１００本以上の繊維からなる繊維束を１束とし、断面図内で繊維束断面がすべて写っているものをピックアップした。途切れている繊維束断面は他の断面図に写っている同強化繊維の続き断面と連結させ１束とし、解析を行った。図１６、１７に解析した一例を示す。図１６は解析した断面図（一部）の一例である。図１７は解析した繊維束断面の一例であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）が画像解析により抽出したそれぞれ繊維束内強化繊維部、繊維束内空隙部、繊維束内樹脂部の面積（黒色部）を示す。例では、輝度閾値を空隙面積０〜６６、樹脂面積６７〜１９５、繊維面積１９６〜２５５として二値化し、それぞれ面積を算出した。撮影時の画像により輝度が異なるため、それぞれの画像により輝度閾値を適切に設定する必要があり、すべての画像で前述の通りでない。求めた各パラメータから前記式（１）、（３）、（４）よりそれぞれ空隙率を算出した。

（２）繊維含有率測定
繊維強化樹脂材料の空隙率測定時に得られた各パラメータより、式（５）から繊維含有率を算出した。

（３）束割合の算出
繊維強化樹脂材料の空隙率測定方法と同様にして得られた断面図より、繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維束のうち、束内繊維数が１００本以上の束が占める面積を繊維強化樹脂材料断面図内の全繊維の面積で除すことで束割合（重量割合）を算出した。

（４）繊維束厚みの測定（含浸後）
繊維強化樹脂材料の空隙率測定方法と同様にして得られた断面図より繊維強化樹脂材料の空隙率測定時にピックアップした繊維束断面を、画像解析ソフトＩｍａｇｅＪを用いて、強化繊維束の束幅直交方向で最も厚い箇所の厚みを測定し繊維束厚みとした。各水準およそ５００束の繊維束厚みを測定し、その数平均値を平均繊維束厚み（ｍｍ）とした。

（５）平均繊維束積層数
繊維強化樹脂材料の空隙率測定方法と同様にして得られた断面図より、繊維強化樹脂材料厚み方向に積層された繊維束Ａの数を数え、繊維強化樹脂材料厚みで除すことで繊維束Ａの積層数を求めた。繊維強化樹脂材料の断面図幅方向（厚み方向と直行する方向）に１ｍｍ以上の間隔をあけ３０点測定した数平均値を平均繊維束積層数とした。

（６）平均繊維数の測定方法
分繊処理する前の強化繊維束の１ｍあたりの質量とフィラメント数からフィラメント１ｍ長の質量ａ（ｍｇ／ｍ）を導出する。次に、分繊処理された強化繊維束を１０ｍｍ程度の長さにカットした強化繊維束の繊維長さｌ（ｍｍ）と質量ｂ（ｍｇ）を測定し、下記式により繊維数を導出した。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した。
強化繊維束の繊維数＝（ｂ×１０００／（ａ×ｌ））。

（７）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、秤量した強化繊維の質量を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、秤量した強化繊維の質量をｍ２（ｇ）とした。以上の処理を経て、強化繊維へのサイジング剤の付着量を次式により求めた。測定は１０本の強化繊維束について行い、その平均値を算出した。
付着量（質量％）＝１００×｛（ｍ１−ｍ２）／ｍ１｝。

（８）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した。まず、サイジング剤が塗布された強化繊維束を５ｍｇ採取し、１１０℃で２時間乾燥後、デシケーター内において室温で１時間、冷却した。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℃までの質量減少を測定した。縦軸を初期質量に対するサイズ糸の質量比（％）、横軸を温度（℃）とするＴＧＡ曲線において、質量減少速度（％／℃）の最大となる温度及びそれより低温側で最も隣接する、質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した。
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。

（９）部分分繊繊維束の束厚み測定
部分分繊繊維束長手方向（繊維方向）に３０ｃｍ間隔で分繊された束厚みを２０点測定し、その平均値を平均部分分繊繊維束厚みとした。

（１０）部分分繊繊維束の幅測定法
部分分繊繊維束長手方向（繊維方向）に３０ｃｍ間隔で分繊された束幅を２０点測定し、その平均値を平均部分分繊繊維束幅とした。

（１１）単位幅あたりの繊維数
平均繊維数を平均繊維束幅で除すことで単位幅あたりの繊維数とした。

（１２）ドレープ値の測定
３０ｃｍに切断した部分分繊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した。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１４に示すように、２３±５℃の雰囲気下、直方体の台６０２の端部上に、３０ｃｍに切断した部分分繊繊維束（強化繊維束の試料６０１）を固定し、この時、部分分繊繊維束は台６０２の端から２５ｃｍの長さで突き出るように固定した。すなわち、部分分繊繊維束の端から５ｃｍの部分が、台６０２の端に来るようにした。この状態で５分間静置した後、台６０２に固定していない方の部分分繊繊維束の先端と、台の側面との最短距離を測定し、ドレープ値Ｄとした。

（１３）力学特性の評価方法
繊維強化樹脂材料を後記する方法によりスタンピング成形し、５００×５００ｍｍの平板スタンピング成形品を得た。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の試験片を１６片（合計３２片）切り出し、ＪＩＳ Ｋ７０７４（１９８８年）に準拠し曲げ試験を実施した。合計３２片の曲げ強度の平均値を平均曲げ強度とした。平均曲げ強度が２００ＭＰａ未満をＣ、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ未満をＢ、３５０ＭＰａ以上をＡと判定した。

（１４）生産速度評価
繊維強化樹脂材料を１０ｍ製造する際に、要した時間で除すことで生産速度を算出した。０．４ｍ／分未満をＣ、０．４ｍ／分以上０．６ｍ／分未満をＢ、０．６ｍ／分以上をＡとした。

［使用原料］
・強化繊維束：炭素繊維束（ＺＯＬＴＥＫ社製“ＰＸ３５−１３”、繊維数５０，０００本）を用いた。
・熱可塑性樹脂シート： 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。
・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。

［繊維強化樹脂材料の製造方法］
強化繊維束を、ワインダーを用いて一定速度１０ｍ／分で巻出し、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分熱処理を施した。

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、熱処理を終えた拡幅繊維束に対して、間欠式に抜き挿しし、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秒間分繊処理手段が突き刺された分繊処理区間と、０．２秒間分繊処理手段が抜かれた未分繊処理区間とを生成する動作を、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。

また、拡幅処理を施した後の幅規制ロール幅を変化させ、それ以外は同等の処理を行うことにより、単位幅あたりの繊維本数を変化させた部分分線繊維束を作製した。作製した部分分繊繊維束の単位幅あたりの繊維数、束厚み測定、ドレープ試験を実施した。結果を表１に示す。

（参考例１）
表１に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数８６０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質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

（参考例２）
表１に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数１０７０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３．０質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

（参考例３）
表１に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数１２９０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質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

（参考例４）
表１に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数１４３０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３．０質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

（参考例５）
表１に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数２０１０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質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

（参考例６）
表１に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数３５７０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質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

（参考例７）
塗布するサイジング剤をサイジング剤１からサイジング剤２に変え、同等の処理を施すことにより、表に示す通り、強化繊維束単位幅あたりの繊維数３５７０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３．２質量％である、部分分繊繊維束を作製した。

続いて、得られた部分分繊繊維束を、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不連続繊維束集合体を得た。

（実施例１）
次に、不連続繊維束集合体の炭素繊維とマトリックス樹脂の重量比が４５：５５となるように不連続繊維集合体（５層）と樹脂シート（６層）を交互に積層（空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚みＬ＝２ｍｍ）した後に、任意の隙間を有するダブルベルトプレス機で積層体の上下から挟み込み、加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間２５７秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間４２秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度０．７ｍ／分で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。また、あらかじめ積層基材中心部に熱電対を挿入しておき、基材加熱時の基材内部温度を測定し含浸時基材温度プロファイルを得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は１２０秒であった。その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料を４９０×４９０ｍｍにカットし、ＩＲヒーターを用いて繊維強化樹脂材料を２８０℃に加熱した後、１５０℃に加熱された平板金型に設置し、プレス圧１０ＭＰａで３０秒間コールドプレスすることでスタンピング成形品を得た。続いて成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（実施例２）
繊維束に参考例２を用いる以外は実施例１と同様とし、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は１１１秒であった。含浸条件以外は実施例１と同様とした。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料をスタンピング成形し、成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（比較例１）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間１８０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間３０秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度１ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は５８秒であった。含浸条件以外は実施例２と同様とした。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料をスタンピング成形し、成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（実施例３）
不連続繊維束集合体の炭素繊維とマトリックス樹脂の重量比が４０：６０となるように不連続繊維束集合体（５層）と樹脂シート（６層）を交互に積層（空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚みＬ＝２ｍｍ）した後に、任意の隙間を有するダブルベルトプレス機で積層体の上下から挟み込み、繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間２５７秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間４２秒、クリアランス２．２ｍｍ）、生産速度０．７ｍ／分で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は９０秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料をスタンピング成形し、成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（比較例２）
繊維束に参考例４を用いて、繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間５１４秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間８５秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度０．３５ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は３３４秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。繊維束に参考例４を用いたこと含浸条件以外は実施例１と同様にした。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料をスタンピング成形し、成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（実施例４）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間４５０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間７５秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度０．４ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は３０１秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は比較例２と同様にした。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料をスタンピング成形し、成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（実施例５）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間４５０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間７５秒、クリアランス２．８ｍｍ）、生産速度０．４ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は３０９秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は比較例２と同様にした。
続いて、得られた繊維強化樹脂材料をスタンピング成形し、成形品の力学特性評価を行った。結果を表２に示す

（比較例３）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間４５０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間７５秒、クリアランス３．０ｍｍ）、生産速度０．４ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は２８５秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は比較例２と同様にした。

（比較例４）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間１８０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間３０秒、クリアランス２．８ｍｍ）、生産速度１ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は５０秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は比較例２と同様にした。

（実施例６）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間３６０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間６０秒、クリアランス２ｍｍ）、生産速度０．５ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は２５５秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は比較例２と同様にした。

（実施例７）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間３００秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間５０秒、クリアランス２ｍｍ）、生産速度０．６ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は１８６秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は比較例２と同様にした。

（実施例８）
繊維束に参考例７を用いて繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間３００秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間５０秒、クリアランス２ｍｍ）、生産速度０．６ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は１７１秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。繊維束に参考例７を用いたこと、含浸条件以外は実施例１と同様にした。

（比較例５）
繊維束に参考例３を用いて繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間１８０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間３０秒、クリアランス２ｍｍ）、生産速度１ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は５１秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。繊維束に参考例３を用いたこと、含浸条件以外は実施例１と同様にした。

（実施例９）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間２００秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間３３秒、クリアランス２ｍｍ）、生産速度０．９ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は８０秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す含浸条件以外は比較例５と同様にした。

（比較例６）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間１８０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間３０秒、クリアランス３ｍｍ）、生産速度１ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は５４秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す含浸条件以外は比較例５と同様にした。

（実施例１０）
繊維束に参考例５を用いて繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間２５７秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間４２秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度０．７ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は１２７秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。繊維束に参考例５を用いたこと、含浸条件以外は実施例１と同様にした。

（比較例７）
繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間１８０秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間３０秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度１ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は５４秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。含浸条件以外は実施例１０と同様にした。

（実施例１１）
繊維束に参考例６を用いて繊維強化樹脂材料製造時（樹脂含浸時）の条件を加熱ゾーン（３５０℃、加熱時間２５７秒、クリアランス２．３ｍｍ）と冷却ゾーン（５０℃、冷却時間４２秒、クリアランス２．１ｍｍ）、生産速度０．７ｍ／分の条件化で熱可塑性樹脂を不連続繊維束集合体中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を得た。含浸時基材温度プロファイルを確認したところＴｍ＋２０℃以上の時間は１１５秒であった。
その後、得られた繊維強化樹脂材料を所定のサイズにカットし、繊維強化樹脂材料の空隙率測定、繊維束厚みの測定を行った。結果を表２に示す。繊維束に参考例５を用いたこと以外は実施例１と同様にした。

１００ 繊維束
１１０ 分繊処理区間
１３０ 未分繊処理区間
１４０ 毛羽溜まり
１５０ 分繊処理部
１６０ 絡合部
１８０ 分繊繊維束
２００ 分繊手段
２１０ 突出部
２１１ 接触部
３００ 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
４０３ 熱処理工程
５０１ 繊維束以外の繊維
５０２ 繊維束内の繊維
５０３ 樹脂層
５０４ 繊維束内の樹脂
５０５ 樹脂層にある空隙
５０６ 繊維束内にある空隙
６０１ 強化繊維束の試料
６０２ 台

Claims (15)

1. 単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂の成形に用いられる繊維強化樹脂材料であって、
   下記式（１）で表される平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖ（−）と、下記式（２）で表される平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であり、下記式（３）で表されるコンポジット空隙率Ｐ_ｃ（−）が０．０２以上０．４以下であることを特徴とする繊維強化樹脂材料。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   ここで、ｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…ｋ、ｘ＝１，２，…ｌの整数であり、n,k,lはそれぞれ撮影した断面図内に含まれるすべての繊維束Ａの本数、空隙数、繊維束Ａ以外の繊維の本数である。各パラメータは
   ｖ_ｆ１：繊維束Ａ以外の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
   ｖ_ｆ２：繊維束Ａ内の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
   ｖ_ｍ１：樹脂層面積（ｍｍ^２）
   ｖ_ｍ２：繊維束Ａ内の樹脂面積（ｍｍ^２）
   ｐ_１：樹脂層にある空隙面積（ｍｍ^２）
   ｐ_２：繊維束Ａ内にある空隙面積（ｍｍ^２）
   ｔ_ｆ：繊維束Ａの厚み（ｍｍ）
   であり、各パラメータは繊維強化樹脂材料の厚み方向の切断面を光学顕微鏡により断面観察し、実効画素１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ）、撮影倍率３００倍で撮影した断面図を二値化し、画像解析より算出した値である。
2. 下記式（４）で表される繊維束Ａ内の空隙率Ｐ_ｆ（−）と繊維束Ａの厚みｔ_ｆ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂材料。
   

   
3. 前記強化繊維束Ａは、単位幅あたりの繊維数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下であり、下記ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束のチョップド繊維束であることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂材料。
   ドレープ値：２３±５℃の雰囲気下、長さ３００ｍｍの強化繊維束の試料を直方体の台の端部上に固定し、台の端から２５０ｍｍ突き出した強化繊維束の先端と台の側面との最短距離
4. 前記強化繊維束Ａの数平均繊維数が１００本以上４０００本以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
5. 前記強化繊維束Ａの数平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
6. 全強化繊維に対する前記強化繊維束Ａ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請求項１から５のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
7. 前記強化繊維束Ａの平均繊維束厚みｔ_ｆａｖが０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
8. 繊維強化樹脂材料の厚み方向に対して積層された前記強化繊維束Ａの数平均値である平均繊維束積層数が１０束／ｍｍ以上１００束／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
9. 前記マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１から８のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料。
10. 下記工程［Ａ］〜［Ｃ］を含むことを特徴とする、繊維強化樹脂材料の製造方法。
    ［Ａ］単位幅あたりの繊維数が５００本／ｍｍ以上１６００本／ｍｍ以下、下記ドレープ値が１２０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の強化繊維束の、単糸本数が１００本以上のチョップド繊維束からなる強化繊維束Ａが二次元ランダムに配向した強化繊維束集合体を作製する工程。
    ［Ｂ］マトリックス樹脂を前記強化繊維束集合体上に散布、あるいは積層、あるいは塗布する工程。
    ［Ｃ］前記マトリックス樹脂を含浸する工程。
    ドレープ値：２３±５℃の雰囲気下、長さ３００ｍｍの強化繊維束の試料を直方体の台の端部上に固定し、台の端から２５０ｍｍ突き出した強化繊維束の先端と台の側面との最短距離
11. 強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂の成形に用いる繊維強化樹脂材料の製造方法であって、強化繊維束Ａとマトリックス樹脂を積層した積層基材を積層基材中心温度（Ｔｍ＋２０）℃以上（Ｔｄ−１０）℃以下で６０秒以上３３０秒以下加熱した後、空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚みをＬとしたとき、Ｌ以上１．４Ｌ以下のクリアランスで冷却固化させることで、下記式（１）で表される平均繊維束内空隙率Ｐ_ｆａｖ（−）と下記式（２）で表される平均繊維束厚みｔ_ｆａｖ（ｍｍ）との積が０ｍｍ以上０．０１ｍｍ以下であり、下記式（３）で表されるコンポジット空隙率Ｐ_ｃ（％）が０．０２以上０．４以下となるように前記強化繊維束Ａにマトリックス樹脂を含浸させることを特徴とする請求項１０に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    ここで、Ｔｍ：マトリックス樹脂融点温度、Ｔｄ：マトリックス樹脂分解温度、Ｌ：空隙が無いように完全含浸した際の繊維強化樹脂材料理論厚み、である。
    また、ｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…ｋ、ｘ＝１，２，…ｌの整数であり、n,k,lはそれぞれ撮影した断面図内に含まれるすべての繊維束Ａの本数、空隙数、繊維束Ａ以外の繊維の本数である。各パラメータは
    ｖ_ｆ１：繊維束Ａ以外の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
    ｖ_ｆ２：繊維束Ａ内の繊維が占める面積（ｍｍ^２）
    ｖ_ｍ１：樹脂層面積（ｍｍ^２）
    ｖ_ｍ２：繊維束Ａ内の樹脂面積（ｍｍ^２）
    ｐ_１：樹脂層にある空隙面積（ｍｍ^２）
    ｐ_２：繊維束Ａ内にある空隙面積（ｍｍ^２）
    ｔ_ｆ：繊維束Ａの厚み（ｍｍ）
    であり、各パラメータは繊維強化樹脂材料の厚み方向の切断面を光学顕微鏡により断面観察し、実効画素１６００（Ｈ）×１２００（Ｖ）、撮影倍率３００倍で撮影した断面図を二値化し、画像解析より算出した値である。
12. 前記積層基材を、積層基材中心温度（Ｔｍ＋４０）℃以上（Ｔｄ−１０）℃以下となるように５０秒以上２３０秒以下加熱することを特徴とする請求項１０または１１に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
13. 前記強化繊維束集合体は数平均繊維長が５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の強化繊維束Ａからなる請求項１０から１２のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
14. 前記強化繊維束集合体における前記強化繊維束Ａ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請求項１０から１３のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
15. 前記強化繊維束集合体は厚み方向に対して積層された強化繊維束Ａの数平均値である平均繊維束積層数が１０束／ｍｍ以上１００束／ｍｍ以下になるように作製されることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。

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