KR20180124896A - 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

적어도 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료로서, 다발상 집합체 [A]는, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 θ(0°<θ<90°)로 절단한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료, 및 그의 제조 방법. 부분 분섬 섬유 다발을, 길이 방향에 대해서 비스듬히 절단함으로써 형성된 특정한 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]를 갖고 있음으로써, 성형품으로 했을 때의 극히 높은 역학 특성을 실현할 수 있는 동시에 그 변동을 작게 억제할 수 있다.

Description

섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 제조 방법

본 발명은, 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체, 특히 특정한 형태의 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료와, 그의 제조 방법에 관한 것이다.

불연속의 강화 섬유(예를 들어, 탄소 섬유)의 다발상 집합체(이하, 섬유 다발이라고 하는 경우도 있음)와 매트릭스 수지(예를 들어, 열경화성 수지 또는 열가소성 수지)를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 사용하여, 가열, 가압 성형에 의해, 원하는 형상의 성형체를 성형하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 5). 이러한 종래의 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 섬유 다발이 소정의 스트랜드로부터 형성된, 소정의 단사수의 섬유 다발을 포함하는 경우, 통상 단사수가 많은 섬유 다발을 포함하는 성형 재료에서는, 성형 시의 유동성은 우수하지만 성형품의 역학 특성은 떨어지는 경향이 있다.

예를 들어 특허문헌 1에는, 성형 재료 중의 촙드 섬유 다발의 필라멘트 개수가 10,000 내지 700,000개의 범위 내로 규정된 성형 재료가 개시되어 있다. 이러한 성형 재료에서는, 섬유 다발의 필라멘트 개수가 많기 때문에 성형 시에는 수지와 함께 강화 섬유가 섬유 다발의 형태로 효율적으로 이동할 수 있으므로 우수한 유동성이 얻어지지만, 이 성형 재료에 의한 성형 후의 성형품에 대해서는, 성형품이 파단할 때 등에 성형품 중의 섬유 다발 단부 부위 등에서 응력 집중이 발생할 가능성이 높아, 고역학 특성이 요구되는 성형품의 성형에는 적합하지 않다.

한편, 예를 들어 특허문헌 2에는, 단사수가 100개 이하가 되도록 분섬된 섬유 다발이 사용된 섬유 강화 수지가 개시되어 있지만, 상기 특허문헌 1에 개시된 형태에 비해 섬유 다발의 단사수가 훨씬 적기 때문에, 성형품 중에서 강화 섬유가 양호하게 분산되어, 성형품 중의 섬유 다발 단부 부위 등에서 응력 집중이 발생할 가능성이 낮아져서 성형품의 역학 특성이 높아지는 반면, 성형 시에는 기대한 만큼 높은 유동성이 얻어지지 않을 우려가 남아있다.

일본 특허 공개 제2013-202890호 공보 일본 특허 공개 제2008-174605호 공보 일본 특허 공개 제2009-191116호 공보 일본 특허 공개 제2010-163536호 공보 WO2014/021315호 공보

상술한 바와 같이, 비교적 단사수가 많은 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 생산 효율도 좋고, 성형 시에 우수한 유동성이 얻어지는 경향이 있지만, 성형품의 역학 특성은 떨어지는 경향이 있고, 비교적 단사수가 적은 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에서는 반대로, 성형품의 역학 특성은 우수하지만, 성형 시의 유동성은 높게 하기 어렵다고 하는 경향이 있다.

상기와 같은 종래 기술에 있어서의 경향에 착안하여, 아직 출원 미공개의 단계이지만, 먼저 본 출원인에 의해, 적어도 불연속의 강화 섬유의 다발상 집합체와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료로서, 상기 강화 섬유의 다발상 집합체가, 연속 강화 섬유의 스트랜드가 해당 스트랜드를 복수의 다발로 완전 분할하는 할섬 처리를 실시한 후 절단되어서 형성된 강화 섬유 집합체 A와, 상기 할섬 처리가 실시되어 있지 않거나/않고 상기 할섬 처리가 불충분한 미할섬부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B의 양쪽을 소정의 비율로 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료가 제안되어 있다(PCT/JP2015/074736호). 이 제안에 의해, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 균형있게 양립시키는 것이 가능하게 되고 있다.

그러나, 상기 본 출원인에 의한 전번의 제안에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료보다도 더욱 성형품의 높은 역학 특성(강도, 탄성률)과 그 변동의 가일층의 저감이 요구되고 있다.

그래서 본 발명의 과제는, 상기와 같은 요구를 감안하여, 상기 본 출원인에 의한 전번의 제안에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료보다도 더욱 성형품에 있어서의 높은 역학 특성(강도, 탄성률)과 그 변동의 가일층의 저감이 가능한 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료는, 적어도 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료로서,

상기 다발상 집합체 [A]는, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 θ(0°<θ<90°)로 절단한 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.

이러한 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서는, 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]는, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발이, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 비스듬히, 즉 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 θ(0°<θ<90°)로 절단됨으로써 형성된 것을 포함한다. 즉, 전술한 본 출원인에 의해 먼저 제안된 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]는, 섬유 다발의 길이 방향과 직교하는 방향으로 절단되어서 형성되어 있었지만, 본 발명에서는, 특히, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발이 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 비스듬히 절단됨으로써 형성되어 있다. 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 비스듬히 절단됨으로써, 절단면이 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간에 걸쳐 연장되는 것이 가능해지고, 그것에 의하여 특히, 형성된 다발상 집합체 [A]의 단부가 성형품에 있어서 응력이 집중되기 어려운 형상(각종 예를 후술)으로 형성되기 쉬워지고, 더욱이 상술한 선출원(PCT/JP2015/074736호)에 있어서의 강화 섬유 집합체 B와 같은 섬유 다발을, 보다 소폭화하는 것도 가능해진다. 그 결과, 성형품에 있어서, 더 높은 역학 특성(강도, 탄성률)의 발현과 그 역학 특성 변동의 가일층의 저감이 가능해진다. 성형 시의 양호한 유동성에 대해서는, 부분 분섬 섬유 다발이 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]로 절단됨으로써 확보되고 있다.

상기 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서는, 상기 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 적어도 하나의 상기 분섬 처리 구간의 적어도 한쪽의 단부에 상기 단사가 교락한 낙합부, 및/또는 해당 낙합부가 집적되어 이루어지는 낙합 집적부가 형성되어 있는 형태를 채용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서는, 상기 다발상 집합체 [A]가,

분섬 처리에 의해 임의의 다발 개수로 분할된 분섬 다발 집합체 [a]와,

상기 미분섬 처리 구간 및/또는 상기 낙합부 및/또는 상기 낙합 집적부에 의해, 섬유 다발의 단사끼리가 결합된 결합 다발 집합체 [b]와,

상기 미분섬 처리 구간 및/또는 상기 낙합부 및/또는 상기 낙합 집적부와, 상기 부분 분섬 섬유 다발의 절단 시의 절단면이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 상기 섬유 다발의 단사끼리의 결합이 절단되어 있는 결합 절단 집합체 [c] 중, 적어도 1종의 집합체를 포함하는 형태를 채용할 수 있다. 이 형태에 있어서는, 상기 다발상 집합체 [A]에 있어서, 상기 결합 다발 집합체 [b]의 함유율이 0 내지 15％의 범위에 있는 것이 바람직하다. 즉, 결합 다발 집합체 [b]는, 포함되어 있지 않아도 되지만, 포함되어 있는 경우에는, 함유율을 높아도 15％로 억제해 두는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기와 같은 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법에 대해서도 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법은, 상기와 같은 섬유 강화 수지 성형 재료를 제조하는 방법으로서, 상기 다발상 집합체 [A]를 얻을 때에, 하기 식 (1)을 만족하도록 상기 부분 분섬 섬유 다발을 절단하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다.

W·cosθ/D≥3 …(1)

W: 부분 분섬 섬유 다발 절단 시의 섬유 다발 폭

D: 다발상 집합체 [A]에 있어서의 절단면의 간격

이 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법에 있어서는, 상기 부분 분섬 섬유 다발을 절단하기 전의 임의의 타이밍에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발에 폭 확대 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 폭 확대 처리는, 부분 분섬 섬유 다발의 절단 전이면, 부분 분섬 섬유 다발의 형성 전후 언제라도 되고, 예를 들어 부분 분섬 섬유 다발을 형성할 때 동시에 폭 확대 처리를 실시하여, 소위 폭 확대·부분 분섬 섬유 다발을 형성해 두어도 되고, 부분 분섬 섬유 다발을 절단하기 직전에 폭 확대 처리를 실시하여, 연속적으로 절단 공정에 도입해도 된다.

본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 제조 방법에 의하면, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 비스듬히 절단함으로써 형성된 특정한 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]를 갖고 있음으로써, 성형품으로 했을 때의 극히 높은 역학 특성(강도, 탄성률)을 실현할 수 있는 동시에 그 역학 특성의 변동을 작게 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발과 그의 절단을 도시하는 개략 사시도이다.
도 2는, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 일 형태 예를 나타내는 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 3은, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 다른 형태 예를 나타내는 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 4는, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 또 다른 형태 예를 나타내는 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 5는, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도 (A)와 개략 측면도 (B)이다.
도 6은, 본 발명에 있어서의 경사 절단의 기본적인 기술 사상을 나타내는 부분 분섬 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 7은, 직교 절단의 일례를 나타내는 부분 분섬 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 8은, 본 발명에 있어서의 분섬 다발 집합체 [a]의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는, 본 발명에 있어서의 결합 다발 집합체 [b]의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 10은, 본 발명에 있어서의 결합 다발 집합체 [b]의 제작 방법의 다른 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 11은, 본 발명에 있어서의 결합 다발 집합체 [b]의 제작 방법의 또 다른 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 12는, 본 발명에 있어서의 결합 절단 집합체 [c]의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 13은, 본 발명에 있어서의 식 (1)에 대하여 설명하기 위한 개략 평면도이다.
도 14는, 본 발명에 있어서의 인사이드 풀 방식의 일 형태 예를 나타내는 개략 사시도이다.

이하에, 본 발명에 대해서, 실시 형태와 함께, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

우선, 도 1에, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향을 따라, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과, 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발과, 그 절단에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 분섬 처리 구간(2)과 미분섬 처리 구간(3)이 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발(1)이 방향 A로 주행되고, 절단날(4)에 의해 섬유 다발(1)이 섬유 다발(1)을 횡단하는 방향으로 절단되어서 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A](5)가 형성된다. 이때, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 θ로 절단되지만, 이 절단 각도 θ가 본 발명에서는 0°<θ<90°의 경사 방향 절단으로 여겨지고, 전술한 본 출원인에 의한 전번의 제안에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료에서는 섬유 다발의 길이 방향에 직교하는 방향(θ=90°)으로 여겨지고 있다. 여기서 본 발명에 있어서의 각도 θ의 바람직한 범위로서는, 0°<θ<45°이고, 보다 바람직하게는 5°<θ<30°이다. 이러한 범위에 있어서, 높은 역학 특성과 저변동의 발현과, 절단 미스를 억제하고, 원하는 각도로 절단 가능한 고프로세스성의 양립을 도모할 수 있다.

절단 전의 상기 부분 분섬 섬유 다발(1)은, 기본적으로는 도 1에 도시한 것과 같은 분섬 처리 구간(2)과 미분섬 처리 구간(3)이 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 교대로 형성되어 이루어지는 형태를 갖지만, 도 2나 도 3에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 분섬 처리 구간(2)의 적어도 한쪽의 단부에 단사가 교락한 낙합부(11), 및/또는 해당 낙합부가 집적되어 이루어지는 낙합 집적부(12)가 형성되어 있는 형태도 채용할 수 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 분섬 처리 구간(13)과 미분섬 처리 구간(14)이 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 교대로 형성되어 이루어지는 형태와, 분섬 처리 구간(15)과 미분섬 처리 구간(16)이 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 교대로 형성되어 이루어지는 형태의 조합 형태를 포함하고, 한쪽의 분섬 처리 구간(15)이 다른 쪽의 미분섬 처리 구간(14)에 걸쳐 연장되도록 형성된 형태의 부분 분섬 섬유 다발(17)도, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발에 포함된다.

상기와 같은 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발은, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 도 5에 도시하는 것처럼 형성된다. 도 5는, 주행하는 섬유 다발(20)에 분섬 수단(21)을 꽂아 넣은 일례를 나타내는 (A) 개략 평면도, (B) 개략 측면도이다. 도면 중의 섬유 다발 주행 방향 A(화살표)가 섬유 다발(20)의 길이 방향이고, 도시되지 않은 섬유 다발 공급 장치로부터 연속적으로 섬유 다발(20)이 공급되고 있는 것을 나타낸다. 분섬 수단(21)은, 섬유 다발(20)에 꽂아 넣기 쉬운 돌출 형상을 갖는 돌출부(22)를 구비하고 있고, 주행하는 섬유 다발(20)에 꽂아 넣어, 섬유 다발(20)의 길이 방향으로 대략 평행한 분섬 처리 구간(23)을 생성한다. 분섬하는 섬유 다발 수에 따라, 복수의 분섬 수단(21)을 동시에 사용하는 것도 가능하다. 복수의 분섬 수단(21)을 병렬, 엇갈림, 위상을 비켜놓는 등 하여, 복수의 돌출부(22)를 임의로 배치할 수 있다.

복수의 단사를 포함하는 섬유 다발(20)을, 분섬 수단(21)에 의해 개수가 보다 적은 분섬 다발로 나누어 가는 경우, 복수의 단사는, 실질적으로 섬유 다발(20) 내에서, 잘 정렬된 상태가 아닌, 단사 레벨에서는 교락하고 있는 부분이 많기 때문에, 분섬 처리 중에 접촉부(24) 부근에 단사가 교락한 낙합부(25)를 형성하는 경우가 있다. 여기서, 낙합부(25)를 형성한다란, 예를 들어 분섬 처리 구간 내에 미리 존재하고 있었던 단사끼리의 교락을 분섬 수단(21)에 의해 접촉부(24)에 형성(이동)시키는 경우나, 분섬 수단(21)에 의해 새롭게 단사가 교락한 집합체를 형성(제조)시키는 경우 등을 들 수 있다.

임의의 범위에 분섬 처리 구간(23)을 생성한 후, 분섬 수단(21)을 섬유 다발(20)로부터 발취한다. 이 발취에 의해 분섬 처리가 실시된 분섬 처리 구간(23)이 생성되고, 그와 동시에 낙합부(25)가 집적된 낙합 집적부(26)가 생성된다. 또한, 분섬 처리 중에 섬유 다발로부터 발생한 보풀은 보풀 축적(27)으로서 분섬 처리 시에 낙합 집적부(26) 부근에 생성되는 경우가 있다.

그 후 다시 분섬 수단(21)을 섬유 다발(20)에 꽂아 넣음으로써, 미분섬 처리 구간(28)이 생성된다.

본 발명에 있어서 사용하는 강화 섬유의 섬유 다발은, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발이면 섬유 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도, 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이들은 단독으로 사용해도 되고 2종류 이상을 병용할 수도 있다. 그 중에서도 탄소 섬유는, 경량이고 또한 강도가 우수한 복합 재료를 제공하는 것이 가능하게 되므로, 특히 적합하다. 탄소 섬유로서는 PAN계, 피치계 중 어느 것이어도 되고, 그 평균 섬유 직경은 3 내지 12㎛가 바람직하고, 6 내지 9㎛가 보다 바람직하다.

탄소 섬유의 경우에는, 통상, 연속 섬유를 포함하는 단사가 3000 내지 60000개 정도 집속한 섬유 다발을, 보빈에 권취한 권사체(패키지)로서 공급된다. 섬유 다발은 꼬임 없는 것이 바람직하지만, 꼬임이 들어가 있는 스트랜드이어도 사용 가능하고, 반송 중에 꼬임이 들어가도, 본 발명에는 적용 가능하다. 단사수에도 제약은 없으며, 단사수가 많은, 소위 라지 토우(large tow)를 사용하는 경우에는, 섬유 다발의 단위 중량당 가격은 저렴하기 때문에, 단사수가 많을수록, 최종 제품의 비용을 저감시킬 수 있어서 바람직하다. 또한, 라지 토우로서, 섬유 다발끼리를 1개의 다발로 통합하여 권취한, 소위 합사한 형태를 사용해도 된다.

상기와 같은 강화 섬유를 사용할 때는, 매트릭스 수지 [M]과의 접착성을 향상시키는 등의 목적으로 표면 처리되어 있는 것이 바람직하다. 표면 처리의 방법으로서는, 전해 처리, 오존 처리, 자외선 처리 등이 있다. 또한, 강화 섬유의 보풀 일어남을 방지하거나, 섬유 다발의 수렴성을 향상시키거나, 매트릭스 수지 [M]과의 접착성을 향상시키는 등의 목적으로 사이징제가 부여되어 있어도 상관없다. 사이징제로서는 특별히 한정되지 않지만, 에폭시기, 우레탄기, 아미노기, 카르복실기 등의 관능기를 갖는 화합물을 사용할 수 있고, 이들은 1종 또는 2종 이상을 병용해도 된다.

본 발명에 있어서 사용하는 섬유 다발은, 미리 집속된 상태인 것이 바람직하다. 여기에서 미리 집속된 상태란, 예를 들어 섬유 다발을 구성하는 단사끼리의 교락에 의해 집속된 상태나, 섬유 다발에 부여된 사이징제에 의해 집속된 상태, 섬유 다발의 제조 공정에서 함유되어 이루어지는 꼬임에 의해 집속된 상태를 가리킨다.

이어서, 도 6에, 부분 분섬 섬유 다발의 경사 절단을 채용한 본 발명에 있어서의 기본적인 기술 사상을, 도 7의 부분 분섬 섬유 다발의 직교 절단을 채용한 경우와 비교하면서 설명한다. 도 6, 도 7에 있어서, 31은 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간(32)과, 전술한 낙합부 등을 포함하는 미분섬 처리 구간(33)이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을 나타내고 있다. 도 7에 있어서는, 부분 분섬 섬유 다발(31)에 대한 절단면(35)이 섬유 다발의 길이 방향 X-X에 대해서 직교하는 방향(90° 방향)으로 되어 있는 것에 반해, 본 발명에 있어서는 섬유 다발의 길이 방향 X-X에 대한 절단면(34)의 각도 θ가 경사 방향의 각도 θ(0°<θ<90°)로 되어 있다.

그리고, 상기와 같은 절단에 의해 얻어진 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 랜덤하게 분산하고 가열·가압하여 성형된 성형품으로부터 매트릭스 수지 [M]을 연소제거하여 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]만을 남겨 평면도로서 관찰하면, 예를 들어 도 6, 도 7의 우측에 예시되는 것과 같은 불연속 강화 섬유 다발상 집합체 분포도가 된다. 도 7에 있어서의 분포도에서는, 주로 낙합부 등을 포함하는 미분섬 처리 구간(33)의 양측에서 절단면(35)으로 절단됨으로써 형성된, 섬유 다발 길이 방향 단부가 비교적 폭이 넓고 섬유 다발 길이 방향에 대해서 직교하는 방향으로 연장되는 단부로서 형성된 다발상 집합체(36)가 실질적으로 원래의 형태와 동일한 형태로 그대로 남아있다. 이러한 다발상 집합체(36)의 단부에서는 전술한 바와 같이, 응력 집중이 일어나기 쉬워, 성형품의 역학 특성의 저하나 그 변동의 원인이 된다. 이에 비해, 도 6에 있어서의 분포도에서는, 이러한 응력 집중이 일어나기 쉬운 형태의 다발상 집합체(36)는 없고, 예를 들어 낙합부 등을 포함하는 미분섬 처리 구간(33)을 포함하여 비스듬히 절단됨으로써 형성된 다발상 집합체(37)에 있어서도, 비교적 협폭이고 또한 단부에 어느 정도 보다 협폭이 되고, 게다가 다발상 집합체(36)에 있어서의 것과 같은 응력 집중이 일어나기 쉬운 단부를 갖지 않는 다발상 집합체의 형태가 된다. 따라서, 성형품의 역학 특성의 향상이나, 역학 특성의 변동 저감이 가능하게 된다.

상기와 같이 형성되는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]는, 예를 들어 분섬 처리에 의해 임의의 다발 개수로 분할된 분섬 다발 집합체 [a]와,

미분섬 처리 구간 및/또는 낙합부 및/또는 낙합 집적부에 의해, 섬유 다발의 단사끼리가 결합된 결합 다발 집합체 [b]와,

미분섬 처리 구간 및/또는 낙합부 및/또는 낙합 집적부와, 부분 분섬 섬유 다발의 절단 시의 절단면이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 섬유 다발의 단사끼리의 결합이 절단되어 있는 결합 절단 집합체 [c] 중, 적어도 1종의 집합체를 포함하는 형태로 할 수 있다.

상기 분섬 다발 집합체 [a]는, 예를 들어 도 8에 도시하는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발(41)의 분섬 처리 구간(42) 내에 있어서 절단 각도 θ(0°<θ<90°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 기울어진 절단면(43)으로 절단됨으로써, 소폭으로 소정 길이의, 임의의 복수의 분섬 다발 집합체 [a]로서 형성된다.

상기 결합 다발 집합체 [b]에 대하여 예시하는 것처럼, 결합 다발 집합체 [b]는, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발(51)의 주로 미분섬 처리 구간(52)에 있어서 절단 각도 θ(0°<θ<90°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 기울어진 절단면(53)으로 절단됨으로써, 섬유 다발 길이 방향 단부에 절입이 들어간 것 같은, 결합 다발 집합체 [b]로서 형성된다. 또는, 결합 다발 집합체 [b]는, 예를 들어 도 10에 도시하는 것처럼, 부분 분섬 섬유 다발(61)의 미분섬 처리 구간(62)과 단부에 낙합부(63)를 갖는 분섬 처리 구간(64)에 걸쳐, 절단 각도 θ(0°<θ<90°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 기울어진 절단면(65)으로 절단됨으로써, 섬유 다발 길이 방향 단부에 깊은 절입이 들어간 것과 같은, 낙합부(63)를 갖는 결합 다발 집합체 [b]로서 형성된다. 또는, 결합 다발 집합체 [b]는, 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발(71)의 미분섬 처리 구간(72)과 단부에 낙합 집적부(73)를 갖는 분섬 처리 구간(74)에 걸쳐, 절단 각도 θ(0°<θ<90°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 기울어진 절단면(75)으로 절단됨으로써, 섬유 다발 길이 방향 단부에 깊은 절입이 들어간 것과 같은, 낙합 집적부(73)를 갖는 결합 다발 집합체 [b]로서 형성된다.

또한, 상기 결합 절단 집합체 [c]는, 예를 들어 도 12에 도시하는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발(81)의 주로 미분섬 처리 구간(82)을 포함하도록 또는 미분섬 처리 구간(82)을 전체 길이에 걸쳐 비스듬히 가로지르도록, 절단 각도 θ(0°<θ<90°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 기울어진 절단면(83)으로 절단됨으로써, 평균 섬유 다발 길이가 비교적 긴 소폭의, 길이 방향 단부가 더욱 소폭으로 된 결합 절단 집합체 [c]로서 형성된다. 도시 예에서는, 미분섬 처리 구간(82)과, 부분 분섬 섬유 다발(81)의 절단 시의 절단면(83)이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 섬유 다발(81)의 단사끼리의 결합이 절단되어 있다.

또한, 상기 결합 절단 집합체 [c]는 평균 섬유 다발 길이가 비교적 길어지는 점에서, 섬유 다발 절단 시나, 집합체의 살포 시 등에 있어서, 미분섬 처리 구간에 있어서도 저절로 섬유 다발에 갈라짐이 발생하여, 보다 단사수가 적은 집합체가 형성되는 경우가 있다. 이러한 소속(小束)화한 집합체도 본 발명에 있어서는 상기 결합 절단 집합체 [c]에 포함한다.

불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]는, 상기와 같은 분섬 다발 집합체 [a]와, 결합 다발 집합체 [b]와, 결합 절단 집합체 [c] 중, 적어도 1종의 집합체를 포함하는 형태를 채용할 수 있다. 상기 다발상 집합체 [A]에 있어서, 보다 우수한 역학 특성과 저변동을 발현하는 관점에서, 상기 결합 다발 집합체 [b]의 함유율이 0 내지 15％의 범위에 있는 것이 바람직하다. 여기서 본 발명에 있어서 함유율이란, 다발상 집합체 [A] 중에서 차지하는 결합 다발 집합체 [b]의 빈도 비율을 가리킨다. 즉, 다발상 집합체 [A]의 총 개수를 N(A)로 하고, 그 중에 포함되는 결합 다발 집합체 [b]의 개수를 N(b)로 하면, 하기 식 (2)로 나타낸다.

{N(b)/N(A)}×100 …(2)

본 발명에 있어서는, 상기와 같은 다발상 집합체 [A]를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 제조하는 경우, 상기 다발상 집합체 [A]를 얻을 때에, 하기 식 (1)을 만족하도록 부분 분섬 섬유 다발을 절단하는 것이 바람직하다.

W·cosθ/D≥3 …(1)

W: 부분 분섬 섬유 다발 절단 시의 섬유 다발 폭

D: 다발상 집합체 [A]에 있어서의 절단면의 간격

예를 들어 도 13에 도시하는 바와 같이, 절단 각도를 θ, 부분 분섬 섬유 다발(91)의 절단 시의 섬유 다발의 폭을 W, 절단면(92)의 간격을 D로 하면, △xyz에 있어서의 변 xy의 길이 t는,

t=D/cosθ

가 되고, 섬유 다발의 폭 W를 폭 방향으로 절단면에 의해 절단하는 수 W/t가 바람직하게는,

W/t≥3

으로 하면, 상기 식에 의해, 상기 식 (1)이 성립된다. 상기 식 (1)을 만족하도록 부분 분섬 섬유 다발을 절단함으로써, 상기 결합 절단 집합체 [c]가 효과적으로 세밀하게 다발화되어, 역학 특성의 향상에 기여하기 때문에 바람직하다.

이 식 (1)로부터는, 결합 집합체 [b]를 작게 세단하기 위해서는 W를 크게 하는(섬유 다발 폭을 확장하는) 것이 효과적인 것을 알 수 있다. 이때, W를 크게 함으로써, 절단하여 얻어진 다발상 집합체 [A]의 두께가 얇아지기 때문에, 성형품 중에 있어서 다발상 집합체 [A] 단부의 응력 집중 완화나, 다발상 집합체 [A]와 매트릭스 수지의 분포 균일성이 향상되기 때문에, 우수한 역학 특성을 발현하기 쉬워지는 관점에서도 바람직하다. 단, W의 값이 너무 크면, 섬유 다발을 구성하는 단사끼리의 집속력이 저하되고, 부분 분섬 섬유 다발을 절단할 때에, 다발상 집합체로서의 형태를 유지할 수 없고, 단사 갈라짐이 발생하기 쉬워져, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료의 성형 시에 유동성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, W는 5mm≤W≤100mm의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5mm≤W≤50mm이다.

또한, 절단 각도 θ(0°<θ<90°)를 작게 하는 것도 좋다. 단, 다발 형태 유지성이나 프로세스성 때문에 한계가 있다. 또한, 상기 식 (1)을 만족시키기 위해서는, 절단면의 간격 D로도 제어할 수 있지만, 섬유 길이가 변동해 버릴 우려가 있기 때문에, 목적으로 하는 섬유 길이로 절단할 수 있도록 기본적으로는 D는 고정값으로서 두는 것이 좋다.

본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 다발상 집합체 [A]를 얻을 때에, 부분 분섬 섬유 다발을 인사이드 풀 방식으로 권출하고, 절단 공정에 제공하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 인사이드 풀 방식이란, 섬유 다발이 권취 코어(일반적으로 종이제의 관이 사용됨)에 권취된 보빈을 크릴(Creel)에 설치하고, 보빈의 외측 섬유 다발 말단으로부터 섬유 다발을 권출하는 방법과는 상이하며, 보빈의 권취 코어를 제거하여, 도 14에 도시하는 것처럼, 보빈의 감기 방향(100)에 대해서 수직으로 설치한 상태에서, 보빈 내측에 존재하는 섬유 다발 말단을 보빈의 감기 방향에 대해서 수직으로 인출하는 방식을 가리킨다.

상기 인사이드 풀 방식에 의하면, 부분 분섬 섬유 다발을 절단 공정에 제공할 때에 보빈의 외측 섬유 다발 말단과, 동일하게 권취 코어를 제거한 다른 보빈의 보빈 내측의 섬유 다발 말단을 실로 연결해 둠으로써, 절단 가공을 장시간 연속적으로 실시할 수 있기 때문에 바람직하다. 특히 상기 인사이드 풀 방식에서는, 절단 가공과 평행하게 실 연결의 작업을 실시할 수 있고, 생산성을 향상할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 섬유 다발 권출 시에, 권출된 섬유 다발이 보빈 상에서 가로질렀을 때에 발생하는 보빈과의 찰과가 없어지기 때문에, 찰과 보풀의 발생을 억제할 수 있는 관점에서도 바람직하다.

한편, 상기 인사이드 풀 방식에서는, 섬유 다발을 감기 방향에 대해서 수직으로 인출하기 때문에(섬유 다발의 인출 방향(101)), 섬유 다발에 풀림새 꼬임(102)이 발생하는 경우가 있다. 이러한 풀림새 꼬임을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발(103)을 절단하면, 꼬임이 들어가는 방법에 따라서는 얻어지는 상기 다발상 집합체 [A]의 섬유 길이가 불균일해지거나, 부분 분섬 섬유 다발의 절단면이 직선이 되지 않는 경우가 있지만, 모두 본 발명의 효과를 손상시키는 레벨은 아니며, 실질적으로는 꼬임이 없는 섬유 다발을 절단한 것과 동등하게 취급할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의해, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 비스듬히 절단하여 형성된 특정한 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]를 갖고 있음으로써, 성형품으로 했을 때의 극히 높은 역학 특성(강도, 탄성률)을 실현할 수 있는 동시에 그 역학 특성의 변동을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예, 비교예에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 본 실시예나 비교예에 의해 전혀 제한되는 것이 아니다.

[사용 원료]

섬유 다발 [A-1]:

섬유 직경 7㎛, 인장 탄성률 230GPa, 단사수 12,000개의 연속한 탄소 섬유 다발(도레이(주)제, "토레카(등록 상표)" T700S-12K-50-E)을 사용하였다.

섬유 다발 [A-2]:

섬유 직경 7.2㎛, 인장 탄성률 240GPa, 단사수 50,000개의 연속한 탄소 섬유 다발(ZOLTEK사제, "Panex35(등록 상표)")을 사용하였다.

매트릭스 수지 [M-1]:

비닐에스테르 수지(다우·케미컬(주)제, "델라켄(등록 상표) 790")을 100중량부, 경화제로서 tert-부틸퍼옥시벤조에이트(니혼 유시(주)제, "퍼부틸(등록 상표) Z")을 1중량부, 증점제로서 산화마그네슘(교와 가가꾸 고교(주)제, MgO#40)을 4중량부, 내부 이형제로서 스테아르산아연(사까이 가가꾸 고교(주)제, SZ-2000)을 2중량부를, 충분히 혼합·교반하여 얻어진 수지 컴파운드를 사용하였다.

[다발상 집합체 [A]의 분류 및 결합 다발 집합체 [b] 함유율의 산출 방법]

섬유 강화 수지 성형 재료로부터 100mm×100mm의 시료를 잘라내고, 상기 시료를 600℃×1시간, 로 내에서 가열하여 수지를 제거하였다. 계속해서, 수지를 제거한 시료로부터, 다발상 집합체 [A]를 400개 핀셋을 사용하여 취출하고, 이하의 기준에 의해, 분섬 다발 집합체 [a], 결합 다발 집합체 [b], 결합 절단 집합체 [c]로 분류하였다.

분섬 다발 집합체 [a]: 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 실시된 분섬 처리에 기인하여 분할된 세밀한 다발을 분섬 다발 집합체 [a]로 하였다.

결합 다발 집합체 [b]: 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 미분섬 처리 구간이나 낙합부, 낙합 집적부 등의 다발간 결합 인자에 의해, 「다발끼리가 결합된 형상이다」라고 판단할 수 있는 것을 결합 다발 집합체 [b]로 하였다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 「다발끼리가 결합된 형상」이란, 핀셋을 사용하여 다발상 집합체 [A]를 들어올렸을 때에, 적어도 2다발 이상의 다발상 집합체 [A]가 동시에 일어나고, 가볍게 진동시켜도 개별의 다발로 분리되지 않는 상태를 가리킨다.

결합 절단 집합체 [c]: 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 미분섬 처리 구간이나 낙합부, 낙합 집적부 등의 다발간 결합 인자를 절단하여 분할된 흔적이 있는 것, 또는 절단된 후에 프로세스 상의 자연스러운 실 갈라짐에 의해 소편화된 것으로 판단할 수 있는 것을 결합 절단 집합체 [c]로 하였다.

또한, 상기에서 분류된 결합 다발 집합체 [b]의 총 개수로부터, 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 결합 다발 집합체 [b]의 함유율을 산출하였다.

[역학 특성의 평가 방법]

평판을 제작하는 것이 가능한 금형 No.1을 사용하였다. 섬유 강화 수지 성형 재료를 금형 No.1의 중앙부에 배치(차지율로서 50％)한 후, 가압형 프레스기에 의해 10MPa의 가압 하, 약 140℃×5분간의 조건에 의해 경화시켜, 300×400mm의 평판을 얻었다. 평판 길이 방향을 0°로 하고, 얻어진 평판으로부터 0°와 90° 방향으로부터, 각각 100×25×1.6mm의 시험편을 5편(합계 10편) 잘라내고, JIS K7074(1988년)에 준거하여 측정을 실시하였다.

(실시예 1)

섬유 다발 [A-1]을, 와인더를 사용하여 일정 속도 10m/min으로 권출하고, 5Hz로 축 방향으로 진동하는 진동 폭 확대 롤에 통과시켜, 폭 확대 처리를 실시한 후에, 20mm 폭의 폭 규제 롤을 통과시킴으로써 20mm로 폭을 확대한 폭 확대 섬유 다발을 얻었다. 얻어진 폭 확대 섬유 다발에 대해서, 두께 0.2mm, 폭 3mm, 높이 20mm의 돌출 형상을 구비하는 분섬 처리용 철제 플레이트를, 강화 섬유 다발의 폭 방향에 대해서 5mm 등간격으로 병행하게 세팅한 분섬 처리 수단을 준비하였다. 이 분섬 처리 수단을 폭 확대 섬유 다발에 대해서, 간헐식으로 삽입 발취하여, 부분 분섬 섬유 다발을 얻었다.

이때, 분섬 처리 수단은 일정 속도 10m/min으로 주행하는 폭 확대 섬유 다발에 대해서 3sec 간격 분섬 처리 수단을 꽂아 분섬 처리 구간을 생성하고, 0.2sec 간격으로 분섬 처리 수단을 발취하고, 다시 꽂는 동작을 반복하여 행하였다.

얻어진 부분 분섬 섬유 다발은, 분섬 처리 구간에서 섬유 다발이 폭 방향에 대해서 4분할로 분섬되어 있고, 적어도 하나의 분섬 처리 구간의 적어도 하나의 단부에, 단사가 교락한 낙합부가 집적되어 이루어지는 낙합 집적부를 갖고 있었다. 부분 분섬 섬유 다발을 1500m 제작한 바, 한번도 실 끊어짐, 감김을 일으키는 일 없이, 섬유 다발 내에 존재한 섬유의 꼬임은 분섬 처리 수단을 삽입 발취할 때에 주행 방향으로 통과하여, 안정된 폭으로 분섬 처리를 행할 수 있었다.

얻어진 부분 분섬 섬유 다발을 크릴에 설치하여, 보빈 외측의 섬유 다발 단부로부터 권출하고, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 15°로 절단날이 기운 로터리 커터에 연속적으로 삽입하여 섬유 다발을 절단하고, 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]를 얻었다. 이때, 섬유 길이 25mm로 절단할 수 있도록 사전에 절단 간격을 6.5mm로 조정하였다. 또한, 삽입한 부분 분섬 섬유 다발은, 부분 분섬 섬유 다발의 권취 공정이나 절단 공정 중의 실 장력을 가함으로써, 상술한 분섬 처리 공정을 실시하는 때에 20mm 폭까지 폭을 확대한 것인데, 절단 시에 있어서의 섬유 다발 폭 W는 7mm였다.

상기 절단 공정으로부터 계속하여, 다발상 집합체 [A]를 균일 분산하도록 살포함으로써, 섬유 배향이 등방적인 불연속 섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 불연속 섬유 부직포의 단위 면적당 중량은 1kg/㎡였다.

매트릭스 수지 [M-1]을 닥터 블레이드를 사용하여 균일하게 폴리프로필렌제의 이형 필름 2장 각각에 도포하고, 2장의 수지 시트를 제작하였다. 이들 2장의 수지 시트에서 상기의 얻어진 불연속 섬유 부직포를 상하로부터 끼워 넣고, 롤러로 수지를 부직포 중에 함침시킴으로써, 시트상의 섬유 강화 수지 성형 재료를 얻었다. 이때, 섬유 강화 수지 성형 재료의 강화 섬유 중량 함유율이 47％가 되도록, 수지 시트 제작의 단계에서 수지의 도포량을 조정하였다.

얻어진 섬유 강화 수지 성형 재료에 대해서, 전술한 다발상 집합체 [A]의 분류 및 결합 다발 집합체 [b] 함유율의 산출 방법에 기초하여, 결합 다발 집합체 [b] 함유율을 산출한 바, 13％였다. 또한, 상술한 역학 특성의 평가 방법에 기초하여, 섬유 강화 수지 성형 재료를 성형하고, 역학 특성을 평가하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 2)

섬유 다발 [A-2]를, 와인더를 사용하여 일정 속도 10m/min으로 권출하고, 10Hz로 축 방향으로 진동하는 진동 폭 확대 롤에 통과시켜, 폭 확대 처리를 실시한 후에, 60mm 폭의 폭 규제 롤을 통과시킴으로써 60mm로 폭을 확대한 폭 확대 섬유 다발을 얻었다. 얻어진 폭 확대 섬유 다발에 대해서 돌출 형상을 구비하는 분섬 처리용 철제 플레이트를 강화 섬유 다발의 폭 방향에 대해서 3.5mm 등간격으로 병행하게 세팅한 분섬 처리 수단을 사용하여 부분 분섬 섬유 다발을 제작한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 이때, 얻어진 부분 분섬 섬유 다발은 분섬 처리 구간에서 섬유 다발이 폭 방향에 대해서 17분할로 분섬되어 있고, 적어도 하나의 분섬 처리 구간의 적어도 하나의 단부에, 단사가 교락한 낙합부가 집적되어 이루어지는 낙합 집적부를 갖고 있었다. 또한, 섬유 다발 [A-1]에 비해 섬유 다발의 단사수가 많기 때문에, 섬유 다발 절단 시의 폭 W는 20mm였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 3)

다발상 집합체 [A]의 섬유 길이가 12.5mm가 되도록, 절단 간격을 3.2mm로 조정한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 4)

섬유 다발의 절단 각도가 30°, 섬유 길이가 12.5mm가 되도록, 로터리 커터의 절단날의 기울기와 절단 간격을 6.2mm로 조정한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 5)

섬유 다발의 절단 각도가 45°, 섬유 길이가 12.5mm가 되도록, 로터리 커터의 절단날의 기울기와 절단 간격을 8.8mm로 조정한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 6)

섬유 다발 절단 시의 폭 W가 30mm가 되도록, 부분 분섬 섬유 다발을 권취하기 직전에, 섬유 다발의 폭 확대 폭 유지를 위한 잡아당김 롤러를 설치하고, 부분 분섬 섬유 다발 폭을 조정한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 7)

섬유 다발 절단 시의 폭 W가 45mm가 되도록, 부분 분섬 섬유 다발을 권취하기 직전에, 섬유 다발의 폭 확대 폭 유지를 위한 잡아당김 롤러를 설치하고, 부분 분섬 섬유 다발 폭을 조정한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(실시예 8)

섬유 다발을 로터리 커터에 삽입하기 위하여 권출할 때에, 섬유 다발이 권취된 종이관을 제거하고, 보빈 내측의 섬유 다발 단부로부터 권출하는 인사이드 풀 방식으로 섬유 다발을 권출한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

(비교예 1)

부분 분섬 섬유 다발을 절단할 때에, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 90°, 절단 간격 25mm로 절단날이 설치된 로터리 커터를 사용하여 다발상 집합체 [A]를 얻은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 2에 나타내었다.

(비교예 2)

부분 분섬 섬유 다발을 절단할 때에, 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 90°, 절단 간격 25mm로 절단날이 설치된 로터리 커터를 사용하여 다발상 집합체 [A]를 얻은 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 2에 나타내었다.

(비교예 3)

섬유 다발 [A-2]에 분섬 처리를 실시하지 않은 채 절단하여, 다발상 집합체 [A]를 얻은 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과는 표 2에 나타내었다.

실시예 1 내지 8에 대해서, 우수한 역학 특성(굽힘 강도, 탄성률), 저변동을 양립하여 발현하는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 4, 5에 대해서는, 절단 각도를 크게 함으로써, 섬유 다발 단부 부위에 있어서의 응력 집중이 커지기 때문에, 역학특성의 저하가 보였지만, 문제없는 레벨인 것을 확인하였다. 또한, 실시예 3, 6, 7에 대해서는, 절단 시의 섬유 다발 폭을 조정함으로써, 미분섬 처리 구간이나 낙합부, 낙합 집적부 등의 다발간 결합 인자를 세분화할 수 있고, 역학 특성의 향상과, 변동의 저감(예를 들어, 굽힘 탄성률의 CV(Coefficient of Variation; 변동 계수)값의 저감)에 현저한 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 8에 대해서는, 부분 분섬 섬유 다발을 절단하여 얻어진 다발상 집합체 [A]를 살포 시에 소량 채취하고, 섬유 길이의 확인을 행한 바, 섬유 길이가 12.5mm로부터 벗어난 것도 보였지만, 그 비율은 작고, 실질적으로는 목적으로 하는 섬유 길이로 절단되어 있다고 판단할 수 있는 레벨이었다.

한편, 비교예 1 내지 3에 대해서, 비교예 1, 2에 있어서는, 섬유 다발의 절단 각도를 90°로 절단했기 때문에, 섬유 다발 단부 부위에서의 응력 집중이 발생하고, 또한 결합 다발 집합체 [b]의 함유율도 높고, 역학 특성의 저하와 변동의 증대가 보였다. 또한, 비교예 3에 있어서는, 강화 섬유 다발로 분섬 처리를 실시하지 않았기 때문에, 결합 다발 집합체 [b]의 함유율이 높고, 비교예 1, 2와 동일하게, 역학 특성의 저하와 변동의 증대가 보였다.

본 발명은 특히 높은 역학 특성과 그 역학 특성의 변동 저감이 요구되는 모든 성형품의 제조에 사용 가능한 섬유 강화 수지 성형 재료를 제공할 수 있다.

1, 17, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91: 부분 분섬 섬유 다발
2, 13, 15, 23, 32, 42, 64, 74: 분섬 처리 구간
3, 14, 16, 28, 33, 52, 62, 72, 82: 미분섬 처리 구간
4: 절단날
5: 다발상 집합체 [A]
11, 25, 63: 낙합부
12, 26, 73: 낙합 집적부
20: 섬유 다발
21: 분섬 수단
22: 돌출부
24: 접촉부
27: 보풀 축적
34, 35, 43, 53, 65, 75, 83, 92: 절단면
36, 37: 다발상 집합체
100: 보빈의 감기 방향
101: 섬유 다발의 인출 방향
102: 섬유 다발의 풀림새 꼬임
103: 풀림새 꼬임을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발

Claims (6)

1. 적어도 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료로서,
   상기 다발상 집합체 [A]는, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 대해서 각도 θ(0°<θ<90°)로 절단한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 적어도 하나의 상기 분섬 처리 구간의 적어도 한쪽의 단부에 상기 단사가 교락한 낙합부, 및/또는 해당 낙합부가 집적되어 이루어지는 낙합 집적부가 형성되어 있는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다발상 집합체 [A]가,
   분섬 처리에 의해 임의의 다발 개수로 분할된 분섬 다발 집합체 [a]와,
   상기 미분섬 처리 구간 및/또는 상기 낙합부 및/또는 상기 낙합 집적부에 의해, 섬유 다발의 단사끼리가 결합된 결합 다발 집합체 [b]와,
   상기 미분섬 처리 구간 및/또는 상기 낙합부 및/또는 상기 낙합 집적부와, 상기 부분 분섬 섬유 다발의 절단 시의 절단면이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 상기 섬유 다발의 단사끼리의 결합이 절단되어 있는 결합 절단 집합체 [c] 중, 적어도 1종의 집합체를 포함하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
4. 제3항에 있어서, 상기 다발상 집합체 [A]에 있어서, 상기 결합 다발 집합체 [b]의 함유율이 0 내지 15％의 범위에 있는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료를 제조하는 방법으로서, 상기 다발상 집합체 [A]를 얻을 때에, 하기 식 (1)을 만족하도록 상기 부분 분섬 섬유 다발을 절단하는 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.
   W·cosθ/D≥3 …(1)
   W: 부분 분섬 섬유 다발 절단 시의 섬유 다발 폭
   D: 다발상 집합체 [A]에 있어서의 절단면의 간격
6. 제5항에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발을 절단하기 전의 임의인 타이밍에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발에 폭 확대 처리를 실시하는, 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.

Images