KR20190068523A

KR20190068523A - 랜덤 매트 및 그의 제조 방법 그리고 그것을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료

Info

Publication number: KR20190068523A
Application number: KR1020197008975A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 모토하시; 다카후미 하시모토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-06-18
Also published as: PT3527344T; JP7035536B2; EP3527344B9; MX2019003957A; CN109890586B; TW201821508A; JPWO2018070254A1; WO2018070254A1; KR102405008B1; HUE054377T2; EP3527344A4; EP3527344B1; ES2870850T3; CA3038957A1; US11168190B2; EP3527344A1; US20190233604A1; CN109890586A

Abstract

섬유 다발의 길이 방향을 따라서 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과, 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 비스듬히 절단하여 얻어지는 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하고, 촙드 섬유 다발 [A]가, 양쪽 선단간에 있어서 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적이 특정한 변화량을 나타내는 것을 포함하는 랜덤 매트, 그의 제조 방법 및 그것을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료. 본 발명의 특정한 촙드 섬유 다발 [A]를 가지고 있음으로써, 성형 시의 우수한 유동성을 실현할 수 있고, 성형품으로 하였을 때의 높은 역학 특성(강도, 탄성률)을 실현할 수 있음과 함께 그 역학 특성의 변동을 작게 억제할 수 있다.

Description

랜덤 매트 및 그의 제조 방법 그리고 그것을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료

본 발명은, 강화 섬유의 촙드 섬유 다발을 포함하는 랜덤 매트, 그 랜덤 매트의 제조 방법, 및 그 랜덤 매트를 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에 관한 것이다.

연속 강화 섬유(예를 들어, 탄소 섬유)의 섬유 다발을 절단한 불연속 강화 섬유의 섬유 다발(이하, 촙드 섬유 다발이라 함)을 랜덤하게 분산시킨 촙드 섬유 다발을 포함하는 랜덤 매트와, 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, 2). 이러한 종래의 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 섬유 강화 수지 성형 재료 중의 섬유 다발이 소정의 스트랜드로 형성된, 소정의 단사수의 섬유 다발을 포함하는 경우, 통상적으로 단사수가 많은 섬유 다발을 포함하는 성형 재료에서는, 성형 시의 유동성에는 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 파단될 때 등에 성형품 중의 섬유 다발 단부 부위 등에서 응력 집중이 발생할 가능성이 높아, 높은 역학 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 분산되고, 성형품 중의 섬유 다발 단부 부위 등에서 응력 집중이 발생할 가능성이 낮아져, 성형품의 역학 특성이 높아지는 반면, 성형 시에는 기대한 만큼 높은 유동성이 얻어지지 않을 우려가 남아 있다.

이와 같이, 비교적 단사수가 많은 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 생산 효율도 높고, 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 특성에는 우수하지만, 성형 시의 유동성은 높이기 어렵다는 경향이 있다.

이러한 경향에 착안하여, 특허문헌 3에는, 적어도 불연속인 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 절단되어 형성된 강화 섬유 집합체 A와, 상기 할섬 처리가 실시되지 않거나, 또는/및 상기 할섬 처리가 불충분한 미할섬부를 포함하는 강화 섬유 집합체 B의 양쪽을 소정의 비율로 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료가 제안되어 있다. 이 제안에 의해, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 양호한 밸런스로 양립시키는 것이 가능하게 되었다. 그러나, 특허문헌 3에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 기본적으로 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체가, 섬유 다발의 길이 방향과 직교하는 방향으로 절단되어 형성되어 있었기 때문에, 성형품에 있어서 다발상 집합체의 단부에 응력 집중이 발생하기 쉬워지는 경향이 남아 있을 우려가 있다.

한편, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 양호한 밸런스로 양립시키기 위한 다른 방법으로서, 특허문헌 4에는, 섬유 다발의 양단부에 선단을 향해 강화 섬유의 개수가 변화되는 천이 구간을 갖는 촙드 섬유 다발로서, 양단부간에 있어서 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적 단위 길이당 변화량을 작게 억제한 촙드 섬유 다발이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 4에 기재된 촙드 섬유 다발은, 기본적으로는 소정 개수의 연속 강화 섬유를 묶은 연속 강화 섬유 다발을 절단하여 얻어지는 것이기 때문에, 특히 촙드 섬유 다발의 단사수가 많고, 섬유 다발이 굵은 경우 등에, 역시 성형품에 있어서 촙드 섬유 다발의 단부에 응력 집중이 발생하기 쉬워지는 경향이 남아 있을 우려가 있다.

이와 같이, 특허문헌 3이나 특허문헌 4에 의한 제안에 의해, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품의 우수한 역학 특성을 양호한 밸런스로 양립시키기 위한 개선이 진행되고 있지만, 이들 제안보다도 성형 시의 더욱 양호한 유동성, 성형품의 더 높은 역학 특성(강도, 탄성률)과 그 변동의 더 한층의 저감이 요구되고 있다.

일본 특허 공개 제2013-202890호 공보 일본 특허 공개 제2008-174605호 공보 WO2016/043037호 공보 일본 특허 제5672947호 공보

여기에서 본 발명의 과제는, 상기와 같은 요구를 감안하여, 종래 기술에 비해, 더욱 양호한 성형 시의 유동성과, 성형품에 있어서의 더욱 높은 역학 특성(강도, 탄성률)과 그 변동의 더 한층의 저감이 가능한 랜덤 매트 및 그의 제조 방법 그리고 그것을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 랜덤 매트는, 적어도 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 랜덤 매트로서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]는, 적어도 하기 (a) 내지 (d)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.

(a) 상기 촙드 섬유 다발 [A]는, 복수의 강화 섬유를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향에 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과, 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체로서,

(b) 상기 촙드 섬유 다발 [A]는, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 있어서의 한쪽 선단인 제1 선단으로부터 다른 쪽 선단인 제2 선단을 향하여, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 직각인 방향의 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 개수가 증가하는 제1 천이 구간을 가짐과 함께, 상기 제2 선단으로부터 상기 제1 선단을 향하여, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 개수가 증가하는 제2 천이 구간을 가지고,

(c) 상기 제1 천이 구간과 상기 제2 천이 구간 사이에, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 따라서, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 개수가 불변인 불변 구간을 가지고, 해당 불변 구간의 한쪽 단부면이, 상기 제1 천이 구간의 상기 제1 선단과는 반대측의 종단부인 제1 종단부면에 일치함과 함께, 상기 불변 구간의 다른 쪽 단부면이, 상기 제2 천이 구간의 상기 제2 선단과는 반대측의 종단부인 제2 종단부면에 일치하거나, 또는 상기 제1 종단부면과 상기 제2 종단부면이 직접 일치하며, 또한

(d) 상기 제1 선단과 상기 제2 선단 사이에 있어서, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 상기 섬유 다발의 길이 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하인 촙드 섬유 다발.

이러한 본 발명에 따른 랜덤 매트에 있어서는, 촙드 섬유 다발 [A]는, 복수의 강화 섬유를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향에 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과, 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체로서, 섬유 다발의 길이 방향 양단부측에, 섬유 다발의 길이 방향에 직각인 방향의 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 개수가 변화되는 제1 천이 구간과 제2 천이 구간을 갖는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체이다. 즉, 특허문헌 3에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 [A]는, 섬유 다발의 길이 방향과 직교하는 방향으로 절단되어 형성되어 있었지만, 본 발명에서는, 특히 제1 천이 구간과 제2 천이 구간을 갖도록 부분 분섬 섬유 다발이 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 비스듬히 절단됨으로써 형성되어 있다. 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 비스듬히 절단됨으로써, 절단면이 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간에 걸쳐 연장되는 것이 가능해지고, 그것에 의해 특히, 형성된 다발상 집합체 [A]의 단부가 성형품에 있어서 응력이 집중되기 어려운 형상(각종의 예를 후술함)으로 형성되기 쉬워지고, 또한 특허문헌 3에 있어서의 강화 섬유 집합체 B와 같은 섬유 다발을, 보다 소폭화하는 것도 가능해진다. 또한, 촙드 섬유 다발 [A]의 형성에 사용되는 섬유 다발이, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]이기 때문에, 특허문헌 4에 있어어와 같이 소정 개수의 연속 강화 섬유를 묶은 연속 강화 섬유 다발을 절단하여 얻어지는 촙드 섬유 다발에 비해, 성형품에 있어서 촙드 섬유 다발의 단부에 응력 집중이 발생하기 어려워진다. 또한, 촙드 섬유 다발의 제1 선단과 제2 선단 사이에 있어서, 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 섬유 다발의 길이 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하로 작게 억제되어 있으므로, 성형품에 있어서 촙드 섬유 다발의 단부에 있어서의 응력 집중이 보다 유효하게 보다 원활하게 방지된다. 즉, 본 발명에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 천이 구간의 선단으로부터 종단부를 향하여, 강화 섬유의 개수가 증가하는 상태는, 반대로 촙드 섬유 다발 [A]의 중앙부로부터 촙드 섬유 다발 [A]의 선단을 향하여, 강화 섬유의 개수가 감소하는 상태라고 표현할 수 있다. 이 강화 섬유의 개수의 감소 상태에 의해, 성형품에 있어서의 응력 집중의 발생이 방지된다. 이 강화 섬유의 개수의 감소 상태는, 강화 섬유의 개수가 서서히, 즉, 연속적으로 감소되는 형태가 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]가 굵고, 강화 섬유의 개수가 많으며, 강화 섬유의 총 단면적이 큰 쪽이, 응력 집중의 발생의 방지 효과가 커진다. 강화 섬유의 총 단면적이 크면 클수록, 성형품 중의 하나의 촙드 섬유 다발 [A]가 부담하는 하중이 커지지만, 부담하는 하중이 커도, 그 하중이, 인접하는 촙드 섬유 다발 [A]의 단부에, 매트릭스 수지를 통해 단숨에 전달되는 상태는, 천이 구간에 있어서의 강화 섬유의 개수의 감소 상태에 의해, 효과적으로 방지된다. 즉, 인접하는 촙드 섬유 다발 [A] 사이의 하중의 전달은, 천이 구간에 있어서의 강화 섬유의 개수의 감소 상태에 의해, 특히 급격한 개수의 변화가 없는 상태로 됨으로써 서서히 행해져, 촙드 섬유 다발 [A]의 단부에 있어서의 응력 집중이 보다 유효하게 방지됨과 함께, 촙드 섬유 다발 [A]의 전체에 걸쳐 응력 집중이 발생하는 것이 보다 유효하게 방지되게 된다. 그 결과, 성형품에 있어서, 더 높은 역학 특성(강도, 탄성률)의 발현과 그 역학 특성의 변동의 더 한층의 저감이 가능해진다. 성형 시의 양호한 유동성에 대해서는, 부분 분섬 섬유 다발이 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체인 촙드 섬유 다발 [A]로 절단됨으로써 확보되고 있다.

또한, 상기 본 발명에 따른 본 발명에 따른 랜덤 매트에 있어서는, 상기 (a) 내지 (d)를 만족시키는 촙드 섬유 다발 [A]가 포함되어 있으면 되고, (a) 내지 (d)의 모두를 만족시키지 못하는 촙드 섬유 다발(예를 들어, 상기 (a)를 만족시키고, 상기 (d)에 있어서, 「상기 제1 선단과 상기 제2 선단 사이에 있어서, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 상기 섬유 다발의 길이 방향으로 1mm당 0.05mm²를 초과하는 촙드 섬유 다발」이며, 상기 (b), (c)를 만족시키지 못하는 것, 또는 만족시키는 것)이 본 발명의 목적, 효과를 손상시키지 않는 범위에서 포함되어 있어도 지장없다.

상기 본 발명에 따른 본 발명에 따른 랜덤 매트에 있어서는, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]에 있어서, 적어도 하나의 상기 분섬 처리 구간의 적어도 한쪽 단부에 상기 단사가 교락된 락합부, 및/또는 해당 락합부가 집적되어 이루어지는 락합 집적부가 형성되어 있는 형태를 채용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 랜덤 매트에 있어서는, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체가 적어도 하기 집합체 [X] 내지 [Z]로 분류되고, 상기 촙드 섬유 다발 [A]는 집합체 [X], [Y], [Z] 중 적어도 1종을 포함하는 형태를 채용할 수 있다.

집합체 [X]: 분섬 처리에 의해 임의의 다발 개수로 분할된 분섬 다발 집합체

집합체 [Y]: 상기 미분섬 처리 구간, 및/또는 적어도 하나의 상기 분섬 처리 구간의 적어도 한쪽 단부에 형성된 상기 강화 섬유가 교락된 락합부, 및/또는 해당 락합부가 집적되어 이루어지는 락합 집적부에 의해, 섬유 다발의 강화 섬유끼리가 결합된 결합 다발 집합체

집합체 [Z]: 상기 미분섬 처리 구간, 및/또는 상기 락합부, 및/또는 상기 락합 집적부와, 상기 부분 분섬 섬유 다발의 절단 시의 절단면이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 상기 섬유 다발의 강화 섬유끼리의 결합이 절단되어 있는 결합 절단 집합체

이 형태에 있어서는, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 중, 상기 결합 다발 집합체 [Y]의 함유율이 0 내지 15％의 범위에 있는 것이 바람직하다. 즉, 결합 다발 집합체 [Y]는 포함되어 있지 않아도 되지만, 포함되어 있는 경우에는, 함유율을 높아도 15％로 억제해두는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기와 같은 랜덤 매트의 제조 방법에 대해서도 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 랜덤 매트의 제조 방법은 상기와 같은 랜덤 매트를 제조하는 방법으로서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 얻을 때, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 상기 섬유 다발의 길이 방향에 대하여, 각도(θ)(3°≤θ≤30°)로 절단하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다.

이 랜덤 매트의 제조 방법에 있어서는, 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 얻을 때, 하기 식 (1)을 만족시키도록 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하는 것이 바람직하다.

W·cosθ/D≥3 …(1)

W: 부분 분섬 섬유 다발 절단 시의 섬유 다발폭

D: 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서의 절단면의 간격

또한, 본 발명은, 상기와 같은 랜덤 매트와 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료에 대해서도 제공한다.

본 발명에 따른 랜덤 매트 및 그의 제조 방법 그리고 그것을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에 의하면, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를, 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 비스듬히 절단함으로써 형성된 특정한 불연속 강화 섬유의 촙드 섬유 다발 [A]를 가지고 있음으로써, 성형 시의 우수한 유동성을 실현할 수 있고, 성형품으로 하였을 때의 매우 높은 역학 특성(강도, 탄성률)을 실현할 수 있음과 함께 그 역학 특성의 변동을 작게 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발 [B]와 그 절단예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 일 형태예를 나타내는 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 다른 형태예를 나타내는 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 4는 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 또 다른 형태예를 나타내는 섬유 다발의 개략 평면도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도 (A)와 개략적인 측면도 (B)이다.
도 6은 본 발명에 있어서의 경사 절단의 기본적인 기술 사상을 나타내는 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 개략 평면도이다.
도 7은 직교 절단의 일례를 나타내는 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 개략 평면도이다.
도 8은 본 발명에 있어서의 분섬 다발 집합체 [X]의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명에 있어서의 결합 다발 집합체 [Y]의 제작 방법의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 10은 본 발명에 있어서의 결합 다발 집합체 [Y]의 제작 방법의 다른 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 11은 본 발명에 있어서의 결합 다발 집합체 [Y]의 제작 방법의 또 다른 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 12는 본 발명에 있어서의 결합 절단 집합체 [Z]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 촙드 섬유 다발 [A]의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 15는 본 발명에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 다른 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 16은 본 발명에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 또 다른 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 17은 본 발명에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 또 다른 각종의 예를 나타내는 개략 평면도이다.
도 18은 도 15의 촙드 섬유 다발 [A]의 평면도 (a), 측면도 (b), 및 당해 촙드 섬유 다발의 강화 섬유의 배열 방향에 있어서의 강화 섬유의 개수의 증감 상태를 나타내는 그래프(c)이다.
도 19는 도 16의 촙드 섬유 다발 [A]의 평면도 (a), 측면도 (b), 및 당해 촙드 섬유 다발의 강화 섬유의 배열 방향에 있어서의 강화 섬유의 개수의 증감 상태를 나타내는 그래프 (c)이다.
도 20은 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 21은 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 개략 사시도이다.

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

우선, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발 [B]에 대하여 설명한다. 우선, 도 1을 참조하여, 복수의 강화 섬유(F)를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향(L)에 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간(2)과, 미분섬 처리 구간(3)이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]1과, 그 절단에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 분섬 처리 구간(2)과 미분섬 처리 구간(3)이 섬유 다발의 길이 방향(L)에 따라서 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]1이 방향 A로 주행되고, 절단날(4)에 의해 부분 분섬 섬유 다발 [B]1이 섬유 다발을 횡단하는 방향으로 절단되어 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체를 포함하는 촙드 섬유 다발 [A]5가 형성된다. 여기서 촙드 섬유 다발 [A]5를 얻는 방법의 바람직한 일례로서, 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 각도(θ)로 절단하는 방법을 들 수 있다. 이 절단 각도(θ)는, 예를 들어 3°≤θ≤30°로 되어, 경사 방향 절단으로 되어 있다. 이러한 절단 각도(θ)의 범위에 있어서는, 성형 시의 양호한 유동성과 성형품이 높은 역학 특성과 그 저변동이 실현 가능해진다.

절단 전의 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]1은, 기본적으로는 도 1에 도시한 분섬 처리 구간(2)과 미분섬 처리 구간(3)이 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 교대로 형성되어 이루어지는 형태를 가지지만, 도 2이나 도 3에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 분섬 처리 구간(2)의 적어도 한쪽 단부에 강화 섬유가 교락된 락합부(11), 및/또는 해당 락합부가 집적되어 이루어지는 락합 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)와 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 [B]17도, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발에 포함된다.

상기와 같은 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발 [B]는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이 형성된다. 도 5는, 주행하는 섬유 다발(20)에 분섬 수단(21)을 찔러 넣은 일례를 나타내는 (A) 개략 평면도, (B) 개략적인 측면도이다. 도면 중의 섬유 다발 주행 방향 A(화살표)가 섬유 다발(20)의 길이 방향이며, 도시되지 않는 섬유 다발 공급 장치로부터 연속적으로 섬유 다발(20)이 공급되고 있음을 나타낸다. 분섬 수단(21)은, 섬유 다발(20)에 찔러 넣기 쉬운 돌출 형상을 갖는 돌출부(22)를 구비하고 있으며, 주행하는 섬유 다발(20)에 찔러 넣어, 섬유 다발(20)의 길이 방향으로 대략 평행한 분섬 처리 구간(23)을 생성한다. 분섬되는 섬유 다발수에 따라서, 복수의 분섬 수단(21)을 동시에 사용하는 것도 가능하다. 복수의 분섬 수단(21)을 병렬, 엇갈림, 위상을 어긋나게 하는 등 하여, 복수의 돌출부(22)를 임의로 배치할 수 있다.

복수의 강화 섬유를 포함하는 섬유 다발(20)을, 분섬 수단(21)에 의해 개수가 보다 적은 분섬 다발로 나누어 가는 경우, 복수의 강화 섬유는, 실질적으로 섬유 다발(20) 내에서, 정돈된 상태는 아니고, 단사 레벨에서는 교락되어 있는 부분이 많기 때문에, 분섬 처리 중에 접촉부(24) 부근에 강화 섬유가 교락된 락합부(25)를 형성하는 경우가 있다. 여기서, 락합부(25)를 형성한다는 것은, 예를 들어 분섬 처리 구간 내에 미리 존재하고 있던 강화 섬유끼리의 교락을 분섬 수단(21)에 의해 접촉부(24)로 형성(이동)시키는 경우나, 분섬 수단(21)에 의해 새롭게 강화 섬유가 교락된 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 락합부(25)가 집적된 락합 집적부(26)가 생성된다. 또한, 분섬 처리 중에 섬유 다발로부터 발생한 보풀은 보풀 모임부(27)로서 분섬 처리 시에 락합 집적부(26) 부근에 생성되는 경우가 있다.

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

이어서, 도 6에, 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 경사 절단을 채용한 본 발명에 있어서의 기본적인 기술 사상을, 도 7의 부분 분섬 섬유 다발 [B]의 직교 절단을 채용한 경우와 비교하면서 설명한다. 도 6, 도 7에 있어서, 31은, 복수의 강화 섬유를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향에 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간(32)과, 전술한 락합부 등을 포함하는 미분섬 처리 구간(33)이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 나타내고 있다. 도 7에 있어서는, 부분 분섬 섬유 다발 [B]31에 대한 절단면(35)이 섬유 다발의 길이 방향 X-X에 대하여 직교하는 방향(90° 방향)으로 되어 있는 것에 비해, 본 발명에 있어서는 섬유 다발의 길이 방향 X-X에 대한 절단면(34)의 각도(θ)가 경사 방향의 각도(θ)(바람직하게는 3°≤θ≤30°)로 되어 있다.

그리고, 상기와 같은 절단에 의해 얻어진 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체인 촙드 섬유 다발 [A]와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 랜덤하게 분산시켜 가열·가압하여 성형된 성형품으로부터 매트릭스 수지 [M]을 연소시켜 제거하여 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체만을 남기고 평면도로서 관찰하면, 예를 들어 도 6, 도 7의 우측에 예시되는 불연속 강화 섬유 다발상 집합체 분포도가 된다. 도 7에 있어서의 분포도에서는, 주로 락합부 등을 포함하는 미분섬 처리 구간(33)의 양측에서 절단면(35)으로 절단됨으로써 형성된, 섬유 다발의 길이 방향 단부가 비교적 폭이 넓으며 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 단부로서 형성된 다발상 집합체(36)가 실질적으로 원래 형태와 동일한 형태로 그대로 남아 있다. 이러한 다발상 집합체(36)의 단부에서는 전술한 바와 같이, 응력 집중이 일어나기 쉽고, 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 락합부 등을 포함하는 미분섬 처리 구간(33)을 포함하여 비스듬히 절단됨으로써 형성된 다발상 집합체(37)에 있어서도, 비교적 폭이 좁으며 또한 단부로 갈수록 보다 폭이 좁아지고, 게다가 다발상 집합체(36)에 있어서와 같이 응력 집중이 일어나기 쉬운 단부를 가지지 않는 다발상 집합체의 형태가 된다. 따라서, 성형품의 역학 특성의 향상이나, 역학 특성의 변동의 저감이 가능해진다.

상기와 같이 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체는, 예를 들어 적어도 하기 집합체 [X] 내지 [Z]로 분류되고, 촙드 섬유 다발 [A]는 집합체 [X], [Y], [Z] 중 적어도 1종을 포함하는 형태로 할 수 있다.

상기 분섬 다발 집합체 [X]는, 예를 들어 도 8에 나타내는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발(41)의 분섬 처리 구간(42) 내에 있어서 절단 각도(θ)(바람직하게는 3°≤θ≤30°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 기울어진 절단면(43)으로 절단됨으로써, 소폭이며 소정 길이의, 임의의 복수의 분섬 다발 집합체 [X]로서 형성된다.

상기 결합 다발 집합체 [Y]에 대하여 예시함에 있어서, 결합 다발 집합체 [Y]는, 예를 들어 도 9에 나타내는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발 [B]51의 주로 미분섬 처리 구간(52)에 있어서 절단 각도(θ)(바람직하게는 3°≤θ≤30°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 기울어진 절단면(53)으로 절단됨으로써, 섬유 다발의 길이 방향 단부에 절입을 넣은 결합 다발 집합체 [Y]로서 형성된다. 또는, 결합 다발 집합체 [Y]는, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발 [B]61의 미분섬 처리 구간(62)과 단부에 락합부(63)를 갖는 분섬 처리 구간(64)에 걸쳐, 절단 각도(θ)(바람직하게는 3°≤θ≤30°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 기울어진 절단면(65)으로 절단됨으로써, 섬유 다발의 길이 방향 단부에 깊은 홈이 들어간, 락합부(63)를 갖는 결합 다발 집합체 [Y]로서 형성된다. 또는, 결합 다발 집합체 [Y]는, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발 [B]71의 미분섬 처리 구간(72)과 단부에 락합 집적부(73)를 갖는 분섬 처리 구간(74)에 걸쳐, 절단 각도(θ)(바람직하게는 3°≤θ≤30°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 기울어진 절단면(75)으로 절단됨으로써, 섬유 다발의 길이 방향 단부에 깊은 홈이 들어간, 락합 집적부(73)를 갖는 결합 다발 집합체 [Y]로서 형성된다.

또한, 상기 결합 절단 집합체 [Z]는, 예를 들어 도 12에 나타내는 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)(바람직하게는 3°≤θ≤30°)로 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 기울어진 절단면(83)으로 절단됨으로써, 평균 섬유 다발 길이가 비교적 긴 소폭의, 길이 방향 단부가 더 소폭으로 된 결합 절단 집합체 [Z]로서 형성된다. 도시한 예에서는, 미분섬 처리 구간(82)과, 부분 분섬 섬유 다발 [B]81의 절단 시의 절단면(83)이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 섬유 다발(81)의 단사끼리의 결합이 절단되어 있다.

또한, 상기 결합 절단 집합체 [Z]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 소(小)다발화된 집합체도 본 발명에 있어서는 상기 결합 절단 집합체 [Z]에 포함한다.

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

{N(Y)/N(A)}×100 …(2)

본 발명에 있어서는, 상기와 같은 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 제조하는 경우, 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 얻을 때, 하기 식 (1)을 만족시키도록 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하는 것이 바람직하다.

W·cosθ/D≥3 …(1)

W: 부분 분섬 섬유 다발 절단 시의 섬유 다발폭

D: 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서의 절단면의 간격

예를 들어 도 13에 나타내는 바와 같이, 절단 각도를 θ, 부분 분섬 섬유 다발 [B]91의 절단 시의 섬유 다발의 폭을 W, 절단면(92)의 간격을 D라 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 식으로부터 상기 식 (1)이 성립된다. 상기 식 (1)을 만족시키도록 부분 분섬 섬유 다발을 절단함으로써, 상기 결합 절단 집합체 [Z]가 효과적으로 세(細)다발화되어, 역학 특성의 향상에 기여하기 때문에 바람직하다.

이 식 (1)로부터는, 결합 집합체 [Y]를 작게 세단하기 위해서는 W를 크게 하는(섬유 다발폭을 넓히는) 것이 효과적인 것을 알 수 있다. 이 때, W를 크게 함으로써, 절단하여 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 두께가 얇아지기 때문에, 후술하는 촙드 섬유 다발 [A]의 편평율을 크게 할 수 있고, 성형품 중에 있어서 촙드 섬유 다발 [A] 단부의 응력 집중 완화나, 촙드 섬유 다발 [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 절단 시에, 촙드 섬유 다발로서의 형태를 유지할 수 없어, 단사 갈라짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, 상기 랜덤 매트와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료로 하였을 때, 성형 시에 유동성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, W는 5mm≤W≤100mm의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5mm≤W≤50mm이다. 또한, 절단 각도(θ)를 작게 해도 된다. 단, 다발 형태 유지성이나 프로세스성으로부터 한계가 있다. 또한, 상기 식 (1)을 만족시키기 위해서는, 절단면의 간격 D로도 제어할 수 있지만, 섬유 길이가 변동되어버릴 우려가 있기 때문에, 목적으로 하는 섬유 길이로 절단할 수 있도록 기본적으로는 D는 고정값으로서 두는 것이 좋다.

이와 같이, 본 발명에 있어서는, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를, 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 비스듬히 절단함으로써 형성된 특정한 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체를 포함하는 촙드 섬유 다발 [A]를 가지고 있음으로써, 성형 시의 유동성을 높이면서, 성형품으로 하였을 때의 매우 높은 역학 특성(강도, 탄성률)을 실현할 수 있음과 함께 그 역학 특성의 변동을 작게 억제하는 것이 가능해진다.

이어서, 상기와 같은 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 몇개의 실시 양태를, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 14는, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 일례의 평면도이다. 도 14에 있어서, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)는, 1 방향으로 배열된 다수개의 강화 섬유(111)와 다수개의 강화 섬유(111)를 집속하는 집속제(도시되어 있지 않음)를 포함한다. 각 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)는, 예를 들어 5 내지 100mm이다.

촙드 섬유 다발 [A](CFB1)는, 강화 섬유(111)의 배열 방향에 있어서의 한쪽 선단인 제1 선단(112a)으로부터 다른 쪽 선단인 제2 선단(112b)을 향하여, 강화 섬유(111)의 배열 방향(절단 전의 섬유 다발의 길이 방향, 이하 동일함)에 직각인 방향의 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수가 증가하는 제1 천이 구간(113a)을 갖는다. 또한, 제2 선단(112b)으로부터 제1 선단(112a)을 향하여, 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수가 증가하는 제2 천이 구간(113b)을 갖는다.

강화 섬유(111)의 배열 방향은, 도 14에 있어서, 도면의 상하 방향으로 그려져 있다. 강화 섬유(111)의 배열 방향은, 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 길이 방향이기도 하다. 강화 섬유(11)의 배열 방향에 직각인 방향은, 도 14에 있어서, 도면의 좌우 방향으로 그려져 있다. 강화 섬유(111)의 배열 방향에 직각인 방향은, 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 폭 방향이기도 하다.

제1 천이 구간(113a)와 제2 천이 구간(113b) 사이에, 강화 섬유(111)의 배열 방향에 따라서, 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수가 불변인 불변 구간(114)을 갖는다. 불변 구간(114)의 한쪽 단부면(114Ea)이, 제1 천이 구간(113a)의 제1 선단(112a)과는 반대측의 종단부인 제1 종단부면(113Ea)에 일치하고 있다. 또한, 불변 구간(114)의 다른 쪽 단부면(114Eb)이, 제2 천이 구간(113b)의 제2 선단(112b)과는 반대측의 종단부인 제2 종단부면(113Eb)에 일치하고 있다.

촙드 섬유 다발 [A](CFB1)는, 제1 선단(112a)과 제2 선단(112b) 사이에 있어서, 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 강화 섬유(111)의 배열 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하로 되어 있다.

도 14는, 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 강화 섬유(111)의 배열 방향에 직각인 방향의 폭이 최대가 되는 상태가 묘화된 평면도이다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)는, 불변 구간(114)의 전역에 있어서 최대 폭(Wb)을 갖는다. 최대 폭(Wb)을 갖는 위치(구간)에 있어서, 강화 섬유(111)의 개수가 최대가 된다.

도 14에 있어서, 제1 천이 구간(113a) 및 제2 천이 구간(113b)의 양쪽의 천이 구간의 외형상에 있어서의 선단으로부터 종단부를 향하는 한쪽 변(115a, 115b)의 각각은, 강화 섬유(111)의 배열 방향에 따른 직선상의 선분으로 형성되고, 다른 쪽 변(116a, 116b)의 각각은, 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)가 제조될 때에 절단된 다수의 강화 섬유(111)의 절단 단부가 배열되는 직선상의 선분으로 형성되어 있다.

촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 변(115a)과 변(115b) 사이의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 폭 방향에 있어서의 거리는, 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 지름 폭(Wd)이며, 제1 선단(112a)과 제2 선단(112b) 사이의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 길이 방향의 거리는, 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 지름 길이(Ld)이다.

도 15는, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 다른 일례의 평면도이다. 도 15에 있어서, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)는, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)와 동일한 형태를 갖는다. 따라서, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 각 부위에는, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 그것에 상당하는 부위의 부호와 동일한 부호가 부여되어 있다.

도 15의 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)와 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 상이는, 도 15의 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 불변 구간(114)에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 폭(Wb), 즉, 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 지름 폭(Wd)이, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 지름 폭(Wd)에 비해 좁은 점에 있다. 그 결과, 도 15의 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 제1 천이 구간(113a)에 있어서의 다수개의 강화 섬유(111)의 절단 단부가 배열되는 변(116a)의 길이는, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 변(116a)의 길이보다 짧고, 또한 도 15의 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 제2 천이 구간(113b)에 있어서의 다수개의 강화 섬유(111)의 절단 단부가 배열되는 변(116b)의 길이는, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 변(116b)의 길이보다 짧게 되어 있다.

촙드 섬유 다발 [A](CFB2)에 있어서의 각 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)는, 본 실시 양태에서는 5 내지 100mm이다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)는, 제1 선단(112a)와 제2 선단(112b) 사이에 있어서 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 강화 섬유(111)의 배열 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하로 되어 있다.

도 16은, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 또 다른 일례의 평면도이다. 도 16에 있어서, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)는, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 불변 구간(114)을 가지지 않는 점을 제외하고, 도 14의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)와 동일한 형태를 갖는다. 따라서, 도 16의 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 각 부위에는, 도 1의 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)의 그것에 상당하는 부위의 부호와 동일한 부호가 부여되어 있다.

도 16의 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)는, 강화 섬유(111)의 개수가 제1 선단(112a)으로부터 제2 선단(112b)을 향해 증가하는 제1 천이 구간(113a)과 강화 섬유(111)의 개수가 제2 선단(112b)으로부터 제1 선단(112a)을 향해 증가하는 제2 천이 구간(113b)을 포함한다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)에 있어서, 제1 천이 구간(113a)의 제1 선단(112a)과는 반대측의 종단부인 제1 종단부면(113Ea)과 제2 천이 구간(113b)의 제2 선단(112b)과는 반대측의 종단부인 제2 종단부면(113Eb)이 직접 일치하고 있다.

촙드 섬유 다발 [A](CFB3)는, 이들 양쪽 종단부면(113Ea, 113Eb)이 일치하고 있는 개소에 있어서, 최대 폭(Wb)을 갖는다. 최대 폭(Wb)을 갖는 위치(구간)에 있어서, 강화 섬유(111)의 개수가 최대로 된다. 또한, 이들 양쪽 종단부면(113Ea, 113Eb)이 일치하고 있기 때문에, 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 지름 길이(Ld)의 값은, 강화 섬유(111)의 길이(Lf)의 값의 2배로 되어 있다.

촙드 섬유 다발 [A](CFB3)에 있어서의 각 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)는, 본 실시 양태에서는 5 내지 100mm이다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)는, 제1 선단(112a)와 제2 선단(112b) 사이에 있어서, 섬유 다발 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 강화 섬유(111)의 배열 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하로 되어 있다.

촙드 섬유 다발 [A]의 길이 방향에 직각인 방향에 있어서의 횡단면 형상은, 원형, 타원형, 사각형 등 다양한 형상을 채용할 수 있지만, 촙드 섬유 다발의 횡단면 형상의 안정성, 촙드 섬유 다발의 양호한 취급성, 및 촙드 섬유 다발의 제조의 용이성의 관점에서, 촙드 섬유 다발의 횡단면 형상은, 원형, 타원형 또는 사각형인 것이 바람직하고, 편평한 직사각형, 또는 편평한 타원형인 것이 특히 바람직하다.

도 17은, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 다른 7예 각각의 평면도((a) 내지 (g))의 나열이다. 도 17의 각각의 촙드 섬유 다발 [A]는, 도면에 있어서 상하 방향으로 배열되고, 집속제에 의해 집속된 다수개의 강화 섬유(111)를 포함한다.

도 17의 (a)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5a)는, 상측에 4개의 선단을, 하측에 4개의 선단을 가지고, 인접하는 선단 사이에, V자의 절입을 갖는다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB5a)의 외형은 16의 변으로 이루어지고, 각 변은 모두 직선의 선분으로 이루어진다.

도 17의 (b)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5b)는, 상측에 하나의 선단을, 하측에 2개의 선단을 가지고, 하측에 2개의 선단 사이에, V자의 절입을 갖는다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB5b)의 외형은 6개의 변으로 이루어지고, 각 변은 모두 직선의 선분으로 이루어진다.

도 17의 (c)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5c)는, 상측에 하나의 선단을, 하측에 하나의 선단을 갖는다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB5c)의 외형은 4개의 변으로 이루어지고, 그들 중 2개의 변은 곡선의 선분으로 이루어지고, 다른 2개의 변은 직선의 선분으로 이루어진다.

도 17의 (d)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5d)는, 상측에 2개의 선단을, 하측에 하나의 선단을 갖는다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB5d)의 외형은 4개의 변으로 이루어지고, 그들 중 상측에 2개의 선단을 연결하는 변은, U자의 곡선 선분으로 이루어지고, 하측의 선단을 포함하는 변은, U자의 곡선 선분으로 이루어지고, 나머지 2개의 변은 직선의 선분으로 이루어진다.

도 17의 (e)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5e)는, 상측에 하나의 선단을, 하측에 하나의 선단을 갖는다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB5e)의 외형은 2개의 변으로 이루어지고, 그들 변은, 각각 상측의 선단과 하측의 선단을 연결하는 외측으로 볼록한 곡선 선분으로 이루어진다.

도 17의 (f)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5f)는, 상측에 하나의 선단을, 하측에 하나의 선단을 갖는다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB5f)의 외형은 6개의 변으로 이루어지고, 각 변은 모두 직선의 선분으로 이루어진다.

도 17(g)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5g)는, 상측에 하나의 선단을, 하측에 하나의 선단을 갖는다. 촙드 섬유 다발(CFB)5g의 외형은 4개의 변으로 이루어지고, 각 변은 모두 직선의 선분으로 이루어진다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 섬유 강화 성형체(섬유 강화 플라스틱)를 성형하기 위한 성형 재료의 제조에 사용된다. 이 성형 재료는 다수의 상기한 촙드 섬유 다발 [A]의 집합체를 포함한다. 이 성형 재료를 사용하여 복잡한 형상을 갖는 성형체를 성형하는 경우, 복잡한 형상에 대한 양호한 성형 추종성이 요구된다. 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A] 중에 포함되는 모든 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)가 100mm 이하로 되어 있으면, 다수의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 성형 재료는, 양호한 성형 추종성을 갖는다.

섬유 길이(Lf)가 100mm를 초과하는 경우, 섬유 길이가 길어질수록, 성형체의 성형 과정에 있어서, 강화 섬유(111)이 그의 배열 방향으로 유동하기 어려워져, 복잡의 형상을 갖는 성형체의 제조가 곤란해진다. 섬유 길이(Lf)가 5mm 미만인 경우에는, 성형체의 성형 과정에 있어서의 강화 섬유(111)의 유동성은 향상되지만, 얻어지는 성형체의 역학 특성이 저하된다. 성형체의 성형 과정에 있어서의 강화 섬유의 유동성과 얻어지는 성형체의 역학 특성의 관계로부터, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A] 중의 각 강화 섬유(111)의 길이(Lf)는, 10 내지 50mm인 것이 보다 바람직하다.

촙드 섬유 다발 [A] 내에 포함되는 섬유 길이가 5mm 미만인 강화 섬유의 개수는, 적으면 적을수록 좋고, 촙드 섬유 다발을 형성하고 있는 강화 섬유의 총 개수의 5％보다 적은 것이 좋다. 즉, 본 발명에 있어서, 촙드 섬유 다발을 형성하고 있는 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)가 5 내지 100mm이면, 섬유 길이가 5mm 미만인 강화 섬유의 개수가, 촙드 섬유 다발을 형성하고 있는 강화 섬유의 총 개수의 5％ 이하이며, 또한 모든 강화 섬유의 섬유 길이가 100mm 이하인 상태를 포함한다.

일반적으로, 다수의 촙드 섬유 다발의 집합체를 포함하는 성형 재료를 성형함으로써, 섬유 강화 플라스틱(이하, 「단섬유 강화 플라스틱」이라 칭하는 경우가 있음)이 제조된다. 섬유 강화 플라스틱에 하중이 부가된 경우, 하중의 대부분을, 섬유 강화 플라스틱에 내재되어 있는 강화 섬유가 담당하게 된다. 촙드 섬유 다발의 경우, 그것을 형성하고 있는 다수의 강화 섬유는, 어느 길이를 갖고 절단된 상태에 있다. 따라서, 어느 촙드 섬유 다발의 강화 섬유가 담당하고 있던 하중은, 그 촙드 섬유 다발의 단부로부터, 매트릭스 수지를 통해, 근방에 위치하는 촙드 섬유 다발의 단부에 있어서 그 촙드 섬유 다발의 강화 섬유에 전달할 필요가 있다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에서는, 촙드 섬유 다발 [A]를 형성하는 강화 섬유의 개수를, 촙드 섬유 다발 [A]의 양단부에 있어서, 그 중앙부보다도 적게 함으로써, 촙드 섬유 다발 [A]의 중앙부에서 최대인 촙드 섬유 다발 [A]가 담당하는 하중을, 촙드 섬유 다발 [A] 단부를 향하여, 개수가 감소하고 있는 강화 섬유를 통해, 조금씩 근방에 위치하는 촙드 섬유 다발에 전달하도록 되어 있으므로, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 섬유 강화 플라스틱에 있어서는, 응력 집중이 발생하기 어렵다.

그 때문에, 종래의 동 1개소에서 강화 섬유가 모두 절단되어 있는 촙드 섬유 다발의 경우에 비해, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 경우, 얻어지는 섬유 강화 플라스틱의 강도가 현저히 향상된다. 그 뿐만 아니라, 응력 집중이 일어나지 않기 때문에, 초기의 손상(크랙)이 발생하기 어렵다. 섬유 강화 플라스틱의 용도로는, 초기의 손상에 의해 소리 울림이 나서 불안을 일으키기 때문에, 적용할 수 없는 용도도 존재하지만, 그러한 용도에도, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 섬유 강화 플라스틱(본 발명의 섬유 강화 플라스틱)을 사용하는 것이 가능해진다. 또한, 초기의 손상은 피로 강도에 크게 영향을 미치지만, 본 발명의 섬유 강화 플라스틱의 경우, 초기의 손상이 적기 때문에, 정적 강도뿐만 아니라 피로 강도도 크게 향상된다. 덧붙여, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 것이기 때문에, 한층 응력 집중이 일어나기 어렵게 되어 있다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 천이 구간(113a, 113b)에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수의 증가는, 천이 구간(113a, 113b)에 있어서 적어도 2개소에서 강화 섬유(111)의 개수의 증가가 있고, 그 개수의 증가 개소의 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 최댓값이, 0.008mm² 이하인 경우, 천이 구간(113a, 113b)에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수의 증가는, 연속적인 증가라고 할 수 있다. 보다 원활하게 강화 섬유의 개수가 증가한 쪽이, 상기 응력 집중이 일어나기 어렵다는 관점에서, 상기 개수의 증가 개소의 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적은, 0.002mm² 이하인 것이 바람직하다.

실제로 강화 섬유(111)의 개수의 변화가 일어나는 천이 구간(113a, 113b)을 포함하는 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 길이 방향의 전역(지름 길이(Ld)의 전역)에 걸쳐, 강화 섬유의 총 단면적의 변화량은 1mm당 0.05mm² 이하로 되어 있다. 이 변화량의 규정에 의해, 상기 응력 집중을 유효하게 방지할 수 있다. 이 변화량은 1mm당 0.04mm² 이하인 것이 바람직하고, 0.025mm² 이하인 것이 더욱 바람직한다.

촙드 섬유 다발 [A] 중의 임의의 위치에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적이란, 당해 임의의 위치에 있어서, 강화 섬유의 배열 방향으로 직교된 면(횡단면)에 존재하는 모든 강화 섬유의 각 강화 섬유의 단면적을 가산하여 얻어지는 총합이다.

도 18은, 도 15의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 평면도(a), 측면도(b), 및 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 강화 섬유(111)의 배열 방향에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수의 증감 상태를 나타내는 그래프(c)이다. 도 18의 (c)의 그래프에 있어서, 횡축 X는 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 지름 길이(Ld)에 있어서의 위치를 나타내고, 종축 Y는 강화 섬유(111)의 개수 또는 강화 섬유(111)의 총 단면적을 나타낸다.

도 18의 (c)의 그래프에 나타내는 바와 같이, 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 강화 섬유(111)의 개수는, 제1 선단(112a)으로부터 제1 천이 구간의 제1 종단부면(113Ea)을 향하여, 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 길이 방향에 따라서 연속적으로 증가하고, 제1 종단부면(113Ea)에 있어서 일정값이 된다. 이 일정값은, 제1 종단부면(113Ea)으로부터 제2 천이 구간의 제2 종단부면(113Eb)까지의 불변 구간(114)에 있어서 유지된다. 이어서, 강화 섬유(111)의 개수는, 제2 종단부면(113Eb)으로부터 제2 선단(112b)을 향하여, 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)의 길이 방향에 따라서 연속적으로 감소한다. 불변 구간(114)에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수는, 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수의 최댓값이다.

도 19는, 도 16의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 평면도(a), 측면도(b), 및 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 강화 섬유(111)의 배열 방향에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수의 증감 상태를 나타내는 그래프(c)이다. 도 19의 (c)의 그래프에 있어서, 횡축 X는 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 지름 길이(Ld)에 있어서의 위치를 나타내고, 종축 Y는 강화 섬유(111)의 개수 또는 강화 섬유(111)의 총 단면적을 나타낸다.

도 19의 (c)의 그래프에 나타내는 바와 같이, 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 강화 섬유(111)의 개수는, 제1 선단(112a)으로부터 제1 천이 구간의 제1 종단부면(113Ea)을 향하여, 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 길이 방향에 따라서 연속적으로 증가한다. 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)는, 강화 섬유의 개수가 섬유 다발의 길이 방향으로 일정값으로 유지되는 불변 구간을 가지지 않고, 제1 종단부면(113Ea)과 제2 천이 구간(113b)의 제2 종단부면(113Eb)은 일치하고 있기 때문에, 제1 종단부면(113Ea)(제2 종단부면(113Eb))에 있어서의 강화 섬유(111)의 개수는, 최댓값을 나타낸다. 이어서, 강화 섬유(111)의 개수는, 제2 종단부면(113Eb)으로부터 제2 선단(112b)을 향하여, 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 길이 방향에 따라서 연속적으로 감소한다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 그 길이 방향에 있어서의 강화 섬유의 개수의 변화 형태는, 증가 후, 일정값이 되고, 그 후 감소하는 제1 형태와 증가 후, 일정값을 유지하지 않고, 감소하는 제2 형태의 두 가지이다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서, 제1 선단(112a)과 제2 선단(112b) 사이의 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 있어서의 강화 섬유(111)의 총 단면적 FTS의 변화량(CFTS)(도 18, 19에 예시)은, 강화 섬유(111)의 배열 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하이다. 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 있어서의 강화 섬유(111)의 총 단면적 FTS는, 당해 횡단면에 존재하는 각 강화 섬유(111)의 횡단면적의 총합이다.

촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 존재하는 각 강화 섬유(111)의 횡단면적이, 그들 중에서 선택된 대표적인 강화 섬유의 횡단면적에 대하여, ±10％ 이하의 변동이 있을 경우에는, 강화 섬유(111)의 총 단면적 FTS로서, 당해 횡단면에 존재하는 강화 섬유(111)의 개수에 상기 대표적인 강화 섬유의 횡단면적을 곱하여 얻어지는 값을 사용한다. 또한, 촙드 섬유 다발의 최대 폭(Wb)이 3mm 미만인 경우에는, 강화 섬유의 총 단면적 FTS의 변화량(CFTS)으로서, 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서의 강화 섬유(111)의 총 단면적 FTS의 최댓값을, 강화 섬유의 배열 방향의 천이 구간(113a, 113b)의 길이(mm)로 나누어 얻어지는 값을 사용한다.

도 14 내지 17에, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 다양한 예가 나타나 있다. 이들 어느 촙드 섬유 다발 [A]도, 강화 섬유의 개수가 증가하는 천이 구간을 가지고 있으며, 또한 촙드 섬유 다발의 길이 방향의 전역에 걸쳐, 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 강화 섬유의 배열 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하이다. 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서, 강화 섬유의 총 단면적의 최댓값이 0.1mm² 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 천이 구간의 선단으로부터 종단부를 향하여, 강화 섬유의 개수가 증가하는 상태는, 반대로 촙드 섬유 다발의 중앙부로부터 촙드 섬유 다발의 선단을 향하여, 강화 섬유의 개수가 감소하는 상태로 표시할 수 있다. 이 강화 섬유의 개수의 감소 상태에 의해, 상기 섬유 강화 플라스틱에 있어서의 응력 집중의 발생이 방지된다. 이 강화 섬유의 개수의 감소 상태는, 강화 섬유의 개수가 서서히, 즉, 연속적으로 감소하는 형태가 바람직하다. 촙드 섬유 다발이 굵고, 강화 섬유의 개수가 많으며, 강화 섬유의 총 단면적이 큰 쪽이, 응력 집중의 발생의 방지 효과가 커진다. 강화 섬유의 총 단면적이 크면 클수록, 섬유 강화 플라스틱 중의 하나의 촙드 섬유 다발이 부담하는 하중이 커지지만, 부담하는 하중이 커도, 그 하중이, 인접하는 촙드 섬유 다발의 단부에, 매트릭스 수지를 통해 단숨에 전달되는 상태는, 천이 구간에 있어서의 강화 섬유의 개수의 감소 상태에 의해 방지된다. 즉, 인접하는 촙드 섬유 다발 [A] 사이의 하중의 전달은, 천이 구간에 있어서의 강화 섬유의 개수의 감소 상태에 의해, 서서히 행해지고, 촙드 섬유 다발 [A]의 단부에 있어서의 응력 집중이 방지된다.

촙드 섬유 다발 [A]를 제조하는 경우, 굵은 촙드 섬유 다발을 제조하는 쪽이, 프로세스성이 우수하고, 제조 비용도 낮아진다. 그러나, 종래의 섬유 다발의 길이 방향과 직교하는 방향으로 절단한 촙드 섬유 다발을 굵은 촙드 섬유 다발로 한 경우, 이 굵은 촙드 섬유 다발을 사용하여 성형된 종래의 단섬유 강화 플라스틱은, 강도가 낮다. 따라서, 이 단섬유 강화 플라스틱은, 강도 부재에는 적용하기 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 굵은 촙드 섬유 다발이어도, 이것을 사용하여 성형된 단섬유 강화 플라스틱은, 종래의 굵은 촙드 섬유 다발을 사용하여 성형된 종래의 단섬유 강화 플라스틱에 비해, 높은 강도를 갖는다. 따라서, 촙드 섬유 다발의 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐 아니라, 높은 강도를 갖는 단섬유 강화 플라스틱을 제조하는 것이 가능해진다. 굵은 촙드 섬유 다발의 관점에서, 강화 섬유의 총 단면적의 최댓값은 0.2mm² 이상인 것이 바람직하다. 또한, 섬유 강화 플라스틱으로 하였을 때의 두께 설계의 자유도의 관점에서는, 강화 섬유의 총 단면적의 최댓값은 30mm² 이하인 것이 바람직하고, 5mm² 이하인 것이 보다 바람직하다.

한편, 강화 섬유의 총 단면적의 최댓값이 0.1mm² 미만인 경우, 촙드 섬유 다발 [A]의 전역에 걸쳐, 강화 섬유의 개수의 변화량이, 강화 섬유의 배열 방향으로 1mm당 강화 섬유의 최대 개수(개수의 최댓값)의 30％ 이하인 것이 바람직하다. 강화 섬유의 총 단면적의 최댓값이 0.1mm² 미만인 경우, 즉, 가는 촙드 섬유 다발 [A]라도, 종래의 촙드 섬유 다발과 같이, 하중이 단번에 해방되기보다, 강화 섬유의 개수가, 촙드 섬유 다발의 중앙부로부터 선단에 걸쳐 서서히 감소하는 형태는, 섬유 강화 플라스틱에 있어서의 하중의 전달이 서서히 행해지므로 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서, 각 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)가 동일한 것도 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]를 제조할 때, 각 강화 섬유의 섬유 길이가 동일하면, 연속 강화 섬유 다발을 길이 방향으로 동일한 간격으로 절단하여 촙드 섬유 다발을 제조할 수 있으므로, 촙드 섬유 다발의 제조 효율이 좋고, 또한 다수의 촙드 섬유 다발 [A]를 일체화하여 성형 재료로 하고, 이 성형 재료를 사용하여 성형체의 성형을 행할 때, 각 강화 섬유의 섬유 길이가 동일한 쪽이, 강화 섬유의 유동을 제어하기 쉽다. 각 강화 섬유의 섬유 길이가 동일한 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발의 예는, 도 14, 15, 16, 17의 (a), 17의 (b), 17의 (c) 및 17의 (d)에 나타나 있다.

각 강화 섬유의 섬유 길이가 동일하다는 것은, 촙드 섬유 다발 [A]에 포함되는 강화 섬유의 섬유 길이의 평균값으로부터 ±5％의 범위 내의 섬유 길이를 갖는 강화 섬유가, 촙드 섬유 다발에 포함되는 전체 강화 섬유의 95％를 차지하고 있는 상태를 말한다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에 사용되는 강화 섬유로서는, 복수의 강화 섬유를 포함하는 섬유 다발이면 섬유 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리파라페닐렌벤즈옥사돌(PBO) 섬유 등의 유기 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유, 티라노 섬유, 현무암 섬유, 세라믹스 섬유 등의 무기 섬유, 스테인리스 섬유나 스틸 섬유 등의 금속 섬유, 그 밖에도 보론 섬유, 천연 섬유, 변성한 천연 섬유가 있다. 또한, 종류가 다른 2종 이상의 강화 섬유를 조합이어도 된다. 이들 중에서도 탄소 섬유는 경량이며, 우수한 비강도 및 비탄성률을 가지고 있으며, 또한 우수한 내열성이나 내약품성을 가지고 있기 때문에, 강화 섬유로서 바람직하게 사용된다. 탄소 섬유를 포함하는 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발로부터 제조된 성형체(섬유 강화 플라스틱)는, 경량화가 요망되는 자동차 패널 등의 부재에 적합하게 사용된다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서, 강화 섬유가 탄소 섬유이고, 탄소 섬유의 개수가 1,000 내지 700,000개이며, 촙드 섬유 다발의 전역에 걸쳐, 탄소 섬유의 배열 방향으로 1mm 이동할 때마다의, 탄소 섬유의 개수의 변화량이 1,400개 이하인 것이 바람직하다.

탄소 섬유는, 고강도가 얻어지기 쉬운 폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유가 바람직하다. 입수하기 쉬운 탄소 섬유의 단사 직경은, 5 내지 10㎛ 정도인 것을 고려하면, 촙드 섬유 다발에 있어서의 탄소 섬유의 개수는 1,000 내지 700,000개인 것이 바람직하다. 탄소 섬유의 개수는 1,000 내지 100,000개인 것이 더욱 바람직한다. 고강도를 가지고, 섬유의 개수가 6,000 내지 50,000개를 포함하는 연속 탄소 섬유 다발은, 저렴하고 또한 입수하기 쉬우므로, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를 제조할 때에 바람직하게 사용된다. 상기와 같은 연속 탄소 섬유 다발은, 섬유 다발을, 보빈에 권취한 권사체(패키지)로서 공급된다. 섬유 다발은 무꼬임이 바람직하지만, 꼬임이 들어 있는 스트랜드라도 사용 가능하고, 반송 중에 꼬임이 생겨도, 본 발명에는 적용 가능하다. 또한, 집속된 단사수가 많은, 소위 라지 토를 사용하는 경우에는, 섬유 다발의 단위 중량당 가격은 저렴하기 때문에, 단사수가 많을수록, 최종 제품의 비용을 저감시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 라지 토로서, 섬유 다발끼리를 하나의 다발로 통합하여 권취한, 소위 합사된 형태를 사용해도 된다.

상기와 같은 강화 섬유를 사용할 때는, 매트릭스 수지 [M]과의 접착성을 향상시키거나 할 목적으로 표면 처리되어 있는 것이 바람직하다. 표면 처리의 방법으로서는, 전해 처리, 오존 처리, 자외선 처리 등이 있다.

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

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 전역에 걸쳐, 강화 섬유의 배열 방향으로 1mm 이동할 때마다, 강화 섬유의 개수의 변화량이 1,400개 이하이면, 섬유 강화 플라스틱에 있어서 유효하게 응력 집중을 방지할 수 있다. 강화 섬유의 개수의 변화량은 1,000개 이하인 것이 바람직하다. 섬유 강화 플라스틱의 강도 향상을 도모하기 위해서는, 강화 섬유의 개수의 변화량은 600개 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 300개 이하이다.

촙드 섬유 다발 [A]의 최대 폭(Wb)이 3mm 미만인 경우에는, 강화 섬유의 개수의 변화량으로서, 당해 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 개수의 최댓값을, 강화 섬유의 배열 방향에 있어서의 천이 구간의 길이로 나누고, 1mm당의 변화량에 비례 환산한 값을 사용한다. 이 때, 천이 구간 내에서 적어도 2개소에서 강화 섬유의 개수의 증가가 있고, 강화 섬유의 개수가 증가하는 개소에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 포함되는 강화 섬유의 개수가, 200개 이하인 것이 바람직하고, 50개 이하인 것이 더욱 바람직한다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서, 최대 폭(Wb)과 최대 두께(Tb)의 비율 Wb/Tb가 20 내지 400인 것이 바람직하다. 비율 Wb/Tb는 촙드 섬유 다발의 편평율을 나타낸다. 편평율이 클수록 촙드 섬유 다발은 편평하다. 편평한 촙드 섬유 다발 [A]는 섬유 강화 플라스틱의 강도 향상을 초래한다. 특히 촙드 섬유 다발 [A]가 굵은, 즉, 촙드 섬유 다발을 구성하는 단사수가 많을수록, 강도 향상 효과에 대한 편평율의 기여가 커진다. 최대 두께(Tb)의 값은 150㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하인 것이 더욱 바람직한다.

편평한 촙드 섬유 다발 [A]는, 예를 들어 일방향으로 인출된 연속 강화 섬유 다발(예를 들어 부분 분섬 섬유 다발 [B])을 개섬한 후에 절단함으로써 제조할 수 있다. 이 연속된 강화 섬유 다발의 개섬은, 예를 들어 연속된 강화 섬유 다발을 롤러에 접촉시켜 통과시키거나, 연속된 강화 섬유 다발을 진동시키거나, 연속된 강화 섬유 다발에 대하여 에어 블로우를 행함으로써 행할 수 있다. 여기서 부분 분섬 섬유 다발 [B]에 개섬 처리를 실시하는 경우, 개섬 처리는 섬유 다발로 분섬 처리를 실시하고, 일단 권취하여 얻어진 부분 분섬 섬유 다발 [B]에 대하여 개섬 처리를 실시해도 되고, 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 얻는 공정에 있어서 개섬 처리를 실시해도 된다. 특히 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 얻는 공정에 있어서, 연속된 강화 섬유 다발에 개섬 처리를 실시하고, 개섬된 상태에서 분섬 처리를 실시함으로써, 보다 균일한 분섬을 행할 수 있고, 또한 분섬 시에 발생하는 보풀이나 실 끊어짐의 리스크를 저감시킬 수 있는 관점에서, 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 얻는 공정에 있어서 개섬 처리를 실시하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 일단 개섬된 섬유 다발의 폭이 좁아져 버리는 것을 피하는 관점에서, 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 얻는 공정에 있어서 개섬 처리를 실시하고, 권취하지 않고 절단 공정에 제공하여, 촙드 섬유 다발 [A]를 얻는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 특히 바람직한 형태는, 촙드 섬유 다발의 단부가 강화 섬유의 배열 방향에 대하여 사행되어 있는 측변을 가지고 있는 형태이다. 사행되어 있는 측변이 강화 섬유의 배열 방향에 대하여, 3 내지 30°의 각도를 가지고 직선상으로 형성되어 있는 형태가 보다 바람직하다.

이와 같은 형태를 갖는 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 예를 들어 연속된 강화 섬유 다발(부분 분섬 섬유 다발 [B])을 일방향으로 인출하고, 강화 섬유의 섬유 길이가 5 내지 100mm가 되도록 하여, 강화 섬유의 배열 방향(연속된 강화 섬유 다발의 인출 방향)에 대하여 3 내지 30°의 각도로 직선상으로, 인출된 연속 강화 섬유 다발을 절단함으로써 제조할 수 있다. 이 제조 방법에 있어서, 일방향으로 인출된 연속 강화 섬유 다발을 개섬한 후에 절단함으로써, 보다 편평한 촙드 섬유 다발 [A]를 제조할 수 있다. 종래의 촙드 섬유 다발은, 강화 섬유의 배열 방향(연속된 강화 섬유 다발의 인출 방향)에 수직인 방향에 있어서, 연속된 강화 섬유 다발을 절단함으로써 제조되고 있었던 것을, 강화 섬유의 배열 방향(연속된 강화 섬유 다발의 인출 방향)에 대하여 3 내지 30°의 각도로 연속된 강화 섬유 다발을 절단하는 것만으로, 고강도를 갖는 섬유 강화 플라스틱의 제조를 가능하게 하는 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를 얻을 수 있다.

촙드 섬유 다발 [A]의 단부에 있어서의 절단된 강화 섬유의 배열이 형성되는 변의 강화 섬유의 배열 방향에 대한 각도는 작을수록, 이것을 사용하여 성형되는 섬유 강화 플라스틱의 고강도화의 효과가 얻어진다. 각도가 30° 이하인 경우, 그 효과가 현저하다. 그러나, 한편으로 촙드 섬유 다발 자체의 취급성은 저하된다. 또한, 강화 섬유의 배열 방향과 절단하는 날의 각도가 작으면 작을수록, 절단 공정에서의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 각도는 3° 이상인 것이 바람직하다. 각도는 4 내지 25°인 것이 보다 바람직하다. 섬유 강화 플라스틱의 고강도화와 촙드 섬유 다발의 제조 공정에 있어서의 프로세스성의 균형으로부터, 각도는 5 내지 15°인 것이 더욱 바람직한다. 또한, 여기에 말하는 각도는 절댓값으로 표시된다.

도 14, 15, 16에 나타내는 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 연속 강화 섬유 다발(부분 분섬 섬유 다발 [B])을 그 길이 방향으로 동일한 절단 간격으로 절단함으로써 제조된 것이다. 도 14의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB1)는, 비교적 폭이 넓은 연속 강화 섬유 다발을 절단하여 얻어진 것으로, 강화 섬유(111)의 절단 단부가 배열되어 있는 변(116a, 116b)의 길이가 긴 형태를 갖는다. 변(116a, 116b)의 길이가 길기 때문에, 성형 재료 제조 시, 또는 그 성형 재료를 사용하여 성형체를 성형할 때, 강화 섬유가 개섬되기 쉽다. 그 때문에, 성형 재료 또는 성형체에 있어서의 각 촙드 섬유 다발 [A]의 두께가 얇아지고, 얻어지는 성형체(섬유 강화 플라스틱)의 강도가 향상되기 쉽다.

도 15의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB2)는, 비교적 좁은 폭의 연속 강화 섬유 다발(부분 분섬 섬유 다발 [B])을 절단하여 얻어진 것으로, 강화 섬유(111)의 절단 단부가 배열되어 있는 변(116a, 116b)의 길이가 짧은 형태를 갖는다. 변(116a, 116b)의 길이가 짧기 때문에, 강화 섬유가 흐트러지기 어려워, 촙드 섬유 다발 [A]의 취급성이 우수하였다.

도 16의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)는, 연속 강화 섬유 다발(부분 분섬 섬유 다발 [B])을 절단할 때의 절단 각도와 연속 강화 섬유 다발의 폭의 관계에 의해, 도 14 또는 도 15의 촙드 섬유 다발 [A]에 존재하는 불변 구간을 가지지 않고, 실질적으로 2개의 천이 구간(113a, 113b)만을 포함한다. 이 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)에 있어서는, 촙드 섬유 다발 [A](CFB3)의 지름 길이(Ld)가 강화 섬유(111)의 섬유 길이(Lf)의 2배가 된다.

촙드 섬유 다발 [A]를 제조하기 위한 연속 강화 섬유 다발의 절단 수단으로서는, 예를 들어 기요틴 커터, 로빙 커터 등의 로터리 커터가 있다. 연속 강화 섬유 다발은, 연속 강화 섬유 다발의 길이 방향과 절단 수단에 장비되어 있는 절단날의 방향이 상대적으로 사행되는 상태에 있어서, 절단 수단에 삽입되어 절단된다.

도 17의 (a)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5a)의 제조에는, 톱니형 날, 도 17의 (b)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5b)의 제조에는, V자형 날, 도 17의 (c)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5c)의 제조에는, 유선형 날, 도 17의 (d)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5d)의 제조에는, U자형 날이 사용된다. 도 17의 (e)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5e)는, 연속 강화 섬유 다발에 물 등의 집속제를 부여하면서, 연속 강화 섬유 다발의 길이 방향으로 사행되어 연속 강화 섬유 다발을 절단하고, 절단에 의해 얻어진 절단편의 길이 방향의 양측부를 양쪽 선단부를 향하여 카누상으로 수렴시켜 제조된다. 도 17의 (f)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5f), 및 도 17의 (g)의 촙드 섬유 다발 [A](CFB5g)의 제조에는, 다른 형상을 갖는 복수의 날이 사용된다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 종래의 촙드 섬유 다발의 제조 방법에 의해 얻어진 강화 섬유의 절단 단부가 촙드 섬유 다발의 길이 방향에 직각인 방향으로 배열되어 있는 촙드 섬유 다발의 두께 방향으로 전단을 가하고, 강화 섬유의 개수가 변화되는 천이 구간을 형성함으로써 제조할 수도 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 연속 강화 섬유 다발을, 견절(牽切) 방적 수단을 사용하여 방적함으로써 제조할 수도 있다. 견절에 의해 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]는, 그 양단부에 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]의 길이 방향으로 길이가 다른 강화 섬유가 배열된 형태를 가지고, 이 부분에 의해 천이 구간이 형성된다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 그것을 형성하고 있는 다수개의 강화 섬유가 다발 상태를 유지하기 위한 집속제를 포함하는 것이 바람직하다. 집속제는, 다수개의 강화 섬유가 다발 상태를 유지할 수 있으며, 또한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 성형체(섬유 강화 플라스틱)를 제조할 때에 사용되는 수지와의 적합성에 문제가 없는 재료이면 된다.

본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]는, 연속 강화 섬유 다발(부분 분섬 섬유 다발 [B])을 절단함으로써 제조된다. 이 연속 강화 섬유 다발에는, 통상적으로 섬유 다발의 취급성을 양호하게 하기 위해서, 연속 강화 섬유 다발을 제조하는 단계에서 사이징제가 부여되고 있다. 따라서, 이 사이징제를 그대로 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]의 집속제로서 사용할 수 있고, 이 경우, 별도로 다른 집속제를 준비할 필요가 없어지는 이점이 있다.

집속제로서 사이징제를 사용하는 경우, 강화 섬유에 대한 사이징제의 부착량은, 촙드 섬유 다발 [A] 전체의 질량을 기준으로 하여, 0.1 내지 10질량％인 것이 바람직하다. 이 양과 동일한 양의 사이징제가, 촙드 섬유 다발 [A]의 제조에 사용하는 연속 강화 섬유 다발에 부착되어 있는 경우, 연속 강화 섬유 다발을 절단할 때, 강화 섬유가 뿔뿔이 흩어지지 않고, 절단되어 얻어지는 촙드 섬유 다발 [A]의 형상은 의도한 것이 된다. 연속 강화 섬유 다발로부터 촙드 섬유 다발 [A]를 제조하는 경우, 사용하는 연속 강화 섬유의 0.1 내지 10질량％의 사이징제가 부여되어 있음으로써, 촙드 섬유 다발 [A]의 제조 공정에 있어서의 프로세스성이 비약적으로 향상된다. 또한, 촙드 섬유 다발 [A]를 사용하여 성형 재료를 제조할 때의 촙드 섬유 다발 [A]의 취급성도 향상된다.

예를 들어, 인출된 연속 강화 섬유 다발에, 용매에 용해 또는 분산시킨 사이징제를 0.1 내지 10질량％ 부여하고, 연속 강화 섬유 다발을 절단한 후, 가열하여 용매를 건조시키거나, 또는 가열하여 용매를 건조시킨 후, 연속 강화 섬유 다발을 절단함으로써, 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발을 얻을 수 있다.

사이징제로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 우레탄 수지, 또는 이들을 혼합한 혼합 수지가 있다. 이들 수지는 물이나 용매 등으로 희석하여, 연속 강화 섬유 다발에 부여된다.

본 발명에 있어서의 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 랜덤 매트와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료는, 다수의 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 집합체를 포함하고, 도 20은 그 일례를 나타내는 평면도이다. 도 20에 있어서 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료(191)는, 다수의 상기 촙드 섬유 다발(CFB)(예를 들어, 도 16에 나타내는 촙드 섬유 다발 [A](CFB3))의 집합체를 포함한다. 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료는 다수의 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 집합체를 포함하지만, 이 집합체는 다른 기재, 예를 들어 다수의 연속 섬유를 포함하는 기재와 조합되어 있어도 된다. 어느 형태여도, 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료는 섬유 강화 플라스틱의 제조에 사용되기 때문에, 양호한 취급성이나, 프레스 성형이나 드레이프 성형 등 가압 성형에 적합한 특성을 가지고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료는, 예를 들어 다수의 상기 촙드 섬유 다발 [A]를, 시트상으로 살포하여 얻은 랜덤 매트를, 상하로부터 매트릭스 수지 시트 사이에 끼워 넣음으로써, 다수의 촙드 섬유 다발 [A]와 매트릭스 수지가 일체화된 성형 재료를 제조할 수 있다. 이러한 성형 재료는 통상적으로 SMC(Seat Molding Compound(시트 몰딩 컴파운드)) 시트 또는 스탬퍼블 시트라 호칭되고 있다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서의 매트릭스 수지 [M]의 양은, 20 내지 75질량％인 것이 바람직하다. 성형 재료 중의 매트릭스 수지의 양이 20질량％ 미만인 경우, 수지량이 적기 때문에, 본 발명의 성형 재료의 하나의 큰 특징인 유동성이 손상되는 경우가 있다. 성형 재료 중의 매트릭스 수지의 양이 75질량％ 보다 큰 경우, 수지량에 비해 강화 섬유의 양이 적어지기 때문에, 얻어지는 섬유 강화 플라스틱의 역학 특성을 향상시키는 것이 곤란해진다. 성형 재료 중의 매트릭스 수지의 양은, 35 내지 55질량％인 것이 보다 바람직하다.

섬유 강화 수지 성형 재료에 사용되는 매트릭스 수지 [M]으로서는, 열경화성 수지가 바람직한 경우가 있다. 열경화성 수지는 가교 구조를 갖기 때문에, 일반적으로 탄성률이 높고, 형상 안정성이 우수하다. 이에 의해 제조되는 섬유 강화 플라스틱에 있어서 높은 탄성률, 양호한 치수 안정성이 발현된다. 열경화성 수지는 수지의 점도를 저점도로 조정할 수 있다. 그 때문에, 적절하게 점도 조정된 열경화성 수지는, 촙드 섬유 다발 [A] 중에 용이하게 함침시킬 수 있다. 또한, 열경화성 수지의 점도를 적절히 조정함으로써, 섬유 강화 플라스틱을 제조하는 어느 과정에 있어서도, 필요에 따라서 수지를 부여할 수 있다. 또한, 실온에서 수지가 미경화인 상태에 있는 성형 재료는, 유연성을 갖는다. 그 때문에, 그러한 성형 재료는, 절단이나 형 형상에 대한 추종이 용이하여, 취급성이 우수하다. 그 밖에도, 실온에서 점착성을 가지도록 설계할 수 있기 때문에, 이러한 성형 재료는 서로 또는 다른 기체에 압박하는 것만으로 일체화되기 때문에, 서로의 또는 다른 기체와의 적층체의 형성 작업이 용이해진다.

섬유 강화 수지 성형 재료에 사용되는 매트릭스 수지 [M]으로서는, 열가소성 수지가 바람직한 경우가 있다. 일반적으로, 열가소성 수지는 높은 인성을 갖기 때문에, 매트릭스 수지로서 열가소성 수지를 사용함으로써, 단섬유 강화 플라스틱의 약점인 발생한 크랙끼리의 연결을 억제할 수 있어, 단섬유 강화 플라스틱의 강도가 향상된다. 특히 충격 특성을 중요시하는 용도에서는, 매트릭스 수지에 열가소성 수지를 사용하는 것이 좋다. 열가소성 수지를 사용한 성형에는, 통상적으로 화학 반응을 수반하지 않기 때문에, 열경화성 수지를 사용함으로써 성형 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료에 있어서, 랜덤 매트에 포함되는 각 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향이 동일해도 된다. 강화 섬유의 배열 방향이 동일한 성형 재료의 복수매를 적층함으로써, 원하는 물성을 갖는 적층체를 설계하는 것이 용이해진다. 얻어지는 적층체의 역학 특성의 변동을 저감시키는 것이 용이해진다. 이러한 성형 재료는, 다수의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를, 기체 상에 각 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향이 동일해지도록, 시트상으로 살포함으로써 제조된다. 각 촙드 섬유 다발 [A]를 각각의 강화 섬유의 배열 방향이 동일해지도록 살포하기 위한 수단으로서는, 예를 들어 강화 섬유의 배열 방향이 일정한 방향을 향한 상태에서 각 촙드 섬유 다발 [A]를 기체 상에 공급할 수 있는 슬릿상 노즐이 있다.

한편, 도 20의 섬유 강화 수지 성형 재료(191)는, 본 발명에서 사용하는 다수의 촙드 섬유 다발 [A](CFB)가, 각각의 강화 섬유의 배열 방향이 랜덤한 상태에서 위치하는 집합체를 포함한다. 다수의 촙드 섬유 다발 [A](CFB)는 서로 부분적으로 겹쳐 있지만, 명확한 층 구조는 형성되어 있지 않다. 이 섬유 강화 수지 성형 재료(191)는, 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향을 제어하면서 층구조를 갖는 성형 재료를 제조하는 경우에 비해, 저렴하게 제조할 수 있고, 또한 등방적으로 설계하기 쉬운 성형 재료로 알려져 있다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료는, 다수의 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 랜덤 매트가, 횡단면 형상에 있어서, 적어도 하나의 굴곡부를 갖도록 삼차원 형상으로 부형되어 있어도 된다. 삼차원 형상을 갖는 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료를 사용하여 동일하게 삼차원 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 성형하는 경우, 성형 시에 촙드 섬유 다발 [A]를 크게 유동시킬 필요가 없기 때문에, 유동에 의한 강화 섬유의 배열의 파상이나 치우침이 방지되어, 얻어지는 섬유 강화 플라스틱의 성형품에 있어서 우수한 품위의 안정성이 얻어진다.

삼차원 형상을 갖는 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료는, 예를 들어 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 다수의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]와 매트릭스 수지 [M]을, 성형 기체 상에 시트상으로 살포하여 일체화하고, 일체화된 시트를 삼차원 형상으로 부형하는 것을 포함하는 성형 재료의 제조 방법을 들 수 있다. 예를 들어, 다수의 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]를, 슬릿상 노즐을 통과시킴으로써, 각 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향을 동일한 방향으로 정렬시켜, 삼차원 형상을 갖는 성형 기체 상에 살포하여, 강화 섬유의 배열 방향이 동일한 촙드 섬유 다발 집합체를 포함하는 층을 형성하고, 형성된 층 상에 형성된 층에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향과는 다른 강화 섬유의 배열 방향이 되도록, 또한 각 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향이 동일한 방향이 되도록 다수의 상기 촙드 섬유 다발 [A]를, 시트상으로 살포하는 것을 포함하는 성형 재료의 제조 방법을 들 수 있다.

도 21은, 삼차원 형상을 갖는 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 개략 사시도이다. 도 21에 있어서, 삼차원 형상을 갖는 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 장치는, 예를 들어 연속 강화 섬유 다발(201)이 감긴 복수개의 보빈(202)(도 21에 있어서는, 6개의 보빈이 도시되어 있음), 연속 강화 섬유의 가이드 롤러(203, 204), 연속 강화 섬유를 보빈(202)으로부터 인출하고, 인출된 연속 강화 섬유의 섬유 다발에 부분 분섬 처리를 실시하는 부분 분섬 처리 장치(211)를 통과시킨 후, 부분 분섬 섬유 다발 [B](212)를 일정 간격으로, 또한 연속 강화 섬유의 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 경사진 방향으로 절단하는 롤러 커터(205), 연속 강화 섬유의 절단에 의해 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]에 집속제를 부여하는 집속제 부여 장치(206), 집속제 부여 장치(206)의 측부에 설치된 집속제 공급구(207), 집속제가 부여된 촙드 섬유 다발 [A]의 강화 섬유의 배열 방향을 일정한 방향으로 제어하는 슬릿상 노즐(208), 삼차원 형상을 갖는 부형 형을 포함하는 성형 기체(209), 및 로봇암(210)으로 구성할 수 있다.

롤러 커터(205)는 집속제 부여 장치(206)의 상부에 설치되어 있다. 집속제 부여 장치(206)는 그 상부에, 절단에 의해 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]를 받아들이는 촙드 섬유 다발 도입구를, 그 하부에, 집속제가 부여된 촙드 섬유 다발 [A]를 배출하는 촙드 섬유 다발 배출구를 갖는다. 슬릿상 노즐(208)은 그 상부에, 촙드 섬유 다발 배출구로부터 배출되는 촙드 섬유 다발 [A]를 받아들이는 촙드 섬유 다발 도입구를, 그 하부에는, 강화 섬유의 배열 방향이 일정한 방향으로 제어된 촙드 섬유 다발 [A]를 배출하는 촙드 섬유 다발 배출구를 갖는다. 슬릿상 노즐(208)은 집속제 부여 장치(206)의 하부에 설치되어 있다. 로봇암(210)의 선단은 집속제 부여 장치(206)의 측부에 결합되어 있다. 로봇암(210)의 선단은, 성형 기체(209)에 대하여 로봇암 조작 장치(도시하지 않음)에 의해 이동 가능하게 되어 있다.

도 21에 있어서, 롤러 커터(205)의 롤러 회전에 의해, 보빈(202)으로부터 인출된 연속 강화 섬유 다발(201)은, 가이드 롤러(203, 204)를 통과하여, 부분 분섬 처리 장치(211)를 통과한 후, 부분 분섬 섬유 다발 [B](212)가 롤러 커터(205)에 도입되고, 거기에서 본 발명에서 사용하는 촙드 섬유 다발 [A]가 형성되도록 절단된다. 절단에 의해 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]는, 집속제 부여 장치(206)에 도입된다. 집속제 부여 장치(206)의 내부에 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]에, 집속제 공급구(207)로부터 공급된 분말 상태의 집속제가 부여된다. 집속제가 부여된 촙드 섬유 다발 [A]는 슬릿상 노즐(208)에 도입된다. 슬릿상 노즐(208)의 내부를 촙드 섬유 다발이 이동함에 따라서, 강화 섬유의 배열 방향이 일정한 방향으로 되도록 촙드 섬유 다발 [A]는 정렬된다. 정렬된 촙드 섬유 다발 [A]는, 슬릿상 노즐(208)로부터 배출되고, 촙드 섬유 다발의 배열 상태가 실질적으로 유지된 채, 낙하하여, 성형 기체(209)의 표면에 도달한다.

촙드 섬유 다발의 성형 기체(209)의 표면에 있어서의 도달 위치는, 로봇암(210)의 조작에 의해 순차로 변경되고, 성형 기체(209) 상에 분말 상태의 집속제가 부착되어 있는 촙드 섬유 다발 [A]의 층이 형성된다. 성형 기체(209) 상에 형성된 촙드 섬유 다발 [A]의 층은, 거기에 포함되어 있는 분말 상태의 집속제를 용융시키기 때문에, 가열되어 용융된 집속제에 의해, 촙드 섬유 다발끼리의 일체화가 행해져, 삼차원 형상을 갖는 본 발명의 성형 재료가 제조된다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료를 사용하여 성형된 섬유 강화 플라스틱은, 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 랜덤 매트와 매트릭스 수지 [M]을 포함한다. 따라서, 본 발명의 섬유 강화 플라스틱에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]는, 그것을 형성하고 있는 강화 섬유의 섬유 길이는, 예를 들어 5 내지 100mm이며, 촙드 섬유 다발 [A]의 양단부로부터, 강화 섬유의 배열 방향에 따라서, 촙드 섬유 다발 [A]의 길이 방향의 중앙부를 향하여, 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 개수가 증가하는 천이 구간을 가지고, 촙드 섬유 다발 [A]의 전역에 걸쳐, 촙드 섬유 다발 [A]의 횡단면에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 1mm당 0.05mm² 이하이다.

이러한 섬유 강화 플라스틱에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]는, 그 중앙부로부터 단부에 걸쳐, 강화 섬유의 개수가 감소하는 형태를 가지고 있기 때문에, 섬유 강화 플라스틱 중에 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]가 담당하는 하중을 서서히 주위의 촙드 섬유 다발 [A]에 전달할 수 있어, 응력 집중을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 특히 촙드 섬유 다발 [A]의 전역에 걸쳐, 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이 1mm당 0.05mm² 이하임으로써, 응력 전달 효율이 비약적으로 향상된다. 이 변화량은 0.04mm² 이하인 것이 바람직하다. 응력 집중의 영향을 최소화하기 위해서는, 이 변화량은 0.025mm² 이하인 것이 좋다. 강화 섬유(단사)의 직경이 5 내지 10㎛ 정도인 탄소 섬유의 경우에는, 촙드 섬유 다발 [A]의 전역에 걸쳐, 강화 섬유의 총 개수의 변화량이 1mm당 1,400개 이하인 것이 좋다. 이 총 개수의 변화량은 1,000개 이하인 것이 보다 바람직하다. 응력 집중의 영향을 최소화하기 위해서는, 이 총 개수의 변화량은 800개 이하인 것이 좋다.

실시예

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

[사용 원료]

섬유 다발 [B-1]: 섬유 직경 7.2㎛, 인장 탄성률 240GPa, 단사수 50,000개가 연속된 탄소 섬유 다발(ZOLTEK사제, “Panex35(등록 상표)”)을 사용하였다.

매트릭스 수지 [M-1]:

비닐에스테르 수지(다우·케미컬(주)제, “델라켄(등록 상표) 790”)를 100중량부, 경화제로서 tert-부틸퍼옥시벤조에이트(니혼 유시(주)제, “퍼부틸(등록 상표) Z”)를 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.

[촙드 섬유 다발 [A]의 분류 및 집합체 [Y]의 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, 촙드 섬유 다발 [A]를 400개 핀셋을 사용하여 취출하고, 이하의 기준에 의해 집합체 [X], 집합체 [Y], 집합체 [Z]로 분류하였다.

집합체 [X]: 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 실시된 분섬 처리에 기인하여 분할된 가는 다발을 분섬 다발 집합체(집합체 [X])로 하였다.

집합체 [Y]: 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 미분섬 처리 구간이나 락합부, 락합 집적부 등의 다발간 결합 인자에 의해, 「다발끼리가 결합된 형상이다」라고 판단할 수 있는 것을 결합 다발 집합체(집합체 [Y])로 하였다.

집합체 [Z]: 부분 분섬 섬유 다발에 있어서, 미분섬 처리 구간이나 락합부, 락합 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(집합체 [Z])로 하였다.

또한, 상기에서 분류된 집합체 [Y]의 총 개수로부터, 섬유 강화 수지 성형 재료 중에 있어서의 집합체 [Y]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 5조각(합계 10조각)을 잘라내고, JIS K7074(1988년)에 준거하여 측정을 실시하였다(굽힘 강도[MPa], 굽힘 탄성률[GPa], 굽힘 탄성률의 CV(변동 계수)[％]).

(실시예 1)

섬유 다발 [B-1]을, 와인더를 사용하여 일정 속도 10m/min으로 권출하고, 10Hz로 축방향으로 진동하는 진동폭 확대롤에 통과시키고, 폭 확대 처리를 실시한 후에, 60mm 폭의 폭 규제롤을 통과시킴으로써 60mm로 폭을 넓힌 폭 확대 섬유 다발을 얻었다. 얻어진 폭 확대 섬유 다발에 대하여, 두께 0.2mm, 폭 3mm, 높이 20mm의 돌출 형상을 구비하는 분섬 처리용 철제 플레이트를 강화 섬유 다발의 폭 방향에 대하여 3.5mm 등간격으로 병행하게 세팅한 분섬 처리 수단을 준비하고, 이 분섬 처리 수단을 폭 확대 섬유 다발에 대하여 간헐식으로 삽발하고, 부분 분섬 섬유 다발을 얻었다. 이 때, 분섬 처리 수단은 일정 속도 10m/min으로 주행하는 폭 확대 섬유 다발에 대하여, 3sec간 분섬 처리 수단을 찔러 분섬 처리 구간을 생성하고, 0.2sec간에 분섬 처리 수단을 뽑고, 다시 찌르는 동작을 반복해서 행하였다.

얻어진 부분 분섬 섬유 다발은 분섬 처리 구간에서 섬유 다발이 폭 방향에 대하여 17 분할로 분섬되어 있으며, 적어도 하나의 분섬 처리 구간의 적어도 하나의 단부에, 단사가 교락된 락합부가 집적되어 이루어지는 락합 집적부를 가지고 있었다. 부분 분섬 섬유 다발을 1500m 제작한 바, 한번도 실 끊어짐, 권취를 일으키지 않고, 섬유 다발 내에 존재한 섬유의 꼬임은 분섬 처리 수단을 삽발할 때에 주행 방향으로 통과하고, 안정된 폭으로 분섬 처리를 행할 수 있었다.

얻어진 부분 분섬 섬유 다발을, 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 각도 15°로 절단날이 기울어진 로터리 커터에 연속적으로 삽입되어 섬유 다발을 절단하고, 촙드 섬유 다발 [A]를 얻었다. 이 때, 섬유 길이 25mm로 절단할 수 있도록 사전에 절단 간격을 6.5mm로 조정하였다. 또한, 삽입된 부분 분섬 섬유 다발은, 부분 분섬 섬유 다발의 권취 공정이나, 절단 공정 중의 실 장력이 걸림으로써, 상술한 분섬 처리 공정을 실시할 때에 60mm 폭까지 폭을 넓힌 것이지만, 절단 시에 있어서의 섬유 다발폭 W는 20mm였다. 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]는, 도 15에 나타내는 것과 같은, 불변 구간(114)과 2개의 천이 구간(113a, 113b)을 갖는 형상이었다. 이 때, 천이 구간(113a, 113b)에 있어서의 강화 섬유의 총 단면적의 변화량은, 촙드 섬유 다발 [A]의 형태의 분류에 따라서 폭이 있지만, 촙드 섬유 다발의 길이 방향으로 1mm당, 0.005 내지 0.025mm²였다.

상기 절단 공정으로부터 이어서, 촙드 섬유 다발 [A]를 균일 분산되게 살포함으로써, 섬유 배향이 등방적인 랜덤 매트를 얻었다. 얻어진 불연속 섬유 부직포의 단위 면적당 중량은 1kg/m²였다.

매트릭스 수지 [M-1]을 닥터 블레이드를 사용하여 균일하게 폴리프로필렌제 이형 필름 2매 각각에 도포하고, 2매의 수지 시트를 제작하였다. 이들 2매의 수지 시트로 상기 얻어진 랜덤 매트를 상하로부터 끼워 넣고, 롤러로 수지를 매트 중에 함침시킴으로써, 시트상 섬유 강화 수지 성형 재료를 얻었다. 이 때, 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 대하여, 전술한 촙드 섬유 다발 [A]의 분류 및 집합체 [Y]의 함유율의 산출 방법에 기초하여, 집합체 [Y] 함유율을 산출한 바, 10％였다. 또한, 상술한 역학 특성의 평가 방법에 기초하여, 섬유 강화 수지 성형 재료를 성형하여 역학 특성을 평가하였다. 얻어진 일련의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

다발상 집합체 [A]의 섬유 길이가 12.5mm로 되게, 절단 간격을 3.2mm로 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

섬유 다발의 절단 각도가 30°, 섬유 길이가 12.5mm로 되게, 로터리 커터의 절단날 기울기와 절단 간격을 6.2mm로 조정한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

섬유 다발 절단 시의 폭 W가 30mm로 되게, 부분 분섬 섬유 다발을 권취하기 직전에, 섬유 다발의 폭 확대 폭 유지를 위한 당김 롤러를 설치하고, 부분 분섬 섬유 다발폭을 조정한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

부분 분섬 섬유 다발을 절단할 때, 섬유 다발의 길이 방향에 대하여 각도 90°, 절단 간격 25mm로 절단날이 설치된 로터리 커터를 사용하여 촙드 섬유 다발 [A]를 얻은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

(비교예 2)

섬유 다발 [B-1]에 분섬 처리를 실시하지 않은 채, 절단하고, 촙드 섬유 다발 [A]를 얻은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 얻어진 일련의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 1 내지 4에 대하여, 우수한 역학 특성(굽힘 강도, 탄성률), 저변동을 양립시켜 발현하는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 3에 대해서는, 절단 각도를 크게 함으로써, 섬유 다발 단부 부위에 있어서의 응력 집중이 커지기 때문에, 역학 특성의 저하가 보였지만, 문제가 없는 레벨인 것을 확인하였다. 또한, 실시예 4에 대해서는, 절단 시의 섬유 다발폭을 조정함으로써, 미분섬 처리 구간이나 락합부, 락합 집적부 등의 다발간 결합 인자를 세분화할 수 있어, 역학 특성의 향상과, 변동의 저감에 현저한 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예 1, 2에 대하여, 비교예 1에 있어서는 섬유 다발의 절단 각도를 90°로 절단하였기 때문에, 섬유 다발 단부 부위에서의 응력 집중이 발생하고, 또한 집합체 [Y]의 함유율도 높고, 역학 특성의 저하와 변동의 증대가 보였다. 또한, 비교예 2에 있어서는 강화 섬유 다발로 분섬 처리를 실시하지 않았기 때문에, 집합체 [Y]의 함유율이 높고, 역학 특성의 저하와 변동의 증대가 보였다.

본 발명은, 성형 시의 우수한 유동성과, 성형품이 높은 역학 특성과 그 역학 특성의 변동의 저감이 요구되는 모든 섬유 강화 수지 성형 재료에 적용 가능하다.

1, 17, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 212 부분 분섬 섬유 다발 [B]
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 촙드 섬유 다발 [A]
11, 25, 63 락합부
12, 26, 73 락합 집적부
20 섬유 다발
21 분섬 수단
22 돌출부
24 접촉부
27 보풀 모임부
34, 35, 43, 53, 65, 75, 83, 92 절단면
36, 37 다발상 집합체
F, 111 강화 섬유
112a 제1 선단
112b 제2 선단
113a 제1 천이 구간
113b 제2 천이 구간
113Ea 천이 구간의 제1 종단부면
113Eb 천이 구간의 제2 종단부면
114: 불변 구간
114Ea 불변 구간의 한쪽 단부면
115a 제1 천이 구간에 있어서의 한쪽 변
115b 제2 천이 구간에 있어서의 한쪽 변
116a 제1 천이 구간에 있어서의 다른 쪽 변
116b 제2 천이 구간에 있어서의 다른 쪽 변
191 섬유 강화 수지 성형 재료
201 연속 강화 섬유 다발
202 보빈
203, 204 가이드 롤러
205 롤러 커터
206 집속제 부여 장치
207 집속제 공급구
208 슬릿상 노즐
209 성형 기체
210 로봇암
211 부분 분섬 처리 장치
θ 절단 각도
L 길이 방향
CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a 내지 CFB5g 촙드 섬유 다발 [A]
CFTS 강화 섬유의 총 단면적의 변화량
Ld 촙드 섬유 다발 [A]의 지름 길이
Lf 강화 섬유의 섬유 길이
Tb 촙드 섬유 다발 [A]의 최대 두께
Wb 촙드 섬유 다발 [A]의 최대 폭
Wd 촙드 섬유 다발 [A]의 지름 폭

Claims

적어도 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 랜덤 매트로서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]는, 적어도 하기 (a) 내지 (d)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 랜덤 매트.
(a) 상기 촙드 섬유 다발 [A]는, 복수의 강화 섬유를 포함하는 섬유 다발의 길이 방향에 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리 구간과, 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체로서,
(b) 상기 촙드 섬유 다발 [A]는, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 있어서의 한쪽 선단인 제1 선단으로부터 다른 쪽 선단인 제2 선단을 향하여, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 직각인 방향의 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 개수가 증가하는 제1 천이 구간을 가짐과 함께, 상기 제2 선단으로부터 상기 제1 선단을 향하여, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 개수가 증가하는 제2 천이 구간을 가지고,
(c) 상기 제1 천이 구간과 상기 제2 천이 구간 사이에, 상기 섬유 다발의 길이 방향에 따라서, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 개수가 불변인 불변 구간을 가지고, 해당 불변 구간의 한쪽 단부면이, 상기 제1 천이 구간의 상기 제1 선단과는 반대측의 종단부인 제1 종단부면에 일치함과 함께, 상기 불변 구간의 다른 쪽 단부면이, 상기 제2 천이 구간의 상기 제2 선단과는 반대측의 종단부인 제2 종단부면에 일치하거나, 또는 상기 제1 종단부면과 상기 제2 종단부면이 직접 일치하며, 또한
(d) 상기 제1 선단과 상기 제2 선단 사이에 있어서, 상기 섬유 다발 횡단면에 있어서의 상기 강화 섬유의 총 단면적의 변화량이, 상기 섬유 다발의 길이 방향으로 1mm당 0.05mm² 이하인 촙드 섬유 다발.
제1항에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]에 있어서, 적어도 하나의 상기 분섬 처리 구간의 적어도 한쪽 단부에 상기 강화 섬유가 교락된 락합부, 및/또는 해당 락합부가 집적되어 이루어지는 락합 집적부가 형성되어 있는 랜덤 매트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체가 적어도 하기 집합체 [X] 내지 [Z]로 분류되고, 상기 촙드 섬유 다발 [A]는 집합체 [X], [Y], [Z] 중 적어도 1종을 포함하는 랜덤 매트.
집합체 [X]: 분섬 처리에 의해 임의의 다발 개수로 분할된 분섬 다발 집합체
집합체 [Y]: 상기 미분섬 처리 구간, 및/또는 적어도 하나의 상기 분섬 처리 구간의 적어도 한쪽 단부에 형성된 상기 강화 섬유가 교락된 락합부, 및/또는 해당 락합부가 집적되어 이루어지는 락합 집적부에 의해, 섬유 다발의 강화 섬유끼리가 결합된 결합 다발 집합체
집합체 [Z]: 상기 미분섬 처리 구간, 및/또는 상기 락합부, 및/또는 상기 락합 집적부와, 상기 부분 분섬 섬유 다발의 절단 시의 절단면이 교차하고, 해당 교차부에 있어서, 상기 섬유 다발의 강화 섬유끼리의 결합이 절단되어 있는 결합 절단 집합체
제3항에 있어서, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하여 얻어지는 불연속 강화 섬유의 다발상 집합체 중, 상기 결합 다발 집합체 [Y]의 함유율이 0 내지 15％의 범위에 있는 랜덤 매트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 랜덤 매트를 제조하는 방법으로서,
상기 촙드 섬유 다발 [A]를 얻을 때, 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 상기 섬유 다발의 길이 방향에 대하여, 각도(θ)(3°≤θ≤30°)로 절단하는 것을 특징으로 하는 랜덤 매트의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]를 얻을 때, 하기 식 (1)을 만족시키도록 상기 부분 분섬 섬유 다발 [B]를 절단하는 랜덤 매트의 제조 방법.
W·cosθ/D≥3 …(1)
W: 부분 분섬 섬유 다발 절단 시의 섬유 다발폭
D: 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서의 절단면의 간격
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 랜덤 매트와, 매트릭스 수지 [M]을 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료.