MX2014010142A - Estera aleatoria y material compacto compuesto reforzado con fibras. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un producto compacto de un material compuesto reforzado con fibras el cual es isotrópico y exhibe excelente resistencia mecánica, y una estera aleatoria usada como un material intermediario para el mismo. Esta estera aleatoria contiene fibras reforzadas que tienen una longitud de fibra promedio de 3-100 mm, y una resina termoplástica, las fibras reforzadas satisfacen i) -iii). i) La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras reforzadas satisface la fórmula (1). 0.03 mm < Ww < 5.0 mm (1). ii) La relación de distribución de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) de las fibras reforzadas, la relación se define como la relación de la anchura de fibra promedio en peso (Ww) a la anchura de fibra promedio en número (Wn), es 1.8-20.00 inclusive. iii) El espesor de fibra promedio en peso de las fibras reforzadas es menor que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las mismas.

Description

ESTERA ALEATORIA Y MATERIAL COMPACTO COMPUESTO REFORZADO COH FIBRAS Campo de la Invención La presente invención se refiere a una estera aleatoria usada como un material intermedio de un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que incluye una resina termoplástica como una matriz, y un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras obtenido de la misma.

Antecedentes de la Invención Como un material compuesto reforzado con fibras en el cual se usa una fibra de carbono, una fibra de aramida, una fibra de vidrio, o similares, como una fibra de refuerzo, se ha utilizado la estera aleatorio isotrópica debido a la formabilidad o conveniencia de procesamiento. La estera aleatoria se puede obtener por un método de pulverización (método seco) para pulverizar simultáneamente un cuerpo de fibra de refuerzo cortado o una resina termoestable en un molde, un método de fabricación de papel (método húmedo) añadiendo una fibra de refuerzo cortada a una pasta aguada que contiene un aglutinante por anticipado, o similar.

Como un medio para mejorar las propiedades mecánicas de un material compuesto, se conoce el aumento de una relación de contenido de volumen Vf de fibras de Ref. 250328 refuerzo, pero en el caso de una estera aleatoria en la cual se usan fibras cortadas, es difícil aumentar la relación de contenido de volumen de fibras de refuerzo debido a la presencia de fibras de dirección tridimensional, muchas marañas de fibras, y similares. Además, en el caso de usar la estera aleatoria, puesto que las fibras son discontinuas en comparación con el caso de usar una fibra continua, es difícil desarrollar suficientemente resistencia de las fibras de refuerzo, y una relación de desarrollo de resistencia de las fibras de refuerzo después de formar un producto conformado llega a ser 50% o menor con respecto a un valor teórico. En el Documento No de patente 1, se ejemplifica un material compuesto hecho de una estera aleatoria de una fibra de carbono en la cual se usa una resina termoestable como una matriz. La relación de desarrollo de resistencia del material compuesto es aproximadamente 44% con respecto al valor teórico .

Además, un material compuesto en el cual se usa una resina termoplástica como una matriz en la técnica relacionada se obtuvo calentando y presurizando, usando un autoclave durante 2 horas o más, un material intermedio llamado un preimpregnado, en el cual una resina termoestable se impregna en un material de base de fibra de refuerzo por anticipado. Recientemente, se ha propuesto un método RTM donde un material de base de fibra de refuerzo en el cual no se impregna una resina termoestable se coloca en un molde y luego la resina termoestable se funde en este. El método RTM logra que se reduzca en gran medida el tiempo de moldeo, pero incluso en el caso de usar el método RTM, se requieren 10 minutos o más hasta que el componente se moldee .

Por consiguiente, se ha prestado atención a un material compuesto en el cual se usa resina termoplástica en lugar de la resina termoestable como una matriz.

Un TP-SMC de moldeo por estampación termoplástica que usa una resina termoplástica como una matriz (Documento de Patente 1) es un método en el cual las fibras cortadas, en las cuales se impregna la resina termoplástica por anticipado, se calientan a un punto de fusión o mayor, las fibras calientes se ponen en una parte de un molde, el molde se endurece inmediatamente, y luego las fibras y la resina se dejan fluir en el molde para obtener una forma de producto y se enfrían para moldear un producto conformado. En este método, el moldeo se puede realizar en un corto tiempo de aproximadamente 1 minuto usando las fibras en las cuales se impregna la resina por anticipado. El método es un método que usa un material de moldeo llamado un SMC o una hoja estampable, y en el moldeo por estampación termoplástica, hay problemas porque puesto que las fibras y la resina se dejan fluir en el molde, no se puede hacer un producto de pared delgada, y puesto que se desordena la alineación de las fibras, el control del mismo es difícil.

Además, en el Documento de Patente 2, las fibras en un montaje de fibras se distribuyen continuamente en un intervalo de 1 mm a 15 mm de longitudes de fibra, las fibras cortas se agregan mientras se mezclan aleatoriamente para prevenir que las fibras formen parcialmente agregación irregular y para obtener el montaje de fibras el cual es uniforme y tiene excelente isotropía. Sin embargo, en el método, hay un problema porque las fibras cortas son orientadas en una dirección del espesor también.

Lista de Citas Documento de Patente Documento de Patente 1: Patente Japonesa No. 4161409 Documento de Patente 2: Solicitud de Patente Japonesa Abierta No. 5-9853 Documento No de Patente Documento No de Patente 1: Composites Part A 38 (2007) p.755 a 770 Breve Descripción de la Invención Problemas a ser resueltos por la Invención Sin embargo, en la técnica relacionada, no se estudia un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que tiene isotropía, excelente resistencia a la tensión, y alto módulo de tensión. Para resolver muchos problemas en la técnica relacionada, un objeto de la presente invención proporciona un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que tiene isotropía y excelente resistencia mecánica y una estera aleatoria usada como un material intermedio del mismo. Particularmente, un objeto de la presente invención proporciona un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que tiene alta relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo incluidas en el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras, y el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras tiene excelente módulo de tensión.

Solución al Problema Los inventores consiguieron proporcionar un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que tiene excelente resistencia mecánica, excelente isotropía, y alta resistencia mecánica, particularmente módulo de tensión, de una estera aleatoria que incluye una resina termoplástica y fibras de refuerzo las cuales tienen una anchura de fibra promedio en peso predeterminada, una relación de dispersión de anchura de fibra promedio, y un espesor de fibra promedio en peso discontinuo.

Además, los inventores consiguieron que en la estera aleatoria, la agregación irregular parcial de las fibras de refuerzo se puede prevenir que ocurra mezclando las fibras de refuerzo que tienen diferentes tamaños grandes y pequeños, y en la estera aleatoria configurada solamente por fibras de refuerzo con un diámetro reducido tal como una forma de fibra única, por la alineación en una dirección de espesor y marañas de las fibras, se puede prevenir que la estera sea voluminosa. Además, usando la estera aleatoria que incluye las fibras de refuerzo que tienen diferentes tamaños grandes y pequeños, los inventores consiguieron proporcionar el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que tiene mayor relación de contenido de volumen de fibras de refuerzo y resistencia mecánica más excelente para completar la presente invención.

Es decir, la presente invención es una estera aleatoria que incluye fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra promedio de 3 a 100 mm y una resina termoplástica, en la cual las fibras de refuerzo satisfacen los siguientes i) a iii) , y un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras obtenido por moldeo de la misma. i) Una anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo satisface la siguiente Ecuación (1) . 0.03 mm < (Ww) < 5.0 mm (1) ii) Una relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) definida como una relación de la anchura de fibra promedio en peso (Ww) a una anchura de fibra promedio en número (Wn) para las fibras de refuerzo es 1.8 o mayor y 20.0 o menor. iii) Un espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es menor que la anchura de fibra promedio en peso ( w) .

Efectos Ventajosos de la Invención De acuerdo con la presente invención, en la estera aleatoria que incluye la resina termoplástica y las fibras de refuerzo, las fibras de refuerzo incluidas tienen una distribución de anchura de fibra predeterminada para aumentar una propiedad de llenado de las fibras de refuerzo y tienen excelente resistencia mecánica. Además, en las direcciones en el plano, las fibras de refuerzo no se alinean en una dirección predeterminada, sino isotrópica.

Por consiguiente, puesto que el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras obtenido de la estera aleatoria de la presente invención tiene excelente resistencia mecánica, excelente isotropía, y alta resistencia mecánica, particularmente, módulo de tensión, el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras se puede usar en varias clases de miembros constituyentes, por ejemplo, una placa interna, una placa externa, y miembros constituyentes de un vehículo, varias clases de productos eléctricos, un armazón o una carcasa de una máquina, o similares.

Breve Descripción de las Figuras La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un ejemplo de un proceso de corte usando un cortador giratorio.

La FIG. 2 es un diagrama esquemático que ilustra una parte frontal y una sección transversal en un ejemplo de un cortador de separación giratorio preferible.

La FIG. 3 es un diagrama esquemático de un ejemplo preferible de un método de ensanchamiento y abertura de una fibra .

Descripción Detallada de la Invención Después, las modalidades de la presente invención serán descritas en secuencia. En la descripción de la presente invención, un peso significa una masa.

La presente invención se refiere a una estera aleatoria que incluye fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra promedio de 3 a 100 mm y una resina termoplástica , en la cual la fibra de refuerzo satisface los siguientes i) a iii) . i) Una anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo satisface la siguiente Ecuación (1) . 0.03 mm < Ww < 5.0 mm (1) ii) Una relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) definida como una relación de la anchura de fibra promedio en peso Ww a una anchura de fibra promedio en número (Wn) para la fibra de refuerzo es 1.8 o mayor y 20.0 o menor . iii) Un espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es menor que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) .

La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria de la presente invención se puede obtener por la siguiente Ecuación (5) de una anchura (después, también referida como una anchura de fibra o Wj.) y un peso (después, también referido como un peso de fibra o wi) de las mismas y un peso total w de fibras de refuerzo extraídas, con respecto a cada una de las fibras de refuerzo que tienen un número suficiente extraído de la estera aleatoria (preferiblemente 200 a 1000 extraídas de la estera aleatoria de 100 mm x 100 mm, y más preferiblemente 300 a 1000, por ejemplo, 300) .

Ww = ?(Wi x Wi/w) (5) En la Ecuación (5) , i es un número natural desde 1 al número de fibras de refuerzo extraídas de la estera aleatoria .

Con respecto a la estera aleatoria de la presente invención, como se muestra en la Ecuación (1) , la anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo es mayor que 0.03 mm y menor que 5.0 mm, preferiblemente mayor que 0.03 mm y menor que 4.0 mm, preferiblemente mayor que 0.1 mm y menor que 3.0 mm, es decir, representada por la siguiente Ecuación (2) . 0.1 mm < Ww < 3.0 m (2) Es más preferiblemente mayor que 0.2 mm y menor que 2.4 mm, y de manera particular preferiblemente mayor que 0.3 mm y menor que 2.0 mm. Cuando la anchura de fibra promedio en peso (W ) de las fibras de refuerzo es 0.03 mm o menor, puede ser difícil controlar la relación de dispersión de anchura de fibra, y cuando la anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo es 5.0 mm o mayor, hay problemas porque la propiedad de llenado de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria se puede disminuir, y la relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo o la resistencia mecánica del producto conformado obtenido de la estera aleatoria puede ser insuficiente.

En la estera aleatoria de la presente invención, una relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) definida como una relación de la anchura de fibra promedio en peso (Ww) a una anchura de fibra promedio en número (Wn) , para las fibras de refuerzo incluidas, es 1.8 o mayor y 20.0 o menor, y preferiblemente 1.8 o mayor y 10.0 o menor. El límite inferior de la (Ww/Wn) es preferiblemente mayor que 2.0, por ejemplo, 2.01 o mayor. La (Ww/Wn) es preferiblemente mayor que 2.0 y 15.0 o menor, más preferiblemente mayor que 2.0 y 12.0 o menor, mucho más preferiblemente mayor que 2.0 y 10.0 o menor, de manera particular preferiblemente 2.0 y 8.0 o menor, y muy preferiblemente mayor que 2.0 y 6.0 o menor. Es preferido que la relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) (en la presente invención, simplemente abreviada como una relación de dispersión) sea 1.0 o mayor debido a que no es susceptible de formar una abertura entre las fibras de refuerzo, y la relación de contenido de volumen de fibras de refuerzo es fácilmente aumentado. No es preferido que la (Ww/Wn) sea mayor que 20.0 debido a que es difícil controlar la relación de dispersión.

Aquí, la anchura de fibra promedio en número (Wn) se calcula por la siguiente Ecuación (4) , después de extraer un número suficiente (I) de fibras de refuerzo de la estera aleatoria en el orden mencionado antes de la anchura de fibra promedio en peso ( w) y medir una anchura de fibra Wi de cada fibra de refuerzo.

Wn = ?Wi/l (4) En las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria de la presente invención, el espesor de fibra promedio en peso es menor que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) , y el espesor de fibra promedio en peso es preferiblemente 1/5 o menor de la anchura de fibra promedio en peso (Ww) , más preferiblemente 1/7 o menor, mucho más preferiblemente 1/10 o menor, muchos más preferiblemente 1/20, y de manera particular preferiblemente 1/50 o menor.

Cuando el espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es el mismo que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) , las fibras son orientadas no solamente en unas direcciones en el plano sino también en una dirección de espesor, y como un resultado, se considera un problema porque es difícil aumentar la relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo debido a que se causan marañas de las fibras de refuerzo.

En la presente invención, la longitud corta es referida como un 'espesor' de longitudes de dos direcciones excepto para una dirección longitudinal de la fibra de refuerzo, y la otra longitud es referida como una 'anchura'. Cuando las dimensiones de dos direcciones, las cuales son ortogonales entre sí en una sección transversal en la dirección vertical a la dirección longitudinal de la fibra de refuerzo, son las mismas entre sí, una dirección arbitraria es referida como una anchura de la fibra de refuerzo, y la otra dirección es referida como un espesor de la fibra de refuerzo .

El espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria de la presente invención es preferiblemente 0.01 mm o mayor y 0.30 mm o menor, más preferiblemente 0.02 mm o mayor y 0.20 mm o menor, y mucho más preferiblemente 0.03 mm o mayor y 0.15 mm o menor, y de manera particular preferiblemente 0.03 mm o mayor y 0.10 mm o menor. En términos de impregnación de la resina termoplástica la cual será una matriz, el espesor de fibra promedio en peso de la fibra de refuerzo es preferiblemente 0.30 mm o menor. Un valor de 0.01 mm o mayor el cual es el límite inferior del espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo no es particularmente estricto.

Mientras tanto, el espesor de fibra promedio en peso t de las fibras de refuerzo se puede obtener por la siguiente Ecuación (7) después de operar el procedimiento como se describe en la anchura de fibra promedio en peso (Ww) y medir un espesor de fibra ti y un peso de fibra Wi de todas las fibras de refuerzo extraídas y un peso total w de las fibras de refuerzo extraídas.

T = ? (ti x Wi/w) (7) En un plano de la estera aleatoria de la presente invención, las fibras de refuerzo no se alinean en una dirección específica, sino se arreglan para ser dispersadas en direcciones aleatorias. La estera aleatoria de la presente invención es un material intermedio isotrópico en el plano. En el producto conformado obtenido procesando la estera aleatoria de la presente invención, se mantiene la propiedad isotrópica de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria. Las propiedades isotrópicas de la estera aleatoria y el producto conformado de la estera aleatoria se pueden evaluar cuantitativamente calculando una relación de los módulos de tensión en dos direcciones las cuales son ortogonales entre sí después de obtener el producto conformado de la estera aleatoria. Cuando una relación obtenida dividiendo el valor más grande por el valor más pequeño de los valores del módulo de tensión en las dos direcciones no es más de 2 en el producto conformado obtenido de la estera aleatoria, esto se considera como propiedad isotrópica. Cuando la relación no es mayor que 1.3, se considera que la propiedad isotrópica es excelente .

Como se describió anteriormente, la estera aleatoria de la presente invención es constituida por las fibras de refuerzo que tienen la anchura de fibra promedio en peso específica, la relación de dispersión de anchura de fibra promedio, y el espesor de fibra promedio en peso y la resina termoplástica . La estera aleatoria de la presente invención preferiblemente incluye la resina termoplástica y una estera de fibras de refuerzo constituida por las fibras de refuerzo. La estera de fibras de refuerzo de la presente invención es un cuerpo plano (tipo estera) constituido por fibras de refuerzo discontinuas sin incluir una resina termoplástica como una matriz. En la estera de fibras de refuerzo de acuerdo con la presente invención, las fibras de refuerzo pueden incluir un agente encolante, o una pequeña cantidad de un aglutinante cuando se forma la estera. Además, es preferido que las fibras de refuerzo estén orientadas en direcciones aleatorias en las direcciones en el plano, y la estera tiene sustancialmente las mismas direcciones vertical y horizontal de propiedad en las direcciones en el plano.

La clase de la fibra de refuerzo no se limita particularmente, y puede ser una única o una combinación de dos o más clases.

En la estera aleatoria de la presente invención, como una modalidad donde la estera de fibras de refuerzo incluye la resina termoplástica, se puede incluir una resina termoplástica de tipo polvo, fibrosa, o grumosa en la estera de fibra de refuerzo, la resina termoplástica como una matriz puede mantener la estera de fibras de refuerzo, o una resina termoplástica tipo hoja o película se puede incluir en la estera de fibras de refuerzo o estratificar en la estera de fibras de refuerzo. La resina termoplástica de la estera aleatoria puede estar en un estado fundido. Además, es innecesario decir que cuando se calculan una anchura de fibra promedio en peso (Ww) , una relación de dispersión de la anchura de fibra (Ww/ n) , y similares, para la estera de fibras de refuerzo incluida en la estera aleatoria de la presente invención, los valores calculados se pueden considerar como aquellos de la estera aleatoria.

La estera aleatoria de la presente invención se puede usar directamente como una preforma para obtener un producto conformado de material reforzado con fibras (después, simplemente referido como un producto conformado) el cual es una forma final. La estera aleatoria de la presente invención se puede usar para obtener el producto conformado el cual es la forma final después de impregnar la resina termoplástica mediante calentamiento o similar para formar un preimpregnado . La estera aleatoria de la presente invención incluye el preimpregnado en el cual se impregna la resina termoplástica.

Aquí, el producto conformado el cual es la forma final significa un producto conformado en una forma donde un producto obtenido presurizando y calentando la estera aleatoria o una placa fundida de la misma no se calienta o presuriza adicionalmente (moldea adicionalmente) para fundir la resina termoplástica como una matriz y para cambiar una forma o un espesor del producto obtenido.

Por consiguiente, cuando el producto obtenido presurizando y calentando la estera aleatoria o similar se corta para formar otra forma, pulida para ser delgada, y revestida con una resina o similar para ser gruesa, la presurización y calentamiento no se realizan, y como un resultado, el producto obtenido es el producto conformado el cual es la forma final. Además, el uso de calor como un medio de corte o procesamiento no corresponde con el calentamiento descrito en la presente.

Además, en un caso donde se moldea la estera aleatoria a la cual se suministra una resina termoplástica en un estado fundido, cuando se moldea la resina termoplástica suministrada en el estado fundido, por ejemplo, el producto conformado se puede obtener por moldeo incluyendo presurización solamente.

La estera aleatoria de la presente invención se puede usar para el moldeo ya que es como una preforma, y se puede usar para el moldeo después de que se forma como una placa moldeada, y puede seleccionar varios pesos areales de fibra de acuerdo con un moldeo deseado. El peso areal de fibra de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria es preferiblemente 25 a 10,000 g/m2, más preferiblemente 50 a 4,000 g/m2, mucho más preferiblemente 600 g/m2 a 3,000 g/m2, y mucho más preferiblemente 600 g/m2 a 2,200 g/m2.

En la estera aleatoria de la presente invención, una distribución de anchura de fibra de refuerzo (después, simplemente abreviada como una distribución de anchura de fibra) representada por una gráfica, o similar, en la cual una anchura de fibra de las fibras de refuerzo incluidas es un eje horizontal, y una fracción de peso de fibra de la fibra de refuerzo de cada anchura de fibra es un eje vertical, preferiblemente tiene uno o más picos, y más preferiblemente tiene al menos dos picos. Aquí, el pico no se limita a una forma aguda, y puede tener una forma de montaña que tiene una anchura media amplia, o una forma trapezoidal.

Además, el pico puede tener una forma simétrica o una forma asimétrica .

Cuando la distribución de anchura de fibra de refuerzo de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria de la presente invención tiene preferiblemente al menos dos picos, las aberturas entre las fibras de refuerzo en la estera aleatoria son adicionalmente menores, y por consiguiente se puede mejorar una propiedad de llenado.

Cuando la distribución de anchura de fibra de refuerzo tiene al menos dos picos, la estera aleatoria se puede obtener usando fibras de refuerzo divididas por al menos dos diferentes tipos de distancias.

Como hay al menos dos picos de la distribución de anchura de fibra de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria de la presente invención, es preferido que un pico esté en un intervalo de 0.01 mm o mayor y menor que 0.50 mm de la anchura de fibra, y el otro pico esté en un intervalo de 0.50 mm o mayor y 2.00 mm o menor que la anchura de fibra. Además, es preferido que un pico esté en un intervalo de 0.10 mm o mayor y menor que 1.00 mm de la anchura de fibra, y el otro pico esté en un intervalo de 1.00 mm o mayor y 5.00 mm o menor de la anchura de fibra. Además, es preferiblemente adicional la estera aleatoria que tiene los picos en los intervalos y la fracción de peso de fibra de la anchura de fibra en un intervalo pequeño que es mayor que la fracción de peso de fibra de la anchura de fibra en un intervalo grande .

En el caso donde la distribución de anchura de fibra tiene tres o más picos, cuando dos picos de la misma caen dentro del intervalo, el pico restante puede estar fuera del intervalo o puede estar en el intervalo.

Fibra de refuerzo Las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria son discontinuas y se caracterizan por incluir una fibra de refuerzo más larga a un cierto nivel para desarrollar una función de refuerzo. La longitud de fibra se expresa como una longitud de fibra promedio calculada midiendo las longitudes de fibra de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria obtenida. El método para medir la longitud de fibra promedio puede incluir un método para calcular un promedio midiendo una longitud de fibra de 100 fibras las cuales son extraídas aleatoriamente por unidad de 1 mm con un calibre de vernier o similar.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria de la presente invención es 3 mm o mayor y 100 m o menor, preferiblemente 4 mm o mayor y 50 mm o menor, más preferiblemente 5 mm o mayor y 30 mm o menor, y mucho más preferiblemente 5 mm o mayor y 20 mm o menor. Para aumentar la propiedad de llenado de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, la longitud de fibra de las fibras de refuerzo es preferiblemente más cercana a la anchura de fibra, y una relación de la longitud de fibra promedio y la anchura de fibra promedio en peso ( w) es preferiblemente 50/1 o menor, más preferiblemente 30/1 o menor, y mucho más preferiblemente 10/1 o menor.

La distribución de las longitudes de fibra puede ser ya sea una única o una combinación de dos clases o más.

En un método preferible para cortar fibras de refuerzo que se describen a continuación, en el caso de la formación de una estera aleatoria cortando las fibras de refuerzo con una longitud fija, la longitud de fibra promedio llega a ser la misma que la longitud de fibra cortada.

Las fibras de refuerzo son preferiblemente de al menos una clase seleccionada del grupo que consiste de fibras de carbono, fibras de aramida, y fibras de vidrio. Como las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria, las fibras de carbono son preferibles ya que las fibras de carbono pueden proporcionar un material compuesto de peso ligero con excelente resistencia. Como una fibra de carbono, son generalmente conocidas una fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo (después, abreviada como fibra de carbono a base de PAN) , una fibra de carbono a base de brea de petróleo, una fibra de carbono a base de brea de hulla, una fibra de carbono a base de rayón, una fibra de carbono a base de celulosa, una fibra de carbono a base de lignina, una fibra de carbono a base de fenol, una fibra de carbono basada en crecimiento con vapor, y similares, y la presente invención puede usar apropiadamente cualquiera de las fibras de carbono de estas. Particularmente, la fibra de carbono a base de PAN es preferible, y se puede usar ya sea sola o en combinación con una pluralidad de clases. Las fibras de refuerzo usadas en la estera aleatoria de la presente invención solamente pueden ser las fibras de carbono o incluir las fibras de vidrio o las fibras de aramida para impartir la resistencia al impacto. En el caso de las fibras de carbono, un diámetro de fibra promedio es preferiblemente 1 a 50 µp?, más preferiblemente 3 a 12 µt?, mucho más preferiblemente 5 a 9 im, y muy preferiblemente 5 a 7 µp?. Es preferible que se usen fibras de carbono con un agente encolante, y preferiblemente el agente encolante puede ser mayor que 0 a 10 partes en peso con base en 100 partes en peso de las fibras de carbono.

Las fibras de refuerzo en la presente invención pueden estar preferiblemente en un estado abierto como un filamento único, un haz de fibras que tiene una pluralidad de filamentos únicos, o en combinación del filamento único y el haz de fibras.

Resina de Matriz La resina termoplást ica es una resina de matriz incluida en la estera aleatoria de la presente invención. La clase de la resina terraoplástica puede incluir una o más clases seleccionadas del grupo que consiste de, por ejemplo, una resina de cloruro de vinilo, una resina de cloruro de vinilideno, una resina de acetato de vinilo, una resina de alcohol polivinílico, una resina de poliestireno, una resina de acrilonitrilo-estireno (resina de AS) , una resina de acrilonitrilo-butadieno-estireno (resina de ABS) , una resina acrílica, una resina metacrílica, una resina de polietileno, una resina de polipropileno, una resina de poliamida 6, una resina de poliamida 11, una resina de poliamida 12, una resina de poliamida 46, una resina de poliamida 66, una resina de poliamida 610, una resina de poliacetal, una resina de policarbonato, una resina de tereftalato de polietileno, una resina de naftalato de polietileno, una resina de naftalato de polibutileno, una resina de tereftalato de polibutileno, una resina de poliarilato, una resina de éter de polifenileno, una resina de sulfuro de polifenileno, una resina de polisulfona, una resina de poliéter sulfona, una resina de poliéter éter cetona, una resina de ácido poliláctico, y similares. En la presente invención, la resina termoplástica se puede usar sola, en combinación de una pluralidad de clases, o como un copolímero o un polímero modificado.

El contenido de la resina de matriz es preferiblemente 10 a 800 partes en peso, más preferiblemente 20 a 300 partes en peso, mucho más preferiblemente 20 a 200 partes en peso, mucho más preferiblemente 30 a 150 partes en peso, y de manera particular preferiblemente 50 a 100 partes en peso, con base en 100 partes en peso de las fibras de refuerzo.

Además, una relación de cantidad entre las fibras de refuerzo y la resina termoplástica puede ser referida por una relación de contenido de volumen de fibras de refuerzo (después, abreviada como Vf) definida por la siguiente Ecuación.

La relación de contenido de volumen de fibras de refuerzo (% Vol) = 100 x [volumen de fibras de refuerzo/ (volumen de fibras de refuerzo + volumen de resina termoplástica) ] .

La relación de contenido de volumen Vf de fibras de refuerzo y el contenido de la resina termoplástica representado por partes en peso con base en 100 partes en peso de las fibras de refuerzo se convierten usando la densidad de las fibras de refuerzo y la densidad de la resina termoplástica.

Además, en el intervalo sin dañar un objeto de la presente invención, los aditivos tales como varios rellenadores fibrosos o no fibrosos de fibras orgánicas o fibras inorgánicas, retardantes de llama, agentes anti-UV, pigmentos, agentes de liberación, ablandadores, plastificantes, y tensioactivos, se pueden incluir en la estera aleatoria de la presente invención.

Producto conformado de material compuesto reforzado con fibras Puesto que las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria tienen las características anteriores, la estera aleatoria de la presente invención tiene una ventaja la cual es alta formalidad. Por consiguiente, la estera aleatoria de la presente invención se puede usar como un material intermedio para obtener el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras.

Es decir, la presente invención incluye una invención de un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras obtenido de la estera aleatoria.

El producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención incluye fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra promedio de 3 a 100 mm y una resina termoplástica, y es preferible que las fibras de refuerzo puedan satisfacer los siguientes i) a iii) . i) Una anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo satisface la siguiente Ecuación (1) . 0.03 mm < Ww < 5.0 mm (1) ii) Una relación de dispersión (Ww/Wn) definida como una relación de la anchura de fibra promedio en peso ( w) a una anchura de fibra promedio en número (Wn) para la fibra de refuerzo es 1.8 o mayor y 20.0 o menor. iii) Un espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es menor que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) .

El espesor del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención se puede ajustar en un intervalo apropiado controlando un peso areal de fibra y una cantidad de la resina termoplástica.

Una clase de fibras de refuerzo que constituyen el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención no es particularmente limitada, y preferiblemente puede incluir los ejemplos descritos en las fibras de refuerzo en la estera aleatoria.

Una clase de resina que constituye el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención no es particularmente limitada, y preferiblemente puede incluir los ejemplos descritos en la resina de matriz en la estera aleatoria.

El contenido de la resina termoplástica del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención es preferiblemente 10 a 800 partes en peso, más preferiblemente 20 a 300 partes en peso, mucho más preferiblemente 20 a 200 partes en peso, mucho más preferiblemente 30 a 150 partes en peso, y de manera particular preferiblemente 50 a 100 partes en peso, con base en 100 partes en peso de las fibras de refuerzo, como se describió anteriormente con base en el contenido de la resina termoplástica en la estera aleatoria.

Una forma del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención no es particularmente limitada. La forma puede ser, por ejemplo, una forma de hoja y una forma de placa, y puede tener una porción curvada, y una sección transversal puede ser una forma que tiene un plano vertical tal como una forma de letra T, una forma de letra L, una forma de letra U, y una forma de sombrero, y puede ser una forma 3D que incluye estas formas.

El producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención puede tener varias clases de espesores, por ejemplo, 0.2 a 100 mm, pero incluso aunque el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras es un producto conformado de pared más delgada, puede ser una propiedad o una apariencia muy buena. En detalle, el espesor como una placa de moldeo puede ser 0.2 mm a 2.0 mm (más precisamente, es necesario un espesor a 25°C si es una medición extremadamente estricta) . El peso areal de fibra de las fibras de refuerzo en el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras es preferiblemente 25 a 10,000 g/m2, más preferiblemente 50 a 4,000 g/m2, más preferiblemente 600 g/m2 a 3,000 g/m2, y mucho más preferiblemente 600 g/m2 a 2,200 g/m2.

La presente invención incluye un laminado en el cual al menos una clase de producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención se usa en un núcleo o una capa de revestimiento. El laminado de la presente invención puede incluir adicionalmente al menos una clase de material compuesto reforzado con fibras unidireccionales en el cual las fibras de refuerzo continuas son arregladas unidireccionalmente en paralelo, como el núcleo o la capa de revestimiento. El laminado de la presente invención puede incluir adicionalmente al menos una clase de producto conformado de material compuesto reforzado con fibras (después, referido como otro producto conformado de material compuesto reforzado con fibras) diferente del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención o el material compuesto reforzado con fibras unidireccionales, como el núcleo o la capa de revestimiento. El laminado de la presente invención puede incluir adicionalmente al menos una clase de resina en la cual las fibras de refuerzo no se incluyen, como el núcleo o la capa de revestimiento.

La resina de matriz del material compuesto reforzado con fibras unidireccionales u otro producto conformado de material compuesto reforzado con fibras, y la resina en la cual las fibras de refuerzo no se incluyen pueden ser resinas termoestables o resinas termoplásticas. Método para manufacturar la estera aleatoria Un método para manufacturar la estera aleatoria de la presente invención es preferiblemente un método que incluye los siguientes procesos 1 a 4. 1. Un proceso para cortar las fibras de refuerzo (proceso de corte) . 2. Un proceso para introducir las fibras de refuerzo cortadas en un tubo, transportar las fibras de refuerzo introducidas por aire, y pulverizarlas (proceso de pulverización) . 3. Un proceso para fijar las fibras de refuerzo pulverizadas para obtener una estera de fibras de refuerzo (proceso de fijación) .

. Un proceso para añadir una resina termoplástica a la estera de fibras de refuerzo para obtener una estera aleatoria (proceso de adición de resina termoplástica) .

Proceso de Corte Se describirá el proceso de corte de las fibras de refuerzo. Cuando las fibras de refuerzo se cortan, una forma en la cual las fibras únicas de fibra larga se agrupan, una hebra así llamada más fácilmente se obtiene o se maneja siendo preferible. El método de corte de las fibras de refuerzo es un proceso para cortar las fibras de refuerzo usando una navaja tal como un cortador giratorio. Un ejemplo del proceso de corte usando el cortador giratorio se ilustra en la FIG. 1. Un ángulo de la navaja para cortar continuamente las fibras de refuerzo no es particularmente limitado, y la navaja puede tener una hoja de 90 grados o un cierto ángulo con relación a una fibra general o un haz arreglado en una forma en espiral. Un ejemplo de un cortador giratorio que tiene una navaja en espiral se ilustra en la FIG. 2.

La estera aleatoria de la presente invención se caracteriza porque las fibras de refuerzo tienen una distribución de anchura de fibra específica como se describió anteriormente. Es decir, las aberturas entre las fibras de refuerzo son más pequeñas incluyendo las fibras que tienen diferentes anchuras de fibra en la estera aleatoria, y por lo cual se aumenta la propiedad de llenado. La distribución de las anchuras de fibra no es particularmente limitada, y una forma de pico de la misma puede ser una única o en plural.

Para obtener una anchura de fibra deseada y una relación de dispersión de las fibras de refuerzo, un tamaño de las fibras de refuerzo proporcionadas en el proceso de corte tal como una anchura de fibra o un espesor de fibra se puede controlar por un método de ensanchamiento y un método de separación que se describen a continuación. Además, las fibras de refuerzo cortadas son preferiblemente abiertas por aire comprimido y similar para ser fibras de refuerzo más finas.

Además, usando una pluralidad de fibras de refuerzo, se puede controlar una anchura de fibra promedio o una relación de dispersión de la estera aleatoria, y en el proceso de corte o el proceso de pulverización que se describen a continuación, la anchura de fibra promedio o la relación de dispersión se pueden controlar preferiblemente combinando las fibras de refuerzo que tienen diferentes anchuras de fibra o espesores de fibra.

El método de ensanchamiento de las fibras no es particularmente limitado, y puede incluir un método para empujar un esparcidor tal como un pasador convexo y similar a las fibras, un método para arquear las fibras en una dirección de flujo de un aire pasando a través de un flujo de aire en una dirección transversal a una dirección de procesamiento de las fibras, un método para aplicar vibración, y similar. Las fibras de refuerzo ensanchadas preferiblemente pueden llegar a tener una anchura de fibra deseada usando un rodillo de control para controlar la anchura de fibra, instalado en un extremo trasero.

Además, para formar la estera aleatoria de la presente invención, las fibras de refuerzo son ensanchadas como se describió anteriormente, y luego la anchura de las fibras de refuerzo se puede separar para que sea menor (ver FIG. 3 también) .

El método de separación de las fibras no es particularmente limitado, y por ejemplo, puede incluir un método para usar una rebanadora o similar para que una hebra sea de haces delgados . En el caso de separar la hebra usando la rebanadora, una anchura de fibra deseada se puede obtener apropiadamente controlando un intervalo de ranura. Además, una hoja rebanadora es capaz de controlar preferiblemente una anchura de fibra pasando las fibras con una anchura de fibra específica a través de una hoja rebanadora tipo navaja para que sean separadas o a través de una rebanadora tipo peine para que sean seleccionadas. Además, un número de fibras promedio deseado de fibras de refuerzo se puede obtener fácilmente seleccionando un agente de encolado de las fibras de refuerzo y separando las fibras de refuerzo.

Como tal, las fibras de refuerzo se pueden controlar con una anchura de fibra pequeña o similar mediante el ensanchamiento de las fibras y la separación de las fibras. Por lo tanto, es posible obtener la estera aleatoria de la cual es excelente la expresión de la función de refuerzo de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria, y la homogeneidad se mejora, la no uniformidad del espesor de la estera de fibras de refuerzo es pequeña, y la resistencia mecánica es excelente.

Proceso de Pulverización Subsecuentemente, un proceso de pulverización se realiza introduciendo las fibras de refuerzo cortadas en un tubo ahusado en un lado corriente abajo del cortador. Un método para transportar las fibras de refuerzo al tubo ahusado no es particularmente limitado, pero es preferible que una velocidad de aire de succión se permita que sea generada en el tubo ahusado y por consiguiente la fibra de refuerzo se puede transportar en el tubo ahusado por aire. Durante el proceso de corte, cuando una pluralidad de fibras de refuerzo se corta separadamente, las fibras de refuerzo se pueden mezclar preferiblemente en el tubo ahusado mezclándolas en el tubo ahusado.

Además, durante el proceso de pulverización, el aire comprimido se sopla directamente a las fibras de refuerzo para ensanchar apropiadamente la distribución de las anchuras de fibra de refuerzo. Un área de la distribución se puede controlar por la presión del aire comprimido soplado.

Las fibras de refuerzo transportadas se pueden pulverizar preferiblemente en una hoja permeable instalada por debajo de un aparato de pulverización.

Además, las fibras de refuerzo transportadas se pueden pulverizar preferiblemente en una hoja permeable movible que tiene un mecanismo de succión, incluso para el siguiente proceso de fijación.

Además, durante el proceso de pulverización, una resina termoplástica fibrosa o tipo polvo se pulveriza sobre la hoja conjuntamente con la fibra de refuerzo cortada al mismo tiempo para obtener apropiadamente la estera aleatoria que incluye las fibras de refuerzo y la resina termoplástica. Proceso de Fijación Subsecuentemente, las fibras de refuerzo pulverizadas se fijan para obtener la estera de fibras de refuerzo. En detalle, es preferible el método para fijar las fibras de refuerzo pulverizadas succionando aire desde una porción inferior de la hoja permeable para obtener la estera de fibras de refuerzo. Incluso en el caso de pulverización de las fibras de refuerzo y la resina termoplástica fibrosa o tipo polvo al mismo tiempo, la resina termoplástica fibrosa o tipo polvo se fija para ser acompañada con las fibras de refuerzo. Además, el proceso de fijación se puede realizar continuamente con el proceso de pulverización de las fibras de refuerzo y similares durante el proceso de pulverización. Proceso de Adición de Resina Termoplástica El proceso de adición de resina termoplástica se puede realizar simultáneamente con los procesos 1 a 3 anteriores, y por ejemplo, durante el proceso de pulverización como se describió anteriormente, la resina termoplástica tipo polvo se puede pulverizar. Cuando la estera de fibras de refuerzo se forma sin añadir la resina termoplástica durante los procesos 1 a 3 anteriores, la estera aleatoria de la presente invención se puede obtener montando o estratificando una resina termoplástica tipo hoja o tipo película sobre la estera de fibras de refuerzo, y en este caso, la resina termoplástica tipo hoja o tipo película puede estar en un estado fundido.

Además, durante el proceso de pulverización, en la estera aleatoria obtenida pulverizando la resina termoplástica tipo polvo, la resina termoplástica tipo hoja, tipo película o tipo polvo también se puede montar o estratificar como se describió anteriormente.

Preparación del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras La estera aleatoria de la presente invención se puede moldear para obtener el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras. El método para obtener el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras puede incluir un método para obtener el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras calentando y presurizando la estera aleatoria obtenida como se describió anteriormente usando una prensa o similar. El método para obtener el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención no es particularmente limitado, sino el producto conformado se puede obtener apropiadamente por moldeo en vacío, moldeo hidráulico, o moldeo por prensa caliente, una prensa fría, o similares. El producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de la presente invención se puede obtener apropiadamente por moldeo por prensa fría en el cual la estera aleatoria se calienta hasta un punto de fusión o mayor o una temperatura de transición vitrea o mayor de la resina termoplástica contenida, y se inserta en los moldes cuya temperatura se mantiene a una temperatura del punto de fusión o menor o la temperatura de transición vitrea o menor para obtener una forma.

En el caso del moldeo de la estera aleatoria, es preferido que la estera aleatoria se caliente a un punto de fusión o mayor en el caso donde es cristalina una resina termoplástica la cual es una matriz, o a una temperatura de un punto de transición vitrea o mayor en el caso donde la resina termoplástica es amorfa. Más preferiblemente, la temperatura caliente es una temperatura de un punto de descomposición o menor de la resina termoplástica. Un medio de presurización se puede controlar al punto de fusión o mayor, o el punto de transición vitrea o mayor, de la resina termoplástica la cual es una matriz, y controlar al punto de fusión o menor o el punto de transición vitrea o menor. Además, durante el moldeo, la resina termoplástica se puede añadir apropiadamente para obtener el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras que tiene un diferente espesor dependiendo de un objeto. La resina termoplástica que se añade no es particularmente definida, y un ejemplo detallado puede ser la resina termoplástica descrita en la resina de matriz. Además, una forma de la resina puede usar una resina fundida, o una resina fibrosa, tipo polvo, o tipo película.

La estera aleatoria de la presente invención se puede usar como está como una preforma, y se puede formar como una placa de moldeo para formar un producto conformado el cual es la forma final.

Ejemplos Los ejemplos se ilustran a continuación, pero la presente invención no se limita a estos. Particularmente, a menos que se mencione, las unidades de la longitud de fibra, la anchura de fibra, y el espesor de fibra de las fibras de refuerzo o una muestra de las mismas son mm, y la unidad de peso es g. Además, las densidades de las fibras de carbono o la resina termoplástica usadas en los siguientes Ejemplos y Ejemplo Comparativo son como sigue.

Fibra de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) STS40-24K: 1.75 g/cm3 Fibra de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) STS40-24K: 1.75 g/cm3 Fibra de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) HTS40-12K: 1.76 g/cm3 Fibra de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) UTS50-24K: 1.79 g/cm3 Polipropileno: 0.91 g/cm3 Poliamida 6: 1.14 g/cm3 Policarbonato : 1.20 g/cm3 Método para calcular la anchura de fibra promedio en número y anchura de fibra promedio en peso de la fibra de refuerzo en la estera aleatoria La estera aleatoria se cortó en 100 mm x 100 mm, y 300 fibras de refuerzo se extrajeron aleatoriamente con pinzas. Se midieron y registraron una anchura de fibra Wi, un peso de fibra wi# y un espesor de fibra ti para cada una de las fibras de refuerzo extraídas. Un calibre de vernier el cual es medible por 1/100 mm se usó en la medición de la anchura de fibra y el espesor de fibra, y una balanza la cual es medible por 1/100 mg se usó en la medición del peso. Las fibras de refuerzo de tamaño pequeño las cuales no son medibles se colectaron para medir un peso de las mismas. Además, en el caso del uso de dos o más clases de fibras de refuerzo, las fibras de refuerzo se dividieron en cada clase de fibras de refuerzo, y cada una de las fibras de refuerzo se midió y evaluó.

Con respecto a todas las fibras extraídas, la anchura de fibra Wi y el peso de fibra vr± se midieron, y luego la anchura de fibra promedio en número (Wn) se calculó por la siguiente Ecuación (4) .

Wn = ?Wi/I (4) I es el número de fibras de refuerzo, y el número de fibra es 300, excepto para un caso de menos de 300.

Además, la anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo se calculó por la siguiente Ecuación (5) del peso total w de las fibras de refuerzo.

Ww = ?(W± x Wi/w) (5) Además, en el caso donde las fibras de refuerzo y la resina termoplástica no están separadas entre sí y por consiguiente se interrumpió la medición, después que la resina termoplástica se removió por calentamiento a, por ejemplo, 500°C durante aproximadamente 1 hora, la medición se realizó.

Método para calcular la relación de dispersión (Ww/Wn) en las fibras de refuerzo) La relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) se calculó por la siguiente Ecuación (6) de la anchura de fibra promedio en número calculada (Wn) y la anchura de fibra promedio en peso (Ww) , de las fibras de refuerzo obtenidas.

La relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) = Anchura de fibra promedio en peso (Ww) /Anchura de fibra promedio en número (Wn) (6) Método para verificar una posición del pico de la distribución de anchura de fibra de refuerzo en la estera aleatoria De la anchura de fibra Wi y el peso de fibra Wi calculado anteriormente, y el peso total w de las fibras de refuerzo, se preparó una gráfica de una anchura de fibra y una fracción de peso de fibra (%) , y en vista de una forma de la distribución de anchura de fibra de refuerzo obtenida, se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra.

Además, en el caso del uso de dos o más clases de fibras de refuerzo, se preparó una gráfica de cada clase de fibras de refuerza, y se evaluó cada una de las fibras de refuerzo.

Método para calcular el espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria Con respecto a todas las fibras de refuerzo extraídas, después que se midieron el espesor de fibra t y el peso de fibra Wi, se calculó un espesor de fibra promedio en peso t por la siguiente Ecuación (7) .

T = ?(ti x WÍ/W) (7) Método para calcular la anchura de fibra promedio en número y la anchura de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo en el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras La anchura de fibra promedio de las fibras de refuerzo del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras se calculó extrayendo las fibras en el mismo orden como la estera aleatoria para medir la anchura de fibra Wi, el peso de fibra wi, y similares, después que el producto conformado de material compuesto se cortó en 100 mm x 100 mm y la resina se removió por calentamiento a 500°C durante aproximadamente 1 hora en un horno.

Método para calcular la longitud de fibra promedio L en la estera de fibras de refuerzo o estera aleatoria Se extrajeron aleatoriamente 100 fibras de refuerzo de la estera de fibras de refuerzo o la estera aleatoria usando un par de pinzas, y cada longitud de fibra Li se midió por 1 mm usando un calibre de vernier y se registró. Preferiblemente, el tamaño durante la extracción puede estar en un intervalo grande suficiente con respecto a la longitud de fibra.

Una longitud de fibra promedio L se calculó de cada longitud de fibra Li obtenida por la siguiente Ecuación.

L = ?Li/100 Además, en el caso donde las fibras de refuerzo y la resina termoplástica no se separan entre sí y por consiguiente la medición se interrumpió, después que la reina termoplástica se removió por calentamiento a 500 °C durante aproximadamente 1 hora, la medición se realizó.

Evaluación del grado de impregnación de la resina termoplástica del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras (placa de moldeo) El grado de impregnación del producto conformador de material compuesto reforzado con fibras (placa de moldeo) se evaluó por una inspección ultrasónica. El grado de impregnación se evaluó realizando la inspección a una frecuencia de inspección de 5 MHz y un paso de barrido de 2.0 mm x 2.0 mm por un aparato de imágenes de inspección ultrasónica (KJTD Co., Ltd, SDS-WIN) . En la evaluación, la observación microscópica se realizó en una sección transversal parcial que tiene resistencia de onda reflectora de 90% o más, y luego se verificó que no hubiera defecto o poros. En la inspección, cuando una relación de área de una porción que tiene alta resistencia de onda reflectora (70% o más en la modalidad ejemplar) es grande, el interior de la placa de moldeo es densa, y el grado de impregnación de la resina termoplástica en la placa de moldeo es alto. Por otra parte, cuando la relación de área de una porción que tiene baja resistencia de onda reflectora (50% o menos en la modalidad ejemplar) es grande, porciones de poros diminutos están presentes dentro de la placa de moldeo, y hay muchas porciones de no impregnación en la placa de moldeo.

Prueba de Tensión Se cortó un espécimen del producto conformado de material compuesto reforzado con fibras (placa de moldeo) usando un chorro de agua, y la resistencia a la tensión y módulo de tensión se midieron usando un probador universal manufacturado por Instron Corporation con referencia a JIS K 7164. Una forma del espécimen se estableció como un espécimen tipo B a base de IB. Una distancia entre los mandriles es 115 mm, y una velocidad de prueba es 10 mm/min. Además, los especímenes se cortaron respectivamente en una dirección arbitraria (dirección de 0o) del producto conformado y una dirección ortogonal (dirección de 90°) a la dirección arbitraria, y luego se midieron las resistencias de tensión y módulos de tensión en dos direcciones. Además, con respecto a los módulos de tensión, se calculó una relación ?d obtenida dividiendo el valor mayor por el valor menor.

Ejemplo 1 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) STS40-24K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co., Ltd. (diámetro de fibra de 7.0 µt?, anchura de fibra de 10 mm, y resistencia a la tensión de 4,000 MPa) se ensancharon para tener una anchura de 22 mm. Antes que las fibras ensanchadas fueran procesadas por un aparato de separación, las fibras ensanchadas pasaron a través de un rodillo que tiene una anchura interna de 20 mm, y la anchura de fibra se controló exactamente para tener una anchura de 20 mm. La hebra de fibra de refuerzo ensanchada que tiene la anchura de 20 mm se separó a un intervalo de 1.2 mm a una velocidad lineal de 10 m/seg y se separó a un intervalo de 0.3 mm a una velocidad lineal de 30 m/seg usando una hoja de separación en forma de disco hecha de carburo cementado que se suministra a dos conjuntos de aparatos de corte. La hebra de fibra de refuerzo la cual se separó con dos clases de anchuras de fibra se cortó usando un cortador giratorio hecho de carburo cementado en el cual dos hojas se formaron a un intervalo de 12 mm como el aparato de corte de modo que la longitud de fibra fue 12 mm. Un tubo ahusado conectado desde el lado externo del cortador giratorio se arregló por debajo de los dos cortadores giratorios. Se suministró aire comprimido al tubo ahusado, cada fibra de refuerzo se introdujo y transfirió al tubo ahusado a una velocidad de aire de succión de 5 m/seg, y dos fibras de refuerzo se mezclaron en el tubo ahusado. Polipropileno (J-106G, manufacturado por Prime Polymer Co., Ltd.) triturado y clasificado con un diámetro de partícula de 500 µ??, como una resina de matriz, se suministró desde un lado del tubo ahusado. Luego, mientras se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado para realizar la succión por un soplador por debajo de la red, las fibras de refuerzo se suministraron desde el tubo ahusado para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 1270 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

Una longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue de 12 mm, y un espesor de fibra promedio en peso fue de 0.06 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 0.51 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 0.25 mm, y la relación de dispersión (Ww/Wn) fue 2.01. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, los picos se verificaron a 0.29 mm y 1.18 mm de la anchura de fibra.

La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 220 °C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 1.6 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 80% o más .

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 45% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 490 MPa, y el módulo de tensión fue 36 GPa. Además, una relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.04.

Ejemplo 2 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) STS40-24K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co., Ltd. (diámetro de fibra de 4.8 µp?, anchura de fibra de 10 mm, y resistencia a la tensión de 4,600 MPa) se ensancharon para tener una anchura de 16 mm. Antes que las fibras ensanchadas fueran procesadas por un aparato de separación, las fibras ensanchadas pasaron a través de un rodillo que tiene una anchura interna de 15 mm, y la anchura de fibra se controló exactamente para tener una anchura de 15 mm. La hebra de fibra de refuerzo ensanchada que tiene la anchura de 15 mm se separó a un intervalo de 0.8 mm a una velocidad lineal de 35 m/seg y se separó a un intervalo de 0.2 mm a una velocidad lineal de 15 m/seg usando una hoja de separación en forma de disco hecha de carburo cementado que se suministra a dos conjuntos de aparatos de corte. Las fibras de refuerzo se cortaron usando un cortador giratorio hecho de carburo cementado en el cual dos hojas se formaron a un intervalo de 6 mm como el aparato de corte de modo que la longitud de fibra fue 6 mm.

Después que las fibras de refuerzo se separaron a un intervalo de 0.8 mm se cortaron usando el cortador giratorio, las fibras de refuerzo se introdujeron en el tubo ahusado a una velocidad de aire de succión de 5 m/seg suministrando aire comprimido al tubo ahusado arreglado directamente por debajo del cortador giratorio.

Las fibras de refuerzo separadas a un intervalo de 0.2 mm se suministraron al aparato de corte y luego se transportaron a un tubo que tiene un agujero pequeño del aparato de pulverización, y se suministró aire comprimido al agujero pequeño usando un compresor para abrir las fibras de refuerzo. En este caso, la velocidad de eyección del agujero pequeño fue 80 m/seg. Después, las fibras de refuerzo abiertas se introdujeron al tubo ahusado y se mezclaron con las fibras de refuerzo separadas a un intervalo de 0.8 mm en el tubo ahusado. Luego, mientras se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado para realizar la succión por un soplador por debajo de la red, las fibras de refuerzo se suministraron desde el tubo ahusado para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 1410 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria reforzada con fibras, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

Subsecuentemente, se suministró una resina de matriz fundida en la estera. Es decir, como la resina de matriz, se utilizó y fundió la poliamida 6 (A1030, manufacturada por Unitika Limited) , un cuerpo de resina fundida en forma de película que tiene un espesor de 1.2 mm se extruyo de un troquel en forma de T con una anchura de 1 m instalado en un lado superior de 5 cm desde la red transportadora a la misma velocidad que la velocidad lineal, y la resina fundida se suministró a la estera completa. En este caso, una porción donde se suministró la resina en la estera de fibras de refuerzo se calentó por un calentador infrarrojo para prevenir que la resina se enfríe y solidifique .

Además, el aparato se operó bajo una condición de una cantidad de suministro de las fibras de refuerzo de 1410 g/min y una cantidad de suministro de la resina de matriz de 1370 g/min, y la estera aleatoria constituida por las fibras de refuerzo y la resina termoplástica se formó en la red fija. Subsecuentemente, la estera aleatoria en la cual la resina se impregnó uniformemente por calentamiento y se presurizó por un par de rodillos de calentamiento a una temperatura establecida de 280°C.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue 6 mm, y el espesor de fibra promedio en peso fue 0.07 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 0.52 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 0.12 mm, y la relación de dispersión ( w/ n) fue 4.31. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las porciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, los picos se verificaron a 0.08 mm y 0.79 mm de la anchura de fibra.

La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 260°C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 2.0 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 80% o más.

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 40% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 500 MPa, y el módulo de tensión fue 51 GPa . Además, una relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.03.

Ejemplo 3 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) HTS40-12K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co . , Ltd. (diámetro de fibra de 7.0 µp?, anchura de fibra de 8 mm, y resistencia a la tensión de 4,200 MPa) se ensancharon para tener una anchura de 16 mm. Antes que las fibras de refuerzo ensanchadas fueran procesadas por un aparato de separación, las fibras ensanchadas pasaron a través de un rodillo que tiene una anchura interna de 15 mm, y la anchura de fibra se controló exactamente para tener una anchura de 15 mm. La hebra de fibra de refuerzo ensanchada que tiene la anchura de 15 mm se separó a un intervalo de 5.0 mm a una velocidad lineal de 20 m/seg y se separó a un intervalo de 0.5 mm a una velocidad lineal de 20 m/seg usando una hoja de separación en forma de disco hecha de carburo cementado que se suministra a dos conjuntos de aparatos de corte. Las fibras de refuerzo se cortaron usando un cortador giratorio hecho de carburo cementado en el cual se proporcionaron hojas a un intervalo de 30 mm como el aparato de corte para tener la longitud de fibra de 30 mm. Las fibras de refuerzo que tienen dos clases de anchuras de fibra se cortaron por el cortador giratorio, respectivamente. Un tubo ahusado conectado desde el lado de salida del cortador giratorio se arregló por debajo del cortador giratorio. Se suministró aire comprimido al tubo ahusado, cada fibra de refuerzo se introdujo y transfirió al tubo ahusado a una velocidad de aire de succión de 5 m/seg, y dos fibras de refuerzo se mezclaron en el tubo ahusado. Como la resina de matriz, desde un lado del tubo ahusado, se suministró policarbonato ("Panlite" (marca registrada) L-1225 Y, manufacturado por Teijin Chemicals Ltd.) triturado y clasificado con un diámetro de partícula de 500 im. Luego, mientras se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado para realizar la succión por un soplador por debajo de la red, las fibras de refuerzo se suministraron desde el tubo ahusado para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 2900 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue de 30 mm, y el espesor de fibra promedio en peso fue de 0.05 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 2.77 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 0.73 mm, y la relación de dispersión (Ww/Wn) fue 3.82. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, los picos se verificaron a 0.48 mm y 5.00 mm de la anchura de fibra.

La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 300°C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 3.0 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 80% o más.

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 55% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 600 MPa, y el módulo de tensión fue 44 GPa. Además, la relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.07.

Ejemplo Comparativo 1 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) HTS40-12K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co., Ltd. (diámetro de fibra de 7.0 µt?, anchura de fibra de 8 mm, y resistencia a la tensión de 4,200 MPa) se ensancharon para tener una anchura de 16 mm. Antes que la fibra de refuerzo ensanchada fuera procesada por un aparato de separación, la fibra ensanchada pasó a través de un rodillo que tiene una anchura interna de 15 mm, y la anchura de fibra se controló exactamente para tener una anchura de 15 mm. El aparato de separación separó la hebra de fibra de refuerzo a un intervalo de 3.2 mm, usando una hoja de separación en forma de disco hecha de carburo cementado. La hebra de fibra de refuerzo separada se cortó para tener una longitud de fibra de 30 mm usando un cortador giratorio en el cual las hojas se proporcionaron a un intervalo de 30 mm, como el aparato de corte. El tubo ahusado se arregló directamente por debajo del cortador giratorio. Las fibras de refuerzo de corte se introdujeron y transfirieron al tubo ahusado a una velocidad de aire de succión de 5 m/seg suministrando aire comprimido al tubo ahusado. Como la resina de matriz, desde el lado del tubo ahusado, se suministró policarbonato ("Panlite" (marca registrada) L-1225 Y, manufacturado por Teijin Chemicals Ltd.) triturado y clasificado con un diámetro de partícula de 500 µp?. Luego, mientras se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado para realizar la succión por un soplador por debajo de la red, las fibras de refuerzo se suministraron desde el tubo ahusado para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 2900 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue de 30 mm, y el espesor de fibra promedio en peso fue de 0.05 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 3.04 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 2.32 mm, y la relación de dispersión (Ww/Wn) fue 1.31. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, un pico único se verificó a 3.18 mm de la anchura de fibra.

La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 300°C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 3.2 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 85% o más, y la porción sin impregnación se verificó en la placa de moldeo .

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 52% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 440 MPa, y el módulo de tensión fue 41 GPa. Además, la relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.16.

Ejemplo 4 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) UTS50-24K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co . , Ltd. (diámetro de fibra de 6.9 µp?, anchura de fibra de 10 mm, y resistencia a la tensión de 5,200 MPa) se ensancharon para tener una anchura de 22 mm. Antes que las fibras de refuerzo ensanchadas fueran procesadas por un aparato de separación, las fibras ensanchadas pasaron a través de un rodillo que tiene una anchura interna de 20 mm, y la anchura de fibra se controló exactamente para tener una anchura de 20 mm. La hebra de fibra de refuerzo ensanchada que tiene la anchura de 20 mm se separó a un intervalo de 3.6 mm a una velocidad lineal de 35 m/seg y se separó a un intervalo de 0.3 mm a una velocidad lineal de 15 m/seg usando una hoja de separación en forma de disco hecha de carburo cementado que se suministra a dos conjuntos de aparatos de corte. La hebra de fibra de refuerzo se cortó usando un cortador giratorio hecho de carburo cementado en el cual se proporcionaron hojas a un intervalo de 20 mm y 4 mm para tener longitudes de fibra de 20 mm y 4 mm, como el aparato de corte, respectivamente.

Después que la hebra de fibra de refuerzo se separó a un intervalo de 3.6 mm se cortó a 20 mm usando el cortador giratorio, las fibras de refuerzo se introdujeron en el tubo ahusado a una velocidad de aire de succión de 5 m/seg suministrando el aire comprimido al tubo ahusado arreglado directamente por debajo del cortador giratorio.

La hebra de fibra de refuerzo separada a un intervalo de 0.3 mm se cortó a 4 mm y luego se transportó a un tubo que tiene un agujero pequeño del aparato de pulverización, y se suministró aire comprimido al agujero pequeño usando un compresor para abrir la fibra de refuerzo. En este caso, la velocidad de eyección del agujero pequeño fue 80 m/seg. Después, las fibras de refuerzo separadas a un intervalo de 0.3 mm se introdujeron al tubo ahusado y se mezclaron con las fibras de refuerzo separadas a un intervalo de 3.6 mm en el tubo ahusado. Además, como la resina de matriz, desde un lado del tubo ahusado, se suministró poliamida 6 ("A1030" manufacturada por Unitika Limited) triturada y clasificada con un diámetro de partícula de 500 µp?, se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado, y las fibras de carbono se suministraron desde el tubo ahusado realizando succión por un soplador por debajo de la red para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 2900 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue de 15.2 mm, y el espesor de fibra promedio en peso fue de 0.05 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 2.54 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 0.38 mm, y la relación de dispersión (Ww/Wn) fue 6.68. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, los picos se verificaron a 0.15 mm y 3.57 mm de la anchura de fibra. La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 260°C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 3.0 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 80% o más.

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 55% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 620 MPa, y el módulo de tensión fue 45 GPa . Además, la relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.06.

Ejemplo 5 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) STS40-24K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co., Ltd. (diámetro de fibra de 7.0 µp, anchura de fibra de 10 mm, y resistencia a la tensión de 4,000 MPa) se ensancharon para tener una anchura de 20 mm. Antes que las fibras de refuerzo ensanchadas fueran procesadas por un aparato de separación, las fibras ensanchadas pasaron a través de un rodillo que tiene una anchura interna de 18 mm, y la anchura de fibra se controló exactamente para tener una anchura de 18 mm. La hebra de fibra de refuerzo ensanchada que tiene la anchura de 18 mm se separó a un intervalo de 5.8 mm a una velocidad lineal de 30 m/seg y se separó a un intervalo de 0.3 mm a una velocidad lineal de 20 m/seg usando una hoja de separación en forma de disco hecha de carburo cementado que se suministra a dos conjuntos de aparatos de corte, respectivamente. La hebra de fibra de refuerzo se cortó usando un cortador giratorio hecho de carburo cementado en el cual se proporcionaron dos hojas a un intervalo de 20 mm como el aparato de corte para tener la longitud de fibra de 20 mm.

Después que la hebra de fibra de refuerzo se separó a un intervalo de 5.8 mm se cortó usando el cortador giratorio, las fibras de refuerzo se introdujeron en el tubo ahusado a una velocidad de aire de succión de 5 m/seg suministrando el aire comprimido al tubo ahusado arreglado directamente por debajo del cortador giratorio.

La hebra de fibra de refuerzo separada a un intervalo de 0.3 mm se cortó a 4 mm y luego se transportó a un tubo que tiene un agujero pequeño del aparato de pulverización, y se suministró aire comprimido al agujero pequeño usando un compresor para abrir las fibras de refuerzo. En este caso, la velocidad de eyección del agujero pequeño fue 80 m/seg. Después, las fibras de refuerzo abiertas separadas a un intervalo de 0.3 mm se introdujeron al tubo ahusado y se mezclaron con las fibras de refuerzo separadas a un intervalo de 5.8 mm en el tubo ahusado. Además, como la resina de matriz, desde el lado del tubo ahusado, se suministró poliamida 6 ("A1030" manufacturada por Unitika Limited) triturada y clasificada con un diámetro de partícula de 500 µp?, se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado, y las fibras de refuerzo se suministraron desde el tubo ahusado realizando succión por un soplador por debajo de la red para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 2900 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue de 20 mm, y el espesor de fibra promedio en peso fue de 0.06 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 3.5 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 0.37 mm, y la relación de dispersión (Ww/Wn) fue 9.69. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, los picos se verificaron a 0.02 mm y 5.78 mm de la anchura de fibra. La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 260°C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 3.0 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 80% o más.

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 55% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 500 MPa, y el módulo de tensión fue 44 GPa. Además, la relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.12.

Ejemplo Comparativo 2 Como una fibra de refuerzo, las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) HTS40-12K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co . , Ltd. (diámetro de fibra de 7.0 µt?, anchura de fibra de 8 mm, y resistencia a la tensión de 4,200 MPa) se cortaron usando un cortador giratorio para tener una longitud de fibra de 6 mm.

Las fibras de refuerzo cortadas se suministraron a un tanque de dispersión de 15 L y se agitaron durante 3 minutos en agua para que las fibras de refuerzo de 9 g sean dispersadas en un líquido de dispersión. Después de la agitación durante 3 minutos en un tanque de dispersión, la pasta aguada de las fibras de refuerzo obtenidas se suministró a un aparato de fabricación de papel rectangular de 300 mm x 300 mm para obtener un material de base de fabricación de papel que tiene un peso areal de fibra de refuerzo de 100 g/m2 removiendo el líquido dispersado. El material de base de fabricación de papel obtenido se calentó y se secó a una temperatura de 100°C durante 1 hora.

El espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo que constituyen el material de base de fabricación de papel obtenido fue 0.01 mm, la anchura de fibra promedio en peso (Ww) fue 0.01 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 0.01, y la relación de dispersión (Ww/ n) fue 1.0, y las fibras de refuerzo se dispersaron completamente para ser una fibra única.

El material de base de fabricación de papel y una película de polipropileno (J-106 G, manufacturado por Prime Polymer Co., Ltd.) se estratificaron alternadamente para tener un peso areal de fibra de refuerzo (fibra de carbono) de 2600 g/m2 y el peso areal de resina (polipropileno) de 1270 g/m2, y se calentaron y presurizaron por un par de rodillos de calentamiento a una temperatura establecida de 220°C. Después, el material de base de fabricación de papel y la película de polipropileno se calentaron a 10 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 220°C para obtener una placa no impregnada que tiene un espesor de aproximadamente 30 mm. La placa se liberó entre las capas debido a que la resina no se impregnó lo suficiente para evaluar la resistencia mecánica.

En la placa de moldeo obtenida, la longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo fue 2.1 mm. Es decir, la longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo se redujo por aproximadamente 1/3 de la longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo durante el corte antes que se preparara el material de base de fabricación de papel. Esto es debido a que la fibra de refuerzo se dañó durante la fabricación de papel y moldeo por prensa.

Ejemplo Comparativo 3 Como una fibra de refuerzo, se usaron las fibras de carbono a base de PAN "Tenax" (marca registrada) HTS40-12K hebra manufacturada por TOHO TENAX Co., Ltd. (diámetro de fibra de 7.0 im, anchura de fibra de 8 mm, y resistencia a la tensión de 4,200 MPa) . Como la hebra de fibra de refuerzo, las fibras de refuerzo se separaron a un intervalo de 1.0 mm a una velocidad lineal de 35 m/seg usando una hoja de separación en forma de disco y no se separaron sino pasaron a una velocidad lineal de 65 mg/seg para ser suministradas a dos conjuntos de aparatos de corte, respectivamente. Las fibras de refuerzo se cortaron usando un cortador giratorio hecho de carburo cementado en el cual se proporcionaron dos hojas a un intervalo de 30 mm como el aparato de corte para tener la longitud de fibra de 30 mm.

La hebra de fibra de refuerzo separada a un intervalo de 1.0 mm se cortó por el cortador giratorio y luego se transportó a un tubo que tiene un agujero pequeño del aparato de pulverización, y se suministró aire comprimido al agujero pequeño usando un compresor para abrir la fibra de refuerzo. En este caso, la velocidad de eyección del agujero pequeño fue 50 m/seg.

Las fibras de refuerzo no separadas se cortaron, y luego se introdujeron al tubo ahusado arreglado directamente por debajo del cortador a una velocidad de succión de 5 m/seg. Después, cada fibra de refuerzo se introdujo al tubo ahusado, y dos clases de fibras de refuerzo se mezclaron en el tubo ahusado. Además, como la resina de matriz, desde el lado del tubo ahusado, se suministró policarbonato ("Panlite" (marca registrada) L-1225Y manufacturado por Teijin Chemicals Ltd.) triturado y clasificado con un diámetro de partícula de 500 µt?, se instaló una red transportadora movible por debajo de la salida del tubo ahusado, y las fibras de carbono se suministraron desde el tubo ahusado realizando succión por un soplador por debajo de la red para obtener la estera aleatoria de un peso areal de fibra de 2900 g/m2. Cuando se observó la forma de las fibras de refuerzo en la estera aleatoria, los ejes de fibra de las fibras de refuerzo fueron casi paralelos a un plano de la estera aleatoria, y las fibras de refuerzo se dispersaron aleatoriamente en el plano.

La longitud de fibra promedio de las fibras de refuerzo de la estera aleatoria obtenida fue de 30 mm, y el espesor de fibra promedio en peso fue de 0.07 mm. La anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo que constituyen la estera aleatoria fue 5.17 mm, la anchura de fibra promedio en número (Wn) fue 1.94 mm, y la relación de dispersión (Ww/Wn) fue 2.67. Además, la anchura de fibra y la fracción de peso de fibra se representaron por una gráfica, y cuando se verificaron las posiciones de los picos de la distribución de anchura de fibra, los picos se verificaron a 0.92 mm y 8.00 mm de la anchura de fibra. La estera aleatoria obtenida se calentó a 4.0 MPa durante 10 minutos por un aparato de prensa calentado a 300°C para obtener una placa de moldeo que tiene un espesor de 3.2 mm. Cuando la prueba de inspección ultrasónica se realizó en la placa de moldeo obtenida, una porción donde la resistencia de onda reflectora fue 70% o más se observó como 43% o más, y mucha de la porción sin impregnación se verificó en la placa de moldeo.

La relación de contenido de volumen de las fibras de refuerzo de la placa de moldeo obtenida fue 51% en volumen, y como un resultado de la evaluación de una tensión característica basada en JIS7164, la resistencia a la tensión fue 370 MPa, y el módulo de tensión fue 32 GPa . Además, la relación de módulos de tensión de dirección de 0o y dirección de 90° fue de 1.23.

Aplicabilidad Industrial Por consiguiente, puesto que la estera aleatoria y el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras obtenido de la presente invención tienen excelente resistencia mecánica, excelente isotropía, y alto módulo de tensión, la estera aleatoria y el producto conformado de material compuesto reforzado con fibras se pueden usar en varias clases de miembros constituyentes, por ejemplo, una placa interna, una placa externa, y miembros constituyentes de un vehículo; y además de un armazón, un alojamiento, etcétera de varias clases de productos eléctricos o una máquina .

Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a las modalidades detalladas y específicas de la misma, es obvio para aquellos expertos en la técnica que se pueden hacer varios cambios o modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención.

Esta solicitud se basa en la Solicitud de Patente Japonesa No. 2012-171142 presentada el 1 de agosto de 2012, los contenidos completos de la cual se incorporan en la presente como referencia.

Descripción de Números de Referencia y Signos 1: Fibra de refuerzo 2: Rodillo de arrastre 3 : Rodillo de caucho 4 : Cuerpo principal del cortador giratorio 5 : Hoj a 6 : Fibra de refuerzo cortada 7: Paso de hojas 8 : Fibra de refuerzo ensanchada 9 : Aparato de ensanchamiento 10: Rodillo de control de anchura de fibra 11: Rebanadora de separación 12: Fibra de refuerzo separada Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Una estera aleatoria, caracterizada porque comprende : fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra promedio de 3 a 100 mm; y una resina termoplástica, en donde las fibras de refuerzo satisfacen los siguientes i) a iii) : i) una anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo satisface la siguiente Ecuación (1) : 0.03 mm < Ww < 5.0 mm (1) ; ii) una relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) definida como una relación de la anchura de fibra promedio en peso (Ww) a una anchura de fibra promedio en número (Wn) para las fibras de refuerzo es 1.8 o mayor y 20.0 o menor; y iii) un espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es menor que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) .

2. La estera aleatoria de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las fibras de refuerzo son de al menos una clase seleccionada del grupo que consiste de una fibra de carbono, una fibra de aramida y una fibra de vidrio.

3. La estera aleatoria de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo satisface la siguiente Ecuación (2) : 0.1 mm < Ww < 3.0 mm (2 ) .

4. La estera aleatoria de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque una distribución de anchura de fibra de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria tiene al menos dos picos .

5. La estera aleatoria de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la distribución de anchura de fibra de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria tiene al menos dos picos, un pico está en un intervalo de 0.01 mm o mayor y menor que 0.50 mm de la anchura de fibra, y otro pico está en un intervalo de 0.50 mm o mayor y 2.00 mm o menor de la anchura de fibra.

6. La estera aleatoria de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la distribución de anchura de fibra de las fibras de refuerzo incluidas en la estera aleatoria tiene al menos dos picos, un pico está en un intervalo de 0.10 mm o mayor y menor que 1.00 mm de la anchura de fibra, y otro pico está en un intervalo de 1.00 mm o mayor y 5.00 o menor de la anchura de fibra.

7. La estera aleatoria de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la relación de dispersión de anchura de fibra promedio (Ww/Wn) de las fibras de refuerzo es mayor que 2.0 y 10.0 o menor .

8. La estera aleatoria de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es 0.01 mm o mayor y 0.30 mm o menor.

9. La estera aleatoria de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque un peso areal de fibra de refuerzo es 25 a 10,000 g/m2.

10. La estera aleatoria de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque un contenido de la resina termoplástica es 10 a 800 partes en peso con base en 100 partes en peso de las fibras de refuerzo.

11. Un producto conformado de material compuesto reforzado con fibras, caracterizado porque se obtiene de la estera aleatoria de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12. El producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque incluye fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra promedio de 3 a 100 mm y una resina termoplástica, las fibras de refuerzo satisfacen los siguientes i) a iii) : i) una anchura de fibra promedio en peso (Ww) de las fibras de refuerzo satisface la siguiente Ecuación (1) : 0.03 mm < Ww < 5.0 mm (1) ; ii) una relación de dispersión (Ww/Wn) definida como la relación de la anchura de fibra promedio en peso (Ww) a una anchura de fibra promedio en número (Wn) de las fibras de refuerzo es 1.8 o mayor y 20.0 o menor; y iii) un espesor de fibra promedio en peso de las fibras de refuerzo es menor que la anchura de fibra promedio en peso (Ww) .

13. El producto conformado de material compuesto reforzado con fibras de conformidad con la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque un espesor es 0.2 a 100 mm.