TW201738300A - 纖維強化樹脂成形材料及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種纖維強化樹脂成形材料及其製造方法，該纖維強化樹脂成形材料係至少包含不連續強化纖維的束狀集合體[A]與基質樹脂[M]之纖維強化樹脂成形材料，其特徵為：束狀集合體[A]為將沿著包含多個單紗的纖維束之長邊方向分纖為多個束的分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束，以相對於該纖維束的長邊方向而言角度θ(0°<θ<90°)進行切割者。藉由具有將部分分纖纖維束以相對於長邊方向傾斜切割而形成之特定的不連續強化纖維之束狀集合體[A]，可實現成為成形品之際的極高之力學特性，同時可將其偏差抑制為小。

Description

纖維強化樹脂成形材料及其製造方法

本發明係關於一種包含不連續強化纖維的束狀集合體，特別是包含特定形態之不連續強化纖維的束狀集合體與基質樹脂的纖維強化樹脂成形材料、及其製造方法。

已知有一種使用包含不連續的強化纖維(例如，碳纖維)的束狀集合體(以下也稱為纖維束)與基質樹脂(例如，熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂)之纖維強化樹脂成形材料，藉由加熱、加壓成形，將所需形狀之成形體成形的技術(例如，專利文獻1~5)。在如前述之以往的纖維強化樹脂成形材料中，包含纖維強化樹脂成形材料中的纖維束由規定的股線形成之規定的單紗數之纖維束時，通常包含單紗數多的纖維束之成形材料中，有成形之際的流動性佳，但成形品之力學特性差的傾向。

例如，專利文獻1中，揭露一種成形材料中之切碎的纖維束之細絲支數界定為10,000~700,000支的範圍內之成形材料。如前述的成形材料中，纖維束的細絲支數多，因此在成形之際強化纖維與樹脂同時能以纖維束的形態有效率地移動，所以可得到優異的流動性，而 關於利用該成形材料之成形後的成形品，在成形品破裂之際等，於成形品中之纖維束端部部位等產生應力集中的可能性高，不適於需要高力學特性的成形品之成形。

另一方面，例如，專利文獻2中，揭露一種使用以使單紗數成為100支以下的方式分纖的纖維束之纖維強化樹脂，但與上述專利文獻1所揭露的形態相比，纖維束的單紗數非常少，因此在成形品中，強化纖維良好地分散，於成形品中之纖維束端部部位等產生應力集中的可能性變低，成形品之力學特性提高，另一方面，在成形之際，殘留有無法得到如預期的高流動性之虞。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-202890號公報

[專利文獻2]日本特開2008-174605號公報

[專利文獻3]日本特開2009-191116號公報

[專利文獻4]日本特開2010-163536號公報

[專利文獻5]WO2014/021315號公報

如上述，使用單紗數比較多的纖維束之纖維強化樹脂成形材料，生產效率也佳，在成形之際有得到優異的流動性之傾向，但有成形品之力學特性差的傾向；使用單紗數比較少的纖維束之纖維強化樹脂成形材料則反之，雖成形品之力學特性優，但有成形之際的流動 性難提高的傾向。

注目於如上述的以往技術之傾向，雖仍為申請未公開之階段，但由本案申請人先提出一種纖維強化樹脂成形材料，其係至少包含不連續之強化纖維的束狀集合體與基質樹脂之纖維強化樹脂成形材料，其中前述強化纖維的束狀集合體係以規定的比例包含：連續強化纖維的股線實施將該股線完全分割為多個束之割纖處理後，切割而形成的強化纖維集合體A；與包含未實施前述割纖處理、或/及前述割纖處理不足的未割纖部之強化纖維集合體B兩者(PCT/JP2015/074736號)。根據該提案，可平衡良好地兼具成形之際之良好的流動性與成形品之優異的力學特性。

然而，相較於上述本案申請人先提案的纖維強化樹脂成形材料，需要成形品之更高的力學特性(強度、彈性係數)與其偏差之進一步減低。

因此，本發明的課題係有鑑於如上述的需求，提供一種相較於上述本案申請人先提案的纖維強化樹脂成形材料，成形品更高力學特性(強度、彈性係數)與可進一步減低其偏差的纖維強化樹脂成形材料、及其製造方法。

為了解決上述課題，本發明的纖維強化樹脂成形材料，係至少包含不連續強化纖維的束狀集合體[A]與基質樹脂[M]之纖維強化樹脂成形材料，其特徵為前述束狀集合體[A]包含：將沿著包含多個單紗的纖維束之長 邊方向分纖為多個束的分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束，以相對於該纖維束的長邊方向而言角度θ(0°<θ<90°)進行切割者。

在如前述的本發明之纖維強化樹脂成形材料中，不連續強化纖維的束狀集合體[A]包含：藉由分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束相對於纖維束之長邊方向傾斜，亦即，以相對於纖維束的長邊方向而言角度θ(0°<θ<90°)切割而形成者。亦即，在前述由本案申請人先提出的纖維強化樹脂成形材料中，不連續強化纖維的束狀集合體[A]，係在與纖維束的長邊方向正交的方向切割而形成；但本發明中，特別是分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束，係藉由相對於纖維束的長邊方向傾斜地切割而形成。藉由相對於纖維束的長邊方向傾斜地切割，切割面可延伸至分纖處理區間與未分纖處理區間，藉此特別變得容易形成為：形成的束狀集合體[A]之端部，在成形品中不容易集中應力的形狀(將各種例後述)；再者，也可將如前述之先申請案(PCT/JP2015/074736號)之強化纖維集合體B的纖維束進一步減少寬度。其結果，在成形品中，可展現更高的力學特性(強度、彈性係數)與進一步減低其力學特性之偏差。關於成形之際的良好之流動性，可藉由部分分纖纖維束切割成不連續強化纖維之束狀集合體[A]而確保。

在上述本發明的纖維強化樹脂成形材料中，在上述部分分纖纖維束中，可採用在至少1個上述分纖處 理區間之至少一端部形成上述單紗交纏之交纏部、及/或該交纏部累積而成的交纏蓄積部之形態。

又，在本發明的纖維強化樹脂成形材料中，可採用束狀集合體[A]包含以下至少一種的集合體之形態：藉由分纖處理分割為任意的束支數之分纖束集合體[a]；藉由上述未分纖處理區間、及/或上述交纏部、及/或上述交纏累積部，纖維束的單紗彼此結合的結合束集合體[b]；及上述未分纖處理區間、及/或上述交纏部、及/或上述交纏累積部與切割該部分分纖纖維束時的切割面交叉，且在該交叉部中，上述纖維束的單紗彼此的結合被切割的結合切割集合體[c]。在該形態中，於上述束狀集合體[A]中，較佳為上述結合束集合體[b]之含有率在0~15%的範圍。亦即，可不包含結合束集合體[b]，而包含時較佳為將含有率抑制為不高於15%。

本發明也提供一種關於如上述的纖維強化樹脂成形材料之製造方法。亦即，本發明的纖維強化樹脂成形材料之製造方法，係包含：一種製造如上述的纖維強化樹脂成形材料之方法，其特徵為在得到該束狀集合體[A]之際，以滿足下述式(1)的方式切割該部分分纖纖維束。

W‧cosθ/D≧3‧‧‧(1)

W：切割部分分纖纖維束時之纖維束寬度

D：束狀集合體[A]之切割面的間隔

在該本發明的纖維強化樹脂成形材料之製造方法中，較佳為於切割上述部分分纖纖維束之前的任意 時間點，對上述部分分纖纖維束實施擴寬處理。該擴寬處理，只要在部分分纖纖維束之切割前，則可在任何部分分纖纖維束之形成前後，例如，可在形成部分分纖纖維束之際同時實施擴寬處理，預先形成所謂的擴寬‧部分分纖纖維束；也可在緊接於切割部分分纖纖維束之前實施擴寬處理，而連續地導入至切割步驟。

根據本發明的纖維強化樹脂成形材料及其製造方法，藉由具有將分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束，藉由相對於纖維束的長邊方向傾斜切割而形成之特定的不連續強化纖維之束狀集合體[A]，可實現成為成形品之際的極高之力學特性(強度、彈性係數)，同時可將其力學特性之偏差抑制為小。

1、17、31、41、51、61、71、81、91‧‧‧部分分纖纖維束

2、13、15、23、32、42、64、74‧‧‧分纖處理區間

3、14、16、28、33、52、62、72、82‧‧‧未分纖處理區間

4‧‧‧切割刀

5‧‧‧束狀集合體[A]

11、25、63‧‧‧交纏部

12、26、73‧‧‧交纏累積部

20‧‧‧纖維束

21‧‧‧分纖手段

22‧‧‧突出部

24‧‧‧接觸部

27‧‧‧絨毛堆積

34、35、43、53、65、75、 83、92‧‧‧切割面

36、37‧‧‧束狀集合體

100‧‧‧紗管的捲繞方向

101‧‧‧纖維束之抽出方向

102‧‧‧纖維束之退撚

103‧‧‧包含退撚的部分分纖纖維束

[圖1]為表示本發明之部分分纖纖維束與其切割的示意立體圖。

[圖2]為表示本發明之部分分纖纖維束的一形態例之纖維束的示意平面圖。

[圖3]為表示本發明之部分分纖纖維束的另一形態例之纖維束的示意平面圖。

[圖4]為表示本發明之部分分纖纖維束的再另一形態例之纖維束的示意平面圖。

[圖5]為表示本發明之部分分纖纖維束的製作方法之一例的示意平面圖(A)與示意側面圖(B)。

[圖6]為表示本發明之傾斜切割的基本技術思想的部分分纖纖維束之示意平面圖。

[圖7]為表示正交切割之一例的部分分纖纖維束之示意平面圖。

[圖8]為表示本發明之分纖束集合體[a]的製作方法之一例的示意平面圖。

[圖9]為表示本發明之結合束集合體[b]的製作方法之一例的示意平面圖。

[圖10]為表示本發明之結合束集合體[b]的製作方法之另一例的示意平面圖。

[圖11]為表示本發明之結合束集合體[b]的製作方法之再另一例的示意平面圖。

[圖12]為表示本發明之結合切割集合體[c]的製作方法之一例的示意平面圖。

[圖13]為用以對於本發明之式(1)進行說明的示意平面圖。

[圖14]為表示本發明的內引(inside pull)方式之一形態例的示意立體圖。

[實施發明之形態]

以下對於本發明，連同實施的形態，一邊參照圖式一邊詳細地進行說明。

首先，在圖1對於沿著包含多個單紗的纖維束之長邊方向分纖為多個束的分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束及其切割進行說明。如 圖1所示，分纖處理區間2與未分纖處理區間3沿著纖維束的長邊方向交互形成而成的部分分纖纖維束1朝方向A移動，利用切割刀4，將纖維束1朝橫切纖維束1的方向切割，形成不連續強化纖維的束狀集合體[A]5。此時，以相對於纖維束的長邊方向而言角度θ切割，但該切割角度θ在本發明中定為0°<θ<90°之傾斜方向切割；而在前述本案申請人先提出的纖維強化樹脂成形材料中，係定為與纖維束之長邊方向正交的方向(θ=90°)。在此作為本發明的角度θ之較佳的範圍為0°<θ<45°，更佳為5°<θ<30°。在該範圍中，可實現兼具高力學特性與低偏差之展現、與抑制切割誤差且能以所需的角度切割之高處理性。

切割前的上述部分分纖纖維束1，基本上具有如圖1所示的分纖處理區間2與未分纖處理區間3沿著纖維束的長邊方向交互形成而成的形態，但如圖2或圖3所示，也可採用在至少1個分纖處理區間2之至少一端部形成單紗交纏的交纏部11、及/或該交纏部累積而成的交纏蓄積部12之形態。

又，如圖4所示，本發明的部分分纖纖維束亦包含：包含分纖處理區間13與未分纖處理區間14沿著纖維束的長邊方向交互形成而成的形態、及分纖處理區間15與未分纖處理區間16沿著纖維束的長邊方向交互形成而成的形態之組合的形態，且一方的分纖處理區間15係以橫跨另一方的未分纖處理區間14的方式形成之形態的部分分纖纖維束17。

如上述的本發明之部分分纖纖維束，並沒有 特別限定，例如如圖5所示而形成。圖5為表示對移動的纖維束20刺入分纖手段(fiber splitting means)21之一例的(A)示意平面圖、(B)示意側面圖。圖中的纖維束移動方向A(箭頭)為纖維束20的長邊方向，且表示自未圖示的纖維束供給裝置連續地供給纖維束20。分纖手段21具備具有容易刺入纖維束20的突出形狀之突出部22，且刺入移動的纖維束20，生成略平行於纖維束20之長邊方向的分纖處理區間23。亦可因應分纖的纖維束數，而同時使用多個分纖手段21。可將多個分纖手段21進行並列、交替、錯開相位等，而任意地配置多個突出部22。

將包含多個單紗的纖維束20，利用分纖手段21分成支數更少的分纖束時，多個單紗實質上在纖維束20內並非湊齊的狀態，由於以單紗等級而言交纏的部分多，因此有在分纖處理中於接觸部24附近形成單紗交纏的交纏部25的情況。在此，形成交纏部25，可舉出例如：將預先存在於分纖處理區間內的單紗彼此的交纏，利用分纖手段21形成於(移動至)接觸部24的情況；或藉由分纖手段21重新形成(製造)單紗交纏之集合體的情況等。

在任意的範圍生成分纖處理區間23後，將分纖手段21自纖維束20拔除。藉由該拔除生成實施有分纖處理的分纖處理區間23，並且與其同時生成交纏部25累積的交纏累積部26。又，在分纖處理中自纖維束產生的絨毛，有作為絨毛堆積27而在分纖處理時生成於交纏累積部26附近的情況。

之後再度藉由將分纖手段21刺入纖維束20， 而生成未分纖處理區間28。

在本發明中使用的強化纖維之纖維束，只要為包含多個單紗的纖維束，則纖維種類並沒有特別限定。其中，較佳為選自於包含碳纖維、芳香族聚醯胺纖維及玻璃纖維的群組之至少1種。該等可單獨使用，亦可併用2種以上。其中，因為碳纖維可提供輕量且強度優異的複合材料，所以特別適合。作為碳纖維，可為PAN系、瀝青系之任一種，且其平均纖維徑較佳為3~12μm，更佳為6~9μm。

碳纖維的情況，通常將包含連續纖維的單紗集束3000~60000支左右的纖維束，作為捲繞於紗管(bobbin)的卷紗體(捲裝)供給。纖維束雖然較佳為無加撚，但也可使用加撚的股線，即使在搬送中加撚，也可應用於本發明。單紗數也沒有限制，使用單紗數多之所謂的大紗束(large tow)時，纖維束的每單位重量之價格便宜，因此單紗數越多，越可減少最終製品之成本而較佳。又，作為大紗束，亦可使用將纖維束彼此集中成1個束而捲繞之所謂的合撚紗之形態。

使用如上述的強化纖維之際，以提升與基質樹脂[M]之接著性等為目的，較佳為進行表面處理。作為表面處理的方法，有電解處理、臭氧處理、紫外線處理等。又，以防止強化纖維之起毛、提升纖維束之收斂性、提升與基質樹脂[M]之接著性等為目的，亦可賦予上漿劑。作為上漿劑，並沒有特別限定，但可使用具有環氧基、胺基甲酸酯基、胺基、羧基等官能基的化合物，且 該等亦可併用1種或2種以上。

在本發明中使用的纖維束，較佳為預先集束的狀態。在此，預先集束的狀態係指例如：構成纖維束的單紗彼此的交纏所致之集束的狀態、或對纖維束賦予的上漿劑所致之集束的狀態、在纖維束的製造步驟中含有而成的撚所致之集束的狀態。

接著，在圖6，將採用部分分纖纖維束之傾斜切割的本發明之基本的技術思想，與圖7之採用部分分纖纖維束的正交切割之情況相比，同時進行說明。在圖6、圖7中，31表示沿著包含多個單紗的纖維束之長邊方向分纖為多個束的分纖處理區間32與包含前述的交纏部等之未分纖處理區間33交互形成而成的部分分纖纖維束。在圖7中，相對於部分分纖纖維束31之切割面35係設為對纖維束的長邊方向X-X而言正交的方向(90°方向)；相對於此，在本發明中，相對於纖維束的長邊方向X-X之切割面34的角度θ係設為傾斜方向的角度θ(0°<θ<90°)。

然後，若自成形品燒除基質樹脂[M]，僅殘留不連續強化纖維的束狀集合體[A]作為平面圖觀察，則例如成為如圖6、圖7之右側所例示的不連續強化纖維束狀集合體分布圖；其中該成形品係將包含利用如上述的切割而得到之不連續強化纖維的束狀集合體[A]、及基質樹脂[M]的纖維強化樹脂成形材料無規地分散且進行加熱‧加壓而成形。圖7的分布圖中，藉由在主要包含交纏部等未分纖處理區間33之兩側於切割面35切割而形成之作為纖維束長邊方向端部比較寬廣且相對於纖維束長邊方 向在正交的方向延伸之端部所形成的束狀集合體36，實質上以與原本的形態同樣之形態直接殘留。如此束狀集合體36之端部，係如前述容易引起應力集中，而成為成形品的力學特性之下降或其偏差的原因。相對於前述，圖6的分布圖中，沒有如前述的容易引起應力集中之形態的束狀集合體36，在例如藉由含有包含交纏部等之未分纖處理區間33且傾斜切割而形成的束狀集合體37中，成為寬度比較窄且越往端部寬度變得更窄，而且未具有如束狀集合體36之容易引起應力集中的端部之束狀集合體的形態。因此，可提升成形品的力學特性、或減低力學特性之偏差。

如上述形成的不連續強化纖維之束狀集合體[A]，例如，可成為包含以下至少一種的集合體之形態：藉由分纖處理而分割為任意的束支數之分纖束集合體[a]；藉由未分纖處理區間、及/或交纏部、及/或交纏累積部，纖維束的單紗彼此結合的結合束集合體[b]；及未分纖處理區間、及/或交纏部、及/或交纏累積部與切割部分分纖纖維束時的切割面交叉，且在該交叉部中，纖維束的單紗彼此的結合被切割的結合切割集合體[c]。

上述分纖束集合體[a]係例如如圖8所示，藉由在部分分纖纖維束41的分纖處理區間42內，以切割角度θ(0°<θ<90°)而在相對於纖維束的長邊方向而言傾斜的切割面43進行切割，而形成作為寬度小且規定長度之 任意多個分纖束集合體[a]。

對於上述結合束集合體[b]進行例示，結合束集合體[b]係例如如圖9所示，藉由在部分分纖纖維束51之主要為未分纖處理區間52中，以切割角度θ(0°<θ<90°)而在相對於纖維束的長邊方向而言傾斜的切割面53進行切割，形成作為如在纖維束長邊方向端部劃出凹痕的結合束集合體[b]。或者，結合束集合體[b]係例如如圖10所示，藉由橫跨部分分纖纖維束61的未分纖處理區間62與在端部具有交纏部63的分纖處理區間64，以切割角度θ(0°<θ<90°)而在相對於纖維束的長邊方向而言傾斜的切割面65進行切割，形成作為如在纖維束長邊方向端部劃出深凹痕之具有交纏部63的結合束集合體[b]。或者，結合束集合體[b]係例如如圖11所示，藉由橫跨部分分纖纖維束71的未分纖處理區間72與在端部具有交纏累積部73的分纖處理區間74，以切割角度θ(0°<θ<90°)而在相對於纖維束的長邊方向而言傾斜的切割面75進行切割，形成作為如在纖維束長邊方向端部劃出深凹痕之具有交纏累積部73的結合束集合體[b]。

又，上述結合切割集合體[c]係例如如圖12所示，藉由以部分分纖纖維束81主要包含未分纖處理區間82的方式或以將未分纖處理區間82橫跨全長而傾斜地橫切的方式，以切割角度θ(0°<θ<90°)而在相對於纖維束的長邊方向而言傾斜的切割面83進行切割，形成作為平均纖維束長比較長且寬度小之長邊方向端部進一步寬度變小的結合切割集合體[c]。圖示例中，未分纖處理區間 82與切割部分分纖纖維束81時的切割面83交叉，且在該交叉部中，纖維束81的單紗彼此的結合被切割。

再者，上述結合切割集合體[c]，因為平均纖維束長變得比較長，所以在切割纖維束時、或散布集合體時等，有在未分纖處理區間中也自然的產生纖維束斷裂，且形成單紗數更少的集合體之情況。在本發明中，如前述的小束化之集合體也包含於上述結合切割集合體[c]。

不連續強化纖維的束狀集合體[A]，可採用包含如上述的分纖束集合體[a]、結合束集合體[b]、及結合切割集合體[c]之中至少一種的集合體之形態。於上述束狀集合體[A]中，從展現更優異的力學特性與低偏差之觀點，較佳為上述結合束集合體[b]之含有率在0~15%的範圍。在此，在本發明中，含有率係指束狀集合體[A]中所佔的結合束集合體[b]之頻度比例。亦即，若將束狀集合體[A]的總支數定為N(A)，且將其中所含的結合束集合體[b]之支數定為N(b)，則藉由下述式(2)表示。

{N(b)/N(A)}×100‧‧‧(2)

在本發明中，製造包含如上述的束狀集合體[A]之纖維強化樹脂成形材料時，較佳為在得到上述束狀集合體[A]之際，以滿足下述式(1)的方式切割部分分纖纖維束。

W‧cosθ/D≧3‧‧‧(1)

W：切割部分分纖纖維束時之纖維束寬度

D：束狀集合體[A]之切割面的間隔

例如如圖13所示，若將切割角度定為θ，將切割部分分纖纖維束91時的纖維束之寬度定為W，將切割面92的間隔定為D，則△xyz之邊xy的長度t成為t=D/cosθ，若將纖維束之寬度W在寬度方向藉由切割面切割的數W/t較佳定為W/t≧3，則根據上述式，前述式(1)成立。藉由以滿足前述式(1)的方式切割部分分纖纖維束，前述結合切割集合體[c]有效地細束化，促進力學特性之提升，因而較佳。

由該式(1)可知：欲將結合集合體[b]細小地細切，係以使W增大(擴大纖維束寬度)為有效。此時，藉由增大W，由於切割而得到的束狀集合體[A]之厚度變薄，故在成形品中，可緩和束狀集合體[A]端部之應力集中、或提升束狀集合體[A]與基質樹脂的分布之均一性，因此從變得容易展現優異的力學特性之觀點也較佳。但是，若W的值過大，則構成纖維束的單紗之間的集束力下降，且在將部分分纖纖維束切割時，無法維持作為束狀集合體之形態，變得容易產生單紗斷裂，且有在前述纖維強化樹脂成形材料之成形時導致流動性之下降的情況。因此，W較佳為5mm≦W≦100mm的範圍，更佳為5mm≦W≦50mm。

又，也可將切割角度θ(0°<θ<90°)減小。但是，從束形態保持性或處理性之觀點來看有其極限。又，為了滿足上述式(1)，切割面的間隔D也可控制，但有纖維長變動之虞，因此為了可切割成目標的纖維長，基本上D係以預先設為固定值為佳。

在本發明的纖維強化樹脂成形材料之製造方法中，較佳為在得到該束狀集合體[A]之際，將部分分纖纖維束以內引方式捲出，並供於切割步驟。在本發明中，內引方式係不同於將纖維束捲繞於捲芯(一般而言，使用紙製的管)的紗管設置於紗架(creel)而自紗管的外側之纖維束末端捲出纖維束的手法；其係指除去紗管的捲芯，如圖14所示，以相對於紗管之捲繞方向100垂直設置的狀態，將存在於紗管內側的纖維束末端，相對於紗管之捲繞方向，垂直抽出的方式。

根據上述內引方式，在將部分分纖纖維束供於切割步驟之際，藉由預先將紗管之外側的纖維束末端、及同樣地除去捲芯之其它紗管的紗管內側之纖維束末端進行撚結，可長時間連續地實施切割加工，因而較佳。特別是前述內引方式可與切割加工並行而實施撚結的作業，可提升生產性，因而較佳。又，在纖維束捲出時，捲出的纖維束不再有在紗管上通過之際產生的與紗管之磨擦，因此從可抑制磨擦絨毛的產生之觀點也較佳。

另一方面，前述內引方式係相對於捲繞纖維束的方向垂直抽出(纖維束之抽出方向101)，因此有在纖維束產生退撚102的情況。若切割包含如此退撚之部分分纖纖維束103，則根據加撚的方式，而有得到之前述束狀集合體[A]的纖維長變得不均勻，且部分分纖纖維束之切割面無法成直線的情況，但均非損及本發明的效果之等級，實質上可與切割沒有加撚的纖維束者同等地處理。

如前述，根據本發明，藉由具有將分纖處理 區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束利用相對於纖維束的長邊方向傾斜切割而形成之特定的不連續強化纖維之束狀集合體[A]，而可實現成為成形品之際的極高之力學特性(強度、彈性係數)，同時可將其力學特性之偏差抑制為小。

[實施例]

接著，對於本發明的實施例、比較例進行說明。再者，本發明並沒有限制於本實施例或比較例。

[使用原料]

纖維束[A-1]：

使用纖維徑7μm、拉伸彈性係數230GPa、單紗數12,000支之連續的碳纖維束(Toray(股)製，「TORAYCA(註冊商標)」T700S-12K-50-E)。

纖維束[A-2]：

使用纖維徑7.2μm、拉伸彈性係數240GPa、單紗數50,000支之連續的碳纖維束(ZOLTEK公司製，「Panex35(註冊商標)」)。

基質樹脂[M-1]：

使用將乙烯酯樹脂(Dow Chemical(股)製，「Derakane(註冊商標)790」)100重量份、作為硬化劑之過氧苯甲酸三級丁酯(日本油脂(股)製、「PERBUTYL(註冊商標)Z」)1重量份、作為增黏劑之氧化鎂(協和化學工業(股)製、MgO#40)4重量份、作為內部離型劑之硬脂酸鋅(堺化學工業(股)製、SZ-2000)2重量份充分混合‧攪拌而得到的樹脂複合物。

[束狀集合體[A]之分類、及結合束集合體[b]含有率之計算方法]

自纖維強化樹脂成形材料切出100mm×100mm的試料，將前述試料在爐內於600℃進行加熱1小時以除去樹脂。接著，自除去樹脂的試料，使用鑷子取出400支束狀集合體[A]，根據以下的基準，分類為分纖束集合體[a]、結合束集合體[b]、結合切割集合體[c]。

分纖束集合體[a]：在部分分纖纖維束中，將起因於實施的分纖處理而分割的細束作為分纖束集合體[a]。

結合束集合體[b]：在部分分纖纖維束中，根據未分纖處理區間或交纏部、交纏累積部等束間結合因子，將可判斷為「束彼此為結合的形狀」者作為結合束集合體[b]。再者，在本發明中，該「束彼此為結合的形狀」係指在使用鑷子將束狀集合體[A]提起之際，同時提起至少2束以上的束狀集合體[A]，且即使輕微振動也不會分離成各別的束之狀態。

結合切割集合體[c]：在部分分纖纖維束中，將可判斷為切割未分纖處理區間或交纏部、交纏累積部等束間結合因子而有分割的痕跡者，或是在切割後根據製程上之自然的紗斷裂而小片化者，作為結合切割集合體[c]。

再者，自上述所分類的結合束集合體[b]之總支數，計算纖維強化樹脂成形材料中的結合束集合體[b]之含有率。

[力學特性之評價方法]

使用可製作平板的模具No.1。將纖維強化樹脂成形材料配置於模具No.1之中央部(填充率為50%)後，利用加壓型加壓機基於10MPa的加壓，並利用約140℃×5分鐘的條件進行硬化，得到300×400mm的平板。將平板長邊方向定為0°，由得到的平板自0°與90°方向，各別切出5片100×25×1.6mm的試驗片(合計10片)，並依據JIS K7074(1988年)實施測定。

(實施例1)

使用捲線機，將纖維束[A-1]以一定速度10m/min捲出並通過以5Hz朝軸方向振動的振動擴寬輥，在實施擴寬處理後，藉由通過20mm寬的寬度限制輥，得到擴寬為20mm的擴寬纖維束。對於得到的擴寬纖維束，準備將具備厚度0.2mm、寬度3mm、高度20mm之突出形狀的分纖處理用鐵製平板對於強化纖維束的寬度方向以5mm等間隔平行設置的分纖處理手段。將該分纖處理手段對於擴寬纖維束間歇式地插拔，得到部分分纖纖維束。

此時，分纖處理手段係對於以一定速度10m/min移動的擴寬纖維束，突刺分纖處理手段3秒鐘，生成分纖處理區間，拔除分纖處理手段0.2秒鐘，再度重複進行突刺的動作。

得到的部分分纖纖維束，在分纖處理區間，纖維束相對於寬度方向分纖為4等分，且在至少1個分纖處理區間之至少1個端部，具有單紗交纏的交纏部蓄積而成之交纏蓄積部。製作1500m部分分纖纖維束時，從來 沒有引起斷線、纏繞，存在於纖維束內的纖維之撚，在插拔分纖處理手段之際朝移動方向通過，而能以安定的寬度進行分纖處理。

將得到的部分分纖纖維束設置於紗架，自紗管外側的纖維束端部捲出，朝相對於纖維束的長邊方向而言切割刀傾斜為角度15°之旋轉式切斷機連續地插入，以切割纖維束，得到不連續強化纖維的束狀集合體[A]。此時，事先將切割間隔調整為6.5mm，以使其可切割成纖維長25mm。又，插入的部分分纖纖維束係藉由部分分纖纖維束的捲繞步驟、或切割步驟中施加之絨毛張力，而在實施上述分纖處理步驟之際擴寬直到20mm寬者，切割時之纖維束寬度W為7mm。

上述切割步驟之後，藉由使束狀集合體[A]以均勻分散的方式散布，得到纖維配向為等向性的不連續纖維不織布。得到的不連續纖維不織布之面積密度為1kg/m²。

使用刮刀將基質樹脂[M-1]各別均勻地塗布於2片聚丙烯製的離型薄膜，製作2片樹脂薄片。以該等2片樹脂薄片將上述得到的不連續纖維不織布由上下包夾，並以滾筒使樹脂含浸於不織布中，藉此方式而得到薄片狀的纖維強化樹脂成形材料。此時，以使纖維強化樹脂成形材料的強化纖維重量含有率成為47%的方式，在樹脂薄片製作的階段調整樹脂的塗布量。

對於得到的纖維強化樹脂成形材料，基於前述束狀集合體[A]之分類、及結合束集合體[b]含有率之 計算方法計算結合束集合體[b]含有率之結果為13%。又，基於前述力學特性之評價方法，將纖維強化樹脂成形材料成形並評價力學特性。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例2)

使用捲線機將纖維束[A-2]以一定速度10m/min捲出並通過以10Hz朝軸方向振動的振動擴寬輥，在實施擴寬處理後，藉由通過60mm寬的寬度限制輥，得到擴寬為60mm的擴寬纖維束。對於得到的擴寬纖維束，使用將具備突出形狀的分纖處理用鐵製平板對於強化纖維束的寬度方向以3.5mm等間隔平行設置的分纖處理手段，製作部分分纖纖維束，除此以外係與實施例1同樣進行，並進行評價。此時，得到的部分分纖纖維束，在分纖處理區間，纖維束相對於寬度方向分纖為17等分，且在至少1個分纖處理區間之至少1個端部，具有單紗交纏的交纏部蓄積而成之交纏蓄積部。又，與纖維束[A-1]相比，纖維束的單紗數多，因此切割纖維束時之寬度W為20mm。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例3)

以使束狀集合體[A]的纖維長成為12.5mm的方式，將切割間隔調整為3.2mm，除此以外係與實施例2同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例4)

以使纖維束的切割角度成為30°、纖維長成為12.5mm的方式，將旋轉式切斷機的切割刀之傾斜角與切割間隔 調整為6.2mm，除此以外係與實施例2同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例5)

以使纖維束的切割角度成為45°、纖維長成為12.5mm的方式，將旋轉式切斷機的切割刀之傾斜角與切割間隔調整為8.8mm，除此以外係與實施例2同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例6)

以使切割纖維束時的寬度W成為30mm的方式，在緊接於捲繞部分分纖纖維束之前，設置用以維持纖維束之擴寬寬度的熨燙機(ironing roller)，調整部分分纖纖維束寬度，除此以外係與實施例3同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例7)

以使切割纖維束時的寬度W成為45mm的方式，在緊接於捲繞部分分纖纖維束之前，設置用以維持纖維束之擴寬寬的熨燙機，調整部分分纖纖維束寬度，除此以外係與實施例2同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(實施例8)

在為了將纖維束朝旋轉式切斷機插入而捲出之際，除去纖維束所捲繞的紙管，以自紗管內側的纖維束端部捲出的內引方式捲出纖維束，除此以外係與實施例3同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表1。

(比較例1)

在切割部分分纖纖維束之際，使用相對於纖維束之長邊方向而言角度90°、切割間隔25mm設置切割刀的旋轉式切斷機，得到束狀集合體[A]，除此以外係與實施例1同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表2。

(比較例2)

在切割部分分纖纖維束之際，使用相對於纖維束之長邊方向而言角度90°、切割間隔25mm設置切割刀的旋轉式切斷機，得到束狀集合體[A]，除此以外係與實施例2同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表2。

(比較例3)

未對纖維束[A-2]實施分纖處理而直接切割，得到束狀集合體[A]，除此以外係與實施例2同樣進行，並進行評價。得到之一連串的評價結果係示於表2。

關於實施例1~8，可確認兼具並且展現優異的力學特性(彎曲強度、彈性係數)、低偏差。關於實施例4、5，可確認藉由增大切割角度，纖維束端部部位之應力集中變大，因此看到力學特性之下降，但為沒有問題的等級。又，關於實施例3、6、7，可確認藉由調整切割時之纖維束寬度，可將未分纖處理區間或交纏部、交纏累積部等之束間結合因子細分化，而對力學特性之提升與偏差之減低(例如，彎曲彈性係數的CV(Coefficient of Variation)值之減低)顯著有效。關於實施例8，將切割部分分纖纖維束而得到的束狀集合體[A]在散布時少量採取，進行纖維長之確認時，也可看到纖維長不符12.5mm者，但其比例小，實質上為可判斷為切割成目標的纖維長之等級。

另一方面，關於比較例1~3，在比較例1、2中，可看到在纖維束之切割角度90°切割，因此產生在纖維束端部部位之應力集中，而且結合束集合體[b]的含有率也高，力學特性之下降與偏差之增大。又，在比較例3 中，可看到由於未對強化纖維束實施分纖處理，故結合束集合體[b]之含有率高，且與比較例1、2同樣，力學特性之下降與偏差之增大。

[產業上之可利用性]

本發明尤可提供可使用於需要高力學特性與其力學特性的偏差之減低的各種成形品之製造的纖維強化樹脂成形材料。

31‧‧‧部分分纖纖維束

32‧‧‧分纖處理區間

33‧‧‧未分纖處理區間

34‧‧‧切割面

37‧‧‧束狀集合體

Claims (6)

1. 一種纖維強化樹脂成形材料，其係至少包含不連續強化纖維的束狀集合體[A]與基質樹脂[M]之纖維強化樹脂成形材料，其特徵為：該束狀集合體[A]為將沿著包含多個單紗的纖維束之長邊方向分纖為多個束的分纖處理區間與未分纖處理區間交互形成而成的部分分纖纖維束，以相對於該纖維束的長邊方向而言角度θ(0°<θ<90°)進行切割者。
2. 如請求項1之纖維強化樹脂成形材料，其係於該部分分纖纖維束中，在至少1個該分纖處理區間之至少一端部形成該單紗交纏的交纏部、及/或該交纏部累積而成的交纏蓄積部。
3. 如請求項1之纖維強化樹脂成形材料，其中該束狀集合體[A]包含以下之中至少一種的集合體：藉由分纖處理而分割為任意的束支數之分纖束集合體[a]；藉由該未分纖處理區間、及/或該交纏部、及/或該交纏累積部，纖維束的單紗彼此結合的結合束集合體[b]；及該未分纖處理區間、及/或該交纏部、及/或該交纏累積部與切割該部分分纖纖維束時的切割面交叉，且在該交叉部中，該纖維束的單紗彼此的結合被切割的結合切割集合體[c]。
4. 如請求項3之纖維強化樹脂成形材料，其中在該束狀集 合體[A]中，該結合束集合體[b]之含有率在0~15%的範圍。
5. 一種纖維強化樹脂成形材料之製造方法，其係製造如請求項1至4中任一項之纖維強化樹脂成形材料之方法，其特徵為在得到該束狀集合體[A]之際，以滿足下述式(1)的方式切割該部分分纖纖維束；W‧cosθ/D≧3‧‧‧(1)W：切割部分分纖纖維束時之纖維束寬度D：束狀集合體[A]之切割面的間隔。
6. 如請求項5之纖維強化樹脂成形材料之製造方法，其係於切割該部分分纖纖維束之前的任意時間點，對該部分分纖纖維束實施擴寬處理。