TW202212112A - 熱塑性預浸漬物、纖維強化塑膠、及其製造方法 - Google Patents

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河原康太
本間雅登
松谷浩明
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Abstract

課題在於提供一種纖維強化塑膠，其一邊保持輕量性及力學特性，一邊能對應於更複雜形狀。 一種熱塑性預浸漬物，係將熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網而成之熱塑性預浸漬物，其滿足以下特徵(A)或特徵(B)之至少一者。 特徵(A)：具有切斷構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維之至少一部分的複數切口。 特徵(B)：具有構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動區域。

Description

熱塑性預浸漬物、纖維強化塑膠、及其製造方法
本發明關於一種包含強化纖維與熱塑性基質樹脂之熱塑性預浸漬物及其製造方法、以及由該預浸漬物基材所成形之纖維強化塑膠及其製造方法。
由強化纖維與基質樹脂所構成的纖維強化塑膠，係比強度、比剛性優異，廣泛使用於電機・電子用途、土木・建築用途、汽車用途、運動用途、航空機用途等。近年來，尤其針對汽車、航空機、運動製品等產業用製品之纖維強化塑膠，成形時的成形材料對複雜形狀的追隨性或對於成形品的輕量性的市場要求係逐年升高。為了應付如此的要求，而各種產業用途廣泛地利用具有複雜形狀且力學特性或輕量性優異的纖維強化塑膠之沖壓成形品。
具體而言，專利文獻1中揭示一種切口預浸漬物，其係對於使經單向並排的連續強化纖維含浸樹脂而成的單向預浸漬物，設置分割強化纖維的切口，而提高成形時的形狀追隨性。
又，專利文獻2中揭示一種預浸漬物，其係作成以強化纖維作為不連續纖維且使其以多方向分散的成形材料，因此而成形時對複雜形狀的追隨性與成形品的力學特性之平衡優異。
再者，專利文獻3中揭示一種技術，其係規定加壓成形基材時所發生的面內方向之變形量與加壓後去除壓力時之面外方向的變形量之比，而兼顧成形品的力學特性與成形時對複雜形狀的追隨性。
作為用於實現成形品的輕量化之一個方法，專利文獻4中揭示利用低比重的芯材。
可是，低比重的芯材係有作為單一材的力學特性差之傾向。於是，於利用如此的芯材時，為了擔保成形品的力學特性，而專利文獻5中揭示進行在芯材的外周配置高剛性的皮材等之製品設計。然而，於如此設計的製品中，質量必然會增加，或不得不增大厚度。亦即，即使結果能實現製品的輕量化，其程度係相對地變小。又，為了擔保成形品的力學特性而使用的皮材，由於一般而言對複雜形狀的形狀追隨性差，故在能成形的形狀有限度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2008-207544號公報 專利文獻2：日本特開2010-235779號公報 專利文獻3：國際公開第2019/189384號 專利文獻4：國際公開第2017/110528號 專利文獻5：國際公開第2015/029634號
[發明欲解決之課題]
產業用製品所使用的纖維強化塑膠，為了力學特性及機能性提升，而被要求具有轂肋形狀或深拉部、壁厚變化部等之凹凸部，對於成形材料雖要求對複雜形狀的追隨性，但於專利文獻1記載之發明中，由於纖維的配向方向為單向，故在形狀追隨性存在異向性，且在能成形的形狀有限制。又，由於在所完成的強化纖維塑膠之力學特性亦發生異向性，故必須設計纖維的配向方向並積層。
於專利文獻2記載之發明中，雖然因強化纖維為不連續而具有一定的形狀追隨性，但是當不連續纖維為多方向地配向時，互相配向方向不同的纖維彼此進行干渉，因此在用於伴隨大的變形之成形時並不充分。
又，於專利文獻3記載之發明中，雖然藉由面內變形與面外變形而容易成形為複雜的形狀，但是在能成形的形狀有限制，難以成形為所欲的形狀。
再者，於專利文獻4或專利文獻5記載的構造體之製造方法中，在成形時的形狀追隨性有限度，有在往向複雜形狀的成形發生困難之情形。
根據以上，要求一邊具有高的力學特性還一邊具備對複雜形狀的追隨性或輕量性之纖維強化塑膠材料。本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種能同時達成成形品的高力學特性、成形時對複雜形狀的追隨性、成形品的輕量性之纖維強化塑膠材料。 [用以解決課題之手段]
用以解決上述課題之本發明之一態樣，為一種熱塑性預浸漬物，係將熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網而成之熱塑性預浸漬物，其滿足以下特徵(A)或特徵(B)之至少一者； 特徵(A)：具有切斷構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維之至少一部分的複數切口； 特徵(B)：具有構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動區域。
又，典型上作為將該熱塑性預浸漬物成形而得的纖維強化塑膠而被掌握的本發明之其它態樣，為一種纖維強化塑膠，係具有包含不連續強化纖維與熱塑性樹脂的熱塑性樹脂層之纖維強化塑膠，其滿足以下特徵(C)或特徵(D)之至少一者； 特徵(C)：於前述熱塑性樹脂層，存在配向於3方向以上的前述不連續強化纖維之端部連續地並排的端部排列構造。 特徵(D)：具有前述熱塑性樹脂層中含有的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動部。
再者，如上述的熱塑性預浸漬物之製造方法、及使用本發明的熱塑性預浸漬物之纖維強化塑膠之製造方法，亦作為本發明之一態樣而被掌握。 [發明之效果]
若根據本發明，則可得到對複雜形狀的追隨性高，且能展現高的力學特性之熱塑性預浸漬物，藉此可得到即使複雜形狀也表面品質良好而具有高的力學特性與輕量性之纖維強化塑膠。
[用以實施發明的形態]
＜熱塑性預浸漬物＞ 本發明之熱塑性預浸漬物(以下有時僅稱「預浸漬物」)，係將熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網而成之熱塑性預浸漬物，係滿足以下特徵(A)或特徵(B)之至少一者的熱塑性預浸漬物。 特徵(A)：具有切斷構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維之至少一部分的複數切口。 特徵(B)：具有構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動區域。
不連續強化纖維網為不連續強化纖維的集合體，係至少具有：構成該集合體的不連續強化纖維彼此直接接觸之部位、或構成該集合體的不連續強化纖維彼此透過後述的黏結劑樹脂而被接著之部位。
作為不連續強化纖維(以下亦僅稱「強化纖維」)而使用的強化纖維，並沒有特別的限制，可使用例如碳纖維、玻璃纖維、聚芳醯胺纖維、氧化鋁纖維、碳化矽纖維、硼纖維、金屬纖維、天然纖維、礦物纖維等，亦可併用此等之中2種以上。其中，從比強度、比剛性高、輕量化效果優異之點來看，較佳使用PAN系、瀝青系、縲縈系等之碳纖維。又，從提高所得之成形品的經濟性之觀點來看，可較佳使用玻璃纖維。從力學特性與經濟性的平衡觀點來看，併用碳纖維與玻璃纖維者亦為較佳的態樣。再者，從提高所得之成形品的衝擊吸收性或賦形性之觀點來看，可較佳使用聚芳醯胺纖維。從力學特性與衝擊吸收性的平衡觀點來看，併用碳纖維與聚芳醯胺纖維者亦為較佳的態樣。或者，從提高所得之成形品的導電性之觀點來看，亦可使用被覆有鎳或銅或鐿等金屬之強化纖維。
本發明之熱塑性預浸漬物所含有的強化纖維為不連續強化纖維。由於預浸漬物所含有的強化纖維為不連續，故形狀追隨性優異，容易製造具有複雜形狀的纖維強化塑膠。於本說明書中，所謂不連續強化纖維，就是意指平均纖維長度為100mm以下的強化纖維。不連續強化纖維的平均纖維長度較佳在2mm以上20mm以下之範圍內。由於設為前述範圍，而可成為力學特性與形狀追隨性之平衡優異者。
就強化纖維的纖維長度之測定用的方法而言，例如有從不連續強化纖維網中直接取出強化纖維並計測之方法，或者使用僅溶解預浸漬物中或成形後的纖維強化塑膠中之熱塑性樹脂的溶劑來使其溶解，過濾分離所殘留的強化纖維並藉由顯微鏡觀察來測定之方法(溶解法)。又，當沒有能溶解樹脂的溶劑時，係有在強化纖維不氧化減量的溫度範圍下僅燒去熱塑性樹脂，分離強化纖維並藉由顯微鏡觀察來測定之方法(燒去法)。藉由如此的方法，而從預浸漬物或成形後的纖維強化塑膠中隨意地選出100條的不連續強化纖維，用光學顯微鏡測定各自的長度到1μm單位為止，且將平均值當作平均纖維長度。再者，比較從不連續強化纖維網中直接取出強化纖維之方法、與以燒去法或溶解法取出強化纖維之方法時，雖藉由適當地選定條件而於所得之結果中不會發生顯著的差異，但於本發明中，於從藉由任一方法取出並測定的纖維長度所算出的平均纖維長度及其變動係數被包含在前述數值範圍時，係當作滿足前述條件。再者，選定條件時，於溶解法中，可藉由事先確認所使用的溶劑是否能溶解熱塑性樹脂、還有溶解所需要的時間或溶劑的必要量後選定溶劑，而選擇適當的條件，於燒去法中，可事先確認熱塑性樹脂的熱分解溫度或所需要時間等後設定適當的條件。
就不連續強化纖維網而言，較佳為以乾式法或濕式法所得之不織布。以乾式法或濕式法所得之不織布，係容易使不連續強化纖維隨機地分散，其結果可得到具有等方向的力學特性或成形性之預浸漬物。
不連續強化纖維網亦可強化纖維彼此被黏結劑樹脂等其它成分所填補。黏結劑樹脂，從樹脂與強化纖維的接著性、及僅填補強化纖維且確保處理性之觀點來看，較佳為選自熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂的任一者。從樹脂與強化纖維的接著性之觀點來看，較佳為選擇與後述所含浸的熱塑性樹脂同種或具有相溶性的樹脂，從確保強化纖維的處理性之觀點來看，較佳為選擇熱硬化性樹脂或熱塑性樹脂的水溶液、分散液、乳液。
如此的不連續強化纖維網所含有的不連續強化纖維，通常在面內配向於3方向以上。由於為前述形態，而成形時的形狀追隨性或成為纖維強化塑膠時的力學特性具有高的等向性。又，一般於強化纖維單向並絲的預浸漬物(以後，稱為單向預浸漬物)之情況，為了使所欲的形狀追隨性、力學特性展現，而需要將積層單向預浸漬物複數片之步驟，且進一步為了得到擬等向性，而有積層片數(亦即成形品的厚度)被限制之情況，相對於此，可藉由如本發明之熱塑性預浸漬物，強化纖維在面內配向於3方向以上，而省去積層預浸漬物的工夫，同時於任意的積層片數中得到等向性。
以下顯示強化纖維在面內配向於3方向以上的確認方法。選擇預浸漬物所含有的不連續強化纖維1條，將該不連續強化纖維在預浸漬物的面內之配向方向(連結不連續強化纖維的兩端之直線的方向)定義為0°的方向。此處，所謂預浸漬物的面內，就是表示在投影於與不連續強化纖維預浸漬物平行的面之面中進行判斷。此時，與該不連續強化纖維以面內10°以上的角度交叉之其它不連續強化纖維，以0°為基準而存在於順時針側、逆時針側之兩側時，在本發明中視為強化纖維在面內配向於3方向以上者。再者，此處所謂「交叉」，係對象的2條不連續強化纖維不一定要在厚度方向中重疊，亦包括將各自的不連續強化纖維在配向方向中延長之延長線交叉的情況。
就強化纖維的配向狀態之測定方法而言，可例示例如：從預浸漬物的表面來觀察強化纖維的配向之方法。此時藉由研磨預浸漬物表面而使纖維露出，可更容易觀察強化纖維。又，亦可例示對預浸漬物利用透射光來觀察強化纖維的配向之方法。此時藉由切薄預浸漬物，而更容易觀察強化纖維。進一步亦可例示以X射線CT來透射觀察預浸漬物，並拍攝強化纖維的配向影像之方法。於X射線穿透性高的強化纖維之情況，若預先在強化纖維中混合示蹤用的纖維、或預先對強化纖維塗布示蹤用的藥劑，則更容易觀察強化纖維。
就本發明之浸漬物中所使用之不連續強化纖維網所含浸的熱塑性樹脂，並沒有特別的限制，但可舉出例如選自以下的熱塑性樹脂：「聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、液晶聚酯等之聚酯，或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等之聚烯烴，或聚甲醛(POM)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等之聚芳硫醚、聚酮(PK)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚腈(PEN)、聚四氟乙烯等之氟系樹脂、液晶聚合物(LCP)」等之結晶性樹脂、「苯乙烯系樹脂，以及聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚伸苯基醚(PPE)、聚醯亞胺(PI)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚碸(PSU)、聚醚碸、聚芳酯(PAR)」等之非晶性樹脂，其他酚系樹脂、苯氧基樹脂，還有聚苯乙烯系、聚烯烴系、聚胺基甲酸酯系、聚酯系、聚醯胺系、聚丁二烯系、聚異戊二烯系、氟系樹脂及丙烯腈系等之熱塑性彈性體等，或此等之共聚物及改質體等。其中，從所得之成形品的輕量性之觀點來看，較佳使用聚烯烴，從強度之觀點來看，較佳使用聚醯胺，從表面品質之觀點來看，較佳使用如聚碳酸酯或苯乙烯系樹脂之非晶性樹脂，從耐熱性之觀點來看，較佳使用聚芳硫醚，從連續使用溫度之觀點來看，較佳使用聚醚醚酮，進一步從耐化學性之觀點來看，較佳使用氟系樹脂。
就熱塑性樹脂而言，可使用包含複數種類的上述熱塑性樹脂之摻合樹脂，若上述熱塑性樹脂基質的主成分(以基質全體作為100重量%時，超過50重量%的成分)為熱塑性樹脂，則亦可使用混合有熱硬化性樹脂的摻合樹脂。
本發明之熱塑性預浸漬物，係較佳為包含40重量%以上90重量%以下的前述熱塑性樹脂、10重量%以上60重量%以下的前述不連續強化纖維。由於為前述形態，而形狀追隨性與力學特性之平衡優異，因此較佳。若為上述範圍，則前述熱塑性樹脂與前述不連續強化纖維之重量比例各自並不特別限定，但重視形狀追隨性與力學特性之平衡時，較佳為包含50重量%以上80重量%以下的前述熱塑性樹脂、20重量%以上50重量%以下的前述不連續強化纖維，重視形狀追隨性時，較佳為包含60重量%以上90重量%以下的前述熱塑性樹脂、10重量%以上40重量%以下的前述不連續強化纖維，重視力學特性時，較佳為包含40重量%以上70重量%以下的前述熱塑性樹脂、30重量%以上60重量%以下的前述不連續強化纖維。
本發明之熱塑性預浸漬物可舉出滿足特徵(A)之形態係作為第1形態，其具有切斷構成不連續強化纖維網的不連續強化纖維之至少一部分的複數切口。藉由切口，而除了一部分的強化纖維的纖維長度變更短之外，被切斷的強化纖維之端部直線狀或曲線狀地並排，因此於複雜形狀的成形時強化纖維並不撐住而切口會開口。又，強化纖維因切口而被分割，因此而強化纖維彼此的干渉之傳達中斷，且對複雜形狀的追隨變容易。
以下，為了容易理解，一邊適宜地參照圖式而說明本發明，但本發明完全不受此等圖式所限定。又，針對圖式所示的特定實施形態之說明，亦可理解成作為上位概念的本發明之熱塑性預浸漬物之說明。
於圖1所示的實施形態中，熱塑性預浸漬物3具有切斷不連續強化纖維之至少一部分的切口1。切口可遍及熱塑性預浸漬物表面之全面而設置，也可僅設置於一部分。又，切口不貫穿不連續強化纖維網的厚度方向時，可設置於兩面，也可僅設置於任一面。本說明書中，將於熱塑性預浸漬物表面中設置有切口的區域稱為「切口區域」。如圖1所示，切口區域2的邊界，係藉由將連結存在於該區域之最外側的切口之端部的線段連接而成的線段群所劃分。如此的線段群，係以包含該線段群內全部的切口，且該線段群的長度合計成為最小的方式描線。亦即，本發明之熱塑性預浸漬物可表面的全面為切口區域，也可在表面的一部分設有切口區域。再者，於圖1中，切口區域係在(a)所示的範圍中僅1處，但亦可於複數處設置。於切口區域為相鄰的情況，要判斷是複數的切口區域或一個大的切口區域時，首先於假定為2個相鄰的切口區域之情況，求出相鄰的切口區域各自的切口之平均距離，若是平均距離中的任何一個短於假定相鄰的兩個區域之間的最短距離，則以假設為正確者而當作是2個區域。
切口的形狀係沒有特別的限定，可為直線形狀，也可為具有折線部的形狀，亦可為一部分或全部具有曲線部的形狀，為了穩定地設置切口，切口較佳為直線形狀。
切口的長度係沒有特別的限定，為了在成形時切口容易開口，而較佳為0.1mm以上，更佳為0.5mm以上。另一方面，為了於將本發明之熱塑性預浸漬物成形為纖維強化塑膠時具有充分的力學特性，而切口的長度較佳為50mm以下，更佳為10mm以下。再者，所謂切口的長度，就是指從對象的切口之一端部到另一端部為止之沿著切口的長度。再者，於預浸漬物的厚度方向中切口的長度變化之情況，將從預浸漬物表面中的切口之一端部到另一端部為止之沿著切口的長度當作切口的長度。
切口較佳為到達前述不連續強化纖維網的厚度方向50%以上100%以下之深度為止的切口。由於作成前述形態，而於成形時切口容易地開口，且展現高的形狀追隨性。切口的深度係可在全部的切口相同，也可在每切口不同，但從容易控制形狀追隨性之觀點來看，更佳為全部的切口具有相同的切口深度。此處，關於切口的到達深度，使用圖2來說明。圖2係熱塑性預浸漬物之平行於包含切口的厚度方向之剖面的示意圖。切口的深度係指於不連續強化纖維網4中，從插入有切口1之側的表面5起到切口的前端7為止之厚度方向的距離8。於本說明書中，觀察在預浸漬物的厚度方向之剖面且於該剖面有10個以上的切口露出之剖面，從該剖面所含有的切口中任意地抽出10個切口，計測前述切口的深度，將所抽出的10個切口的深度之平均值當作切口深度。又，所謂不連續強化纖維網的厚度，就是在計測了該剖面之切口的深度之切口附近，分別計測不連續強化纖維網的兩表面間之距離9，取所計測的10處之表面間的距離之平均值。切口1貫穿不連續強化纖維網4時的切口之深度8，係設為與不連續強化纖維網的厚度9相同值。切口深度之比例係以(切口的深度之平均值)÷(不連續強化纖維網的厚度之平均值)×100(%)進行計算。
於切口區域中，切口較佳為被規則地配置而成。由於為前述形態，而可發揮均質的形狀追隨性，且同時抑制在成形時切口彼此連結而發生的大規模破損。再者，所謂前述切口被規則地配置而成，若使用圖3來說明，則指成為下述配置之情況：熱塑性預浸漬物的前述切口區域2之面積的90%以上鋪滿由2個以上的切口1所構成的切口單位10。
於切口區域中，較佳為相鄰的切口彼此之間隔全部一定，且全部的切口之長度為一定。所謂相鄰的切口，係指相對於任意的一個切口，而為與該切口不同之其它切口且各切口彼此的間隔最短之切口。切口彼此的間隔係指將各切口之沿著切口的長度二等分之點(切口的中點)彼此之距離。由於藉由一個切口區域所含有的切口之相鄰的切口彼此之間隔全部一定，且全部的切口的長度為一定，而在該切口區域中可得到均質性質的熱塑性預浸漬物，因此較佳。
切口區域中之換算成每1m 2的切口長之和較佳為40m以上。由於為前述形態，而預浸漬物的形狀追隨性大幅提升。更佳為換算成每1m 2的切口長之和為100m以上，更佳為200m以上。切口長之和的上限係沒有特別的限制，但為了在成形時預浸漬物不會有大的斷裂，而較佳為1000m以下。換算切口長之和時，分別算出前述切口區域2之面積為至少0.01m 2以上的預浸漬物之表面、背面上所露出的切口長之和，從其值換算成每1m 2的切口長之和。切口長之和在表面與背面不同時，採用大的值當作切口長之和。例如，表背兩面的切口區域2之面積皆0.01m 2的預浸漬物之一表面的切口長之和為0.5m，另一表面的切口長之和為1m時，換算成每1m 2的切口長之和係當作100m。
切口區域中之換算成每1m 2的切口長之和，係更佳為40m以上500m以下。由於為前述形態，而可一邊使預浸漬物之面外方向的形狀追隨性高度展現，一邊亦高度維持面內方向的形狀追隨性，對於各方向的形狀追隨性之平衡優異。
本發明之熱塑性預浸漬物可舉出滿足特徵(B)之形態作為第2形態，其具有構成前述不連續強化纖維網的不連續強化纖維的纖維長度之變動係數為40%以上的纖維長度變動區域。變動係數為以標準偏差÷平均值×100所計算的值。於纖維長度變動區域中，係存在寬廣的纖維長度分布之不連續強化纖維，其結果可使預浸漬物的纖維長度變動區域成為形狀追隨性優異者。
纖維長度變動區域中的纖維長度之變動係數較佳為50%以上，更佳為60%以上。為了使形狀追隨性與力學特性平衡良好地展現，變動係數較佳為200%以下。另一方面，若纖維長度之變動係數小於40%，則有力學特性與形狀追隨性之兼備變困難之情況。本發明之熱塑性預浸漬物，由於具有纖維長度變動區域所造成的高形狀追隨性，因此雖然具有複雜形狀，但可得到力學特性或輕量性優異之纖維強化塑膠。
於本發明中，只要在預浸漬物中之至少一部分中存在纖維長度變動區域即可。具體而言，將預浸漬物於俯視中分割成由50mm×50mm見方的正方形要素所構成的格子時，只要一個以上的要素中之纖維長度之變動係數為40%以上即可。又，於本發明中，於如此地分割時，將纖維長度之變動係數成為40%以上的要素之集合當作「纖維長度變動區域」。於預浸漬物中纖維長度變動區域所成為的比例係沒有特別的限定，可按照成形品的形狀等來適宜設計。於本發明中，預浸漬物的全體可藉由纖維長度變動區域形成。再者，對象的預浸漬物不填滿格子大小時，將該預浸漬物全體視為一個前述要素。
本發明之浸漬物較佳為：於前述纖維長度變動區域中，以下述條件作成表示前述不連續強化纖維的纖維長度分布之直方圖時，最高度數為70%以下。
條件：計測從纖維長度變動區域所含有的不連續強化纖維中隨意地選出之不連續強化纖維的長度，將從最小的纖維長度到最大的纖維長度之範圍均等地9分割以作成階級數9的直方圖；度數係將前述隨意地選出的不連續強化纖維之條數當作100%時，屬於各階級的不連續強化纖維之條數所佔的比例[%]。
此處，關於上述條件，使用圖4來詳細地說明。圖4係示意地表示纖維長度變動區域所含有的不連續強化纖維之典型的纖維長度分布之直方圖的圖。於圖4中，縱軸為度數，橫軸為不連續強化纖維的纖維長度。從依照上述強化纖維的平均纖維長度之測定方法隨意計測的100條強化纖維的纖維長度，作成階級數9的直方圖。階級係藉由將從所測定的100條中之最小的纖維長度到最大的纖維長度為止之範圍均等地9分割，而使階級數為9。又，從纖維長度短的階級起依順序稱為第一階級、第二階級、第三階級、・・・、第九階級。例如，於所計測的100條纖維長度之中，最小的纖維長度為1.0mm，最大的纖維長度為19.0mm時，第一階級為1.0mm以上且小於3.0mm，第二階級為3.0mm以上且小於5.0mm，第三階級為5.0mm以上且小於7.0mm，第四階級為7.0mm以上且小於9.0mm，第五階級為9.0mm以上且小於11.0mm，第六階級為11.0mm以上且小於13.0mm，第七階級為13.0mm以上且小於15.0mm，第八階級為15.0mm以上且小於17.0mm，第九階級為17.0mm以上19.0mm以下。於本直方圖中，度數係將前述隨意選出的不連續強化纖維之條數當作100%時，屬於各階級的不連續強化纖維之條數所佔的比例[%]。
於前述直方圖中，纖維長度比度數最高的階級11更長的階級12，由於以本發明之浸漬物所含有的不連續強化纖維之中具有比較長的纖維長度之不連續強化纖維所形成，故彙總此等而稱為長纖維階級群13。相對地，度數最高的階級11與纖維長度比該階級短的階級14，由於以比較短的纖維長度之不連續強化纖維所形成，故彙總此等而稱為短纖維階級群15。屬於前述長纖維階級群13的不連續強化纖維，係在使用本發明之浸漬物作為纖維強化塑膠時，具有雖然輕量但展現高的力學特性之效果。另一方面，屬於短纖維階級群15的不連續強化纖維，係在使用本發明之浸漬物作為纖維強化塑膠時，可展現對複雜形狀的高追隨性與高尺寸精度。再者，於決定度數最高的階級時，當度數相同的階級複數存在時，係採用彼等之階級之中纖維長度長者的階級。
於纖維長度變動區域中，在前述直方圖中最高度數較佳為70%以下。藉此而可得到不連續強化纖維的纖維長度之平衡優異，且兼顧力學特性與形狀追隨性之纖維強化塑膠。於前述直方圖中最高度數的更佳範圍為60%以下，更佳為50%以下。
又，於纖維長度變動區域中，更佳為在前述直方圖中度數為10%以上的階級存在3以上。此意指不連續強化纖維的纖維長度分布的幅度寬廣，其結果更容易達成形狀追隨性與力學特性之兼備。度數為10%以上的階級之更佳數為4以上，更佳為5以上。
本發明之熱塑性預浸漬物滿足前述特徵(A)或前述特徵(B)之至少一者。由於滿足前述特徵(A)與前述特徵(B)兩者，而對於面內方向及面外方向雙方的形狀追隨性優異，且所成形的纖維強化塑膠展現優異的力學特性，因此而更佳。
本發明之熱塑性預浸漬物，由於加熱到使前述熱塑性樹脂熔融或軟化的溫度以上，而會因不連續強化纖維的起毛力而膨脹。特別地，將從本發明之熱塑性預浸漬物中僅切出前述切口區域或前述纖維長度變動區域後之前驅物的厚度當作R[mm]，且將加熱前述前驅物到會使前述熱塑性樹脂熔融或軟化的溫度以上後將前述前驅物在大氣壓下保持1小時而得之纖維強化塑膠的厚度當作S[mm]時，以S/R求出的膨脹倍率為2.0以上者，係從對複雜形狀的追隨性與成為纖維強化塑膠時的輕量性之觀點來看較佳。膨脹倍率的更佳範圍為3.0以上，更佳為5.0以上。
本發明之熱塑性預浸漬物更佳為滿足前述特徵(A)及前述特徵(B)，且於前述纖維長度變動區域，形成切斷連續強化纖維網所含有的強化纖維中之至少一部分的複數切口。因切口而一部分的強化纖維的纖維長度變短，能容易地形成不連續強化纖維的纖維長度之變動狀態，且於同時被切斷的強化纖維之端部係直線狀或曲線狀地並排，故在複雜形狀的成形時強化纖維並不撐住而切口會開口。又，因切口而強化纖維被分割，藉此而強化纖維彼此的干渉之傳達係中斷，對複雜形狀的追隨變容易。就纖維長度變動區域中所形成的切口而言，可使用與上述切口同樣的形態之切口。由於為前述形態，而對於面內方向與面外方向的形狀追隨性優異，進而能以所謂插入切口之有效率的手段來形成纖維長度變動區域，因此可得到生產性優異的熱塑性預浸漬物。
於本發明之熱塑性預浸漬物中，較佳為不連續強化纖維為單纖維狀。由於前述強化纖維為單纖維狀，而預浸漬物變成具有更均質的形狀追隨性，且可於成形時展現均質的力學特性，同時抑制向強化纖維端部的應力集中，且展現高的力學特性。此處，所謂強化纖維為單纖維狀，就是指強化纖維單紗於預浸漬物中不成為束，而獨立地分散之狀態。於本發明中，對於從預浸漬物中任意地選出的強化纖維單紗、及與該強化纖維單紗交叉的強化纖維單紗，若於計測後述的二維配向角時，其二維配向角為1°以上的強化纖維單紗之比例為80%以上之狀態，則判斷不連續強化纖維為單纖維狀。此處，由於難以將與所選出的強化纖維單紗交叉的強化纖維單紗全部進行鑑定，故隨意地選出20條交叉的強化纖維單紗，測定二維配向角。將此測定在其它強化纖維單紗合計重複5次，計算二維配向角為1°以上的單纖維之比例。
關於二維配向角，使用圖5來詳細地說明。圖5表示從本發明之熱塑性預浸漬物中僅抽出強化纖維而從厚度方向來觀察之情形的強化纖維之分散狀態的示意圖。此處，所謂從厚度方向來觀察之情形，就是指觀察向與熱塑性預浸漬物平行的面之投影像。若著眼於強化纖維單紗16a，則強化纖維單紗16a係與強化纖維單紗16b～16f交叉。此處所謂交叉，就是意指於所觀察的二維平面中所著眼的強化纖維單紗被觀察到與其它強化纖維單紗相交之狀態，於實際的預浸漬物中強化纖維單紗16a與強化纖維單紗16b～16f不一定需要接觸。於二維配向角係定義為交叉的2條強化纖維單紗所形成的2個角度之中，0°以上90°以下之角度17。
具體而言，對於從熱塑性預浸漬物測定二維配向角的平均值之方法並無特別的限制，但可例示例如：與從預浸漬物之表面來觀察強化纖維的配向之方法同樣之方法。
進而，於本發明之熱塑性預浸漬物中，較佳為不連續強化纖維在面內隨機地配向。由於為前述形態，而會展現等向的形狀追隨性及力學特性。於本發明中，所謂強化纖維在面內隨機地配向，就是指強化纖維的二維配向角之平均值為30°以上60°以下之範圍內。二維配向角之平均值更佳為40°以上50°以下之範圍內，愈接近理想的角度之45°愈較佳。本發明之二維配向角的平均值，係藉由對於隨意選出的強化纖維單紗(圖5中的強化纖維單紗16a)，算出與其交叉的全部強化纖維單紗(圖5中的強化纖維單紗16b～16f)之二維配向角的平均值而測定。於與強化纖維單紗16a交叉的強化纖維單紗為多數之情形，係隨意地選出20條交叉的強化纖維單紗且進行測定，將此測定在其它強化纖維單紗合計重複5次，且將100個二維配向角的平均值當作二維配向角的平均值。
可藉由將如上述之熱塑性預浸漬物單獨或積層2片以上並成形，而得到纖維強化塑膠。尤其是藉由將熱塑性預浸漬物2片以上一體化而成形，在成形時該預浸漬物會成為一體而變形，因此可防止僅特定的預浸漬物變形而造成大規模的破損，故較佳。又，由於可具有厚度設計的自由度，能成形的形狀之範圍變廣。於本發明中，具有2片以上的熱塑性預浸漬物而成之形態係沒有特別的限定，可為複數的熱塑性預浸漬物之側面彼此連接且在面內並排之形態，但較佳為前述2片以上的熱塑性預浸漬物互相積層之形態，亦即厚度方向相鄰的熱塑性預浸漬物彼此係在厚度方向中觀看時，互相的至少一部分疊合之形態。又，被一體化而成，就是指各自的熱塑性預浸漬物與相鄰的熱塑性預浸漬物互相被接著的狀態。就接著之方法而言，例如可藉由加熱熱塑性預浸漬物積層體的全體或一部而使樹脂軟化後，將其冷卻使樹脂固化而進行接著，也可設置預浸漬物層間的接著層，且透過該接著層之成分進行接著。
又，如此的纖維強化塑膠，係為了機械特性或設計性之提升等，亦可具有源自本發明之浸漬物以外的層。
＜熱塑性預浸漬物之製造方法＞ 本發明之熱塑性預浸漬物，作為一例，可藉由具有以下步驟的製造方法來製造：製作不連續強化纖維網之步驟(網製作步驟)；將熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網之步驟(含浸步驟)；及以切斷不連續強化纖維網所含有的不連續強化纖維之至少一部分的方式，插入複數切口之步驟(切入步驟)。
就網製作步驟而言，例如較佳為使用乾式抄紙法或濕式抄紙法，從經分散的不連續強化纖維來製作不連續強化纖維網。
就含浸步驟而言，可舉出例如交替積層前述不連續強化纖維網一層以上與熱塑性樹脂薄片一層以上而製作積層體，且使該積層體上升至熱塑性樹脂的熔點以上而使熱塑性樹脂軟化後，施加壓力而使熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網之空隙內，而作成一層的預浸漬物之方法。
就切入步驟而言，例如有使用切刀，藉由手作業或裁切機在不連續強化纖維網中導入切口之方法，或對不連續強化纖維網，推壓在指定的位置配置有刀刃的旋轉輥之方法等。於簡易地在不連續強化纖維網中導入切口之情形，係前者為合適，於考慮生產效率而大量地製作之情形，係後者為合適。於使用旋轉輥之情形，可直接車磨出輥，在指定位置設置刀刃，但由於藉由在磁性輥等切出平板，且在指定位置捲附配置有刀刃的薄片狀模，而刀刃的替換會變容易，故較佳。
含浸步驟及切入步驟之順序係可任一個在前，但由於藉由在含浸步驟後實施切入步驟，而強化纖維不易從刀刃脫逃，可得到穩定的品質，而且可生產性良好地製造預浸漬物，故較佳。
＜纖維強化塑膠之製造方法＞ 可將包含本發明之熱塑性預浸漬物的成形基材(以下，有時亦僅稱「成形基材」)，用於一種具有加熱加壓步驟的纖維強化塑膠之製造方法，該加熱加壓步驟係加熱前述熱塑性樹脂，且於使其熔融或軟化之狀態進行加壓。換言之，於本說明書中係將包含熱塑性預浸漬物的成形基材予以成形而成者稱為「纖維強化塑膠」。成形基材可包含本發明之熱塑性預浸漬物以外的材料，也可為與其它材料之經積層的積層體。該積層體可被一體化，也可未被一體化，但由於被一體化者會防止表面品質或力學特性變差，故較佳。更佳為：使用包含至少1片以上的本發明之熱塑性預浸漬物之預浸漬物積層體作為成形基材。前述預浸漬物積層體之積層面，各自接觸的面彼此可被接著，也可未被接著，但從生產效率之觀點來看，較佳為面彼此被接著，且預浸漬物積層體被一體化。所謂被一體化，就是指熱塑性預浸漬物係與相鄰的本發明之熱塑性預浸漬物或其它基材互相接著之狀態。就接著之方法而言，例如可將熱塑性預浸漬物積層體的全體或一部分加熱，使熱塑性樹脂軟化後，進行冷卻而將熱塑性樹脂固化以進行接著，也可在預浸漬物層間設置接著層，透過該接著層之成分進行接著。其它基材包含熱硬化性樹脂時，亦可使用熱硬化性樹脂的黏性進行接著。
由於具有加熱加壓步驟，前述預浸漬物積層體所含有的熱塑性樹脂軟化，在加壓時屬於前述短纖維階級群的不連續強化纖維或切口周邊的不連續強化纖維變得容易移動，容易追隨複雜形狀。為了使其熔融或軟化，較佳為以熱塑性樹脂之熔點或軟化點以上的溫度進行加熱，具體而言，較佳為相對於熱塑性樹脂的熔點或軟化點而言以高10℃以上且熱塑性樹脂的熱分解溫度以下之溫度進行加熱。
強化纖維塑膠之製造方法較佳為：於前述加熱加壓步驟中，以向前述成形基材的厚度方向之投影面積增加的方式使前述成形基材變形。此處所謂向厚度方向的投影面積，就是指向與預浸漬物積層體的積層方向垂直之面所投影的投影面積。於更具體之例中，在使用後述上模、下模的熱沖壓成形中，對模具的鎖模方向所投影的投影面積係成為向厚度方向的投影面積。於藉由加熱成形基材而成形基材所含有的熱塑性樹脂軟化且切口開口而變得容易變形之狀態，或於屬於前述短纖維階級群的不連續強化纖維變得容易移動之狀態下，加壓該成形基材，使向該成形基材的厚度方向之投影面積比加壓前更增加，藉此而對應於成形基材追隨模具表面的凹凸時之面積增加，可將複雜形狀的纖維強化塑膠予以成形。投影面積之計測方法係沒有特別的限定，但可舉出例如：從相同的角度，以相同的倍率拍攝成形前的成形基材與成形後的纖維強化塑膠之影像，使用一般的影像處理軟體來去除背景，計測成形基材或纖維強化塑膠的區域之面積的方法。更具體而言，係較佳為：將加壓前的前述成形基材之向厚度方向的投影面積當作S1，且將加壓後的投影面積當作S2時，以成為S2/S1≧1.6之方式加壓前述成形基材。由於作成前述形態，而因熱塑性樹脂或強化纖維流入藉由切口的開口所形成之空間內，抑制源自切口開口部的空隙或表面的凹凸，故較佳。更佳的S2/S1之範圍為2.0以上。在成形過程中，抑制熱塑性預浸漬物大地斷裂之觀點上，較佳為將S2/S1之上限設為10.0。
加熱・加壓成形基材之手段係沒有特別的限定，但由於藉由利用使用模具的熱沖壓成形，而可生產性良好地得到纖維強化塑膠，故較佳。具體而言，可舉出例如：在由上模與下模所構成的模具之任一成形面上配置成形基材，將成形基材加熱到成形溫度附近後，關閉模具，加壓成形基材，使其以沿著模具的成形面形狀的方式變形之方法。於熱壓所致的成形中，厚度方向係與加壓成形基材時模具移動的方向成一致。
成形時的加熱溫度係沒有特別的限定，但為了成形基材容易追隨模具的成形面形狀，較佳為設為預浸漬物所含有的熱塑性樹脂之熔點或軟化點以上。
又，為了得到尺寸精度高的纖維強化塑膠，在加熱・加壓後，可進一步具有固化步驟，其係在關閉著上下模的狀態降低模具的溫度，使成形基材所含有的熱塑性樹脂固化。
本發明之浸漬物可用於一種纖維強化塑膠之製造方法，其進一步依序具有：將前述加熱加壓步驟所賦予壓力減低到起因於前述不連續強化纖維的起毛力所造成的前述成形基材之膨脹壓力以下之膨脹步驟；冷卻前述成形基材，固化前述熱塑性樹脂之固化步驟。
由於本發明之纖維強化塑膠之製造方法中具有膨脹步驟，因此本發明之熱塑性預浸漬物會因不連續強化纖維的起毛力而膨脹，追隨複雜形狀，同時作成纖維強化塑膠時的密度降低，可得到輕量的構件。
就將前述加熱加壓步驟所賦予的壓力減低到起因於前述不連續強化纖維的起毛力所造成的前述成形基材之膨脹壓力以下之方法而言，可舉出在前述加熱加壓步驟之後，擴大上下模間的間隔之方法。又，亦可舉出在前述加熱加壓步驟之後，藉由卸除壓力而使成形基材膨脹之方法。此時，可藉由確認壓力的卸除後成形基材膨脹而上下模的間隔增加，以確認將前述加熱加壓步驟所賦予的壓力被減低到起因於前述不連續強化纖維的起毛力所造成的前述成形基材之膨脹壓力以下。
由於本發明之纖維強化塑膠之製造方法中具有固化步驟，因此可使前述膨脹步驟中膨脹的成形基材之形狀固定，且得到即使具有複雜形狀亦為輕量且具有高的力學特性之纖維強化塑膠。固化步驟中進行的操作只要是能使膨脹步驟所膨脹的成形基材之形狀固定，則沒有限定，具體而言，可舉出將前述膨脹步驟中所膨脹的前述成形基材中含有的熱塑性樹脂冷卻至低於熔點或軟化點之溫度的方法。
又，於前述膨脹步驟與前述固化步驟之間，可進一步包含厚度調整步驟，其係在實施前述膨脹步驟後再度對成形基材賦予壓力，作成所欲的厚度。
作為本發明之纖維強化塑膠之製造方法的更佳形態，可舉出一種製造方法，其中作為前述熱塑性預浸漬物而使用以下熱塑性預浸漬物：於將滿足前述特徵(A)且形成有前述切口的切口區域中之換算成每1m 2的切口長之和當作X[m]，且將藉由下述所決定的前述熱塑性預浸漬物之前述切口區域以外的區域中之最大膨脹率當作Y時，滿足5≦X/Y≦100。
最大膨脹率Y：將從前述熱塑性預浸漬物取出前述切口區域以外的區域後之前驅物的厚度當作P[mm]，將前述前驅物在前述加熱加壓步驟中加熱到使前述熱塑性樹脂熔融或軟化之溫度後，將前述前驅物在大氣壓下保持1小時而得的纖維強化塑膠的厚度當作Q[mm]，以Q/P所求出的值。
就計算最大熱膨脹率Y的具體方法而言，可舉出例如：於加熱加壓步驟中經升溫到使熱塑性樹脂熔融或軟化之溫度為止的恒溫槽內，配置從熱塑性預浸漬物切出切口區域以外的區域之前驅物，保持1小時而藉由不連續強化纖維的起毛力使其膨脹並成為纖維強化塑膠後，從恒溫槽取出該纖維強化塑膠，使用游標卡尺或測微計來計測其厚度Q，使用經預先計測的膨脹前之前驅物的厚度P，計算Q/P之方法。
X為表示在切口區域所形成的切口之量的指標，值愈大有形狀追隨性愈提升之傾向。Y為表示預浸漬物的膨脹性之指標，值愈大有膨脹性愈優異之傾向。因於形狀追隨時表面積增加，而有每單位面積的基材量降低，膨脹性亦降低之傾向。亦即，形狀追隨性與膨脹性為權衡關係之傾向，於其指標的X、Y中，相對於Y，X若過大則膨脹性差，會變得難以得到複雜形狀且輕量的纖維強化塑膠。另一方面，若相對於Y而X過小，則雖然充分膨脹，但形狀追隨性差，仍然難以得到複雜形狀的纖維強化塑膠。切口區域的X/Y之更佳範圍為10≦X/Y≦80，尤佳為20≦X/Y≦60。
＜纖維強化塑膠＞ 藉由將本發明之熱塑性預浸漬物成形而得之纖維強化塑膠，典型上具有以下特徵。亦即，一種纖維強化塑膠，其係具有包含不連續強化纖維與熱塑性樹脂的熱塑性樹脂層之纖維強化塑膠，滿足以下特徵(C)或特徵(D)之至少一者。 特徵(C)：於前述熱塑性樹脂層，存在配向於3方向以上的前述不連續強化纖維之端部連續地並排的端部排列構造。 特徵(D)：具有前述熱塑性樹脂層中含有的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動部。
前述端部排列構造係源自在本發明之熱塑性預浸漬物所設置的切口，因其於纖維強化塑膠的複雜形狀部存在，而強化纖維並不撐住，皺紋或纖維的紊亂被抑制，故表面品質優異。
前述纖維長度變動部係源自本發明之熱塑性預浸漬物的纖維長度變動區域，由於其在纖維強化塑膠的複雜形狀部存在，而強化纖維會按照纖維長度而分擔仼務，形狀追隨性與力學特性優異。
熱塑性樹脂層只要存在於纖維強化塑膠之至少一部分即可，特佳為在具有複雜形狀之部分存在。再者，於本發明中，纖維強化塑膠為將本發明之熱塑性預浸漬物單層成形而成時，亦視為熱塑性樹脂層存在。
於熱塑性樹脂層中，在將纖維強化塑膠成形之際不實施前述膨脹步驟時，由於若不連續強化纖維與熱塑性樹脂之體積含有率的合計為90%以上，則纖維強化塑膠所含有的空隙少，力學特性優異，故較佳。不連續強化纖維與熱塑性樹脂之體積含有率的合計更佳為95%以上。
此處，關於端部排列構造，使用圖6來詳細地說明。圖6係本發明之纖維強化塑膠中的端部排列構造周邊之示意圖。所謂強化纖維之端部並排，就是指2條強化纖維單紗的端部間之距離為0.1mm以下之關係的狀態。即，於以某特定的強化纖維單紗18之端部作為中心的面內之半徑0.1mm的圓19內，其它強化纖維單紗20之端部存在時，某特定的強化纖維18與其它強化纖維20之端部係視為並排。可藉由使用顯微鏡來觀察與纖維強化塑膠之面內方向平行的剖面，將連結配向於不同方向且處於互相並排的關係之2條強化纖維單紗之端部間的線段21依序接在一起，使其成為線段群22，以確認強化纖維端部連續地並排。此處，線段群由5條以上的線段所構成時，視為強化纖維端部連續地並排。再者，決定連接2條強化纖維單紗之端部間的線段之時候，與特定的強化纖維單紗18之端部並排的其它強化纖維單紗20之端部複數存在時，選擇最接近特定的強化纖維單紗18之端部之其它強化纖維單紗20之端部，且已經有設定過線段的某其他强化纖維單紗20的端部，係從選擇項目被排除。
前述強化纖維群在面內配置於不同方向，係可藉由以下方法確認。首先，觀察與纖維強化塑膠之面內方向平行的剖面。再者，當纖維強化塑膠具有3維形狀時，只要於纖維強化塑膠中選定一處為平板狀的形狀之平板部，且進行該平板部中的面內方向(換言之，與積層方向垂直的方向)之剖面觀察即可。於纖維強化塑膠不存在前述平板部時，係在纖維強化塑膠之任意位置設定觀察區域，使屬於該觀察區域的熱塑性樹脂層之剖面露出後，從與該觀察區域的投影面積成為最大的平面垂直的方向，使用相機或顯微鏡拍攝剖面影像，並觀察該剖面影像。而且，從不連續強化纖維群中選出1條不連續強化纖維，將該不連續強化纖維之面內的配向方向定義為0°的方向。此時，與該不連續強化纖維以10°以上的角度交叉的其它不連續強化纖維存在時，判斷為不連續強化纖維彼此在面內配置向於不同的方向。再者，此處所謂「交叉」，係與熱塑性預浸漬物之情況同樣地，2條不連續強化纖維不一定需要在厚度方向中重疊，亦包括將各自的不連續強化纖維在配向方向中延長之延長線交叉的情況。
於本發明之纖維強化塑膠中，較佳為滿足前述特徵(C)，且包含後述之前述端部排列構造的長度比熱塑性樹脂層所含有的不連續強化纖維的平均纖維長度更短之端部排列構造。由於具有前述形態，而雖然為複雜形狀，但是表面品質優異，同時可抑制起因於切口的損傷，力學特性優異。此處，所謂端部排列構造的長度，就是形成1個端部排列構造的前述線段群之長度。端部排列構造的長度從強度之觀點來看，較佳為短的，尤其若比不連續強化纖維的平均纖維長度更長，則容易從切口的端部發生損傷，有力學特性降低之情況。更佳為：前述端部排列構造於纖維強化塑膠表面為10個以，且從其中隨意選出的10個前述端部排列構造的長度之平均值較佳為短於熱塑性樹脂層所含有的不連續強化纖維的平均纖維長度。
接著，說明纖維長度變動部。於本發明之纖維強化塑膠中，只要在熱塑性樹脂層中的至少一部分中存在纖維長度變動部即可。具體而言，將纖維強化塑膠所含有的熱塑性樹脂層投影於該纖維強化塑膠的投影面積變最大的平面時，在該平面中分割成對應於由50mm×50mm見方的正方形要素所構成之格子的熱塑性樹脂層之區域的情況中，只要一個以上的前述區域中之纖維長度之變動係數為40%以上即可。又，於本發明中，將如此地分割時纖維長度的變動區域成為40%以上的前述區域之集合，當作「纖維長度變動部」。熱塑性樹脂層中纖維長度變動部所形成之比例並無特別的限定，應該按照纖維強化塑膠的形狀等來適宜設計。本發明中，熱塑性樹脂層的全體可藉由纖維長度變動部形成。再者，對象的熱塑性樹脂層不填滿格子大小時，將該熱塑性樹脂層全體視為一個前述區域。熱塑性樹脂層所含有的強化纖維之纖維長度之測定方法，係可採用上述本發明之熱塑性預浸漬物所含有的強化纖維之測定方法進行測定。
作為本發明之更佳形態，更佳為：前述不連續強化纖維彼此交叉的接點中至少一部分係以前述熱塑性樹脂接著，而且具有包含空隙的多孔質構造，該空隙為前述不連續強化纖維及前述熱塑性樹脂皆不存在之部分。
關於前述多孔質構造所含有的熱塑性樹脂及不連續強化纖維之態樣，由於與關於上述本發明之熱塑性預浸漬物的說明同樣，故省略說明。
所謂不連續強化纖維彼此交叉的接點中至少一部分係以熱塑性樹脂接著，就是指互相交叉的不連續強化纖維彼此透過熱塑性樹脂而接著之狀態，可藉由以顯微鏡觀察多孔質構造表面而確認。由於為前述形態，而形成本發明之纖維強化塑膠所含有的不連續強化纖維彼此透過前述熱塑性樹脂所接合的網絡，雖然輕量但是力學特性優異。
包含為不連續強化纖維及熱塑性樹脂皆不存在之部分的空隙，係可藉由剖面觀察來確認。具體而言，於取得多孔質構造的剖面，研磨該剖面後，以顯微鏡觀察經研磨的剖面時，將不連續強化纖維與熱塑性樹脂形成封閉曲線，且於該封閉曲線內部不連續強化纖維和熱塑性樹脂都不存在的區域存在之情況，當作滿足本要件者。由於為前述形態，而成為輕量性優異的纖維強化塑膠。
於本發明之多孔質構造中，空隙之含有率較佳為10體積%以上99體積%以下之範圍內。空隙之含有率的上限較佳為97體積%。再者，本發明中，將多孔質構造所含有的熱塑性樹脂、不連續強化纖維及空隙各自的體積含有率之合計當作100%。就空隙之含有率的計測方法而言，有取得本發明之多孔質構造的剖面影像，且藉由將該剖面影像中含有的空隙之面積的合計除以剖面影像全體之面積而算出之方法，或從成形前的積層體之體積V1與成形後的纖維強化塑膠之體積V2而以(V2－V1)/V2×100計算之方法。
本發明之纖維強化塑膠更佳為前述端部排列構造或前述纖維長度變動部位於複雜形狀部。由於為前述形態，而成為複雜形狀部的尺寸精度優異之纖維強化塑膠。此處，所謂複雜形狀部，可舉出例如於纖維強化塑膠中厚度變化的區域或表面為曲面的區域、肋(rib)或轂(boss)等具有朝向面外方向的形狀變化之區域等，但不受此等所限定，只要具有3維構造即可。 [實施例]
以下，藉由實施例來更詳細地說明本發明。惟，本發明之範圍不受此等之實施例所限定。再者，關於評價等，只要沒有特別預先指明，則測定n數為1。
＜評價方法＞ (1)熱塑性預浸漬物中的強化纖維的配向角之測定 以顯微鏡觀察熱塑性預浸漬物表面，隨意選定1條強化纖維單紗，藉由影像觀察來測定與該強化纖維單紗交叉的其它強化纖維單紗之二維配向角。二維配向角係於交叉的2條強化纖維單紗所形成的2個角度之中，採用0°以上90°以下的角度(銳角側)。所測定的強化纖維單紗每1條的二維配向角之測定數為n=20。再者，從所測定的合計20個二維配向角，相對於前述隨意選定的強化纖維單紗之配向方向，確認在面內以10°以上的角度交叉的其它不連續強化纖維是否在順時針側、逆時針側分別存在，判斷不連續強化纖維是否配向於3方向以上。
又，於與上述測定不同的強化纖維單紗4條，亦進行同樣之測定，於計測合計100個的二維配向角之中，二維配向角為1°以上之比例為80%以上之情況，判斷強化纖維為單纖維狀。再者，計測合計100個的二維配向角之平均值為30°以上60°以下之範圍內的情況，判斷強化纖維為隨機配向。
(2)熱塑性樹脂、不連續強纖維的重量比例之計測 從如後述所製作的不連續強化纖維網之單面位積重量，算出100mm×100mm之尺寸的熱塑性預浸漬物中含有的不連續強化纖維之重量。又，計測100mm×100mm的熱塑性預浸漬物之重量，由其中扣除不連續強化纖維之重量，以算出熱塑性樹脂之重量。從不連續強化纖維與熱塑性樹脂之重量，算出各自的重量比例。
(3)切口的深度之測定 以10個以上的切口露出剖面之方式，拍攝平行於熱塑性預浸漬物的厚度方向之剖面影像。接著，於露出觀察剖面的切口之中，隨意地選擇10個切口，計測各切口之深度，計算平均值，而當作該熱塑性預浸漬物的切口之深度。又，於所選擇的10個切口附近，亦計測不連續強化纖維網的表面間距離，計算平均值，而當作不連續強化纖維網的厚度。計算(切口的深度之平均值)÷(不連續強化纖維網的厚度之平均值)×100[%]，當作本發明的切口深度之比例。再者，於切口貫穿不連續強化纖維網時，切口的深度與不連續強化纖維網的厚度為同值。
(4)熱塑性預浸漬物中含有的強化纖維的纖維長度之評價 將50mm×50mm之尺寸的熱塑性預浸漬物在空氣中以500℃加熱1小時，而燒掉樹脂成分。隨意地選出100條殘留的強化纖維，以光學顯微鏡測定其長度到1μm單位為止，算出纖維長度的平均值，當作平均纖維長度。又，以100條的纖維長度數據為基礎，算出纖維長度的變動係數，同時製作階級數9的直方圖。
(5)切口長之和之計測 測定實施例所使用的熱塑性預浸漬物1片中所設置的切口長之和，當作換算成每1m 2的長度之數值。切口長之和之測定係對於兩表面進行，採用切口長之和大的表面之數值。
(6)伸張率之計測 使用數位相機，從厚度方向，以相同倍率取得成形前的成形基材與成形後的纖維強化塑膠之影像。接著，利用影像處理軟體，從影像中刪除成形基材與纖維強化塑膠以外之背景，計算前述成形基材的投影面積S1與前述纖維強化塑膠的投影面積S2，將以S2/S1所算出的數值當作伸張率。
(7)端部排列構造的長度之測定 以顯微鏡觀察纖維強化塑膠之面內方向的剖面，選擇一個切口開口部附近的強化纖維端部。接著，依序以線段連接端部間的距離為0.1mm以下的端部間，形成線段群，藉由測定線段群的長度而取得端部排列構造的長度。
(8)成形性試驗1 使用300mm×300mm的鐵製之2片板作為上下模，將模具升溫而使表面的溫度成為180℃後，將包含熱塑性預浸漬物的成形基材配置於下模表面，將上模裝載於成形基材之上，保持30秒後，對於前述成形基材，以負載表1中記載的指定壓力之方式關閉上下模。以關閉著上下模的狀態保持5分鐘後，進行冷卻，卸載而得到纖維強化塑膠。
(9)成形性試驗2 將圖7中記載之具有成形面形狀的上下模升溫到使模具的表面溫度成為180℃後，將本發明之成形基材配置於模具表面，將上模裝載於前述成形基材之上而保持30秒後，對於前述成形基材，以負載表1中記載的指定壓力之方式關閉上下模。以關閉著上下模的狀態保持5分鐘後，進行冷卻，卸載而得到纖維強化塑膠。
(10)成形性試驗3 將圖8中所示之凹凸形狀的上下模升溫到使模具的表面溫度成為180℃後，將本發明之成形基材配置於下模表面，將上模裝載於前述成形基材之上而保持30秒後，對於前述成形基材，以負載表1中記載的指定壓力之方式關閉上下模，實施加熱加壓步驟。以關閉著上下模的狀態保持5分鐘後，使上下模之間隙增加3mm，實施膨脹步驟。再者，保持著模具間隙，將模具溫度降溫至100℃，實施固化步驟。於固化步驟之後，從上下模取出纖維強化塑膠，得到纖維強化塑膠。
(11)外觀評價1 目視確認成形性試驗1或成形性試驗2所得之纖維強化塑膠的表面，以下述所示的A、B、C、D之4等級來評價表面狀態。再者，按A、B、C、D之順序，纖維強化塑膠表面具有高的表面品質。又，關於纖維強化塑膠的伸張率為1.0以下者，視為不發生對複雜形狀的追隨，不進行外觀評價。 A：切口的開口部不醒目，具有良好的表面品質。 B：觀察到切口的開口部，但開口部不連結，具有良好的表面品質。 C：切口的開口部係一部分連結，但端部排列構造的長度小於平均纖維長度。 D：切口開口部係連結，具有端部排列構造的長度為平均纖維長度以上般之大的破損。
(12)外觀評價2 目視確認成形性試驗3所得之纖維強化塑膠的表面，以下述所示的A、B、C、D之4等級來評價表面狀態。再者，按A、B、C、D之順序，纖維強化塑膠表面具有高的表面品質。 A：追隨凹凸形狀，切口不醒目，得到良好的表面品質。 B：追隨凹凸形狀，但目視稍微地觀察到切口。 C：追隨凹凸形狀，但目視容易地觀察到切口。 D：不追隨凹凸，觀察到大的破損。
(13)力學特性評價 從成形性試驗1所得之纖維強化塑膠，切出寬度10mm、長度100mm的矩形試驗片，依據JIS K 7074(1988)進行三點彎曲試驗，測定彎曲強度及彎曲彈性模數。
(14)膨脹倍率之計測 從熱塑性預浸漬物，僅前述切口區域或僅前述纖維長度變動區域切出50mm×50mm的尺寸，使用測微計來計測3處的厚度，將彼等的平均值當作加熱前的熱塑性預浸漬物的厚度R。接著，放置於環境溫度經設定在180℃的恒溫槽內1小時，而使熱塑性預浸漬物膨脹，使用測微計來計測3處的厚度，將彼等的平均值當作纖維強化塑膠的厚度S，從S/R計算出膨脹倍率。
(15)最大膨脹率之計測 從實施例中插入切口之前的熱塑性預浸漬物切出50mm×50mm的尺寸，使用測微計來計測3處的厚度，將彼等的平均值當作熱塑性預浸漬物的厚度P[mm]。接著，放置於環境溫度經設定在180℃的恒溫槽內1小時，而使熱塑性預浸漬物膨脹，得到纖維強化塑膠。取出該纖維強化塑膠，使用測微計來計測3處的厚度，將彼等的平均值當作纖維強化塑膠的厚度Q[mm]。使用所計測的P、Q，計算Q/P而得到最大膨脹率Y。
(16)形狀評價 於成形性試驗3所得之纖維強化塑膠中，著眼於與圖8(a)所示的下模接觸之側的表面，以下述所示的A、B、C、D之4等級，評估形狀評價位置23之角的品質。再者，下模之角部的形狀為直角，按A、B、C、D之順序，模具形狀之再現程度高，評價為尺寸精度優異。 A：具有與模具形狀同等之垂直角。 B：具有帶有半徑小於1mm的圓之角部。 C：具有帶有半徑為1mm以上且小於3mm的圓之角部。 D：具有帶有半徑為3mm以上的大圓之角部。
(17)密度 從成形性試驗3所得之纖維強化塑膠，切出10mm×10mm×纖維強化塑膠的厚度[mm]之長方體形狀試驗片，以測微計測定該試驗片之縱、橫、厚度，從所得之值算出試驗片的體積V[mm 3]。又，以電子天平測量用於測定的試驗片之質量M[g]。藉由將所得之質量M及體積V代入下式，算出纖維強化塑膠之密度ρ。 ρ[g/cm 3]=10 3×M[g]/V[mm 3]。
(實施例1) [熱塑性樹脂薄片(1)] 製作由50重量%的未改質聚丙烯樹脂(PRIME POLYMER(股)製「Prime Polypro」(註冊商標)J105G)與50重量%的酸改質聚丙烯樹脂(三井化學(股)製「Admer」QB510)所構成之單面位積重量100g/m 2的熱塑性樹脂薄片(1)。
[不連續強化纖維網(1)] 以匣刀將強化纖維(1)(拉伸強度：4900MPa，拉伸彈性模數：230GPa，總單紗數12,000條的PAN系連續碳纖維束)切割成6mm，得到不連續強化纖維。
調製由水與界面活性劑(NACALAI科技(股)製，聚氧乙烯月桂基醚(商品名))所構成之濃度0.1重量%的分散液。
使用該分散液與上述不連續強化纖維，藉由不連續強化纖維網之製造裝置，製造不連續強化纖維網(1)。
不連續強化纖維網之製造裝置具有在下部具有開口旋塞的直徑1000mm之圓筒形狀分散槽與抄紙槽，具備連接分散槽與抄紙槽的直線狀輸送部(傾斜角30°)。在分散槽之上面的開口部，附設攪拌機，可從開口部將不連續強化纖維及分散液(分散介質)投入。抄紙槽係在底部具備具有寬度500mm的抄紙面之網狀輸送帶的槽，能搬運抄紙基材的輸送器係連接至網狀輸送帶。
抄紙係將分散液中的不連續強化纖維濃度設為0.05重量%而進行。經抄紙的不連續強化纖維係在200℃的乾燥爐中乾燥30分鐘。所得之不連續強化纖維網(1)的寬度為500mm，長度為500mm，單面位積重量為100g/m 2。
[樹脂含浸基材(1)] 使用不連續強化纖維網(1)、熱塑性樹脂薄片(1)，依[熱塑性樹脂薄片(1)/不連續強化纖維網(1)/熱塑性樹脂薄片(1)]之順序積層，在230℃之溫度下施加5MPa的壓力2分鐘，而製作熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網(1)而成之樹脂含浸基材(1)。
對於樹脂含浸基材(1)，推壓在指定位置設有刀刃的旋轉刀，以換算成每1m 2的切口長之和在表背兩面皆成為100m之方式，插入如圖3(b)所示的規則圖案之切口，得到熱塑性預浸漬物。切口係遍及熱塑性預浸漬物之表面的全面而設置，切口的深度係到達不連續強化纖維網的厚度之60%的位置。
依照上述＜評價方法＞(1)熱塑性預浸漬物中之強化纖維的配向角之測定，計測熱塑性預浸漬物之面內的纖維配向方向，結果可知不連續強化纖維係配置向於3方向以上。又，熱塑性預浸漬物的二維配向角為1°以上之比例為90%。再者，二維配向角的平均值為40°。亦即，強化纖維為單纖維狀，且隨機地配向。
又，依照上述(2)，計測熱塑性預浸漬物中所含有的熱塑性樹脂與不連續強化纖維之重量比例，結果熱塑性樹脂為67重量%，不連續強化纖維為33重量%。
將該熱塑性預浸漬物裁切成100mm×100mm之尺寸，積層4片後，在140℃的恒溫槽內加熱，以1MPa之壓力加壓，使用所一體化的成形基材來實施成形性試驗1。
又，將該熱塑性預浸漬物裁切成150mm×150mm之尺寸，積層4片後，使用所一體化的成形基材來實施成形性試驗2。
(實施例2) 除了以貫穿不連續強化纖維網之方式設置切口以外，與實施例1同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1。
依照上述(4)，取得熱塑性預浸漬物中含有的不連續強化纖維之纖維長度分布，製作纖維長度的直方圖，將纖維長度的變動係數、所作成的直方圖中之度數為最大的階級及度數為10%以上的階級數，分別顯示於表1中。
將該熱塑性預浸漬物裁切成100mm×100mm之尺寸，積層4片後，在140℃的恒溫槽內加熱，以1MPa之壓力加壓，使用所一體化的成形基材來實施成形性試驗3。
(實施例3) 除了使用切刀，以手作業不規則地插入切口以外，與實施例2同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1。
(實施例4) 除了以換算成每1m 2的切口長之和在表背兩面皆成為20m之方式插入切口以外，與實施例2同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1、成形性試驗3。
(實施例5) 除了以換算成每1m 2的切口長之和在表背兩面皆成為40m之方式插入切口以外，與實施例2同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1、成形性試驗3。
(實施例6) 除了以換算成每1m 2的切口長之和在表背兩面皆成為400m之方式插入切口以外，與實施例2同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1、成形性試驗3。
(實施例7-1) 除了以換算成每1m 2的切口長之和在表背兩面皆成為200m之方式插入切口以外，與實施例2同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1、成形性試驗3。
(實施例7-2) 使用實施例7-1所製作之熱塑性預浸漬物，在積層之後不使其一體化，使用所製作的成形基材來實施成形性試驗1。
(實施例7-3) [熱硬化性預浸漬物] 將環氧樹脂(日本環氧樹脂(股)製「Epikote(註冊商標)」828：40質量份、日本環氧樹脂(股)製「Epikote(註冊商標)」1007FS：25質量份、DIC(股)製「EPICLON(註冊商標)」N740：35質量份)與熱塑性樹脂聚乙烯縮甲醛(CHISSO(股)製「Vinylec(註冊商標)」K：3質量份)，投入燒杯內，升溫到80℃，進行加熱混煉30分鐘。
將樹脂溫度降溫到30℃後，添加3.5質量份的硬化劑二氰二胺(日本環氧樹脂(股)製DICY7)與2質量份的硬化促進劑2,4-甲苯雙(二甲基脲)(PTI日本(股)製「Omicure(註冊商標)」24)，攪拌10分鐘後，從捏合機中取出而得到環氧樹脂組成物。
使用逆輥塗布機，將所得之環氧樹脂組成物塗布於經聚矽氧塗布的厚度100μm之離型紙上，製作29g/m 2的熱硬化性樹脂薄片(1)。
使強化纖維(1)在薄片上單向地整齊排列，從該薄片的兩面來重疊熱硬化性樹脂薄片(1)，進行加熱加壓而使其含浸樹脂組成物，製作強化纖維單面位積重量100g/m 2、強化纖維為63重量%且強化纖維經單向配向之熱硬化性預浸漬物(1)。
於與實施例7-1同樣的成形基材之上下兩面，配置各1層的與熱塑性預浸漬物相同尺寸的熱硬化性預浸漬物(1)，實施成形性試驗1。此時，兩面的熱硬化性預浸漬物(1)之纖維配向方向為相同方向。
結果，伸張率為1.8，外觀評價中具有「A」的表面品質。惟，投影面積明確地增加者僅為熱塑性預浸漬物，熱硬化性預浸漬物(1)的投影面積係在加壓前後幾乎沒有變化。又，力學評價之結果，彎曲強度為1200MPa，彎曲彈性模數為90.0GPa。再者，於力學特性評價中，以表層的熱硬化性預浸漬物(1)之纖維配向方向沿著試驗片的長度方向之方式，製作試驗片。
(實施例8) 除了以換算成每1m 2的切口長之和在表背兩面皆成為800m之方式插入切口以外，與實施例2同樣地製作熱塑性預浸漬物，實施成形性試驗1、成形性試驗3。
(比較例1) 在樹脂含浸基材(1)不插入切口，直接作為熱塑性預浸漬物使用，實施成形性試驗1及成形性試驗2、成形性試驗3。
表1中顯示各實施例、比較例所製作之熱塑性預浸漬物的構成與成形性試驗結果。
[表1-1]
熱塑性預浸漬物
強化纖維的 面內之配向方向 二維配向角為 1°以上的 強化纖維單紗 之比例 二維 配向角的 平均值 切口深度之比例 切口之 配置 換算成每1m 2的 切口長之和 纖維長度的 變動係數 度數最高的 階級之度數 度數為10% 以上的階級 之數 平均纖維 長度 膨脹 倍率
實施例1 3方向以上 90% 40° 60% 規則的 100m 60% 55% 4 5.2mm 6
實施例2 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 100m 60% 55% 4 4.1mm 6
實施例3 3方向以上 90% 40° 100% 不規則的 100m 60% 55% 4 5.3mm 6
實施例4 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 20m 45% 60% 2 5.1mm 6
實施例5 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 40m 50% 50% 3 4.6mm 6
實施例6 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 400m 75% 35% 5 2.8mm 6
實施例7-1 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 200m 70% 40% 5 3.3mm 6
實施例7-2 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 200m 70% 40% 5 3.3mm 6
實施例7-3 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 200m 70% 40% 5 3.3mm 6
實施例8 3方向以上 90% 40° 100% 規則的 800m 80% 30% 6 2.4mm 6
比較例1 3方向以上 90% 40° - - - 0 1 1 6.0mm 6
[表1-2]
預浸漬物積層體 成形條件 成形性評價 力學特性
構成 熱塑性預浸漬物：A 熱硬化性浸漬物：B 形態 成形性 試驗 成形壓力 [MPa] 伸張率 X/Y 端部排列 構造的 長度 [mm] 密度 外觀 評價 形狀 評價 彎曲強度 [MPa] 彎曲彈性 模數 [GPa]
實施例1 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.3 16.7 1.2 評價對象外 外觀評價1：B 評價對象外 260 16.0
成形性試驗2 3 1.3 16.7 1.2 評價對象外 外觀評價1：B 評價對象外 評價對象外 評價對象外
實施例2 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.3 16.7 1.2 評價對象外 外觀評價1：B 評價對象外 258 15.9
成形性試驗3 3 評價對象外 16.7 1.2 0.3 外觀評價2：A A 評價對象外 評價對象外
實施例3 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.3 16.7 3.1 評價對象外 外觀評價1：C 評價對象外 260 16.1
實施例4 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.1 3.3 1.2 評價對象外 外觀評價1：B 評價對象外 271 16.5
成形性試驗3 3 評價對象外 3.3 1.2 0.3 外觀評價2：C C 評價對象外 評價對象外
實施例5 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.2 6.7 1.2 評價對象外 外觀評價1：B 評價對象外 265 16.4
成形性試驗3 3 評價對象外 6.7 1.2 0.3 外觀評價2：B B 評價對象外 評價對象外
實施例6 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 2.1 66.7 1.1 評價對象外 外觀評價1：A 評價對象外 251 15.5
成形性試驗3 3 評價對象外 66.7 1.2 0.3 外觀評價2：A A 評價對象外 評價對象外
實施例7-1 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.8 33.3 1.1 評價對象外 外觀評價1：A 評價對象外 255 15.7
成形性試驗3 3 評價對象外 33.3 1.2 0.3 外觀評價2：A A 評價對象外 評價對象外
實施例7-2 [A/A/A/A] 僅積層 成形性試驗1 3 1.8 33.3 1.2 評價對象外 外觀評價1：B 評價對象外 254 15.6
實施例7-3 [B/A/A/A/A/B] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.8 33.3 1.1 評價對象外 外觀評價1：A 評價對象外 1200 90.0
實施例8 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 2.1 133.3 1.1 評價對象外 外觀評價1：A 評價對象外 245 15.3
成形性試驗3 3 評價對象外 133.3 1.2 0.3 外觀評價2：B C 評價對象外 評價對象外
比較例1 [A/A/A/A] 積層後一體化 成形性試驗1 3 1.0 0.0 0.0 評價對象外 外觀評價1：- 評價對象外 評價對象外 評價對象外
成形性試驗2 3 1.0 0.0 0.0 評價對象外 外觀評價1：- 評價對象外 評價對象外 評價對象外
成形性試驗1 10 1.5 0.0 10 評價對象外 外觀評價1：D 評價對象外 評價對象外 評價對象外
成形性試驗2 10 1.5 0.0 10 評價對象外 外觀評價1：D 評價對象外 評價對象外 評價對象外
成形性試驗3 3 評價對象外 0.0 10 評價對象外 外觀評價2：D D 評價對象外 評價對象外
1:切口 2:切口區域 3:熱塑性預浸漬物 4:不連續強化纖維網 5:插入有切口1之側的表面 6:插入有切口1的表面之相反側的表面 7:切口的前端 8:切口的深度 9:不連續強化纖維網的厚度 10:切口單位 11:度數最高的階級 12:纖維長度比度數最高的階級更長的階級 13:長纖維階級群 14:纖維長度比度數最高的階級更短的階級 15:短纖維階級群 16:強化纖維單紗 17:二維配向角 18:特定的強化纖維單紗 19:以特定的強化纖維單紗之端部作為中心的圓 20:其它強化纖維單紗 21:線段 22:線段群 23:形狀評價位置 24:下模 25:上模 26:纖維強化塑膠 27:角部的半徑
圖1係顯示本發明之熱塑性預浸漬物的一例之示意圖。 圖2係顯示本發明之熱塑性預浸漬物的厚度方向剖面的一例之示意圖。 圖3係顯示本發明之熱塑性預浸漬物的切口之配置的一例之示意圖。 圖4係顯示本發明之熱塑性預浸漬物的纖維長度變動區域、或纖維強化塑膠的纖維長度變動部中之典型的纖維長度分布的直方圖之一例。 圖5係顯示本發明之熱塑性預浸漬物的強化纖維之配向狀態的一例之示意圖。 圖6係顯示本發明之纖維強化塑膠的連續地並排的端部排列構造的一例之示意圖。 圖7係顯示本發明之實施形態的一例之示意圖。 圖8係用於補充成形性試驗的說明之示意圖。
1:切口
4:不連續強化纖維網
5:插入有切口1之側的表面
6:插入有切口1的表面之相反側的表面
7:切口的前端
8:切口的深度
9:不連續強化纖維網的厚度

Claims (26)

  1. 一種熱塑性預浸漬物，係將熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網而成之熱塑性預浸漬物，其滿足以下特徵(A)或特徵(B)之至少一者； 特徵(A)：具有切斷構成該不連續強化纖維網的不連續強化纖維之至少一部分的複數切口； 特徵(B)：具有構成該不連續強化纖維網的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動區域。
  2. 如請求項1之熱塑性預浸漬物，其中包含40重量%以上90重量%以下的該熱塑性樹脂、10重量%以上60重量%以下的該不連續強化纖維。
  3. 如請求項1或2之熱塑性預浸漬物，其中熱塑性預浸漬物滿足該特徵(A)，且 該切口為到達該不連續強化纖維網的厚度方向50%以上100%以下的深度為止之切口。
  4. 如請求項1至3中任一項之熱塑性預浸漬物，其中熱塑性預浸漬物滿足該特徵(A)，且 該切口被規則地配置而成。
  5. 如請求項1至4中任一項之熱塑性預浸漬物，其中熱塑性預浸漬物滿足該特徵(A)，且 該不連續強化纖維的平均纖維長度為2mm以上20mm以下之範圍內。
  6. 如請求項1至5中任一項之熱塑性預浸漬物，其中熱塑性預浸漬物滿足該特徵(A)，且 形成有該切口的切口區域中之換算成每1m 2的切口長之和為40m以上。
  7. 如請求項1至6中任一項之熱塑性預浸漬物，其中 熱塑性預浸漬物滿足該特徵(A)，且 形成有該切口的切口區域中之換算成每1m 2的切口長之和為40m以上500m以下。
  8. 如請求項1或2之熱塑性預浸漬物，其中 該熱塑性預浸漬物滿足特徵(B)，且 於該纖維長度變動區域中，以下述條件作成表示該不連續強化纖維的纖維長度分布之直方圖時，最高度數為70%以下； 條件：計測從纖維長度變動區域所含有的不連續強化纖維中隨意地選出之不連續強化纖維的長度，將從最小的纖維長度到最大的纖維長度之範圍均等地9分割以作成階級數9的直方圖；度數係將該隨意地選出的不連續強化纖維之條數當作100%時，屬於各階級的不連續強化纖維之條數所佔有的比例[%]。
  9. 如請求項8之熱塑性預浸漬物，其於該直方圖中，度數為10%以上的階級存在3以上。
  10. 如請求項1至9中任一項之熱塑性預浸漬物，其中 將從該熱塑性預浸漬物僅切出具有該複數切口的區域或該纖維長度變動區域後之前驅物的厚度當作R[mm]，且將加熱該前驅物至會使該熱塑性樹脂熔融或軟化的溫度以上後將該前驅物在大氣壓下保持1小時而得的纖維強化塑膠的厚度當作S[mm]時，以S/R求出的膨脹倍率為2.0以上。
  11. 如請求項1、8至10中任一項之熱塑性預浸漬物，其中 熱塑性預浸漬物滿足該特徵(A)及該特徵(B)，且 於該纖維長度變動區域，形成切斷不連續強化纖維網所含有的強化纖維中之至少一部分的複數切口。
  12. 如請求項1至11中任一項之熱塑性預浸漬物，其中該不連續強化纖維為單纖維狀。
  13. 如請求項1至12中任一項之熱塑性預浸漬物，其中該不連續強化纖維係在面內隨機地配向。
  14. 一種纖維強化塑膠，其係單獨或積層2片以上的如請求項1至13中任一項之熱塑性預浸漬物並成形而成。
  15. 一種熱塑性預浸漬物之製造方法，係製造如請求項1至13中任一項之熱塑性預浸漬物之方法，其具有： 製作不連續強化纖維網之網製作步驟； 將熱塑性樹脂含浸於不連續強化纖維網之含浸步驟； 以切斷構成不連續強化纖維網的不連續強化纖維之至少一部分的方式，插入複數切口之切入步驟。
  16. 一種纖維強化塑膠之製造方法，其具有加熱加壓步驟，該加熱加壓步驟係將包含如請求項1至13中任一項之熱塑性預浸漬物的成形基材，在加熱該熱塑性樹脂且使其熔融或軟化之狀態進行加壓。
  17. 如請求項16之纖維強化塑膠之製造方法，其中於該加熱加壓步驟中，以向該成形基材的厚度方向之投影面積增加的方式，使該成形基材變形。
  18. 如請求項17之纖維強化塑膠之製造方法，其中將加壓前之向該成形基材的厚度方向之投影面積當作S1，且將加壓後之投影面積當作S2時，以成為S2/S1≧1.6之方式加壓該成形基材。
  19. 如請求項16之纖維強化塑膠之製造方法，其進一步依序具有： 將該加熱加壓步驟所賦予的壓力減低到起因於該不連續強化纖維的起毛力所造成的該成形基材之膨脹壓力以下之膨脹步驟； 冷卻該成形基材，且固化該熱塑性樹脂之固化步驟。
  20. 如請求項16之纖維強化塑膠之製造方法，其係使用下述熱塑性預浸漬物作為該熱塑性預浸漬物，該熱塑性預浸漬物： 滿足該特徵(A)，且於將形成有該切口的切口區域中之換算成每1m 2的切口長之和當作X[m]，將藉由下述所決定的該熱塑性預浸漬物之該切口區域以外的區域中之最大膨脹率當作Y時，滿足5≦X/Y≦100； 最大膨脹率Y：將從該熱塑性預浸漬物取出該切口區域以外的區域後之前驅物的厚度當作P[mm]，將該前驅物在該加熱加壓步驟中加熱到使該熱塑性樹脂熔融或軟化之溫度後，將該前驅物在大氣壓下保持1小時而得的纖維強化塑膠的厚度當作Q[mm]，而以Q/P所求出的值。
  21. 一種纖維強化塑膠，係具有包含不連續強化纖維與熱塑性樹脂的熱塑性樹脂層之纖維強化塑膠，其滿足以下特徵(C)或特徵(D)之至少一者； 特徵(C)：於該熱塑性樹脂層，存在配向於3方向以上的該不連續強化纖維之端部連續地並排的端部排列構造； 特徵(D)：具有該熱塑性樹脂層中含有的不連續強化纖維之纖維長度的變動係數為40%以上之纖維長度變動部。
  22. 如請求項21之纖維強化塑膠，其中該不連續強化纖維彼此交叉的接點中之至少一部分係以該熱塑性樹脂接著，而且具有包含空隙的多孔質構造，該空隙為該不連續強化纖維及該熱塑性樹脂皆不存在之部分。
  23. 如請求項22之纖維強化塑膠，其滿足該特徵(C)，且 在該多孔質構造之內部存在該端部排列構造，該端部排列構造的長度短於該不連續強化纖維的平均纖維長度。
  24. 如請求項21至23中任一項之纖維強化塑膠，其滿足該特徵(C)，且 該端部排列構造的長度係短於該強化纖維的平均纖維長度。
  25. 如請求項21至24中任一項之纖維強化塑膠，其滿足該特徵(D)，且 於該纖維長度變動部中，以下述條件作成表示該不連續強化纖維的纖維長度分布之直方圖時，最高度數為70%以下； 條件：計測從纖維長度變動區域所含有的不連續強化纖維中隨意地選出之不連續強化纖維的長度，將從最小的纖維長度到最大的纖維長度之範圍均等地9分割以作成階級數9的直方圖；度數係將該隨意地選出的不連續強化纖維之條數當作100%時，屬於各階級的不連續強化纖維之條數所佔的比例[%]。
  26. 如請求項25之纖維強化塑膠，其中於該直方圖中，度數為10%以上的階級存在3以上。
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