TWI515239B - Reinforced fibrous composite material formed by the body - Google Patents

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Toru Sugiyama
Yutaka Kondo
Michiharu Taniguchi
Yuhei Konagai
Ikkou Furukawa
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Description

強化纖維複合材料所構成的成形體
本發明係關於含有強化纖維和熱可塑性樹脂的纖維強化複合材料所構成的輕量且具有形狀自由度之成形體。進一步係關於較佳為使用於電氣電子機器用框體、汽車用零件、醫療機器用零件、飛機零件、建材、一般產業用零件等用途之成形體。進一步係關於以高生產性製造該成形體之製造方法。
近年來，在電氣電子機器、汽車、醫療機器、飛機、建材、一般產業用零件等各種區域，有關輕量化之要求提高，使用於此等之框體或構件等亦逐漸被要求輕量、剛性化。做為這種薄厚度、高剛性之框體或構件，係使用將鋁合金或鎂合金軋板沖壓加工之成形體、或壓鑄模成形之成形體，且亦採用將填充有玻璃纖維或碳纖維的纖維強化複合材料射出成形所得之成形體、或在纖維強化複合材料板以射出成形將熱可塑性樹脂一體化之成形體等。
鋁合金或鎂合金係強度和剛性優異，相反地，形狀賦形性有限，若要以單體成形複雜的形狀會有困難。又，金屬構件(特別是鎂合金)有抗蝕性差的問題，大氣中的水分或使用者的汗所含的水分和鹽分會腐蝕其表面，而產生外觀不佳之問題。因此專利文獻1提出之框體之製造方法，係具有以樹脂層被覆鎂合金所構成的構件全體之被覆步驟，及將該構件和樹脂製零件一體成形之成形步驟。藉此，可進行形成複雜的形狀和賦予抗蝕性，但步驟變得複雜之外，鋁合金或鎂合金、及樹脂的比強度相對於鐵，為較高者，但比後述纖維強化複合材料低，因而可達成的輕量化有限。
纖維強化複合材料由於比強度、比剛性優異，且抗蝕性亦優異，因而廣泛地使用於上述用途。特別是將填充有玻璃纖維或碳纖維的纖維強化複合材料射出成形所得之成形體，由於其形狀自由度高和生產性高而被大量使用，但殘留在成形品的纖維長變短，因此對於要求高強度和剛性之用途留下了課題。此外，經連續纖維強化的纖維強化複合材料，特別是比強度、比剛性優異，因此以要求高強度和剛性之用途為中心而被使用。但是，相較於樹脂或射出成形所得之纖維強化複合材料之形狀自由度低，若要以單體成形複雜的形狀會有困難。又，為了將做成織品形態的強化纖維積層複數片等來製造，生產性低亦為問題。專利文獻2提出之複合成形品，係於強化纖維，特別是由含有連續纖維的薄片所構成之板狀構件的外緣接合樹脂構件。藉此，能量現具有複雜形狀之成形品，但因為經由複數步驟來製造，而難謂生產性高。又，使用連續纖維的纖維強化複合材料，係將通常預先使強化纖維基材含浸熱硬化性樹脂之被稱為預浸材的材料，藉由利用真空成形釜(autoclave)以2小時以上加熱、加壓而得。近年來，提出RTM成形方法，係將未含浸樹脂之強化纖維基材放置在模具內之後才注入熱硬化性樹脂，成形時間大幅度縮短。但是，於使用RTM成形方法之情形，成形1個零件需要10分鐘以上，生產性不會提高。
因此，取代以往的熱硬化性樹脂，使用熱可塑性樹脂當作基質的纖維強化複合材料受到矚目。但是，熱可塑性樹脂一般比熱硬化性樹脂的黏度高，因此使纖維基材含浸樹脂的時間較長，結果會有到成形為止的過程較長之問題。
做為解決該等問題之手法，提出有被稱為熱可塑加壓成形(TP-SMC)之手法。其係將預先含浸有熱可塑性樹脂的短切纖維加熱至熔點或可流動之溫度以上，再將其投入模具內的一部分之後，立刻封閉模，讓纖維和樹脂在模內流動，藉以得到製品形狀並加以冷卻、成形之成形方法。該手法係藉由使用預先含浸有樹脂的纖維，能以大約1分鐘左右的短時間成形。專利文獻3及4係有關短切纖維束及成形材料之製造方法，但該等係做為像是被稱為SMC或加壓成形片材之成形材料的方法，該熱可塑加壓成形由於讓纖維和樹脂在模內流動，因此有無法製作厚度薄者、纖維配向混亂、控制困難等問題。
(專利文獻1)日本特開2010-147376號公報
(專利文獻2)日本特開2010-131804號公報
(專利文獻3)日本特開2009-114611號公報
(專利文獻4)日本特開2009-114612號公報
本發明欲解決之課題，係以高生產性提供厚度薄、輕量、高剛性且外觀優異、具有複雜的3維形狀之成形體。
為了解決該課題，本發明者們精心研究之結果而達成本發明。亦即，本發明係其係由熱可塑性樹脂中存在有不連續的強化纖維之纖維強化複合材料所構成，其特徵在於，該成形體所含的強化纖維中，由下述式(1)定義之臨界單絲數以上所構成的強化纖維束(A)相對於該成形體中的強化纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%，而且強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)滿足下述式(2)，
臨界單絲數=600/D　(1)
0.7×104/D2＜N＜1×105/D2　(2)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))。
本發明能藉由單純的製程，以高生產性製造厚度薄、輕量、高剛性且外觀優異、具有複雜的3維形狀之成形體。根據本發明，即使是具有複雜的3維形狀之成形體，仍可利用一體成形取得。根據本發明可較理想地提供電氣電子機器用框體。
本發明係由熱可塑性樹脂和不連續的強化纖維構成之纖維強化複合材料所構成的成形體。以下，說明有關本發明之成形體的實施形態，但本發明並非受該等之限制者。
[強化纖維]
做為構成成形體的纖維強化複合材料中的強化纖維並無特別限制，但選自由碳纖維、醯胺纖維、聚酯纖維及玻璃纖維所構成的群組中之至少一種為佳。針對要求強度、剛性之用途，以碳纖維、玻璃纖維和醯胺纖維為佳，碳纖維更佳。此外，針對必須有導電性之用途，以碳纖維為佳，而被覆著鎳等金屬之碳纖維更佳。針對必須有電磁波穿透性之用途，以醯胺纖維、玻璃纖維、聚酯纖維為佳，從電磁波穿透性和強度的平衡來看，以醯胺纖維和玻璃纖維較佳。針對必須有耐衝擊性之用途，以醯胺纖維和聚酯纖維為佳。該等亦可併用，亦可根據成形體的部位而區分強化纖維種類，亦可於積層有不同的強化纖維之狀態下，將成形體成形。
[熱可塑性樹脂]
構成本發明之成形體的纖維強化複合材料中的熱可塑性樹脂之存在量相對於強化纖維100重量份，為50~1000重量份為佳。更佳為相對於強化纖維100重量份，熱可塑性樹脂為55~500重量份，再更佳為相對於強化纖維100重量份，熱可塑性樹脂為60~300重量份。
做為構成成形體的熱可塑性樹脂並無特別限制，但可舉出較佳為選自氯乙烯樹脂、偏二氯乙烯樹脂、醋酸乙烯樹脂、聚乙烯醇樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-苯乙烯樹脂(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS樹脂)、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚醯胺6樹脂、聚醯胺11樹脂、聚醯胺12樹脂、聚醯胺46樹脂、聚醯胺66樹脂、聚醯胺610樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂、聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚萘二甲酸丁二醇酯樹脂、聚芳酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚碸樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚乳酸樹脂，及該等樹脂之2種以上的混合物(樹脂組成物)等所構成的群組中之至少1種。做為上述樹脂組成物，更佳為選自由聚碳酸酯樹脂和聚酯樹脂之組成物、聚碳酸酯和ABS樹脂之組成物、聚苯醚樹脂和聚醯胺樹脂之組成物、聚醯胺樹脂和ABS樹脂之組成物，及聚酯樹脂和耐綸樹脂之組成物等所構成的群組中之至少1種。
此外，在無損於本發明之目的的範圍內，亦可使纖維強化複合材料含有功能性之填充材或添加劑。例如可舉出有機/無機填料、難燃劑、抗UV劑、顔料、脫模劑、軟化劑、可塑劑、界面活性劑之添加劑，但不限定於此。特別是針對電子電氣機器用途或汽車用途，由於要求高難燃性，而以使熱可塑性樹脂含有難燃劑為佳。做為難燃劑之例，可使用眾所周知者，只要是能對本發明之熱可塑性組成物賦予難燃性之物，則無特別限定。具體而言，可舉出磷系難燃劑、氮系難燃劑、聚矽氧化合物、有機鹼金屬鹽、有機鹼土類金屬鹽、溴系難燃劑等，該等難燃劑係可單獨使用亦可複數併用。難燃劑之含量係根據物性、成形性、難燃性之平衡，相對於樹脂100質量份，為1~40質量份較佳，1~20質量份更佳。
[成形體所含的強化纖維]
本發明之成形體所含的強化纖維，其特徵在於，由式(1)
臨界單絲數=600/D　(1)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))定義之臨界單絲數以上所構成的強化纖維束(A)相對於成形體中的強化纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%。成形體中，做為強化纖維束(A)以外的強化纖維，存在有單絲狀態或未達臨界單絲數所構成的纖維束。
亦即，本發明之成形體，其特徵在於，根據平均纖維徑定義之臨界單絲數以上所構成的強化纖維束之存在量為20Vol%以上未達90Vol%，亦即控制強化纖維的開纖程度，並以特定比例含有特定條數以上的強化纖維所構成之強化纖維束，及其以外經開纖之強化纖維。
若相對於強化纖維全量之強化纖維束(A)的比例為未達20Vol%，則有能得到表面品質優異之成形體的優點，但難以得到機械物性優異之成形體。若強化纖維束(A)的比例為90Vol%以上，則纖維的交絡部局部地變厚，無法得到厚度薄者。強化纖維束(A)的比例較佳為30Vol%以上而未達80Vol%。
進一步，臨界單絲數以上所構成之強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)係以滿足下述式(2)
0.7×104/D2＜N＜1×105/D2　(2)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))為特徵。其中又以臨界單絲數以上所構成之強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為未達6×104/D2較佳。
具體而言，成形體中的強化纖維為碳纖維，於碳纖維的平均纖維徑為5~7μm之情形，臨界單絲數為86~120條，於碳纖維的平均纖維徑為5μm之情形，纖維束中的平均纖維數在超過280~未達4000條之範圍，但其中又以600~2500條為佳。更佳為600~1600條。於碳纖維的平均纖維徑為7μm之情形，纖維束中的平均纖維數在超過142~未達2040條之範圍，但其中又以300~1500條為佳。更佳為300~800條。
於強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為未達0.7×104/D2之情形，困難取得高纖維體積含有率(Vf)。又，於強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為1×105/D2以上之情形，局部性地產生厚的部分，而容易成為氣泡之原因。於要得到1mm以下的薄厚度成形體之情形，若單純地使用僅經分纖之纖維，則疏密大而無法得到良好的物性。又，於所有的纖維經開纖之情形，容易得到更薄者，但纖維的交絡變多而無法得到纖維體積含有率高者。藉由成形體內同時存在有式(1)定義之臨界單絲以上的強化纖維束(A)，及單絲狀態或未達臨界單絲數的強化纖維(B)，能實現厚度薄且物性顯現率高之成形體。本發明之成形體可做成各種厚度，但亦可較適當地取得厚度為0.2~1mm左右的薄厚度品。
成形體係利用將強化纖維和熱可塑性樹脂所構成的無規氈加壓成形而能理想地製造。成形體中的強化纖維之開纖狀態係大致維持無規氈中的狀態。關於成形體所含的強化纖維，於要將成形體中的強化纖維束(A)的比例以及強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)設定於上述範圍時，係藉由控制無規氈中的強化纖維中的強化纖維束(A)的比例，以及強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)，即可理想地調整。關於無規氈中的強化纖維中的強化纖維束(A)的比例，以及平均纖維數的較佳控制方法，將於後述。
本發明之成形體所含的強化纖維為不連續。成形體中所含的平均纖維長為5~100mm較佳。根據後述本發明之成形體的較佳製造方法，可提供如此地含有具某種程度纖維長之強化纖維的纖維強化複合材料所構成的成形體。藉此，不僅靜態強度、剛性，也對於衝擊性負載或長期疲勞負載顯現高物性，並且於成形具有複雜形狀的成形體之情形，強化纖維的配向亦不易崩潰，能在成形體的表面內進行2維配向並保持等向性。較佳為強化纖維的平均纖維長為10mm以上100mm以下，更佳為15mm以上100mm以下，再更佳為15mm以上80mm以下。進一步20mm以上60mm以下為佳。
此外如後述，本發明之成形體包含一部分藉由單方向材等補強之情形。在除了熱可塑性樹脂中存在有不連續的強化纖維之纖維強化複合材料(主要部分)以外，具有利用單方向材層的補強層之情形等，除了成形體所含的強化纖維之上述定義為利用單方向材的補強層等以外，為針對主要部分的規定。
[成形體]
成形體具有水平部及相對於該水平部朝縱向延伸之豎起部為佳。豎起部只要是相對於水平部為縱向，即使不是嚴謹的直角亦可，在無損於本發明之意圖的程度下，可採取任意角度或用以確保模具之拔模角的角度。於該情形下，水平部和豎起部所織成的角度為30~90度較佳，40~85度更佳。水平部和豎起部之間，在無損於本發明之意圖的程度下，也可加以任意的倒角或曲率。倒角或曲率之尺寸並無特別限制，倒角的情形以為使用C0.2~10mm為佳，曲率的情形以使用R0.2~10mm為佳。
成形體之用途，於框體或面板狀構件等具有製品外板功能之情形下，以複數之豎起部對於水平部位於同一面側為佳。
[水平部]
本發明之成形體中，所謂水平部，係指實質上為面狀且當作豎起部的基礎之部位，可舉出框體或面板狀構件的頂部或底壁部做為一例。水平部不須完全是面狀，亦可具有一部分的凹凸或捲邊。凹凸或捲邊的高度或寬度並無特別限制，但高度為當作基礎的水平部板厚的0.5~10倍為佳。亦可具有用以通氣、螺桿締結、配線等之貫穿口。於該情形下，亦可與成形體之成形同時地在模內利用剪切工具(share)等進行開孔，亦可做為後加工而利用鑽孔、沖穿、切削加工等進行開孔。水平部的板厚並無特別限制，但以0.2~5mm為理想地被使用，1~3mm為更理想地被使用。水平部的板厚不須為均等，可在局部使其增減。於該情形下，板厚的增減寬度並無特別限制，但當作基礎的水平部板厚之30~300%為理想地被使用，50~200%為更理想地被使用。亦可使板厚為階段性地變化，亦可使其具有錐形或曲率而連續地變化，但就避免應力集中之觀點而言，以使其連續地變化為佳。
[豎起部]
本發明之成形體中，所謂豎起部，係指對於前述水平部為位於同一側且朝縱向延伸之部位，可舉出框體或面板狀構件的側壁、肋、突起、安裝件(mount)、鉸鏈做為一例。豎起部的高度並無特別限制，但1~300mm為理想地被使用，5~100mm為更理想地被使用。豎起部的高度不須為均等，亦可使其局部地增減。豎起部高度的增減寬度並無特別限制，最大高度之10~90%為理想地被使用，20~80%為更理想地被使用。豎起部的板厚並無特別限制，與水平部相同或相異皆可。由於豎起部相較於水平部，大多被要求更複雜的形狀，因此豎起部的板厚0.2~100mm為理想地被使用，1~50mm為更理想地被使用。豎起部的板厚不須為均等，亦可使其局部地增減。於該情形下，增減寬度並無特別限制，但當作基礎的豎起板厚之20~500%為更理想地被使用，50~200%為更理想地被使用。亦可使板厚為階段性地變化，亦可使其具有錐形或曲率而連續地變化，但就避免應力集中之觀點而言，以使其連續地變化為佳。又，在豎起部，於無損於本發明之意圖的程度下，設置用以確保模具的拔模角之角度為佳。模具的拔模角1~45度為理想地被使用，5~10度為更理想地被使用。豎起部為突起或安裝件時，亦可在內部插入成形螺紋襯套或鉚螺母等金屬零件。豎起部亦可具有一部分的凹凸或捲邊，但該情形必須注意能確保模具的拔模角。又，豎起部亦可具有用以通氣、螺桿締結、配線等之貫穿口，亦可與成形體之成形同時地在模內利用剪切工具等進行開孔，亦可做為後加工而利用鑽孔、沖穿、切削加工等進行開孔。
[成形體之層構成]
水平部和豎起部分別具有強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)，對於本發明的目的之取得厚度薄、輕量、高剛性且外觀優異的成形體而言較佳。本發明所謂的「表面內進行等向性且2維配向」，係指構成纖維強化複合材料的強化纖維在纖維強化複合材料的鄰接表面內具有纖維軸的主配向方向，且經測量其表面內彼此直行的兩方向之拉伸彈性模數的值之中以大者除以小者之比為不超過2。所謂纖維強化複合材料的鄰接表面內具有纖維軸的主配向方向，係於觀察纖維強化複合材料的截面時，可確認纖維強化複合材料中的強化纖維為層狀排列。
水平部和豎起部的合流部進一部較佳為具有由以下所構成的群組中之至少2種為佳：至少選自強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)；強化纖維在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Y)；強化纖維在表面內未進行2維配向，且未在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Z)。各層的比例並無特別限制，但於形狀為薄物且為單純形狀之情形，(X)和(Y)的比例變高，(Z)的比例變低。於形狀為厚物且為複雜形狀之情形，(X)和(Y)的比例變低，(Z)的比例變高。於前者的情形，佔有水平部的板厚之(X)和(Y)的比例，分別以1~45%為理想地被使用，於後者的情形，佔有水平部的水平部板厚之(X)和(Y)的比例，以1~30%為理想地被使用。藉此，不僅能確保水平部和豎起部的合流部分之強度，而且能在薄厚度部實現輕量性和高剛性，在厚厚度部確保最低限之表面內進行等向性且2維配向之層(X)，並且能實現亦可對應3維之複雜形狀的纖維流動。為了讓上述(X)、(Y)、(Z)層的比例實現在成形體內部，該成形體所含的強化纖維重要的是：下述式(1)定義之臨界單絲數以上所構成之強化纖維束(A)相對於該成形體中的強化纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%，且強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為滿足下述式(2)。又，平均纖維長為5~100mm，但於具有複雜形狀之成形體中，亦確保強化纖維進行表面內等向性且2維配向之層更佳，
臨界單絲數=600/D　(1)
0.7×104/D2＜N＜1×105/D2　(2)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))。
此外，如前述在複數之豎起部對於水平部為位於同一面側之成形體中，在水平部之與豎起部相對的面，強化纖維進行表面內等向性且2維配向之層(X)為連續地存在較佳。藉此，不僅能得到厚度薄、輕量、高剛性的成形體，亦能提升相當於製品的外板部分之外觀。這種層構造可藉由控制後述加壓成形中的成形條件而理想地實現。
為了提升成形體的外觀，可在水平部及/或豎起部的外表面側貼附增加裝飾用的薄膜。做為增加裝飾薄膜的種類，有在基底薄膜上形成文字、圖形或花紋等所要的增加裝飾圖案所成之轉印箔、附有圖畫之標籤或附有圖畫之薄膜等，在成形體表面轉印該增加裝飾薄膜的增加裝飾圖案，或者熔接或接合增加裝飾薄膜本身的方法為一般所知。於該情形下，亦可在增加裝飾薄膜和成形體之間形成用以掩埋成形體的表面凹凸之層。增加裝飾薄膜亦可當作後加工貼合，亦可預先配設在加壓用模具內且與纖維強化複合材料一次成形。
於成形體有大的負載作用之情形，亦可利用單方向材補強水平部及/或豎起部的一部分。於該情形下，在成形體的外表面配置單方向材為佳，而配置在表背兩側形成三明治構造，就抑制成形時的翹曲之觀點而言更佳。單方向材的厚度並無特別限制，但無規氈成形所得之纖維強化複合材料的厚度之5~100%為佳，10~50%更佳。此外，成形體所含的強化纖維之上述纖維束或平均纖維長等規定係單方向材等部分除外，針對主要部分的規定。
所謂單方向材，係指長度100mm以上的連續之強化纖維在熱可塑性樹脂中朝單方向集中配置者。熱可塑性樹脂的種類可與上述纖維強化複合材料所含的熱可塑性樹脂相同或亦可相異。做為本發明中所用的單方向材，亦可以是積層有複數連續強化纖維者，亦可以是在連續強化纖維束形成為薄片狀並改變角度且積層者(多軸織品基材)，以耐綸絲、聚酯絲、玻璃纖維絲等縫編線，在厚度方向貫穿該積層體，且在積層體的表面和背面之間沿著表面方向往復縫編之多軸織品。單方向材係熱可塑性樹脂的存在量相對於強化纖維100重量份，為50~1000重量份較佳。更佳為相對於強化纖維100重量份，熱可塑性樹脂為55~500重量份，再更佳為相對於強化纖維100重量份，熱可塑性樹脂為60~300重量份。
[無規氈]
本發明之成形體之製造方法並無特別限制，但將強化纖維和熱可塑性樹脂所構成的無規氈加壓成形以取得為佳。因此，無規氈較佳為由纖維長5~100mm的強化纖維和熱可塑性樹脂所構成，強化纖維的基重為25~3000g/m2，由下述式(1)定義之臨界單絲數以上所構成之強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%，且強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為滿足下述式(2)，
臨界單絲數=600/D　(1)
0.7×104/D2＜N＜1×105/D2　(2)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))。
在無規氈的表面內，強化纖維未朝特定方向配向，而是朝任意方向分散配置。無規氈係表面內等向性之材料。於利用無規氈得到成形體之情形，無規氈中的強化纖維之等向性亦被維持於成形體中。由無規氈成形而得成形體，且藉由求出在彼此正交的二方向之拉伸彈性模數之比，可定量評價無規氈及由其所得之成形體的等向性。由無規氈所得之成形體中的2方向的彈性模數之值中，以大者除以小者所得之比不超過2時為等向性。比為不超過1.3時，等向性優異。
無規氈中的強化纖維的基重在25~3000g/m2之範圍。無規氈可利用於做為預浸材，可配合所要的成形來選擇各種基重。
無規氈中的強化纖維為不連續，平均纖維長為5~100mm以下為佳。本發明之成形體係以含有某種程度長度的強化纖維而能顯現強化功能為特徵。纖維長度係以測量所得之無規氈中的強化纖維的纖維長所求出之平均纖維長來表現。做為平均纖維長的測量方法，可舉出利用游標卡尺等，將任意抽出的100條纖維的纖維長測量至1mm單位，求出其平均的方法。
無規氈中的強化纖維的平均纖維長較佳為10mm以上100mm以下，較佳為15mm以上100mm以下，更佳為15mm以上80mm以下。進一步為20mm以上60mm以下為佳。後述較佳之強化纖維的切割方法中，於將強化纖維切割成固定長度以製造無規氈時，平均纖維長和經切割之纖維長為大致相等。
無規氈較佳係由式(1)
臨界單絲數=600/D　(1)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))所定義之臨界單絲數以上所構成之強化纖維束(A)相對於無規氈的纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%。無規氈中，做為強化纖維束(A)以外的強化纖維，存在有單絲狀態或未達臨界單絲數所構成的纖維束。
無規氈中，根據平均纖維徑所定義之臨界單絲數以上所構成之強化纖維束的存在量為20Vol%以上未達90Vol%，亦即控制強化纖維的開纖程度，並以特定比例含有特定條數以上的強化纖維所構成之強化纖維束及其以外經開纖之強化纖維較佳。
相對於纖維全量之強化纖維束(A)的比例為未達20Vol%時，於無規氈成形時，具有能得到表面品質優異之複合材料之優點，但困難得到機械物性優異之纖維強化複合材料。強化纖維束(A)的比例為90Vol%以上時，纖維的交絡部會局部地變厚，而無法得到厚度薄者。強化纖維束(A)的比例更佳為30Vol%以上未達80Vol%。強化纖維束的存在量為20Vol%以上未達90Vol%時，在後述較佳製法中，例如可藉由開纖步驟中的噴吹空氣的壓力等而予以控制。又，供切割步驟之纖維束的大小，例如亦可藉由調整束的寬度或每個寬度的纖維數而予以控制。具體而言，可舉出進行開纖等以使纖維束的寬度變寬而供切割步驟，及在切割步驟之前設置開縫步驟的方法。又，可舉出使用並排著多數短刀刃的所謂分纖刀具來切割纖維束的方法，及與進行切割同時地進行開縫的方法。較佳條件記載於開纖步驟之項中。
進一步，臨界單絲數以上所構成之強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為滿足下述式(4)為佳，
0.7×104/D2＜N＜1×105/D2　(4)
(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))。
若強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)在上述範圍，則後述較佳製法中，亦可藉由調整供切割步驟之纖維束的大小，例如束的寬度或每個寬度的纖維數而予以控制。具體而言，可舉出進行開纖等以將纖維束的寬度擴寬而供切割步驟、在切割步驟之前設置開縫步驟的方法。又，亦可與進行切割纖維束同時地進行開縫。
又，亦可藉由開纖步驟中的噴吹空氣的壓力等來調整經切割的纖維束的分散方式，以控制強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)。較佳條件記載於開纖步驟以及切割步驟之項中。
具體而言，於構成無規氈的碳纖維的平均纖維徑為5~7μm之情形，臨界單絲數為86~120條，於碳纖維的平均纖維徑為5μm之情形，纖維束中的平均纖維數在超過280~未達4000條之範圍，但其中又以600~2500條為佳。更佳為600~1600條。於碳纖維的平均纖維徑為7μm之情形，纖維束中的平均纖維數為超過142~未達2040條之範圍，但其中又以300~1500條為佳。更佳為300~800條。
於強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為0.7×104/D2以下之情形，會有困難取得高纖維體積含有率(Vf)之情形。又，於強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為1×105/D2以上之情形，局部性地產生厚的部分，而容易成為氣泡之原因。於要得到1mm以下厚度薄的複合材料之情形，若單純地使用僅經分纖之纖維，則疏密大而無法得到良好的物性。又，於所有的纖維經開纖之情形，容易得到更薄者，但纖維的交絡變多而無法得到纖維體積含有率高者。藉由同時存在有式(1)定義之臨界單絲以上的強化纖維束(A)及單絲狀態或未達臨界單絲數的強化纖維(B)之無規氈，能得到厚度薄且所得之物性高的無規氈。本發明之無規氈可做成各種厚度，但亦可較適當地取得厚度為0.2~1mm左右的厚度薄的成形品當作預成形。
本發明之無規氈含有固體的熱可塑性樹脂，當作用以取得纖維強化複合材料之預成形。無規氈中，熱可塑性樹脂係以纖維狀及/或粒子狀存在為佳。其特徵在於，藉由強化纖維和纖維狀及/或粒子狀的熱可塑性樹脂混合存在，使纖維和樹脂不須在模內流動，能於成形時容易地含浸熱可塑性樹脂。熱可塑性樹脂係以纖維狀或粒子狀構成為佳。熱可塑性樹脂的種類亦可為2種以上，且亦可併用纖維狀和粒子狀者。
於纖維狀之情形，纖度100~5000dtex者，纖度1000~2000dtex者更佳，做為平均纖維長係以0.5~50mm為佳，更佳為平均纖維長1~10mm。
於粒子狀的情形，較佳可舉出球狀、細片狀或如粒子的圓柱狀。球狀的情形較佳可舉出正圓或橢圓的旋轉體，或如卵狀的形狀。於球的情形之較佳平均粒徑為0.01~1000μm。更佳為平均粒徑0.1~900μm者更佳，再更佳為平均粒徑1~800μm者更佳。有關粒徑分布並無特別限制，但分布分明者對於取得更薄的成形體之目的而言更佳，可藉由分級等操作以所要的粒度分布來使用。
細片狀的情形，可舉出如粒子之圓柱狀、角柱狀或鱗片狀為較佳形狀，將薄膜細裁斷成短冊狀者亦較佳。於該情形，具有某種程度之長寬比亦可，但較佳長度為與上述纖維狀的情形相同程度。
[無規氈之製造方法]
本發明所用之無規氈係藉由以下步驟1~3而理想地地製造。
1.切割強化纖維之步驟，
2.藉由將經切割的強化纖維導入管內，且對纖維噴吹空氣，而使纖維束開纖之步驟，
3.使經開纖的強化纖維擴散，同時與纖維狀或粒子狀的熱可塑性樹脂一起吸引，塗布強化纖維和熱可塑性樹脂以使強化纖維及熱可塑性樹脂固定之步驟，
以下，針對各步驟詳細敘述。
[切割步驟]
強化纖維之切割方法，具體而言係使用刀具切割強化纖維之步驟。刀具為旋轉切刀等為佳。
為了做成所要的大小之纖維束，做為供切割之纖維束，較佳為使用絲股寬度細者，或沿著縱向切割使絲股寬度較細亦較佳。於該情形下，使用除了與纖維方向垂直的刀刃以外，還具有與纖維方向平行的刀刃之切刀，切割成特定纖維長並同時地將纖維束沿著縱向進行開縫亦較佳。
做為旋轉切刀係使用經規定角度之螺旋狀刀具或分纖刀具為佳。
[開纖步驟]
具體而言，開纖步驟係藉由將經切割的強化纖維導入管內，且對纖維噴吹空氣，而使纖維束開纖之步驟。關於開纖的程度，可藉由空氣壓力等而適當控制。開纖步驟中，較佳為藉由從壓縮空氣噴吹孔，以風速1~1000m/sec、更佳為以風速5~500m/sec將空氣直接噴吹到纖維束，而能使強化纖維更完全地開纖。具體而言，在強化纖維通過的管內開設數處Φ 1mm左右之孔，從外側施加0.2~0.8MPa左右的壓力，藉由將壓縮空氣直接噴吹到纖維束，即能容易地使纖維束開纖。
[塗布步驟]
塗布步驟係使經開纖之強化纖維擴散，同時與纖維狀或粒子狀的熱可塑性樹脂一起吸引，以同時散佈強化纖維和熱可塑性樹脂之塗布步驟。經開纖之強化纖維和纖維狀或粒子狀的熱可塑性樹脂，較佳為同時塗布於薄片上，具體而言係塗布於設置在開纖裝置下部的通氣性薄片上。
塗布步驟中，熱可塑性樹脂的供給量相對於強化纖維100重量份，為50~1000重量份為佳。
其中，強化纖維和纖維狀或粒子狀的熱可塑性樹脂係以進行2維配向的方式散佈為佳。為了將經開纖之纖維一面進行2維配向一面進行塗布，塗布方法及下述的固定方法為重要。強化纖維之塗布方法中，使用圓錐形等錐形管為佳。在圓錐等的管內，空氣擴散且管內流速減速，此時強化纖維被施加旋轉力。利用此文丘里效應(Venturi Effect)可使經開纖之強化纖維理想地擴散並散佈。
又，為了下述固定步驟，亦散佈在具有吸引機構的可動式通氣性薄片上為佳。
其中，強化纖維及熱可塑性樹脂係於無規氈中均等且無斑地散佈為佳。
[固定步驟]
固定步驟和塗布步驟亦可同時進行。固定步驟係使經塗布的強化纖維及熱可塑性樹脂固定之步驟。較佳為從通氣性薄片下部吸引空氣以使纖維固定。與強化纖維同時被散佈的熱可塑性樹脂也被混合，並且若為纖維狀則藉由空氣吸，即使是粒子狀也隨著強化纖維而被固定。
經由通氣性薄片，藉由從下部吸引，可取得2維配向高的氈。又，利用產生的負壓吸引粒子狀或纖維狀的熱可塑性樹脂，進一步藉由在管內產生的擴散流而能容易地與強化纖維混合。所得之無規氈係因熱可塑性樹脂存在強化纖維附近，而能在含浸步驟中，縮短樹脂的移動距離，以較短的時間含浸樹脂。此外，亦能預先將與所用的基質樹脂相同材質之通氣性不織布等配設在固定部，且對不織布上噴吹強化纖維及粒子。
同時地進行塗布及固定步驟，亦即可一邊塗布一邊固定。
藉由上述無規氈的較佳製造方法，纖維的長軸朝3維方向配向者少，可製造具有二維配向性的無規氈。
[加壓成形]
本發明之成形體之製造方法並無特別限制，但將無規氈或將無規氈加壓當作板狀的預浸材者，當作基材配置在模具且加壓成形為佳。
其中又以將基材以下述式(5)之給料率配置成25~100%且加壓成形為佳，
給料率=100×基材面積(mm2)/模腔投影面積(mm2)　(5)
(其中，模腔投影面積係指脫模方向之投影面積)。
於成形體的水平部被要求有高物性或外觀之情形，給料率為80~100%為佳。於給料率未達80%之情形，由於在水平部無法確保強化纖維進行表面內等向性且2維配向之層(X)的區域增加，因此呈現物性顯現率或外觀降低之傾向。於給料率超過100%之情形，成形體的端部產生毛邊，必須藉由後加工之機械加工等予以修正，因此不僅程序變得複雜，且產生材料損失。藉由給料率為80~100%，在水平部確保強化纖維進行表面內等向性且2維配向之層(X)，同時亦不會產生材料損失和修正的時間，而能以高生產性製造輕量的成形體。
具體而言，可接著下述步驟(1)，經由步驟(2)或2’製造成形體。
(1)於加壓下熔化無規氈中的熱可塑性樹脂，在強化纖維束內及強化纖維的單絲間含浸熱可塑性樹脂之後予以冷卻以取得板狀的預浸材。
(2)將板狀的預浸材加熱至熔點以上或玻璃轉化點以上，將其配合欲取得之成形體的形狀，以單獨或重疊複數片投入保持在未達熔點或未達玻璃轉化點的模具內，加壓之後進行冷卻，而能以所謂冷壓取得成形體。
(2')將板狀的板狀預浸材投入模具內並升溫至熔點以上或玻璃轉化點以上，同時進行加壓成形，接著將模具冷卻至未達熔點或未達玻璃轉移溫度，即所謂的熱壓，而能取得成形體。
步驟(1)中，亦可重疊複數片無規氈，達到所要的厚度和纖維基重量之後進行加壓。
實施例
以下，藉由實施例進一步具體地說明本發明，但本發明並不因此而受到任何限制。
(1)無規氈中的強化纖維束分析
強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例的求出方法如以下，將無規氈切出100mm×100mm，測量厚度(Ta)和重量(Wa)。
從切出的氈，用鑷子(pin set)將纖維束全部取出，依各粗度將纖維束分類。本實施例中的分類係以粗度0.2mm左右單位予以分類。
依各分類，測量所有的纖維束的長度(Li)和重量(Wi)、纖維束數(I)並記錄。關於纖維束小到無法用鑷子取出程度者，匯集到最後測量重量(Wk)。此時，使用可測量至1/1000g的天平。此外，特別是於強化纖維為碳纖維之情形，或纖維長度短之情形，纖維束的重量小，測量會有困難。於這種情形下，匯集複數條經分類之纖維束並測量重量。
測量後，進行以下計算。根據所使用的強化纖維之纖度(F)，由下式求出各個纖維束的纖維條數(Ni)，
Ni=Wi/(Li×F)。
強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)係由下式求出，
N=ΣNi/I。
又，各個纖維束的體積(Vi)及強化纖維束(A)相對於纖維全體之比例(VR)，係利用所使用的強化纖維的纖維比重(ρ)，由下式求出，
Vi=Wi/ρ
VR=ΣVi/Va×100
其中，Va係切出的氈之體積，Va=100×100×Ta。
(2)成形體中的強化纖維束分析
針對成形體，以500℃×1小時左右，在爐內除去樹脂之後，與上述無規氈的方法同様地測量。
(3)成形體中的纖維配向分析
複合材料成形之後，纖維之等向性係藉由以下方式確認，即進行以成形板的任意方向及與其直行的方向為基準之拉伸實驗，測量拉伸彈性模數，且測量經測出之拉伸彈性模數的值之中，以大者除以小者之比(Eδ)。彈性模數的比愈接近1，則愈為等向性優異之材料。
(4)成形體所含的強化纖維之平均纖維長分析
所得之成形體所含的強化纖維平均纖維長，係以500℃×1小時左右，在爐內除去樹脂之後，利用放大鏡將任意抽出的強化纖維100條的長度測量至1mm單位並記錄，根據經測量的所有的強化纖維之長度(Li)，由下式求出平均纖維長(La)，
La=ΣLi/100。
參考例1
將碳纖維(東邦Tenax公司製的碳纖維“Tenax”(登錄商標)STS40-24KS(纖維徑7μm、拉伸強度4000MPa)，一邊開纖一邊切割成長度20mm，將碳纖維的供給量以300g/min導入錐形管內，在錐形管內將空氣朝碳纖維噴吹以使纖維束一部分進行開纖，並且散佈在設置於錐形管出口的下部之平台上。又，做為基質樹脂，將乾切割成2mm之PA66纖維(旭化成纖維製T5耐綸1400dtex)，以500g/min供給到錐形管內，藉由與碳纖維同時地散佈，而混合平均纖維長20mm的碳纖維和PA66，得到厚度4mm左右的無規氈。觀察無規氈中的強化纖維之形態時，強化纖維的纖維軸係與表面大致並行，且任意地分散在表面內。調查所得之無規氈的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為20mm，由式(3)定義之臨界單絲數為86，強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例為35%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為240。
將該無規氈在加熱至280℃之加壓裝置，以2.0MPa加熱5分鐘，得到厚度0.8mm的成形板。
所得之成形板的纖維體積含有率為大約30Vol%。
參考例2
將碳纖維(東邦Tenax公司製的碳纖維“Tenax”(登錄商標)IMS60-12K(平均纖維徑5μm、纖維寬度6mm)切割成長度30mm，將碳纖維的供給量以1000g/min導入錐形管內，在錐形管內將空氣朝碳纖維噴吹以使纖維束一部分進行開纖，並且散佈在設置於錐形管出口的下部之平台上。又，做為基質樹脂，將冷凍粉碎成平均粒徑大約1mm之PC樹脂(帝人化成製Panlite(登錄商標)L-1225L)，以3000g/min供給到錐形管內，藉由與碳纖維同時地散佈，而混合平均纖維長30mm的碳纖維和PC，得到厚度10mm左右的無規氈。觀察無規氈中的強化纖維之形態時，強化纖維的纖維軸係與表面大致並行，且任意地分散在表面內。調查所得之無規氈的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長為30mm，由式(3)定義之臨界單絲數為120，強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例為80%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為1000。將該無規氈在加熱至300℃之加壓裝置，以2.0MPa加熱5分鐘，得到厚度3mm的成形板。
所得之成形板的纖維體積含有率為大約20Vol%。
參考例3
將玻璃纖維(旭硝子公司製EX-2500(平均纖維徑15μm、纖維寬度9mm)切割成長度50mm，將玻璃纖維的供給量以1200g/min導入錐形管內，在錐形管內將空氣朝碳纖維噴吹以使纖維束一部分進行開纖，並且散佈在設置於錐形管出口的下部之平台上。又，做為基質樹脂，將乾切割成2mm之PA66纖維(旭化成纖維製T5耐綸1400dtex)，以1300g/min供給到錐形管內，藉由與碳纖維同時地散佈，而混合平均纖維長50mm的碳纖維和PA66，得到厚度6mm左右的無規氈。觀察無規氈中的強化纖維之形態時，強化纖維的纖維軸係與表面大致並行，且任意地分散在表面內。調查所得之無規氈的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為50mm，由式(3)定義之臨界單絲數為40，強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例為60%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為60。將該無規氈在加熱至280℃之加壓裝置，以2.0MPa加熱5分鐘，得到厚度1.6mm的成形板。
所得之成形板的纖維體積含有率為大約30Vol%。
參考例4
將碳纖維(東邦Tenax公司製的碳纖維“Tenax”(登錄商標)STS40-24KS(纖維徑7μm、拉伸強度4000MPa)，一邊開纖一邊切割成長度20mm，將碳纖維的供給量以300g/min導入錐形管內，在錐形管內不將空氣朝碳纖維噴吹，而散佈在設置於錐形管出口的下部之平台上。又，做為基質樹脂，將乾切割成2mm之PA66纖維(旭化成纖維製T5耐綸1400dtex)，以500g/min供給到錐形管內，藉由與碳纖維同時地散佈，而混合平均纖維長20mm的碳纖維和PA66，得到厚度1mm左右的無規氈。調查所得之無規氈的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為20mm，由式(3)定義之臨界單絲數為86，強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例為100%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為24000。
將該無規氈在加熱至280℃之加壓裝置，以2.0MPa加熱5分鐘，得到厚度0.8mm的成形板。
所得之成形板的纖維體積含有率為大約30Vol%。
實施例1
將參考例1中做成的成形板在IR烤箱加熱至280℃者重疊7片，在具有設定為120℃之第1圖所示之形狀的模具的水平部，以給料率成為90%的方式配置，以15MPa的壓力進行加壓成形。所得之成形體可藉由截面觀察(10倍變焦)確認樹脂和纖維填充到豎起部的末端為止。又，成形體的水平部及豎起部一起測量拉伸彈性模數時，在彼此直行的二方向測出之拉伸彈性模數的值之中，以大者除以小者之比(Eδ)為1.05，而能確認具有等向性。又，針對豎起部的根部進行截面觀察(10倍變焦)時，如第5圖所示，可確認存在有：強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)；強化纖維在水平部和豎起部連續地配向之層(Y)：以及強化纖維在表面內未進行2維配向，且未在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Z)。調查所得之成形體的水平部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為20mm，由式(1)定義之臨界單絲數為86，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為35%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為240。同様地，調查豎起部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，由式(1)定義之臨界單絲數為86，平均纖維長(La)為19mm，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為40%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為230。
實施例2
將參考例2中做成的成形板在IR烤箱加熱至300℃者重疊2片，在具有設定為120℃之第1圖所示之形狀的模具的水平部，以給料率成為85%的方式配置，以15MPa的壓力進行加壓成形。所得之成形體可藉由截面觀察(10倍變焦)確認樹脂和纖維填充到豎起部的末端為止。又，成形體的水平部及豎起部一起測量拉伸彈性模數時，在彼此直行的二方向測出之拉伸彈性模數的值之中，以大者除以小者之比(Eδ)為1.07，而能確認具有等向性。又，針對豎起部的根部進行截面觀察(10倍變焦)時，與實施例1同樣地，可確認存在有：強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)；強化纖維在水平部和豎起部連續地配向之層(Y)：以及強化纖維在表面內未進行2維配向，且未在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Z)。調查所得之成形體的水平部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為29mm，由式(1)定義之臨界單絲數為120，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為80%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為1000。同様地，調查豎起部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，由式(1)定義之臨界單絲數為86，平均纖維長(La)為28mm，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為80%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為950。
實施例3
將參考例3中做成的成形板在IR烤箱加熱至280℃者，在具有設定為120℃之第2圖所示之形狀的模具的水平部，以給料率成為99%的方式配置，以15MPa的壓力進行加壓成形。所得之成形體可藉由截面觀察(10倍變焦)確認樹脂和纖維填充到突起、肋或框部等的末端為止。又，針對成形體的水平部測量拉伸彈性模數時，在彼此直行的二方向測出之拉伸彈性模數的值之中，以大者除以小者之比(Eδ)為1.05，而確認具有等向性。又，針對成形體的框部測量拉伸彈性模數時，在彼此直行的二方向測出之拉伸彈性模數的值之中，以大者除以小者之比(Eδ)為1.07，而確認具有等向性。針對框部的豎起部分進行截面觀察(10倍變焦)時，與實施例1同樣地，可確認存在有：強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)；強化纖維在水平部和豎起部連續地配向之層(Y)：以及強化纖維在表面內未進行2維配向，且未在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Z)。調查所得之成形體的水平部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為50mm，由式(1)定義之臨界單絲數為40，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為60%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為60。同様地，調查框部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，由式(1)定義之臨界單絲數為40，平均纖維長(La)為48mm，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為58%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為60。
比較例1
除了使用參考例4中做成的成形板以外，與實施例1同様地進行成形。所得之成形體可在豎起部利用目視確認纖維流動，測量豎起部的拉伸彈性模數時，在彼此直行的二方向測出之拉伸彈性模數的值之中，以大者除以小者之比(Eδ)為2.1，而確認等向性未受損。又，針對豎起部分的根部進行截面觀察(10倍變焦)時，可確認存在有：強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)；及強化纖維在表面內未進行2維配向，且未在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Z)。調查所得之成形物的水平部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，平均纖維長(La)為20mm，由式(1)定義之臨界單絲數為86，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為100%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為24000。同様地，調查豎起部的平均纖維長(La)及強化纖維束(A)的比例和平均纖維數(N)時，由式(1)定義之臨界單絲數為86，平均纖維長(La)為20mm，強化纖維束(A)相對於成形體的纖維全量之比例為100%，強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)為240。
[產業上之可利用性]
本發明之成形體可廣範圍地利用於電氣電子機器用框體、汽車用零件、醫療機器用零件、建材、飛機用零件、一般產業用構件等，特別適用於電氣電子機器用框體。
1．．．水平部
1A．．．水平部(局部的凹凸，具有捲邊)
1B．．．水平部(貫穿口)
1C．．．水平部(有板厚變化)
2．．．豎起部
2A．．．豎起部(側壁)
2B．．．豎起部(肋)
2C．．．豎起部(突起)
2D．．．豎起部(安裝件)
2E．．．豎起部(鉸鏈)
3．．．合流部
4．．．強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)
5．．．強化纖維在水平部和豎起部連續地配向之層(Y)
6．．．強化纖維在表面內未進行2維配向，且未在水平部和豎起部連續地進行配向之層(Z)
第1圖係顯示本發明之第一實施形態的立體圖。
第2圖係顯示本發明之第二實施形態的立體圖。
第3圖係顯示本發明之第二實施形態的3面圖(截面圖)。
第4圖係顯示本發明之第一實施形態中的水平部和豎起部的合流部。
第5圖係顯示本發明之第一實施形態中的水平部和豎起部的合流部的層構造之截面觀察照片。
1．．．水平部
2．．．豎起部
3．．．合流部

Claims (16)

  1. 一種成形體，其係由熱可塑性樹脂中存在有不連續的強化纖維之纖維強化複合材料所構成，其特徵在於：該成形體所含的強化纖維，在成形體的表面內進行2維配向並具有等向性，由下述式(1)定義之臨界單絲數以上所構成的強化纖維束(A)相對於該成形體中的強化纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%，而且強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)滿足下述式(2)，該成形體之彼此正交的二方向之拉伸彈性模數的值之中以大者除以小者所得之比不超過2；強化纖維束(A)並不包含纖維數完全相同者，臨界單絲數=600/D (1) 0.7×104/D2<N<1×105/D2 (2)(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))。
  2. 如申請專利範圍第1項之成形體，其中，該成形體中所含的強化纖維之平均纖維長為5~100mm。
  3. 如申請專利範圍第1項之成形體，其中，成形體具有水平部及相對於該水平部朝縱向延伸之豎起部。
  4. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，該水平部構成框體或面板狀構件的頂部或底壁部。
  5. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，該豎起部係選自框體或面板狀構件的側壁、肋、突起、安裝件及鉸鏈所成群組之至少1種。
  6. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，水平部和 豎起部分別具有強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)。
  7. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，在水平部和豎起部的合流部具有選自以下所成群組之至少2種：強化纖維在面內進行等向性且2維配向之層(X)；強化纖維為於水平部和豎起部連續地配向之層(Y)；以及強化纖維在表面內未進行2維配向且未於水平部和豎起部連續地配向之層(Z)。
  8. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，複數豎起部對於水平部，係位於同一面側。
  9. 如申請專利範圍第8項之成形體，其中，在水平部之與豎起部相對之面，連續地存在有該強化纖維在表面內進行等向性且2維配向之層(X)。
  10. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，在該水平部及/或豎起部，進一步具有連續纖維在熱可塑性樹脂中集中配置於單方向之單方向材所構成之層。
  11. 如申請專利範圍第1項之成形體，其中，該強化纖維係選自碳纖維、醯胺纖維、聚酯纖維及玻璃纖維所構成的群組之至少1種。
  12. 如申請專利範圍第3項之成形體，其中，水平部的板厚為0.2~3mm。
  13. 如申請專利範圍第1至3項其中任一項之成形體，其中，強化纖維束(A)包含以粗度0.2mm單位分類的不同粗度之強化纖維束(A)。
  14. 一種成形體作為電氣、電子機器用框體之用途，其特徵在於，係使用如申請專利範圍第1項之成形體。
  15. 一種如申請專利範圍第1項之成形體之製造方法，該成形體係將無規氈加壓成形而得，其特徵在於：該無規氈係由纖維長5~100mm的強化纖維和熱可塑性樹脂所構成，強化纖維的基重為25~3000g/m2，由下述式(1)定義之臨界單絲數以上構成的強化纖維束(A)相對於氈的纖維全量之比例為20Vol%以上未達90Vol%，而且強化纖維束(A)中的平均纖維數(N)滿足下述式(2)，臨界單絲數=600/D (1) 0.7×104/D2<N<1×105/D2 (2)(其中，D為強化纖維的平均纖維徑(μm))。
  16. 如申請專利範圍第15項之成形體之製造方法，其中，將經模具加熱之無規氈配置成利用下述式(3)表示之給料(charge)率為25~100%，並加壓成形而得成形體，給料率=100×基材面積(mm2)/模腔投影面積(mm2)(3)(其中，模腔投影面積是朝脫模方向之投影面積)。
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