不连续纤维增强复合材料制造技术

不连续纤维增强复合材料，包含不连续增强纤维聚集体和基体树脂，所述不连续增强纤维聚集体包含数均纤维长度为3～100mm的不连续增强纤维，其特征在于，上述不连续增强纤维聚集体包含多个将规定根数的不连续增强纤维的单丝沿同一方向进行集束而得到的不连续增强纤维束，上述不连续增强纤维束具有与上述单丝的取向方向成一定角度的切面，对于单丝取向方向两端间的距离即不连续纤维束长度越长的不连续纤维束而言，将该不连续增强纤维束投影至二维平面上时的、不连续增强纤维束的端部的成锐角的前端角度越小。本发明专利技术提供一种纤维增强复合材料，其能够以高水平同时实现以往的包含增强纤维和基体树脂的纤维增强复合材料所无法实现的成型时的高流动性和高机械特性，尤其具备在流动成型时显示出优异的流动性、偏差小的机械特性的最佳条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不连续纤维增强复合材料
本专利技术涉及至少包含不连续增强纤维和基体树脂的纤维增强复合材料，尤其涉及下述不连续纤维增强复合材料，其通过使不连续增强纤维形成特定的纤维束形态、并且使该纤维束具有不同的纤维束长度，从而均匀性及力学特性优异，在制作成型品时能够同时实现高流动性和高机械特性。
技术介绍
包含增强纤维和基体树脂的纤维增强复合材料由于可获得高的机械特性，因而被用于各种成型品的制造，在各种领域中需求正逐年增加。作为增强纤维中具有特别优异性能的碳纤维复合材料的成型方法，最常实施的是高压釜成型，即，将使基体树脂含浸在连续的碳纤维中而得到的半固化状态的中间基材(被称为预浸料坯)进行层叠，通过利用高温高压釜进行加热加压而使基体树脂固化，从而成型为连续纤维增强复合材料。另外，近年来，出于提高生产效率的目的，还实施了将基体树脂含浸在预先赋形为构件形状的连续纤维基材中并进行固化的RTM(树脂传递模塑)成型等。利用这些成型方法得到的碳纤维复合材料由于为连续纤维，因此具有优异的力学物性。另外，由于连续纤维为规则性的排列，因此，可利用基材的配置而设计成所需要的力学物性，力学物性的偏差也小。然而，另一方面，由于为连续纤维，因此难以形成三维形状等复杂的形状，主要限于接近平面形状的构件。作为适于三维形状等复杂形状的成型方法，包括使用了SMC(片状模塑料)、冲压成型片材的成型等。SMC成型品可通过下述方法得到：将碳纤维的线束以例如使纤维长度成为25mm左右的方式沿纤维正交方向切断，使作为热固性树脂的基体树脂含浸在该短切线束中，制成半固化状态的片状基材(SMC)，使用加热型加压机对所述片状基材进行加热加压。冲压成型片材成型品可通过下述方法得到：利用红外线加热器等，暂且将使热塑性树脂含浸在例如无纺布毡(所述无纺布毡由切断成25mm左右的短切线束、不连续的增强纤维形成)等中而得到的片状基材(冲压成型片材)加热至热塑性树脂的熔点以上，然后利用规定温度的模具进行冷却加压。多数情况下，在加压前将SMC、冲压成型片材切断成比成型体的形状更小的形状并将其配置于成型模具上，通过加压而延展(流动)为成型体的形状，从而进行成型。因此，通过该流动也能够追随三维形状等复杂的形状。然而，SMC、冲压成型片材在其片材化工序中必然会发生短切线束、无纺布毡的分布不均、取向不均，因此力学物性降低、或其数值的偏差变大。此外，由于该分布不均、取向不均，从而导致尤其在薄型构件中容易发生翘曲、缩痕(sinkmark)等。为了消除上述这样的材料的缺点，例如专利文献1中提出了以增强纤维的取向方向的两端作为起始点、朝向短切纤维束的中央而在增强纤维的取向方向上具有增强纤维的根数增加的区间的短切纤维束及成型材料，但并未对根据增强纤维束长度而任意地变更切割角度进行充分的研究。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开WO08/149615号
技术实现思路
专利技术要解决的课题因此，本专利技术的课题在于提供下述不连续纤维增强复合材料，其能够以高水平同时实现以往的包含增强纤维和基体树脂的纤维增强复合材料所无法实现的成型时的高流动性和高机械特性，尤其是纤维增强复合材料的均匀性优异，且具备在流动成型时显示出优异的流动性、优异的机械特性的最佳条件。用于解决课题的手段为解决上述课题，本专利技术涉及的不连续纤维增强复合材料如下所述。[1]不连续纤维增强复合材料，包含不连续增强纤维聚集体和基体树脂，所述不连续增强纤维聚集体包含数均纤维长度为3～100mm的不连续增强纤维，其特征在于，上述不连续增强纤维聚集体包含多个将规定根数的不连续增强纤维的单丝沿同一方向进行集束而得到的不连续增强纤维束，上述不连续增强纤维束具有与上述单丝的取向方向成一定角度的切面，对于单丝取向方向两端间的距离即不连续纤维束长度越长的不连续纤维束而言，将该不连续增强纤维束投影至二维平面上时的、不连续增强纤维束的端部的成锐角的前端角度越小。另外，本专利技术中的特别优选的方式如下。[2]如[1]所述的不连续纤维增强复合材料，其特征在于，作为下述增强纤维束(1)中包含的各不连续增强纤维束的上述前端角度的数量平均值的数均锐角(A)、与作为下述增强纤维束(2)中包含的各不连续增强纤维束的上述前端角度的数量平均值的数均锐角(B)满足下述式(1)及(2)，其中，相对于上述不连续增强纤维聚集体中包含的不连续增强纤维束的数均不连续纤维束长度(L)而言，所述增强纤维束(1)由各不连续纤维束长度大于该数均不连续纤维束长度(L)的不连续增强纤维束构成，所述增强纤维束(2)由各不连续纤维束长度为数均不连续纤维束长度(L)以下的不连续增强纤维束构成。数均锐角(A)×1.3≤数均锐角(B)(1)数均锐角(A)<60°(2)[3]如[1]或[2]所述的不连续纤维增强复合材料，其特征在于，上述数均不连续纤维束长度(L)为3mm以上且小于100mm。[4]如[1]～[3]所述的不连续纤维增强复合材料，其特征在于，上述增强纤维束(1)的数均锐角(A)在5°～45°的角度范围内。专利技术的效果根据本专利技术涉及的不连续纤维增强复合材料，可提供同时实现成型时的优异流动性和成型品的高力学特性、尤其是力学特性的偏差小的优异不连续纤维增强复合材料。附图说明[图1]为本专利技术中使用的不连续增强纤维束的二维平面投影图的一例，(A)为表示不连续增强纤维束的束长的测定部位及成锐角的前端角度θ1、θ2的图，(B)为表示不连续增强纤维束的宽度方向测定部位的图。[图2]为本专利技术中使用的不连续增强纤维束的一例。[图3]为将本专利技术中使用的不连续增强纤维切割、散布的装置的一例。[图4]表示为了得到部分分纤纤维束而向行进的纤维线束中插入分纤机构的一例，(a)为俯视简图，(b)为侧面简图。具体实施方式首先，对本专利技术的方式及本专利技术中特别优选的方式进行说明。就本专利技术涉及的不连续纤维增强复合材料而言，其包含不连续增强纤维聚集体和基体树脂，所述不连续增强纤维聚集体至少包含数均纤维长度为3～100mm的不连续增强纤维，其特征在于，上述不连续增强纤维聚集体包含多个将规定根数的不连续增强纤维的单丝沿同一方向进行集束而得到的不连续增强纤维束，上述不连续增强纤维束相对于上述单丝的取向方向而言以一定角度被切断，并且与不连续增强纤维束的单丝取向方向平行的两端间的最长距离、即不连续纤维束长度各不相同，上述不连续纤维束长度越长，则将该不连续增强纤维束投影至二维平面上时的不连续增强纤维束的端部的成锐角的前端角度越小。对于这样的本专利技术涉及的不连续纤维增强复合材料而言，若增强纤维进入基体树脂中，则成型时纤维增强复合材料的流动性降低，但其流动性的降低可以通过增加不连续增强纤维聚集体由多根单丝形成这样的纤维束形态的配合量来加以抑制，能够实现良好的流动性。但是，若不连续增强纤维束投影至二维平面时的形状为长条形状，则制成纤维增强复合材料时，容易在纤维束彼此重叠的重叠部及纤维束端部的周边产生成为破坏的起点的结构性缺陷，有力学特性差的倾向。另外，不连续增强纤维的纤维长度越长，则制成纤维增强复合材料时力学特性越优异，但纤维彼此的交织增加，流动性差。相反地，不连续增强纤维的纤维长度越短，则制成纤维增强复合材料时流动性越优异，但有力学特性差的倾向。即，综合地考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.不连续纤维增强复合材料，包含不连续增强纤维聚集体和基体树脂，所述不连续增强纤维聚集体包含数均纤维长度为3～100mm的不连续增强纤维，其特征在于，所述不连续增强纤维聚集体包含多个将规定根数的不连续增强纤维的单丝沿同一方向进行集束而得到的不连续增强纤维束，所述不连续增强纤维束具有与所述单丝的取向方向成一定角度的切面，对于单丝取向方向两端间的距离即不连续纤维束长度越长的不连续增强纤维束而言，将所述不连续增强纤维束投影至二维平面上时的、不连续增强纤维束的端部的成锐角的前端角度越小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.25 JP 2016-0343411.不连续纤维增强复合材料，包含不连续增强纤维聚集体和基体树脂，所述不连续增强纤维聚集体包含数均纤维长度为3～100mm的不连续增强纤维，其特征在于，所述不连续增强纤维聚集体包含多个将规定根数的不连续增强纤维的单丝沿同一方向进行集束而得到的不连续增强纤维束，所述不连续增强纤维束具有与所述单丝的取向方向成一定角度的切面，对于单丝取向方向两端间的距离即不连续纤维束长度越长的不连续增强纤维束而言，将所述不连续增强纤维束投影至二维平面上时的、不连续增强纤维束的端部的成锐角的前端角度越小。2.如权利要求1所述的不连续纤维增强复合材料，其特征在于，作为下述增强纤维束(1)中包含的各不连续增强纤维束的所述前端角度的数量平均值的数均锐角(A)、与作为下...

【专利技术属性】
技术研发人员：三好且洋，桥本贵史，本桥哲也，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP