短切纖維束、成型材料、纖維增強塑料以及它們的製造方法

2023-06-05 02:32:56

專利名稱：短切纖維束、成型材料、纖維增強塑料以及它們的製造方法
技術領域：
本發明涉及由多根增強纖維構成的短切纖維束。本發明還涉及用於成型纖維增強
塑料的成型材料，所述成型材料由多根本發明的短切纖維束的集合體構成。本發明也涉及 纖維增強塑料，所述纖維增強塑料由多根本發明的短切纖維束的集合體和基質樹脂構成。
背景技術：
由多根增強纖維與基質樹脂構成的纖維增強塑料由於比強度和比模量高、力學特 性優異，具有耐氣候性和耐藥品性等高功能特性等，所以在產業應用中備受關注，其需求也 逐年提高。 作為具有高功能特性的纖維增強塑料的成型方法，有下述高壓釜成型方法，S卩，使 多根連續增強纖維含浸基質樹脂，將所得的半固化狀態的原料基材(預浸料坯)層合，將得 到的層合體用高溫高壓釜加熱加壓，由此使基質樹脂固化，成型纖維增強塑料。所述高壓釜 成型方法被普遍使用。 另外，作為另一種纖維增強塑料的成型方法有RTM(樹脂傳遞成型)成型方法，所 述成型方法以提高生產效率為目的，在預先賦型為所期待構件形狀的由多根連續增強纖維 構成的原料基材(預塑形坯)中含浸基質樹脂，使含浸的基質樹脂固化。
通過上述成型方法得到的纖維增強塑料，由於多根增強纖維是連續纖維所以具有 優異的力學特性。另外，由於所述多根連續纖維規則地排列在原料基材中，所以通過配置層 合的原料基材，纖維增強塑料能設計成具有所需的力學特性，所得的纖維增強塑料的力學 特性不均也小。但是，另一方面，由於多根增強纖維為連續纖維，所以難以形成三維形狀等 複雜形狀，上述成型方法主要限於製造接近於平面形狀的構件。 作為適合成型具有三維形狀等複雜形狀的成型體的成型方法，有使用SMC片材
(Sheet Molding Compound)或衝壓成型片材(Stampable Sheet)的成型方法。 SMC成型方法是使由通常被切斷成25mm左右的多根增強纖維構成的短切纖維束
含浸作為基質樹脂的熱固性樹脂，使用加熱型壓力機將半固化狀態的SMC片材加熱加壓，
由此進行成型。 衝壓成型片材成型方法是使由通常被切斷成25mm左右的多根增強纖維構成的短
切纖維束含浸作為基質樹脂的熱塑性樹脂，將得到的衝壓成型片材加熱至熱塑性樹脂的熔
點以上，配置於溫度調節至規定溫度的成型模上冷卻加壓，由此進行成型。 大多情況下，將切斷成小於所期待的成型體形狀的SMC片材或衝壓成型片材配置
於成型模上，通過對配置於成型模上的片材加壓，將片材拉伸(使其流動)為上述成型體的
形狀進行成型。因此，通過基質樹脂及被切斷的多根增強纖維的流動，能得到成型為三維形
狀等複雜形狀的成型追隨性。 但是，現有的SMC片材或衝壓成型片材中使用的短切纖維束如下製造，在垂直於 增強纖維的排列方向的方向上，切斷由單向排列的多根連續增強纖維構成的連續增強纖維 束。當在由多根所述短切纖維束和基質樹脂成型得到的成型體(纖維增強塑料)上加載負荷時，多根短切纖維束基本上承受了全部的該負荷。即，多根短切纖維束通過基質樹脂互相 傳遞負荷。 在這種情況下，在現有成型體中，由於在短切纖維束端部的各增強纖維末端位於 與增強纖維排列方向垂直的面內，所以產生負荷立即由相鄰的短切纖維束傳遞而至的狀 態。在該狀態下該部位產生應力集中。若產生該應力集中則即使在負荷低的情況下，該部 位由於應力集中而被破壞，在成型體中產生裂縫。產生的裂縫與其他所產生的裂縫連接，導 致整個成型體的破壞。 現有SMC片材或衝壓成型片材由於其使用的短切纖維束中各增強纖維的長度為 25mm左右，所以雖然可以在形成成型體時得到增強纖維的流動性，但是由於各增強纖維的 末端位於垂直於增強纖維排列方向的面上，所以存在成型得到的成型體容易產生裂縫的問 題。 為了消除該問題提出了如下SMC片材(例如專利文獻1、2)，即通過使用減少了增 強纖維根數的短切纖維束製作SMC片材，來增加短切纖維束彼此間的纏繞進行緻密化，抑 製成型體裂縫的產生及擴展。但是，一般而言，為了滿足成型體中所需的增強纖維的量，減 少短切纖維束中增強纖維的根數，則需要更多的短切纖維束，導致SMC片材的製作費用增 加。另一方面，減少了增強纖維根數的細短切纖維束由於短切纖維束彼此間容易凝集，所以 存在成型體內容易產生增強纖維的分布不均或取向不均、所得成型體的力學特性降低的問 題。 專利文獻1 :日本特開昭62-48730號公報
專利文獻2 :日本特開平1-163218號公報

發明內容
本發明的目的之一在於鑑於上述現有技術的問題，提供一種短切纖維束及其製造 方法，所述短切纖維束用作成型材料時具有良好的流動性和成型追隨性，用作纖維增強塑 料時顯示優異的力學特性。 本發明的另一個目的是提供一種使用本發明短切纖維束的成型材料及纖維增強
塑料，以及它們的製造方法。 本發明的短切纖維束如下所述， (a)是由單向排列的多根增強纖維和集束該多根增強纖維的集束劑構成的短切纖 維束， (b)上述增強纖維的纖維長度為5至100mm， (c)上述短切纖維束具有第1過渡區間和第2過渡區間，所述第1過渡區間，從上 述增強纖維排列方向的一個前端的第1前端朝向另一個前端的第2前端，在垂直於上述增 強纖維排列方向的方向上的纖維束橫截面中的上述增強纖維的根數增加；所述第2過渡區 間從上述第2前端朝向上述第1前端，在上述纖維束橫截面中上述增強纖維的根數增加，
(d)上述短切纖維束，在上述第1過渡區間和上述第2過渡區間之間，沿著上述增 強纖維的排列方向進一步具有在上述纖維束橫截面中上述增強纖維的根數不變的不變區 間，其中，該不變區間的一個端面與上述第1過渡區間的第1終端面一致，所述第1終端面 位於上述第1前端的相反側終端；同時上述不變區間的另一個端面與上述第2過渡區間的第2終端面一致，所述第2終端面位於上述第2前端的相反側終端；或者上述第1終端面與 上述第2終端面直接一致，並且， (e)在上述第1前端和上述第2前端之間，在上述增強纖維排列方向上，上述纖維
束橫截面中的上述增強纖維總截面積變化量為每1mm為0. 05mm2以下。 在本發明的短切纖維束中，只要多根增強纖維實質上單向排列即可。此處，所謂各
增強纖維實質上單向排列是指下述狀態，觀察短切纖維束的某一部分時，半徑5mm以內存
在的增強纖維的90%以上在相對於短切纖維束的上述某一部分中存在的增強纖維的排列
方向為±10°角度以內排列。 在本發明的短切纖維束中，上述增強纖維總截面積的最大值優選為0. 1mm2以上。
在本發明的短切纖維束中，上述增強纖維總截面積的最大值小於0. 1mm2時，在上 述第1前端和上述第2前端之間，在上述增強纖維排列方向上上述纖維束橫截面中的上述 增強纖維根數的變化量優選每1mm為上述增強纖維最大根數的30%以下。
在本發明的短切纖維束中，優選上述增強纖維的各纖維長度相同。所述各纖維長 度只要實質上相同即可。此處，所謂各纖維長度實質上相同是指下述狀態，短切纖維束中所 含的、纖維長度在增強纖維的纖維長度平均值的±5%範圍內的增強纖維，佔短切纖維束中 所含全部增強纖維的95%。 在本發明的短切纖維束中，優選上述增強纖維優選為碳纖維，該碳纖維的根數為
1， 000至700， 000，在上述第1前端和上述第2前端之間，在上述增強纖維排列方向上上述
纖維束橫截面中的上述增強纖維根數的變化量為每lmm為1， 400根以下。 在本發明的短切纖維束中，在描繪垂直於上述增強纖維的排列方向的方向上的上
述短切纖維束的寬度為最大的狀態的平面圖中，將該最大寬度記作Wb，在該最大寬度的位
置處的上述纖維束的橫截面中，將垂直於上述平面圖的方向上的上述短切纖維束的最大厚
度記作Tb，優選比率Wb/Tb的值為20至400。 在本發明的短切纖維束中，優選在描繪垂直於上述增強纖維的排列方向的方向上 的上述短切纖維束的寬度為最大的狀態的平面圖中，在上述第1過渡區間及上述第2過渡 區間兩個過渡區間的外部輪廓中從上述前端朝向上述終端的一個方向上的邊是由沿上述 增強纖維的排列方向的直線狀線段形成的，另一個方向上的邊是由與上述增強纖維的排列 方向成2至30。角度的傾斜直線狀線段形成的。 在本發明的短切纖維束中，上述集束劑可以為製造增強纖維束時使用的上漿劑， 該上漿劑對上述短切纖維束的附著量可以為0. 1至10質量％。 在本發明的短切纖維束中，上述集束劑可以為製造含有增強纖維的樹脂成型體時
使用的基質樹脂，該基質樹脂對上述短切纖維束的附著量可以為20至75質量％。 在本發明的短切纖維束中，所謂變化量表示增加量或減少量的絕對值。 本發明的成型材料是由短切纖維束集合體構成的，所述短切纖維束集合體是由多
個上述本發明的短切纖維束通過該短切纖維束的集束劑及/或通過相鄰短切纖維束中上
述增強纖維彼此間的纏繞而接合併一體化所形成的一層或多層構成的。 在本發明的成型材料中，優選上述集束劑為製造含有增強纖維的樹脂成型體時使
用的基質樹脂，該基質樹脂對上述短切纖維束的附著量為20至75質量％ ，並且上述短切纖
維束集合體為片狀。
在本發明的成型材料中，上述片狀短切纖維束集合體中各短切纖維束的上述增強 纖維的排列方向可以分別相同。短切纖維束集合體中各短切纖維束的上述增強纖維的排 列方向可以分別實質上相同。此處，所謂各短切纖維束的上述增強纖維的排列方向分別實 質上相同的狀態是指下述狀態，以短切纖維束中含有的各增強纖維的排列方向的平均值作 為代表該短切纖維束的增強纖維的代表排列方向，短切纖維束集合體中位於各短切纖維束 的各代表排列方向±10%以內的短切纖維束，佔短切纖維束集合體中全部短切纖維束的 90%以上。 在本發明的成型材料中，優選上述短切纖維束集合體由層合體構成，所述層合體 含有多張上述片狀短切纖維束集合體的層合，在該層合體中，在上述片狀短切纖維束集合 體的一層中上述增強纖維的排列方向與上述片狀短切纖維束集合體中的另一層中上述增 強纖維的排列方向不同。 在本發明的成型材料中，上述短切纖維束集合體中各短切纖維束的上述增強纖維 的排列方向也可以是隨機的。 在本發明的成型材料中，上述短切纖維束的集合體具有三維形狀使其在橫截面形 狀中至少具有一個彎曲部。 本發明的成型材料的其他方案為由多個上述本發明的短切纖維束和熱塑性樹脂 的混合物形成的注射成型用顆粒。 本發明的纖維增強塑料由短切纖維束集合體以及與該短切纖維束集合體一體化
的基質樹脂構成，所述短切纖維束集合體由多個上述本發明的短切纖維束構成。 在本發明的纖維增強塑料中，優選在該纖維增強塑料的厚度方向的截面中，至少
在該厚度方向上堆積有20個上述短切纖維束。 本發明的短切纖維束製造方法包括下述(a)工序和(b)工序， (a)供給連續增強纖維束的連續增強纖維束供給工序，所述連續增強纖維束由單 向排列的多根連續增強纖維和集束該增強纖維的集束劑構成，及， (b)連續增強纖維束切斷工序，在該連續增強纖維束的長度方向上以固定間隔切
斷由該連續增強纖維束供給工序供給的連續增強纖維束，形成短切纖維束， 在所述短切纖維束製造方法中， (c)在上述連續增強纖維束切斷工序中切斷上述連續增強纖維束，使在上述連續 增強纖維束切斷工序中形成的各短切纖維束為本發明的短切纖維束。 在連續增強纖維束供給工序中只要多根連續增強纖維實質上單向排列即可。此 處，所謂各連續增強纖維實質上單向排列的狀態是指下述狀態，觀察短切纖維束的某一部 分時，相對於連續短切纖維束部分中的增強纖維的排列方向，半徑5mm以內存在的增強纖 維中90%以上在±10°角度以內排列。 在本發明的短切纖維束製造方法中，優選上述連續增強纖維束供給工序包括連續
增強纖維束開纖工序，在所述連續增強纖維束開纖工序中將上述連續增強纖維束開纖，使
上述連續增強纖維束的橫截面中的上述多根增強纖維的排列狀態為扁平。 在本發明的短切纖維束製造方法中，上述集束劑可以為製造上述連續增強纖維束
時使用的上漿劑，該上漿劑對上述連續增強纖維束的附著量為0. 1至10質量％。 在本發明的短切纖維束製造方法中，上述集束劑也可以為製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用的基質樹脂，該基質樹脂對上述連續增強纖維束的附著量為20至75質 本發明的短切纖維束製造方法的其他方案包括下述(a) 、 (b)和(c)工序， (a)供給連續增強纖維片材的連續增強纖維片材供給工序，在該連續增強纖維片
材中並列排列有多個由單向排列的多根連續增強纖維構成的連續增強纖維束， (b)預浸料坯片材形成工序，其中，將由該連續增強纖維片材供給工序供給的上述
連續增強纖維片材置於樹脂片材上，所述樹脂片材由製造含有增強纖維的樹脂成型體時使
用的基質樹脂形成，然後將上述增強纖維和上述基質樹脂進行一體化，從而形成預浸料坯
片材，及， (c)預浸料坯片材切斷工序，其中，在上述增強纖維的排列方向上以固定間隔切斷 在上述預浸料坯片材形成工序中形成的預浸料坯片材，或者在上述增強纖維的排列方向及 垂直於該增強纖維的排列方向的方向上以固定間隔切斷在上述預浸料坯片材形成工序中 形成的預浸料坯片材，形成短切纖維束，
在所述短切纖維束製造方法中， (d)在上述預浸料坯片材切斷工序中切斷上述預浸料坯片材，使在上述預浸料坯 片材切斷工序中形成的短切纖維束為本發明的短切纖維束。 在連續增強纖維片材供給工序中，單向排列的多根連續增強纖維只要實質上單向 排列即可。此處，所謂各連續增強纖維實質上單向排列的狀態是指下述狀態，當觀察由多根 連續增強纖維構成的連續增強纖維束的某一部分時，相對於連續增強纖維束的上述某一部 分中存在的增強纖維的排列方向，半徑5咖以內存在的增強纖維中90%以上在±10°角度 以內排列。 優選在本發明的短切纖維束製造方法的上述其他方案中的、上述預浸料坯片材形 成工序中，在下述狀態下形成預浸料坯片材，所述狀態為在載有上述連續增強纖維片材的 上述樹脂片材上，載有由製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用的基質樹脂形成的另一個 樹脂片材，其中所述增強纖維和所述基質樹脂被一體化，並且調整上述基質樹脂的量使在 所得短切纖維束中上述基質樹脂的附著量為20至75質量％。
本發明的成型材料製造方法包括下述工序， (a)短切纖維束散布工序，將多個本發明的短切纖維束散布於成型基體上，使上述 多個短切纖維束單層或多層堆積，及， (b)短切纖維束集合體形成工序，使散布於上述成型基體上的多個短切纖維束相 互接合進行一體化，形成由短切纖維束集合體構成的成型材料。 在本發明的成型材料製造方法中的、上述短切纖維束散布工序中，優選上述成型 基體具有平坦面，將上述短切纖維束散布於上述平坦面上，使該平坦面上的上述多個短切 纖維束的各增強纖維的排列方向相同，並且在上述平坦面上形成有由上述多個短切纖維束 構成的短切纖維束片材，在上述短切纖維束集合體形成工序中，形成由短切纖維束片材構 成的成型材料，所述短切纖維束片材由上述多個短切纖維束形成。 只要上述平坦面上的上述多個短切纖維束各增強纖維的排列方向實質上相同即 可。此處，所謂各短切纖維束中的上述增強纖維的排列方向分別實質上相同的狀態是指下 述狀態，以短切纖維束中含有的各增強纖維的排列方向的平均值作為代表該短切纖維束中的增強纖維的代表排列方向，短切纖維束集合體中位於各短切纖維束的各代表排列方向
±10%以內的短切纖維束，佔短切纖維束集合體中全部短切纖維束的90%以上。 在本發明的成型材料製造方法中，優選形成上述短切纖維束片材後，將上述短切
纖維束散布於上述形成的短切纖維束片材上，使在該形成的短切纖維束片材之上的上述多
個短切纖維束的各增強纖維的排列方向相同，且與上述形成的短切纖維束片材中的短切纖
維束的增強纖維的排列方向不同，並且在上述形成的短切纖維束片材之上形成有由上述多
個短切纖維束構成的另一個短切纖維束片材，來形成由短切纖維束片材的層合體構成的成
型材料。 只要在上述形成的短切纖維束片材之上的上述多個短切纖維束各增強纖維的排 列方向實質上相同即可。此處，所謂各短切纖維束的上述增強纖維的排列方向分別實質上 相同的狀態是指下述狀態，以短切纖維束含有的各增強纖維的排列方向的平均值作為代表 該短切纖維束中的增強纖維的代表排列方向，短切纖維束集合體中位於各短切纖維束的各 代表排列方向±10%以內的短切纖維束，佔短切纖維束集合體中全部短切纖維束的90% 以上。 在本發明的成型材料製造方法中，也可以將上述短切纖維束散布於上述成型基體
上，使上述成型基體上的上述多個短切纖維束的各增強纖維的排列方向是隨機的。 在本發明的成型材料製造方法中，優選上述成型基體為樹脂片材，所述樹脂片材
由製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用的基質樹脂形成。 在本發明的成型材料製造方法中，上述短切纖維束散布工序可以包括下述工序，
(a)第1層形成工序，其中，上述成型基體具有三維形狀表面，將上述短切纖維束 散布於上述三維形狀表面上，使在該三維形狀表面上上述多個短切纖維束的各增強纖維的 排列方向相同，形成由多個短切纖維束構成的第1短切纖維束層，及， (b)第2層形成工序，其中，將上述短切纖維束散布於上述第l短切纖維束層之上， 使在上述第1層形成工序中形成的上述第1短切纖維束層之上的上述多個短切纖維束的各 增強纖維排列方向相同，並且所述增強纖維的排列方向與上述第1短切纖維束層中的短切 纖維束的增強纖維排列方向不同，形成由多個短切纖維束構成的第2短切纖維束層。
上述多個短切纖維束的各增強纖維的排列方向只要實質上相同即可。此處，所謂 各短切纖維束的上述增強纖維的排列方向實質上相同的狀態是指下述狀態，以短切纖維束 中含有的各增強纖維的排列方向的平均值作為代表該短切纖維束中的增強纖維的代表排 列方向，短切纖維束集合體中位於各短切纖維束的各代表排列方向±10%以內的短切纖維 束，佔短切纖維束集合體中的全部短切纖維束的90%以上。
本發明的成型材料製造方法其他方案包括下述工序， (a)短切纖維束散布工序，將多個本發明的短切纖維束散布於由第1樹脂片材構 成的成型基體上，所述第1樹脂片材是由製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用的基質樹 脂形成的， (b)樹脂片材層合工序，將由上述基質樹脂構成的第2樹脂片材層合於上述第l樹 脂片材的該多個短切纖維束之上，所述第1樹脂片材具有在所述短切纖維束散布工序中得 到的上述多個短切纖維束，及， (c)短切纖維束集合體形成工序，通過加壓及/或加熱由上述樹脂片材層合工序中所得的上述多個短切纖維束和上述第1及第2樹脂片材構成的層合體，使上述多個短切 纖維束和上述第1及第2樹脂片材一體化，形成短切纖維束集合體。 本發明的成型材料製造方法的另一個方案包括下述工序混煉工序，將多個本發 明的短切纖維束和熱塑性樹脂混煉，以準備短切纖維束和熱塑性樹脂的混煉物；成型工序， 將該混煉工序所準備的混煉物連續擠壓成棒狀或片狀，成型棒狀或片狀的連續成型物；制 丸工序，將該成型工序得到的連續成型物在其長度方向上間隔地切斷，形成注射成型用顆 粒。 本發明的纖維增強塑料的製造方法包括如下所述將面積小於成型模模槽的投影 面積且厚度比上述模槽的厚度厚的一張或多張本發明成型材料配置於上述模槽內，夾緊上 述成型模，通過加壓或加壓及加熱上述成型材料來拉伸上述成型材料，使上述成型材料填 充於上述模槽內，在上述模槽內成型纖維增強塑料結束後，從上述模槽中取出成型的纖維 增強塑料。 在本說明書中，所謂連續增強纖維除特別說明之外是指具有超過100mm纖維長度
的增強纖維。連續增強纖維束由多根該連續增強纖維排列成束狀而形成。 根據本發明，提供一種短切纖維束及其製造方法，所述短切纖維束在用作成型材
料時具有良好的流動性、成型追隨性，用作纖維增強塑料時顯示優異的力學特性。另外，提
供使用本發明的短切纖維束的成型材料及纖維增強塑料、以及它們的製造方法。


[圖1]圖1為本發明的短切纖維束的一例的平面圖。
[圖2]圖2為本發明的短切纖維束的另一例的平面圖。
[圖3]圖3為本發明的短切纖維束的又一例的平面圖。[圖4]圖4為圖1的本發明短切纖維束的寬度具有最大寬度Wb的位置處的橫截 面圖。[圖5]圖5為本發明的短切纖維束的另外7例的各平面圖((a)至(g))的羅列。[圖6]圖6為現有短切纖維束的一例的(a)平面圖，及(b)側面圖。[圖7]圖7為圖2本發明短切纖維束的(a)平面圖、(b)側面圖及(c)該短切纖
維束的增強纖維的排列方向中增強纖維根數的增減狀態圖解。[圖8]圖8為圖3本發明短切纖維束的(a)平面圖、(b)側面圖及(c)該短切纖
維束的增強纖維的排列方向中增強纖維根數的增減狀態圖解。[圖9]圖9為本發明的成型材料的一例的平面圖。[圖10]圖10為用於說明本發明成型材料製造方法的一例的立體簡圖。[圖11]圖11為本發明纖維增強塑料的一例的橫截面圖。[圖12]圖12為現有纖維增強塑料的一例的橫截面圖。 符號說明 11 :增強纖維 12a :第1前端 12b :第2前端 13a:第l過渡區間0098] 13b:第2過渡區間
0099] 13Ea :過渡區間的第1終端面
0100] 13Eb :過渡區間的第2終端面
0101] 14:不變區間
0102] 14Ea :不變區間的一個端面
0103] 15a :第1過渡區間中的一個
0104] 15b :第2過渡區間中的一個
0105] 16a :第1過渡區間中的另一
0106] 16b :第2過渡區間中另一個
0107] 61 :現有短切纖維束中的增強纖維
0108] 61a、61b :現有短切纖維束的前端
0109] 91 :成型材料
0110] 101 :連續增強纖維束
0111] 102 :銅管
0112] 103、104:導輥
0113] 105 :輥刀
0114] 106:集束劑賦予裝置
0115] 107:集束劑供給口
0116] 108:狹縫狀噴嘴
0117] 109:成型基體
0118] IIO:機器人手臂
0119] 111 :本發明的纖維增強塑料
0120] 112 :本發明纖維增強塑料的橫截面
0121] 113 :本發明纖維增強塑料中的增強纖維
0122] 114 :本發明纖維增強塑料中的短切纖維束
0123] 115 :本發明纖維增強塑料中的短切纖維束的端部
0124] 121 :現有纖維增強塑料
0125] 122 :現有纖維增強塑料的橫截面
0126] 123 :現有纖維增強塑料中的增強纖維
0127] 124 :現有纖維增強塑料中的短切纖維束
0128] 125 :現有纖維增強塑料中的短切纖維束的端部
0129] 126 :現有纖維增強塑料中的樹脂蓄積
0130] CFB、 CFB1、 CFB2、 CFB3、 CFB5a-CFB5g :短切纖維束
0131] CFBC:現有短切纖維束
0132] CFTS :增強纖維總截面積的變化量
0133] Ld :短切纖維束的橫跨長度
0134] Lf :增強纖維的纖維長度
0135] Tb :短切纖維束的最大厚度
0136] Wb :短切纖維束的最大寬度
邊
邊邊個邊
Wd :短切纖維束的橫跨寬度
具體實施例方式
參照

本發明短切纖維束的若干實施方案。 圖1為本發明的短切纖維束的一例的平面圖。在圖1中本發明的短切纖維束CFBl 由單向排列的多根增強纖維11和集束多根增強纖維11的集束劑(未圖示)構成。各增強 纖維11的纖維長度Lf為5至lOOmm。 短切纖維束CFB1具有第1過渡區間13a，在所述第1過渡區間13a中，從作為增強 纖維11的排列方向中的一個前端的第1前端12a朝向作為另一個前端的第2前端12b，位 於垂直於增強纖維11的排列方向的方向上的纖維束橫截面中的增強纖維11的根數增加。 另外還具有第2過渡區間13b，在所述第2過渡區間13b中，在所述第2過渡區間13b中，從 第2前端12b朝向第1前端12a，位於纖維束橫截面中的增強纖維11的根數增加。
在圖1中將增強纖維11的排列方向描繪為上下方向或垂直方向。增強纖維11的 排列方向還是短切纖維束CFB1的長度方向。在圖1中將垂直於增強纖維11的排列方向的 方向描繪為左右方向或水平方向。垂直於增強纖維11的排列方向的方向還是短切纖維束 CFB1的寬度方向。 在第1過渡區間13a和第2過渡區間13b之間含有不變區間14，在所述不變區間 14內位於纖維束橫截面中的增強纖維11的根數沿著增強纖維11的排列方向不變。不變 區間14的一個端面14Ea與第1終端面13Ea —致，所述第1終端面13Ea為第1過渡區間 13a的終端，該終端與第1前端12a位於第1過渡區間13a的相反側。另外，不變區間14的 另一個端面14Eb與第2終端面13Eb —致，所述第2終端面13Eb為第2過渡區間13b的終 端，該終端與第2前端12b位於第2過渡區間13b的相反側。 在短切纖維束CFB1中，在第1前端12a和第2前端12b之間，使纖維束橫截面中 的增強纖維總截面積的變化量在增強纖維11的排列方向上為每1mm為0. 05mm2以下。
圖！為描繪短切纖維束CFBl在垂直於增強纖維11的排列方向的方向上的寬度成 為最大的狀態的平面圖。短切纖維束CFB1在不變區間14的整個區域具有最大寬度Wb。在 具有最大寬度Wb的位置(區間)處增強纖維11的根數變為最大。 在圖1中在第1過渡區間13a及第2過渡區間13b兩個過渡區間的外部輪廓中從 前端朝向終端的一邊15a、15b分別由沿著增強纖維ll的排列方向的直線狀線段形成，另一 邊16a、16b分別由與多根增強纖維ll的切斷端部並列的直線狀線段形成，所述多根增強纖 維11在製造短切纖維束CFB1時被切斷。 短切纖維束CFB1的邊15a和邊15b之間的短切纖維束CFB1在寬度方向的距離為 短切纖維束CFB1的橫跨寬度Wd ;在第1前端12a和第2前端12b之間的短切纖維束CFB1 在長度方向的距離為短切纖維束CFB1的橫跨長度Ld。 圖2為本發明短切纖維束的另一例的平面圖。在圖2中本發明的短切纖維束CFB2 具有與圖1的短切纖維束CFB1相同的形態。因此，圖2中短切纖維束CFB2的各部位標記 著與圖1的短切纖維束CFB1相應部位的符號相同的符號。 圖2的短切纖維束CFB2和圖1的短切纖維束CFB1的差異在於在圖2的短切纖維 束CFB2的不變區間14中短切纖維束的寬度Wb、即短切纖維束CFB2的橫跨寬度Wd，比圖1
14的短切纖維束CFB1的橫跨寬度Wd窄。結果，圖2的短切纖維束CFB2的與第1過渡區間 13a中多根增強纖維11的切斷端部並列的邊16a的長度，比圖1的短切纖維束CFB1的邊 16a的長度短；另外，圖2的短切纖維束CFB2的與第2過渡區間13b中多根增強纖維11的 切斷端部並列的邊16b的長度，比圖1的短切纖維束CFB1的邊16b的長度短。
在短切纖維束CFB2中各增強纖維11的纖維長度Lf為5至lOOmm。在第1前端 12a和第2前端12b之間，在增強纖維11的排列方向上，短切纖維束CFB2在纖維束橫截面 中的增強纖維總截面積的變化量為每1mm為0. 05mm2以下。 圖3為本發明短切纖維束又一例的平面圖。在圖3中，本發明的短切纖維束CFB3 除不具有圖l短切纖維束CFB1的不變區間14之外，具有與圖l短切纖維束CFBl相同的形 態。因此，在圖3短切纖維束CFB3的各部位標記與圖1短切纖維束CFB1相應部分的符號 相同的符號。 圖3短切纖維束CFB3由第1過渡區間13a和第2過渡區間13b構成，在所述第1 過渡區間13a中增強纖維11的根數從第1前端12a朝向第2前端12b增加；在所述第2過 渡區間13b中增強纖維11的根數從第2前端12b朝向第1前端12a增加。在短切纖維束 CFB3中，第1終端面13Ea與第2終端面13Eb直接一致，所述第1終端面13Ea位於第1過 渡區間13a的終端，該終端與第1前端12a位於第1過渡區間13a的相反側，所述第2終端 面13Eb位於第2過渡區間13b的終端，該終端與第2前端12b位於第2過渡區間13b的相 短切纖維束CFB3在所述兩終端面13Ea和13Eb —致處具有最大寬度Wb。在具有 最大寬度Wb的位置(區間)增強纖維11的根數變為最大。另外，由於兩終端面13Ea和 13Eb —致，短切纖維束CFB3的橫跨長度Ld的值是增強纖維11的長度Lf值的2倍。
在短切纖維束CFB3中各增強纖維11的纖維長度Lf為5至lOOmm。在短切纖維 束CFB3中，在第1前端12a和第2前端12b之間，在增強纖維11的排列方向上，纖維束橫 截面中增強纖維總截面積的變化量為每1mm為0. 05mm2以下。 圖4為圖1的本發明短切纖維束CFB1的寬度具有最大寬度Wb的位置處垂直於短 切纖維束CFB1的長度方向的橫截面圖。在圖4中，多根增強纖維11被集束劑集束形成的 短切纖維束CFB1在其寬度方向(圖4中的左右方向或水平方向)具有最大寬度Wb，在其厚 度方向(圖4中的上下方向或垂直方向)具有最大厚度Tb。由於在圖2的本發明短切纖 維束CFB2及圖3的短切纖維束CFB3各最大寬度Wb位置處橫截面形狀與圖4短切纖維束 CFB1的橫截面形狀相同，所以省略它們的圖示。由最大寬度的值Wb和最大厚度的值Tb之 間的比率Wb/Tb，表示短切纖維束的縱橫比。 短切纖維束在垂直於長度方向的方向上的橫截面形狀可以採用圓形、橢圓形、四 角形等多種形狀，但從短切纖維束橫截面形狀的穩定性、短切纖維束良好的操作性及短切 纖維束的製造容易性的觀點考慮，優選短切纖維束的橫截面形狀為圓形、橢圓形或四角形， 特別優選為如圖4所述的扁平長方形或扁平橢圓形。 圖5為本發明短切纖維束的其他7例各平面圖((a)至(g))的羅列。圖5的各短 切纖維束在圖中按上下方向排列，由利用集束劑集束的多根增強纖維11構成。
圖5 (a)的短切纖維束CFB5a在上側具有4個前端，在下側具有4個前端，並且在 相鄰前端間具有V字切口。短切纖維束CFB5a的外圍輪廓由16條邊構成，各邊均由直線線段構成。 圖5 (b)的短切纖維束CFB5b在上側具有1個前端，在下側具有2個前端，並且在 下側的2個前端間具有V字切口 。短切纖維束CFB5b的外形由6條邊構成，各邊均由直線 線段構成。 圖5 (c)的短切纖維束CFB5c在上側具有1個前端，在下側具有1個前端。短切纖 維束CFB5c的外形由4條邊構成，其中的2條邊由曲線線段構成，其他2條邊由直線線段構 成。 圖5 (d)的短切纖維束CFB5d在上側具有2個前端，在下側具有1個前端。短切纖
維束CFB5d的外圍輪廓由4條邊構成，它們中連接上側2個前端的邊由U字曲線線段構成，
含有下側前端的邊由U字曲線的線段構成，剩餘2條邊由直線線段構成。 圖5 (e)的短切纖維束CFB5e在上側具有1個前端，在下側具有1個前端。短切纖
維束CFB5e的外形由2個邊構成，所述邊由曲線線段構成，所述曲線線段凸向外側且連接各
上側前端和下側前端。 圖5 (f)的短切纖維束CFB5f具有上側的1個前端和下側的1個前端。短切纖維 束CFB5f的外圍輪廓由6個邊構成，各邊均由直線線段構成。 圖5(g)的短切纖維束CFB5g具有上側的1個前端和下側的1個前端。短切纖維 束CFB5g的外圍輪廓由4個邊構成，各邊均由直線線段構成。 本發明的短切纖維束用於製造纖維增強成型體(纖維增強塑料)成型用成型材 料。該成型材料由多個本發明短切纖維束的集合體構成。使用該成型材料成型具有複雜形 狀的成型體時，需要對於複雜形狀的良好的成型追隨性。由於本發明的短切纖維束中含有 的增強纖維11的全部纖維長度Lf均被製成100mm以下，所以由多個本發明的短切纖維束 構成的成型材料具有良好的成型追隨性。 纖維長度Lf超過100mm時，由於纖維長度越長在成型體成型過程中增強纖維11 越難在其排列方向上流動，難以製造具有複雜形狀的成型體。纖維長度Lf小於5mm時，提 高在成型體成型過程中的增強纖維11的流動性，但所得成型體的力學特性降低。考慮到成 型體成型過程中增強纖維的流動性和所得成型體力學特性的關係，優選本發明的短切纖維 束中各增強纖維11的長度Lf為10至50mm。 短切纖維束內含有的纖維長度小於5mm的增強纖維的根數越少越好，並且小於形 成短切纖維束的增強纖維總根數的5%較好。8卩，在本發明中所謂形成短切纖維束的增強纖 維11的纖維長度Lf為5至100mm的狀態包括下述狀態纖維長度小於5mm的增強纖維的 根數為形成短切纖維束的增強纖維的總根數的5%以下，並且全部增強纖維的纖維長度均 在100mm以下。 —般通過成型由多個短切纖維束的集合體構成的成型材料，來製造纖維增強塑料 (以下有時稱作"短纖維增強塑料")。向纖維增強塑料施加負荷時，大部分負荷由纖維增強 塑料內存在的增強纖維承受。在短切纖維束情況下，形成纖維束的多根增強纖維均處在被 切斷成一定長度的狀態。因此，某些短切纖維束的增強纖維所承受的負荷需要從該短切纖 維束的端部經由基質樹脂向其附近的其他短切纖維束的端部的該其他短切纖維束的增強 纖維傳遞。 用於製造纖維增強塑料的現有短切纖維束的一例的平面圖及側面圖示於圖6。在圖6中現有短切纖維束CFBC由被集束劑集束的多根增強纖維61構成。短切纖維束CFBC 是由多根連續增強纖維構成的連續增強纖維束在長度方向上以一定間隔，在垂直於連續增 強纖維束的長度方向的方向上切斷而製造的。因此，在短切纖維束CFBC長度方向的兩個前 端61a、61b中，製造短切纖維束CFBC時被切斷的多根增強纖維61的切斷端部均位於短切 纖維束CFBC的寬度方向上，換言之在多根增強纖維61切斷端部的位置上沒有在短切纖維 束CFBC長度方向的偏離。 向由所述多個現有短切纖維束CFBC構成的纖維增強塑料施加負荷時，某些短切 纖維束的增強纖維所承受的負荷，從該短切纖維束的端部經基質樹脂向附近的其他短切纖 維束傳遞。特別是當短切纖維束的增強纖維排列於纖維增強塑料的負荷所施加的方向上 時，由於短切纖維束承擔大量負荷，所以大量負荷從短切纖維束的端部向附近的短切纖維 束傳遞。此時，在現有短切纖維束CFBC中，由於多根增強纖維的全部端部整齊排列在短切 纖維束CFBC的寬度方向(圖6中的左右方向或水平方向)，所以經由基質樹脂立即傳遞短 切纖維束之間的負荷。在所述負荷的傳遞狀態下，在短切纖維束CFBC的端部產生應力集 中。由於該應力集中短切纖維束CFBC的端部被破壞從而產生裂縫。由於產生的若干裂縫 進行連接導致纖維增強塑料整體被破壞。 為了提高短纖維增強塑料的強度，如上述專利文獻1及2的提案中那樣減少短切 纖維束含有的增強纖維的根數是有效的。通過減少增強纖維的根數，由於從某短切纖維束 端部向其周圍短切纖維束的端部所傳遞的負荷變小，應力集中的影響範圍變小。因此，即使 產生裂縫，裂縫彼此間也難以連接，結果提高了纖維增強塑料的強度。 但是，工業上減少短切纖維束中含有的增強纖維的根數非常困難。使用玻璃纖維
作為增強纖維時，為了提高強度將由多根連續玻璃纖維構成的連續玻璃纖維束分纖，將玻
璃纖維的根數分成小組後，通過切斷纖維束製造玻璃纖維根數少的短切纖維束。但是，由於
需要分纖的工序，所以存在短切纖維束的製造成本增加的問題。另外，使用碳纖維作為增強
纖維時，由於分纖碳纖維束時發生起毛，所以難以將碳纖維束分成小組。 另一方面，當分散多根增強纖維的各增強纖維為單絲單元狀態並進行排列時，由
於每根增強纖維的抗彎剛度低，所以保持增強纖維的平直度而使其分散是非常困難的，另
外由於增強纖維彼此間凝集導致強度降低，所以工業上難以製造單絲分散增強纖維所得的
成型材料。 本發明的短切纖維束的目的在於解決上述問題。本發明的短切纖維束，其形成短 切纖維束的增強纖維的根數，在短切纖維束兩端部的少於其中央部的，由此，將短切纖維束 中央部最大的短切纖維束所承受的負荷經根數減少的增強纖維朝向短切纖維束端部一點 一點地傳遞至附近的短切纖維束。因此，在由本發明的短切纖維束構成的纖維增強塑料中， 不易產生上述應力集中。 因此，與現有在同一部位切斷所有增強纖維的短切纖維束的情況相比，本發明的 短切纖維束情況下，所得纖維增強塑料的強度顯著提高。不僅如此，由於沒有引起應力集 中，所以不易產生初期損傷(裂縫)。在纖維增強塑料的應用方面，由於初期損傷引起噪音 導致不舒服而存在不可適用的應用，但在這樣的應用中也可以使用由本發明的短切纖維束 構成的纖維增強塑料(本發明的纖維增強塑料)。另外，初期損傷嚴重影響疲勞強度，但在 本發明的纖維增強塑料的清況下，由於初期損傷少所以不僅顯著提高靜強度還顯著提高疲
17勞強度。 關於在本發明短切纖維束的過渡區間13a和13b中增強纖維11的根數增加，在過 渡區間13a、13b中至少有兩個部位增強纖維11的根數增加，該根數增加部位短切纖維束橫 截面中增強纖維總截面積的最大值為0. 008mm2以下時，在過渡區間13a和13b中增強纖維 11根數的增加可以是連續增加。當更平滑地增加增強纖維的根數時不易引起上述應力集 中，從這一觀點考慮，優選在上述根數增加部位的短切纖維束的橫截面中增強纖維總截面 積為0. 002mm2以下。 在包括實際上增強纖維11的根數發生變化的過渡區間13a、13b的本發明的短切 纖維束的長度方向的整個區域(橫跨長度Ld的整個區域)，增強纖維總截面積的變化量為 每lmm為0. 05mm2以下。通過規定該變化量，可以有效防止上述應力集中。該變化量優選 為每lmm為0. 04mm2以下，更優選為0. 025mm2以下。 所謂在短切纖維束中的任意位置處的增強纖維的總截面積是指，將在該任意位置 處在垂直於增強纖維排列方向的面(橫截面)內存在的全部增強纖維的各增強纖維截面積 相加所得的總和。 圖7為圖2本發明的短切纖維束CFB2的平面圖(a)和側面圖(b)以及圖解(c)， 所述圖解(c)表示在短切纖維束CFB2的增強纖維11的排列方向中增強纖維11根數的增 減狀態。在圖7(c)的圖解中，橫軸X表示短切纖維束CFB2在橫跨長度Ld中的位置；縱軸 Y表示增強纖維11的根數或增強纖維11的總截面積。 如圖7(c)的圖解所示，短切纖維束CFB2的增強纖維11的根數從第1前端12a朝 向第1過渡區間的第1終端面13Ea，沿著短切纖維束CFB2的長度方向連續增加，在第1終 端面13Ea達到恆定值。在從第1終端面13Ea至第2過渡區間的第2終端面13Eb的不變 區間14中維持該恆定值。然後，增強纖維11的根數從第2終端面13Eb朝向第2前端12b 沿著短切纖維束CFB2的長度方向連續減少。在不變區間14中增強纖維11的根數是短切 纖維束CFB2中的增強纖維11的根數的最大值。 圖8為圖3的本發明的短切纖維束CFB3的平面圖(a)和側面圖(b)以及圖解(c)， 所述圖解(c)表示在短切纖維束CFB3的增強纖維11的排列方向上增強纖維11根數的增 減狀態。在圖8(c)的圖解中，橫軸X表示短切纖維束CFB3在橫跨長度Ld中的位置；縱軸 Y表示增強纖維11的根數或增強纖維11的總截面積。 如圖8(c)的圖解所示，短切纖維束CFB3的增強纖維11的根數從第1前端12a朝 向第1過渡區間的第1終端面13Ea，沿著短切纖維束CFB3的長度方向連續增加。由於短切 纖維束CFB3不具有不變區間，在所述不變區間中增強纖維的根數在纖維束的長度方向上 維持恆定值，第1終端面13Ea和第2過渡區間13b的第2終端面13Eb —致，所以在第1終 端面13Ea(第2終端面13Eb)中增強纖維11的根數為最大值。接著，增強纖維11的根數 從第2終端面13Eb朝向第2前端12b沿著短切纖維束CFB3的長度方向連續減少。
本發明的短切纖維束在其長度方向上增強纖維根數變化的形態有兩種增加後根 數達恆定值然後減少的第1形態和增加後降低而沒有恆定值的第2形態。
在本發明的短切纖維束中，在第1前端12a和第2前端12b之間的位於短切纖維 束橫截面中的增強纖維11的總截面積FTS的變化量CFTS，在增強纖維11的排列方向上為 每lmm為0. 05mm2以下。在短切纖維束橫截面中增強纖維11的總截面積FTS為在該橫截面中存在的各增強纖維11的橫截面積的總和。 位於短切纖維束橫截面中的各增強纖維11的橫截面積相對於選自它們中的代表 增強纖維的橫截面積存在±10%以下的差異時，作為增強纖維11的總截面積FTS，使用將 該橫截面中存在的增強纖維ll的根數乘以上述代表增強纖維的橫截面積所得的值。另外， 當短切纖維束的最大寬度Wb小於3mm時，作為增強纖維總截面積FTS的變化量CFTS，使用 由短切纖維束中增強纖維11的總截面積FTS的最大值除以增強纖維排列方向上的過渡區 間13a或13b的長度(mm)所得的值。 圖1至5表示了本發明的短切纖維束的各種例子。所述短切纖維束均具有增強纖 維根數增加的過渡區間，並且在短切纖維束長度方向的整個區域，增強纖維總截面積的變 化量在增強纖維的排列方向上為每lmm為0.05mm2以下。在本發明的短切纖維束中，增強 纖維的總截面積的最大值優選為0. lmm2以上。 從本發明的短切纖維束的過渡區間的前端朝向終端、增強纖維的根數增加的狀 態，相反地可以表現為，從短切纖維束的中央部朝向短切纖維束的前端增強纖維的根數減 少的狀態。通過該增強纖維的根數減少的狀態，可以防止在上述纖維增強塑料中產生應力 集中。所述增強纖維根數減少的狀態優選增強纖維的根數逐漸減少即連續減少的狀態。隨 著短切纖維束變粗、增強纖維的根數增多、增強纖維總截面積變大，防止發生應力集中的效 果變大。增強纖維總截面積越大，纖維增強塑料中一個短切纖維束所承擔的負荷就越大，但 是即使承擔的負荷大，也可以通過減少過渡區間中增強纖維的根數的狀態防止該負荷經由 基質樹脂被立即傳遞給相鄰短切纖維束的端部的情況。即，通過減少過渡區間中增強纖維 的根數的狀態，逐漸逐漸進行相鄰短切纖維束之間負荷的傳遞，防止了在短切纖維束端部 的應力集中。 在製造短切纖維束時，製造粗短切纖維束更具有優異的加工性能，製造成本也降 低。但是，將用圖6說明形態的現有短切纖維束製成粗短切纖維束時，使用該粗短切纖維束 成型得到的現有短纖維增強塑料的強度低。因此，存在該短纖維增強塑料難以適用於高強 度構件的問題。 本發明的短切纖維束即使為粗短切纖維束，使用其成型得到的短纖維增強塑料也 具有比使用現有粗短切纖維束成型得到的現有短纖維增強塑料高的強度。因此，不僅可以 降低短切纖維束的製造成本，還可以製造具有高強度的短纖維增強塑料。從粗短切纖維束 的觀點考慮，增強纖維總截面積的最大值優選為0.2mm2以上。然而，從製造纖維增強塑料 時厚度設計的自由度的觀點考慮，增強纖維總截面積的最大值優選為30mm2以下，較優選為 5mm2以下。 另一方面，增強纖維總截面積的最大值小於O. lmm2時，在短切纖維束的整個區域，
在增強纖維排列方向上增強纖維根數的變化量優選為每lmm為增強纖維最大根數(根數的
最大值)的30%以下。增強纖維總截面積的最大值小於O. lmm2時，S卩，即使為細短切纖維
束，與如現有短切纖維束那樣負荷被立即釋放相比，優選增強纖維的根數從短切纖維束的
中央部至前端逐漸減少的形式，這是由於纖維增強塑料中負荷的傳遞逐漸進行。 在本發明的短切纖維束中，優選各增強纖維11的纖維長度Lf相同。製造短切纖
維束時，如果各增強纖維的纖維長度相同，則由於可以在長度方向上以相同間隔切斷連續
增強纖維束來製造短切纖維束，所以短切纖維束的製造效率良好，另外將多個短切纖維束進行一體化作為成型材料，使用該成型材料成型成型體時，各增強纖維的纖維長度相同的 情況下則更容易控制增強纖維的流動。各增強纖維的纖維長度相同的本發明短切纖維束的 例子示於圖1、2、3、5(a)、5(b)、5(c)及5 (d)。 所謂各增強纖維的纖維長度相同是指下述狀態，纖維長度在短切纖維束中含有的 增強纖維纖維長度的平均值的±5%範圍內的增強纖維佔短切纖維束中含有的全部增強纖 維的95%的狀態。 作為本發明的短切纖維束中使用的增強纖維，例如有芳族聚醯胺纖維、聚乙烯纖 維或聚對亞苯基苯並二噁唑(PB0)纖維等有機纖維；玻璃纖維、碳纖維、碳化矽纖維、氧化 鋁纖維、基拉諾纖維(Tyra皿o fiber)、玄武巖纖維或陶瓷纖維等無機纖維；不鏽鋼纖維或 鋼纖維等金屬纖維；此外還有，硼纖維、天然纖維和改性天然纖維。另外，也可以是種類不同 的兩種以上增強纖維的組合。其中，由於碳纖維輕質，具有優異的比強度及比模量，並且具 有優異的耐熱性和耐藥品性，所以優選用作增強纖維。使用由碳纖維構成的本發明短切纖 維束所製造的成型體(纖維增強塑料)可以適宜地用作要求輕質化的汽車面板等構件。
在本發明的短切纖維束中，優選增強纖維為碳纖維，碳纖維的根數為l，OOO至 700， 000根，在短切纖維束的整個區域在碳纖維排列方向上每移動lmm的、碳纖維根數的變 化量為1，400根以下。 碳纖維優選容易獲得高強度的聚丙烯腈類碳纖維。考慮到容易獲得的碳纖維單絲 的直徑為5至10 ii m左右，優選短切纖維束中碳纖維的根數為1， 000至700， 000根。更優 選碳纖維的根數為3， 000至100， 000根。由於具有高強度且具有6， 000至50， 000根纖維 的連續碳纖維束的價格低廉且容易獲得，所以在製造本發明的短切纖維束時優選使用。
在本發明的短切纖維束的整個區域，如果在增強纖維排列方向上每移動lmm增強 纖維根數的變化量為1，400根以下，則在纖維增強塑料中可以有效防止應力集中。增強纖 維根數的變化量優選為l，OOO根以下。為了提高纖維增強塑料的強度，優選增強纖維根數 的變化量為600根以下。 在短切纖維束的最大寬度Wb小於3mm的情況下，作為增強纖維根數的變化量，使 用將該短切纖維束的增強纖維根數的最大值除以在增強纖維排列方向上過渡區間的長度， 比例換算為每lmm的變化量所得的值。此時，在過渡區間內中至少兩處的增強纖維根數增 加，在增強纖維根數增加處短切纖維束橫截面中含有的增強纖維的根數優選為200根以 下，更優選為50根以下。 在本發明的短切纖維束中，優選最大寬度Wb和最大厚度Tb的比率Wb/Tb為20至 400。比率Wb/Tb表示短切纖維束的縱橫比。縱橫比越大短切纖維束越扁平。扁平的短切纖 維束使纖維增強塑料的強度提高。最大厚度Tb的值優選為150 ii m以下，更優選為100 ii m 以下。 扁平短切纖維束例如可以通過將單向拉出的連續增強纖維束開纖後切斷進行制 造。所述連續增強纖維束的開纖例如可以如下進行，使連續增強纖維束與輥接觸並通過，或 者振動連續增強纖維束，或者對連續增強纖維束進行鼓風。 本發明的短切纖維束的特別優選形態為短切纖維束的端部具有與增強纖維排列 方向傾斜側邊的形態。較優選傾斜側邊相對於增強纖維排列方向成2至30。角度且形成為 直線狀的形態。
具有上述形態的本發明短切纖維束例如可以如下製造，將連續增強纖維束單向拉 出，將相對於增強纖維的排列方向(連續增強纖維束的拉出方向)成2至3(T角度地、直 線狀地切斷拉出的連續增強纖維束，使增強纖維的纖維長度為5至100mm。在該製造方法 中將單向拉出的連續增強纖維束開纖後切斷，可以製造更扁平的短切纖維束。現有短切纖 維束通過在垂直於增強纖維的排列方向(連續增強纖維束的拉出方向)的方向上切斷連續 增強纖維束而製造所得，而僅通過相對於增強纖維的排列方向(連續增強纖維束的拉出方 向)成2至30°角度地切斷連續增強纖維束，即可得到可以用於製造具有高強度的纖維增 強塑料的本發明的短切纖維束。 在短切纖維束的端部所切斷的增強纖維經排列形成的邊相對於增強纖維的排列 方向的角度越小，越能得到使用該纖維束成型的纖維增強塑料的高強度效果。角度為30° 以下時其效果顯著。但是，另一方面短切纖維束自身的操作性降低。另外，增強纖維的排列 方向與切斷刀口之間的角度越小，切斷工序中的穩定性越降低。因此，優選角度為2。以上。 較優選角度為3至25。。從兼具纖維增強塑料的高強度化和短切纖維束製造工序中的加工 性能的觀點考慮，更優選角度為5至15。。需要說明的是，此處所述的角度為絕對值。
在圖1、2、3中所示的本發明的短切纖維束，是通過將連續增強纖維束在其長度方 向上以相同的切斷間隔進行切斷而製造所得。圖1的本發明短切纖維束CFB1通過切斷寬 度較大的連續增強纖維束得到，並且增強纖維11的切斷端排列的邊16a和16b具有長的長 度形式。由於邊16a、16b的長度長，所以製造成型材料時或使用該成型材料成型成型體時， 增強纖維容易開纖。因此，在成型材料或成型體中各短切纖維束的厚度變薄，而且容易提高 所得成型體(纖維增強塑料)的強度。 圖2的本發明的短切纖維束CFB2通過切斷具有較窄寬度的連續增強纖維束而得 到，並且增強纖維11的切斷端排列的邊16a、16b具有短的長度形態。由於邊16a、156b的 長度短，所以增強纖維不易破碎，具有優異的短切纖維束操作性。 由於切斷連續增強纖維束時切斷角度與連續增強纖維束的寬度之間的關係，圖3 的本發明的短切纖維束CFB3不具有在圖l或圖2的短切纖維束中存在的不變區間，實質上 僅由兩個過渡區間13a和13b構成。在該短切纖維束CFB3中，短切纖維束CFB3的橫跨長 度Ld變為增強纖維11的纖維長度Lf的2倍。 作為用於製造短切纖維束的連續增強纖維束的切斷裝置，例如有切斷機、粗紗切 斷機(roving cutter)等旋轉切斷機。以連續增強纖維束的長度方向和切斷裝置中裝備的 切斷刀口的方向相對傾斜的狀態，將連續增強纖維束插入切斷裝置進行切斷。
製造圖5 (a)的短切纖維束CFB5a時使用鋸齒狀刀口 ，製造圖5 (b)的短切纖維束 CFB5b時使用V字型刀口 ，製造圖5 (c)的短切纖維束CFB5c時使用流線型刀口 ，製造圖5 (d) 的短切纖維束CFB5d時使用U字型刀口。圖5(e)的短切纖維束CFB5e如下製造邊向連 續增強纖維束上賦予水等集束劑，邊在與連續增強纖維束的長度方向傾斜的方向上切斷連 續增強纖維束，使切斷所得切片的長度方向的兩側部朝向兩前端部收斂形成獨木舟狀。制 造圖5(f)的短切纖維束CFB5f和圖5(g)的短切纖維束CFB5g使用具有不同形狀的多個刀 □。 本發明的短切纖維束還可以如下製造在短切纖維束的厚度方向上施加剪切力， 形成增強纖維的根數變化的過渡區間，所述短切纖維束是利用現有短切纖維束製造方法得到的並且增強纖維的切斷端在垂直於短切纖維束的長度方向的方向上排列。另外，本發明的短切纖維束還可以通過使用牽切紡裝置紡織連續增強纖維束進行製造。通過牽切得到的短切纖維束，具有在兩端部，在短切纖維束的長度方向上排列有長度不同的增強纖維的形態，通過該部分形成過渡區間。 本發明的短切纖維束含有集束劑，所述集束劑用於維持形成該纖維束的多根增強
纖維為束狀狀態。集束劑只要是，可以維持多根增強纖維為束狀的狀態，並且與製造由短切
纖維束構成的成型體(纖維增強塑料)時使用的樹脂沒有相容性問題的材料即可。 本發明的短切纖維束通過切斷連續增強纖維束製造所得。通常為了提高纖維束
的操作性，在製造連續增強纖維束的步驟中，對該連續增強纖維束賦予上漿劑。因此，該上
漿劑可以直接用作本發明的短切纖維束的集束劑，此時具有不必另外準備其他集束劑的優點。 另一方面，本發明的短切纖維束用於製造由其集合體構成的成型材料。進而，製造
的成型材料用於製造成型體(纖維增強塑料)。在製造成型材料或成型體時使用短切纖維
束的同時還使用基質樹脂。因此，可以直接使用該基質樹脂作為本發明的短切纖維束的集
束劑，此時具有不必另外準備其他集束劑的優點。使用基質樹脂作為集束劑時，在賦予基質
樹脂的連續增強纖維束或短切纖維束中可以預先賦予上漿劑或其他集束劑。但是，此時需
要考慮預先賦予的上漿劑或其他收斂劑和之後賦予的基質樹脂之間的親和性。 使用上漿劑作為集束劑時，以短切纖維束的總質量作為基準優選上漿劑對增強纖
維的附著量為0. 1至10質量％。當與該量相同量的上漿劑被附著在用於製造短切纖維束
的連續增強纖維束上時，切斷連續增強纖維束時，切斷所得的短切纖維束的形狀成為預計
的形狀，增強纖維沒有散亂。由連續增強纖維束製造短切纖維束時，通過在使用的連續增強
纖維上賦予O. 1至10質量％的上漿劑，在短切纖維束的製造工序中加工性能得到飛躍地提
高。另外，使用短切纖維束製造成型材料時短切纖維束的操作性也得到提高。 例如可以通過在拉出的連續增強纖維束中賦予O. 1至10質量％的上槳劑，所述上
漿劑溶解或分散於溶劑中，切斷連續增強纖維束後通過加熱來乾燥溶劑，或者進行加熱來
乾燥溶劑後切斷連續增強纖維束得到本發明的短切纖維束。 作為上漿劑，例如有環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚氨酯樹脂或將它們混合得到的混合樹脂。將所述樹脂用水或溶劑等稀釋並賦予在連續增強纖維束上。 使用基質樹脂作為收斂劑時，將基質樹脂例如賦予在單向拉出的連續增強纖維束上。之後，切斷賦予有基質樹脂的連續增強纖維束，得到在多根增強纖維上附著有基質樹脂的短切纖維束。賦予基質樹脂時，可以在形成連續增強纖維束的多根增強纖維之間完全含浸基質樹脂。另外，只要切斷後的多根增強纖維不散亂即可，可以在基質樹脂偏聚於連續增強纖維束表面的狀態下，將基質樹脂賦予在連續增強纖維束上。 使用基質樹脂作為收斂劑時，以短切纖維束的總質量作為基準優選基質樹脂對增強纖維的附著量為20至75質量％。預先將基質樹脂賦予在連續增強纖維束上，通過切斷連續增強纖維束製造短切纖維束時，可以多根增強纖維不散亂地、穩定製造規定形狀的短切纖維束。另外，將得到的多個短切纖維束形成一體製造成型材料時短切纖維束的操作性也得到提高。
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本發明的優選短切纖維束製造方法包括下述步驟準備多根連續增強纖維束相鄰且並列的連續增強纖維束片材；在準備的連續增強纖維束片材上賦予20至75質量％的基質樹脂；在增強纖維排列方向上及在與增強纖維排列方向成2至30°角度的方向上，以直線狀切斷賦予了基質樹脂的連續增強纖維束片材。上述多根連續增強纖維束相鄰且並列的連續增強纖維束片材通常在對樹脂具有脫模性的基材(例如脫模紙)或基臺上準備。
作為基質樹脂，例如有環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸環氧基酯樹脂、丙烯酸氨基甲酸酯樹脂、苯氧基樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹脂、馬來醯亞胺樹脂或氰酸酯樹脂等熱固性樹脂；或者聚醯胺、聚縮醛、聚丙烯酸酯、聚碸、ABS、聚酯、丙烯酸、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等含氟樹脂或有機矽等熱塑性樹脂。 使用上述物質中的熱固性樹脂時，所得的短切纖維束在室溫下具有粘合性。因此，使多個短切纖維束一體化製造成型材料時，通過利用該粘合性可以進行多個短切纖維束的一體化，而且可以在室溫下製造成型材料。 在熱固性樹脂中，優選使用環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸樹脂或它們的混合樹脂。作為所述樹脂在常溫(25°C )下的樹脂粘度，優選為lX106Pa s以下，在該粘度下可以得到具有優選粘合性及懸垂性的本發明的短切纖維束。
使用本發明的短切纖維束的本發明的纖維增強塑料，通過使用由多個本發明的短切纖維束的集合體構成的本發明的成型材料而製造。圖9為本發明的成型材料的一例的平面圖。在圖9中本發明的成型材料91由多個本發明的短切纖維束CFB(例如圖3所示的短切纖維束CFB3)的集合體構成。本發明的成型材料由多個本發明的短切纖維束的集合體構成，但該集合體可以與其他基材例如由多根連續纖維構成的基材組合。不管是何方案，由於用於製造纖維增強塑料，所以優選本發明的成型材料具有良好的操作性或適合如加壓成型或包模成型等加壓成型的特性。 本發明的成型材料如下製造例如，將多個本發明的短切纖維束以片狀散布於成型基體上後，通過針剌法、振動等方法，將相鄰的短切纖維束的增強纖維彼此絡合，使多個
短切纖維束一體化，形成多個短切纖維束的集合體而製得。使用基質樹脂片材作為成型基體時，將多個本發明的短切纖維束散布於基質樹脂片材上後，在它上面重疊另一個基質樹脂片材，用上下基質樹脂片材夾持散布的多個短切纖維束，可以製造由多個短切纖維束和基質樹脂一體化所得的成型材料。所述成型材料通常被稱作SMC片材或衝壓成型片材(stampable sheet)。 本發明的成型材料可以將預先含浸有基質樹脂的多個本發明的短切纖維束以片狀散布於成型基體上，利用基質樹脂的粘著性使多個短切纖維束一體化製造形成。另外，本發明的成型材料可以由不含浸基質樹脂的多個短切纖維束的集合體形成。所述成型體優選用於通過在製造纖維增強塑料時注入基質樹脂的RTM(樹脂傳遞成型)製造纖維增強塑料的情況。 使用上漿劑作為本發明的短切纖維束的集束劑時，有時不能得到製造成型材料時短切纖維束彼此間充分的粘著性。另外，使用基質樹脂作為本發明的短切纖維束的集束劑時，有時製造成型材料時短切纖維束的操作性變差。在上述情況下，使用與上漿劑或基質樹脂不同的集束劑作為集束劑。由此，可以提高成型材料製造工序中的加工性能。
作為所述集束劑，作為形態例如有液狀、布狀、粒狀的集束劑。從集束劑的操作性 的觀點考慮，優選粒狀集束劑。作為所述集束劑的成分，例如有環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、不 飽和聚酯樹脂、作為低熔點聚合物的聚醯胺、聚酯、聚氨酯或它們的混合樹脂。所述集束劑 可以直接使用，也可以分散在水等溶液中使用。 在本發明的短切纖維束中集束劑的主要目的是保持或束縛多根增強纖維為束狀， 但也可以通過將超過束縛增強纖維的充分量的集束劑附著於增強纖維上，用於利用集束劑 接合多個短切纖維束彼此間。例如，通過增加附著於增強纖維上的上漿劑的量，多個短切纖 維束彼此間可以一體化。基質樹脂為熱固性樹脂時由於在室溫下具有粘合性，所以通過將 增強纖維含浸或半含浸基質樹脂可以使多個短切纖維束一體化。基質樹脂為熱塑性樹脂 時，通過在加熱至熔點以上的狀態下進行加壓可以使多個短切纖維束一體化。在上述情況 下，由於所得的成型材料除了增強纖維之外僅含有上漿劑及/或基質樹脂，所以可以減少 導致成型材料的物性降低的要素。 本發明的成型材料含有基質樹脂時，優選成型材料中基質樹脂的量為20至75質 量％。成型材料中基質樹脂的量小於20質量％時，由於樹脂量少所以作為本發明成型材料 的一個重要特徵的流動性可能受損。成型材料中基質樹脂的量大於75質量％時，由於增強 纖維的量變得比樹脂量少，使提高所得纖維增強塑料的力學特性變得困難。成型材料中基 質樹脂的量較優選為35至55質量％ 。 作為成型材料中使用的基質樹脂，有時優選為熱固性樹脂。由於熱固性樹脂具有 交聯結構，所以通常彈性模量高且形狀穩定性優異。由它製造的纖維增強塑料顯示出高彈 性模量和良好的尺寸穩定性。對於熱固性樹脂可以將樹脂的粘度調整為低粘度。因此，可 以將適當調節粘度後的熱固性樹脂容易地含浸在短切纖維束中。另外，通過適當調整熱固 性樹脂的粘度，根據需要可以在製造纖維增強塑料的任何步驟中賦予樹脂。並且，在室溫下 樹脂是未固化狀態的成型材料具有柔軟性。因此，所述成型材料容易被切斷或追隨模形狀 且具有優異的操作性。除此之外，由於可以設計成在室溫下具有粘合性，所以所述成型材料 只要互相擠壓或被壓在其他基體上即可進行一體化，因此容易進行互相形成層合體或者與 其他基體形成層合體的形成作業。 作為在成型材料中使用的基質樹脂，有時優選為熱塑性樹脂。通常由於熱塑性樹 脂具有高韌性，所以通過使用熱塑性樹脂作為基質樹脂可以抑制產生作為短纖維增強塑料 的弱點的裂縫彼此間連接，提高短纖維增強塑料的強度。特別是在重視衝擊特性的應用中， 可以使用熱塑性樹脂作為基質樹脂。在使用熱塑性樹脂成型時通常不會伴隨化學反應，因 此相比於使用熱固性樹脂可以縮短成型時間。 在本發明的成型材料中，即在短切纖維束集合體中，優選各短切纖維束的增強纖 維的排列方向相同。通過層合多張增強纖維的排列方向相同的成型材料，設計具有所期待 的物性的層合體變得容易。降低所得層合體的力學特性差異變得容易。所述成型材料通過 將多個本發明的短切纖維束以片狀散布在基體上，使各短切纖維束的增強纖維的排列方向 相同而製造。作為散布各短切纖維束使各增強纖維的排列方向相同的方法例如有狹縫狀噴 嘴，所述狹縫狀噴嘴可以在增強纖維的排列方向朝向固定方向的狀態下將各短切纖維束供 給於基體上。
在本發明的成型體中即在短切纖維束集合體中各短切纖維的增強纖維的排列方 向只要分別實質上相同即可。所謂各短切纖維的增強纖維的排列方向分別實質上相同的 狀態是指下述狀態當以短切纖維束中含有的各增強纖維的排列方向的平均值作為該短切 纖維束中增強纖維的代表排列方向時，在短切纖維束集合體中各短切纖維束的各代表排列 方向在±10%以內的短切纖維束佔短切纖維束集合體中全部短切纖維束的90%以上的狀 態。 本發明的成型材料由含有多張片狀短切纖維束集合體層合的層合體構成時，優選 在各片狀短切纖維束集合體中各短切纖維束的增強纖維的排列方向相同，並且在層合體中 形成一層的片狀短切纖維束集合體的增強纖維的排列方向與形成另外一層的片狀短切纖 維束集合體的增強纖維的排列方向不同。 通常，在垂直於負荷方向的方向(厚度方向)上裂縫連結時導致纖維增強塑料破 壞。通過用層合體形成成型材料使裂縫難以貫穿厚度方向，可以得到高強度的纖維增強塑 料。即，在形成成型材料的層合體中，當將兩個層製成增強纖維的排列方向不同時，由於容 易產生裂縫的方向不同，所以裂縫不易貫穿層。優選具有不同排列方向的增強纖維的兩個 層為相鄰的兩個層。 所述本發明的成型材料例如可以如下製造將多個本發明的短切纖維束以片狀 散布在基體上，使各短切纖維束的增強纖維的排列方向相同，形成由短切纖維束的集合體 構成的層，將多個本發明的短切纖維束以片狀散布在上述所形成的層上，使所述增強纖維 的排列方向與在第一次形成的層中短切纖維束的增強纖維的排列方向不同，並且在各短切 纖維束中增強纖維的排列方向的排列方向相同。作為層合結構，由於[+45/(V-45/90]s或
s的準各向同性的層合可以使所得層合體(成型材料)物性作為整體為均等，並且 可以抑制所得層合體(成型材料)產生翹曲，所以優選。 另一方面，圖9的成型材料91由集合體構成，其中本發明的多個短切纖維束CFB 以各增強纖維的排列方向是隨機的狀態位於所述集合體中。多個短切纖維束CFB互相部分 重疊，但沒有形成明確的層結構。與製造控制短切纖維束的增強纖維的排列方向且具有層 結構的成型材料的情況相比，該成型材料91可以廉價製造，並且可以說是各向同性且容易 設計的成型材料。 作為本發明的成型材料的其他形態有注射成型用顆粒，所述顆粒將多個本發明的 短切纖維束和熱塑性樹脂混煉並連續地擠壓成型為棒狀，將成型所得連續的棒狀物在其長 度方向上以規定間隔進行切斷而得到。現有注射成型用顆粒如下製造在與增強纖維的排 列方向垂直的方向上使用旋轉切斷機等切斷連續增強纖維束製成短切纖維束，將得到的短 切纖維束與熱塑性樹脂一起在擠壓機內混煉，連續地擠壓成型為棒狀，將成型所得連續的 棒狀物在其長度方向上以規定的間隔切斷。本發明的短切纖維束由於各增強纖維的端部相 互偏離地配置於增強纖維的排列方向上，所以與熱塑性樹脂那樣高粘度樹脂混煉時增強纖 維彼此間容易分離，可以得到凝集少分散性優異的成型材料。 在本發明的成型材料中，可以將由多個本發明的短切纖維束構成的短切纖維束集 合體賦型為三維形狀，使在橫截面形狀中至少具有一個彎曲部。使用具有三維形狀的本發 明的成型材料成型同樣具有三維形狀的纖維增強塑料時，成型時不必使短切纖維束明顯流 動，防止由於流動導致的增強纖維排列的起伏現象和偏差，結果可以得到具有高穩定性的纖維增強塑料。 例如可以如下製造具有三維形狀的本發明的成型材料。將多個本發明的短切纖維 束以片狀散布在成型基體上進行一體化，將一體化後的片材賦型為三維形狀的成型材料制 造方法。以及下述成型材料製造方法將多個本發明的短切纖維束散布在具有三維形狀的 成型基體上，並使其通過狹縫狀噴嘴使各短切纖維束的增強纖維的排列方向相同，形成由
增強纖維排列方向相同的短切纖維束集合體構成的層，在形成的層上以與該形成的層中短 切纖維束的增強纖維的排列方向不同的增強纖維的排列方向，並且各短切纖維束的增強纖 維的排列方向相同的方式片狀散布多個本發明的短切纖維束。 圖10為用於說明具有三維形狀的本發明成型材料製造方法的一例的斜視簡圖。 在圖10中具有三維形狀的本發明成型材料的製造裝置包括巻曲有連續增強纖維束101的 多根銅管102 (圖10圖示了 6根銅管)；連續增強纖維的導輥103和104 ;輥刀105，所述輥 刀105從銅管102中拉出連續增強纖維，以一定間隔並且在與連續增強纖維的長度方向傾 斜的方向上切斷連續增強纖維；集束劑賦予裝置106，所述集束劑賦予裝置106將集束劑賦 予在由切斷連續增強纖維所得的短切纖維束上；設置於集束劑賦予裝置106的側部的集束 劑供給口 107 ;將賦予了集束劑的短切纖維束的增強纖維的排列方向控制在固定方向的狹 縫狀噴嘴108 ;由具有三維形狀的賦型模構成的成型基體109和機器人手臂110。
輥刀105安裝於集束劑賦予裝置106的上部。集束劑賦予裝置106在其上部具有 接受切斷所得短切纖維束的短切纖維束導入口 ；在其下部具有排出賦予了集束劑的短切纖 維束的短切纖維束排出口 。狹縫狀噴嘴108在其上部具有接受從短切纖維束排出口排出的 短切纖維束的短切纖維束導入口 ；在其下部具有排出短切纖維束的短切纖維束排出口，所 述短切纖維束的增強纖維的排列方向被控制在固定方向。狹縫狀噴嘴108安裝於集束劑賦 予裝置106的下部。機器人手臂110的前端被結合於集束劑賦予裝置106的側部。機器人 手臂110的前端通過機器人手臂操作裝置(沒有圖示)相對於成型基體109可以自由移動。
在圖10中利用輥刀105的輥的旋轉從銅管102拉出的連續增強纖維束101通過 導輥103和104被導入輥刀105，在該位置被切斷形成本發明的短切纖維束。通過切斷而得 到的短切纖維束被導入集束劑賦予裝置106。在集束劑賦予裝置106的內部，由集束劑供給 口 107供給的粉狀集束劑被賦予短切纖維束。賦予了集束劑的短切纖維束被導入狹縫狀噴 嘴108中。隨著短切纖維束在狹縫狀噴嘴108的內部移動，排列短切纖維束使增強纖維的 排列方向為固定方向。排列的短切纖維束從狹縫狀噴嘴108中排出，實質地維持短切纖維 束的排列狀態而落下，到達成型基體109的表面。 短切纖維束到達成型基體109表面的位置通過機器人手臂110的操作而依次改 變，在成型基體109上形成附著有粉狀集束劑的短切纖維束層。加熱在成型基體109上形 成的短切纖維束層來熔融其中含有的粉狀集束劑，通過熔融的集束劑進行短切纖維束彼此 間的一體化，製造具有三維形狀的本發明的成型材料。 本發明的纖維增強塑料由本發明短切纖維束的集合體和基質樹脂構成。因此，在 本發明的纖維增強塑料中的短切纖維束中，構成短切纖維束的增強纖維的纖維長度為5至 lOOmm，沿著增強纖維的排列方向，從短切纖維束兩端朝向短切纖維束長度方向的中央部具 有過渡區間，在所述過渡區間中短切纖維束橫截面中的增強纖維的根數增加，在整個短切 纖維束區域短切纖維束橫截面中的增強纖維總截面積的變化量是每lmm為0. 05mm2以下。
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由於纖維增強塑料中的短切纖維束具有從其中央部至端部增強纖維的根數減少 的形態，所以在纖維增強塑料中，短切纖維束所承受的負荷可以逐漸被傳遞至周圍短切纖 維束，可以有效減少應力集中。特別是在整個短切纖維束區域，以增強纖維總截面積的變化 量為每lmm為0. 05mm2以下，顯著提高應力傳遞效率。優選該變化量為0. 04mm2以下。為了 使應力集中的影響最小化，該變化量可以為0. 025mm2以下。增強纖維(單絲)的直徑為5 至lOiim左右的碳纖維時，在整個短切纖維束區域，增強纖維總根數的變化量可以是每lmm 為1，400根以下。較優選該總根數的變化量為l，OOO根以下。為了使應力集中的影響最小 化，該總根數的變化量可以為600根以下。 圖12為由現有短切纖維束集合體和基質樹脂構成的現有纖維增強塑料的一例的 橫截面圖。在圖12中表示在厚度方向(圖12中的上下方向(垂直方向))切斷現有纖維 增強塑料121所得的橫截面122。觀察橫截面122時，可知在現有短切纖維束124的端部 125中，多根增強纖維123的端部在橫截面122的上下方向(垂直方向)上存在於實質上相 同的位置，所述現有短切纖維束124在與橫截面122的左右方向(水平方向)略平行地排 列有多根增強纖維123。 S卩，在短切纖維束124的端部125中，多根增強纖維123的端部集 中於一個部位，並且在其長度方向上位置沒有偏離，可知短切纖維束124的端部125挺立於 橫截面122的上下方向(垂直方向)。 在圖12所示現有纖維增強塑料121的橫截面122中，當在橫截面122的左右方向 (水平方向)上施加負荷時引起應力集中，有時即使施加低負荷也破壞纖維增強塑料121。 另外，因為由排列於與橫截面122的左右方向(水平方向)略平行的方向上的多根增強纖 維123構成的短切纖維束124的端部125具有上述幾何形狀，所以成型纖維增強塑料121 時在其厚度方向(橫截面122的上下方向(垂直方向))上，容易產生現有短切纖維束124 起伏現象。產生的短切纖維束124起伏現象導致成型的纖維增強塑料121的彈性模量或強 度降低。進而，在短切纖維束124的端部125的外側，與端部125連接，容易產生基質樹脂 的樹脂蓄積126。產生的樹脂蓄積126不僅成為由熱應力所引起的裂縫的發生源，而且也成 為空隙的發生源。 圖11為由本發明的短切纖維束的集合體和基質樹脂構成的本發明纖維增強塑料 的一例的橫截面圖。在圖ll中表示在厚度方向(圖ll中的上下方向(垂直方向))切斷 本發明的纖維增強塑料111所得的橫截面112。觀察橫截面112時可知，在與橫截面112的 左右方向(水平方向)略平行地排列有多根增強纖維113的本發明的短切纖維束114的增 強纖維113的根數，從短切纖維束114的中央部朝向端部115連續減少。
短切纖維束114的增強纖維113的根數從短切纖維束114的中央部朝向端部115 減少的狀態意味著，在圖11所示本發明的纖維增強塑料111的橫截面112中，在橫截面112 的左右方向(水平方向)上施加負荷時，相鄰短切纖維束114之間的負荷傳遞不是一下子 進行，而是逐漸進行並且難以產生應力集中。即，與現有纖維增強塑料121相比，在本發明 的纖維增強塑料111中負荷的傳遞效率提高。 另外，由於短切纖維束114的端部115變細，所以在纖維增強塑料111的厚度方向 上基本不產生短切纖維束114的起伏現象。通過這種狀態，使得纖維增強塑料111的彈性 模量或強度提高。進而，基本不產生在現有纖維增強塑料121中所見的樹脂蓄積。
現有纖維增強塑料121中含有的各短切纖維束124的各增強纖維123的纖維長度與本發明纖維增強塑料111中含有的各短切纖維束114的各增強纖維113的纖維長度相同 的情況下，由於與現有纖維增強塑料121中含有的各短切纖維束124的橫跨長度Ld(參照 圖6)相比，本發明纖維增強塑料111中含有的各短切纖維束114的橫跨長度Ld(參照圖1 至3)較長，所以纖維增強塑料中含有的各短切纖維束的平均厚度變小。結果，與現有纖維 增強塑料121相比，本發明纖維增強塑料111具有更優異的力學特性。
在本發明纖維增強塑料111的橫截面112中，優選在其厚度方向(圖11中的上下 方向(垂直方向))上至少堆積20個短切纖維束114。 在纖維增強塑料表面上隨機選取10個點，分別在各個點上通過觀察截面測定在 厚度方向上存在的短切纖維束的個數，將所得10個點的測定數的平均值作為短切纖維束 的堆積數。通常在纖維增強塑料中與它的整體大小相比其厚度較薄，並且纖維增強塑料中 含有的各短切纖維束的厚度與纖維增強塑料的厚度相比越薄則纖維增強塑料的強度越高。 特別是在纖維增強塑料的厚度方向上堆積20個以上的短切纖維束時，纖維增強塑料的強 度顯著提高。較優選短切纖維束的堆積數為30以上，為了實現強度差異小的穩定強度，更 優選短切纖維束的堆積數為40以上。 在本發明纖維增強塑料的橫截面中，優選其中存在的各短切纖維束的平均厚度為 100 iim以下。 在纖維增強塑料表面隨機選取10個點，分別在各個點上通過觀察截面測定在厚
度方向上存在的短切纖維束的個數和各短切纖維束的厚度，用所得各厚度的總和除以短切
纖維束的數量，將所得10個點的值的平均值作為短切纖維束的平均厚度。 纖維增強塑料中短切纖維束的厚度薄的較好，優選為lOOym以下。為了實現強度
差異小的穩定強度，較優選短切纖維束的厚度為50ym以下。 有時僅通過簡單地切斷連續增強纖維束難以製造厚度為50 m以下的短切纖維 束。在成型材料中作為使短切纖維束的厚度為50iim以下的方法有下述方法由多個短切 纖維束加壓成型成型材料時，在比模面積狹窄的範圍內將多個短切纖維束較厚地置於成型 模上，使短切纖維束的投料配比較低，邊加壓邊將各短切纖維束開纖，從而成型成型材料。 需要說明的是，所謂投料配比是指從上面觀察模時，加壓開始前成型材料(成型材料的原 材料)所佔的面積相對於模面積的比例。相同的方法還可以用於由成型材料或多個短切纖 維束成型纖維增強塑料。 作為另一個使短切纖維束的厚度為50ym以下的方法有由連續增強纖維束製造 短切纖維束時，將連續增強纖維束開纖後再進行切斷的方法。連續增強纖維束的開纖例如 可以通過使行進的連續增強纖維束與輥接觸、振動賦予或鼓風而進行。 本發明的纖維增強塑料由多層的層合體構成，其中各層由增強纖維和基質樹脂構 成時，優選多層中至少有兩層由多個本發明的短切纖維束所形成的集合體形成，分別在該 兩層中各短切纖維束含有的增強纖維的排列方向彼此相同，並且該兩層增強纖維的排列方 向互相不同。 上述纖維增強塑料通過調整由短切纖維束的集合體構成的各層短切纖維束中含 有的增強纖維的排列方向，可以容易地設計來得到期待的力學特性，所以與增強纖維的排 列方向隨機的纖維增強塑料相比力學特性差異小。另外，在所述纖維增強塑料中，由於在由 短切纖維束的集合體構成的兩層之間，容易產生裂縫的方向不同，所以抑制裂縫向相鄰的層傳播，在纖維增強塑料中可以實現高強度。較優選相鄰的層均由短切纖維束的集合體構 成。 本發明的纖維增強塑料如下製造，例如將本發明的成型材料在小於成型模的模槽 的投影面積並且比模槽厚度厚的狀態下置於模槽內，通過夾緊成型模對成型材料加壓來拉 伸成型材料，最終將成型材料填充在模槽內，成型結束後從成型模中取出成型體。另外，本 發明的纖維增強塑料還可以通過將本發明的成型材料配置於密閉成型模的模槽內，注入基 質樹脂使基質樹脂含浸在成型材料中而製造。 本發明的成型材料或本發明的纖維增強塑料優選用於製造要求強度、剛性和輕質 性的如自行車用品、高爾夫球桿或高爾夫球頭等體育用品構件，航空器內飾材料，汽車構件 如門或片材框架(sheetframe)等以及機器人手臂等機械部件。其中，較優選用於製造除了 要求強度和輕質之外，還要求成型時相對複雜形狀的成型追隨性的片材面板或片材框架等 汽車部件。 接下來，說明本發明的若干實施例。本發明不限定於所述實施例。 實施例中纖維增強塑料的拉伸強度的測定方法在實施例中從得到的平板狀
纖維增強塑料中切割長度250±lmm且寬度25±0. 2mm的拉伸強度試驗片。按照JIS
K-7073(1998)規定的試驗方法，設定標點間距離為150mm，在十字頭速度2. Omm/分鐘下，
測定所得試驗片的拉伸強度。作為拉伸強度試驗機使用Instron(註冊商標)萬能試驗機
4208型。供應於測定的試驗片的數量為5張，將各測定值的平均值作為纖維增強塑料的拉
伸強度。 實施例1 作為連續增強纖維束，使用由多根實質上無捻未上漿的碳纖維構成的連續增強纖 維束。增強纖維(單絲)的直徑為7ym，增強纖維的根數為12，000，增強纖維束的拉伸強 度為5. OGPa及增強纖維束的拉伸彈性模量為240GPa。將連續增強纖維束連續地浸漬於上 漿劑母液中，為連續增強纖維束賦予上漿劑使樹脂成分為2.0質量％，在所述上漿劑母液 中用精製水稀釋反應性聚氨酯樹脂乳液(第一工業製藥(株)制、Superflex-R5000)。在 乾燥張力(dry tension)600g/dtex下，用150°C的熱輥和200°C的乾燥爐乾燥賦予了上漿 劑的連續增強纖維束，除去水分。上漿劑附著量為1.2質量％。 準備在圓周方向以5mm間隔設置有刀口的旋轉切斷機。將賦予了上漿劑的連續增 強纖維束以相對於旋轉切斷機刀口為12°的角度連續插入旋轉切斷機中製造短切纖維束。 所得短切纖維束具有圖3所示短切纖維束CFB3的形態，即沒有不變區間而具有兩個過渡區 間13a和13b。在短切纖維束CFB3兩前端部中邊15a和邊16a形成的角度、以及邊15b和 邊16b形成的角度分別為12°角度。各增強纖維ll的纖維長度Lf為25mm，雖然在相同短 切纖維束內存在3%左右的差異。在各過渡區間13a或13b中增強纖維11的增加根數在 增強纖維11的排列方向上為每lmm為500根±100根。在各過渡區間13a或13b中多根 增強纖維11的總截面積的變化量在沿著增強纖維11的排列方向上為每lmm為0. 016至 0. 023mm2。 在增強纖維11的排列方向上在3區間隨機設定lmm的區間，在各區間中測定區間 始點和終點的增強纖維根數，求出它們的差值並將其值作為該區間中增強纖維11根數的 變化量，將3區間中變化量的平均值作為在短切纖維束CFB3的過渡區間13a和13b中在增強纖維排列方向上每1mm的增強纖維根數的變化量。多根增強纖維11的總截面積通過用 所得增強纖維根數的變化量乘以增強纖維(單絲)11的橫截面積3. 85X 10—5mm2而求得。
使用100重量份作為基質樹脂的乙烯基酯樹脂(陶氏化學(株)制、Derakane 790)、l重量份作為固化劑的過苯甲酸叔丁酯(日本油脂(株)制、Perbutyl Z)、2重量份 作為內部脫模劑的硬脂酸鋅(堺化學工業(株)制、SZ-2000)和4重量份作為增稠劑的氧 化鎂(協和化學工業(株)制、Mg(W40)，將它們充分混合併攪拌得到樹脂糊。使用刮刀將 得到的樹脂糊(基質樹脂)分別塗布於聚丙烯制的2張脫模膜上，製作2張樹脂片材。在 得到的一張樹脂片材的基質樹脂表面上，從其上方，均勻落下使多個上述短切纖維束CFB3 進行散布，使每單位面積的重量為725g/m2。在所得散布有短切纖維束的樹脂片材的散布有 短切纖維束的表面上，將預先準備的另一張樹脂片材以基質樹脂表面為內側進行層合製作 SMC片材。使SMC片材中增強纖維的體積含量為40% 。通過將得到的SMC片材於4(TC下靜 置24小時使基質樹脂充分增稠，得到由SMC片材構成的圖9所示的成型材料91。
從該成型材料(SMC片材)91上切割4張大小250X250mm的片材，重疊4層後將 其配置於具有300X300mm大小模槽的平板模上的大約中央部。該配置的投料配比為70X。 之後，在6MPa加壓下在150°C X5分鐘的條件下，利用加熱型加壓成型機固化基質樹脂，得 到300X300mm大小的平板狀纖維增強塑料。 在所使用模的模槽內填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料 的良好流動性。僅通過將製造的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，即確認了纖維增 強塑料與試驗臺的平坦表面的整個表面接觸，無翹曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，在於纖維增強塑料表面上隨機選取的10個點上， 通過截面觀察測定在厚度方向上存在了多少短切纖維束，求出io個點的數據的平均值結 果是32。由此，可知短切纖維束平均厚度為90iim左右。 從纖維增強塑料的拉伸試驗結果可知，拉伸彈性模量顯示出非常高的值33GPa，另
外拉伸強度顯示出高值330MPa。與下述比較例1相比力學特性提高，彈性模量提高35%以
上，強度提高2倍以上。另外，切割纖維增強塑料並觀察切割面時如圖ll所示，短切纖維
束從中央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變
薄，可見增強纖維根數減少的形態，並且由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高
彈性模量也提高的顯著效果。 實施例2 在切斷與實施例1相同的連續增強纖維束得到短切纖維束時，在旋轉切斷機圓周 方向上以12. 5mm間隔設置刀口，與刀口成30。角度插入連續增強纖維束。所得短切纖維束 為圖2所示形態的短切纖維束CFB2。短切纖維束CFB2端部的邊16a和16b具有與增強纖 維11的排列方向成30。角度的直線狀形態，增強纖維11的纖維長度Lf為25mm，雖然在相 同短切纖維束內存在2%左右的差異。從短切纖維束CFB2的端部至中央部在增強纖維11 的排列方向上有增強纖維根數增加的過渡區間13a和13b，在增強纖維的排列方向上增強 纖維根數在每lmm為1，300根士100根的範圍內增加。另外，在過渡區間13a和13b中多根 增強纖維11的總截面積的變化量在增強纖維的排列方向上為每lmm為0. 047至0. 054mm2。
使用由上所得的短切纖維束CFB2與實施例1同樣地操作，製作SMC片材(成型材 料)，並且與實施例1同樣地操作成型纖維增強塑料。在使用的模槽內填充有成型的纖維增
30強塑料，確認到在成型過程中成型材料的流動性良好。僅通過將製造的纖維增強塑料置於 試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料與試驗臺的平坦表面的整個表面接觸，到無翹 曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，在於纖維增強塑料表面隨機選取的10個點上通過 截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切纖維束(有多少增強纖維的排列方向不同的 短切纖維束橫穿厚度方向上)，求出10個點的數據的平均值結果是22。由此可知短切纖維 束的平均厚度為130iim左右。 接下來，與實施例1同樣地操作進行拉伸試驗。拉伸彈性模量高達29GPa，拉伸強
度也得到高達250MPa的值。與下述比較例1相比力學特性提高，彈性模量提高20%以上，
強度提高70%左右。另外，切割纖維增強塑料並觀察切割面時如圖ll所示，短切纖維束從
中央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄，
可見增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模
量也提高的顯著效果。 實施例3 作為連續增強纖維束，使用由多根附著有上漿劑的玻璃纖維構成的連續增強纖維 束(RS570M-521ZS、纖維單位面積重量570tex、日東紡公司制)。從銅管中通過橫向解舒從 而在無捻狀態下拉出該連續增強纖維束，與實施例l同樣地進行切斷得到短切纖維束。所 得短切纖維束為圖2所示形態的短切纖維束CFB2。短切纖維束CFB2的端部的邊16a和16b 具有與增強纖維11的排列方向成12°角度的直線狀形態，增強纖維11的纖維長度Lf為 25mm，雖然在相同短切纖維束內具有2%左右的差異。從短切纖維束CFB2的端部至中央部 有在增強纖維11的排列方向上增強纖維根數增加的過渡區間13a和13b，在增強纖維的排 列方向上增強纖維根數在每lmm為230根±40根的範圍內增加。另外，在過渡區間13a和 13b中多根增強纖維11的總截面積的變化量在增強纖維的排列方向上為每lmm為0. 015至 0.021mm2。多根增強纖維11的總截面積通過用所得增強纖維根數的變化量乘以增強纖維 (單絲)11的橫截面積7. 85X 10—5mm2而求得。 除了使短切纖維束的每單位面積的重量為1， 000g/m2之外，與實施例1同樣地操 作製作SMC片材(成型材料)，與實施例1同樣地操作成型纖維增強塑料。在使用的模槽內 填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良好。僅通過將製造 的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料在其整個面上與試驗臺的 平坦表面接觸，無翹曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，在於纖維增強塑料表面上隨機選取的10個點上， 通過截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切纖維束，求出io個點的數據的平均值結 果是29。由此可知短切纖維束的平均厚度為lOOym左右。 接下來，與實施例1同樣地操作進行拉伸試驗。拉伸彈性模量高達18GPa，拉伸強 度也得到300MPa的高值。與下述比較例4相比力學特性提高，彈性模量提高20%左右，強 度提高70%左右。另外，切割纖維增強塑料觀察切割面時，如圖ll所示短切纖維束從中央 部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄，可見 增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模量也 提高的顯著效果。
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實施例4 使用捏和機在環氧樹脂(日本環氧樹脂(株)制"Epikote(註冊商標)"828: 30重量份、"Epikote (註冊商標)"1001 :35重量份、"Epikote (註冊商標)"154 :35重量 份)中加熱/混煉5重量份熱塑性樹脂聚乙烯醇縮甲醛(東曹(株)制"Vinylec(註冊商 標)"K)，均勻溶解聚乙烯醇縮甲醛後，使用捏和機混煉3.5重量份固化劑雙氰胺(日本環 氧樹脂(株)制DICY7)和4重量份固化促進劑3-(3，4-二氯苯基)-l，l-二甲基脲(保土 谷化學工業(株)制DCMU99)，製備未固化的環氧樹脂組合物。使用逆輥塗布機將該環氧 樹脂組合物塗布於經過有機矽塗布處理的厚度100 ii m的脫模紙上，製作樹脂膜(基質樹脂 膜)。 然後，作為連續增強纖維束準備由多根碳纖維單向排列所得的碳纖維片材(增強 纖維片材)。增強纖維(單絲)的直徑為7 ii m，增強纖維的拉伸強度為5. 0GPa，並且增強纖 維的拉伸彈性模量為240GPa。在準備的增強纖維片材的各表面疊放所製作的樹脂膜，通過 加熱，加壓使樹脂含浸於增強纖維片材中製作預浸料坯片材。在所得預浸料坯片材中每單 位面積的增強纖維的重量為100g/tf，增強纖維的體積含有率Vf為50%，厚度為0. llmm。
使用自動切斷機在增強纖維的排列方向上以25mm間隔並且與增強纖維的排列方 向成12°角度以直線狀切斷所得的預浸料坯片材，製作被斜向裁斷的預浸料坯帶。接下來， 在增強纖維的排列方向上以5mm間隔在增強纖維的排列方向上切斷所製作的預浸料坯帶， 製作短切纖維束。 所得的短切纖維束的寬度Wb為5mm，厚度Tb為110 y m，增強纖維11的纖維長度 Lf為25mm。存在過渡區間13a和13b，在所述過渡區間13a和13b中在增強纖維的排列方 向上增強纖維根數從短切纖維束的端部至中央部增加；在增強纖維11的排列方向上增強 纖維11的增加根數為每lmm為290根±20根。另外，在過渡區間13a和13b中多根增強 纖維11的總截面積的變化量在增強纖維11的排列方向上為每lmm為0. 010至0. 012mm2。
將所得短切纖維束隨機散布在脫模膜上，使其單位面積重量為6， 000g/m2左右，進 而在其上面放上另一個脫模膜，從脫模膜上方輕輕擠壓，通過樹脂的粘合使多個短切纖維 束彼此間一體化得到成型材料。 從該成型材料中切割大小250mmX 250mm的片材，將所得片材置於具有大小 300X300mm模槽的平板模上的大約中央部。該配置的投料配比為70 % 。之後，在6MPa 加壓下在150°C X30分鐘的條件下，使用加熱型加壓成型機固化基質樹脂，得到大小 300X300mm的平板狀纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良 好。僅通過將製造的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料與試驗 臺的平坦表面的整個表面接觸，無翹曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，通過截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切 纖維束，求出10個點的數據的平均值結果是41。由此，可知短切纖維束的平均厚度為70ym左右。 由纖維增強塑料拉伸試驗的結果可知，拉伸彈性模量為非常高的值41GPa，另外拉 伸強度為高的值400MPa。與下述比較例5相比力學特性提高，彈性模量提高40%以上，強 度提高2.5倍以上。另外，當切割纖維增強塑料觀察切割面時如圖ll所示，短切纖維束從中央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄， 可見增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模 量也提高的顯著效果。另外，與實施例1相比強度提高，推測其原因是由於樹脂為高韌性所 以抑制裂縫彼此間的連接。
實施例5 在20(TC下加熱並加壓共聚聚醯胺樹脂(東麗制"Amilan"(註冊商標)CM4000、聚 醯胺6/66/610共聚物、熔點155°C )的顆粒，加工成28 y m厚度的膜狀，製造2張熱塑性樹 脂片材。 然後，作為連續增強纖維束準備由多根碳纖維單向排列所得的碳纖維片材(增強 纖維片材)。增強纖維(單絲)的直徑為7 ii m，拉伸強度為5. 0GPa，並且拉伸彈性模量為 240GPa。在準備的增強纖維片材的各面疊放所製作的熱塑性樹脂片材，通過加熱 加壓使 樹脂含浸於增強纖維片材中，製作預浸料坯片材。在所得預浸料坯片材中每單位面積增強 纖維的重量為100g/tf，增強纖維體的體積含有率Vf為50%，厚度為0. llmm。
與實施例4同樣地操作切斷所得預浸料坯片材，製作短切纖維束。在所得短切纖 維束中，短切纖維束端部(圖2中的邊16a和16b)與增強纖維的排列方向所成的角度為 12° ，寬度Wb為5mm，厚度Tb為110iim，增強纖維11的纖維長度Lf為25mm。存在過渡區 間13a和13b，在所述過渡區間13a和13b，在增強纖維的排列方向上，增強纖維根數從短 切纖維束的端部至中央部增加；增強纖維11的增加根數在增強纖維11的排列方向上為每 lmm為290根±30根。另外，在過渡區間13a和13b中多根增強纖維11的總截面積的變化 量在增強纖維11的排列方向上為每lmm為0. 010至0. 012mm2。 將約370g所得短切纖維束隨機散布於具有300X300mm大小的模槽的平板模上。 之後在6MPa加壓下在20(TC X 1分鐘的條件下，通過加熱型加壓成型機使短切纖維束流動， 不打開模，冷卻後，脫模得到大小300X300mm的平板狀纖維增強塑料。
在使用的模槽內填充有纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良 好。僅通過將製造的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料與試驗 臺的平坦表面的整個表面接觸，無翹曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，通過截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切 纖維束，求出10個點的數據的平均值結果是39。由此可知短切纖維束的平均厚度為70ym左右。 由纖維增強塑料的拉伸試驗結果可知，拉伸彈性模量為非常高的值38GPa，並且拉
伸強度為高的值420MPa。另外切割纖維增強塑料觀察切割面時如圖ll所示，短切纖維束從
中央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄，
可見增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模
量也提高的顯著效果。 實施例6 進行將基質樹脂注入由短切纖維束的集合體構成的成型材料中得到纖維增強塑 料的真空輔助樹脂傳遞成型(Va-RTM)，所述短切纖維束的集合體由多個短切纖維束在各短 切纖維束中的增強纖維的排列方向相同的狀態下層合而得。 與實施例1同樣地操作製作短切纖維束。在使該短切纖維束在平板狀成型模上通過狹縫狀噴嘴由此使各短切纖維束中的增強纖維的排列方向相同的狀態下，將製作短切纖 維束的層狀集合體的工序將製作短切纖維束的層狀集合體的工序實施所期待的次數，在增 強纖維的排列方向不同狀態下製作層合體(成型材料)，所述層合體(成型材料)為在一個 短切纖維束的集合體內各短切纖維束的增強纖維的排列方向相同，但是在所層合的短切纖 維束的集合體之間增強纖維的排列方向不同的層合體(成型材料)。 製作層合體，使得在將短切纖維束的集合體層合所得的各層中增強纖維的排列方 向依次為[45/0/-45/90/-45/0/45]。僅將中央的9(T的厚度製成大約為其他層厚度的2 倍。 作為注入用樹脂(基質樹脂)使用液狀環氧樹脂，所述液狀環氧樹脂將70重量份 環氧樹脂的"Epikote807"(Yuka Shell Epoxy KK公司制)和30重量份"Epikote630"(Yuka Shell Epoxy KK公司制)以及43重量份胺固化劑的"Ancamine2049" (Pacific Anchor Chemical公司制)混合所得。注入開始時樹脂溫度為5(TC，粘度為50mPa s。
在成型模上設置由聚醯胺樹脂制管構成的注入口和減壓口 ，將包括成型材料在內 的整體用袋膜(bagging film)覆蓋進行密封。在注入口連接裝有基質樹脂的一次性杯子， 在減壓口連接真空泵，進行Va-RTM成型。基質樹脂注入結束後連模一起放入烘箱，加熱至 IO(TC，保持該狀態2小時固化基質樹脂，模冷卻後進行脫模得到沒有基質樹脂未含浸部的 纖維增強塑料。 由於是通過Va-RTM成型得到的單面型成型，所以雖然一面平坦但是在另一面凸
出增強纖維的起伏現象，形成厚度不均的纖維增強塑料。該纖維增強塑料沒有翹曲，其平均
厚度為2.8mm。通過截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切纖維束，求出IO個點的數
據的平均值結果是25。由此可知短切纖維束的平均厚度為llOym左右。 纖維增強塑料的拉伸試驗結果表明，拉伸彈性模量為非常高的值43GPa，另外拉伸
強度為高值410MPa。另外，切割纖維增強塑料觀察切割面時，如圖ll所示，短切纖維束從中
央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄，可
見增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模量
也提高的顯著效果。 實施例7 向與實施例1相同的連續增強纖維束施加振動進行開纖，將纖維束的寬度從最初 的5mm加寬至20mm。使用與實施例1相同的切斷方法切斷加寬所得的連續增強纖維束，使 增強纖維的纖維長度為25mm，連續增強纖維束的切斷方向與增強纖維的排列方向成具有 12°角度的直線，得到短切纖維束。所得短切纖維束具有圖1所示短切纖維束CFB1的形 態，即增強纖維的切斷邊16a和16b的長度較長的形態。所得短切纖維束CFB1在增強纖維 11的排列方向上具有從端部至中央部增強纖維根數增加的過渡區間13a和13b，並且在過 渡區間13a和13b中增強纖維11的增加根數在增強纖維11的排列方向上為每lmm為120 根±20根。在各過渡區間13a和13b中多根增強纖維11的總截面積的變化量在增強纖維 11的排列方向上為每lmm為0. 004至0. 005mm2。 使用所得的短切纖維束CFB1，與實施例1同樣地操作製作SMC片材，使用製作的 SMC片材與實施例1同樣地操作成型纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良好。僅通過將製造的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料 與試驗臺的平坦表面的整個表面接觸，無翹曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，通過截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切 纖維束，求出10個點的數據的平均值結果是90。由此可知短切纖維束的平均厚度為30ym 左右。可以推測由於短切纖維束CFB1的增強纖維的切斷邊16a和16b的長度較長，所以纖 維增強塑料成型時短切纖維束容易開纖，其結果在所得的纖維增強塑料中短切纖維束的厚 度變小。 根據纖維增強塑料拉伸試驗的結果表明，拉伸彈性模量為非常高的值39GPa，另外
拉伸強度為高值410MPa。與下述比較例1相比力學特性提高，彈性模量提高60%以上，強
度提高2.5倍以上。另外，切割纖維增強塑料觀察切割面時如圖ll所示，短切纖維束從中
央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄，可
見增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模量
也提高的顯著效果。 實施例8 在與實施例1相同的連續增強纖維束上，在20(TC下加熱並加壓與實施例5相同的 共聚聚醯胺樹脂的顆粒，將上述共聚聚醯胺樹脂作為基質樹脂含浸在連續增強纖維束中， 製作增強纖維的體積含有率Vf為50%的紗預浸料坯。使用與實施例1相同的切斷方法切 斷所得的紗預浸料坯，使增強纖維的纖維長度為25mm，增強纖維的切斷方向與增強纖維的 排列方向成12°角度的直線，得到短切纖維束。所得短切纖維束的寬度Wb為5. 5mm，厚度 Tb為170iim。所得的短切纖維束具有過渡區間13a和13b，在所述過渡區間13a和13b中 在增強纖維的取向方向上增強纖維根數從端部至中央部增加，在過渡區間13a和13b中增 強纖維11的增加根數在增強纖維的排列方向上為每lmm為460根±50根。在各過渡區間 13a和13b中多根增強纖維11的總截面積的變化量在增強纖維的排列方向上為每lmm為 0. 016至0. 020mm2。 使用所得的短切纖維束，與實施例5同樣地操作成型纖維增強塑料。
在使用的模槽內填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流 動性良好。僅通過將製造的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料 與試驗臺的平坦表面的整個表面接觸，無翹曲。 纖維增強塑料的厚度為2. 8mm，通過截面觀察測定在厚度方向上存在多少個短切 纖維束，求出10個點的數據的平均值結果是28。由此可知短切纖維束的平均厚度為100 iim 左右。根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果表明，拉伸彈性模量為非常高的值33GPa，另外拉 伸強度為高值380MPa。另外，切割纖維增強塑料觀察切割面時如圖ll所示，短切纖維束從 中央部朝向端部變薄，特別是與切割面並列行進的短切纖維束也從中央部朝向端部變薄， 可見增強纖維根數減少的狀態，由負荷傳遞效率提高可知，得到不僅拉伸強度提高彈性模 量也提高的顯著效果。
實施例9 與實施例1同樣地操作製作短切纖維束。將與實施例4相同的樹脂膜(基質樹脂 膜)置於平板狀成型模上，在所述樹脂膜表面上將製作的短切纖維束堆積為片狀，使得經 過狹縫狀的噴嘴的各短切纖維束的增強纖維的排列方向在±10°的範圍內。之後，將相同的樹脂膜置於堆積成片狀的短切纖維束上。使由下側樹脂片材、中間短切纖維束片材和上 側樹脂片材構成所得的層合片材通過溫度6(TC的砑光輥間，使基質樹脂含浸於短切纖維束 中，製作預浸料坯片材。在所得的預浸料坯片材中每單位面積的增強纖維重量為200g/m2， 增強纖維的體積含有率Vf為50% ，厚度為0. 22mm。 層合所得的預浸料坯片材形成[45/0/-45/90]的層合結構，得到大小250X250mm 的層合體。將該層合體置於具有大小300X300mm模槽的平板模上的大約中央部。該配置 的投料配比為70%。之後，在6MPa的加壓下在150°C X 5分鐘的條件下，使用加熱型加壓 成型機固化基質樹脂，得到大小300X300mm的平板狀纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良
好。僅通過將製造的纖維增強塑料置於試驗臺的平坦表面上，確認了纖維增強塑料與試驗
臺的平坦表面的整個表面接觸，無翹曲。纖維增強塑料的厚度為1.8mm。 根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果表明拉伸彈性模量為非常高的值41GPa，另外
拉伸強度為高值420MPa。強度差異CV值非常低為7%，推測是由於控制增強纖維的排列方
向層合短切纖維束片材，降低了纖維增強塑料的力學特性的差異。 實施例10 使用與實施例1相同的切斷方法切斷與實施例1相同的連續增強纖維束，使增強 纖維的纖維長度為25mm，連續增強纖維束的切斷方向與增強纖維的排列方向成12°角度 的直線，得到短切纖維束。使用熔融擠壓機((株)日本制鋼所制TEX30 a 、L/D = 31. 5、螺 杆旋轉數250rpm、溫度180至200°C )混煉所得的短切纖維束和與實施例5相同的共聚聚 醯胺樹脂(基質樹脂)顆粒並擠壓成棒狀，將得到的棒狀成型體切斷成顆粒狀，得到增強纖 維的體積含有率Vf為20%的顆粒。所得顆粒中重量平均纖維長度為0.5mm。將所得的顆 粒在溫度21(TC下注射成型，得到大小250X250mm的平板狀纖維增強塑料。
根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果表明，拉伸彈性模量為15GPa，拉伸強度為高值 220MPa。與下述比較例6相比力學特性提高，彈性模量提高20%以上，強度提高20%以上。 經推測，是由於在短切纖維束中各增強纖維的端部在增強纖維的排列方向上互相偏離，在 微粒化工序中增強纖維彼此間容易分離不易凝集，所以可以製造纖維長度較長的顆粒，其 結果即使在注射成型後仍可以保持較長的纖維長度，顯示纖維增強塑料的高力學特性。
比較例1 該比較例涉及SMC片材，所述SMC片材是由在與增強纖維的排列方向成90°角度 的方向上切斷連續增強纖維束所得的現有短切纖維束構成的。 切斷與實施例1相同的連續增強纖維束得到短切纖維束時，在旋轉切斷機的圓周 方向上以25mm的間隔設置刀口 ，與刀口成90°角度插入連續增強纖維束。所得的短切纖維 束的增強纖維的纖維長度為25mm，並且短切纖維束的端部為與短切纖維束的增強纖維的排 列方向成90°角度的直線狀形態。 使用該短切纖維束與實施例1同樣地操作製作SMC片材，使用製作的SMC片材與 實施例1同樣地操作成型纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流 動性良好。在製造的纖維增強塑料中無翹曲，其厚度為2. 8mm。 根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果表明，拉伸彈性模量為24GPa，拉伸強度為
36150MPa。另外，切割纖維增強塑料觀察切割面時如圖12所示，與切割面並列行進的短切纖 維束在端部與厚度方向(圖12中的上下方向(垂直方向))垂直地被切斷，在端部前端產 生樹脂蓄積126。在一些所述樹脂蓄積126中產生有空隙。
比較例2 該比較例涉及由與比較例1相比纖維長度較長、具有與實施例1同等水平的橫跨 長度Ld的短切纖維束構成的SMC片材。切斷與實施例1相同的連續增強纖維束得到短切 纖維束時，在旋轉切斷機的圓周方向上以50mm的間隔設置刀口，與刀口成90。角度插入連 續增強纖維束。在所得的短切纖維束中增強纖維的纖維長度為50mm，並且短切纖維束的端 部具有與短切纖維束的增強纖維的排列方向成90°角度的直線狀形態。
使用所述短切纖維束與實施例1同樣地操作製作SMC片材，使用製作的SMC片材 與實施例1同樣地操作成型纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流 動性良好。製造的纖維增強塑料中無翹曲，其厚度為2. 8mm。 根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果，拉伸彈性模量為26GPa，拉伸強度為160MPa， 顯示出與大致與比較例1同等的力學特性。可知在由現有短切纖維束構成的SMC片材中，
即使將纖維長度增長也基本無助於提高纖維增強塑料的力學特性。
比較例3 該比較例涉及由在與增強纖維的排列方向成45。角度的方向上切斷連續增強纖 維束所得的短切纖維束構成的SMC片材。 切斷與實施例1相同的連續增強纖維束得到短切纖維束時，在旋轉切斷機的圓周 方向以17. 7mm的間隔設置刀口，與刀口成45。角度插入連續增強纖維束。所得的短切纖維 束中增強纖維的纖維長度為25mm，並且短切纖維束的端部具有與短切纖維束的增強纖維的 排列方向成45。角度的直線狀形態。在增強纖維的排列方向上存在過渡區間，在所述過渡 區間增強纖維根數從短切纖維束的端部至中央部增加，增強纖維的增加根數在增強纖維的 排列方向上為每lmm為2， 400根±100根。另外，在過渡區間中多根增強纖維總截面積的 變化量在增強纖維的排列方向上為每lmm為0. 088至0. 096mm2。 使用所述短切纖維束與實施例1同樣地操作製作SMC片材，使用製作的SMC片材 成型纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良 好。製造的纖維增強塑料中無翹曲，其厚度為2.8mm。 根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果，拉伸彈性模量為25GPa，拉伸強度為200MPa。 與比較例1相比雖然強度高但未見顯著的提高。另外在彈性模量中基本未見提高。
比較例4 作為連續增強纖維束，使用與實施例3同樣地由多根附著有上漿劑的玻璃纖維構 成的連續增強纖維束(RS570M-521ZS、纖維單位面積重量570tex、日東紡公司制)。從銅管 中通過橫向解舒從而在加捻狀態下拉出該連續增強纖維束，與比較例1同樣地切斷得到短 切纖維束。在所得的短切纖維束中增強纖維的纖維長度為25mm，並且具有短切纖維束的端 部為與短切纖維束的增強纖維的排列方向成90°角度的直線狀的形態。
使用所述短切纖維束與實施例3同樣地操作製作SMC片材，使用製作的SMC片材與實施例3同樣地操作成型纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有成型的纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流 動性良好。在製造的纖維增強塑料中無翹曲，其厚度為2.8mm。另外，根據纖維增強塑料的 拉伸試驗結果，表明拉伸彈性模量為15GPa，拉伸強度為180MPa。
比較例5 與實施例4同樣地操作製作預浸料坯，使用自動切斷機在增強纖維的排列方向上 以25mm的間隔、在垂直於增強纖維的排列方向的方向(排列的增強纖維的寬度方向)上以 5mm的間隔切斷成直線狀，製作寬度5mm且厚度110 y m、增強纖維的纖維長度為25mm的短 切纖維束。所得的短切纖維束的增強纖維的纖維長度為25mm，並且具有短切纖維束的端部 與短切纖維束的增強纖維的排列方向成90°角度的直線狀形態。 使用所述短切纖維束與實施例4同樣地操作製作成型材料，使用製作的成型材料 與實施例4同樣地操作成型纖維增強塑料。 在使用的模槽內填充有纖維增強塑料，確認了在成型過程中成型材料的流動性良 好。在製造的纖維增強塑料中無翹曲，其厚度為2.8mm。 根據纖維增強塑料的拉伸試驗結果，拉伸彈性模量為29GPa，拉伸強度為150MPa。 另外，切割纖維增強塑料觀察切割面時如圖12所示，與切割面並列地行進短切纖維束在端 部與厚度方向(圖12中的上下方向(垂直方向))被垂直地切斷，在端部前端產生樹脂蓄 積126。在一些所述樹脂蓄積126中產生有空隙。
比較例6 使用與比較例1相同的短切纖維束與實施例10同樣地操作進行微粒化製作顆粒。 所得的顆粒中重量平均纖維長度為0. 3mm。使用所得的顆粒與實施例10同樣地操作進行注 射成型，成型平板狀纖維增強塑料。根據所得的纖維增強塑料的拉伸試驗結果，拉伸彈性模 量為12GPa，拉伸強度為180MPa。
產業上的可利用性 根據本發明提供短切纖維束及其製造方法，所述短切纖維束用作成型材料時具有
良好的流動性和成型追隨性，用作纖維增強塑料時顯示優異的力學特性。此外還提供使用
了本發明的短切纖維束的成型材料、纖維增強塑料以及它們的製造方法。 本發明的成型材料或本發明的纖維增強塑料優選用於製造要求強度、剛性和輕質
性如自行車用品、高爾夫球桿或高爾夫球頭等體育用品構件，航空器內飾材料，汽車構件如
門或片材框架等以及機器人手臂等機械部件。其中較優選用於製造除了強度和輕質之外，
還要求成型時對複雜形狀的成型追隨性的片材面板或片材框架等汽車部件。
權利要求
一種短切纖維束，(a)是由單向排列的多根增強纖維和集束所述多根增強纖維的集束劑構成的短切纖維束，(b)所述增強纖維的纖維長度為5至100mm，(c)所述短切纖維束具有第1過渡區間和第2過渡區間，在所述第1過渡區間中從所述增強纖維的排列方向上的一個前端的第1前端朝向另一個前端的第2前端，在垂直於所述增強纖維排列方向的方向上的纖維束橫截面中所述增強纖維的根數增加，在所述第2過渡區間中從所述第2前端朝向所述第1前端，在所述纖維束橫截面中所述增強纖維的根數增加，(d)在所述第1過渡區間和所述第2過渡區間之間，沿著所述增強纖維的排列方向進一步具有所述纖維束橫截面中的所述增強纖維的根數不變的不變區間，其中，所述不變區間的一個端面與所述第1過渡區間的第1終端面一致，所述第1終端面位於所述第1過渡區間的與所述第1前端相反一側的終端；同時所述不變區間的另一個端面與所述第2過渡區間的第2終端面一致，所述第2終端面位於所述第2過渡區間的與所述第2前端相反一側的終端；或者所述第1終端面與所述第2終端面直接一致，並且(e)在所述第1前端和所述第2前端之間，在所述纖維束橫截面中所述增強纖維總截面積的變化量在所述增強纖維的排列方向上為每1mm為0.05mm2以下。
2. 如權利要求1所述的短切纖維束，其中，所述增強纖維總截面積的最大值為0. 1mm2 以上。
3. 如權利要求l所述的短切纖維束，其中，所述增強纖維總截面積的最大值小於 0. lmm2，在所述第1前端和所述第2前端之間，在所述纖維束橫截面中所述增強纖維根數的 變化量在所述增強纖維的排列方向上為每1mm為所述增強纖維最大根數的30%以下。
4. 如權利要求1所述的短切纖維束，其中，所述增強纖維的各纖維長度相同。
5. 如權利要求1所述的短切纖維束，其中，所述增強纖維為碳纖維，所述碳纖維的根數 為1， 000至700， OOO，在所述第1前端和所述第2前端之間，在所述纖維束橫截面中所述碳 纖維根數的變化量在所述碳纖維的排列方向上為每1mm為1， 400根以下。
6. 如權利要求1所述的短切纖維束，其中，在描繪所述短切纖維束的垂直於所述增強 纖維的排列方向的方向上的寬度為最大狀態的平面圖中，將所述最大寬度記作Wb，在所述最大寬度的位置處的所述纖維束的橫截面中，將垂直於所述平面圖的方向上的所述短切纖 維束的最大厚度記作Tb，比率Wb/Tb的值為20至400。
7. 如權利要求1所述的短切纖維束，在描繪所述短切纖維束的垂直於所述增強纖維的 排列方向的方向上的寬度為最大狀態的平面圖中，在所述第1過渡區間及所述第2過渡區 間兩個過渡區間的外部輪廓中從所述前端朝向所述終端的一個方向的邊是由沿所述增強 纖維的排列方向的直線狀線段形成的，另一個方向的邊是由與所述增強纖維的排列方向成 2至30°角度的傾斜直線狀線段形成的。
8. 如權利要求1所述的短切纖維束，所述集束劑為製造增強纖維束時使用的上漿劑， 所述上漿劑對所述短切纖維束的附著量為0. 1至10質量％。
9. 如權利要求1所述的短切纖維束，所述集束劑為製造含有增強纖維的樹脂成型體時 使用的基質樹脂，所述基質樹脂對所述短切纖維束的附著量為20至75質量％。
10. —種成型材料，是由短切纖維束集合體構成的，所述短切纖維束集合體是由多個權 利要求1所述的短切纖維束通過所述短切纖維束的集束劑及/或通過在相鄰短切纖維束中 所述增強纖維彼此間的纏繞而接合併一體化所形成的一層或多層構成的。
11. 如權利要求io所述的成型材料，其中，所述集束劑為製造含有增強纖維的樹脂成 型體時使用的基質樹脂，所述基質樹脂對所述短切纖維束的附著量為20至75質量％ ，並且 所述短切纖維束集合體為片狀。
12. 如權利要求11所述的成型材料，其中，在所述片狀短切纖維束集合體中各短切纖 維束內所述增強纖維的排列方向分別相同。
13. 如權利要求12所述的成型材料，其中，所述短切纖維束集合體由層合體構成，所述層合體含有多張所述片狀短切纖維束集合體的層合，在所述層合體中，在所述片狀短切纖 維束集合體的一層內所述增強纖維的排列方向與形成另一層的所述片狀短切纖維束集合 體中的所述增強纖維的排列方向不同。
14. 如權利要求IO所述的成型材料，其中，所述短切纖維束集合體中的各短切纖維束 的所述增強纖維的排列方向是隨機的。
15. 如權利要求IO所述的成型材料，其中，所述短切纖維束的集合體具有三維形狀，在橫截面形狀中至少具有一個彎曲部。
16. —種成型材料，由注射成型用顆粒構成，所述顆粒由多個權利要求1所述的短切纖 維束和熱塑性樹脂的混合物形成。
17. —種纖維增強塑料，由多個權利要求1所述的短切纖維束構成的短切纖維束集合 體和與所述短切纖維束集合體一體化的基質樹脂構成。
18. 如權利要求17所述的纖維增強塑料，在所述纖維增強塑料的厚度方向的截面中， 至少20個所述短切纖維束堆積在所述厚度方向上。
19. 一種短切纖維束製造方法，包括下述(a)和(b)工序(a) 連續增強纖維束供給工序，用於供給由單向排列的多根連續增強纖維和集束所述 增強纖維的集束劑構成的連續增強纖維束，及(b) 連續增強纖維束切斷工序，用於在所述連續增強纖維束的長度方向上以固定間隔 切斷由所述連續增強纖維束供給工序供給的連續增強纖維束形成短切纖維束，在所述短切纖維束製造方法中，(c) 在所述連續增強纖維束切斷工序中切斷所述連續增強纖維束，使在所述連續增強 纖維束切斷工序中形成的各短切纖維束成為權利要求1所述的短切纖維束。
20. 如權利要求19所述的短切纖維束製造方法，其中，所述連續增強纖維束供給工序 包括開纖所述連續增強纖維束的開纖工序，使在所述連續增強纖維束的橫截面中所述多根 增強纖維的排列狀態成為扁平。
21. 如權利要求19所述的短切纖維束製造方法，其中，所述集束劑為製造所述連續 增強纖維束時使用的上漿劑，所述上漿劑對所述連續增強纖維束的附著量為0. 1至10質
22.如權利要求19所述的短切纖維束製造方法，其中，所述集束劑為製造含有增強纖 維的樹脂成型體時使用的基質樹脂，所述基質樹脂對所述連續增強纖維束的附著量為20 至75質量％。
23. —種短切纖維束製造方法，包括下述(a)、 (b)和(c)工序:(a) 連續增強纖維片材供給工序，用於供給連續增強纖維片材，所述連續增強纖維片材 是由多根連續增強纖維束並列排列而形成的，所述續增強纖維束由單向排列的多根連續增 強纖維構成，(b) 預浸料坯片材形成工序，用於將由所述連續增強纖維片材供給工序供給的所述連 續增強纖維片材置於由製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用的基質樹脂形成的樹脂片 材上，將所述增強纖維和所述基質樹脂一體化，形成預浸料坯片材，及(c) 預浸料坯片材切斷工序，用於在所述增強纖維的排列方向上以固定間隔切斷在所 述預浸料坯片材形成工序中形成的預浸料坯片材，或者在所述增強纖維的排列方向及在垂 直於所述增強纖維的排列方向的方向上以固定間隔切斷在所述預浸料坯片材形成工序中 形成的預浸料坯片材，形成短切纖維束，在所述短切纖維束製造方法中，(d) 在所述預浸料坯片材切斷工序中切斷所述預浸料坯片材，使在所述預浸料坯片材 切斷工序中形成的各短切纖維束成為權利要求1所述的短切纖維束。
24. 如權利要求23所述的短切纖維束製造方法，其中，在所述預浸料坯片材形成工序 中，在載有所述連續增強纖維片材的所述樹脂片材上，載置由製造含有增強纖維的樹脂成 型體時使用的基質樹脂形成的另一個樹脂片材，將所述增強纖維和所述基質樹脂一體化， 並且調整所述基質樹脂的量使在所得短切纖維束中所述基質樹脂的附著量為20至75質 量％ ，在此狀態下形成預浸料坯片材。
25. —種成型材料製造方法，包括(a) 短切纖維束散布工序，用於將多個權利要求1所述的短切纖維束散布於成型基體 上，使所述多個短切纖維束為單層或多層堆積，及(b) 短切纖維束集合體形成工序，用於將散布於所述成型基體上的多個短切纖維束通 過相互接合進行一體化，形成由短切纖維束集合體構成的成型材料。
26. 如權利要求25所述的成型材料製造方法，其中，在所述短切纖維束散布工序中，所 述成型基體具有平坦面，將所述短切纖維束散布於所述平坦面上，使在所述平坦面上所述 多個短切纖維束的各增強纖維的排列方向相同，並且在所述平坦面上形成由所述多個短切 纖維束構成的短切纖維束片材；在所述短切纖維束集合體形成工序中，形成由短切纖維束 片材構成的成型材料，所述短切纖維束片材由上述多個短切纖維束形成。
27. 如權利要求26所述的成型材料製造方法，其中，形成所述短切纖維束片材後，進一 步將所述短切纖維束散布於所述形成的短切纖維束片材上，使得在所述形成的短切纖維束 片材上形成由多個短切纖維束構成的另一個短切纖維束片材，在所述形成的短切纖維束片 材之上的所述多個短切纖維束的各增強纖維的排列方向相同，並且與在所述形成的短切纖 維束片材之內的短切纖維束的增強纖維的排列方向不同，從而形成由短切纖維束片材的層 合體構成的成型材料。
28. 如權利要求25所述的成型材料製造方法，其中，將所述短切纖維束散布於所述成 型基體上，使在所述成型基體上所述多個短切纖維束的各增強纖維的排列方向是隨機的。
29. 如權利要求25所述的成型材料製造方法，其中，所述成型基體為基質樹脂形成的 樹脂片材，所述基質樹脂為製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用的基質樹脂。
30. 如權利要求25所述的成型材料製造方法，其中，所述短切纖維束散布工序包括(a) 第l層形成工序，其中，所述成型基體具有三維形狀表面，將所述短切纖維束散布 於所述三維形狀表面上，使在所述三維形狀表面上所述多個短切纖維束的各增強纖維的排 列方向相同，形成由多個短切纖維束構成的第1短切纖維束層，及(b) 第2層形成工序，其中，將所述短切纖維束散布於所述第1短切纖維束層之上形成 由多個短切纖維束構成的第2短切纖維束層，使在所述第1層形成工序中形成的所述第1 短切纖維束層之上所述多個短切纖維束的各增強纖維的排列方向相同，並且與在所述第1 短切纖維束層內短切纖維束的增強纖維的排列方向不同。
31. —種成型材料製造方法，包括(a) 短切纖維束散布工序，用於將多個權利要求l所述的短切纖維束散布於由第l樹脂 片材構成的成型基體上，所述第1樹脂片材是利用製造含有增強纖維的樹脂成型體時使用 的基質樹脂形成的，(b) 樹脂片材層合工序，用於將由所述基質樹脂構成的第2樹脂片材層合於所述第l樹 脂片材的所述多個短切纖維束上，所述第1樹脂片材具有在所述短切纖維束散布工序中得 到的所述多個短切纖維束，及(c) 短切纖維束集合體形成工序，通過加壓及/或加熱由在所述樹脂片材層合工序中 所得的所述多個短切纖維束和所述第1及第2樹脂片材構成的層合體，將所述多個短切纖 維束和所述第1及第2樹脂片材一體化，形成短切纖維束集合體。
32. —種成型材料製造方法，包括將多個權利要求1所述的短切纖維束和熱塑性樹脂 混煉，來準備短切纖維束和熱塑性樹脂的混煉物的混煉工序；和將在所述混煉工序準備的 混煉物連續擠壓成棒狀或片狀，成型棒狀或片狀的連續成型物的成型工序；和在其長度方 向上設置間隔地切斷在所述成型工序得到的連續成型物，形成注射成型用顆粒的制丸工 序。
33. —種纖維增強塑料製造方法，將面積小於成型模模槽的投影面積且厚度比所述模 槽厚度厚的權利要求11所述的一張或多張成型材料，配置於所述模槽內，夾緊所述成型 模，通過加壓所述成型材料或者通過加壓及加熱成型材料來拉伸所述成型材料，使所述成 型材料填充於所述模槽內，在所述模槽內纖維增強塑料的成型結束後，從所述模槽中取出 成型的纖維增強塑料。
全文摘要
本發明提供一種短切纖維束、成型材料、纖維增強塑料、以及它們的製造方法。本發明的短切纖維束為多根增強纖維單向排列的短切纖維束，各增強纖維的纖維長度在5至100mm範圍內。所述短切纖維束具有過渡區間，在所述過渡區間以短切纖維束的增強纖維的排列方向的兩端部作為開始點朝向短切纖維束的中央部在增強纖維的排列方向上增強纖維的根數增加。在短切纖維束的整個長度方向上多根增強纖維總截面積的變化量在增強纖維的排列方向上為每1mm為0.05mm2以下。
文檔編號B29K105/20GK101711230SQ200880018698
公開日2010年5月19日 申請日期2008年4月23日 優先權日2007年6月4日
發明者佐藤成道, 和田原英鋪, 武田一朗 申請人:東麗株式會社