無序氈和纖維增強復(fù)合材料成形制品的制作方法
【專利摘要】提供一種各向同性和具有優(yōu)異的機械強度的纖維增強復(fù)合材料成形制品以及用作該成形復(fù)合材料的中間材料的無序氈。該無序氈包含平均纖維長度為3至100mm的增強纖維和熱塑性樹脂，其中，增強纖維滿足下列i)至iii)。i)增強纖維的重均纖維寬度(Ww)滿足下式(1)。0mm<Ww<2.8mm----(1)ii)增強纖維的平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)為1.00以上且2.00以下，該平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)被定義為重均纖維寬度(Ww)與數(shù)均纖維寬度(Wn)的比率。iii)增強纖維的重均纖維厚度小于其重均纖維寬度(Ww)。
【專利說明】無序氈和纖維增強復(fù)合材料成形制品

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用作將熱塑性樹脂用作基質(zhì)的纖維增強復(fù)合材料成形制品的中間材料的無序氈，以及由該無序氈獲得的纖維復(fù)合材料成形制品。

【背景技術(shù)】
[0002]從可成形性和加工便利的角度，各向同性的無序氈被用作纖維增強復(fù)合材料，在該纖維增強復(fù)合材料中，碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維等被用作增強纖維。例如，通過將切割的增強纖維單獨或與熱固性樹脂一起吹入成型模具的噴附法(干法)，或者將預(yù)先切割的增強纖維添加到包含結(jié)合劑的漿液中、通過造紙法將該混合物形成為片材的方法(濕法)，能夠獲得這些無序氈。
[0003]已知的用于提高復(fù)合材料的機械性能的手段是提高增強纖維的體積含量比率(Vf)。然而，在采用切割纖維的無序氈的情況下，由于纖維在三維方向上定向、大量的纖維纏結(jié)等，所以一直難以提高增強纖維的體積含量比率。此外，與使用連續(xù)纖維的情況相比，在使用無序氈的情況下，由于纖維是不連續(xù)的，所以難以使增強纖維充分地展現(xiàn)其強度，并且一直存在如下問題:在獲得的成形制品中，增強纖維的強度展現(xiàn)率低至理論值的50%。非專利文獻I提及了由采用熱固性樹脂用作基質(zhì)的碳纖維無序氈制成的復(fù)合材料。在該復(fù)合材料中，強度的展現(xiàn)率約為理論值的44%。
[0004]在采用熱固性樹脂作為基質(zhì)的傳統(tǒng)的復(fù)合材料的情況下，已經(jīng)由被稱為預(yù)浸坯料的中間材料、通過使用壓熱釜加熱并壓制該中間材料2小時以上而獲得了成形制品，該預(yù)浸坯料通過預(yù)先以熱固性樹脂浸潰增強纖維基材而獲得。近年來，已經(jīng)提出了 RTM法，在該RTM法中，將未浸潰樹脂的增強纖維基材設(shè)定在模具中，然后向其澆鑄熱固性樹脂，并且已經(jīng)實現(xiàn)了成形時間的顯著縮短。然而，即使在使用RTM法的情況下，每個部件的成形也需要10分鐘以上的時間。
[0005]因此，使用熱塑性樹脂取代傳統(tǒng)的熱固性樹脂作為基質(zhì)而獲得的復(fù)合材料引起了注意。
[0006]使用熱塑性樹脂作為基質(zhì)的熱塑沖壓(TP-SMC)(專利文獻I)是包括下列步驟的成型方法:將預(yù)先以熱塑性樹脂浸潰的短切纖維加熱至熔點以上，將加熱的纖維導(dǎo)入模具的某些空腔中，立即關(guān)閉模具，并且使纖維和樹脂在模具內(nèi)流動，由此獲得制品的形狀，隨后冷卻并成型。在該技術(shù)中，通過使用預(yù)先浸潰有樹脂的纖維，可以在短至約I分鐘的時間內(nèi)完成成型。該技術(shù)是使用被稱作SMCs或沖壓片材的成型材料的方法。例如，熱塑沖壓存在如下問題:由于使纖維和樹脂在模具內(nèi)流動，所以不能成型薄壁制品并且纖維定向混亂且難以控制。
[0007]作為提高纖維增強的熱塑性樹脂成形制品的機械性能和各向同性的手段，專利文獻2提出一種技術(shù)，其中，將組分碳纖維均勻地分散至單纖維形式，以避免在纖維束之間的空間處形成樹脂富集部分或者樹脂不能被浸潰至纖維束的內(nèi)部而導(dǎo)致未浸潰部分的麻煩，并且從而提高機械性能和其各向同性。
[0008]引用列表
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本專利N0.4161409
[0011]專利文獻2:國際公布WO 2007/97436
[0012]非專利文獻
[0013]非專利文獻I =Composites Part A (復(fù)合材料 A) 38 (2007) pp.755 至 770


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0015]然而，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，沒有對機械強度均一、具有優(yōu)異的拉伸強度、并且相對于理論強度具有高強度展現(xiàn)率的纖維增強復(fù)合材料成形制品進行研究。
[0016]本發(fā)明的目的是提供一種各向同性的且具有優(yōu)異的機械強度的纖維增強復(fù)合材料成形制品，以及用作其中間材料的無序氈。具體而言，本發(fā)明提供一種由無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料成形制品，并且在該纖維增強復(fù)合材料成形制品中，所包含的增強纖維氈的厚度不均勻性小，該纖維增強復(fù)合材料成形制品的機械強度均一、并具有優(yōu)異的拉伸強度和高強度展現(xiàn)率。
[0017]解決問題的技術(shù)方案
[0018]本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過包含熱塑性樹脂和不連續(xù)的增強纖維的無序氈能夠提供在機械強度、其各向同性以及強度展現(xiàn)方面優(yōu)異的纖維增強復(fù)合材料成形制品，所述增強纖維具有特定值的重均纖維寬度、平均纖維寬度分布率和重均纖維厚度。由此完成本發(fā)明。更具體地，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過將增強纖維限制為具有小且相似的纖維寬度，增強纖維能被致密地填充至無序氈中，并且能夠提供均一且具有優(yōu)異的機械強度和高強度展現(xiàn)率的纖維增強復(fù)合材料成形制品。
[0019]S卩，本發(fā)明為一種無序氈以及通過對該無序氈進行成形而獲得的纖維增強復(fù)合材料成形制品，該無序氈包含平均纖維長度為3至10mm的增強纖維和熱塑性樹脂；其中，所述增強纖維滿足以下i)至iii)。
[0020]i)增強纖維的重均纖維寬度(Ww)滿足下式⑴。
[0021]0mm〈ffw〈2.8mm ⑴
[0022]ii)增強纖維的平均纖維寬度分布率(Ww/Wn) 1.00以上且2.00以下。
[0023]iii)增強纖維的重均纖維厚度小于其重均纖維寬度(Ww)。
[0024]本發(fā)明的效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，在包含熱塑性樹脂和增強纖維的無序氈中，無序氈中所包含的該增強纖維具有特定的纖維寬度分布。即，本發(fā)明的無序氈包含纖維寬度小且相似的增強纖維、在纖維的增強作用的展現(xiàn)率方面是優(yōu)異的、是均一的、并且具有優(yōu)異的機械強度。此外，由于纖維不在特定的平面內(nèi)方向上排列，所以本發(fā)明的無序氈是各向同性的，并且當用作中間成型材料時表現(xiàn)出非常優(yōu)異的可成型性。
[0026]因此，由本發(fā)明的無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料成形制品具有優(yōu)異的機械強度并且在其各向同性方面是優(yōu)異的。因此，該成形復(fù)合材料可用作各種組成構(gòu)件，例如機動車輛的內(nèi)板、外板和組成構(gòu)件，或各種電子產(chǎn)品或機器的框架或外殼等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為示出采用旋切機的切割步驟的一個實例的示意圖。
[0028]圖2為圖解地示出優(yōu)選的旋切機的一個實例的前視圖和截面圖的示意圖。
[0029]圖3為示出拓寬/分離方法的優(yōu)選實例的示意圖。
[0030]附圖標記列表
[0031]1:增強纖維
[0032]2:壓緊輥
[0033]3:橡膠輥
[0034]4:旋切機主體
[0035]5:刃
[0036]6:切割的增強纖維
[0037]7:刃的節(jié)距
[0038]8:拓寬的增強纖維
[0039]9:拓寬裝置
[0040]10:纖維寬度控制輥
[0041]11:用于分離的分條機
[0042]12:分離的增強纖維

【具體實施方式】
[0043]以下，將順序地描述本發(fā)明的實施方式。以下，盡管將在本發(fā)明中頻繁地使用術(shù)語“重量”，但“重量”每次出現(xiàn)時都表示“質(zhì)量”。
[0044]本發(fā)明涉及一種包含平均纖維長度為3至10mm的增強纖維和熱塑性樹脂的無序氈，其中，增強纖維滿足下列i)至iii)。
[0045]i)增強纖維的重均纖維寬度(Ww)滿足下式(I)。
[0046]0mm〈Ww〈2.8mm (I)
[0047]ii)增強纖維的平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)為1.00至2.00，該平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)被定義為重均纖維寬度與數(shù)均纖維寬度的比率。
[0048]iii)增強纖維的重均纖維厚度小于其重均纖維寬度(Ww)。
[0049]由從無序氈中取出的足夠大的數(shù)量的增強纖維(從被切割至10mmX 10mm尺寸的無序氈片優(yōu)選取出200至1，000根纖維，更優(yōu)選300至1000根纖維，例如300根纖維)的每根纖維的寬度(以下，有時由纖維寬度或Wi表示)和重量(以下，有時由纖維重量或Wi表示)，以及所取出的增強纖維的總重量(W)，利用下式(5)能夠確定本發(fā)明的無序氈所包含的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)。
[0050]Ww = Σ (WiXwiZw) (5)
[0051]在式(5)中，i為I至從無序氈中取出的增強纖維的數(shù)量的自然數(shù)。
[0052]對于本發(fā)明的無序氈來說，如式(I)所示，增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為小于2.8mm,優(yōu)選為小于2.0mm。其重均纖維寬度(Ww)優(yōu)選為大于0.1mm且小于2.0mm,即，由下式⑵表示:
[0053]0.lmm〈Ww〈2.0mm (2)
[0054]并且更優(yōu)選為大于0.2mm且小于1.6mm,還更優(yōu)選為大于0.2mm且小于1.4mm,特別優(yōu)選為大于0.3mm且小于1.2mm。在增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為2.8mm以上的情況下，這些增強纖維不是小的且因此難以致密地填充至無序氈中。因此存在以下情況:無序氈具有性能(強度)展現(xiàn)差的問題，且損害無序氈的均一性。增強纖維的重均纖維寬度(Ww)沒有特別的下限。然而，在拓寬并分離增強纖維以將Ww減小至過小的情況下，存在例如導(dǎo)致難以控制纖維寬度分布率的可能性。
[0055]在本發(fā)明的無序氈中，包含在其中的增強纖維的平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)為
1.00以上且2.00以下，該平均纖維寬度分布率(Wn)被定義為重均纖維寬度(Ww)與數(shù)均纖維寬度(Wn)的比率，優(yōu)選為1.30以上且1.95以下，更優(yōu)選為1.40以上且1.90以下。在該平均纖維寬度分布率(Ww/Wn，以下經(jīng)常簡稱為“分布率”)為1.00以上且2.00以下的情況下，增強纖維的纖維寬度相似，并且提供具有增強的均一性且強度展現(xiàn)率更高的無序氈。同時，由于該定義，所以Ww/Wn的下限為I。例如，除了增強纖維完全開纖至單纖維的情況，為了獲得Ww/Wn精確地為I的增強纖維，必需執(zhí)行諸如將除所期望的纖維之外的增強纖維進行分選的步驟或者預(yù)先精確地限制并固定纖維寬度的操作，這導(dǎo)致非常麻煩的制造步驟。然而，從均一性角度而言，Ww/Wn = I的無序氈是更優(yōu)選的。從加工和分選增強纖維的操作容易的角度而言，平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)優(yōu)選為大于1，更優(yōu)選為1.30以上。
[0056]此處，通過上述關(guān)于重均纖維寬度(Ww)的方式從無序氈取出足夠大的數(shù)量⑴的增強纖維、測量這些纖維的每根纖維的寬度(Wi)、并利用下式(4)計算Wn的值來確定數(shù)均纖維寬度(Wn)。
[0057]Wn = Xffj/I (4)
[0058]本發(fā)明的無序氈所包含的增強纖維的重均纖維厚度小于其重均纖維寬度(Ww)。期望其重均纖維厚度為其重均纖維寬度(Ww)的1/5以下，優(yōu)選為1/10以下，更優(yōu)選為1/20，還更優(yōu)選為1/50以下。在增強纖維的重均纖維厚度等于其重均纖維寬度(Ww)的情況下，這些增強纖維不僅在平面內(nèi)方向上，而且也在厚度方向上不期望地定向，并且存在引起由于纖維纏結(jié)而使得難以提高增強纖維的體積含量比率的問題的可能性。
[0059]在本發(fā)明中，在沿除增強纖維的長度方向之外的兩個方向的尺寸中，較短的尺寸被稱作“厚度”，而另一個被稱作“寬度”。在分別沿著垂直于增強纖維的縱向方向的截面中的兩個垂直方向的尺寸彼此相等的情況下，將沿著兩個方向的任意方向的尺寸取作增強纖維的寬度，而將沿著另一個方向的尺寸取作增強纖維的厚度。
[0060]本發(fā)明的無序氈中所包含的增強纖維的重均纖維厚度優(yōu)選為0.0lmm以上且0.30mm以下，更優(yōu)選為0.02mm以上且0.20mm以下，還更優(yōu)選為0.03mm以上且0.15mm以下，特別優(yōu)選為0.03mm以上且0.1Omm以下。只要增強纖維的重均纖維厚度為0.0lmm以上，就不需要對纖維執(zhí)行拓寬至非常大的寬度，并且所得到的纖維厚度的不均勻性傾向于輕微。從以熱塑性樹脂作為基質(zhì)的浸潰的角度而言，優(yōu)選的是，增強纖維的重均纖維厚度應(yīng)為0.30mm以下。
[0061]同時，經(jīng)由測量通過執(zhí)行以上關(guān)于重均纖維寬度(Ww)所示的操作而從無序氈取出的所有增強纖維的每根纖維的纖維厚度Ui)和纖維重量(Wi),并且進一步測量取出的增強纖維的總重量(W)，然后使用下式(7)計算t的值，能夠確定增強纖維的重均纖維厚度(t)。
[0062]t = Σ (tj X wj/w) (7)
[0063]在本發(fā)明的無序氈的平面內(nèi)，增強纖維不在任何特定方向上排列，而是已經(jīng)分散地布置在隨機方向上。本發(fā)明的無序氈是具有平面內(nèi)各向同性的中間材料。在通過對本發(fā)明的無序氈進行加工而獲得的成形制品中，無序氈中的增強纖維的各向同性得以維持。通過由無序氈獲得成形制品并確定相互垂直的兩個方向之間的拉伸模量比率，能夠定量地評價無序氈的各向同性和由其獲得的成形制品的各向同性。在通過以由無序氈獲得的成形制品中的兩個方向上的模量的值中的較大值除以較小值所獲得的比率不超過2的情況下，該成形制品被視作為各向同性的。在該比率不超過1.3的情況下，該成形制品被視為具有優(yōu)異的各向同性。
[0064]如上所述，通過包含增強纖維和熱塑性樹脂而構(gòu)成本發(fā)明的無序氈，該增強纖維具有特定值的重均纖維寬度、平均纖維寬度分布率和重均纖維厚度。優(yōu)選的是，通過包含增強纖維氈和熱塑性樹脂構(gòu)成本發(fā)明的無序氈，該增強纖維氈由增強纖維構(gòu)成。本發(fā)明的術(shù)語“增強纖維氈”是指不包含作為基質(zhì)的熱塑性樹脂且由不連續(xù)的增強纖維構(gòu)成的平面體(氈狀物)。本發(fā)明的增強纖維氈可以是增強纖維在氈形成期間包含少量的上漿劑或結(jié)合劑的增強纖維氈。優(yōu)選的是，增強纖維氈是增強纖維已經(jīng)在平面內(nèi)方向上隨機定向、并且平面內(nèi)縱向方向和橫向方向在材料性能方面大致彼此相同的增強纖維氈。
[0065]對增強纖維的種類沒有特別限制，并且增強纖維可以一種，或者兩種以上的混合物。
[0066]關(guān)于本發(fā)明的無序氈中的熱塑性樹脂的形式，無序氈可以是包含粉末狀、纖維狀或塊狀等形式的熱塑性樹脂的無序氈，或者可以是利用作為基質(zhì)的熱塑性樹脂來保持增強纖維氈的無序氈，或者可以是片狀或膜狀等形式的熱塑性樹脂已經(jīng)放置在增強纖維氈上或?qū)盈B至增強纖維氈的無序氈。無序氈中的熱塑性樹脂可以為熔融狀態(tài)。
[0067]顯而易見的是，在本發(fā)明的無序氈所包含的增強纖維氈被檢測以確定其重均纖維寬度(Ww)和纖維寬度分布率(Ww/Wn)等的情況下，這些值能夠被視為無序氈的值。
[0068]本發(fā)明的無序氈自身可以用作獲得具有最終形式的成形的纖維增強材料(以下經(jīng)常簡稱為“成形制品”)的預(yù)成型體?；蛘?，無序氈可以以通過加熱等浸潰熱塑性樹脂以獲得預(yù)浸坯料的方式使用，該預(yù)浸坯料用于獲得具有最終形式的成形制品。本發(fā)明的無序氈包括浸潰有熱塑性樹脂的預(yù)浸坯料。
[0069]此處，術(shù)語“具有最終形式的成形制品”表示:通過壓制并加熱無序氈或由無序氈形成的成形板而獲得的、并且未經(jīng)歷進一步加熱或壓制(即，進一步成型)以熔化作為基質(zhì)的熱塑性樹脂并賦予其其他形狀或厚度的成形制品。
[0070]因此，以下制品為具有最終形式的成形制品:通過將壓制并加熱無序氈等而獲得的成形制品切割為另一種形狀所制造的制品，或者通過研磨該成形制品以減小其厚度或?qū)渲韧坎贾脸尚沃破芬栽黾悠浜穸榷@得的制品。這是因為這樣的加工既不包括加熱也不包括壓制。此外，作為用于切割或加工的熱的使用并不被視為此處的加熱。
[0071]在對已經(jīng)向其供應(yīng)熔融狀態(tài)的熱塑性樹脂的無序氈進行成型、同時將所供應(yīng)的熱塑性樹脂保持在熔融狀態(tài)下的情況下，例如，通過僅包括加壓的成型來獲得成形制品。
[0072]本發(fā)明的無序氈自身可以作為預(yù)成型體進行成型，或者可以轉(zhuǎn)化為成形板然后進行成型。能夠根據(jù)所期望的成型，在寬范圍內(nèi)選擇單位面積纖維重量。然而，期望無序氈中的單位面積增強纖維重量為25至10，000g/m2，優(yōu)選為50至4，000g/m2,更優(yōu)選為600至3，000g/m2，還更優(yōu)選為 600 至 2，200g/m2。
[0073]由于本發(fā)明的無序氈所包含的增強纖維具有特定值的重均纖維寬度、平均纖維寬度分布率和重均纖維厚度，所以無序氈的平面包含小且尺寸相似的纖維，并且無序氈所包含的增強纖維氈具有的厚度不均勻性低。因此，通過對無序氈進行成型而獲得的纖維增強復(fù)合材料成形制品是均一的并且在增強纖維的性能展現(xiàn)方面是優(yōu)異的。作為厚度不均勻性的指數(shù)，能夠使用變差系數(shù)CV(%)。確定無序氈所包含的增強纖維氈的厚度的CV(%)的過程的一個實例如下所示。
[0074]首先，從無序氈切割出具有適合尺寸，例如10XlOOmm的正方形板狀測試片，并且使熱塑性樹脂與其分離。將該增強纖維氈放入減壓至-0.09MPa以下的密封袋中。在覆蓋測試片的密封袋上以1mm間隔的格網(wǎng)圖案進行標記，以千分尺將其厚度測量至1/1，OOOmrn單位。在5行X5列，即25個點上進行測量。從每個測量厚度減去密封袋的厚度，并計算平均值和標準偏差。能夠使用下式計算增強纖維氈的厚度的變差系數(shù)CV(% )。
[0075]變差系數(shù)CV(%)=[(標準偏差)/(平均值)]X100 (3)
[0076]在熱塑性樹脂不能與無序氈分離、使得不能確定增強纖維氈的厚度不均勻性的情況下，在通過與將在后面描述的纖維增強復(fù)合材料成形制品相同的方式利用加熱去除熱塑性樹脂后，再進行測量。
[0077]同時，對于通過對無序氈進行成型而獲得的纖維增強復(fù)合材料成形制品所包含的增強纖維來說，無序氈中增強纖維氈的厚度不均勻性的程度得以維持。
[0078][增強纖維]
[0079]無序氈所包含的增強纖維是不連續(xù)的，并且其特征在于由于包含長至某種程度的增強纖維而能夠展現(xiàn)增強作用。以通過測量獲得的無序氈中的增強纖維的長度而確定的平均纖維長度的形式來表示纖維長度。確定平均纖維長度的方法的實例包括以游標卡尺等將隨機取出的100根纖維的長度測量至Imm單位并確定其平均值的方法。
[0080]本發(fā)明的無序氈中的增強纖維的平均纖維長度為3mm以上且10mm以下，期望為5mm以上且80mm以下，優(yōu)選為1mm以上且80mm以下，更優(yōu)選為1mm以上且60mm以下，還更優(yōu)選為12mm以上且45mm以下。對于纖維長度分布來說，纖維可以具有單一長度，或者可以為兩種以上長度不同的纖維的混合物。
[0081]在通過后述的用于增強纖維切割的優(yōu)選方法將增強纖維切割至固定長度并且使用該切割纖維制造無序氈的情況下，平均纖維長度等于該切割纖維的長度。
[0082]優(yōu)選的是，增強纖維應(yīng)為選自碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維所組成的組中的至少一種纖維。從能夠以其提供輕量但具有優(yōu)異的強度的復(fù)合材料的角度而言，優(yōu)選的是，構(gòu)成無序氈的增強纖維應(yīng)為碳纖維。作為碳纖維，聚丙烯腈系碳纖維(以下，簡稱為PAN系碳纖維)、石油浙青系碳纖維、煤浙青系碳纖維、人造絲系碳纖維、纖維素系碳纖維、木質(zhì)素系碳纖維、酚系碳纖維、和氣相生長系碳纖維等是眾所周知的。在本發(fā)明中，這些碳纖維的任何一種都是適用的。特別優(yōu)選的是PAN系碳纖維?？梢詥为毷褂眠@些種類的碳纖維中的一種，或者可以使用兩種以上的混合物。本發(fā)明的無序氈中使用的增強纖維可以是僅碳纖維，或者出于，例如引入耐沖擊性的目的，可以是包括玻璃纖維、芳綸纖維或其它纖維的纖維。
[0083]在碳纖維的情況下，其平均纖維直徑優(yōu)選為I至50 μ m，更優(yōu)選為3至12 μ m，還更優(yōu)選為5至9 μ m，仍然還更優(yōu)選為5至7 μ m。
[0084]優(yōu)選的是，使用的碳纖維應(yīng)為附著有上漿劑的碳纖維。以100重量份的碳纖維計，上漿劑的量優(yōu)選為大于O重量份且不超過10重量份。
[0085]本發(fā)明的增強纖維可以處于開纖至單纖維形式的狀態(tài)，或者可以處于每個都由組合在一起的多個單纖維所組成的纖維束的形式，或者可以處于單纖維與纖維束并存的形式。
[0086][基質(zhì)樹脂]
[0087]本發(fā)明的無序氈中所包含的基質(zhì)樹脂為熱塑性樹脂。熱塑性樹脂的種類的實例包括選自下列組中的一種以上:氯乙烯樹脂、偏氯乙烯樹脂、醋酸乙烯酯樹脂、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、聚丙烯酸酯、聚酰胺6樹脂、聚酰胺11樹脂、聚酰胺12樹脂、聚酰胺46樹脂、聚酰胺66樹脂、聚酰胺610樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂、聚萘二甲酸乙二酯樹脂、聚萘二甲酸丁二酯樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、聚芳酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹月旨、以及聚乳酸樹脂等。在本發(fā)明中，這些樹脂可以單獨使用或作為其兩種以上的混合物使用，或者可以在轉(zhuǎn)化為共聚物或改性物之后使用。
[0088]以100重量份的增強纖維計，基質(zhì)樹脂的含量期望為10至800重量份，優(yōu)選為20至300重量份，更優(yōu)選為20至200重量份，還更優(yōu)選為30至150重量份，特別優(yōu)選為50至100重量份。
[0089]增強纖維的含量與熱塑性樹脂的含量之間的關(guān)系也可以由下式所定義的增強纖維的體積含量比率(以下經(jīng)常簡稱為Vf)來表示。
[0090]增強纖維的體積含量比率(Vol%) = 100X[增強纖維的體積/[(增強纖維的體積+熱塑性樹脂的體積)]]
[0091]增強纖維的體積含量比率(Vf)與由以100重量份增強纖維計的重量份所表示的熱塑性樹脂的含量通過利用增強纖維的密度和熱塑性樹脂的密度來轉(zhuǎn)換。
[0092]本發(fā)明的無序氈可以包含多種纖維狀、包括有機纖維或無機纖維，或非纖維狀填料，以及諸如阻燃劑、耐UV性改進劑、顏料、脫模劑、軟化劑、塑化劑和表面活性劑的添加齊U，只要這些成分不脫離本發(fā)明的目的即可。
[0093][纖維增強復(fù)合材料成形制品]
[0094]本發(fā)明的無序氈還具有以下優(yōu)勢:由于構(gòu)成物碳纖維具有上述特征，所以無序氈具有高可成形性。本發(fā)明的無序氈能夠因此被有利地用作用于獲得纖維增強復(fù)合材料成形制品的中間材料。
[0095]即，作為本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明包括由無序氈獲得的纖維增強復(fù)合材料成形制品。
[0096]優(yōu)選的是，本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品包含平均纖維長度為3至10mm的增強纖維和熱塑性樹脂，其中，增強纖維滿足下列i)至iii)。
[0097]i)增強纖維的重均纖維寬度(Ww)滿足下式⑴。
[0098]0mm〈Ww〈2.8mm (I)
[0099]ii)增強纖維的分布率(Ww/Wn)為1.00以上且2.00以下，該分布率被定義為重均纖維寬度(Ww)與數(shù)均纖維寬度(Wn)的比率。
[0100]iii)增強纖維的重均纖維厚度小于其重均纖維寬度(Ww)。
[0101]優(yōu)選地通過控制所包含的增強纖維的單位面積重量和熱塑性樹脂的含量，可以將本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品的厚度限制為在適當?shù)姆秶鷥?nèi)的值。
[0102]對構(gòu)成本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品的增強纖維的種類沒有特別限制，并且其優(yōu)選的實例包括上述在無序氈的說明中增強纖維部分中所列舉的纖維。
[0103]對構(gòu)成本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品的樹脂的種類沒有特別限制，并且其優(yōu)選的實例包括上述在無序氈的說明中的基質(zhì)樹脂部分中所列舉的樹脂。
[0104]與上述關(guān)于無序氈中熱塑性樹脂的量所述的一樣，以100重量份的增強纖維計，期望本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品中熱塑性樹脂的存在量為10至800重量份，優(yōu)選為20至300重量份，更優(yōu)選為20至200重量份，還更優(yōu)選為30至150重量份，特別優(yōu)選為50至100重量份。
[0105]對本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品的形狀沒有特別限制。其形狀可以為片狀或板狀并且可以具有彎曲部，或者可以為諸如具有T形、L形、U形或草帽形截面的直立平面的形狀。此外，成形制品可以具有包括這些形狀的三維形狀。
[0106]可以將本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品制成具有選自寬范圍，例如0.2至10mm的壁厚的壁厚。然而，即使當成形制品具有較小的壁厚時，其性能和外觀也非常優(yōu)異。特別是，成形制品的壁厚可以為0.2至2.0mm(如需嚴格限定，則以25°C下測量的壁厚的形式)。
[0107]期望纖維增強復(fù)合材料成形制品中的單位面積增強纖維重量為25至10，000g/m2,優(yōu)選為50至4，000g/m2,更優(yōu)選為600至3，000g/m2,還更優(yōu)選為600至2，200g/m2。
[0108]本發(fā)明還包括將至少一種本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品用作中心材料或表層材料的層疊體。本發(fā)明的層疊體可以進一步包括至少一種連續(xù)的增強纖維在其中布置為單向排列的單向纖維增強復(fù)合材料，作為中心材料或表層。此外，本發(fā)明的層疊體可以包括至少一種除了本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品之外或除了該單向的纖維增強復(fù)合材料之外的纖維增強復(fù)合材料成形制品(以下簡稱“其它纖維增強復(fù)合材料成形制品”)。本發(fā)明的層疊體還可以包括至少一種不包含增強纖維的樹脂，作為中材料心或表層。
[0109]單向纖維增強復(fù)合材料或其它纖維增強復(fù)合材料成形制品的基質(zhì)樹脂、以及不包含增強纖維的樹脂可以為熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
[0110]由于本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品是包含在其中的增強纖維具有特定值的重均纖維寬度、平均纖維寬度分布率和重均纖維厚度的纖維增強復(fù)合材料成形制品，所以包含在其中的增強纖維氈具有非常低的厚度不均勻性。作為厚度不均勻性的指數(shù)，能夠使用變差系數(shù)cv(% )。
[0111]確定纖維增強復(fù)合材料成形制品中所包含的增強纖維氈的cn% )的過程的一個實例如下所示。
[0112]首先，從平板狀成形制品切割出具有適合尺寸，例如10mmXlOOmm的測試片，并且將該測試片在烘箱內(nèi)在500°C下加熱約I小時以去除樹脂。測量已經(jīng)去除了樹脂的測試片的尺寸，并且將測試片放置在光滑平板上。隨后，將其上放置有測試片的平板放入密封袋中，并以上述關(guān)于無序氈中所包含的增強纖維氈的厚度不均勻性的確定中的方式在25個點上測量厚度。從每個測量的厚度值減去密封袋和平板兩者的厚度。由獲得的測試片的凈厚度值，使用式(3)能夠確定纖維增強復(fù)合材料成形制品中的增強纖維的厚度的變差系數(shù)。同時，纖維增強復(fù)合材料成形制品中的增強纖維氈的厚度不均勻性的程度也維持在無序氈中的增強纖維的厚度不均勻性的程度。
[0113][制造無序租的方法]
[0114]制造本發(fā)明的無序氈的優(yōu)選方法包括下列步驟I至4。
[0115]1.切割增強纖維的步驟(切割步驟)
[0116]2.利用切割的增強纖維導(dǎo)入管中、利用空氣輸送、并噴撒的步驟(噴撒步驟)
[0117]3.固定噴撒的增強纖維以獲得增強纖維氈的步驟(固定步驟)
[0118]4.向增強纖維氈添加熱塑性樹脂以獲得無序氈的步驟(熱塑性樹脂添加步驟)
[0119]〈切割步驟〉
[0120]描述切割增強纖維的步驟。優(yōu)選的作為待切割的增強纖維是所謂的線股，該線股為長單纖維束的形式，這是由于線股容易獲得和使用。增強纖維的切割方法優(yōu)選為使用諸如旋切機的刀具切割增強纖維的步驟。使用旋切機的切割步驟的實例如圖1所示。對用于連續(xù)切割增強纖維的刀具角度沒有特別限制?？梢允褂门c纖維成90度角布置的普通刃，或者可以使用傾斜地布置的刃或者螺旋地布置的刃。具有螺旋刀具的旋切機的實例如圖2所
/Jn ο
[0121]由于如上所述本發(fā)明的無序氈的特征在于增強纖維具有受控的小尺寸，所以優(yōu)選地利用下述的拓寬方法和分離方法中的任意一種(同樣參見圖3)，來控制將待進行切割步驟的增強纖維的諸如纖維寬度和纖維厚度的尺寸。
[0122]對用于拓寬纖維的方法沒有特別限制。其實例包括將諸如凸銷等的拓寬拉布機推向纖維的方法、通過在纖維的行進方向的交叉方向上穿過氣流從而彎曲纖維以使纖維順風(fēng)拱起的方法、以及振動纖維的方法等。優(yōu)選的是，應(yīng)通過在較后階段設(shè)置用于限制纖維寬度的控制輥來限制拓寬的增強纖維，以具有期望的纖維寬度。
[0123]還優(yōu)選的是，在本發(fā)明的無序氈的制造中，應(yīng)將已經(jīng)被如此拓寬的增強纖維分離，以獲得更小的增強纖維寬度。
[0124]對用于分離纖維的方法沒有特別限制，其實例包括以分條機將線股劃分為細纖維束的方法。在使用分條機分離纖維的情況下，用于獲得具有所需的纖維寬度的纖維的適合方法為:限制分條間隔。此外，對于分條刃來說，更優(yōu)選的用于控制纖維寬度的方法為:使具有一定纖維寬度的增強纖維通過刀狀分條刃從而分離纖維，或者使這些纖維通過梳狀分條機以整理纖維。還能夠為增強纖維選擇上漿劑并分離增強纖維，從而使獲得具有所需的平均纖維數(shù)量的增強纖維變得容易。
[0125]通過以上述方式在纖維拓寬之后進行纖維分離，能夠?qū)⒃鰪娎w維控制為纖維寬度小且相似。因此，無序氈中所包含的增強纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的增強功能展現(xiàn)，并且獲得的無序氈具有提高的均一性，減小的厚度不均勻性以及優(yōu)異的機械強度。
[0126]〈噴撒步驟〉
[0127]隨后，進行將切割的增強纖維導(dǎo)入位于切割機的下游側(cè)的錐形管中并噴撒的步驟。對用于將增強纖維輸送至錐形管的方法沒有特別限制。然而，優(yōu)選為在錐形管中產(chǎn)生吸引風(fēng)速以利用空氣將增強纖維輸送至錐形管中。
[0128]還優(yōu)選的是，在噴撒步驟中，將壓縮空氣直接吹向增強纖維，從而適當?shù)赝貙捲鰪娎w維寬度的分布?？梢酝ㄟ^限制吹送的壓縮空氣的壓力來控制分布的寬度。
[0129]優(yōu)選的是，應(yīng)將輸送的增強纖維噴撒在布置于噴撒設(shè)備下方的透氣片材上。另外，從下述的固定步驟的角度而言，優(yōu)選將增強纖維噴撒在具有抽吸裝置的可移動透氣片材上。
[0130]在噴撒步驟中，可以將切割的增強纖維與纖維狀或粉末狀的熱塑性樹脂同時噴撒在片材上。該方法適合用于獲得包含增強纖維和熱塑性樹脂兩者的無序氈。
[0131]〈固定步驟〉
[0132]隨后，將噴撒的增強纖維固定以獲得增強纖維氈。特別地，優(yōu)選的方法為通過從透氣片材的下方抽氣來固定噴撒的增強纖維，以獲得增強纖維氈。此外，甚至在纖維狀或粉末狀熱塑性樹脂與增強纖維同時噴撒的情況下，熱塑性樹脂也與增強纖維被一起固定。固定步驟中的加工可以在噴撒步驟中與增強纖維的噴撒等連續(xù)地進行。
[0133]<熱塑性樹脂添加步驟>
[0134]熱塑性樹脂添加步驟可以與上述步驟I至3同時進行。例如，可以在噴撒步驟中噴撒粉末狀或其它形式的熱塑性樹脂。在上述步驟I至3期間不添加熱塑性樹脂而制造增強纖維氈的情況下，可以將片狀或膜狀等形式的熱塑性樹脂放置在增強纖維氈上或?qū)盈B至增強纖維氈，以獲得本發(fā)明的無序氈。在此情況下，片狀或膜狀形式的熱塑性樹脂可以為熔融狀態(tài)。
[0135]同時，如上述情況所述，片狀、膜狀或粉末狀等形式的熱塑性樹脂可以放置在無序氈上或?qū)盈B至無序氈，該無序氈通過在噴撒步驟中噴撒粉末狀或其他形式的熱塑性樹脂而獲得。
[0136][纖維增強復(fù)合材料成形制品的制造]
[0137]能夠通過成型本發(fā)明的無序氈來獲得纖維增強復(fù)合材料成形制品。用于獲得纖維增強復(fù)合材料成形制品的方法的實例包括:利用壓制機等對以上述方式獲得的無序氈進行加熱和壓制、以獲得成形制品的方法。盡管對用于獲得本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品的方法沒有特別限制，但是適合的用于獲得成形制品的方法為，利用例如真空成型、液壓成型、熱壓或冷壓來成型無序氈。在這些方法中，適合的用于獲得本發(fā)明的纖維增強復(fù)合材料成形制品的方法為通過冷壓成型，在該冷壓中，將無序氈加熱至包含在其中的熱塑性樹脂的熔點以上或玻璃化轉(zhuǎn)變點以上、然后將無序氈夾在模具之間從而獲得形狀，該模具被保持在不高于樹脂的熔點或玻璃化轉(zhuǎn)變點的溫度。
[0138]在無序氈的成型中，優(yōu)選的是，應(yīng)預(yù)先將無序氈加熱至一溫度，在樹脂為結(jié)晶體的情況下，該溫度為作為基質(zhì)的熱塑性樹脂的熔點以上的溫度；在樹脂為無定形的情況下，該溫度為熱塑性樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變點以上的溫度；并且該溫度優(yōu)選為不高于熱塑性樹脂的分解溫度?？梢詫⒓訅航橘|(zhì)限制為具有作為基質(zhì)的熱塑性樹脂的熔點以上或玻璃化轉(zhuǎn)變點以上的溫度，或者限制為具有其熔點以下或玻璃化轉(zhuǎn)變點以下的溫度。此外，通過在成型期間適當?shù)靥砑訜崴苄詷渲?，能夠根?jù)目的而獲得不同厚度的纖維增強復(fù)合材料成形制品。對添加的熱塑性樹脂沒有特別限制，其具體實例包括在基質(zhì)樹脂部分中列舉的同樣的熱塑性樹脂。此外，對于樹脂的形式而言，可以使用熔融的樹脂，或纖維狀、粉末狀或膜狀等形式的樹脂。
[0139]本發(fā)明的這些無序氈自身可以用作預(yù)成型體，或者可以轉(zhuǎn)化為成形板然后轉(zhuǎn)化為具有最終形式的成形制品。
[0140]實施例
[0141]以下示出實施例，但本發(fā)明不應(yīng)被視為限于以下實施例。對增強纖維及其測試片而言，除非另有說明，否則纖維長度、纖維寬度和纖維厚度的單位為mm，而重量的單位為g。在下列實施例和比較例中使用的碳纖維和熱塑性樹脂的密度如下所示。
[0142]PAN 系碳纖維 “ Tenax ” (注冊商標)STS40-24K:1.75g/cm3
[0143]PAN 系碳纖維 “ Tenax ” (注冊商標)IMS60-24K:1.80g/cm3
[0144]PAN 系碳纖維 〃Tenax〃 (注冊商標)HTS40-12K:1.76g/cm3
[0145]PAN 系碳纖維 “ Tenax ” (注冊商標)UTS5O-MK:1.79g/cm3
[0146]PAN 系碳纖維 〃Tenax〃(注冊商標)HTS40_6K:1.76g/cm3
[0147]聚丙烯:0.91g/cm3
[0148]聚碳酸酯:1.20g/cm3
[0149]聚酰胺6:L 14g/cm3
[0150][確定無序氈中增強纖維的數(shù)均纖維寬度和重均纖維寬度的方法]
[0151]將無序氈切割至10mmX 100mm,并且用鑷子隨機取出300根增強纖維。對于取出的增強纖維，測量并記錄每根纖維的纖維寬度(Wi)、纖維重量(Wi)和纖維厚度(\)。使用能夠測量至l/100mm的游標卡尺測量纖維寬度和纖維厚度。使用能夠測量至l/100mg的天平測量重量。對于太小而無法測量其重量的增強纖維而言，將具有相同纖維寬度的增強纖維收集起來并稱重。在使用兩種以上的增強纖維的情況下，對纖維進行分類，并對每種纖維進行測量和評價。
[0152]在測量所有取出的纖維的纖維寬度(Wi)和纖維重量(Wi)后，通過下式(4)確定數(shù)均纖維寬度(Wn)。
[0153]Wn = Xffj/I (4)
[0154]I為增強纖維的數(shù)量，除了小于300的情況外，該纖維數(shù)量為300。
[0155]此外，使用下式(5)由增強纖維的總質(zhì)量w確定增強纖維的重均纖維寬度(Ww)。
[0156]Ww = Σ (W1Xw1Zw) (5)
[0157]在增強纖維和熱塑性樹脂不能分離而提高測量難度的情況下，例如，通過在500°C下加熱無序氈約I小時以去除熱塑性樹脂，隨后執(zhí)行測量。
[0158][確定增強纖維的分布率(Ww/Wn)的方法]
[0159]使用下式￠)由獲得的增強纖維的數(shù)均纖維寬度(Wn)和重均纖維寬度(Ww)來計算平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)。
[0160]平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)=(重均纖維寬度(Ww))/(數(shù)均纖維寬度(Wn))
(6)
[0161][確定無序氈中增強纖維的重均纖維厚度的方法]
[0162]以上述方式對所有取出的纖維進行纖維厚度Ui)和纖維重量(Wi)測量，隨后使用下式(7)確定重均纖維厚度(t)。
[0163]t = Σ (tj X wj/w) (7)
[0164][確定纖維增強復(fù)合材料成形制品中增強纖維的數(shù)均纖維寬度和重均纖維寬度的方法]
[0165]通過將成形的復(fù)合材料切割至10mmX 100mm、將切割片在烘箱中在500°C下加熱約I小時以除去樹脂、隨后以和無序氈相同的方式取出纖維、并測量纖維寬度(Wi)、纖維重量(Wi)等，來確定纖維增強復(fù)合材料成形制品中的增強纖維的平均纖維寬度。
[0166][確定增強纖維氈或者無序氈中平均纖維長度L的方法]
[0167]使用鑷子從增強纖維氈或無序氈隨機抽出100根增強纖維，使用游標卡尺將每個纖維長度Li測量至Imm并記錄。優(yōu)選的是，相比于纖維長度，在其上取出增強纖維的面積應(yīng)足夠大。
[0168]由獲得的個體纖維長度Li,使用下式確定平均纖維長度L。
[0169]L = Σ Lj/lOO
[0170]在增強纖維和熱塑性樹脂不能分離而提高測量難度的情況下，例如，通過在500°C下加熱無序氈約I小時以去除熱塑性樹脂，隨后執(zhí)行測量。
[0171][確定無序氈中的增強纖維氈的厚度不均勻性的方法]
[0172]以下列方式計算無序氈中增強纖維氈的厚度的變差系數(shù)CV，并且在該結(jié)果的基礎(chǔ)上評價厚度不均勻性。變差系數(shù)cv(% )越高，纖維的厚度不均勻性越大。
[0173]同時，在熱塑性樹脂不能與無序氈分離、使得不能確定增強纖維氈的厚度不均勻性的情況下，通過與將在后面描述的纖維增強復(fù)合材料成形制品相同的方式利用加熱去除熱塑性樹脂，隨后再進行測量。
[0174]I)將無序氈切割至10mmX 100mm,并且分離熱塑性樹脂。將該增強纖維氈放入減壓至-0.09MPa以下的密封袋中。
[0175]2)在密封袋上以1mm間隔的格網(wǎng)圖案進行標記，以千分尺將其厚度測量至1/1，000mm。在5行X5列，即25個點上進行測量。
[0176]3)從每個測量厚度減去密封袋的厚度，并計算平均值和標準偏差。使用下式計算纖維厚度的變差系數(shù)CV (%)。
[0177]變差系數(shù)CV(%)=[(標準偏差)/(平均值)]X100 (3)
[0178][確定纖維增強復(fù)合材料成形制品中的增強纖維氈的厚度不均勻性的方法]
[0179]在評價纖維增強復(fù)合材料成形制品的增強纖維氈的厚度不均勻性的情況下，將平板狀的纖維增強復(fù)合材料成形制品切割至10mmX 100mm，在烘箱中將該切割片在500°C下加熱約I小時以除去熱塑性樹脂。隨后，以相同的方式測量獲得的氈的尺寸，并放置在光滑平板上。隨后，將每個平板放入密封袋中，并且除了從每個測量厚度減去密封袋和平板二者的厚度之外，以和用于無序氈的方式相同的方式在25個點上進行厚度測量。由此確定厚度的變差系數(shù)CV。
[0180][纖維增強復(fù)合材料成形制品(成形板)中的熱塑性樹脂的浸潰程度的評價]
[0181]利用超聲波探傷測試來評價纖維增強復(fù)合材料成形制品(成形板)的浸潰程度。通過以超聲波探傷成像裝置(SDS-WIN ；Krautkramer Japan C0., Ltd.)在5MHz的探傷頻率和2.0mmX2.0mm的掃描間距的條件下執(zhí)行探傷測試，來評價浸潰程度。在該評價中，對反射波強度為90%以上的部分的截面進行顯微鏡檢查，以確定其中不存在缺陷或空隙。在探傷測試中，具有高反射波強度(在實施例中為70%以上)的部分的面積比率越大，則成形板的內(nèi)部就越致密并且成形板中熱塑性樹脂的浸潰程度就越高。同時，具有低反射波強度(在實施例中為50%以下)的部分的面積比率越大，則成形板的內(nèi)部存在的細空隙的量就越大并且成形板中未浸潰部分的量就越大。
[0182][拉伸測試]
[0183]使用射水機從纖維增強復(fù)合材料成形制品(成形板)切割出測試片，并使用由Instron Corporat1n制造的通用測試機參考JIS K 7164測量拉伸強度和拉伸模量。測試片的形狀為IB-B型?？ūP間的距離為115mm,測試速度為10mm/min。分別沿著成形制品的任意方向(O度方向)和該任意方向的垂直方向(90度方向)切割測試片,在兩個方向的每一個方向上測量拉伸強度和拉伸模量。關(guān)于拉伸模量，計算以較大值除以較小值所獲得的比率E δ。
[0184][相對于理論強度的性能展現(xiàn)率計算]
[0185]由以上述方式獲得的成形板的拉伸強度和包含在成形板中的增強纖維(碳纖維)的拉伸強度，通過下列計算確定相對于理論值的性能展現(xiàn)率(％ )。
[0186]性能展現(xiàn)率)=[(成形制品的拉伸強度)/(成形制品的理論強度)]Χ100
[0187]此處，由包含在成形制品中的增強纖維的拉伸強度(Ff)、基質(zhì)樹脂的破壞應(yīng)力(σπ)、增強纖維的體積含量比率(Vf)以及纖維的定向系數(shù)(η 0)，在關(guān)于復(fù)合材料的強度混合定律的基礎(chǔ)上，使用下式來確定成形制品的理論強度。
[0188]成形制品的理論強度(MPa)= Ue XFfXVf) + σ m(1-Vf)
[0189](此處，所用的定向系數(shù)IU為ηβ = 3/8，其為平面內(nèi)隨機定向的值)
[0190][實施例1]
[0191]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax”(注冊商標)STS40-24K (纖維直徑:7.0 μ m，纖維寬度:10mm，拉伸強度:4，OOOMPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至22_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為20mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為20mm。使用由硬質(zhì)合金制成的盤狀分離刃作為分離設(shè)備，對寬度為20_的增強纖維線股以0.8mm的間隔進行分條。此外，將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有20mm間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得20mm的纖維長度。錐形管布置在旋切機的正下方。將壓縮空氣供應(yīng)至該錐形管，從而將增強纖維導(dǎo)入至錐形管并以5m/sec的吸引風(fēng)速在錐形管中輸送纖維。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)作為基質(zhì)樹脂的、已經(jīng)被粉碎并分級以便具有500 μ m的平均粒徑的聚丙烯(J-106G，由Prime Polymer C0., Ltd.制造)。隨后,將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方,在通過布置在網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)增強纖維，從而獲得單位面積纖維重量為l，500g/m2的無序氈。檢查無序氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0192]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為20mm，重均纖維厚度為0.06mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為0.66mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為0.43mm，分布率(Ww/Wn)為 1.52。
[0193]利用在220°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為1.9mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為6.4%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80%以上。
[0194]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為45ν01%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板具有的拉伸強度為490MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為73%，0度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.06。
[0195][實施例2]
[0196]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax”(注冊商標)MS60-24K (纖維直徑:5.0 μ m，纖維寬度:10mm，拉伸強度:5，800MPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至26_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為25mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為25mm。使用由硬質(zhì)合金制成的盤狀分離刃作為分離設(shè)備，對寬度為25_的增強纖維線股以1.4mm的間隔進行分條。此外，將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有45mm間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得45mm的纖維長度。錐形管布置在旋切機的正下方。將壓縮空氣供應(yīng)至該錐形管，從而將增強纖維導(dǎo)入至錐形管并以5m/sec的吸引風(fēng)速在錐形管中輸送纖維。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)作為基質(zhì)樹脂的、已經(jīng)被粉碎并分級以便具有500 μ m的平均粒徑的聚碳酸酯("Panlite"(注冊商標)L-1225Y,由Tei jin Chemicals Ltd.制造)。隨后,將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方，在通過布置在網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)增強纖維，從而獲得單位面積纖維重量為2，500g/m2的無序氈。檢查無序氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0197]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為45mm，重均纖維厚度為0.05mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為1.25mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為0.69mm，分布率(Ww/Wn)為 1.80。
[0198]利用在300°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為4.0mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為9.0%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80 %以上。
[0199]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為35ν01%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板具有的拉伸強度為540MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為71%，0度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.07。
[0200][實施例3]
[0201]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax”(注冊商標)STS40-24K (纖維直徑:7.0 μ m，纖維寬度:1mm,拉伸強度:4，OOOMPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至16_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為15mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為15_。使用由硬質(zhì)合金制成的盤狀分離刃作為分離設(shè)備，對寬度為15_的增強纖維線股以0.5mm的間隔進行分條。此外，將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有12mm間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得12_的纖維長度。準備具有小孔的管作為噴撒設(shè)備，并利用壓縮機向其供應(yīng)壓縮空氣。在此階段下，小孔的出風(fēng)速度為50m/sec。此外，錐形管布置在噴撒設(shè)備的正下方。隨后，將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方，在通過布置在網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)增強纖維，從而獲得單位面積纖維重量為700g/m2的增強纖維氈。檢查增強纖維氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0202]隨后，將熔融的基質(zhì)樹脂供應(yīng)至氈的表面。具體而言，將聚酰胺6樹脂(A1030，由Unichika, Ltd.制造)用作基質(zhì)樹脂并熔融，并且以與傳送線速度相同的速度，從寬度為Im并且以距傳送網(wǎng)5cm的距離布置在傳送網(wǎng)上方的T模擠出厚度為0.6mm膜狀熔融樹脂，并供應(yīng)至氈的整個表面。在該操作中，利用紅外線加熱器對增強纖維氈的表面的被供應(yīng)樹脂的部分加熱，以防止樹脂冷卻并凝固。
[0203]以如下條件操作設(shè)備:將增強纖維供應(yīng)量設(shè)定為1，400g/min,而將基質(zhì)樹脂供應(yīng)量設(shè)定為l，360g/min。結(jié)果，在固定網(wǎng)上形成由增強纖維和熱塑性樹脂構(gòu)成的無序氈。隨后，該氈通過設(shè)定溫度為280°C的加熱輥加熱并壓制，從而獲得樹脂均勻地浸潰的無序氈。
[0204]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為12mm，重均纖維厚度為0.06mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為0.32mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為0.16mm，分布率(Ww/Wn)為 1.96。
[0205]利用在260°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為1.0mm的成形板。
[0206]評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為6.8%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80%以上。
[0207]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為40Vol%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板的拉伸強度為440MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為73%，0度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.04。
[0208][實施例4]
[0209]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax” (注冊商標)HTS40-12K (纖維直徑:7.0μπι，纖維寬度:8mm，拉伸強度:4，200MPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至16_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為15mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為15_。使用由硬質(zhì)合金制成的盤狀分離刃作為分離設(shè)備，對寬度為15_的增強纖維線股以0.5mm的間隔進行分條。此外，將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有15mm間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得15_的纖維長度。錐形管布置在旋切機的正下方。將壓縮空氣供應(yīng)至該錐形管，將纖維導(dǎo)入至錐形管并以5m/sec的吸引風(fēng)速在錐形管中輸送纖維。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)作為基質(zhì)樹脂的、已經(jīng)被粉碎并分級以便具有500 μ m的平均粒徑的聚碳酸酯("Panlite"(注冊商標)L-1225Y，由Teijin Chemicals Ltd.制造)。隨后，將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方，在通過布置在網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)增強纖維，從而獲得單位面積纖維重量為2，640g/m2的無序氈。檢查無序氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0210]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為15mm，重均纖維厚度為0.04mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為0.47mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為0.36mm，分布率(Ww/Wn)為 1.31。
[0211]利用在300°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為3.0mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為5.6%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80 %以上。
[0212]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為50Vol%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板的拉伸強度為585MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為74%，0度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.04。
[0213][比較例I]
[0214]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax” (注冊商標)HTS40-12K (纖維直徑:7.0 μ m，纖維寬度:8mm，拉伸強度:4，200MPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至16_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為15mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為15_。使用由硬質(zhì)合金制成的盤狀分離刃作為分離設(shè)備，對增強纖維線股以3.2mm的間隔進行分條。此外，將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有15_間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得15_的纖維長度。錐形管布置在旋切機的正下方。將壓縮空氣供應(yīng)至該錐形管，以將纖維導(dǎo)入至錐形管并以5m/sec的吸引風(fēng)速在錐形管中輸送纖維。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)作為基質(zhì)樹脂的、已經(jīng)被粉碎并分級以便具有500μπι的平均粒徑的聚碳酸酯("Panlite"(注冊商標)L-1225Y，由Teijin Chemicals Ltd.制造)。隨后,將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方,在通過布置在網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)增強纖維，從而獲得單位面積纖維重量為2，640g/m2的無序氈。檢查無序氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0215]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為15mm，重均纖維厚度為0.05mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為3.02mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為2.27mm，分布率(Ww/Wn)為 1.33。
[0216]利用在300°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為3.0mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為18.4%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80%以上。
[0217]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為50Vol%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板具有的拉伸強度為420MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為53%，0度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.16。
[0218][實施例5]
[0219]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax”(注冊商標)UTS50-24K (纖維直徑:6.9 μ m，纖維寬度:10mm，拉伸強度:5，OOOMPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至22_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為20mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為20mm。交替使用間隔為2.6mm和2.2mm的盤狀分離刃作為分離設(shè)備，以對增強纖維線股進行分條。此外，將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有30mm間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得30mm的纖維長度。錐形管布置在旋切機的正下方。將壓縮空氣供應(yīng)至該錐形管，以將纖維導(dǎo)入至錐形管并以5m/sec的吸引風(fēng)速在錐形管中輸送纖維。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)作為基質(zhì)樹脂的、被粉碎并分級以便具有500 μ m的平均粒徑的聚酰胺6 (〃A1030〃，由Unichika, Ltd.制造)。隨后，將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方，在通過布置在網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)增強纖維，從而獲得單位面積纖維重量為4，000g/m2的無序氈。檢查無序氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0220]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為30mm，重均纖維厚度為0.07mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為2.20mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為1.39mm，分布率(Ww/Wn)為 1.58。
[0221]利用在280°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為5.0mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為13.3%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80%以上。
[0222]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為45ν01%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板的拉伸強度為550MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為65%，O度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.09。
[0223][比較例2]
[0224]作為增強纖維，將由TOHO TENAX C0.，Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax”(注冊商標)UTS50-24K (纖維直徑:6.9 μ m，纖維寬度:10mm，拉伸強度:5，OOOMPa)進行纖維拓寬以將其寬度增加至22_。在利用分離設(shè)備進行處理之前，將拓寬的增強纖維線股通過內(nèi)部寬度為20mm的棍,從而將纖維寬度精確地限制為20mm。將拓寬至20mm寬度的增強纖維線股的一部分以4.2mm的間隔分條，而將另一部分以0.3mm的間隔分條。將兩種分條的線股以相同的量供應(yīng)至切割設(shè)備。將由硬質(zhì)合金制成的并且配備有20mm間隔的刃的旋切機作為切割設(shè)備，來切割已分條的線股，以獲得20mm的纖維長度。
[0225]錐形管布置在旋切機的正下方。將壓縮空氣供應(yīng)至該錐形管，以將纖維導(dǎo)入至錐形管并以5m/sec的吸引風(fēng)速在錐形管中輸送纖維。從錐形管的側(cè)壁供應(yīng)作為基質(zhì)樹脂的、被粉碎并分級以便具有500 μ m的平均粒徑的聚酰胺6 ("A1030"，由Unichika, Ltd.制造)。隨后，將可移動的傳送網(wǎng)布置在錐形管的出口的下方，在通過布置網(wǎng)下方的吹風(fēng)機執(zhí)行抽吸的同時，從錐形管向傳送網(wǎng)供應(yīng)碳纖維，從而獲得單位面積纖維重量為2，380g/m2的無序氈。檢查無序氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0226]在獲得的無序氈中，增強纖維的平均纖維長度為20mm，重均纖維厚度為0.06mm。構(gòu)成無序氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為2.21mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為0.54mm，分布率(Ww/Wn)為 4.08。
[0227]利用在280°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為3.0mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為16.2%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為80%以上。
[0228]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為45ν01%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板的拉伸強度為490MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為58%，O度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.08。
[0229][比較例3]
[0230]作為增強纖維，使用由TOHO TENAX C0.Ltd.制造的PAN系碳纖維“Tenax” (注冊商標)HTS40-6K (纖維直徑:7.0 μ m，纖維寬度:6mm，拉伸強度:4，200MPa)。使用配備有6mm間隔的刃的粗紗切割機，來切割已分條的線股，以獲得6_的纖維長度。將這些以粗紗切割機切割的增強纖維供應(yīng)至布置在切割機正下方的傳送網(wǎng)，從而獲得單位面積纖維重量為
2,640g/m2的增強纖維氈。檢查增強纖維氈中的增強纖維的形式，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)增強纖維的纖維軸大致平行于無序氈的平面，并且增強纖維無序地分散在平面內(nèi)。
[0231]在獲得的增強纖維氈中，增強纖維的平均纖維長度為6.1mm,重均纖維厚度為
0.05mm。構(gòu)成增強纖維氈的增強纖維的重均纖維寬度(Ww)為5.81mm，數(shù)均纖維寬度(Wn)為 5.25mm，分布率(Ww/Wn)為 1.11。
[0232]將1，815g/m2 的聚碳酸酯膜("Panlite〃(注冊商標)L_1225Y，由 TeijinChemicals Ltd.制造)層疊在單位面積增強纖維重量為2，640g/m2的增強纖維氈的每個表面上，以設(shè)定溫度為300°C的加熱輥對該層疊體進行加熱并壓制，從而獲得樹脂均勻地浸潰的無序氈。
[0233]利用在300°C下加熱的壓制設(shè)備在4MPa下對獲得的無序氈加熱10分鐘，從而獲得厚度為3.1mm的成形板。評價獲得的成形板的增強纖維氈的厚度不均勻性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)厚度的變差系數(shù)CV為32.4%。此外，執(zhí)行超聲波探傷測試，結(jié)果，觀察到反射波強度為70%以上的部分的比率為47%以上。確定該成形板內(nèi)部存在未浸潰部分。
[0234]在獲得的成形板中，增強纖維的體積含量比率為49ν01%。根據(jù)JIS7164評價成形板的拉伸性能，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)成形板的拉伸強度為380MPa，相對于理論強度的性能展現(xiàn)率為48%，O度方向與90度方向之間的拉伸模量的比率為1.32。
[0235]工業(yè)應(yīng)用性
[0236]根據(jù)本發(fā)明獲得的無序氈和纖維增強復(fù)合材料成形制品，具有優(yōu)異的機械強度并且在其各向同性方面是優(yōu)異的。因此，該無序氈和該成形復(fù)合材料可用于或作為構(gòu)造組成構(gòu)件，例如，機動車輛的內(nèi)板、外板和組成構(gòu)件，或各種電子產(chǎn)品或機器的框架或外殼等。
[0237]盡管已經(jīng)參考其具體的實施方式詳細描述了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，能進行各種改進和修改。
[0238]本申請基于2012年8月31日提交的日本專利申請(申請?zhí)?2012_169936)，其全部內(nèi)容通過參考并入此處。
【權(quán)利要求】
1.一種無序氈，該無序氈包含: 增強纖維，該增強纖維的平均纖維長度為3至10mm ;以及 熱塑性樹脂， 其中，所述增強纖維滿足下列i)至iii): i)所述增強纖維的重均纖維寬度(Ww)滿足下式(I):
0mm<ffw<2.8mm (I)； ii)所述增強纖維的平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)為1.00以上且2.00以下，該平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)被定義為所述重均纖維寬度(Ww)與數(shù)均纖維寬度(Wn)的比率；以及 iii)所述增強纖維的重均纖維厚度小于所述重均纖維寬度(Ww)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無序氈， 其中，所述增強纖維為選自由碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維組成的組中的至少一種纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無序氈， 其中，所述增強纖維的所述重均纖維寬度(Ww)滿足下式(2):
0.lmm<ffw<2.0mm (2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的無序氈， 其中，所述增強纖維的所述平均纖維寬度分布率(Ww/Wn)為1.30以上且1.95以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的無序氈， 其中，所述增強纖維的所述重均纖維厚度為0.0lmm以上且0.30mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的無序氈，該無序氈的單位面積增強纖維重量為25 至 10，000g/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任意一項所述的無序氈， 其中，以100重量份的所述增強纖維計，所述熱塑性樹脂的含量為10至800重量份。
8.—種纖維增強復(fù)合材料成形制品，該纖維增強復(fù)合材料成形制品由根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項所述的無序氈獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的纖維增強復(fù)合材料成形制品，該纖維增強復(fù)合材料成形制品包含: 增強纖維，該增強纖維的平均纖維長度為3至10mm ;以及 熱塑性樹脂， 其中，所述增強纖維滿足下列i)至iii): i)所述增強纖維的重均纖維寬度(Ww)滿足下式(I):
0mm<ffw<2.8mm (I)； ii)所述增強纖維的分布率(Ww/Wn)為1.00以上且2.00以下，該分布率(Ww/Wn)被定義為所述重均纖維寬度(Ww)與數(shù)均纖維寬度(Wn)的比率；以及 iii)所述增強纖維的重均纖維厚度小于所述重均纖維寬度(Ww)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的纖維增強復(fù)合材料成形制品，該纖維增強復(fù)合材料成形制品包含由所述增強纖維構(gòu)成的增強纖維氈， 其中，所述增強纖維氈的厚度不均勻性為20%以下，該厚度不均勻性由下式(3)所定義的變差系數(shù)CV表示: 變差系數(shù)CV(%)=[(標準偏差)/(平均值)]X100 (3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10的任意一項所述的纖維增強復(fù)合材料成形制品，該纖維增強復(fù)合材料成形制品的壁厚為0.2至100mm。
【文檔編號】D04H1/4218GK104136675SQ201380011812
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】園田直彬, 大坪誠, 大木武 申請人:帝人株式會社