KR20210083259A

KR20210083259A - 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 성형품

Info

Publication number: KR20210083259A
Application number: KR1020217011344A
Authority: KR
Inventors: 야스카즈 오노; 다카후미 하시모토; 데츠야 모토하시; 다다시 와타나베
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-07-06
Also published as: WO2020090877A1; EP3875238A4; EP3875238A1; JPWO2020090877A1; US20210323196A1; CN112955294A; EP3875238B1; CN112955294B

Abstract

촙드 섬유 다발 [A]와 매트릭스 수지 [B]를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]로서, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk(1≤k≤n)를 구성하는 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]가, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료, 및 그것을 성형해서 얻어지는 성형품. 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 성형 재료는, 우수한 유동성을 발현하고, 성형품으로 한 경우에 우수한 역학 특성을 발현할 수 있다.

Description

섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 성형품

본 발명은, 연속 강화 섬유의 섬유 다발을 절단하고 퇴적시킨 촙드 섬유 다발에 매트릭스 수지를 함침시켜서 이루어지는 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 성형품에 관한 것이다.

연속 강화 섬유의 섬유 다발을 절단한 불연속 강화 섬유의 촙드 섬유 다발을 랜덤하게 분산시킨 촙드 섬유 다발을 포함하는 시트와, 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 사용하여, 가열· 가압 성형에 의해, 3차원 형상 등 복잡한 형상의 섬유 강화 플라스틱을 성형하는 기술이 알려져 있다. 이들 성형 기술로서는, 시트 몰딩 컴파운드(이하, SMC)가 있다.

SMC 등 섬유 강화 수지 성형 재료를 사용한 성형품은, 원하는 길이로 절단한 촙드 섬유 다발을 포함하는 시트에 열경화성 수지인 매트릭스 수지를 함침시킨 SMC 시트를, 가열형 프레스기를 사용해서 가열 가압함으로써 얻어진다. 대부분의 경우, 가압 전에 SMC 시트를 성형체보다 작게 절단해서 금형에 배치하고, 가압에 의해 성형체의 형상에 유동시켜서 성형을 행하기 때문에, 3차원 형상 등 복잡한 형상에도 추종 가능하게 된다. 그러나, SMC 시트는 그 시트화 공정에 있어서, 촙드 섬유 다발의 유동성이 나쁜 경우에, 섬유 다발이 만곡하거나, 배향 불균일이 발생해버리기 때문에, 역학 특성의 저하나 변동이 커지는 과제가 있었다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 강화 섬유의 섬유 길이, 섬유 다발 두께, 섬유 다발 폭 등, 강화 섬유의 형상을 제어함으로써 우수한 역학 특성을 발현하는 SMC 시트의 제조 방법이 개시되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3). 또한, 섬유 다발을 구성하는 섬유 개수를 제어하여 우수한 역학 특성을 발현하는 SMC 시트의 제조 방법이 개시되어 있다(특허문헌 4).

국제공개 2017/164157호 팸플릿 국제공개 2014/508626호 팸플릿 일본특허공개 제2014-40088호 공보 일본특허공개 평3-47740호 공보

특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3에서는, 강화 섬유의 섬유 길이, 섬유 다발 두께, 섬유 다발 폭의 평균값을 규정한 섬유 강화 수지 성형 재료나 강화 섬유 시트가 개시되어 있다. 그러나, 섬유 강화 수지 성형 재료나 강화 섬유 시트의 두께 방향에 있어서의 섬유 다발 형상이나 층 구조의 상세한 규정은 없고, 성형 시의 유동성, 성형품의 역학 특성에 대해서는 개선의 여지가 있었다.

특허문헌 4에서는 매트릭스 수지 중에 비연속의 강화 섬유가 집속 개수가 많은 섬유층으로부터 적은 섬유층으로 변화하는 구조를 갖는 섬유 강화 플라스틱 시트가 개시되어 있다. 그러나, 층의 구조에 대해서 상세한 기재는 없고, 또한 강화 섬유의 섬유 길이, 섬유 다발 두께, 섬유 다발 폭에 관한 규정은 없는 점에서, 성형 시의 유동성, 성형품의 역학 특성에 대해서는 개선의 여지가 있었다. 또한, 강화 섬유에는 적극적으로 모노 필라멘트를 포함하기 때문에, 성형 시의 섬유의 만곡, 응집이 일어나기 쉬워, 강화가 불충분하고, 변동이 커지는 데다가, 모노 필라멘트는 부유하기 쉬운 점에서 작업성이 나빠서, 전기 기기의 쇼트를 일으킬 우려가 있는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 과제는, 이러한 배경 기술을 감안하여, 섬유 강화 수지 성형 재료에 포함되는 섬유 다발 형상이나, 섬유 강화 수지 성형 재료의 두께 방향을 따른 층 구조를 제어함으로써, 성형 시의 우수한 유동성과, 성형품으로 한 경우에 우수한 역학 특성을 발현하는 섬유 강화 수지 성형 재료 및 그의 성형품을 제공하는 데 있다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용하는 것이다.

[1] 촙드 섬유 다발 [A]와 매트릭스 수지 [B]를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]로서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk(1≤k≤n)를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.

[2] 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는, [1]에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[3] 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는, [1] 또는 [2]에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[4] 상기 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 길이 [L1]과, 상기 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 길이 [Ln]이, 하기 식 (1)을 충족하는 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

1.01＜Ln/L1≤1.5 … (1)

[5] 상기 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T1]과, 상기 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tn]이, 하기 식 (2)를 충족하는 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

1.01＜Tn/T1≤2.0 … (2)

[6] 상기 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W1]과, 상기 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wn]이, 하기 식 (3)을 충족하는 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

1.01＜Wn/W1≤1.6 … (3)

[7] 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이 [L]이 3㎜ 이상 100㎜ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[8] 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T]가 0.01㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[9] 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W]가 0.5㎜ 이상 60㎜ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[10] 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 커트 각도 θ가 0°＜θ＜90°의 범위 내인 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[11] 상기 매트릭스 수지 [B]가 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는, [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[12] 분할되는 층의 수 n이 n≥3인, [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

[13] [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료를 성형해서 얻어지는 성형품.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료에 의하면, 성형 시의 우수한 유동성과, 성형품으로 한 경우에 우수한 역학 특성을 발현할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 촙드 섬유 다발의 일례를 나타내는 2차원 평면 투영도이며, 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이, 섬유 다발 폭 및 선단 각도의 예각 θa, θb의 측정 개소를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 섬유 수지 강화 성형 재료를 제조하는 공정의 일례를 나타낸 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 분산기(디스트리뷰터)의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 섬유 수지 강화 성형 재료를 제조하는, 단계적인 살포 방식의 공정 일례를 나타낸 개략 구성도이다.

이하에, 본 발명과 그 실시 형태에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료는 촙드 섬유 다발 [A]와 매트릭스 수지 [B]를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]로서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk(1≤k≤n)를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]가 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료이다.

본 발명에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]는 한 방향으로 배열된 다수 개의 필라멘트를 포함하는 연속 강화 섬유 다발을, 섬유 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 절단한 섬유 다발이다.

촙드 섬유 다발 [A]로서는, 예를 들어 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리파라페닐렌벤즈옥사졸(PBO) 섬유 등의 유기 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 탄화규소 섬유, 알루미나 섬유, 티라노 섬유, 현무암 섬유, 세라믹스 섬유 등의 무기 섬유, 스테인리스 섬유나 스틸 섬유 등의 금속 섬유, 그 밖에, 보론 섬유, 천연 섬유, 변성한 천연 섬유 등을 섬유로서 사용한 강화 섬유 다발을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소 섬유(특히 PAN(폴리아크릴니트릴)계 탄소 섬유)는, 이들 강화 섬유 중에서도 경량이며, 게다가 비강도 및 비탄성률에 있어서 특히 우수한 성질을 갖고 있으며, 추가로 내열성이나 내약품성도 우수하다는 점에서, 적합하다.

본 발명에 있어서의 매트릭스 수지 [B]로서는, 열경화성 수지, 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 수지로서는, 열경화성 수지만을 사용해도 되고, 열가소성 수지만을 사용해도 되고, 열경화성 수지와 열가소성 수지의 양쪽을 사용해도 된다.

열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 페녹시 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지, 말레이미드 수지, 시아네이트 수지 등의 열경화성 수지를 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지나 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐에스테르 수지를 사용하면, 강화 섬유에 대하여 우수한 계면 접착성을 발현하는 점에서, 적합하다. 열경화성 수지로서는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 등의 폴리올레핀계 수지, 나일론6 수지, 나일론6,6 수지 등의 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르술폰 수지, 방향족 폴리아미드 수지 등을 들 수 있다. 열가소성 수지로서는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.

또한, 매트릭스 수지에는, 필요에 따라, 경화제, 내부 이형제, 증점제, 안정제 등의 첨가제가 배합되어 있어도 된다.

본 발명에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 촙드 섬유 다발 [A]에 매트릭스 수지 [B]를 함침시킴으로써 얻어진다. 특히 매트릭스 수지 [B]로서 열경화성 수지를 사용한 것은, SMC(시트 몰딩 컴파운드)라고 불리며, 성형품의 중간체로서 이용할 수 있다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 중량 함유율은, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 총 중량에 대하여, 20중량% 이상 75중량% 이하가 바람직하고, 30 내지 70중량%가 보다 바람직하고, 40 내지 70중량%가 더욱 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]의 중량 함유율이 하한값 이상이면 역학 특성이 우수한 섬유 강화 수지 재료 성형품이 얻어지기 쉽다. 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 중량 함유율이 상한값 이하이면, 성형 시의 유동 저항이 작아 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일을 저감할 수 있다.

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 성형하는 경우, 성형 초기와 성형 후기에서 유동 저항이 다르고, 이 유동 저항의 변화에 따라, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일이 발생하여, 역학 특성이 저하된다. 특히, 매트릭스 수지 [B]에 열경화성 수지를 사용한 경우, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 가열형 프레스기를 사용해서 가열 가압 성형할 때, 일반적으로 성형 초기에는 고온의 금형면에 접하는 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 최외층 부분은 매트릭스 수지 [B]의 점도 저하에 의해 유동 저항이 저하되어 유동하기 쉽지만, 최외층부터 수지의 경화가 시작되기 때문에, 매트릭스 수지 [B]의 경화가 시작되는 성형 후기에는 최외층 부분은 점도 증가에 의해 유동 저항이 증가해서 유동하기 어려워진다. 즉, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향으로의 열의 전달에 시간차가 발생함으로써 두께 방향 각위치에 있어서의 유동 저항이 다른 점에서, 이 유동 저항의 변화에 따라, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일이 발생하여, 역학 특성이 저하된다.

그래서, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향으로 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk], 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk], 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]가 다른 복수의 층 Fk를 마련함으로써, 두께 방향으로 유동성이 다른 복수의 층을 제작하고, 성형 시의 유동 저항의 변화를 분산시킴으로써, 역학 특성의 저하를 억제할 수 있다.

상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 각 층을 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk], 바람직하게는 수 평균 섬유 길이 [Lk] 또한 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk], 보다 바람직하게는 수 평균 섬유 길이 [Lk] 또한 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk] 또한 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]는, 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖기 때문에, 최외층 Fn에 가까운 층일수록 유동 저항이 크다. 한편, 가열 가압 성형 시에 최외층 Fn을 가열형의 하형에 접하도록 배치하면, 상형이 최외층 F1과 접할 때까지 최외층 Fn은 하형에 의해 가열되어 있기 때문에 최외층 Fn에 가까운 층일수록 매트릭스 수지 [B]의 점도가 저하되어 수지는 유동하기 쉬운 상태에 있다. 따라서, 각 층의 매트릭스 수지 [B]의 유동 용이함과 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]에 의한 유동 저항의 크기의 상호 작용에 의해, 각 층의 유동 상태의 차이는 작아져서, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일을 저감할 수 있다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]에 매트릭스 수지 [B]를 함침시킬 때, 최외층 F1로부터만 수지를 공급하는 경우, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향으로 한 방향으로 매트릭스 수지 [B]가 흐르기 쉬워 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침이 촉진된다.

함침 시에 각 최외층으로부터 수지를 공급하는 경우에는, 최외층 Fn으로부터 두께 방향으로 수지가 이동하는 속도가, 최외층 F1로부터 두께 방향으로 수지가 이동하는 속도보다 크기 때문에, 두께 방향 중심부 부근에서 각 최외층으로부터 공급된 수지가 합류할 때, 최외층 Fn으로부터 공급된 수지의 이동은 대략 완료되어 있고, 수지의 이동 속도는 작게 되어 있다. 따라서, 각 최외층으로부터 공급된 수지끼리의 합류 속도가 완만해지기 때문에, 촙드 섬유 다발 [A] 내나 촙드 섬유 다발 [A]간의 공기가 외부로 빠지기 쉬워 함침 상태가 양호해진다.

본 발명에 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이란, 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 방향을 따르는 방향의 길이이며, 촙드 섬유 다발 [A]의 다발 두께는 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 방향에 대하여 수직한 단면 중 짧은 직경이며, 촙드 섬유 다발 [A]의 다발 폭은 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 방향에 대하여 수직한 단면 중 긴 직경이다.

또한, n층으로 분할한다는 것은, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 두께 방향으로 n개(n층)로 분할 하는 것이며, 두께 방향으로 n개로 분할된 것 중에 1개를 1층이라고 한다. 여기서, n은 n≥2인 정수로 한다.

매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 두께 방향으로 n개의 층으로 분할하는 방법은 임의이지만, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 중량이 균등해지도록 두께 방향으로 n개의 층으로 분할하는 것이 바람직하다.

여기에서 말하는 균등이란, n층으로 분할된, 각 층에 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트 각각의 중량이, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트 각각의 중량의 평균값 ±5%에 들고 있는 것을 말한다.

최외층이란, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향에 대하여, 가장 외측에 위치하는 층을 말하며, 중앙층과는 2개의 최외층 사이에 존재하는 층을 말한다.

촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이, 다발 두께, 다발 폭의 측정은, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해, 제거한 후, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트로부터 촙드 섬유 다발 [A]를 채취해서 행한다. 구체적인 섬유 길이, 다발 두께, 다발 폭의 측정 방법은 후술한다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터, 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것이 중요하다. 여기서, k는 1≤k≤n인 정수로 한다. 이러한 층 구조의 경우, 성형 시의 유동성이 개선되어, 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일을 저감할 수 있다. 또한, 함침 시에 최외층 F1로부터만 수지를 공급하는 경우, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향으로 한 방향으로 매트릭스 수지 [B]가 흐르기 쉬워 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침이 촉진된다. 함침 시에 각 최외층으로부터 수지를 공급하는 경우에는, 각 최외층으로부터 공급된 수지끼리의 합류 속도가 완만해지기 때문에, 촙드 섬유 다발 [A] 내나 촙드 섬유 다발 [A]간의 공기가 외부로 빠지기 쉬워 함침 상태가 양호해진다. 또한, 분할수 n은 2≤n≤7의 어느 것인 것이 바람직하고, 2≤n≤5의 어느 것인 것이 보다 바람직하고, n=3인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 전술한 개선 효과가 커서, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 층 구조의 경우, 성형 시의 유동성이 개선되어, 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일을 저감할 수 있다. 또한, 함침 시에 최외층 F1로부터만 수지를 공급하는 경우, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향으로 한 방향으로 매트릭스 수지 [B]가 흐르기 쉬워 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침이 촉진된다. 함침 시에 각 최외층으로부터 수지를 공급하는 경우에는, 각 최외층으로부터 공급된 수지끼리의 합류 속도가 완만해지기 때문에, 촙드 섬유 다발 [A] 내나 촙드 섬유 다발 [A]간의 공기가 외부로 빠지기 쉬워 함침 상태가 양호해진다. 또한, 분할수 n은 2≤n≤7의 어느 것인 것이 바람직하고, 2≤n≤5의 어느 것인 것이 보다 바람직하고, n=3인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 전술한 개선 효과가 커서, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 층 구조의 경우, 성형 시의 유동성이 개선되어, 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일을 저감할 수 있다. 또한, 함침 시에 최외층 F1로부터만 수지를 공급하는 경우, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향으로 한 방향으로 매트릭스 수지 [B]가 흐르기 쉬워 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침이 촉진된다. 함침 시에 각 최외층으로부터 수지를 공급하는 경우에는, 각 최외층으로부터 공급된 수지끼리의 합류 속도가 완만해지기 때문에, 촙드 섬유 다발 [A] 내나 촙드 섬유 다발 [A]간의 공기가 외부로 빠지기 쉬워 함침 상태가 양호해진다. 또한, 분할수 n은 2≤n≤7의 어느 것인 것이 바람직하고, 2≤n≤5의 어느 것인 것이 보다 바람직하고, n=3인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 상기한 개선 효과가 커서, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

본 발명에 있어서, 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]가 점증한다는 것은, 적어도 최외층 Fn의 촙드 섬유 [An]의 수 평균 섬유 길이 [Ln]이, 최외층 F1의 촙드 섬유 [A1]의 수 평균 섬유 길이 [L1]에 대해, 그 비 Ln/L1이 1.01을 초과하고 있는 것을 말한다.

마찬가지로, 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk]가 점증한다는 것은, 적어도 최외층 Fn의 촙드 섬유 [An]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tn]이, 최외층 F1의 촙드 섬유 [T1]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T1]에 대해, 그 비 Tn/T1이 1.01을 초과하고 있는 것을 말하며, 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]가 점증한다는 것은, 적어도 최외층 Fn의 촙드 섬유 [An]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wn]이, 최외층 F1의 촙드 섬유 [A1]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W1]에 대해, 그 비 Wn/W1이 1.01을 초과하고 있는 것을 말한다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 길이 [L1]과, 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 길이 [Ln]의 비 Ln/L1이, 1.01＜Ln/L1≤1.5를 충족하는 것이 바람직하고, 1.03≤Ln/L1≤1.4를 충족하는 것이 보다 바람직하고, 1.05≤Ln/L1≤1.3을 충족하는 것이 더욱 바람직하고, 1.10≤Ln/L1≤1.25인 것이 특히 바람직하다. Ln/L1이 상기 범위이면, 성형 시의 층간 저항이 작아 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일이 저감됨과 함께, 함침 시에는 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침성이 향상하여, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

각 층(Fk층)의 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]는, 이하와 같이 측정한다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 두께 방향으로 n층으로 분할한다. 각 층으로부터 무작위로 선택한 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 La와 Lb의 2점 측정한 평균값을 산출한다. 이어서, 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이의 평균을, Fk층에 있어서의 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]라 한다. 계측은, 사람 손으로 노기스를 사용해서 계측하는 것이 바람직하지만, 화상 처리 소프트웨어를 사용해서 컴퓨터 상에서 계측해도 된다.

측정은 2개의 최외층과 중앙층의 각 층에서 측정하고, 2개의 최외층 중, 수 평균 섬유 길이 [Lk]의 작은 값을 갖는 층을 F1, 그 수 평균 섬유 길이 [Lk]를 L1로 하고, 다른 쪽 층을 Fn, 그 수 평균 섬유 길이 [Lk]를 Ln이라 한다. 중앙층이 존재하는 경우, F1층에 가까운 쪽부터 각 층을 F2, F3…, F(n-1)이라 하고, 각각의 층의 수 평균 섬유 길이 [Lk]를 L2, L3, …, L(n-1)이라 한다.

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T1]과, 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tn]의 비 Tn/T1이, 1.01＜Tn/T1≤2.0을 충족하는 것이 바람직하고, 1.05≤Tn/T1≤1.8을 충족하는 것이 보다 바람직하고, 1.1≤Tn/T1≤1.75를 충족하는 것이 더욱 바람직하고, 1.15≤Tn/T1≤1.7을 충족하는 것이 특히 바람직하다. Tn/T1이 상기 범위이면, 성형 시의 층간 저항이 작아 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일이 저감됨과 함께, 함침 시에는 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침성이 향상하여, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

각 층(Fk층)의 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 다발 두께 [Tk]는, 이하와 같이 측정한다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 두께 방향으로 n층으로 분할한다. 각 층으로부터 무작위로 선택한 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 각각을 직경 11.28㎜의 평면을 갖는 압자와, 압자의 평면과 평행하게 설치된 평면의 사이에, 잔존한 촙드 섬유 다발 [Ak]의 섬유 길이 La와, 섬유 다발 폭 Wa가 이루는 면이 평면과 평행해지도록 배치하고, 압자에 의해 30g의 부하를 촙드 섬유 다발에 건 상태에서의 섬유 다발 두께를 측정한다. 그리고 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 다발 두께의 평균을, Fk층에 있어서의 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 다발 두께 [Tk]라 한다. 또한, 측정하는 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]는, 상기 수 평균 섬유 길이 [Lk]를 측정하는 촙드 섬유 다발 [A]와 동일한 것을 사용해도 된다.

측정은 2개의 최외층과 중앙층의 각 층에서 측정하고, 2개의 최외층 중, 수 평균 섬유 길이 [Lk]의 작은 값을 갖는 층을 F1, 다른 쪽 층을 Fn이라 하고, 최외층 F1의 수 평균 다발 두께 [Tk]를 T1, 최외층 Fn의 수 평균 다발 두께 [Tk]를 Tn이라 한다. 중앙층이 존재하는 경우, F1층에 가까운 쪽부터 각 층을 F2, F3…, F(n-1)이라 하고, 각각의 층의 수 평균 다발 두께 [Tk]를 T2, T3, …, T(n-1)이라 한다.

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는, 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W1]과, 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wn]의 비 Wn/W1이, 1.01＜Wn/W1≤1.6을 충족하는 것이 바람직하고, 1.05≤Wn/W1≤1.5를 충족하는 것이 보다 바람직하고, 1.1≤Wn/W1≤1.45를 충족하는 것이 더욱 바람직하고, 1.15≤Wn/W1≤1.4를 충족하는 것이 특히 바람직하다. Wn/W1이 상기 범위이면, 성형 시의 층간 저항이 작아 유동성 불균일, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일이 저감됨과 함께, 함침 시에는 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지의 함침성 [B]가 향상하여, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

각 층(Fk층)의 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 다발 폭 [Wk]는, 이하와 같이 측정한다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 두께 방향으로 n층으로 분할한다. 각 층으로부터 무작위로 선택한 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 최대 폭 Wa를 측정하고, 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 다발 폭의 평균을, Fk층에 있어서의 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 다발 폭 [Wk]라 한다. 계측은, 사람 손으로 노기스를 사용해서 계측하는 것이 바람직하지만, 화상 처리 소프트웨어를 사용해서 컴퓨터 상에서 계측해도 된다. 또한, 측정하는 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]는, 상기 수 평균 섬유 길이 [Lk]를 측정하는 촙드 섬유 다발 [A]와 동일한 것을 사용해도 된다.

측정은 2개의 최외층과 중앙층의 각 층에서 측정하고, 2개의 최외층 중, 수 평균 섬유 길이 [Lk]의 작은 값을 갖는 층을 F1, 다른 쪽 층을 Fn이라 하고, 최외층 F1의 수 평균 다발 두께 [Wk]를 W1, 최외층 Fn의 수 평균 다발 두께 [Wk]를 Wn이라 한다. 중앙층이 존재하는 경우, F1층에 가까운 쪽부터 각 층을 F2, F3…, F(n-1)이라 하고, 각각의 층의 수 평균 다발 폭 [Wk]를 W2, W3, …, W(n-1)이라 한다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이 [L]은, 3㎜ 이상 100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 5㎜ 이상 50㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5㎜ 이상 30㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이 [L]이 하한값 이상이면 촙드 섬유 다발 [A]에 의한 우수한 보강 효과가 얻어지고, 상한값 이하이면 유동 시에 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이 일어나기 어렵다. 수 평균 섬유 길이 [L]은, 전체층에서 산출된 수 평균 섬유 길이 [Lk]의 평균값으로 한다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T]는, 0.01㎜ 이상 0.4㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.02㎜ 이상 0.3㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.03㎜ 이상 0.2㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T]가 하한값 이상이면 유동 시에 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이 일어나기 어렵고, 상한값 이하이면 촙드 섬유 다발 [A]로의 수지의 함침성이 우수하다. 수 평균 섬유 다발 두께 [T]는, 전체층에서 산출된 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk]의 평균값으로 한다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W]는, 0.5㎜ 이상 60㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.6㎜ 이상 40㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.0㎜ 이상 20㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W]가 하한값 이상이면 유동 시에 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이 일어나기 어렵고, 상한값 이하이면 촙드 섬유 다발 [A]로의 수지의 함침성이 우수하다. 수 평균 섬유 다발 폭 [W]는, 전체층에서 산출된 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]의 평균값으로 한다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]는, 수 평균 커트 각도 θ가, 0°＜θ＜90°의 범위 내인 것이 바람직하고, 0°＜θ≤45°가 보다 바람직하고, 5°≤θ≤30°가 더욱 바람직하다. 여기서, 커트 각도는 도 1과 같이, La 또는 Lb와 촙드 섬유 다발 [A]의 절단선이 이루는 각도 중 작은 쪽 각도 θa, θb를 말한다.

또한, 수 평균 커트 각도 θ는, 전술한 상한과 하한의 어느 것을 조합한 범위여도 된다. 촙드 섬유 다발 [A]의 절단 각도가 경사 방향인 것에 의해, 성형품으로 했을 때 촙드 섬유 다발 [A]의 단부에 응력이 집중하기 어려워지므로, 역학 특성이 향상된다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 커트 각도 θ는, 이하와 같이 측정한다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트로부터 무작위로 선택한 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해 단부 양측의 각도 θa, θb를 계측한다. 이것을 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서 계측을 행하고, 계 200점의 커트 각도의 평균을, 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 커트 각도 θ로 한다. 계측은, 사람 손으로 분도기를 사용해서 계측하는 것이 바람직하지만, 화상 처리 소프트웨어를 사용해서 컴퓨터 상에서 계측해도 된다.

촙드 섬유 다발 [A]는 실질적으로 랜덤하게 배향하는 것이 바람직하다. 실질적으로 랜덤하게 배향한다는 것은, 촙드 섬유 다발 [A]를 살포했을 때의 배향을 임의의 방향으로부터 개시해서 -90°≤θ＜90°의 방향에서 45°씩의 네 방향(-90°≤θ＜-45°, -45°≤θ＜0°, 0°≤θ＜45°, 45°≤θ＜90°)으로 구분했을 때, 각 방향으로 배향된 섬유 다발의 전체에 있어서의 비율이 25±2.5%의 범위 내와 비교적 균일하게 분포되어 있는 것을 나타낸다. 촙드 섬유 다발 [A]가 실질적으로 랜덤하게 배향하고 있음으로써, 촙드 섬유 다발 [A]에 매트릭스 수지 [B]를 함침시킨 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는 등방성 재료로서 취급할 수 있기 때문에, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 사용해서 성형품을 성형할 때의 설계가 용이해진다.

촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 배향은, 이하와 같이 측정한다. 먼저, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트로부터, 시트 두께 방향에 걸쳐서, 모든 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]가 보이도록 매트 두께 방향으로 슬라이스한 화상을 촬영한다. 슬라이스한 화상을 촬영하는 방법으로서는, 특별히 제한하는 것이 아니지만, 촙드 섬유 다발 [A]의 배향을 유지한 채 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 매체에 전사시키는 것을 매트 두께 방향에 걸쳐서 반복해서 행하여, 전사 후의 화상을 촬영하는 방법 등을 들 수 있다. 여기서, 모든 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]는 측정하는 범위 내에 존재하는 촙드 섬유 다발 [A]의 90% 이상을 나타내는 것으로 한다.

이어서, 얻어진 화상으로부터, 각각의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이 방향(각도)을 계측한다. 섬유 길이 방향(각도)의 계측은, 화상 처리 소프트웨어를 사용해서 컴퓨터 상에서 계측해도 되고, 시간은 걸리지만 사람 손으로 분도기를 사용해서 계측할 수도 있다. 얻어진 섬유 길이 방향(각도)의 값으로부터, 히스토그램을 작성하여, 네 방향 분포로 정리한다. 또한, 측정하는 매트의 면적은, 10000㎟ 이상으로 한다.

본 발명에 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]를 구성하는 필라멘트수는 특별히 한정되지 않지만, 100개 이상의 필라멘트로 구성되어 있는 촙드 섬유 다발 [A]의 비율이 수 평균으로 촙드 섬유 다발 [A] 전체의 85% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 바람직하고, 95% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 98% 이상이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 필라멘트 개수가, 500개 이상 12000개 미만의 범위 내인 것이 바람직하다.

촙드 섬유 다발 [A]를 구성하는 필라멘트수가 상기 하한값보다 작은 경우, 성형품으로 하기까지의 가공 공정에 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]가 섬유 길이 방향에 대하여 구부러져버려 섬유의 진직성을 상실하고, 성형품으로 했을 때의 강화 섬유에 의한 보강 효과를 충분히 얻을 수 없는, 즉 원하는 역학 특성을 발현하지 못하는 경우가 있다. 또한, 촙드 섬유 다발 [A]를 구성하는 필라멘트수가 상기 상한값보다 큰 경우, 성형품으로 했을 때 촙드 섬유 다발 [A]의 단부에 응력 집중이 발생하기 쉬워져서, 역학 특성의 변동이 커지는 경우가 있다.

각 층의 촙드 섬유 다발 [A]의 필라멘트 개수는, 이하와 같이 계측한다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트로부터 무작위로 선택한 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 각각의 섬유 길이와 함께 중량을 측정한다.

각각의 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이 측정은, 이하와 같이 실시한다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트로부터 무작위로 선택한 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 La와 Lb의 2점 측정한 평균값을 섬유 길이로 하여 산출함과 함께, 전자 천칭으로 촙드 섬유 다발 [A]의 중량을 0.01㎎의 정밀도로 측정한다. 촙드 섬유 다발 [A]의 산출한 섬유 길이와, 사용하는 강화 섬유의 비중(공칭값) 및 섬유 직경(공칭값)으로부터, 원주와 근사해서 섬유 1개당 중량을 산출((섬유 직경/2)²×섬유 길이×비중)하고, 촙드 섬유 다발 [A]의 중량으로부터 나누는 것으로 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 필라멘트 개수를 산출하여, 촙드 섬유 다발 [A]의 필라멘트 개수라 한다. 또한, 100개의 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]의 필라멘트 개수의 평균을, 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 필라멘트 개수라 한다.

촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이는, 사람 손으로 노기스를 사용해서 계측하는 것이 바람직하지만, 화상 처리 소프트웨어를 사용해서 컴퓨터 상에서 계측해도 된다.

본 발명에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트는, 단위 면적당 섬유량 E(촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량)가 50g/㎡ 이상 5000g/㎡ 이하인 범위 내인 것이 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량이 5000g/㎡를 초과하면, 두께 몇밀리 내지 몇센티 정도의 성형품을 얻는 데 있어서, 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트 그리고 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 제작 조건 범위가 한정되어, 생산성 좋게 얻는 것이 곤란해진다. 또한, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 얻기 위해서 촙드 섬유 다발 [A]에 매트릭스 수지 [B]를 함침시킬 때, 필연적으로 시트 두께가 커지기 때문에, 매트릭스 수지 [B]의 함침 불량을 발생시키는 경우가 있어, 안정된 품질의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C] 그리고 해당 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 사용한 성형품을 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량이 50g/㎡ 미만이면, 두께 몇밀리 내지 몇센티 정도의 성형품을 얻는 데 있어서, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 다수 적층해서 성형할 필요가 발생하기 때문에, 생산성 좋게 얻는 것이 곤란해진다.

본 발명의 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트는, 단위 면적당 섬유량 E(촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량)의 변동 계수가 20% 이하인 것이 바람직하다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 생산성 좋게 얻기 위해서는 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량의 변동 계수가 작은 것이 바람직하고, 성형품으로 한 경우에 우수한 역학 특성을 발현시키기 위해서도 변동 계수가 작은 것이 바람직하다. 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량의 변동 계수는 10% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

변동 계수는, 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량의 표준 편차를 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량의 평균값으로 제산한 값(%)으로 표현된다. 본 발명에 있어서는, 동일한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트로부터 무작위로 선택한 6군데의 측정 결과에서 평가한다.

또한, 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 성형 방법은 압축 성형인 것이 바람직하다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는 우수한 유동성이나 함침성을 갖고 있으며, 압축 성형 시에 발생하는 유동 저항의 변화를 억제하여, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다. 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 성형 방법에 대해서는 후술한다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는 단독으로 사용해도 되고, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 복수매 겹쳐서 사용해도 된다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 복수매 겹쳐서 사용한 경우에 있어서도, 최외층 부근에서는 성형 시의 유동 저항의 변화를 분산함으로써, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이나 배향 불균일을 저감할 수 있다. 또한, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 겹쳤을 때, 최외층 F1과 최외층 Fn을 접하도록 겹치는 것으로 보다 높은 역학 특성을 발현할 수 있다. 일반적으로 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 복수매 겹쳐서 사용한 경우, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]끼리의 적층 계면 부근은 수지 리치 상태가 되기 때문에 역학 특성이 저하되지만, 최외층 F1과 최외층 Fn을 접하도록 겹친 경우, 최외층 F1과 최외층 Fn의 유동성이 크게 다른 점에서 성형 시에 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]끼리의 적층 계면이 흐트러져 계면의 수지 리치 상태가 해소되기 때문에, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다. 또한, 함침 시에 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향에 대한 매트릭스 수지 [B]의 흐름을 제어할 수 있고, 촙드 섬유 다발 [A]로의 매트릭스 수지 [B]의 함침이 촉진되어, 우수한 역학 특성의 성형품이 얻어진다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 제조 방법은, 이하의 공정을 포함하는 것이다. 이하, 도 2에 도시한 장치를 참조하여 제조 방법을 설명하지만, 본 발명은 이 도면에 한정되는 것은 아니다.

처음에, 제1 시트 롤(11)로부터 제1 캐리어 시트(12)를 인출해서 제1 컨베이어(15)에 공급하고, 제1 수지 배스(10)에 의해 닥터 블레이드에 의해 매트릭스 수지 [B]의 페이스트를 소정의 두께로 도포해서 제1 수지 시트(13)을 형성한다. 제1 수지 시트(13)는 제1 컨베이어(15)에 의해 정속으로 주행하고 있다.

보빈(2)으로부터 연속 강화 섬유 다발(3)을 인출하고, 닙 롤(4)을 거친 후, 절단기(5)에 있어서 소정의 길이가 되도록 연속적으로 절단해서 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)로 한 후(촙드 섬유 다발 전구체 [a] 제조 공정), 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)를 그대로 분산기(디스트리뷰터)(6)에 충돌시켜서 1개 또는 복수의 촙드 섬유 다발 [A](9)를 생성시키고, 제1 수지 시트(13) 위로 촙드 섬유 다발 [A](9)를 살포한다(촙드 섬유 다발 [A] 살포 공정). 이에 의해, 주행하는 제1 수지 시트(13) 위로 촙드 섬유 다발 [A](9)가 랜덤하게 살포된 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)가 연속적으로 형성된다. 반송 방향 하류측에는 필요에 따라서 방해판(7)을 설치해도 된다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)가 형성된 제1 수지 시트(13)의 하류측에 있어서, 제2 시트 롤(16)로부터 긴 제2 캐리어 시트(17)를 인출하고, 제2 수지 배스(19)에 의해 제2 캐리어 시트(17)의 면 상에 매트릭스 수지 [B]의 페이스트를 소정의 두께로 도포한 제2 수지 시트(20)가 형성된다. 제2 수지 시트(20)는 제2 컨베이어(18)에 의해 정속으로 주행하고 있어, 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)의 상면과 매트릭스 수지 [B]의 페이스트가 도포된 면이 접하도록 제2 수지 시트(20)을 접합해서 적층한다(적층 공정). 이 적층 공정에 의해, 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)의 내부에, 제1 수지 시트(13) 및 제2 수지 시트(20)에 도포된 매트릭스 수지 [B]가 부분적으로 함침한 섬유 강화 수지 성형 재료 전구체(21)가 연속적으로 형성된다.

이어서, 가압 기구(22)에 의해, 제1 수지 시트(13) 및 제2 수지 시트(20) 사이에 끼워진 섬유 강화 수지 성형 재료 전구체(21)를 양면으로부터 가압하고, 제1 수지 시트(13) 및 제2 수지 시트(20)에 도포된 매트릭스 수지 [B]를 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)에 함침시켜(함침 공정), 제1 캐리어 시트(12)와 제2 캐리어 시트(17) 사이에 섬유 강화 수지 성형 재료 [C](23)가 형성된다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C](23)는 제1 캐리어 시트(12)와 제2 캐리어 시트(17)와 함께 롤 형상으로 권취된다.

촙드 섬유 다발 전구체 [a] 제조 공정에 있어서, 보빈(2)으로부터 인출되는 연속 강화 섬유 다발(3)은 폭 방향, 길이 방향에 있어서 완전한 균일 형상으로 인출되는 일은 없고, 꼬임이 들어 있는 것도 있다. 이 때문에, 연속 강화 섬유 다발(3)을 절단기(5)로 절단한 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)는, 섬유 다발 두께나 폭, 필라멘트수가 균일한 것이 아니다. 또한, 연속 강화 섬유 다발(3)을 절단기(5)에 공급하기 전에, 확폭 처리나 분섬 처리를 행하거나, 이들 처리를 병용할 수도 있다. 확폭 처리를 행함으로써 섬유 다발 두께를 평준화하거나, 분섬 처리를 행함으로써 섬유 다발 폭을 평준화하는 것이 가능하기는 하지만, 전술한 바와 같이 연속 강화 섬유 다발(3) 자신이 완전한 균일 형상이 아니기 때문에, 절단기(5)로 절단한 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)는, 섬유 다발 두께나 폭, 필라멘트수가 균일한 것이 아니다.

연속 강화 섬유 다발(3)을 소정의 각도로 커트하는 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고정된 절단기(5)에 대하여 소정의 각도로 연속 강화 섬유 다발(3)을 공급하는 방법이나, 닙 롤(4)로부터 공급되는 연속 강화 섬유 다발(3)의 주행 방향에 대하여 소정의 각도로 절단기(5)를 배치하는 방법을 들 수 있다.

절단기(5)로서는, 본 발명의 과제를 저해하지 않는 한, 특별히 제한이 없고, 기요틴 날식이나 로터리 커터식을 들 수 있다. 또한, 연속 강화 섬유 다발(3)을 소정의 각도로 커트하는 방법으로서, 날의 방향을 제어하는 등의 방법이어도 된다.

섬유 길이가 다른 촙드 섬유 다발 [A]를 얻는 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 섬유 길이가 각각 다르도록 설정한 절단기(5)를 복수 설치해서 불연속 강화 섬유 다발을 얻는 방법, 절단기(5)의 절단 간격을 조정하는(절단 속도를 변화시키는) 방법, 절단기(5)에의 연속 강화 섬유 다발(3)의 공급 속도를 조정하는 방법, 절단기(5)의 절단날 피치를 변경하는 방법 등을 들 수 있다.

촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)는, 분산기(6)에 충돌시키면 1개 또는 복수의 촙드 섬유 다발 [A]가 되고, 제1 수지 시트(13) 위로 촙드 섬유 다발 [A]가 살포된다. 분산기(6)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 3에 도시한 바와 같이, 회전축(24)의 양단에 설치된 한 쌍의 원반을, 복수의 와이어(25)로 연결한 원통상의 것이 바람직하다. 와이어(25)의 개수는 10 내지 30개가 바람직하고 10 내지 20개가 보다 바람직하다. 이 범위의 개수이면, 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)는 와이어(25)와 접촉하기 쉬워지기 때문에, 1개의 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)를, 섬유 길이가 다른 복수의 촙드 섬유 다발 [A]로 하거나, 섬유 방향을 따라 갈라진 섬유 다발 폭이 작은 복수의 촙드 섬유 다발 [A]로 하거나, 섬유 다발의 두께 방향으로 갈라져서 섬유 다발 두께가 얇은 복수의 촙드 섬유 다발 [A]로 할 수 있다. 복수의 와이어(25)의 개수가 상기 하한값보다 적은 경우, 촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)가 와이어와 접촉하기 어려워지기 때문에, 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 각각 다른 촙드 섬유 다발 [A]가 얻어지기 어려워진다. 한편, 복수의 와이어(25)의 개수가 상기 상한값보다 큰 경우, 촙드 섬유 다발 [A]가 복수의 와이어끼리의 사이에 축적하여 연속 운전이 곤란해지는 경우가 있다.

또한, 분산기(6)는 절단기(5)의 바로 아래임과 함께, 분산기(6)의 회전축(24)이 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)의 두께 방향과 수직, 또한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체(14)의 반송 방향과 수직이 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 분산기(6)의 폭(Lc)은 절단기(5)의 폭보다 충분히 큰 것이 바람직하다.

촙드 섬유 다발 전구체 [a](8)를 분산기(6)에 충돌시켜서 생성되는 1개 또는 복수의 촙드 섬유 다발 [A](9)은 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 각각 다른 촙드 섬유 다발 [A](9)가 된다. 여기서, 분산기(6)의 회전 방향을 도 2 화살표와 같이 시계 방향(제1 수지 시트(13)의 반송 방향과 동일한 방향)으로 한 경우, 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 큰 촙드 섬유 다발 [A](9)일수록, 분산기(6)와의 접촉의 충격으로 반송 방향으로 날아가기 쉬워진다. 따라서, 분산기(6) 바로 아래에는 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 작은 촙드 섬유 다발 [A](9)가 제1 수지 시트(13) 위로 낙하하기 쉽고, 제1 수지 시트(13) 위로 반송 방향으로 반송됨에 따라서 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 큰 촙드 섬유 다발 [A](9)가 순차 적층되게 된다.

또한, 분산기(6)의 회전 속도가 클수록, 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 큰 촙드 섬유 다발 [A](9)가 반송 방향으로 의해 날아가기 쉬워진다. 한편, 필요에 따라 분산기(6)의 반송 방향 하류에 방해판(7)을 설치함으로써, 반송 방향으로 날아간 촙드 섬유 다발 [A](9)를 강제적으로 제1 수지 시트(13) 위로 낙하 시킬 수 있다. 이러한 조건을 조합함으로써, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C] 내부의 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 다른 촙드 섬유 다발 [A](9)의 적층 구조를 제어할 수 있다.

또한, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 층 구조를 제어하는 다른 방법으로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 절단기(5)를 사용하여, 다른 절단 조건에서 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 다른 촙드 섬유 다발 [A](9)를 생성하고, 제1 수지 시트(13)의 반송 방향으로 배열된 복수의 살포 탑(26)을 통해서 단계적으로 살포하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 성형해서 얻어지는 성형품은 우수한 역학 특성을 갖는다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]는 우수한 유동성이나 함침성을 갖고 있으며, 특히 성형 시의 유동이 복잡한, 부분적으로 두께가 다른 성형품이나 복잡한 형상을 갖는 성형품에 있어서 적합하게 사용된다. 성형품의 성형 방법은 특별히 한정되지 않지만, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C](23)를 사용하여, 일반적으로 사용되는 프레스 성형법으로 얻을 수 있다. 즉, 목적의 성형품 형상을 이룬 상하 분리 가능한 금형을 준비하고, 금형의 캐비티의 투영 면적보다 작고 또한 캐비티 두께보다 두꺼운 상태에서 캐비티 내에 섬유 강화 수지 성형 재료 [C](23)를 배치한다. 이어서, 가열 가압하고, 금형을 개방해서 성형품이 얻어지는 성형법이다. 또한, 성형 온도, 성형 압력, 성형 시간은 목적으로 하는 성형품의 형상에 맞춰서 적절히 선택할 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

연속 강화 섬유 다발을 절단한 촙드 섬유 다발 전구체 [a]를 분산기에 충돌시켜서 1개 또는 복수의 촙드 섬유 다발 [A]를 생성시키고, 제1 수지 시트(13) 위로 촙드 섬유 다발 [A]를 살포하고, 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체로 한 후, 매트릭스 수지 [B]를 함침시킴으로써 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]로 하였다. 섬유 강화 수지 성형 재료 [C], 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 프레스 성형해서 얻어진 성형품에 대하여, 이하의 평가 방법에서 특성을 평가했다.

<사용 원료>

연속 강화 섬유 다발:

섬유 다발 7.2㎛, 인장 탄성률 240GPA, 필라멘트수 50000개의 연속한 탄소 섬유 다발(ZOLTEK사 제조, 제품명: "ZOLTEK(등록상표)" PX35-50K)을 사용했다.

매트릭스 수지 [B]:

비닐에스테르 수지(VE) 수지(다우·케미컬(주)제, "데라켄 790"(등록상표)) 100중량부, tert-부틸퍼옥시벤조에이트(니혼 유시(주)제, "퍼부틸 Z"(등록상표)) 1중량부, 스테아르산아연(사까이 가가꾸 고교(주)제, SZ-2000) 2중량부, 산화마그네슘(교와 가가꾸 고교(주)제, MgO#40) 4중량부를 혼합한 수지를 사용했다.

<촙드 섬유 다발 [A]의 형상의 평가 방법>

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 두께 방향과 수직인 면에 있어서 200㎜×200㎜의 사이즈로 잘라내고, 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 [A]를 포함하는 시트의 중량 X(g)을 측정했다.

촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 3층(n=3)으로 분할하기 위해서, 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트의 표면에 폴리염화비닐리덴제의 랩을 8g/㎠의 힘으로 누르고, 촙드 섬유 다발 [A]를 부착시켜서 채취하고, 부착된 촙드 섬유 다발 [A]의 중량을 측정하는 것을 반복하여, 중량의 합계값이 중량 X(g)/3이 된 시점에서, 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹을 첫번째 최외층 Fα의 촙드 섬유 다발 [Aα]로 하였다. 계속해서, 마찬가지 수순으로 채취한, 중량의 합계값이 중량 X(g)/3의 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹을, 중앙층 F2의 촙드 섬유 다발 [A2]로 하였다. 마지막으로 남은 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹을 두번째 최외층 Fβ의 촙드 섬유 다발 [Aβ]로 하였다.

다음에 각 층에 있어서, 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹 중에서 무작위로 100개의 촙드 섬유 다발 [A]를 추출했다. 여기서, 200㎜×200㎜의 사이즈의 샘플로 잘라냈을 때, 샘플 외주부에 위치해서 촙드 섬유 다발 [A]의 일부가 절단된 촙드 섬유 다발 [A]는 제외했다. 각 층의 그룹으로부터 추출한 100개의 촙드 섬유 다발 [A]에 대해서, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 촙드 섬유 다발 [A]의 La와 Lb의 2점을 노기스를 사용해서 0.1㎜의 정밀도로 측정해서 평균값을 섬유 길이로 하고, 그 100개의 섬유 길이의 평균을 소수점 둘째자리에서 반올림하여, 각 층의 수 평균 섬유 길이 [Lk]로 하였다.

그리고, 산출된 2개의 최외층 Fα, Fβ의 수 평균 섬유 길이 [Lα], [Lβ] 중에서 작은 값을 갖는 한쪽 최외층을 F1, 그 수 평균 섬유 길이를 L1로 하고, 다른 쪽 최외층을 F3, 그 수 평균 섬유 길이를 L3로 하였다. 중앙층 F2에 있어서의 촙드 섬유 다발의 평균 섬유 길이는 L2로 하였다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이 [L]의 산출 방법은 이와 같이 했다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이 [L]=(L1+L2+L3)/3

이어서, 섬유 길이를 측정한 경우와 마찬가지 수순으로, 200㎜×200㎜의 사이즈로 잘라낸 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 3층으로 분할했다. 각 층에 있어서, 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹 중에서 무작위로 100개의 촙드 섬유 다발 [A]를 추출했다. 섬유 다발 두께의 측정은, 상하로 직경 11.28㎜의 평면을 갖는 한 쌍의 압자를 구비한 두께 측정기(다이에이 카가꾸 세이키 세이사쿠쇼제, FS-60DS)를 사용했다. 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 길이 La 또는 Lb를 측정하는 변과 섬유 다발 폭 Wa를 측정하는 변으로 둘러싸인 면이, 압자의 각 평면과 평행해지도록 배치하고, 촙드 섬유 다발 [A]에 압자로부터 30g의 부하를 건 상태에 있어서의 섬유 다발 두께를 0.01㎜의 정밀도로 측정했다. 100개의 촙드 섬유 다발 [A]의 두께의 평균값을 소수점 넷째자리에서 반올림하여, 각 층의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk]로 하였다. 여기서, 전술한 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정에서 사용한 촙드 섬유 다발 [A]를 섬유 다발 두께의 측정에도 사용한 경우에는, 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정에 의해 결정한 F1층의 수 평균 섬유 다발 두께를 T1, F3층의 수 평균 섬유 다발 두께를 T3, 중앙층 F2의 수 평균 섬유 다발 두께를 T2로 하였다. 한편, 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정과는 별도로 추출한 촙드 섬유 다발 [A]에서 섬유 다발 두께를 측정한 경우에는, 섬유 다발 두께의 측정 전에, 전술한 평균 섬유 길이의 측정 방법으로 F1 내지 F3층을 특정해 두는 것으로 하였다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T]의 산출 방법은 이와 같이 했다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [T]=(T1+T2+T3)/3

또한, 섬유 길이를 측정한 경우와 마찬가지 수순으로, 200㎜×200㎜의 사이즈로 잘라낸 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 3층으로 분할했다. 각 층에 있어서, 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹 중에서 무작위로 100개의 촙드 섬유 다발 [A]를 추출했다. 도 1에 도시하는 촙드 섬유 다발 [A]의 최대 폭 Wa를, 노기스를 사용해서 0.01㎜의 정밀도로 측정했다. 100개의 촙드 섬유 다발 [A]의 최대 폭 Wa의 평균값을 소수점 셋째자리에서 반올림하여, 각 층 각각의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]로 하였다. 여기서, 전술한 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정에서 사용한 촙드 섬유 다발 [A]를 섬유 다발 두께의 측정에도 사용한 경우에는, 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정에 의해 결정한 F1층의 수 평균 섬유 다발 폭을 W1, F3층의 수 평균 섬유 다발 폭을 W3, 중앙층 F2의 수 평균 섬유 다발 폭을 W2로 하였다. 한편, 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정과는 별도로 추출한 촙드 섬유 다발 [A]에서 섬유 다발 폭을 측정한 경우에는, 섬유 다발 폭의 측정 전에, 전술한 평균 섬유 길이의 측정 방법으로 F1 내지 F3층을 특정해 두는 것으로 하였다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W]의 산출 방법은 이와 같이 했다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W]=(W1+W2+W3)/3

또한, 섬유 길이를 측정한 경우와 마찬가지 수순으로, 200㎜×200㎜의 사이즈로 잘라낸 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 3층으로 분할했다. 각 층에 있어서, 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 그룹 중에서 무작위로 100개의 촙드 섬유 다발 [A]를 추출했다. 도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 촙드 섬유 다발 [A]에 있어서 단부 양측의 각도 θ1, θ2를, 분도기를 사용해서 1°의 정밀도로 측정하고, 그 평균값을 소수점 둘째자리에서 반올림하여, 각 층 각각의 단부 각도 [θk]로 하였다. 여기서, 전술한 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정에서 사용한 촙드 섬유 다발 [A]를 단부 각도의 측정에도 사용한 경우에는, 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정에 의해 결정한 F1층의 수 평균 단부 각도를 θ1, F3층의 단부 각도를 θ3, 중앙층 F2의 수 평균 단부 각도를 θ2로 하였다. 한편, 수 평균 섬유 길이 [L]의 측정과는 별도로 추출한 촙드 섬유 다발 [A]에서 단부 각도를 측정한 경우에는, 단부 각도의 측정 전에, 전술한 평균 섬유 길이의 측정 방법으로 F1 내지 F3층을 특정해 두는 것으로 하였다.

또한, 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 단부 각도 [θ]의 산출 방법은 이와 같이 했다.

촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 단부 각도 [θ]=(θ1+θ2+θ3)/3

또한, 상기 평가 방법은, 실시예에서 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 시트를 3층(n=3)으로 분할하는 후술하는 실시예의 경우에 대해서 설명했지만, n수가 3층 이외의 다른 층수인 경우에도, 마찬가지 방법을 채용할 수 있다.

<섬유 강화 수지 성형 재료 [C]에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량의 측정 방법>

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 200㎜×200㎜의 사이즈로 6매 잘라냈다. 1매씩 중량 Y(g)을 전자 천칭으로 0.01g 단위까지 측정한 후, 전기로에 투입해서 수지를 태워 날린 후의 중량 Z(g)을 0.01g 단위까지 측정했다. 촙드 섬유 다발의 단위 면적당 중량은, Z(g)의 중량을 1㎡당의 중량으로 환산하고, 6매의 평균값을 구했다.

<섬유 강화 수지 성형 재료 [C]에 있어서의 두께의 측정 방법>

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 200㎜×200㎜의 사이즈로 6매 잘라냈다. 각 변의 중점을 노기스로 측정하고, 그 평균값을 구했다.

<섬유 강화 수지 성형 재료 [C]에 있어서의 촙드 섬유 다발 [A]의 섬유 중량 함유율의 측정 방법>

섬유 중량 함유율은 이하의 식에서 구하고, 각각의 평균값을 구했다.

촙드 섬유 다발의 중량 함유율=Z/Y×100

<섬유 만곡의 평가 방법>

SMC의 성형판에 대해서, 성형 시에 하형에 접해 있던 측의 표면을 눈으로 관찰하고, 촙드 섬유 다발 [A]의 만곡이 보이는 것을 「있음」, 만곡이 보이지 않는 것을 「없음」이라 했다. 그 평가 결과를 통합한 것을 표 1에 나타낸다.

<굽힘 특성의 평가 방법>

JIS-K7017(1999)에 준거해서 굽힘 강도, 굽힘 탄성률을 측정했다.

SMC의 성형판의 굽힘 강도와 굽힘 탄성률을 측정하기 위해서, SMC의 성형판으로부터, SMC의 반송 방향(0° 방향)과 폭 방향(90° 방향)을 따라, 시험편의 길이/시험편의 두께=50, 시험편의 폭 25㎜가 되도록, 시험편을 각각 6매 잘라냈다. 그리고, 5kN 인스트론 만능 시험기를 사용하여, 지점간 거리/시험편의 두께=40.5, 지점간 거리=3×압자간 거리, 크로스헤드 속도 10㎜/분으로 4점 굽힘 시험을 각 시험편에 대하여 행하고, 각각의 굽힘 강도와 굽힘 탄성률을 측정하고, 각각의 평균값, 변동 계수(CV)를 구했다. 그 평가 결과를 통합한 것을 표 1에 나타낸다.

(실시예 1)

제1 원단 롤로부터 폴리프로필렌제의 제1 캐리어 시트를 인출해서 제1 컨베이어에 공급하고, 매트릭스 수지 [B]의 페이스트를 닥터 블레이드를 사용해서 소정의 두께로 도포해서 제1 수지 시트를 형성했다.

보빈으로부터 인출된 연속 강화 섬유 다발을, 섬유 다발 폭이 50㎜가 되도록 확폭 처리를 실시한 후, 3㎜ 등간격으로 병행하여 세트한 분섬 처리 수단에 의해 폭 방향으로 16분할하는 분섬 처리를 행하였다. 연속 강화 섬유 다발의 불균일함에 더하여, 확폭 처리, 분섬 처리의 변동에 의해, 분섬된 각각의 연속 강화 섬유 다발의 폭 방향, 길이 방향에 있어서, 섬유 다발 두께나 섬유 다발 폭, 필라멘트 개수에 차이가 보였다.

분섬 처리된 연속 강화 섬유 다발을 일정한 속도로 절단기로 실을 반송할 때, 커트 각도가 약 15°가 되도록 각도를 갖게 하면서 공급하고, 절단 속도를 변화시키면서 연속적으로 분섬 처리된 연속 강화 섬유 다발을 절단해서 촙드 섬유 다발 전구체 [a]를 얻었다.

절단기의 바로 아래에는 20개의 와이어가 배치된 원통상의 분산기를 배치했다. 분산기의 회전축이 제1 수지 시트면과 평행하여, 제1 수지 시트의 반송 방향과 수직이 되도록 배치했다. 분산기의 회전 방향을 도 2의 화살표 분산기의 회전축에 대하여 시계 방향의 방향으로 속도 400rpm으로 회전시켰다. 또한, 방해판은 사용하지 않았다.

촙드 섬유 다발 전구체 [a]가 낙하하여 분산기(디스트리뷰터)와 충돌하는 것으로, 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 각각 다른 1개 또는 복수의 촙드 섬유 다발 [A]가 생성되었다. 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 큰 촙드 섬유 다발 [A]일수록, 분산기와의 충돌로 제1 수지 시트의 반송 방향으로 보다 크게 날아가기 때문에, 제1 수지 시트측으로부터, 섬유 길이, 섬유 다발 폭, 섬유 다발 두께가 작은 것부터 순서대로 점증하도록 겹쳐진 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체가 연속적으로 형성되었다.

이어서, 제2 원단 롤로부터 폴리프로필렌제의 제2 캐리어 시트를 인출해서 제2 컨베이어에 공급하고, 매트릭스 수지 [B]의 페이스트를 닥터 블레이드를 사용해서 소정의 두께로 도포 시공해서 제2 수지 시트를 형성했다.

촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체 상에 제2 수지 시트를 접합해서 적층하고, 양면으로부터 가압하여, 매트릭스 수지 [B]를 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체에 함침시켜서, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 얻었다. 그 후, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 제조 후로부터 1주일, 25±5℃의 온도에서 양생하고, 각 평가를 실시했다.

섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께는 2.1㎜였다. 얻어진 촙드 섬유 다발 [A]의 단위 면적당 중량은 1160g/㎡이고, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 섬유 중량 함유율은 57.2%였다.

200㎜×200㎜의 사이즈로 잘라낸 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 전기로에서 가열해서 매트릭스 수지 [B]를 분해시켜서, 잔존한 촙드 섬유 다발 [A]로부터 추출한 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이, 수 평균 섬유 다발 폭, 수 평균 섬유 다발 두께, 수 평균 각도를 각각 측정함과 함께, 섬유 만곡의 유무를 평가했다. 측정 및 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 265×265㎜로 잘라내고, 섬유 강화 수지 성형 재료 [C] 제조 장치에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 반송 방향(MD 방향)을 가지런히 하여, 1개의 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 최외층 F1이 다른 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 최외층 F3에 접하도록 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 3매 겹치고, 300×300㎜의 캐비티를 갖는 평판 금형 상의 중앙부에 최외층 F3을 하형에 접하도록 배치(차지율로서 80% 상당)한 후, 가열형 프레스 성형기에 의해, 10㎫의 가압 하, 약 140℃×5분간의 조건에 의해 경화시켜서, 300×300㎜×3㎜의 평판상의 성형품을 얻었다. 이 성형품의 굽힘 강도는 455㎫, 변동 계수 CV는 6.1%, 굽힘 탄성률은 37㎬, 변동 계수 CV는 4.4%였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

분산기의 회전 속도를 300rpm으로 회전시킨 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 얻음과 함께, 이 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 사용해서 성형품을 얻었다. 이 성형품의 굽힘 강도는 450㎫, 굽힘 탄성률은 34㎬였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

분산기의 반송 방향 하류측 50㎝의 위치에 방해판을 설치한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 얻음과 함께, 이 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 사용해서 성형품을 얻었다. 이 성형품의 굽힘 강도는 436㎫, 굽힘 탄성률은 32㎬였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

실시예 1과 마찬가지로 하여 얻어진 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 265×265㎜로 잘라내고, 실시예 1에 기재된 300×300㎜의 캐비티를 갖는 평판 금형 상의 중앙부에 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 1매만 배치한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 조건에서 성형품을 얻었다. 이 성형품의 굽힘 강도는 450㎫, 굽힘 탄성률은 35㎬였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 1)

분산기를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 얻음과 함께, 이 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 사용해서 성형품을 얻었다. 이 성형품의 굽힘 강도는 380㎫, 굽힘 탄성률은 29㎬였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

(비교예 2)

비교예 1과 마찬가지로 하여 얻어진 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 265×265㎜로 잘라내고, 실시예 1에 기재된 300×300㎜의 캐비티를 갖는 평판 금형 상의 중앙부에 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]를 1매만 배치한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지 조건에서 성형품을 얻었다. 이 성형품의 굽힘 강도는 378㎫, 굽힘 탄성률은 28㎬였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명의 섬유 강화 수지 성형 재료, 성형품의 용도로서는, 경량성 및 우수한 역학 특성이 요구되는, 도어나 범퍼 보강재나 시트(패널이나 프레임) 등의 자동차 부재, 크랭크나 휠 림 등의 자전거 부재, 골프 클럽 헤드나 라켓 등의 골프나 테니스 등의 스포츠 부재, 내장재 등의 교통 차량 부재나 항공기 부재, 로봇 암 등의 산업 기계 부재를 들 수 있다. 그 중에서도, 경량에 더하여, 복잡한 형상의 성형 추종성이 요구되는 도어나 범퍼 보강재나 시트(패널이나 프레임) 등의 자동차 부재에 바람직하게 적용할 수 있다.

1: 촙드 섬유 다발 [A]
2: 보빈
3: 연속 강화 섬유 다발
4: 닙 롤
5: 절단기
6: 분산기(디스트리뷰터)
7: 방해판
8: 촙드 섬유 다발 전구체 [a]
9: 촙드 섬유 다발 [A]
10: 제1 수지 배스
11: 제1 시트 롤
12: 제1 캐리어 시트
13: 제1 수지 시트
14: 촙드 섬유 다발 [A]를 포함하는 집합체
15: 제1 컨베이어
16: 제2 시트 롤
17: 제2 캐리어 시트
18: 제2 컨베이어
19: 제2 수지 배스
20: 제2 수지 시트
21: 섬유 강화 수지 성형 재료 전구체
22: 가압 기구
23: 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]
24: 회전축
25: 와이어
26: 살포 탑

Claims

촙드 섬유 다발 [A]와 매트릭스 수지 [B]를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]로서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk(1≤k≤n)를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 길이 [Lk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항에 있어서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 두께 방향을 따라 n층으로 분할했을 때, 각 층 Fk를 구성하는 상기 촙드 섬유 다발 [Ak]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wk]가, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료 [C]의 한쪽 최외층 F1로부터 다른 쪽 최외층 Fn을 향해서 점증하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 길이 [L1]과, 상기 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 길이 [Ln]이, 하기 식 (1)을 충족하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
1.01＜Ln/L1≤1.5 … (1)
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T1]과, 상기 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 다발 두께 [Tn]이, 하기 식 (2)를 충족하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
1.01＜Tn/T1≤2.0 … (2)
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한쪽 최외층 F1을 구성하는 촙드 섬유 다발 [A1]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W1]과, 상기 다른 쪽 최외층 Fn을 구성하는 촙드 섬유 다발 [An]의 수 평균 섬유 다발 폭 [Wn]이, 하기 식 (3)을 충족하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
1.01＜Wn/W1≤1.6 … (3)
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 길이 [L]이 3㎜ 이상 100㎜ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 두께 [T]가 0.01㎜ 이상 0.4㎜ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 섬유 다발 폭 [W]가 0.5㎜ 이상 60㎜ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촙드 섬유 다발 [A]의 수 평균 커트 각도 θ가 0°＜θ＜90°의 범위 내인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스 수지 [B]가 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 분할되는 층의 수 n이 n≥3인 섬유 강화 수지 성형 재료.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료를 성형해서 얻어지는 성형품.