ES2837455T3 - Haz de fibras troceadas, material de moldeo y plástico reforzado con fibras, y proceso para producirlos - Google Patents

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Abstract

Un haz de fibras troceadas CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g que comprende: (a) gran número de fibras de refuerzo dispuestas unidireccionalmente (11) y un agente de agrupamiento que agrupa dicho gran número de fibras de refuerzo (11), donde (b) la longitud de fibra de dicha fibra de refuerzo (11) es de 5 a 100 mm, (c) dicho haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) tiene una primera sección de transición (13a) en la que el número de dichas fibras de refuerzo (11) en una sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) perpendicular a la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) aumenta desde una primera punta (12a) que es una punta en una dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) hacia una segunda punta (12b) que es otra punta y también tiene una segunda sección de transición (13b) en la que dicho número de las fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) aumenta desde dicha segunda punta (12b) hacia dicha primera punta (12a), y (d) teniendo dicho haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) una sección constante (14) situada entre dicha primera sección de transición (13a) y dicha segunda sección de transición (13b) en la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) en la que dicho número de fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) es constante, donde una cara de extremo de dicha sección constante (14Ea) coincide con una primera cara de extremo terminal (13Ea) de dicha primera sección de transición (13a) que está en un extremo opuesto de dicha primera punta (12a) mientras que otra cara de extremo de dicha sección constante (14Ea) coincide con una segunda cara de extremo terminal (13Eb) de dicha segunda sección de transición (13b) que está opuesta a dicha segunda punta (12b), o donde dicha primera cara de extremo terminal (13Ea) coincide directamente con dicha segunda cara de extremo terminal (13Eb), y donde (e) entre dicha primera punta (12a) y dicha segunda punta (12b), el cambio en el área en sección transversal total de las fibras de refuerzo (11) en dicha sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), medido a lo largo de la dirección de disposición de dicha fibra de refuerzo (11), es de 0,05 mm2 o menos por 1 mm, y caracterizado porque el valor máximo de un área en sección transversal total de dichas fibras de refuerzo (11) es menos de 0,1 mm2 y, entre dicha primera punta (12a) y dicha segunda punta (12b), un cambio en el número de dichas fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11), es de 30% o menos de dicho número máximo de fibras de refuerzo (11) por 1 mm y/o donde dichas fibras de refuerzo (11) son fibras de carbono, el número de dichas fibras de carbono (11) es de 1.000 a 700.000, y entre dicha primera punta (12a) y dicha segunda punta (12b), un cambio en el número de dichas fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11), es de 1.400 o menos por 1 mm y/o donde un valor de la relación Wb/Tb es de 20 a 400, donde Wb representa la anchura de dicho haz de fibras (11) medida perpendicular a la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) en una vista en planta que tiene un estado en el que dicha anchura es más grande, mientras que Tb representa el grosor máximo de dicho haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) medido perpendicular a la vista en planta.

Description

DESCRIPCIÓN
Haz de fibras troceadas, material de moldeo y plástico reforzado con fibras, y proceso para producirlos Campo técnico
La presente invención se refiere a un haz de fibras troceadas que comprende gran número de fibras de refuerzo. La presente invención se refiere a un material de moldeo que comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la presente invención usado para el moldeo de un plástico reforzado con fibras. La presente invención se refiere a un plástico reforzado con fibras que comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la presente invención y una resina de matriz.
Antecedentes de la invención
Dado que los plásticos reforzados con fibras que comprenden gran número de fibras de refuerzo y una resina de matriz tienen alta resistencia específica y módulo específico, excelentes características mecánicas y altas prestaciones como resistencia a la intemperie y resistencia química, atraen la atención también en aplicaciones industriales y su demanda crece año tras año.
Como un método de moldeo de plástico reforzado con fibras que tiene altas prestaciones, se menciona un método de moldeo en autoclave en el que se laminan bases de material en estado semicurado (prepreg) de gran número de fibras de refuerzo continuas impregnadas con una resina de matriz, y un plástico reforzado con fibras se moldea curando la resina de matriz presurizando con calor el laminado obtenido en un horno de alta temperatura-alta presión. Este método de moldeo en autoclave se usa ampliamente.
Por otra parte, como otro método de moldeo de plástico reforzado con fibras, se menciona el método de moldeo RTM (moldeo por transferencia de resina) en el que, al objeto de incrementar la eficiencia de la producción, un material base que comprende gran número de fibras de refuerzo continuas (preforma) conformadas en forma de un elemento deseado es impregnado de antemano con una resina de matriz, y se cura la resina de matriz impregnada. El plástico reforzado con fibras obtenido por estos métodos de moldeo, dado que el gran número de fibras de refuerzo son fibras continuas, tiene excelente propiedad mecánica. Y dado que este gran número de fibras continuas están dispuestas regularmente en el material base, es posible diseñar de tal manera que el plástico reforzado con fibras tenga una propiedad mecánica necesaria por la disposición de las bases de material a laminar, y la dispersión de la propiedad mecánica del plástico reforzado con fibras obtenido también es pequeña. Sin embargo, por otra parte, dado que cada fibra del gran número de fibras de refuerzo es una fibra continua, es difícil darles una forma complicada tal como una forma tridimensional, y estos métodos de moldeo se usan para la producción solamente de elementos de forma aproximadamente plana.
Como un método de moldeo adecuado para moldear un artículo moldeado que tiene una forma complicada, tal como una forma tridimensional, se mencionan métodos de moldeo en los que se usa una lámina de SMC (compuesto de moldeo de lámina) o una lámina estampable.
El método de moldeo SMC es un método de moldeo en el que una lámina de SMC, formada en un estado semicurado impregnando un haz de fibras troceadas, que comprende gran número de fibras de refuerzo que se cortan generalmente a aproximadamente 25 mm, con una resina termoestable como resina de matriz, es moldeada por prensado en caliente usando una máquina de prensado en caliente.
El método de moldeo de lámina estampable es un método de moldeo en el que una lámina estampable, hecha impregnando un haz de fibras troceadas, que comprende gran número de fibras de refuerzo que se cortan generalmente a aproximadamente 25 mm, con una resina termoplástica como resina de matriz, se moldea calentándola a un punto de fusión o más de la resina termoplástica y disponiéndola en un molde controlado a una temperatura predeterminada para ser prensada en frío.
En muchos casos, el moldeo se lleva a cabo disponiendo en un molde una lámina de SMC o una lámina estampable cortada más pequeña que la forma deseada de un artículo moldeado y extendiendo (haciendo que fluya) la lámina dispuesta en el molde a la forma de dicho artículo moldeado por presurizacion. Por esa razón, con el flujo de la resina de matriz y el gran número de fibras de refuerzo cortadas, puede obtenerse una capacidad de seguimiento del molde en una forma complicada, tal como una forma tridimensional.
Sin embargo, el haz de fibras troceadas usado en la lámina de SMC convencional o lámina estampable se produce cortando un haz de fibras de refuerzo continuas que comprende gran número de fibras de refuerzo continuas dispuestas unidireccionalmente en dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Cuando se impone una fuerza al artículo moldeado con gran número de tales haces de fibras troceadas y la resina de matriz (plástico reforzado con fibras), casi toda su fuerza es soportada por el gran número de haces de fibras troceadas. Es decir, el gran número de haces de fibras troceadas comparten la fuerza entre sí mediante la resina de matriz.
En este caso, en un artículo moldeado convencional, dado que el extremo de cada fibra de refuerzo en la parte de punta del haz de fibras troceadas está situado en un plano perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, surge un estado en el que la fuerza es compartida inmediatamente con un haz de fibras troceadas adyacente. En este estado, se genera concentración de esfuerzos en dicha parte. Cuando se genera esta concentración de esfuerzos, incluso en el caso donde la fuerza es pequeña, dicha parte se rompe por la concentración de esfuerzos, generando una fisura en el artículo moldeado. La fisura generada se une a otras fisuras, produciendo una rotura de todo el artículo moldeado.
En la lámina de SMC convencional o lámina estampable, dado que la longitud de cada fibra de refuerzo del haz de fibras troceadas usadas en ella es de aproximadamente 25 mm, aunque puede obtenerse fluidez de la fibra de refuerzo al formar un artículo moldeado, dado que el extremo de cada fibra de refuerzo está situado en el plano perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, surge el problema de que es fácil que se genere una fisura en el artículo moldeado que se moldea.
Con el fin de resolver este problema, se han propuesto algunas láminas de SMC (por ejemplo, los documentos de patente 1 y 2) que se producen usando haces de fibras troceadas que constan de un número disminuido de fibras de refuerzo para aumentar el entrelazamiento de los haces de fibras troceadas para mayor densificación que sirve para evitar la generación y la propagación de fisuras en el material moldeado. Por otra parte, en el haz fino de fibras troceadas cuyo número de fibras de refuerzo se reduce, dado que el haz de fibras troceadas puede unirse a otro, es fácil que se genere una dispersión en la distribución o la orientación de las fibras de refuerzo en el artículo moldeado, existe el problema de que las características mecánicas del artículo moldeado obtenido disminuyen. El documento de patente 3 describe un cordón troceado de vidrio con buena propiedad de apertura y adecuado para papel de vidrio. El cordón troceado de vidrio 1 se caracteriza porque, cuando el ángulo de la sección transversal del cordón troceado 1 que agrupa múltiples filamentos de vidrio 2 en la dirección longitudinal a de los filamentos se designa con 0, el diámetro de los filamentos 2 con D, y el desplazamiento entre las caras de extremo de los filamentos 2 contiguos uno a otro en la dirección de ángulo de la sección transversal con AL, 0 es de 10°-80° y el valor medio de AL/D que es la relación del desplazamiento AL al diámetro D de los filamentos 2 es de 0,2 o más. El documento de patente 4 describe un método de producir un laminado que comprende los pasos siguientes: (a) formar parches de una tela sustancialmente unidireccional, tratada con una resina; (b) randomizar sustancialmente la orientación de dichos parches; (c) distribuir una pluralidad de dichos parches en capas alrededor de un formador; (d) hacer que dichas capas de parches se amalgamen por medio de la activación del tratamiento con resina.
El documento de patente 5 describe un aparato para cortar un hilo de vidrio que es capaz de suministrar uniformemente virutas de vidrio cortadas sobre toda la anchura desde ambas partes de extremo a la parte central de un rodillo de corte sin originar el problema de que la fibra de vidrio sea atrapada en un intervalo entre bordes cortantes y no se descargue cuando se suministren las virutas de vidrio cortadas que tienen una longitud de <1/2 pulgada. En el aparato de corte de hilo de vidrio que tiene el rodillo 1 provisto de una línea de bordes cortantes que tiene la pluralidad de bordes cortantes y formada en la superficie del cilindro y un rodillo receptor 3 dispuesto de manera que esté en contacto con los bordes cortantes a una presión preestablecida de contacto y es operado con el fin de suministrar el hilo de vidrio 18 entre el rodillo receptor 3 y el rodillo de corte 1 y cortar por prensado, un rodillo trasero 5 que tiene una parte rebajada 7 en una posición de la superficie del cilindro que está enfrente de la línea de bordes cortantes está dispuesto de manera que gire sincrónicamente con el rodillo de corte 1.
Documento de patente 1: JP 62-048730 A
Documento de patente 2: JP 01-163218 A
Documento de patente 3: JP 2003-165739 A
Documento de patente 4: WO 2004/030897 A1
Documento de patente 5: JP 2005-170765 A
Resumen de la invención
Problema técnico
En vista de estos problemas de la técnica convencional, uno de los objetos de la invención es proporcionar un haz de fibras troceadas que tiene buena fluidez y conformabilidad al molde en el caso donde se usa como un material de moldeo, y exhibe excelente propiedad mecánica en el caso donde se usa como un plástico reforzado con fibras.
Otro objeto de la invención es proporcionar un material de moldeo y un plástico reforzado con fibras en el que se usa el haz de fibras troceadas de la invención, y un método de producción del mismo.
Solución del problema
Un haz de fibras troceadas de la invención que comprende:
(a) gran número de fibras de refuerzo dispuestas unidireccionalmente y un agente de agrupamiento que forma un haz con dicho gran número de fibras de refuerzo, donde
(b) la longitud de fibra de dicha fibra de refuerzo es de 5 a 100 mm,
(c) dicho haz de fibras troceadas tiene una primera sección de transición en la que el número de dichas fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras perpendicular a la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo aumenta desde la primera punta que es una de las puntas en la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo hacia la segunda punta que es la otra punta y también tiene una segunda sección de transición en la que dicho número de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras aumenta desde dicha segunda punta hacia dicha primera punta, y
(d) dicho haz de fibras troceadas también tiene una sección constante, situada entre dicha primera sección de transición y dicha segunda sección de transición en la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo, en la que dicho número de fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras es constante, donde una de las caras de extremo de dicha sección constante coincide con la primera cara de extremo terminal de dicha primera sección de transición que está en el extremo opuesto a dicha primera punta mientras que la otra cara de extremo de dicha sección constante coincide con la segunda cara de extremo terminal de dicha segunda sección de transición que está en el extremo opuesto a dicha segunda punta, o donde dicha primera cara de extremo terminal coincide directamente con dicha segunda cara de extremo terminal, donde
(e) entre dicha primera punta y dicha segunda punta, el cambio en el área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en dicha sección transversal del haz de fibras, medidos a lo largo de la dirección de disposición de dicha fibra de refuerzo, son de 0,05 mm2 o menos por 1 mm,
donde el valor máximo de un área en sección transversal total de dichas fibras de refuerzo es menos de 0,1 mm2 y, entre dicha primera punta y dicha segunda punta, un cambio en el número de dichas fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras, medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo, es 30% o menos de dicho número máximo de fibras de refuerzo por 1 mm y/o
donde dichas fibras de refuerzo son fibras de carbono, el número de dichas fibras de carbono es de 1.000 a 700.000, y entre dicha primera punta y dicha segunda punta, un cambio en el número de dichas fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras, medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo, es de 1.400 o menos por 1 mm y/o
donde un valor de la relación Wb/Tb es de 20 a 400, donde Wb representa la anchura de dicho haz de fibras medida perpendicular a la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo en una vista en planta que tiene un estado en el que dicha anchura es más grande, mientras que Tb representa el grosor máximo de dicho haz de fibras troceadas medido perpendicular a la vista en planta.
En el haz de fibras troceadas de la invención, es mejor que el gran número de fibras de refuerzo esté dispuesto sustancialmente en una dirección. Aquí, el estado donde las fibras de refuerzo están dispuestas sustancialmente en una dirección se refiere a un estado en el que, mirando a una parte del haz de fibras troceadas, 90% o más de las fibras de refuerzo existentes dentro de un radio de 5 mm están dispuestas dentro de un ángulo de ± 10° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo existente en la parte del haz de fibras troceadas.
En el haz de fibras troceadas de la invención, es preferible que el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo sea de 0,1 mm2 o más.
En el haz de fibras troceadas de la invención, el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo es menos de 0,1 mm2 y, entre dicha primera punta y dicha segunda punta, el cambio en el número de dichas fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras, medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo, es 30% o menos de dicho número máximo de fibras de refuerzo por 1 mm.
En el haz de fibras troceadas de la invención, es preferible que cada longitud de fibra de las fibras de refuerzo sea la misma. No hay ningún problema si cada longitud de fibra es sustancialmente la misma. Aquí, el estado donde las longitudes de fibra son sustancialmente las mismas se refiere a un estado en el que las fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra en el rango de ± 5% del valor medio de las longitudes de fibra de las fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras troceadas supone el 95% del total de fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas.
En el haz de fibras troceadas de la invención, dicha fibra de refuerzo es una fibra de carbono, el número de las fibras de carbono es de 1.000 a 700.000, y entre dicha primera punta y dicha segunda punta, el cambio del número de dichas fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras, medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo, es de 1.400 o menos por 1 mm.
En el haz de fibras troceadas de la invención, en una vista en planta en la que se representa un estado en el que la anchura de la dirección perpendicular a la dirección de disposición de dicha fibra de refuerzo de dicho haz de fibras troceadas es más grande, cuando la anchura más grande se pone a Wb, y en dicha sección transversal del haz de fibras en posición de la anchura más grande, el mayor grosor de dicho haz de fibras troceadas en dirección perpendicular a dicha vista en planta se pone a Tb, el valor de la relación Wb/Tb es de 20 a 400.
En el haz de fibras troceadas de la invención, es preferible que, en una vista en planta del estado representado donde la anchura de la dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo del haz de fibras troceadas es más grande, unos lados desde la punta al extremo terminal en la forma externa de ambas secciones de transición de la primera sección de transición y la segunda sección de transición están formados por segmentos rectos a lo largo de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, y los otros lados están formados por segmentos rectos inclinados un ángulo de 2 a 30° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. En el haz de fibras troceadas de la invención, el agente de agrupamiento puede ser un agente de apresto usado cuando se produce el haz de fibras de refuerzo, y la cantidad del agente de apresto al haz de fibras troceadas también puede ser de 0,1 a 10 por ciento en masa.
En el haz de fibras troceadas de la invención, el agente de agrupamiento puede ser una resina de matriz usada cuando se produce un material moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo, y una cantidad de la resina de matriz al haz de fibras troceadas también puede ser de 20 a 75 por ciento en masa.
En el haz de fibras troceadas de la invención, el cambio es un valor absoluto de incremento o disminución.
Un material de moldeo de la invención comprende un agregado de haces de fibras troceadas de la invención en el que dicho gran número de haces de fibras troceadas está integrado en un cuerpo por un agente de agrupamiento para haces de fibras troceadas y/o por entrelazamiento de dichas fibras de refuerzo en haces de fibras troceadas adyacentes.
En el material de moldeo de la invención, es preferible que el agente de agrupamiento sea una resina de matriz usada cuando se produce un material moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo, una cantidad de la resina de matriz al haz de fibras troceadas es de 20 a 75 por ciento en masa, y, además, el agregado de los haces de fibras troceadas tiene forma de lámina.
En el material de moldeo de la invención, las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo en cada haz de fibras troceadas en el agregado de láminas de haces de fibras troceadas también pueden ser las mismas, respectivamente. Las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo en cada haz de fibras troceadas en el agregado de los haces de fibras troceadas pueden ser sustancialmente las mismas, respectivamente. Aquí, el estado donde las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo en cada haz de fibras troceadas son sustancialmente las mismas se refiere a un estado en el que, cuando la media de las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras troceadas se toma como la dirección de disposición representativa de las fibras de refuerzo en el haz de fibras troceadas, los haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas con las direcciones de disposición representativas que están dentro de ± 10% suponen el 90% o más de los haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas.
En el material de moldeo de la invención, es preferible que el agregado de los haces de fibras troceadas comprenda un laminado incluyendo una laminación de una pluralidad de láminas del agregado de los haces de fibras troceadas, y en el laminado, las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo en una de las capas de la lámina de agregado de los haces de fibras troceadas y otra capa son diferentes una de otra.
En el material de moldeo de la invención, las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo en cada haz de fibras troceadas en el agregado de los haces de fibras troceadas también pueden ser aleatorias.
En el material de moldeo de la invención, en una forma en sección transversal, el agregado de los haces de fibras troceadas también puede estar conformado tridimensionalmente de modo que tenga al menos una parte de curvatura.
Otra realización del material de moldeo de la invención comprende un aglomerado para moldeo por inyección formado con una mezcla de gran número del haz de fibras troceadas de la invención y una resina termoplástica.
Un plástico reforzado con fibras de la invención comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la invención y una resina de matriz integrada con el agregado de haces de fibras troceadas.
En el plástico reforzado con fibras de la invención, es preferible que, en la sección transversal de la dirección del grosor del plástico reforzado con fibras, al menos 20 de los haces de fibras troceadas se acumulen en la dirección del grosor.
Un método de producción de haz de fibras troceadas, que no cae dentro del alcance de la invención, comprende: (a) un paso de suministro de haz de fibras de refuerzo continuas que suministra un haz de fibras de refuerzo continuas que comprende gran número de fibras de refuerzo continuas dispuestas unidireccionalmente y un agente de agrupamiento para agrupar las fibras de refuerzo, y
(b) un paso de corte de haz de fibras de refuerzo continuas en el que se forman haces de fibras troceadas cortando el haz de fibras de refuerzo continuas suministrado desde el paso de suministro de haz de fibras de refuerzo continuas, a intervalos constantes en la dirección longitudinal del haz de fibras de refuerzo continuas, donde (c) el haz de fibras de refuerzo continuas se corta en el paso de corte de haz de fibras de refuerzo continuas, de tal manera que cada haz de fibras troceadas formado en el paso de corte de haz de fibras de refuerzo continuas cumpla los requisitos del haz de fibras troceadas de la invención.
En el paso de suministro de haz de fibras de refuerzo continuas, no habrá problemas si el gran número de fibras de refuerzo continuas están dispuestas sustancialmente en una dirección. Aquí, el estado donde las fibras de refuerzo continuas están dispuestas sustancialmente en una dirección se refiere a un estado en el que, cuando se mira a una parte del haz de fibras troceadas, 90% o más de las fibras de refuerzo existentes dentro de un radio de 5 mm están dispuestas dentro de un ángulo de ± 10° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo existentes en la parte del haz de fibras troceadas continuas.
En el método de producción de haz de fibras troceadas, es preferible que el paso de suministro de haz de fibras de refuerzo continuas incluya un paso de apertura de haz de fibras de refuerzo continuas en el que el haz de fibras de refuerzo continuas se abre de tal manera que la disposición del gran número de fibras de refuerzo en sección transversal del haz de fibras de refuerzo continuas sea plana.
En el método de producción de haz de fibras troceadas, el agente de agrupamiento puede ser un agente de apresto usado cuando se produce el haz de fibras de refuerzo continuas y una cantidad del agente de apresto en el haz de fibras de refuerzo continuas también puede ser de 0,1 a 10 por ciento en masa.
En el método de producción de haz de fibras troceadas, el agente de agrupamiento puede ser una resina de matriz usada cuando se produce un material moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo y la cantidad de la resina de matriz en el haz de fibras de refuerzo continuas puede ser de 20 a 75 por ciento en masa.
También se describe, pero no es parte de la presente invención, un método de producción del haz de fibras troceadas que comprende:
(a) un paso de suministro de lámina de fibra de refuerzo continua que suministra una lámina de fibra de refuerzo continua en la que múltiples haces de fibra de refuerzo continua que comprenden gran número de fibras de refuerzo continuas dispuestas unidireccionalmente están dispuestos en paralelo,
(b) un paso de formación de lámina prepreg que forma una lámina prepreg en la que dicha lámina de fibra de refuerzo continua suministrada por el paso de suministro de lámina de fibra de refuerzo continua se coloca en una lámina de resina formada a partir de una resina de matriz a usar para producir un material moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo, seguido de combinar dicha fibra de refuerzo y dicha resina de matriz, y
(c) un paso de corte de lámina prepreg en el que la lámina prepreg formada en el paso de formación de lámina prepreg se corta a intervalos constantes en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo, o se corta a intervalos constantes tanto en la dirección de disposición de dicha fibra de refuerzo como en la dirección perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo, para formar un haz de fibras troceadas, donde (d) la lámina prepreg se corta en el paso de corte de lámina prepreg, de tal manera que cada haz de fibras troceadas formado en el paso de corte de lámina prepreg cumpla los requisitos del haz de fibras troceadas de la invención. En el paso de suministro de lámina de fibra de refuerzo continua, no habrá problemas si el gran número de fibras de refuerzo continuas dispuestas unidireccionalmente está dispuesto sustancialmente en una dirección. Aquí, el estado donde las fibras de refuerzo continuas están dispuestas sustancialmente en una dirección se refiere a un estado en el que, cuando se mira a una parte del haz de fibras troceadas continuas que comprende gran número de fibras de refuerzo continuas, 90% o más de las fibras de refuerzo existentes dentro de un radio de 5 mm están dispuestas dentro de un ángulo de ± 10° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo existentes en la parte del haz de fibras troceadas continuas.
Es preferible que, en el paso de formación de lámina prepreg del método de producción de haz de fibras troceadas, en la lámina de resina en la que se coloca la lámina de fibra de refuerzo continua, se coloque otra lámina de resina formada a partir de una resina de matriz a usar cuando se produce un artículo moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo, se integren las fibras de refuerzo y la resina de matriz, y además se forme una lámina prepreg en una condición en la que una cantidad de la resina de matriz es controlada de manera que la cantidad de la resina de matriz en el haz de fibras troceadas a obtener sea de 20 a 75 por ciento en masa.
Un método de producción de un material de moldeo de la invención que comprende:
(a) un paso de dispersión de haz de fibras troceadas en el que gran número de haces de fibras troceadas de la invención son dispersadas en una base de moldeo de tal manera que el gran número de haces de fibras troceadas se acumule en una o más capas, y
(b) un paso de formación de agregado de haces de fibras troceadas para formar un material de moldeo que comprende un agregado de haces de fibras troceadas, uniendo el gran número de haces de fibras troceadas dispersadas en la base de moldeo para formar un agregado.
En el paso de dispersión de haz de fibras troceadas en el método de producción de material de moldeo de la invención, es preferible que la base de moldeo tenga una superficie plana, y los haces de fibras troceadas están dispersados en la superficie plana de tal manera que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz del gran número de haces de fibras troceadas en la superficie plana sean las mismas, y además, en la superficie plana, se forma una lámina de haces de fibras troceadas que comprende el gran número de haces de fibras troceadas, y en el paso de formación del agregado de haces de fibras troceadas, se forma un material de moldeo que comprende la lámina de haces de fibras troceadas formado con el gran número de haces de fibras troceadas. No habrá problemas si la dirección de disposición de las respectivas fibras de refuerzo del gran número de haces de fibras troceadas en la superficie plana es sustancialmente la misma. Aquí, el estado donde la dirección de disposición de las fibras de refuerzo en cada haz de fibras troceadas es sustancialmente la misma se refiere a un estado en el que, cuando la media de las direcciones de las fibras de refuerzo contenidas en un haz de fibras troceadas se toma como la dirección de disposición representativa de las fibras de refuerzo en el haz de fibras troceadas, los haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas con direcciones de disposición representativas que estén dentro de ± 10% supone el 90% o más del total de haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas.
En el método de producción de material de moldeo de la invención, es preferible que, después de formar la lámina de haces de fibras troceadas, los haces de fibras troceadas se dispersen en la lámina de haces de fibras troceadas formada de manera que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo del respectivo gran número de haces de fibras troceadas sean las mismas, y además se hacen diferentes de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo de haz de fibras troceadas en la lámina de haces de fibras troceadas formado, y además de tal manera que otra lámina de haces de fibras troceadas que comprende el gran número de haces de fibras troceadas se forma en la lámina de haces de fibras troceadas formada, para formar un material de moldeo que comprende un laminado de láminas del haz de fibras troceadas.
No hay problema si la dirección de disposición de las respectivas fibras de refuerzo del gran número de haces de fibras troceadas en la lámina de haces de fibras troceadas formada como se ha mencionado anteriormente es sustancialmente la misma. Aquí, el estado donde las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas son sustancialmente las mismas se refiere a un estado en el que, cuando la media de las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras troceadas se toma como la dirección de disposición representativa de las fibras de refuerzo en el haz de fibras troceadas, los haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas con direcciones de disposición representativas que están dentro de ± 10% supone el 90% o más del total de haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas.
En el método de producción de material de moldeo de la invención, los haces de fibras troceadas también pueden estar dispersados en la base de moldeo de tal manera que la dirección de disposición de las respectivas fibras de refuerzo del gran número de haces de fibras troceadas en la base de moldeo sea aleatoria.
En el método de producción de material de moldeo de la invención, es preferible que la base de moldeo sea una lámina de resina formada con una resina de matriz a usar cuando se produce un artículo moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo.
En el método de producción de material de moldeo de la invención, el paso de dispersión de haz de fibras troceadas puede comprender:
(a) un primer paso de formación de capa en el que la base de moldeo tiene una superficie de forma tridimensional, y los haces de fibras troceadas son dispersados en la superficie de forma tridimensional de tal manera que las fibras de refuerzo del gran número de haces de fibras troceadas en la superficie de forma tridimensional estén dispuestas en la misma dirección, para formar una primera capa de haces de fibras troceadas que comprende gran número de haces de fibras troceadas, y
(b) un segundo paso de formación de capa en el que los haces de fibras troceadas son dispersados en la primera capa de haces de fibras troceadas de tal manera que las fibras de refuerzo del gran número de haces de fibras troceadas en la primera capa de haces de fibras troceadas formada en el primer paso de formación de capa estén dispuestos en la misma dirección, y también que las fibras de refuerzo estén dispuestas en una dirección diferente de las fibras de refuerzo en los haces de fibras troceadas en la primera capa de haces de fibras troceadas, para formar una segunda capa de haces de fibras troceadas que comprende gran número de haces de fibras troceadas. No hay ningún problema si las direcciones de disposición de las respectivas fibras de refuerzo del gran número de haces de fibras troceadas son sustancialmente las mismas. Aquí, el estado donde las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas son sustancialmente las mismas se refiere a un estado en el que, cuando el valor medio de las direcciones de disposición de la fibra de refuerzo contenida en el haz de fibras troceadas se toma como la dirección de disposición representativa de las fibras de refuerzo en el haz de fibras troceadas, los haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas con direcciones de disposición representativas que están dentro de ± 10% supone el 90% o más del total de haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas.
Otra realización del método de producción de material de moldeo de la invención comprende:
(a) un paso de dispersión de haz de fibras troceadas en el que gran número de haces de fibras troceadas de la invención son dispersados en una base de moldeo que comprende una primera lámina de resina formada de una resina de matriz a usar para producir un material moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo,
(b) un paso de laminación de lámina de resina en el que se lamina una segunda lámina de resina que comprende la resina de matriz en el gran número de haces de fibras troceadas de la primera lámina de resina que tiene el gran número de haces de fibras troceadas obtenida en el paso de dispersión de haz de fibras troceadas, y,
(c) un paso de formación de agregado de haces de fibras troceadas en el que un laminado que comprende el gran número de haces de fibras troceadas obtenido en el paso de laminación de lámina de resina y las láminas de resina primera y segunda son presurizados y/o calentados, para combinar el gran número de haces de fibras troceadas y dichas láminas de resina primera y segunda, para formar un agregado de haces de fibras troceadas.
También se describe, pero no es parte de la presente invención, un método de producción de material de moldeo que comprende un paso de amasado en el que el gran número de haces de fibras troceadas de la invención y una resina termoplástica son amasados, para preparar una sustancia amasada de los haces de fibras troceadas y la resina termoplástica, y un paso de moldeo en el que la sustancia amasada preparada por el paso de amasado es extrusionada de forma continua en forma de varilla o lámina, para formar un producto moldeado continuo que tiene una forma de varilla o lámina y, un paso de peletización en el que el producto moldeado continuo obtenido en el paso de moldeo se corta a un intervalo en la dirección longitudinal, para formar aglomerados para moldeo por inyección.
Un método de producción de un plástico reforzado con fibras que no cae dentro del alcance de la invención comprende una lámina o múltiples láminas de material de moldeo de la invención que tienen un área más pequeña que el área proyectada de una cavidad de un molde colocadas en la cavidad en un estado más grueso que la cavidad, el molde está fijado, y presurizando o presurizando y calentando el material de moldeo, el material de moldeo se extiende para llenar la cavidad con el material de moldeo, y después de acabar el moldeo del plástico reforzado con fibras en la cavidad, el plástico moldeado reforzado con fibras se extrae de la cavidad.
En la presente memoria descriptiva, la fibra de refuerzo continua, a no ser que se indique lo contrario, hace referencia a una fibra de refuerzo que tiene una longitud de fibra superior a 100 mm. El haz de fibras de refuerzo continuas comprende gran número de estas fibras de refuerzo continuas dispuestas en un estado de haz.
Efectos ventajosos de la invención
Según la invención, se proporciona un haz de fibras troceadas que tiene, en el caso donde se usa como un material de moldeo, buena fluidez y conformabilidad, y exhibe, en el caso donde se transforma en un plástico reforzado con fibras, excelente propiedad mecánica. Y se proporcionan un material de moldeo y un plástico reforzado con fibras en el que se usa el haz de fibras troceadas de la invención, y un método de producción del material de moldeo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en planta de un ejemplo del haz de fibras troceadas de la invención.
La figura 2 es una vista en planta de otro ejemplo del haz de fibras troceadas de la invención.
La figura 3 es una vista en planta de otro ejemplo del haz de fibras troceadas de la invención.
La figura 4 es una vista en sección transversal en una posición donde una anchura del haz de fibras troceadas de la invención de la figura 1 tiene la anchura más grande Wb.
La figura 5 es una enumeración de vistas en planta ((a) a (g)) de los otros siete ejemplos respectivos del haz de fibras troceadas de la invención.
La figura 6 es una enumeración de una vista en planta (a) y una vista lateral (b) de un ejemplo de haz convencional de fibras troceadas.
La figura 7 es una enumeración de una vista en planta (a) y una vista lateral (b) del haz de fibras troceadas de la invención de la figura 2, y un gráfico (c) que representa el cambio del número de fibras de refuerzo en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo del haz de fibras troceadas.
La figura 8 es una enumeración de una vista en planta (a) y una vista lateral (b) del haz de fibras troceadas de la invención de la figura 3, y el gráfico (c) que representa el cambio del número de fibras de refuerzo en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo del haz de fibras troceadas.
La figura 9 es una vista en planta de un ejemplo de material de moldeo de la invención.
La figura 10 es una vista en perspectiva esquemática para explicar un ejemplo del método de producción de material de moldeo de la invención.
La figura 11 es una vista en sección transversal de un ejemplo de plástico reforzado con fibras de la invención. La figura 12 es una vista en sección transversal de un ejemplo de plástico reforzado con fibras convencional.
Lista de signos de referencia
11: fibra de refuerzo
12a: primera punta
12b: segunda punta
13a: primera sección de transición
13b: segunda sección de transición
13Ea: primera cara de extremo terminal de la sección de transición
13Eb: segunda cara de extremo terminal de la sección de transición
14: sección constante
14Ea: una cara de extremo de la sección constante
14Eb: otra cara de extremo de la sección constante
15a: un lado de la primera sección de transición
15b: un lado de la segunda sección de transición
16a: otro lado de la primera sección de transición
16b: otro lado de la segunda sección de transición
61: fibra de refuerzo de un haz de fibras troceadas convencional
61a, 61b: puntas de un haz de fibras troceadas convencional
91: material de moldeo
101: haz de fibras de refuerzo continuas
102: bobina
103, 104: rodillos de guía
105: cortador de rodillo
106: dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento
107: orificio de suministro de agente de agrupamiento
108: boquilla hendida
109: base de moldeo
110: brazo robótico
111: plástico reforzado con fibras de la invención
112: sección transversal del plástico reforzado con fibras de la invención
113: fibra de refuerzo en el plástico reforzado con fibras de la invención
114: haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras de la invención
115: parte de punta del haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras de la invención
121: plástico reforzado con fibras convencional
122: sección transversal del plástico reforzado con fibras convencional
123: fibra de refuerzo en el plástico reforzado con fibras convencional
124: haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras convencional
125: parte de punta del haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras convencional
126: charco de resina en el plástico reforzado con fibras convencional
CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g: haz de fibras troceadas
CFBC: haz de fibras troceadas convencional
CFTS: cambio del área en sección transversal total de fibras de refuerzo
Ld: longitud a través del haz de fibras troceadas
Lf: longitud de fibra de la fibra de refuerzo
Tb: mayor grosor del haz de fibras troceadas
Wb: mayor anchura del haz de fibras troceadas
Wd: anchura a través del haz de fibras troceadas
Descripción de realizaciones
Algunas realizaciones del haz de fibras troceadas de la invención se explican con referencia a los dibujos.
La figura 1 es una vista en planta de un ejemplo del haz de fibras troceadas de la invención. En la figura 1, un haz de fibras troceadas CFB1 de la invención comprende gran número de fibras de refuerzo dispuestas unidireccionalmente 11 y un agente de agrupamiento (no representado en la figura) que agrupa el gran número de fibras de refuerzo 11. La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 11 es de 5 a 100 mm.
El haz de fibras troceadas CFB1 tiene una primera sección de transición 13a en la que el número de las fibras de refuerzo 11 en la sección transversal del haz de fibras perpendicular a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 11 aumenta desde la primera punta 12a que es una de las puntas en la dirección de disposición de las fibras de refuerzo 11 hacia la segunda punta 12b que es la otra punta y también tiene una segunda sección de transición 13b en la que el número de las fibras de refuerzo 11 en la sección transversal del haz de fibras aumenta desde la segunda punta 12b hacia la primera punta 12a.
La dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 se representa, en la figura 1, como la dirección hacia arriba y hacia abajo o la dirección vertical. La dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 también es la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB1. La dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 se representa, en la figura 1, como la dirección izquierda y derecha o la dirección horizontal. La dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 también es la dirección de la anchura del haz de fibras troceadas CFB1.
Entre la primera sección de transición 13a y la segunda sección de transición 13b hay una sección constante 14, en la que el número de las fibras de refuerzo 11 en la sección transversal del haz de fibras es constante, a lo largo de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11. Una cara de extremo 14Ea de la sección constante 14 concuerda con la primera cara de extremo terminal 13Ea que es el extremo terminal opuesto a la primera punta 12a de la primera sección de transición 13a. Y la otra cara de extremo 14Eb de la sección constante 14 concuerda con la segunda cara de extremo terminal 13Eb que es el extremo terminal opuesto a la segunda punta 12b de la segunda sección de transición 13b.
En el haz de fibras troceadas CFB1, entre la primera punta 12a y la segunda punta 12b, el cambio de un área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras es de 0,05 mm2 o menos por 1 mm a lo largo de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11.
La figura 1 es una vista en planta de un estado en el que una anchura del haz de fibras troceadas CFB1 en dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 es más grande. El haz de fibras troceadas CFB1 tiene, en toda el área de la sección constante 14, la anchura más grande Wb. En la posición (sección) que tiene la anchura más grande Wb, el número de las fibras de refuerzo 11 es el más grande.
En la figura 1, en la forma exterior de ambas secciones de transición de la primera sección de transición 13a y la segunda sección de transición 13b, los lados respectivos 15a y 15b de un lado desde la punta hacia el extremo terminal están formados con un segmento recto a lo largo de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11, y los lados respectivos 16a y 16b del otro lado están formados con un segmento recto a lo largo del que se alinean las partes de punta cortadas del gran número de fibras de refuerzo 11 que se cortaron cuando se produjo el haz de fibras troceadas CFB1.
La distancia en la dirección de la anchura del haz de fibras troceadas CFB1 entre el lado 15a y el lado 15b del haz de fibras troceadas CFB1 se representa con una anchura transversal Wd del haz de fibras troceadas CFB1 y la distancia en la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB1 entre la primera punta 12a y la segunda punta 12b se representa con una longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas CFB1.
La figura 2 es una vista en planta de otro ejemplo del haz de fibras troceadas de la invención. En la figura 2, un haz de fibras troceadas CFB2 de la invención tiene la misma configuración que el haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1. Consiguientemente, en cada parte del haz de fibras troceadas CFB2 de la figura 2 figura el mismo número de referencia que el número de referencia de la parte correspondiente del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1.
La diferencia entre el haz de fibras troceadas CFB2 de la figura 2 y el haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1 es la anchura Wb del haz de fibras troceadas en la sección constante 14 del haz de fibras troceadas CFB2 de la figura 2, es decir, la anchura transversal Wd del haz de fibras troceadas CFB2 es estrecha en comparación con la anchura transversal Wd del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1. Como resultado, la longitud del lado 16a a lo largo del que las partes de punta cortadas del gran número de fibras de refuerzo 11 están alineadas en la primera sección de transición 13a del haz de fibras troceadas CFB2 de la figura 2 es más corta que la longitud del lado 16a del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1, y la longitud del lado 16b a lo largo del que las partes de punta cortadas del gran número de fibras de refuerzo 11 están alineadas en la segunda sección de transición 13b del haz de fibras troceadas CFB2 de la figura 2 es más corta que la longitud del lado 16b del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1.
La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 11 en el haz de fibras troceadas CFB2 es de 5 a 100 mm. En el haz de fibras troceadas CFB2, entre la primera punta 12a y la segunda punta 12b, el cambio del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras es 0,05 mm2 o menos por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11.
La figura 3 es una vista en planta de otro ejemplo del haz de fibras troceadas de la invención. En la figura 3, el haz de fibras troceadas CFB3 de la invención tiene la misma configuración que el haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1 a excepción de que no tiene la sección constante 14 del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1. Consiguientemente, a cada parte del haz de fibras troceadas CFB3 de la figura 3 se le da el mismo número de referencia que el número de referencia de la parte correspondiente del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 1. El haz de fibras troceadas CFB3 de la figura 3 comprende una primera sección de transición 13a en la que el número de las fibras de refuerzo 11 aumenta desde la primera punta 12a hacia la segunda punta 12b y una segunda sección de transición 13b en la que el número de las fibras de refuerzo 11 aumenta desde la segunda punta 12b hacia la primera punta 12a. En el haz de fibras troceadas CFB3, la primera cara de extremo terminal 13Ea que es el extremo terminal opuesto a la primera punta 12a de la primera sección de transición 13a concuerda directamente con la segunda cara de extremo terminal 13Eb que es el extremo terminal opuesto a la segunda punta 12b de la segunda sección de transición 13b.
El haz de fibras troceadas CFB3 tiene, en la posición donde ambas caras de extremo 13Ea y 13Eb concuerdan, la anchura más grande Wb. En la posición (sección) donde tiene la anchura más grande Wb, el número de las fibras de refuerzo 11 es más grande. Y dado que ambas caras de extremo 13Ea y 13Eb concuerdan, el valor de una longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas CFB3 es el doble de la longitud Lf de la fibra de refuerzo 11.
La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 11 en el haz de fibras troceadas CFB3 es de 5 a 100 mm. En el haz de fibras troceadas CFB3, entre la primera punta 12a y la segunda punta 12b, el cambio de un área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras se hace a 0,05 mm2 o menos por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11.
La figura 4 es una vista en sección transversal en dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB1 en la posición donde la anchura del haz de fibras troceadas CFB1 de la invención de la figura 1 tiene la anchura más grande Wb. En la figura 4, el haz de fibras troceadas CFB1, en el que el gran número de fibras de refuerzo 11 es agrupado por un agente de agrupamiento, tiene la anchura más grande Wb en su dirección de la anchura (en la figura 4, la dirección izquierda y derecha o la dirección horizontal), y tiene el mayor grosor Tb en su dirección del grosor (en la figura 4, dirección hacia arriba y hacia abajo o dirección vertical). Dado que las respectivas formas en sección transversal en las posiciones respectivas de la anchura más grande Wb del haz de fibras troceadas CFB2 de la invención de la figura 2 y el haz de fibras troceadas CFB3 de la figura 3 son las mismas que la forma en sección transversal del haz de fibras troceadas CFB1 de la figura 4, se omiten sus dibujos. Una relación de aspecto del haz de fibras troceadas se representa por la relación Wb/Tb del valor de la anchura más grande Wb al valor del mayor grosor Tb.
Una forma en sección transversal del haz de fibras troceadas en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal pueden ser varias formas tales como un círculo, una elipse o un cuadrado, pero, en vista de la estabilidad de la forma en sección transversal del haz de fibras troceadas, la buena propiedad de manipulación del haz de fibras troceadas y la facilidad de la producción del haz de fibras troceadas, es preferible que la forma en sección transversal del haz de fibras troceadas sea un círculo, una elipse o un cuadrado, y es especialmente preferible que sea un rectángulo como se representa en la figura 4 o una elipse plana.
La figura 5 es una enumeración de las respectivas vistas en planta ((a) a (g)) de otros 7 ejemplos de haz de fibras troceadas de la invención. El respectivo haz de fibras troceadas de la figura 5 está dispuesto en la dirección hacia arriba y hacia abajo en la figura y comprende el gran número de fibras de refuerzo 11 agrupadas por un agente de agrupamiento.
Un haz de fibras troceadas CFB5a de la figura 5(a) tiene 4 puntas en el lado superior y 4 puntas en el lado inferior y tiene incisiones en forma de V entre las puntas adyacentes. La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5a está constituido con 16 lados y cada lado está constituido con segmentos rectos.
Un haz de fibras troceadas CFB5b de la figura 5(b) tiene una punta en el lado superior y 2 puntas en el lado inferior y tiene una incisión en forma de V entre las 2 puntas en el lado inferior. La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5b está constituido con 6 lados y cada lado está constituido con segmentos rectos.
Un haz de fibras troceadas CFB5c de la figura 5(c) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5c está constituido con 4 lados y 2 lados de ellos están constituidos con segmentos curvados y otros 2 lados están constituidos con segmentos rectos.
Un haz de fibras troceadas CFB5d de la figura 5(d) tiene 2 puntas en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5d está constituido con 4 lados y, entre ellos, el lado que conecta los 2 lados superiores está constituido con un segmento curvado en forma de U, y el lado incluyendo la punta inferior está constituido con un segmento curvado en forma de U, y otros 2 lados están constituidos con segmentos rectos.
Un haz de fibras troceadas CFB5e de la figura 5(e) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5e está constituido con 2 lados y los lados están constituidos con segmentos curvados convexos al exterior que conectan la punta superior y la punta inferior, respectivamente.
Un haz de fibras troceadas CFB5f de la figura 5(f) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior.
La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5f está constituida con 6 lados, y cada lado está constituido con segmentos rectos.
Un haz de fibras troceadas CFB5g de la figura 5(g) tiene una punta en el lado superior y una punta en el lado inferior. La forma exterior del haz de fibras troceadas CFB5g está
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constituido con 4 lados y cada lado está constituido con segmentos rectos.
El haz de fibras troceadas de la invención se usa para la producción de material de moldeo para moldear un artículo moldeado reforzado con fibras (plástico reforzado con fibras). Este material de moldeo comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la invención. En el caso donde un artículo moldeado que tiene una forma complicada se moldea empleando este material de moldeo, se precisa una buena conformabilidad a la forma complicada. Dado que todas las longitudes de fibra Lf de la fibra de refuerzo 11 contenida en el haz de fibras troceadas de la invención se hacen a 100 mm o menos, el material de moldeo que comprende gran número de haces de fibras troceadas de la invención tiene una buena conformabilidad.
En el caso donde la longitud de fibra Lf excede de 100 mm, cuando la longitud de fibra es más larga, en el paso de moldeo de un artículo moldeado, es difícil que la fibra de refuerzo 11 fluya en su dirección de disposición, y es difícil producir un artículo moldeado que tenga una forma complicada. En el caso donde la longitud de fibra Lf es menos de 5 mm, la fluidez de la fibra de refuerzo 11 en un paso de moldeo de un artículo moldeado se mejora, pero las características mecánicas del artículo moldeado obtenido disminuyen. A causa de la relación entre fluidez de la fibra de refuerzo en un paso de moldeo de un artículo moldeado y las características mecánicas de un artículo moldeado, es preferible que la longitud Lf de cada fibra de refuerzo 11 en el haz de fibras troceadas de la invención sea de 10 a 50 mm.
Es mejor que el número de fibras de refuerzo de menos de 5 mm de longitud de fibra contenidas en el haz de fibras troceadas sea lo menos posible, y es mejor que sea menos de 5% del número total de fibras de refuerzo que constituyen el haz de fibras troceadas. Es decir, en la invención, los estados donde la longitud de fibra Lf de las fibras de refuerzo 11 que constituyen el haz de fibras troceadas es de 5 a 100 mm incluyen un estado en el que el número de fibras de refuerzo que tiene una longitud de fibra de menos de 5 mm es 5% o menos del número total de fibras de refuerzo que constituye el haz de fibras troceadas, y, además, todas las fibras de refuerzo tienen una longitud de fibra de 100 mm o menos.
En general, moldeando un material de moldeo que comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas se produce plástico reforzado con fibras (a continuación, puede denominarse “plástico reforzado con fibras cortas”). En el caso donde se impone una fuerza al plástico reforzado con fibras, la mayor parte de la fuerza es soportada por las fibras de refuerzo que hay dentro del plástico reforzado con fibras. En el caso de un haz de fibras troceadas, el gran número de fibras de refuerzo que forman el haz está en un estado en el que se han cortado a una cierta longitud. Consiguientemente, es necesario que una fuerza soportada por las fibras de refuerzo de algún haz de fibras troceadas sea compartida, mediante una resina de matriz, desde la parte de punta del haz de fibras troceadas a las fibras de refuerzo de otro haz de fibras troceadas, en la parte de punta del haz de fibras troceadas que se encuentre cerca.
Una vista en planta y una vista lateral de un ejemplo de haz de fibras troceadas convencional usado para producir un plástico reforzado con fibras se representa en la figura 6. En la figura 6, un haz de fibras troceadas convencional CFBC comprende gran número de fibras de refuerzo 61 agrupadas por un agente de agrupamiento. El haz de fibras troceadas CFBC se produce cortando un haz de fibras de refuerzo continuas que comprende gran número de fibras de refuerzo continuas, en un intervalo fijo en dirección longitudinal, en dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras de refuerzo continuas. Consiguientemente, en ambas puntas 61a y 61b en dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFBC, todas las partes de punta cortadas del gran número de fibras de refuerzo 61 que se cortaron cuando se produjo el haz de fibras troceadas CFBC se encuentran en la dirección de la anchura del haz de fibras troceadas CFBC. En otros términos, en la posición de las partes de punta cortadas del gran número de las fibras de refuerzo 61, no hay desplazamiento mutuo en la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFBC.
En el caso donde se impone una fuerza a un plástico reforzado con fibras que comprende tan gran número de haces de fibras troceadas convencional CFBC, una fuerza soportada por las fibras de refuerzo de algún haz de fibras troceadas es compartida desde la parte de punta del haz de fibras troceadas, mediante una resina de matriz, a otro haz de fibras troceadas que se encuentre cerca. En particular, en el caso donde las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas están dispuestas en una dirección en la que la fuerza se ejerce en el plástico reforzado con fibras, dado que el haz de fibras troceadas soporta una fuerza grande, la gran fuerza es compartida entre la parte de punta del haz de fibras troceadas y un haz de fibras troceadas que se encuentra cerca. Entonces, en el haz de fibras troceadas convencional CFBC, todas las partes de punta del gran número de las fibras de refuerzo están alineadas en la dirección de la anchura (en la figura 6, la dirección izquierda y derecha o la dirección horizontal) del haz de fibras troceadas CFBC, se produce inmediatamente una compartición de la fuerza entre haces de fibras troceadas mediante una resina de matriz. En tal estado de compartición de fuerza, se genera una concentración de esfuerzos en la parte de punta del haz de fibras troceadas CFBC. A causa de esta concentración de esfuerzos, la parte de punta del haz de fibras troceadas CFBC se rompe generando una fisura. Al unirse las varias fisuras generadas, también sucede que el plástico reforzado con fibras se rompe en conjunto.
Con el fin de mejorar la resistencia del plástico reforzado con fibras cortas, como se propone en dichos documentos de patente 1 y 2, es efectivo disminuir el número de fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras troceadas. Disminuyendo el número de fibras de refuerzo, dado que la fuerza a compartir desde la parte de punta de algún haz de fibras troceadas a una parte de punta del haz de fibras troceadas en su entorno es pequeña, la influencia de la concentración de esfuerzos es pequeña. Por esa razón, incluso cuando se genera una fisura, es difícil que surja una unión de fisuras, y, como resultado, la resistencia del plástico reforzado con fibras se mejora.
Sin embargo, es industrialmente muy difícil disminuir el número de fibras de refuerzo contenidas en un haz de fibras troceadas. En el caso donde la fibra de vidrio se usa como una fibra de refuerzo, con el fin de mejorar la resistencia, el haz de fibras de vidrio continuas que comprende gran número de fibras de vidrio continuas se separa en fibras y, después de separar el número de fibras de vidrio en pequeños grupos, cortando el haz de fibras, se produce un haz de fibras troceadas cuyo número de fibras de vidrio es pequeño. Sin embargo, dado que el paso de separar las fibras es necesario, existe el problema de que el costo de producción del haz de fibras troceadas aumenta. Además, en el caso donde se emplea fibra de carbono como una fibra de refuerzo, dado que se genera borra cuando el haz de fibras de carbono se separa en fibras, es difícil separar el haz de fibras de carbono en grupos pequeños.
Por otra parte, en el caso donde cada fibra de refuerzo del gran número de fibras de refuerzo se dispone por dispersión en una unidad monofilamento, dado que la rigidez de la flexión de cada fibra de refuerzo es baja, es muy difícil la dispersión manteniendo al mismo tiempo la rectitud de la fibra de refuerzo y las fibras de refuerzo se agregan una a otras disminuyendo la resistencia como resultado, es difícil producir industrialmente un material de moldeo en el que las fibras de refuerzo están dispersadas como monofilamento.
El haz de fibras troceadas de la invención tiene la finalidad de resolver dicho problema. Disminuyendo el número de fibras de refuerzo que constituyen el haz de fibras troceadas en ambas partes de punta del haz de fibras troceadas con respecto a su parte central, el haz de fibras troceadas de la invención comparte una fuerza, soportada por el haz de fibras troceadas, que es más grande en el centro del haz de fibras troceadas, mediante fibras de refuerzo cuyo número disminuye hacia la parte de punta del haz de fibras troceadas, poco a poco, a un haz de fibras troceadas situado cerca. Consiguientemente, en un plástico reforzado con fibras que comprende el haz de fibras troceadas de la invención, es difícil que se genere dicha concentración de esfuerzos.
Por esa razón, en comparación con el caso de un haz de fibras troceadas convencional en el que todas las fibras de refuerzo se cortan en la misma posición, en el caso del haz de fibras troceadas de la invención, la resistencia del plástico reforzado con fibras a obtener se mejora de forma significativa. No solamente eso; dado que no se genera una concentración de esfuerzos, es difícil que se genere daño (fisura) en la etapa inicial. En aplicaciones de plástico reforzado con fibras, también hay usos que no se pueden aplicar debido a un sonido molesto por daño en la etapa inicial, pero para tales usos también es posible utilizar un plástico reforzado con fibras (plástico reforzado con fibras de la invención) que comprende un haz de fibras troceadas de la invención. Y el daño en la etapa inicial afecta en gran medida a la resistencia a la fatiga, pero, en el caso del plástico reforzado con fibras de la invención, dado que el daño en la etapa inicial es pequeño, se mejora en gran medida no solamente la resistencia estática, sino también la resistencia a la fatiga.
Considerando el aumento del número de las fibras de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b del haz de fibras troceadas de la invención, hay un aumento del número de las fibras de refuerzo 11 en al menos 2 posiciones en las secciones de transición 13a y 13b, y en el caso donde el valor máximo del área en sección transversal total de la fibra de refuerzo en la sección transversal del haz de fibras troceadas en la posición donde el número aumenta, es 0,008 mm2 o menos, se puede afirmar que el aumento del número de las fibras de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b es un aumento continuo. Desde el punto de vista de que, cuando el número de fibras de refuerzo aumenta más suavemente, dicha concentración de esfuerzos es más difícil que se genere, es preferible que el área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en sección transversal del haz de fibras troceadas de dicha posición donde el número aumenta, sea 0,002 mm2 o menos.
A través de toda el área de la dirección longitudinal (sobre el área total de la longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas) del haz de fibras troceadas de la invención conteniendo las secciones de transición 13a y 13b en las que realmente tiene lugar un cambio de número de las fibras de refuerzo 11, el cambio del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo se pone a 0,05 mm2 o menos por 1 mm. A causa de esta limitación del cambio, dicha concentración de esfuerzos puede evitarse efectivamente. Es preferible que este cambio sea de 0,04 mm2 o menos por 1 mm, y es más preferible que sea de 0,025 mm2 o menos.
El área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en una posición arbitraria en el haz de fibras troceadas es, en la posición arbitraria, la suma total obtenible por adición del área en sección transversal de cada fibra de refuerzo de todas las fibras de refuerzo presentes en el plano perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo (sección transversal).
La figura 7 es una vista en planta (a) y una vista lateral (b) del haz de fibras troceadas CFB2 de la invención de la figura 2, y un gráfico (c) que representa el cambio de un número de las fibras de refuerzo 11 en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 del haz de fibras troceadas CFB2. En el gráfico de la figura 7(c), el eje horizontal X indica una posición en la longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas CFB2, y el eje vertical e indica un número de las fibras de refuerzo 11 o un área en sección transversal total de las fibras de refuerzo 11. Como se representa en el gráfico de la figura 7(c), el número de las fibras de refuerzo 11 del haz de fibras troceadas CFB2 aumenta de forma continua, desde la primera punta 12a hacia la primera cara de extremo terminal 13Ea de la primera sección de transición, a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB2, y llega a un valor constante en la primera cara de extremo terminal 13Ea. Este valor constante se mantiene en la sección constante 14 desde la primera cara de extremo terminal 13Ea hacia la segunda cara de extremo terminal 13Eb de la segunda sección de transición. A continuación, el número de las fibras de refuerzo 11 disminuye de forma continua, desde la segunda cara de extremo terminal 13Eb hacia la segunda punta 12b, a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB2. El número de fibras de refuerzo 11 en la sección constante 14 es el valor máximo del número de fibras de refuerzo 11 en el haz de fibras troceadas CFB2.
La figura 8 es una vista en planta (a) y una vista lateral (b) del haz de fibras troceadas CFB3 de la invención de la figura 3 y un gráfico (c) que representa el cambio de un número de fibras de refuerzo 11 en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 del haz de fibras troceadas CFB3. En el gráfico de la figura 8(c), el eje horizontal X indica una posición en la longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas CFB3, y el eje vertical e indica un número de las fibras de refuerzo 11 o un área en sección transversal total de la fibra de refuerzo 11.
Como se representa en el gráfico de la figura 8(c), el número de las fibras de refuerzo 11 del haz de fibras troceadas CFB3 aumenta de forma continua, desde la primera punta 12a hacia la primera cara de extremo terminal 13Ea de la primera sección de transición, a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB3. El haz de fibras troceadas CFB3 no tiene una sección constante en la que el número de fibras de refuerzo se mantiene a un valor constante en la dirección longitudinal del haz de fibras, y dado que la primera cara de extremo terminal 13Ea concuerda con la segunda cara de extremo terminal 13Eb de la segunda sección de transición 13b, el número de las fibras de refuerzo 11 en la primera cara de extremo terminal 13Ea (la segunda cara de extremo terminal 13Eb) representa el valor máximo. A continuación, el número de las fibras de refuerzo 11 disminuye de forma continua, desde la segunda cara de extremo terminal 13Eb hacia la segunda punta 12b, a lo largo de la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas CFB3.
Las formas del cambio del número de fibras de refuerzo en la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas de la invención son dos, la primera forma es aquella en la que, después del aumento, el número llega a un valor constante y luego disminuye, y la segunda forma es aquella en la que, después del aumento, el número disminuye sin tener un valor constante.
En el haz de fibras troceadas de la invención, el cambio CFTS del área en sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo 11 en sección transversal del haz de fibras troceadas entre la primera punta 12a y la segunda punta 12b es de 0,05 mm2 o menos por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11. El área en sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo 11 en sección transversal del haz de fibras troceadas es la suma total de las áreas en sección transversal de cada fibra de refuerzo 11 presente en la sección transversal.
En el caso donde el área en sección transversal de cada fibra de refuerzo 11 presente en la sección transversal del haz de fibras troceadas tiene una dispersión de ± 10% o menos con respecto a el área en sección transversal de una fibra de refuerzo representativa seleccionada de él, como el área en sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo 11 se usa el valor que puede obtenerse multiplicando el número de las fibras de refuerzo 11 presentes en la sección transversal por el área en sección transversal de dicha fibra de refuerzo representativa. Y en el caso donde la anchura más grande Wb de haz de fibras troceadas es menos de 3 mm, como el cambio CFTS del área en sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo se usa el valor que puede obtenerse dividiendo el valor máximo del área en sección transversal total FTS de la fibra de refuerzo 11 en el haz de fibras troceadas por la longitud de la sección de transición 13a o 13b (mm) en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Varios ejemplos de haces de fibras troceadas de la invención se representan en las figuras 1 a 5. Todos estos haces de fibras troceadas tienen una sección de transición en la que el número de fibras de refuerzo aumenta, y, además, a través de toda el área de la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas, el cambio de un área en sección transversal total de las fibras de refuerzo es de 0,05 mm2 o menos por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Es preferible que, en el haz de fibras troceadas de la invención, el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo sea 0,1 mm2 o más.
El estado en el que el número de fibras de refuerzo aumenta desde la punta hacia el extremo terminal de la sección de transición en el haz de fibras troceadas de la invención, puede expresarse, por el contrario, como un estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye desde la parte central hacia la punta del haz de fibras troceadas. Por este estado de disminución del número de fibras de refuerzo, se evita la generación de concentración de esfuerzos en dicho plástico reforzado con fibras. Como tal estado de disminución del número de fibras de refuerzo, es preferible una configuración en la que el número de fibras de refuerzo disminuye gradualmente, es decir, de forma continua. Cuando el haz de fibras troceadas es más grueso y el número de fibras de refuerzo es mayor y el área en sección transversal total de las fibras de refuerzo es mayor, el efecto de evitar la generación de concentración de esfuerzos es más grande. Cuanto mayor es el área en sección transversal total de las fibras de refuerzo, mayor es la fuerza soportada por un haz de fibras troceadas en plástico reforzado con fibras, pero, aunque la fuerza sea grande, el estado en el que la fuerza es compartida inmediatamente con una parte de punta adyacente del haz de fibras troceadas, mediante la resina de matriz, se evita por el estado de disminución del número de fibras de refuerzo en la sección de transición. Es decir, la transmisión de fuerza entre haces de fibras troceadas adyacentes se efectúa gradualmente por el estado de disminución del número de fibras de refuerzo en la sección de transición, evitando una concentración de esfuerzos en la parte de punta del haz de fibras troceadas.
En el caso donde se produce un haz de fibras troceadas, la procesabilidad es más excelente si se produce un haz de fibras troceadas más grueso, y el costo de producción también es bajo. Sin embargo, en el caso donde el haz de fibras troceadas convencional de la forma explicada en la figura 6 se convierte en un haz grueso de fibras troceadas, el plástico reforzado con fibras cortas convencional moldeado con este haz de fibras troceadas grueso es de baja resistencia. Consiguientemente, se daba el problema de que tal plástico reforzado con fibras cortas era difícil de usar para un elemento de alta resistencia.
En el haz de fibras troceadas de la invención, aunque sea un haz de fibras troceadas grueso, un plástico reforzado con fibras cortas moldeado con él tiene una resistencia más alta en comparación con plástico reforzado con fibras cortas convencional moldeado con un haz de fibras troceadas grueso convencional. Consiguientemente, no solamente es posible reducir el costo de producción del haz de fibras troceadas, sino que también es posible producir plástico reforzado con fibras cortas que tiene una alta resistencia. Desde el punto de vista del haz de fibras troceadas grueso, es preferible que el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo sea 0,2 mm2 o más. En vista del grado de la libertad de diseño del grosor cuando se hace en un plástico reforzado con fibras, es preferible que el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo sea 30 mm2 o menos, y es más preferible que sea 5 mm2 o menos.
Por otra parte, en el caso donde el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo es menos de 0,1 mm2, es preferible que, a través de toda el área del haz de fibras troceadas, el cambio del número de las fibras de refuerzo por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo sea 30% o menos del número máximo de las fibras de refuerzo (valor máximo de los números). En el caso donde el valor máximo del área en sección transversal total de las fibras de refuerzo es menos de 0,1 mm2, es decir, aunque sea un haz de fibras troceadas fino, más bien que la fuerza se libere inmediatamente de forma análoga a un haz de fibras troceadas convencional, es preferible una configuración en la que el número de fibras de refuerzo disminuye gradualmente desde la parte central del haz de fibras troceadas hacia la punta dado que la transmisión de fuerza en plástico reforzado con fibras se efectúa gradualmente.
En el haz de fibras troceadas de la invención, es preferible que la longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 11 sea la misma. Cuando se produce un haz de fibras troceadas, si cada longitud de fibra de las fibras de refuerzo es la misma, la eficiencia de la producción del haz de fibras troceadas es alta dado que es posible producir un haz de fibras troceadas cortando un haz de fibras de refuerzo continuas en la dirección longitudinal a un mismo intervalo, y, cuando se integra gran número de haces de fibras troceadas para preparar un material de moldeo, y se moldea un artículo moldeado usando este material de moldeo, es más fácil controlar la fluidez de la fibra de refuerzo cuando cada longitud de fibra de las fibras de refuerzo es la misma. Ejemplos del haz de fibras troceadas de la invención en los que cada longitud de fibra de las fibras de refuerzo es la misma se muestran en las figuras 1, 2, 3, 5(a), 5(b), 5(c) y 5(d).
El estado donde las longitudes de fibra de las fibras de refuerzo son las mismas se refiere a un estado en el que las fibras de refuerzo que tienen una longitud de fibra dentro de ± 5% del valor medio de las longitudes de fibra de las fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras troceadas suponen el 95% de todas las fibras de refuerzo contenidas en el haz de fibras troceadas.
Como la fibra de refuerzo usada para el haz de fibras troceadas de la invención, por ejemplo, se mencionan fibras orgánicas tales como fibra de aramida, fibra de polietileno o fibra de poli-p-fenileno benzoxazol (PBO), fibras inorgánicas tales como fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de carburo de silicio, fibra de alúmina, fibra Tirano, fibra de basalto o fibra de cerámica, fibras de metal tales como fibra de acero inoxidable o fibra de acero, y otras, fibra de boro, fibra natural y fibra natural modificada. Y puede ser una combinación de dos o más fibras de refuerzo de tipo diferente. Entre éstas, dado que la fibra de carbono es ligera de peso, tiene excelente resistencia específica y módulo específico, y, además, tiene excelente resistencia al calor y resistencia química, se emplea preferiblemente como una fibra de refuerzo. El artículo moldeado (plástico reforzado con fibras) producido a partir del haz de fibras troceadas de la invención que comprende fibras de carbono se usa preferiblemente para elementos tales como paneles de automóvil en los que es deseable una disminución del peso.
En el haz de fibras troceadas de la invención, es preferible que la fibra de refuerzo sea fibra de carbono, que el número de fibras de carbono sea de 1.000 a 700.000 fibras y que, a través de toda el área del haz de fibras troceadas, el cambio del número de fibras de carbono en cada movimiento de 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de carbono sea 1.400 fibras o menos.
Como una fibra de carbono, es preferible fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo con la que puede obtenerse fácilmente alta resistencia. En consideración a que el diámetro de monofilamento de la fibra de carbono fácilmente disponible es de aproximadamente 5 a 10 pm, el número de fibras de carbono en el haz de fibras troceadas es de 1.000 a 700.000 fibras. Es preferible que el número de fibras de carbono sea de 3.000 a 100.000 fibras. Dado que un haz de fibras de carbono continuas que tiene una alta resistencia y tiene un número de fibras de 6.000 a 50.000 fibras es barato, y, además, fácilmente disponible, se usa preferiblemente cuando se produce el haz de fibras troceadas de la invención.
Cuando el cambio del número de las fibras de refuerzo en cada movimiento de 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo es de 1.400 fibras o menos a través de toda el área del haz de fibras troceadas de la invención, es posible evitar efectivamente la concentración de esfuerzos en un plástico reforzado con fibras. Es preferible que el cambio del número de fibras de refuerzo sea de 1.000 fibras o menos. Con el fin de mejorar la resistencia de plástico reforzado con fibras, es preferible que el cambio del número de fibras de refuerzo sea de 600 fibras o menos.
En el caso donde la anchura más grande Wb del haz de fibras troceadas es menos de 3 mm, como el cambio de número de fibras de refuerzo se usa un valor convertido proporcionalmente al cambio por 1 mm dividiendo el valor máximo del número de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas por la longitud de la sección de transición en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Entonces, es preferible que hay aumentos del número de fibras de refuerzo en al menos 2 posiciones en la sección de transición, y el número de fibras de refuerzo contenidas en la sección transversal del haz de fibras troceadas en la posición donde el número de fibras de refuerzo aumenta es 200 fibras o menos, y es más preferible que sea de 50 fibras o menos.
En el haz de fibras troceadas de la invención, la relación Wb/Tb de la anchura más grande Wb al mayor grosor Tb es de 20 a 400. La relación Wb/Tb denota una relación de aspecto del haz de fibras troceadas. Cuanto mayor es la relación de aspecto, más plano es el haz de fibras troceadas. Un haz plano de fibras troceadas produce un aumento de la resistencia del plástico reforzado con fibras. Es preferible que el valor del mayor grosor Tb sea 150 pm o menos, y es más preferible que sea 100 pm o menos.
El haz plano de fibras troceadas puede producirse, por ejemplo, cortando el haz de fibras de refuerzo continuas unidireccionalmente estiradas después de la apertura. Esta apertura del haz de fibras de refuerzo continuas se puede hacer, por ejemplo, pasando el haz de fibras de refuerzo continuas mientras está en contacto con un rodillo, o haciendo vibrar el haz de fibras de refuerzo continuas, o soplando aire al haz de fibras de refuerzo continuas.
La configuración especialmente preferible del haz de fibras troceadas de la invención es una configuración en la que la parte de punta del haz de fibras troceadas tiene un lado oblicuo con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Es más preferible una configuración en la que el lado oblicuo esté formado en una línea recta que tenga un ángulo de 2 a 30° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Un haz de fibras troceadas de la invención que tiene tal configuración puede producirse, por ejemplo, estirando unidireccionalmente el haz de fibras de refuerzo continuas y cortando el haz de fibras de refuerzo continuas estiradas en una línea recta de un ángulo de 2 a 30° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo (dirección de estiramiento del haz de fibras de refuerzo continuas) de tal manera que la longitud de fibra de la fibra de refuerzo sea de 5 a 100 mm. En este método de producción, puede producirse un haz de fibras troceadas más plano cortando el haz de fibras de refuerzo continuas unidireccionalmente estiradas después de la apertura. Aunque el haz de fibras troceadas convencional se produjo cortando el haz de fibras de refuerzo continuas en dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo (dirección de estiramiento del haz de fibras de refuerzo continuas), el haz de fibras troceadas de la invención que es capaz de producir un plástico reforzado con fibras que tiene una alta resistencia puede obtenerse con sólo cortar un haz de fibras de refuerzo continuas en un ángulo de 2 a 30° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo (dirección de estiramiento del haz de fibras de refuerzo continuas).
Cuanto menor es el ángulo del lado formado por la disposición de las fibras de refuerzo cortadas en la parte de punta del haz de fibras troceadas con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, más puede obtenerse el efecto de incrementar la resistencia del plástico reforzado con fibras hecho usando este haz. En el caso de un ángulo de 30° o menos, su efecto es significativo. Sin embargo, por otra parte, la propiedad de manipulación del haz de fibras troceadas propiamente dicho disminuye. Además, cuanto menor es el ángulo de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo con la cuchilla de corte, más disminuye la estabilidad en el paso de corte. Por esa razón, es preferible que el ángulo sea de 2° o más. Es más preferible que el ángulo sea de 3 a 25°. En vista del equilibrio entre incrementar la resistencia del plástico reforzado con fibras y la procesabilidad en el proceso de producción del haz de fibras troceadas, es más preferible que el ángulo sea de 5 a 15°. El ángulo aquí mencionado se expresa en valor absoluto.
Los haces de fibras troceadas de la invención representados en las figuras 1, 2 y 3 se producen cortando un haz de fibras de refuerzo continuas en un mismo intervalo de corte en su dirección longitudinal. El haz de fibras troceadas CFB1 de la invención de la figura 1 se obtiene cortando un haz de fibras de refuerzo continuas de anchura relativamente grande, y tiene una configuración en la que las longitudes de los lados 16a y 16b, a lo largo de los que los extremos cortados de la fibra de refuerzo 11 están alineados, son largas. Dado que la longitud de los lados 16a y 16b es larga, al producir un material de moldeo, o en el moldeo de un artículo moldeado usando el material de moldeo, las fibras de refuerzo son aptas para abrirse. Por esa razón, el grosor de cada haz de fibras troceadas en el material de moldeo o artículo moldeado es fino, y es fácil mejorar la resistencia del artículo moldeado (plástico reforzado con fibras) a obtener.
El haz de fibras troceadas CFB2 de la invención de la figura 2 se obtiene cortando un haz de fibras de refuerzo continuas de anchura relativamente estrecha, y tiene una configuración en la que las longitudes de los lados 16a, 16b, a lo largo de los que los extremos de corte de la fibra de refuerzo 11 están alineados, son cortas. Dado que las longitudes de los lados 16a, 156b son cortas, es difícil que las fibras de refuerzo se rompan en pedazos, y es excelente la propiedad de manipulación del haz de fibras troceadas.
El haz de fibras troceadas CFB3 de la invención de la figura 3 no tiene, debido a la relación entre el ángulo de corte cuando se corta el haz de fibras de refuerzo continuas y la anchura del haz de fibras de refuerzo continuas, una sección constante que está presente en el haz de fibras troceadas de la figura 1 o la figura 2, y comprende solamente dos secciones de transición 13a y 13b. En este haz de fibras troceadas CFB3, la longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas CFB3 es el doble de la longitud de fibra Lf de la fibra de refuerzo 11.
Como medio de corte del haz de fibras de refuerzo continuas para producir el haz de fibras troceadas, por ejemplo, hay cortadores rotativos tales como un cortador de guillotina o un cortador discontinuo. El haz de fibras de refuerzo continuas se inserta en los medios de corte, en una condición en la que la dirección longitudinal del haz de fibras de refuerzo continuas y la dirección de la cuchilla de corte proporcionada al medio de corte se cruzan de forma relativamente oblicua, y se corta.
Para la producción del haz de fibras troceadas CFB5a de la figura 5(a) se usa una cuchilla dentellada, para la producción del haz de fibras troceadas CFB5b de la figura 5(b), una cuchilla en forma de V, para la producción del haz de fibras troceadas CFB5c de la figura 5(c), una cuchilla perfilada, y para la producción del haz de fibras troceadas CFB5d de la figura 5(d), una cuchilla en forma de U. El haz de fibras troceadas CFB5e de la figura 5(e) se hace cortando el haz de fibras de refuerzo continuas en dirección oblicua con respecto a la dirección longitudinal del haz de fibras de refuerzo continuas mientras se imparte un agente de agrupamiento, tal como agua, al haz de fibras de refuerzo continuas, y haciendo converger ambas partes laterales de la dirección longitudinal de la pieza cortada obtenida por el corte en forma de canoa hacia ambas partes de punta. Para las producciones del haz de fibras troceadas CFB5f de la figura 5(f) y el haz de fibras troceadas CFB5g de la figura 5(g) se emplean múltiples cuchillas que tienen formas diferentes.
El haz de fibras troceadas de la invención también puede producirse añadiendo una fuerza de cizalladura en la dirección del grosor del haz de fibras troceadas obtenido por un método convencional de producción del haz de fibras troceadas en el que los extremos cortados de las fibras de refuerzo son alineados en dirección perpendicular a la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas, para formar secciones de transición en las que el número de fibras de refuerzo cambia. Y el haz de fibras troceadas de la invención también puede producirse hilando un haz de fibras de refuerzo continuas por medio de hilado de estiraje-corte. El haz de fibras troceadas obtenidas por el corte por tiro tiene una configuración en la que, en ambas partes de punta, fibras de refuerzo de longitud diferente se disponen en la dirección longitudinal del haz de fibras troceadas, y por esta parte se forman secciones de transición. El haz de fibras troceadas de la invención contiene un agente de agrupamiento para mantener un estado del haz del gran número de fibras de refuerzo que forma el haz. El agente de agrupamiento puede mantener el gran número de fibras de refuerzo en un estado de haz, y, además, no hay ningún problema si el material no tiene problema de compatibilidad con una resina usada cuando se produce un artículo moldeado (plástico reforzado con fibras) que comprende el haz de fibras troceadas.
El haz de fibras troceadas de la invención se produce cortando un haz de fibras de refuerzo continuas. A este haz de fibras de refuerzo continuas, generalmente, con el fin de mejorar la propiedad de manipulación del haz de fibras, se le imparte un agente de apresto en un paso de producción del haz de fibras de refuerzo continuas.
Consiguientemente, este agente de apresto puede ser usado tal cual como el agente de agolpamiento del haz de fibras troceadas de la invención, y en tal caso, se obtiene la ventaja de que no hay que preparar otro agente de agolpamiento, por separado.
Por otra parte, el haz de fibras troceadas de la invención se usa para producir un material de moldeo que comprende su agregado. Además, el material de moldeo producido se usa para producir un artículo moldeado (plástico reforzado con fibras). En la producción del material de moldeo o artículo moldeado, se emplea una resina de matriz conjuntamente con el haz de fibras troceadas. Consiguientemente, esta resina de matriz puede ser usada tal cual como el agente de agrupamiento del haz de fibras troceadas de la invención, y en este caso, se obtiene la ventaja de que no hay que preparar otro agente de agrupamiento, por separado. En el caso donde la resina de matriz se usa como el agente de agrupamiento, el haz de fibras de refuerzo continuas o el haz de fibras troceadas a combinar con la resina de matriz puede contener previamente un agente de apresto u otro agente de agrupamiento. Sin embargo, en tal caso, hay que considerar la compatibilidad entre el agente de apresto u otro agente de agrupamiento impartido de antemano y la resina de matriz a impartir más tarde.
En el caso donde un agente de apresto se usa como un agente de agrupamiento, es preferible que la cantidad de agente de apresto a fibra de refuerzo sea de 0,1 a 10 por ciento en masa en base a la masa total del haz de fibras troceadas. En el caso donde un agente de apresto de la misma cantidad que esta cantidad ha sido impartido al haz de fibras de refuerzo continuas para producir un haz de fibras troceadas, cuando se corta el haz de fibras de refuerzo continuas, la forma de haz de fibras troceadas que se obtendrá con el corte es una forma predeterminada, sin que las fibras de refuerzo se separen en fragmentos. En el caso donde se produce un haz de fibras troceadas a partir de un haz de fibras de refuerzo continuas, por el hecho de que se imparte un agente de apresto de 0,1 a 10 por ciento en masa a la fibra de refuerzo continua a usar, la procesabilidad se mejora en gran medida en el paso de producción del haz de fibras troceadas. Y la propiedad de manipulación del haz de fibras troceadas cuando se produce un material de moldeo usando el haz de fibras troceadas también se mejora.
Por ejemplo, es posible obtener un haz de fibras troceadas de la invención impartiendo de 0,1 a 10 por ciento en masa de un agente de apresto disuelto o dispersado en un solvente a un haz de fibras de refuerzo continuas estiradas, y después de cortar el haz de fibras de refuerzo continuas, calentando para secar el solvente, o después del calentamiento para secar el solvente, cortando el haz de fibras de refuerzo continuas.
Como el agente de apresto se mencionan, por ejemplo, resina epoxi, resina fenólica, resina de poliéster insaturado, resina de viniléster, resina de poliamida, resina de uretano o resinas mezcladas en las que éstas se mezclan. Estas resinas son impartidas al haz de fibras de refuerzo continuas por dilución con agua, solvente o análogos.
En el caso donde se usa una resina de matriz como agente de agrupamiento, la resina de matriz es impartida, por ejemplo, a un haz de fibras de refuerzo continuas unidireccionalmente estiradas. A continuación, se corta el haz de fibras de refuerzo continuas al que se ha impartido la resina de matriz y se obtiene un haz de fibras troceadas en el que la resina de matriz se deposita en gran número de fibras de refuerzo. Cuando la resina de matriz es impartida, la resina de matriz también puede impregnarse completamente en gran número de fibras de refuerzo que constituyen el haz de fibras de refuerzo continuas. Y, en la medida en que el gran número de fibras de refuerzo después del corte no se separe en fragmentos, la resina de matriz puede ser impartida al haz de fibras de refuerzo continuas en un estado en el que la resina de matriz no se distribuya uniformemente en la superficie del haz de fibras de refuerzo continuas.
En el caso donde la resina de matriz se usa como agente de agrupamiento, es preferible que la cantidad de la resina de matriz a fibras de refuerzo sea de 20 a 75 por ciento en masa en base a la masa de todo el haz de fibras troceadas. En el caso donde la resina de matriz es impartida de antemano al haz de fibras de refuerzo continuas, cuando se produce un haz de fibras troceadas cortando el haz de fibras de refuerzo continuas, es posible producir de forma estable un haz de fibras troceadas de forma predeterminada sin que el gran número de fibras de refuerzo se separen en fragmentos. Y la propiedad de manipulación del haz de fibras troceadas también se mejora al producir un material de moldeo integrando el gran número de haces de fibras troceadas obtenido.
El método de producción preferible del haz de fibras troceadas de la invención comprende preparar una lámina de haces de fibras de refuerzo continuas en la que múltiples haces de fibras de refuerzo continuas se ponen en paralelo de forma adyacente, impartir una resina de matriz en una cantidad de 20 a 75 por ciento en masa a la lámina de haces de fibras de refuerzo continuas preparada y cortar la lámina de haces de fibras de refuerzo continuas a la que se le ha impartido la resina de matriz en línea recta en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo y en la dirección de un ángulo de 2 a 30° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Dicha lámina de haces de fibras de refuerzo continuas en la que múltiples haces de fibras de refuerzo continuas están en paralelo de forma adyacente, generalmente, se prepara sobre un material base que tiene desprendibilidad con respecto a la resina (por ejemplo, papel de desprendimiento) o una placa base.
Como la resina de matriz se mencionan, por ejemplo, resinas termoestables tales como resina epoxi, resina de poliéster insaturado, resina de viniléster, resina fenólica, resina epoxi acrilato, resina uretano acrilato, resina fenoxi, resina alquídica, resina de uretano, resina de maleimida o resina de cianato, o resinas termoplásticas tales como poliamida, poliacetal, poliacrilato, polisulfona, ABS, poliéster, acrilo, tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET), polietileno, polipropileno, sulfuro de polifenileno (PPS), poliéter éter cetona (PEEK), polímero de cristal líquido, cloruro de polivinilo, resina a base de flúor, tal como politetrafluoroetileno o silicona.
En el caso donde se usa una resina termoestable entre éstas, el haz de fibras troceadas obtenido tiene pegajosidad a temperatura ambiente. Consiguientemente, cuando se produce un material de moldeo integrando gran número de haces de fibras troceadas, utilizando dicha pegajosidad, es posible llevar a la práctica la integración del gran número de haces de fibras troceadas, y es posible producir un material de moldeo a temperatura ambiente.
Entre las resinas termoestables se emplean preferiblemente resina epoxi, resina de poliéster insaturado, resina de viniléster, resina fenólica, resina acrílica, o una mezcla de las mismas. Cuando es preferible que la viscosidad a temperatura ambiente (25°C) de estas resinas sea de 1 x 106 Pa s o menos, y a esta viscosidad, es posible obtener un haz de fibras troceadas de la invención que tiene una pegajosidad y capacidad de amoldarse preferibles.
El plástico reforzado con fibras de la invención en el que se usa el haz de fibras troceadas de la invención se produce usando material de moldeo de la invención que comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la invención. La figura 9 es una vista en planta de un ejemplo de material de moldeo de la invención. En la figura 9, un material de moldeo 91 de la invención comprende un agregado de gran número de haz de fibras troceadas CFB de la invención (por ejemplo, el haz de fibras troceadas CFB3 representado en la figura 3). Aunque el material de moldeo de la invención comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la invención, éste puede combinarse con otro material base, por ejemplo, un material base que comprende gran número de fibras continuas. En cualquier configuración, es preferible que el material de moldeo de la invención, dado que se usa para producir un plástico reforzado con fibras, tenga buena propiedad de manipulación o propiedad adecuada para moldeos por compresión, tal como moldeo en prensa o moldeo por drapeado.
El material de moldeo de la invención se produce formando un agregado de gran número de haces de fibras troceadas, por ejemplo, después de dispersar gran número de haces de fibras troceadas de la invención en una base de moldeo en forma de lámina, integrando el gran número de haces de fibras troceadas entrelazando fibras de refuerzo adyacentes de los haces de fibras troceadas unas con otras por medios tales como punzón con aguja o vibración. En el caso donde se usa una lámina de resina de matriz como la base de moldeo, después de la dispersión de gran número de haces de fibras troceadas de la invención en la lámina de resina de matriz, se superpone encima otra lámina de resina de matriz, para insertar por ello el gran número de haces de fibras troceadas en las láminas superior e inferior de resina de matriz, es posible producir un material de moldeo en el que el gran número de haces de fibras troceadas y la resina de matriz están integrados. Tal material de moldeo se denomina generalmente una lámina SMC o lámina estampable.
El material de moldeo de la invención puede producirse por dispersión del gran número de haces de fibras troceadas de la invención impregnados con una resina de matriz de antemano en una base de moldeo en una forma de lámina, y, utilizando la pegajosidad de la resina de matriz, integrando el gran número de haces de fibras troceadas. Y el material de moldeo de la invención puede estar constituido por un agregado de gran número de haces de fibras troceadas en las que no se impregna resina de matriz. Tal artículo moldeado se usa preferiblemente en el caso donde un plástico reforzado con fibras se produce por RTM (moldeo por transferencia de resina) en el que se inyecta una resina de matriz cuando se produce el plástico reforzado con fibras.
En el caso donde se emplea un agente de apresto como agente de agrupamiento en el haz de fibras troceadas de la invención, en algunos casos no puede obtenerse una suficiente pegajosidad mutua entre los haces de fibras troceadas al producir un material de moldeo. Y en el caso donde se usa una resina de matriz como agente de agrupamiento en el haz de fibras troceadas de la invención, la propiedad de manipulación del haz de fibras troceadas al producir un material de moldeo es peor en algunos casos. En estos casos, como agente de agrupamiento se emplea un agente de agrupamiento diferente del agente de apresto o resina de matriz. De esta forma, es posible mejorar la procesabilidad en el paso de producción de material de moldeo.
Como dicho agente de agrupamiento, en cuanto a su configuración, se mencionan, por ejemplo, agentes de agrupamiento en estado líquido, en una forma de tela o en una forma de partícula. En vista de la propiedad de manipulación del agente de agrupamiento, es preferible uno particulado. Como componente de tal agente de agrupamiento se mencionan, por ejemplo, resina epoxi, resina de viniléster, resina de poliéster insaturado, poliamida como un polímero de punto de fusión bajo, poliéster, poliuretano o una mezcla de las mismas resinas. Estos agentes de agrupamiento pueden usarse tal cual o por dispersión en un solvente, tal como agua.
La finalidad principal del agente de agrupamiento en el haz de fibras troceadas de la invención es mantener o unir gran número de fibras de refuerzo en un estado de haz, pero también puede ser útil, depositando el agente de agrupamiento en las fibras de refuerzo en una cantidad más que suficiente para unir las fibras de refuerzo, para que el agente de agrupamiento una un gran número de haces de fibras troceadas unos con otros. Por ejemplo, incrementando la cantidad de agente de apresto a depositar en las fibras de refuerzo, el gran número de haces de fibras troceadas pueden integrarse unos con otros. En el caso donde la resina de matriz es una resina termoestable, dado que tiene pegajosidad a temperatura ambiente, gran número de haces de fibras troceadas pueden integrarse impregnando o semiimpregnando las fibras de refuerzo con la resina de matriz. En el caso donde la resina de matriz es una resina termoplástica, gran número de haces de fibras troceadas pueden integrarse por presión en un estado calentado al punto de fusión o más. En estos casos, dado que el material de moldeo a obtener comprende, además de fibras de refuerzo, solamente el agente de apresto y/o la resina de matriz, es posible disminuir los factores para disminuir las características físicas del material de moldeo.
En el caso donde el material de moldeo de la invención contiene una resina de matriz, es preferible que la cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo sea de 20 a 75 por ciento en masa. En el caso donde la cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo es menos de 20 por ciento en masa, dado que la cantidad de la resina es pequeña, puede deteriorarse la fluidez, que es una de las características importantes del material de moldeo de la invención. En el caso donde la cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo es más de 75 por ciento en masa, dado que la cantidad de las fibras de refuerzo es menor que la cantidad de la resina, es difícil mejorar las características mecánicas del plástico reforzado con fibras a obtener. Es más preferible que la cantidad de la resina de matriz en el material de moldeo sea de 35 a 55 por ciento en masa.
Como la resina de matriz usada para el material de moldeo, una resina termoestable es preferible en algunos casos. Dado que la resina termoestable tiene una estructura entrecruzada, en general, es de alto módulo y excelente estabilidad de forma. Un plástico reforzado con fibras producido a partir de ella exhibe un módulo alto y una excelente estabilidad dimensional. En resinas termoestables, la viscosidad de la resina puede ser controlada a una viscosidad baja. Por esa razón, una resina termoestable cuya viscosidad se controle apropiadamente puede impregnarse fácilmente en un haz de fibras troceadas. Y controlando apropiadamente la viscosidad de la resina termoestable, según sea preciso, en cualquier paso de la producción del plástico reforzado con fibras, es posible impartir la resina. Y un material de moldeo en el que la resina está en un estado no curado a temperatura ambiente tiene flexibilidad. Por esa razón, tal material de moldeo es fácil de cortar o conformar a una forma del molde y tiene una excelente propiedad de manipulación. Además, dado que es posible diseñarlo de modo que tenga pegajosidad a temperatura ambiente, tal material de moldeo se integra solamente al ser empujado uno con otro o a otro sustrato, y, por lo tanto, la operación de formación de un laminado uno con otro o con otro sustrato es fácil.
Como la resina de matriz usada para el material de moldeo, una resina termoplástica es preferible en algunos casos. En general, dado que las resinas termoplásticas tienen alta tenacidad, empleando una resina termoplástica como resina de matriz, es posible evitar que se genere unión de fisuras, que es un punto débil del plástico reforzado con fibras cortas, unas con otras, y la resistencia del plástico reforzado con fibras cortas se mejora. En particular, en aplicaciones en las que las características de impacto son importantes, es mejor usar una resina termoplástica como resina de matriz. El moldeo de resina termoplástica generalmente no va acompañado de una reacción química, y, por lo tanto, el uso de resina termoestable puede servir para acortar el tiempo de moldeo.
En el material de moldeo de la invención, es decir, en el agregado de los haces de fibras troceadas, es preferible que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas sean las mismas. Laminando una pluralidad de materiales de moldeo cuyas direcciones de disposición de las fibras de refuerzo son las mismas, es fácil diseñar un laminado que tenga características físicas deseadas. Es fácil disminuir la dispersión de las características mecánicas de un laminado a obtener. Tal material de moldeo se produce por la dispersión de gran número de haces de fibras troceadas de la invención en un sustrato en una forma de lámina de tal manera que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas sean las mismas. Como medio para la dispersión de cada haz de fibras troceadas de tal manera que la dirección de disposición de las respectivas fibras de refuerzo sea la misma, por ejemplo, se menciona una boquilla hendida capaz de suministrar cada haz de fibras troceadas sobre un sustrato en un estado en el que la dirección de disposición de la fibra de refuerzo se dirige en una dirección fija.
No hay problema si la dirección de disposición de la fibra de refuerzo de cada fibra troceada en el artículo moldeado de la invención, es decir, en el agregado de los haces de fibras troceadas, sea sustancialmente la misma, respectivamente. El estado donde las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada fibra troceada es sustancialmente la misma se refiere a un estado en el que, cuando la media de las direcciones de disposición de la fibra de refuerzo contenida en el haz de fibras troceadas se toma como la dirección de disposición representativa de las fibras de refuerzo en el haz de fibras troceadas, los haces de fibras troceadas en el agregado de haces de fibras troceadas con direcciones de disposición representativas que están dentro de ± 10% supone 90% o más del total de haces de fibras troceadas del agregado de haces de fibras troceadas.
En el caso donde el material de moldeo de la invención comprende un laminado conteniendo un laminado de múltiples conjuntos de lámina de los haces de fibras troceadas, es preferible que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas en cada agregado de láminas de los haces de fibras troceadas sean las mismas, y además, en el laminado, la dirección de disposición de la fibra de refuerzo en el agregado de láminas de los haces de fibras troceadas que forma una capa y la dirección de disposición de la fibra de refuerzo en el agregado de láminas de los haces de fibras troceadas que forma otra capa son diferentes.
En general, el plástico reforzado con fibras se rompe cuando las fisuras se enlazan en la dirección perpendicular a la dirección de fuerza (dirección del grosor). Formando un material de moldeo con un laminado que dificulte que las fisuras penetren en la dirección del grosor, es posible obtener un plástico reforzado con fibras de alta resistencia. Es decir, en un laminado que constituye material de moldeo, cuando dos capas se hacen en una dirección de disposición diferente de la fibra de refuerzo, dado que son diferentes las direcciones que es fácil que generen fisuras, es difícil que las fisuras penetren a través de las capas. Es preferible que las dos capas que tienen diferente dirección de disposición de la fibra de refuerzo sean dos capas adyacentes.
Tal material de moldeo de la invención se produce, por ejemplo, dispersando gran número de haces de fibras troceadas de la invención en una forma de lámina sobre un sustrato de tal manera que las fibras de refuerzo en cada haz de fibras troceadas estén dispuestas en la misma dirección, para formar una capa que comprende un agregado de haces de fibras troceadas, y dispersando gran número de haces de fibras troceadas de la invención en una forma de lámina sobre la capa formada encima de tal manera que la dirección de disposición de estas fibras de refuerzo sea diferente de la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas en la capa formada primero, mientras que las fibras de refuerzo en un haz de fibras troceadas están en la misma dirección de disposición. Como una constitución de laminado, es preferible una laminación casi isotrópica, tal como [+45/0/-45/90]s o [0/± 60]s dado que es posible hacer las características físicas de laminado (material de moldeo) uniformes en conjunto, y es posible evitar una generación de deformación del laminado (material de moldeo) a obtener.
Por otra parte, el material de moldeo 91 de la figura 9 comprende un agregado en el que el gran número de haces de fibras troceadas CFB de la invención se encuentran en un estado en el que las direcciones de disposición de las respectivas fibras de refuerzo son aleatorias. El gran número de haces de fibras troceadas CFB están superpuestos parcialmente, pero no se forma una estructura de capas clara. Este material de moldeo 91, en comparación con un caso en el que un material de moldeo que tiene una estructura de capas en la que se controla la dirección de disposición de la fibra de refuerzo del haz de fibras troceadas, puede producirse a costo bajo, y se puede afirmar que es un material de moldeo isotrópico y de fácil diseño.
Como otra realización del material de moldeo de la invención, un aglomerado para moldeo por inyección puede obtenerse amasando gran número de haces de fibras troceadas de la invención y una resina termoplástica, y moldeando por extrusión continua en una forma de varilla y cortando la varilla continua moldeada en su dirección longitudinal en un intervalo predeterminado. Un aglomerado convencional para moldeo por inyección se produce cortando, con un cortador rotativo o análogos, un haz de fibras de refuerzo continuas en dirección perpendicular a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo para hacer un haz de fibras troceadas, amasando el haz de fibras troceadas obtenido conjuntamente con una resina termoplástica en un extrusor, moldeando por extrusión continua en una forma de varilla, y cortando la varilla continua moldeada en su dirección longitudinal a un intervalo predeterminado. En el haz de fibras troceadas de la invención, dado que la parte de punta de cada fibra de refuerzo está dispuesta en posición desplazada una con respecto a otra en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, en el caso donde se amasa con una resina de viscosidad alta, tal como resina termoplástica, es fácil separar las fibras de refuerzo y es posible obtener un material de moldeo de excelente dispersibilidad y poca agregación.
En el material de moldeo de la invención, el agregado de los haces de fibras troceadas que comprende gran número de haces de fibras troceadas de la invención puede ser conformado tridimensionalmente de tal manera que tenga al menos una parte de curvatura en forma en sección transversal. En el caso donde un plástico reforzado con fibras que tiene también una forma tridimensional se moldea usando el material de moldeo de la invención que tiene una forma tridimensional, no es necesario hacer que los haces de fibras troceadas fluyan en gran medida durante el moldeo, evitando que la agitación y la mala distribución de las fibras de refuerzo dispuestas sean producidas por el flujo, y, como resultado, puede obtenerse plástico reforzado con fibras de alta estabilidad.
El material de moldeo de la invención que tiene una forma tridimensional puede producirse, por ejemplo, de la forma siguiente. Un método de producción de material de moldeo en el que gran número de haces de fibras troceadas de la invención son dispersados sobre una base de moldeo en forma de lámina para integración por ello, y conformar la lámina integrada a una forma tridimensional. Un método de producción de material de moldeo en el que gran número de haces de fibras troceadas de la invención son dispersados sobre una base de moldeo que tiene una forma tridimensional haciendo al mismo tiempo las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas en la misma dirección mediante el paso a través de una boquilla hendida, para formar una capa que comprende un agregado de los haces de fibras troceadas cuyas direcciones de disposición de las fibras de refuerzo son las mismas, y en la capa formada, gran número de haces de fibras troceadas de la invención son dispersados en una forma de lámina de tal manera que se hacen en una dirección de disposición de la fibra de refuerzo diferente de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo del haz de fibras troceadas en la capa formada, y además, las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas se hacen en la misma dirección.
La figura 10 es una vista en perspectiva esquemática para explicar un ejemplo del método de producción de material de moldeo de la invención que tiene una forma tridimensional. En la figura 10, un aparato de producción de material de moldeo de la invención que tiene forma tridimensional comprende una pluralidad de bobinas 102 (en la figura 10, se representan seis bobinas) en cada una de las cuales está enrollado un haz de fibras de refuerzo continuas 101, rodillos de guía 103 y 104 para la fibra de refuerzo continua, un cortador de rodillo 105 que toma las fibras de refuerzo continuas de las bobinas 102 y corta las fibras de refuerzo continuas a intervalo fijo en una dirección inclinada con respecto a la dirección longitudinal de la fibra de refuerzo continua, un dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106 que imparte un agente de agrupamiento a los haces de fibras troceadas obtenidos cortando las fibras de refuerzo continuas, un orificio de suministro de agente de agrupamiento 107 dispuesto en la parte lateral del dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106, una boquilla hendida 108 que controla la dirección de disposición de las fibras de refuerzo de los haces de fibras troceadas a los que se ha impartido el agente de agrupamiento en una dirección fija, una base de moldeo 109 que comprende un molde de conformación que tiene forma tridimensional, y un brazo robótico 110.
El cortador de rodillo 105 está fijado a la parte superior del dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106. El dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106 tiene, en su parte superior, una entrada de haces de fibras troceadas para recibir haces de fibras troceadas obtenidos por el corte, y en su parte inferior, un orificio de descarga de haz de fibras troceadas que descarga el haz de fibras troceadas al que se ha impartido el agente de agrupamiento. La boquilla hendida 108 tiene, en su parte superior, una entrada de haces de fibras troceadas que recibe los haces de fibras troceadas descargados del orificio de descarga de haces de fibras troceadas, y en su parte inferior, un orificio de descarga de haces de fibras troceadas que descarga los haces de fibras troceadas cuya dirección de disposición de la fibra de refuerzo ha sido controlada en la dirección fija. La boquilla hendida 108 está fijada a la parte inferior del dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106. La punta del brazo robótico 110 está conectada a una parte lateral del dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106. La punta del brazo robótico 110 se hace libremente móvil con respecto a la base de moldeo 109, por un aparato de operación de brazo robótico (no representado en la figura).
En la figura 10, el haz de fibras de refuerzo continuas 101 tomado de la bobina 102 por el rodillo del cortador de rodillo 105 es introducido al cortador de rodillo 105 a través de los rodillos de guía 103 y 104, y en esa posición, es cortado de tal manera que se formen haces de fibras troceadas de la invención. Los haces de fibras troceadas obtenidos por el corte son introducidos al dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106. Dentro del dispositivo de alimentación de agente de agrupamiento 106, un agente de agrupamiento en polvo suministrado desde el orificio de suministro de agente de agrupamiento 107 es impartido a los haces de fibras troceadas. El haz de fibras troceadas al que se ha impartido el agente de agrupamiento es introducido a la boquilla hendida 108. Cuando los haces de fibras troceadas se mueven dentro de la boquilla hendida 108, los haces de fibras troceadas se disponen de tal manera que la dirección de disposición de la fibra de refuerzo sea en la dirección fija. Los haces de fibras troceadas dispuestos son descargados de la boquilla hendida 108, y caen manteniendo sustancialmente la disposición del haz de fibras troceadas, llegando a una superficie de la base de moldeo 109.
La posición de llegada del haz de fibras troceadas en la superficie de la base de moldeo 109 es cambiada, por una operación del brazo robótico 110, uno tras otro, para formar una capa de los haces de fibras troceadas, depositada con el agente de agrupamiento en polvo, en la base de moldeo 109. Una capa de los haces de fibras troceadas formada en la base de moldeo 109 es calentada con el fin de fundir el agente de agrupamiento en polvo que contiene, y, mediante el agente de agrupamiento fundido, se lleva a cabo una integración de los haces de fibras troceadas uno con otro, produciendo el material de moldeo de la invención que tiene una forma tridimensional.
Un plástico reforzado con fibras de la invención comprende un agregado de haces de fibras troceadas de la invención y una resina de matriz. Consiguientemente, los haces de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras de la invención tienen una longitud de fibra de refuerzo de 5 a 100 mm, y tienen, desde ambos extremos del haz de fibras troceadas a la parte central en dirección longitudinal del haz de fibras troceadas, a lo largo de la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, secciones de transición en las que el número de fibras de refuerzo en sección transversal del haz de fibras troceadas aumenta, y a través de toda el área del haz de fibras troceadas, el cambio de área en sección transversal total de las fibras de refuerzo en sección transversal del haz de fibras troceadas es de 0,05 mm2 o menos por 1 mm.
Dado que el haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras tiene una configuración en la que el número de fibras de refuerzo disminuye desde la parte central a las partes de punta, en el plástico reforzado con fibras, una fuerza soportada por un haz de fibras troceadas puede ser compartida gradualmente en los haces de fibras troceadas situados cerca, y es posible disminuir efectivamente la concentración de esfuerzos. En particular, a través de toda el área del haz de fibras troceadas, al ser el cambio de área en sección transversal total de las fibras de refuerzo de 0,05 mm2 o menos por 1 mm, se mejora en gran medida la eficiencia de la transmisión de esfuerzo. Es preferible que este cambio sea de 0,04 mm2 o menos. Con el fin de minimizar el efecto de concentración de esfuerzos, es mejor que este cambio sea de 0,025 mm2 o menos. En el caso de fibra de carbono cuyo diámetro de la fibra de refuerzo (monofilamento) es de aproximadamente 5 a 10 pm, a través de toda el área del haz de fibras troceadas, el cambio total del número de fibras de refuerzo es de 1.400 fibras o menos por 1 mm. Es preferible que este cambio total del número sea de 1.000 fibras o menos. Con el fin de minimizar el efecto de la concentración de esfuerzos, es mejor que este cambio total del número sea de 600 fibras o menos.
La figura 12 es una vista en sección transversal de un ejemplo de plástico reforzado con fibras convencional que comprende un agregado de haces de fibras troceadas convencionales y una resina de matriz. En la figura 12 se representa la sección transversal 122 del plástico reforzado con fibras convencional 121 cortado en la dirección del grosor (en la figura 12, la dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical)). Cuando se observa la sección transversal 122, se ve que, en la parte de punta 125 del haz de fibras troceadas convencional 124 donde gran número de fibras de refuerzo 123 están dispuestas aproximadamente paralelas a la dirección izquierda y derecha (dirección horizontal) de la sección transversal 122, las partes de punta del gran número de fibras de refuerzo 123 están presentes sustancialmente en la misma posición en la dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical) de la sección transversal 122. Es decir, las partes de punta del gran número de fibras de refuerzo 123 se concentran, en la parte de punta 125 del haz de fibras troceadas 124, en una posición sin desplazamiento muto en su dirección longitudinal, y se aprecia que la parte de punta 125 del haz de fibras troceadas 124 es abrupta en la dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical) de la sección transversal 122.
En la sección transversal 122 del plástico reforzado con fibras convencional 121 representado en la figura 12, cuando se impone una fuerza en la dirección izquierda y derecha (dirección horizontal) de la sección transversal 122, se genera concentración de esfuerzos y, a una fuerza baja, el plástico reforzado con fibras 121 se rompe en algunos casos. Y dado que el haz de fibras troceadas 124 que comprende la parte de punta 125 de gran número de fibras de refuerzo 123 dispuesta en una dirección aproximadamente paralela a la dirección izquierda y derecha (dirección horizontal) de la sección transversal 122 tiene dicha forma geométrica, cuando se moldea el plástico reforzado con fibras 121, es fácil que se genere una onda del haz de fibras troceadas convencional 124 en su dirección del grosor (dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical) de la sección transversal 122). La onda generada del haz de fibras troceadas 124 produce una disminución del módulo o resistencia del plástico reforzado con fibras moldeado 121. Además, fuera de la parte de punta 125 del haz de fibras troceadas 124, en contacto con la parte de punta 125, es fácil que se genere un charco de resina 126 de la resina de matriz. El charco de resina generado 126 no solamente es una fuente de generación de fisuras por esfuerzo térmico, sino que también es una fuente de generación de vacíos.
La figura 11 es una vista en sección transversal de un ejemplo del plástico reforzado con fibras de la invención que comprende un agregado del haz de fibras troceadas de la invención y una resina de matriz. En la figura 11 se representa la sección transversal 112 obtenida por corte del plástico reforzado con fibras 111 de la invención en la dirección del grosor (en la figura 11, la dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical)). Cuando se observa la sección transversal 112, se aprecia que el número de las fibras de refuerzo 113 del haz de fibras troceadas de la invención 114, en el que gran número de fibras de refuerzo 113 están dispuestas aproximadamente paralelas a la dirección izquierda y derecha (dirección horizontal) de la sección transversal 112, disminuye de forma continua desde la parte central del haz de fibras troceadas 114 hacia la parte de punta 115.
El estado en el que el número de las fibras de refuerzo 113 del haz de fibras troceadas 114 disminuye desde la parte central hacia la parte de punta 115 del haz de fibras troceadas 114 quiere decir que, en la sección transversal 112 del plástico reforzado con fibras 111 de la invención representado en la figura 11, cuando se impone una fuerza en la dirección izquierda y derecha (dirección horizontal) de la sección transversal 112, la transmisión de la fuerza entre haces de fibras troceadas adyacentes 114 no se efectúa de forma inmediata, es decir, se efectúa gradualmente y es difícil que se genere una concentración de esfuerzos. Es decir, la eficiencia de transmisión de fuerza en el plástico reforzado con fibras 111 de la invención se mejora en comparación con la del plástico reforzado con fibras convencional 121.
Además, dado que la parte de punta 115 del haz de fibras troceadas 114 es fina, casi no se genera ninguna onda del haz de fibras troceadas 114 en la dirección del grosor del plástico reforzado con fibras 111. A causa de este estado, tiene lugar una mejora del módulo o de la resistencia del plástico reforzado con fibras 111. Además, el charco de resina observado en el plástico reforzado con fibras convencional 121 casi no se genera.
A condición de que la longitud de fibra de cada fibra de refuerzo 123 de cada haz de fibras troceadas 124 contenido en el plástico reforzado con fibras convencional 121 y la longitud de fibra de cada fibra de refuerzo 113 de cada haz de fibras troceadas 114 contenido en el plástico reforzado con fibras 111 de la invención sean las mismas, dado que, en comparación con la longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas (consúltese la figura 6) de cada haz de fibras troceadas 124 contenido en el plástico reforzado con fibras convencional 121, la longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas (consúltense las figuras 1 a 3) de cada haz de fibras troceadas 114 contenido en el plástico reforzado con fibras 111 de la invención es larga, el grosor medio de cada haz de fibras troceadas contenido en el plástico reforzado con fibras es pequeño. Como resultado, en comparación con el plástico reforzado con fibras convencional 121, el plástico reforzado con fibras 111 de la invención tiene mejores características mecánicas. En la sección transversal 112 del plástico reforzado con fibras 111 de la invención, es preferible que en la dirección de su grosor (en la figura 11, la dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical)) se acumulen al menos 20 del haz de fibras troceadas 114.
El número de acumulación del haz de fibras troceadas es el valor medio de 10 valores medidos obtenido midiendo el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor mediante una observación en sección transversal, en los respectivos 10 puntos aleatoriamente seleccionados en la superficie del plástico reforzado con fibras. En general, en el plástico reforzado con fibras, el grosor es fino en comparación con todo su tamaño, y como el grosor de cada haz de fibras troceadas contenido en el plástico reforzado con fibras es más fino con respecto al grosor del plástico reforzado con fibras, la resistencia del plástico reforzado con fibras aumenta más. En particular, en el caso donde 20 o más haces de fibras troceadas se acumulan en la dirección del grosor del plástico reforzado con fibras, la mejora de la resistencia del plástico reforzado con fibras es significativa. Es preferible que el número de acumulación del haz de fibras troceadas sea 30 o más, y con el fin de lograr una resistencia estable cuya dispersión sea pequeña, es más preferible que el número de acumulación de haces de fibras troceadas sea 40 o más.
En la sección transversal del plástico reforzado con fibras de la invención, es preferible que el grosor medio de cada haz de fibras troceadas presente en ella sea de 100 pm o menos.
El grosor medio del haz de fibras troceadas es el valor medio de 10 puntos obtenido, en los respectivos 10 puntos aleatoriamente seleccionados en la superficie del plástico reforzado con fibras, midiendo el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor y el grosor de cada haz de fibras troceadas mediante observación en sección transversal, y dividiendo el total de grosores obtenidos por el número de haces de fibras troceadas.
Es mejor que el grosor del haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras sea fino, y es preferible que sea de 100 pm o menos. Con el fin de lograr una resistencia estable cuya dispersión sea pequeña, es más preferible que el grosor de haz de fibras troceadas sea de 50 pm o menos.
Un haz de fibras troceadas cuyo grosor es de 50 pm o menos es difícil de producir en algunos casos cortando simplemente un haz de fibras de refuerzo continuas. En el material de moldeo, como medio para hacer que el grosor del haz de fibras troceadas sea de 50 pm o menos, se menciona un medio en el que, cuando un material de moldeo se moldea en prensa a partir de gran número de haces de fibras troceadas, el gran número de haces de fibras troceadas se pone relativamente grueso en un molde en un rango menor que un área de molde de tal manera que la relación de carga del haz de fibras troceadas sea baja, y cada haz de fibras troceadas se abre siendo prensado al mismo tiempo para moldear un material de moldeo. En cambio, la relación de carga hace referencia, cuando el molde se ve desde arriba, a un área ocupada por el material de moldeo (material de inicio del material de moldeo) antes de poner en marcha la prensa con respecto al área del molde. También se puede usar el mismo medio cuando un plástico reforzado con fibras es moldeado a partir de un material de moldeo o gran número de haces de fibras troceadas.
Como otro medio para hacer que el grosor del haz de fibras troceadas sea de 50 pm o menos, se menciona un medio en el que, cuando se produce un haz de fibras troceadas a partir de un haz de fibras de refuerzo continuas, el haz de fibras de refuerzo continuas se corta después de la apertura. La apertura del haz de fibras de refuerzo continuas se puede hacer, por ejemplo, poniendo un haz de fibras de refuerzo continuas móvil en contacto con un rodillo o por vibración o soplado de aire.
En el caso donde un plástico reforzado con fibras de la invención comprende un laminado de múltiples capas del que cada capa comprende una fibra de refuerzo y una resina de matriz, es preferible que al menos 2 capas de las múltiples capas estén formadas con un agregado de gran número de haces de fibras troceadas de la invención, y las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo contenidas en cada haz de fibras troceadas en las respectivas 2 capas son las mismas, y, además, las direcciones de disposición de la fibra de refuerzo de las 2 capas son diferentes una de otra.
En tal plástico reforzado con fibras, dado que es fácil diseñarlo de manera que se obtengan las características mecánicas deseadas controlando la dirección de disposición de la fibra de refuerzo contenida en el haz de fibras troceadas de cada capa que comprende el agregado de los haces de fibras troceadas, en comparación con un plástico reforzado con fibras cuya dirección de disposición de la fibra de refuerzo es aleatoria, la dispersión de características mecánicas es pequeña. Y en tal plástico reforzado con fibras, dado que entre las 2 capas que comprenden el agregado de los haces de fibras troceadas, las direcciones en las que es fácil que se genere fisura son diferentes, se evita la propagación de las fisuras a una capa adyacente, y es posible lograr una resistencia alta en el plástico reforzado con fibras. Es más preferible que ambas capas adyacentes comprendan el agregado de los haces de fibras troceadas.
Un plástico reforzado con fibras de la invención se produce, por ejemplo, disponiendo el material de moldeo de la invención en una cavidad de un molde en un estado más pequeño que el área proyectada de la cavidad, y, además, más grueso que el grosor de la cavidad, y extendiendo el material de moldeo fijando el molde para presurizar el material de moldeo y llenar finalmente la cavidad con el material de moldeo, y después de completar el moldeo, sacando el artículo moldeado del molde. Además, se produce un plástico reforzado con fibras de la invención disponiendo el material de moldeo de la invención en una cavidad sellada de un molde, e inyectando una resina de matriz para impregnar el material de moldeo con la resina de matriz.
El material de moldeo de la invención o el plástico reforzado con fibras de la invención se usa preferiblemente para la producción de elementos para artículos deportivos tales como piezas de bicicleta, eje o cabezal de palo de golf en los que se requiere resistencia, rigidez y ligereza, materiales interiores para aviones, piezas de automóvil tales como marcos de puerta o lámina, y piezas de máquina tales como brazos robóticos. Entre ellos, se usa más preferiblemente para la producción de piezas de automóvil tales como paneles de láminas o marcos de láminas en los que, además de resistencia y ligereza, se requiere capacidad de seguimiento del molde hasta la forma complicada en el moldeo.
A continuación se explican algunos ejemplos de la invención. La invención no se limita a estos ejemplos.
Método de medición de la resistencia a la tracción del plástico reforzado con fibras de los ejemplos:
De una placa plana de plástico reforzado con fibras obtenido en un ejemplo se cortó una pieza de prueba de resistencia a la tracción de una longitud de 250± 1 mm y una anchura de 25± 0,2 mm. Para la pieza de prueba obtenida, según el método de prueba establecido en JIS K-7073(1998), la resistencia a la tracción se midió estableciendo la distancia entre marcas a 150 mm y a una velocidad de cruceta de 2,0 mm/minuto. Como un comprobador de resistencia a la tracción se usó el comprobador universal Instron (marca comercial) 4208. El número de las piezas de prueba sometidas a la medición fue 5 piezas y el valor medio de cada valor medido se tomó como la resistencia a la tracción del plástico reforzado con fibras.
Ejemplo 1
Como un haz de fibras de refuerzo continuas se usó un haz de fibras de refuerzo continuas que comprendía gran número de fibras de carbono que no tenían sustancialmente torsión ni apresto. El diámetro de la fibra de refuerzo (fibra única) era de 7 pm, el número de las fibras de refuerzo era 12.000, la resistencia a la tracción del haz de fibras de refuerzo era 5,0 GPa y el módulo de tracción del haz de fibras de refuerzo era 240 GPa. El haz de fibras de refuerzo continuas se sumergió de forma continua en un líquido madre de agente de apresto en el que se diluyó una emulsión de resina de uretano reactiva (producida por Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Superflex-R5000) con agua purificada de tal manera que el componente de resina fuese 2,0 por ciento en masa, para impartir el agente de apresto al haz de fibras de refuerzo continuas. El haz de fibras de refuerzo continuas al que se impartió el agente de apresto se secó con rodillos calientes a 150°C y un horno de secado a 200°C bajo una tensión seca de 600 g/dtex, para quitar el agua. La cantidad del agente de apresto era 1,2 por ciento en masa.
Se preparó un cortador rotativo provisto de cuchillas a un intervalo de 5 mm a lo largo de la dirección periférica. El haz de fibras de refuerzo continuas al que se impartió el agente de apresto se insertó de forma continua en el cortador rotativo en un ángulo de 12° con respecto a las cuchillas del cortador rotativo, para producir un haz de fibras troceadas. El haz de fibras troceadas obtenido tenía la forma del haz de fibras troceadas CFB3 representado en la figura 3, es decir, no tenía sección constante y tenía dos secciones de transición 13a y 13b. El ángulo formado por el lado 15a y el lado 16a, y el ángulo formado por el lado 15b y el lado 16b en ambas partes de punta del haz de fibras troceadas CFB3 eran un ángulo de 12°, respectivamente. La longitud de fibra Lf de cada fibra de refuerzo 11 era, aunque había una dispersión de aproximadamente 3% en el mismo haz de fibras troceadas, de 25 mm. El número de aumento de la fibra de refuerzo 11 en cada sección de transición 13a o 13b era 500 fibras ± 100 fibras por 1 mm de la fibra de refuerzo 11 en la dirección de disposición. El cambio del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en cada sección de transición 13a o 13b era de 0,016 a 0,023 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11.
En la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11, se determinaron aleatoriamente secciones de 1 mm en 3 secciones, se midieron los números de fibras de refuerzo en el punto inicial y el punto final en cada sección, se determinaron las diferencias entre ellos, y se tomaron como cambio del número de las fibras de refuerzo 11 en las secciones, y el valor medio de los cambios en las tres secciones se toma como cambio del número de fibras de refuerzo por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo en las secciones de transición 13a y 13b del haz de fibras troceadas CFB3. El área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 se determinó multiplicando el cambio obtenido del número de fibras de refuerzo por el área en sección transversal 3,85 x 10-5 mm2 de la fibra de refuerzo (fibra única) 11.
Como una resina de matriz, se utilizaron resina de viniléster (producida por Dow Chemical Co., Derakane 790) 100 partes en peso, como un agente de curado, peroxibenzoato de terc-butilo (producido por Nippon Oil & Fats Co., Perbutyl Z) 1 parte en peso, como un agente de liberación interno, estearato de zinc (producido por Sakai Chemical Industry Co., SZ-2000) 2 partes en peso y como espesante, óxido de magnesio (producido por Kyowa Chemical Industry Co., MgO#40) 4 partes en peso, y se mezclaron y agitaron suficientemente para obtener una pasta de resina. La pasta de resina obtenida (resina de matriz) se recubrió sobre las respectivas 2 películas de liberación hechas de polipropileno con una cuchilla raspadora, para obtener 2 láminas de resina. Sobre la superficie de la resina de matriz de una de las láminas de resina obtenidas, desde su lado superior, se dejó caer uniformemente el gran número de dichos haces de fibras troceadas CFB3 de modo que se dispersasen de manera que el peso por área unitaria fuese 725 g/m2. Sobre la superficie en la que se dispersaron los haces de fibras troceadas de la lámina de resina obtenida en la que se dispersaron los haces de fibras troceadas, la otra lámina de resina preparada de antemano se laminó con la superficie de resina de matriz dentro, para obtener una lámina de SMC. El contenido en volumen de la fibra de refuerzo en la lámina de SMC llegó a 40%. Dejando reposar la lámina de SMC obtenida durante 24 horas a 40°C, la resina de matriz se espesó suficientemente, obteniendo el material de moldeo 91 hecho de la lámina de SMC que se representa en la figura 9.
De este material de moldeo (lámina de SMC) 91 se cortaron 4 láminas de 250 x 250 mm de tamaño, y, después de superponerlas en 4 capas, se dispusieron aproximadamente en la parte central en un molde de placa plana que tenía una cavidad de 300 x 300 mm de tamaño. La relación cargada de esta disposición es de 70%. A continuación, con una máquina de moldeo de prensado en caliente, la resina de matriz se curó bajo una presión de 6 MPa y en un estado de 150°C x 5 minutos, obteniendo un plástico reforzado con fibras de placa plana de 300 x 300 mm de tamaño.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad del molde usado, y se halló que la fluidez del material de moldeo durante el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto con la superficie plana del lecho de pruebas en toda su superficie cuando solamente se colocó en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era 2,8 mm, y en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras, el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor se midió por observación transversal, y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era 32. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 90 pm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, se demostró que el módulo de tracción era muy alto de 33 GPa, y la resistencia a la tracción era de hasta 330 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 1 a describir más tarde, se obtuvo una mejora de las características mecánicas de 35% o más en el módulo y el doble o más en la resistencia. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas estaba haciéndose más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 2
Al obtener un haz de fibras troceadas cortando el mismo haz de fibras de refuerzo continuas que el del Ejemplo 1, se dispusieron cuchillas en un intervalo de 12,5 mm en la dirección periférica de un cortador rotativo y se insertó un haz de fibras de refuerzo continuas en un ángulo de 30° con respecto a las cuchillas. El haz de fibras troceadas obtenido era el haz de fibras troceadas CFB2 de la configuración representada en la figura 2. Los lados 16a y 16b de la parte de punta del haz de fibras troceadas CFB2 tenían una forma de línea recta en un ángulo de 30° con la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11, y la longitud de fibra Lf de la fibra de refuerzo 11 era de 25 mm, aunque había una dispersión de aproximadamente 2% en el mismo haz de fibras troceadas. Desde la parte de punta a la parte central del haz de fibras troceadas CFB2 estaban las secciones de transición 13a y 13b en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 en la que el número de fibras de refuerzo aumenta y el número de fibras de refuerzo aumentó en el rango de 1.300 fibras ± 100 fibras por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Y el cambio del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b era de 0,047 a 0,054 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Usando el haz de fibras troceadas CFB2 obtenido de esta forma, se preparó una lámina de SMC (material de moldeo) de la misma forma que en el Ejemplo 1 y se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 1. El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada y se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era de 2,8 mm, y el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor (cuántos haces de fibras troceadas cuyas direcciones de disposición de la fibra de refuerzo eran diferentes cruzaron en la dirección del grosor) se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era 22. Por este hecho se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 130 pm.
A continuación se llevó a cabo una prueba de tracción de la misma forma que en el Ejemplo 1. El módulo de tracción era alto, de 29 GPa, y en cuanto a la resistencia a la tracción también se obtuvo un valor alto de 250 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 1 a describir más adelante, se obtuvo un aumento de las características mecánicas de 20% o más en el módulo y de aproximadamente 70% en la resistencia. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas estaba haciéndose más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 3
Como un haz de fibras de refuerzo continuas se usó un haz de fibras de refuerzo continuas (RS570M-521ZS, peso de fibra 570 tex, producido por Nitto Boseki Co., Ltd.) que comprende gran número de fibras de vidrio en las que se había depositado un agente de apresto. Este haz de fibras de refuerzo continuas se extrajo en estado desenrollado de una bobina mediante desenrollamiento periférico, cortándose de la misma forma que en el Ejemplo 1, para obtener haces de fibras troceadas. El haz de fibras troceadas obtenido era el haz de fibras troceadas CFB2 de la forma representada en la figura 2. Los lados 16a y 16b de la parte de punta del haz de fibras troceadas CFB2 tenían forma de línea recta de un ángulo de 12° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 y la longitud de fibra Lf de la fibra de refuerzo 11 era de 25 mm, aunque había una dispersión de aproximadamente 2% en el mismo haz de fibras troceadas. Desde las partes de punta a la parte central del haz de fibras troceadas CFB2 había secciones de transición 13a y 13b en las que el número de fibras de refuerzo aumenta en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 y el número de fibras de refuerzo se incrementó en el rango de 230 fibras ± 40 fibras por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Y el cambio del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b era de 0,015 a 0,021 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. El área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 se determinó multiplicando 7,85 x 10"5 mm2 que es el área en sección transversal de la fibra de refuerzo (fibra única) 11 por el cambio obtenido de número de fibras de refuerzo.
A excepción del cambio del peso por unidad de área del haz de fibras troceadas a 1.000 g/m2, se preparó una lámina de SMC (material de moldeo) de la misma forma que en el Ejemplo 1 y se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 1. El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era de 2,8 mm, y el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en la superficie del plástico reforzado con fibras y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era de 29. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 100 pm. A continuación se realizó una prueba de tracción de la misma forma que en el Ejemplo 1. El módulo de tracción era alto, de 18 GPa, y en cuanto a la resistencia a la tracción se obtuvo un valor alto de 300 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 4 a describir más adelante, se obtuvo un aumento de las características mecánicas de aproximadamente 20% en el módulo y de aproximadamente 70% en la resistencia. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, y como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 4
Una resina epoxi (producida por Japan Epoxi Resins Co., “Epikote (marca comercial)” 828: 30 partes en peso, “Epikote (marca comercial)” 1001: 35 partes en peso y “Epikote (marca comercial)” 154: 35 partes en peso), una resina termoplástica, polivinil formal (producido por Chisso Corp., “Vinylec (marca comercial)” K) 5 partes en peso se calentaron/amasaron en una amasadora para disolver uniformemente el polivinilo formal, y luego se amasaron un agente de curado, diciandiamida (producido por Japan Epoxi Resins Co., DlCY7) 3,5 partes en peso y un acelerador de curado, 3-(3,4-diclorofenil)-1.1 -dimetil urea (producida por Hodogaya Chemical Co., DCMU99) 4 partes en peso con una amasadora para preparar una composición de resina epoxi no curada. Esta composición de resina epoxi se recubrió sobre un papel de desprendimiento de 100 pm de grosor tratado con un recubrimiento de silicona usando una recubridora de rodillo inverso para preparar una película de resina (película de resina de matriz).
A continuación, como un haz de fibras de refuerzo continuas, se preparó una lámina de fibra de carbono en la que se había dispuesto gran número de fibras de carbono en una dirección (lámina de fibra de refuerzo). El diámetro de la fibra de refuerzo (fibra única) era de 7 pm, la resistencia a la tracción de la fibra de refuerzo era de 5,0 GPa, y el módulo de tracción de la fibra de refuerzo era de 240 GPa. Sobre cada superficie de la lámina de fibra de refuerzo preparada se superpuso la película de resina preparada, y mediante prensado en caliente, la resina se impregnó en la lámina de fibra de refuerzo para preparar una lámina prepreg. El peso de la fibra de refuerzo por unidad de área en la lámina prepreg obtenida era de 100 g/m2, el contenido en volumen Vf de la fibra de refuerzo era de 50% y el grosor era de 0,11 mm.
La lámina prepreg obtenida se cortó, usando un cortador automático, en línea recta en un intervalo de 25 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo y en un ángulo de 12° con la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, para preparar una cinta prepeg cortada al bies. A continuación, la cinta prepeg preparada se cortó en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo en un intervalo de 5 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, para preparar un haz de fibras troceadas.
El haz de fibras troceadas obtenido tenía una anchura Wb de 5 mm, un grosor Tb de 110 |jm, y una longitud de fibra Lf de la fibra de refuerzo 11 de 25 mm. Había secciones de transición 13a y 13b en las que el número de fibras de refuerzo aumentó desde las partes de punta de haz de fibras troceadas hacia la parte central en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, y el número de aumento de la fibra de refuerzo 11 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 era de 290 fibras ± 20 fibras. Y el cambio de área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b era de 0,010 a 0,012 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11.
Los haces de fibras troceadas obtenidos se dispersaron aleatoriamente sobre una película de liberación de tal manera que su peso fuese de aproximadamente 6.000 g/m2, y encima se colocó otra película de liberación, presionando ligeramente sobre la película de desprendimiento, para integrar gran número de haces de fibras troceadas uno con otro por la pegajosidad de la resina y se obtuvo un material de moldeo.
De este material de moldeo se cortó una lámina de 250 mm x 250 mm de tamaño y la lámina obtenida se dispuso aproximadamente en la parte central de un molde plano que tenía una cavidad de 300 x 300 mm de tamaño. La relación de carga en esta disposición es de 70%. Posteriormente, con una máquina de moldeo por prensado térmico, la resina de matriz se curó bajo una presión de 6 MPa, en un estado de 150°Cx30 minutos, obteniendo un plástico reforzado con fibras de placa plana de 300 x 300 mm de tamaño.
El plástico reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era de 2,8 mm, y el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras, y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era 41. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 70 jm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era un valor muy alto de 41 GPa y la resistencia a la tracción era un valor alto de 400 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 5 a describir más adelante, se obtuvo un aumento de las características mecánicas de 40% o más en el módulo y 2,5 veces o más en la resistencia. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga. Y, en comparación con el Ejemplo 1, la resistencia se incrementó y se estimó que se debía a la prevención de la unión de fisuras una con otra por ser la resina altamente resistente.
Ejemplo 5
Se procesaron aglomerados de resina de poliamida copolimerizada (producida por Toray Industries, Inc., “Amilan” (marca comercial) CM4000, poliamida 6/66/610 copolímero, punto de fusión 155°C) a un estado de película de 28 jm de grosor con una prensa calentada a 200°C, para preparar 2 láminas de resina termoplástica.
A continuación, como un haz de fibras de refuerzo continuas, se preparó una lámina de fibra de carbono en la que gran número de fibras de carbono estaban dispuestas en una dirección (lámina de fibra de refuerzo). El diámetro de la fibra de refuerzo (fibra única) era de 7 jm y la resistencia a la tracción era de 5,0 GPa y el módulo de tracción era de 240 GPa. En ambas superficies respectivas de la lámina de fibra de refuerzo preparada, se superpusieron las láminas de resina termoplástica preparadas y, mediante presión en caliente, la resina se impregnó en la lámina de fibra de refuerzo, para preparar una lámina prepreg. El peso de la fibra de refuerzo por unidad de área en la lámina prepreg obtenida era de 100 g/m2, el contenido en volumen Vf de la fibra de refuerzo era de 50% y el grosor era de 0,11 mm.
La lámina prepreg obtenida se cortó de la misma forma que en el Ejemplo 4, para preparar haces de fibras troceadas. En el haz de fibras troceadas obtenido, el ángulo entre la parte de punta del haz de fibras troceadas (los lados 16a y 16b en la figura 2) y la dirección de disposición de la fibra de refuerzo era de 12°, la anchura Wb era de 5 mm, el grosor Tb era de 110 jm , y la longitud de fibra Lf de la fibra de refuerzo 11 era de 25 mm. Había secciones de transición 13a y 13b en las que el número de fibras de refuerzo aumenta desde las partes de punta del haz de fibras troceadas hacia la parte central en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, y el número de aumento de la fibra de refuerzo 11 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11 era de 290 fibras ± 30 fibras. Y el cambio del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b era de 0,010 a 0,012 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11. Aproximadamente 370 g de los haces de fibras troceadas obtenidos se dispersaron aleatoriamente en un molde plano que tenía una cavidad de 300 x 300 mm de tamaño. Posteriormente, los haces de fibras troceadas se hicieron fluir por una máquina de moldeo por prensa térmica bajo una presión de 6 MPa en un estado de 200°C x 1 minuto, y después del enfriamiento del molde sin abrirse, se obtuvo por desmoldeo un plástico reforzado con fibras de placa plana de 300 x 300 mm de tamaño.
El plástico reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era de 2,8 mm, y el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras, y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era 39. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 70 pm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era un valor muy alto de 38 GPa y la resistencia a la tracción era un valor alto de 420 MPa. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 6
Se llevó a cabo un moldeo por transferencia de resina asistida por vacío (Va-RTM), en el que se inyectó una resina de matriz a un material de moldeo que comprende un agregado de haces de fibras troceadas donde gran número de haces de fibras troceadas fueron laminados en un estado en el que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas eran las mismas, obteniendo un plástico reforzado con fibras.
De la misma forma que en el Ejemplo 1, se preparó un haz de fibras troceadas. Un paso de preparación de un agregado en capas de los haces de fibras troceadas, en un estado en el que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas se hicieron las mismas pasando este haz de fibras troceadas a través de una boquilla hendida en un molde de placa plana, se realizó las veces deseadas en un estado en el que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo eran diferentes, para preparar un laminado (material de moldeo) en el que las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas en un agregado de los haces de fibras troceadas eran las mismas, pero las direcciones de disposición de las fibras de refuerzo eran diferentes entre los conjuntos de haces de fibras troceadas a laminar.
El laminado se preparó de manera que la dirección de disposición de la fibra de refuerzo en cada capa del agregado laminado de fibras troceadas fuese de [45/0/45/90/-45/0/45] por orden. Solamente el centro de 90° se hizo al doble del grosor de las otras capas.
Como la resina (resina de matriz) para inyección, se usó una resina líquida epoxi obtenida mezclando “Epikote 807” (producido por Yuka Shell Epoxy KK) 70 partes en peso y “Epikote 630” (producido por Yuka Shell Epoxy KK) 30 partes en peso que son resinas epoxi y “Ancamine 2049” (producido por Pacific Anchor Chemical Corp.) 43 partes en peso que es un agente de curado de amina. Al inicio de la inyección, la temperatura de la resina era de 50°C y la viscosidad era de 50 mPas.
Se le pusieron al molde un orificio de inyección y un orificio de reducción de presión de tubo hecho de resina de poliamida, y todos ellos, incluido el material de moldeo, se sellaron cubriéndolos con película de envolver. Se conectó al orificio de inyección una copa desechable conteniendo la resina de matriz y se conectó una bomba de vacío al orificio de reducción de presión, y se llevó a cabo un moldeo Va-RTM. Después de finalizar la inyección de resina de matriz, se introdujo en un horno conjuntamente con el molde, se calentó a 100°C, se mantuvo en esas condiciones durante 2 horas para curar la resina de matriz, y se extrajo del molde después de enfriar el molde, obteniendo un plástico reforzado con fibras que no tenía ninguna parte impregnada con la resina de matriz.
Dado que era un moldeo de tipo unilateral por moldeo Va-RTM, un lado era plano, pero en otra superficie sobresalían ribetes de la fibra de refuerzo y era un plástico reforzado con fibras que tenía dispersión de grosor. No había deformación en este plástico reforzado con fibras y su grosor medio era de 2,8 mm. El número de haces de fibras troceadas presentes en dirección del grosor se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos se halló que era de 25. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 110 pm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era un valor muy alto de 43 GPa y la resistencia a la tracción era un valor alto de 410 MPa. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 7
Las fibras se abrieron añadiendo vibración al mismo haz de fibras de refuerzo continuas que el del Ejemplo 1, para ampliar la anchura del haz de fibras de los 5 mm originales a 20 mm. El haz de fibras de refuerzo continuas ensanchado se cortó, usando el mismo medio de corte que en el Ejemplo 1, de manera que la longitud de fibra de la fibra de refuerzo era de 25 mm, la dirección de corte del haz de fibras de refuerzo continuas con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo se hizo en una línea recta que tenía un ángulo de 12°, obteniendo un haz de fibras troceadas. El haz de fibras troceadas obtenido tenía una forma del haz de fibras troceadas CFB1 representado en la figura 1, es decir, una forma de la que la longitud de los lados 16a y 16b, donde se cortaron las fibras de refuerzo, era larga. El haz de fibras troceadas obtenido CFB1 tenía, desde las partes de punta hacia la parte central, en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11, las secciones de transición 13a y 13b en las que el número de fibras de refuerzo aumenta, y el número de aumento de la fibra de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b era de 120 fibras ± 20 fibras por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11. Los cambios del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en las respectivas secciones de transición 13a y 13b eran de 0,004 a 0,005 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo 11.
Usando el haz de fibras troceadas obtenido CFB1, se preparó una lámina de SMC de la misma forma que en el Ejemplo 1, y usando la lámina de SMC preparada, se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 1.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era de 2,8 mm, y el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era de 90. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 30 pm. Dado que la longitud de los lados 16a y 16b, donde se cortaron las fibras de refuerzo, del haz de fibras troceadas CFB1 era larga, el haz de fibras troceadas es fácil de abrir al moldear el plástico reforzado con fibras, y se estima que, como resultado, el grosor del haz de fibras troceadas en el plástico reforzado con fibras obtenido era fino.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era un valor muy alto de 39 GPa y la resistencia a la tracción era un valor alto de 410 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 1 a describir más adelante, se obtuvo un aumento de las características mecánicas de 60% o más en el módulo y de 2,5 veces o más en la resistencia. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 8
En el mismo haz de fibras de refuerzo continuas que en el Ejemplo 1, el mismo aglomerado de la resina de poliamida copolimerizada que en el Ejemplo 5 se calentó a 200°C y se prensó, para impregnar el haz de fibras de refuerzo continuas con dicha resina de poliamida copolimerizada como una resina de matriz, y se preparó un hilo prepreg cuyo contenido en volumen Vf de la fibra de refuerzo era de 50%. El hilo prepreg obtenido se cortó, usando el mismo medio de corte que en el Ejemplo 1, de manera que la longitud de fibra de la fibra de refuerzo fuese de 25 mm y la dirección de corte de la fibra de refuerzo fuese en una línea recta que tenía un ángulo de 12° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, obteniendo un haz de fibras troceadas. La anchura Wb del haz de fibras troceadas obtenido era de 5,5 mm y el grosor Tb era de 170 pm. El haz de fibras troceadas obtenido tenía, desde las partes de punta hacia la parte central, en la dirección de orientación de la fibra de refuerzo, las secciones de transición 13a y 13b en las que el número de fibras de refuerzo aumenta, y el número de aumento de la fibra de refuerzo 11 en las secciones de transición 13a y 13b era de 460 fibras ± 50 fibras por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Los cambios del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo 11 en las respectivas secciones de transición 13a y 13b eran de 0,016 a 0,020 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Se moldeó un plástico reforzado con fibras usando el haz de fibras troceadas obtenido, de la misma forma que en el Ejemplo 5.
Dado que el plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación.
El grosor del plástico reforzado con fibras era de 2,8 mm, y el número de haces de fibras troceadas presentes en la dirección del grosor se midió mediante observación transversal en 10 puntos aleatoriamente seleccionados en una superficie del plástico reforzado con fibras y cuando se promediaron los datos de los 10 puntos, se halló que era de 28. Por este hecho, se halló que el grosor medio del haz de fibras troceadas era de aproximadamente 100 pm. Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era un valor muy alto de 33 GPa y la resistencia a la tracción era un valor alto de 380 MPa. Y cuando se cortó el plástico reforzado con fibras y se observó la superficie cortada, como se representa en la figura 11, el haz de fibras troceadas se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia la parte de punta, en particular, el haz de fibras troceadas que se extiende paralelo a la superficie cortada también se estaba haciendo más fino desde la parte central hacia las partes de punta, y se puede ver el estado en el que el número de fibras de refuerzo disminuye, y se halló que se obtenía el efecto significativo de que no solamente la resistencia a la tracción, sino también el módulo mejoraron en la medida de la mejora de la eficiencia de transmisión de carga.
Ejemplo 9
Se preparó un haz de fibras troceadas de la misma forma que en el Ejemplo 1. La misma película de resina (película de resina de matriz) que en el Ejemplo 4 se colocó en un molde de placa plana, y en la superficie de esta película de resina, los haces de fibras troceadas preparados se acumularon en un estado de lámina de manera que, pasando a través de una boquilla hendida, la dirección de disposición de las fibras de refuerzo de cada haz de fibras troceadas estuviese dentro del rango de ± 10°. Después de ello, la misma película de resina se colocó en el haz de fibras troceadas acumulado en el estado de lámina. La lámina laminada obtenida que comprendía la lámina de resina de lado inferior, la lámina media del haz de fibras troceadas y la lámina de resina de lado superior se pasó entre rodillos de calandra a una temperatura de 60°C para impregnar el haz de fibras troceadas con la resina de matriz, para preparar una lámina prepreg. El peso de la fibra de refuerzo por unidad de área en la lámina prepreg obtenida era de 200 g/m2, el contenido en volumen Vf de la fibra de refuerzo era de 50% y el grosor era de 0,22 mm.
Las láminas prepeg obtenidas se laminaron en una constitución laminada de [45/0/-45/90]S para obtener un laminado de 250 x 250 mm de tamaño. Este laminado se colocó aproximadamente en la parte central de un molde plano que tenía una cavidad de 300 x 300 mm de tamaño. La relación de carga en esta disposición es de 70%. Después de ello, la resina de matriz se curó con una máquina de moldeo por prensa térmica bajo una presión de 6 MPa, en unas condiciones de 150°C x 5 minutos, obteniendo un plástico reforzado con fibras de placa plana de 300 x 300 mm de tamaño.
El plástico reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez del material de moldeo en el paso de moldeo era buena. El plástico reforzado con fibras producido entró en contacto en toda su superficie con la superficie plana del lecho de pruebas colocándose solamente en la superficie plana del lecho de pruebas, y se halló que no había deformación. El grosor del plástico reforzado con fibras era de 1,8 mm. Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era un valor muy alto de 41 GPa y la resistencia a la tracción era un valor alto de 420 MPa. La dispersión de resistencia, valor CV, era muy baja de 7%, y se estimó que la dispersión de las características mecánicas del plástico reforzado con fibras se redujo laminando las láminas del haz de fibras troceadas controlando al mismo tiempo la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Ejemplo 10
El mismo haz de fibras de refuerzo continuas que en el Ejemplo 1 se cortó con el mismo método de corte que en el Ejemplo 1, de manera que la longitud de fibra de la fibra de refuerzo era de 25 mm, y la dirección de corte del haz de fibras de refuerzo continuas se hizo en una línea recta de un ángulo de 12° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, obteniendo un haz de fibras troceadas. Los haces de fibras troceadas obtenidos y el mismo aglomerado de resina de poliamida copolimerizada (resina de matriz) que en el Ejemplo 5 se amasaron con un extrusor de fusión (producido por T he Japan Steel Works, Ltd., TEX30a, L/D=31,5, número de revoluciones del tornillo de 250 rpm, temperatura de 180 a 200°C), para extrusión a un estado de varilla, y el artículo moldeado en forma de varilla obtenido se cortó en un estado de aglomerado, obteniendo un aglomerado de un contenido en volumen Vf de fibra de refuerzo de 20%. La longitud de fibra media ponderal en el aglomerado obtenido era de 0,5 mm. El aglomerado obtenido se sometió a moldeo por inyección a una temperatura de 210°C, y se obtuvo un plástico reforzado con fibras de placa plana de 250 x 250 mm de tamaño.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, se demostró que el módulo de tracción era de 15 GPa, y la resistencia a la tracción era alta de 220 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 6 a describir más adelante, se obtuvo un aumento de las características mecánicas de 20% o más en el módulo y 20% o más en la resistencia. Dado que las partes de punta de cada fibra de refuerzo en el haz de fibras troceadas son desplazadas una con respecto a otra en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, las fibras de refuerzo son fáciles de separar una de otra en el paso de peletización y apenas se unen, es posible producir un aglomerado cuya longitud de fibra es larga, y como resultado, se estima que, incluso después de un moldeo por inyección, se mantiene una longitud de fibra relativamente larga, exhibiendo altas características mecánicas del plástico reforzado con fibras.
Ejemplo comparativo 1
Este ejemplo comparativo se refiere a una lámina de SMC que comprende un haz de fibras troceadas convencional obtenido cortando un haz de fibras de refuerzo continuas en una dirección de ángulo de 90° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Para obtener el haz de fibras troceadas cortando el mismo haz de fibras de refuerzo continuas que en el Ejemplo 1, se dispusieron cuchillas a lo largo de la dirección periférica de un cortador rotativo en un intervalo de 25 mm, y el haz de fibras de refuerzo continuas se introdujo en un ángulo de 90° con respecto a las cuchillas. El haz de fibras troceadas obtenido tenía una longitud de fibra de la fibra de refuerzo de 25 mm, y la parte de punta del haz de fibras troceadas tenía una forma de línea recta de un ángulo de 90° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas.
Usando este haz de fibras troceadas, se preparó una lámina de SMC de la misma forma que en el Ejemplo 1, y usando la lámina de SMC preparada, se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 1.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez en el paso de moldeo del material de moldeo había sido buena. El plástico reforzado con fibras producido no tenía deformación y su grosor era de 2,8 mm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era de 24 GPa y la resistencia a la tracción era de 150 MPa. Y cuando el plástico reforzado con fibras se cortó para observar la superficie cortada, como se representa en la figura 12, los haces de fibras troceadas que corren paralelos a la superficie cortada se cortaron perpendiculares en la dirección del grosor (en la figura 12, dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical)) en las partes de punta, y más allá de las partes de punta se produjeron los charcos de resina 126. En algunos de tales charcos de resina 126, se generaron vacíos.
Ejemplo comparativo 2
Este ejemplo comparativo se refiere a una lámina de SMC que comprende haces de fibras troceadas cuya longitud de fibra es más larga que en el Ejemplo comparativo 1, y tiene una longitud transversal Ld del haz de fibras troceadas del mismo nivel que el Ejemplo 1.
Para obtener el haz de fibras troceadas cortando el mismo haz de fibras de refuerzo continuas que en el Ejemplo 1, se dispusieron cuchillas a lo largo de la dirección periférica de un cortador rotativo en un intervalo de 50 mm, y el haz de fibras de refuerzo continuas se introdujo en un ángulo de 90° con respecto a las cuchillas. El haz de fibras troceadas obtenido tenía una longitud de fibra de la fibra de refuerzo de 50 mm, y la parte de punta del haz de fibras troceadas tenía una forma de línea recta de un ángulo de 90° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas.
Usando este haz de fibras troceadas, se preparó una lámina de SMC de la misma forma que en el Ejemplo 1, y usando la lámina de SMC preparada, se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 1.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez en el paso de moldeo del material de moldeo había sido buena. El plástico reforzado con fibras producido no tenía deformación y su grosor era de 2,8 mm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era de 26 GPa y la resistencia a la tracción era de 160 MPa, es decir, exhibió casi el mismo nivel de características mecánicas que el del Ejemplo comparativo 1. Se halló que la lámina de SMC que comprende un haz de fibras troceadas convencional, aunque la longitud de fibra es larga, casi no contribuye a la mejora de las características mecánicas del plástico reforzado con fibras.
Ejemplo comparativo 3
Este ejemplo comparativo se refiere a una lámina de SMC que comprende un haz de fibras troceadas obtenido cortando un haz de fibras de refuerzo continuas en una dirección de ángulo de 45° con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Para obtener el haz de fibras troceadas cortando el mismo haz de fibras de refuerzo continuas que en el Ejemplo 1, se dispusieron cuchillas a un intervalo de 17,7 mm a lo largo de la dirección periférica de un cortador rotativo, y el haz de fibras de refuerzo continuas se introdujo en un ángulo de 45° con respecto a las cuchillas. El haz de fibras troceadas obtenido tenía una longitud de fibra de la fibra de refuerzo de 25 mm, y la parte de punta del haz de fibras troceadas tenía una forma de línea recta de un ángulo de 45° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas. Desde la parte de punta del haz de fibras troceadas a la parte central, en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo, había secciones de transición en las que el número de fibras de refuerzo aumenta, y el número de aumento de la fibra de refuerzo era de 2.400 fibras ± 100 fibras por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo. Y el cambio del área en sección transversal total del gran número de fibras de refuerzo en la sección de transición era de 0,088 a 0,096 mm2 por 1 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo.
Usando este haz de fibras troceadas, se preparó una lámina de SMC de la misma forma que en el Ejemplo 1, y usando la lámina de SMC preparada, se moldeó un plástico reforzado con fibras.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez en el paso de moldeo del material de moldeo había sido buena. El plástico reforzado con fibras preparado no tenía deformación y su grosor era de 2,8 mm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era de 25 GPa y la resistencia a la tracción era de 200 MPa. En comparación con el Ejemplo comparativo 1, aunque la resistencia era alta, no se halló una mejora significativa. Y, en el módulo, casi no se halló ninguna mejora.
Ejemplo comparativo 4
Como el haz de fibras de refuerzo continuas, se usó un haz de fibras de refuerzo continuas (RS570M-521ZS, peso de fibra 570 tex, producido por Nitto Boseki Co., Ltd.) que comprendía gran número de fibras de vidrio en las que se depositó un agente de apresto como el del Ejemplo 3. Este haz de fibras de refuerzo continuas se extrajo de una bobina por desenrollamiento axial en estado retorcido, se cortó de la misma forma que en el Ejemplo comparativo 1, para obtener un haz de fibras troceadas. El haz de fibras troceadas obtenido tiene una longitud de fibra de la fibra de refuerzo de 25 mm y la parte de punta del haz de fibras troceadas tenía forma de línea recta de un ángulo de 90° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas.
Usando este haz de fibras troceadas, se preparó una lámina de SMC de la misma forma que en el Ejemplo 3, y usando la lámina de SMC preparada, se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 3.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez en el paso de moldeo del material de moldeo había sido buena. El plástico reforzado con fibras preparado no tenía deformación y su grosor era de 2,8 mm. Y según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era de 15 GPa y la resistencia a la tracción era de 180 MPa.
Ejemplo comparativo 5
De la misma forma que en el Ejemplo 4, se preparó un prepreg y, usando un cortador automático, se cortó en línea recta a un intervalo de 25 mm en la dirección de disposición de la fibra de refuerzo y a un intervalo de 5 mm en la dirección perpendicular con respecto a la dirección de disposición de la fibra de refuerzo (dirección de la anchura de la fibra de refuerzo dispuesta), para preparar un haz de fibras troceadas de anchura de 5 mm, grosor de 110 |jm y longitud de fibra de la fibra de refuerzo de 25 mm. El haz de fibras troceadas obtenido tenía una longitud de fibra de la fibra de refuerzo de 25 mm, y su parte de punta del haz de fibras troceadas era una forma de línea recta de un ángulo de 90° con respecto a la dirección de disposición de las fibras de refuerzo del haz de fibras troceadas.
Usando este haz de fibras troceadas, se preparó un material de moldeo de la misma forma que en el Ejemplo 4, y, usando el material de moldeo preparado, se moldeó un plástico reforzado con fibras de la misma forma que en el Ejemplo 4.
El plástico moldeado reforzado con fibras se había introducido en la cavidad de molde usada, y se halló que la fluidez en el paso de moldeo del material de moldeo había sido buena. El plástico reforzado con fibras preparado no tenía deformación y su grosor era de 2,8 mm.
Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras, el módulo de tracción era de 29 GPa y la resistencia a la tracción era de 150 MPa. Y cuando el plástico reforzado con fibras se cortó para observar la superficie cortada, como se representa en la figura 12, los haces de fibras troceadas que corren paralelos a la superficie cortada se cortaron perpendiculares en la dirección del grosor (en la figura 12, la dirección hacia arriba y hacia abajo (dirección vertical)) en las partes de punta, y en la punta de las partes de punta se produjeron los charcos de resina 126. En algunos de tales charcos de resina 126 se generaron vacíos.
Ejemplo comparativo 6
Se preparó un aglomerado usando el mismo haz de fibras troceadas que en el Ejemplo comparativo 1 y por peletización de la misma forma que en el Ejemplo 10. La longitud de fibra media ponderal en el aglomerado obtenido era de 0,3 mm. Usando el aglomerado obtenido, se realizó moldeo por inyección de la misma forma que en el Ejemplo 10, para moldear un plástico reforzado con fibras de placa plana. Según el resultado de la prueba de tracción del plástico reforzado con fibras obtenido, el módulo de tracción era de 12 GPa y la resistencia a la tracción era de 180 MPa.
Aplicabilidad industrial
Según la invención, se proporcionan un haz de fibras troceadas que tiene buena fluidez y conformabilidad en el caso donde se usa como un material de moldeo, y exhibe excelente propiedad mecánica en el caso donde se usa como un plástico reforzado con fibras, y un método de producción del mismo. Y se proporcionan un material de moldeo, un plástico reforzado con fibras y un método de producción del mismo en el que se usa el haz de fibras troceadas de la invención.
El material de moldeo de la invención o el plástico reforzado con fibras de la invención se emplean preferiblemente para la producción de elementos para artículos deportivos tales como piezas de bicicleta, o eje o cabeza de palo de golf, materiales interiores para aviones, piezas de automóvil tales como marco de puerta o lámina, partes de máquina tales como un brazo robótico en el que se requieren resistencia, rigidez y ligereza. Entre ellos, se usan preferiblemente para piezas de automóvil tales como paneles de lámina o marco de lámina en los que, además de resistencia y ligereza, se requiere conformabilidad a una forma complicada en el moldeo.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un haz de fibras troceadas CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g que comprende:
(a) gran número de fibras de refuerzo dispuestas unidireccionalmente (11) y un agente de agolpamiento que agrupa dicho gran número de fibras de refuerzo (11), donde
(b) la longitud de fibra de dicha fibra de refuerzo (11) es de 5 a 100 mm,
(c) dicho haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) tiene una primera sección de transición (13a) en la que el número de dichas fibras de refuerzo (11) en una sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) perpendicular a la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) aumenta desde una primera punta (12a) que es una punta en una dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) hacia una segunda punta (12b) que es otra punta y también tiene una segunda sección de transición (13b) en la que dicho número de las fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) aumenta desde dicha segunda punta (12b) hacia dicha primera punta (12a), y
(d) teniendo dicho haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) una sección constante (14) situada entre dicha primera sección de transición (13a) y dicha segunda sección de transición (13b) en la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) en la que dicho número de fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) es constante, donde una cara de extremo de dicha sección constante (14Ea) coincide con una primera cara de extremo terminal (13Ea) de dicha primera sección de transición (13a) que está en un extremo opuesto de dicha primera punta (12a) mientras que otra cara de extremo de dicha sección constante (14Ea) coincide con una segunda cara de extremo terminal (13Eb) de dicha segunda sección de transición (13b) que está opuesta a dicha segunda punta (12b), o donde dicha primera cara de extremo terminal (13Ea) coincide directamente con dicha segunda cara de extremo terminal (13Eb), y donde (e) entre dicha primera punta (12a) y dicha segunda punta (12b), el cambio en el área en sección transversal total de las fibras de refuerzo (11) en dicha sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), medido a lo largo de la dirección de disposición de dicha fibra de refuerzo (11), es de 0,05 mm2 o menos por 1 mm, y caracterizado porque
el valor máximo de un área en sección transversal total de dichas fibras de refuerzo (11) es menos de 0,1 mm2 y, entre dicha primera punta (12a) y dicha segunda punta (12b), un cambio en el número de dichas fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11), es de 30% o menos de dicho número máximo de fibras de refuerzo (11) por 1 mm y/o
donde dichas fibras de refuerzo (11) son fibras de carbono, el número de dichas fibras de carbono (11) es de 1.000 a 700.000, y entre dicha primera punta (12a) y dicha segunda punta (12b), un cambio en el número de dichas fibras de refuerzo (11) en la sección transversal del haz de fibras (Cf B, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), medido a lo largo de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11), es de 1.400 o menos por 1 mm y/o donde un valor de la relación Wb/Tb es de 20 a 400, donde Wb representa la anchura de dicho haz de fibras (11) medida perpendicular a la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) en una vista en planta que tiene un estado en el que dicha anchura es más grande, mientras que Tb representa el grosor máximo de dicho haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) medido perpendicular a la vista en planta.
2. El haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) según la reivindicación 1, donde el valor máximo de un área en sección transversal total de dichas fibras de refuerzo (11) es 0,1 mm2 o más.
3. El haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) según la reivindicación 1, donde todas dichas fibras de refuerzo (11) tienen la misma longitud.
4. El haz de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) según la reivindicación 1, donde, en una vista en planta que tiene un estado en el que la anchura de dicho haz de fibras (11) es más grande, un lado que se extiende desde dicha punta (12a, 12b) a un extremo forma un segmento recto en la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11) en una forma externa de cada una de las secciones de transición (13a, 13b) mientras que otro lado (15a, 15b) forma un segmento recto inclinado un ángulo de 2 a 30° de la dirección de disposición de dichas fibras de refuerzo (11).
5. Un material de moldeo (91) comprende un agregado de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) que comprende una o más capas de gran número de los haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) según la reivindicación 1, donde dicho gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) están integrados en un cuerpo por el agente de agrupamiento de dichos haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) y/o por el entrelazamiento de dichas fibras de refuerzo (11) en dichos haces de fibras troceadas adyacentes (CFB, CFb 1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g).
6. El material de moldeo (91) según la reivindicación 5, donde dicho agregado de los haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) tiene una forma tridimensional de modo que tiene al menos una parte de curvatura en su sección transversal.
7. Un material de moldeo (91) que comprende un aglomerado para moldeo por inyección que comprende una mezcla de gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) como se expone en la reivindicación 1 y una resina termoplástica.
8. Un plástico reforzado con fibras (111) comprende un agregado de gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) como se expone en la reivindicación 1 y una resina de matriz combinada con dicho agregado de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g).
9. Un método de producción de material de moldeo que comprende:
(a) un paso de dispersión de haz de fibras troceadas en el que gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) según la reivindicación 1 son dispersados en una base de moldeo de tal manera que el gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, c FB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) se acumula en una o más capas, y
(b) un paso de formación de agregado de haces de fibras troceadas para formar un material de moldeo (91) que comprende un agregado de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g), uniendo el gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) dispersados en la base de moldeo para formar un agregado.
10. Un método de producción de material de moldeo que comprende:
(a) un paso de dispersión de haces de fibras troceadas en el que gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) según la reivindicación 1 son dispersados en una base de moldeo que comprende una primera lámina de resina formada a partir de una resina de matriz a usar para producir un material moldeado de resina conteniendo fibras de refuerzo (11),
(b) un paso de laminación de lámina de resina en el que una segunda lámina de resina que comprende la resina de matriz es laminada sobre el gran número de haces de fibras troceadas (11) de la primera lámina de resina que tiene el gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) obtenido en el paso de dispersión de haz de fibras troceadas, y,
(c) un paso de formación de agregado de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) en el que un laminado que comprende el gran número de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) obtenido en el paso de laminación de lámina de resina y las láminas de resina primera y segunda son presurizados y/o calentados, para combinar el gran número de haces de fibras troceadas (c Fb , CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g) y dichas láminas de resina primera y segunda, para formar un agregado de haces de fibras troceadas (CFB, CFB1, CFB2, CFB3, CFB5a-CFB5g).
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