Способ изготовления профилированного изделия с сохраняющейся изотропией

Способ изготовления профилированного изделия с сохраняющейся изотропией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу изготовления профилированного изделия, которое составляют армированный волокнами композитный материал, изготовленный из неориентированного материала, включающего армирующие волокна, и термопластического полимера, причем неориентированный материал представляет собой исходный материал. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу изготовления профилированного изделия, причем данным способом можно изготавливать профилированное изделие с сохраняющейся изотропией армирующих волокон до конца, даже в том случае, когда профилирование под давлением осуществляют путем закрывания формы в условиях, при которых коэффициент заполнения препрегом формы составляет 100% или менее.

Уровень техники

Армированные волокнами композитные материалы, в которых углеродные волокна, арамидные волокна, стеклянные волокна или подобные волокна служат в качестве армирующих волокон, широко используют в качестве конструкционных материалов воздушных судов, автомобилей или других транспортных средств, а также в промышленном производстве других изделий, в частности, спортивных изделий, таких как теннисные ракетки, клюшки для игры в гольф и рыболовные удочки, за счет использования их высокой удельной прочности и высокой удельной упругости.

Для формирования профилированного изделия, которое составляет армированный волокнами композитный материал, было предложено наслаивание основных материалов, включающих прерывистые армирующие волокна и полимер, для изготовления заготовки, после чего заготовку размещают на более широкой площади, чем суммарная площадь полости формы, и осуществляют профилирование заготовки под давлением (см. патентный документ 1).

Однако при таком способе профилирования требуется обрезать внешнюю периферическую часть профилированного изделия. По этой причине образуется большое количество обрезков, и их утилизация связана с дополнительными расходами. Чтобы получить целое профилированное изделие, которое является практически изотропным, необходимо работать аккуратно, чтобы всегда обеспечивать симметричное расположение слоев, и, таким образом, оказывается низкой степень свободы во время получения заготовки и ее размещения на стадии профилирования.

Кроме того, предложен способ изготовления профилированного изделия, которое составляет армированный волокнами композитный материал, путем профилирования композиции, включающей армирующие волокна и полимер, в процессе инжекционного профилирования (см. патентный документ 2). Однако в данном способе используются так называемые длинноволоконные композитные гранулы, в которых средняя длина армирующих волокон составляет приблизительно от 5 мм до 15 мм, и длина армирующих волокон значительно уменьшается в профилированном изделии после инжекционного профилирования.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1 - японская выложенная патентная публикация № 2010-253938.

Патентный документ 2 - японская выложенная патентная публикация № H04-193504.

Сущность изобретения

Подлежащие решению проблемы

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ изготовления профилированного изделия из неориентированного материала, включающего армирующие волокна, и термопластического полимера, чтобы данным способом можно было изготавливать профилированное изделие, в котором изотропия армирующих волокон сохраняется до конца, даже в том случае, когда профилирование под давлением осуществляют в условиях, при которых коэффициент заполнения препрегом формы является низким.

Средства решения проблем

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что описанная выше проблема может быть решена, когда препрег, получаемый путем пропитывания термопластическим полимером неориентированного материала, содержащего армирующие волокна определенного типа, подвергают профилированию в определенных условиях, и затем выполнили настоящее изобретение.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает способ изготовления профилированного изделия, которое составляет армированный волокнами композитный материал, причем данный способ включает следующие стадии:

1) стадия изготовления препрега для получения препрега, на которой неориентированный материал, включающий армирующие волокна со средней длиной волокон, составляющей от 5 мм до 100 мм и термопластический полимер нагревают до температуры на уровне температуры плавления или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или до температуры на уровне температуры стеклования или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является аморфным, таким образом, что неориентированный материал пропитывается термопластическим полимером;

2) стадия размещения препрега, на которой препрег, находящийся при температуре на уровне температуры плавления или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или при температуре на уровне температуры стеклования или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является аморфным, размещают в форме, которая находится при температуре на уровне ниже температуры плавления в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или при температуре на уровне ниже температуры стеклования в том случае, где термопластический полимер является аморфным, таким образом, что коэффициент заполнения представленный уравнением (3) составляет 50% или более и 100% или менее; и

3) стадия профилирования, на которой препрег подвергают сжатию внутри формы, и в это время осуществляется профилирование при температуре на уровне ниже температуры плавления в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или при температуре на уровне ниже температуры стеклования в том случае, где термопластический полимер является аморфным, для получения профилированного изделия,

причем неориентированный материал включает армирующие волокна, которые имеют практически статистическую двумерную ориентацию, и имеет поверхностную плотность, составляющую от 25 г/м² до 10000 г/м²,

пучки армирующих волокон (A), состоящие из армирующих волокон, число которых составляет критическое число одиночных волокон или более, причем критическое число одиночных волокон определяется уравнением (1), присутствуют в количестве, составляющем 20 об.% или более и менее чем 99 об.% по отношению к суммарному количеству армирующих волокон в неориентированном материале, и

среднее число армирующих волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) соответствует уравнению (2):

критическое число одиночных волокон = 600/D (1),

0,7×10⁴/D²<N<1×10⁵/D² (2),

в уравнении (1) и уравнении (2) D представляет собой средний диаметр волокна (мкм) одиночных армирующих волокон;

коэффициент заполнения (%)=100×[площадь основания материала (мм²)/площадь проекции полости формы (мм²)] (3).

В уравнении (3) площадь основания материала представляет собой площадь проекции всего размещенного препрега в направлении сжатия, и площадь проекции полости формы представляет собой площадь проекции в направлении сжатия.

Эффект изобретения

Используя способ изготовления согласно настоящему изобретению, профилированное изделие можно изготавливать, используя требуемый минимальный материал, и можно изготавливать профилированное изделие, в котором изотропия армирующих волокон сохраняется до конца, даже в случае осуществления профилирования под давлением в условиях, при которых коэффициент заполнения препрегом формы составляет 100% или менее. Соответственно, согласно настоящему изобретению, можно не осуществлять стадию обрезки, и, таким образом, можно значительно уменьшить подлежащий утилизации материал и сократить связанные с этим расходы.

Кроме того, используя способ изготовления согласно настоящему изобретению, можно получать профилированное изделие, которое является тонким, легким и имеет высокую жесткость и превосходный внешний вид, причем время его выдерживания в форме можно сократить вследствие холодного профилирования, и, таким образом, становится возможным изготовление профилированных изделий с высокой производительность.

Кроме того, используя способ изготовления согласно настоящему изобретению, даже в случае применения сложной трехмерной формы, можно получать профилированное изделие, для которого не требуется сложная последующая обработка, и, таким образом, становится возможным изготовление профилированных изделий в течение короткого времени, причем для изготавливаемых профилированных изделий не требуется обрезка для придания им требуемой формы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее размещение основных материалов внутри формы в примерах 1 и 3.

Фиг. 2 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее форму для трехмерных изделий, которую используют в примере 2.

Фиг. 3 представляет схематическое изображение (перспективное изображение), иллюстрирующее профилированное изделие, получаемое в примерах 1 и 3.

Фиг. 4 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее размещение основных материалов внутри формы в примере 2.

Фиг. 5 представляет схематическое изображение (перспективное изображение), иллюстрирующее профилированное изделие, получаемое в примере 2.

Фиг. 6 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее размещение основных материалов внутри формы в примере 4.

Фиг. 7 представляет схематическое изображение (перспективное изображение), иллюстрирующее профилированное изделие, получаемое в примере 4.

Фиг. 8 представляет пояснительное изображение, иллюстрирующее структуру края формы.

Фиг. 9 представляет схематическое изображение, иллюстрирующее размещение основных материалов внутри формы в примере 11.

Примерные варианты осуществления изобретения

Далее будут последовательно описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения, причем настоящее изобретение не ограничивается данными вариантами.

Настоящее изобретение предлагает способ изготовления профилированного изделия, которое составляют армированный волокнами композитный материал, причем данный способ включает следующие стадии:

1) стадия изготовления препрега для получения препрега, на которой неориентированный материал, включающий армирующие волокна со средней длиной волокон, составляющей от 5 мм до 100 мм и термопластический полимер нагревают до температуры на уровне температуры плавления или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или до температуры на уровне температуры стеклования или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является аморфным, таким образом, что неориентированный материал пропитывается термопластическим полимером;

2) стадия размещения препрега, на которой препрег, находящийся при температуре на уровне температуры плавления или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или при температуре на уровне температуры стеклования или выше и ниже температуры термического разложения в том случае, где термопластический полимер является аморфным, размещают в форме, которая находится при температуре на уровне ниже температуры плавления в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или при температуре на уровне ниже температуры стеклования в том случае, где термопластический полимер является аморфным, таким образом, что коэффициент заполнения представленный уравнением (3) составляет 50% или более и 100% или менее; и

3) стадия профилирования, на которой препрег подвергают сжатию внутри формы, и в это время осуществляется профилирование при температуре на уровне ниже температуры плавления в том случае, где термопластический полимер является кристаллическим, или при температуре на уровне ниже температуры стеклования в том случае, где термопластический полимер является аморфным, для получения профилированного изделия.

Коэффициент заполнения (%)=100×[площадь основания материала (мм²)/площадь проекции полости формы (мм²)] (3).

В уравнении (3) площадь основания материала представляет собой площадь проекции всего размещенного препрега в направлении сжатия, и площадь проекции полости формы представляет собой площадь проекции в направлении сжатия.

Профилированное изделие

Профилированное изделие, получаемое способом изготовления согласно настоящему изобретению, представляет собой профилированное изделие, которое составляют армированный волокнами композитный материал, включающий армирующие волокна, и термопластический полимер. Профилированное изделие, получаемое согласно настоящему изобретению, содержит слой, который имеет двумерную статистическую ориентацию в плоскости, и является практически изотропным в плоскости.

Здесь термин «практически изотропный» при использовании согласно настоящему изобретению означает, что после профилирования композитного материала и осуществления исследования при растяжении в произвольном направлении профилированной плиты и в перпендикулярном ему направлении измеряют модуль упругости при растяжении в соответствующих направлениях, и соотношение (Eδ) получаемое делением большего значения на меньшее значение из измеряемых значений модуля упругости при растяжении составляет 1,3 или менее.

Профилированное изделие, получаемое способом изготовления согласно настоящему изобретению, представляет собой профилированное изделие, которое имеет гладкую поверхность и однородную толщину. При этом изменчивость толщины профилированного изделия предпочтительно находится в пределах ±10% от соответствующего среднего значения.

Здесь термин «гладкая поверхность» означает, что при визуальном исследовании поверхности профилированного изделия не наблюдаются шероховатые формы, складки, неровности, и профилированное изделие имеет плоский и гладкий внешний вид.

Профилированное изделие, изготавливаемое согласно настоящему изобретению, получают, используя неориентированный материал, включающий армирующие волокна, и термопластический полимер в качестве исходного материала, имеющего форму препрега. В конечном изготавливаемом профилированном изделии средняя длина волокон используемых армирующих волокон и соотношение пучков армирующих волокон и одиночных волокон сохраняются в состоянии неориентированного материала, которым является исходный материал.

Армирующие волокна

Вид

Армирующие волокна, используемые согласно настоящему изобретению, предпочтительно представляют собой, по меньшей мере, один вид волокон, выбранных из группы, которую составляют углеродное волокно, арамидное волокно и стеклянное волокно. Их можно использовать в сочетании, причем углеродное волокно предпочтительно используют с точки зрения изготовления композитного материала, который имеет низкую плотность и превосходную прочность.

Что касается армирующих волокон, используемых согласно настоящему изобретению, предпочтительно используют волокна, к которым добавляют проклеивающее вещество, причем проклеивающее вещество предпочтительно добавляют в количестве, составляющем от 0 до 10 масс. ч. по отношению к 100 масс. ч. армирующих волокон.

Средняя длина волокон

Армирующие волокна, используемые согласно настоящему изобретению, являются прерывистыми, и средняя длина этих волокон составляет от 5 мм до 100 мм. Способ изготовления согласно настоящему изобретению отличается тем, что возможно получение профилированного изделия, которое способно проявлять армирующую функцию, даже если в него включены длинные армирующие волокна. Средняя длина волокон для армирующих волокон составляет предпочтительно от 10 мм до 100 мм, предпочтительнее от 10 мм до 50 мм и еще предпочтительнее от 10 мм до 30 мм. Кроме того, путем использования предпочтительного способа нарезки армирующих волокон, как будет описано ниже, можно фиксировать длину армирующих волокон, которые составляют неориентированный материал.

Кроме того, когда используют углеродные волокна согласно настоящему изобретению, средний диаметр волокна составляет предпочтительно от 3 мкм до 12 мкм и предпочтительнее от 5 мкм до 7 мкм.

Поверхностная плотность армирующих волокон

В неориентированном материале поверхностная плотность волокон для армирующих волокон составляет от 25 г/м² до 10000 г/м², предпочтительно от 25 г/м² до 6000 г/м² и предпочтительнее от 25 г/м² до 3000 г/м². Когда поверхностная плотность волокон составляет менее чем 25 г/м², распределение армирующих волокон в неориентированном материале, как правило, оказывается неравномерным, и не может быть обеспечен достаточный армирующий эффект. Кроме того, когда поверхностная плотность волокон составляет более чем 10000 г/м², оказывается затруднительным пропитывание препрега полимером во время изготовления препрега вследствие избыточного количества армирующих волокон, и, таким образом, как правило, в объеме профилированного изделия легко возникают поры, которые представляют собой дефекты. Кроме того, по сравнению с термопластическим полимером, армирующие волокна имеют больший удельный вес, и, таким образом, профилированное изделие становится тяжелым.

Объемная доля армирующих волокон

Что касается содержания армирующих волокон в неориентированном материале, используемом согласно настоящему изобретению, и в изготавливаемом из него профилированном изделии, объемная доля (Vf) армирующих волокон, которая определяется уравнением (5), составляет предпочтительно от 5 об.% до 80 об.%.

Объемная доля (Vf) армирующих волокон = 100×[объем армирующих волокон/(объем армирующих волокон + объем термопластического полимера)] (5)

Объемная доля (Vf) армирующих волокон представляет собой состав армированного волокнами композитного материала (неориентированного материала), включающего армирующие волокна, и термопластического полимера, и профилированного изделия, изготавливаемого из этого композитного материала (неориентированного материала). Когда объемная доля армирующих волокон составляет менее чем 5 об.%, не армирующий эффект не может быть достигнут в достаточной степени. Кроме того, когда объемная доля составляет более чем 80 об.%, во время изготовления препрега могут легко образовываться поры, и, таким образом, могут ухудшаться физические свойства получаемого профилированного изделия. Объемная доля армирующих волокон предпочтительно составляет от 20 об.% до 60 об.%.

Здесь в качестве конкретного примера способа вычисления вышеупомянутой объемной доли (Vf) армирующих волокон, используется следующий способ. Согласно данному способу, получают значения массы армирующих волокон и термопластического полимера, который остается после удаления термопластического полимера из образца профилированного изделия, соответственно, и данные значения пересчитывают в объемы, используя плотности соответствующих компонентов, и значения объема подставляют в приведенное выше уравнение (5) для получения объемной доли (Vf) армирующих волокон.

Термопластический полимер

Вид

Что касается вида термопластического полимера, который используют согласно настоящему изобретению, он может представлять собой винилхлоридный полимер, винилиденхлоридный полимер, поливинилацетатный полимер, поливиниловый спирт, полистирольный полимер, сополимер акрилонитрила и стирола (AS), сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), акриловый полимер, метакриловый полимер, полиэтиленовый полимер, полипропиленовый полимер, полиамид 6, полиамид 11, полиамид 12, полиамид 46, полиамид 66, полиамид 610, полиацетальный полимер, поликарбонатный полимер, полиэтилентерефталатный полимер, полиэтиленнафталатный полимер, полибутилентерефталатный полимер, полиарилатный полимер, полифениленэфирный полимер, полифениленсульфидный полимер, полисульфоновый полимер, полиэфирсульфоновый полимер и полиэфирэфиркетонный полимер, полимер полимолочной кислоты и т.д. Кроме того, можно использовать в сочетании термопластические полимеры двух или более видов.

Форма

Форма термопластического полимера не ограничивается определенным образом, и можно использовать термопластический полимер, который находится в волоконной форме, зернистой форме, расплавленном состоянии; кроме того, можно использовать смесь данных форм.

В случае термопластического полимера, имеющего форму волокон, их тонина составляет предпочтительно от 100 дтекс до 5000 дтекс, предпочтительнее от 1000 дтекс до 2000 дтекс. Средняя длина волокон составляет предпочтительно 0,5 мм до 50 мм, и предпочтительнее от 1 мм до 10 мм.

В том случае, где термопластический полимер находится в форме зерен, эти зерна (гранулы) предпочтительно имеют форму полосок, шариков или цилиндров. В случае сферической формы, она может представлять собой тело вращения идеального круга или эллипса или яйцеобразную форму. В случае сферической формы средний диаметр частиц составляет предпочтительно от 0,01 мкм до 1000 мкм. Средний диаметр частиц составляет предпочтительнее от 0,1 мкм до 900 мкм и еще предпочтительнее от 1 мкм до 800 мкм. В отношении распределения частиц по диаметру не существует определенного ограничения, но для цели получения профилированного изделия, имеющего меньшую толщину, предпочтительным оказывается острое распределение. Кроме того, используя такие операции, как просеивание, можно получать желательное распределение частиц по размерам для данного применения.

В том случае, где термопластический полимер находится в форме полосок, эта форма предпочтительно представляет собой цилиндры (например, гранулы), призмы или пластинки. В данном случае можно использовать формы с определенным соотношением размеров, но длина может предпочтительно быть приблизительно такой же, как в случае волоконной формы.

Содержание термопластического полимера

Содержание термопластического полимера в неориентированном материале, используемом в качестве исходного материала, и в получаемом из него профилированном изделии составляет предпочтительно от 50 масс. ч. до 1000 масс. ч., предпочтительнее от 50 масс. ч. до 500 масс. ч. по отношению к 100 масс. ч. армирующих волокон. Когда данное содержание составляет менее чем 50 масс. ч., во время изготовления препрега могут легко образовываться поры вследствие применения термопластического полимера в небольшом количестве, и, таким образом, могут ухудшаться физические свойства изготавливаемого профилированного изделия. Когда данное содержание составляет более чем 1000 масс. ч., соотношение армирующих волокон становится относительно низким, и, таким образом, не могут быть достигнуты ожидаемые физические свойства у профилированного изделия, которое составляет армированный волокнами композитный материал.

Другие компоненты

Неориентированный материал, используемый в способе изготовления согласно настоящему изобретению может представлять собой любой материал, который включает, по меньшей мере, армирующие волокна и термопластический полимер, как описано выше, но он может включать и дополнительный третий компонент с учетом того ограничения, его включение не должно препятствовать цели настоящего изобретения.

Примеры дополнительных компонентов могут включать волоконные или неволоконные наполнители разнообразных видов, которые не представляют собой описанные выше армирующие волокна, в том числе огнезащитные материалы, защищающие от ультрафиолетового излучения вещества, пигменты, разделительные вещества, размягчающие вещества, пластификаторы и поверхностно-активные вещества. В частности, поскольку для применения в электронном/электрическом оборудовании или для применения в производстве автомобилей могут потребоваться высокие огнезащитные свойства, термопластический полимер предпочтительно содержит огнезащитный материал. Примеры огнезащитных материалов могут включать материалы, которые являются традиционно известными, но они не ограничиваются определенным образом, при том условии, что они способны придавать огнезащитные свойства. В частности, их примеры могут включать огнезащитные материалы на основе фосфора, огнезащитные материалы на основе азота, кремнийорганическое соединение, органические соли щелочных металлов, органические соли щелочноземельных металлов или огнезащитные материалы на основе брома, причем данные огнезащитные материалы можно использовать индивидуально или в сочетании друг с другом. Содержание огнезащитного материала составляет предпочтительно от 1 масс. ч. до 40 масс. ч., и предпочтительнее от 1 масс. ч. до 20 масс. ч. по отношению к 100 масс. ч. термопластического полимера, учитывая баланс физических свойств, формуемость и огнезащитные свойства.

Неориентированный материал

Неориентированный материал, используемый согласно настоящему изобретению, содержит армирующие волокна, которые имеют практически статистическую двумерную ориентацию. Здесь термин «статистическая двумерная ориентация» означает, что армирующие волокна не ориентированы в определенном направлении в плоскости, но ориентированные в случайных направлениях в плоскости.

Соотношение пучков армирующих волокон (A): степень разрыхления волокон армирующих волокон в неориентированном материале

Неориентированный материал, используемый согласно настоящему изобретению, отличается тем, что соотношение пучков армирующих волокон (A), которые составляют армирующие волокна, содержащие критическое число одиночных волокон или менее, причем критическое число одиночных волокон определяется уравнением (1), составляет 20 об.% или более и менее чем 99 об.% по отношению к суммарному количеству армирующих волокон в неориентированном материале.

Критическое число одиночных волокон = 600/D (1).

В уравнении (1) D представляет собой средний диаметр волокна (мкм) для армирующих волокон.

Армирующие волокна присутствуют в материале не только в форме пучков армирующих волокон (A), но также в форме одиночных волокон или пучков волокон, содержащих армирующие волокна, имеющие критическое число одиночных волокон или менее. Соответственно, неориентированный материал, используемый согласно настоящему изобретению, отличается тем, что он включает пучки армирующих волокон (A), которые образуют армирующие волокна, составляющие определенное число или более, и другие армирующие волокна в определенном соотношении за счет регулирования степени разрыхления волокон в пучках армирующих волокон.

Когда существующее количество пучков армирующих волокон (A) по отношению к суммарному количеству армирующих волокон составляет менее чем 20 об.%, оказывается затруднительным перемещение армирующих волокон внутри формы во время профилирования неориентированного материала. Таким образом, волокна не могут заполнять форму до краев полости формы, и, следовательно, оказывается затруднительным изготовление профилированного изделия согласно заданному размеру. Кроме того, когда существующее количество пучков армирующих волокон (A) составляет 99 об.% или более, переплетающиеся части армирующих волокон приобретают местную толщину, и, таким образом, становится невозможным получение тонкостенного изделия. Существующее количество пучков армирующих волокон (A) по отношению к суммарному количеству армирующих волокон составляет предпочтительно 30 об.% или более и менее чем 90 об.% и предпочтительнее 30 об.% или более и менее чем 80 об.%.

Существующее количество пучков армирующих волокон (A) можно регулировать путем сочетания условий на стадии расширения, стадии продольного разрезания, стадии поперечного разрезания и стадии разрыхления волокон, например, в способе изготовления, который описан далее.

Среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A)

Отличие заключается в том, что среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) соответствует уравнению (2).

0,7×10⁴/D²<N<1×10⁵/D² (2).

В уравнении (2) D представляет собой средний диаметр волокна (мкм) для армирующих волокон.

В частности, когда средний диаметр волокна для углеродных волокон, которые образуют неориентированный материал, составляет от 5 мкм до 7 мкм, критическое число одиночных волокон составляет от 86 до 120, и когда средний диаметр волокна для углеродных волокон составляет 5 мкм, среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) составляет от 280 до 4000. Когда средний диаметр волокна для углеродных волокон составляет 5 мкм, среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) составляет предпочтительно от 280 до 2000 и предпочтительнее от 600 до 1600. Когда средний диаметр волокна для углеродных волокон составляет 7 мкм, среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) составляет от 142 до 2040. Когда средний диаметр волокна для углеродных волокон составляет 7 мкм, среднее число составляет предпочтительно от 142 до 1020 и предпочтительнее от 300 до 800.

Когда среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) составляет 0,7×10⁴/D² или менее, оказывается затруднительным получение высокой объемной доли волокон (Vf). Когда среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) составляет 1,0×10⁵/D² или более, в композитных материалах может образовываться имеющая местное утолщение часть, которая несет ответственность за возникновение пор.

Когда предусмотрено изготовление тонкостенного профилированного изделия, у которого толщина составляет 1 мм или менее, использование волокон только простой отдельной укладки приводит к значительной неоднородности поверхностной плотности волокон, и оказывается невозможным получение хороших физических свойств. Кроме того, когда все волокна являются разрыхленными, можно легко получать меньшую толщину. Однако усиливается переплетение волокон, и становится невозможным получение материала, имеющего высокую объемную долю (Vf) армирующих волокон. Становится возможным получение неориентированного материала, имеющего малую толщину и превосходные физические свойства, путем использования неориентированного материала, в котором пучок армирующих волокон (A), образуемый армирующими волокнами, которые составляют критическое число одиночных волокон или более, причем критическое число одиночных волокон определяется формулой (1), и в то же время присутствуют армирующие волокна (B) в состоянии отдельных одиночных волокон или имеющих меньшую толщину пучков волокон, образованных армирующими волокнами, составляющими менее чем критическое число одиночных волокон.

Оказывается возможным установление различных значений толщины неориентированного материала согласно настоящему изобретению, и путем использования данного материала в качестве заготовки можно также надлежащим образом получать тонкостенное профилированное изделие, у которого толщина составляет приблизительно от 0,2 до 1 мм. Другими словами, согласно настоящему изобретению, путем изготовления неориентированного материала, соответствующего по толщине разнообразным желательным профилированным изделиям, можно получать тонкостенное профилированное изделие, такое как поверхностный слой многослойного материала.

Кроме того, среднее число волокон (N) в пучках армирующих волокон (A) можно регулировать посредством сочетания условий на стадии расширения, стадии продольного разрезания, стадии поперечного разрезания и стадии разрыхления волокон, например, в способе изготовления, который описан далее.

Способ изготовления неориентированного материала

Способ изготовления неориентированного материала не ограничивается определенным образом. Например, при его изготовлении термопластический полимер в волоконной форме и/или зернистой форме может присутствовать для смешивания с армирующими волокнами, или неориентированный материал, в котором не содержится матричный полимерный компонент, можно пропитывать расплавленным термопластическим полимером.

Далее будет описан предпочтительный способ изготовления неориентированного материала. Данный способ изготовления неориентированного материала может представлять собой предпочтительно способ осуществления следующих соответствующих стадий (I), (III), (IV), (V) или (V′) или предпочтительнее способ осуществления стадии (II) между стадиями (I) и (III). Посредством последовательного осуществления данных стадий становится возможным изготовление неориентированного материала с особенно хорошей изотропией, а затем изготовление профилированного изделия из этого неориентированного материала.

(I) Стадия изготовления прядей армирующих волокон

На стадии изготовления прядей армирующих волокон, соответствующие нити из армирующих волокон поступают из множества катушек, содержащих намотанные нити из армирующих волокон и расположенных на катушечной стойке, и образуют пряди армирующих волокон, которые состоят только из нитей или из множества одиночных волокон, которые вытягиваются и выравниваются. Здесь ширина пряди составляет предпочтительно от 10 мм до 50 мм (в частности, от 20 мм до 30 мм). Когда ширина изготавливаемой пряди армирующих волокон является малой, эту ширину можно увеличивать до заданной ширины на стадии изготовления прядей, если это необходимо, таким образом, что можно изготавливать тонкие и расширенные пряди. Операцию по увеличению ширины можно осуществлять, например, путем приведения пряди в контакт с роликом или стержнем для расширения.

(II) Стадия продольного разрезания прядей

На стадии продольного разрезания прядей изготовленную прядь армирующих волокон непрерывно разрезают предпочтительно параллельно направлению длины пряди (то есть вдоль направления оси волокон) для получения множества тонких прядей, причем ширина пряди составляет от 0,05 мм до 5 мм, предпочтительно от 0,1 мм до 1,0 мм. В частности, расширенную прядь, непрерывно поступающую от предшествующей стадии, можно непрерывно разрезать в вертикальном направлении, используя вертикальное устройство для продольной резки с лезвиями, параллельными направлению оси волокон, или можно осуществлять продольное разрезание на множество прядей, используя одну или множество разделительных направляющих на пути движения расширенной пряди. На данной стадии на линию можно установить направляющую или штангу для расширения таким образом, что пряди армирующих волокон можно разделять в продольном направлении при одновременном расширении.

(III) Стадия поперечного разрезания армирующих волокон

После этого на стадии поперечного разрезания армирующих волокон пряди, которые не разрезаны в продольном направлении, или пряди армирующих волокон с малой шириной, которые разрезаны в продольном направлении, как описано выше, разрезают в поперечном направлении, получая среднюю длину волокон, составляющую от 5 мм до 100 мм. При этом значение «средней длины волокон» для использования согласно настоящему изобретению можно определять путем измерения длины волокон для выбранных случайным образом 100 волокон с точностью до 1 мм, используя, например, штангенциркуль с нониусом, и вычисляя соответствующее среднее значение. Как правило, средняя длина волокон соответствует интервалу поперечного разрезания прядей посредством резака.

Устройство, используемое для поперечного разрезания армирующих волокон и получения средней длины волокон, составляющей от 5 мм до 100 мм, предпочтительно представляет собой ротационный резак. В частности, оказывается предпочтительным ротационный резак, который оборудован спиральным ножом, имеющим определенный угол. Угол ножа для непрерывного поперечного разрезания армирующего волокна можно геометрически вычислить, зная ширину используемых армирующих волокон ил