无序毡和增强纤维复合材料

摘要

本发明的目的是提供一种用作纤维增强复合材料成形体的预制物的无序毡。本发明的无序毡包含：平均纤维长度为5至100mm的增强纤维；以及热塑性树脂，其中所述增强纤维的单位面积纤维重量为25至3,000g/m2，对于包含等于或大于式(1)所定义的临界单纤维数的所述增强纤维的增强纤维束(A)来说，所述毡中增强纤维束(A)与增强纤维总量的比率为30vol％以上且小于90vol％，并且所述增强纤维束(A)中所述增强纤维的平均数量(N)满足式(2)：临界单纤维数＝600/D (1)；0.7×104/D2

权利要求

1.一种无序毡，包含：平均纤维长度为5至100mm的增强纤维；以及热塑性树脂，2

其中，所述增强纤维的单位面积纤维重量为25至3,000g/m，对于包含由式(1)所定义的临界单纤维数以上的单增强纤维的纤维束(A)来说，该增强纤维束(A)与所述无序毡中的所述增强纤维总量的比率为30vol％以上且小于90vol％，所述增强纤维束(A)中所述单增强纤维的平均数量(N)满足式(2)：临界单纤维数＝600/D (1)

4 2 5 2

0.7×10/D

2.根据权利要求1所述的无序毡，其中，在所述无序毡中，以增强纤维为100重量份计，所述热塑性树脂的存在量为50至

1,000重量份，并且

所述增强纤维为碳纤维。

3.根据权利要求1所述的无序毡，其中，所述热塑性树脂以纤维形式和/或颗粒形式存在。

4.一种用于生产根据权利要求1至3任一项所述的无序毡的方法，所述方法包括下列步骤1至4：(i)切割所述增强纤维的步骤；

(ii)将所切割的增强纤维导入管中，并通过向所切割的增强纤维吹入空气来打开所述纤维束的步骤；

(iii)将所打开的增强纤维与纤维状或颗粒状热塑性树脂一起铺展并同时抽吸，并且喷撒所述增强纤维和所述热塑性树脂的涂布步骤；以及(iv)将已经涂布的所述增强纤维和所述热塑性树脂进行固定的步骤，其中，所述增强纤维为碳纤维。

5.一种纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料通过对根据权利要求1至3任一项所述的无序毡进行成型来获得。

说明书

无序毡和增强纤维复合材料

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用作纤维增强复合材料成形体的预制物的无序毡，以及由其获得的纤维增强复合材料。

背景技术

[0002] 使用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为增强纤维的纤维增强复合材料，利用其高比强度和比弹性模量，已被广泛用于结构材料例如飞机和汽车，以及一般性工业或运动用途例如网球拍、高尔夫球杆和钓竿。作为增强纤维的形式，存在使用连续纤维生产的织物、其中纤维以单向排列的UD片、使用切割纤维生产的无序片、无纺织物等。

[0003] 一般来说，在由连续纤维制成的织物、UD片等中，复杂的分层步骤，例如由于纤维的各向异性而以各种角度例如以0/+45/-45/90的角度进行分层，以及用于防止成形体翘曲的进一步的平面对称分层，已成为增加纤维增强复合材料的成本的因素之一。

[0004] 因此，通过使用预先各向同性的无序毡，可以获得相对廉价的纤维增强复合材料。这种无序毡可以通过将切割的增强纤维单独地喷撒或将切割的纤维和热固性树脂一起同时进行喷撒到模具中的喷附成型(干式生产法)，或向含有粘合剂的悬液添加事先切割的增强纤维，然后进行造纸处理的造纸法(湿式生产法)来获得。因为装置的尺寸相对小，所以使用干式生产方法能够提供更廉价的无序毡。

[0005] 作为干式生产方法，通常使用切割连续纤维并同时喷撒切割的纤维的技术，并且在许多情况下使用旋切机。然而，当增加切割机刀片之间的距离以便加长纤维长度时，切割频率降低，从而引起纤维从切割机的排料不连续。因此，局部出现毡的纤维密度不均匀。特别是在制备具有低单位面积纤维重量的毡时，厚度的不均匀性变得明显，这引起表面外观变差的问题。

[0006] 另一方面，增加纤维增强复合材料的成本的另一个因素是成型时间长。纤维增强复合材料通常通过使用压热釜对被称为预浸料坯的材料加热和加压2小时或以上而获得，在所述预浸料坯中，将增强纤维基材预先用热固性树脂浸渍。近年来，已提出了RTM成型方法，其中将没有用树脂浸渍的增强纤维的基材置于模具中，随后向其中倾倒热固性树脂，并显著减少了成型时间。然而，即使在采用RTM成型方法时，一个部件的成型也花费10分钟或以上。

[0007] 因此，使用热塑性树脂代替常规的热固性树脂作为基质的复合材料，吸引了注意力。然而，与热固性树脂相比，热塑性树脂一般来说粘度高，使得用树脂浸渍纤维基材所花费的时间长。结果，存在着成型前花费的时间增加的问题。

[0008] 作为解决这些问题的技术，提出了被称为热塑性冲压成型(TP-SMC)的技术。这是将事先用热塑性树脂浸渍的切割的纤维加热至熔点或以上，或可流动温度的温度或以上并投入模具的一部分中，然后将模具立即关闭，并允许纤维和树脂在模具中流动，从而获得产品形状，然后进行冷却以形成成形体的成型方法。根据这种技术，通过使用事先用树脂浸渍的纤维，能够在例如约1分钟的短时间段内进行成型。关于生产切割的纤维束和成型材料的方法，存在专利文献1和2。然而，这些是使用被称为SMC或可冲压片的成型材料的方法。在这样的热塑性冲压成型中，允许纤维和树脂在模具中流动，因此存在着不能生产薄壁产品，并且作为取向的纤维取向被扰乱而变得超出控制等的问题。

[0009] 作为不允许纤维流动以生产薄壁产品的手段，提出了通过造纸方法由增强纤维制备薄片，然后用树脂浸渍薄片以制备预浸料坯的技术(专利文献3)。在造纸方法中，允许增强纤维均匀地分散在分散系中，使得增强纤维采取单纤维形式。

[0010] (专利文献1)JP-A-2009-114611

[0011] (专利文献2)JP-A-2009-114612

[0012] (专利文献3)JP-A-2010-235779

发明内容

[0013] 本发明待解决的问题

[0014] 本发明待解决问题涉及用作纤维增强复合材料成形体的预制物的无序毡以及由其获得的纤维增强复合材料。本发明的无序毡的特征在于，热塑性基质树脂能够容易地浸渍在无序毡中的增强纤维束中和增强纤维的单纤维之间，从而能够提供厚度薄且机械物理性质出色的纤维增强复合材料。

[0015] 解决问题的手段

[0016] 在本发明中，已发现通过形成包括热塑性树脂和满足特定成束或打开条件的增强纤维的无序毡，热塑性基质树脂可以容易地浸渍，使得能够适合地提供纤维增强复合材料，从而产生了本发明。也就是说，本发明是：

[0017] 一种无序毡，其特征在于平均纤维长度为5至100nm的增强纤维的单位面积纤维2
重量为25至3,000g/m，并且该无序毡由包含多个等于或大于式(1)所定义的临界单纤维数的纤维的增强纤维束(A)构成，所述增强纤维束(A)与所述毡中纤维总量的比率为
30vol％或以上并小于90vol％，并且所述增强纤维束(A)中所述单纤维的平均数量(N)满足下式(2)：

[0018] 临界单纤维数＝600/D (1)

[0019] 0.7×104/D2

[0020] 其中D是所述单增强纤维的平均纤维直径(μm)；

[0021] 用于生产所述无序毡的方法；以及

[0022] 从所述无序毡获得的纤维增强复合材料。

[0023] 本发明的优点

[0024] 本发明的无序毡优选作为预制物用于制备成形纤维增强复合材料，并且由此可以提供表面外观质量出色的纤维增强的复合材料。此外，通过使用本发明的无序毡作为预制物，能够提供在厚度减小和各向同性方面出色的纤维增强复合材料。因此，本发明的无序毡可以作为预制物用于各种组成元件，例如汽车、各种电器、机器的框架和箱体的内部板材、外部板材和组成元件等。

[0025] 附图简述

[0026] 图1是示出了用于切割纤维束的步骤的示意图。

[0027] 图2是旋转螺旋切割机的一个实例(前侧和横截面示意图)。

[0028] 图3是旋转纤维分离切割机的一个实例(前侧和横截面示意图)。

[0029] 图4是具有平行于纤维方向的刀片的切割机的一个实例(前侧和透视示意图)。

[0030] 参考标记列表

[0031] 1：增强纤维

[0032] 2：压紧辊筒

[0033] 3：橡胶辊筒

[0034] 4：旋转切割机的主体

[0035] 5：刀片

[0036] 6：切割的增强纤维

[0037] 7：刀片间距

[0038] 8：平行于纤维方向的刀片

具体实施方式

[0039] 下面将依次描述本发明的示例性实施方式。

[0040] [无序毡]

[0041] 本发明的无序毡包括平均纤维长度为5至100mm的增强纤维和热塑性树脂，所2
述毡中的增强纤维的单位面积纤维重量为25至3,000g/m，对于包含等于或大于式(1)所定义的临界单纤维数的单纤维的增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维的总量的比率为
30vol％以上且小于90vol％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)满足下式(2)：

[0042] 临界单纤维数＝600/D (1)

[0043] 0.7×104/D2

[0044] 其中D是单增强纤维的平均纤维直径(μm)。

[0045] 在无序毡的平面内，增强纤维不以特定方向取向，并且以随机方向铺展和排列。

[0046] 本发明的无序毡是面内各向同性的材料。当由所述无序毡获得成形体时，无序毡中增强纤维的各向同性在成形体中也得以维持。无序毡和由其获得的成形体的各向同性，可以通过由无序毡获得成形体，并测定在彼此成直角的两个方向上的拉伸模量的比率，来定量评估。关于在两个方向上的拉伸模量的值，当通过用较大值除以较小值获得的比率不超过2时，它被评估为是各向同性的。当所述比率不超过1.3时，它被评估为在各向同性方面出色。

[0047] 无序毡中增强纤维的单位面积纤维重量在25至3,000g/m2的范围内。无序毡可以用作预浸料坯，并且可以根据所需成型来选择各种不同密度。

[0048] [增强纤维]

[0049] 构成无序毡的增强纤维是不连续的，并含有具有一定纤维长度范围的增强纤维，从而能够产生增强功能。纤维长度用平均纤维长度来表示，所述平均纤维长度通过在获得的无序毡中测量增强纤维的纤维长度来确定。测量平均纤维长度的方法包括使用游标卡尺等测量随机抽取的低至毫米量级的100根纤维的纤维长度，并计算其平均值的方法。

[0050] 本发明的无序毡中增强纤维的平均纤维长度为5至100mm，优选地为10至100mm，更优选地为15至100mm，还优选地为15至80mm。此外，其最优选为20至60mm。

[0051] 当通过后文描述的优选切割方法将增强纤维切割至一定长度以生产无序毡时，所述毡中的纤维的平均纤维长度变为近似等于切割纤维长度。

[0052] 构成无序毡的增强纤维优选地是选自碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维中的至少一种。它们也可以一起使用，并且最重要的是，由于能够提供重量轻且强度出色的复合材料，所以碳纤维是优选的。在碳纤维的情形中，平均纤维直径优选地为3至12μm，更优选地为5至7μm。

[0053] 作为增强纤维，优选使用其上附着有施胶剂的增强纤维，以增强纤维为100重量份计，施胶剂优选地为超过0至10重量份。

[0054] [纤维打开程度]

[0055] 本发明的无序毡的特征在于对于，其由包含至少式(1)所定义的临界单纤维数的增强纤维的增强纤维束(A)构成，所述增强纤维束(A)与毡中纤维的总量的比率为30vol％以上且小于90vol％；

[0056] 临界单纤维数＝600/D (1)

[0057] 其中D是单增强纤维的平均纤维直径(μm)。在毡中，单纤维或每一个都包含低于临界单纤维数的单纤维构成的纤维束，作为增强纤维束(A)之外的增强纤维存在。

[0058] 也就是说，在本发明的无序毡中，将包含等于或大于式(1)所定义的临界单纤维数的单纤维的增强纤维束(A)的存在量调整到30vol％以上且小于90vol％，所述临界单纤维数依据平均纤维直径而定义。也就是说，将增强纤维束的纤维打开程度控制为包含特定比率的包含等于或大于特定纤维数的单纤维的特定纤维束和除此之外的打开的增强纤维。为了将增强纤维束的存在量调整到30vol％或以上并低于90vol％，可以例如使用在纤维打开步骤中吹入的空气的压力等来进行控制。此外，也可以通过调整将要经历切割步骤的纤维束的尺寸例如宽度或单位束宽度的纤维数，来进行控制。其具体实例包括通过展开工具等加宽纤维束的宽度，然后进行切割步骤的方法，以及在切割步骤之前提供分条步骤(slitting step)的方法，并且还包括使用其中排列有许多短刀片的所谓的纤维分离刀来切割纤维束的方法，以及分条并同时切割纤维束的方法。优选的条件将在下面的纤维打开步骤的部分中描述。

[0059] 在增强纤维束(A)与纤维总数的比率小于30vol％的情形中，尽管存在着获得表面外观质量出色的复合材料的优点，但变得难以在本发明的无序毡成型时获得机械物理性质出色的纤维增强复合材料。在增强纤维束(A)的比率为90vol％或以上的情形中，纤维的缠绕部分局部变厚，导致无法获得薄壁产品。这使本发明的目的失败。增强纤维束(A)的比率更优选地为30vol％以上且小于80vol％。

[0060] 此外，在每一个都包含等于或大于临界单纤维数的纤维的增强纤维束(A)中单纤维的平均数量(N)满足下式(2)：

[0061] 0.7×104/D2

[0062] 其中D是单增强纤维的平均纤维直径(μm)。最重要的是，每一个都包含等于或大4
于临界单纤维数的单纤维的增强纤维束(A)中的纤维的平均数量(N)优选地小于6×10/
2
D。为了将增强纤维束(A)中的纤维平均数量(N)调整到上述范围内，也可以通过在后面描述的优选生产方法中，调整将要经历切割步骤的纤维束的尺寸、例如束的宽度或单位纤维束宽度的纤维数量来进行控制。其具体实例包括通过纤维展开等加宽纤维束的宽度，然后进行切割步骤的方法，以及在切割步骤之前提供分条步骤的方法。此外，可以将纤维束在切割的同时进行分条。

[0063] 此外，也可以通过在纤维打开步骤中使用吹入的空气压力等调整切割的纤维束的打开程度，来控制增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)。优选的条件将在纤维打开步骤和切割步骤的部分中描述。

[0064] 具体来说，当构成无序毡的碳纤维的平均纤维直径为5至7μm时，临界单纤维数为86至120。当碳纤维的平均纤维直径为5μm时，纤维束中的纤维平均数量在大于280至小于4,000的范围内。尤其是，其优选地为600至2,500，更优选地为600至1,600。当碳纤维的平均纤维直径为7μm时，纤维束中的纤维平均数量在大于142至小于2,040的范围内。尤其是，它优选地为300至1,500，更优选地为300至800。

[0065] 当增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为0.7×104/D2或以下时，变得难以获得具有高纤维体积含量(Vf)的复合材料。此外，当增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为5 2
1×10/D或以上时，可能在复合材料中的局部出现厚的部分，其易于引起空隙。

[0066] 当打算获得薄的厚度为1mm或以下的复合材料时，使用仅仅简单地铺展的纤维引起大的单位面积纤维重量的不均匀性，无法获得良好的物理性质。此外，当所有纤维被打开时，可以容易获得较薄的产品。然而，纤维的缠绕增加，无法获得具有高纤维体积含量的产品。通过其中同时存在每一个都包含等于或大于式(1)所定义的临界单纤维数的单纤维的增强纤维束(A)和处于单独的单纤维状态或处于包含小于临界单纤维数的单纤维的较薄的纤维束状态下增强纤维(B)的无序毡而获得厚度薄且物理性质出色的无序毡变得可能。

[0067] 能够将本发明的无序毡调整到各种厚度，并且通过使用该无序毡作为预制物，也能够适合地获得厚度约为0.2至1mm的薄壁成形体。也就是说，根据本发明，能够制备定制到各种所需成形体的厚度的无序毡，并且它可以用作用于薄的成形体的预制物，特别是例如夹层材料的表面层。

[0068] [热塑性树脂]

[0069] 本发明的无序毡含有固体热塑性树脂，并且变为用于获得纤维增强复合材料的预制物。在无序毡中，热塑性树脂优选地以纤维和/或颗粒形式存在。增强纤维与纤维和/或颗粒形式的热塑性树脂以混合状态存在，这使得不必在模具中允许增强纤维和树脂流动，并且在成型时热塑性树脂可以被容易地浸渍到增强纤维束以及增强纤维的单纤维之间的空间中。热塑性树脂优选地形成为纤维和/或颗粒形式。可以使用两种或以上种类的热塑性树脂，此外，纤维和颗粒状树脂可以一起使用。

[0070] 在纤维树脂形式的情形中，其细度优选地为100至5,000dtex，更优选地为1,000至2,000dtex。其平均长度优选地为0.5至50mm，更优选地为1至10mm。

[0071] 在颗粒形式的情形中，优选的示例形式为球形形式、条带形式或圆柱形式例如球粒。在球形形式的情形中，优选地可以列举完美圆形或椭圆形或例如卵形形状的回转体。在球形形式的情形中，平均粒径优选地为0.01至1,000μm，更优选地为0.1至900μm，还优选地为1至800μm。尽管对粒径分布没有特别限制，但出于获得更薄的成形体的目的，尖锐的分布是更为优选的。然而，可以使用通过诸如分类的操作获得的所需粒径分布。

[0072] 在条带形式的情形中，优选地可以列举圆柱形式例如球粒、棱柱形式或鳞片形式，并且通过将薄膜精细切割获得的矩形形式也是优选的。在这种情形中，可以允许一定程度的纵横比，但是其优选长度应该被认为在与上述纤维形式的情形中相同的范围内。

[0073] 热塑性树脂的种类包括例如聚氯乙烯树脂、聚偏氯乙烯树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺11树脂、聚酰胺12树脂、聚酰胺46树脂、聚酰胺66树脂、聚酰胺610树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二酯树脂、聚萘二甲酸乙二酯树脂、聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚萘二甲酸丁二酯树脂、聚丙烯酸树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、聚乳酸树脂等。这些热塑性树脂可以单独或其多种组合使用。

[0074] 无序毡中热塑性树脂的存在量，以增强纤维为100重量份计，优选为50至1,000重量份。更优选地为以增强纤维为100重量份计55至500重量份，更优选地为以增强纤维为100重量份计60至300重量份。

[0075] [其他试剂]

[0076] 在不损害本发明的目的的范围内，本发明的无序毡可以含有添加剂，例如由有机或无机纤维制成的各种纤维或非纤维状填充剂、阻燃剂、抗UV剂、颜料、脱模剂、软化剂、增塑剂和表面活性剂。

[0077] [生产方法]

[0078] 下面将描述优选地用于获得本发明的无序毡的方法。本发明的无序毡优选地通过下列步骤1至4来生产：

[0079] 1.切割增强纤维束的步骤；

[0080] 2.将切割的增强纤维束导入管中，并通过向其吹入空气来打开纤维束的步骤；

[0081] 3.将打开的增强纤维与纤维或颗粒状热塑性树脂一起铺展并同时抽吸，以及喷撒增强纤维和热塑性树脂的涂布步骤；以及

[0082] 4.固定已经涂布的增强纤维和热塑性树脂的步骤。

[0083] 也就是说，本发明包括包含上述步骤1-4的无序毡生产方法。相应的步骤将在下面详细描述。

[0084] [切割步骤]

[0085] 在本发明的方法中用于切割增强纤维的方法，具体来说是使用刀切割增强纤维束的步骤。作为用于切割的刀，优选的是旋转切割机等。作为旋转切割机，优选的是设置有螺旋刀或其中排列有许多短刀片的所谓的纤维分离刀的旋转切割机。切割步骤的具体示意图示出在图1中。具有螺旋刀的旋转切割机的一个实例示出在图2中，具有纤维分离刀的旋转切割机的一个实例示出在图3中。

[0086] 为了将增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)调整到本发明的优选范围内，优选地通过调整将要经历切割步骤的纤维束的尺寸例如束的宽度或单位宽度的纤维数量，来进行控制。

[0087] 对于供应至切割步骤的纤维束来说，优选地使用事先具有式(2)范围内的纤维数量的增强纤维。然而，一般来说，纤维束数量越小，纤维价格变得越昂贵。因此，当使用可以廉价地获得的具有高纤维数量的增强纤维束时，优选地在调整将要经历切割步骤的纤维束的宽度或单位宽度的纤维数量之后，对纤维束进行切割步骤。其具体实例包括通过打开等将纤维束薄薄地铺展以加宽其宽度，然后进行切割步骤的方法，以及在切割步骤之前设置纤维束的分条步骤的方法。在预先设置分条步骤的情形中，在通过分条将纤维束预先变细后，对纤维素进行切割步骤。因此，在这种情形中，可以使用没有特殊机制的常规平面刀片、螺旋刀片等作为切割机。

[0088] 此外，其实例包括使用纤维分离刀切割纤维束的方法，以及通过使用具有分条功能的切割机在切割的同时对纤维素进行分条的方法。

[0089] 在使用纤维分离刀的情形中，能够通过使用具有窄的刀宽度的纤维分离刀来减少纤维的平均数量(N)，相反，可以通过使用具有宽的刀宽度的纤维分离刀来增加纤维的平均数量(N)。

[0090] 此外，作为具有分条功能的切割机，图4示出了除了与纤维方向垂直的刀片之外还带有与纤维方向平行的具有分条功能的刀片的纤维分离切割机的实例。在图4的切割机中，以一定的间隔螺旋地设置有与纤维方向垂直的短刀片，在通过它们进行切割的同时，纤维可以被与纤维方向平行的刀片分条。

[0091] 在图2中示出的纤维分离刀中，也可以在纤维分离刀之间设置平行于纤维方向的刀片。

[0092] 为了获得表面外观质量出色的用于纤维增强的热塑性树脂的无序毡，纤维的单位面积纤维重量的局部不均匀性具有显著影响。根据设置有普通平面刀片的旋转切割机，纤维被不连续地切割。当纤维被原样引入涂布步骤时，在所述毡中出现不均匀性。因此，通过使用具有确定角度的刀不中断地连续切割纤维，能够生产具有小的纤维的单位面积纤维重量的不均匀性的无序毡。也就是说，出于连续切割增强纤维的目的，刀优选地以特定角度规则地设置在旋转切割机上。优选地以使周向与刀片排列方向之间的角满足下式(3)的方式切割纤维：

[0093] 刀片间距＝增强纤维束的宽度×tan(90-θ) (3)

[0094] 其中θ是周向与刀设置方向之间的角。

[0095] 刀片在周向上的间距被原样反映在增强纤维的纤维长度上。

[0096] 图2至4是刀的实例，其中角如上所述定义，并且在这些切割机中周向与刀设置方向之间的角θ示出在图中。

[0097] [纤维打开步骤]

[0098] 在本发明的方法中，纤维打开步骤是通过将切割的增强纤维束导入管中并向纤维吹入空气来打开纤维束的步骤。纤维打开的程度、增强纤维束(A)的存在量和增强纤维束(A)中单纤维的平均数量(N)，可以通过空气的压力等来控制。在纤维打开步骤中，可以通过将空气以1至1,000m/sec的风速，优选地通过压缩空气吹出孔直接吹向纤维束，来打开增强纤维。风速优选地为5至500m/sec，更优选地为超过50至500m/sec。具体来说，在增强纤维通过的管中的几个位置制造直径约为1至2mm的孔，并从外部施加0.01至1.0MPa、更优选地约0.2至0.8MPa的压力，以将压缩空气直接吹向纤维束。通过降低风速，能够保留更多的纤维束，相反，通过增加风速，可以将纤维束打开成单纤维形式。

[0099] [涂布步骤]

[0100] 本发明的方法中的涂布步骤是由将打开的增强纤维与纤维或颗粒状热塑性树脂一起抽吸并同时铺展它们，以及同时喷撒增强纤维和热塑性树脂的步骤组成的。打开的增强纤维和纤维或颗粒状热塑性树脂优选同时地被涂布在板上，特别是在安装在纤维打开机下部中的透气板上。

[0101] 在涂布步骤中，热塑性树脂的供应量为以增强纤维为100重量份计50至1,000重量份。热塑性树脂更优选地为以增强纤维为100重量份计55至500重量份，并且还优选地为以增强纤维为100重量份计60至300重量份。

[0102] 优选地以在其中二维取向的方式喷撒增强纤维和纤维或颗粒状热塑性树脂。为了将打开的纤维二维取向的同时涂布打开的纤维，涂布方法以及随后的固定方法变得重要。在增强纤维的涂布方法中，优选地使用圆锥形状等的锥形管。在圆锥等形状的管中，空气在管中扩散以降低流速，并且在此时向增强纤维提供旋转力。利用这种文丘里效应在锥形管中打开的增强纤维可以优选地铺展和喷撒。

[0103] 此外，随后的固定步骤和涂布步骤可以同时进行，也就是说，纤维可以在涂布和沉积的同时被固定。优选地，将纤维喷撒在具有抽吸机制的可移动透气板上，以将它们沉积成毡的形式，然后将其固定在那种状态下。在这种情形中，当透气板由包括网的传送带组成，并且在以一个方向连续移动它的同时将纤维被沉积在其上时，能够连续地形成无序毡。此外，透气板可以前后和左右移动，从而获得均匀的沉积。此外，增强纤维和热塑性树脂的涂布(喷撒)单元的前缘在与连续移动的透气支撑物的移动方向垂直的方向上往复运动也是优选的，从而连续地进行涂布和固定。

[0104] 增强纤维和热塑性树脂优选地被均匀喷撒，在无序毡中没有不均匀性的情况。

[0105] [固定步骤]

[0106] 本发明方法中的固定步骤是对涂布的增强纤维和热塑性树脂进行固定的步骤。优选地，从透气板的下方部分吸入空气以固定纤维。与增强纤维一起喷撒的热塑性树脂，在纤维形式的情形中通过空气抽吸在混合的同时也被固定，或者即使在颗粒形式的情形中与增强纤维一起被固定。

[0107] 通过透气板从下方部分抽吸，可以获得高度二维取向的毡。此外，颗粒或纤维状热塑性树脂可以使用产生的负压来抽吸，并且进一步通过在管中产生的扩散通量与增强纤维容易地混合。在得到的材料中，在浸渍步骤中由于热塑性树脂存在于增强纤维附近，因此树脂的移动距离短，使得可以在相对短的时间长度内将树脂浸渍到毡内。也可以将由与待使用的基质树脂的相同的材料制成的透气无纺织物等预先设置于作为透气板的固定部件，然后将增强纤维和颗粒喷撒到无纺织物上。

[0108] 通过上述无序毡的优选生产方法，可以获得含有很少的长轴为三维取向的纤维的由二维取向纤维制成的无序毡。

[0109] 涂布步骤和固定步骤可以同时进行。此外，当在工业上生产无序毡时，优选地在移动透气板的同时进行涂布和固定。此外，优选将增强纤维和热塑性树脂的涂布(喷撒)单元的前缘在与连续移动的透气支撑物的移动方向垂直的方向上往复运动，从而连续地进行涂布和固定。

[0110] [纤维增强复合材料]

[0111] 将本发明的无序毡成型为预制物，从而能够获得包含增强纤维和热塑性树脂的纤维增强复合材料。作为成型方法，压力成型和/或热成型是优选的。本发明的无序毡的特征在于容易用热塑性树脂进行浸渍，因此通过热压成型等进行成型能够有效地获得纤维增强复合材料。具体来说，优选地将无序毡中的热塑性树脂在压力下熔化，并浸渍在增强纤维束中和增强纤维束的单纤维之间的空间中，然后冷却以进行成型。

[0112] 因此，例如，可以在短时间段中有效地获得板状纤维增强复合材料。板状纤维增强复合材料可进一步作为用于三维成型的预浸料坯，特别是作为用于压力成型的预浸料坯。具体来说，可以用过所谓的冷压来获得成形体，在所述冷压中，将板状纤维增强复合材料片加热至树脂的熔点或以上，或加热至树脂的玻璃化转变温度或以上，并将按照待获得的成形体的形状进行堆叠的一个或多个所述片置于的模具中，并且保持在低于树脂的熔点或玻璃化转变温度的温度下，加压并随后冷却。

[0113] 或者，可以通过所谓的热压来获得成形体，在所述热压中，将板状纤维增强复合材料置于模具中，在将温度升高至熔点或以上或玻璃化转变温度或以上的温度的同时进行压力成型，然后将模具冷却至低于熔点或低于玻璃化转变温度的温度。

[0114] 也就是说，本发明包括由无序毡获得的纤维增强复合材料。如上所述，在本发明的无序毡中，增强纤维和热塑性树脂混合并彼此接近地出现，使得热塑性树脂可以容易地浸渍而不需允许纤维和树脂在模具中流动。此外，在由本发明的无序毡获得的纤维增强复合材料中，可以保持增强纤维的构造，也就是说各向同性。此外，在纤维增强复合材料中，无序毡中增强纤维的纤维打开程度也得以适合地维持。

[0115] 也就是说，本发明优选地是由上述无序毡获得的复合材料，其特征在于，复合材料包含平均纤维长度为超过5至100mm的增强纤维和热塑性树脂，增强纤维是基本上二维随机取向的，对于每一个都包含等于或大于式(1)所定义的临界单纤维数的单纤维构成的增强纤维束(A)来说，其与纤维数量的比率为30vol％以上且小于90vol％，并且增强纤维束(A)中单纤维的平均数量(N)满足下式(2)：

[0116] 临界单纤维数＝600/D (1)

[0117] 0.7×104/D2

[0118] 其中D是单增强纤维的平均纤维直径(μm)。

[0119] 复合材料中增强纤维的平均纤维长度和纤维束，可以在从复合材料除去树脂后，以与无序毡中相同的方式来测量。

[0120] 实施例

[0121] 下面示出了实施例，但本发明不应被解释为受限于此。

[0122] 1)无序毡中的增强纤维束的分析

[0123] 将无序毡切割成约100mm×100mm的尺寸。

[0124] 使用镊子将纤维束全部从已切割开的毡中取出，测量并记录增强纤维束(A)的束数(I)以及纤维束的长度(Li)和重量(Wi)。对于小得不能使用镊子取出的纤维束来说，其重量(Wk)最后作为整体测量。对于重量测量来说，使用可以测量至1/100mg下限的天平。从无序毡中使用的增强纤维的纤维直径(D)，计算临界单纤维数，并进行包含等于或大于临界单纤维数的单纤维的增强纤维束(A)和其他纤维的区分。顺便提及，在使用两种或以上类型的增强纤维的情形中，对每种类型的纤维进行区分，并对每种类型进行测量和评估。

[0125] 增强纤维束(A)中纤维平均数量(N)的测定方法如下所述。每个增强纤维束中的纤维数量(Ni)，由所使用的增强纤维的细度(F)，通过下列公式来确定：

[0126] Ni＝Wi/(Li×F)

[0127] 增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)，由增强纤维束(A)的束数(I)，通过下列公式来确定：

[0128] N＝ΣNi/I

[0129] 无序毡中增强纤维束(A)与纤维总量的比率(VR)，使用增强纤维的单位面积纤维重量(ρ)，通过下列公式来确定：

[0130] VR＝Σ(Wi/ρ)×100/((Wk+ΣNi)/ρ)

[0131] 2)无序毡或复合材料中包含的增强纤维的平均纤维长度的分析

[0132] 使用游标卡尺和小型放大镜，将从无序毡或复合材料随机抽取的100根纤维的长度测量至最低毫米级并记录。由测量的所有增强纤维的长度(Li)，通过下列公式来确定平均纤维长度(La)。在复合材料的情形中，在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂后，抽取增强纤维。

[0133] La＝ΣLi/100

[0134] 3)复合材料中的增强纤维束分析

[0135] 对于成型板、即本发明的增强纤维复合材料来说，在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去热塑性树脂后，以与在无序毡中的上述方法相同的方式进行测量。

[0136] 4)复合材料中纤维取向的分析

[0137] 作为在复合材料成型之后测量纤维的各向同性的方法，在成型板的任何方向和与其垂直的方向的基础上进行拉伸试验以测量拉伸模量，并在测量到的拉伸模量中，计算较大模量除以较小模量的比率(Eδ)。弹性模量的比率越接近1，材料的各向同性越出色。在这些实施例中，当弹性模量的比率为1.3或以下时，将它评估为各向同性出色。

[0138] 实施例1

[0139] 作为增强纤维，使用了由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维束“Tenax”(注册商标)STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，束宽度：10mm)，并将束加宽至20mm的宽度。作为切割装置，使用了表面上设置有硬质合金螺旋刀的旋转切割机。此时，下面公式(3)中的θ为63°，刀片间距被调整至10mm，以便将增强纤维切割成10mm的纤维长度。

[0140] 刀片间距＝增强纤维束的宽度×tan(90-θ) (3)

[0141] 其中θ是周向与刀之间的角。

[0142] 为了制备纤维打开装置，将不同直径的SUS 304制成的连接管焊接以制备双管并在内管中制造小孔。使用压缩机在内管与外管之间供应压缩空气。此时，来自于小孔的空气风速为450m/sec。将这个管紧邻旋转切割机的下方设置，并进一步将锥形管焊接到其下部。从锥形管的侧面供应基质树脂。作为这种基质树脂，使用通过对Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球粒“Panlite”(注册商标)L-1225L进行冷冻粉碎，然后进一步通过20目筛和100目筛进行筛分而获得的粒子。聚碳酸酯粉末的平均粒径约为710μm。接下来，将在XY方向上可移动的台子安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从台子的下部进行抽吸。然后，将增强纤维的供应量设定到180g/min，并将基质树脂的供应量设定到480g/min。运行系统以获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。结果，纤维在平面中随机分散并且纤维轴近似平行于平面。得到的无序
2
毡的增强纤维的平均纤维长度为10mm，纤维的单位面积纤维重量为200g/m。

[0143] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为86。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为35％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为240。此外，聚碳酸酯粉末以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0144] 将得到的无序毡在加热至300℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为0.6mm的成型板(本发明的纤维增强复合材料，在后文中被称为成型板)。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有观察到未被浸渍的部分或空隙。

[0145] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.03，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，能够获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是10mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，增强纤维束(A)与纤维总量的比率为35％，增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为240。没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0146] 实施例2

[0147] 作为增强纤维，使用了由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维束“Tenax”(注册商标)IMS60-12K(平均纤维直径：5μm，束宽度：6mm)。作为切割装置，使用了表面上设置有硬质合金螺旋刀的旋转切割机。作为这种旋转切割机，使用了以0.5mm的间隔设置有如图4中所示的平行于纤维方向的刀片的纤维分离切割机，用于减小纤维束的目的。此时，上述公式(3)中的θ为17°，刀片间距被调整至20mm。将增强纤维切割成20mm的纤维长度。
作为纤维打开装置，制备具有小孔的管，并使用压缩机向其供应压缩空气。将来自于小孔的空气风速调整至150m/sec。将这个管紧邻旋转切割机下方设置，并进一步将锥形管焊接到其下部。从锥形管的侧面供应基质树脂。作为基质树脂，使用干法切割到2mm的PA 66纤维(由Asahi Kasei Fibers Corp.制造的T5尼龙，细度：1,400dtex)。接下来，将在XY方向上可移动的台子安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从台子的下部进行抽吸。然后，将增强纤维的供应量设定到1,000g/min，并将基质树脂的供应量设定到3,000g/min。运行系统以获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。得到的无序毡的增
2
强纤维的平均纤维长度为20mm，纤维的单位面积纤维重量为1,000g/m。

[0148] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为120。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为86％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为900。此外，尼龙纤维以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0149] 将得到的无序毡在加热至280℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为3.2mm的成型板。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有观察到未被浸渍的部分或空隙。

[0150] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.07，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，能够获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是20mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，增强纤维束(A)与纤维总量的比率为86％，增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为900。没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0151] 实施例3

[0152] 作为增强纤维，使用了由Nippon Electric Glass Co.,Ltd.制造的玻璃纤维束EX-2500(平均纤维直径：15μm，束宽度：9mm)。作为切割装置，使用了将与纤维成90°方向的短刀片倾斜设置并在表面上设置有硬质合金纤维分离刀的旋转切割机。刀的宽度为1mm，此外在刀之间设置与纤维方向平行的刀片，用于减小纤维束的目的。此时，上述公式(3)中的θ为10°，刀片间距被调整至50mm。将增强纤维切割成50mm的纤维长度。作为纤维打开装置，使用了与实施例1中所使用的相同的装置。通过降低压缩机压力，将来自于小孔的空气风速调整至350m/sec。将这个管紧邻旋转切割机下方设置，并进一步将锥形管焊接到其下部。从锥形管的侧面供应基质树脂。作为基质树脂，使用通过对Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球粒“Panlite”(注册商标)L-1225L进行冷冻粉碎，然后进一步通过30目筛和200目筛进行筛分而获得的粒子。此时，其平均粒径约为360μm。接下来，将在XY方向上可移动的台子安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从台子的下部进行抽吸。
然后，将增强纤维的供应量设定到300g/min，并将基质树脂的供应量设定到600g/min。运行系统以获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。得到的无序毡的
2
增强纤维的平均纤维长度为50mm，纤维的单位面积纤维重量为300g/m。

[0153] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为40。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为68％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为60。此外，聚碳酸酯粉末以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0154] 将得到的无序毡在加热至300℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为0.6mm的成型板。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有检测到未被浸渍的部分或空隙。

[0155] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.14，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，可以获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是50mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0156] 实施例4

[0157] 作为增强纤维，使用了由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维束“Tenax”(注册商标)STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，束宽度：10mm)，并将其加宽至30mm的纤维宽度。作为切割装置，使用了表面上设置有硬质合金螺旋刀的旋转切割机。此时，上述公式(3)中的θ为45°，刀片间距被调整至30mm，以便将增强纤维切割成30mm的纤维长度。为了制备纤维打开装置，将不同直径的SUS 304制成的连接管焊接以制备双管并在内管中制造小孔。使用压缩机在内管与外管之间供应压缩空气。此时，来自于小孔的空气风速为200m/sec。将这个管紧邻旋转切割机下方设置，并进一步将锥形管焊接到其下部。从锥形管的侧面供应基质树脂。作为基质树脂，使用通过对Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球粒“Panlite”(注册商标)L-1225L进行冷冻粉碎，然后进一步通过20目筛和100目筛进行筛分而获得的粒子。聚碳酸酯粉末的平均粒径约为710μm。接下来，将在XY方向上可移动的台子安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从台子的下方部分进行抽吸。然后，将增强纤维的供应量设定到1,000g/min，并将基质树脂的供应量设定到1,100g/min。运行系统以获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。
结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。得到的无序毡的增强纤维
2
的平均纤维长度为30mm，纤维的单位面积纤维重量为1,000g/m。

[0158] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为86。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为60％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为1,620。此外，聚碳酸酯粉末以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0159] 将3层得到的无序毡层压，并在加热至300℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为1.5mm的成型板。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有检测到未被浸渍的部分或空隙。

[0160] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.01，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，可以获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是30mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0161] 实施例5

[0162] 作为增强纤维，使用了由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维束“Tenax”(注册商标)STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，束宽度：10mm)，并将其加宽至20mm的宽度。作为切割装置，使用了表面上设置有硬质合金螺旋刀的旋转切割机。此时，上述公式(3)中的θ为68°，刀片间距被调整至8mm，以便将增强纤维切割成8mm的纤维长度。为了制备纤维打开装置，将不同直径的SUS 304制成的连接管焊接以制备双管并在内管中制造小孔。使用压缩机在内管与外管之间供应压缩空气。此时，来自于小孔的空气风速为350m/sec。
将这个管紧邻旋转切割机下方设置，并进一步将锥形管焊接到其下部。从锥形管的侧面供应基质树脂。作为基质树脂，使用通过对Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球粒“Panlite”(注册商标)L-1225L进行冷冻粉碎，然后进一步通过20目筛和100目筛进行筛分而获得的粒子。聚碳酸酯粉末的平均粒径约为710μm。接下来，将在XY方向上可移动的台子安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从台子的下方部分进行抽吸。然后，将增强纤维的供应量设定到1,200g/min，并将基质树脂的供应量设定到1,600g/min。运行系统以获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。得到的无序毡的增强纤维的
2
平均纤维长度为8mm，纤维的单位面积纤维重量为1,200g/m。

[0163] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为86。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为38％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为220。此外，聚碳酸酯粉末以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0164] 将得到的无序毡在加热至300℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为1.9mm的成型板。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有检测到未被浸渍的部分或空隙。

[0165] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.02，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，可以获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是8mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0166] 实施例6

[0167] 作为增强纤维，使用了由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维束“Tenax”(注册商标)STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，束宽度：10mm，抗张强度：4,000MPa)，并将其宽度加宽至30mm的宽度。为了将加宽的纤维束分开，使用了将使用硬质合金制备的盘状刀片以1mm间隔设置的分条机。作为切割装置，使用了表面上设置有硬质合金螺旋刀的旋转切割机。此时，上述公式(3)中的θ为45°，刀片间距被调整至30mm，以便将增强纤维切割成30mm的纤维长度。为了制备纤维打开装置，将不同直径的SUS 304制成的连接管焊接以制备双管并在内管中制造小孔。使用压缩机在该装置的内管与外管之间供应压缩空气。此时，来自于小孔的空气风速为350m/sec。将这个管紧邻旋转切割机下方设置，并进一步将锥形管焊接到其下部。从锥形管的侧面供应基质树脂。作为基质树脂，使用通过对Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯球粒“Panlite”(注册商标)L-1225L进行冷冻粉碎，然后进一步通过20目筛和100目筛进行筛分而获得的粒子。聚碳酸酯粉末的平均粒径约为710μm。接下来，将在XY方向上可移动的台子安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从台子的下方部分进行抽吸。然后，将增强纤维的供应量设定到500g/min，并将基质树脂的供应量设定到550g/min。运行系统以获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的构型进行观察。结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。得到的无序毡的增强纤维的平均纤维长度为30mm，纤维的单位面积纤维重量为
2
500g/m。

[0168] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为86。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为35％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为270。此外，聚碳酸酯粉末以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0169] 将4层得到的无序毡层压，并在加热至300℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为3.0mm的成型板。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有检测到未被浸渍的部分或空隙。

[0170] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.02，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，可以获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是30mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0171] 实施例7

[0172] 作为增强纤维，使用了由Toho Tenax Co.,Ltd.制造的碳纤维束“Tenax”(注册商标)STS40-24KS(平均纤维直径：7μm，束宽度：10mm)，并将其宽度加宽至30mm。作为纤维分离装置，使用了将使用硬质合金制备的盘状刀片以0.5mm间隔设置的分条机。作为切割装置，使用了表面上设置有由硬质合金制成的螺旋刀的旋转切割机。此时，上述公式(3)中的θ为45°，刀片间距被调整至30mm，以便将增强纤维切割成30mm的纤维长度。

[0173] 将通过切割机的束导入紧邻旋转切割机下方的柔性传送管道，然后将其导入纤维打开装置。作为纤维打开装置，使用了通过将不同直径的SUS 304制成的连接管焊接而制备的双管。在双管的内管中制造小孔，并使用压缩机在内管与外管之间供应压缩空气。此时，来自于小孔的空气风速为100m/sec。将从上至下直径增加的锥形管焊接到这个管的下部。

[0174] 从锥形管的侧面供应作为基质树脂的由Unitika Ltd.制造的尼龙树脂“A1030”。然后，将在给定方向上可移动的透气支撑物(在后文中称为固定网)安装在锥形管出口的下方，并使用吹风机从其下部进行抽吸。将切割的增强纤维和尼龙树脂的混合物在该固定网上沉积成条带形式，同时使柔性传送管线和锥形管在宽度方向上往复运动。然后，将增强纤维的供应量设定到500g/min，并将基质树脂的供应量设定到530g/min。运行系统以在支撑物上获得其中混合有增强纤维和热塑性树脂的无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。得到的无序毡的增
2
强纤维的平均纤维长度为30mm，纤维的单位面积纤维重量为500g/m。

[0175] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为86。对于增强纤维束(A)来说，其与毡的纤维总量的比率为85％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为370。此外，尼龙粉末以没有大的不均匀性的状态分散在增强纤维中。

[0176] 堆叠2层得到的无序毡，并在加热至260℃的压力机中，在1MPa下加热3分钟，以获得厚度为1.5mm的成型板。对得到的成型板进行超声波检查。结果，没有检测到未被浸渍的部分或空隙。

[0177] 测量了得到的成型板在0°和90°方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为1.03，并且几乎没有观察到纤维定向。因此，可以获得在其中维持各向同性的材料。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，并测定增强纤维的平均纤维长度。结果，平均纤维长度是30mm。从成型板除去树脂，并检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，没有观察到与上述无序毡的测量结果的差异。

[0178] 比较例1

[0179] 除了来自于小孔的空气风速被调整到50m/sec外，以与实施例1中相同的方式制备无序毡。对无序毡中增强纤维的结构进行观察。结果，增强纤维的纤维轴近似平行于平面，并在平面中随机分散。

[0180] 对于得到的无序毡，检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，由式(1)定义的临界单纤维数为86。对于增强纤维束(A)来说，其与毡中纤维总量的比率为95％，并且增强纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为1,500。

[0181] 得到的无序毡的增强纤维束厚，以与实施例1中相同的方式使用该无序毡制备成型板，并对其进行超声波检查。结果，检测到了未被浸渍的部分。此外，将成型板切割并观察其横截面。结果，在纤维束内部中观察到了没有被树脂浸渍的部分。

[0182] 比较例2

[0183] 将以与比较例1中相同的方式获得的无序毡在加热至300℃的压力机中，在升高至4MPa的压力下加热3分钟以获得成型板。得到的成型板面积几乎加倍，其厚度减少接近一半至约0.3mm。在得到的成型板中，可以目测证实纤维的流动。测量了得到的成型板在流动方向和与流动方向成90°的方向上的拉伸模量。结果，拉伸模量的比率(Eδ)为2.33，并且证实了纤维是大部分定向的。此外，将该成型板在熔炉中在500℃下加热约1小时以除去树脂，然后检查增强纤维束(A)的比率和纤维平均数量(N)。结果，没有观察到与比较例1中描述的无序毡的测量结果的差异。