DE112021004165T5 - Verbundmaterial und verfahren zur herstellung von formteilen - Google Patents

Abstract

Verbundmaterial, enthaltend Verstärkungsfasern A und ein Matrixharz, wobei die Verstärkungsfasern A diskontinuierliche Fasern mit einer Faserlänge von mindestens 5 mm sind und Verstärkungsfasern A1 mit einer Bündelbreite von weniger als 0,3 mm und ein Verstärkungsfaserbündel A2 mit einer Faserbreite von 0,3-3.0mm, einschließlich, wobei der Variationskoeffizient CViA2von VfiA235% oder weniger in mindestens einer minimalen Bündelbreitenzone (i=1) und einer maximalen Bündelbreitenzone (i=n) beträgt, wenn das Verstärkungsfaserbündel A2 in eine vorgegebene Vielzahl von Bündelbreitenzonen (Gesamtzahl der Bündelbreitenzonen n≥3) unterteilt ist und das Volumenverhältnis des Verstärkungsfaserbündels A2 in jeder Bündelbreitenzone VfiA2ist. Außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines geformten Gegenstandes, der das Verbundmaterial verwendet.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundmaterial umfassend diskontinuierliche Fasern und ein Matrixharz, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils unter Verwendung desselben, bei dem eine Bündelverteilung von Verstärkungsfasern auf eine gewünschte Verteilung eingestellt wird.
• Hintergrund der Technik
• In den letzten Jahren haben Verbundmaterialien bzw. Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften als Strukturelemente für Automobile und dergleichen an Bedeutung gewonnen.
• In Patentschrift 1 wird ein Verbundmaterial beschrieben, das zwei Arten von Verstärkungsfasern unterschiedlicher Länge und ein thermoplastisches Harz verwendet. Patentschrift 2 beschreibt die Verbesserung des Aussehens des geformten Gegenstands nach dem Formen durch Unterdrückung von Unebenheiten in Form und mechanischen Eigenschaften während des Formens mit einem kleinen Abstand. In Patentschrift 3 wird ein Formteil beschrieben, das sowohl mechanische Eigenschaften als auch Formbarkeit aufweist, indem diskontinuierliche dünne Bündel von Kohlenstofffasern nicht gebogen werden. Patentschrift 4 beschreibt eine Wirrfasermatte, die Verstärkungsfasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 3 bis 100 mm und ein thermoplastisches Harz enthält und ein durchschnittliches Faserbreitenverteilungsverhältnis (Ww/Wn) von 1,00 oder mehr und 2,00 oder weniger aufweist.
• ZITATLISTE
• Patentliteratur
• Patentschrift 1: JPH10 1998-323829
• Patentliteratur 2: WO2016/152563 Faltblatt
• Patentliteratur 3: WO2019/107247 Merkblatt
• Patentliteratur 4: WO2014/021316 Faltblatt
• ZUSAMMENFASSUNG
• Technisches Problem
• Bei dem in der Patentliteratur 1 beschriebenen Verbundmaterial werden jedoch Verstärkungsfasern mit zwei unterschiedlichen Längen (z.B. 25 mm und 3 mm) verwendet, wobei die Faserbündelbreite zu groß ist (z.B. 15 mm breit). Wenn eine Verstärkungsfaser mit einer zu großen Faserbündelbreite verwendet wird, kann nicht nur die Festigkeit des Faserbündels nicht ausreichend gezeigt werden, weil das Längenverhältnis des Faserbündels zu klein ist, sondern es kommt auch zu einer Zerstörung ausgehend vom Harz, weil das Meer von Harz, eine sogenannte Harztasche, zu groß ist. Da die in der Patentliteratur 1 beschriebenen Faserbündelbreiten außerdem alle gleich lang sind, gibt es keine Verteilung der Faserbündelbreiten, und es ist wahrscheinlich, dass zwischen den Faserbündeln Harztaschen entstehen.
• Bei dem in der Patentliteratur 2 beschriebenen Verbundmaterial wird zwar die Ungleichmäßigkeit des Flächengewichts verbessert, die Gleichmäßigkeit der Faserbündelbreite ist jedoch immer noch unzureichend, so dass die Verformbarkeit des Verbundmaterials weiter verbessert werden muss.
• Die in der Patentliteratur 3 beschriebene Erfindung hat eine Bündelbreite von 0,3 bis 3,0 mm, und da die Bündelbreite eine feste Länge ist, gibt es kein Konzept, um jede Bündelbreite einheitlich zu gestalten. Daher ist es erforderlich, die Transportfähigkeit des Verbundmaterials zu verbessern (die Transportfähigkeit des Verbundmaterials nach dem Erhitzen, wenn das Matrixharz ein thermoplastisches Matrixharz ist).
• In der Patentliteratur 4 wird beschrieben, dass die Zufallsmatte ein durchschnittliches Verteilungsverhältnis der Faserbreite (Ww/Wn) von 1,00 oder mehr und 2,00 oder weniger aufweist, was bedeutet, dass die Faserverteilung eine gleichmäßige Spitze hat. Es gibt keinen Standpunkt, der die gleiche Verteilung aufweist, egal wo die Fasern entnommen werden.
• Dementsprechend besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verbundmaterial bereitzustellen, das sowohl höhere mechanische Eigenschaften als auch eine bessere Formbarkeit aufweist und die Formbarkeit während des Formens weiter verbessert.
• Lösung des Problems
• Um die oben genannten Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Mittel zur Verfügung.
• 1. Verbundmaterial umfassend Verstärkungsfasern A und ein Matrixharz, wobei:
• die Verstärkungsfasern A diskontinuierliche Fasern mit einer Faserlänge von 5 mm oder mehr sind;
• die Verstärkungsfasern A umfassen
  • Verstärkungsfasern A1 mit einer Faserbreite von weniger als 0,3 mm; und
  • Verstärkungsfaserbündel A2 mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger,
• wenn die Verstärkungsfaserbündel A2 in eine Vielzahl vorbestimmter Bündelbreitenzonen unterteilt sind (die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen erfüllt n≥3), und wenn der Volumenanteil der Verstärkungsfaserbündel A2 in jeder Bündelbreitenzone Vfi_A2 ist,
ein Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 zumindest in der Zone mit minimaler Bündelbreite (i=1) und der Zone mit maximaler Bündelbreite (i=n) 35 % oder weniger beträgt,
• wobei der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 nach der Formel (a) berechnet wird: $$\begin{array}{l}{\text{Variationskoeffizient CVi}}_{\text{A2}}=100\times {\text{Standardabweichung von Vfi}}_{\text{A2}}/\text{Durchschnitt von}\\ {\text{Vfi}}_{\text{A2}}\end{array}$$
  
• 2. Verbundmaterial gemäß 1 oben, wobei die Variationskoeffizienten CVi_A2 von Vfi_A2 in allen Bündelbreitenzonen (i=1, ... , n) 35 % oder weniger betragen.
• 3. Verbundmaterial gemäß 1 oder 2 oben, wobei der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 35 % oder weniger beträgt, wobei Vf_A1 der Volumenanteil der Verstärkungsfasern A1 ist, wobei der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 nach Formel (b) berechnet wird: $$\begin{array}{l}{\text{Variationskoeffizient CV}}_{\text{A1}}=100\times {\text{Standardabweichung von Vf}}_{\text{A1}}/\text{Durchschnitt von}\\ {\text{Vf}}_{\text{A1}}\end{array}$$
  
• 4. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 3, wobei die Verstärkungsfasern A Kohlenstofffasern sind.
• 5. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 4, wobei das Matrixharz ein thermoplastisches Matrixharz ist.
• 6. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 5, wobei das Matrixharz ein thermoplastisches Matrixharz ist, und ein Rückfederungsbetrag des Verbundmaterials mehr als 1,0 beträgt, wobei der Rückfederungsbetrag ein Verhältnis einer Dicke des Verbundmaterials nach dem Vorwärmen zu einer Dicke des Verbundmaterials vor dem Vorwärmen ist, und ein Variationskoeffizient CVs des Rückfederungsbetrags weniger als 35% beträgt,
wobei der Variationskoeffizient CVs durch die Formel (c) berechnet wird: $$\begin{array}{l}\text{Variationskoeffizient CVs}=100\times \text{Standardabweichung des}\\ \text{Rückfederungsbetrags}/\text{Durchschnitt des Rückfederungsbetrags}\end{array}$$

• 7. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 6, der Verstärkungsfasern B mit einer Faserlänge von weniger als 5 mm umfasst.
• 8. Verfahren zur Herstellung eines Formteils, umfassend Kaltpressen des Verbundmaterials nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 7 zur Herstellung eines Formteils.
• 9. Verbundmaterial nach einem der vorstehenden Punkte 1 bis 7, wobei die Gesamtzahl der Zonen mit Bündelbreite n 9 beträgt, und jede Zone mit Bündelbreite ist wie folgt:

Bündelbreite Zone (i=1)	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm
Bündelbreite Zone (i=2)	0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm
Bündelbreite Zone (i=3)	0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm
Bündelbreite Zone (i=4)	1,2 mm ≤ Bündelbreite < 1,5 mm
Bündelbreite Zone (i=5)	1,5 mm ≤ Bündelbreite < 1,8 mm
Bündelbreite Zone (i=6)	1,8 mm ≤ Bündelbreite < 2,1 mm
Bündelbreite Zone (i=7)	2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm
Bündelbreite Zone (i=8)	2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm
Bündelbreite Zone (i=9)	2,7 mm ≤ Bündelbreite ≤ 3,0 mm.

• 10. Verbundmaterial nach 9, wobei die folgenden Formeln (x), (y) und (z) erfüllt sind, wobei Vfi_A2 der Volumenanteil der Verstärkungsfaserbündel A2 in jeder Bündelbreitenzone ist. $$0\square \text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}<10\%$$
  
  die Formel (y) 0<Vfi_A2 in zwei oder mehr Bündelbreitenzonen von i=2 bis 9 erfüllt ist $$\begin{array}{cc}\text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}& <\text{Vf}{\left(\text{i}=\text{mindestens eine von }2\text{ bis }9\right)}_{\text{A2}}.\end{array}$$
  
• Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
• Da die in dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern eine einheitliche Bündelbreite aufweisen, ist die Drapierbarkeit des Verbundmaterials bei Erwärmung stabil.
• Insbesondere wenn ein thermoplastisches Matrixharz als Harz verwendet wird, wird die Vorformungseigenschaft stabilisiert, wenn das Verbundmaterial auf die Form gelegt wird. Da die Erwärmungszeit verkürzt werden kann, wenn das Verbundmaterial erwärmt wird, kann außerdem die Verringerung des Molekulargewichts im Formteil unterdrückt werden.
• Darüber hinaus ist es bei der Herstellung eines Verbundmaterials möglich, die Verstärkungsfasern gleichmäßig mit dem Matrixharz zu imprägnieren und die Imprägnierzeit zu verkürzen.
• Figurenliste
• beschreibt eine gleichmäßige Verteilung von Faserbündeln, die an einem Punkt mit einer Luftmenge von 80 l/min entnommen wurden.
• beschreibt eine gleichmäßige Verteilung von Faserbündeln, die an einem Punkt mit einer Luftmenge von 120 l/min entnommen wurden.
• beschreibt eine gleichmäßige Verteilung von Faserbündeln, die an einem Punkt mit einer Luftmenge von 160 l/min entnommen wurden.
• beschreibt eine ungleichmäßige Verteilung von Faserbündeln, die an einem Punkt mit einer Luftmenge von 80 l/min entnommen wurden.
• beschreibt eine ungleichmäßige Verteilung von Faserbündeln, die an einem Punkt mit einer Luftmenge von 120 l/min entnommen wurden.
• beschreibt eine ungleichmäßige Verteilung von Faserbündeln, die an einem Punkt mit einer Luftmenge von 160 l/min entnommen wurden.
• 3A ist ein schematisches Diagramm, worin das Verbundmaterial erhitzt und die Drapierfähigkeit bewertet wird.
• 3B ist ein schematisches Diagramm, worin das Verbundmaterial erhitzt und die Drapierfähigkeit bewertet wird.
• 3C ist ein schematisches Diagramm, worin das Verbundmaterial erwärmt und die Drapierfähigkeit bewertet wird.
• 3D ist ein schematisches Diagramm, worin das Verbundmaterial erwärmt und die Drapierfähigkeit bewertet wird.
• ist eine schematische Darstellung der Fasertrennung durch Andrücken gegen eine Aufnahmewalze.
• ist eine schematische Darstellung der Trennung eines Verstärkungsfaserbündels durch ein Scherblattverfahren.
• ist eine schematische Darstellung der Trennung von Verstärkungsfaserbündeln durch ein Bandenverfahren.
• ist eine schematische Darstellung einer Spaltvorrichtung.
• ist eine schematische Darstellung des Schlitzens des Verstärkungsfaserbündels durch Einsetzen und Entfernen der Klinge.
• ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie ein Verbundmaterial nach dem Erhitzen unter seinem eigenen Gewicht durchhängt.
• 10A ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie ein mit einem Loch versehener Formteil gleichzeitig mit dem Guss hergestellt wird.
• 10B ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie ein mit einem Loch versehener Formteil gleichzeitig mit dem Formen hergestellt wird.
• 10C ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie ein mit einem Loch versehener Formteil gleichzeitig mit dem Gießen hergestellt wird.
• 10D ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie ein mit einem Loch versehener Formteil gleichzeitig mit dem Gießen hergestellt wird.
• ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, wie ein mit zwei Löchern versehener Formteil gleichzeitig mit dem Guss hergestellt wird.
• ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie ein mit zwei Löchern versehenes Formteil gleichzeitig mit dem Guss hergestellt wird.
• ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie ein mit zwei Löchern versehener Formteil gleichzeitig mit dem Formen hergestellt wird.
• ist ein Analyseergebnis des in Beispiel 5 erhaltenen Verbundmaterials, bei dem die Faserbündelverteilung teilweise fehlt.
• 12B ist ein Analyseergebnis des in Beispiel 6 erhaltenen Verbundmaterials. Beschreibung der Ausführungsformen
• [Verstärkungsfaser]
• Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Verstärkungsfasern sind nicht besonders begrenzt, sind aber vorzugsweise eine oder mehrere Verstärkungsfasern, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern und Basaltfasern besteht.
• [Kohlefaser]
• Die Verstärkungsfasern der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Kohlenstofffasern. Als Kohlenstofffasern sind Kohlenstofffasern auf der Basis von Polyacrylnitril (PAN), Kohlenstofffasern auf der Basis von Erdöl/Kohlenpech, Kohlenstofffasern auf der Basis von Rayon, Kohlenstofffasern auf der Basis von Zellulose, Kohlenstofffasern auf der Basis von Lignin, Kohlenstofffasern auf der Basis von Phenol und dergleichen allgemein bekannt. Jede dieser Kohlenstofffasern kann in geeigneter Weise in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Unter ihnen, Polyacrylnitril (PAN)-basierte Kohlenstofffasern sind vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung wegen ihrer hervorragenden Zugfestigkeit verwendet.
• [Faserdurchmesser der Kohlefaser]
• Der Faserdurchmesser des Kohlenstofffaser-Monofilaments (im Allgemeinen kann das Monofilament als Filament bezeichnet werden), das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann je nach Art der Kohlenstofffaser angemessen bestimmt werden und ist nicht besonders begrenzt. Der durchschnittliche Faserdurchmesser liegt im Allgemeinen vorzugsweise im Bereich von 3 µm bis 50 µm, weiter vorzugsweise im Bereich von 4 µm bis 12 µm, noch weiter vorzugsweise im Bereich von 5 µm bis 8 µm. Wenn die Kohlenstofffaser in Form eines Faserbündels vorliegt, bezieht sich der Begriff „Faserdurchmesser“ nicht auf den Durchmesser des Faserbündels, sondern auf den Durchmesser der Kohlenstofffaser (Monofilament), die das Faserbündel bildet. Der durchschnittliche Faserdurchmesser von Kohlenstofffasern kann z.B. nach der in JIS R-7607:2000 beschriebenen Methode gemessen werden.
• [Schlichtemittel]
• Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Verstärkungsfaser kann an ihrer Oberfläche mit einem Schlichtemittel bzw. Leimungsmittel (Englisch: „sizing agent“) versehen sein. Wenn Verstärkungsfasern verwendet werden, an die ein Schlichtemittel gebunden ist, kann die Art des Schlichtemittels entsprechend den Typen der Verstärkungsfasern und des Matrixharzes ausgewählt werden und ist nicht besonders begrenzt.
• [Verstärkungsfaser A]
• [Gewichtsmittlere Faserlänge der Verstärkungsfaser A]
• Die Verstärkungsfasern A sind diskontinuierliche Fasern mit einer Faserlänge von 5 mm oder mehr. Die gewichtsmittlere Faserlänge der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Verstärkungsfasern A ist nicht besonders begrenzt, aber die gewichtsmittlere Faserlänge beträgt vorzugsweise 5 mm oder mehr und 100 mm oder weniger. Die gewichtsmittlere Faserlänge der Verstärkungsfasern A beträgt vorzugsweise 5 mm oder mehr und 80 mm oder weniger, und weiter vorzugsweise 10 mm oder mehr und 60 mm oder weniger. Wenn die gewichtsgemittelte Faserlänge der Verstärkungsfasern A 100 mm oder weniger beträgt, wird die Fließfähigkeit des Verbundmaterials verbessert, und eine gewünschte Form des Formteils kann beim Pressformen leicht erreicht werden. Andererseits wird die mechanische Festigkeit des Verbundmaterials tendenziell verbessert, wenn die gewichtsmittlere Faserlänge 5 mm oder mehr beträgt.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Verstärkungsfasern A mit unterschiedlichen Faserlängen zusammen verwendet werden. Mit anderen Worten, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Verstärkungsfasern können einen einzigen Peak in der gewichtsmittleren Faserlänge oder eine Vielzahl von Peaks aufweisen.
• Die durchschnittliche Faserlänge der Verstärkungsfaser A kann z. B. durch Messen der Faserlänge von 100 zufällig aus dem Verbundmaterial entnommenen Fasern in Einheiten von 1 mm mit einem Messschieber und Berechnung der folgenden Formel (1) ermittelt werden. Die durchschnittliche Faserlänge wird als gewichtsmittlere Faserlänge (Lw) gemessen.
• Die zahlenmittlere Faserlänge (Ln) und die gewichtsmittlere Faserlänge (Lw) werden durch die folgenden Formeln (1) und (2) bestimmt, wobei Li die Faserlänge jeder Verstärkungsfaser und j die Anzahl der gemessenen Fasern ist. $$\text{Ln}={\displaystyle \sum \text{Li}/}\text{j}$$

  

  $$\text{Lw}=\left({\displaystyle \sum {\text{Li}}^2}\right)/\left({\displaystyle \sum \text{Li}}\right)$$

  
• Wenn die Faserlänge konstant ist, sind die zahlenmäßige durchschnittliche Faserlänge und die gewichtsmäßige durchschnittliche Faserlänge identisch.
• Die Extraktion der Verstärkungsfasern aus einem Verbundmaterial kann beispielsweise durch eine Wärmebehandlung des Verbundmaterials bei 500 °C für etwa 1 Stunde und durch Entfernen des Harzes in einem Ofen erfolgen.
• [Volumenanteil der im Verbundmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern]
• 1. Insgesamt
• Es gibt keine besondere Beschränkung für den Volumenanteil der Verstärkungsfasern (im Folgenden in dieser Spezifikation manchmal als „Vf_total“ bezeichnet), der in dem durch die folgende Formel (3) definierten Verbundmaterial enthalten ist, aber der Volumenanteil der Verstärkungsfasern (Vf_total) beträgt vorzugsweise 10 bis 60 Vol.-%, noch bevorzugter 20 bis 50 Vol. $$\begin{array}{l}\text{Volumenteil der Verstärkungsfasern }\left({\text{Vf}}_{\text{total}}\right)=100\times \text{Volumen der}\\ \text{Verstärkungsfasern}/\left(\text{Volumen der Verstärkungsfasern}+\text{Volumen der Harzmatrix}\right)\end{array}$$

  
• Wenn der Volumenanteil der Verstärkungsfasern (Vf_total) im Verbundmaterial 10 Volumenprozent oder mehr beträgt, werden die gewünschten mechanischen Eigenschaften wahrscheinlich erreicht. Wenn andererseits der Volumenanteil der Verstärkungsfasern (Vf_total) im Verbundmaterial 60 Vol.-% nicht übersteigt, ist die Fließfähigkeit bei der Verwendung für das Pressformen oder ähnliches gut, und die gewünschte Form des Artikels bzw. Körpers kann leicht erreicht werden.
• Der Gesamtvolumenanteil der Verstärkungsfasern (Vf_total), der im Verbundmaterial (oder Formteil) enthalten ist, ist der Gesamtwert der Volumenanteile der Verstärkungsfasern A (Verstärkungsfaser A1, Verstärkungsfaserbündel A2, Verstärkungsfaserbündel A3) und der Verstärkungsfasern B und dergleichen. Vf_total ist der Volumenanteil der Gesamtmenge der im Verbundmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern.
• 2. Jede Volumenfraktion
• Die Volumenanteile der Verstärkungsfasern A1, des Verstärkungsfaserbündels A2 (die Gesamtmenge der Verstärkungsfasern A2, die sich aus der Summe der einzelnen Bündelbreiten ergibt) und des Verstärkungsfaserbündels A3, die im Verbundmaterial enthalten sind, werden durch die Formeln (3-1), (3-2) bzw. (3-3) definiert. Das „Volumen der Verstärkungsfasern“ im Nenner bedeutet das Volumen aller im Verbundmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern. $$\begin{array}{l}\text{Volumenteil der Verstärkungsfasern }\left({\text{Vf}}_{\text{A1}}\right)\\ =100\times \text{Volumen der Verstärkungsfasern A1}/(\text{Volumen der Verstärkungsfasern}+\\ \text{Volumen des Matrixharzes})\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{Volumenteil der Verstärkungsfasern }\left({\text{VfA2}}_{\left(\text{total}\right)}\right)\\ =100\times \text{Volumen der Verstärkungsfasern A2}/(\text{Volumen der}\\ \text{Verstärkungsfasern}+\text{Volumen des Matrixharzes})\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{Volumenteil der Verstärkungsfasern }\left({\text{Vf}}_{\text{A3}}\right)\\ =100\times \text{Volumen der Verstärkungsfasern A3}/(\text{Volumen der}\\ \text{Verstärkungsfasern}+\text{Volumen des Matrixharzes})\end{array}$$

  
• [Volumenanteil des Verstärkungsfaserbündels A2 im Bereich der Bündelbreite (i=k)]
• Der Volumenanteil (Vf(i=k)_A2) des Verstärkungsfaserbündels A2 im Bereich der Bündelbreite (i=k) ergibt sich aus der Formel (3-4). $$\begin{array}{l}\text{Volumenteil der Verstärkungsfasern }\left(\text{Vf}{\left(\text{i}=\text{k}\right)}_{\text{A2}}\right)=100\times \text{Volumen des }\\ \text{Verstärkungsfaserbündels A2 im Bereich der Bündelbreite }\left(\text{i}=\text{k}\right)/(\text{Volumen der}\\ \text{Verstärkungsfasern}+\text{Volumen des Matrixharzes})\end{array}$$

  
• Da es üblich ist, das Gewicht bei der Messung zu messen, kann der Volumenanteil des Verstärkungsfaserbündels A2 (Vf(i=k)_A2) mit Hilfe der Dichte der Verstärkungsfaser (ρ_cf) nach Formel (3-5) bestimmt werden. $$\begin{array}{l}\text{Vf}{\left(\text{i}=\text{k}\right)}_{\text{A2}}=\text{Volumenteil der Verstärkungsfasern }\left({\text{Vf}}_{\text{gesamt}}\right)\times (\text{Gesamtgewicht des}\\ \text{Verstärkungsfaserbündels A2 im Bereich der Bündelbreite }\left(\text{i}=\text{k}\right)/{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}})\times 100/(\text{Gewicht aller}\\ \text{Verstärkungsfasern}/{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}})\end{array}$$

  
• [Verstärkungsfaser A1]
• Die Verstärkungsfasern A umfassen Verstärkungsfasern A1 mit einer Bündelbreite von weniger als 0,3 mm.
• Die Verstärkungsfasern A1 haben eine Faserbreite von weniger als 0,3 mm und weisen daher ein großes Längenverhältnis auf. Wenn die Verstärkungsfasern A1 enthalten sind, werden die mechanischen Eigenschaften verbessert, und das Verbundmaterial lässt sich leicht dehnen, wenn das Verbundmaterial geschmolzen wird, so dass es sich leichter in eine Form vorformen lässt. Daher enthalten die Verstärkungsfasern A vorzugsweise eine kleine Menge an Verstärkungsfasern A1.
• [Anteil der Verstärkungsfaser A1]
• Der Volumenanteil (Vf_A1) der Verstärkungsfasern A1 beträgt vorzugsweise mehr als 0 Vol% und 50 Vol% oder weniger, noch bevorzugter 1 Vol% oder mehr und 30 Vol% oder weniger, noch bevorzugter 1 Vol% oder mehr und 20 Vol% oder weniger, noch weiter bevorzugt 1 Vol%. % oder mehr und 15 Vol% oder weniger.
• [Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1]
• Wenn der Volumenanteil der Verstärkungsfasern A1 Vf_A1 ist, beträgt der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 vorzugsweise 35 % oder weniger.
• Der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 wird nach der Formel (b) berechnet. $$\begin{array}{l}{\text{Variationskoeffizient CV}}_{\text{A1}}=100\times {\text{Standardabweichung von Vf}}_{\text{A1}}/\text{Durchschnitt von}\\ {\text{Vf}}_{\text{A1}}\end{array}$$

  
• Zu diesem Zeitpunkt ist es besser, das Verbundmaterial in 100 mm × 100 mm große Raster zu unterteilen, 10 Proben zu entnehmen, Vf_A1 jeder Probe zu messen und den Variationskoeffizienten zu berechnen.
• Bei der Messung eines Verbundmaterials wird vorzugsweise in einem Raster von 100 mm × 100 mm gemessen, aber die Größe des Verbundmaterials oder des Formteils kann klein sein, und es kann nur eine Probe von einem Verbundmaterial oder Formteil entnommen werden, selbst wenn die Probenahme in einem Raster von 100 mm × 100 mm versucht wird. In diesem Fall können 10 Verbundmateriale oder Formteile hergestellt werden, von jedem dieser 10 Formteile kann eine Probe entnommen werden, und der Variationskoeffizient von 10 Proben (10 Stück) kann berechnet werden. Wenn ein Verbundmaterial oder ein Formteil einen ebenen Körper mit einer Abmessung von 1000 mm × 100 mm hat, wird der Variationskoeffizient durch Unterteilung des ebenen Körpers in 10 Proben ermittelt und durch den Variationskoeffizienten der an 10 Stellen gemessenen Werte definiert.
• Wenn der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 35 % oder weniger beträgt, wird die Durchbiegung bei der Erwärmung des Verbundmaterials zu einer gleichmäßigen geraden Linie, wie z. B. in 3A gezeigt. Wenn also der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 35 % oder weniger beträgt, wird die geformte Form stabilisiert und die Produktionseffizienz verbessert. Wenn andererseits der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 35 % übersteigt, wie in den , und gezeigt, wird der Durchhang bei Erwärmung des Verbundmaterials ungleichmäßig. Die Methode zur Bewertung der Drapierungseigenschaften wird später beschrieben.
• Der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 beträgt vorzugsweise 30 % oder weniger, noch bevorzugter 25 % oder weniger, noch bevorzugter 20 % oder weniger, und noch bevorzugter 15 % oder weniger.
• [Verstärkungsfaserbündel A2]
• Die Verstärkungsfasern A der vorliegenden Erfindung umfassen Verstärkungsfaserbündel A2 mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger. Verstärkungsfasern A mit einer Faserbündelbreite von weniger als 0,3 mm oder mit einer Faserbündelbreite von mehr als 3,0 mm sind Verstärkungsfasern A, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine Verstärkungsfaserbündel A2 sind.
• [Bündelbreite Zone des Verstärkungsfaserbündels A2]
• Wenn das Verstärkungsfaserbündel A2 in eine Vielzahl vorbestimmter Bündelbreitenzonen unterteilt ist (die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen erfüllt n□3) und der Volumenanteil des Verstärkungsfaserbündels A2 in jeder Bündelbreitenzone Vfi_A2 ist, beträgt der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 zumindest in der minimalen Bündelbreitenzone (i=1) und in der maximalen Bündelbreitenzone (i=n) 35% oder weniger.
• Die Zone der Bündelbreite bezieht sich auf die Zonen, die sich ergeben, wenn eine Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger durch die Faserbreite geteilt wird, so dass die Gesamtzahl n mindestens 3 oder mehr beträgt.
• Die mehreren Zonen mit vorbestimmter Bündelbreite beziehen sich auf jede Zone auf der horizontalen Achse, die z. B. in 1A eingezeichnet ist. In 1A ist das Kohlenstofffaserbündel A2 mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger in neun Zonen unterteilt, i=1 ist eine Zone mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und weniger als 0,6 mm, und i=9 ist eine Zone mit einer Bündelbreite von 2,7 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger.
• In dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial liegt die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen vorzugsweise im Bereich von 3 oder mehr und 18 oder weniger. Das heißt, wenn die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen 3 beträgt, wird die Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3 mm oder weniger in drei Bündelbreitenzonen von jeweils 0,9 mm unterteilt. Wenn die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen 18 beträgt, wird eine Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3 mm oder weniger in 18 Bündelbreitenzonen von je 0,15 mm unterteilt.
• Liegt die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen in diesem Bereich, kann die Verteilungskurve des Volumenanteils des Verstärkungsfaserbündels A2 in jeder oben beschriebenen Bündelbreitenzone eindeutig bestimmt werden.
• Die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen kann 3 oder mehr betragen. Insbesondere, wenn die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen 9 beträgt, ist es möglich, in 9 Bündelbreitenzonen zu unterteilen, und der Bereich jeder Bündelbreitenzone wird klarer, die Gesamtneigung kann eindeutig bestimmt werden, und die Umsetzung der vorliegenden Erfindung wird erleichtert.
• Wenn die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen 9 beträgt, ist jede Bündelbreitenzone wie folgt:
  

  Bündelbreite Zone (i= 1)	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm
  Bündelbreite Zone (i=2)	0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm
  Bündelbreite Zone (i=3)	0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm
  Bündelbreite Zone (i=4)	1,2 mm ≤ Bündelbreite < 1,5 mm
  Bündelbreite Zone (i=5)	1,5 mm ≤ Bündelbreite < 1,8 mm
  Bündelbreite Zone (i=6)	1,8 mm ≤ Bündelbreite < 2,1 mm
  Bündelbreite Zone (i=7)	2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm
  Bündelbreite Zone (i=8)	2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm
  Bündelbreite Zone (i=9)	2,7 mm ≤ Bündelbreite ≤ 3,0 mm

  Die Zone mit der geringsten Bündelbreite (i=1) ist eine Zone mit der kleinsten Bündelbreite unter den unterteilten Zonen mit Bündelbreite, z. B. eine Zone mit einer Bündelbreite (i=1) von 0,3 mm oder mehr und weniger als 0,6 mm in 1A.
• Umgekehrt ist die Zone mit der maximalen Bündelbreite (i=n) die Zone mit der maximalen Bündelbreite unter den unterteilten Zonen mit Bündelbreite, z. B. eine Zone mit Bündelbreite (i=9) von 2,7 mm oder mehr und 3,0 mm in 1A.
• [Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 in jeder Bündelbreitenzone]
• Der Variationskoeffizient CVi_A2 des Volumenanteils Vfi_A2 der Verstärkungsfaserbündel A2 in jeder Bündelbreitzone wird nach der Formel (a) berechnet. $$\begin{array}{l}{\text{Variationskoeffizient CVi}}_{\text{A2}}=100\times {\text{Standardabweichung von Vfi}}_{\text{A2}}/\text{Durchschnitt}\\ {\text{von Vfi}}_{\text{A2}}\end{array}$$

  
• Vorzugsweise wird das Verbundmaterial in einem Raster von 100 mm × 100 mm unterteilt und jedes Vfi_A2 gemessen. Hat ein Verbundmaterial beispielsweise einen ebenen Körper mit einer Abmessung von 1000 mm × 100 mm, so wird der Variationskoeffizient durch den Variationskoeffizienten definiert, den man erhält, wenn man den ebenen Körper in 10 Proben unterteilt und an 10 Stellen misst. Bei der Messung eines Verbundmaterials wird vorzugsweise in einem Abstand von 100 mm × 100 mm gemessen, aber die Größe des Verbundmaterials oder des Formteils kann klein sein, und es kann nur eine Probe von einem Verbundmaterial oder Formteil entnommen werden, selbst wenn die Probenahme in einem Abstand von 100 mm × 100 mm versucht wird. In diesem Fall können 10 Verbundmaterialien oder Formteile hergestellt werden, von jedem dieser 10 Formteile wird eine Probe entnommen, und der Variationskoeffizient von 10 Proben (10 Stück) wird berechnet.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 zumindest in der Zone der minimalen Bündelbreite (i=1) und der Zone der maximalen Bündelbreite (i=n) 35 % oder weniger.
• Im Allgemeinen wird beim Aufweiten eines Faserbündels eine Flüssigkeit durch das Bündel geleitet oder die Spannung kontrolliert, um das Bündel auf eine gewünschte Breite (z. B. eine gleichmäßige Bündelbreite) aufzuweiten. Wenn in der Vergangenheit die Verstärkungsfasern nach dem Aufweiten mit einem Rotationsschneider geschnitten wurden, bestand das Problem, dass sich die Verstärkungsfasern in der Schneidevorrichtung oder der Walze verfangen haben (daran klebten und nicht entfernt werden konnten). Wenn ein Luftstrom zum Ablösen der verfangenen Verstärkungsfasern verwendet wird, ist der Luftstrom in TD-Richtung oder im Laufe der Zeit nicht konstant, und insbesondere der Wert des Variationskoeffizienten CV1_A2 wird im Bereich der minimalen Bündelbreite (i=1) und im Bereich der maximalen Bündelbreite (i=n) groß.
• Beispielsweise beschreiben die bis eine Faserbündelverteilung in einem Bereich von 0,3 mm bis 3,0 mm Bündelbreite, wenn ein Luftstrom verwendet wird, so dass sich die Verstärkungsfasern beim Schneiden der Verstärkungsfasern mit einem Rotationsschneider nach dem Aufweiten des Verstärkungsfaserbündels nicht in der Schneidevorrichtung oder der Walze verfangen und die verfangenen Verstärkungsfasern entfernt werden. In den bis wurden Proben an Stellen mit einem Luftvolumen von 80 l/min, 120 l/min bzw. 160 l/min entnommen. Wie in den bis zu sehen ist, führt das Fehlen jeglicher Kontrolle zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Faserbündel (mit anderen Worten: der Variationskoeffizient in einem bestimmten Bereich der Bündelbreite ist groß).
• Es ist zu beachten, dass die Bündelverteilung einen Spitzenwert aufweisen kann oder dass die Bündelverteilung breit sein kann und dass die Form der Bündelverteilung nicht besonders begrenzt ist. Allerdings bedeutet „gleichmäßig“ hier, dass die Verteilungsform unabhängig vom Ort der Probenahme gleichmäßig ist.
• Bei dem Verbundmaterial der vorliegenden Anwendung beträgt der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 vorzugsweise 35 % oder weniger in allen Zonen der Bündelbreite (i=1, ... , n). Wenn die Verstärkungsfaserbündel A2 in allen Zonen der Bündelbreite einheitlich gestaltet werden, kann die Drapierbarkeit während des Formens weiter verbessert werden.
• Der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 beträgt vorzugsweise 30 % oder weniger, besonders bevorzugt 25 % oder weniger, in allen Zonen der Bündelbreite (i=1, ... , n).
• [Mittlere Bündelbreite W_A2 des Verstärkungsfaserbündels A2]
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die durchschnittliche Bündelbreite W_A2 der Verstärkungsfaserbündel A2 nicht besonders begrenzt, beträgt aber vorzugsweise 1,0 mm oder mehr und 2,5 mm oder weniger. Die durchschnittliche Bündelbreite W_A2 ist der Durchschnitt derjenigen mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger.
• Die untere Grenze der durchschnittlichen Bündelbreite W_A2 beträgt vorzugsweise 1,8 mm oder mehr.
• Die Obergrenze der durchschnittlichen Bündelbreite W_A2 ist vorzugsweise kleiner als 2,5 mm, noch bevorzugter kleiner als 2,3 mm und noch bevorzugter 2,1 mm oder weniger.
• Wenn die durchschnittliche Bündelbreite W_A2 weniger als 2,5 mm beträgt, wird das Seitenverhältnis der Kohlenstofffaserbündel groß, und die hohe Festigkeit der Kohlenstofffaserbündel kann im Verbundmaterial ausreichend zum Tragen kommen.
• Andererseits ist die untere Grenze der durchschnittlichen Bündelbreite W_A2 vorzugsweise 1,0 mm oder mehr. Wenn die Dicke 1,0 mm oder mehr beträgt, wird die Imprägnierfähigkeit verbessert, ohne dass das Aggregat der Verstärkungsfasern übermäßig verdichtet wird.
• [Bevorzugte Verteilungsform der Bündelbreitenzone]
• Wenn die Verstärkungsfaserbündel A2 in Bündelbreitenzonen (i=1 bis 9) unterteilt sind, ist es vorzuziehen, dass das Verbundmaterial die folgenden Formeln (x), (y) und (z) erfüllt, in denen der Volumenanteil des Verstärkungsfaserbündels A2 in jeder Bündelbreitenzone Vfi_A2 ist: $$0\square \text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}<10\%$$

  

  $$\begin{array}{l}0<{\text{Vfi}}_{\text{A2}}\text{ ist in zwei oder mehr Bündelbreitenzonen von i}=2\text{ bis }9\\ \text{erfüllt}\end{array}$$

  

  $$\text{Vf }{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}<\text{Vf }{\left(\text{i}=\text{mindestens eine von }2\text{ bis 9}\right)}_{\text{A2}}$$

  
• Im Folgenden werden die Bündelbreitenzonen beschrieben:

  Bündelbreite Zone (i=1)	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm
  Bündelbreite Zone (i=2)	0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm
  Bündelbreite Zone (i=3)	0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm
  Bündelbreite Zone (i=4)	1,2 mm ≤ Bündelbreite < 1,5 mm
  Bündelbreite Zone (i=5)	1,5 mm ≤ Bündelbreite < 1,8 mm
  Bündelbreite Zone (i=6)	1,8 mm ≤ Bündelbreite < 2,1 mm
  Bündelbreite Zone (i=7)	2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm
  Bündelbreite Zone (i=8)	2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm
  Bündelbreite Zone (i=9)	2,7 mm ≤ Bündelbreite ≤ 3,0 mm

• In Formel (x) ist vorzugsweise 0□Vf(i=1)_A2 <5% erfüllt.
• In Formel (y) ist vorzugsweise 0<Vfi_A2 in drei oder mehr Bündelbreitenzonen von i=2 bis 9 erfüllt, noch bevorzugter ist 0<Vfi_A2 in vier oder mehr Bündelbreitenzonen erfüllt, noch weiter bevorzugt ist 0<Vfi_A2 in 5 oder mehr Bündelbreitenzonen erfüllt.
• Es ist bevorzugt, zusätzlich zur Formel (z) mindestens eine der folgenden Formeln (z2), (z3), (z4), (z5), (z6) und (z7) zu erfüllen. Noch bevorzugter ist es, die folgenden Formeln (z2) und (z3) zu erfüllen, noch weiter bevorzugt, die folgenden Formeln (z4) und (z5) zu erfüllen, und am meisten bevorzugt, die folgenden Formeln (z6) und (z7) zu erfüllen. $$\begin{array}{l}\text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=2\right)}_{\text{A2}}<\text{Vf}{\left(\text{i}=3\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=4\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=5\right)}_{\text{A2}}\\ +\text{Vf}{\left(\text{i}=6\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=7\right)}_{\text{A2}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{Vf}{\left(\text{i}=8\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=9\right)}_{\text{A2}}<\text{Vf}{\left(\text{i}=3\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=4\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=5\right)}_{\text{A2}}\\ +\text{Vf}{\left(\text{i}=6\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=7\right)}_{\text{A2}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{5}\times \left(\text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=2\right)}_{\text{A2}}\right)<\text{Vf}{\left(\text{i}=3\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=4\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=5\right)}_{\text{A2}}\\ +\text{Vf}{\left(\text{i}=6\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=7\right)}_{\text{A2}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{5}\times \left(\text{Vf}{\left(\text{i}=8\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=9\right)}_{\text{A2}}\right)<\text{Vf}{\left(\text{i}=3\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=4\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=5\right)}_{\text{A2}}\\ +\text{Vf}{\left(\text{i}=6\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=7\right)}_{\text{A2}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}10\times \left(\text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=2\right)}_{\text{A2}}\right)<\text{Vf}{\left(\text{i}=3\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=4\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=5\right)}_{\text{A2}}\\ +\text{Vf}{\left(\text{i}=6\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=7\right)}_{\text{A2}}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}10\times \left(\text{Vf}{\left(\text{i}=8\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=9\right)}_{\text{A2}}\right)<\text{Vf}{\left(\text{i}=3\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=4\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=5\right)}_{\text{A2}}\\ +\text{Vf}{\left(\text{i}=6\right)}_{\text{A2}}+\text{Vf}{\left(\text{i}=7\right)}_{\text{A2}}\end{array}$$

  
• [Bevorzugte Verteilungsform der Bündelbreitenzone: Wirkung]
• Die Auswirkungen der Erfüllung der oben genannten Formeln (x), (y) und (z) werden im Folgenden beschrieben.
• (Effekt 1)
• Wenn die obigen Formeln (x), (y) und (z) erfüllt sind, bedeutet dies, dass die Anzahl der Verstärkungsfaserbündel A2 in der Zone (i=1) geringer ist als in den anderen Zonen (i=2 bis 9). Mit anderen Worten, die Verteilung der Faserbündel ist in der Zone (i=1) nicht vorhanden. Daher wird die Drapierbarkeit nach dem Vorwärmen beim Formen des Verbundmaterials stabilisiert. Unter guter Drapierbarkeit versteht man einen Zustand, in dem sowohl eine mäßige Flexibilität als auch eine leichte Tragbarkeit erreicht wird, wenn das Verbundmaterial erwärmt wird.
• Mit zunehmender Bündelbreite wird der Verbundstoff weicher und flexibler, aber weniger tragbar. Umgekehrt wird der Verbundmaterial mit abnehmender Bündelbreite steifer und weniger flexibel, aber besser tragbar.
• Im Falle des Verbundmaterials, der die obigen Formeln (x), (y) und (z) erfüllt, ist die Anzahl der Faserbündel in der Zone der Bündelbreite (i=1) geringer als die der anderen, und die Faserbündelbreiten sind nicht breit verteilt. Da ein Teil des Faserbündels fehlt, ist es einfach, die Bündelbreite zu vereinheitlichen. Dadurch wird die Breite des Faserbündels konstant und die Drapierungseigenschaften werden stabilisiert.
• Wenn die Verformungseigenschaften auf diese Weise stabilisiert werden, wird die Vorformungseigenschaft des Verbundmaterials mit einem thermoplastischen Matrixharz zum Zeitpunkt des Auflegens des Verbundmaterials auf die Form stabilisiert.
• (Effekt 2)
• Es erleichtert die Bewertung der Bündelverteilung bei der Herstellung von Verbundmaterialien. Bei der kontinuierlichen Herstellung von Verbundmaterialien ist es schwierig, die Bündelverteilung aller Verbundmaterialien zu messen. Durch die Messung der Schütthöhe der abgelagerten Verstärkungsfasern kann die Bündelverteilung leicht aus der Schütthöhe vorhergesagt werden. Die Schütthöhe einer Verstärkungsfasermatte, in die Verstärkungsfaserbündel, die ein Material zur Herstellung eines Verbundmaterials sind, eingebracht werden, hängt von der Anzahl der Faserbündel ab. Mit anderen Worten: Um die Schütthöhe der Verstärkungsfasermatte zu stabilisieren, ist es besser, die Anzahl der Faserbündel zu stabilisieren.
• Wenn die obigen Formeln (x), (y) und (z) erfüllt sind und die Anzahl der Verstärkungsfaserbündel A2 in der Zone (i=1) kleiner ist als in den anderen Zonen (i=2 bis 9), wird die Bündelbreitenverteilung eng und die Anzahl der Faserbündel kann stabilisiert werden.
• Wenn die Schütthöhe während der kontinuierlichen Produktion gemessen wird und sich die Schütthöhe im Laufe der Zeit ändert, bedeutet dies, dass eine Ungleichmäßigkeit in der Bündelverteilung aufgetreten ist. Daher kann die Ungleichmäßigkeit der Bündelverteilung einfach durch die Messung der Schütthöhe bewertet werden, ohne die Bündelverteilung einzeln zu messen. Mit Blick auf diesen Punkt kann die vorliegende Erfindung auch als Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungsfaserdepots bezeichnet werden, das als Ausgangsmaterial für das folgende Verbundmaterial dient.
• (Bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsfaserablagerung)
• Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsfaserablagerung, die die folgenden Formeln (x), (y) und (z) erfüllt, in denen das Verstärkungsfaserbündel A2 in Bündelbreitenzonen (i=1 bis 9) unterteilt ist und der Volumenanteil des Verstärkungsfaserbündels A2 in jeder Bündelbreitenzone Vfi_A2 ist. $$0\square \text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A2}}<10\%$$

  

  $$\begin{array}{l}0<{\text{Vfi}}_{\text{A2}}\text{ ist in zwei oder mehr Bündelbreitenzonen von i}=2\text{ bis }9\\ \text{erfüllt}\end{array}$$

  

  $$\text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A}2}<\text{Vf}{\left(\text{i}=\text{mindestens eine von }2\text{ bis }9\right)}_{\text{A}2}$$

  
• [Mittlere Dicke T_A2 des Verstärkungsfaserbündels A2]
• Bei der vorliegenden Erfindung ist die durchschnittliche Dicke T_A2 der Verstärkungsfaserbündel A2 vorzugsweise weniger als 100 µm, noch bevorzugter weniger als 80 µm, noch bevorzugter weniger als 70 µm und noch bevorzugter weniger als 60 µm. Wenn die durchschnittliche Dicke T_A2 der Verstärkungsfaserbündel A2 weniger als 100 µm beträgt, wird die für die Imprägnierung der Verstärkungsfaserbündel mit dem Matrixharz erforderliche Zeit verkürzt, und die Imprägnierung verläuft effizient.
• Die untere Grenze der durchschnittlichen Dicke T_A2 der Verstärkungsfaserbündel A2 beträgt vorzugsweise 20 µm oder mehr. Wenn die durchschnittliche Dicke T_A2 des Verstärkungsfaserbündels A2 20 µm oder mehr beträgt, kann die Steifigkeit des Verstärkungsfaserbündels A2 ausreichend gesichert werden.
• Die untere Grenze der durchschnittlichen Dicke T_A2 der Verstärkungsfaserbündel A2 liegt vorzugsweise bei 30 µm oder mehr, noch besser bei 40 µm oder mehr.
• [Anteil des Verstärkungsfaserbündels A2]
• Der Faservolumenanteil (Vf_A2(total)) des Verstärkungsfaserbündels A2 beträgt vorzugsweise 10 Vol% oder mehr und 90 Vol% oder weniger, vorzugsweise 15 Vol% oder mehr bis 70 Vol% und noch bevorzugter 15 Vol% oder mehr bis 50 Vol% und besonders bevorzugt 15 Vol% oder mehr bis 30 Vol%.
• [Verstärkungsfaserbündel A3]
• Als Verstärkungsfasern A können neben den Verstärkungsfaserbündeln A2 und den Verstärkungsfasern A1 auch Verstärkungsfaserbündel A3 mit einer Bündelbreite von mehr als 3,0 mm enthalten sein. Der Faservolumenanteil (Vf_A3) des Verstärkungsfaserbündels A3 beträgt vorzugsweise 15 Vol% oder weniger. Obwohl es kaum ein Problem darstellt, wenn das Verstärkungsfaserbündel A3 mit den Verstärkungsfasern A zu 10 Vol% oder weniger gemischt wird, beträgt er vorzugsweise 5 Vol% oder weniger, und noch bevorzugter 3 Vol% oder weniger.
• Wie in der Druckschrift WO 2017/159264 beschrieben, kommt es bei einem zusammenhängenden Bündelaggregat, bei dem die Verstärkungsfaserbündel überhaupt nicht getrennt sind, zu einer Zunahme von Harztaschen um das zusammenhängende Bündelaggregat, die zum Ausgangspunkt für die Zerstörung des Verbundmaterials (Formteil) werden. Wenn zudem der nicht imprägnierte Teil auf der Oberfläche hervorsteht, wird das Aussehen extrem beeinträchtigt. Obwohl die Imprägnierung bei Verwendung einer duroplastischen Matrix einfach ist, wird dieses Problem bei Verwendung eines thermoplastischen Matrixharzes erheblich.
• Darüber hinaus gibt es in den Erfindungen, die in den Druckschriften WO 2017/159264 oder WO 2019/194090 beschrieben sind, einen nicht trennenden Behandlungsabschnitt (Englisch: „non-separation treatment section“), wenn das verstärkende Faserbündel aufgespalten wird, und die Erfindungen umfassen ein riesiges Faserbündel, das als „verbundenes Bündelaggregat“ bezeichnet wird und durch die nicht trennenden Behandlungsabschnitte (nicht getrennte Teile) verursacht wird. Aus diesem Grund wird das zusammengefügte Bündelaggregat selbst zur Ursache von Fehlern. Wenn eine thermoplastische Matrix verwendet wird, bewegen sich die Verstärkungsfasern und das thermoplastische Matrixharz während des Imprägniervorgangs übermäßig in der Ebene des Verbundmaterials, was zu einer Ungleichmäßigkeit des Volumenanteils der Verstärkungsfasern und der Faserorientierung des Verbundmaterials führt.
• [Messung des Faserbündels]
• Wie später noch beschrieben wird, wird das „Faserbündel“ als ein verstärkendes Faserbündel erkannt, das mit einer Pinzette entnommen werden kann. Darüber hinaus kann das Faserbündel unabhängig von der Position, in der die Pinzette eingreift, als Bündel entnommen werden, wenn die Fasern entnommen werden. Daher kann das Faserbündel klar definiert werden. Es ist möglich zu bestätigen, wo mehrere Fasern gruppiert sind und wie die Fasern im Aggregat der Verstärkungsfasern abgelagert sind, indem das Aggregat der Verstärkungsfasern nicht nur aus der Richtung seiner Längsseite der Faserproben, sondern auch aus verschiedenen Richtungen und Winkeln beobachtet wird, um die Faserproben für die Analyse zu sammeln, und es ist möglich, objektiv und eindeutig zu bestimmen, welches Faserbündel als eine Gruppe fungiert. Wenn sich beispielsweise Fasern überlappen, kann festgestellt werden, dass es sich um zwei Faserbündel handelt, wenn die Fasern, die am Kreuzungspunkt in unterschiedliche Richtungen weisen, nicht miteinander verschlungen sind.
• Die Breite und Dicke jedes Verstärkungsfaserbündels wird durch die Betrachtung von drei Geraden (x-Achse, y-Achse und z-Achse) bestimmt, die orthogonal zueinander stehen. Die Längsrichtung eines jeden Verstärkungsfaserbündels wird als x-Achse festgelegt. Der längere der beiden Maximalwerte y_max der Länge in Richtung der y-Achse und z_max der Länge in Richtung der z-Achse, die senkrecht dazu verläuft, wird als Breite und der kürzere Wert als Dicke angenommen. Wenn y_max gleich z_max ist, kann y_max als Breite und z_max als Dicke festgelegt werden.
• Dann wird der Durchschnitt der Breiten der einzelnen Verstärkungsfaserbündel, die durch die oben beschriebene Methode erhalten wurden, als durchschnittliche Bündelbreite der Verstärkungsfaserbündel festgelegt.
• [Verstärkungsfaser B]
• Der Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung kann Verstärkungsfasern B mit einer Faserlänge von weniger als 5 mm enthalten. Die Verstärkungsfaser B kann ein Kohlenstofffaserbündel sein oder in Form eines Monofilaments vorliegen.
• [Gewichtsdurchschnittliche Faserlänge der Verstärkungsfaser B]
• Die gewichtsmittlere Faserlänge L_B der Verstärkungsfasern B ist nicht besonders begrenzt, aber die untere Grenze von L_B ist vorzugsweise 0,05 mm oder länger, noch bevorzugter 0,1 mm oder länger und noch bevorzugter 0,2 mm oder länger. Wenn die gewichtsmittlere Faserlänge L_B der Verstärkungsfasern B 0,05 mm oder mehr beträgt, ist die mechanische Festigkeit problemlos gewährleistet.
• Die Obergrenze der gewichtsmittleren Faserlänge L_B der Verstärkungsfasern B ist vorzugsweise geringer als die Dicke des geformten Gegenstands nach dem Formen des Verbundmaterials. Insbesondere ist die Obergrenze von L_B vorzugsweise kleiner als 5 mm, noch bevorzugter kleiner als 3 mm und noch bevorzugter kleiner als 2 mm. Die gewichtsmittlere Faserlänge L_B der Verstärkungsfasern B wird nach den Formeln (1) und (2) wie oben beschrieben bestimmt.
• [Harz]
• Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Matrixharz kann duroplastisch oder thermoplastisch sein. Das Matrixharz ist vorzugsweise ein thermoplastisches Matrixharz.
• In dieser Spezifikation bezeichnet das thermoplastische Matrixharz (oder wärmehärtende Matrixharz) das thermoplastische Harz (oder wärmehärtende Harz), das in dem Verbundmaterial enthalten ist.
• Das thermoplastische Harz (oder wärmehärtende Harz) hingegen ist ein allgemeines thermoplastisches Harz (oder wärmehärtendes Harz), bevor es in die Verstärkungsfasern imprägniert wird.
• 1. thermoplastisches Matrixharz
• Wenn es sich bei dem Harz um ein thermoplastisches Matrixharz handelt, ist die Art des Harzes nicht besonders begrenzt, und ein Harz mit einem gewünschten Erweichungs- oder Schmelzpunkt kann entsprechend ausgewählt und verwendet werden. Als thermoplastisches Matrixharz wird in der Regel eines mit einem Erweichungspunkt im Bereich von 180° C bis 350° C verwendet, aber das thermoplastische Matrixharz ist nicht darauf beschränkt.
• 2. duroplastisches Matrixharz
• Handelt es sich bei dem Harz um ein duroplastisches bzw. wärmehärtendes Matrixharz, ist das Verbundmaterial vorzugsweise eine Harzmatte (Englisch: „sheet molding compound“; manchmal auch als SMC bezeichnet) mit Verstärkungsfasern. Aufgrund ihrer hohen Formbarkeit lässt sich die Harzmatte leicht auch zu komplexen Formen formen. Die Harzmatten haben eine höhere Fließfähigkeit und Formbarkeit als Endlosfasern und können leicht Rippen und Erhebungen bilden.
• [Sonstige Inhaltsstoffe]
• Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Verbundmaterial kann verschiedene faserige Füllstoffe aus organischen Fasern oder anorganischen Fasern oder nichtfaserige Füllstoffe sowie Zusatzstoffe wie Flammschutzmittel, UV-Schutzmittel, Stabilisatoren, Trennmittel, Pigmente, Weichmacher und Tenside enthalten.
• [Herstellungsverfahren für Verbundmaterial (Beispiel 1)]
• Das erfindungsgemäße Verbundmaterial wird vorzugsweise aus einer Verbundstoffzusammensetzung, die ein Harz und Verstärkungsfasern enthält, zu einer Platte verarbeitet.
• Die Form „Platte“ bezieht sich auf eine ebene Form, deren Länge mindestens zehnmal so groß ist wie ihre Dicke, wobei die Dicke die kleinste Dimension und die Länge die größte Dimension unter den drei Dimensionen ist, die die Größe eines Verbundmaterials angeben (z. B. Länge, Breite und Dicke).
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Verbundmaterialzusammensetzung auf einen Zustand, bevor die Verstärkungsfasern mit einem Harz imprägniert werden. Ein Schlichtemittel (oder Bindemittel) kann auf die Kohlenstofffasern in der Verbundmaterialzusammensetzung aufgebracht werden. Das Schlichtemittel oder Bindemittel ist nicht das Matrixharz und kann im Voraus auf die Verstärkungsfasern in der Verbundmaterialzusammensetzung aufgebracht werden.
• Je nach Form des Harzes und der Verstärkungsfasern können verschiedene Verfahren zur Herstellung der Verbundmaterialzusammensetzung verwendet werden. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Herstellung der Verbundmaterialzusammensetzung nicht auf das unten beschriebene Verfahren beschränkt.
• [Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterialien]
• [Beispiel 1: Verwendung von Formfixiermitteln für Verstärkungsfaserbündel]
• Bei der Herstellung eines Verbundmaterials im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein Formfixiermittel für Verstärkungsfaserbündel (einfach Formfixiermittel genannt) verwendet werden, um die Bündelbreite von Verstärkungsfasern (insbesondere Verstärkungsfaser A) auf die gewünschte Bündelbreite und die Verteilung der Bündelbreite zu steuern.
• 1. Herstellungsprozess
• Bei Verwendung eines Formfixiermittels für verstärkende Faserbündel können Verbundmaterialien hergestellt werden, indem:
• Schritt 1. Aufweiten des vom Gatter bzw. Spulengestell abgewickelten (kontinuierlichen) Verstärkungsfaserbündels;
• Schritt 2. Auftragen eines Formfixiermittels auf das aufgeweitete Verstärkungsfaserbündel, um ein fixiertes Verstärkungsfaserbündel zu erhalten;
• Schritt 3. Trennen der festen Verstärkungsfaserbündel;
• Schritt 4. Vorzugsweise Schneiden der abgetrennten, lückenlos angeordneten festen Verstärkungsfaserbündel auf eine feste Länge; und
• Schritt 5. Imprägnieren des abgetrennten festen Verstärkungsfaserbündels mit Harz.
• In dieser Beschreibung werden feste Verstärkungsfaserbündel nicht als Verbundmaterialien bezeichnet. Ein Verbundmaterial im Sinne dieser Beschreibung ist ein festes Verstärkungsfaserbündel, das mit einem thermoplastischen (oder duroplastischen) Matrixharz getrennt von einem Formfixiermittel imprägniert ist.
• Darüber hinaus bedeutet Verbreiterung, dass die Breite des Verstärkungsfaserbündels vergrößert wird (Verringerung der Dicke des Verstärkungsfaserbündels).
• 2. Formfixiermittel für Verstärkungsfaserbündel
• 2.1 Arten von Formbindemitteln
• Der Schritt des Auftragens des Formfixiermittels ist nicht besonders begrenzt, solange er während des Herstellungsprozesses durchgeführt wird. Vorzugsweise wird das Formfixiermittel nach der Aufweitung des Verstärkungsfaserbündels aufgetragen, und noch bevorzugter ist das Auftragen eine Beschichtung.
• Die Art des Formfixiermittels ist nicht besonders begrenzt, solange es das verstärkende Faserbündel fixieren kann, aber es ist vorzugsweise bei Raumtemperatur fest, noch bevorzugter ist es ein Harz, und noch bevorzugter ein thermoplastisches Harz. Es ist sehr wünschenswert, dass das Formfixiermittel mit einem thermoplastischen Matrixharz kompatibel ist, wenn das thermoplastische Matrixharz verwendet wird. Es kann nur eine Art von Formfixiermittel verwendet werden, oder es können zwei oder mehr Arten verwendet werden.
• Wenn ein thermoplastisches Harz als Formfixiermittel verwendet wird, kann eines mit einem gewünschten Erweichungspunkt entsprechend der Umgebung, in der das fixierte Verstärkungsfaserbündel hergestellt wird, ausgewählt und verwendet werden. Obwohl der Bereich des Erweichungspunktes nicht begrenzt ist, liegt die untere Grenze des Erweichungspunktes vorzugsweise bei 60°C oder höher, noch bevorzugter bei 70°C oder höher und noch bevorzugter bei 80°C oder höher. Durch die Einstellung des Erweichungspunktes des Formfixiermittels auf 60°C oder höher ist das Formfixiermittel bei Raumtemperatur fest und hat eine ausgezeichnete Handhabbarkeit selbst in einer Anwendungsumgebung mit hohen Temperaturen im Sommer, was vorzuziehen ist. Andererseits liegt die Obergrenze bei 250° C oder darunter, noch bevorzugter bei 180° C oder darunter, noch bevorzugter bei 150° C oder darunter, und noch bevorzugter bei 125° C oder darunter. Durch die Einstellung des Erweichungspunktes des Formfixiermittels auf 250° C oder weniger kann es mit einer einfachen Heizvorrichtung ausreichend erhitzt werden, und es lässt sich leicht abkühlen und verfestigen, so dass die Zeit bis zur Fixierung des Verstärkungsfaserbündels kurz ist, was vorzuziehen ist.
• 2.2 Weichmacher zur Bildung von Fixiermitteln hinzugefügt
• Dem Formfixiermittel kann ein Weichmacher zugesetzt werden. Durch die Senkung der scheinbaren Tg des für das Formfixiermittel verwendeten thermoplastischen Harzes wird die Imprägnierung des Verstärkungsfaserbündels erleichtert.
• 2.3 Beschichtungsmethode des Formfixiermittels
• 2.3.1 Schrittweise Beschichtung
• Bei dem oben beschriebenen Schritt des Auftragens des Formfixiermittels kann das Formfixiermittel in einem Schritt oder in zwei Schritten von der Oberseite und der Unterseite der Verstärkungsfaser aufgetragen werden. Im Falle einer zweistufigen Beschichtung ist es vorzuziehen, dass der erste Schritt eine Schmelzbeschichtung (Hot-Melt-Beschichtung) und der zweite Schritt eine Beschichtung mit einem in einem Lösungsmittel dispergierten Formfixiermittel ist. Unter dem Gesichtspunkt der Vereinfachung des Verfahrens zur Herstellung eines Verbundmaterials ist es vorzuziehen, ein Formfixiermittel mit hoher Permeabilität in einem Schritt auf das Verstärkungsfaserbündel aufzubringen.
• 2.3.2 Vergleich mit elektrostatischer Beschichtung
• Bei Verwendung eines Formfixiermittels kann eine elektrostatische Beschichtung verwendet werden. Bei der elektrostatischen Beschichtung muss jedoch ein pulverförmiges Fixiermittel verwendet werden, und je nach Einsatzbedingungen, wie z. B. der Partikelform, sammelt sich statische Elektrizität an, und es besteht die Möglichkeit einer Staubexplosion. Unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit ist die Lösungsbeschichtung oder Schmelzbeschichtung vorzuziehen.
• 2.3.3 Beschichtung im Spritzverfahren
• Beim Auftragen des Formfixiermittels auf das verstärkende Faserbündel kann das Formfixiermittel in einem Lösungsmittel dispergiert und aus einer Sprühpistole ausgestoßen werden, um an dem verstärkenden Faserbündel zu haften. Wenn das in dem Lösungsmittel dispergierte Formfixiermittel aus der Sprühpistole ausgestoßen wird, sollte es vorzugsweise breiter als die Faserbündelbreite im Bereich von 1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger zusätzlich zu der Breite des zu besprühenden Verstärkungsfaserbündels gesprüht werden. Die Konzentration des im Lösungsmittel dispergierten Formfixiermittels zum Zeitpunkt der Verklebung beträgt vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger, noch bevorzugter 3 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Lösungsmittel. Außerdem beträgt der Ausstoßdruck des zu diesem Zeitpunkt verwendeten Sprühstrahls vorzugsweise 1 MPa oder weniger, bevorzugter 0,5 MPa oder weniger, noch bevorzugter 0,3 MPa oder weniger, unter Berücksichtigung des Grades der Streuung des Formfixiermittels.
• 3. Vorrichtung zur Trennung von Fasern
• Obwohl es keine besondere Beschränkung für die Fasertrennvorrichtung gibt, die das feste Verstärkungsfaserbündel trennt, wird die folgende Fasertrennvorrichtung verwendet.
• 3.1 Anpressen gegen eine Walze und Trennen der Fasern (Abb. 4)
• 4 zeigt eine schematische Darstellung des Pressens eines Verstärkungsfaserbündels (401) gegen eine Walze und des Trennens des Bündels mit einer Klinge (402). Das Bündel wird gegen eine Stützwalze (403, Gummiwalze) mit hoher Härte gepresst, die einer Wärmebehandlung wie dem Abschrecken unterzogen und getrennt wurde. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Gummiwalze nicht beschädigt wird und das Verstärkungsfaserbündel nicht eingeklemmt wird.
• 3.2 Methode der geteilten Klinge (Abb. 5)
• 5 zeigt eine schematische Darstellung der Trennung des Verstärkungsfaserbündels durch das Schermesserverfahren. In 5 ist eine spitze Schneidkante (504) mit einem Freiwinkel an der oberen Drehklinge (501) vorgesehen, die zum Schneiden gegen die Seitenfläche der Spitze (505) der unteren Drehklinge (502) gedrückt wird. In diesem Fall ist eine hochpräzise Steuerung des Freiraums ständig erforderlich.
• 3.3 Gang-Methode (Abb. 6)
• 6 zeigt ein schematisches Diagramm der Trennung des Verstärkungsfaserbündels durch das Gruppenverfahren. In 6 sind eine obere Klinge (604), die an einer oberen rotierenden Klinge (601) vorgesehen ist, die eine rotierende runde Klinge ist, und eine untere Klinge (605), die an einer unteren rotierenden Klinge vorgesehen ist, in einer Konfiguration miteinander kombiniert, in der die Spitzen der Klingen mit einem kleinen Spalt dazwischen überlappt werden. Das Verstärkungsfaserbündel wird zwischen den überlappenden Teilen eingeklemmt, und das Bündel wird durch die Scherkraft der überlappenden Teile der oberen und unteren Klingen getrennt. Wie bei der Schermesser-Methode ist ein hochpräzises Spaltmanagement erforderlich.
• 3.4 Einführungs- und Entnahmemethode (Abb. 7 und Abb. 8)
• 7 beschreibt eine Fasertrennvorrichtung. Ein Verstärkungsfaserbündel (701) wird mit einer Klinge in die Fasertrennvorrichtung (703) eingeführt, um getrennte Verstärkungsfaserbündel (702) zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist es, wie in 8 gezeigt, vorteilhaft, das Umordnen der Verstärkungsfaserbündel in der Klinge durch Einführen und Herausziehen der Klinge (801) zu erschweren. Mit anderen Worten: Wenn das Verstärkungsfaserbündel weiterhin durch die Klinge läuft, wird der Schlitz falsch ausgerichtet, aber durch Einsetzen und Herausziehen der Klinge (801) kann die Schlitzbreite leicht korrigiert werden, wenn der Schlitz falsch ausgerichtet ist.
• Vorzugsweise wird die Drehzahl des Messers (801) und des Drehmessers (803) konstant gehalten. Andererseits ist die Rotationsgeschwindigkeit des Messers (801) vorzugsweise größer als 1,1 bei einer Geschwindigkeit der Verstärkungsfasern von 1,0. Genauer gesagt, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Klinge (801) und der Drehklinge (803) V (m/min) und die Fördergeschwindigkeit des Verstärkungsfaserbündels W (m/min) ist, beträgt 1.0□V /W vorzugsweise erfüllt, 1,0□V/W□1,5 noch bevorzugter erfüllt, 1,1□V/W□1,3 noch bevorzugter erfüllt und 1,1□V/W□1,2 noch bevorzugter erfüllt.
• In diesem Zusammenhang wird in der in der WO 2019/194090 beschriebenen Erfindung der Wert 0,02□V/W□0,5 erfüllt, was zur Bildung von ungeteilten Faserbündeln führt. Die Bildung solcher ungeteilter Faserbündel führt zu Fehlern im Formteil.
• 4. Verteilung der Faserbündel bei Verwendung von Formfixiermitteln
• Die bis zeigen die Verteilung der Faserbündel in einem Bereich von 0,3 mm bis 3,0 mm Bündelbreite, wenn ein Luftstrom verwendet wird, der so beschaffen ist, dass die Verstärkungsfasern nicht von einem Cutter oder einer Walze erfasst werden, wenn das Verstärkungsfaserbündel nach dem Aufweiten und Fixieren mit einem Formfixiermittel mit einem Rotationsschneider geschnitten wird und die erfassten Verstärkungsfasern entfernt werden. Die , und zeigen Proben, die an Stellen mit einem Luftvolumen von 80 l/min, 120 l/min bzw. 160 l/min entnommen wurden. Im Vergleich zu den bis zeigen die bis , dass die Fixierung der Verstärkungsfaserbündel zu einer gleichmäßigen Bündelverteilung führt (mit anderen Worten, ein relativ kleiner Variationskoeffizient in einer bestimmten Bündelbreitenzone).
• [Herstellungsverfahren für Verbundmaterial (Beispiel 2)]
• Ein Verbundmaterial kann durch vorherige Imprägnierung eines aufgeweiteten Kohlenstofffaserbündels mit einem thermoplastischen Matrixharz und anschließendes Schneiden des Kohlenstofffaserbündels hergestellt werden.
• Beispielsweise werden mehrere Kohlenstofffaserstränge parallel angeordnet und eine bekannte Aufweitungsvorrichtung (z. B. Aufweitung durch Luftströmung, Aufweitung durch mehrere Stäbe aus Metall oder Keramik, Aufweitung durch Ultraschallwellen usw.) verwendet, um die Stränge auf eine gewünschte Dicke zu bringen, die Kohlenstofffasern werden ausgerichtet und mit einer gewünschten Menge an thermoplastischem Matrixharz integriert, wodurch ein integriertes Objekt (im Folgenden als UD-Prepreg bezeichnet) gebildet wird. Danach wird das UD-Prepreg durch eine Bandschneidemaschine geführt und geschnitten.
• Zu diesem Zeitpunkt ist die Schneidemaschine so ausgelegt, dass Verstärkungsfasern A1 mit einer Faserbreite von weniger als 0,3 mm und Verstärkungsfaserbündel A2 mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger enthalten sind. Außerdem ist die Schneidemaschine mit Schlitzbereichen versehen, so dass die Verstärkungsfaserbündel A2 in jeder von mehreren Zonen mit Bündelbreite vorhanden sind (die Gesamtzahl n der Zonen mit Bündelbreite ist gleich n□3).
• Nach dem Schneiden werden die Fasern auf eine bestimmte Länge geschnitten, um geschnittene Strang-Prepregs herzustellen. Die erhaltenen Schnittfaser-Prepregs werden vorzugsweise gleichmäßig abgelegt und laminiert, so dass die Faserorientierungen zufällig werden. Der Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung wird erhalten durch: Erhitzen und Druckbeaufschlagung der laminierten Hackschnitzel-Prepregs; Schmelzen des in den Hackschnitzel-Prepregs vorhandenen thermoplastischen Matrixharzes; und Zusammenfügen der mehreren Hackschnitzel-Prepregs. Darüber hinaus ist das Verfahren zum Auftragen des thermoplastischen Harzes nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise gibt es ein Verfahren zum direkten Imprägnieren der Verstärkungsfaserstränge mit einem geschmolzenen thermoplastischen Harz, ein Verfahren zum Schmelzen eines filmartigen thermoplastischen Harzes und zum Imprägnieren der Verstärkungsfaserstränge mit dem Harz, ein Verfahren zum Schmelzen eines pulverförmigen thermoplastischen Harzes und zum Imprägnieren der Verstärkungsfasern mit dem Harz und dergleichen. Das Verfahren zum Schneiden der mit einem thermoplastischen Harz imprägnierten Verstärkungsfasern ist nicht besonders eingeschränkt, aber es können ein Granulator oder Schneidgeräte nach der Guillotine- oder Kodak-Methode verwendet werden. Als Verfahren zum wahllosen und gleichmäßigen Ablegen und Laminieren von geschnittenen Strang-Prepregs kommt bei kontinuierlicher Produktion beispielsweise ein Verfahren in Betracht, bei dem das durch Schneiden gewonnene Prepreg direkt aus einer hohen Position fallen gelassen wird, um das Prepreg auf einem Bandförderer wie einem Stahlband abzulegen; ein Verfahren, bei dem Luft in den Fallweg des Prepregs geblasen wird; oder ein Verfahren, bei dem ein Ablenkblech im Fallweg angebracht wird. Im Falle der diskontinuierlichen Produktion wird ein Verfahren in Betracht gezogen, bei dem die geschnittenen Prepregs in einem Behälter gesammelt werden, eine Fördereinrichtung an der Bodenfläche des Behälters angebracht wird und die Prepregs auf eine Form zur Herstellung von Platten verteilt werden.
• [Andere Einrichtungen]
• Eine Vorrichtung zur Überwachung der Aufweitung kann vorgesehen werden, um eine Rückmeldung zu geben, damit die Verstärkungsfasern auf eine geeignete Breite aufgeweitet werden können. Zur Messung des Flächengewichts der Verstärkungsfasern kann auch ein Laserverschiebungsmesser oder ein Röntgengerät verwendet werden. Eine Flusensaugvorrichtung oder ähnliches kann verwendet werden, um Flusen aus den Verstärkungsfasern zu entfernen.
• [Beziehung zwischen Verbundmaterial und Formteil]
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundmaterial ein Material zur Herstellung eines Formteils, und der Verbundmaterial wird vorzugsweise durch Pressformen (auch als Formpressen bezeichnet) zu einem Formteil geformt. Daher hat der Verbundmaterial in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine flache Plattenform, aber der geformte Gegenstand wird in eine dreidimensionale Form gebracht.
• Wenn ein thermoplastisches Matrixharz verwendet und das Verbundmaterial kalt gepresst wird, bleibt die Morphologie der Verstärkungsfasern vor und nach der Formgebung nahezu unverändert. Daher kann die Morphologie der Verstärkungsfasern des Verbundmaterials durch die Analyse der Morphologie der im Formteil enthaltenen Verstärkungsfasern verstanden werden.
• [Geformter Artikel]
• Der erfindungsgemäße Verbundmaterial ist vorzugsweise für das Pressformen zur Herstellung eines Formteils geeignet. Wenn es sich bei dem Harz um ein thermoplastisches Matrixharz handelt, erfolgt das Pressformen vorzugsweise durch Kaltpressen.
• [Pressformen]
• Das Pressformen wird als bevorzugtes Formverfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Verbundmaterial verwendet, wobei Formverfahren wie das Heißpressen und das Kaltpressen eingesetzt werden können.
• Wenn es sich bei dem Matrixharz um ein thermoplastisches Matrixharz handelt, wird das Pressformen mit einer Kaltpresse besonders bevorzugt. Beim Kaltpressverfahren wird beispielsweise ein auf eine erste vorgegebene Temperatur erhitzter Verbundmaterial in eine auf eine zweite vorgegebene Temperatur eingestellte Form eingelegt und dann unter Druck gesetzt und abgekühlt.
• Wenn das thermoplastische Matrixharz, aus dem das Verbundmaterial besteht, kristallin ist, ist die erste vorgegebene Temperatur gleich oder höher als der Schmelzpunkt und die zweite vorgegebene Temperatur ist niedriger als der Schmelzpunkt. Wenn das thermoplastische Matrixharz amorph ist, ist die erste vorbestimmte Temperatur gleich oder höher als die Glasübergangstemperatur, und die zweite vorbestimmte Temperatur liegt unter der Glasübergangstemperatur. Das heißt, das Kaltpressverfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte A2) bis A1).
• Schritt A2) Ein Schritt des Erhitzens des Verbundmaterials auf eine Temperatur, die gleich oder höher als der Schmelzpunkt und gleich oder niedriger als die Zersetzungstemperatur ist, wenn das thermoplastische Matrixharz kristallin ist, oder auf eine Temperatur, die gleich oder höher als die Glasübergangstemperatur und gleich oder niedriger als die Zersetzungstemperatur ist, wenn das thermoplastische Matrixharz amorph ist.
• Schritt A1) Ein Schritt des Anordnens des in dem obigen Schritt A2) erwärmten Verbundmaterials in einer Form, deren Temperatur auf unterhalb des Schmelzpunktes eingestellt ist, wenn das thermoplastische Matrixharz kristallin ist, oder unterhalb der Glasübergangstemperatur, wenn das thermoplastische Matrixharz amorph ist; und des UnterDruck-Setzens des Verbundmaterials.
• Mit diesen Schritten kann die Formung des Verbundmaterials abgeschlossen werden.
• Jeder der oben genannten Schritte muss in der oben genannten Reihenfolge durchgeführt werden, aber zwischen den einzelnen Schritten können auch andere Schritte eingefügt werden. Bei den anderen Schritten kann es sich beispielsweise um einen Formgebungsschritt handeln, bei dem vor dem Schritt A1) das Verbundmaterial in die Form des Hohlraums der Form vorgeformt wird, wobei eine Form verwendet wird, die sich von der in Schritt A1) verwendeten Form unterscheidet. In Schritt A1) wird Druck auf das Verbundmaterial ausgeübt, um einen geformten Gegenstand mit der gewünschten Form zu erhalten. Der Formdruck zu diesem Zeitpunkt ist nicht besonders begrenzt, beträgt aber vorzugsweise weniger als 20 MPa, und noch bevorzugter 10 MPa oder weniger.
• Darüber hinaus können während des Pressformens selbstverständlich verschiedene Schritte zwischen den oben genannten Schritten eingefügt werden. So kann z. B. das Vakuum-Pressverfahren angewendet werden, bei dem das Pressverfahren unter Vakuum durchgeführt wird.
• [Springback]
• 1. Beschreibung der Rückfederung
• Wenn es sich bei dem Matrixharz um ein thermoplastisches Matrixharz handelt, muss das Verbundmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt oder erhitzt werden, um das Verbundmaterial zu erweichen oder zu schmelzen, damit das Kaltpressen des Verbundmaterials durchgeführt werden kann. Das Verbundmaterial, der Verstärkungsfasern enthält, die diskontinuierliche Fasern mit einer Faserlänge von 5 mm oder mehr sind, insbesondere in Form einer Matte aus abgelagerten Verstärkungsfasern, dehnt sich aufgrund der Rückfederung der Verstärkungsfasern aus, und die Schüttdichte ändert sich, wenn das thermoplastische Matrixharz während des Vorwärmens plastisch wird. Wenn sich die Schüttdichte während des Vorwärmens ändert, wird das Verbundmaterial porös, die Oberfläche vergrößert sich, Luft strömt in das Verbundmaterial, und die thermische Zersetzung des thermoplastischen Matrixharzes wird gefördert. In diesem Fall ist die Rückfederung ein Wert, der durch Division der Dicke des Verbundmaterials nach dem Vorwärmen durch die Dicke des Verbundmaterials vor dem Vorwärmen ermittelt wird.
• Wenn das Verhältnis der Verstärkungsfasern A1 zu den Verstärkungsfasern A zunimmt oder die Faserlänge zunimmt, nimmt die Rückfederung tendenziell zu.
• 2. Kontrolle bzw. Steuerung der Rückfederung
• Das Matrixharz ist vorzugsweise ein thermoplastisches Matrixharz, und die Rückfederung des Verbundmaterials, d.h. das Verhältnis der Dicke nach dem Vorwärmen zur Dicke vor dem Vorwärmen, ist vorzugsweise größer als 1,0, und der Variationskoeffizient CVs ist vorzugsweise kleiner als 35 %.
• Hier wird der Variationskoeffizient CVs nach der Formel (c) berechnet. $$\begin{array}{l}\text{Variationskoeffizient CVs}=100\times \text{Standardabweichung der}\\ \text{R}\ddot{\text{u}}\text{ckfederungsmenge/Durchschnitt der R}\ddot{\text{u}}\text{ckfederungsmenge}\end{array}$$

  
• Hier ist es besser, das Verbundmaterial in einem Raster von 100 mm × 100 mm zu unterteilen, jeden CV zu messen und den Variationskoeffizienten CV zu erhalten. Er wird durch den Variationskoeffizienten definiert, der durch Teilung in 10 Teile gemessen wird).
• Bei der Messung eines Verbundmaterials wird vorzugsweise in einem Raster von 100 mm × 100 mm gemessen, aber die Größe des Verbundmaterials oder des Formteils kann klein sein, und es kann nur eine Probe von einem Verbundmaterial oder Formteil entnommen werden, selbst wenn die Probenahme in einem Raster von 100 mm × 100 mm versucht wird. In diesem Fall können 10 Verbundmateriale oder Formteile hergestellt werden, von jedem dieser 10 Formteile kann eine Probe entnommen werden, und der Variationskoeffizient von 10 Proben (10 Stück) kann berechnet werden. Wenn ein Verbundmaterial oder ein Formteil einen ebenen Körper mit einer Abmessung von 1000 mm × 100 mm hat, wird der Variationskoeffizient durch Unterteilung des ebenen Körpers in 10 Proben ermittelt und durch den Variationskoeffizienten der an 10 Stellen gemessenen Werte definiert.
• Wenn der Variationskoeffizient CVs weniger als 35 % beträgt, wird die Produktionsstabilität verbessert, wenn das Verbundmaterial kalt gepresst wird, um einen geformten Gegenstand herzustellen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine tiefgezogene Form, eine Hutform, eine gewellte Form, eine zylindrische Form oder ähnliches geformt wird.
• 3. Bevorzugter Rückfederungsbetrag
• Die Rückfederung beträgt vorzugsweise mehr als 1,0 und weniger als 14,0, noch bevorzugter mehr als 1,0 und weniger als 7,0, noch bevorzugter mehr als 1,0 und weniger als 5,0 und noch weiter bevorzugt mehr als 1,0 und 3,0 oder weniger.
• [Überlegenheit beim Gießen]
• Durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung wird die Rückfederung nicht nur stabilisiert, wenn eine Platte aus Verbundmaterial beobachtet wird, sondern auch, wenn eine große Anzahl von Verbundmaterialen verglichen und beobachtet wird. Wenn eine Roboterhand zum Formen verwendet wird, kann die Roboterhand daher das Verbundmaterial beim Vorformen und Anordnen des Verbundmaterials in einer Form mit einer komplizierten Form stabil greifen, und es ist einfach, den Griff zu lösen.
• [Verbesserte Loch-in-Mold-Stabilität]
• Wenn ein mit einem Loch h1 versehener Formgegenstand durch Kaltpressen hergestellt wird, wird ein lochbildendes Element zum Bilden des Lochs h1 in dem Formgegenstand in mindestens einer von einem Paar von Patrizen- und Matrizenformen bereitgestellt, und nach dem Bilden eines Lochs h0 auf einem Verbundmaterial mit einer Dicke t wird das Verbundmaterial in einer Form platziert, so dass das Loch h0 mit dem lochbildenden Element übereinstimmt und das Verbundmaterial gepresst wird (z.B. 10A bis 10C).
• Das lochbildende Element zur Bildung des Lochs h1 an der gewünschten Position des geformten Gegenstands kann in mindestens einer der beiden Formen (d. h. der oberen oder der unteren Form) vorgesehen sein. Zum Beispiel kann ein Vorsprung (1002) der unteren Form, wie in 10B gezeigt, beispielhaft sein. Das lochbildende Element wird durch die Anordnung eines Stifts in der Form bereitgestellt und wird manchmal als Kernstift bezeichnet. Die 10A bis 10C zeigen ein Beispiel für eine Form zur Herstellung eines Formteils in einer schematischen Querschnittsansicht. Die Form umfasst ein männliches und ein weibliches Paar von Ober- und Unterformen (1003, 1004), die an einer Pressvorrichtung (nicht dargestellt) befestigt sind. Normalerweise ist eine der beiden Formen, manchmal auch beide, in der Öffnungs-/Schließrichtung der Form beweglich (in der Abbildung ist die männliche Form fest und die weibliche Form beweglich).
• Diese Formen haben eine Hohlraumoberfläche, die der Form des Produkts entspricht. In den 10A bis 10C kann ein Lochbildungselement zur Bildung einer Öffnung an einer vorbestimmten Position innerhalb der Form in Öffnungs- und Schließrichtung der Form vorwärts und rückwärts bewegt werden. Das lochbildende Element, das die gleiche Querschnittsform wie das Loch h1 des ZielFormteils hat, ist entsprechend der Position des Lochs h1 des ZielFormteils vorgesehen. Das lochbildende Element kann entweder in einer Patrize oder in einer Matrize vorgesehen sein, aber das lochbildende Element kann in einer Form zum Einbringen des Verbundmaterials vorgesehen sein. In einigen Fällen können die lochbildenden Elemente sowohl in der Patrize als auch in der Matrize vorgesehen sein, so dass die vorderen Endflächen der lochbildenden Elemente miteinander in Kontakt kommen, wenn die Formen eingespannt werden.
• Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils unter Verwendung der in den 10A bis 10C dargestellten Form beschrieben. Die Patrize und die Matrize (1003, 1004) werden geöffnet, und das Verbundmaterial (1001) wird auf die Hohlraumoberfläche der Patrize (1003) gelegt. Ein Loch h0 mit einer Projektionsfläche, die größer ist als die des lochbildenden Elements (1002), wird im Verbundmaterial an einer Position ausgebildet, die dem lochbildenden Element (1002) in der Form entspricht (10B). Das Verbundmaterial (1001) wird auf die untere Form gelegt, indem das lochbildende Element (1002) in das Loch h0 eingeführt wird (3B).
• Das Einsetzen des Verbundmaterials mit einem Loch h0, das dem lochbildenden Element entspricht, in die Form bedeutet insbesondere, dass das lochbildende Element durch das Loch h0 des Verbundmaterials eingesetzt wird.
• Nachdem das Verbundmaterial mit dem in das Loch h0 auf der Hohlraumoberfläche der unteren Form 1003 eingeführten Lochbildungselement 1002 platziert wurde, beginnt sich die obere Form 1004 zu senken. Während sich die obere Form absenkt, kommen die Spitzenfläche des lochbildenden Elements, das an der unteren Form vorgesehen ist, und die Formfläche der oberen Form miteinander in Kontakt. Während sich die obere Form weiter absenkt, wird das lochbildende Element in einem Gehäuseabschnitt (nicht dargestellt) für das lochbildende Element untergebracht, das zuvor in der oberen Form (1004 in 10B) vorgesehen war. Das Verbundmaterial (1001) fließt, um einen geformten Gegenstand mit einem Loch h1 herzustellen.
• Nach Beendigung des Formens werden die Patrize und die Matrize geöffnet und der geformte Gegenstand wird entnommen, um einen geformten Gegenstand mit einem Loch h1 zu erhalten.
• Die bis zeigen die Herstellung eines Formteils mit zwei Löchern.
• Beim Formen von Löchern in Formen mit einer Roboterhand werden die Koordinaten des Lochs h0 im Verbundmaterial und die Koordinaten des Endes des Verbundmaterials als Referenz verwendet, damit die Roboterhand jedes Mal die gleiche Position erfassen kann.
• Wenn der Grad der Rückfederung des Verbundmaterials zu diesem Zeitpunkt nur geringfügig variiert, ist eine Fehlausrichtung der Referenzkoordinaten (z. B. des Lochs h0) weniger wahrscheinlich. Infolgedessen kann das Verbundmaterial von der Roboterhand genau gegriffen werden, und die Position, an der das Verbundmaterial in der Form platziert wird, kann stabilisiert werden.
• [Messung mit 100 mm × 100 mm Teilung des Verbundmaterials]
• Bei der Messung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials wird vorzugsweise in einem Abstand von 100 mm × 100 mm gemessen, aber die Größe des Verbundmaterials oder des Formteils kann klein sein, und es kann nur eine Probe von einem Verbundmaterial oder Formteil entnommen werden, selbst wenn die Probenahme in einem Abstand von 100 mm × 100 mm versucht wird. In diesem Fall können 10 Formteile hergestellt werden, von jedem dieser 10 Formteile kann eine Probe entnommen werden, und der Variationskoeffizient von 10 Proben (10 Stück) kann berechnet werden.
• BEISPIELE
• Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben, ist aber nicht darauf beschränkt.
• 1. Die in den folgenden Beispielen verwendeten Rohstoffe sind wie folgt
• 1.1 PAN-basierte Kohlenstofffaser
1. (1) Kohlenstofffaser „Tenax“ (eingetragene Marke) STS40-48K, hergestellt von Teijin Limited (durchschnittlicher Faserdurchmesser 7 µm, Feinheit 3200 tex, Dichte 1,77 g/cm³)
2. (2) Kohlenstofffaser „Tenax“ (eingetragene Marke) STS40-24K (EP), hergestellt von Teijin Limited (durchschnittlicher Faserdurchmesser 7 µm, Feinheit 1600 tex, Dichte 1,78 g/cm³)
• 1.2 Harz
• - Polyamid 6 (A1030, hergestellt von Unitika Ltd., manchmal abgekürzt als PA6). Nach Imprägnierung der Verstärkungsfasern wird es zu einem thermoplastischen Matrixharz.
• - Polyamid 6-Folie (hergestellt von Unitika Ltd., „Emblem ON-25“, Schmelzpunkt 220 °C)
• 1.3 Form Fixativ
• - Formfixiermittel 1: Harzzusammensetzung aus PA6 und Weichmacher wurde durch Mischen von 100 Masseteilen Polyamid 6 (A1030, hergestellt von Unitika Ltd.) mit 50 Masseteilen p-Hydroxybenzoesäure-2-Hexyldecylester (Exepar HD-PB, hergestellt von Kao Corporation) hergestellt.
• - Form Fixiermittel 2: Copolyamid Griltex 2A (Harz 40%, Wasser 60%), hergestellt von Ems-Chemie Japan Ltd., wurde durch zweimaliges Verdünnen der Mikrosuspension mit Wasser hergestellt. Der Harzanteil (Feststoffgehalt) des verdünnten Formfixativs 2 beträgt 20 %. Schmelzbereich 120-130°C Form Fixiermittel 3: Copolymerisiertes Nylon „VESTAMELT“ (eingetragene Marke) Hylink hergestellt von Daicel-Evonik Corporation, thermoplastisches Harz, Schmelzpunkt 126 ° C
• - Fixiermittel bilden 4:
  • Griltex 2A (40% Harz, 60% Wasser), hergestellt von Ems-Chemie Japan Ltd. wurde durch 4-fache Verdünnung der Mikrosuspension mit Wasser hergestellt. Der Harzanteil (Feststoffgehalt) des verdünnten Formfixativs 4 beträgt 10 %.
• 2. Jeder Wert in diesem Beispiel wurde nach der folgenden Methode ermittelt.
• (1) Messung der Verstärkungsfaser
• (1.1) Erstellung einer Probe
• Aus dem Verbundmaterial werden zehn Proben von 100 mm × 100 mm herausgeschnitten und in einem Elektroofen (FP410 von Yamato Scientific Co., Ltd.) unter Stickstoffatmosphäre eine Stunde lang auf 500 °C erhitzt, um organische Substanzen wie das Matrixharz auszubrennen.
• (1.2) Volumenanteil der im Verbundmaterial enthaltenen Verstärkungsfasern (Vf_total)
• Das Gewicht der Verstärkungsfaser und das Gewicht des thermoplastischen Matrixharzes wurden durch Wiegen des Gewichts der Probe vor und nach dem Abbrennen berechnet. Anschließend wurde anhand des spezifischen Gewichts der einzelnen Komponenten der Volumenanteil der Verstärkungsfaser und des thermoplastischen Matrixharzes für jede der 10 Proben berechnet. $$\begin{array}{l}\text{Volumenanteil der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern}\left({\text{Vf}}_{\text{total}}\right)=100\times \text{Volumen der}\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern/}(\text{Volumen der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern}+\text{Volumen des thermoplastischen}\\ \text{Matrixharzes})\end{array}$$

  
• (1.3) Gemessene Anzahl von Faserbündeln
• 0,5 g Verstärkungsfasern, die in einer Probe von 100 mm × 100 mm (nach dem Abbrennen) enthalten waren, wurden entnommen, und insgesamt 1200 Verstärkungsfasern A mit einer Faserlänge von 5 mm oder mehr wurden nach dem Zufallsprinzip mit einer Pinzette entnommen.
• Die gemessene Anzahl der Verstärkungsfasern ergibt sich aus dem n-Wert, der sich aus der folgenden Formel (4) mit einer Toleranz ε von 3 %, einer Zuverlässigkeit µ(α) von 95 % und einem Populationsverhältnis von ρ=0,5 (50 %) ergibt. $$\text{n}=\text{N/}\left[{\left(\mathrm{\epsilon }\text{/}\mathrm{\mu }\left(\mathrm{\alpha }\right)\right)}^2+\left\{\left(\text{N}-1\right)\text{/}\mathrm{\rho }\left(1-\mathrm{\rho }\right)\right\}+1\right]$$

  
• n: Erforderliche Anzahl von Proben
• µ(α): 1,96 bei 95% Zuverlässigkeit
• N: Größe der Bevölkerung
• ε: Toleranz
• ρ: Bevölkerungsanteil
• Im Falle einer Probe, die durch Schneiden eines 100 mm × 100 mm × 2 mm dicken Verbundmaterials mit einem Volumen der Verstärkungsfasern (Vf_total)=35% und Abbrennen erhalten wird, ergibt sich die Größe N der Population wie folgt: $$\begin{array}{l}\left(100\text{ mm}\times 100\text{ mm}\times 2\text{ mm dick}\times \text{Vftotal }35\%\right)+({\left(\text{Di }\mathrm{\mu }\text{m/}2\right)}^2\times \mathrm{\pi }\times \text{Faserl}\ddot{\text{a}}\text{nge}\times \text{Anzahl}\\ \text{der im Faserb}\ddot{\text{u}}\text{ndel enthaltenen }\text{Monofilamente}).\end{array}$$

  
• Wenn der Faserdurchmesser Di 7 µm, die Faserlänge 20 mm und die Anzahl der im Faserbündel enthaltenen Monofilamente 1000 beträgt, ergibt sich N≈9100.
• Setzt man diesen Wert von N in die obige Formel (4) ein, so beträgt die erforderliche Anzahl von Proben n etwa 960. In diesem Beispiel wurden zur Verbesserung der Zuverlässigkeit 1200 Fasern, d. h. etwas mehr als die oben genannten, aus einer 100 mm × 100 mm großen Probe entnommen und gemessen.
• (2) Messung des Faservolumenanteils
• (2.1) Verstärkungsfaser A1, Verstärkungsfaserbündel A2, Verstärkungsfaserbündel A3
• Die in (1.3) entnommenen Verstärkungsfasern A (1200 Stück) wurden aufgeteilt in: Verstärkungsfaser A1 (Faserbreite kleiner als 0,3 mm); Verstärkungsfaserbündel A2 (Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger); und A3 (Bündelbreite von mehr als 3,0 mm). Die Gewichte der Verstärkungsfaser A1, des Verstärkungsfaserbündels A2 und des Verstärkungsfaserbündels A3 wurden mit einer Waage mit einer Messgenauigkeit von 1/1000 mg gemessen. Auf der Grundlage der gemessenen Gewichte wurden die Volumenanteile der Verstärkungsfaser A1, des Verstärkungsfaserbündels A2 und des Verstärkungsfaserbündels A3 unter Verwendung der Dichte (ρ_cf) der Verstärkungsfaser nach den Formeln (3-1), (3-2) und (3-3) berechnet. $$\begin{array}{l}\text{Volumenanteil der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern}\left({\text{Vf}}_{\text{A}1}\right)\\ =100\times \text{Volumen der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaser A}1\text{/}(\text{Volumen der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaser}+\\ \text{Volumen des }\text{Matrixharzes})\\ =\text{Vftotal}\times \left(\left(\text{Gewicht der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern A}1\right)\text{/}{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}}\right)\text{/}((\text{Gewicht aller}\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern})\text{/}{\rho }_{\text{cf}})\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{Volumenanteil der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern}\left(\text{VfA}{2}_{\left(total\right)}\right)\\ =100\times \text{Volumen des Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaserb}\ddot{\text{u}}\text{ndels A}2\text{/}(\text{Volumen der }\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaser}+\text{Volumen des }\text{Matrixharzes})\\ =\text{Vftotal}\times \left(\left(\text{Gewicht der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaserb}\ddot{\text{u}}\text{ndels A}2\right)\text{/}{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}}\right)\text{/}((\text{Gewicht aller}\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern})\text{/}{\rho }_{\text{cf}})\end{array}$$

  

  $$$$

  

  $$\begin{array}{l}\text{Volumenanteil der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern}\left({\text{Vf}}_{\text{A}3}\right)\\ =100\times \text{Volumen der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaserb}\ddot{\text{u}}\text{ndels A}3\text{/}(\text{Volumen der }\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaser}+\text{Volumen des }\text{Matrixharzes})\\ ={\text{Vf}}_{\text{gesamt}}\times \left(\left(\text{Gewicht des Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaserb}\ddot{\text{u}}\text{ndels A}3\right)\text{/}{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}}\right)\text{/}((\text{Gewicht aller}\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern})\text{/}{\rho }_{\text{cf}})\end{array}$$

  
• (2.2) Fasern in jeder Bündelbreitzone des Verstärkungsfaserbündels A2
• Das Verstärkungsfaserbündel A2 wurde weiter in die folgenden Zonen der Bündelbreite (i=1 bis 9 Zonen) unterteilt, und das Gewicht jeder Zone der Bündelbreite wurde mit einer Waage gemessen, die bis zu 1/1000 mg messen kann.

  Bündelbreite Zone (i=1)	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm
  Bündelbreite Zone (i=2)	0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm
  Bündelbreite Zone (i=3)	0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm
  Bündelbreite Zone (i=4)	1,2 mm ≤ Bündelbreite < 1,5 mm
  Bündelbreite Zone (i=5)	1,5 mm ≤ Bündelbreite < 1,8 mm
  Bündelbreite Zone (i=6)	1,8 mm ≤ Bündelbreite < 2,1 mm
  Bündelbreite Zone (i=7)	2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm
  Bündelbreite Zone (i=8)	2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm
  Bündelbreite Zone (i=9)	2,7 mm ≤ Bündelbreite ≤ 3,0 mm

• Ausgehend vom gemessenen Gewicht wird der Volumenanteil (Vf(i=k)_A2) des Verstärkungsfaserbündels A2 im Bereich der Bündelbreite (i=k) unter Verwendung der Dichte (ρ_cf) der Verstärkungsfaser nach der Formel (3- 5) berechnet. $$\begin{array}{l}\text{Vf}{\left(\text{i}=\text{k}\right)}_{\text{A}2}=\text{Volumenanteil der Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern}\left(\text{Vftotal}\right)\times (\text{Gesamtgewicht des}\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfaserb}\ddot{\text{u}}\text{ndels A}2\text{ im Bereich der B}\ddot{\text{u}}\text{ndelbreite}\left(\text{i}=\text{k}\right)\text{/}{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}})\times 100\text{/}(\text{Gewicht aller}\\ \text{Verst}\ddot{\text{a}}\text{rkungsfasern/}{\mathrm{\rho }}_{\text{cf}})\end{array}$$

  
• (3) Variationskoeffizient CV_A1, Variationskoeffizient CVi_A2 , Variationskoeffizient CV_A3
• Die Vorgänge in (2) wurden mit den 10 in (1.1) erhaltenen Proben wiederholt, und der Volumenanteil Vf_A1 der Verstärkungsfaser A1, der Volumenanteil Vfi_A2 des Verstärkungsfaserbündels A2 in jeder Bündelbreitenzone und der Volumenanteil Vf_A3 des Verstärkungsfaserbündels A3 wurden bestimmt. Danach wurden der Variationskoeffizient CV_A1, der Variationskoeffizient CVi_A2 und der Variationskoeffizient CV_A3 aus dem Durchschnitt und der Standardabweichung der 10 Proben berechnet.
• (4) Faserlänge
• (4.1) Verwendung von gescannten Bildern
• Von den in (1.3) entnommenen Verstärkungsfasern A (1200 Stück) wurden 0,5 g gesammelt und in Verstärkungsfasern A1, Verstärkungsfaserbündel A2 und Verstärkungsfaserbündel A3 unterteilt. Die Faserlänge der Verstärkungsfasern A1 wurde ebenfalls gemessen.
• Das Verstärkungsfaserbündel A2 und das Verstärkungsfaserbündel A3 wurden auf einer durchsichtigen A4-Folie so angeordnet, dass sich die Faserbündel A2 und A3 nicht überlappen, und wurden mit einer durchsichtigen Folie abgedeckt und laminiert, um die Faserbündel zu fixieren.
• Die mit der transparenten Folie laminierten Faserbündel wurden in Vollfarbe, im JPEG-Format, 300×300 dpi, gescannt und auf einem PC gespeichert. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um gescannte Bilder der Verstärkungsfaserbündel A2 und A3 zu erhalten, die in den Verstärkungsfasern A (1200 Stück) enthalten sind. Die Faserlänge und die Faserbündelbreite wurden anhand des gescannten Bildes mit dem Bildanalysegerät Luzex AP der Firma Nireco Corporation gemessen. Durch die Messung mit dieser Methode wurden Fehler zwischen den Messgeräten eliminiert.
• (4.2) Gewichtsmittlere Faserlänge der im Verbundmaterial enthaltenen Verstärkungsfaser A
• Die gewichtsmittlere Faserlänge L wurde aus der gemessenen Faserlänge der Verstärkungsfaser A nach der folgenden Formel berechnet. $$\text{Gewichtsmittlere Faserl}\ddot{\text{a}}\text{nge L}=\left(\sum {\text{Li}}^2\right)\text{/}\left(\sum \text{Li}\right)$$

  
• (5) Bewertung der Drapierbarkeit
• Aus dem Verbundmaterial wurde eine Probe von 100 mm × 100 mm herausgeschnitten und so in einen IR-Ofen gelegt, dass nur die Probenfläche von 100 mm × 50 mm auf ein separat vorbereitetes Drahtgitter von 200 mm × 200 mm gelegt wurde. Dann wurde die Probe auf die Temperatur des Schmelzpunkts plus 60 °C des thermoplastischen Matrixharzes des Verbundmaterials erhitzt. Nach dem Erhitzen wurden die Probe und das Drahtgeflecht langsam aus dem Ofen genommen, und das Drahtgeflecht wurde auf die Kante der Oberflächenplatte gelegt, so dass der Teil der Probe, der nicht auf dem Drahtgeflecht lag, aus der Oberflächenplatte herausragte und der herausragende Teil der erhitzten Verbundmaterialprobe durch sein eigenes Gewicht nach unten hing. Zusätzlich wurde ein Gewicht auf die Verbundmaterialprobe auf der Seite des Drahtgeflechts gelegt, um die Probe zu fixieren, so dass sie nicht von der Oberflächenplatte herunterfallen konnte. Danach wurde die Verbundmaterialprobe auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Probe erstarrte, und die Probe wurde vom Drahtgitter entfernt. Der Winkel (R, siehe des unter seinem eigenen Gewicht gebogenen Teils wurde mit einem Winkelmesser gemessen, wobei die Fläche, auf der die Probe auf dem Drahtgitter lag, als Referenzfläche diente.
• Die Messungen wurden an 5 Punkten in Richtung der Y-Achse in 3A in einem Abstand von 25 mm vom Ende der Verbundmaterialprobe nach dem Erhitzen durchgeführt, und der Variationskoeffizient wurde nach der Formel (d) berechnet. $$\text{Variationskoeffizient Ra}=100\times \text{Standardabweichung von R/Durchschnitt von R}$$

  
• Perfekt: Variationskoeffizient Ra ist 3% oder weniger
• Ausgezeichnet: Der Variationskoeffizient Ra beträgt mehr als 3% und 5% oder weniger
• Gut: Der Variationskoeffizient Ra ist größer als 5% und kleiner als 10%.
• Schlecht: Variationskoeffizient Ra übersteigt 10%
• (6) Bewertung von Imprägnierungsunebenheiten (Messung der Zugfestigkeit)
• Aus einem später zu beschreibenden Formteil (Breite 200 mm × 250 mm) wurde mit einem Wasserstrahl ein Hantelprüfkörper ausgeschnitten. Die Prüfstücke wurden aus insgesamt 10 Platten ausgeschnitten, die alle 20 m ausgeschnitten wurden, was später beschrieben wird. Unter Bezugnahme auf JIS K 7164 (2005) wurde ein Zugversuch mit einer Universalprüfmaschine Instron 5982R4407 der Firma Instron Co. Ltd. Das Prüfstück hatte die Form eines A-Profils. Der Abstand von Spannfutter zu Spannfutter betrug 115 mm, und die Prüfgeschwindigkeit betrug 5 mm/min. Aus jedem Messwert wurde ein Mittelwert gebildet, und der Variationskoeffizient wurde nach der folgenden Formel berechnet. $$\begin{array}{l}\text{Variationskoeffizient der Zugfestigkeit}=100\times \text{Standardabweichung der Zugfestigkeit}\\ \text{/Mittelwert der Zugfestigkeit}\end{array}$$

  
• (7) Übertragbarkeit von beheiztem Verbundmaterial
• Aus dem Verbundmaterial wurde eine Probe von 100 mm × 1500 mm geschnitten. Dabei werden 1500 mm in Längsrichtung der Probe als die ursprüngliche Länge L des Verbundmaterials (vorher) angenommen. Die Probe wurde in einem IR-Ofen auf den Schmelzpunkt plus 60°C des im Verbundmaterial enthaltenen thermoplastischen Matrixharzes (280° C, wenn das thermoplastische Matrixharz PA6 ist) erhitzt. Nach dem Erhitzen wurde der Verbundmaterial an Positionen 25 mm von beiden Enden entfernt in Längsrichtung des Verbundmaterials gegriffen, so dass der erhitzte Verbundmaterial unter seinem eigenen Gewicht durchhängt. Das Zeichen 902 in 9 zeigt an, dass der Verbundmaterial erwärmt wurde und unter seinem eigenen Gewicht durchgehängt ist. Nachdem man gewartet hatte, bis das Verbundmaterial abgekühlt und verfestigt war, wurde der Längsabstand L (after) des Verbundmaterials nach dem Abkühlen gemessen und das Dehnungsverhältnis des Verbundmaterials vor und nach dem Erhitzen berechnet. $$\text{Dehnungsverh}\ddot{\text{a}}\text{ltnis}=100\times \text{L}\left(\text{nach}\right)/\text{L}\left(\text{vorher}\right)$$

  
• Ausgezeichnet: Die Dehnungsrate beträgt 100 % oder mehr und weniger als 110 %.
• Gut: Die Dehnungsrate beträgt 110% oder mehr und 200% oder weniger
• Schlecht: Das Verbundmaterial ist gebrochen und kann nicht gemessen werden.
• (8) Auswertung der Schütthöhenmessung
• Das fixierte Kohlenstofffaserbündel wurde mit der in 4 gezeigten Schlitzvorrichtung aufgeschnitten und getrennt und dann mit einem Rotationsschneider auf eine feste Länge von 20 mm geschnitten, und direkt unter dem Rotationsschneider platziert. Die geschnittenen Faserbündel wurden auf einem thermoplastischen Harzaggregat verteilt und fixiert, das zuvor auf einem luftdurchlässigen Träger vorbereitet worden war, der sich kontinuierlich in eine Richtung bewegte und an der Unterseite einen Saugmechanismus besaß. Auf diese Weise wurde ein Kohlenstofffaseraggregat mit einer Breite von 200 mm und einer Länge von 10 m hergestellt. Die Dicke des aufgebrachten Kohlefaseraggregats wurde 10 Mal alle 1 m (Gesamtlänge 10 m) in MD-Richtung (Machine Direction) mit einem Laserdickenmessgerät (Inline-Profilmessgerät LJ-X8900 von Keyence) gemessen, wodurch eine Veränderung der Dicke im Laufe der Zeit untersucht wurde.
• Anschließend wurden an jeder Stelle, an der die Dicke gemessen wurde, 10 g des Kohlenstofffaseraggregats entnommen. Das entnommene Kohlenstofffaseraggregat wird 1 Stunde lang in einem auf 500 °C erhitzten Elektroofen (FP410 von Yamato Scientific Co., Ltd.) in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt, um organische Substanzen wie ein Matrixharz abzubrennen. Der Volumenanteil der Kohlenstofffasern A1 an den gesamten Kohlenstofffasern wurde für die abgebrannten Proben gemessen.
• Das Bestimmtheitsmaß R² wurde berechnet, indem der ermittelte Wert der Schütthöhe als x-Achse des Streudiagramms und der Volumenanteil der erhaltenen Kohlenstofffasern A1 als y-Achse des Streudiagramms verwendet wurde. Das Bestimmtheitsmaß ist ein Index, der angibt, wie gut der durch die Regressionsanalyse ermittelte vorausgesagte Wert der Zielvariablen mit dem tatsächlichen Wert der Zielvariablen übereinstimmt.

  Ausgezeichnet:	R2= 0,9 oder mehr
  Gut:	R2= 0,6 oder mehr und weniger als 0,9
  Schlecht:	R2 =weniger als 0,6

• [Beispiel 1]
• Eine thermoplastische Harzanordnung wurde unter Verwendung eines Zuführers und des von Unitika Co., Ltd. hergestellten Nylon 6 Harzes A1030 (manchmal auch PA6 genannt) als thermoplastisches Harz hergestellt, indem das thermoplastische Harz auf einen luftdurchlässigen Träger gesprüht und fixiert wurde, der sich kontinuierlich in eine Richtung bewegte und unter dem Zuführer installiert war.
• Als Verstärkungsfaser wurde die von Teijin Limited hergestellte Kohlenstofffaser „Tenax“ (eingetragenes Warenzeichen) STS40-48K verwendet, und das Kohlenstofffaserbündel wurde durch einen Luftstrom auf eine Breite von 40 mm aufgeweitet, so dass die Dicke des Kohlenstofffaserbündels 100 µm betrug.
• Dann wurde das Formfixiermittel 1 von der Oberseite her mit einem Heißapplikator (Suntool Co., Ltd.) auf die Kohlefaser aufgetragen, so dass es 3 Gew.-% der Kohlefaser ausmachte.
• Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Formfixiermittel 2 mit einer Kiss-Touch-Walze (Rotationsgeschwindigkeit: 5 U/min) auf die Unterseite der Kohlenstofffaser aufgetragen, so dass der Feststoffgehalt des Formfixiermittels 2 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Kohlenstofffaser, beträgt. Die Beobachtung des Kohlenstofffaserbündels nach dem Trocknen ergab, dass ein fixiertes Kohlenstofffaserbündel erhalten wurde, bei dem der aufgeweitete Zustand fixiert und beibehalten wurde.
• Dieses feste Kohlenstofffaserbündel wurde mit einer in gezeigten Schneidevorrichtung aufgeschlitzt (Trennung durch Drücken gegen eine Gummiwalze). Danach wurden die Bündel mit einem Rotationsschneider auf eine feste Länge von 20 mm geschnitten. Die geschnittenen Faserbündel wurden auf einem thermoplastischen Harzaggregat dispergiert und fixiert, das zuvor auf einem luftdurchlässigen Träger vorbereitet wurde, der direkt unter dem Rotationsschneider installiert war und an der Unterseite über einen Saugmechanismus verfügte und kontinuierlich in eine Richtung bewegt wurde, um ein Kohlenstofffaseraggregat zu erhalten. Die Zufuhrmenge an Kohlenstofffasern wurde so eingestellt, dass der Volumenanteil der Kohlenstofffasern am Verbundmaterial 35 % betrug und die durchschnittliche Dicke des Verbundmaterials 2,0 mm betrug.
• Als der Rotationsschneider verwendet wurde, um die Kohlefaser auf eine feste Länge von 20 mm zu schneiden, schälte sich die Kohlefaser durch den im Luftstrom erzeugten Unterdruck von der Rolle. Der Verbundmaterial wurde mit einer Breite von 200 mm und einer Länge von 1000 m hergestellt (Produktionsgeschwindigkeit des Verbundmaterials von 2 m/min), und der Luftstrom war zu diesem Zeitpunkt nicht konstant und wurde mit der Zeit turbulent.
• Eine Verbundstoffzusammensetzung, die das Kohlenstofffaseraggregat und das thermoplastische Harzaggregat enthält, wurde in einer kontinuierlichen Imprägniervorrichtung erhitzt, um die Kohlenstofffasern mit dem thermoplastischen Harz zu imprägnieren, und dann abgekühlt.
• Aus der ersten 200-m-Probe wurden insgesamt 10 Platten des Verbundmaterials entnommen, eine Platte alle 20 m, und die Platten wurden bewertet. Von der nächsten 200-m-Probe wurden insgesamt 10 Platten des Verbundmaterials (Breite 200 mm × 250 mm) zu Formteilen kaltgepresst, alle 20 m eine Platte, und die Formteile wurden für den Zugversuch verwendet. Aus dem verbleibenden Verbundmaterial wurden Proben für Faltenwurfmessungen und Prüfmuster für die Transportfähigkeit des beheizten Verbundmaterials entnommen.
• Tabelle 1 zeigt die Bewertungsergebnisse. In Beispiel 1 war der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 gering, da die Verbreiterung des Kohlenstofffaserbündels mit dem Formfixiermittel fixiert wurde (siehe Tabelle 1).
• [Beispiele 2-3]
• Die Verbundmaterialien wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Mengen des Formfixiermittels 1 und des Formfixiermittels 2 wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• [Beispiel 4]
• Ein Verbundmaterial wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Kohlenstofffaser die von Teijin Limited hergestellte Kohlenstofffaser „Tenax“ (eingetragenes Warenzeichen) STS40-24K verwendet und die Aufweitungsbreite auf 20 mm festgelegt wurde. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.
• [Beispiel 5]
• Ein Verbundmaterial wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Formfixiermittel 1 nicht verwendet wurde und das Formfixiermittel 4 anstelle des Formfixiermittels 2 mit einer Kiss-Touch-Walze (Rotationsgeschwindigkeit: 40 U/min) auf eine Unterseite der Kohlenstofffaser aufgetragen wurde, so dass der Feststoffgehalt des Formfixiermittels 4 0,5 Gew.-% (Feststoffgehalt) in Bezug auf die Kohlenstofffaser beträgt. Die Betrachtung des hergestellten Kohlenstofffaserbündels zeigte, dass das auf der Unterseite aufgetragene Formfixiermittel 4 die Oberseite des Kohlenstofffaserbündels durchdrungen hatte.
• [Beispiel 6]
• Ein Verbundmaterial wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Formfixiermittel 4 auf die Unterseite der Kohlenstofffaser aufgetragen wurde, so dass die Menge des Formfixiermittels 4 1 Gew.-% (Feststoffgehalt) in Bezug auf die Kohlenstofffaser betrug, indem die Rotationsfrequenz der Kiss-Touch-Walze auf 120 U/min eingestellt wurde. Die Betrachtung des hergestellten Kohlenstofffaserbündels zeigte, dass das auf der Unterseite aufgetragene Formfixiermittel 4 die Oberseite des Kohlenstofffaserbündels durchdrungen hatte. Dies bedeutet, dass das Formfixiermittel 4 das gesamte Kohlenstofffaserbündel durchdringt, im Gegensatz zum später beschriebenen Vergleichsbeispiel 2.
• [Vergleichsbeispiel 1]
• Ein Kompositmaterial wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass das Kompositmaterial ohne Verwendung eines Formfixiermittels hergestellt wurde. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
• Wie in Beispiel 1 war der Luftstrom beim Schneiden der Kohlefaser nicht konstant und wurde mit der Zeit gestört. Da in Vergleichsbeispiel 1 kein Formfixiermittel verwendet wurde, erhöhte sich der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 wie in Tabelle 2 dargestellt.
• [Vergleichsbeispiel 2]
• Ein Verbundmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Formfixiermittel 1 nicht verwendet wurde und nur das Formfixiermittel 2 zum Einsatz kam. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Da die Rotationsfrequenz der Kiss-Touch-Walze auf 20 U/min eingestellt war, war das Gewichtsverhältnis des Formfixiermittels 2 zu den Kohlenstofffasern das gleiche wie in Beispiel 6, aber das Formfixiermittel 2 war ungleichmäßig auf der unteren Oberfläche des Kohlenstofffaserbündels verteilt.
• [Vergleichsbeispiel 3]
• Ein Verbundmaterial wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass 2 Gew.-% des Formfixiermittels 3 durch elektrostatische Beschichtung ohne Verwendung der Formfixiermittel 1 und 2 auf die Kohlenstofffasern aufgetragen wurden. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
• [Vergleichsbeispiel 4]
• Der Kohlenstofffaserstrang wurde verbreitert, so dass ein Mikrometer-Messwert für die Dicke des Kohlenstofffaserstrangs 70 µm betrug, indem mehrere Kohlenstofffasern „Tenax“ (eingetragenes Warenzeichen) STS40-24K, hergestellt von Teijin Limited, durch einen Heizstab bei 200 °C geführt und die Kohlenstofffasern auf ein Papierrohr gewickelt wurden, um einen verbreiterten Kohlenstofffaserstrang zu erhalten. Mehrere Stränge, die durch Verbreiterung der erhaltenen Kohlenstofffasern erhalten wurden, wurden parallel in einer Richtung angeordnet, und eine Menge eines verwendeten Nylon 6-Harzfilms („Emblem ON-25“, hergestellt von Unitika Ltd., Schmelzpunkt 220° C) wurde so eingestellt, dass der Volumenanteil der Kohlenstofffasern (Vf_total) 35% betrug, und eine Wärmepressbehandlung wurde durchgeführt, um ein unidirektionales blattartiges Material zu erhalten.
• Danach wurde das erhaltene unidirektionale bahnförmige Material so geschnitten, dass die Faserbündelbreite eine Zielbreite von 2 mm hatte. Das heißt, die Faserbündelbreite wurde auf eine feste Breite (konstante Breite) von 2 mm eingestellt. Danach wurde das schluffige Material so geschnitten, dass die Faserbündellänge eine feste Länge von 20 mm hatte, um mit einer Schneidemaschine ein Prepreg in Form eines geschnittenen Strangs herzustellen. Das geschnittene Prepreg wurde auf einem Stahlbandförderer abgelegt, so dass die Fasern mit einem vorgegebenen Flächengewicht zufällig ausgerichtet waren. Auf diese Weise wurde ein Verbundmaterial-Vorprodukt hergestellt.
• Die in den geschnittenen Strängen enthaltenen Kohlenstofffasern sind so ausgelegt, dass sie eine Kohlenstofffaserlänge von 20 mm, eine Kohlenstofffaserbündelbreite von 2 mm und eine Kohlenstofffaserbündeldicke von 70 µm aufweisen (Zielwerte). Eine vorgegebene Anzahl der erhaltenen Verbundmaterial-Vorstufen wurde in eine flache Plattenform von 350 mm im Quadrat laminiert und 20 Minuten lang bei 2,0 MPa in einer auf 260 °C aufgeheizten Pressvorrichtung erhitzt, um ein Verbundmaterial mit einer durchschnittlichen Dicke von 2,0 mm herzustellen. Dieses Verbundmaterial wird gepresst und ist ebenfalls ein Formteil. Dieser Vorgang wurde 21 Mal wiederholt, um 21 Blätter der Verbundmaterialprobe zu erhalten. Die ersten 10 Blätter wurden abgebrannt und für die Faserbündelanalyse verwendet. Die nächsten 10 Blätter wurden für die Zugprüfung verwendet, und das letzte Blatt diente als Probe für die Messung des Faltenwurfs. Um die Transportfähigkeit des erhitzten Verbundmaterials zu prüfen, wurde außerdem ein Verbundmaterial von 100 mm × 1500 mm in einer separaten Form für flache Platten hergestellt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
• [Auswertung der Schütthöhenmessung]
• Die Beziehungen zwischen der Auswertung der Schütthöhenmessung und dem Wert von Vf (i=1 bis 9)_A2 jeder Bündelbreitenzone der Verstärkungsfaser A2 von Beispiel 1, Beispiel 5, Beispiel 6, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 4 sind dargestellt. Da Vf der Beispiele 5 und 6 in den Bündelbreitenzonen von Vf (i=5)_A2 und Vf (i=6)_A2 höher ist als in den anderen Bündelbreitenzonen, sind die Faserbündel in diesen Zonen im Vergleich zu Beispiel 1 konzentriert. Infolgedessen ist die Auswertung der Schütthöhenmessung (Bestimmtheitsmaß) in den Beispielen 5 und 6 höher als in Beispiel 1. [Tabelle 1-1]

  		Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6
  Verschiedene Materialien
  Harz		PA6	PA6	PA6	PA6	PA6	PA6
  Verstärkungsfas er		STS40-48K	STS40-48K	STS40-48K	STS40-24K	STS40-48K	STS40-48K
  Faserlänge		20mm	20mm	20mm	20mm	20mm	20mm
  Vftotal		35%	35%	35%	35%	35%	35%
  Form Fixiermittel Oberseite		Form Fixativ 1	Form Fixativ 1	Form Fixativ 1	Form Fixativ 1	-	-
  Gewicht in Prozent	Gewichtsverh ältnis zur Kohlefaser Gew.-%	3	3	8	3	-	-
  Form Fixiermittel Unterseite		Form Fixativ 2	Form Fixativ 2	Form Fixativ 2	Form Fixativ 2	Form Fixativ 4	Form Fixativ 4
  Gewicht in Prozent	Gewichtsverh ältnis zur Kohlefaser Gew.-%	0.5	1	2	1	0.5	1
  Herstellungsverfahren für Verbundmateriale
  Erster Schritt des Fixiermittelauftrags		Heißluftg ebläse	Heißluftg ebläse	Heißluftg ebläse	Heißluftg ebläse
  Zweiter Schritt des Fixiermittelauftrags		küssen berühren	küssen berühren	küssen berühren	küssen berühren	küssen berühren	küssen berühren
  Kiss Touch Roll Drehgeschwindi gkeit	Umdrehungen pro Minute	5	20	80	20	40	120
  Feststoffkonzentration des mit der Kiss-Touch-Rolle aufgetragenen Form-Fixiermittels		20%	20%	20%	20%	10%	10%

  [Tabelle 1-2]

  		Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6
  Analyse von Verbundmaterialen
  Verstärkungsfaser A1
  Faservolumenanteil der Verstärkungsfaser A1 (VfA1)		10%	6%	3%	4%	9%	2%
  CVA1	Bündelbreite <0,3mm	32%	23%	18%	22%	23%	20%
  Verstärkungsfaser A2
  Volumenanteil der Fasern (VfA2 (total))		24%	22%	20%	22%	25%	30%
  CV1A2	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm	27%	14%	2%	11%	15%	8%
  CV2A2	0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm	26%	17%	8%	13%	17%	7%
  CV3A2	0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm	18%	11%	5%	9%	11%	5%
  CV4A2	1,2 mm < Bündelbreite < 1,5 mm	18%	24%	8%	23%	25%	3%
  CV5A2	1,5 mm < Bündelbreite < 1,8 mm	11%	16%	3%	9%	15%	12%
  CV6A2	1,8 mm < Bündelbreite < 2,1 mm	36%	3%	3%	10%	4%	10%
  CV7A2	2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm	25%	16%	12%	10%	15%	5%
  CV8A2	2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm	33%	30%	9%	25%	31%	9%
  CV9A2	2,7 mm < Bündelbreite ≤ 3,0 mm	30%	21%	8%	16%	20%	6%
  Verstärkungsfaserbündel A3
  Volumenanteil der Fasern (VfA3)		1%	7%	9%	8%	1%	3%
  Variationskoeffizient CVi der Verstärkungsfaser A3A3		5%	23%	5%	3%	18%	5%
  Bewertung
  Rückfederungsbetrag		3.7	3.5	2.5	2.7	3.3	2.7
  Drapierbarkeit bei Erwärmung des Verbundmaterials		Gut	Gut	Ausgezei chnet	Ausgezei chnet	Perfekt	Perfekt
  Unebenheite n bei der Imprägnieru ng	Zugfestigkeit CV-Wert	8%	6%	3%	3%	5%	4%
  Transportfähigkeit beim Erhitzen von Verbundmaterialien		Ausgezei chnet	Gut	Gut	Gut	Ausgezei chnet	Gut

  [Tabelle 2-1]

  		Vergleichend es Beispiel 1	Vergleichend es Beispiel 2	Vergleichend es Beispiel 3	Vergleichend es Beispiel 4
  Verschiedene Materialien
  Harz		PA6	PA6	PA6	PA6
  Verstärkungsfaser		STS40-48K	STS40-48K	STS40-48K	STS40-24K
  Faserlänge		20mm	20mm	20mm	20mm
  Vftotal		35%	35%	35%	35%
  Form Fixiermittel Oberseite		-	-	Form Fixativ 3	-
  Gewicht in Prozent	Gewichtsverhält nis zur Kohlefaser Gew.-%	-	-	2	-
  Form Fixiermittel Unterseite		-	Form Fixativ 2		-
  Gewicht in Prozent	Gewichtsverhält nis zur Kohlefaser Gew.-%	-	1	-	-
  Herstellungsverfahren für Verbundmateriale
  Erster Schritt des Fixiermittelauftrags		-	-	elektrostatisc he Beschichtung	-
  Zweiter Schritt des Fixiermittelauftrags		-	küssen berühren	-	-
  Kiss Touch Roll Drehgeschwindigkeit	Umdrehungen pro Minute		20
  Feststoffkonzentration des mit der Kiss-Touch-Rolle aufgetragenen Form-Fixiermittels			20%	-	-

  [Tabelle 2-2]

  		Vergleichend es Beispiel 1	Vergleichend es Beispiel 2	Vergleichend es Beispiel 3	Vergleichend es Beispiel 4
  Analyse von Verbundmaterialien
  Verstärkungsfaser A1
  Faservolumenanteil der Verstärkungsfaser A1 (VfA1)		13%	12%	14%	1%
  CVA1	Bündelbreite <0,3mm	40%	35%	35%	5%
  Verstärkungsfaser A2
  Volumenanteil der Fasern (VfA2 (total))		21%	19%	19%	34.0%
  CV1A2	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm	39%	25%	37%	-
  CV2A2	0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm	35%	27%	30%	-
  CV3A2	0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm	24%	19%	32%	-
  CV4A2	1,2 mm ≤ Bündelbreite < 1,5 mm	11%	23%	25%	-
  CV5A2	1,5 mm ≤ Bündelbreite < 1,8 mm	6%	6%	10%	-
  CV6A2	1,8 mm ≤ Bündelbreite < 2,1 mm	69%	42%	65%	1%
  CV7A2	2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm	66%	45%	73%	-
  CV8A2	2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm	64%	60%	75%	-
  CV9A2	2,7 mm ≤ Bündelbreite ≤ 3,0 mm	70%	50%	80%	-
  Verstärkungsfaserbündel A3
  Volumenanteil der Fasern (VfA3)		1%	4%	2%	0%
  Variationskoeffizient CVi der Verstärkungsfaser A3A3		43%	40%	39%	0%
  Bewertung
  Rückfederungsbetrag		5.4	4	4.3	2
  Drapierbarkeit bei Erwärmung des Verbundmaterials		Schlecht	Schlecht	Schlecht	Ausgezeich net
  Unebenheite n bei der Imprägnieru ng	Zugfestigkeit CV-Wert	15%	13%	13%	3%
  Transportfähigkeit beim Erhitzen von Verbundmaterialen		Ausgezeich net	Ausgezeich net	Ausgezeich net	Schlecht

  [Tabelle 3]

  		Beispiel 1	Beispiel 5	Beispiel 6	Vergleichen des Beispiel 1	Vergleichen des Beispiel 4
  Analyse von Verbundmaterialien
  Verstärkungsfaser A2
  Vf (i=1)A2	0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm	1.8%	1.2%	0.5%	10.5%	0.0%
  Vf (i=2)A2	0,6 mm <_ Bündelbreite < 0,9 mm	2.8%	1.2%	0.5%	3.5%	0.0%
  Vf (i=3)A2	0,9 mm <_ Bündelbreite < 1,2 mm	2.5%	0.7%	0.5%	1.8%	0.0%
  Vf (i=4)A2	1,2 mm < Bündelbreite < 1,5 mm	3.9%	0.9%	0.4%	1.1%	0.0%
  Vf (i=5)A2	1,5 mm < Bündelbreite < 1,8 mm	4.6%	14.2%	16.3%	0.7%	0.0%
  Vf (i=6)A2	1,8 mm < Bündelbreite < 2,1 mm	2.8%	5.3%	7.0%	0.1%	34.0%
  Vf (i=7)A2	2,1 mm < Bündelbreite < 2,4 mm	3.5%	0.7%	2.8%	1.0%	0.0%
  Vf (i=8)A2	2,4 mm <_ Bündelbreite < 2,7 mm	1.4%	0.7%	1.8%	1.0%	0.0%
  Vf (i=9)A2	2,7 mm < Bündelbreite ≤ 3,0 mm	0.7%	0.4%	0.7%	1.0%	0.0%
  V f(i=1)A2 +V f (i=2)A2		5%	2%	1%	14%	0%
  V f (i=8)A2 +V f (i=9)A2		2%	1%	2%	2%	0%
  V f (i=3)A2 +V f (i=4)A2 +V f (i=5)A2 +V f (i=6)A2 +V f (i=7)A2		17%	22%	27%	5%	34%
  Bewertung	Messung der Schütthöhe	Gut	Ausgezeichn et	Ausgezeichn et	Schlecht	Ausgezeichn et

• Industrielle Anwendbarkeit
• Das Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung und der durch Formen desselben erhaltene Formteil können in jedem Teil verwendet werden, in dem Stoßdämpfung erwünscht ist, wie z. B. in verschiedenen Strukturelementen, wie z. B. Strukturelementen von Kraftfahrzeugen, verschiedenen elektrischen Produkten, Rahmen und Gehäusen von Maschinen. Besonders bevorzugt kann es als Automobilteil verwendet werden.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
• Diese Anmeldung basiert auf einer japanischen Patentanmeldung (Japanische Patentanmeldung Nr. 2020-132326 ), die am 4. August 2020 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
• Bezugszeichenliste

401, 503, 603, 804

Verstärkungsfaserbündel

402

Klinge

403

Stützrolle (Gummirolle)

501, 601

Oberes Drehblatt

502, 602

Unteres Drehblatt

504

Schneide

505

die Spitze des unteren Drehflügels

604

Obere Klinge für die obere rotierende Klinge vorgesehen

605

Untere Klinge für die untere Drehklinge vorgesehen

701

Ungespaltenes Verstärkungsfaserbündel

702

Getrennte Verstärkungsfaserbündel

703, 802

Rotationsschneidemaschine

704

Richtung der Linie

801

Rotierende Klinge (gedreht durch gestrichelte rotierende Klingenhalterung)

803

Drehrichtung des Rotationsschneiders

901

Verbundmaterial vor dem Erhitzen

902

Verbundmaterialien, die erhitzt werden und unter ihrem eigenen Gewicht nachgeben

1001

Verbundmaterial mit einem Loch h0

1002

lochbildendes Element

1003

Untere Form

1004

Obere Form

1005

Abstand zwischen der inneren Wandfläche W0 des Lochs h0 aus Verbundmaterial und dem Lochbildungselement

1006

Formteil

1101

Verbundmaterial mit Loch h0 und Loch h0-1

h0

ein in einem Verbundmaterial vorgesehenes Loch

h0-1

Ein zweites, von h0 verschiedenes Loch im Verbundmaterial

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 101998323829 H [0003]
• WO 2016152563 A [0003]
• WO 2019107247 A [0003]
• WO 2014/021316 [0003]
• WO 2017159264 A [0080, 0081]
• WO 2019194090 A [0081, 0115]
• JP 2020132326 A [0201]

Claims (10)

1. Verbundmaterial umfassend Verstärkungsfasern A und ein Matrixharz, wobei: die Verstärkungsfasern A diskontinuierliche Fasern mit einer Faserlänge von 5 mm oder mehr sind; die Verstärkungsfasern A umfassen Verstärkungsfasern A1 mit einer Faserbreite von weniger als 0,3 mm; und Verstärkungsfaserbündel A2 mit einer Bündelbreite von 0,3 mm oder mehr und 3,0 mm oder weniger, wenn die Verstärkungsfaserbündel A2 in eine Vielzahl vorbestimmter Bündelbreitenzonen unterteilt sind (die Gesamtzahl n der Bündelbreitenzonen erfüllt n≥3), und wenn der Volumenanteil der Verstärkungsfaserbündel A2 in jeder Bündelbreitenzone Vfi_A2 ist, ein Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 zumindest im Bereich der minimalen Bündelbreite (i=1) und im Bereich der maximalen Bündelbreite (i=n) 35 % oder weniger beträgt, wobei der Variationskoeffizient CVi_A2 von Vfi_A2 nach der Formel (a) berechnet wird: $$\begin{array}{l}{\text{ Variationskoeffizient CVi}}_{\text{A}2}=100\times \text{Strandardabweichung von }{\text{Vfi}}_{\text{A}2}/\text{Durchschnitt}\\ {\text{von Vfi}}_{\text{A}2}\end{array}$$

   
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei die Variationskoeffizienten CVi_A2 von Vfi_A2 in allen Bündelbreitenzonen (i=1, ... , n) 35 % oder weniger betragen.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 35 % oder weniger beträgt, wobei Vf_A1 der Volumenanteil der Verstärkungsfasern A1 ist, wobei der Variationskoeffizient CV_A1 von Vf_A1 nach Formel (b) berechnet wird: $$\begin{array}{l}{\text{ Variationskoeffizient CV}}_{\text{A}1}=100\times \text{Standardabweichung von }{\text{Vf}}_{\text{A}1}/\text{Durchschnitt von}\\ {\text{Vf}}_{\text{A}1}\end{array}$$

   
4. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verstärkungsfasern A Kohlenstofffasern sind.
5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Matrixharz ein thermoplastisches Matrixharz ist.
6. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Matrixharz ein thermoplastisches Matrixharz ist, und ein Rückfederungsbetrag des Verbundmaterials mehr als 1,0 beträgt, wobei der Rückfederungsbetrag ein Verhältnis einer Dicke des Verbundmaterials nach dem Vorwärmen zu einer Dicke des Verbundmaterials vor dem Vorwärmen ist, und ein Variationskoeffizient CVs des Rückfederungsbetrags weniger als 35% beträgt, wobei der Variationskoeffizient CVs durch die Formel (c) berechnet wird: $$\begin{array}{c}\text{Variationskoeffizient CVs}=100\times \text{Standardabweichung des}\\ \text{R}\ddot{\text{u}}\text{ckfederungsbetrags}/\text{Durchschnitt des R}\ddot{\text{u}}\text{ckfederungsbetrags}\end{array}$$

   
7. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend Verstärkungsfasern B mit einer Faserlänge von weniger als 5 mm.
8. Verfahren zur Herstellung eines Formteils, umfassend Kaltpressen des Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung eines Formteils.
9. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Gesamtzahl der Zonen mit Bündelbreite n 9 beträgt, und jede Zone mit Bündelbreite ist wie folgt: Bündelbreite Zone (i=1) 0,3 mm ≤ Bündelbreite < 0,6 mm Bündelbreite Zone (i=2) 0,6 mm ≤ Bündelbreite < 0,9 mm Bündelbreite Zone (i=3) 0,9 mm ≤ Bündelbreite < 1,2 mm Bündelbreite Zone (i=4) 1,2 mm ≤ Bündelbreite < 1,5 mm Bündelbreite Zone (i=5) 1,5 mm ≤ Bündelbreite < 1,8 mm Bündelbreite Zone (i=6) 1,8 mm ≤ Bündelbreite < 2,1 mm Bündelbreite Zone (i=7) 2,1 mm ≤ Bündelbreite < 2,4 mm Bündelbreite Zone (i=8) 2,4 mm ≤ Bündelbreite < 2,7 mm Bündelbreite Zone (i=9) 2,7 mm ≤ Bündelbreite ≤ 3,0 mm.
10. Verbundmaterial nach Anspruch 9, wobei die folgenden Formeln (x), (y) und (z) erfüllt sind, wobei Vfi_A2 der Volumenanteil der Verstärkungsfaserbündel A2 in jeder Bündelbreitenzone ist. $$0\square \text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A}2}<10\%$$

    

    $$0<{\text{Vfi}}_{\text{A}2}\text{ in zwei oder mehr B}\ddot{\text{u}}\text{ndelbreitenzonen von i}=2\text{ bis 9 erf}\ddot{\text{u}}\text{llt}$$

    

    $$\text{Vf}{\left(\text{i}=1\right)}_{\text{A}2}<\text{Vf}{\left(\text{i}=\text{mindestens eine von 2 bis 9}\right)}_{\text{A}2.}$$

    

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