短切纤维束、成型材料、纤维增强塑料以及它们的制造方法

摘要

本发明提供一种短切纤维束、成型材料、纤维增强塑料、以及它们的制造方法。本发明的短切纤维束为多根增强纤维单向排列的短切纤维束，各增强纤维的纤维长度在5至100mm范围内。所述短切纤维束具有过渡区间，在所述过渡区间以短切纤维束的增强纤维的排列方向的两端部作为开始点朝向短切纤维束的中央部在增强纤维的排列方向上增强纤维的根数增加。在短切纤维束的整个长度方向上多根增强纤维总截面积的变化量在增强纤维的排列方向上为每1mm为0.05mm2以下。

说明书

技术领域

本发明涉及由多根增强纤维构成的短切纤维束。本发明还涉及用于成型纤维增强塑料的成型材料，所述成型材料由多根本发明的短切纤维束的集合体构成。本发明也涉及纤维增强塑料，所述纤维增强塑料由多根本发明的短切纤维束的集合体和基质树脂构成。

背景技术

由多根增强纤维与基质树脂构成的纤维增强塑料由于比强度和比模量高、力学特性优异，具有耐气候性和耐药品性等高功能特性等，所以在产业应用中备受关注，其需求也逐年提高。

作为具有高功能特性的纤维增强塑料的成型方法，有下述高压釜成型方法，即，使多根连续增强纤维含浸基质树脂，将所得的半固化状态的原料基材(预浸料坯)层合，将得到的层合体用高温高压釜加热加压，由此使基质树脂固化，成型纤维增强塑料。所述高压釜成型方法被普遍使用。

另外，作为另一种纤维增强塑料的成型方法有RTM(树脂传递成型)成型方法，所述成型方法以提高生产效率为目的，在预先赋型为所期待构件形状的由多根连续增强纤维构成的原料基材(预塑形坯)中含浸基质树脂，使含浸的基质树脂固化。

通过上述成型方法得到的纤维增强塑料，由于多根增强纤维是连续纤维所以具有优异的力学特性。另外，由于所述多根连续纤维规则地排列在原料基材中，所以通过配置层合的原料基材，纤维增强塑料能设计成具有所需的力学特性，所得的纤维增强塑料的力学特性不均也小。但是，另一方面，由于多根增强纤维为连续纤维，所以难以形成三维形状等复杂形状，上述成型方法主要限于制造接近于平面形状的构件。

作为适合成型具有三维形状等复杂形状的成型体的成型方法，有使用SMC片材(Sheet Molding Compound)或冲压成型片材(Stampable Sheet)的成型方法。

SMC成型方法是使由通常被切断成25mm左右的多根增强纤维构成的短切纤维束含浸作为基质树脂的热固性树脂，使用加热型压力机将半固化状态的SMC片材加热加压，由此进行成型。

冲压成型片材成型方法是使由通常被切断成25mm左右的多根增强纤维构成的短切纤维束含浸作为基质树脂的热塑性树脂，将得到的冲压成型片材加热至热塑性树脂的熔点以上，配置于温度调节至规定温度的成型模上冷却加压，由此进行成型。

大多情况下，将切断成小于所期待的成型体形状的SMC片材或冲压成型片材配置于成型模上，通过对配置于成型模上的片材加压，将片材拉伸(使其流动)为上述成型体的形状进行成型。因此，通过基质树脂及被切断的多根增强纤维的流动，能得到成型为三维形状等复杂形状的成型追随性。

但是，现有的SMC片材或冲压成型片材中使用的短切纤维束如下制造，在垂直于增强纤维的排列方向的方向上，切断由单向排列的多根连续增强纤维构成的连续增强纤维束。当在由多根所述短切纤维束和基质树脂成型得到的成型体(纤维增强塑料)上加载负荷时，多根短切纤维束基本上承受了全部的该负荷。即，多根短切纤维束通过基质树脂互相传递负荷。

在这种情况下，在现有成型体中，由于在短切纤维束端部的各增强纤维末端位于与增强纤维排列方向垂直的面内，所以产生负荷立即由相邻的短切纤维束传递而至的状态。在该状态下该部位产生应力集中。若产生该应力集中则即使在负荷低的情况下，该部位由于应力集中而被破坏，在成型体中产生裂缝。产生的裂缝与其他所产生的裂缝连接，导致整个成型体的破坏。

现有SMC片材或冲压成型片材由于其使用的短切纤维束中各增强纤维的长度为25mm左右，所以虽然可以在形成成型体时得到增强纤维的流动性，但是由于各增强纤维的末端位于垂直于增强纤维排列方向的面上，所以存在成型得到的成型体容易产生裂缝的问题。

为了消除该问题提出了如下SMC片材(例如专利文献1、2)，即通过使用减少了增强纤维根数的短切纤维束制作SMC片材，来增加短切纤维束彼此间的缠绕进行致密化，抑制成型体裂缝的产生及扩展。但是，一般而言，为了满足成型体中所需的增强纤维的量，减少短切纤维束中增强纤维的根数，则需要更多的短切纤维束，导致SMC片材的制作费用增加。另一方面，减少了增强纤维根数的细短切纤维束由于短切纤维束彼此间容易凝集，所以存在成型体内容易产生增强纤维的分布不均或取向不均、所得成型体的力学特性降低的问题。

专利文献1：日本特开昭62-48730号公报

专利文献2：日本特开平1-163218号公报

发明内容

本发明的目的之一在于鉴于上述现有技术的问题，提供一种短切纤维束及其制造方法，所述短切纤维束用作成型材料时具有良好的流动性和成型追随性，用作纤维增强塑料时显示优异的力学特性。

本发明的另一个目的是提供一种使用本发明短切纤维束的成型材料及纤维增强塑料，以及它们的制造方法。

本发明的短切纤维束如下所述，

(a)是由单向排列的多根增强纤维和集束该多根增强纤维的集束剂构成的短切纤维束，

(b)上述增强纤维的纤维长度为5至100mm，

(c)上述短切纤维束具有第1过渡区间和第2过渡区间，所述第1过渡区间，从上述增强纤维排列方向的一个前端的第1前端朝向另一个前端的第2前端，在垂直于上述增强纤维排列方向的方向上的纤维束横截面中的上述增强纤维的根数增加；所述第2过渡区间从上述第2前端朝向上述第1前端，在上述纤维束横截面中上述增强纤维的根数增加，

(d)上述短切纤维束，在上述第1过渡区间和上述第2过渡区间之间，沿着上述增强纤维的排列方向进一步具有在上述纤维束横截面中上述增强纤维的根数不变的不变区间，其中，该不变区间的一个端面与上述第1过渡区间的第1终端面一致，所述第1终端面位于上述第1前端的相反侧终端；同时上述不变区间的另一个端面与上述第2过渡区间的第2终端面一致，所述第2终端面位于上述第2前端的相反侧终端；或者上述第1终端面与上述第2终端面直接一致，并且，

(e)在上述第1前端和上述第2前端之间，在上述增强纤维排列方向上，上述纤维束横截面中的上述增强纤维总截面积变化量为每1mm为0.05mm²以下。

在本发明的短切纤维束中，只要多根增强纤维实质上单向排列即可。此处，所谓各增强纤维实质上单向排列是指下述状态，观察短切纤维束的某一部分时，半径5mm以内存在的增强纤维的90％以上在相对于短切纤维束的上述某一部分中存在的增强纤维的排列方向为±10°角度以内排列。

在本发明的短切纤维束中，上述增强纤维总截面积的最大值优选为0.1mm²以上。

在本发明的短切纤维束中，上述增强纤维总截面积的最大值小于0.1mm²时，在上述第1前端和上述第2前端之间，在上述增强纤维排列方向上上述纤维束横截面中的上述增强纤维根数的变化量优选每1mm为上述增强纤维最大根数的30％以下。

在本发明的短切纤维束中，优选上述增强纤维的各纤维长度相同。所述各纤维长度只要实质上相同即可。此处，所谓各纤维长度实质上相同是指下述状态，短切纤维束中所含的、纤维长度在增强纤维的纤维长度平均值的±5％范围内的增强纤维，占短切纤维束中所含全部增强纤维的95％。

在本发明的短切纤维束中，优选上述增强纤维优选为碳纤维，该碳纤维的根数为1,000至700,000，在上述第1前端和上述第2前端之间，在上述增强纤维排列方向上上述纤维束横截面中的上述增强纤维根数的变化量为每1mm为1,400根以下。

在本发明的短切纤维束中，在描绘垂直于上述增强纤维的排列方向的方向上的上述短切纤维束的宽度为最大的状态的平面图中，将该最大宽度记作Wb，在该最大宽度的位置处的上述纤维束的横截面中，将垂直于上述平面图的方向上的上述短切纤维束的最大厚度记作Tb，优选比率Wb/Tb的值为20至400。

在本发明的短切纤维束中，优选在描绘垂直于上述增强纤维的排列方向的方向上的上述短切纤维束的宽度为最大的状态的平面图中，在上述第1过渡区间及上述第2过渡区间两个过渡区间的外部轮廓中从上述前端朝向上述终端的一个方向上的边是由沿上述增强纤维的排列方向的直线状线段形成的，另一个方向上的边是由与上述增强纤维的排列方向成2至30°角度的倾斜直线状线段形成的。

在本发明的短切纤维束中，上述集束剂可以为制造增强纤维束时使用的上浆剂，该上浆剂对上述短切纤维束的附着量可以为0.1至10质量％。

在本发明的短切纤维束中，上述集束剂可以为制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂，该基质树脂对上述短切纤维束的附着量可以为20至75质量％。

在本发明的短切纤维束中，所谓变化量表示增加量或减少量的绝对值。

本发明的成型材料是由短切纤维束集合体构成的，所述短切纤维束集合体是由多个上述本发明的短切纤维束通过该短切纤维束的集束剂及/或通过相邻短切纤维束中上述增强纤维彼此间的缠绕而接合并一体化所形成的一层或多层构成的。

在本发明的成型材料中，优选上述集束剂为制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂，该基质树脂对上述短切纤维束的附着量为20至75质量％，并且上述短切纤维束集合体为片状。

在本发明的成型材料中，上述片状短切纤维束集合体中各短切纤维束的上述增强纤维的排列方向可以分别相同。短切纤维束集合体中各短切纤维束的上述增强纤维的排列方向可以分别实质上相同。此处，所谓各短切纤维束的上述增强纤维的排列方向分别实质上相同的状态是指下述状态，以短切纤维束中含有的各增强纤维的排列方向的平均值作为代表该短切纤维束的增强纤维的代表排列方向，短切纤维束集合体中位于各短切纤维束的各代表排列方向±10％以内的短切纤维束，占短切纤维束集合体中全部短切纤维束的90％以上。

在本发明的成型材料中，优选上述短切纤维束集合体由层合体构成，所述层合体含有多张上述片状短切纤维束集合体的层合，在该层合体中，在上述片状短切纤维束集合体的一层中上述增强纤维的排列方向与上述片状短切纤维束集合体中的另一层中上述增强纤维的排列方向不同。

在本发明的成型材料中，上述短切纤维束集合体中各短切纤维束的上述增强纤维的排列方向也可以是随机的。

在本发明的成型材料中，上述短切纤维束的集合体具有三维形状使其在横截面形状中至少具有一个弯曲部。

本发明的成型材料的其他方案为由多个上述本发明的短切纤维束和热塑性树脂的混合物形成的注射成型用颗粒。

本发明的纤维增强塑料由短切纤维束集合体以及与该短切纤维束集合体一体化的基质树脂构成，所述短切纤维束集合体由多个上述本发明的短切纤维束构成。

在本发明的纤维增强塑料中，优选在该纤维增强塑料的厚度方向的截面中，至少在该厚度方向上堆积有20个上述短切纤维束。

本发明的短切纤维束制造方法包括下述(a)工序和(b)工序，

(a)供给连续增强纤维束的连续增强纤维束供给工序，所述连续增强纤维束由单向排列的多根连续增强纤维和集束该增强纤维的集束剂构成，及，

(b)连续增强纤维束切断工序，在该连续增强纤维束的长度方向上以固定间隔切断由该连续增强纤维束供给工序供给的连续增强纤维束，形成短切纤维束，

在所述短切纤维束制造方法中，

(c)在上述连续增强纤维束切断工序中切断上述连续增强纤维束，使在上述连续增强纤维束切断工序中形成的各短切纤维束为本发明的短切纤维束。

在连续增强纤维束供给工序中只要多根连续增强纤维实质上单向排列即可。此处，所谓各连续增强纤维实质上单向排列的状态是指下述状态，观察短切纤维束的某一部分时，相对于连续短切纤维束部分中的增强纤维的排列方向，半径5mm以内存在的增强纤维中90％以上在±10°角度以内排列。

在本发明的短切纤维束制造方法中，优选上述连续增强纤维束供给工序包括连续增强纤维束开纤工序，在所述连续增强纤维束开纤工序中将上述连续增强纤维束开纤，使上述连续增强纤维束的横截面中的上述多根增强纤维的排列状态为扁平。

在本发明的短切纤维束制造方法中，上述集束剂可以为制造上述连续增强纤维束时使用的上浆剂，该上浆剂对上述连续增强纤维束的附着量为0.1至10质量％。

在本发明的短切纤维束制造方法中，上述集束剂也可以为制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂，该基质树脂对上述连续增强纤维束的附着量为20至75质量％。

本发明的短切纤维束制造方法的其他方案包括下述(a)、(b)和(c)工序，

(a)供给连续增强纤维片材的连续增强纤维片材供给工序，在该连续增强纤维片材中并列排列有多个由单向排列的多根连续增强纤维构成的连续增强纤维束，

(b)预浸料坯片材形成工序，其中，将由该连续增强纤维片材供给工序供给的上述连续增强纤维片材置于树脂片材上，所述树脂片材由制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂形成，然后将上述增强纤维和上述基质树脂进行一体化，从而形成预浸料坯片材，及，

(c)预浸料坯片材切断工序，其中，在上述增强纤维的排列方向上以固定间隔切断在上述预浸料坯片材形成工序中形成的预浸料坯片材，或者在上述增强纤维的排列方向及垂直于该增强纤维的排列方向的方向上以固定间隔切断在上述预浸料坯片材形成工序中形成的预浸料坯片材，形成短切纤维束，

在所述短切纤维束制造方法中，

(d)在上述预浸料坯片材切断工序中切断上述预浸料坯片材，使在上述预浸料坯片材切断工序中形成的短切纤维束为本发明的短切纤维束。

在连续增强纤维片材供给工序中，单向排列的多根连续增强纤维只要实质上单向排列即可。此处，所谓各连续增强纤维实质上单向排列的状态是指下述状态，当观察由多根连续增强纤维构成的连续增强纤维束的某一部分时，相对于连续增强纤维束的上述某一部分中存在的增强纤维的排列方向，半径5mm以内存在的增强纤维中90％以上在±10°角度以内排列。

优选在本发明的短切纤维束制造方法的上述其他方案中的、上述预浸料坯片材形成工序中，在下述状态下形成预浸料坯片材，所述状态为在载有上述连续增强纤维片材的上述树脂片材上，载有由制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂形成的另一个树脂片材，其中所述增强纤维和所述基质树脂被一体化，并且调整上述基质树脂的量使在所得短切纤维束中上述基质树脂的附着量为20至75质量％。

本发明的成型材料制造方法包括下述工序，

(a)短切纤维束散布工序，将多个本发明的短切纤维束散布于成型基体上，使上述多个短切纤维束单层或多层堆积，及，

(b)短切纤维束集合体形成工序，使散布于上述成型基体上的多个短切纤维束相互接合进行一体化，形成由短切纤维束集合体构成的成型材料。

在本发明的成型材料制造方法中的、上述短切纤维束散布工序中，优选上述成型基体具有平坦面，将上述短切纤维束散布于上述平坦面上，使该平坦面上的上述多个短切纤维束的各增强纤维的排列方向相同，并且在上述平坦面上形成有由上述多个短切纤维束构成的短切纤维束片材，在上述短切纤维束集合体形成工序中，形成由短切纤维束片材构成的成型材料，所述短切纤维束片材由上述多个短切纤维束形成。

只要上述平坦面上的上述多个短切纤维束各增强纤维的排列方向实质上相同即可。此处，所谓各短切纤维束中的上述增强纤维的排列方向分别实质上相同的状态是指下述状态，以短切纤维束中含有的各增强纤维的排列方向的平均值作为代表该短切纤维束中的增强纤维的代表排列方向，短切纤维束集合体中位于各短切纤维束的各代表排列方向±10％以内的短切纤维束，占短切纤维束集合体中全部短切纤维束的90％以上。

在本发明的成型材料制造方法中，优选形成上述短切纤维束片材后，将上述短切纤维束散布于上述形成的短切纤维束片材上，使在该形成的短切纤维束片材之上的上述多个短切纤维束的各增强纤维的排列方向相同，且与上述形成的短切纤维束片材中的短切纤维束的增强纤维的排列方向不同，并且在上述形成的短切纤维束片材之上形成有由上述多个短切纤维束构成的另一个短切纤维束片材，来形成由短切纤维束片材的层合体构成的成型材料。

只要在上述形成的短切纤维束片材之上的上述多个短切纤维束各增强纤维的排列方向实质上相同即可。此处，所谓各短切纤维束的上述增强纤维的排列方向分别实质上相同的状态是指下述状态，以短切纤维束含有的各增强纤维的排列方向的平均值作为代表该短切纤维束中的增强纤维的代表排列方向，短切纤维束集合体中位于各短切纤维束的各代表排列方向±10％以内的短切纤维束，占短切纤维束集合体中全部短切纤维束的90％以上。

在本发明的成型材料制造方法中，也可以将上述短切纤维束散布于上述成型基体上，使上述成型基体上的上述多个短切纤维束的各增强纤维的排列方向是随机的。

在本发明的成型材料制造方法中，优选上述成型基体为树脂片材，所述树脂片材由制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂形成。

在本发明的成型材料制造方法中，上述短切纤维束散布工序可以包括下述工序，

(a)第1层形成工序，其中，上述成型基体具有三维形状表面，将上述短切纤维束散布于上述三维形状表面上，使在该三维形状表面上上述多个短切纤维束的各增强纤维的排列方向相同，形成由多个短切纤维束构成的第1短切纤维束层，及，

(b)第2层形成工序，其中，将上述短切纤维束散布于上述第1短切纤维束层之上，使在上述第1层形成工序中形成的上述第1短切纤维束层之上的上述多个短切纤维束的各增强纤维排列方向相同，并且所述增强纤维的排列方向与上述第1短切纤维束层中的短切纤维束的增强纤维排列方向不同，形成由多个短切纤维束构成的第2短切纤维束层。

上述多个短切纤维束的各增强纤维的排列方向只要实质上相同即可。此处，所谓各短切纤维束的上述增强纤维的排列方向实质上相同的状态是指下述状态，以短切纤维束中含有的各增强纤维的排列方向的平均值作为代表该短切纤维束中的增强纤维的代表排列方向，短切纤维束集合体中位于各短切纤维束的各代表排列方向±10％以内的短切纤维束，占短切纤维束集合体中的全部短切纤维束的90％以上。

本发明的成型材料制造方法其他方案包括下述工序，

(a)短切纤维束散布工序，将多个本发明的短切纤维束散布于由第1树脂片材构成的成型基体上，所述第1树脂片材是由制造含有增强纤维的树脂成型体时使用的基质树脂形成的，

(b)树脂片材层合工序，将由上述基质树脂构成的第2树脂片材层合于上述第1树脂片材的该多个短切纤维束之上，所述第1树脂片材具有在所述短切纤维束散布工序中得到的上述多个短切纤维束，及，

(c)短切纤维束集合体形成工序，通过加压及/或加热由上述树脂片材层合工序中所得的上述多个短切纤维束和上述第1及第2树脂片材构成的层合体，使上述多个短切纤维束和上述第1及第2树脂片材一体化，形成短切纤维束集合体。

本发明的成型材料制造方法的另一个方案包括下述工序：混炼工序，将多个本发明的短切纤维束和热塑性树脂混炼，以准备短切纤维束和热塑性树脂的混炼物；成型工序，将该混炼工序所准备的混炼物连续挤压成棒状或片状，成型棒状或片状的连续成型物；制丸工序，将该成型工序得到的连续成型物在其长度方向上间隔地切断，形成注射成型用颗粒。

本发明的纤维增强塑料的制造方法包括如下所述：将面积小于成型模模槽的投影面积且厚度比上述模槽的厚度厚的一张或多张本发明成型材料配置于上述模槽内，夹紧上述成型模，通过加压或加压及加热上述成型材料来拉伸上述成型材料，使上述成型材料填充于上述模槽内，在上述模槽内成型纤维增强塑料结束后，从上述模槽中取出成型的纤维增强塑料。

在本说明书中，所谓连续增强纤维除特别说明之外是指具有超过100mm纤维长度的增强纤维。连续增强纤维束由多根该连续增强纤维排列成束状而形成。

根据本发明，提供一种短切纤维束及其制造方法，所述短切纤维束在用作成型材料时具有良好的流动性、成型追随性，用作纤维增强塑料时显示优异的力学特性。另外，提供使用本发明的短切纤维束的成型材料及纤维增强塑料、以及它们的制造方法。

附图说明

[图1]图1为本发明的短切纤维束的一例的平面图。

[图2]图2为本发明的短切纤维束的另一例的平面图。

[图3]图3为本发明的短切纤维束的又一例的平面图。

[图4]图4为图1的本发明短切纤维束的宽度具有最大宽度Wb的位置处的横截面图。

[图5]图5为本发明的短切纤维束的另外7例的各平面图((a)至(g))的罗列。

[图6]图6为现有短切纤维束的一例的(a)平面图，及(b)侧面图。

[图7]图7为图2本发明短切纤维束的(a)平面图、(b)侧面图及(c)该短切纤维束的增强纤维的排列方向中增强纤维根数的增减状态图解。

[图8]图8为图3本发明短切纤维束的(a)平面图、(b)侧面图及(c)该短切纤维束的增强纤维的排列方向中增强纤维根数的增减状态图解。

[图9]图9为本发明的成型材料的一例的平面图。

[图10]图10为用于说明本发明成型材料制造方法的一例的立体简图。

[图11]图11为本发明纤维增强塑料的一例的横截面图。

[图12]图12为现有纤维增强塑料的一例的横截面图。

符号说明

11：增强纤维

12a：第1前端

12b：第2前端

13a：第1过渡区间

13b：第2过渡区间

13Ea：过渡区间的第1终端面

13Eb：过渡区间的第2终端面

14：不变区间

14Ea：不变区间的一个端面

15a：第1过渡区间中的一个边

15b：第2过渡区间中的一个边

16a：第1过渡区间中的另一个边

16b：第2过渡区间中另一个边

61：现有短切纤维束中的增强纤维

61a、61b：现有短切纤维束的前端

91：成型材料

101：连续增强纤维束

102：铜管

103、104：导辊

105：辊刀

106：集束剂赋予装置

107：集束剂供给口

108：狭缝状喷嘴

109：成型基体

110：机器人手臂

111：本发明的纤维增强塑料

112：本发明纤维增强塑料的横截面

113：本发明纤维增强塑料中的增强纤维

114：本发明纤维增强塑料中的短切纤维束

115：本发明纤维增强塑料中的短切纤维束的端部

121：现有纤维增强塑料

122：现有纤维增强塑料的横截面

123：现有纤维增强塑料中的增强纤维

124：现有纤维增强塑料中的短切纤维束

125：现有纤维增强塑料中的短切纤维束的端部

126：现有纤维增强塑料中的树脂蓄积

CFB、CFB1、CFB2、CFB3、CFB5a-CFB5g：短切纤维束

CFBC：现有短切纤维束

CFTS：增强纤维总截面积的变化量

Ld：短切纤维束的横跨长度

Lf：增强纤维的纤维长度

Tb：短切纤维束的最大厚度

Wb：短切纤维束的最大宽度

Wd：短切纤维束的横跨宽度

具体实施方式

参照附图说明本发明短切纤维束的若干实施方案。

图1为本发明的短切纤维束的一例的平面图。在图1中本发明的短切纤维束CFB1由单向排列的多根增强纤维11和集束多根增强纤维11的集束剂(未图示)构成。各增强纤维11的纤维长度Lf为5至100mm。

短切纤维束CFB1具有第1过渡区间13a，在所述第1过渡区间13a中，从作为增强纤维11的排列方向中的一个前端的第1前端12a朝向作为另一个前端的第2前端12b，位于垂直于增强纤维11的排列方向的方向上的纤维束横截面中的增强纤维11的根数增加。另外还具有第2过渡区间13b，在所述第2过渡区间13b中，在所述第2过渡区间13b中，从第2前端12b朝向第1前端12a，位于纤维束横截面中的增强纤维11的根数增加。

在图1中将增强纤维11的排列方向描绘为上下方向或垂直方向。增强纤维11的排列方向还是短切纤维束CFB1的长度方向。在图1中将垂直于增强纤维11的排列方向的方向描绘为左右方向或水平方向。垂直于增强纤维11的排列方向的方向还是短切纤维束CFB1的宽度方向。

在第1过渡区间13a和第2过渡区间13b之间含有不变区间14，在所述不变区间14内位于纤维束横截面中的增强纤维11的根数沿着增强纤维11的排列方向不变。不变区间14的一个端面14Ea与第1终端面13Ea一致，所述第1终端面13Ea为第1过渡区间13a的终端，该终端与第1前端12a位于第1过渡区间13a的相反侧。另外，不变区间14的另一个端面14Eb与第2终端面13Eb一致，所述第2终端面13Eb为第2过渡区间13b的终端，该终端与第2前端12b位于第2过渡区间13b的相反侧。

在短切纤维束CFB1中，在第1前端12a和第2前端12b之间，使纤维束横截面中的增强纤维总截面积的变化量在增强纤维11的排列方向上为每1mm为0.05mm²以下。

图1为描绘短切纤维束CFB1在垂直于增强纤维11的排列方向的方向上的宽度成为最大的状态的平面图。短切纤维束CFB1在不变区间14的整个区域具有最大宽度Wb。在具有最大宽度Wb的位置(区间)处增强纤维11的根数变为最大。

在图1中在第1过渡区间13a及第2过渡区间13b两个过渡区间的外部轮廓中从前端朝向终端的一边15a、15b分别由沿着增强纤维11的排列方向的直线状线段形成，另一边16a、16b分别由与多根增强纤维11的切断端部并列的直线状线段形成，所述多根增强纤维11在制造短切纤维束CFB1时被切断。

短切纤维束CFB1的边15a和边15b之间的短切纤维束CFB1在宽度方向的距离为短切纤维束CFB1的横跨宽度Wd；在第1前端12a和第2前端12b之间的短切纤维束CFB1在长度方向的距离为短切纤维束CFB1的横跨长度Ld。

图2为本发明短切纤维束的另一例的平面图。在图2中本发明的短切纤维束CFB2具有与图1的短切纤维束CFB1相同的形态。因此，图2中短切纤维束CFB2的各部位标记着与图1的短切纤维束CFB1相应部位的符号相同的符号。

图2的短切纤维束CFB2和图1的短切纤维束CFB1的差异在于在图2的短切纤维束CFB2的不变区间14中短切纤维束的宽度Wb、即短切纤维束CFB2的横跨宽度Wd，比图1的短切纤维束CFB1的横跨宽度Wd窄。结果，图2的短切纤维束CFB2的与第1过渡区间13a中多根增强纤维11的切断端部并列的边16a的长度，比图1的短切纤维束CFB1的边16a的长度短；另外，图2的短切纤维束CFB2的与第2过渡区间13b中多根增强纤维11的切断端部并列的边16b的长度，比图1的短切纤维束CFB1的边16b的长度短。

在短切纤维束CFB2中各增强纤维11的纤维长度Lf为5至100mm。在第1前端12a和第2前端12b之间，在增强纤维11的排列方向上，短切纤维束CFB2在纤维束横截面中的增强纤维总截面积的变化量为每1mm为0.05mm²以下。

图3为本发明短切纤维束又一例的平面图。在图3中，本发明的短切纤维束CFB3除不具有图1短切纤维束CFB1的不变区间14之外，具有与图1短切纤维束CFB1相同的形态。因此，在图3短切纤维束CFB3的各部位标记与图1短切纤维束CFB1相应部分的符号相同的符号。

图3短切纤维束CFB3由第1过渡区间13a和第2过渡区间13b构成，在所述第1过渡区间13a中增强纤维11的根数从第1前端12a朝向第2前端12b增加；在所述第2过渡区间13b中增强纤维11的根数从第2前端12b朝向第1前端12a增加。在短切纤维束CFB3中，第1终端面13Ea与第2终端面13Eb直接一致，所述第1终端面13Ea位于第1过渡区间13a的终端，该终端与第1前端12a位于第1过渡区间13a的相反侧，所述第2终端面13Eb位于第2过渡区间13b的终端，该终端与第2前端12b位于第2过渡区间13b的相反侧。

短切纤维束CFB3在所述两终端面13Ea和13Eb一致处具有最大宽度Wb。在具有最大宽度Wb的位置(区间)增强纤维11的根数变为最大。另外，由于两终端面13Ea和13Eb一致，短切纤维束CFB3的横跨长度Ld的值是增强纤维11的长度Lf值的2倍。

在短切纤维束CFB3中各增强纤维11的纤维长度Lf为5至100mm。在短切纤维束CFB3中，在第1前端12a和第2前端12b之间，在增强纤维11的排列方向上，纤维束横截面中增强纤维总截面积的变化量为每1mm为0.05mm²以下。

图4为图1的本发明短切纤维束CFB1的宽度具有最大宽度Wb的位置处垂直于短切纤维束CFB1的长度方向的横截面图。在图4中，多根增强纤维11被集束剂集束形成的短切纤维束CFB1在其宽度方向(图4中的左右方向或水平方向)具有最大宽度Wb，在其厚度方向(图4中的上下方向或垂直方向)具有最大厚度Tb。由于在图2的本发明短切纤维束CFB2及图3的短切纤维束CFB3各最大宽度Wb位置处横截面形状与图4短切纤维束CFB1的横截面形状相同，所以省略它们的图示。由最大宽度的值Wb和最大厚度的值Tb之间的比率Wb/Tb，表示短切纤维束的纵横比。

短切纤维束在垂直于长度方向的方向上的横截面形状可以采用圆形、椭圆形、四角形等多种形状，但从短切纤维束横截面形状的稳定性、短切纤维束良好的操作性及短切纤维束的制造容易性的观点考虑，优选短切纤维束的横截面形状为圆形、椭圆形或四角形，特别优选为如图4所述的扁平长方形或扁平椭圆形。

图5为本发明短切纤维束的其他7例各平面图((a)至(g))的罗列。图5的各短切纤维束在图中按上下方向排列，由利用集束剂集束的多根增强纤维11构成。

图5(a)的短切纤维束CFB5a在上侧具有4个前端，在下侧具有4个前端，并且在相邻前端间具有V字切口。短切纤维束CFB5a的外围轮廓由16条边构成，各边均由直线线段构成。

图5(b)的短切纤维束CFB5b在上侧具有1个前端，在下侧具有2个前端，并且在下侧的2个前端间具有V字切口。短切纤维束CFB5b的外形由6条边构成，各边均由直线线段构成。

图5(c)的短切纤维束CFB5c在上侧具有1个前端，在下侧具有1个前端。短切纤维束CFB5c的外形由4条边构成，其中的2条边由曲线线段构成，其他2条边由直线线段构成。

图5(d)的短切纤维束CFB5d在上侧具有2个前端，在下侧具有1个前端。短切纤维束CFB5d的外围轮廓由4条边构成，它们中连接上侧2个前端的边由U字曲线线段构成，含有下侧前端的边由U字曲线的线段构成，剩余2条边由直线线段构成。

图5(e)的短切纤维束CFB5e在上侧具有1个前端，在下侧具有1个前端。短切纤维束CFB5e的外形由2个边构成，所述边由曲线线段构成，所述曲线线段凸向外侧且连接各上侧前端和下侧前端。

图5(f)的短切纤维束CFB5f具有上侧的1个前端和下侧的1个前端。短切纤维束CFB5f的外围轮廓由6个边构成，各边均由直线线段构成。

图5(g)的短切纤维束CFB5g具有上侧的1个前端和下侧的1个前端。短切纤维束CFB5g的外围轮廓由4个边构成，各边均由直线线段构成。

本发明的短切纤维束用于制造纤维增强成型体(纤维增强塑料)成型用成型材料。该成型材料由多个本发明短切纤维束的集合体构成。使用该成型材料成型具有复杂形状的成型体时，需要对于复杂形状的良好的成型追随性。由于本发明的短切纤维束中含有的增强纤维11的全部纤维长度Lf均被制成100mm以下，所以由多个本发明的短切纤维束构成的成型材料具有良好的成型追随性。

纤维长度Lf超过100mm时，由于纤维长度越长在成型体成型过程中增强纤维11越难在其排列方向上流动，难以制造具有复杂形状的成型体。纤维长度Lf小于5mm时，提高在成型体成型过程中的增强纤维11的流动性，但所得成型体的力学特性降低。考虑到成型体成型过程中增强纤维的流动性和所得成型体力学特性的关系，优选本发明的短切纤维束中各增强纤维11的长度Lf为10至50mm。

短切纤维束内含有的纤维长度小于5mm的增强纤维的根数越少越好，并且小于形成短切纤维束的增强纤维总根数的5％较好。即，在本发明中所谓形成短切纤维束的增强纤维11的纤维长度Lf为5至100mm的状态包括下述状态：纤维长度小于5mm的增强纤维的根数为形成短切纤维束的增强纤维的总根数的5％以下，并且全部增强纤维的纤维长度均在100mm以下。

一般通过成型由多个短切纤维束的集合体构成的成型材料，来制造纤维增强塑料(以下有时称作“短纤维增强塑料”)。向纤维增强塑料施加负荷时，大部分负荷由纤维增强塑料内存在的增强纤维承受。在短切纤维束情况下，形成纤维束的多根增强纤维均处在被切断成一定长度的状态。因此，某些短切纤维束的增强纤维所承受的负荷需要从该短切纤维束的端部经由基质树脂向其附近的其他短切纤维束的端部的该其他短切纤维束的增强纤维传递。

用于制造纤维增强塑料的现有短切纤维束的一例的平面图及侧面图示于图6。在图6中现有短切纤维束CFBC由被集束剂集束的多根增强纤维61构成。短切纤维束CFBC是由多根连续增强纤维构成的连续增强纤维束在长度方向上以一定间隔，在垂直于连续增强纤维束的长度方向的方向上切断而制造的。因此，在短切纤维束CFBC长度方向的两个前端61a、61b中，制造短切纤维束CFBC时被切断的多根增强纤维61的切断端部均位于短切纤维束CFBC的宽度方向上，换言之在多根增强纤维61切断端部的位置上没有在短切纤维束CFBC长度方向的偏离。

向由所述多个现有短切纤维束CFBC构成的纤维增强塑料施加负荷时，某些短切纤维束的增强纤维所承受的负荷，从该短切纤维束的端部经基质树脂向附近的其他短切纤维束传递。特别是当短切纤维束的增强纤维排列于纤维增强塑料的负荷所施加的方向上时，由于短切纤维束承担大量负荷，所以大量负荷从短切纤维束的端部向附近的短切纤维束传递。此时，在现有短切纤维束CFBC中，由于多根增强纤维的全部端部整齐排列在短切纤维束CFBC的宽度方向(图6中的左右方向或水平方向)，所以经由基质树脂立即传递短切纤维束之间的负荷。在所述负荷的传递状态下，在短切纤维束CFBC的端部产生应力集中。由于该应力集中短切纤维束CFBC的端部被破坏从而产生裂缝。由于产生的若干裂缝进行连接导致纤维增强塑料整体被破坏。

为了提高短纤维增强塑料的强度，如上述专利文献1及2的提案中那样减少短切纤维束含有的增强纤维的根数是有效的。通过减少增强纤维的根数，由于从某短切纤维束端部向其周围短切纤维束的端部所传递的负荷变小，应力集中的影响范围变小。因此，即使产生裂缝，裂缝彼此间也难以连接，结果提高了纤维增强塑料的强度。

但是，工业上减少短切纤维束中含有的增强纤维的根数非常困难。使用玻璃纤维作为增强纤维时，为了提高强度将由多根连续玻璃纤维构成的连续玻璃纤维束分纤，将玻璃纤维的根数分成小组后，通过切断纤维束制造玻璃纤维根数少的短切纤维束。但是，由于需要分纤的工序，所以存在短切纤维束的制造成本增加的问题。另外，使用碳纤维作为增强纤维时，由于分纤碳纤维束时发生起毛，所以难以将碳纤维束分成小组。

另一方面，当分散多根增强纤维的各增强纤维为单丝单元状态并进行排列时，由于每根增强纤维的抗弯刚度低，所以保持增强纤维的平直度而使其分散是非常困难的，另外由于增强纤维彼此间凝集导致强度降低，所以工业上难以制造单丝分散增强纤维所得的成型材料。

本发明的短切纤维束的目的在于解决上述问题。本发明的短切纤维束，其形成短切纤维束的增强纤维的根数，在短切纤维束两端部的少于其中央部的，由此，将短切纤维束中央部最大的短切纤维束所承受的负荷经根数减少的增强纤维朝向短切纤维束端部一点一点地传递至附近的短切纤维束。因此，在由本发明的短切纤维束构成的纤维增强塑料中，不易产生上述应力集中。

因此，与现有在同一部位切断所有增强纤维的短切纤维束的情况相比，本发明的短切纤维束情况下，所得纤维增强塑料的强度显著提高。不仅如此，由于没有引起应力集中，所以不易产生初期损伤(裂缝)。在纤维增强塑料的应用方面，由于初期损伤引起噪音导致不舒服而存在不可适用的应用，但在这样的应用中也可以使用由本发明的短切纤维束构成的纤维增强塑料(本发明的纤维增强塑料)。另外，初期损伤严重影响疲劳强度，但在本发明的纤维增强塑料的清况下，由于初期损伤少所以不仅显著提高静强度还显著提高疲劳强度。

关于在本发明短切纤维束的过渡区间13a和13b中增强纤维11的根数增加，在过渡区间13a、13b中至少有两个部位增强纤维11的根数增加，该根数增加部位短切纤维束横截面中增强纤维总截面积的最大值为0.008mm²以下时，在过渡区间13a和13b中增强纤维11根数的增加可以是连续增加。当更平滑地增加增强纤维的根数时不易引起上述应力集中，从这一观点考虑，优选在上述根数增加部位的短切纤维束的横截面中增强纤维总截面积为0.002mm²以下。

在包括实际上增强纤维11的根数发生变化的过渡区间13a、13b的本发明的短切纤维束的长度方向的整个区域(横跨长度Ld的整个区域)，增强纤维总截面积的变化量为每1mm为0.05mm²以下。通过规定该变化量，可以有效防止上述应力集中。该变化量优选为每1mm为0.04mm²以下，更优选为0.025mm²以下。

所谓在短切纤维束中的任意位置处的增强纤维的总截面积是指，将在该任意位置处在垂直于增强纤维排列方向的面(横截面)内存在的全部增强纤维的各增强纤维截面积相加所得的总和。

图7为图2本发明的短切纤维束CFB2的平面图(a)和侧面图(b)以及图解(c)，所述图解(c)表示在短切纤维束CFB2的增强纤维11的排列方向中增强纤维11根数的增减状态。在图7(c)的图解中，横轴X表示短切纤维束CFB2在横跨长度Ld中的位置；纵轴Y表示增强纤维11的根数或增强纤维11的总截面积。

如图7(c)的图解所示，短切纤维束CFB2的增强纤维11的根数从第1前端12a朝向第1过渡区间的第1终端面13Ea，沿着短切纤维束CFB2的长度方向连续增加，在第1终端面13Ea达到恒定值。在从第1终端面13Ea至第2过渡区间的第2终端面13Eb的不变区间14中维持该恒定值。然后，增强纤维11的根数从第2终端面13Eb朝向第2前端12b沿着短切纤维束CFB2的长度方向连续减少。在不变区间14中增强纤维11的根数是短切纤维束CFB2中的增强纤维11的根数的最大值。

图8为图3的本发明的短切纤维束CFB3的平面图(a)和侧面图(b)以及图解(c)，所述图解(c)表示在短切纤维束CFB3的增强纤维11的排列方向上增强纤维11根数的增减状态。在图8(c)的图解中，横轴X表示短切纤维束CFB3在横跨长度Ld中的位置；纵轴Y表示增强纤维11的根数或增强纤维11的总截面积。

如图8(c)的图解所示，短切纤维束CFB3的增强纤维11的根数从第1前端12a朝向第1过渡区间的第1终端面13Ea，沿着短切纤维束CFB3的长度方向连续增加。由于短切纤维束CFB3不具有不变区间，在所述不变区间中增强纤维的根数在纤维束的长度方向上维持恒定值，第1终端面13Ea和第2过渡区间13b的第2终端面13Eb一致，所以在第1终端面13Ea(第2终端面13Eb)中增强纤维11的根数为最大值。接着，增强纤维11的根数从第2终端面13Eb朝向第2前端12b沿着短切纤维束CFB3的长度方向连续减少。

本发明的短切纤维束在其长度方向上增强纤维根数变化的形态有两种：增加后根数达恒定值然后减少的第1形态和增加后降低而没有恒定值的第2形态。

在本发明的短切纤维束中，在第1前端12a和第2前端12b之间的位于短切纤维束横截面中的增强纤维11的总截面积FTS的变化量CFTS，在增强纤维11的排列方向上为每1mm为0.05mm²以下。在短切纤维束横截面中增强纤维11的总截面积FTS为在该横截面中存在的各增强纤维11的横截面积的总和。

位于短切纤维束横截面中的各增强纤维11的横截面积相对于选自它们中的代表增强纤维的横截面积存在±10％以下的差异时，作为增强纤维11的总截面积FTS，使用将该横截面中存在的增强纤维11的根数乘以上述代表增强纤维的横截面积所得的值。另外，当短切纤维束的最大宽度Wb小于3mm时，作为增强纤维总截面积FTS的变化量CFTS，使用由短切纤维束中增强纤维11的总截面积FTS的最大值除以增强纤维排列方向上的过渡区间13a或13b的长度(mm)所得的值。

图1至5表示了本发明的短切纤维束的各种例子。所述短切纤维束均具有增强纤维根数增加的过渡区间，并且在短切纤维束长度方向的整个区域，增强纤维总截面积的变化量在增强纤维的排列方向上为每1mm为0.05mm²以下。在本发明的短切纤维束中，增强纤维的总截面积的最大值优选为0.1mm²以上。

从本发明的短切纤维束的过渡区间的前端朝向终端、增强纤维的根数增加的状态，相反地可以表现为，从短切纤维束的中央部朝向短切纤维束的前端增强纤维的根数减少的状态。通过该增强纤维的根数减少的状态，可以防止在上述纤维增强塑料中产生应力集中。所述增强纤维根数减少的状态优选增强纤维的根数逐渐减少即连续减少的状态。随着短切纤维束变粗、增强纤维的根数增多、增强纤维总截面积变大，防止发生应力集中的效果变大。增强纤维总截面积越大，纤维增强塑料中一个短切纤维束所承担的负荷就越大，但是即使承担的负荷大，也可以通过减少过渡区间中增强纤维的根数的状态防止该负荷经由基质树脂被立即传递给相邻短切纤维束的端部的情况。即，通过减少过渡区间中增强纤维的根数的状态，逐渐逐渐进行相邻短切纤维束之间负荷的传递，防止了在短切纤维束端部的应力集中。

在制造短切纤维束时，制造粗短切纤维束更具有优异的加工性能，制造成本也降低。但是，将用图6说明形态的现有短切纤维束制成粗短切纤维束时，使用该粗短切纤维束成型得到的现有短纤维增强塑料的强度低。因此，存在该短纤维增强塑料难以适用于高强度构件的问题。

本发明的短切纤维束即使为粗短切纤维束，使用其成型得到的短纤维增强塑料也具有比使用现有粗短切纤维束成型得到的现有短纤维增强塑料高的强度。因此，不仅可以降低短切纤维束的制造成本，还可以制造具有高强度的短纤维增强塑料。从粗短切纤维束的观点考虑，增强纤维总截面积的最大值优选为0.2mm2以上。然而，从制造纤维增强塑料时厚度设计的自由度的观点考虑，增强纤维总截面积的最大值优选为30mm²以下，较优选为5mm²以下。

另一方面，增强纤维总截面积的最大值小于0.1mm²时，在短切纤维束的整个区域，在增强纤维排列方向上增强纤维根数的变化量优选为每1mm为增强纤维最大根数(根数的最大值)的30％以下。增强纤维总截面积的最大值小于0.1mm²时，即，即使为细短切纤维束，与如现有短切纤维束那样负荷被立即释放相比，优选增强纤维的根数从短切纤维束的中央部至前端逐渐减少的形式，这是由于纤维增强塑料中负荷的传递逐渐进行。

在本发明的短切纤维束中，优选各增强纤维11的纤维长度Lf相同。制造短切纤维束时，如果各增强纤维的纤维长度相同，则由于可以在长度方向上以相同间隔切断连续增强纤维束来制造短切纤维束，所以短切纤维束的制造效率良好，另外将多个短切纤维束进行一体化作为成型材料，使用该成型材料成型成型体时，各增强纤维的纤维长度相同的情况下则更容易控制增强纤维的流动。各增强纤维的纤维长度相同的本发明短切纤维束的例子示于图1、2、3、5(a)、5(b)、5(c)及5(d)。

所谓各增强纤维的纤维长度相同是指下述状态，纤维长度在短切纤维束中含有的增强纤维纤维长度的平均值的±5％范围内的增强纤维占短切纤维束中含有的全部增强纤维的95％的状态。

作为本发明的短切纤维束中使用的增强纤维，例如有芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维或聚对亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维等有机纤维；玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、基拉诺纤维(Tyranno fiber)、玄武岩纤维或陶瓷纤维等无机纤维；不锈钢纤维或钢纤维等金属纤维；此外还有，硼纤维、天然纤维和改性天然纤维。另外，也可以是种类不同的两种以上增强纤维的组合。其中，由于碳纤维轻质，具有优异的比强度及比模量，并且具有优异的耐热性和耐药品性，所以优选用作增强纤维。使用由碳纤维构成的本发明短切纤维束所制造的成型体(纤维增强塑料)可以适宜地用作要求轻质化的汽车面板等构件。

在本发明的短切纤维束中，优选增强纤维为碳纤维，碳纤维的根数为1,000至700,000根，在短切纤维束的整个区域在碳纤维排列方向上每移动1mm的、碳纤维根数的变化量为1,400根以下。

碳纤维优选容易获得高强度的聚丙烯腈类碳纤维。考虑到容易获得的碳纤维单丝的直径为5至10μm左右，优选短切纤维束中碳纤维的根数为1,000至700,000根。更优选碳纤维的根数为3,000至100,000根。由于具有高强度且具有6,000至50,000根纤维的连续碳纤维束的价格低廉且容易获得，所以在制造本发明的短切纤维束时优选使用。

在本发明的短切纤维束的整个区域，如果在增强纤维排列方向上每移动1mm增强纤维根数的变化量为1,400根以下，则在纤维增强塑料中可以有效防止应力集中。增强纤维根数的变化量优选为1,000根以下。为了提高纤维增强塑料的强度，优选增强纤维根数的变化量为600根以下。

在短切纤维束的最大宽度Wb小于3mm的情况下，作为增强纤维根数的变化量，使用将该短切纤维束的增强纤维根数的最大值除以在增强纤维排列方向上过渡区间的长度，比例换算为每1mm的变化量所得的值。此时，在过渡区间内中至少两处的增强纤维根数增加，在增强纤维根数增加处短切纤维束横截面中含有的增强纤维的根数优选为200根以下，更优选为50根以下。

在本发明的短切纤维束中，优选最大宽度Wb和最大厚度Tb的比率Wb/Tb为20至400。比率Wb/Tb表示短切纤维束的纵横比。纵横比越大短切纤维束越扁平。扁平的短切纤维束使纤维增强塑料的强度提高。最大厚度Tb的值优选为150μm以下，更优选为100μm以下。

扁平短切纤维束例如可以通过将单向拉出的连续增强纤维束开纤后切断进行制造。所述连续增强纤维束的开纤例如可以如下进行，使连续增强纤维束与辊接触并通过，或者振动连续增强纤维束，或者对连续增强纤维束进行鼓风。

本发明的短切纤维束的特别优选形态为短切纤维束的端部具有与增强纤维排列方向倾斜侧边的形态。较优选倾斜侧边相对于增强纤维排列方向成2至30°角度且形成为直线状的形态。

具有上述形态的本发明短切纤维束例如可以如下制造，将连续增强纤维束单向拉出，将相对于增强纤维的排列方向(连续增强纤维束的拉出方向)成2至30°角度地、直线状地切断拉出的连续增强纤维束，使增强纤维的纤维长度为5至100mm。在该制造方法中将单向拉出的连续增强纤维束开纤后切断，可以制造更扁平的短切纤维束。现有短切纤维束通过在垂直于增强纤维的排列方向(连续增强纤维束的拉出方向)的方向上切断连续增强纤维束而制造所得，而仅通过相对于增强纤维的排列方向(连续增强纤维束的拉出方向)成2至30°角度地切断连续增强纤维束，即可得到可以用于制造具有高强度的纤维增强塑料的本发明的短切纤维束。

在短切纤维束的端部所切断的增强纤维经排列形成的边相对于增强纤维的排列方向的角度越小，越能得到使用该纤维束成型的纤维增强塑料的高强度效果。角度为30°以下时其效果显著。但是，另一方面短切纤维束自身的操作性降低。另外，增强纤维的排列方向与切断刀口之间的角度越小，切断工序中的稳定性越降低。因此，优选角度为2°以上。较优选角度为3至25°。从兼具纤维增强塑料的高强度化和短切纤维束制造工序中的加工性能的观点考虑，更优选角度为5至15°。需要说明的是，此处所述的角度为绝对值。

在图1、2、3中所示的本发明的短切纤维束，是通过将连续增强纤维束在其长度方向上以相同的切断间隔进行切断而制造所得。图1的本发明短切纤维束CFB1通过切断宽度较大的连续增强纤维束得到，并且增强纤维11的切断端排列的边16a和16b具有长的长度形式。由于边16a、16b的长度长，所以制造成型材料时或使用该成型材料成型成型体时，增强纤维容易开纤。因此，在成型材料或成型体中各短切纤维束的厚度变薄，而且容易提高所得成型体(纤维增强塑料)的强度。

图2的本发明的短切纤维束CFB2通过切断具有较窄宽度的连续增强纤维束而得到，并且增强纤维11的切断端排列的边16a、16b具有短的长度形态。由于边16a、156b的长度短，所以增强纤维不易破碎，具有优异的短切纤维束操作性。

由于切断连续增强纤维束时切断角度与连续增强纤维束的宽度之间的关系，图3的本发明的短切纤维束CFB3不具有在图1或图2的短切纤维束中存在的不变区间，实质上仅由两个过渡区间13a和13b构成。在该短切纤维束CFB3中，短切纤维束CFB3的横跨长度Ld变为增强纤维11的纤维长度Lf的2倍。

作为用于制造短切纤维束的连续增强纤维束的切断装置，例如有切断机、粗纱切断机(roving cutter)等旋转切断机。以连续增强纤维束的长度方向和切断装置中装备的切断刀口的方向相对倾斜的状态，将连续增强纤维束插入切断装置进行切断。

制造图5(a)的短切纤维束CFB5a时使用锯齿状刀口，制造图5(b)的短切纤维束CFB5b时使用V字型刀口，制造图5(c)的短切纤维束CFB5c时使用流线型刀口，制造图5(d)的短切纤维束CFB5d时使用U字型刀口。图5(e)的短切纤维束CFB5e如下制造：边向连续增强纤维束上赋予水等集束剂，边在与连续增强纤维束的长度方向倾斜的方向上切断连续增强纤维束，使切断所得切片的长度方向的两侧部朝向两前端部收敛形成独木舟状。制造图5(f)的短切纤维束CFB5f和图5(g)的短切纤维束CFB5g使用具有不同形状的多个刀口。

本发明的短切纤维束还可以如下制造：在短切纤维束的厚度方向上施加剪切力，形成增强纤维的根数变化的过渡区间，所述短切纤维束是利用现有短切纤维束制造方法得到的并且增强纤维的切断端在垂直于短切纤维束的长度方向的方向上排列。另外，本发明的短切纤维束还可以通过使用牵切纺装置纺织连续增强纤维束进行制造。通过牵切得到的短切纤维束，具有在两端部，在短切纤维束的长度方向上排列有长度不同的增强纤维的形态，通过该部分形成过渡区间。

本发明的短切纤维束含有集束剂，所述集束剂用于维持形成该纤维束的多根增强纤维为束状状态。集束剂只要是，可以维持多根增强纤维为束状的状态，并且与制造由短切纤维束构成的成型体(纤维增强塑料)时使用的树脂没有相容性问题的材料即可。

本发明的短切纤维束通过切断连续增强纤维束制造所得。通常为了提高纤维束的操作性，在制造连续增强纤维束的步骤中，对该连续增强纤维束赋予上浆剂。因此，该上浆剂可以直接用作本发明的短切纤维束的集束剂，此时具有不必另外准备其他集束剂的优点。

另一方面，本发明的短切纤维束用于制造由其集合体构成的成型材料。进而，制造的成型材料用于制造成型体(纤维增强塑料)。在制造成型材料或成型体时使用短切纤维束的同时还使用基质树脂。因此，可以直接使用该基质树脂作为本发明的短切纤维束的集束剂，此时具有不必另外准备其他集束剂的优点。使用基质树脂作为集束剂时，在赋予基质树脂的连续增强纤维束或短切纤维束中可以预先赋予上浆剂或其他集束剂。但是，此时需要考虑预先赋予的上浆剂或其他收敛剂和之后赋予的基质树脂之间的亲和性。

使用上浆剂作为集束剂时，以短切纤维束的总质量作为基准优选上浆剂对增强纤维的附着量为0.1至10质量％。当与该量相同量的上浆剂被附着在用于制造短切纤维束的连续增强纤维束上时，切断连续增强纤维束时，切断所得的短切纤维束的形状成为预计的形状，增强纤维没有散乱。由连续增强纤维束制造短切纤维束时，通过在使用的连续增强纤维上赋予0.1至10质量％的上浆剂，在短切纤维束的制造工序中加工性能得到飞跃地提高。另外，使用短切纤维束制造成型材料时短切纤维束的操作性也得到提高。

例如可以通过在拉出的连续增强纤维束中赋予0.1至10质量％的上浆剂，所述上浆剂溶解或分散于溶剂中，切断连续增强纤维束后通过加热来干燥溶剂，或者进行加热来干燥溶剂后切断连续增强纤维束得到本发明的短切纤维束。

作为上浆剂，例如有环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂或将它们混合得到的混合树脂。将所述树脂用水或溶剂等稀释并赋予在连续增强纤维束上。

使用基质树脂作为收敛剂时，将基质树脂例如赋予在单向拉出的连续增强纤维束上。之后，切断赋予有基质树脂的连续增强纤维束，得到在多根增强纤维上附着有基质树脂的短切纤维束。赋予基质树脂时，可以在形成连续增强纤维束的多根增强纤维之间完全含浸基质树脂。另外，只要切断后的多根增强纤维不散乱即可，可以在基质树脂偏聚于连续增强纤维束表面的状态下，将基质树脂赋予在连续增强纤维束上。

使用基质树脂作为收敛剂时，以短切纤维束的总质量作为基准优选基质树脂对增强纤维的附着量为20至75质量％。预先将基质树脂赋予在连续增强纤维束上，通过切断连续增强纤维束制造短切纤维束时，可以多根增强纤维不散乱地、稳定制造规定形状的短切纤维束。另外，将得到的多个短切纤维束形成一体制造成型材料时短切纤维束的操作性也得到提高。

本发明的优选短切纤维束制造方法包括下述步骤：准备多根连续增强纤维束相邻且并列的连续增强纤维束片材；在准备的连续增强纤维束片材上赋予20至75质量％的基质树脂；在增强纤维排列方向上及在与增强纤维排列方向成2至30°角度的方向上，以直线状切断赋予了基质树脂的连续增强纤维束片材。上述多根连续增强纤维束相邻且并列的连续增强纤维束片材通常在对树脂具有脱模性的基材(例如脱模纸)或基台上准备。

作为基质树脂，例如有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸环氧基酯树脂、丙烯酸氨基甲酸酯树脂、苯氧基树脂、醇酸树脂、聚氨酯树脂、马来酰亚胺树脂或氰酸酯树脂等热固性树脂；或者聚酰胺、聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚砜、ABS、聚酯、丙烯酸、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等含氟树脂或有机硅等热塑性树脂。

使用上述物质中的热固性树脂时，所得的短切纤维束在室温下具有粘合性。因此，使多个短切纤维束一体化制造成型材料时，通过利用该粘合性可以进行多个短切纤维束的一体化，而且可以在室温下制造成型材料。

在热固性树脂中，优选使用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂或它们的混合树脂。作为所述树脂在常温(25℃)下的树脂粘度，优选为1×10⁶Pa·s以下，在该粘度下可以得到具有优选粘合性及悬垂性的本发明的短切纤维束。

使用本发明的短切纤维束的本发明的纤维增强塑料，通过使用由多个本发明的短切纤维束的集合体构成的本发明的成型材料而制造。图9为本发明的成型材料的一例的平面图。在图9中本发明的成型材料91由多个本发明的短切纤维束CFB(例如图3所示的短切纤维束CFB3)的集合体构成。本发明的成型材料由多个本发明的短切纤维束的集合体构成，但该集合体可以与其他基材例如由多根连续纤维构成的基材组合。不管是何方案，由于用于制造纤维增强塑料，所以优选本发明的成型材料具有良好的操作性或适合如加压成型或包模成型等加压成型的特性。

本发明的成型材料如下制造：例如，将多个本发明的短切纤维束以片状散布于成型基体上后，通过针刺法、振动等方法，将相邻的短切纤维束的增强纤维彼此络合，使多个短切纤维束一体化，形成多个短切纤维束的集合体而制得。使用基质树脂片材作为成型基体时，将多个本发明的短切纤维束散布于基质树脂片材上后，在它上面重叠另一个基质树脂片材，用上下基质树脂片材夹持散布的多个短切纤维束，可以制造由多个短切纤维束和基质树脂一体化所得的成型材料。所述成型材料通常被称作SMC片材或冲压成型片材(stampable sheet)。

本发明的成型材料可以将预先含浸有基质树脂的多个本发明的短切纤维束以片状散布于成型基体上，利用基质树脂的粘着性使多个短切纤维束一体化制造形成。另外，本发明的成型材料可以由不含浸基质树脂的多个短切纤维束的集合体形成。所述成型体优选用于通过在制造纤维增强塑料时注入基质树脂的RTM(树脂传递成型)制造纤维增强塑料的情况。

使用上浆剂作为本发明的短切纤维束的集束剂时，有时不能得到制造成型材料时短切纤维束彼此间充分的粘着性。另外，使用基质树脂作为本发明的短切纤维束的集束剂时，有时制造成型材料时短切纤维束的操作性变差。在上述情况下，使用与上浆剂或基质树脂不同的集束剂作为集束剂。由此，可以提高成型材料制造工序中的加工性能。

作为所述集束剂，作为形态例如有液状、布状、粒状的集束剂。从集束剂的操作性的观点考虑，优选粒状集束剂。作为所述集束剂的成分，例如有环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、作为低熔点聚合物的聚酰胺、聚酯、聚氨酯或它们的混合树脂。所述集束剂可以直接使用，也可以分散在水等溶液中使用。

在本发明的短切纤维束中集束剂的主要目的是保持或束缚多根增强纤维为束状，但也可以通过将超过束缚增强纤维的充分量的集束剂附着于增强纤维上，用于利用集束剂接合多个短切纤维束彼此间。例如，通过增加附着于增强纤维上的上浆剂的量，多个短切纤维束彼此间可以一体化。基质树脂为热固性树脂时由于在室温下具有粘合性，所以通过将增强纤维含浸或半含浸基质树脂可以使多个短切纤维束一体化。基质树脂为热塑性树脂时，通过在加热至熔点以上的状态下进行加压可以使多个短切纤维束一体化。在上述情况下，由于所得的成型材料除了增强纤维之外仅含有上浆剂及/或基质树脂，所以可以减少导致成型材料的物性降低的要素。

本发明的成型材料含有基质树脂时，优选成型材料中基质树脂的量为20至75质量％。成型材料中基质树脂的量小于20质量％时，由于树脂量少所以作为本发明成型材料的一个重要特征的流动性可能受损。成型材料中基质树脂的量大于75质量％时，由于增强纤维的量变得比树脂量少，使提高所得纤维增强塑料的力学特性变得困难。成型材料中基质树脂的量较优选为35至55质量％。

作为成型材料中使用的基质树脂，有时优选为热固性树脂。由于热固性树脂具有交联结构，所以通常弹性模量高且形状稳定性优异。由它制造的纤维增强塑料显示出高弹性模量和良好的尺寸稳定性。对于热固性树脂可以将树脂的粘度调整为低粘度。因此，可以将适当调节粘度后的热固性树脂容易地含浸在短切纤维束中。另外，通过适当调整热固性树脂的粘度，根据需要可以在制造纤维增强塑料的任何步骤中赋予树脂。并且，在室温下树脂是未固化状态的成型材料具有柔软性。因此，所述成型材料容易被切断或追随模形状且具有优异的操作性。除此之外，由于可以设计成在室温下具有粘合性，所以所述成型材料只要互相挤压或被压在其他基体上即可进行一体化，因此容易进行互相形成层合体或者与其他基体形成层合体的形成作业。

作为在成型材料中使用的基质树脂，有时优选为热塑性树脂。通常由于热塑性树脂具有高韧性，所以通过使用热塑性树脂作为基质树脂可以抑制产生作为短纤维增强塑料的弱点的裂缝彼此间连接，提高短纤维增强塑料的强度。特别是在重视冲击特性的应用中，可以使用热塑性树脂作为基质树脂。在使用热塑性树脂成型时通常不会伴随化学反应，因此相比于使用热固性树脂可以缩短成型时间。

在本发明的成型材料中，即在短切纤维束集合体中，优选各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同。通过层合多张增强纤维的排列方向相同的成型材料，设计具有所期待的物性的层合体变得容易。降低所得层合体的力学特性差异变得容易。所述成型材料通过将多个本发明的短切纤维束以片状散布在基体上，使各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同而制造。作为散布各短切纤维束使各增强纤维的排列方向相同的方法例如有狭缝状喷嘴，所述狭缝状喷嘴可以在增强纤维的排列方向朝向固定方向的状态下将各短切纤维束供给于基体上。

在本发明的成型体中即在短切纤维束集合体中各短切纤维的增强纤维的排列方向只要分别实质上相同即可。所谓各短切纤维的增强纤维的排列方向分别实质上相同的状态是指下述状态：当以短切纤维束中含有的各增强纤维的排列方向的平均值作为该短切纤维束中增强纤维的代表排列方向时，在短切纤维束集合体中各短切纤维束的各代表排列方向在±10％以内的短切纤维束占短切纤维束集合体中全部短切纤维束的90％以上的状态。

本发明的成型材料由含有多张片状短切纤维束集合体层合的层合体构成时，优选在各片状短切纤维束集合体中各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同，并且在层合体中形成一层的片状短切纤维束集合体的增强纤维的排列方向与形成另外一层的片状短切纤维束集合体的增强纤维的排列方向不同。

通常，在垂直于负荷方向的方向(厚度方向)上裂缝连结时导致纤维增强塑料破坏。通过用层合体形成成型材料使裂缝难以贯穿厚度方向，可以得到高强度的纤维增强塑料。即，在形成成型材料的层合体中，当将两个层制成增强纤维的排列方向不同时，由于容易产生裂缝的方向不同，所以裂缝不易贯穿层。优选具有不同排列方向的增强纤维的两个层为相邻的两个层。

所述本发明的成型材料例如可以如下制造：将多个本发明的短切纤维束以片状散布在基体上，使各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同，形成由短切纤维束的集合体构成的层，将多个本发明的短切纤维束以片状散布在上述所形成的层上，使所述增强纤维的排列方向与在第一次形成的层中短切纤维束的增强纤维的排列方向不同，并且在各短切纤维束中增强纤维的排列方向的排列方向相同。作为层合结构，由于[+45/0/-45/90]s或[0/±60]s的准各向同性的层合可以使所得层合体(成型材料)物性作为整体为均等，并且可以抑制所得层合体(成型材料)产生翘曲，所以优选。

另一方面，图9的成型材料91由集合体构成，其中本发明的多个短切纤维束CFB以各增强纤维的排列方向是随机的状态位于所述集合体中。多个短切纤维束CFB互相部分重叠，但没有形成明确的层结构。与制造控制短切纤维束的增强纤维的排列方向且具有层结构的成型材料的情况相比，该成型材料91可以廉价制造，并且可以说是各向同性且容易设计的成型材料。

作为本发明的成型材料的其他形态有注射成型用颗粒，所述颗粒将多个本发明的短切纤维束和热塑性树脂混炼并连续地挤压成型为棒状，将成型所得连续的棒状物在其长度方向上以规定间隔进行切断而得到。现有注射成型用颗粒如下制造：在与增强纤维的排列方向垂直的方向上使用旋转切断机等切断连续增强纤维束制成短切纤维束，将得到的短切纤维束与热塑性树脂一起在挤压机内混炼，连续地挤压成型为棒状，将成型所得连续的棒状物在其长度方向上以规定的间隔切断。本发明的短切纤维束由于各增强纤维的端部相互偏离地配置于增强纤维的排列方向上，所以与热塑性树脂那样高粘度树脂混炼时增强纤维彼此间容易分离，可以得到凝集少分散性优异的成型材料。

在本发明的成型材料中，可以将由多个本发明的短切纤维束构成的短切纤维束集合体赋型为三维形状，使在横截面形状中至少具有一个弯曲部。使用具有三维形状的本发明的成型材料成型同样具有三维形状的纤维增强塑料时，成型时不必使短切纤维束明显流动，防止由于流动导致的增强纤维排列的起伏现象和偏差，结果可以得到具有高稳定性的纤维增强塑料。

例如可以如下制造具有三维形状的本发明的成型材料。将多个本发明的短切纤维束以片状散布在成型基体上进行一体化，将一体化后的片材赋型为三维形状的成型材料制造方法。以及下述成型材料制造方法：将多个本发明的短切纤维束散布在具有三维形状的成型基体上，并使其通过狭缝状喷嘴使各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同，形成由增强纤维排列方向相同的短切纤维束集合体构成的层，在形成的层上以与该形成的层中短切纤维束的增强纤维的排列方向不同的增强纤维的排列方向，并且各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同的方式片状散布多个本发明的短切纤维束。

图10为用于说明具有三维形状的本发明成型材料制造方法的一例的斜视简图。在图10中具有三维形状的本发明成型材料的制造装置包括：卷曲有连续增强纤维束101的多根铜管102(图10图示了6根铜管)；连续增强纤维的导辊103和104；辊刀105，所述辊刀105从铜管102中拉出连续增强纤维，以一定间隔并且在与连续增强纤维的长度方向倾斜的方向上切断连续增强纤维；集束剂赋予装置106，所述集束剂赋予装置106将集束剂赋予在由切断连续增强纤维所得的短切纤维束上；设置于集束剂赋予装置106的侧部的集束剂供给口107；将赋予了集束剂的短切纤维束的增强纤维的排列方向控制在固定方向的狭缝状喷嘴108；由具有三维形状的赋型模构成的成型基体109和机器人手臂110。

辊刀105安装于集束剂赋予装置106的上部。集束剂赋予装置106在其上部具有接受切断所得短切纤维束的短切纤维束导入口；在其下部具有排出赋予了集束剂的短切纤维束的短切纤维束排出口。狭缝状喷嘴108在其上部具有接受从短切纤维束排出口排出的短切纤维束的短切纤维束导入口；在其下部具有排出短切纤维束的短切纤维束排出口，所述短切纤维束的增强纤维的排列方向被控制在固定方向。狭缝状喷嘴108安装于集束剂赋予装置106的下部。机器人手臂110的前端被结合于集束剂赋予装置106的侧部。机器人手臂110的前端通过机器人手臂操作装置(没有图示)相对于成型基体109可以自由移动。

在图10中利用辊刀105的辊的旋转从铜管102拉出的连续增强纤维束101通过导辊103和104被导入辊刀105，在该位置被切断形成本发明的短切纤维束。通过切断而得到的短切纤维束被导入集束剂赋予装置106。在集束剂赋予装置106的内部，由集束剂供给口107供给的粉状集束剂被赋予短切纤维束。赋予了集束剂的短切纤维束被导入狭缝状喷嘴108中。随着短切纤维束在狭缝状喷嘴108的内部移动，排列短切纤维束使增强纤维的排列方向为固定方向。排列的短切纤维束从狭缝状喷嘴108中排出，实质地维持短切纤维束的排列状态而落下，到达成型基体109的表面。

短切纤维束到达成型基体109表面的位置通过机器人手臂110的操作而依次改变，在成型基体109上形成附着有粉状集束剂的短切纤维束层。加热在成型基体109上形成的短切纤维束层来熔融其中含有的粉状集束剂，通过熔融的集束剂进行短切纤维束彼此间的一体化，制造具有三维形状的本发明的成型材料。

本发明的纤维增强塑料由本发明短切纤维束的集合体和基质树脂构成。因此，在本发明的纤维增强塑料中的短切纤维束中，构成短切纤维束的增强纤维的纤维长度为5至100mm，沿着增强纤维的排列方向，从短切纤维束两端朝向短切纤维束长度方向的中央部具有过渡区间，在所述过渡区间中短切纤维束横截面中的增强纤维的根数增加，在整个短切纤维束区域短切纤维束横截面中的增强纤维总截面积的变化量是每1mm为0.05mm²以下。

由于纤维增强塑料中的短切纤维束具有从其中央部至端部增强纤维的根数减少的形态，所以在纤维增强塑料中，短切纤维束所承受的负荷可以逐渐被传递至周围短切纤维束，可以有效减少应力集中。特别是在整个短切纤维束区域，以增强纤维总截面积的变化量为每1mm为0.05mm²以下，显著提高应力传递效率。优选该变化量为0.04mm²以下。为了使应力集中的影响最小化，该变化量可以为0.025mm²以下。增强纤维(单丝)的直径为5至10μm左右的碳纤维时，在整个短切纤维束区域，增强纤维总根数的变化量可以是每1mm为1,400根以下。较优选该总根数的变化量为1,000根以下。为了使应力集中的影响最小化，该总根数的变化量可以为600根以下。

图12为由现有短切纤维束集合体和基质树脂构成的现有纤维增强塑料的一例的横截面图。在图12中表示在厚度方向(图12中的上下方向(垂直方向))切断现有纤维增强塑料121所得的横截面122。观察横截面122时，可知在现有短切纤维束124的端部125中，多根增强纤维123的端部在横截面122的上下方向(垂直方向)上存在于实质上相同的位置，所述现有短切纤维束124在与横截面122的左右方向(水平方向)略平行地排列有多根增强纤维123。即，在短切纤维束124的端部125中，多根增强纤维123的端部集中于一个部位，并且在其长度方向上位置没有偏离，可知短切纤维束124的端部125挺立于横截面122的上下方向(垂直方向)。

在图12所示现有纤维增强塑料121的横截面122中，当在横截面122的左右方向(水平方向)上施加负荷时引起应力集中，有时即使施加低负荷也破坏纤维增强塑料121。另外，因为由排列于与横截面122的左右方向(水平方向)略平行的方向上的多根增强纤维123构成的短切纤维束124的端部125具有上述几何形状，所以成型纤维增强塑料121时在其厚度方向(横截面122的上下方向(垂直方向))上，容易产生现有短切纤维束124起伏现象。产生的短切纤维束124起伏现象导致成型的纤维增强塑料121的弹性模量或强度降低。进而，在短切纤维束124的端部125的外侧，与端部125连接，容易产生基质树脂的树脂蓄积126。产生的树脂蓄积126不仅成为由热应力所引起的裂缝的发生源，而且也成为空隙的发生源。

图11为由本发明的短切纤维束的集合体和基质树脂构成的本发明纤维增强塑料的一例的横截面图。在图11中表示在厚度方向(图11中的上下方向(垂直方向))切断本发明的纤维增强塑料111所得的横截面112。观察横截面112时可知，在与横截面112的左右方向(水平方向)略平行地排列有多根增强纤维113的本发明的短切纤维束114的增强纤维113的根数，从短切纤维束114的中央部朝向端部115连续减少。

短切纤维束114的增强纤维113的根数从短切纤维束114的中央部朝向端部115减少的状态意味着，在图11所示本发明的纤维增强塑料111的横截面112中，在横截面112的左右方向(水平方向)上施加负荷时，相邻短切纤维束114之间的负荷传递不是一下子进行，而是逐渐进行并且难以产生应力集中。即，与现有纤维增强塑料121相比，在本发明的纤维增强塑料111中负荷的传递效率提高。

另外，由于短切纤维束114的端部115变细，所以在纤维增强塑料111的厚度方向上基本不产生短切纤维束114的起伏现象。通过这种状态，使得纤维增强塑料111的弹性模量或强度提高。进而，基本不产生在现有纤维增强塑料121中所见的树脂蓄积。

现有纤维增强塑料121中含有的各短切纤维束124的各增强纤维123的纤维长度与本发明纤维增强塑料111中含有的各短切纤维束114的各增强纤维113的纤维长度相同的情况下，由于与现有纤维增强塑料121中含有的各短切纤维束124的横跨长度Ld(参照图6)相比，本发明纤维增强塑料111中含有的各短切纤维束114的横跨长度Ld(参照图1至3)较长，所以纤维增强塑料中含有的各短切纤维束的平均厚度变小。结果，与现有纤维增强塑料121相比，本发明纤维增强塑料111具有更优异的力学特性。

在本发明纤维增强塑料111的横截面112中，优选在其厚度方向(图11中的上下方向(垂直方向))上至少堆积20个短切纤维束114。

在纤维增强塑料表面上随机选取10个点，分别在各个点上通过观察截面测定在厚度方向上存在的短切纤维束的个数，将所得10个点的测定数的平均值作为短切纤维束的堆积数。通常在纤维增强塑料中与它的整体大小相比其厚度较薄，并且纤维增强塑料中含有的各短切纤维束的厚度与纤维增强塑料的厚度相比越薄则纤维增强塑料的强度越高。特别是在纤维增强塑料的厚度方向上堆积20个以上的短切纤维束时，纤维增强塑料的强度显著提高。较优选短切纤维束的堆积数为30以上，为了实现强度差异小的稳定强度，更优选短切纤维束的堆积数为40以上。

在本发明纤维增强塑料的横截面中，优选其中存在的各短切纤维束的平均厚度为100μm以下。

在纤维增强塑料表面随机选取10个点，分别在各个点上通过观察截面测定在厚度方向上存在的短切纤维束的个数和各短切纤维束的厚度，用所得各厚度的总和除以短切纤维束的数量，将所得10个点的值的平均值作为短切纤维束的平均厚度。

纤维增强塑料中短切纤维束的厚度薄的较好，优选为100μm以下。为了实现强度差异小的稳定强度，较优选短切纤维束的厚度为50μm以下。

有时仅通过简单地切断连续增强纤维束难以制造厚度为50μm以下的短切纤维束。在成型材料中作为使短切纤维束的厚度为50μm以下的方法有下述方法：由多个短切纤维束加压成型成型材料时，在比模面积狭窄的范围内将多个短切纤维束较厚地置于成型模上，使短切纤维束的投料配比较低，边加压边将各短切纤维束开纤，从而成型成型材料。需要说明的是，所谓投料配比是指从上面观察模时，加压开始前成型材料(成型材料的原材料)所占的面积相对于模面积的比例。相同的方法还可以用于由成型材料或多个短切纤维束成型纤维增强塑料。

作为另一个使短切纤维束的厚度为50μm以下的方法有由连续增强纤维束制造短切纤维束时，将连续增强纤维束开纤后再进行切断的方法。连续增强纤维束的开纤例如可以通过使行进的连续增强纤维束与辊接触、振动赋予或鼓风而进行。

本发明的纤维增强塑料由多层的层合体构成，其中各层由增强纤维和基质树脂构成时，优选多层中至少有两层由多个本发明的短切纤维束所形成的集合体形成，分别在该两层中各短切纤维束含有的增强纤维的排列方向彼此相同，并且该两层增强纤维的排列方向互相不同。

上述纤维增强塑料通过调整由短切纤维束的集合体构成的各层短切纤维束中含有的增强纤维的排列方向，可以容易地设计来得到期待的力学特性，所以与增强纤维的排列方向随机的纤维增强塑料相比力学特性差异小。另外，在所述纤维增强塑料中，由于在由短切纤维束的集合体构成的两层之间，容易产生裂缝的方向不同，所以抑制裂缝向相邻的层传播，在纤维增强塑料中可以实现高强度。较优选相邻的层均由短切纤维束的集合体构成。

本发明的纤维增强塑料如下制造，例如将本发明的成型材料在小于成型模的模槽的投影面积并且比模槽厚度厚的状态下置于模槽内，通过夹紧成型模对成型材料加压来拉伸成型材料，最终将成型材料填充在模槽内，成型结束后从成型模中取出成型体。另外，本发明的纤维增强塑料还可以通过将本发明的成型材料配置于密闭成型模的模槽内，注入基质树脂使基质树脂含浸在成型材料中而制造。

本发明的成型材料或本发明的纤维增强塑料优选用于制造要求强度、刚性和轻质性的如自行车用品、高尔夫球杆或高尔夫球头等体育用品构件，航空器内饰材料，汽车构件如门或片材框架(sheetframe)等以及机器人手臂等机械部件。其中，较优选用于制造除了要求强度和轻质之外，还要求成型时相对复杂形状的成型追随性的片材面板或片材框架等汽车部件。

接下来，说明本发明的若干实施例。本发明不限定于所述实施例。

实施例中纤维增强塑料的拉伸强度的测定方法：在实施例中从得到的平板状纤维增强塑料中切割长度250±1mm且宽度25±0.2mm的拉伸强度试验片。按照JIS K-7073(1998)规定的试验方法，设定标点间距离为150mm，在十字头速度2.0mm/分钟下，测定所得试验片的拉伸强度。作为拉伸强度试验机使用Instron(注册商标)万能试验机4208型。供应于测定的试验片的数量为5张，将各测定值的平均值作为纤维增强塑料的拉伸强度。

实施例1

作为连续增强纤维束，使用由多根实质上无捻未上浆的碳纤维构成的连续增强纤维束。增强纤维(单丝)的直径为7μm，增强纤维的根数为12,000，增强纤维束的拉伸强度为5.0GPa及增强纤维束的拉伸弹性模量为240GPa。将连续增强纤维束连续地浸渍于上浆剂母液中，为连续增强纤维束赋予上浆剂使树脂成分为2.0质量％，在所述上浆剂母液中用精制水稀释反应性聚氨酯树脂乳液(第一工业制药(株)制、Superflex-R5000)。在干燥张力(dry tension)600g/dtex下，用150℃的热辊和200℃的干燥炉干燥赋予了上浆剂的连续增强纤维束，除去水分。上浆剂附着量为1.2质量％。

准备在圆周方向以5mm间隔设置有刀口的旋转切断机。将赋予了上浆剂的连续增强纤维束以相对于旋转切断机刀口为12°的角度连续插入旋转切断机中制造短切纤维束。所得短切纤维束具有图3所示短切纤维束CFB3的形态，即没有不变区间而具有两个过渡区间13a和13b。在短切纤维束CFB3两前端部中边15a和边16a形成的角度、以及边15b和边16b形成的角度分别为12°角度。各增强纤维11的纤维长度Lf为25mm，虽然在相同短切纤维束内存在3％左右的差异。在各过渡区间13a或13b中增强纤维11的增加根数在增强纤维11的排列方向上为每1mm为500根±100根。在各过渡区间13a或13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在沿着增强纤维11的排列方向上为每1mm为0.016至0.023mm²。

在增强纤维11的排列方向上在3区间随机设定1mm的区间，在各区间中测定区间始点和终点的增强纤维根数，求出它们的差值并将其值作为该区间中增强纤维11根数的变化量，将3区间中变化量的平均值作为在短切纤维束CFB3的过渡区间13a和13b中在增强纤维排列方向上每1mm的增强纤维根数的变化量。多根增强纤维11的总截面积通过用所得增强纤维根数的变化量乘以增强纤维(单丝)11的横截面积3.85×10^-5mm²而求得。

使用100重量份作为基质树脂的乙烯基酯树脂(陶氏化学(株)制、Derakane 790)、1重量份作为固化剂的过苯甲酸叔丁酯(日本油脂(株)制、Perbutyl Z)、2重量份作为内部脱模剂的硬脂酸锌(堺化学工业(株)制、SZ-2000)和4重量份作为增稠剂的氧化镁(协和化学工业(株)制、MgO#40)，将它们充分混合并搅拌得到树脂糊。使用刮刀将得到的树脂糊(基质树脂)分别涂布于聚丙烯制的2张脱模膜上，制作2张树脂片材。在得到的一张树脂片材的基质树脂表面上，从其上方，均匀落下使多个上述短切纤维束CFB3进行散布，使每单位面积的重量为725g/m²。在所得散布有短切纤维束的树脂片材的散布有短切纤维束的表面上，将预先准备的另一张树脂片材以基质树脂表面为内侧进行层合制作SMC片材。使SMC片材中增强纤维的体积含量为40％。通过将得到的SMC片材于40℃下静置24小时使基质树脂充分增稠，得到由SMC片材构成的图9所示的成型材料91。

从该成型材料(SMC片材)91上切割4张大小250×250mm的片材，重叠4层后将其配置于具有300×300mm大小模槽的平板模上的大约中央部。该配置的投料配比为70％。之后，在6MPa加压下在150℃×5分钟的条件下，利用加热型加压成型机固化基质树脂，得到300×300mm大小的平板状纤维增强塑料。

在所使用模的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的良好流动性。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，即确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，在于纤维增强塑料表面上随机选取的10个点上，通过截面观察测定在厚度方向上存在了多少短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是32。由此，可知短切纤维束平均厚度为90μm左右。

从纤维增强塑料的拉伸试验结果可知，拉伸弹性模量显示出非常高的值33GPa，另外拉伸强度显示出高值330MPa。与下述比较例1相比力学特性提高，弹性模量提高35％以上，强度提高2倍以上。另外，切割纤维增强塑料并观察切割面时如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的形态，并且由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例2

在切断与实施例1相同的连续增强纤维束得到短切纤维束时，在旋转切断机圆周方向上以12.5mm间隔设置刀口，与刀口成30°角度插入连续增强纤维束。所得短切纤维束为图2所示形态的短切纤维束CFB2。短切纤维束CFB2端部的边16a和16b具有与增强纤维11的排列方向成30°角度的直线状形态，增强纤维11的纤维长度Lf为25mm，虽然在相同短切纤维束内存在2％左右的差异。从短切纤维束CFB2的端部至中央部在增强纤维11的排列方向上有增强纤维根数增加的过渡区间13a和13b，在增强纤维的排列方向上增强纤维根数在每1mm为1,300根±100根的范围内增加。另外，在过渡区间13a和13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在增强纤维的排列方向上为每1mm为0.047至0.054mm2。

使用由上所得的短切纤维束CFB2与实施例1同样地操作，制作SMC片材(成型材料)，并且与实施例1同样地操作成型纤维增强塑料。在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认到在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，到无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，在于纤维增强塑料表面随机选取的10个点上通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束(有多少增强纤维的排列方向不同的短切纤维束横穿厚度方向上)，求出10个点的数据的平均值结果是22。由此可知短切纤维束的平均厚度为130μm左右。

接下来，与实施例1同样地操作进行拉伸试验。拉伸弹性模量高达29GPa，拉伸强度也得到高达250MPa的值。与下述比较例1相比力学特性提高，弹性模量提高20％以上，强度提高70％左右。另外，切割纤维增强塑料并观察切割面时如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例3

作为连续增强纤维束，使用由多根附着有上浆剂的玻璃纤维构成的连续增强纤维束(RS570M-521ZS、纤维单位面积重量570tex、日东纺公司制)。从铜管中通过横向解舒从而在无捻状态下拉出该连续增强纤维束，与实施例1同样地进行切断得到短切纤维束。所得短切纤维束为图2所示形态的短切纤维束CFB2。短切纤维束CFB2的端部的边16a和16b具有与增强纤维11的排列方向成12°角度的直线状形态，增强纤维11的纤维长度Lf为25mm，虽然在相同短切纤维束内具有2％左右的差异。从短切纤维束CFB2的端部至中央部有在增强纤维11的排列方向上增强纤维根数增加的过渡区间13a和13b，在增强纤维的排列方向上增强纤维根数在每1mm为230根±40根的范围内增加。另外，在过渡区间13a和13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在增强纤维的排列方向上为每1mm为0.015至0.021mm²。多根增强纤维11的总截面积通过用所得增强纤维根数的变化量乘以增强纤维(单丝)11的横截面积7.85×10^-5mm²而求得。

除了使短切纤维束的每单位面积的重量为1,000g/m²之外，与实施例1同样地操作制作SMC片材(成型材料)，与实施例1同样地操作成型纤维增强塑料。在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料在其整个面上与试验台的平坦表面接触，无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，在于纤维增强塑料表面上随机选取的10个点上，通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是29。由此可知短切纤维束的平均厚度为100μm左右。

接下来，与实施例1同样地操作进行拉伸试验。拉伸弹性模量高达18GPa，拉伸强度也得到300MPa的高值。与下述比较例4相比力学特性提高，弹性模量提高20％左右，强度提高70％左右。另外，切割纤维增强塑料观察切割面时，如图11所示短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例4

使用捏和机在环氧树脂(日本环氧树脂(株)制“Epikote(注册商标)”828：30重量份、“Epikote(注册商标)”1001：35重量份、“Epikote(注册商标)”154：35重量份)中加热/混炼5重量份热塑性树脂聚乙烯醇缩甲醛(东曹(株)制“Vinylec(注册商标)”K)，均匀溶解聚乙烯醇缩甲醛后，使用捏和机混炼3.5重量份固化剂双氰胺(日本环氧树脂(株)制DICY7)和4重量份固化促进剂3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲基脲(保土谷化学工业(株)制DCMU99)，制备未固化的环氧树脂组合物。使用逆辊涂布机将该环氧树脂组合物涂布于经过有机硅涂布处理的厚度100μm的脱模纸上，制作树脂膜(基质树脂膜)。

然后，作为连续增强纤维束准备由多根碳纤维单向排列所得的碳纤维片材(增强纤维片材)。增强纤维(单丝)的直径为7μm，增强纤维的拉伸强度为5.0GPa，并且增强纤维的拉伸弹性模量为240GPa。在准备的增强纤维片材的各表面叠放所制作的树脂膜，通过加热·加压使树脂含浸于增强纤维片材中制作预浸料坯片材。在所得预浸料坯片材中每单位面积的增强纤维的重量为100g/m²，增强纤维的体积含有率Vf为50％，厚度为0.11mm。

使用自动切断机在增强纤维的排列方向上以25mm间隔并且与增强纤维的排列方向成12°角度以直线状切断所得的预浸料坯片材，制作被斜向裁断的预浸料坯带。接下来，在增强纤维的排列方向上以5mm间隔在增强纤维的排列方向上切断所制作的预浸料坯带，制作短切纤维束。

所得的短切纤维束的宽度Wb为5mm，厚度Tb为110μm，增强纤维11的纤维长度Lf为25mm。存在过渡区间13a和13b，在所述过渡区间13a和13b中在增强纤维的排列方向上增强纤维根数从短切纤维束的端部至中央部增加；在增强纤维11的排列方向上增强纤维11的增加根数为每1mm为290根±20根。另外，在过渡区间13a和13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在增强纤维11的排列方向上为每1mm为0.010至0.012mm²。

将所得短切纤维束随机散布在脱模膜上，使其单位面积重量为6,000g/m²左右，进而在其上面放上另一个脱模膜，从脱模膜上方轻轻挤压，通过树脂的粘合使多个短切纤维束彼此间一体化得到成型材料。

从该成型材料中切割大小250mm×250mm的片材，将所得片材置于具有大小300×300mm模槽的平板模上的大约中央部。该配置的投料配比为70％。之后，在6MPa加压下在150℃×30分钟的条件下，使用加热型加压成型机固化基质树脂，得到大小300×300mm的平板状纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是41。由此，可知短切纤维束的平均厚度为70μm左右。

由纤维增强塑料拉伸试验的结果可知，拉伸弹性模量为非常高的值41GPa，另外拉伸强度为高的值400MPa。与下述比较例5相比力学特性提高，弹性模量提高40％以上，强度提高2.5倍以上。另外，当切割纤维增强塑料观察切割面时如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。另外，与实施例1相比强度提高，推测其原因是由于树脂为高韧性所以抑制裂缝彼此间的连接。

实施例5

在200℃下加热并加压共聚聚酰胺树脂(东丽制“Amilan”(注册商标)CM4000、聚酰胺6/66/610共聚物、熔点155℃)的颗粒，加工成28μm厚度的膜状，制造2张热塑性树脂片材。

然后，作为连续增强纤维束准备由多根碳纤维单向排列所得的碳纤维片材(增强纤维片材)。增强纤维(单丝)的直径为7μm，拉伸强度为5.0GPa，并且拉伸弹性模量为240GPa。在准备的增强纤维片材的各面叠放所制作的热塑性树脂片材，通过加热·加压使树脂含浸于增强纤维片材中，制作预浸料坯片材。在所得预浸料坯片材中每单位面积增强纤维的重量为100g/m²，增强纤维体的体积含有率Vf为50％，厚度为0.11mm。

与实施例4同样地操作切断所得预浸料坯片材，制作短切纤维束。在所得短切纤维束中，短切纤维束端部(图2中的边16a和16b)与增强纤维的排列方向所成的角度为12°，宽度Wb为5mm，厚度Tb为110μm，增强纤维11的纤维长度Lf为25mm。存在过渡区间13a和13b，在所述过渡区间13a和13b，在增强纤维的排列方向上，增强纤维根数从短切纤维束的端部至中央部增加；增强纤维11的增加根数在增强纤维11的排列方向上为每1mm为290根±30根。另外，在过渡区间13a和13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在增强纤维11的排列方向上为每1mm为0.010至0.012mm²。

将约370g所得短切纤维束随机散布于具有300×300mm大小的模槽的平板模上。之后在6MPa加压下在200℃×1分钟的条件下，通过加热型加压成型机使短切纤维束流动，不打开模，冷却后，脱模得到大小300×300mm的平板状纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是39。由此可知短切纤维束的平均厚度为70μm左右。

由纤维增强塑料的拉伸试验结果可知，拉伸弹性模量为非常高的值38GPa，并且拉伸强度为高的值420MPa。另外切割纤维增强塑料观察切割面时如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例6

进行将基质树脂注入由短切纤维束的集合体构成的成型材料中得到纤维增强塑料的真空辅助树脂传递成型(Va-RTM)，所述短切纤维束的集合体由多个短切纤维束在各短切纤维束中的增强纤维的排列方向相同的状态下层合而得。

与实施例1同样地操作制作短切纤维束。在使该短切纤维束在平板状成型模上通过狭缝状喷嘴由此使各短切纤维束中的增强纤维的排列方向相同的状态下，将制作短切纤维束的层状集合体的工序将制作短切纤维束的层状集合体的工序实施所期待的次数，在增强纤维的排列方向不同状态下制作层合体(成型材料)，所述层合体(成型材料)为在一个短切纤维束的集合体内各短切纤维束的增强纤维的排列方向相同，但是在所层合的短切纤维束的集合体之间增强纤维的排列方向不同的层合体(成型材料)。

制作层合体，使得在将短切纤维束的集合体层合所得的各层中增强纤维的排列方向依次为[45/0/-45/90/-45/0/45]。仅将中央的90°的厚度制成大约为其他层厚度的2倍。

作为注入用树脂(基质树脂)使用液状环氧树脂，所述液状环氧树脂将70重量份环氧树脂的“Epikote807”(Yuka Shell Epoxy KK公司制)和30重量份“Epikote630”(Yuka Shell Epoxy KK公司制)以及43重量份胺固化剂的“Ancamine2049”(Pacific Anchor Chemical公司制)混合所得。注入开始时树脂温度为50℃，粘度为50mPa·s。

在成型模上设置由聚酰胺树脂制管构成的注入口和减压口，将包括成型材料在内的整体用袋膜(bagging film)覆盖进行密封。在注入口连接装有基质树脂的一次性杯子，在减压口连接真空泵，进行Va-RTM成型。基质树脂注入结束后连模一起放入烘箱，加热至100℃，保持该状态2小时固化基质树脂，模冷却后进行脱模得到没有基质树脂未含浸部的纤维增强塑料。

由于是通过Va-RTM成型得到的单面型成型，所以虽然一面平坦但是在另一面凸出增强纤维的起伏现象，形成厚度不均的纤维增强塑料。该纤维增强塑料没有翘曲，其平均厚度为2.8mm。通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是25。由此可知短切纤维束的平均厚度为110μm左右。

纤维增强塑料的拉伸试验结果表明，拉伸弹性模量为非常高的值43GPa，另外拉伸强度为高值410MPa。另外，切割纤维增强塑料观察切割面时，如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例7

向与实施例1相同的连续增强纤维束施加振动进行开纤，将纤维束的宽度从最初的5mm加宽至20mm。使用与实施例1相同的切断方法切断加宽所得的连续增强纤维束，使增强纤维的纤维长度为25mm，连续增强纤维束的切断方向与增强纤维的排列方向成具有12°角度的直线，得到短切纤维束。所得短切纤维束具有图1所示短切纤维束CFB1的形态，即增强纤维的切断边16a和16b的长度较长的形态。所得短切纤维束CFB1在增强纤维11的排列方向上具有从端部至中央部增强纤维根数增加的过渡区间13a和13b，并且在过渡区间13a和13b中增强纤维11的增加根数在增强纤维11的排列方向上为每1mm为120根±20根。在各过渡区间13a和13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在增强纤维11的排列方向上为每1mm为0.004至0.005mm²。

使用所得的短切纤维束CFB1，与实施例1同样地操作制作SMC片材，使用制作的SMC片材与实施例1同样地操作成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是90。由此可知短切纤维束的平均厚度为30μm左右。可以推测由于短切纤维束CFB1的增强纤维的切断边16a和16b的长度较长，所以纤维增强塑料成型时短切纤维束容易开纤，其结果在所得的纤维增强塑料中短切纤维束的厚度变小。

根据纤维增强塑料拉伸试验的结果表明，拉伸弹性模量为非常高的值39GPa，另外拉伸强度为高值410MPa。与下述比较例1相比力学特性提高，弹性模量提高60％以上，强度提高2.5倍以上。另外，切割纤维增强塑料观察切割面时如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例8

在与实施例1相同的连续增强纤维束上，在200℃下加热并加压与实施例5相同的共聚聚酰胺树脂的颗粒，将上述共聚聚酰胺树脂作为基质树脂含浸在连续增强纤维束中，制作增强纤维的体积含有率Vf为50％的纱预浸料坯。使用与实施例1相同的切断方法切断所得的纱预浸料坯，使增强纤维的纤维长度为25mm，增强纤维的切断方向与增强纤维的排列方向成12°角度的直线，得到短切纤维束。所得短切纤维束的宽度Wb为5.5mm，厚度Tb为170μm。所得的短切纤维束具有过渡区间13a和13b，在所述过渡区间13a和13b中在增强纤维的取向方向上增强纤维根数从端部至中央部增加，在过渡区间13a和13b中增强纤维11的增加根数在增强纤维的排列方向上为每1mm为460根±50根。在各过渡区间13a和13b中多根增强纤维11的总截面积的变化量在增强纤维的排列方向上为每1mm为0.016至0.020mm²。

使用所得的短切纤维束，与实施例5同样地操作成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，无翘曲。

纤维增强塑料的厚度为2.8mm，通过截面观察测定在厚度方向上存在多少个短切纤维束，求出10个点的数据的平均值结果是28。由此可知短切纤维束的平均厚度为100μm左右。根据纤维增强塑料的拉伸试验结果表明，拉伸弹性模量为非常高的值33GPa，另外拉伸强度为高值380MPa。另外，切割纤维增强塑料观察切割面时如图11所示，短切纤维束从中央部朝向端部变薄，特别是与切割面并列行进的短切纤维束也从中央部朝向端部变薄，可见增强纤维根数减少的状态，由负荷传递效率提高可知，得到不仅拉伸强度提高弹性模量也提高的显著效果。

实施例9

与实施例1同样地操作制作短切纤维束。将与实施例4相同的树脂膜(基质树脂膜)置于平板状成型模上，在所述树脂膜表面上将制作的短切纤维束堆积为片状，使得经过狭缝状的喷嘴的各短切纤维束的增强纤维的排列方向在±10°的范围内。之后，将相同的树脂膜置于堆积成片状的短切纤维束上。使由下侧树脂片材、中间短切纤维束片材和上侧树脂片材构成所得的层合片材通过温度60℃的砑光辊间，使基质树脂含浸于短切纤维束中，制作预浸料坯片材。在所得的预浸料坯片材中每单位面积的增强纤维重量为200g/m²，增强纤维的体积含有率Vf为50％，厚度为0.22mm。

层合所得的预浸料坯片材形成[45/0/-45/90]的层合结构，得到大小250×250mm的层合体。将该层合体置于具有大小300×300mm模槽的平板模上的大约中央部。该配置的投料配比为70％。之后，在6MPa的加压下在150℃×5分钟的条件下，使用加热型加压成型机固化基质树脂，得到大小300×300mm的平板状纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。仅通过将制造的纤维增强塑料置于试验台的平坦表面上，确认了纤维增强塑料与试验台的平坦表面的整个表面接触，无翘曲。纤维增强塑料的厚度为1.8mm。

根据纤维增强塑料的拉伸试验结果表明拉伸弹性模量为非常高的值41GPa，另外拉伸强度为高值420MPa。强度差异CV值非常低为7％，推测是由于控制增强纤维的排列方向层合短切纤维束片材，降低了纤维增强塑料的力学特性的差异。

实施例10

使用与实施例1相同的切断方法切断与实施例1相同的连续增强纤维束，使增强纤维的纤维长度为25mm，连续增强纤维束的切断方向与增强纤维的排列方向成12°角度的直线，得到短切纤维束。使用熔融挤压机((株)日本制钢所制TEX30α、L/D＝31.5、螺杆旋转数250rpm、温度180至200℃)混炼所得的短切纤维束和与实施例5相同的共聚聚酰胺树脂(基质树脂)颗粒并挤压成棒状，将得到的棒状成型体切断成颗粒状，得到增强纤维的体积含有率Vf为20％的颗粒。所得颗粒中重量平均纤维长度为0.5mm。将所得的颗粒在温度210℃下注射成型，得到大小250×250mm的平板状纤维增强塑料。

根据纤维增强塑料的拉伸试验结果表明，拉伸弹性模量为15GPa，拉伸强度为高值220MPa。与下述比较例6相比力学特性提高，弹性模量提高20％以上，强度提高20％以上。经推测，是由于在短切纤维束中各增强纤维的端部在增强纤维的排列方向上互相偏离，在微粒化工序中增强纤维彼此间容易分离不易凝集，所以可以制造纤维长度较长的颗粒，其结果即使在注射成型后仍可以保持较长的纤维长度，显示纤维增强塑料的高力学特性。

比较例1

该比较例涉及SMC片材，所述SMC片材是由在与增强纤维的排列方向成90°角度的方向上切断连续增强纤维束所得的现有短切纤维束构成的。

切断与实施例1相同的连续增强纤维束得到短切纤维束时，在旋转切断机的圆周方向上以25mm的间隔设置刀口，与刀口成90°角度插入连续增强纤维束。所得的短切纤维束的增强纤维的纤维长度为25mm，并且短切纤维束的端部为与短切纤维束的增强纤维的排列方向成90°角度的直线状形态。

使用该短切纤维束与实施例1同样地操作制作SMC片材，使用制作的SMC片材与实施例1同样地操作成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。在制造的纤维增强塑料中无翘曲，其厚度为2.8mm。

根据纤维增强塑料的拉伸试验结果表明，拉伸弹性模量为24GPa，拉伸强度为150MPa。另外，切割纤维增强塑料观察切割面时如图12所示，与切割面并列行进的短切纤维束在端部与厚度方向(图12中的上下方向(垂直方向))垂直地被切断，在端部前端产生树脂蓄积126。在一些所述树脂蓄积126中产生有空隙。

比较例2

该比较例涉及由与比较例1相比纤维长度较长、具有与实施例1同等水平的横跨长度Ld的短切纤维束构成的SMC片材。切断与实施例1相同的连续增强纤维束得到短切纤维束时，在旋转切断机的圆周方向上以50mm的间隔设置刀口，与刀口成90°角度插入连续增强纤维束。在所得的短切纤维束中增强纤维的纤维长度为50mm，并且短切纤维束的端部具有与短切纤维束的增强纤维的排列方向成90°角度的直线状形态。

使用所述短切纤维束与实施例1同样地操作制作SMC片材，使用制作的SMC片材与实施例1同样地操作成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。制造的纤维增强塑料中无翘曲，其厚度为2.8mm。

根据纤维增强塑料的拉伸试验结果，拉伸弹性模量为26GPa，拉伸强度为160MPa，显示出与大致与比较例1同等的力学特性。可知在由现有短切纤维束构成的SMC片材中，即使将纤维长度增长也基本无助于提高纤维增强塑料的力学特性。

比较例3

该比较例涉及由在与增强纤维的排列方向成45°角度的方向上切断连续增强纤维束所得的短切纤维束构成的SMC片材。

切断与实施例1相同的连续增强纤维束得到短切纤维束时，在旋转切断机的圆周方向以17.7mm的间隔设置刀口，与刀口成45°角度插入连续增强纤维束。所得的短切纤维束中增强纤维的纤维长度为25mm，并且短切纤维束的端部具有与短切纤维束的增强纤维的排列方向成45°角度的直线状形态。在增强纤维的排列方向上存在过渡区间，在所述过渡区间增强纤维根数从短切纤维束的端部至中央部增加，增强纤维的增加根数在增强纤维的排列方向上为每1mm为2,400根±100根。另外，在过渡区间中多根增强纤维总截面积的变化量在增强纤维的排列方向上为每1mm为0.088至0.096mm2。

使用所述短切纤维束与实施例1同样地操作制作SMC片材，使用制作的SMC片材成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。制造的纤维增强塑料中无翘曲，其厚度为2.8mm。

根据纤维增强塑料的拉伸试验结果，拉伸弹性模量为25GPa，拉伸强度为200MPa。与比较例1相比虽然强度高但未见显著的提高。另外在弹性模量中基本未见提高。

比较例4

作为连续增强纤维束，使用与实施例3同样地由多根附着有上浆剂的玻璃纤维构成的连续增强纤维束(RS570M-521ZS、纤维单位面积重量570tex、日东纺公司制)。从铜管中通过横向解舒从而在加捻状态下拉出该连续增强纤维束，与比较例1同样地切断得到短切纤维束。在所得的短切纤维束中增强纤维的纤维长度为25mm，并且具有短切纤维束的端部为与短切纤维束的增强纤维的排列方向成90°角度的直线状的形态。

使用所述短切纤维束与实施例3同样地操作制作SMC片材，使用制作的SMC片材与实施例3同样地操作成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有成型的纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。在制造的纤维增强塑料中无翘曲，其厚度为2.8mm。另外，根据纤维增强塑料的拉伸试验结果，表明拉伸弹性模量为15GPa，拉伸强度为180MPa。

比较例5

与实施例4同样地操作制作预浸料坯，使用自动切断机在增强纤维的排列方向上以25mm的间隔、在垂直于增强纤维的排列方向的方向(排列的增强纤维的宽度方向)上以5mm的间隔切断成直线状，制作宽度5mm且厚度110μm、增强纤维的纤维长度为25mm的短切纤维束。所得的短切纤维束的增强纤维的纤维长度为25mm，并且具有短切纤维束的端部与短切纤维束的增强纤维的排列方向成90°角度的直线状形态。

使用所述短切纤维束与实施例4同样地操作制作成型材料，使用制作的成型材料与实施例4同样地操作成型纤维增强塑料。

在使用的模槽内填充有纤维增强塑料，确认了在成型过程中成型材料的流动性良好。在制造的纤维增强塑料中无翘曲，其厚度为2.8mm。

根据纤维增强塑料的拉伸试验结果，拉伸弹性模量为29GPa，拉伸强度为150MPa。另外，切割纤维增强塑料观察切割面时如图12所示，与切割面并列地行进短切纤维束在端部与厚度方向(图12中的上下方向(垂直方向))被垂直地切断，在端部前端产生树脂蓄积126。在一些所述树脂蓄积126中产生有空隙。

比较例6

使用与比较例1相同的短切纤维束与实施例10同样地操作进行微粒化制作颗粒。所得的颗粒中重量平均纤维长度为0.3mm。使用所得的颗粒与实施例10同样地操作进行注射成型，成型平板状纤维增强塑料。根据所得的纤维增强塑料的拉伸试验结果，拉伸弹性模量为12GPa，拉伸强度为180MPa。

产业上的可利用性

根据本发明提供短切纤维束及其制造方法，所述短切纤维束用作成型材料时具有良好的流动性和成型追随性，用作纤维增强塑料时显示优异的力学特性。此外还提供使用了本发明的短切纤维束的成型材料、纤维增强塑料以及它们的制造方法。

本发明的成型材料或本发明的纤维增强塑料优选用于制造要求强度、刚性和轻质性如自行车用品、高尔夫球杆或高尔夫球头等体育用品构件，航空器内饰材料，汽车构件如门或片材框架等以及机器人手臂等机械部件。其中较优选用于制造除了强度和轻质之外，还要求成型时对复杂形状的成型追随性的片材面板或片材框架等汽车部件。