JP6086161B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法、プレス成形材料の製造方法、成形品の製造補法、一方向性プリプレグ、および成形品 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法、プレス成形材料の製造方法、成形品の製造補法、一方向性プリプレグ、および成形品に関する。
本願は、２０１４年９月１７日に、日本に出願された特願２０１４−１８８７０５号及び２０１５年３月１１日に、日本に出願された特願２０１５−０４７９８３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

炭素繊維及び炭素繊維複合材料は、引張強度・引張弾性率が高く、耐熱性、耐薬品性、疲労特性、耐摩耗性に優れる、線膨張係数が小さく寸法安定性に優れる、電磁波シールド性、Ｘ線透過性に富むなどの優れた特長を有していることから、スポーツ・レジャー、航空・宇宙、一般産業用途に幅広く適用されている。従来は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を複合材料のマトリックスとすることが多かったが、最近、リサイクル性・高速成型性の観点から熱可塑性樹脂が注目されている。

特許文献１には、一方向に引き揃えられた炭素繊維と熱可塑性樹脂を積層して製造する方法が開示されている。この方法では、炭素繊維を高度に一方向に引き揃える必要があるため、炭素繊維に由来する毛羽等の問題が発生する恐れがあり、ライン速度を向上し辛くなる恐れがある。

特許文献２には、繊維長を長く保つために、強化繊維の重量含有率が５０％以上８５％以下、強化繊維の平均繊維長が５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、強化繊維が無方向に分散されている繊維強化熱可塑性樹脂シートが提案されている。この特許文献では、繊維配向のバラつきについては議論していないが、その製造方法から、表面の繊維配向にはバラつきがあると推測される。そのため、実用部材に用いる際の信頼性確保に課題が生じる虞がある。また、その繊維強化熱可塑性樹脂シートの実施例では、幅１５ｍｍ以上に開繊した繊維束にダイ内で熱可塑性樹脂を含侵した１０ｍｍ幅のものを裁断した後にシート化しているが、そのダイの形やその引取り工程については明示されていない。

特許文献３には、厚さ１３０μｍ以下の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープが提案されている。この製造方法では、樹脂浴中のしごきバーで炭素繊維を開繊して含侵し、スリット間隔が１３０μｍ以下の特定のノズルを用い、冷却ローラー等を用いてテープが厚くなるテープ変形を防止する事によって得られている。この方法では、テープを製造するためには狭いスリット間隔が必要であり、実施例では、スリットノズル間隔よりやや厚いテープが製造されている。スリットノズル間隔が狭いと、スリットノズルにかかる圧力が高くなり易く、ライン速度を向上し難くなる恐れがある。

特許文献４には、含侵させると同時にテープ状にしたトウプレグを幅方向に複数本引き揃えて並べた後、加熱下、加圧してシート状にする事を特徴とする熱可塑性一方向プリプレグシートの製造方法が開示されている。この方法では、シート状にする工程の高速化は図れるものの、テープ状にしたトウプレグ製造の際に高度に含侵させており、高速化を図り難い。

特許文献５の実施例には、１ｍｍ径のダイスを用いて補強繊維束にナイロン６が付着した付着物を作り、これらを多数本並べ、間隔０．３ｍｍで２５０℃のロール間を通過させ、さらに間隔０．２５ｍｍで２００℃のロール間を通過させてシート状物を得る方法が開示されている。しかしこの方法では、ナイロン６の融点よりも高温である２５０℃のロール間を通過するため、離型が容易でないと考えられる。

特許文献６には、補強繊維束に熱可塑性樹脂が付着した付着物を作り、これらを多数本並べ、加熱領域と冷却領域を有する板状物により加熱加圧して樹脂を含浸し、冷却した後に剥離する方法が記載されている。しかしこの方法では、繊維強化熱可塑性樹脂だけでなく、これを加熱冷却する板状物にも加熱と冷却を繰り返す必要があり、高速化を図り難い。また、融点以下のロール温度で加圧した比較例では、良好な含侵が実現されていない。

特開２０１４−１０５３１０号 特開平９−１５５８６２号公報 特開２００７−１１８２１６号 特開平７−２４８３０号 特開昭５９−６２１１４号 特開昭６０−３６１３６号

優れた繊維強化熱可塑性樹脂プレス材料や繊維強化熱可塑性樹脂テープを効率的に生産する方法が求められており、また、取扱い性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂複合材が求められていた。特に繊維強化熱可塑性樹脂テープにおいては、経済性の観点から、少ない工程数で効率的に生産できる方法が必要である。また繊維強化熱可塑性樹脂プレス材料においては、機械特性のバラつきを小さくする事で、部品設計に反映しやすくなる。

本発明者らは、特定のクロスヘッドダイで複合化した後に冷却しながら加圧し、従来よりも大きく変形させる事で、効率的に品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂複合材ならびに繊維強化熱可塑性樹脂テープが得られることを見出し、またそこで得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材ならびに繊維強化熱可塑性樹脂テープの表面が樹脂で覆われているために取扱い性に優れている事を見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明の要旨は以下の（１）〜（１５）に存する。

（１） １ｍｍ以上の最大開口部高さを有するクロスヘッドダイにより、強化繊維を強化繊維束の状態でクロスヘッドダイに供給し、溶融状態にある熱可塑性樹脂と複合化し、次いで、前記熱可塑性樹脂の固化温度以下の加圧面に接触させて加圧し、開口部高さの５０％以下の厚さに賦形する、繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（２） 目付が８００ｍｇ／ｍ以上５０００ｍｇ／ｍ以下の強化繊維束を用いる（１）に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（３） 最大開口部高さＬに対する強化繊維束の目付Ｒ（ｍｇ／ｍ）が、
Ｌ＞０．５×Ｌｏｇ（Ｒ）
で示される、（２）に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（４） ピッチ間隔が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の複数の開口部を有する前記クロスヘッドダイを用いて、前記加圧により隣接した繊維強化熱可塑性樹脂複合材を一体化する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（５） 最大高さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の開口部を有するクロスヘッドダイにより、強化繊維と溶融状態にある熱可塑性樹脂とを複合化し、次いで、加圧して、平均０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の厚さに賦形する、上記（１）〜（４）に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（６） 前記加圧により、開口部高さの２０％以下に賦形する、上記（１）〜（５）に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（７） １０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と、３０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂を複合化する、上記（１）〜（６）に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
（８） 上記（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法で得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材を、１００ｍｍ以上の長さで切断する、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
（９） ２０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と３０質量％以上８０質量％以下の熱可塑性樹脂を複合化する、上記（８）に記載の繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
（１０） 上記（１）〜（７）のいずれかに記載の製造方法で得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材を、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の長さに切断する、プレス成形材料の製造方法。
（１１） 上記（１０）に記載の製造方法で得られたプレス成形材料を、加熱して一体化してシート状にする、プレス成形材料の製造方法。
（１２） １０質量％以上６０質量％以下の強化繊維と４０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂を複合化する、上記（１０）または（１１）に記載のプレス成形材料の製造方法。
（１３） 上記（１０）〜（１２）に記載のプレス成形材料を、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱した後に流動プレス成形して得られ、面内の繊維配向係数のＣｖ値が２０％以下である、成形品の製造方法。
（１４） 一方向に引き揃えられた２０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と、３０質量％以上８０質量％以下のポリアミドと、前記強化繊維と前記ポリアミドの合計１００質量部に対して離型剤を０．１質量部以上０．５質量部以下とを含み、以下の９０°曲げ試験による強度がポリアミドの曲げ試験による強度の２５％以上７５％以下である一方向性プリプレグ。
（９０°曲げ試験）
前記一方向性プリプレグを同一方向に重ね、外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有し、外面からキャビティまでの厚さが２３ｍｍである鋼材製プレス成形用金型中に前記一方向性プリプレグをチャージし、２５０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動させて１ＭＰａで１１分加熱プレスした後、金型ごと３０℃に設定したプレス機中に移動させて４ＭＰａで３分冷却プレスし、厚さ２ｍｍの一方向性の積層体を形成し、前記積層体から、繊維と直角方向に長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍに切り出した試験片を用いて、支点の半径２ｍｍ、圧子の半径５ｍｍ、支点間距離８０ｍｍ、試験速度毎分５ｍｍで三点曲げ試験を行い、繊維軸と直行する方向を９０°曲げ試験結果とする。
（１５） １０質量％以上６０質量％以下の強化繊維と、４０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂とを含み、前記強化繊維の繊維長が５ｍｍ以上２３ｍｍ以下であり、繊維配向係数が平均で０．１５以上０．２５以下であり、かつ下記の３点曲げ試験結果に基づき求めた面内の繊維配向係数のＣｖ値が２０％以下である、プレス成形品。
（３点曲げ試験）
外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有し、外面からキャビティまでの厚さが２３ｍｍである鋼材製プレス成形用金型中に１００×１２０×２ｍｍのシート状プレス成形材料を２枚重ねてチャージし、２８０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動させて、１ＭＰａで４分３０秒加熱プレスし、金型ごと８０℃に設定したプレス機中に移動させて４ＭＰａで２分冷却プレスし、２００×１２０×２ｍｍの成形体を形成し、前記成形体から、成形体の２００ｍｍ方向を長さ方向とした長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片と、成形体の１２０ｍｍ方向を長さ方向とした長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片を同数切り出し、ＩＳＯ１７８に準じて三点曲げ試験を行う。

開口部高さが大きいクロスヘッドダイを用いる事が可能になる事で、狭いスリットを有するダイに比べてせん断応力を小さくできるため、ライン速度を速くし、生産性を向上する事が可能になる。さらに、狭いスリット部が無いために、毛羽が詰まる事による繊維切れの恐れが少なく、また切れた場合の復旧も容易であり、生産ロスを低減する事が可能となる。またこの製造方法では、冷却しながら加圧しているため、加圧装置からの離型が容易であり、高速化が可能である。

クロスヘッドダイの一例を示す図である。 クロスヘッドダイの内部構造の一例を示す図（Ａ：側面図、Ｂ：下面図、開口部正面）である。 クロスヘッドダイと加圧ロールの位置関係の一例を示す図である。 クロスヘッドダイと加圧ロールの位置関係の一例を示す図である。 成形に用いた金型の概略図（Ａ：斜視図Ｂ：側面図）である。

本発明における繊維強化熱可塑性樹脂複合材とは、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる複合材であり、例えば、繊維強化熱可塑性樹脂テープ、繊維強化熱可塑性樹脂シート、プレス成形材料、長繊維ペレット等が挙げられる。本発明の製造方法は、特に繊維強化熱可塑性樹脂テープ、繊維強化熱可塑性樹脂シート、プレス成形材料に適用できる。

本発明で用いられる強化繊維は、熱可塑性樹脂の剛性や強度を高めるために用いられる無機繊維または有機繊維である。本発明で用いられる強化繊維は、単繊維の繊維径（以下「繊維径」という）が１μｍ以上５０μｍ以下の範囲のものが適している。細すぎる場合には繊維の表面積が大きくなるために、成形性が低下する恐れがあり、太すぎる場合には繊維のアスペクト比が小さくなり、補強効率に劣る恐れがある。

上記の繊維径の強化繊維は、単繊維で取り扱うのが困難なため、強化繊維束の状態で用いるのが良い。強化繊維束に含まれる単繊維は、３，０００本以上が好ましく、１２，０００本以上がより好ましく、特に好ましくは１５，０００本以上である。また、６０，０００本以下が好ましく、５０，０００本以下がより好ましい。強化繊維束に含まれる単繊維の本数が少なすぎると生産効率が低くなる恐れがある。高すぎると強化繊維束に熱可塑性樹脂が含侵し難くなり、品質が低くなる恐れがある。

強化繊維束の目付としては、８００ｍｇ／ｍ以上が好ましく、９００ｍｇ／ｍ以上がより好ましく、特に好ましくは１０００ｍｇ／ｍ以上であり、また５０００ｍｇ／ｍ以下が好ましく、４０００ｍｇ／ｍ以下がより好ましく、特に好ましくは３８００ｍｇ／ｍ以下である。強化繊維束の目付が低すぎると生産効率が低くなる恐れがある。高すぎると強化繊維束に熱可塑性樹脂が含侵し難くなり、品質が低くなる恐れがある。
本発明においては、最大開口部高さＬに対する強化繊維束の目付Ｒ（ｍｇ／ｍ）が、
Ｌ＞０．５×Ｌｏｇ（Ｒ）
で示されることが好ましい。強化繊維束をクロスヘッドダイに通す際に、開口部が狭いと強化繊維束を通し難くなる。クロスヘッドダイに熱可塑性樹脂が供給された後に強化繊維束を通す場合には、ピアノ線等に強化繊維束を引っ掛けて、ピアノ線で強化繊維束を引っ張って通す事が考えらえるが、開口部が狭すぎると、ピアノ線と強化繊維束の重なった部分が通り難くなるため、開口部が広い事が必要である。そのため、強化繊維束の目付が大きいほど、最大開口部高さを大きくする必要がある。
その一方で、繊維束は開口部の幅方向にも広がる事が可能であり、特に繊維束の目付が大きい場合には、大きく広がる事が可能である。これらを踏まえて検討した結果、この式を満たさない場合、クロスヘッドダイに強化繊維束を通す事が困難になる恐れがある。
最大開口部高さＬが小さい場合、強化繊維束の目付Ｒを小さくする事が好ましい。前述のようにピアノ線等で強化繊維束を引っ張って通す場合、強化繊維束が太すぎると、ピアノ線と強化繊維束の重なった部分が通り難くなるため、強化繊維束を細くする必要がある。そのため、最大開口部高さが小さいほど、強化繊維束の目付を小さくする必要がある。また、強化繊維束は開口部の幅方向にも広がる事が可能であるが、繊維束の目付が小さい場合には、大きく広がる事が困難になるため、上述の式を満たさない場合、クロスヘッドダイに強化繊維束を通す事が困難になる恐れがある。

強化繊維は、無機繊維または有機繊維であり、熱可塑性樹脂の溶融温度での安定性や補強効率の観点から、好ましくは無機繊維である。無機繊維は、例えばガラス繊維、炭素繊維が挙げられ、軽量化の観点から、好ましくは炭素繊維である。
本発明で用いる炭素繊維の種類は特に制限されず、ＰＡＮ系（ＨＴ、ＩＭ、ＨＭ）、ピッチ系（ＧＰ、ＨＭ）、レーヨン系のいずれも使用可能であるが、ＰＡＮ系が好ましい。

本発明で用いる強化繊維は、繊維径が５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、５μｍ以上１２μｍ以下であり、特に好ましくは６μｍ以上８μｍ以下である。繊維径が５μｍ未満の細すぎる径であると、繊維の表面積が大きくなるために、成形性が低下する恐れがある。繊維径が１５μｍ超える太すぎる径であると繊維のアスペクト比が小さくなり、補強効果に劣る恐れがある。強化繊維の繊維径は、電子顕微鏡を用いて測定することができる。上記範囲の繊維径を有する強化繊維（炭素繊維）を製造する方法としては、例えば、特開２００４−１１０３０号公報、特開２００１−２１４３３４号公報、特開平５−２６１７９２号公報、ＷＯ１２／０５０１７１号公報等に記載の方法が挙げられる。
強化繊維としては、上記繊維径を有するものであれば特に制限なく使用することができ、市販品を用いてもよく、その具体例としては、例えば、パイロフィル（三菱レイヨン株式会社登録商標）ＣＦトウ ＴＲ５０Ｓ ６Ｌ、ＴＲＨ５０ １２Ｌ、ＴＲＨ５０ １８Ｍ、ＴＲ５０Ｓ １２Ｌ、ＴＲ５０Ｓ １５Ｌ、ＭＲ４０ １２Ｍ、ＭＲ６０Ｈ ２４Ｐ、ＭＳ４０ １２Ｍ、ＨＲ４０ １２Ｍ、ＨＳ４０ １２Ｐ、ＴＲＨ５０ ６０Ｍ、ＴＲＷ４０ ５０Ｌ（以上、三菱レイヨン社製）が挙げられる。好ましくは、ＴＲ５０Ｓ １５Ｌ、ＴＲＷ４０ ５０Ｌである。
また、強化繊維（炭素繊維）は、表面処理、特に電解処理されたものが好ましい。表面処理剤としては、例えば、エポキシ系サイジング剤、ウレタン系サイジング剤、ナイロン系サイジング剤、オレフィン系サイジング剤等が挙げられる。好ましくは、エポキシ系サイジング剤である。表面処理することによって、引張り強度、曲げ強度が向上するという利点が得られる。上記表面処理された炭素繊維は、市販品を用いても良い。

本発明で用いる熱可塑性樹脂は、一般的な熱可塑性樹脂の何れも使用可能である。例えば、結晶性樹脂として、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、非晶性樹脂として、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル等が挙げられ、また、これらを２種類以上併用する事も可能である。成形性の観点から、結晶性樹脂が好ましく、機械特性のバランスの観点から、ポリアミド、ポリプロピレンが好ましい。

繊維強化熱可塑性樹脂複合材が繊維強化熱可塑性樹脂テープである場合は、強化繊維の含有率は２０質量％以上７０質量％以下であり、好ましくは３０質量％以上６０質量％以下である。
熱可塑性樹脂の含有率は３０質量％以上８０質量％以下であり、好ましくは４０質量％以上７０質量％以下である（但し、強化繊維と熱可塑性樹脂の合計が１００質量％）。即ち、強化繊維と熱可塑性樹脂をこの割合でクロスヘッドダイに供給して複合化することが好ましい。
繊維強化熱可塑性樹脂複合材がプレス成形材料である場合は、強化繊維の含有率は１０質量％以上６０質量％以下であり、好ましくは１５質量％以上４９質量％以下である。熱可塑性樹脂の含有率は４０質量％以上９０質量％以下であり、好ましくは５１質量％以上８５質量％以下である（但し、強化繊維と熱可塑性樹脂の合計が１００質量％）。即ち、強化繊維と熱可塑性樹脂をこの割合でクロスヘッドダイに供給して複合化することが好ましい。
強化繊維の含有率が低すぎると、強化繊維による補強効率が薄れるため、曲げ弾性率や曲げ強度が低くなり、高すぎると成形性が悪くなる。
熱可塑性樹脂の含有率が低すぎると、熱可塑性樹脂の優れた機械特性を損なう恐れがあり、成形性が悪くなる。また、熱可塑性樹脂の含有率が高すぎると、強化繊維による補強効率が薄れ、曲げ弾性率や曲げ強度が低くなる。
さらに必要に応じて、公知の安定剤、強化剤、無機フィラー、耐衝撃性改質剤、加工助剤、離型剤、着色剤、カーボンブラック、帯電防止剤、難燃剤、フルオロオレフィン等の添加剤を配合してもよい。その含有率は添加剤の種類により異なるが、強化繊維および熱可塑性樹脂の特性を損なわない範囲内で、必要に応じて配合でき、強化繊維と熱可塑性樹脂の合計１００質量部に対して２０質量部以下であり、好ましくは５質量部以下である。生産性をより向上しやすくするために、離型剤を０．１質量部以上０．５質量部以下含む事が特に好ましい。

熱可塑性樹脂の溶融状態とは、熱可塑性樹脂を構成する少なくとも１成分が溶融状態にある事であり、結晶性樹脂であればその融点以上、非晶性樹脂であればそのガラス転移点以上の温度で軟化している状態を意味する。熱可塑性樹脂を構成する主成分が溶融状態である事が好ましい。

強化繊維と熱可塑性樹脂の複合化とは、強化繊維と熱可塑性樹脂が付着または含侵している状態である。例えば、長繊維ペレットの製造方法における引抜法や、電線被覆法が挙げられるが、生産性の観点から、電線被覆法がより好ましい。本発明の製造方法では、強化繊維をそのダイス前や、ダイス内で開繊する事は、必ずしも必要ではなく、目的とする含侵状態と生産性により適宜選択する事が可能である。空隙が少なく含侵品質に優れた複合材を得る観点からは、ダイス内で開繊する事で空隙率を下げる事ができるが、生産性の観点からは、ダイス前や、ダイス内で開繊しない事が好ましい。

本発明における繊維強化熱可塑性樹脂テープとは、連続した一方向性の強化繊維と熱可塑性樹脂からなるテープである。強化繊維が複合材のほぼ末端から末端まで連続し、強化繊維とテープの長さはほぼ同程度であり、例えばその差は１０％以内である。
ここで得られた繊維強化熱可塑性樹脂テープは、その表面が熱可塑性樹脂により覆われており、繊維は幅方向に広がっている。表面が熱可塑性樹脂により覆われている事で、取扱い性が良好である。

本発明におけるプレス成形材料とは、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の長さの強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料である。強化繊維がこの長さであれば、短冊状でもシート状でも構わない。強化繊維の長さがこの範囲にある事で、成形性と機械特性のバランスに優れる。

＜クロスヘッドダイ＞
ここで用いられるクロスヘッドダイ１（単にダイともいう）とは、熱可塑性樹脂と強化繊維を複合化させるためのダイであり、クロスヘッドダイの中に繊維を通しながら押出機等からクロスヘッドダイに樹脂を供給して複合化させる。例えばひとつの入り口から繊維（強化繊維入口２）、その入り口と９０°異なる方向にある別の入り口（樹脂入口３）から溶融状態の樹脂を供給し、クロスヘッドダイの内部で繊維と樹脂を合流して複合化させる。さらにクロスヘッドダイ出口の開口部（出口開口部４）からを引き抜く事により、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂複合材を得る。クロスヘッドダイの一例を図１に示す。
本発明の出口開口部４（単に開口部ともいう）は、テープを引き抜くために設けられたクロスヘッドダイ出口の開口部を示す。開口部高さとは、クロスヘッドダイ１の出口開口部４を正面から見たときの高さ方向の長さであり、例えば横向きに出口がある場合には高さ方向の長さであり、下向きに出口がある場合には前後方向の長さを意味する。また、開口部高さが一定でない場合には、その最大高さを意味する。例えば円形であればその直径である。
本発明の出口開口部高さは１ｍｍ以上であり、１．５ｍｍ以上が好ましく、２．０ｍｍ以上がさらに好ましい。また、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がさらに好ましい。出口開口高さが大きい方がライン速度を速くし易く、生産性の観点で有利である。例えばその開口部が長方形のクロスヘットダイ１における見かけのせん断速度は、開口部の断面積が同一の場合は、開口部の高さに反比例するため、高さが大きい方がせん断応力を小さくする事が可能となり、ライン速度を速くし易い。また、開口部高さが大きすぎる場合には、同一の断面積の開口部とした場合に幅が小さくなりすぎ、３０％以下の厚さへの賦形が困難になる恐れがある。
開口部の幅は特に指定がないが、最大開口部高さの５０％以上が好ましく、最大開口部高さの１００%以上がより好ましい。また最大開口部高さの６００％以下が好ましく、４００％以下がより好ましい。好ましい範囲にある事で、クロスヘッドダイが設計しやすい。

＜加圧＞
本発明の製造方法では、複合化した後に冷却しながら加圧して、開口部高さの５０％以下の厚さに賦形する。複合化した後に加圧する事で、厚さが薄く、幅が広くなる方向へ変形し、またその変形の過程において、強化繊維に熱可塑性樹脂が含侵し、また強化繊維が幅方向へ広がる。
加圧は、クロスヘッドダイ出口の後ろに設置する加圧装置により実施する。加圧の方法としては、対となる加圧ロール５により線で加圧する方法や、面により加圧する方法が挙げられるが、生産性の観点から、対となる加圧ロールにより加圧する方法が好ましい。加圧ロールと複合材の間には、離型紙や離型フィルム、金属ベルトなどを用いても良いが、用いない事が好ましい。用いない方が、生産設備を小型化し易い。
加圧装置のテープと接する部分は、熱可塑性樹脂の固化温度より低い温度である。用いる熱可塑性樹脂によるが、通常は１９０℃以下が好ましく、さらに好ましくは１２０℃以下である。好ましい範囲にある事で、加圧装置からの離型が容易である。また、加圧装置の入り口においては、複合材の熱可塑性樹脂は溶融状態にある。溶融状態にある事で、開口部高さの５０％以下の厚さに賦形し、含侵をする事が可能となる。
線で加圧する場合は、出来上がる複合材に対する線圧として０．５ｋｇｆ／ｃｍ以上２００ｋｇｆ／ｃｍ以下で加圧する事が好ましく、２ｋｇｆ／ｃｍ以上５０ｋｇｆ／ｃｍ以下がより好ましい。０．５ｋｇｆ／ｃｍ未満の低すぎる加圧であると賦形が困難になり、２００ｋｇｆ／ｃｍ超の高すぎる加圧であると複合材に割れが生じる恐れがある。また、加圧ロールで加圧する場合の加圧ロール間の距離を一定に保つような設備により賦形する事も可能である。
また本発明では、加圧により開口部高さの５０％以下の厚さにする。好ましくは開口部高さの３０％以下、より好ましくは２０％以下の厚さである。５０％以下の厚さにする事で、含侵品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂テープを得る事が可能である。下限の目安としては、２％以上であり、好ましくは５％以上である。これ以下の厚さまで賦形する事は困難となる恐れがある。
本発明では、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の厚さに賦形する事が好ましい。好ましくは０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。０．０５ｍｍ未満の場合には、複合体に割れが生じて困難になる恐れがある。０．４ｍｍ超の厚さでは、含侵が不十分になる恐れがある。

＜熱可塑性樹脂の固化温度＞
前述の「熱可塑性樹脂の固化温度」とは、結晶性樹脂では結晶化温度、非晶性樹脂ではガラス転移温度である。熱可塑性樹脂が複数の熱可塑性樹脂からなるアロイの場合、そのアロイのマトリクス成分の固化温度である。
すなわち相溶アロイの場合には、単一の樹脂と同様に、アロイが結晶性である場合は結晶化温度、アロイが非晶性の場合はガラス転移温度である。非相溶アロイの場合には、複数の結晶化温度やガラス転移温度を有するが、マトリクス成分海成分の固化温度である。マトリクス成分が結晶性樹脂の場合には、マトリクス成分の結晶化温度であり、マトリクス成分が非晶性樹脂の場合には、マトリクス成分のガラス転移温度である。マトリクス成分は、量比や粘度比によって決まるが、工業的に入手可能な大部分のアロイにおいては、最も量の多い成分がマトリクス成分となる場合が多い。
熱可塑性樹脂の固化温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により求める事が可能である。熱可塑性樹脂が十分に溶融する温度から、１０℃／ｍｉｎの速度で冷却し、結晶化温度は発熱ピークとして、ガラス転移温度はベースラインのシフトする温度として測定できる。
本発明では、複数の開口部を有するクロスヘッドダイを用いる事が可能である。複数の開口部からそれぞれストランド状の繊維強化熱可塑性樹脂を引抜き、それを隣接した繊維強化熱可塑性樹脂と一体化する。このことで、幅が広いシート状の繊維強化熱可塑性樹脂テープが得られる。
複数の開口部のピッチ間隔は、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることが好ましい。ピッチ間隔は、１本の繊維束をどの程度まで広げるのかによっておおよそ決定する事が可能である。ピッチ間隔は１本の繊維束を広げる幅以下が好ましく、さらに好ましくは１本の繊維束を広げる幅である。ピッチ間隔がこの範囲にある事で、繊維を目標の目付にする事が可能となる。
本発明の製造方法によって得られる強化繊維熱可塑性樹脂複合材としては、一方向に引き揃えられた２０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と３０質量％以上８０質量％以下の熱可塑性樹脂を含み、以下の９０°曲げ試験による強度が熱可塑性樹脂の曲げ試験による強度の２５％以上７５％以下である一方向性プリプレグが挙げられる。

（９０°曲げ試験）
一方向性プリプレグを同一方向に重ね、外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有する（外形８の上端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ、外形８の下端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ）鋼材製プレス成形用金型６中にチャージし、２５０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動した後、１ＭＰａで１１分加熱プレスし、金型ごと３０℃に設定したプレス機中に移動し、４ＭＰａで３分冷却プレスする事で、厚さ２ｍｍの一方向性の積層体を得る。
前記積層体から、繊維と直角方向に長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍに切り出したものを用いて、支点の半径２ｍｍ、圧子の半径５ｍｍ、支点間距離８０ｍｍ、試験速度毎分５ｍｍで三点曲げ試験を行い、繊維軸と直行する方向を９０°曲げ試験結果とする。
一方向性プリプレグとは一方向に引き揃えられた強化繊維に熱可塑性樹脂が含侵したものである。強化繊維に完全に熱可塑性樹脂が含侵していても、部分的に含侵していても良い。完全に含侵したものの方が高い機械特性を示すが、生産効率の観点からは、部分的に含侵したものが好ましい。特に後工程でプレス成形や等のために再加熱をする場合には、生産効率を重視し、部分的に含侵したものが好ましい。全く含侵していない場合には、取扱い性が劣る。
本発明の一方向性プリプレグの「上述の９０°曲げ試験による強度」は、熱可塑性樹脂の曲げ試験による強度の３０％以上６０％以下であることが好ましい。
上述の９０°曲げ試験における「熱可塑性樹脂の曲げ試験」とは、ＩＳＯ１７８に記載の方法である。すなわち、射出成形により得られた長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの試験片を、支点の半径５ｍｍ、圧子の半径５ｍｍ、支点間距離６４ｍｍ、試験速度毎分２ｍｍで三点曲げ試験を行う。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂テープは、積層体として用いる事に適し、例えばパソコン、ＯＡ機器、ＡＶ機器、家電製品などの電気・電子機械の筐体や部品、自動車部品などに広く利用する事ができる。
本発明においては、上記の繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の製造方法で得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の長さに切断することによって、短冊状のプレス成形材料を製造することができる。

本発明における短冊状のプレス成形材料とは、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱し賦形する事が可能な材料であり、短冊状のプレス成形材料を計量して加熱し、それをプレス成形に供する事で、所望の成形品を得る事が可能である。成形品に対して多数の短冊状のプレス成形材料を計量する事により、プレス成形に定量的にプレス成形材料を供給可能である。

本発明の複合材を切断する方法としては、例えば、サイドカット方式のペレタイザーを用いる方法や、ドラム式カッターを用いる方法、ギロチン式カッターを用いる方法が挙げられる。この中でも、サイドカット方式のペレタイザーを用いる方法が好ましい。サイドカット方式のペレタイザーを用いることで、所望の長さに切断されないカット不良を少なくすることが可能である。
切断する長さは、好ましくは５ｍｍ以上２３ｍｍ以下であり、より好ましくは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下、更に好ましくは１５ｍｍ以上１８ｍｍ以下である。切断する長さが５ｍｍ以上であれば、曲げ強さ等の機械特性が高くなる。また、２３ｍｍ以下であれば、繊維配向係数のＣｖ値を低くできる。
ここで得られた短冊状のプレス材料の一片の表面積は、２００ｍｍ^２以上１２００ｍｍ^２以下であり、好ましくは３００ｍｍ^２以上６００ｍｍ^２以下である。２００ｍｍ^２以上であれば曲げ強さ等の機械特性が高くなる。１２００ｍｍ^２以下であれば、繊維配向係数のＣｖ値を低くできる。

上述の短冊状のプレス成形材料を熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱して一体化することにより、シート状のプレス成形材料を得ることができる。
本発明において「軟化温度以上」とは、プレス成形材料を構成する熱可塑性樹脂の少なくとも一部が軟化する温度であり、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上が必要であり、結晶性樹脂であれば融点以上の温度が好ましい。少なくとも表面が軟化することで、一体化することが可能となる。
加熱して一体化するとは、例えば２５℃においてシート状のプレス成形材料を持ち上げた際に、プレス成形材料の各片が自重により落下しない程度にシート状に一体化することで、取扱いを容易にすることである。
例えば、プレス材料の薄片を堆積させた後に、ベルトプレスにより加熱冷却を連続して行なう方法や、加熱冷却プレスを用いるバッチ方式、堆積したプレス材料を赤外線ヒーターで加熱する方法が考えられる。加熱して一体化する際には、加圧し、各片の間にある空気を押し出すことが好ましい。

本発明の成形品は、流動プレス成形することにより得られる。流動プレス成形とは、プレス成形材料を流動させて、プレス成形材料の投影面積よりも広い投影面積の成形品を得る方法である。プレス成形材料の投影面積に対する成形品の面積は、１５０％以上４００％以下が好ましく、１８０％以上３００％以下がより好ましい。好ましい範囲内であることで、曲げ強度や曲げ弾性率などの機械特性のバラつきを小さくすることが可能である。
流動プレス成形の方法としては、例えば、加熱冷却プレス、スタンピング成形が挙げられる。加熱冷却プレスとは、金型内にプレス成形材料をチャージし、加熱プレスと冷却、加熱と冷却プレス、または加熱プレスと冷却プレスの何れかにより賦形し、金型内から取り出す方法である。スタンピング成形とは、予めプレス成形材料を加熱した後に金型内にチャージしてプレス成形することで目的とする成形品を得る方法である。

面内の繊維配向係数とは、平面に対するその測定軸への繊維の寄与率を表し、０以上１以下の範囲内である。直接的にはＸ線ＣＴや表面の画像解析により、繊維の配向を測定して求めることが可能である。また、複合材の引張弾性率や曲げ弾性率等の機械特性から、繊維がどの程度その方向に寄与しているかを求めることによっても求めることができる。
これらの方法で求めた繊維配向係数は、例えば、繊維長の影響や、厚さ方向への配向等により測定方法により差があるが、何れの方法を用いても構わない。本発明では、繊維配向係数のバラつきが小さいことが必要である。
繊維配向係数のＣｖ値が２０％以下であり、好ましくは１５％以下である。Ｃｖ値がこの範囲内にあることで、成形品の性能を一定範囲内に保ちやすくなる。
上述のプレス成形品の製造方法により、１０質量％以上６０質量％以下の強化繊維と４０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂を含み、強化繊維の繊維長が５ｍｍ以上２３ｍｍ以下であり、繊維配向係数が平均で０．１５以上０．２５以下であり、かつ面内の繊維配向係数のＣｖ値が２０％以下である、プレス成形品を得ることができる。

（プレス成形、切り出し）
外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有する（外形８の上端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ、外形８の下端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ）鋼材製プレス成形用金６中に、１００×１２０×２ｍｍのシート状プレス成形材料を２枚重ねてチャージし、２８０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動した後、１ＭＰａで４分３０秒加熱プレスし、金型ごと８０℃に設定したプレス機中に移動し、４ＭＰａで２分冷却プレスする事で、２倍の面積に流動した２００×１２０×２ｍｍの成形体を得る。
前記成形体から、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片を、２００ｍｍ方向を長さ方向とした試験片と、１２０ｍｍ方向を長さ方向とした試験片を同数切り出し、ＩＳＯ１７８に準じて三点曲げ試験を行った。

本発明においては、上述の（プレス成形、切り出し）に記載の方法により各試験片の曲げ弾性率を求め、以下の式１を用いて、各試験片の繊維配向係数を計算する。
（式１） Ｅ＝η_０・Ｅ_ｆ・Ｖ_ｆ＋Ｅ_ｍ（１−Ｖ_ｆ）
すなわち、η_０＝（Ｅ−Ｅ_ｍ（１−Ｖ_ｆ））／（Ｅ_ｆＶ_ｆ） である。
Ｅ：複合材の弾性率（ＧＰａ）
Ｅｆ：繊維の弾性率（ＧＰａ）、本実施例では２４０
Ｅｍ：樹脂の弾性率（ＧＰａ）、本実施例では２
Ｖｆ：繊維の体積含有率（−）
但し、Ｖｆは以下の式２を用いて求める。
（式２） Ｗ_ｆ＝Ｖ_ｆρ_ｆ／（Ｖ_ｆρ_ｆ＋（１−Ｖ_ｆ）ρ_ｍ）
Ｗｆ：繊維の質量含有率（−）
ρｆ：繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）、本実施例では１．８２
ρｍ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）、本実施例では１．１４（ポリアミド）
ここで得られた繊維配向係数の平均値と標準偏差を求め、標準偏差を平均値で除することで、繊維配向係数のＣｖ値を算出した。
（式３） Ｃｖ値（％）＝標準偏差／平均値×１００
本発明では、安定して機械特性に優れた成形品を得ることが可能であり、例えば、パソコン、ＯＡ機器、ＡＶ機器、家電製品等の電気・電子機械の筐体や部品、自動車部品等に広く利用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の記載において、「部」および「％」は特に断らない限り「質量部」および「質量％」を意味する。
含侵状態：テープの断面観察をする事で、含侵状態を確認した。
Ａ：内部の繊維の大部分が樹脂で覆われているもの。空隙率おおよそ２％以下。
Ｂ：内部の繊維のおおよそ半数以上が樹脂で覆われているもの。
Ｃ：明らかな芯鞘構造が見られ、大部分の繊維が樹脂で覆われていないもの。
〔原料〕
ナイロン樹脂（Ａ−１）：ナイロン６ ＵＢＥナイロン １０１５Ｂ（宇部興産製、中粘度）、結晶化温度 １７１℃
ポリプロピレン樹脂（Ａ−２）：ポリプロピレン樹脂 ノバテックＰＰ ＭＡ０４Ａ（日本ポリプロ製） ９５％に酸変性ポリプロピレン樹脂 ユーメックス１００１（三洋化成製） ５％を配合したもの。結晶化温度 １３３℃。
炭素繊維（Ｂ）：パイロフィルＣＦトウ ＴＲ５０Ｓ １５Ｌ（三菱レイヨン製、エポキシ系サイジング剤処理、目付１，０００ｍｇ／ｍ、引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２４０ＧＰａ、繊維径７μｍ）
離型剤（Ｃ）：ジペンタエリスリトールステアレート

（実施例１）
ナイロン樹脂（Ａ−１）を定量フィーダーにより０．８３ｋｇ／ｈで３０φ二軸押出機に供給し、２５０℃で可塑化し、２８０℃に設定した縦向きの電線被覆ダイスへ供給し、炭素繊維（Ｂ）と複合化した。ダイス出口（出口開口部４）は、高さ２．５ｍｍ、幅２．５ｍｍであり、その形状は高さ１．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、直径２．５ｍｍの半円と、高さ１．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍの長方形を高さ方向に組み合わせた形状の１本用のものである。
その複合化したストランドを、１００ｍｍΦ、３０℃の水を循環させた２本の金属加圧ロール５間を通過させて押し潰した。加圧ロール５の加圧力を３１ｋｇｆに調整した。加圧ロールはダイス出口（出口開口部）の直下に設置し、２本の加圧ロールの中央上方４０ｍｍがダイス出口となるように位置を調整した。加圧ロールは、周速２０ｍ／分でストランドを引き取る方向に駆動した。
金属加圧ロールで引き取られたものを手で引取って剥離し、ナイロン樹脂と炭素繊維からなるテープを得た。ここで得られたテープの厚さは０．３ｍｍであり、仕込み数量から計算した炭素繊維の比率は５９％である。また、ここで得られたテープは幅方向に繊維が広がっており、かつ表面は樹脂で覆われていた。

（実施例２）
加圧力を５ｋｇｆとする点を除いては実施例１と同様に実施した。ここで得られたテープの厚さは０．４ｍｍであり、幅方向に繊維が広がっており、かつ表面は樹脂で覆われていた。

（実施例３）
ナイロン樹脂の供給量を２．２３ｋｇ／ｈとする点を除いては、実施例１と同様に実施した。仕込み数量から計算した炭素繊維の比率は３５％である。ここで得られたテープの厚さは０．２ｍｍであり、幅方向に繊維が広がっており、かつ表面は樹脂で覆われていた。

（実施例４）
ナイロン樹脂（Ａ−１）１００部の代わりに、ナイロン樹脂（Ａ−１）９９．７５部、離型剤（Ｃ）０．２５部を用いる点を除いては実施例３と同様に実施した。仕込み数量から計算した炭素繊維の比率は３５％であり、また、加圧ロール５からの離型が極めて容易であった。ここで得られたテープの厚さは０．２ｍｍであり、幅方向に繊維が広がっており、かつ表面は樹脂で覆われていた。

（実施例５）
ナイロン樹脂（Ａ−１）と離型剤（Ｃ）の供給量を５．６ｋｇ／ｈ、ロールの加圧力を５０ｋｇｆ、ピッチ間隔１０ｍｍ（ダイス出口間隔７．５ｍｍ）で２本のストランドが得られるダイスを用いる点を除いては実施例４と同様に実施した。ダイス出口は、高さ２．５ｍｍ、幅２．５ｍｍであり、その形状は高さ１．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、直径２．５ｍｍの半円と、高さ１．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍの長方形を高さ方向に組み合わせた形状を二つ有するものである。ここで得られたテープの厚さは０．３ｍｍであり、２本のストランドの間は融着し、幅２０ｍｍの一本のテープとなった。ここで得られたテープは幅方向に繊維が広がっており、かつ表面は樹脂で覆われていた。
ここで得られたテープを長さ２９５ｍｍに切断し、約３００ｍｍ幅に隙間なく並べたものをステンレス板に挟み、２５０℃で５分加熱し、３０℃で２分冷却する事で、一方向性プリプレグを得た。
ここで得られた一方向性プリプレグを同一方向に８層重ねて、３００×３００ｍｍのキャビティ７を有するプレス成形用金型６中で、２５０℃、１ＭＰａで１１分加熱プレスし、３０℃、４ＭＰａで３分冷却プレスする事で、一方向性の積層体を得た。この積層体から切り出した試験片の曲げ試験を実施した。表層の繊維軸に沿った方向を０°、直交する方向を９０°とし、測定した結果を表２に示す。

（実施例６）
一方向性プリプレグを繊維の方向が０、９０、９０、０、０、９０、９０、０度となるように８層重ねる以外は実施例５と同様に実施し、直交積層の積層体を得た。この積層体から切り出した試験片の曲げ試験を実施した。表層の繊維軸に沿った方向を０°、直交する方向を９０°とし、測定した結果を表２に示す。

（実施例７）
一方向性プリプレグの代わりに、一方向性プリプレグを繊維長２５ｍｍとなるように繊維軸と４５°の角度で切込を入れたスリットプリプレグを用いる点を除いては実施例６と同様に実施し、繊維長２５ｍｍの不連続繊維からなる積層体を得た。この積層体から切り出した試験片の曲げ試験を実施した。表層の繊維軸に沿った方向を０°、直交する方向を９０°とし、測定した結果を表２に示す。

（比較例１）
ニップロールによる加圧を実施せず、片側の加圧ロールのみに接触させる点を除いては実施例１と同様に実施した。ここで得られたテープの厚さは０．６ｍｍであり、楕円形であった。

（実施例８）
１２本のストランドが得られるダイス（ダイス出口（出口開口部）はピッチ間隔１０ｍｍ、高さ２ｍｍ、幅２ｍｍであり、その形状は高さ１ｍｍ、幅２ｍｍ、直径２ｍｍの半円と、高さ１ｍｍ、幅２ｍｍの長方形を高さ方向に組み合わせた形状を１２個有する）に、ポリプロピレン樹脂（Ａ−２）を２５０℃に設定した単軸押出機で１．１ｋｇ／ｈの速度で横方向から供給し、３００℃に設定したＩＲヒーターで予熱した炭素繊維（Ｂ）を上方から供給し、ダイス温度３２０℃で、ポリプロピレン樹脂（Ａ−２）と炭素繊維（Ｂ）を複合化した。その複合化したストランドを、１００ｍｍΦ、１１０℃の熱媒を循環させた２本の金属加圧ロール５間を通過させて押し潰した。加圧ロールの加圧力を３００ｋｇｆに調整した。加圧ロールはダイス出口の直下に設置し、２本の加圧ロールの中央上方５０ｍｍがダイス出口となるように位置を調整した。加圧ロールは、周速２．５ｍ／分でストランドを引き取る方向に駆動した。
ここで得られた一方向性プリプレグの厚さは０．２ｍｍであり、１２本のストランドの間は融着し、幅１２０ｍｍの一枚のプリプレグとなった。ここで得られたプリプレグは幅方向に繊維が広がっており、かつ表面は樹脂で覆われていた。
ここで得られたプリプレグを長さ１９５ｍｍに切断し、端部をカットして幅１１５ｍｍとした。この一方向性プリプレグを同一方向に重ね、外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有する（外形８の上端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ、外形８の下端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ）鋼材製プレス成形用金型６中にチャージし、２５０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動した後、１ＭＰａで１１分加熱プレスし、金型ごと３０℃に設定したプレス機中に移動し、４ＭＰａで３分冷却プレスする事で、厚さ２ｍｍの一方向性の積層体を得た。
前記積層体から、繊維と直角方向に長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍに切り出したものを用いて、支点の半径２ｍｍ、圧子の半径５ｍｍ、支点間距離８０ｍｍ、試験速度毎分５ｍｍで三点曲げ試験を行い、繊維軸と直行する方向を９０°曲げ試験結果とした。同様に、繊維と平行方向に切り出したものを用いたものを０°曲げ試験結果とした。

（実施例９）
実施例８に記載の一方向性プリプレグを、長さ１９５ｍｍ×幅１１５ｍｍにカットしたものを０°、長さ１１５ｍｍ×幅９７．５ｍｍにカットしたものを２枚並べて長さ１１５ｍｍ×幅１９５ｍｍとしたものを９０°として、０°、９０°、９０°、０°、０°、９０°、９０°、０°の順に８層積層した。これを外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有する（外形８の上端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ、外形８の下端からキャビティ７までの厚さ２３ｍｍ）鋼材製プレス成形用金型６中にチャージし、２５０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動した後、１ＭＰａで１１分加熱プレスし、金型ごと３０℃に設定したプレス機中に移動し、４ＭＰａで３分冷却プレスする事で、厚さ２ｍｍの一方向性の積層体を得た。
前記積層体から、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍに切り出したものを用いて、支点の半径２ｍｍ、圧子の半径５ｍｍ、支点間距離８０ｍｍ、試験速度毎分５ｍｍで三点曲げ試験を行った。表面の繊維と平行方向に切り出したものを０°曲げ試験結果、表面の繊維と直角方向に切り出したものを９０°曲げ試験結果とした。

（比較例２）
熱媒の温度を１４０℃とする点を除いては実施例８と同様に実施した。開始直後からロールにポリプロピレン樹脂（Ａ−２）と炭素繊維（Ｂ）が堆積し、５分以内に炭素繊維（Ｂ）の一部が切れたため、試作を中止した。

（実施例１０）
ポリプロピレン樹脂（Ａ−２）１．１ｋｇ／ｈの代わりにナイロン樹脂（Ａ−１）、を４．６ｋｇ／ｈの速度で供給し、加圧ロール５の熱媒を１２０℃とする点を除いては、実施例８と同様に実施した。

（比較例３）
炭素繊維（Ｂ）を、７５ｇ／ｍ^２となるように一方向に引き揃えて並べ、厚さ４０μｍのポリプロピレン樹脂（Ａ−２）のフィルムを上下から重ね合わせて、離型紙を用いて２７０℃で連続的に加熱加圧し、炭素繊維テープを製造した。これを実施例８のプリプレグの代わりに用いた。

以下の実施例は、以下の方法で行った。
曲げ試験：試験片を切出し、ＩＳＯ１７８に準じて３点曲げ試験を実施した。
繊維配向係数の平均値とＣｖ値：
繊維配向係数η_０を（式１）に基づいて計算した。複合材の弾性率Ｅは測定した曲げ弾性率を用いた。また、繊維の体積含有率は、（式２）に基づいて計算した。
（式１） Ｅ＝η_０・Ｅ_ｆ・Ｖ_ｆ＋Ｅ_ｍ（１−Ｖ_ｆ）
すなわち、η_０＝（Ｅ−Ｅ_ｍ（１−Ｖ_ｆ））／（Ｅ_ｆＶ_ｆ） である。
Ｅ：複合材の弾性率（ＧＰａ）
Ｅｆ：繊維の弾性率（ＧＰａ）、本実施例では２４０
Ｅｍ：樹脂の弾性率（ＧＰａ）、本実施例では２
Ｖｆ：繊維の体積含有率（−）
但し、Ｖｆは以下の式２を用いて求める。
（式２） Ｗ_ｆ＝Ｖ_ｆρ_ｆ／（Ｖ_ｆρ_ｆ＋（１−Ｖ_ｆ）ρ_ｍ）
Ｗｆ：繊維の質量含有率（−）
ρｆ：繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）、本実施例では１．８２
ρｍ：樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）、本実施例では１．１４（ポリアミド）
これにより得られた繊維配向係数の平均値と標準偏差を求め、標準偏差を平均値で除することで、繊維配向係数のＣｖ値を算出した。
（式３） Ｃｖ値（％）＝標準偏差／平均値×１００
外観：目視で観察し、以下のように判断した。
Ｃ：樹脂のみの部分が目立つ（直径約１ｍｍ以上）
Ｂ：表面の凹凸が目立つ（高さ約０．１ｍｍ以上）
Ａ：上記の不良がない又は目立たない。
［原料］
ナイロン樹脂（Ａ）：
（Ａ−１）ナイロン６ Ｎｏｖａｍｉｄ １００７Ｊ（ＤＳＭ製、低粘度）
（Ａ−２）ナイロン６ ＵＢＥナイロン １０１５Ｂ（宇部興産製、中粘度）
炭素繊維（Ｂ）：
（Ｂ−１）パイロフィルＣＦトウ ＴＲ５０Ｓ １５Ｌ（三菱レイヨン製、エポキシ系サイジング剤処理、目付１，０００ｍｇ／ｍ、引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２４０ＧＰａ、繊維径７μｍ）
（Ｂ−２）パイロフィルチョップドファイバー ＴＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン製、ナイロン系サイジング剤処理、カット長６ｍｍ、引張強度４，９００ＭＰａ、引張弾性率２４０ＧＰａ、繊維径７μｍ）

（実施例１１）
ナイロン樹脂（Ａ−１）をプレス成形材料の繊維比率が３５％となるように定量フィーダーを用いて３０φ二軸押出機に供給し、２５０℃で可塑化し、２８０℃に設定した縦向きの電線被覆ダイスで、炭素繊維（Ｂ−１）と複合化した。ダイス出口（出口開口部）は、高さ２．５ｍｍ、幅２．５ｍｍであり、その形状は高さ１．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、直径２．５ｍｍの半円と、高さ１．２５ｍｍ、幅２．５ｍｍの長方形を高さ方向に組み合わせた形状とした。
その複合化したストランドを、１００ｍｍφ、約２５℃の水を循環させた２本の金属加圧ロール５間を通過させて押し潰した。加圧ロール５の加圧力を５０ｋｇｆに設定し、約１２ｍｍ幅のストランドが得られるように加圧ロール間距離を調整した。加圧ロールはダイス出口の直下に設置し、２本の加圧ロールの中央上方４０ｍｍがダイス出口となるように位置を調整した。加圧ロールは、周速１９．８ｍ／分でストランドを引き取る方向に駆動した。
このストランドを２０ｍ／分で引取り、長さ１６ｍｍで切断することにより、ナイロン樹脂と炭素繊維からなるプレス成形材料を得た。ここで得られたプレス成形材料の一片は、長さ１６ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ０．１８ｍｍの略直方体であった。これを直方体として計算した表面積は、３９４ｍｍ^２であった。
ここで得られたプレス成形材料７０ｇを、１２０×２００ｍｍの長方形のキャビティ形状を有する鋼材製インロー金型を用いてプレス成形することで、１２０×２００×２ｍｍのシート状プレス成形材料を得た。プレス成形条件は、２８０℃×１ＭＰａで４分３０秒、２８０℃×２ＭＰａで１分、８０℃×２ＭＰａで２分とした。
ここで得られたシート状プレス材料を、１２０×１００×２ｍｍの大きさに切断し、２００×１２０ｍｍの平板状インロー金型の中央に２枚重ね、１２０×１００×４ｍｍ相当のシート状プレス成形材料をチャージした。これを流動プレス成形することで、２００×１２０×２ｍｍの成形品を得た。流動プレス成形条件は、２８０℃×１ＭＰａで４分３０秒、２８０℃×２ＭＰａで１分、８０℃×４ＭＰａで２分の加熱冷却プレスとした。
評価結果を表４に示す。

（実施例１２）
流動プレス成形を実施しない点を除いては、実施例１１と同様に実施した。

（実施例１３）
ナイロン樹脂（Ａ−２）を用い、プレス成形材料の繊維比率が４５％、幅１０ｍｍ、長さ２５ｍｍとなるように調整した点を除いては実施例１１と同様に実施した。プレス成形材料の一片の厚さは０．１６ｍｍであった。

（比較例４）長繊維ペレット
２本の金属加圧ロールの代わりに水槽を用いて冷却する点を除いては、実施例１２と同様に実施し、長繊維ペレットからなるプレス成形材料を得た。このプレス成形材料は、長さ１６ｍｍ、直径約２ｍｍの略円柱状であった。実施例１２と同様にプレス成形を行い、評価を実施した。

（比較例５）短繊維ペレット
ナイロン樹脂（Ａ−２）を３０φ二軸押出機で溶融し、サイドフィーダーから炭素繊維（Ｂ−２）を供給して溶融混練し、水槽とストランドカッターを用いて、短繊維ペレットからなるプレス成形材料を得た。このプレス成形材料は、長さ３ｍｍ、直径約３ｍｍの円柱状であった。実施例１２と同様にプレス成形を行い、評価を実施した。

（実施例１４）
ナイロン樹脂（Ａ−２）を用い、プレス成形材料の繊維比率が２９％、幅１２ｍｍ、長さ１０ｍｍとなるように調整した点を除いては実施例１１と同様に実施した。プレス成形材料の一片の厚さは０．２ｍｍであった。

（実施例１５）
長さ１５ｍｍとなるように調整した点を除いては実施例１４と同様に実施した。

（実施例１６）
長さ２５ｍｍとなるように調整した点を除いては実施例１４と同様に実施した。

実施例１０〜１６は本発明の範囲内であり、優れた曲げ強度と外観を示す。
比較例４は、押し潰す処理を実施していないために繊維が充分に分散しておらず、曲げ強さ、曲げ弾性率が劣っており、また樹脂のみの部分が目立ち、外観が劣る。
比較例５は短繊維ペレットであるために、比較例４に比べて分散に優れ、高い曲げ弾性率を示すものの、繊維が短いために、実施例に比べて曲げ強さが劣る。また、厚み方向に配向している強化繊維もあるために、場所により収縮の大きさが異なり、表面の凹凸が目立つ。
流動成形を行なった実施例１１、１３〜１６は、特に優れた曲げ強さを示す。更に、実施例１１、１４、１５は、長さが最適範囲であるために、繊維配向係数のバラつきが小さく、優れた性能を安定して発揮することが可能である。

本発明において、開口部高さが大きいクロスヘッドダイを用いる事が可能になる事で、狭いスリットを有するダイに比べてせん断応力を小さくできるため、ライン速度を速くし、生産性を向上する事が可能になる。さらに、狭いスリット部が無いために、毛羽が詰まる事による繊維切れの恐れが少なく、また切れた場合の復旧も容易であり、生産ロスを低減する事が可能となる。またこの製造方法では、冷却しながら加圧しているため、加圧装置からの離型が容易であり、高速化が可能である。

１：クロスヘッドダイ
２：強化繊維入口
３：樹脂入口
４：出口開口部
５：加圧ロール
６：鋼材製プレス成形用金型
７：キャビティ
８：外形

Claims (15)

1. １ｍｍ以上の最大開口部高さを有するクロスヘッドダイにより、強化繊維を強化繊維束の状態でクロスヘッドダイに供給し、溶融状態にある熱可塑性樹脂と複合化し、次いで、前記熱可塑性樹脂の固化温度以下の加圧面に接触させて加圧し、開口部高さの５０％以下の厚さに賦形する、繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
2. 目付が８００ｍｇ／ｍ以上５０００ｍｇ／ｍ以下の強化繊維束を用いる請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
3. 最大開口部高さＬに対する強化繊維束の目付Ｒ（ｍｇ／ｍ）が、
   Ｌ＞０．５×Ｌｏｇ（Ｒ）
   で示される請求項２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
4. ピッチ間隔が５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の複数の開口部を有する前記クロスヘッドダイを用いて、前記加圧により隣接した繊維強化熱可塑性樹脂複合材を一体化する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
5. 最大高さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の開口部を有するクロスヘッドダイにより、強化繊維と溶融状態にある熱可塑性樹脂とを複合化し、次いで、加圧して、平均０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の厚さに賦形する、請求項１〜４に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
6. 前記加圧により、開口部高さの２０％以下に賦形する、請求項１〜５に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
7. １０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と、３０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂を複合化する、請求項１〜６に記載の繊維強化熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材を、１００ｍｍ以上の長さで切断する、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
9. ２０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と３０質量％以上８０質量％以下の熱可塑性樹脂を複合化する、請求項８に記載の繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法で得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材を、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の長さに切断する、プレス成形材料の製造方法。
11. 請求項１０に記載の製造方法で得られたプレス成形材料を、加熱して一体化してシート状にする、プレス成形材料の製造方法。
12. １０質量％以上６０質量％以下の強化繊維と４０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂を複合化する、請求項１０または１１に記載のプレス成形材料の製造方法。
13. 請求項１０〜１２に記載のプレス成形材料を、熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱した後に流動プレス成形して得られ、面内の繊維配向係数のＣｖ値が２０％以下である、成形品の製造方法。
14. 一方向に引き揃えられた２０質量％以上７０質量％以下の強化繊維と、３０質量％以上８０質量％以下のポリアミドと、前記強化繊維と前記ポリアミドの合計１００質量部に対して離型剤を０．１質量部以上０．５質量部以下とを含み、以下の９０°曲げ試験による強度がポリアミドの曲げ試験による強度の２５％以上７５％以下である一方向性プリプレグ。
    （９０°曲げ試験） 前記一方向性プリプレグを同一方向に重ね、外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有し、外面からキャビティまでの厚さが２３ｍｍである鋼材製プレス成形用金型中に前記一方向性プリプレグをチャージし、２５０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動させて１ＭＰａで１１分加熱プレスした後、金型ごと３０℃に設定したプレス機中に移動させて４ＭＰａで３分冷却プレスし、厚さ２ｍｍの一方向性の積層体を形成し、前記積層体から、繊維と直角方向に長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍに切り出した試験片を用いて、支点の半径２ｍｍ、圧子の半径５ｍｍ、支点間距離８０ｍｍ、試験速度毎分５ｍｍで三点曲げ試験を行い、繊維軸と直行する方向を９０°曲げ試験結果とする。
15. １０質量％以上６０質量％以下の強化繊維と、４０質量％以上９０質量％以下の熱可塑性樹脂とを含み、前記強化繊維の繊維長が５ｍｍ以上２３ｍｍ以下であり、繊維配向係数が平均で０．１５以上０．２５以下であり、かつ下記の３点曲げ試験結果に基づき求めた面内の繊維配向係数のＣｖ値が２０％以下である、プレス成形品。
    （３点曲げ試験） 外形２３０×１５０×４７．５ｍｍ、中央に２００×１２０×１．５ｍｍのキャビティを有し、外面からキャビティまでの厚さが２３ｍｍである鋼材製プレス成形用金型中に１００×１２０×２ｍｍのシート状プレス成形材料を２枚重ねてチャージし、２８０℃に設定したプレス成形機中に金型ごと移動させて、１ＭＰａで４分３０秒加熱プレスし、金型ごと８０℃に設定したプレス機中に移動させて４ＭＰａで２分冷却プレスし、２００×１２０×２ｍｍの成形体を形成し、前記成形体から、成形体の２００ｍｍ方向を長さ方向とした長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片と、成形体の１２０ｍｍ方向を長さ方向とした長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片を同数切り出し、ＩＳＯ１７８に準じて三点曲げ試験を行う。

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