(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維と熱可塑性樹脂から成り、Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０-1（ｍｇ／ｍｍ2）以上の炭素繊維束（１）の炭素繊維全体重量に対する割合Ｙが、
５≦Ｙ＜３０（ｗｔ％）
の範囲にあり、炭素繊維束（１）のＭｎ／Ｌｎの平均値Ｘが、
３．６×１０-2≦Ｘ≦３．１×１０-1（ｍｇ／ｍｍ）
の範囲にあり、かつ、前記炭素繊維束（１）の束を構成する繊維本数ｘn＝Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｆ）の標準偏差σが、
３５０≦σ≦１０００
の範囲にあることを特徴とする炭素繊維複合材料。
Ｍｎ：炭素繊維束重量
Ｌｎ：炭素繊維の繊維長
Ｄ：炭素繊維の繊維径
Ｆ：炭素繊維の繊度
【請求項２】
前記炭素繊維束（1）のＭｎ／Ｌｎの平均値Ｘが、
３．６×１０-2≦Ｘ≦２．０×１０-1（ｍｇ／ｍｍ）
の範囲にある、請求項１に記載の炭素繊維複合材料。
【請求項３】
炭素繊維全体重量に対する前記炭素繊維束（１）の割合Ｙが、
１０≦Ｙ＜３０（ｗｔ％）
の範囲にある、請求項１または２に記載の炭素繊維複合材料。
【請求項４】
前記炭素繊維束（１）における炭素繊維の繊維長Ｌｎが１０〜７０ｍｍの範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。
【請求項５】
前記炭素繊維束（１）を構成する炭素繊維の単糸曲げ剛性が１．０×１０-11〜２．８×１０-11（Ｐａ・ｍ４)の範囲内にある、請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。
【請求項６】
前記炭素繊維複合材料が、該炭素繊維複合材料中の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸させたスタンパブルシートからなる、請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維複合材料に関し、高い機械特性、耐衝撃強度を達成できるようにした炭素繊維複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる炭素繊維複合材料は、種々の成形品の製造に用いられており、製造された成形品の高い機械特性と耐衝撃強度を目指した、従来から種々の提案がなされている。例えば特許文献１には、炭素繊維複合材料中の特定の炭素繊維束の繊維全量に対する割合を低く抑え、その特定の炭素繊維束中の平均繊維数を特定の範囲にした複合材料が提案されている。【０００３】
しかしながら、この特許文献１に記載されているような、炭素繊維複合材料中の炭素繊維束が細く、束の割合が少なく炭素繊維が開繊した炭素繊維複合材料は、それを用いて製造した成形品の強化繊維である炭素繊維が十分に分散しているため応力が集中しににくく、炭素繊維の補強効果が十分発揮され機械特性には優れるが、耐衝撃強度に劣る。【０００４】
一方、特許文献２には、炭素繊維複合材料中の上記同様の特定の炭素繊維束の繊維全量に対する割合をより高く設定し、その特定の炭素繊維束中の平均繊維数を別の特定の範囲にした複合材料が提案されている。しかしながら、この特許文献２に記載されているような、炭素繊維束が太く、束の割合が多い炭素繊維複合材料は、耐衝撃強度には優れるが、機械特性が低くばらつきも大きい。これは、太い炭素繊維束が多いため、炭素繊維の端部に応力が集中しやすいためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７８８９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７８８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記のような従来の炭素繊維複合材料では達成できなかった、高い機械特性と耐衝撃強度の両方を達成できる炭素繊維複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る炭素繊維複合材料は、炭素繊維と熱可塑性樹脂から成り、Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０-1（ｍｇ／ｍｍ2）以上の炭素繊維束（１）の炭素繊維全体重量に対する割合Ｙが、
５≦Ｙ＜３０（ｗｔ％）
の範囲にあり、炭素繊維束（１）のＭｎ／Ｌｎの平均値Ｘが、
３．６×１０-2≦Ｘ≦３．１×１０-1（ｍｇ／ｍｍ）
の範囲にあり、かつ、前記炭素繊維束（１）の束を構成する繊維本数ｘn＝Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｆ）の標準偏差σが、
３５０≦σ≦１０００
の範囲にあることを特徴とするものからなる。
Ｍｎ：炭素繊維束重量
Ｌｎ：炭素繊維の繊維長
Ｄ：炭素繊維の繊維径
Ｆ：炭素繊維の繊度
【０００８】
このような本発明に係る炭素繊維複合材料においては、上記炭素繊維束（１）が本発明で特定した上記範囲を満たすことにより、それを用いた成形品の高い機械特性を実現することができるとともに、優れた耐衝撃強度を達成することができる。【０００９】
上記本発明に係る炭素繊維複合材料においては、高い機械特性、耐衝撃強度をより確実に実現するために、上記の如く、炭素繊維束（１）の束を構成する繊維本数ｘn＝Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｆ）の標準偏差σが３５０≦σ≦１０００の範囲にある。なお、Ｆは炭素繊維の繊度であり、繊維本数ｘnと標準偏差σの算出方法については後述する。
【００１０】
さらに、高い機械特性、耐衝撃強度をより確実に実現するために、上記炭素繊維束（１）のＭｎ／Ｌｎの平均値Ｘが、  ３．６×１０-2≦Ｘ≦２．０×１０-1（ｍｇ／ｍｍ）
の範囲にあることが好ましい。【００１１】
また、高い機械特性、耐衝撃強度をより確実に実現するために、炭素繊維全体重量に対する上記炭素繊維束（１）の割合Ｙが、
１０≦Ｙ＜３０（ｗｔ％）
の範囲にあることが好ましい。【００１２】
また、とくに高い耐衝撃強度を実現するために、上記炭素繊維束（１）における炭素繊維の繊維長Ｌｎが１０〜７０ｍｍの範囲にあることが好ましい。【００１３】
また、高い機械特性、優れた耐衝撃強度を実現するために、上記炭素繊維束（１）を構成する炭素繊維の単糸曲げ剛性が１．０×１０-11〜２．８×１０-11（Ｐａ・ｍ４)の範囲内にあることが好ましい。【００１４】
さらに、安定して高い機械特性と耐衝撃強度を実現するために、前記炭素繊維複合材料中の炭素繊維集合体がカーディング工程によって得られた炭素繊維不織布からなることが好ましい。  【００１５】
また、炭素繊維の歩留りや厚みの異なる部分を有する成形品を容易に作れることから、前記炭素繊維複合材料が、該炭素繊維複合材料中の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸させたスタンパブルシートからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に係る炭素繊維複合材料によれば、機械特性と耐衝撃強度の両方に優れた炭素繊維複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】カーディング装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
先ず、本発明において使用される炭素繊維は、特に限定されないが、高強度、高弾性率炭素繊維が使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。中でも、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維がさらに好ましい。炭素繊維の密度は、１．６５〜１．９５ｇ／ｃｍ３のものが好ましく、さらには１．７０〜１．８５ｇ／ｃｍ３のものがより好ましい。密度が大きすぎるものは得られる炭素繊維強化プラスチックの軽量性能に劣り、小さすぎるものは、得られる炭素繊維強化プラスチックの機械特性が低くなる場合がある。
【００１９】
炭素繊維の繊維長は１０〜１００ｍｍの範囲内で使用することができ、とりわけ１０〜７０ｍｍの範囲内で使用することが好ましい。
【００２０】
また、炭素繊維は生産性の観点から束であることが好ましく、束中の単糸数が多いものが好ましい。炭素繊維束とした場合の単糸数には、１０００〜３５０，０００本の範囲内で使用することができ、とりわけ１０，０００〜１００，０００本の範囲内で使用することが好ましい。
【００２１】
炭素繊維の単糸曲げ剛性は１．０×１０―１１〜２．８×１０―１１Ｐａ・ｍ４の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは１．０×１０―１１〜１．５×１０−１１Ｐａ・ｍ４のものが好ましい。単糸曲げ剛性が上記範囲内にあることで後述する炭素繊維集合体を製造する工程において、得られる炭素繊維集合体の品質を安定させることができる。
【００２２】
また、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性を向上する等の目的で炭素繊維は表面処理されていることが好ましい。表面処理の方法としては，電解処理、オゾン処理、紫外線処理等がある。また、炭素繊維の毛羽立ちを防止したり、炭素繊維の収束性を向上させたり、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的で炭素繊維にサイジング剤が付与されていてもかまわない。サイジング剤としては、特に限定されないが、エポキシ基、ウレタン基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有する化合物が使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。
【００２３】
さらにサイジング処理としては、一般的に公知の表面処理工程と水洗工程などで水に濡れた水分率２０〜８０重量％程度の水濡れ炭素繊維束を乾燥させた後にサイジング剤を含有する液体（サイジング液）を付着させる処理方法である。
【００２４】
サイジング剤の付与手段としては特に限定されるものではないが、例えばローラを介してサイジング液に浸漬する方法、サイジング液の付着したローラに接する方法、サイジング液を霧状にして吹き付ける方法などがある。また、バッチ式、連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましい。この際、炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジング液濃度、温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。また、サイジング剤付与時に炭素繊維を超音波で加振させることはより好ましい。
【００２５】
乾燥温度と乾燥時間は化合物の付着量によって調整すべきであるが、サイジング剤の付与に用いる溶媒の完全な除去、乾燥に要する時間を短くし、一方、サイジング剤の熱劣化を防止し、炭素繊維束が固くなって束の拡がり性が悪化するのを防止する観点から、乾燥温度は、１５０℃以上３５０℃以下であることがこのましく、１８０℃以上２５０℃以下であることがより好ましい。
【００２６】
サイジング剤付着量は、炭素繊維のみの質量に対して、０．０１質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．０５質量％以上５質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上５質量％以下付与することがさらに好ましい。０．０１質量％以下では接着性向上効果が現れにくい。１０質量％以上では、成形品の物性低下させることがある。
【００２７】
本発明においては、マトリックス樹脂には熱可塑性樹脂が用いられるが、熱可塑性マトリックス樹脂の材料としては特に制限は無く、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を用いることができる。例示すると、熱可塑性マトリックス樹脂がポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２８】
炭素繊維集合体を得る工程としては、カーディングやエアレイドなどが挙げられる。本発明でいうカーディングとは、不連続な繊維の集合体をくし状のもので概略同一方向に力を加えることにより、不連続な繊維の方向を揃えたり、繊維を開繊する操作のことをいう。一般的には針状の突起を表面に多数備えたロール及び／またはのこぎりの刃状の突起を有するメタリックワイヤを巻きつけたロールを有するカーディング装置を用いて行う。
【００２９】
かかるカーディングを実施するにあたっては、炭素繊維が折れるのを防ぐ目的で炭素繊維がカーディング装置の中に存在する時間（滞留時間）を短くすることが好ましい。具体的にはカーディング装置のシリンダーロールに巻かれたワイヤー上に存在する炭素繊維をできるだけ短時間でドッファーロールに移行させることか好ましい。従って、かかる移行を促進するためにシリンダーロールの回転数は、例えば１５０ｒｐｍ以上といった高い回転数で回転させることが好ましい。また、同様の理由で、ドッファーロールの表面速度は例えば、１０ｍ／分以上といった速い速度が好ましい。
【００３０】
炭素繊維束をカーディングする工程は特に制限がなく一般的なものを用いることが出来る。例えば、図１に示すように、カーディング装置１は、シリンダーロール２と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイクインロール３と、テイクインロール３とは反対側の下流側においてシリンダーロール２の外周面に近接して設けられたドッファーロール４と、テイクインロール３とドッファーロール４との間においてシリンダーロール２の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール５と、ワーカーロール５に近接して設けられたストリッパーロール６と、テイクインロール３と近接して設けられたフィードロール７及びベルトコンベアー８とから主として構成されている。
【００３１】
ベルトコンベアー８に不連続な炭素繊維束９が供給され、炭素繊維束９はフィードロールの外周面、次いでテイクインロール３の外周面を介してシリンダーロール２の外周面上に導入される。この段階までで炭素繊維束は解され、綿状の炭素繊維束の集合体となっている。シリンダーロール２の外周面上に導入された綿状の炭素繊維束の集合体は一部、ワーカーロール５の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維はストリッパーロール６によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール２の外周面上に戻される。フィードロール７、テイクイロール３、シリンダーロール２、ワーカーロール５、ストリッパーロール６のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維束が針の作用により所定の束まで開繊され、ある程度配向される。かかる過程を経て所定の炭素繊維束まで開繊され、炭素繊維集合体の１形態であるシート状のウエブ１０としてドッファーロール４の外周面上に移動する。
【００３２】
また、エアレイドに関しても、特に制限がなく一般的なものを用いることができる。このエアレイドは、カットした炭素繊維束単体もしくはカットした炭素繊維束と熱可塑性樹脂繊維を管内に導入し、圧縮空気を吹き付け、繊維束を開繊させる方法やピンシリンダー等によって物理的に繊維束を開繊させる方法などによって開繊、拡散、定着させた炭素繊維集合体を得る工程である。
【００３３】
また、ここでいう炭素繊維集合体とは、上記カーディングやエアレイドによって不連続な炭素繊維束が開繊・配向された状態で繊維同士の絡み合いや摩擦により形態を保持しているものをいい、薄いシート状のウエブやウエブを積層して必要に応じて絡合や接着させて得られる不織布等を例示することができる。得られる炭素繊維集合体は集合体の均一性の観点からはカーディングによって得ることが好ましく、炭素繊維の折れや曲がりを防ぐ観点からはエアレイドによって得られることが好ましい
【００３４】
炭素繊維集合体は、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、熱可塑性樹脂繊維を含有せしめることもできる。熱可塑性樹脂繊維を添加することは、カーディングやエアレイドの工程において炭素繊維の破断を防ぐことができるので好ましい。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維集合体はその製造中に、切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。そこで、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、均一性が高い炭素繊維集合体を形成することができる。本発明において、炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは２０〜９５質量％、より好ましくは５０〜９５質量％、さらに好ましくは７０〜９５質量％である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維複合材料としたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体の均一性を高める効果が得られない。
【００３５】
炭素繊維集合体中の炭素繊維束は、炭素繊維束のＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０-1（ｍｇ／ｍｍ2）以上の炭素繊維束（１）とＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０-1（ｍｇ／ｍｍ2）未満の単糸または炭素繊維束から構成され、炭素繊維束（１）の炭素繊維全体重量に対する割合Ｙが、
５≦Ｙ＜３０（ｗｔ％）
の範囲にあることで、機械特性と耐衝撃強度を両立できる炭素繊維複合材料を得ることができる。
Ｍｎ：炭素繊維束重量
Ｌｎ：炭素繊維の繊維長
Ｄ：炭素繊維の繊維径  
【００３６】
上記割合Ｙは好ましくは１０≦Ｙ＜３０（ｗｔ％）を満たす範囲であり、更に好ましくは、１０≦Ｙ≦２８を満たす範囲である。上記割合Ｙが５ｗｔ％を下回ると耐衝撃強度が悪化する。上記割合Ｙが３０を超えると機械的特性が悪化し、機械的特性のばらつきが大きくなる。
【００３７】
炭素繊維集合体中の前記炭素繊維束（１）のＭｎ／Ｌｎの平均値Ｘは、
３．６×１０-2≦Ｘ≦３．１×１０-１（ｍｇ／ｍｍ）
の範囲を満たすことで、機械特性と耐衝撃強度を両立した炭素繊維複合材料を得ることができる。  
【００３８】
上記Ｍｎ／Ｌｎの平均値Ｘは、好ましくは３．６×１０-2≦Ｘ≦２．０×１０-１（ｍｇ／ｍｍ）であり、更に好ましくは３．６×１０-2≦Ｘ≦１．５×１０-１（ｍｇ／ｍｍ）である。上記Ｍｎ／Ｌｎの平均値Ｘが３．６×１０-2を下回ると耐衝撃強度が悪化する。上記Ｍｎ／Ｌｎの平均値Ｘが２．０×１０-１を超えると機械的特性が悪化し、機械的特性のばらつきが大きくなる。  
【００３９】
炭素繊維集合体中の前記炭素繊維束（１）の後述する炭素繊維束を構成する炭素繊維本数ｘnの標準偏差σが３５０≦σ≦１０００の範囲を満たし、炭素繊維束が前記範囲に分散して分布することで、機械特性と耐衝撃強度を両立できる。上記標準偏差σが３５０を下回ると、耐衝撃強度が低下し、前記標準偏差σが１０００を上回ると、機械的特性が悪化し、機械特性のばらつきも大きくなる。ここで、
ｘn＝Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｆ）であり、Ｆは炭素繊維の繊度である。
【００４０】
上記標準偏差σは、好ましくは３５０≦σ≦８００であり、更に好ましくは、４００≦σ≦７００である。  
【００４１】
本発明において、炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を含有せしめる場合、熱可塑性樹脂繊維の繊維長は炭素繊維集合体の形態保持や、炭素繊維の脱落防止という本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的には１０〜１００ｍｍ程度の熱可塑性樹脂繊維を使用することができる。なお、熱可塑性樹脂繊維の繊維長は炭素繊維の繊維長に応じて相対的に決定することも可能である。例えば炭素繊維集合体を延伸する際には、繊維長の長い繊維に、より大きな張力がかかるため、炭素繊維に張力をかけて炭素繊維集合体の長さ方向に配向させたい場合は炭素繊維の繊維長を熱可塑性樹脂繊維の繊維長よりも長くし、逆の場合は炭素繊維の繊維長を熱可塑性樹脂繊維の繊維長よりも短くすることができる。
【００４２】
また、上記熱可塑性樹脂繊維による、絡み合いの効果を高める目的で熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与することが好ましい。捲縮の程度は、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的には捲縮数５〜２５山／２５ｍｍ程度、捲縮率３〜３０％程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。
【００４３】
かかる熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維複合材料の機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料はマトリックス樹脂の組み合わせにより適宜選択して用いることが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を低下させないので好ましい。例示すると熱可塑性樹脂繊維がポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維及びフェノキシ樹脂繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維であることが好ましい。
【００４４】
本発明において、炭素繊維集合体にマトリックス樹脂を含浸するにあたっては、熱可塑性樹脂繊維を含有する炭素繊維集合体を作製し、炭素繊維集合体に含まれる熱可塑性樹脂繊維をそのままマトリックス樹脂として使用してもかまわないし、熱可塑性樹脂繊維を含まない炭素繊維集合体を原料として用い、炭素繊維複合材料を製造する任意の段階でマトリックス樹脂を含浸してもかまわない。また、熱可塑性樹脂繊維を含有する炭素繊維集合体を原料として用いる場合であっても、炭素繊維複合材料を製造する任意の段階でマトリックス樹脂を含浸することもできる。このような場合、熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂とマトリックス樹脂は同一の樹脂であってもかまわないし、異なる樹脂であってもかまわない。熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂とマトリックス樹脂が異なる場合は、両者は相溶性を有するか、あるいは、親和性が高い方が好ましい。
【００４５】
炭素繊維複合材料を製造するに際し、上記のような炭素繊維集合体にマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂を含浸し、炭素繊維複合材料とする含浸工程は加熱機能を有するプレス機を用いて実施することができる。プレス機としてはマトリックス樹脂の含浸に必要な温度、圧力を実現できるものであれば特に制限はなく、上下する平面状のプラテンを有する通常のプレス機や、１対のエンドレススチールベルトが走行する機構を有するいわゆるダブルベルトプレス機を用いることができる。かかる含浸工程においてはマトリックス樹脂をフィルム、不織布、織物等のシート状とした後、炭素繊維集合体と積層しその状態で上記プレス機等を用いてマトリックス樹脂を溶融・含浸することができる。また、マトリックス樹脂を用いて不連続な繊維を作製し、炭素繊維集合体を作製する工程で無機繊維と混合することにより、マトリックス樹脂と無機繊維を含む炭素繊維集合体を作製し、この炭素繊維集合体をプレス機等を用いて加熱・加圧する方法も採用することができる。
【００４６】
上記のような本発明で特定した範囲内にあるか否かは、以下のような測定方法によって判定できる。
【００４７】
（１）束の測定方法
炭素繊維複合材料から１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプルを切り出し、その後、サンプルを５００℃に加熱した電気炉の中で１時間程度加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却した後に残った炭素繊維集合体の質量を測定した後に、炭素繊維集合体から炭素繊維束をピンセットで全て抽出した。抽出した全ての炭素繊維束について、１／１００００ｇまで測定が可能な天秤を用いて、個々の炭素繊維束の重量Ｍｎと長さＬｎを測定する。測定後、個々の束に対してＭｎ／Ｌｎ、Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｄ）、ｘn＝Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｆ）を計算する。ここでＤとは炭素繊維直径であり、Ｆとは炭素繊維の繊度であり、ｘnは炭素繊維束の構成繊維本数ある。Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｄ）の値が８．５×１０−1ｍｇ／ｍｍ２以上の繊維束を炭素繊維束（１）とし、炭素繊維束（１）の総重量をＭＡとし、束総数をＮとして、測定する。また、８．５×１０−1ｍｇ／ｍｍ２未満の炭素繊維束を繊維束（２）とし、炭素繊維束（２）の総重量をＭＢとして、測定する。ピンセットで抽出することの出来ない程度に開繊した繊維束はまとめて最後に重量を測定した。また、繊維長が短く、重量の測定が困難になる場合は繊維長を０．２ｍｍ程度の間隔で分類し、分類した複数本の束をまとめて重量を測定し、平均値を用いてもよい。全て分類し、測定後、炭素繊維束（１）に対してΣ（Ｍｎ／Ｌｎ）／Ｎ、ｘ＝Σ｛Ｍｎ／（Ｌｎ×Ｆ）｝／Ｎ、σ＝｛1/Ｎ×Σ（ｘn−ｘ）2｝1/2を計算し、炭素繊維束（１）のＭｎ／Ｌｎの平均値Ｘと繊維束の構成繊維本数の平均値ｘと繊維束の構成繊維本数の標準偏差σを求める。なお、Ｎは炭素繊維（１）の束総数である。また、炭素繊維束全体重量に対する炭素繊維束（１）の割合は、
ＭＡ／（ＭＡ＋ＭＢ）×１００
によって求められる。  
【００４８】
（２）Ｖｆ（炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の含有率）
炭素繊維強化プラスチックの成形品から約２ｇのサンプルを切り出し、その質量を測定した。その後、サンプルを５００℃に加熱した電気炉の中で１時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却してから、残った炭素繊維の質量を測定した。炭素繊維の質量に対する、マトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばす前のサンプルの質量に対する比率を測定し、炭素繊維の含有率とした。
【００４９】
（３）単糸曲げ剛性（Pa・m4）
単糸曲げ剛性＝E×I
によって計算した。ここで、
E：単糸弾性率
I：断面二次モーメント
である。
繊維断面を真円と仮定し、繊維直径Ｄから断面二次モーメントを求め、単糸引張弾性率と断面二次モーメントから曲げ剛性を求めた。
【００５０】
（４）シャルピー衝撃強度（ノッチあり）
ＪＩＳＫ  ７１１１−１に従って炭素繊維複合材料のノッチあり耐衝撃強度を求めた。
【実施例】
【００５１】
使用した炭素繊維束（Ａ）：
繊維径７μｍ、引張弾性率２３０ＧＰａ、単糸曲げ剛性２．７１×１０−１１Ｐａ・ｍ４、フィラメント数１２０００本の連続した炭素繊維束（Ａ）を用いた。  【００５２】
実施例１：
炭素繊維束（Ａ）を繊維長１５ｍｍにカットし、カットした炭素繊維束とナイロン６短繊維（短繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ、捲縮数１２山／２５ｍｍ、捲縮率１５％）を質量比で９０：１０の割合で混合し、カーディング装置に投入した。出てきたウェブをクロスラップし、炭素繊維とナイロン６繊維とからなる目付１００ｇ／ｃｍ２のシート状の炭素繊維集合体を形成した。  【００５３】
シート状の炭素繊維集合体の巻取り方向を０°とし、炭素繊維集合体を１２枚、（０°／９０°／０°／９０°／０°／９０°）ｓとなるように積層し、さらに積層した炭素繊維集合体全体で、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積比が２５：７５となるようにナイロン樹脂メルトブロー不織布（「ＣＭ１００１」、ηｒ＝２．３、東レ（株）製）を積層した後に、全体をステンレス板で挟み、２４０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０ｓ間、２４０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの炭素繊維複合材料の平板を得た。得られた平板の表層の０°方向に対して、０°と９０°方向の曲げ強度とシャルピー衝撃強度（ノッチあり）を測定したところ、０°と９０°方向の曲げ強度の平均値は３８０ＭＰａであり、繊維強度利用率が１５．２ＭＰａ／％、シャルピー衝撃強度４０ｋＪ／ｍ２であった。  【００５４】
得られた平板からサンプルを切り出し、繊維束の測定を行ったところ、炭素繊維全体重量に対する炭素繊維束（１）の割合Ｙが１８ｗｔ％、Ｍ／Ｌの平均値Ｘは０．０４ｍｇ／ｍｍ、標準偏差σは４０５であった。条件、測定、評価結果を表１に示す。  【００５５】
実施例２〜５、比較例１〜２：
実施例１に対し、表１に示すように条件を変更した以外実施例１と同様にして炭素繊維複合材料の平板を得た。条件、測定、評価結果を表１に併せて示す。  【００５６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る炭素繊維複合材料は、優れた成形性と高い機械特性、耐衝撃強度を要求されるあらゆる炭素繊維強化成形品の製造に適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１  カーディング装置
２  シリンダーロール
３  テイクインロール
４  ドッファーロール
５  ワーカーロール
６  ストリッパーロール
７  フィードロール
８  ベルトコンベアー
９  不連続な炭素繊維
１０  シート状のウエブ
【図１】
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