(57)【要約】  リブのような立上部を有する成形体のプリフォームに適したランダムマットを提供する。  繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜５０質量％であり、特定の目付け量、開繊度を満たすランダムマット。
2013094706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維長３〜５０ｍｍの強化繊維を含み、下記ｉ）〜ｖ）を満たすランダムマット。
ｉ）繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜５０質量％である、
ｉｉ）強化繊維の目付けが２５〜１００００ｇ／ｍ２である、
ｉｉｉ）強化繊維について下記式（１）で定義される臨界単糸数未満の繊維束および単糸と、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）が同時に存在する、
ｉｖ）強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対する割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満である、
ｖ）強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、
臨界単糸数＝６００／Ｄ    （１）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
【請求項２】
強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載のランダムマット。
【請求項３】
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し９０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜１０質量％である請求項１又は２に記載のランダムマット。
【請求項４】
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維について、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＢ）中の平均繊維数（ＮＢ）が下記式（２Ｂ）を満たす請求項１〜３のいずれかに記載のランダムマット。
１．５×１０４／ＤＢ２＜ＮＢ＜３×１０５／ＤＢ２    （２Ｂ）
（ここでＤＢは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
【請求項５】
繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維について、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＣ）中の平均繊維数（ＮＣ）が下記式（２Ｃ）を満たす請求項１〜４のいずれかに記載のランダムマット。
５．０×１０４／ＤＣ２＜ＮＣ＜３×１０５／ＤＣ２    （２Ｃ）
（ここでＤＣは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
【請求項６】
前記の平均繊維数（ＮＣ）が、平均繊維数（ＮＢ）より大きい請求項５記載のランダムマット。
【請求項７】
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維の平均繊維長に対する、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維の平均繊維長の比が１．５〜１０である請求項１〜６のいずれかに記載のランダムマット。
【請求項８】
さらに熱可塑性樹脂を含み、ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の存在量が、強化繊維１００質量部に対し、５０〜１０００質量部である請求項１〜７のいずれかに記載のランダムマット。
【請求項９】
請求項８に記載のランダムマットを加熱および加圧して得られる強化繊維複合材料。
【請求項１０】
請求項８に記載のランダムマット又は請求項９に記載の強化繊維複合材料を成形して得られる成形体。
【請求項１１】
立上部を有する請求項１０に記載の成形体。
【請求項１２】
請求項８に記載のランダムマットを用い、熱可塑性樹脂を含浸させて加熱および加圧する強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１３】
加圧する際の圧力が１０ＭＰａ未満である請求項１２に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載のランダムマット又は請求項９に記載の強化繊維複合材料を、１０ＭＰａ未満の圧力にてプレス成形することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項１５】
成形体が複数部のボス、および複数のリブを有するものである請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
成形体が、略直方体の箱状物であり、該箱状物の少なくとも四隅にボスを有し、かつ箱状部の内部を２つ以上の区間に仕切る配置にてリブ部を有するものである請求項１４または１５記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維複合材料成形体のプリフォームとして用いられるランダムマット、それより得られる成形体、及び本発明のランダムマットを用いた強化繊維複合材料及びその製造方法に関するものである。なかでもリブのような立上部を有する成形体のプリフォームに適したランダムマットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維などを強化繊維として用いた強化繊維複合材料は、その高い比強度・比弾性率を利用して、航空機や自動車などの構造材料や、テニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿などの一般産業やスポーツ用途などに広く利用されてきた。これらに用いられる強化繊維の形態としては、連続繊維を用いて作られる織物や、１方向に繊維が引き揃えられたＵＤシート、カットした繊維を用いて作られるランダムシート、不織布等がある。【０００３】
一般的に、連続繊維を用いた織物やＵＤシート等は、繊維の持つ異方性から、例えば０／＋４５／−４５／９０等の様に、様々な角度に積層され、さらに成形体の反りを防ぐため、面対象に積層されるなど、積層工程が煩雑になる事が、強化繊維複合材料のコストを引き上げる原因の一つとなっていた。【０００４】
そのため、予め等方性であるランダムマットを用いる事で、比較的安価な強化繊維複合材料を得られる事ができる。このランダムマットは、カットした強化繊維単体、あるいは熱硬化性の樹脂を成形型に同時に吹き付けるスプレーアップ方式（乾式）や、バインダーを含有させたスラリーに予めカットした強化繊維を添加し、抄紙する方法（湿式）等により得る事ができるが、装置が比較的小型である事から、乾式製造方法を用いる事で、より安価にランダムマットを得る事ができる。【０００５】
乾式製造方法としては、連続繊維を用いて、カットと同時に吹き付ける手法が多く用いられ、その多くはロータリーカッターを使用したものである。しかしながら、繊維長を長くするために、刃の間隔を広くした場合、カット頻度が下がることより、繊維の吐出が不連続となってしまう。このため、局所的なマットの繊維目付け斑が生じ、特に目付けの低いマットを作成する場合には、厚み斑が顕著になる事から、表面意匠が不良になるという問題があった。【０００６】
一方、強化繊維複合材料のコストを引き上げるもう一つの要因として、成形時間が長いという点がある。通常、強化繊維複合材料は、予め、強化繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれる材料を、オートクレーブを用いて２時間以上加熱・加圧する事により得られる。近年、樹脂を含浸させていない強化繊維基材を金型内にセットした後、熱硬化性樹脂を流し入れるＲＴＭ成形方法が提案され、成形時間は大幅に短縮された。しかしながら、ＲＴＭ成形方法を用いた場合でも、１つの部品を成形するまでに１０分以上必要となる。【０００７】
そのため、従来の熱硬化性樹脂に代わり、熱可塑性樹脂をマトリックスに用いたコンポジットが注目されている。しかしながら、熱可塑性樹脂は、一般的に熱硬化性樹脂と比較して粘度が高く、そのため、繊維基材に樹脂を含浸させる時間が長く、結果として成形までのタクトが長くなるという問題があった。【０００８】
これらの問題を解決する手法として、熱可塑スタンピング成形（ＴＰ−ＳＭＣ）と呼ばれる手法が提案されている。これは、予め熱可塑性樹脂を含浸させたチョップドファイバーを融点又は流動可能な温度以上に加熱し、これを金型内の一部に投入した後、直ちに型を閉め、型内にて繊維と樹脂を流動させる事により製品形状を得、冷却・成型するという成型方法である。この手法では、予め樹脂を含浸させた繊維を用いる事により、約１分程度という短い時間で成形が可能である。チョップド繊維束および成形材料の製造方法についての特許文献１および２があるが、これらはＳＭＣやスタンパブルシートと呼ばれるような成形材料とする方法である。しかし、かかる熱可塑スタンピング成形では、熱硬化性樹脂をマトリックスとした強化繊維複合材料と比較して樹脂の分子量の違いから粘度が高いことや、流動させて成形するため、特に、リブ、ボスといった複雑形状へ繊維や樹脂を充填させるためには比較的高い成形圧力が必要であり、大型成形体を成形するためには多額の設備投資や維持費が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本国特開２００９−１１４６１１号公報
【特許文献２】日本国特開２００９−１１４６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、強化繊維複合材料成形体のプリフォームとして用いられ、低圧条件でもリブ、ボスといった立上部を有する複雑な３次元形状を一体成形で得ることができるランダムマット、それより得られる成形体、及び本発明のランダムマットを用いた強化繊維複合材料及びその製造方法を提供することである。さらには等方性に優れた成形体を得ることができるランダムマットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、熱可塑性樹脂と特定の収束あるいは開繊条件を満たし、特定の範囲の繊維長を有する強化繊維から構成されるランダムマットとすることで、成形時の流動性を好適に制御することが可能となることを見出し本発明に至ったものである。即ち本発明は、繊維長３〜５０ｍｍの強化繊維を含み、下記ｉ）〜ｖ）を満たすランダムマット、それより得られる成形体、本発明のランダムマットを用いた強化繊維複合材料及びその製造方法である。
ｉ）繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜５０質量％である、
ｉｉ）強化繊維の目付けが２５〜１００００ｇ／ｍ２である、
ｉｉｉ）強化繊維について下記式（１）で定義される臨界単糸数未満の単糸と、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）が同時に存在する、
ｉｖ）強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満である、
ｖ）強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （１）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２（２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【発明の効果】
【００１２】
本発明のランダムマットは強化繊維複合材料成形のプリフォームとして好ましく用いられ、成形時の流動性に優れるため、リブやボスなど、水平部に対して縦方向に伸びた複雑な３次元形状の立上部を比較的低い圧力で容易に成形できる。従って本発明のランダムマットより、必要最小限の材料を用いて製品形状を成形することができ、トリム工程がなくなることによる廃棄材料の大幅な削減、それに伴うコストの削減が期待できる。また、本発明のランダムマットは、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構成部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等のプリフォームとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】カット工程の概略図
【図２】ロータリー分繊カッターの正面と断面の概略図
【図３】ナイフ角度の説明図
【図４】繊維方向に平行な刃を有するカッターの概略図
【図５】刃のピッチが連続的に変化しているロータリーカッター
【図６】本発明の実施形態を説明するための、金型の模式図
【図７】本発明の実施形態を説明するための、成形体の一例の模式図
【図８】ボス及びリブを有する成形体における測定用の試料切り出し部
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［ランダムマット］
本発明のランダムマットは、繊維長３〜５０ｍｍの強化繊維を含み、下記ｉ）〜ｖ）を満たす。
ｉ）繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜５０質量％である、
ｉｉ）強化繊維の目付けが２５〜１００００ｇ／ｍ２である、
ｉｉｉ）強化繊維について下記式（１）で定義される臨界単糸数未満の単糸と、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）が同時に存在する、
ｉｖ）強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対する割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満である、
ｖ）強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （１）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
なお、本発明において、強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対する割合（Ｖｏｌ％）を、マット繊維全体に対する体積比（Ｖｏｌ％）と記することがある。
【００１５】
ランダムマットの面内において、強化繊維は特定の方向に配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されている。
本発明のランダムマットは面内等方性に優れた材料である。ランダムマットより成形体を得た場合に、ランダムマット中の強化繊維の等方性は、成形体においても維持される。ランダムマットより成形体を得て、互いに直交する二方向の引張弾性率の比を求めることで、ランダムマットおよびそれからの成形体の等方性を定量的に評価できる。ランダムマットから得られた成形体における２方向の弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないときに等方性であるとする。比が１．３を超えないときは等方性に優れているとする。
ランダムマットにおける強化繊維の目付けは２５〜１００００ｇ／ｍ２の範囲である。ランダムマットはプリプレグとして有用であり、所望の成形に合わせて各種目付けが選択でき、目付けは好ましくは２５〜４５００ｇ／ｍ２であり、より好ましくは２５〜３０００ｇ／ｍ２である。
【００１６】
［強化繊維］
ランダムマットに含まれる強化繊維は不連続であり、強化繊維としては、繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満の強化繊維（以下、強化繊維（Ｂ）と称することがある）が含まれる。強化繊維（Ｂ）は成形時の流動性に大きく寄与する群であり、強化繊維（Ｂ）の繊維長の範囲としては５〜１５ｍｍが好ましく、７〜１３ｍｍがより好ましく、７〜１０ｍｍがより一層好ましい。また、強化繊維（Ｂ）はランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、７０〜１００質量％が好ましく、９０〜１００質量％がより好ましい。後述する好ましい強化繊維のカット方法において、強化繊維を固定長にカットしてランダムマットを製造した場合、平均繊維長はカットした繊維長とほぼ等しくなる。
なお、本発明において、特定の強化繊維について、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対する質量％を、マット繊維全体に対する質量比（％）と記することがある。
【００１７】
本発明では、繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満の強化繊維（Ｂ）の他に、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の強化繊維（以下、強化繊維（Ｃ）と称することがある）も併用することができる。強化繊維（Ｃ）は、比較的繊維長が長いため機械的物性（特に長期的な疲労強度）を担保することができるが、極端に長すぎるものは流動性を阻害するため、強化繊維（Ｃ）の繊維長の範囲として、好ましくは１７〜４０ｍｍ、より好ましくは２０〜３０ｍｍである。また、強化繊維（Ｃ）のマット繊維全量に対する割合は、０〜５０質量％であり、０〜１０質量％が更に好ましい。さらに好ましくは２〜１０質量％である。
【００１８】
このような繊維長分布とする方法はとくに限定はないが、後述する好ましいランダムマットの製造方法において、繊維束をカットする刃のピッチを調整する方法が挙げられる。刃のピッチを変えたものを複数用いることや、刃のピッチが連続的に変化しているロータリーカッターを用いることで、連続的に繊維長を変化させて繊維を切断することができる。
【００１９】
繊維長は、得られたランダムマットにおける強化繊維の繊維長を測定して求めた繊維長分布として表現される。繊維長の測定方法としては無作為に抽出した１００本の繊維の繊維長をノギス等を用いて１ｍｍ単位まで測定し、その分布を求める方法が挙げられる。また後述する好ましい強化繊維のカット方法を採用することで、ランダムマットに含まれる強化繊維の長さは固定長もしくは、所定の長さ分布に制御することすることができる。
【００２０】
ランダムマットに含まれる強化繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これらは併用することもでき、なかでも炭素繊維が、軽量でありながら強度に優れた複合材料が提供できる点で好ましい。炭素繊維としては、特にポリアクリロニトリル系繊維を前駆体とする炭素繊維（以下、ポリアクリロニトリル系炭素繊維またはＰＡＮ系炭素繊維と略称することがある）が好ましい。炭素繊維の場合、平均繊維径は好ましくは３〜１２μｍであり、より好ましくは５〜７μｍである。
強化繊維はサイジング剤が付着されたものを用いることが好ましく、サイジング剤は強化繊維１００質量部に対し、０〜１０質量部であることが好ましい。
ガラス繊維の場合、平均繊維径は好ましくは３〜２０μｍであり、より好ましくは１０〜１５μｍである。
【００２１】
［開繊程度］
本発明のランダムマットは、式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （１）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
で定義する臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットの繊維全量に対する割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であることを特徴とする。ランダムマット中には、強化繊維束（Ａ）以外の強化繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。
【００２２】
すなわち本発明のランダムマットは、平均繊維径に依存して定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）の存在量を５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満とする、すなわち強化繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の強化繊維からなる強化繊維束（Ａ）と、それ以外の開繊された強化繊維を特定の比率で含むことを特徴とする。強化繊維束（Ａ）の存在量を５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満とするには、後述する好ましい製法において例えば開繊工程における吹き付ける空気の圧力等によりコントロールすることができる。また、カット工程に供する繊維束の大きさ、例えば束の幅や幅当たりの繊維数を調整することでコントロールすることもできる。具体的には開繊するなどして繊維束の幅を広げてカット工程に供すること、カット工程の前にスリット工程を設ける方法が挙げられる。またを短い刃を多数並べたいわゆる分繊ナイフを用いて繊維束をカットする方法や、カットすると同時に、スリットする方法が挙げられる。好ましい条件については開繊工程の項に記載する。
【００２３】
繊維全量に対する強化繊維束（Ａ）の割合が５０Ｖｏｌ％未満になると、本発明のランダムマットを成形した際に、表面品位に優れる複合材料が得られるという利点はあるものの、機械物性に優れた強化繊維複合材料が得にくくなるだけでなく、単糸状のものが多くなるため、繊維同士の交絡が多くなり、流動性を阻害する。強化繊維束（Ａ）の割合が９９Ｖｏｌ％以上になると、繊維の交絡が極端に少ないため、流動性自体は良好であるが、繊維同士の拘束力が小さいため、流動方向に繊維配向が進んでしまい等方性を担保できず、本発明の目的にそぐわない。強化繊維束（Ａ）の割合はより好ましくは６０Ｖｏｌ％以上９５Ｖｏｌ％未満である。
【００２４】
さらに臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２（２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
を満たすことを特徴とする。
【００２５】
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を上記範囲とするには、後述する好ましい製法においては、カット工程に供する繊維束の大きさ、例えば束の幅や幅当たりの繊維数を調整することでコントロールすることもできる。具体的には開繊するなどして繊維束の幅を広げてカット工程に供すること、カット工程の前にスリット工程を設ける方法が挙げられる。また繊維束をカットと同時に、スリットしても良い。
【００２６】
また開繊工程における吹き付ける空気の圧力等によりカットされた繊維束のばらけ方を調整し、強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）をコントロールすることもできる。好ましい条件については開繊工程ならびにカット工程の項に記載する。
具体的にはランダムマットに含まれる強化繊維の平均繊維径が５〜７μｍの場合、臨界単糸数は８６〜１２０本となり、強化繊維の平均繊維径が５μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は６００〜１２０００本の範囲となるが、なかでも１０００〜９０００本であることが好ましい。強化繊維の平均繊維径が７μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は３０６〜６１２２本の範囲となるが、なかでも５００〜４９００本であることが好ましい。
【００２７】
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１．５×１０４／Ｄ２以下の場合、高い繊維体積含有率（Ｖｆ）を得る事が困難となる。また強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が３×１０５／Ｄ２以上の場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となりやすいだけでなく、流動後の物性に異方性が出やすく本発明の目的に適わない。更に、１ｍｍ以下の薄肉な複合材料を得ようとした場合、単純に分繊しただけの繊維を用いたのでは、疎密が大きく、良好な物性が得られない。又、全ての繊維を開繊した場合には、より薄いものを得る事は容易になるが、繊維の絡合が多くなり、繊維体積含有率の高いものが得られないだけでなく、流動性が阻害されるため好ましくない。
【００２８】
上記と同様の理由により、本発明において、繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維（Ｂ）について、前記式（１）に定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＢ）中の平均繊維数（ＮＢ）が下記式（２Ｂ）を満たすことが好ましい。
１．５×１０４／ＤＢ２＜ＮＢ＜３×１０５／ＤＢ２    （２Ｂ）
（ここでＤＢは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
本発明において、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維（Ｃ）が存在しない場合、当然、上記の平均繊維数（ＮＢ）は前記の平均繊維数（Ｎ）にひとしい。
更に、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維（Ｃ）について、前記式（１）に定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＣ）中の平均繊維数（ＮＣ）が下記式（２Ｃ）を満たすことが好ましい。
５．０×１０４／ＤＣ２＜ＮＣ＜３×１０５／ＤＣ２    （２Ｃ）
（ここでＤＣは繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
強化繊維（Ｃ）は比較的繊維長が長い成分であり、比較的束を構成する繊維本数が多いほうが、ランダムマット中で繊維の直線性を担保することが容易となり、機械的物性が高くなるだけでなく、繊維同士の絡合も抑制されるため、流動性が向上する。
なお、本発明において、一種類の強化繊維のみが用いられている場合などは、上記の、繊維長が３ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維（強化繊維（Ｂ））の平均繊維径ＤＢ、および繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維（強化繊維（Ｃ））の平均繊維径ＤＣは、前記式（１）や（２）における平均繊維径Ｄと当然同じである。
本発明においては、繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維（強化繊維（Ｂ））の平均繊維長に対する、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維（強化繊維（Ｃ））の平均繊維長の比が１．５〜１０であると、成形性と強度の双方が特に優れた成形体とすることができるので好ましく、１．５〜５であるとより好ましい。
【００２９】
式（１）で定義される臨界単糸以上の強化繊維束（Ａ）と、単糸の状態又は臨界単糸数未満の強化繊維が同時に存在するランダムマットにより、物性が高く流動性が高いランダムマットを得る事が可能である。本発明のランダムマットは、特に後述するリブ、ボスといった立上部を有する成形体を形成するのに好適である。
【００３０】
本発明のランダムマットは、各種の厚みとすることが可能であるが、これをプリフォームとして、厚みが０．２〜１ｍｍ程度の薄肉の成形体も好適に得ることができる。すなわち本発明により、各種目的とする成形体の厚さに合わせたランダムマットを作成する事ができ、特にサンドイッチ材の表皮等、薄物の成形体のプリフォームとして有用である。強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数は後述するような好ましい製造方法のカット工程、並びに開繊工程にて制御できる。
ここでサンドイッチ材とは、複数の素材を３層以上、代表的なものとしては３層、が積層された部材のことを言う。サンドイッチ材として特に代表的なものは、食品のサンドイッチのように、中心層の材料（芯材）の表裏に、これとは異なる材料（面材）を積層したものであるが、広義には、４層以上の積層体であるものや、芯材と面材とが同一素材の積層体も含まれる。
【００３１】
［熱可塑性樹脂］
本発明のランダムマットは、さらに熱可塑性樹脂を含み、強化繊維複合材料を得るためのプリフォームとなる。ランダムマットにおいては、熱可塑性樹脂が、繊維状および／または粒子状で存在することが好ましい。強化繊維と繊維状および／または粒子状の熱可塑性樹脂が混合して存在していることにより、型内で繊維と樹脂を流動させる必要がなく、成形時に熱可塑性樹脂を容易に含浸できることを特徴とする。熱可塑性樹脂は、繊維状又は粒子状で構成されることが好ましい。熱可塑性樹脂の種類を２種以上とすることもでき、また繊維状と粒子状のものを併用してもよい。
【００３２】
繊維状の場合、繊度１００〜５０００ｄｔｅｘのもの、より好ましくは繊度１０００〜２０００ｄｔｅｘものがより好ましく、平均繊維長としては０．５〜５０ｍｍが好ましく、より好ましくは平均繊維長１〜１０ｍｍである。
【００３３】
粒子状の場合、球状、細片状、あるいはペレットのような円柱状が好ましく挙げられる。球状の場合は、真円または楕円の回転体、あるいは卵状のような形状が好ましく挙げられる。球とした場合の好ましい平均粒子径は０．０１〜１０００μｍである。より好ましくは平均粒子径０．１〜９００μｍものがより好ましく、更に好ましくは平均粒子径１〜８００μｍものがより好ましい。粒子径分布についてはとくに制限はないが、分布がシャープなものがより薄い成形体を得る目的としてはより好ましいが、分級等の操作により所望の粒度分布として用いる事が出来る。
【００３４】
細片状の場合、ペレットのような円柱状や、角柱状、リン片状が好ましい形状として挙げられる。この場合ある程度のアスペクト比を有しても良いが、好ましい長さは上記の繊維状の場合と同程度とする。
【００３５】
熱可塑性樹脂の種類としては例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンナフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂などが挙げられる。
これらの熱可塑性樹脂は単独で使用しても良いし、複数を併用して用いても良い。
【００３６】
ランダムマットおける熱可塑性樹脂の存在量は、強化繊維１００質量部に対し、５０〜１０００質量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維１００質量部に対し、熱可塑性樹脂５５〜５００質量部、更に好ましくは、強化繊維１００質量部に対し、熱可塑性樹脂６０〜３００質量部である。
【００３７】
［他の剤］
本発明のランダムマット中には、本発明の目的を損なわない範囲で、ガラス繊維や有機繊維等の各種繊維状または非繊維状フィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤の添加剤を含んでいてもよい。
【００３８】
［製造方法］
以下本発明のランダムマットを好ましく得る方法について述べる。本発明のランダムマットは以下の工程１〜３より、好ましく製造される。
１．強化繊維をカットする工程、
２．カットされた強化繊維を管内に導入し、繊維束を開繊させる工程、
３．強化繊維と熱可塑性樹脂からランダムマットを形成する工程
すなわち本発明は、上記の工程１〜３を含む、ランダムマットの製造方法を包含する。
以下、各工程について詳細に述べる。
【００３９】
［カット工程］
本発明方法における強化繊維のカット方法は、具体的にはナイフを用いて強化繊維をカットする工程である。カットに用いるナイフとしてはロータリーカッター等が好ましい。ロータリーカッターとしては、角度を規定した螺旋状ナイフ、あるいは短い刃を多数並べたいわゆる分繊ナイフを設けたものが好ましい。カット工程の具体的な模式図を図１に示す。螺旋状ナイフを有するロータリーカッターの一例を図２に、分繊ナイフを有するロータリーカッターの一例を図３に示す。
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を本発明における好ましい範囲とするために、カット工程に供する繊維束の大きさ、例えば束の幅や幅当たりの繊維数を調整することでコントロールすることが好ましい。
【００４０】
カットに用いる繊維束としてあらかじめ強化繊維の繊維束数が（２）式の範囲であるものを用いる事が好ましい。しかしながら、一般的に繊維束数が少ないほど、繊維の価格が高価になってしまう。そこで安価に入手できる繊維束数の多い強化繊維束を用いる場合には、カット工程に供する繊維束の幅や幅当たりの繊維数を調整してカット工程に供することが好ましい。具体的には開繊するなどして繊維束の幅を薄く広げてカット工程に供することや、カット工程の前にスリット工程を設ける方法が挙げられる。スリット工程を設ける方法では、予め繊維束を細くした後、カット工程に供するため、カッターとしては、特別な機構を持たない、通常の平刃、螺旋刃などが使用できる。
【００４１】
また分繊ナイフを用いて繊維束をカットする方法や、スリット機能を有するカッターを用いて、カットすると同時にスリットする方法が挙げられる。
分繊ナイフを用いる場合、ナイフ幅が狭いものを用いる事で平均繊維数（Ｎ）を小さくする事ができ、逆にナイフの幅が広いものを用いる事で平均繊維数（Ｎ）を大きくする事ができる。
【００４２】
また、スリット機能を有するカッターとして、繊維方向に垂直な刃に加え繊維方向に平行なスリット機能のある刃を有した分繊カッターの例を図４に示す。図４のカッターは、繊維方向に垂直な短い刃が螺旋状に、ある一定の間隔にて設けられており、これらで繊維をカットすると同時に、繊維方向に垂直な刃によりスリットすることができる。図４の分繊カッターも図に示すとおり、ロータリーカッターの周方向とナイフの配置方向のなす角θが、一定である。また図２に示すような分繊ナイフにおいても、分繊ナイフ間に繊維方向に平行な刃を設けても良い。
【００４３】
表面品位に優れる熱可塑樹脂強化用ランダムマットを得るためには、繊維の疎密斑が大きく影響する。通常の平刃を配置したロータリーカッターでは、繊維のカットが不連続であり、そのまま塗布工程に導入した場合には、繊維目付けに斑ができてしまう。そのため、角度を規定したナイフを用いて繊維を途切れる事無く、連続的にカットする事により、疎密斑の小さい塗布が可能となる。強化繊維を連続的にカットするためのナイフ角度は、使用する強化繊維の幅と、刃のピッチにより幾何学的に計算され、それらの関係は、下記の式（３）とすることが好ましい。周方向の刃のピッチは、そのまま強化繊維の繊維長に反映される。
強化繊維の繊維長（刃のピッチ）＝強化繊維ストランド幅×ｔａｎ（９０−θ）  （３）
ここで、θは周方向とナイフの配置方向のなす角である。
【００４４】
図２〜図４は、このように角度を規定したナイフの例であり、これらのカッターの例における周方向とナイフの配置方向のなす角θを図中に示す。
また、ランダムマットをに含まれる強化繊維の繊維長を２種類以上とする場合は、上述のカット装置を複数用意し、各々のカット装置で切断した繊維を、後述する開繊装置もしくは塗布装置により各々を混合することができる。その際、後述するように開繊装置によって開繊の度合い、強化繊維束（Ａ）の存在量、および強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）については、空気の圧力等により適宜コントロールする事が出来、複数のカット装置各々にそれぞれ開繊装置を設置し、各々の開繊装置について空気の圧力を変え、各々の繊維長について適正な強化繊維束（Ａ）の存在量、および強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を得ることができる。各繊維長に対して適正な強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は特に限定はしないが、繊維長が１５以上５０ｍｍ以下の強化繊維（Ｃ）は、繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満の強化繊維（Ｂ）に対し、上記式（２Ｃ）で示すように臨界単糸数以上の数の単糸よりなる強化繊維束中の平均繊維数が多い、つまり、前記の平均繊維数（ＮＣ）が、平均繊維数（ＮＢ）より大きいことが好ましい。強化繊維（Ｃ）は強化繊維（Ｂ）よりもアスペクト比が大きい傾向にあるため、繊維束としてより屈曲しやすく、交絡しやすい傾向となり、流動性を阻害する可能性がある。
さらに、ランダムマットをに含まれる強化繊維の繊維長に比較的広い長さ分布を持たせる場合は、例えば、図５に示すような刃のピッチが連続的に変化しているロータリーカッターを用いることで、連続的に繊維長を変化させて繊維を切断することができる。
【００４５】
［開繊工程］
本発明方法における開繊工程はカットされた強化繊維を管内に導入し、繊維束を開繊させる工程である。空気を繊維に吹き付ける事により適宜開繊させることができる。開繊の度合い、強化繊維束（Ａ）の存在量、および強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）については、空気の圧力等により適宜コントロールする事が出来る。開繊工程において好ましくは圧縮空気吹き付け孔より、風速１〜１０００ｍ／ｓｅｃにて空気を直接繊維束に吹き付ける事により、強化繊維を開繊させることができる。より好ましくは風速５〜５００ｍ／ｓｅｃであり、より好ましくは風速５０超〜５００ｍ／ｓｅｃである。具体的には強化繊維の通る管内にΦ１〜２ｍｍ程度の孔を数箇所あけ、外側より０．０１〜１．０ＭＰａ、より好ましくは０．２〜０．８ＭＰａ程度の圧力をかけ、圧縮空気を繊維束に直接吹き付ける。風速を下げる事により、より多くの繊維束を残す事が可能であり、逆に、風速を上げる事により、繊維束を単糸状まで開繊させる事ができる。
【００４６】
［ランダムマットを形成する工程］
この工程は、カットし開繊させた強化繊維を、空気中に拡散させると同時に、粉粒体状又は短繊維状の熱可塑性樹脂（以下、これらを「熱可塑性樹脂粒子等」と総称する）を供給し、強化繊維を熱可塑性樹脂粒子等とともに、開繊装置下方に設けた通気性支持体上に散布し、該支持体上に強化繊維と熱可塑性樹脂粒子等が混在した状態で、所定の厚さに堆積・定着させてランダムマットを形成させる工程である。
【００４７】
この工程では、気体で開繊した強化繊維と別経路から供給される熱可塑性樹脂粒子等とを同時に通気性支持体上に向けて散布し、両者がほぼ均一に混ざり合った状態で通気性支持体上へマット状に堆積させ、その状態で定着させる。この際、通気性支持体をネットからなるコンベアで構成し、一方向に連続的に移動させつつその上に堆積させるようにすれば連続的にランダムマットを形成させることができる。また、支持体を前後左右に移動させることにより均一な堆積が実現するようにしてもよい。
【００４８】
ここで、強化繊維及び熱可塑性樹脂粒子等は、２次元配向するように散布することが好ましい。開繊した繊維を２次元配向させながら塗布するためには、下流側に拡大した円錐形等のテーパー管を用いることが好ましい。このテーパー管内では、強化繊維に吹付けた気体が拡散し、管内の流速が減速するので、このとき強化繊維には回転力が与えられる。このベンチュリ効果を利用することで、開繊した強化繊維を熱可塑性樹脂粒子等とともに均等に斑無く散布することができる。また、後述する定着工程のためにも、下方に吸引機構を持つ可動式の通気支持体（ネットコンベア等）上に散布し、ランダムマット状に堆積させることが好ましい。
【００４９】
この工程において、熱可塑性樹脂粒子等の供給量は、強化繊維１００質量部に対し、５０〜１０００質量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維１００質量部に対し、熱可塑性樹脂粒子等が５５〜５００質量部であり、さらに好ましくは、熱可塑性樹脂粒子等が６０〜３００質量部である。
【００５０】
このランダムマット形成工程には、強化繊維及び熱可塑性樹脂粒子等を定着させる工程を含む。すなわち、この定着工程は、堆積した強化繊維及び熱可塑性樹脂粒子等を定着させる工程である。好ましくは通気性支持体の下部よりエアを吸引して強化繊維を定着させる。強化繊維と同時に散布された熱可塑性樹脂も混合されつつ、繊維状であればエア吸引により、粒子状であっても強化繊維に伴って定着される。
【００５１】
このように堆積面の下部より吸引することにより、２次元配向の高いランダムマットを得ることができる。また、ここで発生する負圧を用いて熱可塑性樹脂粒子等を吸引し、さらに、管内で発生する拡散流により、強化繊維と容易に混合することができる。かくして得られるランダムマットは、これに含まれる強化繊維の間隙や近傍に熱可塑性樹脂粒子等が均一に存在することで、後述する加熱含浸加圧工程において、樹脂の移動距離が短く、比較的短時間でランダムマットへの樹脂の含浸が可能となる。
【００５２】
なお、通気性支持体を構成するシート、ネット等の目開きが小さい場合、熱可塑性樹脂粒子等の一部が支持体を通過してマット内に残らない場合には、これを防ぐため、支持体の表面に不織布等をセットし、その不織布上に強化繊維及び熱可塑性樹脂粒子等を吹付けて定着させることも可能である。この場合は、不織布を熱可塑性樹脂粒子等と同じ樹脂で構成すれば、堆積したマットから不織布を剥がす必要はなく、そのまま次工程で加熱加圧することにより、不織布構成繊維も複合材料のマトリックスとなる熱可塑性樹脂の一部として利用することができる。
【００５３】
本発明の方法において、強化繊維ストランドを一定の長さにカットした後、そのストランド片及びカット時に単糸状態に分離した強化繊維を吸引搬送する輸送経路に供給し、該輸送経路の途中又は終端部に設置した気体吹付けノズルから、強化繊維に気体を吹付け、切断したストランド片を所望サイズ（太さ）の強化繊維束に分離・開繊させると同時に、該強化繊維を熱可塑性樹脂粒子等とともに、一定方向へ連続的又は間欠的に移動する通気性支持体（以下「定着ネット」ということがある）の表面に向け吹付けて堆積して定着させることにより、ランダムマットを形成することができる。上記輸送経路はフレキシブルチューブ、ホース等の可撓性管とその先端に連設したテーパー管にて構成するのが好ましい。この場合、可撓性管とテーパー管との接続部に気体吹付けノズルを設置してもよく、この場合、テーパー管の内壁に熱可塑性樹脂粒子等の供給経路を開口させるのが好ましい。
【００５４】
［強化繊維複合材料］
本発明において、強化繊維複合材料とは、広義には、樹脂が強化繊維により強化された素材を指すが、狭義には、当該素材からなる、プリプレグなどの成形中間体（成形用の基材）を指す。以下、本発明における狭義の強化繊維複合材料について述べる。
本発明のランダムマットをプリフォームとして加熱および加圧することにより、強化繊維と、熱可塑性樹脂とからなる強化繊維複合材料を得ることができる。ここで、加熱および加圧する方法としては、加熱と加圧を別々に行っても良いが、プレス成形および／または熱成形などの方法により成形することが好ましい。この場合、本発明の強化繊維複合材料は板状の成形体ということもできる。本発明のランダムマットは熱可塑性樹脂を容易に含浸しやすい特徴を持つため、ホットプレス成形などの方法により強化繊維複合材料を効率よく得ることができる。具体的には加圧下でランダムマット中の熱可塑性樹脂を溶融し、強化繊維束内および強化繊維の単糸間に熱可塑性樹脂を含浸させた後、冷却して加熱および加圧することが好ましい。この加熱及び加圧操作は、金型内で行われると好ましい。
強化繊維複合材料を得る際の加圧条件としては、１０ＭＰａ未満であると好ましく、８ＭＰａ以下であるとより好ましく、５ＭＰａ以下であると更に好ましい。成形圧力が１０ＭＰａ未満であると、より安価または一般的な成形装置を使用でき、大型成形体を成形する場合でも、設備投資や維持費を抑制でき好ましい。
本発明のランダムマットを強化繊維複合材料とするために加熱する際の温度としては、ランダムマットに含まれる熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上分解温度以下、非晶性の場合はガラス転移温度以上分解温度以下であると好ましく、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上分解温度未満、非晶性の場合はガラス転移温度以上分解温度未満であるとより好ましい。なお、本発明において、熱可塑性樹脂の分解温度としては、空気中の熱分解温度であると好ましい。
【００５５】
このようにして、例えば板状の強化繊維複合材料（成形板）を短時間で効率よく得ることができる。板状の強化繊維複合材料は、さらに立体成形用のプリプレグ、なかでもプレス成形用のプリプレグとして有用である。具体的には板状の強化繊維複合材料を、その含有する熱可塑性樹脂が結晶性であればその融点以上、あるいは熱可塑性樹脂が非晶性であればそのガラス転移温度以上まで加熱し、これを得ようとする成形体の形状に合わせ単独または複数枚重ね、熱可塑性樹脂が結晶性であればその融点未満あるいは熱可塑性樹脂が非晶性であればそのガラス転移温度未満に保持した金型内に投入し、加圧した後、冷却する、いわゆるコールドプレスにて成形体を得る事ができる。
または、金型内に板状の強化繊維複合材料を投入し、その含有する熱可塑性樹脂が結晶性であればその融点以上、あるいは熱可塑性樹脂が非晶性であればそのガラス転移温度以上まで昇温しつつ、プレス成形を行い、次いで金型を熱可塑性樹脂が結晶性であればその融点未満あるいは熱可塑性樹脂が非晶性であればそのガラス転移温度未満まで冷却する、いわゆるホットプレスにて成形体を得る事ができる。
【００５６】
すなわち本発明はランダムマットより得られた強化繊維複合材料、ならびにこれを成形して得られる成形体を包含する。上述のとおり本発明のランダムマットは強化繊維と熱可塑性樹脂が混合され、近接して存在しているので、型内で繊維と樹脂を流動させる必要がなく、熱可塑性樹脂を容易に含浸できることを特徴とする。本発明のランダムマットより得られた強化繊維複合材料、ならびにこれを成形して得られる成形体においても、ランダムマット中の強化繊維の形態、すなわち等方性を保つことが可能となる。
【００５７】
すなわち本発明は平均繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維がマット繊維全量に対し５０〜１００質量％、平均繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がマット繊維全量に対し０〜５０質量％から構成される強化繊維と熱可塑性樹脂とを含み、強化繊維が実質的に２次元ランダムに配向しており、式（１）で定義される臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）について、繊維全量に対する強化繊維束（Ａ）の割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満であり、かつ強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たすことを特徴とする複合材料である。
臨界単糸数＝６００／Ｄ  （１）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２（２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である）
【００５８】
通常、成形体が熱可塑性樹脂だけで構成されている場合、成形時の溶融温度を高めたり、狭い流路内に樹脂が流れ込むこと、すなわち、せん断流により溶融粘度が下がるため、リブやボスなどをより薄肉で高く、成形することが可能となる。また、樹脂のみの流動であれば、複雑な形状に賦形することも可能となり、成形体全体の肉厚を薄くしながら、ボスやリブの効果を最大限に活かし、より少ない樹脂量で、成形体により大きな補強効果を付与できる。しかし、成形体が複合材料の場合、補強材である繊維が流動性を阻害しやすい。特に、強化繊維複合材料では強化繊維のアスペクト比が大きいため、材料の流動性は著しく低下する傾向がある。強化繊維の長さを短くし、アスペクト比を小さくすれば材料の流動性は増すが、成形体全体としての機械的物性は低下する。また、従来は流動性が高い複合材料の場合、補強材である繊維が流動方向に配向する傾向が高く、材料の流れ方向では高強度でも、流れと直交する方向は強度が上がらず、成形体の機械的物性に異方性を示す傾向があった。このようなことから、炭素繊維複合材料の成形体の機械物性を等方的とするためには、成形体を厚肉としてリブやボスなどの補強部を必要としない構造にする必要があった。また、リブやボスなどの立上部については、高さ方向に大きく流動させて成形させることが困難であった。これに対し、本発明のランダムマットより得られる成形体は、等方的に高流動するランダムマットを構成材料とすることから、リブやボス等の立上部をより形成しやすい。しかも、より複雑な形状をより薄く、立上部をより高く形成できることから、少ない素材量で成形体全体に対する補強効果を付与することが出来る。
【００５９】
［立上部］
上記のとおり本発明により立上部を有する成形体が好ましく提供できる。立上部とは、前述の水平部に対して縦方向に伸びた部位のことを言い、筐体もしくはパネル状部材の側壁、リブ、ボス、マウント、ヒンジが一例として挙げられる。立上部の高さは特に制限はないが、１〜３００ｍｍが好ましく、５〜１００ｍｍが更に好ましい。立上部の高さは均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。立上部高さの増減幅に特に制限はなく、最大高さの１０〜９０％が好ましく、２０〜８０％がさらに好ましい。立上部の板厚に特に制限は無く、水平部と同じであってもよく、異なっていても良い。立上部は水平部と比較して、より複雑な形状を求められることが多いことから、立上部の板厚は０．２〜１００ｍｍが好ましく、１〜５０ｍｍがさらに好ましい。立上部の板厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、増減幅に特に制限はないが、基礎となる立上板厚の２０〜５００％が好ましく、５０〜２００％がさらに好ましい。板厚は段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、応力集中を回避するという観点から連続的に変化させるのが好ましい。
【００６０】
立上部は成形体の水平部から任意の角度で縦方向に伸びており、水平部からの立ち上がり角度は３０〜９０度が好ましく、４０〜８５度がより好ましい。立上部の水平部からの角度が３０度より小さくなると金型からの離型には有利であるが、より多くの材料が必要となる。また、立上部には、本発明の意図を損なわない程度に任意の面取りや曲率を加えることも可能である。面取りや曲率の寸法に特に制限はないが、面取りの場合はＣ０．２〜１０ｍｍ、曲率の場合はＲ０．２〜１０ｍｍが好ましくい。また、立上部には本発明の意図を損なわない範囲で、金型の抜き勾配を確保するための角度を設けることが好ましい。金型の抜き勾配は１〜４５度が好ましく、５〜１０度がさらに好ましい。立上部は部分的な凹凸やビードを有していても良いが、この場合は金型の抜き勾配が確保できることに留意する必要がある。
【００６１】
リブとは成形体、例えば電子・電気機器用筐体の縁や側壁などで肉厚を厚くせずに成形体の強度や剛性を高める目的、または広い平面を有する成形体の反りやねじれなどの変形を防止、低減する目的で施される突起状の補強部位を指す。また、ボスとは、成形体内の穴の周囲を補強する目的、他の成形体や部品と組み合わせる際の嵌め込み代、成形体の座りを安定化する目的など、成形体の一部を高くしたい時に設ける突起部分を指す。本発明の実施例において具体的に開示したのは、立上部としてリブおよび／またはボス部を有する成形体であるが、本発明はこれには限定されない。
【００６２】
立上部がリブの場合、リブの形状、長さ、高さには特に限定はなく、目的に合わせて適宜設定することができる。例えば、成形体の縁や側壁の補強の場合には、補強したい部位に直方体や三角柱などの形状で、数ｍｍから数百ｍｍの長さや高さで設置する。高さは、通常は１〜３００ｍｍが好ましく、５〜１００ｍｍがより好ましい。高さが低すぎると補強効果が得られにくい場合がある。また、成形体の反りやねじれを防止する場合には、成形体の一方の端から他方の端まで連続したリブを設置しても良い。この場合、高さは一定でも良く、途中で増減させても良い。増減させる場合の増減幅は最大高さの１０〜９０％が好ましく、２０〜８０％がより好ましい。リブの厚みには特に制限はなく、水平部と同じであっても良く、異なっていても良い。リブは水平部より複雑な形状であることから、厚みは０．２〜１００ｍｍが好ましく、１〜５０ｍｍがより好ましい。厚みが０．２ｍｍより薄くなると十分な補強効果が発現しない場合がある。逆に５０ｍｍより厚くなると経済性や軽量化の面で好ましくない。また、リブの厚みは均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、増減幅に特に制限はないが、基礎となる厚みの２０〜５００％が好ましく、５０〜２００％がより好ましい。厚みは段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、負荷が掛かった場合の応力集中を回避するという観点からは連続的に変化させることが好ましい。リブの形状、長さ、高さ、厚みは成形体の補強や変形防止にそれぞれ影響し、リブは大きく、長く、高く、厚い方がより補強効果が高い。しかし、そうすることにより、より多くの材料が必要となることから経済性や軽量化の面では不利となる。そのため、必要な補強、変形防止レベルに合わせてバランスよく、形状やそれぞれのサイズを設定する。また、リブは通気などのための貫通口を有していても良く、成形時に型内でシャーなどを用いて開孔させてもよく、後加工としてドリル、打ち抜き、切削加工などで開孔させても良い。
【００６３】
立上部がボスの場合、ボスの形状には特に限定はなく、角柱や円柱などどのような形状でも良いが、補強効果の面で円柱がより好ましい。高さは成形体のサイズによるが０．１〜３００ｍｍが好ましく、より好ましくは０．２〜１００ｍｍである。高さが０．１ｍｍより低くなると補強効果が得られにくく、３００ｍｍより高くなると多くの材料が必要となり、経済性や軽量化の面で不利となる。厚みは目的の補強レベルに合わせて適宜設定し、水平部と同じであっても良く、異なっていても良い。ボスは水平部より複雑な形状であることから、ボスを設置する目的が成形体の座りを安定化させる場合などで形状を中実とする場合には０．５〜１００ｍｍが好ましく、１〜５０ｍｍがより好ましい。また、ネジや軸を通す穴を補強する場合などは中空の形状とし、この場合の肉厚は０．２〜５０ｍｍが好ましく、１〜２０ｍｍがより好ましい。中実体の場合の厚みや中空体の場合の肉厚が薄過ぎると補強効果が得られにくい場合がある。厚すぎるとより多くの材料を必要とし、経済性や軽量化の面で不利となる。また、ボスの厚みや肉厚は均一である必要はなく、局所的に増減させることも可能である。この場合、増減幅に特に制限はないが、最も厚い部位と最も薄い部位の差が５倍以内であることが好ましく、２倍以内であることがより好ましい。厚みは段階的に変化させることも可能であり、テーパーや曲率を持たせて連続的に変化させることも可能であるが、負荷が掛かった場合の応力集中を回避するという観点からは連続的に変化させることが好ましい。また、ボスは内部にナットサートなどの金属部品をインサート成形していてもよい。
本発明の成形体としては、図７に例示するように、複数部のボス、および複数のリブを有するものは、実用性のあるものが多いため好ましく、略直方体の箱状物であり、該箱状物の少なくとも四隅にボスを有し、かつ箱状部の内部を２つ以上の区間に仕切る配置にてリブ部を有するものであるとより好ましい。
【００６４】
［成形体の成形方法］
また、本発明のランダムマットを用いた成形体の成形方法は特に限定はしないが、次の様な方法が例示できる。
すなわち、以下の工程Ａ−１）〜Ａ−３）を含んで含浸〜成形を行うか、工程Ｂ−１）〜Ｂ−４）を含んで含浸〜成形を行う方法である。
Ａ−１）  ランダムマットを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以上分解温度以下、非晶性の場合はガラス転移温度以上分解温度以下に加温し、加圧して熱可塑性樹脂を強化繊維束内に含浸させ強化繊維複合材料であるプリプレグを得る工程
Ａ−２）  Ａ−１）で得られたプリプレグを、熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以下、非晶性の場合はガラス転移温度以下に温度調節された金型に、下記式（４）で表されるチャージ率５〜１００％以下となるように配置し、加圧する工程
Ａ−３）  熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以下、非晶性の場合はガラス転移温度以下に金型温度を調節することにより成形を完結させる工程
Ｂ−１）  ランダムマットを下記式（３）で表されるチャージ率５〜１００％以下となるように金型に配置する工程
Ｂ−２）  金型を熱可塑性樹脂が結晶性の場合は熱可塑性樹脂の融点以上熱分解温度以下の温度まで、非晶性の場合は熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上熱分解温度以下の温度まで昇温しつつ、加圧する工程（第１プレス工程）
Ｂ−３）  １段以上であり、最終段の圧力が第１プレス工程の圧力の１．２倍〜１００倍となるように加圧する工程（第２プレス工程）
Ｂ−４）  熱可塑性樹脂が結晶性の場合は融点以下、非晶性の場合はガラス転移温度以下に金型温度を調節することにより成形を完結させる工程により好ましく製造できる。
【００６５】
工程Ａ−１）〜Ａ−３）を含んで含浸〜成形を行う方法は、いわゆるコールドプレス法である。工程Ｂ−１）〜Ｂ−４）を含んで含浸〜成形を行う方法は、いわゆるホットプレス法である。工程Ａ−２）及びＢ−３）は、プリプレグやランダムマットなどの基材に圧力を加えて所望の成形体を得る工程であるが、このときの成形圧力については特に限定はしないが、金型キャビティ投影面積に対して１０ＭＰａ未満が好ましく、８ＭＰａ以下であるとより好ましく、５ＭＰａ以下であると更に好ましい。成形圧力が１０ＭＰａ以上の場合は、特に大型成形体を成形するためには多額の設備投資や維持費が必要となるため、好ましくない。本発明の成形体には双方のプレス成形が適用可能であるが、成形時間をより短縮できる観点では、コールドプレス法がより好ましい。
尚、ここでチャージ率とは、次の下記式（４）で定義される値である。
チャージ率＝１００×基材面積（ｍｍ２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ２）  （４）
（ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり金型キャビティ投影面積とは抜き方向への投影面積である）
【００６６】
本発明では、上記チャージ率は特に限定はしないが、比較的低チャージ率で成形する方が基材が複雑な形状に充填されやすくなる。具体的には、５〜１００％が好ましく、２０〜９５％がより好ましい。更に好ましい基材のチャージ率は５０〜９０％である。基材のチャージ率が５％より低いと、成形時に流動する過程で基材が冷えてしまい、所望の厚みを有する成形体が得られない虞がある。逆に、基材のチャージ率が１００％を越すと、ある程度流動させて成形するという本発明の特徴が具現されない。さらに基材のチャージ率が１００％を越すと基材のロスが増すばかりでなく、トリミング等の後加工が必要となり、生産性やコスト面で不利となる。
【実施例】
【００６７】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。本実施例で用いた炭素繊維は、いずれもＰＡＮ系炭素繊維である。
なお、実施例、比較例で用いられた熱可塑性樹脂は以下に示すものである。
・ポリカーボネート（ガラス転移温度１５０℃、熱分解温度（空気中）３５０℃）
・ポリアミド６６（融点２６５℃、熱分解温度（空気中）３００℃）
・ポリアミド６（融点２２５℃、熱分解温度（空気中）３００℃）
１）ランダムマットにおける強化繊維束の分析
ランダムマットを１００ｍｍ×１００ｍｍ程度に切り出す。切り出したマットより、繊維束をピンセットで全て取り出し、強化繊維束（Ａ）の束の数（Ｉ）および繊維束の長さ（Ｌｉ）と質量（Ｗｉ）を測定し、記録する。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に質量を測定する（Ｗｋ）。質量の測定には、１／１００ｍｇまで測定可能な天秤を用いる。ランダムマットに使用している強化繊維の繊維径（Ｄ）より、臨界単糸数を計算し、臨界単糸数以上の強化繊維束（Ａ）と、それ以外に分ける。なお、２種類以上の強化繊維が使用されている場合には、繊維の種類毎に分け、各々について測定及び評価を行う。
強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）の求め方は以下の通りである。
各強化繊維束中の繊維本数（Ｎｉ）は使用している強化繊維の繊度（Ｆ）より、次式により求められる。
Ｎｉ＝Ｗｉ／（Ｌｉ×Ｆ）
強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は、強化繊維束（Ａ）の束の数（Ｉ）より、次式により求められる。
Ｎ＝ΣＮｉ／Ｉ
強化繊維束（Ａ）のマットの繊維全量に対する割合（ＶＲ）は、強化繊維の密度（ρ）を用いて次式により求められる。
ＶＲ＝Σ（Ｗｉ／ρ）×１００／（（Ｗｋ＋ΣＷｉ）／ρ）【００６８】
２）ランダムマットまたは強化繊維複合材料（成形板）に含まれる強化繊維の平均繊維長の分析
ランダムマットまたは強化繊維複合材料より無作為に抽出した強化繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての強化繊維の長さ（Ｌｉ）から、次式により平均繊維長（Ｌａ）を求めた。複合材料の場合は５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、強化繊維を抽出した。
Ｌａ＝ΣＬｉ／１００【００６９】
３）強化繊維複合材料（成形板）における強化繊維束分析
ランダムマットを加熱プレスして得られる強化繊維複合材料（成形板）については、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、上記のランダムマットにおける方法と同様にして測定する。【００７０】
４）ボス及びリブを有する成形体における繊維体積含有率の分析
成形体を５００℃×１時間、炉内にて樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって繊維分と樹脂分の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、繊維体積含有率を算出した。【００７１】
５）ボス及びリブへの充填性評価
ランダムマットおよび複合材料の流動性や成形性を評価する目的で、成形体の外観、特にリブやボスの端部を目視評価した。
評価ではランダムマットを加熱プレスして得られる強化繊維複合材料（成形板）を所望の条件で加熱したものを１２０℃に設定した図５に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して所望の圧力で６０秒間コールドプレスした。
リブやボスの端部まで材料が充填され、成形体に欠陥が見られない場合を○、わずかに欠陥が見られる場合を△、充填が不十分で成形体に明らかな欠陥がある場合を×とした。【００７２】
６）ボス及びリブを有する成形体における繊維配向の分析
リブ部分の繊維配向性を評価する目的で、図８のようにボス及びリブを有する成形体の水平部及びリブ部から短冊状の試験片を切り出し、引張り試験を行い、引張弾性率を測定し、測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比（Ｅδ）を測定した。弾性率の比が１に近いほど、等方性に優れる材料である。本実施例では弾性率の比が１．３以下の場合、等方性であると評価する。【００７３】
［実施例１］
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ）を拡幅して、繊維幅２０ｍｍとしたものを使用した。カット装置には、超硬合金を用いて螺旋状ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。このとき、下記式（３）
強化繊維の繊維長（刃のピッチ）＝強化繊維ストランド幅×ｔａｎ（９０−θ）  （３）
（ここで、θは周方向とナイフのなす角である。）
におけるθは６８度であり、刃のピッチを８ｍｍとし、強化繊維を繊維長８ｍｍにカットするようにした。開繊装置として、径の異なるＳＵＳ３０４製のニップルを溶接し、二重管を製作した。内側の管に小孔を設け、外側の管との間にコンプレッサーを用いて圧縮空気を送気した。この時、小孔からの風速は、１５０ｍ／ｓｅｃであった。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、帝人化成社製のポリカーボネート“パンライト”（登録商標）Ｌ−１２２５Ｌペレットを冷凍粉砕し、更に、２０メッシュ、及び１００メッシュにて分級した粒子を用いた。ポリカーボネートパウダーの平均粒径は約７１０μｍであった。次に、テーパ管出口の下部に、ＸＹ方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、強化繊維の供給量を１８０ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を４８０ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動して、強化繊維と熱可塑性樹脂（ポリカーボネートパウダー）が混合されたランダムマットを得た。得られたランダムマットの強化繊維の平均繊維長は８ｍｍであり、強化繊維の目付け量は、２００ｇ／ｍ２であった。【００７４】
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は６１％、強化繊維（Ｂ）の束内平均繊維数（ＮＢ）は１５００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は１５００であった。得られたランダムマットの表面を観察したところ、面内で特定の方向に配向しておらず、ランダムに、分散されていた。また、ポリカーボネートパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて３００℃に加熱したプレス装置にて、４ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ４．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０３であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。【００７５】
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。各部位の寸法は、
水平部（９）が、長さ４００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚み２ｍｍ
側壁（１０）が、高さ５０ｍｍ、厚み２ｍｍ
リブ１（１１Ａ）が、高さ５０ｍｍ、厚み２ｍｍ
リブ２（１１Ｂ）が、高さ３０〜５０ｍｍ、厚み２ｍｍ
リブ３（１１Ｃ）が、高さ３０〜５０ｍｍ、厚み１ｍｍ
ボス１（１２Ａ）が、高さ５０ｍｍ、中空部径５ｍｍ、肉厚２ｍｍ
ボス２（１２Ｂ）が、高さ４０ｍｍ、中空部径５ｍｍ、肉厚２ｍｍ
ボス３（１２Ｃ）が、高さ５０ｍｍ、中空部径５ｍｍ、肉厚１ｍｍ
ボス４（１２Ｄ）が、高さ４０ｍｍ、中空部径５ｍｍ、肉厚１ｍｍであった。
得られた成形体について、図８に示すように水平部及びリブ部から短冊状の試験片を切り出し、引張り試験を行い、評価結果を表１に記載した。【００７６】
［実施例２］
強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＩＭＳ６０−１２Ｋ（平均繊維径５μｍ、繊維幅６ｍｍ）を使用した。カット装置には、実施例１と同様の刃のピッチが８ｍｍのロータリーカッターを用いた。このロータリーカッターには、繊維束を小型化する目的で、繊維方向に平行な刃を０．８ｍｍ間隔で設けた。開繊装置は実施例１と同様のものを用い、小孔からの風速は、１００ｍ／ｓｅｃとした。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパー管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、２ｍｍにドライカットしたＰＡ６６繊維（旭化成せんい製  Ｔ５ナイロン  繊度１４００ｄｔｅｘ）を用いた。次に、テーパー管出口の下部に、実施例１と同様のＸＹ方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、強化繊維の供給量を２７０ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を５５０ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動して、強化繊維とポリアミド（ＰＡ６６繊維）が混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量は３００ｇ／ｍ２であった。【００７７】
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は１２０であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は９３％、強化繊維（Ｂ）の束内平均繊維数（ＮＢ）は１９００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は１９００であった。また、ナイロン繊維（ＰＡ６６繊維）は、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて２８０℃に加熱したプレス装置にて、４．０ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ５．９ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０７であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例１と同様に図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。
得られた成形板、成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００７８】
［実施例３］
強化繊維として、実施例１と同様に東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ）を拡幅して、繊維幅２０ｍｍとしたものを使用した。カット装置は、超硬合金を用いて螺旋状ナイフを表面に配置したロータリーカッターを２台（カット装置ａ、ｂ）使用した。カット装置ａにおいては、上記式（３）中のθは４５度、刃のピッチを２０ｍｍとし、強化繊維を繊維長２０ｍｍにカットし、カット装置ｂにおいては、上記式（３）中のθは６８度、刃のピッチを８ｍｍとし、強化繊維を繊維長８ｍｍにカットできるようにした。
開繊装置も実施例１と同様の二重管を２台準備し、カット装置ａ、ｂの直下にそれぞれ配置した。このとき小孔からの風速は、ともに１５０ｍ／ｓｅｃとした。更に、実施例１と同様のテーパー管をカット装置ａ直下の二重管の下部に溶接した。尚、実施例３のテーパー管の側面には、マトリックス樹脂供給用の穴のほかに、その対面側にもう一つ穴を開けカット装置ｂ直下の二重管の下部とこの穴を内径１．５ｍｍのゴムホースで接続した。これによって、カット装置ｂで切断した繊維は、ホース内を移動してテーパー管に供給され、テーパー管内でカット装置ａ、ｂそれぞれで切断した繊維が混合される。テーパー管の側面より供給するマトリックス樹脂としてＰＡ６パウダー（ユニチカ製  Ａ１０３０ＦＰ）を用いた。次に、テーパー管出口の下部に、実施例１と同様のＸＹ方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、カット装置ａからの強化繊維の供給量を８１ｇ／ｍｉｎ、カット装置ｂからの強化繊維の供給量を１８９ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を５５０ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動して、強化繊維とポリアミド（ＰＡ６パウダー）が混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量は３００ｇ／ｍ２であった。【００７９】
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は８６％、強化繊維（Ｂ）及び（Ｃ）の束内平均繊維数（それぞれＮＢ，ＮＣ）は、それぞれ１５００、２２００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は１８００であった。また、ポリアミドパウダー（ＰＡ６パウダー）は、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて２６０℃に加熱したプレス装置にて、４．０ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ５．９ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０５であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例１と同様に図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。
得られた成形板、成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８０】
［実施例４］
強化繊維として、日本電気硝子社製のガラス繊維ＥＸ−２５００（平均繊維径１５μｍ、繊維幅９ｍｍ）を使用した。カット装置には、超硬合金を用いて、繊維と９０度方向の短い刃が斜めに配置された、分繊ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。ナイフの幅は１ｍｍであり、さらにナイフ間には繊維束を小型化する目的で、繊維方向に平行な刃を設けた。このとき、上記式（３）中のθは４２度であり、刃のピッチを１０ｍｍとし、強化繊維を繊維長１０ｍｍにカットした。開繊装置として、実施例１と同様の装置を用いた。コンプレッサーの圧力を下げる事により、小孔からの風速は、２５０ｍ／ｓｅｃとした。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、帝人化成社製のポリカーボネート“パンライト”（登録商標）Ｌ−１２２５Ｌペレットを冷凍粉砕し、更に、３０メッシュ、及び２００メッシュにて分級したパウダーを用いた。このとき、平均粒径は約３６０μｍであった。次に、テーパ管出口の下部に、ＸＹ方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、強化繊維の供給量を３００ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を６００ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動して、強化繊維と熱可塑性樹脂（ポリカーボネートパウダー）が混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量は３００ｇ／ｍ２であった。【００８１】
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は４０であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は６３％強化繊維（Ｂ）の束内平均繊維数（ＮＢ）は３００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は３００であった。また、ポリカーボネートパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
このランダムマットを８枚重ねて３００℃に加熱したプレス装置にて、４．０ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ５．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．１４であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例１と同様に図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。
得られた成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８２】
［実施例５］
実施例１において、強化繊維の供給量を３１５ｇ／ｍｉｎとし、マトリックス樹脂の供給量を３９０ｇ／ｍｉｎとしたこと以外は同様の方法でランダムマットを作成した。得られたランダムマットの強化繊維の平均繊維長は８ｍｍであり、強化繊維の目付け量は、３５０ｇ／ｍ２であった。
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は６６％、強化繊維（Ｂ）の束内平均繊維数（ＮＢ）は１６００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は１６００であった。得られたランダムマットの表面を観察したところ、面内で特定の方向に配向しておらず、ランダムに、分散されていた。また、ポリカーボネートパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて３００℃に加熱したプレス装置にて、４ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ４．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０５であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例１と同様に図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。
得られた成形板、成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８３】
［実施例６］
実施例３において、カット装置ａからの強化繊維（繊維長２０ｍｍ）の供給量を４５０ｇ／ｍｉｎ、カット装置ｂ（繊維長８ｍｍ）からの強化繊維の供給量を４５０ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を１８３０ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動して、強化繊維とポリアミド６が混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量は１０００ｇ／ｍ２であった。
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は８７％、強化繊維（Ｂ）及び（Ｃ）の束内平均繊維数（それぞれＮＢ，ＮＣ）は、それぞれ１７００、２３００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は２０００であった。得られたランダムマットの表面を観察したところ、面内で特定の方向に配向しておらず、ランダムに、分散されていた。また、ポリアミドパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを３枚重ねて２６０℃に加熱したプレス装置にて、４ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ６．０ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０２であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例１と同様に図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。得られた成形板、成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８４】
［実施例７］
実施例３において、２台のカット装置とも実施例４で使用したような分繊ナイフであって繊維カット長を変えた分繊ナイフ及び繊維方向に並行な刃を有するロータリーカッターを使用した。このときカット装置ａにおいては、上記式（３）中のθは４５度、刃のピッチを２０ｍｍとし、強化繊維を繊維長２０ｍｍにカットし、カット装置ｂにおいては、上記式（３）中のθは６８度、刃のピッチを８ｍｍとし、強化繊維を繊維長８ｍｍにカットできるようにした。
開繊装置も実施例１と同様の二重管を２台準備し、カット装置ａ、ｂの直下にそれぞれ配置した。このとき小孔からの風速は、ともに１５０ｍ／ｓｅｃとした。更に、実施例１と同様のテーパー管をカット装置ａ直下の二重管の下部に溶接した。尚、実施例３のテーパー管の側面には、マトリックス樹脂供給用の穴のほかに、その対面側にもう一つ穴を開けカット装置ｂ直下の二重管の下部とこの穴を内径１．５ｍｍのゴムホースで接続した。これによって、カット装置ｂで切断した繊維は、ホース内を移動してテーパー管に供給され、テーパー管でカット装置ａ、ｂそれぞれで切断した繊維が混合される。テーパー管の側面より供給するマトリックス樹脂としてＰＡ６パウダー（ユニチカ製  Ａ１０３０ＦＰ）を用いた。次に、テーパー管出口の下部に、実施例１と同様のＸＹ方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、カット装置ａからの強化繊維の供給量を８１ｇ／ｍｉｎ、カット装置ｂからの強化繊維の供給量を１８９ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を５５０ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動したところ、強化繊維とポリアミドが混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量は３００ｇ／ｍ２であった。【００８５】
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は８０％、強化繊維（Ｂ）及び（Ｃ）の束内平均繊維数（それぞれＮＢ，ＮＣ）は、それぞれ５００、８００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は６００であった。また、ポリアミドパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて２６０℃に加熱したプレス装置にて、４．０ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ５．９ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０３であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、実施例１と同様に図７に示すようなボス及びリブを有する成形体を得た。
得られた成形板、成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８６】
［比較例１］
実施例１において、小孔からの風速を、４５０ｍ／ｓｅｃとした以外は同様にランダムマットを作成した。
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は４３％、強化繊維（Ｂ）の束内平均繊維数（ＮＢ）は８００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は８００であった。
得られたランダムマット中に存在する繊維束は細く、面内で特定の方向に配向しておらず、ランダムに分散されていた。また、ポリカーボネートパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
実施例１と同様に得られたランダムマットを８枚重ねて３００℃に加熱したプレス装置にて、４ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ４．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０２であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし成形体を得たが、ボス及びリブ部への繊維及び樹脂の充填は不十分であった。得られた成形板、成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８７】
［比較例２］
実施例１において、ロータリーカッターの螺旋刃の角度θを４５度、刃のピッチを２０ｍｍとしたこと以外は同様の方法でランダムマットを得た。
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は７１％、強化繊維（Ｃ）の束内平均繊維数（ＮＣ）は２２００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は２２００であった。得られたランダムマットの表面を観察したところ、面内で特定の方向に配向しておらず、ランダムに、分散されていた。また、ポリカーボネートパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて３００℃に加熱したプレス装置にて、４ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ４．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０３であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、成形体を得たが、ボス及びリブ部へは繊維及び樹脂がほとんど充填されていなかったので、実施例１と同様に引張弾性率とＶｆを評価しようとしたが、測定不可であった。【００８８】
［比較例３］
実施例３において、カット装置ａからの強化繊維（繊維長２０ｍｍ）の供給量を２１６ｇ／ｍｉｎ、カット装置ｂからの強化繊維（繊維長８ｍｍ）の供給量を５４ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を５５０ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動したところ、強化繊維とポリアミド６が混合されたランダムマットを得た。強化繊維の目付け量は３００ｇ／ｍ２であった。
得られたランダムマットについて、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は８５％、強化繊維（Ｂ）及び（Ｃ）の束内平均繊維数（それぞれＮＢ，ＮＣ）は、それぞれ１５００、２２００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は２１００であった。得られたランダムマットの表面を観察したところ、面内で特定の方向に配向しておらず、ランダムに、分散されていた。また、ポリアミドパウダーは、強化繊維中に大きな斑が無い状態で分散されていた。
得られたランダムマットを８枚重ねて２６０℃に加熱したプレス装置にて、４ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ４．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．０２であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、上記ランダムマットの測定結果と差異は見られなかった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、成形体を得たが、ボス及びリブ部への繊維及び樹脂の充填は不十分であった。
得られた成形体について実施例１と同様に評価した結果を表１に記載した。【００８９】
［比較例４］
２６０℃に温度調節されたスクリュータイプ押出機のホッパーにマトリックス樹脂として、ポリアミド６樹脂（宇部興産製、１０１３Ｂ）を供給し、溶融樹脂をギアポンプの回転数にて所定量計量して、２６０℃に温度調節されたエクストルーダー（池貝製、ＦＳ５０）にて含浸用クロスヘッドダイへ供給した。一方、強化繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ）を拡幅して、繊維幅２０ｍｍとしたものを下流先端に開口部を絞ったスリットダイを備えた含浸用クロスヘッドダイの上流に供給し、強化繊維に樹脂を含浸・脱泡させ、下流開口部から吐出された強化繊維とポリアミド６からなるテーププリプレグを冷却してかせに巻き取った。このときテーププリプレグにおける強化繊維の体積含有率は３０％であった。
得られたテーププリプレグを幅１０ｍｍにスリットした後、１０ｍｍにカットし、平板金型内にランダムにばら撒き、２６０℃に加熱したプレス装置にて、４．０ＭＰａにて３分間加熱し、厚さ５．８ｍｍの強化繊維複合材料（成形板）を得た。得られた成形板について超音波探傷試験を行ったところ、未含浸部やボイドは確認されなかった。
得られた成形板の０度及び９０度方向の引張り弾性率を測定したところ、弾性率の比（Ｅδ）は１．１３であり、繊維配向は殆ど無く、等方性が維持された材料を得る事ができた。更に、この成形板を５００℃×１時間程度炉内にて加熱し、樹脂を除去した後、強化繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、強化繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は９７％、強化繊維（Ｂ）の束内平均繊維数（ＮＢ）は１１０００であり、強化繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）は１１０００であった。
また、得られた成形板をＮＧＫキルンテック製のＩＲオーブンを用いて３００℃に加熱したものを１２０℃に設定した図６に示す金型の水平部にチャージ率８０％となる様に配置して５ＭＰａの圧力で６０秒間コールドプレスし、ボス及びリブを有する成形体を得た。得られた成形体の評価結果を表１に記載した。水平部及びリブ部の引張り弾性率比は１．５３であり、等方性がやや劣っていた。【００９０】
【表１】
2013094706.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明のランダムマットは強化繊維複合材料成形のプリフォームとして好ましく用いられ、成形時の流動性に優れるため、リブやボスなど、水平部に対して縦方向に伸びた複雑な３次元形状の立上部を比較的低い圧力で容易に成形できる。従って本発明のランダムマットより、必要最小限の材料を用いて製品形状を成形することができ、トリム工程がなくなることによる廃棄材料の大幅な削減、それに伴うコストの削減が期待できる。また、本発明のランダムマットは、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構成部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等のプリフォームとして用いることができる。【００９２】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年１２月２２日出願の日本特許出願（特願２０１１−２８１５０９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００９３】
１．強化繊維
２．ピンチローラー
３．ゴムローラー
４．ロータリーカッター本体
５．刃
６．カットされた強化繊維
７．刃のピッチ
８．繊維方向に平行な刃
９．水平部
１０．側壁
１１Ａ．  リブ１
１１Ｂ．  リブ２
１１Ｃ．  リブ３
１２Ａ．  ボス１
１２Ｂ．  ボス２
１２Ｃ．  ボス３
１２Ｄ．  ボス４
１３．  リブ部における引張弾性率測定用試料切り出し部分
１４．  水平部における引張弾性率測定用試料切り出し部分
【図１】
2013094706.tif 000004
【図２】
2013094706.tif 000005
【図３】
2013094706.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013094706.tif 000010
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月12日(2015.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維長３〜５０ｍｍの強化繊維を含み、下記ｉ）〜ｖ）を満たすランダムマット。
ｉ）繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜５０質量％である、
ｉｉ）強化繊維の目付けが２５〜１００００ｇ／ｍ２である、
ｉｉｉ）強化繊維について下記式（１）で定義される臨界単糸数未満の繊維束および単糸と、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）が同時に存在する、
ｉｖ）強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対する割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満である、
ｖ）強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、
臨界単糸数＝６００／Ｄ    （１）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
【請求項２】
強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載のランダムマット。
【請求項３】
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し９０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜１０質量％である請求項１又は２に記載のランダムマット。
【請求項４】
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維について、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＢ）中の平均繊維数（ＮＢ）が下記式（２Ｂ）を満たす請求項１〜３のいずれか１項に記載のランダムマット。
１．５×１０４／ＤＢ２＜ＮＢ＜３×１０５／ＤＢ２    （２Ｂ）
（ここでＤＢは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
【請求項５】
繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維について、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＣ）中の平均繊維数（ＮＣ）が下記式（２Ｃ）を満たす請求項１〜４のいずれか１項に記載のランダムマット。
５．０×１０４／ＤＣ２＜ＮＣ＜３×１０５／ＤＣ２    （２Ｃ）
（ここでＤＣは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
【請求項６】
前記の平均繊維数（ＮＣ）が、平均繊維数（ＮＢ）より大きい請求項５記載のランダムマット。
【請求項７】
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維の平均繊維長に対する、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維の平均繊維長の比が１．５〜１０である請求項１〜６のいずれか１項に記載のランダムマット。
【請求項８】
さらに熱可塑性樹脂を含み、ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の存在量が、強化繊維１００質量部に対し、５０〜１０００質量部である請求項１〜７のいずれか１項に記載のランダムマット。
【請求項９】
請求項８に記載のランダムマットを加熱および加圧して得られる強化繊維複合材料。
【請求項１０】
請求項８に記載のランダムマット又は請求項９に記載の強化繊維複合材料を成形して得られる成形体。
【請求項１１】
立上部を有する請求項１０に記載の成形体。
【請求項１２】
請求項８に記載のランダムマットを用い、熱可塑性樹脂を含浸させて加熱および加圧する強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１３】
加圧する際の圧力が１０ＭＰａ未満である請求項１２に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
【請求項１４】
請求項８に記載のランダムマット又は請求項９に記載の強化繊維複合材料を、１０ＭＰａ未満の圧力にてプレス成形することを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項１５】
成形体が複数部のボス、および複数のリブを有するものである請求項１４記載の成形体の製造方法。
【請求項１６】
請求項８に記載のランダムマット又は請求項９に記載の強化繊維複合材料を、下記式（４）で表されるチャージ率５〜９５％となるよう金型に配置する請求項１４または１５に記載の成形体の製造方法。
チャージ率＝１００×基材面積（ｍｍ２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ２）  （４）
（ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり金型キャビティ投影面積とは抜き方向への投影面積である）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、熱可塑性樹脂と特定の収束あるいは開繊条件を満たし、特定の範囲の繊維長を有する強化繊維から構成されるランダムマットとすることで、成形時の流動性を好適に制御することが可能となることを見出し本発明に至ったものである。即ち本発明は、下記＜１＞〜＜１６＞に記載した事項に関するものである。
＜１＞
繊維長３〜５０ｍｍの強化繊維を含み、下記ｉ）〜ｖ）を満たすランダムマット。
ｉ）繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し５０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜５０質量％である、
ｉｉ）強化繊維の目付けが２５〜１００００ｇ／ｍ２である、
ｉｉｉ）強化繊維について下記式（１）で定義される臨界単糸数未満の繊維束および単糸と、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（Ａ）が同時に存在する、
ｉｖ）強化繊維束（Ａ）について、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対する割合が５０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％未満である、
ｖ）強化繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす、
臨界単糸数＝６００／Ｄ    （１）
１．５×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜３×１０５／Ｄ２    （２）
（ここでＤは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
＜２＞
強化繊維が炭素繊維、アラミド繊維、およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種である＜１＞に記載のランダムマット。
＜３＞
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維が、ランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し９０〜１００質量％であり、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維がランダムマットに含まれる強化繊維全量に対し０〜１０質量％である＜１＞又は＜２＞に記載のランダムマット。
＜４＞
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維について、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＢ）中の平均繊維数（ＮＢ）が下記式（２Ｂ）を満たす＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載のランダムマット。
１．５×１０４／ＤＢ２＜ＮＢ＜３×１０５／ＤＢ２    （２Ｂ）
（ここでＤＢは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
＜５＞
繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維について、臨界単糸数以上で構成される強化繊維束（ＡＣ）中の平均繊維数（ＮＣ）が下記式（２Ｃ）を満たす＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載のランダムマット。
５．０×１０４／ＤＣ２＜ＮＣ＜３×１０５／ＤＣ２    （２Ｃ）
（ここでＤＣは強化繊維の平均繊維径（μｍ）である。）
＜６＞
前記の平均繊維数（ＮＣ）が、平均繊維数（ＮＢ）より大きい＜５＞記載のランダムマット。
＜７＞
繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ未満である強化繊維の平均繊維長に対する、繊維長が１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である強化繊維の平均繊維長の比が１．５〜１０である＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載のランダムマット。
＜８＞
さらに熱可塑性樹脂を含み、ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の存在量が、強化繊維１００質量部に対し、５０〜１０００質量部である＜１＞〜＜７＞のいずれか１項に記載のランダムマット。
＜９＞
＜８＞に記載のランダムマットを加熱および加圧して得られる強化繊維複合材料。
＜１０＞
＜８＞に記載のランダムマット又は＜９＞に記載の強化繊維複合材料を成形して得られる成形体。
＜１１＞
立上部を有する＜１０＞に記載の成形体。
＜１２＞
＜８＞に記載のランダムマットを用い、熱可塑性樹脂を含浸させて加熱および加圧する強化繊維複合材料の製造方法。
＜１３＞
加圧する際の圧力が１０ＭＰａ未満である＜１２＞に記載の強化繊維複合材料の製造方法。
＜１４＞
＜８＞に記載のランダムマット又は＜９＞に記載の強化繊維複合材料を、１０ＭＰａ未満の圧力にてプレス成形することを特徴とする成形体の製造方法。
＜１５＞
成形体が複数部のボス、および複数のリブを有するものである＜１４＞記載の成形体の製造方法。
＜１６＞
＜８＞に記載のランダムマット又は＜９＞に記載の強化繊維複合材料を、下記式（４）で表されるチャージ率５〜９５％となるよう金型に配置する＜１４＞または＜１５＞記載の成形体の製造方法。
チャージ率＝１００×基材面積（ｍｍ２）／金型キャビティ投影面積（ｍｍ２）  （４）
（ここで基材面積とは配置した全てのランダムマットまたはプリプレグの抜き方向への投影面積であり金型キャビティ投影面積とは抜き方向への投影面積である）
本発明は上記＜１＞〜＜１６＞に記載した事項に関するものであるが参考のためにその他の事項についても記載した。
＜１７＞
成形体が、略直方体の箱状物であり、該箱状物の少なくとも四隅にボスを有し、かつ箱状部の内部を２つ以上の区間に仕切る配置にてリブ部を有するものである＜１４＞または＜１５＞記載の製造方法。
【国際調査報告】
2013094706.tif 000012
2013094706.tif 000013
2013094706.tif 000014