(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む厚み０．３ｍｍ以上の複合材料であって、連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際に、複合材料に含まれる炭素繊維の断面が、
式（１）ｎ１／Ｎ≦０．１、および式（２）ｐ＜０．０１を満し、
複合材料の密度ｄｃが、
式（３）０．００１≦（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．１
を満たすコールドプレス用の複合材料。
Ｎ：複合材料に含まれる炭素繊維の繊維本数
ｎ１：熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数
ｐ：熱可塑性樹脂またはサイズ剤のいずれにも、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合
Ｖｒ：複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の体積割合（％）
Ｖｆ：複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（％）
ｄｒ：熱可塑性樹脂の密度
ｄｆ：炭素繊維の密度
【請求項２】
複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が１０Ｖｏｌ％以上７０Ｖｏｌ％以下である、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
複合材料の厚みが０．４ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である請求項１又は２いずれかに記載の複合材料。
【請求項４】
複合材料の幅が２０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である請求項１〜３いずれかに記載の複合材料。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の複合材料を、不連続炭素繊維をランダムに分散させた等方性基材と積層させた積層材料。
【請求項６】
請求項１〜４いずれかに記載の複合材料をコールドプレスして成形体を製造する方法であって、成形体の密度ｄｍが、（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））＜（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））×０．８である成形体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の成形体の製造方法であって、成形体の密度ｄｍが、式（４）０≦（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．０８を満たす、成形体の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４いずれかに記載の複合材料の製造方法であって、
一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む複合材料前駆体の断面積を、治具で調整して複合材料を製造する、複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記治具が複合材料前駆体を挿通するための中空状の治具であって、該中空状治具の中空部の最小断面積Ｓｔが式（５）を満たす請求項８に記載の複合材料の製造方法
式（５）（Ｓｆ＋Ｓｒ）＜Ｓｔ＜（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．３
Ｓｆ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる炭素繊維の面積
Ｓｒ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる熱可塑性の面積
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向性の連続繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料に関わるものである。さらに詳しくは、マトリクス樹脂の含浸性が良好な複合材料に関わるものであり、自動車に代表される構造部品に好適に使用することができる。【０００２】
【背景技術】
【０００３】
近年、機械分野において、マトリクス樹脂と、炭素繊維とを含む、炭素繊維強化樹脂が注目されている。炭素繊維強化樹脂の特徴として、軽量である事、強度に優れる事が挙げられる。【０００４】
優れた強度を有する繊維強化樹脂として様々なものが知られているが、機械強度を確保するための要素の一つに、炭素繊維と樹脂との密着性が挙げられる。一般的に炭素繊維強化樹脂は繊維にマトリクス樹脂を含浸させる事により製造される事が多い。従って、マトリクス樹脂の炭素繊維に対する含浸性が優れる程、強度が優れる炭素繊維強化樹脂が得られる傾向にある。【０００５】
また、繊維強化樹脂から成形して成形体を得る手法は様々あるが、一般的な手法としてオートクレーブ・ＲＴＭ(レジン・トランスファー・モールディング)・ホットプレス・コールドプレスなどが挙げられる。中でも炭素繊維で強化された熱可塑性樹脂を含む複合材料を用いる場合、ホットプレスとコールドプレスがあり、生産性の観点から速いサイクルで成形が可能なコールドプレスにより成形体を製造することが多い。【０００６】
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料の例としては、繊維束中に熱可塑性樹脂が含浸した熱可塑性樹脂プリプレグシート材を用い、このシートを必要枚数積層して所定の形状に成形することにより得られるものがある。たとえば、特許文献１などの記載にあるように引き揃えた繊維束にフィルム状の樹脂を融点以下で軟化させて張り付けたプリプレグシートを作製して複数枚積層し、加熱・加圧する方法や、特許文献２のように繊維束を溶融樹脂にディッピングさせ、樹脂をほぼ完全に含浸させたテープを製造し、テープを溶かしながら張り付け、積層するオートレイアップ法などの手法により成形体を得る方法がある。【０００７】
また、特許文献３には、ダブルベルト法による高品質なプリプレグを得るための製造条件が開示されており、ボイドや熱可塑性樹脂が均一に分散した一方向性の複合材料が記載されている。特許文献４には、熱可塑性プリプレグ成形させる際に生じるプリプレグ由来の微小ボイドを防止するための製造条件が記載されている。【０００８】
特許文献５には、柔軟性を有する繊維強化熱可塑性樹脂シートを作成するために、半含浸状態の一方向性の強化繊維シートが開示されている。特許文献６には、衝撃吸収性向上を目的に、空隙を加えた一方向連続繊維のテープ状物ものが開示されている。【０００９】
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本国特開２０１２−２５４６３２号公報
【特許文献２】日本国特開２０１３−１０４０５６号公報
【特許文献３】日本国特開２０１４−１０５３１０号公報
【特許文献４】日本国特開２０１４−１０５２４５号公報
【特許文献５】日本国特開２００３−１６５８５１号公報
【特許文献６】日本国特開２００４−２２３７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２に記載の加熱・加圧による成形や、積層による厚肉化は、熱硬化性樹脂を使った炭素繊維強化熱硬化性樹脂材料に用いられている技術の延長であり、いずれも産業用途に適用するにあたり、コールドプレスにより成形するとタクトタイムが長くなる傾向にあり、好ましくない。また、特許文献３や、特許文献４に記載の方法で得られたプリプレグは、コールドプレスする際の、複合材料の熱安定性が不十分あるいは不安定である。さらに特許文献５に記載の強化繊維シートは半含浸状態であるため、成形体としたときの機械物性が低く、またホットプレス用に設計されているためコールドプレスすることができない。また、特許文献６に記載の材料はホットプレスする際の圧力を小さくして成形後に空隙を残すことを目的としているため、コールドプレスする際に発生する特有の課題に関する解決手段は示されていない。【００１２】
本発明は、従来の複合材料を用いたコールドプレスには上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コールドプレスする際に、優れた成形性を有する複合材料を提供することにある。【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち本発明は、以下のとおりのものである。
［１］  一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む厚み０．３ｍｍ以上の複合材料であって、連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際に、複合材料に含まれる炭素繊維の断面が、
式（１）ｎ１／Ｎ≦０．１、および式（２）ｐ＜０．０１を満し、
複合材料の密度ｄｃが、
式（３）０．００１≦（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．１
を満たすコールドプレス用の複合材料。
Ｎ：複合材料に含まれる炭素繊維の繊維本数
ｎ１：熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数
ｐ：熱可塑性樹脂またはサイズ剤のいずれにも、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合
Ｖｒ：複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の体積割合（％）
Ｖｆ：複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（％）
ｄｒ：熱可塑性樹脂の密度
ｄｆ：炭素繊維の密度
［２］  複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が１０Ｖｏｌ％以上７０Ｖｏｌ％以下である、前記［１］に記載の複合材料。
［３］  複合材料の厚みが０．４ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である前記［１］又は［２］いずれかに記載の複合材料。
［４］  複合材料の幅が２０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である前記［１］〜［３］いずれかに記載の複合材料。
［５］  前記［１］〜［４］いずれかに記載の複合材料を、不連続炭素繊維をランダムに分散させた等方性基材と積層させた積層材料。
［６］  前記［１］〜［４］いずれかに記載の複合材料をコールドプレスして成形体を製造する方法であって、成形体の密度ｄｍが、（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））＜（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））×０．８である成形体の製造方法。
［７］  前記［６］に記載の成形体の製造方法であって、成形体の密度ｄｍが、式（４）０≦（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．０８を満たす、成形体の製造方法。
［８］  前記［１］〜［４］いずれかに記載の複合材料の製造方法であって、
一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む複合材料前駆体の断面積を、治具で調整して複合材料を製造する、複合材料の製造方法。
［９］  前記治具が複合材料前駆体を挿通するための中空状の治具であって、該中空状治具の中空部の最小断面積Ｓｔが式（５）を満たす前記［８］に記載の複合材料の製造方法
式（５）（Ｓｆ＋Ｓｒ）＜Ｓｔ＜（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．３
Ｓｆ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる炭素繊維の面積
Ｓｒ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる熱可塑性の面積
【発明の効果】
【００１５】
本発明における複合材料は、複合材料の密度を調整し、空孔を設けることで、複合材料の熱伝導率を低下させ、コールドプレスする際、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融状態の安定性、および複合材料の熱安定性が向上する。これにより、コールドプレス後の成形体の外観が向上する。【００１６】
更に成形体となった時には熱可塑性樹脂で被覆されていない炭素繊維が少ない事に加え、成形体に空孔も存在しないため、安定して良好な機械物性を有する成形体を得ることができ、成形体の良好な外観と両立できる。【００１７】
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】複合材料の製造方法の一例である模式図。
【図２】複合材料の製造方法の一例である模式図。
【図３】ヒートバーの模式図。
【図４】複合材料の製造方法の一例である模式図。
【００１９】
【図面の符号】
【００２０】
１１１．  拡幅された炭素繊維束
１１２．  一方向性の炭素繊維シート
１１３．  溶融樹脂吐出金型
１１５．  ダブルベルトプレス機
１１６．  治具
１１７．  複合材料前駆体
１１８．  冷却ローラー
１１９．  複合材料
２２１、２２２、２２３．  ヒートバー
４１２．  ヒーター沈み込み距離
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明における複合材料は、一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む厚み０．３ｍｍ以上の複合材料であって、連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際に、複合材料に含まれる炭素繊維の断面が、
式（１）ｎ１／Ｎ≦０．１、および式（２）ｐ＜０．０１を満し、
複合材料の密度ｄｃが、
式（３）０．００１≦（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．１
を満たすコールドプレス用のものである。
Ｎ：複合材料に含まれる炭素繊維の繊維本数
ｎ１：熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数
ｐ：熱可塑性樹脂またはサイズ剤のいずれにも、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合
Ｖｒ：複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の体積割合（％）
Ｖｆ：複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（％）
ｄｒ：熱可塑性樹脂の密度
ｄｆ：炭素繊維の密度
ここで、特に限定の無い限り、明細書中の同一式中の体積割合や密度は同じ単位を示すものである。
【００２２】
［連続繊維の被覆率］
式（１）で定義される、熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、繊維表面の５０％未満が被覆された繊維本数が、複合材料に含まれる連続繊維の繊維本数に対して０．１を超えると、コールドプレス後の成形体において被覆されていない炭素繊維が大量に残留することとなり、得られた成形体の機械物性が低下し、成形後の外観不良にもつながる。ｎ１／Ｎの値は、好ましくは０．０８未満であり、より好ましくは０．０５未満であり、より一層好ましくは０．０２未満である。
【００２３】
式（２）で定義される、熱可塑性樹脂またはサイズ剤のいずれにも、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合（ｐ）が、０．０１以上であると、成形後の成形体の機械物性、特に圧縮強度の低下につながる。ｐの値は、好ましくは０．００７未満、より好ましくは０．００５未満である。ここで、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合（ｐ）とは、熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面のおおよそ１０％未満しか被覆されていない炭素繊維の本数の割合のことを指す。なお、ｐの測定方法については後述する。
【００２４】
［式（３）について］
式（３）で定義される、（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））は、複合材料のいわゆる充填率を示し、これを１から引いた差は、複合材料に含まれる空孔の割合を意味する。（以下、（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））を、式（３）の第２辺と呼ぶ場合がある。）
式（３）の第２辺で定義される値が、０．００１より下回ると、コールドプレスする際に、複合材料を加熱し成形型まで搬送すると、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融状態での安定性が低下し（複合材料の熱安定性も低下し）、熱可塑性樹脂の溶融状態の保持できる時間が短くなることでコールドプレスした後の外観低下や、他材料との接着不良などにつながる。
【００２５】
一方、式（３）の第２辺で定義される値が、０．１を超えると、コールドプレスする際の複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融状態の安定性や、複合材料の熱安定性は良好であるが、反対に、熱可塑性樹脂を溶融するまでの加熱時間が増える恐れや、コールドプレスした後に空孔が消滅しきれないおそれがあり、成形体の耐衝撃物性などが局所的に低下する。
【００２６】
すなわち、本発明者らは、式（３）の第２辺で定義される値を一定の範囲内に調整することにより複合材料の熱伝導率が低下し、コールドプレスする際に複合材料を構成する熱可塑性樹脂の溶融状態での安定性が向上することを見出したものである。
【００２７】
この点に関し、特開２０１３−４９７５１には、不連続な炭素繊維を用いた複合材料の技術が開示されており、段落００１５には空孔率を調整することで複雑形状への賦形を可能とする旨が開示されているが、本発明における複合材料に含まれる炭素繊維は連続繊維であり、技術思想が相違するものである。
【００２８】
不連続な炭素繊維を用いた複合材料をコールドプレスするために加熱した場合、炭素繊維は剛性が高く、スプリングバックを起こして複合材料が膨らみ、複合材料中に空孔を発生させる。（ここで言うスプリングバックとは、圧縮されて固定された不連続な炭素繊維が絡み合った集合体において、その固定が失われ又は弱められたときに、圧縮前の状態に戻ろうとする現象のことである。）本来、スプリングバックにより複合材料が膨らむ現象は欠点として捉えられやすいが、スプリングバックにより生じた空孔が、コールドプレスする際の複合材料の熱安定性の向上に寄与するため、この観点からスプリングバックによる複合材料の膨張に注目すると、必ずしも欠点ではない。
【００２９】
一方、炭素繊維が連続繊維の場合、繊維同士が複雑に絡み合って居ないため、複合材料を加熱してもスプリングバックはほとんど起こらず、コールドプレス前に加熱しても、その複合材料はほとんど膨らまない。
【００３０】
すなわち、炭素繊維が連続繊維の場合は、不連続炭素繊維が含まれた複合材料よりも熱安定性が悪く、日本国特開２０１３−４９７５１に記載の技術では、本発明における課題は発生していない。
【００３１】
式（３）の第２辺は、複合材料に、熱可塑性樹脂と炭素繊維以外の第３成分が存在する場合であっても、同じように計算すれば良い。複合材料の熱安定性を支配するのは、炭素繊維と、コールドプレス前後の空孔を制御できる熱可塑性樹脂であるため、それ以外の第３成分を考慮する必要はない。
【００３２】
式（３）の第２辺で定義される下限は、好ましくは０．００３以上、より好ましくは０．００５以上であり、上限は好ましくは０．０７以下、より好ましくは０．０５以下、更に好ましくは０．０３以下、より一層好ましくは０．０２以下である。
【００３３】
本発明における複合材料は、式（１）及び式（２）を満たし、炭素繊維に熱可塑性樹脂またはサイズ剤で被覆されつつも、複合材料に含まれるボイドを単純に減らすのではなく、あえて式（３）の条件を満たすことで、安定して良好な機械物性を有する成形体を作成することができ、かつ成形体の良好な外観と両立させることができる。
【００３４】
［炭素繊維］
炭素繊維は、軽量でありながら強度に優れた本発明の繊維強化樹脂接合体を得ることができる。炭素繊維としては、一般的にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、石油・石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが知られているが、本発明においてはこれらのいずれの炭素繊維であっても好適に用いることができる。
【００３５】
中でも、本発明においては引張強度に優れる点でポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)系炭素繊維を用いることが好ましい。炭素繊維としてＰＡＮ系炭素繊維を用いる場合、その引張弾性率は１００〜６００ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２００〜５００ＧＰａの範囲内であることがより好ましく、２３０〜４５０ＧＰａの範囲内であることがさらに好ましい。また、引張強度は２０００〜１００００ＭＰａの範囲内であることが好ましく、３０００〜８０００ＭＰａの範囲内であることがより好ましい。
【００３６】
本発明に用いられる炭素繊維の繊維径は、炭素繊維の種類に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではない。例えば、平均繊維径は、通常、３μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましく、４μｍ〜１２μｍの範囲内であることがより好ましく、５μｍ〜８μｍの範囲内であることがさらに好ましい。ここで、上記平均繊維径は、炭素繊維の単糸の直径を指すものとする。したがって、炭素繊維が繊維束状である場合は、繊維束の径ではなく、繊維束を構成する炭素繊維（単糸）の直径を指す。炭素繊維の平均繊維径は、例えば、ＪＩＳ Ｒ７６０７（２０００）に記載された方法によって測定することができる。
【００３７】
本発明に用いられる炭素繊維は、単糸状のもののみであってもよく、繊維束状のもののみであってもよく、両者が混在していてもよい。ここで示す繊維束とは２本以上の単糸が集束剤や静電気力等により近接している事を示す。繊維束状のものを用いる場合、各繊維束を構成する単糸の数は、各繊維束においてほぼ均一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。
【００３８】
本発明に用いられる炭素繊維が繊維束状である場合、各繊維束を構成する単糸の数は特に限定されるものではないが、通常、１０００本〜１０万本の範囲内とされる。
【００３９】
（炭素繊維の目付量）
複合材料における炭素繊維の目付量は、特に限定されるものではないが、通常、２５ｇ／ｍ２〜１００００ｇ／ｍ２以下である。
【００４０】
［炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）］
本発明において、式（７）で定義される複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（以下、単に「Ｖｆ」ということがある）に特に限定は無いが、１０〜７０Ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００４１】
式（７）  Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）
Ｖｆが１０％以上である場合、本発明の課題であるコールドプレスする際の複合材料の熱安定性が不安定になりやすい。炭素繊維の含有量が増えると、熱伝導率が増加し、複合材料を加熱後した後の熱が複合材料の外に放熱されやすくなるためである。従って、Ｖｆが大きい程、本発明の式（３）を所定の値に調整する効果は大きくなる。
【００４２】
また、成形体における炭素繊維の体積含有率が１０Ｖｏｌ％未満の場合、所望の機械物性が得られない場合がある。一方、７０Ｖｏｌ％を超える場合、成形体を作成する際、複合材料の流動性が低下してしまい、成形時に所望の形状を得られない場合がある。繊維強化樹脂材料中における強化繊維の体積含有率のより好ましい範囲は２０〜６０Ｖｏｌ％であり、さらに好ましい範囲は３０〜６０Ｖｏｌ％であり、より一層好ましい範囲は３５〜５５Ｖｏｌ％である。
【００４３】
［熱可塑性樹脂］
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、本発明の繊維強化樹脂接合体の用途等に応じた優れた機械特性や生産性などを考慮しつつ、所望の熱可塑性樹脂を適宜選択して用いることができる。
【００４４】
上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂（ポリオキシメチレン樹脂）、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂等を挙げることができる。
【００４５】
上記ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、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等を挙げることができる。
【００４６】
上記ポリスチレン樹脂としては、例えば、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）等を挙げることができる。
【００４７】
上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６樹脂（ナイロン６）、ポリアミド１１樹脂（ナイロン１１）、ポリアミド１２樹脂（ナイロン１２）、ポリアミド４６樹脂（ナイロン４６）、ポリアミド６６樹脂（ナイロン６６）、ポリアミド６１０樹脂（ナイロン６１０）等を挙げることができる。
【００４８】
上記ポリエステル樹脂としては、例えば、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、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等を挙げることができる。
【００４９】
上記（メタ）アクリル樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレートを挙げることができる。
【００５０】
上記変性ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル等を挙げることができる。
【００５１】
上記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を挙げることができる。
【００５２】
上記ポリスルホン樹脂としては、例えば、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を挙げることができる。
【００５３】
上記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えば、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂を挙げることができる。
【００５４】
上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００５５】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は共重体や変性体であってもよく、また、１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。２種類以上の熱可塑性樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化点又は融点が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なる熱可塑性樹脂を併用する態様等を挙げることができるが、この限りではない。
【００５６】
また、本発明で用いる繊維強化樹脂中には、本発明の目的を損なわない範囲で、有機繊維または無機繊維の各種繊維状または非繊維状のフィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、安定剤、離型剤、顔料、軟化剤、可塑剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。
【００５７】
炭素繊維と熱可塑性樹脂との密着強度は、ストランド引張せん断試験における強度が５ＭＰａ以上であることが望ましい。この強度は、マトリクス樹脂の選択に加え、炭素繊維の表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）を変更する方法などで改善することができる。
【００５８】
［サイズ剤］
本発明におけるサイズ剤としては、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。
【００５９】
また、サイズ剤の付与手段としては特に限定されるものではないが、例えばサイズ剤を溶媒（分散させる場合の分散媒含む）中に溶解（分散も含む）したサイズ剤処理液を調製し、該処理液を炭素繊維に付与した後に、溶媒を乾燥・気化させ、除去することにより、サイズ剤を炭素繊維に付与することが一般的に行われる。該処理液を炭素繊維に付与する方法としては、ローラーを介して炭素繊維をサイズ処理液に浸漬する方法、サイズ処理液の付着したローラーに炭素繊維を接する方法、サイズ処理液を霧状にして炭素繊維に吹き付ける方法などがある。
【００６０】
［複合材料の厚み］
本発明における複合材料の厚みは０．３ｍｍ以上である。０．３ｍｍ未満であると、コールドプレスする際に、加熱した材料が成形型に投入する前に融点以下に冷えてしまい、成形することが難しい。
【００６１】
複合材料の厚みは０．３ｍｍ以上であれば特に限定されるものではないが、０．４ｍｍ以上１０.０ｍｍ以下が好ましい。
【００６２】
厚みが０．３ｍｍ以上であれば、複合材料をコールドプレスする際に、熱可塑性樹脂の融点以上まで加熱して成形型まで搬送する際の溶融状態の安定性が良好となり、成形体の表面外観や機械物性が低下する。また、厚みが１０．０ｍｍ以下であれば、コールドプレスする前の加熱時間が比較的短くとも熱可塑性樹脂が溶融しやすいので、成形体の生産性の低下や、長時間の加熱による樹脂の劣化などの悪影響が出にくい。
【００６３】
複合材料の厚みは０．４ｍｍ以上５．０ｍｍ以下がより好ましく、０．４以上２．０ｍｍ以下が更に好ましい。
【００６４】
なお、本発明の複合材料が複数の層が積層された構成を有する場合、上記厚みは各層の厚みを指すのではなく、各層の厚みを合計した全体の厚みを指すものとする。本発明の複合材料は、単一の層からなる単層構造を有するものであってもよく、又は複数層が積層された積層構造を有するものであってもよい。
【００６５】
また、本発明における複合材料を、不連続炭素繊維をランダムに分散させた等方性基材と積層させた、特開２０１１-２４１３３８に記載のような積層材料としても良い。
【００６６】
［複合材料の幅］
複合材料の幅は特に限定されるものではないが、２０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下が好ましく、複合材料の幅は２０ｍｍ〜１０００ｍｍがより好ましい。
【００６７】
［複合材料の製造方法］
本発明における複合材料を満たすことができれば、製造方法は特に制限はなく、種々のものを用いることができるが、例えば、ダブルベルトプレス方式（図１）や、ヒートバーを用いた方式（図２）などが挙げられる。これらの製造方法では、拡幅された炭素繊維束（図１、図２の１１１）から単独ないし複数本引き揃えた状態にした炭素繊維シート（図１、図２の１１２）を作製し、溶融樹脂吐出金型（図１、図２の１１３）から吐出させた溶融熱可塑性樹脂をシート材の片面又は両面（図１、図２は両面）に乗せて炭素繊維と熱可塑性樹脂を一体化する。図１、図２では熱可塑性樹脂を両面から炭素繊維シートを積層しているが、熱可塑性樹脂を中央層にし、炭素繊維シートを両側に積層して一体化しても良い。
【００６８】
次に、加熱可能なダブルベルトプレス機（図１の１１５）又はヒートバーを用いて（図２の２２１、２２２、２２３）で、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点以上融点＋８０℃以下または分解温度以下、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移温度＋１００℃以上ガラス転移温度＋２００℃以下または分解温度以下の温度になるよう加熱し、熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数が１０％以下となるように加圧含浸させた後、ダブルベルト（又はヒートバー）から剥離して複合材料前駆体（図１、図２の１１７）を作成する。
【００６９】
（複合材料前駆体から製造される複合材料）
本発明における複合材料の製造方法に特に限定は無いが、一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む複合材料前駆体（図１、図２の１１７）の断面積を調整する治具（図１、図２の１１６）を用いて、複合材料を製造することが好ましい。
【００７０】
例えば、図１、図２に示す複合材料の製造方法では、複合材料前駆体は、加温した治具（図１、図２の１１６）で熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点以上融点＋１３０℃以下または分解温度以下、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移温度＋１００℃以上ガラス転移温度＋２５０℃以下または分解温度以下に加熱されながら複合材料前駆体の断面積や断面形状を調整した後、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まで冷却し、目的とする複合材料（図１、図２の１１９）を製造できる。すなわち、図１、図２に示す複合材料前駆体（図１、図２の１１７）では、熱可塑性樹脂中に大量の気泡を含んでいるが、治具（図１、図２の１１６）を用いて気泡を抜くことにより、式（３）の第２辺を目的の値に調整することができる。
【００７１】
（その他の、複合材料前駆体から製造される複合材料の製造例）
その他、本発明における複合材料の製造方法は、例えば図４に示すように、ダブルベルトプレスやヒートバーを用いる事無く、加熱した治具（図４の１１６）のみを用いて、式（１）、式（２）、および式（３）を満たすような複合材料を製造しても良い。そして、この場合の複合材料前駆体は、図１、図２で示した複合材料前駆体（図１、図２の１１７）とは異なり、治具（図４の１１６）に入る直前のもの（図４の１１７）を指すこととなる。治具（図４の１１６）を用いて、複合材料前駆体（図４の１１７）に含まれる熱可塑性樹脂を加圧含浸するとともに、複合材料（図４の１１９）に関する、式（３）の第２辺を目的の値に調整することができる。
【００７２】
なお、図１、図２、図４では、複合材料１１９は巻き取っているが、複合材料の厚みが厚く、巻き取れない場合は、巻き取らずにそのままカットして用いれば良い。
【００７３】
（治具の形状）
本発明における炭素繊維は連続繊維であるため、式（３）の第２辺を目的の値に調整するのは、極めて簡単な治具での調整が可能である。繊維形態が織物であったり、不織布状態であったりする場合、単純な治具のみで、式（３）のパラメータを満たす調整は不可能である。
【００７４】
例えば、治具（図１、図２、図４の１１６）が中空形状であって、複合材料前駆体の連続繊維軸方向の断面積に対して、治具（図１、図２、図４の１１６）の中空部分の面積を調整することで、式（３）の第２辺を目的の値に調整することができる。
【００７５】
より具体的には、前記治具が複合材料前駆体を挿通するための中空状の治具であって、中空状治具の最小断面積Ｓｔが以下の式（５）を満たすことが好ましい。
【００７６】
式（５）（Ｓｆ＋Ｓｒ）＜Ｓｔ≦（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．３
Ｓｆ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる炭素繊維の面積
Ｓｒ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる熱可塑性の面積
中空状治具の最小断面積Ｓｔが（Ｓｆ＋Ｓｒ）超であれば、成形体としたときの機械物性が安定する。反対に、最小断面積Ｓｔが（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．３未満であれば、コールドプレスする際の複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融安定性が向上する。好ましい最小断面積Ｓｔは、（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．０１＜Ｓｔ＜（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．２５であり、より好ましい最小断面積Ｓｔは、（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．０２＜Ｓｔ＜（Ｓｆ＋Ｓｒ）×１．２である。
［成形体の製造]
複合材料をコールドプレスして成形体を製造する場合、成形体の密度ｄｍは、（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））＜（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））×０．８となるようにコールドプレスとすると良い。（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））の値が、（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））の０．８倍以下であれば、成形体の機械物性を確保できるため好ましい。好ましい（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））の値は、（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））の０．５倍以下であり、０．３倍以下がより好ましく、０．２倍以下が更に好ましい。
【００７７】
具体的な成形体の密度ｄｍは、式（４）０≦（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．０８を満たすように、成形体を製造することが好ましい。
【００７８】
式（４）で定義される、（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））は、成形体のいわゆる充填率を示し、これを１から引いた差は、成形体に含まれる空孔の割合を意味する。（（１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））を、式（４）の第２辺と呼ぶ場合がある。）
式（４）の第２辺で定義される値が、０．０８以下であれば、成形体中の空孔が欠陥として作用しにくく、局所的な成形体の機械物性が低下しにくい。
【００７９】
すなわち、本発明者らは、式（３）の第２辺で定義される値を一定の範囲内に調整した複合材料を、コールドプレスする際に式（４）の第２辺で定義される成形体となるように複合材料に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させ、成形体を製造するものである。したがって、コールドプレスする際に複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融状態での安定性が向上しつつ、成形体となった時には高い機械物性を維持できる成形体の製造方法を見出したものでもある。
【００８０】
この点に関し、特開２００４−２２３７４３の段落００１４には含浸状態が良好である一方、空隙が多く認められ、結果として空隙率が高い一方向性の衝撃吸収材が開示されている。特開２００４−２２３７４３に記載された技術はホットプレス条件を穏やかな条件にすることで、ホットプレス後の成形体にも空隙率が残留していると認められる。一方、本発明における複合材料は、コールドプレス用のものであり、コールドプレスした後の成形体の空孔は減少する。したがって、本発明における複合材料の熱安定性、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融状態での安定性を向上させる発想とは技術思想が相違するものである。
【００８１】
また、ホットプレスの場合はプレス時に加熱されるため、特開２００４−２２３７４３に記載の技術では、本発明における、コールドプレスする際の熱安定性を保つという課題は存在しない。
【００８２】
式（４）の第２辺で定義される上限は好ましくは０．０５以下、より好ましくは０．０３以下、更に好ましくは０．０１以下、より一層好ましくは０．００５以下、最も好ましくは０．００１以下である。
【００８３】
【実施例】
【００８４】
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。【００８５】
［用いた材料］
（１）炭素繊維
東邦テナックス社製のサイズ剤付与済み炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４Ｋ  （平均繊維径７μｍ）、密度１．７５ｇ／ｃｍ３
（２）熱可塑性樹脂
（２−１）ナイロン６
ユニチカ社製のナイロン６樹脂Ａ１０３０
密度１．１３ｇ／ｃｍ３
融点  約２２０℃
（２−２）ポリカーボネート（ＰＣ）
帝人株式会社製：パンライト（登録商標）Ｋ−１３００Ｙ
密度１．２０ｇ／ｃｍ３
ガラス転移温度  約１４５℃
（２−３）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
帝人製ポリエチレンテレフタレート樹脂ＴＲＮ−８５５０ＦＦ
密度１．４０ｇ／ｃｍ３
融点  約２５２℃
［評価方法］
本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数の割合（ｎ１／Ｎ）
複合材料を、連続繊維方向に垂直な方向から断面観察できる様に切断して、光学顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製ＶＨＸ−１０００）を用いて、１視野（１．０ｍｍ×１．０ｍｍ）から無作為に１００本の炭素繊維の熱可塑性樹脂被覆状態を観察し、炭素繊維外周の５０％未満が熱可塑性樹脂に被覆された炭素繊維数をカウントした。観察箇所を変えてこの操作を５回繰り返して実施し、合計５００本の炭素繊維の熱可塑性樹脂被覆状態を観察し、熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数（ｎ１）を数えた。ｎ１を観察個体数である５００本で除算し、ｎ１／Ｎとした。
（２）熱可塑性樹脂またはサイズ剤のいずれにも、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合（ｐ）
幅１００ｍｍに切り出した複合材料の端部を連続繊維の繊維方向と垂直な方向に切り落とし、切り落とした複合材料の端部（以下、「最初の端部」と言う場合がある）から１０ｍｍの部分をＣＧＫシャベリングベンダー（ＢＧ２０−ＨＳ）の曲げ加工部を使い、連続繊維の繊維方向と直角に複合材料を折った。【００８６】
折った部分（最初の端部から１０ｍｍの部分）を引き抜き、新しくできた端部より飛び出した炭素繊維は、熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面のおおよそ１０％未満しか被覆されていないと観察され、これをハサミで切り出して、新しくできた端部から飛び出した炭素繊維の重量Ｗａを測定した。【００８７】
このとき、熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面のおおよそ１０％以上が被覆されている炭素繊維は、折った部分（最初の端部から１０ｍｍの部分）に残っているので、当該折った部分（最初の端部から１０ｍｍの部分）をアルミナ製のるつぼに入れて蓋をし、マッフル炉（ヤマト科学製：ＦＰ４１０）を用いて、大気下５５０℃で４０分間熱処理し、複合材料を構成する熱可塑性樹脂のみを完全に焼失させ、残った炭素繊維の重量Ｗｂを測定した。【００８８】
上記、作業を１枚の複合材料で３回繰り返し、５枚の複合材料で合計１５回実施し、それぞれ測定したＷａとＷｂの平均値より、Ｗａ÷（Ｗａ＋Ｗｂ）を算出し、これをｐの値とした。
（３）複合材料の密度ｄｃ、成形体の密度ｄｍ
複合材料（又は成形体）を１辺５０ｍｍの正方形にカットし、１００℃に加温した熱風乾燥器で２時間乾燥させ、電子天秤で乾燥重量Ｗ１を測定した。続けて、同サンプルを水中に沈め、水中重量Ｗ２を測定し、式（６−１）（又は式（６−２））から複合材料の密度ｄｃ（又は成形体の密度ｄｍ）を算出した。なお、密度の単位はｇ／ｃｍ３で計算した。【００８９】
また、前述したように、特に断りの無い限り、明細書中の同一式中の密度は同じ単位を示すものである。【００９０】
式（６−１）  ｄｃ＝ｄｗ×Ｗ１／（Ｗ１‐Ｗ２）  （ｄｗ：水の密度）
式（６−２）  ｄｍ＝ｄｗ×Ｗ１／（Ｗ１‐Ｗ２）  （ｄｗ：水の密度）
（４）複合材料の熱安定性の評価
熱風循環式加熱炉を用いて、複合材料を２８０℃まで加熱した後、２３℃の空間に把持してから２０秒後のサンプル表面温度を測定し、低下した温度ΔＴを評価値とした。
（５）コールドプレス後の評価
複合材料を、２００ｍｍ×１００ｍｍに切り出し（連続繊維の繊維軸方向が２００ｍｍ）熱風循環式加熱炉を用いて、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点以上融点＋８０℃以内または分解温度以下、熱可塑性樹脂が非晶性樹脂の場合はガラス転移温度＋１００℃以上ガラス転移温度＋２００℃以内または分解温度以下に加熱し、結晶性樹脂の場合は融点、非晶性樹脂の場合はガラス転移温度より低い温度の平板状（キャビティサイズ２１０ｍｍ×１００ｍｍ）の成形型内に、加熱した複合材料を熱風循環式加熱炉から取り出して２０秒後に設置して型を閉じ、２１Ｔｏｎの荷重を与えて、５０秒間コールドプレスした。【００９１】
（評価１）作製した成形体をＪＩＳＫ７０１７（１９９９）の手順に従い、ｎ＝１０で曲げ試験を実施し、曲げ強度の平均値および曲げ弾性率の平均値を算出した。【００９２】
（評価２）曲げ試験結果から、標準偏差σを算出し、平均値からσを引いた値よりも小さい値を示した試験片の個数を確認した。この評価法により、コールドプレスで得られた成形体の欠陥を確認した。【００９３】
（評価３）で作製した成形板について、外観表面の平滑性や金型転写性を確認し、以下の評価を行った。【００９４】
Excellent：非常に良好
Good：良好
Unsatisfactory：部分的には良好であるが、不良の部分もあった。【００９５】
Poor：明らかに不良
の４段階で評価し、もっとも多かった評価をその成形体の外観評価とした。【００９６】
（６）炭素繊維と熱可塑性樹脂の断面積
（６−１）
Ｓｆ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる炭素繊維の面積
東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４Ｋにおける炭素繊維の断面積は２４０００π（Ｄ／２）２（約０．９２ｍｍ２で）あり、これに用いた錘の数を乗算して、Ｓｔの値とした。ただしＤは炭素繊維単糸の直径である。【００９７】
（６−２）
Ｓｒ：連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際、複合材料に含まれる熱可塑性の面積
各実施例において、目的の炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）となるように熱可塑性樹脂の吐出量を調整して複合材料を製造していることより、熱可塑性樹脂の断面積ＳｒはＶｆ値より逆算して求めた。【００９８】
（実施例１）
炭素繊維をクリール（８４錘、図示せず）から巻き出し、一方向性の炭素繊維シート（図２の１１２）を溶融樹脂吐出金型（図２の１１３）から吐出させた溶融状態のナイロン６を、炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が５０％となるように吐出量を調整してシート材の両面に乗せて、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂を一体化した。【００９９】
続けて、溶融樹脂の融点以上に加温されたヒートバー（図２の２２１・２２２・２２３）を経て熱可塑性樹脂を一方向性の炭素繊維シート１１２に含浸させた。【０１００】
ヒートバー２２１・２２２・２２３の部分の拡大図を図３に示すが、ヒートバー２２１と２２３の間にある２２２は、上下位置を調整することが可能になっており、沈み込み距離（図２の４１２）を１０ｍｍに調整することで、炭素繊維表面への熱可塑性樹脂の被覆状態を調整した。そしてヒートバー２２１・２２２・２２３を通過後、複合材料前駆体の断面積を調整する治具１１６を通過することで、複合材料の断面積（複合材料の幅と厚み）を決定した。治具は、中空で矩形形状の、厚み１．０５ｍｍ、幅１５０ｍｍ（断面積１５７．５ｍｍ２）のものを用い、これに複合材料前駆体を通過させた後、冷却ローラー１１８を通過することで、熱可塑性樹脂の融点以下までサンプルの温度を下げ、複合材料１を得た。【０１０１】
得られた複合材料１の厚みは不均一であったが、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０３ｍｍであり、幅は１５０ｍｍであった。【０１０２】
熱風循環式加熱炉を用いて、複合材料１を２９０℃に加熱し、１３０℃の成形型内に載置して型を閉じ、コールドプレスして成形体を得た。結果を表１に示す。【０１０３】
（実施例２）
４２錘の炭素繊維をクリールから巻き出し、断面積を調節する治具の厚みを０．５３ｍｍに調整したこと以外は実施例１と同様に操作し、複合材料２を作製した。得られた複合材料２の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ０．５２ｍｍであった。また、複合材料２を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１０４】
（実施例３）
断面積を調節する治具の厚みを１．１０ｍｍに調整したこと以外は実施例１と同様に操作して複合材料３を作製した。得られた複合材料の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０７ｍｍであった。また、複合材料３を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１０５】
（実施例４）
実施例１と同様の装置条件で、同銘柄の炭素繊維を１２６錘に変更し、断面積を調節する治具の厚みを１．６０ｍｍに調整して複合材料４を作製した。得られた複合材料４の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．５７ｍｍであった。また、複合材料４を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１０６】
（実施例５）
実施例４で得た複合材料４を２本積層して倍の厚みの積層体１を得た。積層体１の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ３．０６ｍｍであった。また、積層体１を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１０７】
（実施例６）
実施例１と同様装置条件で、同銘柄の炭素繊維を６８錘に変更し、溶融状態のナイロン６を、炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が約４０％となるように吐出量を調整した以外は、実施例１と同様に操作し、複合材料６を作製した。得られた複合材料６の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０４ｍｍであった。また、複合材料６を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１０８】
（実施例７）
実施例１と同様装置条件で、同銘柄の炭素繊維を１００錘に変更し、溶融状態のナイロン６を、炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が約６０％となるように吐出量を調整した以外は、実施例１と同様に操作し、複合材料７を作製した。得られた複合材料７の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０１ｍｍであった。また、複合材料７を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１０９】
（実施例８）
実施例１と同様の材料および装置条件で、熱可塑性樹脂を帝人化成社製のポリカーボネート“パンライト”（登録商標）Ｋ−１３００Ｙに変更して複合材料８を作製した。得られた複合材料８の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０３ｍｍであった。【０１１０】
複合材料８を３００℃に加熱したこと以外は実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１１１】
（実施例９）
実施例１と同様の装置条件で、熱可塑性樹脂を帝人製ポリエチレンテレフタレート樹脂ＴＲＮ−８５５０ＦＦに変更して複合材料９を作製した。得られた複合材料９の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０３ｍｍであった。【０１１２】
複合材料９を３２０℃に加熱したこと以外は実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表１に示す。【０１１３】
（実施例１０〜１１）
炭素繊維の錘数をそれぞれ８、１６、３２とし、複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）を約５％、約１０％、約２０％と調整したこと以外は実施例１と同様に複合材料を作成し、それぞれ複合材料１０、複合材料１１、複合材料１２とした。これら複合材料１０〜１２の複合材料の熱安定性を評価した。結果を表２に示す。【０１１４】
複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）が増加するほど、低下した温度ΔＴは大きくなる傾向にあることが分かる。【０１１５】
（比較例１）
実施例１と同様の材料および装置条件で、ヒーター沈み込み距離（図３の４１２）を３ｍｍに変更して比較複合材料１を作製した。得られた比較複合材料１の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．０４ｍｍであった。【０１１６】
比較複合材料１を実施例１と同様にコールドプレスした。結果を表３に示す。【０１１７】
（比較例２）
実施例１と同様の材料および装置条件で、複合材料前駆体の断面積を調整する治具での厚みを０．９８ｍｍに調整して比較複合材料２を作製した。できるだけ空孔を無くすため、治具の厚みを極度に狭くしたために、治具通過時に、熱可塑性樹脂が治具でそぎ落とされた。この結果、炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）の目標値は５０％であったが、これよりは低い値となった。比較複合材料２の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ０．９９ｍｍであった。【０１１８】
実施例１と同様の手順でコールドプレスを実施したところ、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の溶融状態が安定しないため、加熱した複合材料の取扱い性が悪く、金型への搬送中に材料表面が固化していたように見受けられた。結果を表３に示す。【０１１９】
（比較例３）
実施例１と同様の装置条件で、複合材料前駆体の断面積を調整する治具での厚み調整を１．３０ｍｍにして比較複合材料３を作製した。比較複合材料３の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ１．１７ｍｍであった。大きい空孔を複合材料中に含めようとしたが、空気が抜けてしまい、治具での設定厚みと、複合材料の厚みに大きな差が生じた。【０１２０】
比較複合材料３を実施例１と同様にコールドプレスしたところ、加熱した材料の取扱い性は良好であったが、成形体の外観にわずかにシワのような凹凸が見られた。成形体断面をマイクロスコープで観察したところ、樹脂部分にボイドが散見された。結果を表３に示す。【０１２１】
（比較例４）
実施例１と同様の装置条件で、同銘柄の炭素繊維を２１錘に変更し、複合材料前駆体の断面積を調整する治具での厚みを０．２８ｍｍに調整した事以外は、実施例１と同様に操作し、比較複合材料４を作製した。比較複合材料４の厚みを、マイクロメーターを用いて１０点測定し平均値を求めたところ０．２６ｍｍであった。【０１２２】
比較複合材料４を実施例１と同様にコールドプレスしたところ、複合材料の厚みが薄いために加熱した複合材料が金型に投入する前に融点以下に冷えてしまった。そのままコールドプレスを継続したが、平板状の成形体は得られなかった。表３に示す。【０１２３】
（参考例１）
Ｅ−ガラス繊維（単糸直径１３μｍ、単糸数１６００本）にＶｆ４０％になるようにポリプロピレンを調整して、実施例１と同様にして含浸させ、参考材料１を得た。炭素繊維の密度ｄｆをガラス繊維の密度に置き換えた場合、１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００））の値は０．００８であった。【０１２４】
（参考例２）
Ｅ−ガラス繊維（単糸直径１３μｍ、単糸数１６００本）にＶｆ４０％になるようにポリプロピレンを調整して、比較例２と同様にして含浸させ、参考材料２を得た。炭素繊維の密度ｄｆをガラス繊維の密度に置き換えた場合、１−ｄｍ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００））の値は０．００１以下であった。【０１２５】
参考材料１、参考材料２の溶融状態の安定性を比較評価し、低下した温度ΔＴを評価した。結果を表４に示す。この結果より、参考材料１と参考材料２とのΔＴに差はなく、ガラス繊維を用いた場合、コールドプレスする際に、複合材料の熱安定性が不安定となる課題は生じていないことがわかる。【０１２６】
（参考例３）
複合材料１を、成形型の温度を２７０℃、圧力２．０ＭＰａ、５ｍｉｎの条件でホットプレスして成形体を製造した。結果を表５に示す。【０１２７】
（参考例４）
比較複合材料２を、参考例３と同様の条件でホットプレスして成形体を製造した。結果を表５に示す。【０１２８】
参考例３、４の結果より、ホットプレスした場合には、コールドプレスする際に、複合材料の熱安定性が不安定になる課題が生じないため、両者ともに表面外観は良好な値を示すこととなった。
【０１２９】
【表１】
0005749868.tif 000002
【０１３０】
【表２】
0005749868.tif 000003
【０１３１】
【表３】
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【０１３２】
【表４】
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【０１３３】
【表５】
0005749868.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の複合材料は、表面外観良好で優れた機械強度を有する成形体を提供することを可能とするものであり、自動車、船舶、航空機などの輸送機器、電気・電子機器、事務用機器等の内外装材や部品といった種々の産業において極めて有用なものである。
【要約】
一方向の連続繊維である炭素繊維と、熱可塑性樹脂とを含む厚み０．３ｍｍ以上の複合材料であって、連続繊維方向に垂直な断面方向から観察した際に、複合材料に含まれる炭素繊維の断面が、式（１）ｎ１／Ｎ≦０．１、および式（２）ｐ＜０．０１を満し、
複合材料の密度ｄｃが、式（３）０．００１≦（１−ｄｃ／（ｄｒ×（Ｖｒ／１００）＋ｄｆ×（Ｖｆ／１００）））≦０．１を満たすコールドプレス用の複合材料。ただし、Ｎ：複合材料に含まれる炭素繊維の繊維本数、ｎ１：熱可塑性樹脂またはサイズ剤の少なくとも一方で、表面の５０％未満が被覆されている炭素繊維の本数、ｐ：熱可塑性樹脂またはサイズ剤のいずれにも、実質的に被覆されていない炭素繊維の本数の割合、Ｖｒ：複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の体積割合（％）、Ｖｆ：複合材料に含まれる炭素繊維の体積割合（％）、ｄｒ：熱可塑性樹脂の密度、ｄｆ：炭素繊維の密度  である。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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