(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形することを含む、立面と天面を有する成形体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たす、成形体の製造方法。
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【請求項２】
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形してなる成形体であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たす、成形体。
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【請求項３】
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形することを含む、立面と天面を有する成形体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、成形体の製造方法。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【請求項４】
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形してなる成形体であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、成形体。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【請求項５】
前記複合材料が、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、請求項１に記載の成形体の製造方法。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【請求項６】
前記複合材料が、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、請求項２に記載の成形体。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【請求項７】
温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、歪みが３０％、法線荷重２Ｎにおける前記複合材料の複素粘性率が１０００Ｐａ・ｓｅｃ以下である、請求項１又は５に記載の成形体の製造方法。
【請求項８】
温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、歪みが３０％、法線荷重２Ｎにおける前記複合材料の複素粘性率が１０００Ｐａ・ｓｅｃ以下である、請求項２、４、又は６に記載の成形体。
【請求項９】
成形体がディンプル形状、コルゲート形状、又はハット形状を有する、請求項１、３、５、又は７に記載の成形体の製造方法。
【請求項１０】
立面と天面を有する請求項２、４、６、又は８に記載の成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料およびこれを用いた成形体に関するものである。より詳しくは、成形体の立面と天面との遷移区間で、炭素繊維の面内配向性に優れ、車両部品等に好適に使用することができる成形体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、機械分野において、熱可塑性樹脂と、炭素繊維を含む、いわゆる繊維強化樹脂成形体が注目されている。これら繊維強化樹脂成形体は熱可塑性樹脂内で炭素繊維が分散されているため、機械物性に優れており、自動車等の構造部材として注目されている。そのような部材としては、所謂ディンプル形状（深絞り形状）、コルゲート形状、又はハット形状など立面と天面を有する部位を有しているものも多い。
特許文献１では、熱可塑性樹脂と強化用繊維からなる繊維強化複合材料シートから成形された、フランジ部を有し、本体部分の密度をフランジ部の密度に対して０．５０〜０．９１の比率とした衝撃吸収部材が記載されている。この衝撃吸収部材は、ディンプル形状を有するものと言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平６−３３５９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、その明細書記載のとおり、熱可塑性樹脂と強化用繊維からなる繊維強化複合材料シートをプレス成形する際に、当該シートを加圧する部位や加圧の程度を工夫することにより、本体部分が多孔質でその密度が理論値より小さい衝撃吸収部材が得られている。
しかし、繊維強化複合材料の成形体の用途においては、多孔質の部分が無い成形体や、各部の密度が均一な成形体が好ましい場合もある。特に、ディンプル形状（深絞り形状）、コルゲート形状、又はハット形状などの立面と天面を有する成形体として、より汎用性が高く、且つ、より優れた物性の成形体を得るための技術革新が求められていた。
本発明は、立面と天面を有し、より汎用性が高く、且つ、より優れた物性の成形体及び成形体の製造方法、並びに該成形体を成形するために用いることができる繊維強化複合材料を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を鑑み鋭意検討を行い、ディンプル形状、コルゲート形状、又はハット形状など立面と天面を有する繊維強化複合材料成形体に関し、ディンプル形状部、コルゲート形状部、又はハット形状部などの天面にいたる直前の立面における強化繊維の配向の乱れが物性低下に影響があることを見出した。そして、強化繊維の配向乱れの抑制に、成形材料として、特定の粘性を有する複合材料を用いることが有効であることを見出して本発明を完成させた。即ち、本発明は以下を要旨とするものである。【０００６】
＜１＞
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形することを含む、立面と天面を有する成形体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たす、成形体の製造方法。
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
＜２＞
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形してなる成形体であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たす、成形体。
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
＜３＞
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形することを含む、立面と天面を有する成形体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、成形体の製造方法。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
＜４＞
重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含んだ複合材料をプレス成形してなる成形体であって、
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙとの、少なくとも２種類を含み、
前記熱可塑性樹脂Ｘがポリアミド系樹脂Ａ、前記熱可塑性樹脂Ｙがポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂであり、
該複合材料は、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、成形体。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
＜５＞
前記複合材料が、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、＜１＞に記載の成形体の製造方法。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
＜６＞
前記複合材料が、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、＜２＞に記載の成形体。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
＜７＞
温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、歪みが３０％、法線荷重２Ｎにおける前記複合材料の複素粘性率が１０００Ｐａ・ｓｅｃ以下である、＜１＞又は＜５＞に記載の成形体の製造方法。
＜８＞
温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、歪みが３０％、法線荷重２Ｎにおける前記複合材料の複素粘性率が１０００Ｐａ・ｓｅｃ以下である、＜２＞、＜４＞、又は＜６＞に記載の成形体。
＜９＞
成形体がディンプル形状、コルゲート形状、又はハット形状を有する、＜１＞、＜３＞、＜５＞、又は＜７＞に記載の成形体の製造方法。
＜１０＞
立面と天面を有する＜２＞、＜４＞、＜６＞、又は＜８＞に記載の成形体。
本発明は、上記＜１＞〜＜１０＞に係る発明であるが、以下、それ以外の事項についても参考のため記載している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明における複合材料は、高い歪み、及び／又はせん断がかかる領域で複素粘性率が低いため、プレス成形時の伸長工程において、複合材料の追従性が優れている。これにより、ディンプル形状、コルゲート形状、又はハット形状など立面と天面を有する成形体を製造した場合、立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の直前の立面で、複合材料の炭素繊維形態を乱さずに、成形体を製造できる（複合材料に含まれる炭素繊維が２次元ランダム分散している場合、成形体において炭素繊維が２次元ランダム分散の状態が維持され、板厚方向に炭素繊維が配向することが低減される）。
すなわち、本発明によれば、より汎用性が高く、且つ、より優れた物性の成形体及び成形体の製造方法、並びに該成形体を成形するために用いることができる繊維強化複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（Ａ）複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットしたもの。（Ｂ）歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットし、歪み３５％以上における線形近似を行った際の近似直線の傾きＫ１と、歪み３５％未満における線形近似を行った際の近似直線の傾きＫ２とを示した模式図。
【図２】（Ａ）複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットしたもの。（Ｂ）せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットし、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上における線形近似を行った際の近似直線の傾きＫ３と、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満における線形近似を行った際の近似直線の傾きＫ４とを示した模式図。
【図３】（ａ）〜（ｂ）本発明の複合材料を用いて成形したディンプル形状を有する成形体。（ｃ）図３の（ｂ）に示すＸ−Ｘ’断面における、ディンプル形状の断面図。
【図４】（ａ）従来の複合材料を用いてディンプル形状に成形した場合の断面図。立面から天面に至る遷移区間の直前の立面で、繊維配向の乱れが発生している事を示す模式図。（ｂ）本発明の複合材料を用いてディンプル形状に成形した場合の断面図。立面から天面に至る遷移区間の直前の立面では、繊維配向の乱れが発生していない事を示す模式図。
【図５】炭素繊維の配向が乱れやすい部分を示した模式図。ただし、紙面下側を成形型下型に接触させて成形した場合である。
【図６】（ａ）ディンプル形状の複合材料を成形するための複合材料と成形型を描いた模式図。（ｂ）作成したディンプル形状の成形体の模式図。
【図７】（ａ）〜（ｆ）ディンプル形状の成形体を製造するに当たり、プレス成形（圧縮成形）する様子を示した模式図。図６のＹ−Ｙ’断面を描いたもの。
【図８】（ａ）図７（ｄ）の状態を示す模式図（ｂ）図８（ａ）の８０１の部分を拡大したもの。従来の複合材料を用いてディンプル形状に成形する際の模式図。（ｃ）図８（ａ）の８０１の部分を拡大したもの。本発明の複合材料を用いてディンプル形状に成形する際の模式図。（ｄ）従来の複合材料を用いてディンプル形状に成形した場合の、立面から天面に至る遷移区間の直前で、繊維配向の乱れが発生している様子を示した模式図。（ｅ）本発明の複合材料を用いてディンプル形状に成形した場合の、立面から天面に至る遷移区間の直前で、繊維配向が乱れていない様子を示した模式図。
【図９】プレス成形体の天面、立面、遷移区間、立面から天面に至る遷移区間の直前の立面を描いた模式図。
【図１０】コルゲート形状を有する成形体の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明について好適な実施形態を示し、添付図面も参照の上、詳細に説明する。本発明の説明に関し、習慣上、質量を重量と称している場合がある。
【００１０】
本発明は、重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含む複合材料であって、該複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たす、複合材料に関する。
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
また、本発明は、重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と、熱可塑性樹脂を含む複合材料であって、該複合材料は、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たす、複合材料にも関する。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
【００１１】
１．炭素繊維
１．１ 炭素繊維の種類
本発明に用いられ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。
なかでも、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１００ＧＰａ〜６００ＧＰａの範囲内であることが好ましく、２００ＧＰａ〜５００ＧＰａの範囲内であることがより好ましく、２３０ＧＰａ〜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２０００ＭＰａ〜１００００ＭＰａの範囲内であることが好ましく、３０００ＭＰａ〜８０００ＭＰａの範囲内であることがより好ましい。
【００１２】
１．２ サイジング剤
本発明に用いられる炭素繊維は、表面にサイジング剤が付着しているものであってもよい。サイジング剤が付着している炭素繊維を用いる場合、当該サイジング剤の種類は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜選択することができるものであり、特に限定されるものではない。
本発明における複合材料や成形体を製造するために好ましいサイジング剤としては、例えば国際公開第２０１３／１３３４２１号公報に記載の三元共重合体ポリアミド粒子を用いることが好ましい。例えば、該公報の実施例１に記載のサイジング剤である、ナイロン６／ナイロン６６／ナイロン１２（重量比；４５／１５／４０ｗｔ％）を用いれば、本発明における好ましい態様である、ポリアミド系樹脂と、ポリアリーレンエーテル系樹脂を用いた場合に特に好ましいものとなる。
【００１３】
１．３ 繊維長
本発明に用いられる炭素繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ以上であり、１ｍｍ以上１００ｍｍ以下であると好ましい。炭素繊維の重量平均繊維長は、３ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることがより好ましく、５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
重量平均繊維長が１００ｍｍ以下であれば、複合材料の流動性が低下せず、プレス成形の際に所望の成形体形状を容易に得られる。一方、重量平均繊維長が１ｍｍ以上の場合、成形体の機械強度が充分なものとなる。
なお、炭素繊維強化複合材料を用いた射出成形の場合、通常、良好な外観を構成する射出成形品に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ未満である。
本発明においては繊維長が互いに異なる炭素繊維を併用してもよい。換言すると、本発明に用いられる炭素繊維は、重量平均繊維長に単一のピークを有するものであってもよく、あるいは複数のピークを有するものであってもよい。
【００１４】
炭素繊維の平均繊維長は、例えば、成形体から無作為に抽出した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、下記式（ａ）に基づいて求めることができる。
なお、個々の炭素繊維の繊維長をＬｉ、測定本数をｊとすると、数平均繊維長（Ｌｎ）と重量平均繊維長（Ｌｗ）とは、以下の式（ａ）、（ｂ）により求められる。
Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｊ ・・・式（ａ）
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２ ）／（ΣＬｉ） ・・・式（ｂ）
繊維長が一定長の場合は数平均繊維長と重量平均繊維長は同じ値になる。
成形体からの炭素繊維の抽出は、例えば、成形体に対し、５００℃×１時間程度の加熱処理を施し、炉内にて樹脂を除去することによって行うことができる。
【００１５】
１．４ 繊維径
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。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、ＪＩＳＲ７６０７：２０００に記載された方法によって測定することができる。
【００１６】
１．５ 炭素繊維体積割合
本発明において、下記式（ｃ）で定義される、複合材料やそれから得られる成形体における炭素繊維の体積割合（「炭素繊維体積割合」、以下、単に「Ｖｆ」ということがある）は、３ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。より好ましい炭素繊維体積割合は、１０ｖｏｌ％以上６０ｖｏｌ％以下であり、更に好ましくは、１０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であり、より一層好ましくは２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であり、最も好ましくは２５ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％以下である。
炭素繊維体積割合（Ｖｆ）＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）  式（ｃ）
複合材料やそれから得られる成形体における炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が３ｖｏｌ％以上の場合、所望の機械特性が得られやすい。一方で、複合材料や成形体における炭素繊維体積割合（Ｖｆ）が６０ｖｏｌ％を超えない場合、プレス成形に使用する際の流動性が良好で、所望の成形体形状を得られやすい。
【００１７】
１．６ 目付
成形体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以上１００００ｇ／ｍ２ 以下とされる。
【００１８】
１．７ 繊維形態
１．７．１ 繊維束
本発明において、複合材料やそれから得られる成形体に含まれる炭素繊維は、炭素繊維束を含む。
本発明に用いられる炭素繊維は、繊維束を含んでいればよく、単糸と繊維束の両者が混在していてもよい。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。本発明に用いられる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、数本〜１０万本の範囲内とされる。
【００１９】
一般的に、原料となる炭素繊維は、数千〜数万本のフィラメントが集合した繊維束状となっている。炭素繊維をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり薄肉の成形体を得ることが困難になる場合がある。このため、炭素繊維を用いる場合は、繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが通常である。
本発明における炭素繊維は、繊維束の開繊程度を制御し、特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束を含むことが好ましく、特定本数未満の炭素繊維（単糸）又は炭素繊維束を含むことがより好ましい。
すなわち、炭素繊維束は、炭素繊維単糸が１０本以上束になっていれば問題無い。
【００２０】
１．７．２ 炭素繊維の２次元ランダム分散
本発明における複合材料やそれから得られる成形体に含まれる炭素繊維は、繊維の長軸方向が複合材料や成形体の面内方向において２次元ランダムに分散していることが好ましい。
ここで、２次元ランダムに分散しているとは、炭素繊維が、複合材料や成形体の面内方向において一方向のような特定方向ではなく無秩序に配向しており、全体的には特定の方向性を示すことなくシート面内に配置されている状態を言う。この２次元ランダムに分散している不連続繊維を含む複合材料や成形体は、面内に異方性を有しない、実質的に等方性のものである。
また、複合材料や成形体の面内方向とは、複合材料や成形体の板厚方向に直交する方向である。長手方向あるいは幅方向がそれぞれ一定の方向を指すのに対して、同一平面上（板厚方向に直交する平行な面）の不定の方向を意味している。
【００２１】
なお、２次元ランダムの配向度は、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評価する。複合材料や成形体の任意の方向、及びこれと直交する方向について、それぞれ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（Ｅδ）比が２以下、より好ましくは１．３以下であれば、炭素繊維が２次元ランダムに分散していると評価できる。
【００２２】
２．熱可塑性樹脂
２．１ 熱可塑性樹脂の種類
熱可塑性樹脂は、所望の強度を有する複合材料を得ることができるものであれば特に限定されるものではなく、複合材料の用途等に応じて適宜選択して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、複合材料の用途等に応じて所望の軟化温度又は融点を有するものを適宜選択して用いることができる。
上記熱可塑性樹脂としては、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系樹脂、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、ビニル系樹脂等を挙げることができる。
【００２３】
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等を上げることができる。
上記ビニル系樹脂としては、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。
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。
上記ポリアミド系樹脂としては、例えば、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド４６、ポリアミド５６、ポリアミド４１０、ポリアミド５１０、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１０１０、ポリアミド４Ｔ、ポリアミド５Ｔ、ポリアミド５Ｉ、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド６Ｉ、ポリアミド４，６共重合体、ポリアミド１０１２、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、イソフタル酸とビス（３−メチル−４アミノシクロヘキシル）メタンとを、重合してなるポリアミド（ポリアミドＰＡＣＭＩ）などのホモポリマ−、または、これらの共重合体または混合物等のポリアミド系樹脂を使用することができる。
【００２４】
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。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。
上記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。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。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。
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。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。
【００２５】
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は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、相互に軟化温度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。
【００２６】
２．２ 好ましい熱可塑性樹脂
本発明における熱可塑性樹脂は、少なくとも熱可塑性樹脂Ｘと、熱可塑性樹脂Ｙの２種類を含んでいることが好ましい。
【００２７】
２．３ より好ましい熱可塑性樹脂
本発明における熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂Ｘとしてのポリアミド系樹脂Ａと、熱可塑性樹脂Ｙとしてのポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂの、少なくとも２種類の熱可塑性樹脂を含む事が好ましい。
【００２８】
２．３．１ ポリアミド系樹脂Ａ
本発明におけるポリアミド系樹脂Ａに特に限定はないが、例えば、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド４６、ポリアミド５６、ポリアミド４１０、ポリアミド５１０、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド１０１０、ポリアミド４Ｔ、ポリアミド５Ｔ、ポリアミド５Ｉ、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド６Ｉ、ポリアミド４，６共重合体、ポリアミド１０１２、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭＸＤ６、イソフタル酸とビス（３−メチル−４アミノシクロヘキシル）メタンとを、重合してなるポリアミド（ポリアミドＰＡＣＭＩ）などのホモポリマ−、または、これらの共重合体または混合物等のポリアミド系樹脂を使用することができる。
これらポリアミドの中でも、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６Ｔを用いることが好ましく、ポリアミド６、またはポリアミド６６を用いることがより好ましい。
【００２９】
ポリアミド系樹脂は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種類以上のポリアミド系樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化温度又は融点が異なるポリアミド系樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なるポリアミド系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。
またポリアミド系樹脂の末端基や側鎖にカルボン酸との反応性官能基を導入したポリアミド誘導体を用いることもできる。
なお、本明細書において、ポリアミド系樹脂のことをＰＡ樹脂と表記する場合がある。
【００３０】
２．３．２ ポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂ
本発明におけるポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂは、公知の製造方法により得ることができ、商業的に入手できる様々なポリアリーレンエーテル系樹脂を使用することもできる。
ポリアリーレンエーテル系樹脂とは、下記式：
【００３１】
【化１】
0006697583.tif 000002
【００３２】
（式中、それぞれのＺ１ は、独立して、水素、ハロゲン、非置換又は置換Ｃ１〜Ｃ１２ヒドロカルビル（但し、ヒドロカルビル基はｔｅｒｔ−ヒドロカルビルではない）、Ｃ１〜Ｃ１２ヒドロカルビルチオ、Ｃ１〜Ｃ１２ヒドロカルビルオキシ、又はＣ２〜Ｃ１２ハロヒドロカルビルオキシであり、ここでハロゲンと酸素原子とは少なくとも２つの炭素原子によって離隔されており；それぞれのＺ２は、独立して、水素、ハロゲン、非置換又は置換Ｃ１〜Ｃ１２ヒドロカルビル（但し、ヒドロカルビル基はｔｅｒｔ−ヒドロカルビルではない）、Ｃ１〜Ｃ１２ヒドロカルビルチオ、Ｃ１〜Ｃ１２ヒドロカルビルオキシ、又はＣ２〜Ｃ１２ハロヒドロカルビルオキシであり、ここでハロゲンと酸素原子とは少なくとも２つの炭素原子によって離隔されている）を有する繰返し構造を含むものであり、本発明におけるポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂとして用いられるものに特に限定はないが、ポリアリーレンエーテル系樹脂や変性ポリアリーレンエーテル系樹脂であれば良い。
【００３３】
これらポリアリーレンエーテル系樹脂の中でも、特にポリフェニレンエーテル樹脂、または変性ポリフェニレンエーテル樹脂であることが好ましい。
ポリアリーレンエーテル系樹脂は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種類以上のポリアリーレンエーテル系樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化温度又は融点が異なるポリアリーレンエーテル系樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なるポリアリーレンエーテル系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。
【００３４】
２．３．３ ポリフェニレンエーテル樹脂
ポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂとして、ポリフェニレンエーテル樹脂を使用する場合、特に限定されるものではないが、例えば、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２−メチル−６−エチル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２−メチル−６−フェニル−１，４−フェニレンエーテル）、ポリ（２，６−ジクロロ−１，４−フェニレンエーテル）等が挙げられる。
さらに、ポリフェニレンエーテル樹脂の共重合体としては、特に制限されないが、例えば、２，６−ジメチルフェノールと２，３，６−トリメチルフェノールとの共重合体、２，６−ジメチルフェノールとｏ−クレゾールとの共重合体、及び２，３，６−トリメチルフェノールとｏ−クレゾールとの共重合体といった、ポリフェニレンエーテル構造を主体とするものが挙げられる。機械的強度の観点からは、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、２，６−ジメチルフェノールと２，３，６−トリメチルフェノールとの共重合体、これらの混合物が好ましい。
【００３５】
ポリフェニレンエーテル樹脂は、一種単独で用いてもよく、２種以上併用してもよい。
また、ポリフェニレンエーテル樹脂は、本発明の所望の効果を逸脱しない限度で、他の種々のフェニレンエーテル単位を部分構造として含んでいてもよい。かかるフェニレンエーテル単位としては、以下に制限されないが、例えば、２−（ジアルキルアミノメチル）−６−メチルフェニレンエーテル単位や、２−（Ｎ−アルキル−Ｎ−フェニルアミノメチル）−６−メチルフェニレンエーテル単位が挙げられる。
さらに、ポリフェニレンエーテルの一部又は全部を、アシル官能基とカルボン酸、酸無水物、酸アミド、イミド、アミン、オルトエステル、ヒドロキシ及びカルボン酸アンモニウム塩よりなる群から選択される１種以上とを含む官能化剤と反応（変性）させることにより変性ポリフェニレンエーテル樹脂としてもよい。
なお、本明細書において、ポリフェニレンエーテルをＰＰＥ樹脂と表記する場合がある。
【００３６】
２．３．４ ポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂの質量割合（含有量）
ポリアミド系樹脂Ａが１００質量部に対するポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂの質量割合が、２０質量部以上３００質量部以下であることが好ましい。該範囲であれば、高温高湿域に於ける曲げ強度の低下率を、好ましく抑制できる。
ポリアミド系樹脂Ａが１００質量部に対するポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂの質量割合は、下限値が２０質量部以上であることが好ましく、３０質量部以上であることがより好ましく、５０質量部以上であることが更に好ましく、７０質量部以上であることが最も好ましい。
また、ポリアミド系樹脂Ａが１００質量部に対するポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂの質量割合は、上限値が３００質量部以下であることが好ましく、２４０質量部以下であることがより好ましく、２００質量部以下であることが更に好ましく、１５０質量部以下であることが最も好ましい。
【００３７】
２．４ 熱可塑性樹脂Ｚを用いた形態
本発明における成形体や複合材料は、ポリアミド系樹脂Ａと、ポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂに加えて、更に、熱可塑性樹脂Ｚを含んでいることが好ましい。用いられる熱可塑性樹脂Ｚは１種でも良いし、２種以上でも良い。
【００３８】
（熱可塑性樹脂Ｚの種類）
本発明における熱可塑性樹脂Ｚの種類に限定は無いが、ポリスチレン系樹脂であることが好ましい。
ポリスチレン系樹脂としては、例えばスチレンもしくはその誘導体の単独重合体並びに例えばポリブタジエン、ポリイソプレン、ブチルゴム、ＥＤＰＭゴム、エチレン−プロピレン共重合体、天然ゴム、ポリスルフィドゴム、ポリウレタンゴム、エビクロロヒドリンのような、天然または合成エラストマー物質の混合あるいは相互作用によって変性されたスチレン重合体、さらには、スチレン含有共重合体、例えば、アクリロニトリル‐スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−ブタジエン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリ−α−メチル−スチレン、エチルビニルベンゼンとジビニルベンゼンの共重合体などが挙げられる。さらに、本発明のために、好ましい樹脂はポリスチレンホモポリマー、またはポリブタジエンゴムもしくはＥＰＤＭゴムの３重量％〜３０重量％、好ましくは、４重量％〜１２重量％と混合、またはそれでグラフト化したゴム変性ポリスチレンである。
【００３９】
ポリスチレン系樹脂は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種類以上のポリスチレン系樹脂を併用する態様としては、例えば、相互に軟化温度又は融点が異なるポリスチレン系樹脂を併用する態様や、相互に平均分子量が異なるポリスチレン系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。
なお、本明細書において、ポリスチレンをＰＳ樹脂と表記する場合がある。
【００４０】
２．５ 熱可塑性樹脂Ｚの質量割合（含有量）
熱可塑性樹脂Ｚを用いる場合、ポリアミド系樹脂Ａが１００質量部に対して、熱可塑性樹脂Ｚの質量割合は、下限値が０．５質量部以上であることが好ましく、１質量部以上であることがより好ましく、５質量部以上であることが更に好ましく、１０質量部以上であることがより一層好ましく、２０質量部以上であることが特に好ましく、３０質量部以上であることが特に好ましく、３０質量部超であることが最も好ましい。
また、熱可塑性樹脂Ｚを用いる場合、ポリアミド系樹脂Ａが１００質量部に対して、熱可塑性樹脂Ｚの質量割合は、上限値が３００質量部以下であることが好ましく、２００質量部以下であることがより好ましく、１５０質量部以下であることが更に好ましく、１２０質量部以下であることがより一層好ましく、１００質量部以下であることが特に好ましく、８０質量部以下であることが最も好ましい。
【００４１】
２．６ 相溶化剤
本発明における熱可塑性樹脂がポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂを含むものである場合、本発明の複合材料及び成形体は、相溶化剤を含むことが好ましい。相溶化剤としては、ポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂとの相溶化剤であれば特に限定はない。
相溶化剤の含有量は、ポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂが１００質量部に対して、相溶化剤を０．０５質量部以上とすることが好ましく、０．１質量部以上とすることがより好ましく、０．２質量部以上とすることがさらに好ましく、０．３質量部以上とすることがさらにより好ましい。上限は１０質量部以下とすることが好ましく、８質量部以下とすることがより好ましく、６質量部以下とすることがさらに好ましい。
相容化剤は、ポリアミド系樹脂か、ＰＰＥ樹脂か、又はこれらの両者と相互作用する多官能性化合物を意味する。この相互作用は化学的（例えばグラフト化）であっても、又は物理的（例えばその分散相の表面特性に影響を及ぼすような）であってもよい。
相溶化剤の種類に限定は無く、例えば特開平１１−２４１０１７号公報に記載されているような、公知の相溶化剤を利用できる。
【００４２】
具体的には、クエン酸、マレイン酸、イタコン酸、イソクエン酸、リンゴ酸、フマル酸、アガリシン酸、及びこれらの無水物から選ばれる少なくとも１種以上を用いることができる。好ましいのは、クエン酸、マレイン酸又はその無水物である。マレイン酸又はその無水物は、比較的少量で、ポリアミドとポリフェニレンエーテルを相溶化できるので好ましい。
最も好ましくはクエン酸であり、これはポリアリーレンエーテル系樹脂を官能性化する反応と、官能性化ポリアリーレンエーテル系樹脂とポリアミド系樹脂の反応との、２つの反応に於いて、十分な反応性を持ち、かつ未反応の相溶化剤によるポリアミド系樹脂の分解反応が促進されることがないためである。
【００４３】
２．７ その他の熱可塑性樹脂
本発明における熱可塑性樹脂がポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂを含むものである場合、本発明における効果を損なわない範囲で、ポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂ以外の樹脂として（熱可塑性樹脂Ｚを用いる場合は、ポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂと熱可塑性樹脂Ｚ以外の樹脂として）、以下の熱可塑性樹脂を別途併用しても良い。
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のポリオレフィン系樹脂、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、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等のポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリメチルメタクリレート等の（メタ）アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、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、変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、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、ウレタン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂などが挙げられる。
【００４４】
別途併用する熱可塑性樹脂は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、相互に軟化温度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。
【００４５】
３．他の剤
本発明の成形体及び複合材料には、本発明の目的を損なわない範囲で種々の添加物、すなわち難燃剤、耐ＵＶ剤、光安定剤、酸化防止剤、熱安定剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤の添加剤、熱硬化性樹脂、充填剤、炭素繊維以外の補強繊維、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバーなどのナノ添加剤を含んでいてもよい。
【００４６】
４． 複合材料
本発明の成形体を製造するための材料は、複合材料である（本明細書で示す「複合材料」とは、成形体を製造する前の材料を指す）。
【００４７】
４．１ 複合材料の製造方法
複合材料は、一般的に公知の方法を用いて製造することができるが、例えば、国際公開第２０１３／０９４７０６号パンフレット、ＵＳ２０１５／００３１２５７に記載の方法を用いることができる。
【００４８】
４．２ ポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂを含む場合
本発明における熱可塑性樹脂がポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂを含むものである場合、以下の工程によって製造することが好ましい。
【００４９】
４．２．１ 複合材料の製造工程１．ポリマーアロイ成分の製造
ポリアミド系樹脂Ａと、ポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂとのポリマーアロイ成分（好ましくは熱可塑性樹脂Ｚを加えたポリマーアロイ成分）を準備する方法に特に限定はなく、既知の方法を使用できる。
例えば、ポリアミド系樹脂Ａおよびポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂを相溶化剤の存在下、２４０℃〜３００℃の範囲内で二軸混練機を用いて混練してポリマーアロイを作成し、ペレット形状やフィルム形状などのポリマーアロイを作製すると良い。
【００５０】
４．２．２ 複合材料の製造工程２．複合材料前駆体の製造
クリールから炭素繊維束を繰出し、これをカットし、カットされた炭素繊維束を拡散させながら、ペレット形状、繊維状、またはパウダー状のポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂとのポリマーアロイ（好ましくは熱可塑性樹脂Ｚを加えたポリマーアロイ）を、通気性支持体上に散布し、複合材料前駆体を作成するとよい。
また、カットされた炭素繊維束を拡散させて通気性支持体に散布した後、フィルム状のポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂとのポリマーアロイ（好ましくは熱可塑性樹脂Ｚを加えたポリマーアロイ）で挟み込んで、複合材料前駆体を作成しても良い。
【００５１】
４．２．３ 複合材料の製造工程３．複合材料の製造
熱可塑性樹脂の軟化温度に加熱して（好ましくは加圧して）、複合材料前駆体に散布された炭素繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる。
軟化温度とは、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂（ポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂや、ポリアミド系樹脂Ａとポリアリーレンエーテル系樹脂Ｂと熱可塑性樹脂Ｚ）のみからなる成形体の剛性が維持できず変形し易くなる温度をいう。好ましい軟化温度は２４０℃以上３００℃未満である。
なお、複合材料前駆体である、例えば２次元ランダム配列マットおよびその製造法や、複合材料の製造法（上記複合材料の製造工程２と３）については、米国特許第８９４６３４２号、特開２０１３−４９２０８号公報の明細書に詳しく記載されている。
本発明の複合材料の厚みは特に限定されるものではないが、通常、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内が好ましく、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内が好ましく、０．１〜５．０ｍｍがより好ましく、０．１〜３．０ｍｍの範囲内が更に好ましい。
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成形体全体の厚みを指すものとする。
【００５２】
５．複合材料の複素粘性率
５．１ 本発明における複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たす。
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
歪み掃引試験とは、歪み振幅依存の試験（周波数は一定）である。
換言すると、歪み掃引試験とは、歪み振幅依存性の試験であり、角速度一定（１００ｒａｄ／ｓｅｃ）でせん断を加えることを意味する。歪み０〜１００％は、パラレルプレートに挟んだ試験片の厚み方向の長さを１としたときの歪割合である。
また、せん断とは、その単位である「ｒａｄ／ｓｅｃ」（ラジアン毎秒）から明らかなように、角速度・角周波数を表す。
【００５３】
なお、本発明における、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットするとは、歪み％の値を横軸（ｘ軸）、複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を縦軸（ｙ軸）にして両対数プロットすることをいい、対数は常用対数を意味し、常用対数とは、底が１０である対数のことをいう。また、線形近似とは、最小二乗法による線形近似が好ましい。
図１は、本発明の複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行った時の値を、両対数プロットした具体例である。図１（ａ）（ｂ）において、三角マークは歪み３５％以上のデータ、四角マークは歪み３５％未満のデータをプロットしている。すなわち、Ｋ１は三角マークのプロットについて、Ｋ２は四角マークのプロットについて、線形近似を行った際の近似直線の傾きを、それぞれ意味する。
【００５４】
歪み３５％以上の領域では複合材料は低粘度化し、後述するように成形型に合わせて容易に形状を変えることができる一方で、歪み３５％未満の領域では一定以上の粘度を保持しているため、予備賦形時などの取り扱い性がよい。
従来技術の複合材料の場合、Ｋ１＞１．５×Ｋ２である（Ｋ２の傾きに対してＫ１の傾きが下がりにくい）。
本発明において、好ましくはＫ１≦１．６×Ｋ２であり、より好ましくはＫ１≦１．７×Ｋ２であり、更に好ましくはＫ１≦２．５×Ｋ２であり、より一層好ましくはＫ１≦３．５×Ｋ２であり、更により一層好ましくはＫ１≦４．０×Ｋ２であり、最も好ましくはＫ１≦４．５×Ｋ２である。なお、Ｋ１とＫ２の傾きはいずれも負の値であるため、前記係数が大きくなるほど、範囲としては狭い範囲を示す。
【００５５】
５．２ 本発明における複合材料は、Ｋ３≦０．９５×Ｋ４を満たすと良い。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
せん断掃引試験とは、周波数依存の試験であり（歪みは一定）、せん断角周波数掃引試験ともいう。
【００５６】
なお、本発明における、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットするとは、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値を横軸（ｘ軸）、複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を縦軸（ｙ軸）にして両対数プロットすることをいい、対数は常用対数を意味し、常用対数とは、底が１０である対数のことをいう。また、線形近似とは、最小二乗法による線形近似が好ましい。
図２（ａ）（ｂ）は温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験（０〜４００ｒａｄ／ｓｅｃ）を行ったときの値を、両対数プロットした具体例である。図２（ａ）（ｂ）において、Ｋ３は横棒マークのプロットについて、Ｋ４は丸マークのプロットについて、線形近似を行った際の近似直線の傾きを、それぞれ意味する。
せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の領域では複合材料は低粘度化し、後述するように成形型に合わせて容易に形状を変えることができる一方で、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の領域では一定以上の粘度を保持しているため、予備賦形時の取り扱い性がよい。
本発明において、好ましくはＫ３≦１．１×Ｋ４であり、より好ましくはＫ３≦１．３×Ｋ４であり、更に好ましくはＫ３≦１．５×Ｋ４であり、より一層好ましくはＫ３≦２．０×Ｋ４である。なお、Ｋ３とＫ４の傾きはいずれも負の値であるため、前記係数が大きくなるほど、範囲としては狭い範囲を示す。
【００５７】
６．成形体の製造方法
本発明における複合材料の成形は、プレス成形であることが好ましく、得られる成形体はプレス成形体であることが好ましい。すなわち、本発明の成形体を製造するにあたっての好ましい成形方法としては、コールドプレスやホットプレスを用いた圧縮成形（プレス成形）が利用される。射出成形で炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材料を成形した場合、成形において炭素繊維の折損が起き、成形体中の炭素繊維の重量平均繊維長が短くなりすぎてしまい、成形体の機械物性が不十分になる場合があるが、圧縮成形を利用するとそのような問題が起き難い。よって、圧縮成形で得られた成形体中の強化繊維の平均繊維長（好ましくは重量平均繊維長）を圧縮成形に用いられた複合材料中の強化繊維の平均繊維長とみなすことができる。
【００５８】
６．１ コールドプレス法
コールドプレス法は、例えば、第１の所定温度に加熱した複合材料を第２の所定温度に設定された金型内に投入した後、加圧・冷却を行う。すなわち、コールドプレス法は、少なくとも以下の工程Ａ−１）〜工程Ａ−３）を含んでいる。
工程Ａ−１） 複合材料を、複合材料に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加温する工程。
工程Ａ−２） 上記工程Ａ−１）で得られた加温させた複合材料を、熱可塑性樹脂が軟化温度未満に温度調節された成形型に配置する工程。
工程Ａ−３） 上記工程Ａ−２）で成形型に配置した複合材料を加圧し、成形する工程。
これらの工程を行うことで、複合材料の成形を完結させることができる。コールドプレス法でプレス成形する場合、後述するホットプレス法に比べて成形時間が短い利点がある一方、成形型の温度が低いため、複合材料が流動性しにくくなったり、賦形性が低下したりする。
【００５９】
６．２ ホットプレス法
ホットプレス法は、少なくとも以下の工程Ｂ−１）〜工程Ｂ−３）を含んでいる。
工程Ｂ−１） 複合材料を成形型に配置する工程
工程Ｂ−２） 成形型を熱可塑性樹脂の軟化温度以上まで昇温し、加圧する工程
工程Ｂ−３） 熱可塑性樹脂の軟化温度未満に成形型の温度を調節して成形する工程
【００６０】
６．３ 両者のプレス方法に共通事項に関して
なお、成形型に投入する際、複合材料は、対象の成形体の板厚に合わせて、単独（１枚で）又は複数枚用いられる。複数枚用いる場合、複数枚を予め積層して加熱してもよいし、加熱した複合材料を積層した後に成形型内に投入してもよいし、加熱した複合材料を成形型内に順次積層してもよい。なお、積層した場合の最下層の複合材料と最上層の複合材料との温度差は少ない方が良く、この観点からは、成形型に投入する前に積層した方が好ましい。
上記の各工程は、上記の順番で行う必要があるが、各工程間に他の工程を含んでもよい。他の工程とは、例えば、工程Ａ−３）又は工程Ｂ−２）の前に、工程Ａ−３）又は工程Ｂ−２）で利用される成形型と別の賦形装置を利用して、成形型のキャビティの形状に予め賦形する予備賦形工程等がある。
【００６１】
また、工程Ａ−３）と工程Ｂ−２）は、複合材料に圧力を加えて所望形状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、３０ＭＰａ未満が好ましく、２０ＭＰａ以下であるとより好ましく、１０ＭＰａ以下であると更に好ましい。
また、当然のことであるが、プレス成形時に種々の工程を上記の工程間に入れてもよく、例えば真空にしながらプレス成形する真空圧縮成形を用いてもよい。例として、図６（ａ）の６０１に複合材料を、図６（ａ）の６０２、６０３に成形型の上型と下型を示す。得られた成形体は図６（ｂ）に示すような形状となった。
【００６２】
６．４ 成形時の伸長工程と流動工程
上記成形工程はさらに伸長工程と流動工程に分けることができる。より具体的には、コールドプレス法の場合は、「工程Ａ−３）上記工程Ａ−２）で成形型に配置した複合材料を加圧し、成形する工程」、ホットプレス法の場合は「工程Ｂ−２）成形型を熱可塑性樹脂の軟化温度以上まで昇温し、加圧する工程」において、伸長工程と流動工程が存在する。
以下、図７を具体例にして説明するが、本発明は、この製造方法にこれに限定されるものではない。また、図７は、図６（ａ）のＹ−Ｙ’断面から見た製造工程であり、図６（ａ）はディンプル形状を成形するための複合材料（図６（ａ）の６０１）、成形型の上型（図６（ａ）の６０２）、成形型の下型（図６（ａ）の６０３）の模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の複合材料を成形した後の、ディンプル形状の成形体を示した模式図である。
【００６３】
６．４．１ 伸長工程と流動工程の開始と終了
伸長工程とは、成形型の上型の一部（例えば図７（ａ）の７０１の突起部）が複合材料（図７（ａ）の７０２）に接触することで始まり、流動工程の開始と同時に終了する。流動工程とは、成形機の圧力計に圧力が観測された時に始まる。すなわち、図７の（ｂ）〜（ｃ）は、伸長工程であり、図７の（ｄ）で成形型の圧力計に圧力が観察され、流動工程が開始する。図７の（ｅ）では流動工程が完了し、成形型を開くと図７の（ｆ）のような成形体を取り出せる。
【００６４】
６．４．２ 複合材料の追従性
複合材料の追従性とは、伸長工程において、上型と下型によって挟まれる複合材料が上型に引きずられて引き延ばされる際の、成形型への追従の度合をいう。
本発明者らは、以下のように本発明の現象について考えている。
成形型の突起部先端（図７（ａ）の７０１）と複合材料が接触した後、該突起部に押されながら、下型凹部に複合材料が入り込む。図７（ｃ）の７０３は、引き延ばされている複合材料を示している。このとき、従来の複合材料では、温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を行ったとき、歪み３５％以上の粘度が比較的高いため（すなわち、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たさないため）、複合材料の多くが上型突起部によって下型凹部に引きずり込まれる（図７（ｃ）の７０４の体積が多くなる）。一方、立面を形成する部分（図７（ｃ）の７０３）は複合材料が引き延ばされながら形成されるが、従来の複合材料では、図７（ｃ）の７０３の部分の体積と、図７（ｃ）の７０４の部分の体積について、特定のキャビティ空間体積あたりに、複合材料が存在している体積の割合の差（本発明に関して、体積割合差と称することがある）が相対的に大きくなる（図７の（ｄ）の７０５と７０６の体積割合差も大きくなる）。この結果、伸長工程完了後の流動工程において、上型突起部によって下型凹部に引きずり込まれる部分から立面を形成する部分へと複合材料が大きく流動してしまう（図８（ｂ）で示す大きな矢印）。これにより、立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、流動した複合材料が大きくうねってしまい、製造した成形体の断面を観察すると、繊維配向の乱れが発生しているのが分かる（図８（ｄ）の８０２）。すなわち、複合材料における炭素繊維形態と、成形体における炭素繊維形態が異なってしまうという問題がある。なお、図８（ｂ）（ｃ）は、図８（ａ）の８０１部分を拡大したものであり、図８（ａ）は図７（ｄ）と同様、成形型の圧力計に圧力が観察され、流動工程が開始する段階である。
【００６５】
一方で、本発明の複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たすため、本発明の複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たすため、歪み３５％以上における複合材料の粘度が比較的低いことを意味する。したがって、成形型の突起部先端（図７（ａ）の７０１）によって下型凹部に複合材料は引きずり込まれるものの、伸張工程で図７（ｃ）の７０４に存在する複合材料は、図７（ｃ）の７０３を形成しながら引き延ばされる。すなわち、天面を形成する部分と立面を形成する部分の体積割合差（図７（ｃ）の７０３と３０４の体積割合差、又は図７（ｄ）の７０５と７０６の体積割合差）が、従来に比べて小さくなる。本発明において、天面を形成する部分と立面を形成する部分との、特定のキャビティ空間体積あたりに、複合材料が存在している体積の割合の差（体積割合差）が小さくなる現象を、複合材料の追従性が良好であるという。
この結果、天面を形成する部分と立面を形成する部分の間で複合材料がほとんど流動しない（図８（ｃ）で示す小さな矢印）。その結果、成形体の断面において、繊維配向の乱れがほとんど観察されない（図８の（ｅ））。
複合材料における炭素繊維形態は、成形体において維持されやすくなるため、例えば複合材料に含まれる炭素繊維が２次元ランダムに分散していた場合、成形体においても、立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、炭素繊維は２次元ランダムに分散されやすくなる。
【００６６】
特に、これらの問題は成形圧力が低い時、課題がより大きくなる。従来の粘度が高い複合材料は伸長工程において、天面形成部と立面形成部において、流動工程開始前に大きな体積割合差が現れるため、成形圧力が低いと、立面形成部の複合材料が不足し、ボイドとなって残ってしまう。体積割合差を解消してボイドを消すためには、流動工程をある程度の圧力で行う必要があるが、成形圧力の増加は設備が大きくなりコスト負担も増加する。
一方、本発明における複合材料は、伸張時に引き伸ばされやすいという性質を持つため、従来の複合材料と比較して、低い成形圧力でもボイドは発生しない。
更に、本発明者らは、以下のようにも考えている。
本発明の複合材料は、Ｋ１≦１．５×Ｋ２を満たすため（従来技術に比べてこれは歪み３５％以上における複合材料の粘度が比較的低いことを意味する）、重量平均繊維長１ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が伸長方向と平行に移動しながら引き延ばすことができため、伸長工程の際にも繊維の配向は乱れないと本発明者らは推定している。従って、伸長工程で繊維が乱れやすい場所へ本発明の複合材料を用いて成形すれば、成形時の繊維の乱れを効果的に抑制することができると考えている。
【００６７】
７．成形体
７．１ 成形体の形状
本発明における複合材料は、プレス成形し、立面と天面を有する成形体を製造するときに、好適に用いる事ができる。立面と天面を有する成形体とは、例えば図３に示すディンプル形状が例示されるが、これらに限定されない。立面と天面を有する成形体としては、ハット形状やコルゲート形状が挙げられる。
立面と天面を有する成形体は、対応する立面と天面を有する成形型を用いてプレス成形すれば良く、ディンプル形状、コルゲート形状、又はハット形状を有する成形体は、対応するディンプル形状、コルゲート形状、又はハット形状を有する成形型を用いてプレス成形すれば好ましい。
【００６８】
７．２ 成形体の遷移区間近傍における立面の炭素繊維の配向
平板形状に複合材料をプレス成形して成形体を製造する場合、伸長工程が無く流動工程のみである。したがって、従来の複合材料を用いた場合であっても、複合材料に含まれる繊維の配向は、成形体を作製した後でもおおよそ維持される。
しかしながら、コルゲート形状、ハット形状、ディンプル形状のような、伸長工程において複合材料が引き延ばされることにより立面が形成される形状の場合には炭素繊維の配向が乱れやすい。つまり、従来の複合材料を用いた場合、立面から天面にいたる折れ曲がり部分の遷移区間の直前の立面の断面において、繊維配向の乱れが観察される。図９の９０１は立面、図９の９０２は遷移区間、図９の９０３は天面を示す模式図である。図９の９０４は、立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の直前の立面である。
【００６９】
遷移区間直前の立面の断面において、繊維配向の乱れが観察される場合、目的とする物性が得られず問題となることが多い。従来の複合材料を用いて成形した場合、例えば図４（ａ）に示すような４０１の部分や図５の５０１のような場所では繊維が板厚方向に配向し、波状になっているのが断面観察により確認できる。一方で、本発明の複合材料を用いれば、図４（ｂ）の４０２に示すような断面の成形体が得られる。なお、図５のディンプル形状は、紙面下側を成形型下型になるように成形した場合、図５の５０１のような場所では繊維が板厚方向に配向しやすいことを示している。図４（ｂ）の４０２に示すような断面の成形体は、図４（ａ）の４０１に示すような断面の成形体に比べて、１．５倍〜２倍の引張強度を示すことがある。
【００７０】
本発明における複合材料から得られた成形体の引張強度の測定方法としては、立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の直前の立面など、成形体の適当な箇所から切り出された試験片を用いて、ＪＩＳＫ−７１６４：２００５を参考とした引張試験を行うことが例示される。引張試験機としては、例えばインストロン社製の５９８２型万能試験機が例示され、試験片の形状はＡ形試験片が好ましく、チャック間距離１１５ｍｍ、試験速度２ｍｍ／ｍｉｎとの条件が例示される。
【００７１】
７．３ 成形体の厚み
本発明の成形体の厚みは特に限定されるものではないが、通常、０．０１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内が好ましく、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内が好ましく、０．１〜５．０ｍｍがより好ましく、０．１〜３．０ｍｍの範囲内が更に好ましい。
なお、本発明の成形体が、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成形体全体の厚みを指すものとする。
本発明に用いられる成形体は、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。
成形体が上記積層構造を有する態様としては、同一の組成を有する複数の層が積層された態様であってもよく、又は互いに異なる組成を有する複数の層が積層された態様であってもよい。
【実施例】
【００７２】
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００７３】
１．以下の製造例、実施例で用いた原料は、各製造例や実施例で特に記載が無い限り以下の通りである。なお、分解温度は、熱重量分析による測定結果である。
・ＰＡＮ系炭素繊維
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）
・ポリアミド６
ＰＡ６樹脂と略する場合がある。結晶性樹脂、融点２２５℃、分解温度（空気中）３００℃。ユニチカ社製のＡ１０３０を用いた。
・ポリアミド６６
ＰＡ６６樹脂と略する場合がある。結晶性樹脂、融点２６３℃、分解温度（空気中）３００℃。ユニチカ社製のＥ２０００を用いた
・ポリフェニレンエーテル
ＰＰＥ樹脂と略する場合がある。非晶性樹脂、ガラス転移点２０５〜２１５℃。ＳＡＢＩＣイノベーションプラスチックス社（以下、単にサビック社と略する場合がある）のＰＰＯ６３０を用いた。
・ポリスチレン
ＰＳ樹脂と略する場合がある。非晶性樹脂、ガラス転移点９５〜１００℃。ＰＳジャパン社製のＳＧＰ１０を用いた。
・相溶化剤
和光純薬工業製 クエン酸（食品添加物）【００７４】
２．本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）炭素繊維体積割合（Ｖｆ）の分析
成形体を５００℃×１時間、炉内にて熱可塑性樹脂を燃焼除去し、処理前後の試料の質量を秤量することによって炭素繊維と熱可塑性樹脂の質量を算出した。次に、各成分の比重を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積割合を算出した。
式（ｃ） Ｖｆ＝１００×炭素繊維体積／（炭素繊維体積＋熱可塑性樹脂体積）【００７５】
（２）成形体に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長の分析
成形体に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長は、５００℃×１時間程度、炉内にて熱可塑性樹脂を除去した後、無作為に抽出した炭素繊維１００本の長さをノギスで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ、ここでｉ＝１〜１００の整数）から、次式により重量平均繊維長（Ｌｗ）を求めた。
Ｌｗ＝（ΣＬｉ２ ）／（ΣＬｉ） ・・・ 式（ｂ）
なお、複合材料に含まれる炭素繊維の重量平均繊維長についても上記と同様の方法で測定することができる。【００７６】
（３）動的粘弾性測定
・歪み掃引
ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製レオメータ ＡＲＥＳを用いて、窒素雰囲気下で直径２０ｍｍのパラレルプレートに作成した複合材料を挟み、法線荷重２Ｎ、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、雰囲気温度２７０℃で、歪み量０から１００％の範囲で歪み掃引試験を行った。得られた結果を歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃで両対数プロットし、歪み３５％以上における線形近似直線の傾きをＫ１、歪み３５％未満における傾きをＫ２とした。線形近似直線は最小二乗法による線形近似により求めた。
・せん断掃引
ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製レオメータ ＡＲＥＳを用いて、窒素雰囲気下で直径２０ｍｍのパラレルプレートに作成した複合材料を挟み、法線荷重２Ｎ、歪み３０％、雰囲気温度２７０℃で、せん断０から４００ｒａｄ／ｓｅｃの範囲でせん断掃引試験を行った。得られた結果をせん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの両対数プロットし、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上における線形近似直線の傾きをＫ３、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満における傾きをＫ４とした。線形近似直線は最小二乗法による線形近似により求めた。【００７７】
（４）遷移区間から立面付近におけるボイド評価と、炭素繊維の形態評価
後述するように、図３（ｂ）のようなディンプル形状を有する成形体を作成し、図３（ｂ）のＸ−Ｘ´断面で切断した。天面および立面の断面を観察した。
（４−１）ボイドの評価
Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ：立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、ボイドは観察されない。
Ｂａｄ：立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、ボイドがある。
（４−２）炭素繊維の形態（繊維配向の乱れ）評価
Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ：立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、繊維配向の乱れは観察されない。
Ｇｏｏｄ：立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、ごくわずかに繊維配向の乱れが観察される。
Ｂａｄ：立面から天面に至る遷移区間の直前の場所において、繊維配向の乱れが観察される。【００７８】
（５）コールドプレスの条件
成形体を作成して評価するため、コールドプレスを行った。コールドプレスの条件は次の通りである。
複合材料を１２０℃の熱風乾燥機で４時間乾燥した後、赤外線加熱機により２９０℃まで昇温した。鏡面仕上げの成形型を１５０℃に設定し、昇温した複合材料を成形型内に導入し、ついで、プレス圧力２０ＭＰａ又は５ＭＰａで１分間加圧し、成形体を得た。【００７９】
［実施例１］
＜複合材料の製造工程１．ポリマーアロイ成分の製造＞
熱可塑性樹脂としては、ユニチカ社製のポリアミド６樹脂（ナイロン６樹脂）Ａ１０３０及びサビック社製ＰＰＯ６３０樹脂（ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ＰＰＥ樹脂）を準備し、１００質量部のポリアミド６に対してＰＰＥ樹脂を１００質量部、ＰＰＥ樹脂１００質量部に対して和光純薬工業製のクエン酸を１質量部の割合で混合して混練機（東芝機械製ＴＥＭ−２６ＳＳ）に投入し、２８０℃設定、フィード量２０ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数２００ｒｐｍで混練して、ポリマーアロイ成分を準備した。【００８０】
＜複合材料の製造工程２．複合材料前駆体の製造＞
ＷＯ２０１３／１３３４２１パンフレットの実施例１の記載に基づき、ナイロン６／６６／１２三元共重合体ポリアミドのサイジング液を作成した。
このサイジング液の浴に、未サイジング処理の炭素繊維ストランド（東邦テナックス社製、登録商標「テナックスＳＴＳ４０−２４ＫＳ」）を連続的に浸漬させ、フィラメント間にエマルジョンを含浸させた。これを１２０℃〜１５０℃の乾燥炉に約１２０秒間通し、乾燥し、幅１０ｍｍ、厚み０．１６２ｍｍの炭素繊維束を得た。
作成したポリマーアロイ成分と、炭素繊維束とを使用し、米国特許第８９４６３４２号に記載された方法に基づき、炭素繊維体積割合を３５Ｖｏｌ％になるよう計算して、炭素繊維とポリマーアロイ成分の樹脂を調整し、二次元ランダムに炭素繊維が分散した複合材料前駆体を作成した。また、重量平均繊維長は２０ｍｍとなるように調整した。【００８１】
＜複合材料の製造工程３．複合材料の製造＞
得られた複合材料前駆体を２６０℃に加熱したプレス装置にて、０．５ＭＰａにて３分間加熱し、目標厚み２．６ｍｍの複合材料を得た。【００８２】
＜成形体の製造（コールドプレス成形）＞
得られた複合材料を、２９０℃に過熱した後プレス装置にて、２０ＭＰａ又は５ＭＰａにてコールドプレスして、図３（ｂ）に示す成形体を得た。この成形体は立面及び天面を有している。結果を表１に示す。【００８３】
［実施例２］
複合材料に使用するポリマーアロイ成分（熱可塑性樹脂）を以下のように準備したこと以外は実施例１と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表１に示す。
熱可塑性樹脂としては、ユニチカ社製のポリアミド６樹脂Ａ１０３０及びサビック社製ＰＰＯ６３０樹脂（ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ＰＰＥ樹脂）、ＰＳジャパン製のポリスチレン樹脂ＳＧＰ１０（ＰＳ樹脂を記載する場合がある）を準備し、１００質量部のポリアミド６に対してＰＰＥ樹脂を５０質量部、ＰＳ樹脂を５０質量部、ＰＰＥ樹脂１００質量部に対して和光純薬工業製クエン酸（食品添加物）を３．０質量部の割合で混合して混練機（東芝機械製ＴＥＭ−２６ＳＳ）に投入し、２８０℃設定、フィード量２０ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数２００ｒｐｍで混練して、ポリマーアロイ成分を準備した。【００８４】
［実施例３］
実施例２のポリアミド６樹脂をユニチカ社製ポリアミド６６樹脂Ｅ２０００としたこと以外は実施例２と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表１に示す。【００８５】
［比較例１］
複合材料に使用する熱可塑性樹脂をユニチカ社製ポリアミド６樹脂Ａ１０３０としたこと以外は実施例１と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表１に示す。【００８６】
［実施例４］
用いる成形型を変更した以外は実施例１と同様の複合材料及びプレス条件で、図１０に示したコルゲート形状の成形体を得た。結果を表２に示す。【００８７】
［実施例５］
用いる成形型を変更した以外は実施例２と同様の複合材料及びプレス条件で、図１０に示したコルゲート形状の成形体を得た。結果を表２に示す。【００８８】
［実施例６］
用いる成形型を変更した以外は実施例３と同様の複合材料及びプレス条件で、図１０に示したコルゲート形状の成形体を得た。結果を表２に示す。【００８９】
［比較例２］
用いる成形型を変更した以外は比較例１と同様の複合材料及びプレス条件で、図１０に示したコルゲート形状の成形体を得た。結果を表２に示す。【００９０】
［実施例７］
複合材料に使用するポリマーアロイ成分（熱可塑性樹脂）を以下のように準備したこと以外は実施例１と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表２に示す。
熱可塑性樹脂としては、ユニチカ社製のポリアミド６６樹脂Ｅ２０００及びサビック社製ＰＰＯ６３０樹脂（ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ＰＰＥ樹脂）を準備し、１００質量部のポリアミド６６樹脂に対してＰＰＥ樹脂を１００質量部、ＰＰＥ樹脂１００質量部に対して和光純薬工業製クエン酸（食品添加物）を１．０質量部の割合で混合して混練機（東芝機械製ＴＥＭ−２６ＳＳ）に投入し、２８０℃設定、フィード量２０ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数２００ｒｐｍで混練して、ポリマーアロイ成分を準備した。【００９１】
［実施例８］
複合材料に使用するポリマーアロイ成分（熱可塑性樹脂）を以下のように準備したこと以外は実施例４と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表２に示す。
熱可塑性樹脂としては、ユニチカ社製のポリアミド６６樹脂Ｅ２０００及びサビック社製ＰＰＯ６３０樹脂（ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンエーテル）、ＰＰＥ樹脂）を準備し、１００質量部のポリアミド６６樹脂に対してＰＰＥ樹脂を１００質量部、ＰＰＥ樹脂１００質量部に対して和光純薬工業製クエン酸（食品添加物）を１．０質量部の割合で混合して混練機（東芝機械製ＴＥＭ−２６ＳＳ）に投入し、２８０℃設定、フィード量２０ｋｇ／ｈ、スクリュー回転数２００ｒｐｍで混練して、ポリマーアロイ成分を準備した。【００９２】
［比較例３］
複合材料に使用する熱可塑性樹脂をユニチカ社製ポリアミド６６樹脂Ｅ２０００としたこと以外は比較例１と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表２に示す。【００９３】
［比較例４］
複合材料に使用する熱可塑性樹脂をユニチカ社製ポリアミド６６樹脂Ｅ２０００としたこと以外は比較例２と同様に複合材料を作製し、コールドプレス成形してプレス成形体を作製した。結果を表２に示す。【００９４】
【表１】
0006697583.tif 000003
【００９５】
【表２】
0006697583.tif 000004
【００９６】
上記表１及び表２中のＫ１〜Ｋ４はそれぞれ以下のとおりである。
Ｋ１：温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験（０％から１００％）を行い、歪み３５％以上における複合材料の歪み（％）−複素粘性率（Ｐａ・ｓｅｃ）の両対数プロットに関し、線形近似を行った場合の近似直線の傾き。
Ｋ２：温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験（０％から１００％）を行い、歪み３５％未満における複合材料の歪み（％）−複素粘性率（Ｐａ・ｓｅｃ）の両対数プロットに関し、線形近似を行った場合の近似直線の傾き。
Ｋ３：温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験（０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃ）を行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上における複合材料のせん断（ｒａｄ／ｓｅｃ）−複素粘性率（Ｐａ・ｓｅｃ）の両対数プロットに関し、線形近似を行った場合の近似直線の傾き。
Ｋ４：温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験（０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃ）を行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満における複合材料のせん断（ｒａｄ／ｓｅｃ）−複素粘性率（Ｐａ・ｓｅｃ）の両対数プロットに関し、線形近似を行った場合の近似直線の傾き。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の複合材料、およびこれを用いた成形体の製造方法は、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構造部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等に用いることができる。好ましくは、自動車部品として利用できる。【００９８】
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、２０１７年２月３日出願の日本特許出願（特願２０１７−０１８３５８）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】
【００９９】
Ｋ１：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％以上の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ２：複合材料を温度２７０℃、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ、法線荷重２Ｎで歪み掃引試験を０％から１００％まで行い、歪み３５％未満の範囲で、歪み％の値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ３：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ以上の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｋ４：複合材料を温度２７０℃、歪み３０％、法線荷重２Ｎでせん断掃引試験を０ｒａｄ／ｓｅｃから４００ｒａｄ／ｓｅｃまで行い、せん断１００ｒａｄ／ｓｅｃ未満の範囲で、せん断ｒａｄ／ｓｅｃの値と複素粘性率Ｐａ・ｓｅｃの値を両対数プロットして線形近似を行った際の近似直線の傾き。
Ｘ−Ｘ’：図（ｃ）の断面方向を示す。
４０１：立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の周辺（従来の複合材料）。
４０２：立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の周辺（本発明の複合材料の一例）。
５０１：複合材料における炭素繊維の形態と、成形体となったときの炭素繊維の形態が異なるものになりやすい部分（繊維形態が乱れやすい部分）。
６０１：複合材料
６０２：成形型上型
６０３：成形型下型
７０１：成形型の上型の一部。複合材料に最初に接触する上型部分。突出部。
７０２：複合材料
７０３：伸長工程において、複合材料が伸長しながら形成されている複合材料の部分。
７０４：伸長工程において、成形型上型の突出部により、型内に引きずり込まれる複合材料の部分。
７０５：伸長工程において、複合材料が伸長されて形成された複合材料の部分。
７０６：伸長工程において、成形型上型の突出部により、型内に引きずり込まれた複合材料の部分。
８０１：図８（ｂ）（ｃ）の拡大元。
８０２：立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の直前の立面（従来の複合材料）。
８０３：立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の直前の立面（本発明の複合材料の一例）。
９０１：成形体の立面
９０２：成形体の立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）
９０３：成形体の天面
９０４：立面から天面にいたる折れ曲がり部分（遷移区間）の直前の立面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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