(57)【要約】【課題】本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体、成形材料、およびその製造方法に関するものである。【課題を解決するための手段】  熱可塑性樹脂２０〜６５質量％と単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維３５〜８０質量％からなる成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が０．５〜１０．０ｍｍの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５〜０．２５の範囲である繊維強化熱可塑性樹脂成形体により解決される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂２０〜６５質量％と単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維３５〜８０質量％からなる成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が０．５〜１０．０ｍｍの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５〜０．２５の範囲である繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
【請求項２】
前記炭素繊維を構成する単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状が真円度０．７０以上０．９０以下である、請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
【請求項３】
熱可塑性樹脂繊維２０〜６５質量％と単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維３５〜８０質量％からなる成形材料であって、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が１．０〜１５．０ｍｍの範囲である成形材料。
【請求項４】
前記炭素繊維を構成する単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状が真円度０．７０以上０．９０以下である、請求項３に記載の成形材料。
【請求項５】
請求項３または４に記載の成形材料を、次の少なくとも（Ｉ）〜（Ｖ）の工程を含む圧縮成形法で成形する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（Ｉ）成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程
（ＩＩ）金型に成形材料を配置する工程
（ＩＩＩ）金型で成形材料を加圧する工程
（ＩＶ）金型内で成形材料を固化する工程
（Ｖ）金型を開き、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を脱型する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体、成形材料、およびその製造方法に関するものである。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、単繊維状の炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性およびその等方性に優れ、電気・電子機器、土木・建築、自動車、航空機の部品、構造部品、および筐体などに好適に用いられる。本発明の成形材料は、単繊維状の炭素繊維と、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなるため、取り扱い性に優れ、また炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形に好適に用いることができる。本発明の製造方法は、前記成形材料を用いた圧縮成形法であり、力学特性、およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造するのに好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比強度、比剛性に優れているため、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。
【０００３】
一般的に繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性を高めるため、炭素繊維を連続繊維で使用することがある。反面、賦形性が悪く、複雑形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造が困難な場合がある。そこで、炭素繊維を不連続繊維とすることで、複雑形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することが好適に用いられている。
【０００４】
例えば、単繊維状の炭素繊維が熱可塑性樹脂中に高含有率で含まれ、その炭素繊維の繊維長が長く、かつ炭素繊維をランダムに配置することで、力学特性、およびその等方性を向上させた繊維強化熱可塑性樹脂成形体が提案されている（特許文献１）。しかし、複雑な形状を有する成型品を成形するには成形性が不足する場合があった。また、成型品表面に外観品質を損ねる皺が発生する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際出願公開  ＷＯ２００７／０９７４３６号のパンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高度な力学特性と成形流動性のバランスに優れた成形材料を提供すると共に、力学特性と外観品質のバランスに優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の背景を鑑み、力学特性、およびその外観品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することを目的とするものである。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の背景を鑑み、単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維をランダムに配置することで、力学特性と成形流動性のバランスに優れた成形材料とする事を目的とするものである。本発明は、かかる従来技術の背景を鑑み、前記成形材料を圧縮成形することで、力学特性、およびその外観品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の構成を採用するものである。
（１）熱可塑性樹脂２０〜６５質量％と単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維３５〜８０質量％からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が０．５〜１０ｍｍの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５〜０．２５の範囲である繊維強化熱可塑性樹脂成形体。
（２）熱可塑性樹脂繊維２０〜６５質量％と炭素繊維３５〜８０質量％からなる成形材料であって、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が１〜１５ｍｍの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５〜０．２５の範囲である成形材料。
（３）前記（２）に記載の成形材料を、少なくとも次の（Ｉ）〜（Ｖ）の工程を含む圧縮成形法で成形する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
（Ｉ）成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程
（ＩＩ）金型に成形材料を配置する工程
（ＩＩＩ）金型で成形材料を加圧する工程
（ＩＶ）金型内で成形材料を固化する工程
（Ｖ）金型を開き、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を脱型する工程
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、力学特性、およびその外観品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供する。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、電気・電子機器、ＯＡ機器、家電機器、土木・建築、自動車、航空機の部品、構造部品および筐体などに好適に用いられる。
【００１１】
本発明は、単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維をランダムに配置することで、力学特性と成形流動性のバランスに優れた成形材料を提供する。この成形材料は、より複雑な成型品や、外観品質が要求される成型品に好適に用いられる。本発明は、前記成形材料を圧縮成形することで、力学特性、およびその外観品質に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する製造方法を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体、成形材料、およびその製造方法について、さらに詳細に説明する。
【００１３】
『繊維強化熱可塑性樹脂成形体』
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、熱可塑性樹脂２０〜６５質量％と単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維３５〜８０質量％からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が０．５〜１０ｍｍの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５〜０．２５の範囲の繊維強化熱可塑性樹脂成形体である。
【００１４】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維は、その質量含有率が繊維強化熱可塑性樹脂成形体に対して３５〜８０質量％であり、より好ましくは３８〜７５質量％であり、さらに好ましくは４０〜７０質量％である。炭素繊維の質量含有率が３５質量％未満であると、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が構造部品として不足する場合がある。
さらに繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形工程において成形材料が流動し、炭素繊維が流動方向に配向することで、力学特性の等方性が損なわれる場合もある。また、炭素繊維の質量含有率が８０質量％を越えると、炭素繊維に対する熱可塑性樹脂の量が根本的に少なくなり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が著しく低下する場合がある。
【００１５】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維は、単繊維状である。ここで、単繊維状とは、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面において、炭素繊維が実質的に均一に分散している状態を示す。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面において、炭素繊維が束の状態で存在すると、炭素繊維の束と束の隙間に樹脂のみで構成される樹脂リッチ部が発生し、力学特性が低下する場合がある。また炭素繊維が束の状態で存在すると、炭素繊維束内に熱可塑性樹脂が含浸できず、未含浸部となり、力学特性が低下する場合もある。
【００１６】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が０．５〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．８〜８ｍｍであり、さらに好ましくは１〜７ｍｍである。炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が０．５ｍｍ未満であると、構造部品として力学特性が不足する場合があり、１０ｍｍを越えると、炭素繊維を単繊維状とできず、繊維強化熱可塑性樹脂成形体中にボイドが発生し、力学特性が低下する場合がある。
【００１７】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点より、炭素繊維の数平均繊維長（Ｌｎ）が０．４〜９ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．７〜７ｍｍであり、さらに好ましくは０．９〜６ｍｍである。
ここで、質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）は、次の方法により測定する。繊維強化熱可塑性樹脂成形体から炭素繊維を抽出し、無作為に４００本選び出し、その長さを１μｍ単位まで光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にて測定して、次式により、その質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）を算出することにより行う。
・質量平均繊維長（Ｌｗ）＝Σ（Ｌｉ×ｗｉ／１００）
・数平均繊維長（Ｌｎ）＝（ΣＬｉ）／４００
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
・Ｗｉ：繊維長さＬｉの繊維の質量分率（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
【００１８】
炭素繊維の抽出方法としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、熱可塑性樹脂を加熱炉にて焼却除去して炭素繊維を分離する手法を用いることができる。無作為に抽出する測定炭素繊維本数を４００本以上とすれば、算出される炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）の値はほぼ変化がなくなる。
【００１９】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面における炭素繊維の配向状態は、配向パラメータ（ｆｐ）で表される。本発明における繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（ｆｐ）は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ１００μｍの部分における炭素繊維の繊維配向分布を−１．０〜１．０の数値で表すパラメータのことであり、ｆｐ＝−１．０およびｆｐ＝１．０のとき、炭素繊維が１方向に配向していることを意味し、ｆｐ＝０．０のとき、炭素繊維が完全にランダムに配置されていることを意味する。本発明では、ｆｐが−０．２５〜０．２５の範囲であれば、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維が実質的にランダムに配置されており、本発明の効果が十分に発現できるが、好ましくは−０．２〜０．２の範囲であり、より好ましくは−０．１５〜０．１５の範囲であり、さらに好ましくは−０．１〜０．１の範囲である。ｆｐが−０．２５未満、またはｆｐが０．２５を越えると、炭素繊維の配向偏りが大きくなり、力学特性の等方性が損なわれる場合がある。
【００２０】
配向パラメータ（ｆｐ）としては、Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｖｏｌ．６，ｐｐ．４１−４６（１９８５）に、射出成形品断面の繊維配向角度を計測し、配向パラメータを算出する方法が開示されている。本発明では、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（ｆｐ）を、次の方法により測定した。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切断し繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から１００μｍの深さまで研磨し得た試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に４００本の炭素繊維を選び出す。研磨面の炭素繊維は一般的に楕円形で確認され、この楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。次に、角度の基準となる基準直線を任意に設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、配向角度αｉと略す。）を全て測定する。配向角度αｉは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、０°以上１８０°未満の角度のこととする。
この配向角度αｉを用いて、次式により配向パラメータ（ｆｐ）を算出した。
・ｆｐ＝２×Σ（ｃｏｓ２αｉ／４００）−１
・αｉ：測定した配向角度（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
【００２１】
無作為に選び出す炭素繊維本数を４００本以上とすれば、配向パラメータ（ｆｐ）の値はほぼ変化がなくなる。また繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ１５０μｍ以下の領域であれば、配向パラメータ（ｆｐ）の値はほぼ変化なく、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の配向パラメータ（ｆｐ）を測定することができる。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（ｆｐ）を測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および繊維強化熱可塑性樹脂成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。
【００２２】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、含まれる炭素繊維の分散パラメータが、０〜２５％であると好ましく、より好ましくは０〜２２％であり、さらに好ましくは０〜２０％である。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の分散パラメータとは、繊維強化熱可塑性樹脂成形体に含まれる炭素繊維の質量含有率のバラツキを表す指標であり、本発明では繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面における炭素繊維本数のバラツキを測定した値として表す。この分散パラメータは、次の方法により測定する。繊維強化熱可塑性樹脂成形体から一部を切り出し、その切断面を研磨し、光学顕微鏡で観察し、無作為に０．１ｍｍ×０．１ｍｍの範囲を１０カ所選び出し、その範囲内に含まれる炭素繊維の本数を測定する。選び出した１０カ所の炭素繊維の本数の平均値をＡ、標準偏差をＳとし、次式により分散パラメータを求める。
・分散パラメータ（１００×Ｓ／Ａ）（単位：％）
【００２３】
また、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の分散パラメータを測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および繊維強化熱可塑性樹脂成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。
【００２４】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の等方性の観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値が０．２９以下であることが好ましく、より好ましくは０．２６以下であり、さらに好ましくは０．２３以下である。また本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の等方性の観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最小値が０．０３以上であることが好ましく、より好ましくは０．０６以上であり、さらに好ましくは０．１０以上である。炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数とは、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維の配向角度分布を表す指標であり、本発明では繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ１００μｍの部分における炭素繊維の配向角度を、３０°刻みで相対度数として表したものである。炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値は、次の方法で測定する。上述の配向パラメータ（ｆｐ）の算出に使った４００本の炭素繊維の配向角度αｉを用いて、３０°刻みの炭素繊維の配向角度相対度数分布を作成し、その最大値および最小値を、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値とした。無作為に選び出す炭素繊維本数を４００本以上とすれば、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値は、ほぼ変化がなくなる。また繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ１５０μｍ以下の領域であれば、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値の変化はほぼなく、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維の配向角度分布を測定することができる。また、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値を測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および繊維強化熱可塑性樹脂成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値が０．１７であると、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維が完全にランダム配置していることを意味する。
【００２５】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、繊維長が１．０ｍｍ以上である炭素繊維本数が全炭素繊維本数の３０〜１００％であると好ましく、より好ましくは３５〜９５％であり、さらに好ましくは４０〜９０％である。
【００２６】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、繊維長が２．０ｍｍ以上である炭素繊維本数が全炭素繊維本数の１０〜１００％であると好ましく、より好ましくは１５〜９５％であり、さらに好ましくは２０〜９０％である。
【００２７】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、繊維長が３．０ｍｍ以上である炭素繊維本数が全炭素繊維本数の２〜１００％であると好ましく、より好ましくは３〜９５％であり、さらに好ましくは５〜９０％である。
【００２８】
本発明における繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率は、力学特性の観点から、５％以下であることが好ましく、より好ましくは３％以下であり、さらに好ましくは２％以下である。繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率は、次の方法により測定する。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、ＪＩＳＫ ７１１２（１９９９）の５に記載のＡ法（水中置換法）に従い、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度（ρｃ）を測定する。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度（ρｃ）および熱可塑性樹脂の密度（ρｒ）を用いて、次式により繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率（Ｖｖ）を求める。
・Ｖｖ＝１００−ρｃ／ρｒ（単位：体積％）
【００２９】
繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率（Ｖｖ）を測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および繊維強化熱可塑性樹脂成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。
【００３０】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体のＩＳＯ１７８に基づき測定した曲げ強度は、３５０〜１１００ＭＰａであると好ましく、より好ましい曲げ強度は３７０〜１０００ＭＰａの範囲であり、さらに好ましくは４００〜９００ＭＰａの範囲である。曲げ強度が好ましい範囲内であれば、構造部品として使用可能な強度となり好ましい態様である。
【００３１】
また、力学特性の等方性の観点から、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体のＩＳＯ１７８に基づき測定した曲げ強度の安定性は１０％以下であることが好ましく、より好ましくは８％以下であり、さらに好ましくは７％以下である。曲げ強度の安定性の下限値は特に限定はなく、構造部品の等方的な力学特性の観点より、０％であることが最も好ましい。
さらに本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体のＩＳＯ１７８に基づき測定した曲げ弾性率は、構造部品への適用の観点から、１７ＧＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは２０ＧＰａ以上であり、さらに好ましくは２３ＧＰａ以上である。
【００３２】
「炭素繊維」
本発明で用いられる炭素繊維は、単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである。単繊維繊度が１．０ｄｔｅｘ以上であると成形物の厚みが増した時の圧縮強度保持率が高くなる。単繊維繊度が２．４ｄｔｅｘ以下であると成形物の機械的強度が良好である。
また、本発明で用いられる炭素繊維としては、断面形状が真円度０．７０以上０．９０以下であることが好ましい。さらに、断面形状が空豆型であることが好ましい。断面形状を比較的単純な形状である真円度０．７０以上０．９０以下の空豆型とすることで、単繊維の繊度が大きくなつても、真円度が０．９０より大きい丸に近い断面形状の炭素繊維より、ストランド強度は高い数値を維持できる。また、単繊維を密に詰めることが出来るため、プリプレグ中での繊維含有率が向上し、複合材料の力学特性を向上させることが可能となる。
【００３３】
＜炭素繊維束の直径及び真円度＞
（１）サンプルの作製
長さ５ｃｍに切断した炭素繊維束をエポキシ樹脂(エポマウント主剤:エポマウント硬化剤＝１００：９（質量比）)に包埋し、２ｃｍに切断して横断面を露出させ、鏡面処理した。
（２）観察面のエッチング処理
更に、繊維の外形を明瞭にするために、サンプルの横断面を次の方法でエッチング処理した。
・使用装置：プラズマエッチング装置（日本電子(株)社製、製品名：Ｐ―１７０）
・処理条件：雰囲気ガス：Ａｒ／Ｏ２＝７５／２５、プラズマ出力：５０Ｗ、真空度：約１２０Ｐａ、処理時間：５ｍｉｎ
（３）ＳＥＭ観察
前記（１）及び（２）により得られたサンプルの横断面を、ＳＥＭ（ＰＨＩＬＩＰＳ社製、製品名：ＦＥＩ―ＸＬ２０）を用いて観察し、画面上に５個以上の繊維断面が写っている写真を任意に５枚撮影した。
（４）炭素繊維束の単繊維の直径測定
各サンプルについて5枚のSEM写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の単繊維断面を選んで、画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、断面の長径(最大フェレ径)ｄを計測した。選んだ単繊維断面全ての長径ｄの平均を、炭素繊維束の単繊維の直径Ｄｉとした。
（５）真円度測定
画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、周長Ｌおよび面積Ｓを計測した。各サンプルについて５枚の写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の繊維断面を選んで計測し、ＬおよびＳの平均値を求め、次式により真円度を算出した。
真円度=４πＳ／Ｌ２  ・・・（３）
【００３４】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いられる炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル繊維を原料とするＰＡＮ系炭素繊維、石炭タールや石油ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維、ビスコースレーヨンや酢酸セルロースなどを原料とするセルロース系炭素繊維、炭化水素などを原料とする気相成長系炭素繊維、およびこれらの黒鉛化繊維などが好ましく挙げられる。また、これら２種類以上をブレンドしても良い。なかでも、強度と弾性率とのバランスに優れているＰＡＮ系炭素繊維がとりわけ好ましく用いられる。
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いられる炭素繊維の引張強度は、３．７ＧＰａ以上が好ましく、より好ましくは４．０ＧＰａ以上であり、さらに好ましくは４．２ＧＰａ以上であり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体中の炭素繊維の折損を少なくできる。また、該炭素繊維の引張弾性率は、構造部品への適用の観点から、１８０〜６５０ＧＰａのものが好ましく使用できる。
【００３５】
「熱可塑性樹脂」
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、「ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）」などの結晶性樹脂、「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン、ポリアリレート（ＰＡＲ）」などの非晶性樹脂、その他、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系、およびアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体および変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂が挙げられる。本発明においては、これらの少なくとも１種を好ましい熱可塑性樹脂として採用することができる。より好ましくは、力学特性の観点から、ポリアミド（ＰＡ）が良く、耐熱性の観点から、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が良く、経済性の観点から、ポリプロピレン（ＰＰ）が良い。
【００３６】
「添加剤、充填剤等」
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体には、その用途に応じて、更に、マイカ、タルク、カオリン、セリサイト、ベントナイト、ゾノトライト、セピオライト、スメクタイト、モンモリロナイト、ワラステナイト、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラスマイクロバルーン、クレー、二硫化モリブデン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ポリリン酸カルシウム、グラファイト、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜カルシウム、ホウ酸アルミニウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカおよび高分子化合物などの充填材、金属系、金属酸化物系、カーボンブラックおよびグラファイト粉末などの導電性付与材、臭素化樹脂などのハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモンや五酸化アンチモンなどのアンチモン系難燃剤、ポリリン酸アンモニウム、芳香族ホスフェートおよび赤燐などのリン系難燃剤、有ホウ酸金属塩、カルボン酸金属塩および芳香族スルホンイミド金属塩などの有機酸金属塩系難燃剤、硼酸亜鉛、亜鉛、酸化亜鉛およびジルコニウム化合物などの無機系難燃剤、シアヌル酸、イソシアヌル酸、メラミン、メラミンシアヌレート、メラミンホスフェートおよび窒素化グアニジンなどの窒素系難燃剤、ＰＴＦＥなどのフッ素系難燃剤、ポリオルガノシロキサンなどのシリコーン系難燃剤、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物系難燃剤、またその他の難燃剤、酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化スズおよび酸化チタンなどの難燃助剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、分散剤、マイカ、タルクおよびカオリンなどの結晶核剤、リン酸エステルなどの可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、およびポリエーテルエステルアミドなどの帯電防止剤等を添加しても良い。
【００３７】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、炭素繊維に加えて、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やＰＢＯ繊維などの有機繊維、シリコンカーバイド繊維やガラス繊維などの無機繊維、および麻やケナフなどの天然繊維を使用しても良
い。とりわけ、ガラス繊維は経済面に有利であり、好ましく用いられる。
【００３８】
「用途」
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の用途としては、例えば、「パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルＭＤ、携帯用ラジオカセット、ＰＤＡ（電子手帳などの携帯情報端末）、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品などの筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース」などの電気、電子機器部品、「支柱、パネル、補強材」などの土木、建材用部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム、プロペラシャフト、ホイール、ギアボックスなどの、サスペンション、アクセル、またはステアリング部品」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、アッパーバックパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの、外板、またはボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツなど外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュールなどの内装部品」、または「モーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマニホールド、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、各種配管、各種バルブなどの燃料系、排気系、または吸気系部品」などの自動車、二輪車用構造部品、「その他、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ＩＣレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、エンジン冷却水ジョイント、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、バッテリートレイ、ＡＴブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、スペアタイヤカバー、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、スカッフプレート、フェイシャー」、などの自動車、二輪車用部品、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ」などの航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点より、電気、電子機器用の筐体、土木、建材用のパネル、自動車用の構造部品、航空機用の部品に好ましく用いられる。とりわけ、力学特性および等方性の観点より、自動車、二輪車用の構造部品に好ましく用いられる。
【００３９】
『成形材料』
次に本発明の成形材料について説明する。
本発明の成形材料は、熱可塑性樹脂繊維２０〜６５質量％と単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維３５〜８０質量％からなる成形材料であって、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、該炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が１〜１５ｍｍの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５〜０．２５の範囲である成形材料である。
【００４０】
本発明の成形材料における炭素繊維の質量含有率は、成形材料に対して３５〜８０質量％であり、より好ましくは３８〜７５質量％であり、さらに好ましくは４０〜７０質量％である。炭素繊維の質量含有率が３５質量％未満であると、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が構造部品として不足する場合がある。さらに繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形工程で成形材料が流動し、炭素繊維が流動方向に配向することで、力学特性の等方性が損なわれる場合がある。また、炭素繊維の質量含有率が８０質量％を越えると、炭素繊維に対する熱可塑性樹脂の量が根本的に少なくなり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が著しく低下する場合がある。
【００４１】
本発明の成形材料は、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなるため、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維が３次元的な網目体を構成する。そのため、成形材料を製造する工程や、成形材料を用いて繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造する工程において、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維の原料脱落を少なくでき、また成形材料の強度を向上できるため、取り扱い性の良い成形材料を得ることができる。炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維が束状であると、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維の絡み合いが少なくなるため、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維の原料脱落が多くなり、また成形材料の強度が低下する場合がある。さらに、熱可塑性樹脂が粒子状であると、成形材料中に熱可塑性樹脂を保持できず、熱可塑性樹脂粒子の原料脱落が多くなる場合がある。
【００４２】
本発明の成形材料は、前記網目体を構成する観点から、熱可塑性樹脂繊維が少なくとも２本以上の炭素繊維と接することが好ましい。より好ましくは３本以上、さらに好ましくは５本以上、とりわけ好ましくは１０本以上の炭素繊維と接していると良い。
【００４３】
本発明の成形材料は、炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が１〜１５ｍｍであり、より好ましくは１．５〜１２．５ｍｍであり、さらに好ましくは２〜１０ｍｍである。炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）が１ｍｍ未満であると、構造部品として力学特性が不足する場合があり１５ｍｍを越えると、炭素繊維を単繊維状とできず、繊維強化熱可塑性樹脂成形体中にボイドが発生し、力学特性が低下する場合がある。
【００４４】
本発明の成形材料は、力学特性の観点より、炭素繊維の数平均繊維長（Ｌｎ）が１〜１５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．５〜１２．５ｍｍであり、さらに好ましくは２〜１０ｍｍである。
ここで、成形材料の質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）の測定方法と同様の方法で測定する。
【００４５】
本発明の成形材料表面における炭素繊維の配向状態は、配向パラメータ（ｆｐ）で表される。本発明では、成形材料の配向パラメータ（ｆｐ）は−０．２５〜０．２５の範囲であれば、成形材料表面の炭素繊維が実質的にランダムに配置された状態であり、本発明の効果を十分発現できるが、好ましくは−０．２〜０．２の範囲であり、より好ましくは−０．１５〜０．１５の範囲である。配向パラメータ（ｆｐ）が−０．２５未満、またはｆｐが０．２５を越えると、炭素繊維の配向偏りが大きくなり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体における力学特性の等方性が損なわれる場合がある。
【００４６】
本発明における成形材料の配向パラメータ（ｆｐ）は、成形材料表面から深さ１００μｍの部分における炭素繊維の繊維配向分布を−１．０〜１．０の数値で表すパラメータのことであり、次の方法により測定する。成形材料を一部切り出し、エポキシ樹脂中に包埋し、成形材料表面から１００μｍの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。この観察用試験片を作成すること以外は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（ｆｐ）と同様の方法で測定する。
【００４７】
本発明の成形材料は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性を等方性とする観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値が０．２９以下であることが好ましく、より好ましくは０．２６以下であり、さらに好ましくは０．２３以下である。また本発明の成形材料は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性を等方性とする観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最小値が０．０３以上であることが好ましく、より好ましくは０．０６以上であり、さらに好ましくは０．１０以上である。成形材料表面の炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数とは、成形材料表面の炭素繊維の配向角度分布を表す指標であり、本発明では成形材料表面から深さ１００μｍの部分における炭素繊維の配向角度を３０°刻みで相対度数として表したものである。成形材料表面の炭素繊維の配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の測定方法としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体と同様の方法で測定する。
【００４８】
本発明の成形材料は、取り扱い性の観点から、含まれる炭素繊維の分散パラメータが、０〜２５％であると好ましく、より好ましくは０〜２２％であり、さらに好ましくは０〜２０％である。成形材料の分散パラメータとは、成形材料に含まれる炭素繊維の質量含有率のバラツキを表す指標であり、本発明では成形材料切断面における炭素繊維本数のバラツキを測定した値として表す。成形材料の分散パラメータは、成形材料を一部切り出し、エポキシ樹脂中に包埋し、成形材料切断面を研磨し観察用試験片を作成すること以外は、前述した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の分散パラメータと同様の方法により測定する。本発明の成形材料は、前記網目体を構成する観点から、炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維長（Ｌｎ）の比（Ｌｗ／Ｌｎ）が、１．０〜２．５の範囲にあることが好ましく、より好ましくは１．０〜２．２の範囲であり、さらに好ましくは１．０〜２．０の範囲である。ここで、質量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維長（Ｌｎ）の比（Ｌｗ／Ｌｎ）が１．０とは、同じ長さの繊維のみで構成されることを表し、質量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維長（Ｌｎ）の比（Ｌｗ／Ｌｎ）が大きくなるに従い、繊維長の分布が広くなることを意味する。
【００４９】
本発明の成形材料は、取り扱い性の観点から、シート状であると好ましい。シート状の成形材料とは長手方向や幅方向に対して厚みが小さい、薄くて広い成形材料のことであり、例えばウェブ、不織布、フェルト、マットなどが挙げられる。
【００５０】
「炭素繊維」
本発明の成形材料に用いる炭素繊維は、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いた炭素繊維と同様の炭素繊維を好ましく用いることができる。
本発明の成形材料に用いる炭素繊維は、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いた炭素繊維と同様の引張強度および引張弾性率を有する炭素繊維を好ましく用いることができる。
【００５１】
「熱可塑性樹脂」
本発明の成形材料に用いる熱可塑性樹脂は、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いた熱可塑性樹脂と同様の熱可塑性樹脂を好ましく用いることができる。
【００５２】
「添加剤、充填剤等」
本発明の成形材料には、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体にさらに添加した添加剤、充填剤等と同様の添加剤、充填剤等が含まれても良い。
【００５３】
「用途」
本発明の成形材料の用途としては、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体と同様の用途に好ましく適用できる。
【００５４】
『成形材料の製造方法』
次に成形材料の製造方法について説明する。
成形材料の製造方法としては、上述の成形材料が得られる方法であれば特に制限はない。例えば、（１）チョップドの形態を有する炭素繊維束と熱可塑性樹脂繊維を気流ジェット下で開繊、混合し、その混合物をコンベアベルト上に集積させる気流ジェット法、（２）チョップドの形態を有する炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を分散液中で開繊、混合し、有孔支持体上に抄紙する抄紙法、および（３）チョップドの形態を有する炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維をカード機により開繊、混合し、その混合物をコンベアベルト上に集積させる乾式法などが挙げられる。本発明では、より好ましくは、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維の開繊性に優れ、かつその炭素繊維の繊維長を長く維持できる、気流ジェット法または抄紙法が用いられ、さらに好ましくは生産性の観点から、抄紙法が用いられる。
また、気流ジェット法では、気流の流れを制御することで、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を単繊維状で均一に混合し、成形材料の等方性を向上しても良い。抄紙法では、分散液量に対する炭素繊維の濃度を下げたり、分散液を撹拌する撹拌翼を撹拌力の大きな形状としたり、撹拌翼の回転数を高くすることにより、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を単繊維状で均一に混合し、成形材料の等方性を向上しても良い。
【００５５】
『繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法』
次に本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、前記成形材料を、次の少なくとも（Ｉ）〜（Ｖ）の工程を含む圧縮成形法で成形するものである。
（Ｉ）成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程
（ＩＩ）金型に成形材料を配置する工程
（ＩＩＩ）金型で成形材料を加圧する工程
（ＩＶ）金型内で成形材料を固化する工程
（Ｖ）金型を開き、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を脱型する工程
【００５６】
前記成形材料を圧縮成形することで、強化繊維の繊維長を長く維持でき、炭素繊維を実質的にランダム配置でき、力学特性およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体とすることができる。例えば射出成形では、炭素繊維の繊維長が短くなり、炭素繊維が流動方向に配向することで、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が低くなり、またその等方性が損なわれる場合がある。圧縮成形法としては特に制限はなく、例えばスタンピング成形や高圧プレス成形などが挙げられる。
【００５７】
上記の（Ｉ）工程における、加熱温度は、成形材料の賦形性および熱可塑性樹脂の劣化の観点から、成形材料の熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、成形材料の温度を熱可塑性樹脂の融点以上、（融点＋８０）℃以下の範囲であることが好ましく、成形材料の熱可塑性樹脂が非結晶性樹脂の場合、成形材料の温度を熱可塑性樹脂の（ガラス転移温度＋６０）℃以上、（ガラス転移温度＋２００）℃以下の範囲であることが好ましい。
【００５８】
上記の（Ｉ）工程において、成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融させる方法は、特に制限はなく、例えば熱風加熱、遠赤外線加熱、近赤外線加熱、熱板接触、熱ロール接触、振動加熱など、従来公知の方法を用いることができる。
【００５９】
上記の（Ｉ）工程において、熱可塑性樹脂の劣化の観点から、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気あるいは減圧下で加熱溶融するとさらに好ましい。
【００６０】
熱可塑性樹脂の劣化の観点から、上記の（Ｉ）工程の前に成形材料に含まれる水分を除去する工程を加えても良い。成形材料に含まれる水分を除去する方法は、特に制限はなく、例えば熱風乾燥、遠赤外線乾燥、近赤外線乾燥、真空乾燥、減圧吸引、遠心分離など、従来公知の方法を用いることができる。
【００６１】
上記の（ＩＩ）、（ＩＩＩ）工程において、成形材料の賦形性の観点から、熱可塑性樹脂が溶融している状態で成形材料を金型に配置し、熱可塑性樹脂が溶融している状態で成形材料を加圧することが好ましい。
【００６２】
上記の（ＩＩ）工程において、厚みが異なる部位を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形する時には、成形材料の賦形性の観点から、成形材料を複数積層して金型に配置しても良い。
【００６３】
上記の（ＩＩ）工程において、繊維強化熱可塑性樹脂成形体における力学特性の等方性の観点より、チャージ率が８０％以上であると好ましく、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上であると良い。チャージ率とは金型のキャビティー面積に対する、成形材料の面積の比率のことである。
【００６４】
上記の（ＩＩ）〜（Ｖ）工程における、金型温度は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の脱型性の観点から、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、成形材料の温度を熱可塑性樹脂の（融点−３０）℃以下であると好ましく、熱可塑性樹脂が非結晶性樹脂の場合、成形材料の温度が熱可塑性樹脂の（ガラス転移温度＋５０）℃以下であると好ましい。ここで金型温度とは、金型のキャビティー表面温度のことである。
【００６５】
上記の（ＩＩＩ）工程において、成形材料への加圧を除荷し、再度成形材料を加圧する操作を、少なくとも１回以上行うことが好ましい。成形材料への加圧を除荷し、再度成形材料を加圧することで、キャビティー内の空気や成形材料内に含まれる空気を金型の外に押し出すことができる。この操作は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率を５％以下となるまで、より好ましくは３％以下となるまで、さらに好ましくは２％以下となるまで、繰り返して行うと良い。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例によって、本発明の成形材料と繊維強化熱可塑性樹脂成形体について具体的に説明するが、下記の実施例は本発明を制限するものではない。
以下、本実施例および比較例で用いた各評価方法を説明する。
（１）繊維長、質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）の測定方法
繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、５００℃の温度で２時間加熱し、熱可塑性樹脂繊維を焼き飛ばして炭素繊維を分離する。分離した炭素繊維を、無作為に４００本抽出し、光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にてその長さを１μｍ単位まで測定し繊維長とし、次式により質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）を求める。
・質量平均繊維長（Ｌｗ）＝Σ（Ｌｉ×Ｗｉ／１００）
・数平均繊維長（Ｌｎ）＝（ΣＬｉ）／４００
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
・Ｗｉ：繊維長さＬｉの繊維の質量分率（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
なお、無作為に抽出する測定炭素繊維本数を４００本以上とすれば、算出される炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）および数平均繊維長（Ｌｎ）の値にはほぼ変化がなくなる。
【００６７】
（２）配向パラメータ（ｆｐ）評価方法
繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面を、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の表面から１００μｍの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。
【００６８】
また、成形材料を一部切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、成形材料表面を成形材料の表面から１００μｍの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の観察用試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に４００本の炭素繊維を選び出す。炭素繊維の研磨面は一般的に楕円形となっており、この楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。次に、角度の基準とする基準直線を任意に１本設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、配向角度αｉと略す。）を全て測定する。配向角度αｉは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、０°以上１８０°未満の角度のこととする。この配向角度αｉを用いて、次式により繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向パラメータ（ｆｐ）を求める。
ｆｐ＝２×Σ（ｃｏｓ２αｉ／４００）−１
・αｉ：測定した配向角度（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
また、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の「配向パラメータ」の測定用試験片としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および繊維強化熱可塑性樹脂成形体の厚み変化がない部分を用いた。
【００６９】
炭素繊維のランダム配置の指標として、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向パラメータ（ｆｐ）を測定し、以下の４段階で評価した。○が合格であり、×が不合格である。
○ ：ｆｐが「−０．２５≦ｆｐ≦０．２５」である。
× ：ｆｐが「−１≦ｆｐ＜−０．２５」、あるいは「０．２５＜ｆｐ≦１」である。
【００７０】
（３）炭素繊維の質量含有率の測定方法
繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料から１ｃｍ×１ｃｍの試験片を切り出し、石英ガラス容器に投入する。この容器を６０℃の温度で２４時間真空乾燥し、デシケータ内で室温まで冷却後、試験片と石英ガラス容器の合計質量Ｗ１（ｇ）、および石英ガラス容器の質量Ｗ０（ｇ）を秤量する。容器に試験片を入れた状態で、空気中、５００℃の温度で２時間加熱し、熱可塑性樹脂を焼き飛ばした後、窒素雰囲気中で室温まで冷却し、炭素繊維と石英ガラス容器の合計質量Ｗ２（ｇ）を秤量する。以上の処理を経て、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の炭素繊維の質量含有率（Ｗｆ）を、次式により求める。
Ｗｆ＝１００×（Ｗ２−Ｗ０）／（Ｗ１−Ｗ０）（単位：質量％）
測定数はｎ＝５とし、平均値を炭素繊維の質量含有率（Ｗｆ）とした。
【００７１】
（４）曲げ特性の測定方法
繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、角度の基準となる基準直線を任意に１本設定する。この基準直線に対し、平行な方向および垂直な方向に、幅１５ｍｍ×長さ８０ｍｍの大きさの試験片をそれぞれ５枚ずつ（合計１０枚）切り出し、６０℃の温度で２４時間真空乾燥した後、デシケータ内で室温まで冷却した。この大きさの曲げ特性評価用試験片が採取できない場合は、幅が５ｍｍ以上であり、幅と長さの比が１５／８０である試験片を作成した。試験片には、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および繊維強化熱可塑性樹脂成形体の厚み変化がない部分を用いた。
この試験片を用い、ＩＳＯ１７８法（１９９３）に従い、３点曲げ試験治具（圧子１０ｍｍ、支点１０ｍｍ）を用いて、支点間距離を試験片厚みの１６±１倍に設定し、試験速度５ｍｍ／分で曲げ特性を測定した。測定数はｎ＝１０とし、平均値Ｐを曲げ強度とした。
【００７２】
（５）成形性
５０×５０×５ｍｍの平板上に、厚さ３ｍｍ、高さ１０ｍｍのリブを形成し得るキャビティーを有する金型の平板部分に成形材料を配置し、２０ＭＰａと１０ＭＰａの加圧力で成形を行い、充填状況により、以下の３段階で評価を行った。
○：２０ＭＰａ、１０ＭＰａ何れの条件でも充填可能。
△：２０ＭＰａで充填可能、１０ＭＰａでは未充填部分が確認できる。
×：２０ＭＰａ、１０ＭＰａ何れの条件でも未充填部分を確認できる。
【００７３】
（６）外観
上記（５）の２０ＭＰａで成形した成型品の外観を目視確認し、皺状の外観不良により、以下の３段階で評価を行った。
○：外観不良が確認できない。
△：外観不良が一部確認できる。
×：外観不良が多数確認できる。
【００７４】
［炭素繊維Ａ１〜Ａ３］
・炭素繊維Ａ１（単繊維繊度：１．４ｄｔｅｘ、単繊維直径：１０．０μｍ、繊維長：６ｍｍ、ＰＡＮ系炭素繊維、真円度：０．８０）
・炭素繊維Ａ２（単繊維繊度：２．４ｄｔｅｘ、単繊維直径：１３．０μｍ、繊維長：６ｍｍ、ＰＡＮ系炭素繊維、真円度：０．８０）
・炭素繊維Ａ３（単繊維繊度：０．７ｄｔｅｘ、単繊維直径：７．０μｍ、繊維長：６ｍｍ、ＰＡＮ系炭素繊維、真円度：０．９５）
【００７５】
［樹脂Ｂ１〜Ｂ２］
・Ｂ１：ナイロン６樹脂（東レ（株）製、“東レアミラン”（登録商標）ＣＭ１００１）
・Ｂ２：無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製、“アドマー”（登録商標）ＱＥ５１０）
【００７６】
（実施例１）
水と界面活性剤からなる分散液２００Ｌに、Ａ１（炭素繊維）１０４ｇと、Ｂ１（樹脂）の繊維を６ｍｍ長にカットしたもの１５６ｇを投入し、１０分間撹拌した後、メッシュ上に流し込み、吸引、脱水した。その後に純水で洗浄し、真空下、８０℃の温度で２４時間乾燥し、成形材料を得た。炭素繊維の質量含有率が４０質量％であった。
【００７７】
金型の平面部分に２８０℃に予熱した成形材料を配置し、金型を閉じ、成形圧力２０ＭＰａで加圧した。成形圧力が２０ＭＰａに達してから２秒後に成形圧力を除荷し、除荷が完了した直後に再び成形圧力２０ＭＰａで加圧する操作を２回行い、成形材料に含まれる空気を取り除いた。続いて２０ＭＰａの加圧下、２分間保持した後、金型を開き、脱型し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。
【００７８】
（実施例２）
Ａ１の代わりにＡ２を用いる以外は実施例１と同様に実施し、成形材料および繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の質量含有率が４０質量％であった。
【００７９】
（比較例１）
Ａ１の代わりにＡ３を用いる以外は実施例１と同様に実施し、成形材料および繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の質量含有率が４０質量％であった。
【００８０】
（実施例３）
Ａ１（炭素繊維）１５６ｇと、Ｂ１（樹脂）の繊維を６ｍｍ長にカットしたもの１０４ｇを用いる以外は実施例１と同様に実施し、成形材料および繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の質量含有率が６０質量％であった。
【００８１】
（実施例４）
Ａ１の代わりにＡ２を用いる以外は実施例３と同様に実施し、成形材料および繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の質量含有率が６０質量％であった。
【００８２】
（比較例２）
Ａ１の代わりにＡ３を用いる以外は実施例３と同様に実施し、成形材料および繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の質量含有率が６０質量％であった。
【００８３】
（実施例５）
Ａ１（炭素繊維）１０４ｇと、Ｂ２（樹脂）の繊維を６ｍｍ長にカットしたもの１５６ｇを用いる以外は実施例１と同様に実施し、成形材料を得た。炭素繊維の質量含有率が４０質量％であった。
【００８４】
金型の平面部分に２３０℃に予熱した成形材料を配置し、金型を閉じ、成形圧力２０ＭＰａで加圧した。成形圧力が２０ＭＰａに達してから２秒後に成形圧力を除荷し、除荷が完了した直後に再び成形圧力２０ＭＰａで加圧する操作を２回行い、成形材料に含まれる空気を取り除いた。続いて２０ＭＰａの加圧下、２分間保持した後、金型を開き、脱型し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。
【００８５】
（比較例３）
Ａ１の代わりにＡ３を用いる以外は実施例５と同様に実施し、成形材料および繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の質量含有率が４０質量％であった。
【００８６】
（比較例４）
二軸押し出し機（スクリュー直径３０ｍｍ、バレル温度２８０℃、回転数２００ｒｐｍ）を用いて、Ｂ１（樹脂）をメインホッパーから投入し、Ａ１（炭素繊維）をサイドホッパーから投入し、これらを十分混練した後にシートダイスを介して厚み０．６ｍｍ、の基材を連続的に押し出し、冷却・カットして、炭素繊維の質量含有率が４０質量％の成形材料を得た。また、実施例１と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。
【００８７】
上記の実施例１〜５と比較例１〜４の評価結果を表１にまとめた。
【００８８】
【表１】
2013203833.tif 000002
【００８９】
実施例１および２の成形材料は、比較例１の成形材料に比べて、成形性に優れており、特に実施例２で顕著である。実施例３および４の成形材料は、比較例２の成形材料に比べて、成形性に優れている。実施例５の成形材料は、比較例２の成形材料に比べて、成形性に優れている。
【００９０】
実施例１および２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、外観に優れており、特に実施例２で顕著である。実施例３および４の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、外観に優れており、特に実施例４で顕著である。実施例５の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例２の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、外観に優れている。実施例１の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例４の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、曲げ強度に優れている。