WO2016084824A1 - 炭素繊維マット、プリフォーム、シート材料および成形品 - Google Patents

炭素繊維マット、プリフォーム、シート材料および成形品 Download PDF

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carbon fibers
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discontinuous carbon
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村松秀隆
平野啓之
橋本貴史
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Toray Industries Inc
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    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon

Definitions

  • the present invention relates to a carbon fiber mat capable of obtaining a molded article having excellent mechanical properties and excellent formability. Specifically, discontinuous carbon fibers are dispersed in a single yarn, the orientation direction of the discontinuous carbon fibers is random, and the number average fiber length (L n ) of the carbon fibers is 1.5 mm or more and 15 mm or less, The present invention relates to a carbon fiber mat having a specific fiber length distribution.
  • thermoplastic resin As the application of CFRP in the industrial field progresses, the application of thermoplastic resin to a matrix with a fast molding process cycle and excellent productivity is being actively researched.
  • a sheet material using continuous fibers has high mechanical properties, but it is difficult to form a complex shape, and applicable products are limited.
  • the injection molding material can produce a molded product having a complicated shape in a short time, but its mechanical properties are not sufficient, and it has been difficult to apply it to a structural member. From these backgrounds, development of a thermoplastic CFRP having high mechanical properties and capable of forming a complicated shape is desired.
  • Patent Document 1 discloses a molded article made of a random mat in which a carbon fiber chopped strand is partially opened and a carbon fiber bundle and a carbon fiber single yarn are mixed. A manufacturing method is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a prepreg in which carbon fibers are dispersed in a single yarn and are made of a randomly oriented carbon fiber mat and a resin, and the carbon fiber constituting the fiber has a wide fiber length distribution.
  • the problem due to the large flow as described above does not occur, and a molded product having a certain degree of complex system such as a drawing can be obtained while exhibiting high mechanical characteristics. In some cases, the mechanical properties could not be sufficiently exhibited.
  • An object of the present invention is to provide a carbon fiber mat, a preform and a sheet material for obtaining a molded product having excellent mechanical properties and a complicated shape.
  • this invention consists of the following structures.
  • Discontinuous carbon fibers are dispersed in the form of single yarn, the orientation direction of the single yarn of the discontinuous carbon fiber is random, the number average fiber length (L n ) is 1.5 mm or more and 15 mm or less, and the center fiber
  • the carbon fiber mat wherein the number ratio (Pa) of single yarns of discontinuous carbon fibers in the range of ⁇ 20% of the length (L c ) is 40% or more and 99% or less.
  • a preform comprising the carbon fiber mat according to any one of (1) to (5) and a thermoplastic resin.
  • a sheet material obtained by heating and pressurizing the preform according to (6).
  • a molded product obtained by heating and pressurizing the preform according to (6) or the sheet material according to (7).
  • the carbon fiber mat of the present invention can obtain a molded product having isotropically excellent mechanical properties without being greatly restricted by the lamination angle when the prepreg is laminated.
  • shape shaping such as drawing can be performed, and the obtained complex system shape also exhibits excellent mechanical properties.
  • the sheet material can be suitably used for parts / members used for automobiles, electric / electronic parts, home appliances, airplanes, travel bags or daily necessities.
  • discontinuous carbon fibers are dispersed in a single yarn shape, the orientation direction of the discontinuous carbon fibers is random, and the number average fiber length (L n ) is 1.5 mm or more and 15 mm or less,
  • the number ratio (Pa) of discontinuous carbon fibers in the range of ⁇ 20% of the central fiber length (L c ) is 40% or more and 99% or less.
  • the carbon fiber mat of the present invention has a form in which single yarns of discontinuous carbon fibers are dispersed in a planar shape, and examples thereof include a papermaking mat, a carding mat, and an airlaid mat.
  • the discontinuous carbon fiber refers to a carbon fiber having a number average fiber length (L n ) in the range of 1.5 mm or more and 15 mm or less.
  • the carbon fiber used for the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention it is preferable to use polyacrylonitrile (PAN) -based, rayon-based, lignin-based, pitch-based carbon fibers, or graphite fibers. Of these, it is more preferable to use PAN-based carbon fibers.
  • PAN polyacrylonitrile
  • These carbon fibers may be subjected to surface treatment. Examples of the surface treatment include a treatment with a sizing agent, a treatment with a binding agent, and an additive adhesion treatment.
  • discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention are dispersed in a single yarn shape.
  • “dispersed in a single yarn” means that the discontinuous carbon fibers are bundled and do not exist in parallel for each single yarn, but exist separately for each single yarn.
  • FIG. 2 can be exemplified as a state in which discontinuous carbon fibers are dispersed in a single yarn shape.
  • the dispersion rate is preferably 90% or more. When the dispersion ratio is less than 90%, bundled discontinuous carbon fibers remain, and the strength of the carbon fiber mat may be reduced.
  • the molded product containing the carbon fiber mat having a dispersion rate of less than 90% is that the area of the interface between the discontinuous carbon fibers and the matrix resin is reduced, the impregnation of the matrix resin is insufficient, and voids are generated.
  • the mechanical properties may be reduced. From this point of view, the dispersive state of the discontinuous carbon fibers is more preferably 96% or more.
  • the dispersion rate of the single yarn of the discontinuous carbon fiber is the two-dimensional contact angle formed by the single yarn of the discontinuous carbon fiber and the single yarn of another discontinuous carbon fiber in contact with the discontinuous carbon fiber. It is the ratio of the number of single yarns of discontinuous carbon fibers that are 1 ° or more when measured on the acute angle side from 0 ° to 90 °.
  • the dispersion rate of the single yarn of the discontinuous carbon fiber is expressed by the following formula.
  • the two-dimensional contact angle is an angle formed by a discontinuous carbon fiber single yarn and another discontinuous carbon fiber single yarn in contact with the discontinuous carbon fiber single yarn on a projection plane parallel to the carbon fiber mat. And defined as the angle on the acute angle side of 0 ° or more and 90 ° or less among the angles formed by the contacting single yarns.
  • 2 (a) and 2 (b) are schematic views showing an example of a dispersive state of single yarns of discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat used in the present invention (only a single yarn of discontinuous carbon fibers is schematically shown). And is a schematic view when observed from the surface direction (FIG. 2 (a)) and the thickness direction (FIG. 2 (b)) of the carbon fiber mat.
  • 2 (a) and 2 (b) 6, 7, 8, 9, 10 and 11 are single yarns of individual discontinuous carbon fibers.
  • a single yarn 6 (hereinafter, simply referred to as a single yarn 6; the same applies to other yarns) of discontinuous carbon fibers in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
  • the single yarn 6 is observed crossing the single yarns 7 to 11 in FIG. 2 (a), but the single yarn 6 is not in contact with the single yarns 10 and 11 in FIG. 2 (b). . Therefore, the single yarn 6 to 9 are subject to the evaluation of the two-dimensional contact angle with respect to the single yarn 6 serving as a reference.
  • the single yarn 6 and the single yarn 7, the single yarn 6 and the single yarn 8, and the single yarn 6 and the single yarn 6 The angles formed by the yarns 9 are measured.
  • the two-dimensional contact angle formed by the single yarn 6 and the single yarn 7 is an angle ⁇ on the acute angle side that is 0 ° or more and 90 ° or less among two angles formed by the single yarn 6 and the single yarn 7.
  • n and N for optically calculating the dispersion ratio, only the image in the surface direction of the carbon fiber mat corresponding to FIG. 2A is used, and within the image (that is, within the projection surface of the carbon fiber mat). In the case of crossing with the single yarn 6, the same evaluation is performed on the single yarns 7 to 11 to obtain an approximate value, and this may be used as the dispersion rate.
  • the part for measuring the two-dimensional contact angle of the single yarn of the discontinuous carbon fiber constituting the carbon fiber mat, preform or sheet material but avoid the end of the carbon fiber mat, and as close to the center as possible. Therefore, it is preferable to measure using a portion where there is no change in thickness.
  • the method for measuring the two-dimensional contact angle of the single yarn of the discontinuous carbon fiber constituting the carbon fiber mat or sheet material is not limited.
  • the discontinuous carbon fiber from the surface of the carbon fiber mat or sheet material is not limited.
  • the method of observing the contact angle of the single yarn can be exemplified. In this case, it is preferable to polish the surface to expose the fibers because it becomes easier to observe single yarns of discontinuous carbon fibers.
  • the method of slicing a carbon fiber mat or sheet material thinly and observing the contact angle of the single yarn of discontinuous carbon fiber using transmitted light can be illustrated.
  • a method of taking an orientation image of single fibers of discontinuous carbon fibers by observing a carbon fiber mat or sheet material by X-ray CT transmission can be exemplified.
  • the tracer fiber is mixed with the single yarn of the discontinuous carbon fiber, or the tracer chemical is applied to the single yarn of the discontinuous carbon fiber. It is preferable because it becomes easier to observe single yarns of discontinuous carbon fibers.
  • the orientation direction of the single yarns of the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention is random from the viewpoint of isotropic mechanical properties.
  • the orientation direction of the single yarn of the discontinuous carbon fiber being random means that the orientation direction of the single yarn of the discontinuous carbon fiber is not regular.
  • an index indicating the aspect of the orientation direction of the discontinuous carbon fibers there is a two-dimensional orientation angle frequency distribution described later. As will be described in detail later, in the two-dimensional orientation angle frequency distribution, the orientation direction is divided into six angles in the range of 0 ° to less than 180 °, and the number of single fibers whose orientation directions are in the range of the divided angles is relative.
  • the relative frequency preferably has a maximum value of less than 0.25 and a minimum value of 0.09 or more.
  • the maximum value of the relative frequency is 0.25 or more, or the minimum value is less than 0.09, the winding property of the carbon fiber mat is lowered, which may lead to a decrease in production efficiency.
  • a preform including such a carbon fiber mat or a sheet material may have low moldability, and the homogeneity of mechanical properties of the molded product may be reduced.
  • the maximum value and the minimum value of the relative frequency of the two-dimensional orientation angle distribution of the single yarn of the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention can be obtained by the following method. If the number of single yarns of discontinuous carbon fibers selected at random is 400 or more, the maximum value and the minimum value of the relative frequency in increments of 30 ° in the two-dimensional orientation angle frequency distribution of the single yarns of discontinuous carbon fibers are: Each is a constant value.
  • the portion for measuring the maximum value and the minimum value of the relative frequency in increments of 30 ° in the two-dimensional orientation angle frequency distribution of the discontinuous carbon fiber but avoid the edge of the sheet material, as close to the center as possible, It is preferable to measure using a portion where there is no change in thickness.
  • the relative frequencies in increments of 30 ° in the two-dimensional orientation angle frequency distribution of the discontinuous carbon fiber single yarn are all 0.17, the discontinuous carbon fiber single yarn orientation constituting the carbon fiber mat is completely random. It means that there is.
  • the two-dimensional orientation angle ⁇ i is an angle between 0 ° and less than 180 ° by measuring an angle in a counterclockwise direction with respect to one arbitrarily set reference line.
  • the relative frequency in increments of 30 ° of this orientation angle ⁇ i was determined by the following equation.
  • the method of observing the orientation of the single yarn of discontinuous carbon fibers from the surface of the carbon fiber mat or sheet material can be exemplified.
  • the method of slicing a carbon fiber mat or sheet material thinly, and observing the orientation of the single yarn of a discontinuous carbon fiber using transmitted light can be illustrated.
  • a method of taking an orientation image of single fibers of discontinuous carbon fibers by observing a carbon fiber mat or sheet material by X-ray CT transmission can be exemplified.
  • the tracer fiber is mixed with the single yarn of the discontinuous carbon fiber, or the tracer chemical is applied to the single yarn of the discontinuous carbon fiber. It is preferable because it becomes easier to observe single yarns of discontinuous carbon fibers.
  • the number average fiber length (L n ) of single yarns of discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention is 1.5 mm or more and 15 mm or less.
  • the number average fiber length (L n ) is less than 1.5 mm, the reinforcing effect by the carbon fibers is low, and when such a carbon fiber mat is used, the mechanical properties of the molded product may be low.
  • the number average fiber length (L n ) exceeds 15 mm, it is obtained by laminating a preform obtained by combining a carbon fiber mat with a thermoplastic resin or by heating / pressing the preform or the preform.
  • the thickness expansion becomes large, and the handleability may be reduced. Further, when the number average fiber length (L n ) exceeds 15 mm, the dispersibility of the single yarn of the discontinuous carbon fiber becomes a bundle, and when such a carbon fiber mat is used, In some cases, the molded product contains voids, fiber bending, entanglement, and the like are likely to occur, and the mechanical properties and impact resistance of the molded product may decrease.
  • the number average fiber length (L n ) of single yarns of discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention is 2.5 mm or more and 10 mm or less.
  • the number average fiber length (L n ) is 2.5 mm or more, the reinforcing effect by carbon fibers is higher, and a molded article having higher mechanical properties can be obtained by using such a carbon fiber mat.
  • the number average fiber length (L n ) is 10 mm or less, the carbon fiber mat is obtained by laminating a preform obtained in combination with a thermoplastic resin, or obtained by heating / pressing the preform or the preform. In the process of forming the sheet material to be formed, the thickness expansion is reduced, and therefore the handleability is further improved.
  • the variation coefficient (CV) of the fiber length of the single yarn of the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention is preferably 0.1% or more and 55% or less.
  • the coefficient of variation (CV) of the fiber length is an index indicating the variation in the fiber length of the single yarn of the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat, and is obtained by measuring the fiber length of a specified number of carbon fiber single yarns.
  • the fiber length standard deviation ( ⁇ ) is divided by the number average fiber length (L n ).
  • the number average fiber length (L n ) and coefficient of variation (CV) of the fiber length of the discontinuous carbon fibers in the carbon fiber mat, preform or sheet material of the present invention can be measured by the following methods. . Cut out a part of the carbon fiber mat, preform or sheet material, dissolve the binder and matrix sufficiently with a solvent that dissolves the binder and matrix, and then separate the single yarns of discontinuous carbon fibers by a known operation such as filtration. . If there is no solvent to dissolve the binder and matrix, a portion of the carbon fiber mat, preform or sheet material is cut out and heated at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes, and the binder and matrix are burned off to discontinuously discontinue the carbon fibers. Separate the yarn.
  • the number average fiber length (L n ), the standard deviation ( ⁇ ) of the fiber length, and the coefficient of variation (CV) of the fiber length can be obtained from the following equations.
  • Lc A value (unit: mm) located at the center when all measured fiber lengths (L 1 , L 2 , L 3 ,... L 400 ) are arranged in ascending order.
  • the number ratio (Pa) of single fibers of discontinuous carbon fibers in the range of ⁇ 20% of the center fiber length (L c ) of single fibers of discontinuous carbon fibers is 40% or more and 99. % Or less is important.
  • Pa is less than 40%, the moldability when molding a preform obtained by combining a carbon fiber mat with a thermoplastic resin and a sheet material obtained by heating / pressing it, and the mechanical properties of the resulting molded product May be low.
  • various conditions are adopted so that all carbon fibers are cut to the same length in the step of cutting carbon fibers and no breakage of the carbon fibers occurs in the matting step. Therefore, production efficiency may be low.
  • the number ratio (Pb) of discontinuous carbon fibers in the range of ⁇ 1 mm of the center fiber length (L c ) of the discontinuous carbon fibers is 50% or more and 99% or less. It is preferable that If Pb is 50% or more, the preform obtained by combining the carbon fiber mat with the thermoplastic resin and the sheet material obtained by heating / pressing the preform become more excellent. Moreover, since the mechanical characteristics of the molded article obtained from them become more excellent, it is preferable. Further, in order to make Pb higher than 99%, various conditions are employed so that all carbon fibers are cut to the same length in the step of cutting carbon fibers and no breakage of the carbon fibers occurs in the matting step. Therefore, production efficiency may be low.
  • the number ratio (Pa) of carbon fibers in the range of ⁇ 20% of the center fiber length (L c ) of the single yarn of the discontinuous carbon fibers, and the carbon fibers in the range of ⁇ 1 mm of the center fiber length (L c ) the number ratio of (Pb), using the fiber length L i of the single yarn of discontinuous carbon fiber to be measured in determining said number average fiber length (L n), is calculated by the following equation.
  • the preform of the present invention includes at least the carbon fiber mat of the present invention and a thermoplastic resin, and is in a state before being processed into a molded product. is there.
  • stacked the preform of this invention is provided to a formation process directly or through a secondary processing process, and is processed into a molded article.
  • the secondary processing step is not particularly limited, but a cutting step for cutting the molding material into a predetermined size and shape, a bonding step for improving the handleability of the preform by bonding the carbon fiber mat and the thermoplastic resin,
  • a defoaming step of extracting air from the preform is not particularly limited, but a cutting step for cutting the molding material into a predetermined size and shape, a bonding step for improving the handleability of the preform by bonding the carbon fiber mat and the thermoplastic resin.
  • An example is a defoaming step of extracting air from the preform.
  • the laminated structure in the case where the preform of the present invention is used as a laminated body is not particularly limited, and a desired laminated structure can be selected from the viewpoints of mechanical properties, impact resistance, shaping properties, design properties, and the like.
  • a desired laminated structure can be selected from the viewpoints of mechanical properties, impact resistance, shaping properties, design properties, and the like.
  • the thermoplastic resin is sufficiently impregnated and molded products with excellent mechanical properties. Obtainable.
  • the molded article which is excellent in surface appearance can be obtained by shape
  • thermoplastic resin constituting the preform and sheet material in the present invention examples include, for example, polyolefin resins such as polyethylene (PE) resin and polypropylene (PP) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polyamide (PA) resin, Examples thereof include polyphenylene sulfide (PPS) resin and the like, copolymer resins and modified resins thereof, and alloys.
  • polypropylene resin is preferable from the viewpoint of light weight of the obtained molded product
  • a polyamide resin is preferable from the viewpoint of rigidity.
  • polyphenylene sulfide resin is preferably used.
  • the preform of the present invention may contain a third sheet-shaped material in a range not impairing characteristics in addition to the carbon fiber mat (first sheet-shaped material) and the thermoplastic resin (second sheet-shaped material). it can.
  • a third sheet-like material a sheet-like material using a thermoplastic resin as a matrix resin is preferable from the viewpoint of adhesiveness, and examples thereof include a thermoplastic UD prepreg, a compound sheet, and a thermoplastic foamed resin sheet.
  • the sheet material of the present invention is obtained by heating the preform of the present invention, melting the thermoplastic resin, and then applying pressure to impregnate and integrate the thermoplastic resin into the carbon fiber mat.
  • a manufacturing method of sheet material For example, the method of applying high temperature high pressure in a metal mold press and an autoclave is mentioned.
  • Another example is a method in which a sheet material is fed into a pressure-bonding zone that can be subjected to a desired temperature and pressure using an apparatus such as a double belt press or a calender roll. In this way, a sheet material can be produced by operating a continuous or semi-continuous process.
  • the preform or sheet material of the present invention can be molded by heating and pressing to obtain a molded product.
  • press molding is exemplified.
  • the type of press molding can be selected according to the shape of the molded product.
  • press molding refers to a molded product by applying deformation such as bending, shearing, compression, etc. to a laminate of a preform or a sheet material using a processing machine and a die, a tool, or other molding jigs or auxiliary materials. Is the way to get.
  • Examples of the forming form include drawing, deep drawing, flange, call gate, edge curling, stamping and the like.
  • a metal mold is used from the viewpoint of energy consumption in equipment and molding process, simplification of jigs and auxiliary materials used, molding pressure, and flexibility of temperature. It is more preferable to use a die press method in which molding is performed.
  • a preform or sheet material is placed in a mold in advance, pressed and heated together with mold clamping, and then the preform or sheet is cooled by mold cooling.
  • Heat and cool method to obtain a molded product by cooling the material, or heating the preform or sheet material in advance to the melting temperature of the matrix resin or more, such as far infrared heater, heating plate, high temperature oven, dielectric heating, etc.
  • Stamping which is a method of heating with an apparatus, placing the thermoplastic resin on the mold that will be the lower surface of the molding die in a state where the thermoplastic resin is melted and softened, then closing the die and clamping, and then pressurizing and cooling The law can be adopted.
  • the basis weight of the carbon fiber mat of the present invention is preferably 10 g / m 2 or more and 50 g / m 2 or less.
  • the strength is 10 g / m 2 or more, the strength of the carbon fiber mat is high, there is no problem such as tearing, and the handleability is more excellent.
  • the preform or sheet material of the present invention can be thinned, and it follows the complex mold shape having ribs, bosses, deep drawing, standing walls, etc. An excellent molded product can be obtained.
  • a preform or sheet material in which a thin layer of carbon fiber mats of 50 g / m 2 or less is laminated is formed between one layer of carbon fiber mats and carbon fiber mats disposed above and below at the time of molding. Since sliding occurs, wrinkles and twists are suppressed, and mechanical properties and appearance are excellent.
  • a filler In the molded product of the present invention, a filler, a conductivity imparting material, a flame retardant, a pigment, a dye, a lubricant, a release agent, a compatibilizing agent, a dispersant, a crystal nucleating agent, a plasticizer, Add heat stabilizer, antioxidant, anti-coloring agent, UV absorber, fluidity modifier, foaming agent, antibacterial agent, vibration control agent, deodorant, slidability modifier, antistatic agent, etc. Also good.
  • Carbon fiber (CF) Carbon fiber Spinning and firing were performed from a polymer containing polyacrylonitrile as a main component to obtain continuous carbon fiber having a total number of filaments of 12,000. Further, the continuous carbon fiber was subjected to electrolytic surface treatment and dried in heated air at 120 ° C. to obtain carbon fiber (CF-1). The characteristics of this carbon fiber (CF-1) were as follows.
  • Binder (B-1) As the binder, an aqueous dispersion prepared by adjusting “Polyment” (registered trademark) SK-1000 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. to a solid content concentration of 1.6 wt% was used. Its physical properties are as follows.
  • Carbon fiber mat 1 Carbon fiber (CF-1) was cut to 6 mm with a cartridge cutter to obtain a chopped fiber which is a discontinuous carbon fiber.
  • the papermaking apparatus comprises an upper papermaking tank (capacity 50 liters) equipped with a stirrer with rotary blades and a lower water storage tank (capacity 10 liters), and a porous support is provided between the papermaking tank and the water tank. .
  • a chopped fiber whose mass was adjusted so as to obtain a desired basis weight was put into a dispersion medium.
  • the dispersion was stirred for 3 minutes by intermittent stirring where the forward rotation / reverse rotation of the stirrer was switched every 10 seconds to obtain a slurry in which discontinuous carbon fibers were dispersed.
  • the slurry was sucked from the water storage layer, dehydrated through the porous support, and the binder (B-1) was added to obtain a carbon fiber mat made of discontinuous carbon fibers.
  • the carbon fiber mat 1 was dried in a hot air dryer at 150 ° C. for 2 hours to obtain a carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 100 g / m 2 .
  • Carbon fiber mat 2 Carbon fiber mat made of discontinuous carbon fibers with a basis weight of 100 g / m 2 in the same manner as the carbon fiber mat 1 except that the forward rotation / reverse rotation of the stirrer is switched every 5 seconds and the dispersion ratio is intentionally increased. 2 was obtained.
  • Carbon fiber mat 3 Carbon fiber mat 3 (CFM-3)] Except for switching the forward rotation / reverse rotation of the stirrer every 5 seconds and stirring the dispersion for 5 minutes to intentionally increase the dispersion rate, the same as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fibers, A carbon fiber mat 3 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 100 g / m 2 was obtained.
  • Carbon fiber mat 4 A discontinuous carbon fiber having a basis weight of 100 g / m 2 is obtained in the same manner as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fiber except that chopped fiber obtained by cutting carbon fiber (CF-1) into 3 mm with a cartridge cutter is used.
  • a carbon fiber mat 4 consisting of [Carbon fiber mat 5 (CFM-5)] A discontinuous carbon fiber having a basis weight of 100 g / m 2 was obtained in the same manner as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fiber except that chopped fiber obtained by cutting carbon fiber (CF-1) to 10 mm with a cartridge cutter was used.
  • Carbon fiber mat 8 (CFM-8)] Using a chopped fiber with carbon fiber (CF-1) cut to 15 mm with a cartridge cutter, stir for 15 minutes with the agitator rotating forward, intentionally within ⁇ 20% of the center fiber length (L c ) A carbon fiber mat 8 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 100 g / m 2 was obtained in the same manner as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fibers, except that the number ratio of certain discontinuous carbon fibers was reduced.
  • Carbon fiber mat 9 (CFM-9)] Using a chopped fiber in which carbon fiber (CF-1) is cut to 6 mm with a cartridge cutter, stir for 15 minutes with the agitator rotating forward, intentionally within ⁇ 20% of the center fiber length (L c ) A carbon fiber mat 9 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 100 g / m 2 was obtained in the same manner as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fibers, except that the number ratio of certain discontinuous carbon fibers was reduced.
  • Carbon fiber mat 10 (CFM-10)] Using a chopped fiber with carbon fiber (CF-1) cut to 50 mm with a cartridge cutter, stir for 15 minutes with the agitator rotating forward, intentionally within ⁇ 20% of the center fiber length (L c ) A carbon fiber mat 10 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 100 g / m 2 was obtained in the same manner as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fibers, except that the number ratio of certain discontinuous carbon fibers was reduced.
  • Carbon fiber mat 11 (CFM-11) Carbon made of discontinuous carbon fiber, except that carbon fiber (CF-1) was cut to 6 mm with a cartridge cutter and stirred for 30 seconds with the agitator rotating forward to intentionally reduce the dispersion rate.
  • a carbon fiber mat 11 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 100 g / m 2 was obtained in the same manner as the fiber mat 1.
  • Carbon fiber mat 12 (CFM-12) A carbon fiber mat 12 made of discontinuous carbon fibers having a basis weight of 33 g / m 2 was obtained in the same manner as the carbon fiber mat 1 made of discontinuous carbon fibers, except that the basis weight of the carbon fiber mat was changed to 33 g / m 2. It was.
  • thermoplastic resin film 1 A predetermined amount of polypropylene resin ("Prime Polypro” (registered trademark) J707G, manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.) is placed on a stainless steel plate, and another stainless steel plate is stacked on top of it. Put a spacer of desired thickness.
  • the pressing temperature was 220 ° C.
  • the pressure was 1 MPa
  • the pressure was maintained for 5 minutes to obtain a thermoplastic resin film 1 (TPF-1) having a basis weight of 120 g / m 2 .
  • thermoplastic resin film 2 (TPF-2)
  • Predetermined amount of polyamide resin manufactured by Toray Industries Co., Ltd., “Amilan” (registered trademark) CM1021T
  • CM1021T a stainless steel plate
  • a spacer of a thickness of was inserted.
  • the pressing temperature was 250 ° C.
  • the pressure was 1 MPa
  • the pressure was maintained for 5 minutes to obtain a thermoplastic resin film 2 (TPF-2) having a basis weight of 150 g / m 2 .
  • Carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet 1 A total of three carbon fiber mats 1 (CFM-1) and 2 thermoplastic resin sheets 2 (TPF-2) are placed on a stainless steel tool plate and pressed.
  • the carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet material 1 (CFRP-1) was obtained by pressing at 220 ° C. and a pressure of 5 MPa for 5 minutes.
  • the thickness of the sheet-like carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet 1 (CFRP-1) was adjusted to 0.33 mm by using a 0.33 mm spacer.
  • Carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet 2 A total of five carbon fiber mats 12 (CFM-12) and two thermoplastic resin sheets 2 (TPF-2) are placed on a stainless steel tool plate and pressed.
  • the carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet material 2 (CFRP-2) was obtained by pressing at 220 ° C. and a pressure of 5 MPa for 5 minutes.
  • the thickness of the sheet-like carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet 2 (CFRP-2) was adjusted to 0.33 mm by using a 0.33 mm spacer.
  • ⁇ Mold> (Mold 1) Mold for Molding A pair of opposed molds (FIG. 3) for obtaining the box-shaped product of FIG. 1, and a mold having the dimensions shown below was prepared.
  • the dimensions of the lower mold (convex mold) and the upper mold (concave mold) are shown in FIGS.
  • orientation angle ⁇ i the angle in the counterclockwise direction with respect to the reference straight line was measured, and the angle was 0 ° or more and less than 180 °.
  • the relative frequency in increments of 30 ° of this orientation angle ⁇ i was determined by the following formula.
  • test piece for measuring the two-dimensional orientation angle of the single yarn of the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat or sheet material a portion where the thickness did not change was used as close to the center as possible.
  • cut out a part of the carbon fiber mat or sheet material embed the cut specimen in an epoxy resin, and polish the embedded material to a depth at which the discontinuous carbon fiber single yarn is exposed. An observation test piece was prepared.
  • An "Instron” (registered trademark) universal testing machine 4201 type (manufactured by Instron) is used as a testing machine, and a support span is set to a specimen thickness of 16 using a three-point bending test jig (indenter diameter 10 mm, fulcrum diameter 10 mm) The bending elastic modulus was measured by setting to double. The test was performed under the conditions that the moisture content of the test piece was 0.1% by mass or less, the ambient temperature was 23 ° C., and the humidity was 50% by mass.
  • CV b s b / ⁇ b ⁇ 100 (unit:%).
  • the length 62 ⁇ 1 mm, the width 12.7 ⁇ 0.15 mm, the notch angle 22.5 ° ⁇ 0.5 °, respectively A 25 ⁇ 0.05R Izod impact strength test piece was cut out in two directions of 0 ° and 90 ° directions when an arbitrary direction was set to 0 ° direction to produce a test piece.
  • the test was performed under the conditions that the moisture content of the test piece was 0.1% by mass or less, the ambient temperature was 23 ° C., and the humidity was 50% by mass.
  • Example 1 A preform in which a total of nine carbon fiber mats 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers and six thermoplastic resin sheets 1 (TPF-1) are superposed is used as a gold for press at room temperature.
  • the mold temperature was raised to 220 ° C. in a state where the mold 1 was set and a pressure of 0.1 MPa was applied. Thereafter, press molding was performed at a pressure of 5 MPa for 5 minutes, and the molded product was obtained by naturally cooling to a room temperature of 25 ° C. while maintaining the pressure. At this time, the thickness of the molded product was adjusted to 1 mm by using a 1 mm spacer. After observing the surface appearance of the obtained molded product, the top plate was cut into a predetermined size and subjected to evaluation. The evaluation results are summarized in Table 1.
  • Example 2 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 2 (CFM-2) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 3 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 3 (CFM-3) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 4 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 4 (CFM-4) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 5 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 5 (CFM-5) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 6 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 6 (CFM-6) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 7 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 7 (CFM-7) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 8 A preform in which a total of nine carbon fiber mats 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers and six thermoplastic resin sheets 2 (TPF-2) are superposed is used as a pressing metal at room temperature.
  • the mold temperature was raised to 250 ° C. in a state where the mold 1 was set and a pressure of 0.1 MPa was applied. Thereafter, press molding was performed at a pressure of 5 MPa for 5 minutes, and the molded product was obtained by naturally cooling to a room temperature of 25 ° C. while maintaining the pressure. At this time, the thickness of the molded product was adjusted to 1 mm by using a 1 mm spacer. After observing the surface appearance of the obtained molded product, the top plate was cut into a predetermined size and subjected to evaluation. The evaluation results are summarized in Table 1.
  • Example 9 Three carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheets 1 (CFRP-1) are individually placed in an oven equipped with a far infrared heater, and it is confirmed that the temperature of the thermocouple installed on each sheet reaches 220 ° C. After that, three sheets were laminated in an oven to form a preform 1.
  • CFRP-1 carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheets 1
  • the preheated preform 1 was placed in a press mold 1 preheated to 80 ° C., and press molded at a pressure of 10 MPa for 5 minutes to obtain a molded product.
  • the thickness of the molded product was adjusted to 1 mm by using a 1 mm spacer.
  • the top plate was cut into a predetermined size and subjected to evaluation. The evaluation results are summarized in Table 1.
  • Example 10 A molded product was prepared by the same procedure and method as in Example 9 except that carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet 2 (CFRP-2) was used instead of carbon fiber reinforced thermoplastic resin sheet 1 (CFRP-1). Obtained. The characteristics are summarized in Table 1.
  • Example 1 Comparative Example 1 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 8 (CFM-8) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 2.
  • Example 2 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 9 (CFM-9) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 2.
  • Example 3 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 10 (CFM-10) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 2.
  • Example 4 The procedure and method were the same as in Example 1 except that carbon fiber mat 11 (CFM-11) made of discontinuous carbon fibers was used instead of carbon fiber mat 1 (CFM-1) made of discontinuous carbon fibers. A molded product was obtained. The characteristics are summarized in Table 2.
  • the discontinuous carbon fibers constituting the carbon fiber mat of the present invention are randomly dispersed in the form of a single yarn, and the number average fiber length (L n ) and the center fiber length (L c ) as defined in this specification.
  • the number ratio (Pa) of the discontinuous carbon fibers in the range of ⁇ 20% of can be adjusted by adjusting so as to satisfy the specified value.
  • the carbon fiber mat adjusted so that the coefficient of variation (CV) of the fiber length and the number ratio (Pb) of discontinuous carbon fibers in the range of ⁇ 1.0 mm of the center fiber length (L c ) satisfy the specified values.
  • CV coefficient of variation
  • Pb number ratio
  • Comparative Examples 1 to 4 it was not possible to obtain molded products having excellent mechanical properties and shape shaping properties.
  • the molded products of Comparative Examples 1 to 3 were inferior in mechanical properties and surface quality, and Comparative Example 4 was inferior in mechanical properties.
  • Molded articles using the carbon fiber mat of the present invention exhibit high mechanical properties, shape shaping such as drawing is possible, and the obtained complex system also exhibits excellent mechanical properties, so it can be used in various applications. Can be deployed. Among them, it can be suitably used for automobile / aircraft parts, electrical / electronic product parts, and travel bags.

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Abstract

　成形品とした場合に、高い力学特性を示し、絞りなどの形状賦形性に優れる、炭素繊維マットを提供することを課題とする。　不連続炭素繊維が単糸状に分散し、前記不連続炭素繊維の配向方向がランダムであり、数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の数割合（Ｐａ）が４０％以上９９％以下である、炭素繊維マット。

Description

炭素繊維マット、プリフォーム、シート材料および成形品
　本発明は、力学特性に優れ、賦形性に優れた成形品を得ることができる炭素繊維マットに関する。具体的には、不連続炭素繊維が単糸状に分散し、前記不連続炭素繊維の配向方向がランダムであり、炭素繊維の数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、特定の繊維長分布を有する炭素繊維マットに関する。
　ＣＦＲＰの産業分野での適用が進むに従い、成形加工サイクルが早く生産性に優れる熱可塑性樹脂のマトリックスへの適用が、活発に研究されている。連続繊維を用いたシート材料は、高い力学特性を有する一方で、複雑形状の成形が困難であり、適用できる製品が限られていた。射出成形材料は、複雑形状の成形品を短時間に作製できる反面、力学特性が十分ではなく、構造部材への適用は困難とされていた。これらの背景から、高い力学特性を有し、複雑な形状を成形可能な熱可塑ＣＦＲＰの開発が望まれている。
　特許文献１には、炭素繊維と熱可塑樹脂からなる成形体であり、炭素繊維のチョップドストランドを部分的に開繊させ、炭素繊維束と炭素繊維単糸が混在したランダムマットからの成形品の製造方法が開示されている。
　この技術によれば、高い力学特性を示しながら、成形時の材料の流動により複雑な形状が賦形可能な成形品が得られるが、流動に沿って機械特性が大きく変動する問題や、部位によって特性が大きく低下する問題、成形品に反りや捻れといった問題が発生し、従来のプレス成形の課題を解決するに至っていない。
　一方、特許文献２には、炭素繊維が単糸状に分散し、ランダムに配向した炭素繊維マットと樹脂からなるプリプレグで、構成する炭素繊維の繊維長分布が広い、プリプレグが開示されている。
　この技術によれば、前記のような大きな流動による問題は発生せず、高い力学特性を示しながら、絞りなどのある程度の複雑系状を有する成形品を得られるが、成形された複雑系状によっては、力学特性が十分に発揮できない場合もあった。
特開２０１３－４９１５０号公報 特開２０１０－２３５７７９号公報
　本発明は、力学特性に優れ、複雑な形状を有する成形品を得るための、炭素繊維マット、プリフォームおよびシート材料を提供することを課題とする。
　本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成からなる炭素繊維マット、プリフォームおよびシート材料を見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、以下の構成からなる。
（１）不連続炭素繊維が単糸状に分散し、前記不連続炭素繊維の単糸の配向方向がランダムであり、数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐａ）が４０％以上９９％以下であることを、炭素繊維マット。
（２）前記不連続炭素繊維の単糸の繊維長の変動係数（ＣＶ）が０．１％以上５５％以下である、（１）に記載の炭素繊維マット。
（３）前記不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）が２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、（１）から（２）のいずれかに記載の炭素繊維マット。
（４）前記不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±１ｍｍの範囲にある、不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐｂ）が５０％以上９９％以下である、（１）から（３）のいずれかに記載の炭素繊維マット。
（５）目付が１０ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下である、（１）から（４）のいずれかに記載の炭素繊維マット。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の炭素繊維マットと熱可塑樹脂を含む、プリフォーム。
（７）（６）に記載のプリフォームを加熱・加圧して得られる、シート材料。
（８）（６）に記載のプリフォームまたは（７）に記載のシート材料を加熱・加圧して得られる、成形品。
　本発明の炭素繊維マットは、プリプレグを積層する際には積層角度に大きな制約を受けることなく、等方的に力学特性に優れた成形品を得ることができる。また、絞りなどの形状賦形が可能であり、得られた複雑系状も優れた力学特性を示す。
　このことから、かかるシート材料は自動車、電気・電子部品、家電製品、航空機、旅行鞄または日用品の用途に用いられる部品・部材に好適に用いることができる。
本発明における成形品の一例を示す模式図である。 本発明で用いる炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の分散状態の一例を示す模式図である。 実施例および比較例に用いた成形用金型の透視斜視図である。 実施例および比較例に用いた成形用金型の下金型（凸金型）の簡略図である。 実施例および比較例に用いた成形用金型の上金型（凹金型）の簡略図である。
　本発明の炭素繊維マットは、不連続炭素繊維が単糸状に分散し、前記不連続炭素繊維の配向方向がランダムであり、数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の数割合（Ｐａ）が、４０％以上９９％以下である。
　以下に、本発明の炭素繊維マットの構成要素について説明する。
　本発明の炭素繊維マットは、不連続炭素繊維の単糸が面状に分散した形態を有するものであり、抄紙マット、カーディングマット、エアレイドマット、などが例示できる。ここで不連続炭素繊維とは、数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲である炭素繊維のことをいう。炭素繊維マットに、かかる形態を有するものを適用することで、形状への賦形性が優れたものとなり、複雑形状の成形が容易となる。
　本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維に用いられる炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維や、黒鉛繊維を用いることが好ましい。なかでも、ＰＡＮ系の炭素繊維を用いることがより好ましい。また、これらの炭素繊維は表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、サイジング剤による処理、結束剤による処理、添加剤の付着処理などがある。
　本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維は、単糸状に分散していることが重要である。ここで単糸状に分散しているとは、不連続炭素繊維が束状で単糸毎に互いに並列して存在するのではなく、単糸毎に離れて存在していることをいう。具体的には、不連続炭素繊維が単糸状に分散した状態として、図２が例示できる。不連続炭素繊維の単糸の分散の状態を表す指標としては、分散率が９０％以上であることが好ましい。分散率が９０％未満の場合、束状の不連続炭素繊維が残存し、炭素繊維マットの強度が低下するおそれがある。さらに分散率が９０％未満の炭素繊維マットを含む成形品は、不連続炭素繊維とマトリックス樹脂界面の面積が減少したり、マトリックス樹脂の含浸が不足して、ボイドが発生したりすることにより、力学特性が低下するおそれがある。かかる観点から、不連続炭素繊維の分散の状態としては、分散率が９６％以上であることがより好ましい。
　ここで、不連続炭素繊維の単糸の分散率とは、不連続炭素繊維の単糸と該不連続炭素繊維と接触する別の不連続炭素繊維の単糸とがなす二次元接触角度を、０°から９０°までの鋭角側で計測した際に、１°以上である不連続炭素繊維の単糸の数の割合である。かかる不連続炭素繊維の単糸の分散率は次式により表される。
　Ｐ＝ｎ／Ｎ×１００（単位：％）
・Ｐ：分散率
・ｎ：接触角度が１°以上である不連続炭素繊維の単糸の総数
・Ｎ：接触角度を計測した不連続炭素繊維の単糸の総数
　ここで、ある不連続炭素繊維の単糸が、複数の不連続炭素繊維と接触している場合には、ｎ（接触角度が１°以上である不連続炭素繊維の単糸の総数）はそれぞれ合算し、Ｎ（不連続炭素繊維の単糸の総数）はのべ本数でカウントし４００以上とする。
　二次元接触角度とは、不連続炭素繊維の単糸と該不連続炭素繊維単糸と接触する別の不連続炭素繊維単糸とが、炭素繊維マットと平行な投影面上においてなす角度のことであり、接触する単糸同士が形成する角度のうち、０°以上９０°以下の鋭角側の角度と定義する。
　この二次元接触角度について、図面を用いてさらに説明する。図２（ａ）、（ｂ）は本発明で用いる炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の分散状態の一例を示す模式図（不連続炭素繊維の単糸のみを模式的に示す）であって、炭素繊維マットの面方向（図２（ａ））および厚み方向（図２（ｂ））から観察した場合の模式図である。図２（ａ）、（ｂ）において、６、７、８、９、１０および１１は、個別の不連続炭素繊維の単糸である。
　たとえば、図２（ａ）、（ｂ）中の不連続炭素繊維の単糸６（以降、単に単糸６と記す。他についても同様とする）と接触する単糸との間の二次元接触角度を測定する場合、単糸６は図２（ａ）では単糸７～１１と交わって観察されるが、図２（ｂ）では単糸６は単糸１０および１１とは接触していない。したがって、基準となる単糸６について、二次元接触角度の評価対象となるのは単糸７～９であり、単糸６と単糸７、単糸６と単糸８、単糸６と単糸９とがそれぞれなす角度を測定する。単糸６と単糸７とがなす二次元接触角度は、単糸６および単糸７が形成する２つの角度のうち、０°以上９０°以下である鋭角側の角度θである。この場合、単糸６はＮ＝３(単糸７～９と接触)とカウントし、ｎは単糸７～９とのなす角度θが１°以上に該当する数（１～３のいずれか）とカウントする。なお、光学的に図２（ｂ）に対応する断面方向からの個別の不連続炭素繊維の単糸の接触状況を確認することは、サンプル調整の観点から現実的には困難な場合が多い。従って、光学的に分散率の計算に供するｎ及びＮを求める際に、図２（ａ）にあたる炭素繊維マットの面方向の画像のみを用い、当該画像内（すなわち炭素繊維マットの投影面内）において単糸６と交わるは単糸７～１１を対象として、同様の評価を行って近似値を得、これを分散率として用いても構わないものとする。
　また、炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料を構成する不連続炭素繊維の単糸の二次元接触角度を測定する部分としては、特に制限はないが、炭素繊維マット端部を避け、できるだけ中央近辺で、厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。
　具体的に、炭素繊維マットまたはシート材料を構成する不連続炭素繊維の単糸の二次元接触角度を測定する方法に制限はないが、例えば、炭素繊維マットまたはシート材料の表面から不連続炭素繊維の単糸の接触角を観察する方法が例示できる。この場合、表面を研磨して繊維を露出させると、より不連続炭素繊維の単糸を観察しやすくなるため好ましい。また、炭素繊維マットまたはシート材料を薄くスライスし、透過光を利用して不連続炭素繊維の単糸の接触角を観察する方法が例示できる。さらに、炭素繊維マットまたはシート材料をＸ線ＣＴ透過観察して不連続炭素繊維の単糸の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い炭素繊維の場合には、不連続炭素繊維の単糸にトレーサ用の繊維を混合しておく、あるいは不連続炭素繊維の単糸にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、より不連続炭素繊維の単糸を観察しやすくなるため好ましい。
　本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の配向方向は、力学特性の等方性の観点からランダムであることが重要である。ここで不連続炭素繊維の単糸の配向方向がランダムであるとは、不連続炭素繊維の単糸の配向方向に規則性がないことをいう。不連続炭素繊維の配向方向の様相を表す指標としては、後述する二次元配向角度度数分布が挙げられる。詳細は後述するが、二次元配向角度度数分布は、配向方向を０°以上１８０°未満の範囲で角度を６分割し、配向方向がそれぞれの分割した角度の範囲である単繊維の本数を相対度数としたものであり、完全に配向方向がランダムである場合には、分割した角度の各範囲の相対度数は、０．１７（＝１／６）となる。かかる相対度数は、最大値が、０．２５未満かつ最小値が０．０９以上であることが好ましい。相対度数の最大値が０．２５以上、または最小値が０．０９未満であると、炭素繊維マットの巻取り性が低下し、生産効率の低下につながるおそれがある。また、そのような炭素繊維マットを含むプリフォームや、シート材料は成形性が低いものとなるおそれがあり、成形品の力学特性の均質性が低下するおそれがある。
　本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の二次元配向角度分布の相対度数の最大値および最小値は、次の方法で得ることができる。無作為に選び出す不連続炭素繊維の単糸の本数を４００本以上とすれば、不連続炭素繊維の単糸の二次元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、それぞれ一定の値となる。また、不連続炭素繊維の二次元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に特に制限はないが、シート材料の端部を避け、できるだけ中央近辺で、厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。不連続炭素繊維の単糸の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数が全て０．１７であると、炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の配向が完全にランダムであることを意味する。二次元配向角度αｉは、任意に設定した１本の基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定し、０°以上１８０°未満の角度のこととした。この配向角度αｉの３０°刻みの相対度数は、次式により求めた。
　相対度数の最大値＝ＮＭＡＸ／４００
　相対度数の最小値＝ＮＭＩＮ／４００
・αｉ：測定した配向角度（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ３０：配向角度αｉが０°以上３０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ６０：配向角度αｉが３０°以上６０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ９０：配向角度αｉが６０°以上９０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ１２０：配向角度αｉが９０°以上１２０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ１５０：配向角度αｉが１２０°以上１５０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ１８０：配向角度αｉが１５０°以上１８０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・ＮＭＡＸ：上記、Ｎ３０～Ｎ１８０の中の最大値
・ＮＭＩＮ：上記、Ｎ３０～Ｎ１８０の中の最小値
　具体的に、炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料を構成する不連続炭素繊維の単糸二次元配向角度を測定する方法に制限はないが、例えば、炭素繊維マットまたはシート材料の表面から不連続炭素繊維の単糸の配向を観察する方法が例示できる。この場合、表面を研磨して不連続炭素繊維の単糸を露出させると、より不連続炭素繊維の単糸を観察しやすくなるため好ましい。また、炭素繊維マットまたはシート材料を薄くスライスし、透過光を利用して不連続炭素繊維の単糸の配向を観察する方法が例示できる。さらに、炭素繊維マットまたはシート材料をＸ線ＣＴ透過観察して不連続炭素繊維の単糸の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い炭素繊維の場合には、不連続炭素繊維の単糸にトレーサ用の繊維を混合しておく、あるいは不連続炭素繊維の単糸にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、より不連続炭素繊維の単糸を観察しやすくなるため好ましい。
　本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）は、１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが重要である。該数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ未満では、炭素繊維による補強効果が低く、そのような炭素繊維マットを用いた場合には成形品の力学特性が低いものとなるおそれがある。一方、該数平均繊維長（Ｌｎ）が１５ｍｍを超える場合は、炭素繊維マットを熱可塑性樹脂と併せて得たプリフォームを積層する工程ないし、当該プリフォームまたはそれを加熱・加圧して得られるシート材料を成形する工程において厚み膨張が大きくなるため、取扱い性が低下するおそれがある。また、該数平均繊維長（Ｌｎ）が１５ｍｍを超える場合は、不連続炭素繊維の単糸の分散性が低くなるために束状となり、そのような炭素繊維マットを用いた場合には、成形品がボイドを含むものとなったり、繊維の屈曲や、絡まりなどが生じ易くなり、成形品の力学特性および耐衝撃性が低下する場合がある。
　さらに、本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）が、２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。該数平均繊維長（Ｌｎ）が２．５ｍｍ以上であると、炭素繊維による補強効果がより高く、かかる炭素繊維マットを用いることでより高い力学特性を有する成形品がえられる。また、該数平均繊維長（Ｌｎ）が１０ｍｍ以下であると、炭素繊維マットを熱可塑性樹脂と併せて得たプリフォームを積層する工程ないし、当該プリフォームまたはそれを加熱・加圧して得られるシート材料を成形する工程において、厚み膨張が小さくなるため、より取扱い性に優れたものとなる。
　本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の繊維長の変動係数（ＣＶ）は、０．１％以上５５％以下であることが好ましい。繊維長の変動係数（ＣＶ）は、炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維の単糸の繊維長のバラツキを示す指標であり、規定数の炭素繊維単糸の繊維長を測定し、得られた繊維長の標準偏差（σ）を、数平均繊維長（Ｌｎ）で割ることで算出される。該繊維長の変動係数（ＣＶ）が０．１％以上５５％以下であると、炭素繊維マットを熱可塑性樹脂と併せて得たプリフォームおよびそれを加熱・加圧して得られるシート材料が成形性に優れたものとなるため好ましく、また、それらを用いることにより、力学特性が均質である成形品が得られるため好ましい。
　本発明の炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料中の不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）、繊維長の変動係数（ＣＶ）は、以下の方法で測定することができる。炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料の一部を切り出し、バインダーおよびマトリックスを溶解させる溶媒によりバインダーおよびマトリックスを十分溶解させた後、ろ過などの公知の操作により不連続炭素繊維の単糸を分離する。バインダーおよびマトリックスを溶解させる溶媒がない場合は、炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料の一部を切り出し、５００℃の温度で３０分間加熱し、バインダーおよびマトリックスを焼飛ばして不連続炭素繊維の単糸を分離する。分離した不連続炭素繊維の単糸を、無作為に４００本抽出し、光学顕微鏡にてその長さを１μｍ単位まで測定し、繊維長Ｌｉとする。次式により数平均繊維長（Ｌｎ）、繊維長の標準偏差（σ）および繊維長の変動係数（ＣＶ）を求めることができる。
　Ｌｎ＝ΣＬｉ／４００（単位：ｍｍ）
　σ＝（１／４００・Σ（Ｌｉ－Ｌｎ）２）（１／２）（単位：ｍｍ）
　ＣＶ＝σ／Ｌｎ×１００（単位：％）
・Ｌｃ：測定した全ての繊維長（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・Ｌ４００）を小さい順に並べたときに中央に位置する値（単位：ｍｍ）
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：ｍｍ）
　本発明の炭素繊維マットは、不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐａ）が、４０％以上９９％以下であることが重要である。Ｐａが４０％未満では、炭素繊維マットを熱可塑性樹脂と併せて得たプリフォームおよびそれを加熱・加圧して得られるシート材料を成形する際の成形性や、得られる成形品の力学特性が低いものとなるおそれがある。また、Ｐａを９９％より高くするには、炭素繊維をカットする工程で全ての炭素繊維を同じ長さにカットし、かつ、マット化工程で炭素繊維の折損が全く生じないように種々の条件を設定する必要があり、生産効率が低いものとなるおそれがある。
　本発明の炭素繊維マットは、不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±１ｍｍの範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐｂ）が５０％以上９９％以下であることが好ましい。Ｐｂが５０％以上であると、炭素繊維マットを熱可塑性樹脂と併せて得たプリフォームおよびそれを加熱・加圧して得られるシート材料を成形する際の成形性がより優れたものとなるため好ましく、また、それらから得られる成形品の力学特性がより優れたものとなるため好ましい。また、Ｐｂを９９％より高くするには、炭素繊維をカットする工程で全ての炭素繊維を同じ長さにカットし、かつ、マット化工程で炭素繊維の折損が全く生じないように種々の条件を設定する必要があり、生産効率が低いものとなるおそれがある。
　不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある炭素繊維の数割合（Ｐａ）、および該中央繊維長（Ｌｃ）の±１ｍｍの範囲にある炭素繊維の数割合（Ｐｂ）は、前記数平均繊維長（Ｌｎ）を求める際に測定する不連続炭素繊維の単糸の繊維長Ｌｉを用いて、下式により算出する。
　Ｐａ＝Ｎａ／４００×１００（単位：％）
　Ｐｂ＝Ｎｂ／４００×１００（単位：％）
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：ｍｍ）
・Ｌｃ：測定した全ての繊維長（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・Ｌ４００）を小さい順に並べたときに中央に位置する値（単位：ｍｍ）
・Ｎａ：繊維長Ｌｉが（Ｌｃ－０．２Ｌｃ）以上（Ｌｃ＋０．２Ｌｃ）未満の炭素繊維の単糸の本数
・Ｎｂ：繊維長Ｌｉが（Ｌｃ－１）以上（Ｌｃ＋１）未満の炭素繊維の単糸の本数
　本発明のプリフォームは、少なくとも本発明の炭素繊維マットと熱可塑性樹脂を含むものであり、成形品に加工される前の状態のものである。本発明のプリフォームを積層した積層体は、直接もしくは二次加工工程を経て、成形工程に供され、成形品に加工される。なお、二次加工工程には特に制限はないが、成形材料を所定のサイズや形状にカットする切削工程、炭素繊維マットと熱可塑性樹脂を接着してプリフォームの取扱性を向上させるボンディング工程、プリフォームからエアを抜く脱泡工程などが例示できる。
　本発明のプリフォームを積層体とする場合における積層構成としては、特に制限は無く、力学特性、耐衝撃性、賦形性、または意匠性等の観点から、所望の積層構成を選択できる。例えば、薄層の炭素繊維マットと薄層の熱可塑性樹脂を複数枚ずつ用意し、交互積層したプリフォームを成形することで、熱可塑樹脂が十分に含浸し、力学特性の優れた成形品を得ることができる。また、熱可塑樹脂を最外層に配置したプリフォームを成形することで、表面外観に優れる成形品を得ることができる。得られる成形体の反りの観点からは、厚み方向に対して対称となるように積層する方法が好ましく例示できる。
　本発明におけるプリフォームおよびシート材料を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等のポリオレフィン系樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂等や、これらの共重合樹脂や変性樹脂、またアロイ等が挙げられる。中でも、得られる成形品の軽量性の観点からはポリプロピレン系樹脂が好ましく、剛性の観点からはポリアミド系樹脂が好ましい。耐熱性の観点からは、ポリフェニレンスルフィド樹脂が好ましく用いられる。
　本発明のプリフォームは、炭素繊維マット(第１のシート状材料)および熱可塑樹脂(第２のシート状材料)に加え、特性を損なわない範囲で、第３のシート状材料を含むことができる。第３のシート状材料としては、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とするシート状材料が、接着性の観点から好ましく、例えば、熱可塑性ＵＤプリプレグ、コンパウンドシート、熱可塑性発泡樹脂シート等が挙げられる。
　本発明のシート材料は、本発明のプリフォームを加熱し、熱可塑樹脂を溶融させた後、加圧し、熱可塑樹脂を炭素繊維マットに含浸・一体化させることで得られるものである。シート材料の製造方法としては、特に制限は無いが、例えば、金型プレスやオートクレーブ中で高温高圧をかける方法が挙げられる。また、ダブルベルトプレスまたはカレンダーロールなどの装置を用い、シート材料を所望の温度および圧力にかけられる圧着帯域に送り込む方法も挙げられる。このようにして、連続的または半連続的な工程を操作して、シート材料を製造することができる。
　本発明のプリフォームまたはシート材料を加熱・加圧して成形し、成形品を得ることができる。
　成形品の成形方法については特に制限は無いが、プレス成形が例示される。また、プレス成形の種類は成形品の形状に応じ選択が可能である。ここで、プレス成形とは、加工機械および型、工具その他成形用の治具や副資材等を用いて、プリフォームまたはシート材料の積層体に曲げ、せん断、圧縮等の変形を与えて成形品を得る方法である。成形形態としては、絞り、深絞り、フランジ、コールゲート、エッジカーリング、型打ちなどが例示される。また、プレス成形の方法としては、設備や成形工程でのエネルギー使用量、使用する成形用の治具や副資材等の簡略化、成形圧力、温度の自由度の観点から、金属製の型を用いて成形をおこなう金型プレス法を用いることがより好ましい。
　金型プレス法としては、プリフォームまたはシート材料を型内に予め配置しておき、型締とともに加圧、加熱をおこない、次いで型締をおこなったまま、金型の冷却により該プリフォームまたはシート材料の冷却をおこない成形品を得るヒートアンドクール法や、予め該プリフォームまたはシート材料を、マトリックス樹脂の溶融温度以上に、遠赤外線ヒーター、加熱板、高温オーブン、誘電加熱などに例示される加熱装置で加熱し、熱可塑樹脂を溶融、軟化させた状態で、前記成形型の下面となる型の上に配置し、次いで型を閉じて型締を行い、その後加圧冷却する方法であるスタンピング法を採用することができる。
　成形性の観点から、本発明の炭素繊維マットの目付は、１０ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。１０ｇ／ｍ２以上であると炭素繊維マットの強度が高く、破れなどの不具合が無く、取り扱い性がより優れる。５０ｇ／ｍ２以下であると、本発明のプリフォームまたはシート材料を薄層化することができ、リブ、ボス、深絞りや立ち壁等を有する複雑な金型形状に、追従し、外観に優れた成形品を得ることができる。さらに、５０ｇ／ｍ２以下の薄層の炭素繊維マットを多層積層した、プリフォームやシート材料は、成形時に、炭素繊維マット１層と、その上下に配置された炭素繊維マットとの間で、すべりが起こるために、シワや撚りが抑えられ、力学特性および外観に優れる。
　本発明の成形品には、その用途に応じて、更に充填材、導電性付与材、難燃剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、分散剤、結晶核剤、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、帯電防止剤等を添加しても良い。
＜使用した材料＞
　［炭素繊維（ＣＦ）］
　ＣＦ－１：炭素繊維
　ポリアクリロニトリルを主成分とする重合体から紡糸、焼成処理を行い、総フィラメント数１２０００本の連続炭素繊維を得た。さらに該連続炭素繊維を電解表面処理し、１２０℃の加熱空気中で乾燥して炭素繊維（ＣＦ－１）を得た。この炭素繊維（ＣＦ－１）の特性は次に示す通りであった。
　密度：１．８ｇ／ｃｍ３
　単糸径：７μｍ
　引張強度：４．９ＧＰａ
　引張弾性率：２３０ＧＰａ　　。
　［バインダー（Ｂ－１）］
　バインダーは、日本触媒（株）製“ポリメント”（登録商標）ＳＫ－１０００を固形分濃度１．６ｗｔ％となるよう調整した水分散液を用いた。その物性等は下記の通りである。　
　構造：アミノアルキレン基を側鎖に有するアクリル系重合体
　アミン水素当量：６５０ｇ／ｅｑ
　軟化温度：１６０℃
　固形分濃度：１．６ｗｔ％　　。
　［炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで６ｍｍにカットし、不連続炭素繊維であるチョップドファイバーを得た。水と界面活性剤（ナカライテスク（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））からなる濃度０．１重量％の分散媒を６０リットル作製し、かかる分散媒を抄造装置に投入した。抄造装置は、回転翼付き攪拌機を備えた上部の抄造槽（容量５０リットル）と、下部の貯水槽（容量１０リットル）からなり、抄造槽と貯水槽の間には多孔支持体を設けてある。まず、所望の目付となるように、質量を調整したチョップドファイバーを分散媒中に投入した。次に、攪拌機の正転回転／逆転回転を１０秒毎に切り替える間欠攪拌で、分散液を３分間攪拌し、不連続炭素繊維が分散したスラリーを得た。そして、貯水層からスラリーを吸引し、多孔支持体を介して脱水し、バインダー（Ｂ－１）を付与して、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マットとした。前記炭素繊維マットを熱風乾燥機にて１５０℃、２時間の条件下で乾燥させ、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１を得た。
［炭素繊維マット２（ＣＦＭ－２）］
　攪拌機の正転回転／逆転回転を５秒毎に切り替え、意図的に分散率を高くした以外は、炭素繊維マット１と同様にして、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット２を得た。
［炭素繊維マット３（ＣＦＭ－３）］
　攪拌機の正転回転／逆転回転を５秒毎に切り替え、かつ分散液を５分間攪拌し、意図的に分散率を高くした以外は、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様にして、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット３を得た。
［炭素繊維マット４（ＣＦＭ－４）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで３ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用いた以外は、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット４を得た。
［炭素繊維マット５（ＣＦＭ－５）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで１０ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用いた以外は、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット５を得た。
［炭素繊維マット６（ＣＦＭ－６）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで２ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用いた以外は、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット６を得た。
［炭素繊維マット７（ＣＦＭ－７）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで２０ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用いた以外は、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット７を得た。
［炭素繊維マット８（ＣＦＭ－８）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで１５ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用い、攪拌機の正転回転のまま１５分間攪拌し、意図的に、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の数割合を小さくした以外、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット８を得た。
［炭素繊維マット９（ＣＦＭ－９）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで６ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用い、攪拌機の正転回転のまま１５分間攪拌し、意図的に、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の数割合を小さくした以外、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット９を得た。
［炭素繊維マット１０（ＣＦＭ－１０）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで５０ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用い、攪拌機の正転回転のまま１５分間攪拌し、意図的に、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の数割合を小さくした以外、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１０を得た。
［炭素繊維マット１１（ＣＦＭ－１１）］
　炭素繊維（ＣＦ－１）をカートリッジカッターで６ｍｍにカットしたチョップドファイバーを用い、攪拌機の正転回転のまま３０秒間攪拌し、意図的に分散率を低下させた以外、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け１００ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１１を得た。
［炭素繊維マット１２（ＣＦＭ－１２）］
　炭素繊維マットの目付けを３３ｇ／ｍ２とした以外は、不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１と同様の方法にて、目付け３３ｇ／ｍ２の不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１２を得た。
［熱可塑性樹脂フィルム１（ＴＰＦ－１）］
　ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製、“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ７０７Ｇ）を、所定量、ステンレス製の板上に配置し、その上からもう一枚のステンレス製板を重ね、板間には所望の厚みのスペーサーを入れた。プレス温度は２２０℃とし、圧力を１ＭＰａとして５分間保持し、目付１２０ｇ／ｍ２の熱可塑性樹脂フィルム１（ＴＰＦ－１）を得た。
［熱可塑性樹脂フィルム２（ＴＰＦ－２）］
　ポリアミド樹脂（東レ（株）製、“アミラン”（登録商標）ＣＭ１０２１Ｔ）を、所定量、ステンレス製の板上に配置し、その上からもう一枚のステンレス製板を重ね、板間には所望の厚みのスペーサーを入れた。プレス温度は２５０℃とし、圧力を１ＭＰａとして５分間保持し、目付１５０ｇ／ｍ２の熱可塑性樹脂フィルム２（ＴＰＦ－２）を得た。
［炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート１（ＣＦＲＰ－１）］
　炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）１枚と、熱可塑性樹脂シート２（ＴＰＦ－２）２枚との、計３枚を重ね合わせたものを、ステンレス製のツール板にセットして、プレス温度２２０℃、圧力５ＭＰａで５分間プレス加工して、炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート材料１（ＣＦＲＰ－１）を得た。また、シート状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート１（ＣＦＲＰ－１）の厚みは、０．３３ｍｍのスペーサーを用いることにより０．３３ｍｍに調整した。
［炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート２（ＣＦＲＰ－２）］
　炭素繊維マット１２（ＣＦＭ－１２）３枚と、熱可塑性樹脂シート２（ＴＰＦ－２）２枚との、計５枚を重ね合わせたものを、ステンレス製のツール板にセットして、プレス温度２２０℃、圧力５ＭＰａで５分間プレス加工して、炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート材料２（ＣＦＲＰ－２）を得た。また、シート状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート２（ＣＦＲＰ－２）の厚みは、０．３３ｍｍのスペーサーを用いることにより０．３３ｍｍに調整した。
＜金型＞
（金型１）成形用金型
　図１の箱形成形品を得るための、対向する一対の金型（図３）であり、下記に示す寸法を有する金型を用意した。下金型（凸金型）、上金型(凹金型)の寸法をそれぞれ図４、５に示す。
・図４、図５：Ｗ１；３００ｍｍ、Ｗ２；５０ｍｍ、Ｗ３；２００ｍｍ、Ｗ４；１９５ｍｍ、Ｈ１；２０ｍｍ、Ｈ２；５０ｍｍ、Ｈ３；７０ｍｍ
＜評価・測定方法＞
　各実施例で得られる評価基準は次の通りである。
　（１）不連続炭素繊維の単糸の分散率の測定
　炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料を光学顕微鏡にて観察し、無作為に不連続炭素繊維の単糸を選び出し、不連続炭素繊維の単糸と接触する別の不連続炭素繊維の単糸について、二次元接触角度を計測した。二次元接触角度を、０°から９０°までの鋭角側で計測し、二次元接触角度が１°以上である不連続炭素繊維の単糸の数の割合を求めた。　
　炭素繊維マットまたはシート材料の配向角度分布の測定用試験片としては、端部を避け、できるだけ中央近辺で、厚み変化がない部分を用いた。　
　Ｐ＝ｎ／Ｎ×１００（単位：％）
・Ｐ：分散率
・ｎ：接触角度が１°以上である不連続炭素繊維（単糸）の総数
・Ｎ：接触角度を計測した不連続炭素繊維（単糸）の総数
　ここで、ある不連続炭素繊維の単糸が、複数の不連続炭素繊維と接触している場合には、ｎ（接触角度が１°以上である不連続炭素繊維の単糸の総数）はそれぞれ合算し、Ｎ（不連続炭素繊維の単糸の総数）はのべ本数でカウントし、Ｎは４００本以上とした。
　（２）不連続炭素繊維の単糸の二次元配向角度分布の相対度数の測定
　炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料を光学顕微鏡にて観察し、無作為に４００本の不連続炭素繊維の単糸を選び出した。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不連続炭素繊維の単糸の配向方向のなす角度（以下、配向角度αｉと略す。）を全て測定した。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、０°以上１８０°未満の角度とした。この配向角度αｉの３０°刻みの相対度数は、下記式により求めた。　
　炭素繊維マットまたはシート材料を構成する不連続炭素繊維の単糸の二次元配向角度を測定する試験片としては、端部を避け、できるだけ中央近辺で、厚み変化がない部分を用いた。また、必要に応じて炭素繊維マットまたはシート材料の一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、不連続炭素繊維の単糸が露出する深さまで、包埋物を研磨し観察用試験片を作製した。　
　相対度数の最大値＝ＮＭＡＸ／４００
　相対度数の最小値＝ＮＭＩＮ／４００
・αｉ：測定した配向角度（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ３０：配向角度αｉが０°以上３０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ６０：配向角度αｉが３０°以上６０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ９０：配向角度αｉが６０°以上９０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ１２０：配向角度αｉが９０°以上１２０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ１５０：配向角度αｉが１２０°以上１５０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎ１８０：配向角度αｉが１５０°以上１８０°未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・ＮＭＡＸ：上記、Ｎ３０～Ｎ１８０の中の最大値
・ＮＭＩＮ：上記、Ｎ３０～Ｎ１８０の中の最小値。
　（３）不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）、および繊維長の変動係数（ＣＶ）の測定
　炭素繊維マット、プリフォームまたはシート材料の一部を切り出し、バインダーおよびマトリックスを溶解させる溶媒によりバインダーおよびマトリックスを十分溶解させた後、ろ過などの公知の操作により不連続炭素繊維と分離した。バインダーおよびマトリックスを溶解させる溶媒がない場合は、シート材料の一部を切り出し、５００℃の温度で３０分間加熱し、バインダーおよびマトリックスを焼飛ばして不連続炭素繊維を分離した。分離した不連続炭素繊維の単糸を、無作為に４００本抽出し、光学顕微鏡にてその長さを１μｍ単位まで測定し、繊維長Ｌｉとした。次式により不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）、および繊維長の変動係数（ＣＶ）を求めた。　
　Ｌｎ＝ΣＬｉ／４００（単位：ｍｍ）
　σ＝（１／４００・Σ（Ｌｉ－Ｌｎ）２）（１／２）（単位：ｍｍ）
　ＣＶ＝σ／Ｌｎ×１００（単位：％）
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：ｍｍ）。
　（４）不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐａ）、および不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±１ｍｍの範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐｂ）の測定　
　上記方法で測定した不連続炭素繊維の単糸の繊維長Ｌｉを用いて、次式より不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐａ）、および不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±１ｍｍの範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐｂ）を求めた。　
　Ｐａ＝Ｎａ／４００×１００（単位：％）
　Ｐｂ＝Ｎｂ／４００×１００（単位：％）
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：ｍｍ）
・Ｌｃ：測定した全ての繊維長（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・Ｌ４００）を小さい順に並べたときに中央に位置する値（単位：ｍｍ）
・Ｎａ：繊維長Ｌｉが（Ｌｃ－０．２Ｌｃ）以上（Ｌｃ＋０．２Ｌｃ）未満の不連続炭素繊維の単糸の本数
・Ｎｂ：繊維長Ｌｉが（Ｌｃ－１）以上（Ｌｃ＋１）未満の不連続炭素繊維の単糸の本数。
　（５）曲げ強度の評価
　ＡＳＴＭ　Ｄ７９０規格（２０１０年改訂）に準拠し、実施例および比較例で作製した成形品の曲げ強度の評価を行った。　
　実施例または比較例により得られた成形品の天板および立ち壁から、それぞれ、長さ５０±１ｍｍ、幅２５±０．２ｍｍの曲げ試験片を、任意の方向を０°方向とした場合に、０°、９０°方向の２方向について切り出して試験片を作製した。それぞれの方向について測定数はｎ＝５とし、全ての測定値（ｎ＝１０）の平均値を曲げ強度とした。　
　試験機として“インストロン”（登録商標）万能試験機４２０１型（インストロン社製）を用い、３点曲げ試験冶具（圧子直径１０ｍｍ、支点直径１０ｍｍ）を用いて支持スパンを試験片厚みの１６倍に設定し、曲げ弾性率を測定した。試験片の水分率０．１質量％以下、雰囲気温度２３℃、および湿度５０質量％の条件下において、試験を行った。
　（６）曲げ強度の変動係数判定
　曲げ強度（σｂ）およびその標準偏差（ｓｂ）を用いて、曲げ強度の変動係数（ＣＶｂ）は次式により求めた。　
　ＣＶｂ＝ｓｂ／σｂ×１００（単位：％）。
　（７）Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）の評価
　ＡＳＴＭ　Ｄ２５６規格（２０１０年改訂）に準拠し、成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）の評価を行った。　
　実施例または比較例により得られた成形品の天板および立ち壁から、それぞれ、長さ６２±１ｍｍ、幅１２．７±０．１５ｍｍ、ノッチ角度２２．５°±０．５°、０．２５±０．０５ＲのＩｚｏｄ衝撃強度試験片を、任意の方向を０°方向とした場合に、０°、９０°方向の２方向について切り出して試験片を作製した。それぞれの方向について測定数はｎ＝５とし、全ての測定値（ｎ＝１０）の平均値をＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）とした。試験片の水分率０．１質量％以下、雰囲気温度２３℃、および湿度５０質量％の条件下において、試験を行った。
　（８）Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）の変動係数判定
　衝撃強度（Ｅ）およびその標準偏差（ｓｅ）を用いて、衝撃強度の変動係数（ＣＶｉ）は次式により求めた。　
　ＣＶｉ＝ｓｅ／Ｅ×１００（単位：％）。
　（９）成形品の表面外観
　図１に示す成形品の天板、角、立ち壁、稜線を目視にて観察し、以下の基準で評価した。Ａ、Ｂが合格であり、Ｃが不合格である。
Ａ：面板にかすれ状の跡、穴あきが無く、優れた表面外観である。
Ｂ：実用上問題はないものの、面板の一部にかすれ状の跡が見られる。
Ｃ：面板に未充填や穴あき、全体的にかすれがある。
　（実施例１）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）３枚と、熱可塑性樹脂シート１（ＴＰＦ－１）６枚との、計９枚を重ね合わせたプリフォームを、室温のプレス用金型１にセットし、０．１ＭＰａの圧力を負荷した状態で、金型温度を２２０℃まで昇温した。その後、圧力５ＭＰａで５分間プレス成形し、圧力を保ったまま２５℃の室温になるまで自然冷却して成形品を得た。この際、１ｍｍのスペーサーを用いることにより、成形品の厚みを１ｍｍとなるように調整した。得られた成形品の表面外観を観察した後、天板を所定サイズに切り出し、評価に供した。評価結果を表１にまとめて記す。
　（実施例２）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット２（ＣＦＭ－２）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（実施例３）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット３（ＣＦＭ－３）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（実施例４）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット４（ＣＦＭ－４）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（実施例５）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット５（ＣＦＭ－５）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（実施例６）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット６（ＣＦＭ－６）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（実施例７）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット７（ＣＦＭ－７）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（実施例８）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）３枚と、熱可塑性樹脂シート２（ＴＰＦ－２）６枚との、計９枚を重ね合わせたプリフォームを、室温のプレス用金型１にセットし、０．１ＭＰａの圧力を負荷した状態で、金型温度を２５０℃まで昇温した。その後、圧力５ＭＰａで５分間プレス成形し、圧力を保ったまま２５℃の室温になるまで自然冷却して成形品を得た。この際、１ｍｍのスペーサーを用いることにより、成形品の厚みを１ｍｍとなるように調整した。得られた成形品の表面外観を観察した後、天板を所定サイズに切り出し、評価に供した。評価結果を表１にまとめて記す。
　（実施例９）
　遠赤外線ヒーターを具備したオーブン中に、炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート１（ＣＦＲＰ－１）３枚を個別に配置し、各シートに設置した熱電対の温度が２２０℃に達していることを確認した後、オーブン中で３枚のシートを積層し、プリフォーム１とした。　
　ついで、予熱したプリフォーム１を、８０℃に予熱したプレス用金型１に配置し、圧力１０ＭＰａで５分間プレス成形し、成形品を得た。この際、成形品の厚みは、１ｍｍのスペーサーを用いることにより、１ｍｍに調整した。得られた成形品の表面外観を観察した後、天板を所定サイズに切り出し、評価に供した。評価結果を表１にまとめて記す。
　（実施例１０）
　炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート１（ＣＦＲＰ－１）に代えて炭素繊維強化熱可塑性樹脂シート２（ＣＦＲＰ－２）を使用した以外は、実施例９と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表１に示す。
　（比較例１）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット８（ＣＦＭ－８）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表２に示す。
　（比較例２）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット９（ＣＦＭ－９）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表２に示す。
　（比較例３）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１０（ＣＦＭ－１０）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表２に示す。
　（比較例４）
　不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１（ＣＦＭ－１）に代えて不連続炭素繊維からなる炭素繊維マット１１（ＣＦＭ－１１）を使用した以外は、実施例１と同様の手順および方法にて、成形品を得た。特性をまとめて表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上のように、本発明の範囲内である実施例１～９においては、力学特性と成形性に優れた成形品を得ることができた。本発明の炭素繊維マットを構成する不連続炭素繊維が単糸状にランダムに分散しており、本明細書本中で定義される、数平均繊維長（Ｌｎ）および中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の数割合（Ｐａ）が規定値を満足するよう調整することにより成し得たものである。
　さらに、繊維長の変動係数（ＣＶ）、および中央繊維長（Ｌｃ）の±１．０ｍｍの範囲にある不連続炭素繊維の数割合（Ｐｂ）が規定値を満足するよう調整した炭素繊維マットを用いることで、力学特性および形状賦形性により優れた成形品を得ることができた。
　一方、比較例１～４においては、力学特性および形状賦形性に優れた成形品を得ることができなかった。比較例１～３の成形品は力学特性と表面品位に劣り、比較例４は力学特性に劣るものであった。
　本発明の炭素繊維マットを用いた成形品は、高い力学特性を示し、絞りなどの形状賦形が可能であり、得られた複雑系状も優れた力学特性を示すことから、種々の用途に展開できる。その中でも自動車・航空機用部品・電気・電子製品部品、旅行鞄に好適に用いることができる。
　１　箱形成形品
　２　箱形成形品の天板
　３　箱形成形品の立ち壁
　４　箱形成形品の角
　５　箱形成形品の稜線
　６、７、８、９、１０、１１　不連続炭素繊維（単糸）
　１２　成形用金型の凸部の型
　１３　成形用金型の凹部の型
　θ　二次元接触角

Claims (8)

  1. 不連続炭素繊維が単糸状に分散し、前記不連続炭素繊維の単糸の配向方向がランダムであり、数平均繊維長（Ｌｎ）が１．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、中央繊維長（Ｌｃ）の±２０％の範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐａ）が４０％以上９９％以下である、炭素繊維マット。
  2. 　前記不連続炭素繊維の単糸の繊維長の変動係数（ＣＶ）が０．１％以上５５％以下である、請求項１に記載の炭素繊維マット。
  3. 　前記不連続炭素繊維の単糸の数平均繊維長（Ｌｎ）が２．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の炭素繊維マット。
  4. 　前記不連続炭素繊維の単糸の中央繊維長（Ｌｃ）の±１ｍｍの範囲にある不連続炭素繊維の単糸の数割合（Ｐｂ）が５０％以上９９％以下である、請求項１から３のいずれかに記載の炭素繊維マット。
  5. 　目付が１０ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下である、請求項１から４のいずれかに記載の炭素繊維マット。
  6. 　請求項１から５のいずれかに記載の炭素繊維マットと、熱可塑樹脂を含む、プリフォーム。
  7. 　請求項６に記載のプリフォームを加熱・加圧して得られる、シート材料。
  8. 　請求項６に記載のプリフォームまたは請求項７に記載のシート材料を加熱・加圧して得られる、成形品。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019188873A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 東レ株式会社 プレス成形品の製造方法
JP2021139496A (ja) * 2020-03-02 2021-09-16 住友化学株式会社 衝撃吸収部材及び車両
JPWO2022050213A1 (ja) * 2020-09-04 2022-03-10
JP7698157B1 (ja) * 2025-02-28 2025-06-24 ユニ・チャーム株式会社 シート部材及び使い捨て吸収性物品

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220063213A1 (en) * 2018-12-25 2022-03-03 Teijin Limited Fiber-Reinforced Thermoplastic Resin Molded Body and Method for Manufacturing Same
US11794419B2 (en) * 2019-03-27 2023-10-24 Toray Industries, Inc. Fiber-reinforced resin molding material molded product and method of producing same
EP3819104A1 (de) * 2019-11-06 2021-05-12 Vocier GmbH Verfahren zur herstellung eines bauteils und behälter mit zumindest einem derartig hergestellten bauteil

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007097436A1 (ja) * 2006-02-24 2007-08-30 Toray Industries, Inc. 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
JP2010037666A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Toray Ind Inc 抄紙基材の製造方法
JP2011157637A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Toray Ind Inc 抄紙基材および繊維強化成形基材の製造方法
JP2011190549A (ja) * 2010-03-12 2011-09-29 Mitsubishi Plastics Inc 繊維混抄マット状成形体及び繊維強化成形体
WO2012086682A1 (ja) * 2010-12-24 2012-06-28 東レ株式会社 炭素繊維集合体の製造方法および炭素繊維強化プラスチックの製造方法
JP2013163805A (ja) * 2012-01-10 2013-08-22 Toray Ind Inc 炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7410719B2 (en) * 2003-03-26 2008-08-12 Toray Industries, Inc. Porous carbon base material, method for preparation thereof, gas-diffusing material film-electrode jointed article, and fuel cell
DE10353070B4 (de) * 2003-11-13 2005-09-15 Airbus Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Binderaktivierung auf einem Faserhalbzeug/Preform durch direktes Erwärmen von Kohlenstofffasern über eine angelegte elektrische Spannung
DE102011000722A1 (de) * 2011-02-14 2012-08-16 Universität Bremen Verfahren zum Herstellen von Faserhalbzeug
CA2843843C (en) * 2011-08-03 2015-09-08 Teijin Limited Method for manufacturing shaped product by low-pressure molding
CN104781317B (zh) * 2012-12-26 2017-10-03 东丽株式会社 纤维增强树脂片材、一体化成型品及它们的制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007097436A1 (ja) * 2006-02-24 2007-08-30 Toray Industries, Inc. 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
JP2010037666A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Toray Ind Inc 抄紙基材の製造方法
JP2011157637A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Toray Ind Inc 抄紙基材および繊維強化成形基材の製造方法
JP2011190549A (ja) * 2010-03-12 2011-09-29 Mitsubishi Plastics Inc 繊維混抄マット状成形体及び繊維強化成形体
WO2012086682A1 (ja) * 2010-12-24 2012-06-28 東レ株式会社 炭素繊維集合体の製造方法および炭素繊維強化プラスチックの製造方法
JP2013163805A (ja) * 2012-01-10 2013-08-22 Toray Ind Inc 炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3225735A4 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019188873A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 東レ株式会社 プレス成形品の製造方法
JPWO2019188873A1 (ja) * 2018-03-30 2021-02-12 東レ株式会社 プレス成形品の製造方法
JP7163911B2 (ja) 2018-03-30 2022-11-01 東レ株式会社 プレス成形品の製造方法
TWI791803B (zh) * 2018-03-30 2023-02-11 日商東麗股份有限公司 壓合成形品之製造方法及壓合成形品
JP2021139496A (ja) * 2020-03-02 2021-09-16 住友化学株式会社 衝撃吸収部材及び車両
JPWO2022050213A1 (ja) * 2020-09-04 2022-03-10
WO2022050213A1 (ja) * 2020-09-04 2022-03-10 東レ株式会社 熱可塑性プリプレグ、繊維強化プラスチック、及びそれらの製造方法
US12576558B2 (en) 2020-09-04 2026-03-17 Toray Industries, Inc. Thermoplastic prepreg, fiber-reinforced plastic, and manufacturing method therefor
JP7698157B1 (ja) * 2025-02-28 2025-06-24 ユニ・チャーム株式会社 シート部材及び使い捨て吸収性物品

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