CN102656010A

CN102656010A - 碳纤维层合体及预成型体、以及它们的制造方法

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Publication number: CN102656010A
Application number: CN2010800575884A
Authority: CN
Inventors: 山本晃之助; 山崎真明; 竹本秀博
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: EP2514587A1; JP5733204B2; EP2514587A4; AU2010331411B2; US20120251763A1; JPWO2011074437A1; KR20120094136A; CN102656010B; WO2011074437A1; AU2010331411A1

Abstract

一种碳纤维层合体、使用其的预成型体、及它们的制造方法，所述碳纤维层合体是层合1个或多个碳纤维布帛而得到的，所述碳纤维布帛是使用1个或多个由单向排列的多根碳纤维形成的碳纤维束而得到的，其特征在于，碳纤维层合体的表面及/或端面的至少一部分由石墨化部形成，并且，由该石墨化部的拉曼光谱得到的G谱带与D谱带的强度比(D谱带的强度/G谱带的强度)为0.3以下。能够容易地加工碳纤维层合体或预成型体的端面，并且端面中碳纤维不会绽开，能够以高精度实现整型加工。因此，能够将它们简单且精度良好地配置到成型模内，另外，也可以省略去除溢料作业，能够实现低成本化、缩短生产时间。

Description

碳纤维层合体及预成型体、以及它们的制造方法

技术领域

本发明涉及纤维增强塑料中使用的碳纤维层合体或预成型体、或它们的制造方法，更具体而言，涉及形成后的碳纤维层合体或预成型体的整型的改良技术。

背景技术

近年，为了实现航空器及汽车等的轻质化，使用采用了碳纤维的纤维增强塑料的机会正在增加。其中，使用了由单向排列的多根碳纤维形成的碳纤维束的纤维增强塑料在比刚度及比强度方面与金属材料相比具有很多优点，被用于各种部件。

作为由单向碳纤维束形成的纤维增强塑料的成型方法，提出了预浸料坯/高压釜法、RTM(Resin Transfer Molding)成型方法、RFI(Resin Film Infusion)成型方法或由它们派生出的成型方法等各种方法。其中，RTM成型方法在下述方面备受关注，即准备将多个图1所述的碳纤维等布帛进行层合所得的碳纤维层合体，将布帛间固定使其维持所期望的形状，由此预先形成预成型体，并且含浸基质树脂使其固化，由此能够得到复杂形状的纤维增强塑料。

但是，碳纤维由于直径非常细为10μm左右，所以如图2所示，想要将碳纤维层合体或预成型体用刀具等接触切断时，还由于碳纤维自身的硬度，导致将想要切断的部位挤坏而切断。因此，由于其反弹力导致碳纤维容易在端面绽开。特别是，想要在将布帛层合形成预成型体后切断时，容易使得切断面在厚度方向上不一致。

想要将上述预成型体配置在成型模中时，导致与成型模的模腔形状之间不匹配。预成型体比成型模大时，为了将形状调整为与成型模匹配的大小而追加进行切断加工作业，或者将比成型模大的预成型体直接收纳于成型模内进行成型。后者的情况下，导致直至成型后的纤维增强塑料的溢料部分含有碳纤维，产生去除溢料作业变烦杂的不良情况。

另一方面，预成型体小时，由于在与成型模之间产生的间隙中形成仅有树脂(富含树脂)的部分，所以需要在注入基质树脂前另外进行埋入碳纤维的作业。另外，即使看起来预成型体与成型模的形状基本一致，但有时在将预成型体向成型模搬运期间等预成型体的端部绽开，难以完全抑制不匹配。

因此，由于碳纤维自身加工的难度，对于向成型模进行的预成型体配置作业、成型后的去除溢料作业来说需要大量工时。

针对上述容易绽开的碳纤维，提出了将预成型体端部进行缝制，或者在将要切断的预成型体的端面涂布粘合剂等树脂材料的方法。将预成型体端部进行缝制的方法，由于实质上是将比预成型体端面稍靠近内侧的部分进行缝制，所以切断端面时，无法完全抑制碳纤维绽开，还有可能产生缝制中使用的纱线自身的二次绽开。另外，涂布粘合剂等树脂材料的方法中，由于有时涂布树脂材料时附着异物，或有时在树脂材料内含有空气，所以可能导致成型后的纤维增强塑料的强度不足、产生破裂等缺陷。上述方法虽然能够期待一定的效果，但是需要对切断的预成型体进行新的处理，从这方面考虑也不能说是有效的。

作为将碳纤维粘合的技术，专利文献1及专利文献2中公开了下述方法，即介由酚醛树脂等将短纤维状(3～20mm左右)的碳纤维制成片材状成型物。记载了该片材状成型物是将碳短纤维在二维平面内随机分散，与酚醛树脂一同在惰性气氛下在约2000℃以上的高温下烧成得到的。上述文献中公开的片材状成型物优选用于碳纤维电极，并不是在片材状成型物中重新含浸基质树脂进行使用。另外，由于在约2000℃以上的高温进行烧成，所以碳短纤维自身也碳化，因此无法获得碳短纤维自身所具有的弹性模量及强度等。

另外，作为将碳纤维彼此进行粘合的其他方法，专利文献3及专利文献4中公开了下述方法，即将烃的混合气体与作为催化剂的金属微粒一同加热至800℃以上，得到介由内含有金属微粒或者金属碳化物微粒的突起物状的石墨烯层(graphene layer)而形成的三维网状的碳纤维复合体。但是，上述方法也含有作为催化剂的金属微粒，制成纤维增强塑料时有时轻质性受损，另外，由于再次将碳纤维加热至800℃以上，所以一部分碳化可能无法得到规定的弹性模量及强度。

上述专利文献1至4均为在以单纱水平分散的碳纤维中，使用碳的粘合部形成三维网状结构的技术，从树脂的含浸性的观点考虑，不很适合于将本发明中使用的构成布帛的单向碳纤维束进行粘合。其理由如下所述，通常已知树脂向单向碳纤维束内部的含浸是通过毛细管现象沿着碳纤维的周围(表面)进行浸透，如果碳纤维束的表面具有成为三维网状结构的交点的粘合部，则变得在粘合部迂回地进行浸透。即，粘合部成为抑制流动的主要原因，在与没有粘合部的周边部分之间，在树脂的浸透速度及浸透距离方面产生差异，因此，可能产生微小的空隙及未含浸等缺陷。

另外，专利文献5中，公开了预先用表面活性剂处理石墨粒子，之后在石墨粒子的表面形成由碳形成的被覆层的方法。这是球状碳的包衣技术，并没有公开将碳纤维及碳纤维束彼此进行粘合的技术构思。

另外，专利文献6中公开了实施有玻璃状碳被膜的碳材即玻璃状碳被覆碳材。其涉及通过化学蒸镀法(CVD)，使用碳材制造晶片的技术，具体而言，涉及将加热后的聚氯乙烯等有机聚合物溶解于溶剂中，将所得的溶液涂布于碳材表面，加热使其碳化形成玻璃状碳皮膜的技术。专利文献6中，需要在皮膜形成中使用与用作母材的碳材不同的有机聚合物，目的为在碳材表面形成没有裂纹及针孔的皮膜，但是完全没有公开对碳纤维束之类的存在差异的端面进行被覆的方法。

另外，专利文献7中公开了通过弧离子镀法制造硬质薄膜的方法。本方法也是在低真空中赋予电压将碳源在母材上成膜的技术，硬质薄膜是指表面平滑性优异的无定形碳网状结构。该成膜方法无法应对在大气中进行成膜，完全没有公开母材的切断加工、及对碳纤维束之类的具有差异的端面进行被覆的方法。

另外，专利文献8中公开了将含有卤化烃的气体在400℃以上的温度下热解使碳析出的气相热解碳的制法。该方法是将卤化烃在惰性气体内加热，将所得的热解碳填充在作为基材的由碳纤维形成的编织物等的纤维间的空间中，制作碳纤维-碳复合材料。该方法也需要由卤化烃生成用于结合的热解碳，另外，完全没有公开对碳纤维束之类的具有差异的端面进行被覆的具体方法。

另外，专利文献9中，公开了将热解碳被覆石墨材料在卤素气体气氛中在1500℃～2500℃的温度下实施热处理的方法。主张具有被覆材料与碳纤维增强碳材的线膨胀系数接近的效果，但是，该方法也需要将与母材不同的石墨材料在卤素气体气氛中进行热处理，完全没有公开对碳纤维束之类的具有差异的端面进行被覆的具体方法。

专利文献1：日本特开2004-288489号公报

专利文献2：日本特开2005-297547号公报

专利文献3：日本特开2008-248457号公报

专利文献4：日本特开2008-163535号公报

专利文献5：专利第3685364号公报

专利文献6：日本特开昭63-74960号公报

专利文献7：日本特开平10-25565号公报

专利文献8：日本特开昭53-108089号公报

专利文献9：日本特开平10-45474号公报

发明内容

如上所述，课题在于确立一种方法，所述方法在将使用了单向碳纤维束的预成型体配置在成型模内时，能够使碳纤维在预成型体的端面不易绽开，并且能够简单地形成规定的形状。

因此，本发明的课题在于提供一种能够容易加工碳纤维层合体或预成型体的端面，并且在端面中碳纤维不会绽开，能够以高精度实现整型加工的碳纤维层合体或预成型体和它们的制造方法。

为了解决上述课题，本发明所述的碳纤维层合体是层合1个或多个碳纤维布帛而得到的，所述碳纤维布帛是使用1个或多个由单向排列的多根碳纤维形成的碳纤维束而得到的，其特征在于，上述碳纤维层合体的表面及/或端面的至少一部分由石墨化部形成，并且由上述石墨化部的拉曼光谱得到的G谱带与D谱带的强度比为0.3以下。此处强度比用计算式(强度比)＝(D谱带的强度)/(G谱带的强度)表示。

此处，优选上述石墨化部形成于碳纤维层合体的端面。

另外，还优选在石墨化部中，相邻的碳纤维进行粘合，优选具有被粘合的上述碳纤维的根数至少超过15根的部分。

进而，优选石墨化部由膜厚为0.1mm以下的膜状石墨形成，在该膜状石墨的表面具有线状痕。

优选石墨化部为通过光束照射在切断的端面上形成的石墨化切断端面。

进而，优选由碳纤维的长度方向切断面的拉曼光谱得到的G谱带与D谱带的强度比(D谱带的强度/G谱带的强度)为0.8以上1.4以下。

另外，优选上述碳纤维至少含有PAN类碳纤维的长纤维。

本发明所述的预成型体的特征在于，使用上述之类的碳纤维层合体，在上述碳纤维布帛的表面上至少铺设作为粘合材料的树脂材料，并且，相邻的上述碳纤维布帛彼此进行粘合。

本发明的纤维增强塑料是在上述预成型体中含浸基质树脂，使其固化而得到的。

另外，为了解决上述课题，本发明所述的碳纤维层合体的制造方法为层合有1个或多个碳纤维布帛而得到的碳纤维层合体的制造方法，所述碳纤维布帛是使用1个或多个由单向排列的多根碳纤维形成的碳纤维束而得到的，其特征在于，在上述碳纤维层合体上照射光束，将上述碳纤维层合体的表面及/或端面进行石墨化。

优选在该方法中，在上述碳纤维层合体上照射光束，将该碳纤维层合体切断为所期望的形状，并且，将切断面进行石墨化。

进而，分别优选光束照射中，对能量密度、操作速度、焦深中的至少一种进行控制，该制造方法中使用的光束为点激光(spot laser)或线激光(line laser)中的任一种激光光线。

另外，本发明所述的预成型体的制造方法的特征在于，使用上述任一项所述的碳纤维层合体，在碳纤维布帛的表面至少铺设粘合材料，并且，相邻的上述碳纤维布帛彼此进行粘合，在由此所得的预成型体上照射上述任一项中记载的光束进行石墨化。

根据本发明，能够容易地加工碳纤维层合体或预成型体的端面，并且端面中碳纤维不会绽开，能够以高精度实现整型加工。因此，能够简单且精度良好地将碳纤维层合体或预成型体配置在成型模内，简化向成型模中的配置及省略去除溢料作业，由此能够减少工时，实现低成本化，缩短生产时间。另外，将预成型体成型得到的纤维增强塑料端部的硬质膜状石墨具有防止产生裂纹的效果。进而，通过使用激光光线等，能够不使用碳材及卤化烃等其他材料，以短时间且精度良好地对碳纤维层合体及预成型体进行整型加工。

附图说明

[图1]为表示本发明中使用的碳纤维布帛、碳纤维层合体、及预成型体的一个实施方式的部分立体简图。

[图2]为表示用刀具将预成型体进行接触切断的状态的示意图。

[图3]为表示本发明得到的碳纤维层合体的表面及/或端面的至少一部分被制成石墨化部的一个实施方式的示意图，(a)碳纤维层合体的部分立体简图，(b)端面的放大观察图，(c)为被石墨化的端面的一部分的进一步放大观察图。

[图4]为将图3(b)的单向碳纤维束的端部在长度方向进行切断，对于B-B，截面，表示截面的示意图(图4(a))，为表示将石墨化部的一部分进行剥离后的状态的示意图(图4(b))。

[图5]为表示将膜状石墨的一部分剥离后的状态的、从单向碳纤维束的端部的垂直方向观察到的放大观察图。

[图6]为关于本发明所述的单向碳纤维束，表示在单向碳纤维束的端部形成的石墨化部及即使用手指接触也不剥离的状态的示意图(图6(a))，为表示沿着单向碳纤维束的长度方向形成的膜状石墨及即使用手指接触也不剥离的状态的示意图(图6(b))。

[图7]为关于现有单向碳纤维束，表示单向碳纤维束的端部及使用手指接触发生绽开的状态的示意图(图7(a))，表示单向碳纤维束的长度方向及用手指接触发生绽开的状态的示意图(图7(b))。

[图8]为表示用激光拉曼光谱分析法分析作为本发明的一个实施方式的碳纤维层合体的表面及/或端面所得的分析结果的图。

[图9]为表示从本发明使用的预成型体的上方照射激光光线切断预成型体时的一个实施方式的简图。

[图10]为表示将预成型体切断加工成各种形态(矩形、圆盘状、拐角部倒角)的例子，(a)照射激光光线进行切断加工时的例子，和(b)使用刀具切断加工为与(a)相同的形状的情况的例子的观察图。

[图11]为表示本发明使用的RTM成型法的制造工序的结构简图。

[图12]为表示图11的配置工序及合模工序的结构简图。

[图13]为图12的配置工序及合模工序中的C-C’截面的放大部分截面简图，(a)表示预成型体被切断为比模腔大的情况，(b)切断为净形(Net Shape)的预成型体的情况，(c)将端面进行石墨化后的净形预成型体的情况。

[图14]为表示将图13中配置的各预成型体成型后的脱模工序、及纤维增强塑料中产生溢料的状态的示意图，(a)表示使用被切断为比模腔大的预成型体的情况，(b)表示使用切断为净形的预成型体的情况，(c)表示使用将端面进行石墨化后的净形预成型体的情况。

[图15]为分别使用(a)切断为比模腔大的预成型体、(b)切断为净形的预成型体、(c)将端面进行石墨化后的净形预成型体，用扳手碰撞图14得到的纤维增强塑料的端面的情况的示意图。

[图16]为用激光光线切断预成型体的加工试验装置的结构简图。

[图17]为表示将本发明的一个实施方式中的碳纤维层合体的表面及/或端面在大气中采用激光拉曼光谱分析法进行分析的结果的图。

[图18]为表示从图17的分析结果中除去荧光背景的影响后采用激光拉曼光谱分析法进行分析的结果的图。

[图19]为将预成型体的表面用激光光线进行石墨化的加工试验装置的示意图。

具体实施方式

以下一边参照附图一边说明本发明的优选实施方式。

使用图1，说明作为本发明的一个实施方式的碳纤维层合体20。碳纤维层合体20是将1个或多个碳纤维布帛10进行层合而得到的，所述碳纤维布帛10是使用由单向排列的多根碳纤维1形成的单向碳纤维束5形成的。构成单向碳纤维束5的碳纤维1的根数没有特别限定，优选由3,000根～24,000根左右构成，使得能够维持碳纤维布帛10的形状。另外，碳纤维布帛10优选为例如平纹织物、斜纹织物、缎纹织物及由单向排列的单向碳纤维束5形成的单向织物基材、多轴针织基材等形态。并且，将碳纤维层合体20赋型为三维形状等所得的产物为预成型体30。之后说明预成型体30的详细情况。

图3(a)为表示本发明的特征、即碳纤维层合体20的表面及/或端面的至少一部分由石墨化部形成的形态的示意图，(b)为表示端面的放大照片的图，(c)为表示被石墨化的端面的一部分进一步放大的照片的图。图3(b)中，看起来为较大的椭圆状的部分相当于单向碳纤维束5的端部6，在端部6与相邻的端部6之间层合的多个部分(在图中左右延伸的一群)为在长度方向铺设的单向碳纤维束5的截面，表示图3(b)的整体基本被石墨化部40覆盖的形态。优选在石墨化部40中，在碳纤维层合体20的厚度方向(纸面的纵向)上，出现多个线状痕41。线状痕41形成微细的凹凸，有助于提高端部6的强度。另外，线状痕41也是制造时产生的特征，是在与线状痕41平行的方向上照射下述能量时形成的。

进而，在将被石墨化的端部6放大的图3(c)中，可见粘合部42及多个凸部43。认为凸部43是相当于构成单向碳纤维束5的碳纤维1的端部2的位置。既有形成粘合部42以使上述凸部43彼此连接的部分，也有不介由粘合部42而是凸部43彼此直接连接的部分。需要说明的是，图3(c)为本发明的一个实施方式，也可以存在不同形态的部分。

优选无论是否介由粘合部42，在石墨化部40中相邻的碳纤维1彼此粘合。优选遍布整个范围地形成石墨化部40整体，但是由于单向碳纤维束5中碳纤维1的分布存在偏差，所以也可以存在在空隙较大的部位难以形成石墨化部40的部位。

另外，更优选具有被粘合的碳纤维1的根数超过15根的部分。为了表现纤维增强塑料的机械特性，优选精密地填充碳纤维1并含浸树脂，通常多用纤维增强塑料中的纤维体积含有率(Vf)表示。在面向航空器及汽车等要求高机械特性的领域，要求Vf＝55～65％左右，考虑到与精密填充的关系，认为Vf的上限值为70％左右。此处，例如，考虑到进行层合使得单位面积重量190g/m²的碳纤维布帛为Vf＝70％的情况，优选具有在厚度方向至少粘合15根构成单向碳纤维束5的直径10μm、密度1.8g/cm³的碳纤维1所形成的“厚度”，将碳纤维1进行粘合使得至少单向碳纤维束5在厚度方向上被拘束。上述厚度可以通过(单位面积重量)/(密度)/(Vf)/10＝(厚度)(mm)算出。

图4(a)为表示将图3(b)的单向碳纤维束5的端部6在长度方向(纸面的垂直方向)进行切断的B-B’截面的示意图，图4(b)为表示将石墨化部40的一部分剥离后的状态的示意图。需要说明的是，图4(a)(b)为了简便仅图示了一束单向碳纤维束5。图4(a)(b)中，端面22中形成的石墨化部40中，至少一部分碳纤维1的端部2扩展为漏斗状，形成覆盖被石墨化的碳纤维端部48的薄膜状膜状石墨45。

图5为表示将膜状石墨45的一部分剥离后的状态的、从单向碳纤维束5的端部6的垂直方向观察到的放大照片的图，从剥离膜状石墨45后的部分露出多个被石墨化的碳纤维端部48。

如图4(b)所示，从端面22的石墨化部40剥离后的膜状石墨45的膜厚46优选为0.1mm以下，较优选为0.05mm以下。使其为0.1mm以下时，能够使膜状石墨45自身具有变形能力，故优选。关于下限值，只要能够形成膜则没有特别规定。由于膜状石墨45在内侧与多个被石墨化的碳纤维端部48粘合，即使在膜状石墨45上作用外力，多个碳纤维1也能够分担来支持负荷，因此膜状石墨45基本不会破裂，能够使碳纤维层合体20的形状稳定。

换而言之，如图6(a)所示，即使用手指接触在图4(a)(b)所示的单向碳纤维束5的端部6形成的膜状石墨45，膜状石墨45也不剥离，碳纤维1也不分散。另外，沿着单向碳纤维束5的长度方向形成膜状石墨45的示意图示于图6(b)。在图6(b)中也与图6(a)同样，膜状石墨45形成为覆盖碳纤维1的长度方向截面，在碳纤维1间形成粘合部42。即使用手指接触图6(b)所示的膜状石墨45，膜状石墨45也不剥离，碳纤维1也不分散。

因此，无论单向碳纤维束5的取向如何，在碳纤维层合体20的表面及/或端面形成由膜状石墨45形成的石墨化部40，由此能够使碳纤维1不分散，能够形成为规定的尺寸精度。另外，由于即使用手指接触膜状石墨45也不破裂，所以碳纤维1不分散，因此能够容易地进行移送作业，移送后也不需要修补。并且，选择地在碳纤维层合体20的端部形成石墨化部40时，能够使碳纤维层合体20的内部为均质的形态，故优选。作为均质的形态的效果，例如，使用碳纤维层合体20和树脂制成纤维增强塑料时能够实现均质的树脂含浸。

另一方面，未形成上述膜状石墨45时，如图7(a)(b)所示，用手指接触单向碳纤维束5时，引起碳纤维1弯曲、或者外侧散开之类的绽开50。结果，碳纤维层合体20的表面及/或端面的尺寸精度变差，并且也不得不慎重操作，因此，可能导致作业时间增加及进行修补作业。

此处，说明膜厚46的测定方法。用镊子等从单向碳纤维束5的端部6剥离、采取膜状石墨45。由于采取的膜状石墨45容易破坏，所以注意选定0.1mm见方以上的部位，用double flat千分尺夹持进行测定。样品数N＝5以上，将测定值进行平均求出厚度值。膜状石墨45存在于纤维增强塑料内时，能够使用电炉将树脂成分焚烧、或者使用浓硝酸或浓硫酸将树脂分解，将所得的残渣清洗(ASTM D3171)等，从残留的样品中采取膜状石墨45使用千分尺同样地测足。

另外，本发明中，重要的是石墨化部40的拉曼光谱的强度比在一定范围。为了能够测定碳纤维层合体20的表面21及/或端面22，根据需要采取碳纤维层合体20的一部分，采用激光拉曼光谱分析法进行分析，结果示于图8。图8示出了三种分析结果：(1)未形成石墨化部40的部分中的碳纤维1，(2)在石墨化部40形成的膜状石墨45，(3)剥离膜状石墨45而露出的、被石墨化的碳纤维端部48。由于三种均是碳的结晶，所以可见表示转移了的波长1360cm^-1附近的峰值的D谱带、表示转移了的波长1580cm^-1附近的峰值的G谱带。D谱带及G谱带的峰值如图8所示，根据是否进行石墨化，可见D谱带的峰值存在很大差异。

所谓石墨化，为在较高温度即约2000℃以上进行烧成，与在较低温度即700℃以上且小于2000℃下进行烧成的碳化不同。在石墨化后的膜状石墨45及石墨化后的碳纤维端部48中，由石墨化部的G谱带与D谱带的峰值通过以下所示的计算式算出的强度比为0.3以下是重要的。较优选为0.2以下。通常，由于碳材料随着碳化的进行结晶取向方向的弹性模量升高，因此认为强度比越小越为硬质。即，石墨化后的膜状石墨45及石墨化后的碳纤维端部48相对于未进行石墨化的部分来说变为硬质，所以能够防止碳纤维1的端部2产生绽开50，维持形状。因此，优选上述强度比越小越好，另外，优选小于原有碳纤维的强度比。

(强度比)＝(D谱带的强度)/(G谱带的强度)

强度：将图8所示的G，D谱带的Y轴值进行了基线校正后的值

关于本发明中使用的碳纤维1，使用低温烧成的碳纤维、所谓称作高强度型的碳纤维，从能够比高弹性型节能地进行制造的方面考虑，为优选。另外，优选碳纤维1为PAN类碳纤维，至少含有长纤维。对于PAN类碳纤维来说，例如，与沥青类碳纤维相比，由一种成分形成容易操作，与人造纤维类相比，能够在较低温度下得到高强度等，从这些方面考虑为优选。所谓长纤维是指连续纤维，在增强纤维负担负荷的纤维增强塑料中，能够表现高弹性模量、高强度，在这方面为优选。

对于未石墨化的碳纤维1来说，通过激光拉曼光谱分析法得到的拉曼光谱的G谱带与D谱带的强度比优选为0.8以上、1.4以下。上述0.8以上、1.4以下的范围相当于在800℃～2000℃左右烧成后的PAN类碳纤维，未进行石墨化。因此，通过本发明的石墨化部，能够显著提高端部刚性，从这方面考虑为优选。

接着，说明由碳纤维布帛10形成的预成型体30的优选方案。本发明的预成型体30是指将碳纤维布帛10层合所得的碳纤维层合体20在制成一定形状的状态下保持形态。保持形态的方法可以举出缝制、所谓通过缝纫将碳纤维布帛彼此缝合的方法，用具有回针的针将碳纤维布帛彼此缝制由此将碳纤维彼此包络成一体的方法，使用增粘树脂将碳纤维布帛彼此形成一体的方法，将由热塑性树脂形成的纤维与碳纤维1一同进行编织，将所得的碳纤维布帛10进行加热等形成一体的方法等。

其中，本发明优选如下得到的预成型体30，将容易保持预成型体30的形态的粒子状增粘树脂涂布在碳纤维布帛10上，将涂布后的碳纤维布帛10进行层合得到碳纤维层合体20，将该碳纤维层合体20在制成一定形状的状态下加热、冷却，使粒子状增粘树脂软化、粘接、固化，由此得到预成型体30。进而，优选将粒子状增粘树脂涂布在碳纤维布帛10的表面，从而不妨碍基质树脂向单向碳纤维束5内部含浸。

接着，关于在碳纤维层合体20或预成型体30的端面22形成石墨化部40的方法，以预成型体30为例使用图9进行说明。如图9所示，通过从预成型体30的上方照射以激光光线70为代表的光束，能够不与刀具35等接触地切断预成型体30接触，并且，能够在其端面22形成石墨化部40。与如图2所示的、采用现有刀具35等切断的接触切断法不同，作为产品的预成型体31的切断端面22中如上所述形成石墨化部40，由此碳纤维1的端部2彼此互相拘束，能够抑制碳纤维1的绽开50、单向碳纤维束5的绽开、碳纤维布帛10的层间错位，故优选。

本发明中，在使用上述光束的非接触切断法中，优选采用在无需抽真空的大气中可以切断的激光光线切断法进行切断。较优选，波长区域不是紫外线区域中包含的X射线激光波长区域，优选密度高于气体及液体、每单位体积的输出功率较大的固体激光器、半导体激发固体激光器及半导体激光器。但是，对于准分子激光等那样能够基本上不对周围产生热影响地对分子间进行切断加工的方法来说，只要能够以高输出功率进行使用，则也可以适当使用。另外，作为固体激光器、二极管激发固体激光器的振荡器，优选为冷却效率优异的可连续照射的CW激光器(Continuous Wave Lazer)即纤维激光器及盘状激光器。两者均可连续照射而基本不会产生YAG等固体激光器中可见的固体结晶的热变形及劣化。扫描可连续照射的激光光线时，能够在切断面形成连续的膜状石墨45，因此能够进一步抑制单向碳纤维束5的绽开，为优选。关于激光光线的传输方式，可以举出镜子、纤维等，没有特别限定。另外，采用照射为点状的点激光时输出功率不足的情况下，通过棱镜等将点状激光光线改为线状，使用所得的线激光时将碳纤维布帛10的表面21及端面22改性为石墨化部40，因此可以优选使用。另外，采用线激光时输出功率不足的情况下，也优选使用电流镜。

另外，使激光光线的输出功率为100W以上、使聚光直径为直径1000μm以下时，能够使由输出功率和聚光直径求出的能量密度为100/(π×500×500)≒1.2×10^-4(W/μm²)以上。如果为该范围能量密度，则能够快速加热至将碳纤维1升华、切断所必须的温度，为优选。较优选范围为能量密度在0.01(W/μm²)以上。激光光线的输送速度为0.1m/min以上是实用的优选范围。关于焦深，优选根据对象工件适当选择，其中，对厚物(大约2mm以上)进行切断时，焦深位从工件表面起±1mm左右时，能够在短时间内在工件表面打孔，并且在打通的孔中在厚度方向投入激光光线而没有浪费，故优选。

由于激光光线缩小而对焦，所以在焦点前后逐渐展开。因此，例如，将焦点设定在工件的厚度方向下面等时，在工件表面上照射未缩小完全的激光光线，因此有时无法以所期望的速度进行切断。另外，切断气氛优选与大气中相比氮气的比例较多的气氛。在大气中照射激光光线时，碳纤维可能起火，由此产生的火灾或烧成导致劣化。氮气的供给可以举出将软管从氮气瓶等绕回布置到激光光线照射头，与该激光同轴地喷出并吸引氮气的方法，及在激光头安装氮气用喷嘴，从该激光的侧方喷射的方法等，没有特别限定。

对于上述可连续照射的激光振荡器来说，即使是线径非常细的碳纤维1也基本不会发生未切断的情况。对于单向碳纤维束5、碳纤维布帛10、碳纤维层合体20、预成型体30等厚度为2mm以上的厚物来说，其中特别是由干燥的碳纤维1形成的碳纤维层合体20及预成型体30之类的、无法保持形态的体积大的物质，能够精度良好地进行切断。另外，切断后，将作为产品的预成型体31与切断屑分离时，由于不易发生碳纤维1的拉拔，所以不需要进行后处理工序，因此即使适用于复杂形状，也能够迅速加工。例如，为了制成三维形状的汽车机罩等复杂形状，能够使用预成型体30的周围的切断加工，也可以适当用于其他开孔加工等各种形状的加工。

图10示出了切断加工的一个例子。图10(a)为对预成型体30进行激光加工的例子，能够正确地切断为左侧所示的矩形、及中央所示的直径60mm的小圆盘状。另外，右侧示出了拐角部倒角(所谓R加工)的例子。所有情况下均能够得到未见来自端面22及表面21的碳纤维1的绽开50、且被石墨化的端面22的表面也平滑的、净形预成型体。需要说明的是，所谓净形，是指尺寸精度正确的状态。另一方面，用刀具切断为同样的形状时的结果示于图10(b)。矩形、圆盘状、拐角部倒角的任一种情况下，在多个部位均发生碳纤维1的绽开50，并且，表面21的一部分脱落。显然上述预成型体31需要进行绽开50的后处理、及在脱落部分追加新的碳纤维布帛10的修补工序。

此处，说明所谓由尼龙及聚酯纤维等形成的化学纤维等的切断方法不适用于碳纤维的切断的理由。对于化学纤维来说，利用上述刀具35等进行接触切断而进行裁断时，产生与碳纤维同样的端面绽开的问题。但是，由于化学纤维在常温、常压下加热时可以为固体、液体、气体三种状态，因此，例如可以通过使用加热至化学纤维的熔点以上的刀具进行切断，或利用切断时刀具与化学纤维之间产生的摩擦热等，在切断的同时将端面的纤维溶解来防止绽开。

另一方面，由于碳纤维在常温、常压下升华，所以为固体、气体两种形态，无法利用相同原理。在加压下能够制作出使碳表现三种状态的环境，但是为了形成加压状态需要100MPa左右的超高压条件，因此不现实。因此，通过进行上述激光加工，无需准备碳材及卤化烃之类的、与碳纤维层合体20不同的材料，可以在表面及/或端面直接形成石墨化部40。

接着，对于使用本发明得到的碳纤维层合体20或预成型体30将纤维增强塑料145成型的成型方法，以RTM成型法为例使用图11进行说明。RTM成型法的工序包括下述工序：

(1)将预成型体30配置于下模116的预成型体配置工序100

(2)利用压力机111将上模115与下模116进行合模的合模工序110

(3)使用真空泵128将合模后的上下模内抽真空，使用树脂注入机121，将主剂122与固化剂123用混合器125混合后利用泵126进行加压，注入混合树脂的加压树脂注入工序120

(4)使混合树脂固化的固化工序130

(5)打开上下模将纤维增强塑料145脱模的脱模工序140

说明在RTM成型法中使用采用不同的切断方法切断了的预成型体30得到的纤维增强塑料145的差异。

图12为预成型体配置工序100及合模工序110的放大图。在下模116上配置预成型体30，在压力机111内移动下模116，将上模115合模。从图12中的C-C’截面(预成型体30的端部附近的放大截面)观察到的上述工序的流程示于图13。下模116周围设置了O形密封圈槽118，并且槽中插入O形密封圈119。由于将上模115与下模116合模时O形密封圈119压扁被密封，因此在后工序即加压树脂注入工序120中注入的树脂不会从上下模间溢出。

由于预成型体30被配置在设置于下模116中的规定形状的模腔内，因此，如果不对预成型体30的端部进行适当的处理，则有时发生成型后的纤维增强塑料145的端部强度不足，或者产生溢料等问题。关于具体例子，使用图13准备以下三种预成型体，按成型工序顺序进行说明。需要说明的是，省略可预见在端部产生富含树脂的部位的、切断为比模腔小的预成型体的例子。

模式1：切断为比模腔大的预成型体151

模式2：切断为净形的预成型体161

模式3：将端面进行石墨化后的净形预成型体171

在图13中，模式1为切断为比下模116的模腔大的预成型体151，存在碳纤维布帛152的端部从下模116溢出的溢出部153。因此，因合模导致产生碳纤维布帛152的啮入154。另一方面，模式2的切断为净形的预成型体161、模式3的将端面进行石墨化后的净形预成型体171，由于均与下模116的形状基本一致，所以未产生啮入154，可以控制成型品厚度及空隙率。分别针对模式1～模式3，实施加压树脂注入工序120及固化工序130。

关于固化后所得的纤维增强塑料的后加工，使用图14进行说明。在脱模工序140中，使未图示的上模115上升，接下来从下模116下方使推钉117上升将纤维增强塑料155、165、175脱模。在图14(a)图示的模式1中，由于啮入154导致形成含有碳纤维的溢料156，因此，无法简单地进行被碳纤维增强了的溢料156的除去作业，而是需要使用电动研磨机159等进行作业。另外，在图14(b)(c)图示的模式2、模式3中，形成仅由树脂形成的薄膜状的溢料166、176，脱模时随着上模115的上升而被拖曳，或者，用手折断等能够容易地除去溢料。因此，可以说优选将预成型体制成净形后配置在下模116中。

进而，在作业中误用扳手180等工具触碰如上所述得到的三种纤维增强塑料155、165、175的端面157、167、177并作用冲击力时，在模式1、模式2的纤维增强塑料155、165中，从端面157、167开始裂纹158、168显著发展，相对于此在模式3的纤维增强塑料175中基本上未产生裂纹。裂纹的产生与纤维增强塑料的内部结构相依存。纤维增强塑料是对应于需要刚性及强度的方向将碳纤维制成布帛状等进行层合配置而得到的、具有各向异性的成型品，并且，将含浸在由碳纤维形成的预成型体中的树脂材料加热、冷却进行成型得到的成型品。因此，构成纤维增强塑料的各层具有不同方向的变形，在层间具有残余变形及残余应力。因此，在纤维增强塑料的端面存在碳纤维束或碳纤维布帛、或者由于切断加工等使它们露出时，在端面作用冲击力时，认为容易沿着碳纤维间、碳纤维束间、碳纤维布帛间产生裂纹。

相对于此，如本发明所述，利用激光光线等切断，在端面177具有石墨化部的净形预成型体171中，认为由于形成上述薄膜状的膜状石墨45，所以即使作用冲击力，由于膜状石墨45起到防波堤的作用，因此不易沿着碳纤维间、碳纤维束间、碳纤维布帛间产生裂纹。结果，能够得到下述综合效果：后加工变得容易，工时减少，能够实现低成本化、生产时间缩短，并且，还能够确保端面对冲击力的耐性及疲劳强度、刚性等。

本发明中，对利用激光光线等光束进行切断，端面设置了石墨化部的预成型体进行说明，但是也可以利用其它能够将端面的碳纤维彼此进行粘合的方法。作为一个例子，还考虑了实施在金属材料中使用的高频淬火将端面固化。另外，虽然存在比重等问题，但是还考虑到设置金属等皮膜。

另外，关于抑制成型后纤维增强塑料的端面产生裂纹的方法，也考虑了为了防止纤维增强塑料在碳纤维间、碳纤维束间、碳纤维布帛层间露出，叠加由树脂材料和增强纤维形成的材料等来覆盖切断加工后的端面的方法，在端面涂布树脂材料的方法。

另外，关于使用其他激光光线，适当加工预成型体的实例，使用图19进行说明。被照射激光光线222的预成型体30优选由碳纤维等之类的通过加热使得弹性模量及强度提高的材料构成。对上述预成型体30照射的激光光线优选自上方按照扫描质谱230进行照射，将构成上述预成型体30的表面的碳纤维进行石墨化。此时，优选上述碳纤维不会过热而发生升华、切断、粘合，为了不发生上述升华、切断、粘合，优选将输出功率设定为一定以下，或者使用棱镜将激光光线扩展为线状，或者将激光光线的点径增大。具体而言，优选使照射在碳纤维上的能量密度小于1.2×10^-4(W/μm²)，开且，优选照射在碳纤维上的每单位时间的输出功率为加工速度0.1m/分钟以上，因此，每单位时间的能量密度优选小于1.2×10^-4/(0.1×10⁶/60)＝7.2×10^-9(W·sec/μm3)。在以上条件下被石墨化的区域227的碳纤维的石墨化部的G谱带与D谱带的峰值的强度比优选为0.3以下。较优选为0.2以下。

如上所述将上述构成表面的碳纤维进行石墨化后的预成型体也可以如图19右图所示，通过更换切断用喷管，按照扫描质谱230，照射激光光线222，由此将上述预成型体切断，得到预成型体(产品)31。

接着，介绍了图19中仅在预成型体的一面照射激光光线的例子，作为更优选的预成型体的方式，优选在上述预成型体的两表面照射激光光线将碳纤维进行石墨化。原因在于，与对金属进行的高频淬火的效果类似，在上述预成型体中含浸了树脂的纤维增强塑料的结构为在最外层即距离中立轴最远的位置具有高弹性层，因此，能够有效地提高抗弯刚度及表面硬度。与现有产品相比，提高了上述抗弯刚度的纤维增强塑料产品能够进一步表现出轻质化效果，因此可以说是优选方式。

实施例

以下，说明本发明所述的优选实施方式。需要说明的是，本发明不限定于以下实施例。

(实施例1)

作为将由单向排列的碳纤维形成的单向碳纤维束进行织造得到的碳纤维布帛，准备碳纤维织物基材(CK 6252：东丽(株)制、T700S、12K、平纹织物)，将热塑性增粘树脂(10g/m²、Tg＝70℃、平均粒径200μm)涂布在碳纤维织物基材的一面上后，放入远红外线加热板间使增粘树脂软化、附着，得到带有增粘层的碳纤维织物基材。将带有增粘层的碳纤维织物基材使用旋转切断机(OLFA公司制)裁断为150mm×150mm，准备共10张。

接着，将每1张带有增粘层的碳纤维织物基材层合时，盖上Teflon(注册商标)玻璃片材用熨斗熨烫，使增粘树脂软化而与相邻的带有增粘层的碳纤维织物基材粘合，重复上述操作，将10张带有增粘层的碳纤维织物基材层合，得到预成型体。

将所得的预成型体设置在图16示意图所示的加工试验装置210中，进行切断加工。具体而言，在由高度约50mm的长方体块状物(S45C)形成的2根固定夹具(下)211、与对应于固定夹具(下)211的固定夹具(上)212之间夹入预成型体200的端部，在固定夹具(下)211与固定夹具(上)212之间，在分别各两个位置、共四个位置用螺栓213固定(此时，在预成型体200的端部在四个位置设置螺栓的贯通孔)。切断加工机220具有盘状激光器，盘状激光器的喷管221、及氮气用喷嘴225搭载在未图示的多关节机器人(安川电机制、可搬重量20kg)的手部。盘状激光器的振荡器为半导体激发型，使用光纤维传输型。切断加工机220的切断加工条件如下所述，输出功率波形为CW(Continuous Wave Laser)，输出功率2000W，对光学类的准直透镜和聚光透镜进行选定及调整，使得能量密度在碳纤维布帛层合体表面为6.4×10²(W/μm²)，开且，使得在预成型体200下面能量密度不低于1.2×10^-4(W/μm²)。沿看扫描质谱230，从喷嘴225喷射氮气气体226，同时对预成型体200照射激光光线222进行切断加工。需要说明的是，加工条件与以下所述的实施例及比较例一并整理于表1。

结果，在切断加工后的端面中，在预成型体200的几乎整个端面中形成具有图3(b)中观察到的线状痕41的膜状石墨45，端面中未观察到碳纤维的绽开及切断面的错位。另外，也没有产生碳纤维未切断的情况及异物，加工速度也为能够充分满足的值。综上，可以说能够得到良好的结果。

接着，从实施例1中切断的预成型体的端面剥离一部分膜状石墨45，制备如图5所示的、具有附着有膜状石墨45的区域、和剥离膜状石墨露出被石墨化的碳纤维端部48的区域的样品。另外，除了实施例1中切断的预成型体之外，准备将由仅改变了碳纤维的烧成温度的碳纤维A(约800℃)、碳纤维B(1500℃)形成的预成型体切断后所得的预成型体A、预成型体B(需要说明的是，预成型体A、B的图没有图示。)。对于上述两种端面、和在未进行切断加工的预成型体的端面露出的碳纤维的端部共三种端面，分别进行激光拉曼光谱分析。使用了激光拉曼光谱分析的装置为堀场Jobin Yvon公司制T-64000，具体的分析条件汇总于表2。

激光拉曼光谱分析的结果如上述图8所述。由从五种端面得到的G谱带与D谱带的值，对G谱带与D谱带强度比进行比较，实施例1的膜状石墨平均为0.12(0.07～0.16)，预成型体A平均为0.19(0.17～0.23)，预成型体B平均为0.12(0.07～0.14)及被石墨化的碳纤维端部平均为0.09(0.09～0.10)，预成型体A平均为0.11(0.10～0.13)，预成型体B平均0.08(0.08～0.09)，未利用激光光线进行切断加工的碳纤维的端部平均为0.88(0.86～0.90)，预成型体A平均为1.38(1.35～1.42)，预成型体B平均为0.86(0.83～0.88)。如上所述对强度比进行对比时，认为膜状石墨及被石墨化的碳纤维端部与碳纤维相比进一步碳化。

(实施例2)

接着，在实施例1中，除了将加工条件从氮气气氛改为大气中(不使用喷嘴225)之外，在与实施例1相同的条件下进行切断加工试验。结果，在切断加工后的端面中，在预成型体200的几乎整个端面上形成具有图3(b)中观察到的线状痕41的膜状石墨45，端面中未观察到碳纤维的绽开及切断面的错位。另外，也没有碳纤维未切断的情况，加工速度也为能够充分满足的值。并且也没有附着尘土。另外，能够以大于实施例1的加工速度进行切断，得到非常良好的结果。另一方面，发生起火若干次。综上，可以说能够得到差强人意的结果。

接着，与实施例1同样地，从预成型体的端面剥离一部分膜状石墨，对于附着有膜状石墨的区域、剥离膜状石墨被石墨化的碳纤维端部露出的区域、及在未进行切断加工的预成型体端面露出的碳纤维的端部共三种端面，分别采用与实施例1相同的装置、分析条件进行激光拉曼光谱分析。激光拉曼光谱分析的分析结果示于图17。在实施例2中，比较石墨化部与碳化后的碳纤维端部时，与实施例1不同，石墨化部D谱带值高，即，强度比增高。认为可能是荧光背景的影响，即与在氮气气氛中利用激光光线进行切断加工的实施例1不同，通过在大气中进行切断加工，石墨化部中存在来自多环式芳香族等低分子量成分的成分，引起基于氧化反应的碳纤维的热解。

为了去除荧光背景的影响，进行了基线校正，将分析结果示于图18。从图17的未利用激光光线进行切断加工的碳纤维的端部与图18的进行了基线校正的结果，对三种端面进行比较，从它们的D谱带和G谱带强度算出的强度比如下所述，膜状石墨平均为0.14(0.12～0.16)，被石墨化的碳纤维端部平均为0.07(0.06～0.08)，另一方面，未利用激光光线进行切断加工的碳纤维的端部平均为0.88(0.86～0.90)。如上所述对强度比进行对比，认为与实施例1同样，与碳纤维相比，被石墨化的端面、膜状石墨及被石墨化的碳纤维端部均进一步碳化。由于该图很好地再现了在氮气气氛下进行的实施例1的结果(图8)，因此，认为无论在氮气气氛下还是在大气中，预成型体的截面通过基于激光光线的切断加工能够得到被同程度碳化的石墨化部。

(实施例3)

接着，在实施例1中，除了将加工条件改为脉冲波之外，在相同加工条件下进行切断加工试验。结果，在切断加工后的端面中，与实施例1同样，在预成型体200的几乎整个端面上形成具有图3(b)中观察到的线状痕41的膜状石墨45，端面中未观察到碳纤维的绽开及切断面的错位。另外，也没有碳纤维未切断的情况，加工速度也为能够充分满足的值。并且也没有附着尘土。综上，可以说能够得到良好的结果。需要说明的是，实施例3以下省略了激光拉曼光谱分析。

(实施例4)

接着，在实施例1中将激光加工机从盘状激光器改为纤维激光器，并且使加工条件为能量密度6.4×10^-6(W/μm²)，除此之外，在与实施例1相同的条件下进行切断加工试验。结果，在切断加工后的端面中，在预成型体200的几乎整个端面上形成具有在图3(b)中观察到的线状痕41的膜状石墨45，端面中未观察到碳纤维的绽开及切断面的错位。另外，也没有碳纤维未切断的情况，加工速度也为能够充分满足的值。并且也没有附着尘土。综上，可以说能够得到良好的结果。

(实施例5)

接着，在实施例4中，作为预成型体中使用的碳纤维布帛使用碳纤维织物基材(CO6343：东丽T300、3K、平纹织物)，除此之外，在与实施例4相同的条件下进行切断加工试验。结果，在切断加工后的端面中，在预成型体200的几乎整个端面中形成具有在图3(b)中观察到的线状痕41的膜状石墨45，端面中未观察到碳纤维的绽开及切断面的错位。另外，也没有碳纤维未切断的情况，加工速度也为能够充分满足的值。并且也没有附着尘土。综上，可以说能够得到良好的结果。

(比较例1)

使用与实施例1相同的预成型体200及加工试验装置210，使加工条件为输出功率100W、能量密度3.2×10⁵(W/μm²)，除此之外，采用与实施例1相同的切断加工条件实施加工试验，结果无法利用激光光线70贯通预成型体200，剩余多张未切断。

(比较例2)

使用实施例5中使用的带有增粘层的碳纤维织物基材，制作与实施例1相同的预成型体后，在相当于实施例1的扫描质谱的切断线(未图示)附近，涂布用于防止切断后的端面产生绽开的填缝剂(用有机溶剂稀释后的环氧树脂类粘合剂)。切断加工机使用具有圆刀的自动裁断机。另外，在未图示的真空工作台上配置预成型体，从其上面盖上膜罩使其为真空(抽真空)，由此在真空工作台上固定预成型体进行裁断试验。自动裁断机由于覆盖物(apparel)的关系使用通常使用的裁断机那样的、具有能够在X，Y轴上走行的机构的裁断机。

切断加工后的预成型体的端面，由于填缝剂的原因基本上未产生绽开，但是由于填缝剂具有粘着性，所以本应与切断的预成型体的一个切断面脱离的碳纤维单纱与填缝剂一同附着在圆刀表面。结果，介由填缝剂，可能导致杂质向预成型体端面附着、碳纤维的脱落或绽开，导致不优选的结果。

(比较例3)

在比较例2中，除了在切断线附近不涂布填缝剂之外，在与比较例2相同的加工条件下进行切断加工试验。想要将切断后的预成型体从真空工作台中取下时，一部分碳纤维咬入真空工作台中，在预成型体的端面产生绽开。另外，在切断加工为四方形型的预成型体的拐角部分，存在未切断的残留碳纤维。综上，不使用填缝剂时，可能发生碳纤维的绽开，并且在拐角部加工时可能发生未切断的情况，导致不优选的结果。

(比较例4)

接着，对比较例2中制作的预成型体，不使用切断加工机，而是人工使用圆刀(OLFA制)进行裁断。将圆刀的刀腹贴着与想要裁断的线上对准的尺子的端面，同时在橡胶制裁断垫上进行裁断。

切断后的预成型体端面中，如图10(b)所述产生绽开。另外，由于一次未切断第二次进行切断，所以产生碳纤维的细小切断屑，大量附着在切断后的预成型体的端面。并且，由于需要用力进行切断，所以加工速度也变得非常慢。结果，发生绽开及产生细小的切断屑等，导致不优选的结果。

[表1]

[表2]

符号说明

1 碳纤维

2 (碳纤维的)端部

5 单向碳纤维束

6 (单向碳纤维束的)端部

10 碳纤维布帛

20 碳纤维层合体

21 表面

22 端面

30 预成型体

31 预成型体(产品侧)

35 刀具

36 切断面的错位

40 石墨化部

41 线状痕

42 粘合部

43 凸部

45 膜状石墨

46 膜厚

48 被石墨化的碳纤维端部

50 绽开

61 G谱带

62 D谱带

70 激光光线

100 预成型体配置工序

110 合模工序

111 压力机

115 上模

116 下模

117 推钉

118 O形密封圈槽

119 O形密封圈

120 加压树脂注入工序

121 树脂注入机

122 主剂

123 固化剂

125 混合器

126 泵

128 真空泵

129 吸引方向

130 固化工序

140 脱模工序

145 纤维增强塑料

151 预成型体

152 碳纤维布帛

153 溢出部

154 啮入

155 纤维增强塑料

156 溢料

157 端面

158 裂纹

159 电动研磨机

161 预成型体

165 纤维增强塑料

166 溢料

167 端面

168 裂纹

171 预成型体

175 纤维增强塑料

176 溢料

177 端面

180 扳手

200 预成型体

211 固定夹具(下)

212 固定夹具(上)

213 螺栓

220 切断加工机

221 喷管

222 激光光线

225 喷嘴

226 氮气

227 被石墨化的面积

230 扫描质谱

Claims

1.一种碳纤维层合体，所述碳纤维层合体是层合1个或多个碳纤维布帛而得到的，所述碳纤维布帛是使用1个或多个由单向排列的多根碳纤维形成的碳纤维束而得到的，其特征在于，所述碳纤维层合体的表面及/或端面的至少一部分由石墨化部形成，并且，由所述石墨化部的拉曼光谱得到的G谱带与D谱带的强度比、即D谱带的强度/G谱带的强度为0.3以下。

2.如权利要求1所述的碳纤维层合体，其特征在于，所述石墨化部形成于所述碳纤维层合体的端面。

3.如权利要求1或2所述的碳纤维层合体，其特征在于，在所述石墨化部中，相邻的碳纤维粘合在一起。

4.如权利要求3所述的碳纤维层合体，其特征在于，具有被粘合的所述碳纤维的根数至少超过15根的部分。

5.如权利要求1～4中任一项所述的碳纤维层合体，其特征在于，所述石墨化部由膜厚为0.1mm以下的膜状石墨形成。

6.如权利要求5所述的碳纤维层合体，其特征在于，所述膜状石墨的表面具有线状痕。

7.如权利要求1～6中任一项所述的碳纤维层合体，其特征在于，所述石墨化部为通过光束照射在切断的端面上形成的石墨化切断端面。

8.如权利要求1～7中任一项所述的碳纤维层合体，其特征在于，由所述碳纤维的长度方向切断面的拉曼光谱得到的G谱带与D谱带的强度比、即D谱带的强度/G谱带的强度为0.8以上1.4以下。

9.如权利要求1～8中任一项所述的碳纤维层合体，其特征在于，所述碳纤维至少含有PAN类碳纤维的长纤维。

10.一种预成型体，其特征在于，使用权利要求1～9中任一项所述的碳纤维层合体，在所述碳纤维布帛的表面上至少铺设作为粘合材料的树脂材料，并且相邻的所述碳纤维布帛之间粘合在一起。

11.一种纤维增强塑料，其特征在于，是在权利要求10所述的所述预成型体中含浸基质树脂、并使其固化而成的纤维增强塑料。

12.一种碳纤维层合体的制造方法，所述碳纤维层合体是层合1个或多个碳纤维布帛而得到的，所述碳纤维布帛是使用1个或多个由单向排列的多根碳纤维形成的碳纤维束而得到的，其特征在于，在所述碳纤维层合体上照射光束，将所述碳纤维层合体的表面及/或端面进行石墨化。

13.如权利要求12所述的碳纤维层合体的制造方法，其特征在于，在所述碳纤维层合体上照射光束，将所述碳纤维层合体切断为所期望的形状，并且将切断面进行石墨化。

14.如权利要求12或13所述的碳纤维层合体的制造方法，其特征在于，在所述光束的照射中，至少控制能量密度、操作速度、焦深中的一种。

15.如权利要求12～14中任一项所述的碳纤维层合体的制造方法，其特征在于，所述光束为点激光或线激光中的任一种激光光线。

16.一种预成型体的制造方法，其特征在于，使用权利要求1～9中任一项所述的碳纤维层合体，在所述碳纤维布帛的表面至少铺设粘合材料，并且相邻的所述碳纤维布帛之间被粘合在一起，在由此所得的预成型体中照射权利要求12～15中任一项所述的所述光束进行石墨化。