CN107428959A - 碳纤维增强树脂复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种碳纤维增强树脂复合材料，包含：包括碳纤维束的碳纤维以及热塑性树脂，其中(1)碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量的变化系数(CV1)为10％以下，(2)式(a)限定的碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为15％以下，并且(3)碳纤维的重均纤维长度为1～100mm。碳纤维体积分数(Vf)＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)...式(a)。

Description

碳纤维增强树脂复合材料
技术领域
本发明涉及一种碳纤维增强树脂复合材料，其通过抑制以小间距成型期间形状和机械性质的不均匀性，即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中也能够展现优秀的可成型性和机械性质。
背景技术
由于通过碳纤维增强的复合材料的高比强度和高比弹性，其已经广泛地用作飞机或者车辆的结构材料，或者用作诸如网球拍、高尔夫球杆或者钓鱼竿的常规或者运动产业中的材料。用于这些材料的碳纤维的形式的实例包括：使用连续纤维形成的织物、纤维在其中单向地布置的UD片、使用切割的纤维(不连续纤维)形成的无序片、以及无纺布。
近来，其中使用热塑性树脂代替现有技术的热固性树脂作为基质的复合材料已经引起注意。例如，开发了如下的成型方法，包括：将用碳纤维和热塑性树脂浸渍的碳纤维增强树脂复合材料加热至热塑性树脂的软化点以上；将树脂材料放入温度调整至熔点以下或者玻璃转化温度以下的模具中；以及通过合模成形树脂材料。也开发了单位面积重量不匀性小的碳纤维增强树脂复合材料(专利文献1和2)。
专利文献1描述了获得成形产品的方法，包括：用单向布置的连续碳纤维浸渍热塑性树脂以获得热塑性树脂预浸渍体；将热塑性树脂预浸渍体切割为短片；以及压制成型所述短片。根据专利文献1，能够通过使用具有特定平均单纤维纤度和特定真圆度的碳纤维抑制单位面积重量的不匀性。
专利文献2描述了一种以低成本获得增强纤维分散状态优秀且单位面积重量不匀性小的抄纸基材的方法。根据专利文献2，通过在使用特定方法精确地控制抄纸期间碳纤维的添加，能够制备增强纤维的分散状态优秀并且单位面积重量不匀性小的抄纸基材。
专利文献
[专利文献1]：JP-A-2013-203942
[专利文献2]：JP-A-2011-157637
发明内容
本发明待解决的技术问题
然而，在专利文献1和2描述的发明中，碳纤维增强树脂复合材料的单位面积重量的不匀性未能充分降低，并且不能控制碳纤维体积分数(Vf)的不匀性。例如，在专利文献1描述的热塑性树脂预浸渍体中，能够抑制200mm×200mm的宽间距的单位面积重量的不匀性，但是不能控制窄间距(25mm×25mm)的单位面积重量的不匀性。此外，制备的预浸渍体暂时切割成片，并且将这些片成型。因此，在将切割的片分散在模具中的步骤里，单位面积重量的不匀性可能增加。关于专利文献2描述的抄纸基材，能够在宽度方向或者长度方向上抑制50mm×50mm的宽间距的单位面积重量的不匀性。然而，不能在大范围内降低窄间距的单位面积重量的不匀性。特别地，当通过成型获得小构件或复杂构件时，需要即使在窄间距下单位面积重量和碳纤维体积分数(Vf)的不匀性也小的碳纤维增强树脂复合材料。
本发明的目的是提供一种碳纤维增强树脂复合材料，其通过抑制以小间距成型期间形状和机械性质的不均匀性，即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中也能够展现优秀的可成型性和机械性质。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明提供下列方案[1]至[8]。
[1]一种碳纤维增强树脂复合材料，包含：
碳纤维，该碳纤维包括碳纤维束；以及
热塑性树脂，
其中，(1)所述碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量的变化系数(CV1)为10％以下，
(2)由式(a)限定的所述碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为15％以下，并且
(3)所述碳纤维的重均纤维长度为1～100mm，
碳纤维体积分数(Vf)＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)...式(a)。
[2]根据[1]所述的碳纤维增强树脂复合材料，其具有厚度为0.3mm以上的单层形式。
[3]根据[1]或者[2]所述的碳纤维增强树脂复合材料，
其中所述碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量的变化系数(CV1)为5％以下，并且
所述碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为10％以下。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，
其中，在所述碳纤维增强树脂复合材料中包含的碳纤维中，包括由式(b)限定的临界单纤维数以上的单纤维的碳纤维束(A)相对于所述碳纤维的总量的比例为20～99vol％，并且
所述碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)为10％以下，
临界单纤维数＝600/D...式(b)
其中，D表示所述碳纤维的平均纤维直径(μm)。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，
其中，所述单位面积总重量为50～20000g/m2。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，
其中，所述碳纤维体积分数(Vf)为10％～60％。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，该碳纤维增强树脂复合材料用于压制成型。
[8]根据[1]至[7]中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，该碳纤维增强树脂复合材料使用气流成网法制造。
[9]一种根据[1]至[8]中任一项的碳纤维增强树脂复合材料的制造方法，其中经由无序毡制造所述碳纤维增强树脂复合材料，所述方法包括：
(i)通过包括多个管体的管体单元向在一个方向上持续运送的透气支撑物上喷洒碳纤维和热塑性树脂；
(ii)制造无序毡：通过在所述透气支撑物的运送方向和/或垂直于所述透气支撑物的运送方向的方向上设置具有相位差的管体；通过摆动所述管体单元；或者通过经机械处理对经由所述管体喷洒的所述碳纤维和所述热塑性树脂进行流平处理；以及
(iii)在加压和加热下对所述无序毡进行浸渍处理。
本发明的有益效果
根据本发明，提供了即使在窄间距下单位面积重量和碳纤维体积分数(Vf)的不匀性也小的碳纤维增强树脂复合材料。在使用根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料的情况下，能够在小间距下抑制成型期间形状和机械性质的不匀性。因此，即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中也能够展现优秀的可成型性和机械性质。
此外，在使用根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料的情况下，能够提高成型后成形产品的外观。
附图说明
图1A示出管体单元的示意图(顶视图)。
图1B是示出管体单元的示意图(侧视图)。
图2是示出成型期间流动长度的示意图。
附图标记说明
1：管体
2：无序毡
3：管体单元
4：透气支撑物
5：运送方向
6：成形产品
7：成型期间的流动组分
8：流动长度
X1：管体的中心之间的距离
P1：相位差
W1：无序毡的平均喷洒宽度
具体实施方式
根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料包含：碳纤维，该碳纤维包括碳纤维束；以及热塑性树脂，其中，(1)碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量的变化系数(CV1)为10％以下，(2)式(a)限定的碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为15％以下，并且(3)碳纤维的重均纤维长度为1～100mm。
碳纤维体积分数(Vf)＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)...式(a)
[碳纤维]
作为碳纤维，已知例如聚丙烯腈(PAN)碳纤维、石油和煤沥青碳纤维、人造丝碳纤维、纤维素碳纤维、木质素碳纤维、苯酚碳纤维、或者气相生长碳纤维。在本发明中，上述碳纤维之中能够优选使用任意种类的碳纤维。
在这些之中，在本发明中，从获得优秀的拉伸强度的观点来看，优选使用聚丙烯腈(PAN)碳纤维。在PAN碳纤维用作碳纤维的情况下，其拉伸模量优选为在100～600GPa的范围内，更优选为在200～500GPa的范围内，并且进一步更优选为在230～450GPa的范围内。此外，拉伸强度优选为在2000～10000MPa的范围内，并且更优选为在3000～8000MPa的范围内。
上浆剂可以附着在本发明中使用的碳纤维的表面。在使用附着了上浆剂的碳纤维的情况下，能够取决于碳纤维和基质树脂的种类而适当地选择上浆剂的种类，而不受特别限制。
[碳纤维的形式]
(纤维长度)
本发明中使用的碳纤维是不连续碳纤维，并且其重均纤维长度可以为1～100mm。不连续碳纤维的重均纤维长度更优选为3～80mm，并且进一步更优选为5～60mm。在重均纤维长度超过100mm的情况下，碳纤维增强树脂复合材料的流动性劣化，并且因此在压制成型等期间可能不能获得期望的成形产品形状。另一方面，在重均纤维长度小于1mm的情况下，碳纤维增强树脂复合材料的机械强度劣化。
在本发明中，可以组合使用具有不同纤维长度的碳纤维。换言之，本发明中使用的碳纤维的重均纤维长度可以具有单一的峰值或者多个峰值。
能够在使用单位为1mm的卡尺等测量从碳纤维增强树脂复合材料任意提取的100根纤维的纤维长度之后，基于下式(f)获得碳纤维的平均纤维长度。在平均纤维长度的测量中，测量重均纤维长度(Lw)。当每根碳纤维的纤维长度表示为Li，并且当测量的碳纤维的数量表示为j时，根据下式(e)和(f)获得数均纤维长度(Ln)和重均纤维长度(Lw)。
Ln＝∑Li/j...式(e)
Lw＝(∑Li2)/(∑Li)...式(f)
在纤维长度固定的情况下，数均纤维长度和重均纤维长度相同。
能够例如在炉中通过在500℃加热碳纤维增强树脂复合材料1小时以从碳纤维增强树脂复合材料中去除树脂，从而从碳纤维增强树脂复合材料提取碳纤维。
(纤维直径)
关于在本发明中使用的碳纤维的纤维直径，通常地，平均纤维直径优选为3～50μm的范围内，更优选为4～12μm的范围内，并且进一步更优选为5～8μm的范围内。
此处，平均纤维直径是指碳纤维的单纤维的平均直径。因此，在碳纤维为纤维束的形式的情况下，平均纤维直径不是指纤维束的直径，而是指构成纤维束的碳纤维(单纤维)的平均直径。能够使用JIS R-7607：2000中描述的方法测量碳纤维的平均纤维直径。
(碳纤维束)
本发明中使用的碳纤维包括碳纤维束，并且该碳纤维束是指其中利用上浆剂、或静电力等使两根以上单纤维互相靠近的束。然而，本发明中使用的碳纤维可以包括单纤维，并且单纤维和纤维束可以一起存在。
关于纤维束形式的碳纤维，构成每根纤维束的单纤维的数量可以相同、或者可以与构成其他纤维束的单纤维的数量不同。不特别限定构成每根纤维束的单纤维的数量并且通常在20000～100000的范围内。
(优选的碳纤维束)
在纤维束开纤并使用的情况下，开纤的纤维束的开纤程度不特别限定。优选的是，控制纤维束的开纤程度并且碳纤维包括包含特定数量以上的碳纤维的碳纤维束并且包括少于特定数量单纤维或者包括包含少于特定数量单纤维的碳纤维束。具体地，在此情况下，优选的是碳纤维包括包含通过下式(b)限定的临界单纤维数以上的单纤维的碳纤维束(A)以及除碳纤维束(A)之外的开纤的碳纤维(B)，开纤的碳纤维(B)为单纤维或者包含少于临界单纤维数的碳纤维的纤维束的形式。
临界单纤维数＝600/D...式(b)
(其中D表示碳纤维的平均纤维直径(μm))。
此外，在本发明中，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的比例优选为20～99vol％，更优选为30～95vol％，并且进一步更优选为50vol％以上且低于90vol％。在碳纤维束(A)相对于碳纤维的总量的比例为20vol％以上的情况下，碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维体积分数(Vf)容易提高，并且因此能够获得期望的机械性质。此外，单纤维形式的碳纤维的丰度相对小，并且因此提高成型期间的可成形性。另一方面，在碳纤维束(A)的比例不高于99vol％的情况下，碳纤维束的宽度不增加，能够确保纤维长度与纤维束的宽度的比率(纵横比)，并且因此能够获得期望的机械性质。
例如通过调整诸如开纤步骤中吹气的压力的纤维束的开纤条件，能够使碳纤维的开纤程度保持在期望的范围内。
在本发明中，碳纤维束(A)中纤维的平均数量(N)能够在能够实现本发明的目的的范围内没有任何限制地适当确定，并且优选的是纤维的平均数量(N)满足下式(c)。
0.6×104/D2<N<6×105/D2式(c)
(其中D表示碳纤维的平均纤维直径(μm))。
能够通过使用下面描述的优选方法调整纤维束的大小，例如纤维束的宽度或者单位宽度的纤维数量而将碳纤维束(A)中纤维的平均数量(N)调整至上述范围。具体地，在碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的平均纤维直径为5～7μm的情况下，临界单纤维数为86至120。在碳纤维的平均纤维直径为5μm的情况下，碳纤维束中纤维的平均数量(N)优选为240至24000，更优选为300至10000，并且进一步更优选为500至5000。在碳纤维的平均纤维直径为7μm的情况下，碳纤维束中纤维的平均数量(N)优选为122至12200，更优选为200至5000，并且进一步更优选为300至3000。在碳纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为0.6×104/D2以上的情况下，碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维体积分数(Vf)容易提高，并且因此能够获得期望的机械性质。另一方面，在碳纤维束(A)中纤维的平均数量(N)为6×105/D2以下的情况下，难以形成局部增厚部分，并且在碳纤维增强树脂复合材料中不容易形成空隙。
[无序毡的形式]
通过对包含碳纤维和热塑性树脂的无序毡进行浸渍处理使根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料具有优选结构。无序毡(图1A和1B中的2)包括：包括碳纤维束的碳纤维毡，该碳纤维束包含具有预定重均纤维长度的不连续碳纤维；以及热塑性树脂。该无序毡是碳纤维增强树脂复合材料的前体。在碳纤维毡中，碳纤维随机定向，并且优选的是，面内水平方向上机械性质的不匀性实质上小。在碳纤维毡中，优选的是碳纤维二维随机定向。
关于无序毡中热塑性树脂的形式，粉末、纤维、或者聚集体形式的热塑性树脂可以包含在碳纤维毡中，片状或薄膜状形式的热塑性树脂可以安装或层叠在碳纤维毡上，或者片状或薄膜状形式的热塑性树脂可以是熔融的。不特别限定无序毡的制造方法。能够使用气流成网法、梳理法、抄纸法等制造无序毡，并且优选使用气流成网法制造无序毡。在梳理法中，碳纤维倾向于单向布置而不太可能二维随机定向。此外，在抄纸法中，存在相对大量的单纤维形式的碳纤维。因此，成型期间可成形性可能劣化，或者在制造具有大的单位面积重量的无序毡的情况下，不匀性可能增加。下面将描述气流成网法的具体流程。
能够验证碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的二维随机定向，例如，通过在将碳纤维增强树脂复合材料的任意方向和垂直于该任意方向的方向设定为基准的拉伸测试中测量拉伸模量，并且然后测量通过用测量的拉伸模量的值中较大值除以较小的值而获得的比率(Eδ)。随着拉伸模量比率接近1，能够评估该碳纤维更可能是二维随机定向的。在用互相垂直的两个方向中拉伸模量的值中较大值除以较小的值而获得的比率不高于2的情况下，碳纤维被评估为各向同性的。在该比率不高于1.3的情况下，碳纤维被评估为高度各向同性的。
此外，在使用根据本发明的碳纤维树脂复合材料的情况下，能够更稳定地满足上述范围。即，在根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料中，能够在整个宽度方向上的所有位置实现高度各向同性。
[热塑性树脂]
不特别限定本发明中使用的热塑性树脂，只要能够获得具有期望的机械性质的碳纤维增强树脂复合材料即可。能够取决于待制备的成形产品的期望用途等而适当地选择热塑性树脂。不特别限定热塑性树脂，并且能够取决于碳纤维增强树脂复合材料期望的用途等适当地选择具有期望的软化点或者熔点的任意热塑性树脂。通常，热塑性树脂具有180℃～350℃的范围内的软化点，但本发明不限于此。
热塑性树脂的实例包括聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂(聚甲醛树脂)、聚碳酸脂树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚芳酯树脂、聚亚苯基醚树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚腈树脂、苯氧基树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、热塑性聚氨酯树脂、氟树脂、以及热塑性聚苯并咪唑树脂。
聚烯烃树脂的实例包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁二烯树脂、聚甲基戊烯树脂、氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、醋酸乙烯树脂、以及聚乙烯醇树脂。聚苯乙烯树脂的实例包括聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)、以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)。聚酰胺树脂的实例包括聚酰胺6树脂(尼龙6)、聚酰胺11树脂(尼龙11)、聚酰胺12树脂(尼龙12)、聚酰胺46树脂(尼龙46)、聚酰胺66树脂(尼龙66)、以及聚酰胺610树脂(尼龙610)。聚酯树脂的实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯树脂、以及液晶聚酯。(甲基)丙烯酸树脂的实例包括聚甲基丙烯酸甲酯。聚亚苯基醚树脂的实例包括改性的聚苯醚。聚酰亚胺树脂的实例包括热塑性聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂。聚砜树脂的实例包括改性的聚砜树脂、以及聚醚砜树脂。聚醚酮树脂的实例包括聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、以及聚醚酮酮树脂。氟树脂的实例包括聚四氟乙烯。
作为在本发明中使用的热塑性树脂，可以单独使用一种，或者可以组合使用两种以上。两种以上热塑性树脂组合使用的配置的实例包括组合使用具有不同软化点或熔点的热塑性树脂的配置、以及组合使用具有不同平均分子量的热塑性树脂的配置。然而，本发明不限于这些实例。
[其他的试剂]
在能够实现本发明的目的的范围内，碳纤维增强树脂复合材料可以包括诸如玻璃纤维或者有机纤维的纤维或者非纤维的填料、或者诸如阻燃剂、抗UV剂、颜料、脱模剂、软化剂、塑化剂或者表面活化剂的添加剂。
[碳纤维增强树脂复合材料]
优选的是，通过在加压和加热下用无序毡中的热塑性树脂浸渍碳纤维毡而获得根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料。浸渍步骤可以分批处理或者连续处理地进行，并且从生产率的观点优选为连续处理地进行。
(碳纤维和热塑性树脂的单位面积总重量)
不特别限定根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的单位面积重量和热塑性树脂的单位面积重量的总和(以下，简称为“单位面积总重量”)，并且优选为50～20000g/m2，更优选为500～15000g/m2，并且进一步更优选为1000～10000g/m2。在单位面积总重量为50g/m2以上的情况下，容易控制碳纤维的喷洒状态。结果，能够减小单位面积总重量的变化系数(CV1)和碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)。另一方面，在单位面积总重量为20000g/m2以下的情况下，通过压制成型等获得的成形产品的厚度不会过大，并且能够获得期望的轻量的成形产品。
(碳纤维体积分数)
在本发明中，不特别限定下式(a)限定的碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)。碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)优选为10～60vol％，更优选为20～50vol％，并且进一步更优选为25～45vol％。
碳纤维体积分数(Vf)＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)...式(a)
在碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)为10vol％以上的情况下，能够获得期望的机械性质。另一方面，在碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)为60vol％以下的情况下，当碳纤维增强树脂复合材料用于压制成型等时流动性优秀，并且能够获得期望的成形产品形状。
(单位面积总重量的变化系数(CV1))
根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量的变化系数(CV1)为10％以下。
在将碳纤维增强树脂复合材料的整个面内区域划分为25mm×25mm的间隔的点的情况下，通过基于式(g)计算各个单位面积总重量的变化系数而获得本发明中单位面积总重量的变化系数(CV1)。例如，在碳纤维增强树脂复合材料具有100mm×100mm的大小的平面形状的情况下，单位面积总重量的变化系数(CV1)限定为在整个面内区域划分为4×4的16个区块的情况下测量的变化系数。
单位面积总重量的变化系数(CV1)＝100×单位面积总重量的标准差/单位面积总重量的平均值...式(g)
通过将单位面积总重量的变化系数(CV1)调整为10％以下，能够降低小间距下的形状和机械性质的不匀性，并且即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中也能展现优秀的可成形性和机械性质。特别地，在通过冷压根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料而获得成形产品的情况下，碳纤维增强树脂复合材料均匀地流动，并且因此展现优秀的可成型性。
单位面积总重量的变化系数(CV1)优选为7％以下，并且更优选为5％以下。下面将描述控制变化系数(CV1)的方法。
(碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2))
在本发明中，碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为15％以下。
在将碳纤维增强树脂复合材料的整个面内区域划分为25mm×25mm的间隔的点的情况下，通过基于式(h)计算各个碳纤维体积分数(Vf)的变化系数而获得本发明中碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)。例如，在碳纤维增强树脂复合材料具有100mm×100mm的大小的平面形状的情况下，碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)限定为在整个面内区域划分为4×4的16个区块的情况下测量的变化系数。
碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)＝100×碳纤维体积分数的标准差/碳纤维体积分数的平均值...式(h)
通过将碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)调整为15％以下，能够降低小间距下的成型期间形状和机械性质的不匀性，并且即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中也能展现优秀的可成型性和机械性质。特别地，在通过冷压根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料而获得成形产品的情况下，碳纤维增强树脂复合材料均匀地流动，并且因此展现优秀的可成型性。
碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)优选为12％以下，并且更优选为10％以下。下面将描述控制变化系数(CV2)的方法。
(碳纤维束中碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3))
在包含在根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维中，包括式(b)限定的临界单纤维数以上的碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)优选为10％以下。
在将碳纤维增强树脂复合材料的任意面内区域划分为25mm×25mm的间隔的点并且从所有点任意提取10个点的情况下，通过基于式(i)计算碳纤维束(A)的各个体积分数的变化系数而获得本发明中碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)。例如，在碳纤维增强树脂复合材料具有100mm×100mm的大小的平面形状的情况下，碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)限定为在整个面内区域划分为4×4的16个区块并且从所有点任意提取10个点的情况下测量的变化系数。
碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)＝100×碳纤维束(A)的体积分数的标准差/碳纤维束(A)的体积分数的平均值...式(i)
通过将碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)调整为10％以下，能够抑制浸渍步骤中的浸渍不匀性，能够降低小间距下的成型期间形状和机械性质的不匀性，并且即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中也能展现优秀的可成型性和机械性质。特别地，在通过冷压根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料而获得成形产品的情况下，碳纤维增强树脂复合材料均匀地流动，并且因此展现优秀的可成型性。
碳纤维束(A)的变化系数(CV3)优选为7％以下，并且更优选为5％以下。下面将描述控制碳纤维束(A)的变化系数(CV3)的方法。
临界单纤维数＝600/D...式(b)
(其中D表示碳纤维的平均纤维直径(μm))。
从生产率的观点，根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料优选为形成为单层，并且其厚度优选为0.3mm以上，更优选为0.5mm以上，进一步优选为1.0mm以上，进一步优选为1.5mm以上，进一步优选为2.0mm以上，并且进一步优选为2.5mm以上。即使在根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料形成为厚度为0.3mm以上的相对较厚的单层的情况下，也能够降低单位面积总重量的变化系数(CV1)和碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)。
上述单层是指通过堆积增强纤维和树脂以获得碳纤维增强树脂复合材料的前体，并且在碳纤维增强树脂复合材料的前体上进行浸渍处理而不将其层叠，而形成的碳纤维增强树脂复合材料的层。
在此情况下，能够通过形成碳纤维增强树脂复合材料的单层并且数次堆叠该单层而获得具有期望厚度和期望形状的成形产品。
根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料的大小(长×宽)优选为100mm×100mm以上，并且更优选为200mm×200mm以上。此外，碳纤维增强树脂复合材料的表面积优选为10000mm2以上，并且更优选为40000m2以上。
此外，根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料的大小(宽度方向、TD方向)优选为500mm以上，更优选为1000mm以上，并且进一步更优选为1400mm以上。
[碳纤维增强树脂复合材料的制造方法]
除了用于控制各个变化系数的方法之外，能够优选地使用气流成网法制造本发明中使用的碳纤维增强树脂复合材料。碳纤维增强树脂复合材料的制造步骤的细节能够在例如JP-A-2011-178891或者JP-A-2013-49208中找到，并且这些步骤包括下列步骤1至4。
1.从粗纱架(creel)部供给碳纤维，使用扩幅设备扩幅所述供给的碳纤维，并且通过纵向分条(longitudinal slit)装置对扩幅的碳纤维分纤以形成碳纤维束的步骤。
2.切割碳纤维束，将切割的碳纤维束片(以下，称作“纤维束片”)引入管体，并且向纤维束片中吹气以将其开纤到一定程度的切割开纤步骤。
3.在透气支撑物上喷洒经历开纤步骤的纤维束片并且同时喷洒从树脂供给部供应的纤维或者粉末形式的热塑性树脂，同时使用抽吸装置抽吸该纤维束片和热塑性树脂以获得无序毡的喷洒-固定步骤。
4.在加压和加热下用热塑性树脂浸渍喷洒在无序毡中的碳纤维束的浸渍步骤。
在本发明的上述“2.”中，优选的是在垂直向下的方向上将切割的碳纤维片运送短距离以进入管体。
通过在垂直向下的方向上短距离运送切割的碳纤维片，相比于使用长的运送管或者以使用柔性管等的弯曲方式运送切割的碳纤维片的情况，各个变化系数CV1和CV2(以及CV3)能够更适当地调整至根据本发明的值。
[气流成网法]
在通常的气流成网法中，运送预定量的开纤并分纤的增强纤维和可选的热塑性树脂并且同时在气流中分散，使从排出口吹出的增强纤维等落在设置在较低部分中的透气支撑物(纤维收集网)上，增强纤维沉积在作为网的透气支撑物上同时从透气支撑物下方抽吸空气，并且可选地重复该操作数次。结果，制造了碳纤维毡或者无序毡。
[各个变化系数的控制方法]
不特别限定碳纤维增强树脂复合材料的各个变化系数CV1、CV2和CV3的控制方法。例如，通过在上述“3.获得无序毡的喷洒-固定步骤”中采用下列的制造方法，可以控制在喷洒-固定步骤中获得的无序毡(碳纤维增强树脂复合材料的前体)的单位面积总重量的变化系数(CV1’)、其碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)、以及其碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)，并且可以在加压和加热下对获得的无序毡进行浸渍处理。不特别限定浸渍方法，并且从生产率的观点连续处理是优选的。此外，优选的是浸渍温度等于或者高于热塑性树脂的软化点，并且在结晶树脂的情况下，等于或者高于熔点，并且将浸渍压力控制在喷洒-固定步骤中获得的无序毡的单位面积纤维总重量的变化系数(CV1’)、其碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)、以及其碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)不会大幅变化的范围内。通常，在对无序毡进行浸渍处理以获得碳纤维增强树脂复合材料的处理中，单位面积总重量的变化系数(CV1’)减小，碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)增大，并且碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)的变化趋向于小。这是因为在浸渍步骤中，碳纤维在压力下难以流动而热塑性树脂在压力下大量流动。在浸渍压力过高的情况下，各个变化系数大幅变化。然而，在期望浸渍压力增加以改进浸渍能力等的情况下，优选的是为了防止无序毡中碳纤维和热塑性树脂的不必要的流动而在浸渍设备中设置保持机构。
(制造例1)
在根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料的制造方法中，为了提高生产率优选的是，优选使用其中包括上述多根管体并且通过所述管体在透气支撑物上持续地喷洒碳纤维和热塑性树脂同时在一个方向上运送透气支撑物的制造设备。然而，在通过多根管体在透气支撑物上同时喷洒碳纤维和热塑性树脂的情况下，通常，由于气流的不匀性在多根管体之间产生碳纤维和热塑性树脂的喷洒不匀性。结果，作为碳纤维增强树脂复合材料的前体的无序毡的单位面积总重量的变化系数(CV1’)、其碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)、以及其碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)增大。作为降低这些变化系数的方法，能够优选使用其中管体以管体之间预定的特定距离布置在宽度方向上并且具有长度方向上的相位差的管体单元(参见图1A和1B)。在具有多个管体列的管体单元中，其中各个管体列包括周期性地布置在在垂直于宽度方向(TD方向、横向)的方向上的多根管体，并且多个管体列设置在宽度方向上，本文描述的相位差是指在平行于所述列的方向(垂直于宽度方向的方向)上，指定列中的一根特定管体的中心和与该指定列相邻的列中包括的最邻近该特定管体的管体的中心之间的偏差(例如，图1A中的P1)。优选的是相邻管体的中心之间的距离(X1)确定为使得通过相邻管体喷洒的碳纤维和热塑性树脂在固定在透气支撑物上之前不在空气中互相混合。此外，用于提供相位差(例如，图1A中的P1)的管体的设置不特别限定。更优选的是宽度方向(TD方向、横向)上管体之间的相位差(例如，图1A中的P1)窄于获得的无序毡的平均喷洒宽度(例如，图1A中的W1)的一半。无序毡的平均喷洒宽度(例如，图1A中的W1)是通过各个管体喷洒的无序毡的宽度的平均值。只要处于上述优选的范围内，在管体单元中，相邻管体的中心之间的距离(例如，图1A中的X1)、相位差(例如，图1A中的P1)、以及无序毡的平均喷洒宽度(例如，图1A中的W1)可以相同或者互不相同。通过如上所述地设置相位差，通过在透气支撑物上互相重叠的多根管体制备的各个无序毡，单位面积总重量的变化系数(CV1’)的值能够控制为10％以下，并且碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)的值能够控制为15％以下(另外，优选地，碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)的值能够控制为10％以下)。
(制造例2)
此外，例如，也能够优选使用其中在如制造例1描述的使用包括多根管体的管体单元在透气支撑物上喷洒和固定碳纤维和热塑性树脂并且在一个方向上持续地运送获得的无序毡的步骤中，管体单元在任意方向，例如垂直于运送方向(MD方向、机器方向)的方向(TD方向、横向)上，管体单元呈圆形、椭圆形、波浪形等摆动的制造方法。不特别限定摆动条件，并且优选的是摆动速率(V2)与透气支撑物的运送速率(V1)的比率V2/V1为3～60。
此处，摆动速率(V2)是指每单位时间摆动一个周期的距离。通过将V2/V1设定为3至60，能够在维持处理稳定性的同时减小运送方向上单位面积总重量的不匀性、碳纤维体积分数(Vf)、以及优选地减小碳纤维束(A)的体积分数。此外，优选的是摆动幅度(W2)大于相邻管体的中心之间的距离(X1)的一半。此处，摆动幅度(W2)是当由摆动期间管体通过方向上的在一根管体的中心线与透气支撑物获得交点时交点之间的距离的最大值的一半。结果，通过透气支撑物上互相重叠的多根管体制备的各个无序毡，单位面积总重量的变化系数(CV1’)的值能够控制为10％以下，并且碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)的值能够控制为15％以下(另外，优选地，碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)的值能够控制为10％以下)。
(制造例3)
此外，也能够优选使用其中例如，在使用包括多根管体的管体单元在透气支撑物上喷洒和固定碳纤维和热塑性树脂并且在一个方向上持续地运送获得的无序毡的步骤中，机械流平喷洒并固定在透气支撑物上的无序毡。不特别限定机械流平的方法，并且优选的是相对于无序毡垂直地往复或者旋转包括多个例如针状或者锄状的流平机构的流平装置的方法。结果，能够降低无序毡的单位面积总重量的不匀性、以及无序毡中碳纤维体积分数(Vf)的不匀性(优选地降低碳纤维束(A)的体积分数的不匀性)，并且单位面积总重量的变化系数(CV1’)的值能够控制为10％以下，并且碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2’)的值能够控制为15％以下(另外，优选地，碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)的值能够控制为10％以下)。
[成型碳纤维增强树脂复合材料的方法]
在成型碳纤维增强树脂复合材料的情况下，能够使用各种成型方法，并且优选的是在加热和加压下进行成型。作为成型方法，能够优选使用诸如所谓的冷压或者热压的压缩成型方法。
(冷压)
在冷压中，例如，将加热至第一预定温度的碳纤维增强树脂复合材料放入设定为第二预定温度的模具中，并且随后压制并冷却。
具体地，在包含在碳纤维增强树脂复合材料中的热塑性树脂为晶体的情况下，第一预定温度等于或高于热塑性树脂的熔点，并且第二设定温度低于所述熔点。在热塑性树脂为无定形的情况下，第一预定温度等于或高于热塑性树脂的玻璃转化温度，并且第二设定温度低于所述玻璃转化温度。
即，冷压至少包括下列的步骤A-1)和A-2)。
A-1)在热塑性树脂为晶体的情况下，将碳纤维增强树脂复合材料加热至熔点以上且分解温度以下的温度，或者在热塑性树脂为无定形的情况下，将碳纤维增强树脂复合材料加热至玻璃转化温度以上且分解温度以下的温度的步骤。
A-2)将上述A-1)中加热的碳纤维增强树脂复合材料放置到模具并压制的步骤，该模具的温度在热塑性树脂为晶体的情况下调整至低于熔点的温度、或者在热塑性树脂为无定形的情况下调整至低于玻璃转化温度的温度。
通过上述步骤，能够完成碳纤维增强树脂复合材料的成型。
当放入所述模具中时，取决于目标成形产品的厚度，使用单片或者多片形式的碳纤维增强树脂复合材料。在使用多片碳纤维增强树脂复合材料的情况下，碳纤维增强树脂复合材料的片可以预先层叠并然后加热，加热的碳纤维增强树脂复合材料的片可以层叠并然后放入模具，或者加热的碳纤维增强树脂复合材料的片可以在模具中依次地层叠。在碳纤维增强树脂复合材料的片被层叠的情况下，优选的是最底层的碳纤维增强树脂复合材料和最顶层的碳纤维增强树脂复合材料之间的温度差异尽可能小。从这一观点，优选的是在放入模具之前层叠碳纤维增强树脂复合材料的片。此外，对于A-1)中的压制，能够使用例如模具或者轧辊。按上述顺序进行上述步骤是必要的，但是可以在各个步骤之间设置其他步骤。作为其他步骤，例如，可以在A-2)之前设置使用不同于A-2)中使用的模具的另一个成形模具将碳纤维增强树脂复合材料预先成形为模具的腔的形状的成形步骤。
(热压)
在热压中，例如，将碳纤维增强树脂复合材料放入模具中并且在将所述模具加温至第一预定温度的同时压制，并且随后将模具冷却至第二预定温度。具体地，在包含在碳纤维增强树脂复合材料中的热塑性树脂为晶体的情况下，第一预定温度等于或高于热塑性树脂的熔点，并且第二预定温度低于所述熔点。在包含在碳纤维增强树脂复合材料中的热塑性树脂为无定形的情况下，第一预定温度等于或高于热塑性树脂的玻璃转化温度，并且第二预定温度低于所述玻璃转化温度。
优选的是，热压至少包括下列的步骤B-1)至B-4)。
B-1)将碳纤维增强树脂复合材料放置到模具中的步骤。
B-2)在热塑性树脂为晶体的情况下，将模具加热至热塑性树脂的熔点以上且其分解温度以下的温度，或者在热塑性树脂为无定形的情况下，将模具加热至热塑性树脂的玻璃转化温度以上且其分解温度以下的温度，同时压制碳纤维增强树脂复合材料的步骤(第一压制步骤)。
B-3)在多个阶段压制碳纤维增强树脂复合材料，使得最后阶段的压力为相对于第一压制步骤的压力的1.2倍至100倍的步骤(第二压制步骤)。
B-4)在热塑性树脂为晶体的情况下将模具的温度调整至低于熔点的温度，或者在热塑性树脂为无定形的情况下将模具的温度调整至低于玻璃转化温度的温度的步骤。
通过上述步骤，能够完成碳纤维增强树脂复合材料的成型。
(共通特征)
在所述步骤A-2)和B-3)中，通过向碳纤维增强树脂复合材料施加压力而获得具有期望形状的成形产品。此时，不特别限定成型压力并且成型压力优选为在能够获得期望的成形产品形状的范围内尽可能低。具体地，相对于模腔的投影面积，成型压力低于30MPa，更优选为20MPa以下，并且进一步更优选为10MPa以下。
因为不需要压制机器的装置投资或者维护费用，所以优选的是成型压力低于30MPa。在上述碳纤维增强树脂复合材料中，成型期间流动性高，并且单位面积总重量的变化系数CV1和碳纤维体积分数(Vf)的变化系数CV2小(另外，优选地，碳纤维束(A)的体积分数的变化系数CV3也小)。因此，即使在成型压力小的情况下，也能够稳定地获得的小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品。
当然，此外，压缩成型期间可以在上述步骤之间设置各种步骤。例如，可以使用在真空中成型碳纤维增强树脂复合材料的真空压缩成型。
(成形产品焊接稳定性的改进)
在包含碳纤维和热塑性树脂的复合材料的片互相接合的情况下，在很多情况下使用振动焊接、IR焊接、超声波焊接、热焊接等代替粘合剂。
在许多情况下，取决于焊接部分中碳纤维和热塑性树脂存在的状态而大体上确定焊接强度。在焊接部分中碳纤维的量极大的情况下，或者在焊接表面上厚度不匀性大的情况下，可能发生不良焊接。期望的是能控制焊接部分单位面积总重量的不匀性和焊接部分碳纤维体积分数(Vf)的不匀性。
在使用根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料获得的成形产品中，碳纤维和热塑性树脂的单位面积总重量的变化系数(CV1)和碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)极小(另外，优选地，碳纤维束(A)的体积分数的变化系数CV3也小)。因此，存在容易使焊接强度稳定的有利效果。
实施例
以下，将使用实施例详细描述本发明。然而，本发明不限于这些实施例。
使用下列方法获得实施例中的值。
1.碳纤维增强树脂复合材料的分析
(1)单位面积总重量的分析
以约25mm×25mm的间隔将碳纤维增强树脂复合材料的全部区域切割为样本，并且使用电子天平测量所有切割的样本的空气中重量。关于每个样本的尺寸，使用千分尺以1/1000mm的单位精确地测量两侧边之间的距离(W2和W3)。由式(j)计算各个样品的单位面积总重量。另外，使用所有样本的数值(在本实例中，从1000mm宽和250mm长的各向同性的基材获得的40(宽度方向)×10(长度方向)的400个样本)计算单位面积总重量的平均值和标准差，并且由式(g)获得单位面积总重量的变化系数(CV1)。
单位面积总重量＝空气中重量/(W2×W3) 式(j)
单位面积总重量的变化系数(CV1)＝100×单位面积总重量的标准差/单位面积总重量的平均值...式(g)
(2)碳纤维体积分数(Vf)的分析
以约25mm×25mm的间隔将碳纤维增强树脂复合材料的全部区域切割为样本，使用电子天平测量所有切割的样本的空气中重量。接着，以500℃在空气中燃烧各个样本1小时以从其中去除热塑性树脂，并且称重燃烧后的样本的重量。作为结果，计算了碳纤维和热塑性树脂的重量。接着，使用各组分的比重值计算碳纤维和热塑性树脂的体积分数。由式(a)计算各个样本的碳纤维体积分数(Vf)。
Vf＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)...式(a)。
此外，计算所有样本(400个)的数值计算碳纤维体积分数的平均值和标准差，并且由式(h)获得碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)。
碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)＝100×碳纤维体积分数的标准差/碳纤维体积分数的平均值...式(h)
(3)纤维束的分析
以25mm×25mm的间隔从碳纤维增强树脂复合材料任意提取10个点，并且在这10个点切割样本。将这些样本放入500℃的炉中约1小时以从其中去除树脂，并且使用镊子拔出所有剩余的纤维束。测量碳纤维束(A)的数量(I)和其重量(Wi)。关于不能使用镊子拔出的过小的纤维束，最后测量其总重量(Wk)。为了测量重量，使用能够测量至1/100mg的天平。使用碳纤维增强树脂复合材料中使用的碳纤维的纤维直径(D)计算临界单纤维数，并且将碳纤维划分为包括临界单纤维数以上的碳纤维束(A)和碳纤维束(A)之外的其他碳纤维。
使用碳纤维的密度(ρ)，由式(k)获得碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中纤维的总量的体积分数(VR)。
VR＝∑(Wi/ρ)×100/((Wk+∑Wi)/ρ) 式(k)
此外，计算10个样本中体积分数的平均值和标准差，并且由式(i)获得碳纤维束(A)的体积分数(Vf)的变化系数(CV3)。
碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)＝100×碳纤维束(A)的体积分数的标准差/碳纤维束(A)的体积分数的平均值...式(i)
(4)碳纤维的平均纤维长度的分析
如下获得碳纤维增强树脂复合材料中包含的碳纤维的平均纤维长度。将碳纤维增强树脂复合材料放入500℃的炉中约1小时以从其中去除热塑性树脂。接着，使用卡尺和放大镜以1mm的单位测量100根任意提取的碳纤维的长度并且记录。基于所有测量的碳纤维的长度(Li，其中i表示1至100的整数)，由下式获得重均纤维长度(Lw)。
Lw＝(∑Li2)/(∑Li)...式(f)
(5)拉伸强度
使用水射流在宽度方向上从碳纤维增强树脂复合材料切割15个试样，并且使用通用试验机5982R4407(由Illinois Tool Works Inc.制造)按照JIS K-7164：2005进行拉伸测试。每个试样的形状为A型试样。卡盘之间的距离是115mm，并且测试速率是2mm/min。
此外，使用所有样本(15个)的数值计算拉伸强度的平均值和标准差，并且由式(I)获得拉伸强度的变化系数(CV4)。
变化系数(CV4)＝100×拉伸强度的标准差/拉伸强度的平均值...式(I)
(6)成型期间的流动长度
从碳纤维增强树脂复合材料切割250mm×250mm大小的样品。使用树脂片加热装置(由NGK kiln Tec制造；型号：H7GS-73408)将该样品加热至等于或者高于聚酰胺6(热塑性树脂)的塑化温度的290℃(在聚碳酸脂(热塑性树脂)的情况下加热至300℃)。
将样品置于设定为150℃并且具有400mm×400mm×2.6mm间隙的模具的下模中，模具的上模下降以在20MPa冷压样品1分。结果，制备了扁平的压制成型制品。模具的上模抬升以完全打开模具。接着，从下模取出压制成型制品。
通过比较提取的压制成型制品与压制成型前从碳纤维增强树脂复合材料切割的250mm×250mm大小的样品，测量冷压期间的流动距离。具体地，使得图2的示意图中示出的四个边流动，并且在四个点测量各边的流动长度。
此外，计算在各边(4边×4点的16个点)测量的流动长度的平均值和标准差，并且由式(m)获得成型期间流动长度的变化系数(CV5)。
流动长度的变化系数(CV5)＝100×流动长度的标准差/流动长度的平均值...式(m)
(7)成形产品外观的评价
从碳纤维增强树脂复合材料切割390mm×390mm大小的样品。使用树脂片加热装置(由NGK kiln Tec制造；型号：H7GS-73408)，将该样品加热至等于或者高于聚酰胺6(热塑性树脂)的塑化温度的290℃(在聚碳酸脂(热塑性树脂)的情况下加热至300℃)。
将碳纤维增强树脂复合材料的加热的样品置于设定为150℃并且具有400mm×400mm×2.6mm间隙的模具的下模中，模具的上模下降以在20MPa冷压样品1分。结果，制备了扁平的压制成型制品。模具的上模抬升以完全打开模具。接着，从下模取出压制成型制品。
测量由于空气被捕获而在提取的压制成型制品的两面上形成的表面凸部(最小长度1mm以上)的数量。
2.无序毡的分析
(1)单位面积总重量的分析
除了切割的目标为无序毡之外，使用与“1.(1)单位面积总重量的分析”中描述的相同的方法测量无序毡的单位面积总重量和单位面积总重量的变化系数(CV1’)。
(2)碳纤维体积分数(Vf)的分析
除了切割的目标为无序毡之外，使用与“1.(2)碳纤维体积分数(Vf)的分析”中描述的相同的方法测量无序毡的碳纤维体积分数(Vf)和碳纤维体积分数的变化系数(CV2’)。
(3)纤维束(A)的分析
除了切割的目标为无序毡之外，使用与“1.(3)纤维束的分析”中描述的相同的方法分析无序毡的碳纤维束(A)并且测量碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3’)。
(4)碳纤维的平均纤维长度的分析
除了切割的目标为无序毡之外，使用与“1.(4)碳纤维的平均纤维长度的分析”中描述的相同的方法分析无序毡的平均纤维长度。
[实施例1]
作为碳纤维，将碳纤维“TENAX”(注册商品名)STS40-24K(由Toho Tenax Co.,Ltd.制造；平均纤维直径：7μm，纤维宽度：10mm)扩幅至20mm的纤维宽度并且进一步以1/5的间隔分纤。使用旋转切割机作为切割机，将碳纤维切割为20mm的固定纤维长度。接着，切割的碳纤维以115g/min的供给速率供给至设置于切割机正下方的管体，并且通过从管体中的孔向其吹入压缩空气而开纤。同时，作为基质树脂的尼龙6树脂A1030(PA6；由Unitika Ltd.制造)从树脂供给部以135g/min的供给速率供应至管体中并且与碳纤维混合。接着，在设置于管体正下方并且以0.7m/min的运送速率(V1)在一个方向上连续运送的透气支撑物上喷洒并固定混合物。结果，获得无序毡。在该制造方法中，未使用运送管。由于管体设置于切割机正下方，所以通过切割机切割的碳纤维仅在垂直向下的方向上下落直至其抵达管体。
关于管体，在垂直于透气支撑物的运送方向(MD方向)的方向(TD方向)上以管体的中心之间100mm的间隔设置13根管体，以形成管体单元。该管体单元以9m/min的摆动速率(V2)和110mm的摆动幅度(W2)在TD方向上往复。此时，摆动速率(V2)与运送速率(V1)的比率V2/V1为12.9，并且摆动幅度(W2)设定为超过相邻管体之间的间距(100mm)的一半(50mm)。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为75％，并且变化系数(CV3’)为3.2％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3650g/m2，并且变化系数(CV1’)为5.2％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.6％，并且变化系数(CV2’)为3.7％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。碳纤维复合材料形成为单层，并且其厚度为2.6mm。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为74％，并且变化系数(CV3)为3.4％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3600g/m2，并且变化系数(CV1)为3.6％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.6％，并且变化系数(CV2)为7.0％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为336MPa，变化系数(CV4)为7.6％，并且其与比较例1的CV4的比率为43％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为25mm，变化系数(CV5)为6.4％，并且其与比较例1的CV5的比率为35％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为0。
无序毡和碳纤维增强树脂复合材料的评价结果在表1中统一示出。同样的，下列的实例中获得的无序毡和碳纤维增强树脂复合材料的评价结果也在表1中示出。
[实施例2]
作为碳纤维，将碳纤维“TENAX”(注册商品名)STS40-24KS(由Toho Tenax Co.,Ltd.制造；平均纤维直径：7μm，纤维宽度：10mm)扩幅至20mm的纤维宽度并且进一步以1/5的间隔分纤。使用旋转切割机作为切割机，将碳纤维切割为20mm的固定纤维长度。接着，切割的碳纤维以58g/min的供给速率供给至设置于切割机正下方的管体，并且通过从管体中的孔向其吹入压缩空气而开纤。同时，作为基质树脂的尼龙6树脂A1030(由Unitika Ltd.制造)从树脂供给部以73g/min的供给速率供应至管体中并且与碳纤维混合。接着，在设置于管体正下方并且以0.7m/min的运送速率(V1)在一个方向上连续运送的透气支撑物上喷洒并固定混合物。结果，获得无序毡。10根管体在垂直于透气支撑物的运送方向(MD方向)的方向(TD方向)上以200mm的间隔设置成一列，并且通过将每列之间的间隔设定为200mm并且每列之间的相位差设定为50mm而互相平行地设置4列管体。结果，40根管体形成管体单元。相邻管体的中心之间的距离(X1)的最小值为200mm，该最小值确定为使得通过相邻管体喷洒的碳纤维和热塑性树脂在透气支撑物上固定之前不在空气中互相混合。此外，管体之间在宽度方向(TD方向)上的相位差(P1)为50mm，其窄于获得的无序毡的平均喷洒宽度(W1；180mm)的一半。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为74％，并且变化系数(CV3’)为4.5％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3600g/m2，并且变化系数(CV1’)为6.9％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.1％，并且变化系数(CV2’)为4.6％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为77％，并且变化系数(CV3)为4.4％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3580g/m2，并且变化系数(CV1)为4.9％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.4％，并且变化系数(CV2)为8.8％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为328MPa，变化系数(CV4)为9.1％，并且其与比较例1的CV4的比率为52％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为22mm，变化系数(CV5)为8.6％，并且其与比较例1的CV5的比率为47％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为1。
[实施例3]
作为碳纤维，将碳纤维“TENAX”(注册商品名)STS40-24K(由Toho Tenax Co.,Ltd.制造；平均纤维直径：7μm，纤维宽度：10mm)扩幅至20mm的纤维宽度并且进一步以1/5的间隔分纤。使用旋转切割机作为切割机，将碳纤维切割为20mm的固定纤维长度。接着，切割的碳纤维以115g/min的供给速率供给至设置于切割机正下方的管体，并且通过从管体中的孔向其吹入压缩空气而开纤。同时，作为基质树脂的尼龙6树脂A1030(由Unitika Ltd.制造)从树脂供给部以135g/min的供给速率供应至管体中并且与碳纤维混合。接着，在设置于管体正下方并且以0.7m/min的运送速率(V1)在一个方向上连续运送的透气支撑物上喷洒并固定混合物。结果，获得无序毡。在垂直于透气支撑物的运送方向(MD方向)的方向(TD方向)上以100mm的间隔设置13根管体，以形成管体单元。此外，其中具有L形尖端的针以20mm的间隔设置于1500mm宽和300mm长的金属板上的流平设备以20次/min的频率从上述获得的无序毡上方垂直地往复以刺入无序毡。结果，使无序毡流平。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为69％，并且变化系数(CV3’)为6.4％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3650g/m2，并且变化系数(CV1’)为7.7％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为33.8％，并且变化系数(CV2’)为6.6％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为67％，并且变化系数(CV3)为6.9％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3610g/m2，并且变化系数(CV1)为5.7％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为33.6％，并且变化系数(CV2)为10.1％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为344MPa，变化系数(CV4)为11.0％，并且其与比较例1的CV4的比率为63％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为18mm，变化系数(CV5)为7.9％，并且其与比较例1的CV5的比率为43％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为3。
[实施例4]
除了使用旋转切割机将碳纤维切割为40mm的长纤维长度之外，使用与实施例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为79％，并且变化系数(CV3’)为4.7％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3490g/m2，并且变化系数(CV1’)为7.1％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.0％，并且变化系数(CV2’)为4.8％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为80％，并且变化系数(CV3)为4.5％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3500g/m2，并且变化系数(CV1)为4.8％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.0％，并且变化系数(CV2)为9.3％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为310MPa，变化系数(CV4)为10.3％，并且其与比较例1的CV4的比率为59％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为11mm，变化系数(CV5)为9.1％，并且其与比较例1的CV5的比率为50％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为4。
[实施例5]
除了从布置在TD方向上的13根管体中的6根管体(管体在一个方向上编号为1至13时编号为偶数的管体)吹出的压缩空气的量变为实施例1的2/3并且从7根管体(管体在一个方向上编号为1至13时编号为奇数的管体)吹出的压缩空气的量变为实施例1的4/3之外，使用与实施例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为74％，并且变化系数(CV3’)为12.1％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3590g/m2，并且变化系数(CV1’)为5.5％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为36.2％，并且变化系数(CV2’)为3.6％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为76％，并且变化系数(CV3)为13.1％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3550g/m2，并且变化系数(CV1)为3.7％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.5％，并且变化系数(CV2)为7.5％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为333MPa，变化系数(CV4)为12.2％，并且其与比较例1的CV4的比率为70％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为22mm，变化系数(CV5)为10.3％，并且其与比较例1的CV5的比率为56％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为4。
[实施例6]
除了通过以29/min的碳纤维供给速率以及37/min的热塑性树脂供给速率操作设备以获得其中碳纤维和热塑性树脂混合的无序毡之外，使用与实施例2相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为72％，并且变化系数(CV3’)为5.1％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为1870g/m2，并且变化系数(CV1’)为7.2％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为34.1％，并且变化系数(CV2’)为4.9％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为71％，并且变化系数(CV3)为5.5％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为1890g/m2，并且变化系数(CV1)为4.8％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为33.9％，并且变化系数(CV2)为9.1％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为311MPa，变化系数(CV4)为10.2％，并且其与比较例1的CV4的比率为58％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为10mm，变化系数(CV5)为11.1％，并且其与比较例1的CV5的比率为61％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为3。
[实施例7]
除了通过以82/min的碳纤维供给速率以及158/min的热塑性树脂供给速率操作设备以获得其中碳纤维和热塑性树脂混合的无序毡之外，使用与实施例2相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为74％，并且变化系数(CV3”)为5.0％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3610g/m2，并且变化系数(CV1’)为6.7％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为25.4％，并且变化系数(CV2’)为6.1％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为73％，并且变化系数(CV3)为5.4％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3560g/m2，并且变化系数(CV1)为4.6％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为24.9％，并且变化系数(CV2)为9.9％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为270MPa，变化系数(CV4)为9.8％，并且其与比较例1的CV4的比率为56％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为29mm，变化系数(CV5)为7.8％，并且其与比较例1的CV5的比率为43％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为0。
[实施例8]
除了将碳纤维“TENAX”(注册商标)UTS50-24K(由Toho Tenax Co.,Ltd.制造；平均纤维直径：7μm，纤维宽度：10mm)用作碳纤维之外，使用与实施例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为76％，并且变化系数(CV3’)为3.4％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3580g/m2，并且变化系数(CV1’)为4.9％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为36.1％，并且变化系数(CV2’)为2.9％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为77％，并且变化系数(CV3)为3.3％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3560g/m2，并且变化系数(CV1)为2.9％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.5％，并且变化系数(CV2)为6.4％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为375MPa，变化系数(CV4)为6.6％，并且其与比较例1的CV4的比率为38％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为26mm，变化系数(CV5)为5.9％，并且其与比较例1的CV5的比率为32％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为0。
[实施例9]
除了使用聚碳酸脂树脂“PANLITE”(注册商标)L-1225WP(PC)(由Teijin Ltd.制造)用作热塑性树脂之外，使用与实施例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为74％，并且变化系数(CV3’)为4.1％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3590g/m2，并且变化系数(CV1’)为5.3％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为36.1％，并且变化系数(CV2’)为3.9％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为73％，并且变化系数(CV3)为4.3％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3590g/m2，并且变化系数(CV1)为3.9％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.9％，并且变化系数(CV2)为7.6％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为339MPa，变化系数(CV4)为8.3％，并且其与比较例1的CV4的比率为47％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为9mm，变化系数(CV5)为12.4％，并且其与比较例1的CV5的比率为68％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为2。
[比较例1]
除了通过固定管体单元而不使其往复摆动以制备碳纤维增强树脂复合材料之外，使用与实施例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为76％，并且变化系数(CV3’)为12.0％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3600g/m2，并且变化系数(CV1’)为15.3％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.4％，并且变化系数(CV2’)为11.2％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为76％，并且变化系数(CV3)为11.1％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3570g/m2，并且变化系数(CV1)为10.8％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为34.9％，并且变化系数(CV2)为13.4％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为302MPa，并且变化系数(CV4)为17.5％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为17mm，变化系数(CV5)为18.3％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为15。
无序毡和碳纤维增强树脂复合材料的评价结果在表2中统一示出。同样的，下列比较例中获得的无序毡和碳纤维增强树脂复合材料的评价结果也在表2中示出。
[比较例2]
除了通过减小旋转切割机的间隙将碳纤维的重均纤维长度调整为0.5mm之外，使用与比较例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为81％，并且变化系数(CV3’)为9.6％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3570g/m2，并且变化系数(CV1’)为14.5％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.8％，并且变化系数(CV2’)为13.8％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为80％，并且变化系数(CV3)为9.8％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3580g/m2，并且变化系数(CV1)为9.8％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.4％，并且变化系数(CV2)为15.4％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为240MPa，变化系数(CV4)为15.5％，并且其与比较例1的CV4的比率为89％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为35mm，变化系数(CV5)为17.0％，并且其与比较例1的CV5的比率为93％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为2。
[比较例3]
除了从管体吹出的压缩空气的量和管体长度调整为比较例1的两倍之外，使用与比较例1相同的方法制备样品。
从获得的无序毡切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究无序毡中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于无序毡中碳纤维的总量的体积分数的平均值为10％，并且变化系数(CV3’)为14.3％。当研究无序毡的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3630g/m2，并且变化系数(CV1’)为14.9％。当研究无序毡的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.3％，并且变化系数(CV2’)为10.8％。
在获得的无序毡中，使用运送速率0.7m/min的连续浸渍装置在加压和加热下用热塑性树脂浸渍碳纤维毡。结果，获得碳纤维增强树脂复合材料。
从获得的碳纤维增强树脂复合材料切割1000mm宽和250mm长的样品。当研究碳纤维增强树脂复合材料中的碳纤维束(A)时，式(b)限定的临界单纤维数为86，碳纤维束(A)相对于碳纤维增强树脂复合材料中碳纤维的总量的体积分数的平均值为11％，并且变化系数(CV3)为14.6％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量时，单位面积总重量的平均值为3600g/m2，并且变化系数(CV1)为10.3％。当研究碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)时，碳纤维体积分数(Vf)的平均值为35.7％，并且变化系数(CV2)为11.1％。此外，当研究碳纤维增强树脂复合材料的拉伸强度时，拉伸强度的平均值为354MPa，变化系数(CV4)为15.4％，并且其与比较例1的CV4的比率为88％。此外，当研究成型期间碳纤维增强树脂复合材料的流动性时，成型期间流动长度的平均值为4mm，变化系数(CV5)为24.9％，并且其与比较例1的CV5的比率为136％。成型期间形成于压制成型制品两个表面的表面凸部的数量为38。
[表2]
工业实用性
在根据本发明的碳纤维增强树脂复合材料中，抑制了单位面积总重量的不匀性和碳纤维体积分数(Vf)的不匀性，并且能够在小间距下抑制成型期间形状和机械性质的不匀性。因此，即使在小型成形产品或者具有复杂形状的成形产品中，也能够展现优秀的可成形性和机械性质。因此，本发明能够用于例如各种汽车部件或者诸如电子产品的精密部件。
已经参考具体实施例详细描述了本发明。然而，对本领域技术人员显而易见的是能够在不背离本发明的精神的范围内进行各种改变和修改。
本发明基于2015年3月24日提交的日本专利申请No.2015-060975，该专利的全文通过引用并入本申请。

Claims (9)

1.一种碳纤维增强树脂复合材料，包含：
碳纤维，该碳纤维包括碳纤维束；以及
热塑性树脂，其中，
(1)所述碳纤维增强树脂复合材料的单位面积纤维总重量的变化系数(CV1)为10％以下，
(2)由式(a)限定的所述碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为15％以下，并且
(3)所述碳纤维的重均纤维长度为1～100mm，
碳纤维体积分数(Vf)＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性树脂体积)...式(a)。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强树脂复合材料，该碳纤维增强树脂复合材料具有厚度为0.3mm以上的单层形式。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维增强树脂复合材料，其中，
所述碳纤维增强树脂复合材料的单位面积总重量的变化系数(CV1)为5％以下，并且
所述碳纤维增强树脂复合材料的碳纤维体积分数(Vf)的变化系数(CV2)为10％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，其中，
在所述碳纤维增强树脂复合材料包含的碳纤维中，包括由式(b)限定的临界单纤维数以上的单纤维的碳纤维束(A)相对于所述碳纤维的总量的比例为20～99vol％，并且
所述碳纤维束(A)的体积分数的变化系数(CV3)为10％以下，
临界单纤维数＝600/D...式(b)
其中，D表示所述碳纤维的平均纤维直径(μm)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，其中，
所述单位面积总重量为50～20000g/m2。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，其中，
所述碳纤维体积分数(Vf)为10％～60％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，该碳纤维增强树脂复合材料用于压制成型。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料，该碳纤维增强树脂复合材料使用气流成网法制造。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的碳纤维增强树脂复合材料的制造方法，其中经由无序毡制造所述碳纤维增强树脂复合材料，所述方法包括：
(i)通过包括多个管体的管体单元向在一个方向上持续运送的透气支撑物喷洒碳纤维和热塑性树脂；
(ii)制造无序毡：
通过在所述透气支撑物的运送方向和/或垂直于所述透气支撑物的运送方向的方向上设置具有相位差的管体；
通过摆动所述管体单元；或者
通过经机械处理对经由所述管体喷洒的所述碳纤维和所述热塑性树脂进行流平处理；以及
(iii)在加压和加热下对所述无序毡进行浸渍处理。
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