JP2013203836A - Carbon fiber composite molded article, carbon fiber sandwich material, and automotive floor pan containing the carbon fiber composite molded article - Google Patents

Carbon fiber composite molded article, carbon fiber sandwich material, and automotive floor pan containing the carbon fiber composite molded article Download PDF

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崇寛 林
Akinobu Sasaki
章亘 佐々木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber-reinforced composite material containing a thermoplastic resin as a matrix.SOLUTION: A carbon fiber composite molded article comprises a random layer and a one direction material layer, wherein the random layer comprises a composite material in which the composite material is constituted of PAN carbon fibers having a fiber length of >5 mm and ≤100 mm and a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex, and a thermoplastic resin, wherein the carbon fibers are paralleled in one direction, and fiber bundles having ≥the critical number of yarns defined in formula (1): critical yarn number =72/F(F is a single fiber fineness (dtex) of the carbon fibers) and fiber bundles in a yarn state or <the critical number thereof are simultaneously present; and the one direction material layer comprises a one direction material in which the carbon fibers are arranged in one direction, and the thermoplastic resin.

Description

本発明は、熱可塑性樹脂をマトリクスとした炭素繊維強化複合材料であって、実質的に2次元ランダムに配向しかつ特定の開繊状態を満たす炭素繊維が熱可塑性樹脂中に存在する複合材料からなるランダム層と、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と熱可塑性樹脂とからなる一方向材層とを有する成形体、およびそれを含むサンドイッチ材に関するものである。本発明は、機械物性に優れ、なかでも炭素繊維を複合したことによる強化機能の発現性に優れた炭素繊維複合材料を提供しようとするものである。   The present invention relates to a carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin as a matrix, wherein the carbon fiber that is substantially two-dimensionally oriented randomly and satisfies a specific opening state is present in the thermoplastic resin. The present invention relates to a molded body having a random layer, a unidirectional material layer composed of a unidirectional material in which carbon fibers are aligned in one direction, and a thermoplastic resin, and a sandwich material including the same. An object of the present invention is to provide a carbon fiber composite material that is excellent in mechanical properties and, in particular, has an excellent reinforcing function due to the composite of carbon fibers.

炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維などを強化繊維として用いた繊維強化複合材料として、等方性であるランダムマットが、賦形性や工程の簡便さより用いられている。近年、ランダムマットを用いた複合材料の機械物性を向上させる手段として、繊維束を斜めに裁断し、断面積を変化させたチョップド繊維束を用いる方法が提案されているが(特許文献1および2)、主に熱硬化性樹脂をマトリックスとした複合材料についての提案に留まっている。   As a fiber-reinforced composite material using carbon fiber, aramid fiber, glass fiber, or the like as a reinforcing fiber, an isotropic random mat is used because of formability and simplicity of the process. In recent years, as a means for improving the mechanical properties of a composite material using a random mat, a method using a chopped fiber bundle in which a fiber bundle is cut obliquely and its cross-sectional area is changed has been proposed (Patent Documents 1 and 2). ), But only proposals for composite materials with a thermosetting resin matrix.

また熱可塑性樹脂をマトリクスとする複合材料について、強化繊維含む長繊維ペレットを射出成形する技術も提案されているが(特許文献3)、長繊維ペレットとはいえペレットの長さに制限があり、さらに混練により熱可塑性樹脂中で強化繊維が切断されてしまい強化繊維の長さを保てないなどの課題があった。またこのような射出成形による成形方法では強化繊維が配向してしまい等方性のものが得られない等の課題があった。
このように従来の、ランダムマットや射出成形にて得られる複合材料は、剛性が低いという課題があり、ねじり剛性優れた炭素繊維複合成形体が求められている。一方で、特許文献4では平均繊維数と炭素繊維径による関係性を規定して、剛性の高い炭素繊維複合成形体が示されているが、炭素繊維径または繊度の直接的な影響は明らかにされていない。
Moreover, although the technique of injection-molding the long fiber pellet containing a reinforced fiber is also proposed about the composite material which uses a thermoplastic resin as a matrix (patent document 3), although it is a long fiber pellet, the length of a pellet has a restriction | limiting, Furthermore, there existed a subject that the reinforcing fiber was cut in the thermoplastic resin by kneading and the length of the reinforcing fiber could not be maintained. Further, such a molding method by injection molding has a problem that the reinforcing fibers are oriented and an isotropic product cannot be obtained.
Thus, the conventional composite material obtained by random mat or injection molding has a problem of low rigidity, and a carbon fiber composite molded body having excellent torsional rigidity is required. On the other hand, Patent Document 4 specifies a relationship between the average number of fibers and the carbon fiber diameter, and shows a highly rigid carbon fiber composite molded body. However, the direct influence of the carbon fiber diameter or fineness is clearly shown. It has not been.

特開2009−114611号公報JP 2009-114611 A 特開2009−114612号公報JP 2009-114612 A 特開平9−286036号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-286036 特開2011−241338号公報JP 2011-241338 A

本発明は、単繊維繊度が1.0〜2.4dtexのPAN炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成される炭素繊維複合成形体において、剛性に優れた炭素繊維複合成形体、さらには立体形状の炭素繊維複合成形体、それを含む炭素繊維サンドイッチ材を提供しようとするものである。   The present invention relates to a carbon fiber composite molded body composed of a PAN carbon fiber having a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex and a thermoplastic resin, a carbon fiber composite molded body having excellent rigidity, and a three-dimensional shape. An object of the present invention is to provide a carbon fiber composite molded body and a carbon fiber sandwich material containing the same.

上記の課題に対し、実質的に2次元ランダムに配向しかつ特定の開繊状態を満たす炭素繊維が熱可塑性樹脂中に存在する複合材料からなるランダム層と、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と熱可塑性樹脂とからなる一方向材層とを有する成形体とすることで、剛性に優れた炭素繊維複合材料を提供できることを見出し本発明に至ったものである。   In response to the above problem, the carbon fiber is aligned in one direction with a random layer made of a composite material in which carbon fibers that are oriented in a two-dimensional random manner and satisfy a specific opening state are present in the thermoplastic resin. The present inventors have found that a carbon fiber composite material having excellent rigidity can be provided by forming a molded body having a unidirectional material layer composed of a unidirectional material and a thermoplastic resin.

即ち、本発明は繊維長5mm超100mm以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が実質的に2次元ランダムに配向しており、式(1)で定義される臨界単糸数以上の繊維束と、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が同時に存在する事を特徴とする複合材料からなるランダム層と、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と熱可塑性樹脂とからなる一方向材層とを有する炭素繊維複合成形体である。
臨界単糸数=72/F0.5 ・・・(1)
That is, the present invention is composed of a carbon fiber having a fiber length of more than 5 mm and not more than 100 mm and a thermoplastic resin, and the carbon fibers are substantially two-dimensionally randomly oriented, and the number of critical single yarns or more defined by the formula (1) A unidirectional material in which carbon fibers are aligned in one direction, and a random layer made of a composite material characterized by the fact that there are simultaneously a fiber bundle and a fiber bundle composed of a single yarn state or less than the critical number of single yarns. And a unidirectional material layer made of a thermoplastic resin.
Critical number of single yarns = 72 / F 0.5 (1)

本発明の複合成形体は高い機械強度を発現し、各種構成部材、例えば自動車の内板、外板、構成部材、また各種電気製品、機械のフレームや筐体等に用いることができる。本発明の複合成形体により、とくに剛性に優れた成形品を得ることができるので、開断面構造や閉断面構造から成る自動車の構成部材、なかでもサイドメンバー、クロスメンバー、サイドピラー、フロアパンにも適用できる。   The composite molded body of the present invention exhibits high mechanical strength, and can be used for various components such as automobile inner and outer plates, components, various electric products, machine frames and casings, and the like. With the composite molded body of the present invention, it is possible to obtain a molded product having particularly excellent rigidity, so that it can be used as an automobile component member having an open section structure or a closed section structure, and in particular, a side member, a cross member, a side pillar, and a floor pan. Is also applicable.

[炭素繊維複合成形体]
本発明の複合成形体は、繊維長5mm超100mm以下の単繊維繊度が1.0〜2.4dtexのPAN炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が実質的に2次元ランダムに配向しており、式(1)で定義される臨界単糸数以上の繊維束(A)と、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が同時に存在する事を特徴とする複合材料からなるランダム層と、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と熱可塑性樹脂とからなる一方向材層とを有する炭素繊維複合成形体である。
臨界単糸数=72/F0.5 ・・・(1)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
[Carbon fiber composite molded body]
The composite molded body of the present invention is composed of a PAN carbon fiber having a fiber length of more than 5 mm and not more than 100 mm and having a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex and a thermoplastic resin, and the carbon fibers are oriented substantially two-dimensionally randomly. A composite material characterized in that a fiber bundle (A) having a number of critical single yarns or more defined by the formula (1) and a fiber bundle having a single yarn state or less than the critical number of single yarns exist simultaneously. And a unidirectional material layer composed of a unidirectional material in which carbon fibers are aligned in one direction and a thermoplastic resin.
Critical number of single yarns = 72 / F 0.5 (1)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)

特に、式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)について、繊維全量に対する炭素繊維束(A)の割合が30Vol%以上90Vol%未満であり、かつ炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことを特徴とする複合材料を用いた場合には、より高い機械物性を発現する複合成形体が得られる。
臨界単糸数=72/F0.5 ・・・(1)
840/F < N < 2800/F・・・(2)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
In particular, for the carbon fiber bundle (A) composed of the critical single yarn number or more defined by the formula (1), the ratio of the carbon fiber bundle (A) to the total amount of the fiber is 30 Vol% or more and less than 90 Vol%, and the carbon fiber When a composite material characterized in that the average number of fibers (N) in the bundle (A) satisfies the following formula (2) is used, a composite molded body exhibiting higher mechanical properties can be obtained.
Critical number of single yarns = 72 / F 0.5 (1)
840 / F <N <2800 / F (2)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)

ここで「実質的に2次元ランダム」とは、複合材料を構成する炭素繊維が、複合材料の接表面内に繊維軸の主配向方向があり、かつその面内において互いに直行する二方向に測定した引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割った比が2を超えないことを言う。   Here, “substantially two-dimensional random” means that carbon fibers constituting the composite material are measured in two directions in which the main orientation direction of the fiber axis is in the contact surface of the composite material and perpendicular to each other in the plane. It means that the ratio obtained by dividing the larger value of the tensile modulus of elasticity by the smaller value does not exceed 2.

[ランダム層]
本発明の複合成形体を構成するランダム層は、本発明は繊維長5mm超100mm以下の単繊維繊度が1.0〜2.4dtexのPAN炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が実質的に2次元ランダムに配向しており、式(1)で定義される臨界単糸数以上の繊維束と、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が同時に存在する事を特徴とする複合材料からなる。
臨界単糸数=72/F0.5・・・(1)
[Random layer]
The random layer constituting the composite molded body of the present invention is composed of a PAN carbon fiber having a fiber length of more than 5 mm and not more than 100 mm and a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex and a thermoplastic resin. The fiber bundle is oriented substantially two-dimensionally randomly, and there are simultaneously a fiber bundle having the number of critical single yarns defined by the formula (1) or more and a fiber bundle composed of a single yarn state or less than the critical single yarn number. It consists of a characteristic composite material.
Critical number of single yarns = 72 / F 0.5 (1)

より高い機械物性を得る必要がある場合には、繊維長は10mm超とすることが好ましい。また式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)について、繊維全量に対する炭素繊維束(A)の割合が30Vol%以上90Vol%未満であり、かつ炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことが好ましい。
840/F < N < 2800/F・・・(2)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
When it is necessary to obtain higher mechanical properties, the fiber length is preferably more than 10 mm. Moreover, about the carbon fiber bundle (A) comprised by the critical single yarn number or more defined by Formula (1), the ratio of the carbon fiber bundle (A) with respect to the fiber whole quantity is 30 Vol% or more and less than 90 Vol%, and a carbon fiber bundle It is preferable that the average number of fibers (N) in (A) satisfy the following formula (2).
840 / F <N <2800 / F (2)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)

本発明の複合成形体は、平均繊維長5mm超100mm以下の炭素繊維を含み、熱可塑性樹脂マトリクス中において開繊程度を制御し実質的に2次元ランダムに炭素繊維が配向しているランダム層を基材とするため、ねじり剛性に優れていることを特徴とする。連続繊維の一方向材を基材とする場合にねじり剛性を改善するには、連続繊維の方向として45度方向の積層が有効であるが、45度方向に連続繊維を積層するのは生産性が低く、また、繊維の歩留まりが悪くなりやすいのに対し、本発明では後述のとおり工業的に優位な方法で製造できるランダム層にてねじり剛性を担うことができる。   The composite molded body of the present invention comprises a random layer containing carbon fibers having an average fiber length of more than 5 mm and not more than 100 mm, the degree of opening being controlled in the thermoplastic resin matrix, and the carbon fibers being oriented substantially two-dimensionally randomly. Since it is a base material, it is characterized by excellent torsional rigidity. In order to improve torsional rigidity when using a unidirectional material of continuous fibers as a base material, it is effective to laminate 45 degrees as the direction of continuous fibers, but it is productivity to laminate continuous fibers in the 45 degrees direction. However, in the present invention, the torsional rigidity can be borne by a random layer that can be produced by an industrially advantageous method as described later.

[ランダム層の炭素繊維]
ランダム層を構成する炭素繊維は不連続であり、平均繊維長5mm超100mm以下である。ランダム層は、ある程度長い炭素繊維を含んで強化機能が発現できることを特徴とし、好ましくは炭素繊維の平均繊維長が10mm以上100mm以下であり、より好ましくは15mm以上80mm以下であり、さらには20mm以上60mm以下が好ましい。マトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であるので、後述する好ましい製造方法により溶融混練せずに複合材料を得ることができることから、用いた炭素繊維の長さを複合材料中で保つことが可能であり、例えば複合材料の炭素繊維の繊維長分布がシャープなものが得ることができ、繊維長が揃った炭素繊維を存在させることで、均質な物性を有する複合材料からなる層が好ましく提供できる。
[Random layer carbon fiber]
The carbon fibers constituting the random layer are discontinuous and have an average fiber length of more than 5 mm and not more than 100 mm. The random layer is characterized in that the reinforcing function can be expressed by including carbon fibers that are long to some extent, preferably the average fiber length of the carbon fibers is 10 mm or more and 100 mm or less, more preferably 15 mm or more and 80 mm or less, and further 20 mm or more. 60 mm or less is preferable. Since the matrix resin is a thermoplastic resin, a composite material can be obtained without being melt-kneaded by a preferable manufacturing method described later, and thus the length of the carbon fiber used can be maintained in the composite material. A carbon fiber having a sharp fiber length distribution can be obtained, and the presence of carbon fibers having a uniform fiber length can preferably provide a layer made of a composite material having uniform physical properties.

ランダム層を構成するPAN系炭素繊維の単繊維繊度は1.0〜2.4dtexが望ましい。1.0dtex以上だと機械的特性が良好であり、2.4dtex以下の場合は炭素繊維製造時の生産に優れるためである。炭素繊維はサイジング剤が付着されたものを用いることが好ましく、サイジング剤は炭素繊維100重量部に対し、0.1重量部超10重量部以下であることが好ましい。   The single fiber fineness of the PAN-based carbon fiber constituting the random layer is preferably 1.0 to 2.4 dtex. This is because the mechanical properties are good when it is 1.0 dtex or more, and when it is 2.4 dtex or less, the production during carbon fiber production is excellent. It is preferable to use a carbon fiber to which a sizing agent is attached, and the sizing agent is preferably more than 0.1 parts by weight and 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.

また、本発明に用いる強化繊維としては、断面形状が真円度0.70以上0.90以下であることが好ましい。さらに、断面形状が空豆型であることが好ましい。断面形状を比較的単純な形状である真円度0.70以上0.90以下の空豆型とすることで、単繊維の繊度が大きくなつても、真円度が0.90より大きい丸に近い断面形状の強化繊維より、ストランド強度は高い数値を維持できる。また、単繊維を密に詰めることが出来るため、プリプレグ中での繊維含有率が向上し、複合材料の力学特性を向上させることが可能となる。   Moreover, as a reinforced fiber used for this invention, it is preferable that cross-sectional shape is 0.70 or more and 0.90 or less roundness. Furthermore, the cross-sectional shape is preferably an empty bean type. Even if the fineness of the single fiber is increased, the roundness is larger than 0.90 by making the cross-sectional shape into a relatively simple shape round bean type with a roundness of 0.70 or more and 0.90 or less. The strand strength can be maintained at a higher value than the reinforcing fiber having a close sectional shape. Further, since the single fibers can be densely packed, the fiber content in the prepreg is improved, and the mechanical properties of the composite material can be improved.

<炭素繊維束の直径及び真円度>
(1)サンプルの作製
長さ5cmに切断した炭素繊維束をエポキシ樹脂(エポマウント主剤:エポマウント硬化剤=100:9(質量比))に包埋し、2cmに切断して横断面を露出させ、鏡面処理した。
(2)観察面のエッチング処理
更に、繊維の外形を明瞭にするために、サンプルの横断面を次の方法でエッチング処理した。
・使用装置:プラズマエッチング装置(日本電子(株)社製、製品名:P―170)
・処理条件:雰囲気ガス:Ar/O=75/25、プラズマ出力:50W、真空度:約120Pa、処理時間:5min
(3)SEM観察
前記(1)及び(2)により得られたサンプルの横断面を、SEM(PHILIPS社製、製品名:FEI―XL20)を用いて観察し、画面上に5個以上の繊維断面が写っている写真を任意に5枚撮影した。
(4)炭素繊維束の単繊維の直径測定
各サンプルについて5枚のSEM写真から任意に20個、ただし、1枚の写真から3個以上の単繊維断面を選んで、画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Image― Pro PLUS)を用いて繊維断面の外形をトレースし、断面の長径(最大フェレ径)dを計測した。選んだ単繊維断面全ての長径dの平均を、炭素繊維束の単繊維の直径Diとした。
(5)真円度測定
画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Image― Pro PLUS)を用いて繊維断面の外形をトレースし、周長Lおよび面積Sを計測した。各サンプルについて5枚の写真から任意に20個、ただし、1枚の写真から3個以上の繊維断面を選んで計測し、LおよびSの平均値を求め、次式により真円度を算出した。
真円度=4πS/L ・・・(3)
<Diameter and roundness of carbon fiber bundle>
(1) Preparation of sample A carbon fiber bundle cut to a length of 5 cm is embedded in an epoxy resin (Epomount main agent: Epomount curing agent = 100: 9 (mass ratio)), cut to 2 cm, and the cross section is exposed. And mirror-finished.
(2) Etching treatment of observation surface Further, in order to clarify the outer shape of the fiber, the cross section of the sample was etched by the following method.
-Equipment used: Plasma etching equipment (manufactured by JEOL Ltd., product name: P-170)
Processing conditions: atmospheric gas: Ar / O 2 = 75/25, plasma output: 50 W, vacuum: about 120 Pa, processing time: 5 min
(3) SEM observation The cross section of the sample obtained by said (1) and (2) was observed using SEM (the product name: FEI-XL20 by PHILIPS), and five or more fibers were displayed on the screen. We arbitrarily photographed five photographs showing the cross section.
(4) Measurement of single fiber diameter of carbon fiber bundle For each sample, 20 pieces are arbitrarily selected from 5 SEM photographs, but 3 or more single fiber sections are selected from one photograph, and image analysis software The outer shape of the cross section of the fiber was traced using a product name “Image-Pro PLUS” manufactured by Parr Co., Ltd., and the major axis (maximum ferret diameter) d of the cross section was measured. The average of the major axis d of all selected single fiber cross sections was defined as the diameter Di of the single fiber of the carbon fiber bundle.
(5) Roundness measurement The outer shape of the fiber cross-section was traced using image analysis software (product name: Image-Pro PLUS, manufactured by Nippon Roper Co., Ltd.), and the circumference L and area S were measured. For each sample, 20 pieces were arbitrarily selected from five photographs, but three or more fiber cross sections were selected from one photograph, measured, average values of L and S were obtained, and roundness was calculated by the following equation. .
Roundness = 4πS / L 2 (3)

[開繊程度]
一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本のフィラメントが集合した繊維束となっている。特に薄肉のコンポジットを得る場合、炭素繊維を繊維束のまま使用すると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られない。そのため、炭素繊維を開繊して使用することが重要となるが、ランダム層においては、熱可塑性樹脂マトリクス中の炭素繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束と、それ以外の開繊された炭素繊維を含むことを特徴とする。
[Opening degree]
Generally, carbon fiber is a fiber bundle in which thousands to tens of thousands of filaments are gathered. In particular, when a thin-walled composite is obtained, if carbon fibers are used in the form of fiber bundles, the entangled portion of the fibers becomes locally thick, and a thin-walled one cannot be obtained. Therefore, it is important to open and use the carbon fiber, but in the random layer, the degree of opening of the carbon fiber in the thermoplastic resin matrix is controlled, and a carbon fiber bundle made of carbon fibers of a specific number or more. And other open carbon fibers.

より高い機械物性を得る必要がある場合には、熱可塑性樹脂マトリクス中の炭素繊維の開繊程度をコントロールし、特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束と、それ以外の開繊された炭素繊維を特定の割合で含むランダム層とする事が望ましい。すなわち、
ランダム層においては、式(1)
臨界単糸数=72/F0.5・・・(1)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
で定義する臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)について、繊維全量に対する割合が30Vol%以上90Vol%未満であることが優れた機械物性を得る目的において好ましい。複合成形体中には、炭素繊維束(A)以外の炭素繊維として、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が存在する。機械物性に優れた成形体を得ようとする場合の、炭素繊維束(A)の割合はより好ましくは40Vol%以上80Vol%未満である。
When it is necessary to obtain higher mechanical properties, the degree of opening of the carbon fibers in the thermoplastic resin matrix is controlled, and a carbon fiber bundle composed of carbon fibers of a specific number or more and other opened carbons. It is desirable to use a random layer containing fibers at a specific ratio. That is,
In the random layer, the formula (1)
Critical number of single yarns = 72 / F 0.5 (1)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)
With respect to the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more defined in, it is preferable for the purpose of obtaining excellent mechanical properties that the ratio to the total amount of fibers is 30 Vol% or more and less than 90 Vol%. In the composite molded body, there is a fiber bundle composed of a single yarn state or less than the critical single yarn number as carbon fibers other than the carbon fiber bundle (A). The ratio of the carbon fiber bundle (A) when obtaining a molded article having excellent mechanical properties is more preferably 40 Vol% or more and less than 80 Vol%.

一方、薄肉化が可能でかつ、表面品位に優れた複合成形体が得る目的においては、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)について、繊維全量に対する割合が0Vol%超30Vol%未満であることが好ましい。炭素繊維束(A)の割合が90Vol%以上になると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られず、本発明の目的にそぐわない。   On the other hand, for the purpose of obtaining a composite molded body that can be thinned and has excellent surface quality, the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more to the total amount of fibers is more than 0 vol% and less than 30 vol% It is preferable that When the proportion of the carbon fiber bundle (A) is 90 Vol% or more, the entangled portion of the fiber is locally thick, and a thin product cannot be obtained, which is not suitable for the purpose of the present invention.

さらに機械物性に優れた成形体を得ようとする場合、ランダム層について、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)
840/F < N < 2800/F ・・・(2)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
を満たすことが好ましい。
Furthermore, when it is going to obtain the compact | molding | casting excellent in mechanical physical property, about the random layer, the average fiber number (N) in the carbon fiber bundle (A) comprised by more than a critical single yarn number is following formula (2).
840 / F <N <2800 / F (2)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)
It is preferable to satisfy.

炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が840/F以下の場合、高い繊維体積含有率(Vf)を得る事が困難となる。また炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が2800/F以上の場合、局部的に厚い部分が生じ、ボイドの原因となりやすい。   When the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is 840 / F or less, it is difficult to obtain a high fiber volume content (Vf). Further, when the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is 2800 / F or more, a locally thick portion is generated, which tends to cause voids.

一方、炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(4)を満たす場合は、より薄肉化が可能でかつ、表面品位に優れた複合成形体が得られる。
140/F < N < 350/F・・・(4)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
On the other hand, when the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) satisfies the following formula (4), a composite molded body that can be made thinner and has excellent surface quality is obtained.
140 / F <N <350 / F (4)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)

このように式(1)で定義される臨界単糸以上の炭素繊維束(A)と、単糸の状態又は臨界単糸数未満の炭素繊維(B)が同時に存在する複合材料とすることで、繊維の充填効率よく、疎密のばらつきが少なく、機械強度に優れた複合成形体が提供できる。   In such a composite material in which carbon fiber bundles (A) equal to or higher than the critical single yarn defined by the formula (1) and carbon fibers (B) having a single yarn state or less than the critical single yarn number are present simultaneously, It is possible to provide a composite molded body with good fiber filling efficiency, less variation in density, and excellent mechanical strength.

またこのように特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束と、それ以外の開繊された炭素繊維を特定の比率で共存させることで、複合成形体中の炭素繊維の存在量、すなわち繊維体積含有率(Vf)を高めることが可能となっている。   In addition, the amount of carbon fibers in the composite molded body, that is, the fiber volume, is obtained by coexisting carbon fiber bundles composed of carbon fibers of a specific number or more and other opened carbon fibers in a specific ratio. It is possible to increase the content (Vf).

具体的には複合成形体を構成する炭素繊維の単繊維繊度が1.0〜2.4dtexの場合、臨界単糸数は45〜65本となり、臨界単糸数以上の炭素繊維束が繊維全量に対する割合が30Vol%以上90Vol%未満である。   Specifically, when the single fiber fineness of the carbon fibers constituting the composite molded body is 1.0 to 2.4 dtex, the critical single yarn number is 45 to 65, and the ratio of carbon fiber bundles more than the critical single yarn number to the total fiber amount Is 30 vol% or more and less than 90 vol%.

本発明の複合成形体は、各種の厚みとすることが可能であるが、厚みが0.2〜1.0mm程度の薄肉の成形品を好適に得ることができる。すなわち本発明により、各種目的の厚さに合わせた複合成形体が提供でき、なかでも薄物の成形品が好適に得られ、サンドイッチ部材の表皮等も提供できる。   The composite molded body of the present invention can have various thicknesses, but a thin molded product having a thickness of about 0.2 to 1.0 mm can be suitably obtained. That is, according to the present invention, a composite molded body having various thicknesses can be provided. In particular, a thin molded article can be suitably obtained, and a skin of a sandwich member can also be provided.

[ランダム層における熱可塑性樹脂]
ランダム層における熱可塑性樹脂の存在量は、炭素繊維100重量部に対し、50〜1000重量部であることが好ましい。より好ましくは、炭素繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂50〜500重量部、さらに好ましくは炭素繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂50〜100重量部である。
[Thermoplastic resin in random layer]
The abundance of the thermoplastic resin in the random layer is preferably 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. More preferably, it is 50 to 500 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber, and more preferably 50 to 100 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber.

熱可塑性樹脂の種類としては例えば塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS樹脂)、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド6樹脂、ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド46樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド610樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、及びこれらの混合物などが挙げられる。   Examples of the thermoplastic resin include vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polystyrene resin, acrylonitrile-styrene resin (AS resin), acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), acrylic resin, Methacrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide 6 resin, polyamide 11 resin, polyamide 12 resin, polyamide 46 resin, polyamide 66 resin, polyamide 610 resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, boribylene Terephthalate resin, polyarylate resin, polyphenylene ether resin, polyphenylene sulfide resin, polysulfone resin, polyethersulfur Down resin, polyether ether ketone resins, and mixtures thereof, and the like.

[他の剤]
ランダム層には、本発明の目的を損なわない範囲で、ガラス繊維や有機繊維等の各種繊維状または非繊維状フィラー、難燃剤、耐UV剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤の添加剤を含んでいてもよい。
[Other agents]
In the random layer, various fibrous or non-fibrous fillers such as glass fibers and organic fibers, flame retardants, UV-resistant agents, pigments, mold release agents, softeners, plasticizers, as long as the object of the present invention is not impaired. A surfactant additive may be included.

[炭素繊維による強化機能の発現性]
2次元擬似等方ランダムに炭素繊維が含まれている複合材料の強度の理論値に対して、ランダム層の複合材料は60〜80%の強度発現が可能となることを特徴とする。このような強度発現率の達成が可能になる理由は上記のとおり、特定本数以上の炭素繊維からなる炭素繊維束と、それ以外の開繊された炭素繊維を共存させることで複合材料中に効果的に炭素繊維を存在させていることによるものと思われる。
[Development of reinforcing function by carbon fiber]
The random layer composite material is capable of developing strength of 60 to 80% with respect to the theoretical value of the strength of the composite material in which carbon fibers are randomly included in two-dimensional pseudo-isotropic. The reason why it is possible to achieve such a strength expression rate is that, as described above, it is effective in a composite material by coexisting a carbon fiber bundle composed of carbon fibers of a specific number or more and other opened carbon fibers. This is probably due to the presence of carbon fiber.

[一方向材層]
本発明の炭素繊維複合成形体を構成する一方向材層は、炭素繊維の連続繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と熱可塑性樹脂とからなる。炭素繊維の一方向材は連続長を有する炭素繊維を一方向に引き揃えたものである。一方向材は、複数の一方向材を積層したものであっても良く、一方向に引き揃えた繊維強化材の束をシート状にして角度を変えて積層したもの(多軸織物基材)を、ナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等のステッチ糸で、この積層体を厚さ方向に貫通して、積層体の表面と裏面の間を表面方向に沿って往復しステッチしたような多軸織物であっても良い。
[Unidirectional material layer]
The unidirectional material layer constituting the carbon fiber composite molded body of the present invention comprises a unidirectional material in which continuous fibers of carbon fibers are aligned in one direction and a thermoplastic resin. The unidirectional material of carbon fiber is obtained by aligning carbon fibers having a continuous length in one direction. The unidirectional material may be a laminate of a plurality of unidirectional materials, and a bundle of fiber reinforcements aligned in one direction and laminated at different angles (multiaxial fabric base material) Nylon yarn, polyester yarn, glass fiber yarn, and other stitch yarns that pass through the laminate in the thickness direction and are stitched by reciprocating between the front and back surfaces of the laminate along the surface direction. A shaft fabric may be used.

一方向材層における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維100重量部に対し、30〜200重量部であることが好ましい。熱可塑性樹脂の存在量は、より好ましくは炭素繊維100重量部に対し、40〜100重量部である。   The amount of the thermoplastic resin in the unidirectional material layer is preferably 30 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. The abundance of the thermoplastic resin is more preferably 40 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers.

一方向材層を構成する熱可塑性樹脂はランダム層におけるマトリクスと同一であっても異なっていても良い。熱可塑性樹脂の具体例としてはランダム層の項で述べたものと同じものが挙げられる。一方向材層は炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材に熱可塑性樹脂を含浸あるいは半含浸させたものであることが好ましい。ここで含浸あるいは半含浸の程度は後述の製法のプレス工程にて適宜調整することができる。   The thermoplastic resin constituting the unidirectional material layer may be the same as or different from the matrix in the random layer. Specific examples of the thermoplastic resin are the same as those described in the section of the random layer. The unidirectional material layer is preferably formed by impregnating or semi-impregnating a thermoplastic resin with a unidirectional material in which carbon fibers are aligned in one direction. Here, the degree of impregnation or semi-impregnation can be appropriately adjusted in the press step of the production method described later.

[積層体]
本発明の炭素繊維複合成形体において、ランダム層の全体積に対し、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材層が5〜100%存在することが好ましいが、積層部分の体積割合、面積割合および積層部位は各種用途に合わせて適宜選択することができる。
一方向材層は、所望のねじり剛性および曲げ剛性を効果的に発現させるように配置することが好ましい。一方向材層は例えば30〜120度の範囲で2軸を織り成すように配置させることも好ましい。
[Laminate]
In the carbon fiber composite molded body of the present invention, the unidirectional material layer in which the carbon fibers are aligned in one direction is preferably present in an amount of 5 to 100% with respect to the total volume of the random layer, An area ratio and a lamination | stacking site | part can be suitably selected according to various uses.
The unidirectional material layer is preferably arranged so as to effectively develop desired torsional rigidity and bending rigidity. It is also preferable to arrange the unidirectional material layer so as to interweave two axes within a range of 30 to 120 degrees, for example.

ランダム層および一方向材層は所望の厚さのものを用いることができる。ランダム層の厚さはとくに限定はないが、好ましくは0.1〜5mmである。一方向材層の厚さはとくに限定はないが、好ましくは0.1〜5mmである。   As the random layer and the unidirectional material layer, those having a desired thickness can be used. The thickness of the random layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 5 mm. The thickness of the unidirectional material layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 5 mm.

また型の形状等を選択することにより、三次元形状等の所望形状の成形体を得ることも可能である。本発明の複合成形体は、プレス工程における、樹脂の移動距離が短く、比較的短時間で樹脂の含浸が可能となり、肉薄で、物性に優れかつ表面品位に優れた成形品が提供できる。また炭素繊維が成形体中に等方的に存在するので、1方向に強化したものであっても、そりの少ない均質な成形物を容易に得る事ができる。プルトリュージョン成形等により得られた開断面形状や閉断面形状の部材の表層に、ランダム層を例えばテープレイアップ法等により貼り付ける事で複合成形体を得る事も可能である。   It is also possible to obtain a molded body having a desired shape such as a three-dimensional shape by selecting the shape of the mold. The composite molded body of the present invention has a short resin moving distance in the pressing step and can be impregnated with the resin in a relatively short time, and can provide a molded product that is thin, excellent in physical properties, and excellent in surface quality. In addition, since the carbon fiber isotropically exists in the molded body, a homogeneous molded product with less warpage can be easily obtained even if the fiber is reinforced in one direction. It is also possible to obtain a composite molded body by attaching a random layer to the surface layer of a member having an open cross-sectional shape or a closed cross-sectional shape obtained by pultrusion molding or the like, for example, by a tape layup method or the like.

本発明の炭素繊維複合成形体は、ランダム層および一方向材層以外の層をさらに有する多層構造とすることも可能である。本発明の炭素繊維複合成形体は、ランダム層として薄肉のものが得られるので、サンドイッチ部材の表皮としても好ましく用いることができる。このときのコア材としてはとくに限定はないが、樹脂の発泡体や、ガラス繊維や有機繊維の不織布を用いることができる。   The carbon fiber composite molded body of the present invention may have a multilayer structure further having layers other than the random layer and the unidirectional material layer. Since the carbon fiber composite molded body of the present invention can be obtained as a thin layer as a random layer, it can be preferably used as the skin of a sandwich member. Although there is no limitation in particular as a core material at this time, the foam of resin, the nonwoven fabric of glass fiber, or an organic fiber can be used.

[サンドイッチ材]
積層構造としてはランダム層と一方向材層とを複数用いたサンドイッチ材とすることも好ましい。すなわち本発明は、ランダム層をスキン層とし、一方向材層をコア材とするサンドイッチ材、およびランダム層をコア材とし、一方向材層をスキン層とするサンドイッチ材を包含する。ランダム層をスキン層としたサンドイッチ材の場合は、意匠性等に優れ、衝撃荷重によるクラック防止に優れることから、とくに自動車等や鉄道等、乗り物の構造部材用途に好適である。
[Sandwich material]
As a laminated structure, a sandwich material using a plurality of random layers and unidirectional material layers is also preferable. That is, the present invention includes a sandwich material having a random layer as a skin layer and a unidirectional material layer as a core material, and a sandwich material having a random layer as a core material and a unidirectional material layer as a skin layer. In the case of a sandwich material having a random layer as a skin layer, it is excellent in design and the like, and is excellent in prevention of cracks due to impact load. Therefore, it is particularly suitable for use in structural members of vehicles such as automobiles and railways.

ランダム層をコア材としたサンドイッチ材の場合は、機械的特性、特に強度と剛性を両立させる事が容易になることから、とくに建造物等の構造部材の用途に好適である。このようなサンドイッチ材とした場合も、各種用途に合わせて、ランダム層の全体積に対する一方向材層の割合は5〜100%の範囲から好ましく選択できる。   In the case of a sandwich material having a random layer as a core material, it is easy to achieve both mechanical properties, particularly strength and rigidity, and therefore, it is particularly suitable for use in structural members such as buildings. Also when it is set as such a sandwich material, the ratio of the unidirectional material layer with respect to the total volume of a random layer can be preferably selected from the range of 5 to 100% according to various uses.

[ランダム層の製造方法]
以下、ランダム層を好ましく得る方法について述べる。ランダム層は以下の工程1〜4により、さらに工程5を施すことより、好ましく製造することができる。
1.炭素繊維をカットする工程、
2.カットされた炭素繊維を管内に導入し、空気を炭素繊維に吹き付ける事により、繊維束をある程度バラバラに開繊させる工程、
3.開繊させた炭素繊維を拡散させると同時に、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、炭素繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程、
4.塗布された炭素繊維および熱可塑性樹脂を定着させ、ランダムマットを得る工程。
5.得られたランダムマットをプレス成形する工程。
[Production method of random layer]
Hereinafter, a method for preferably obtaining the random layer will be described. A random layer can be preferably manufactured by performing the process 5 further by the following processes 1-4.
1. Cutting carbon fiber,
2. A process of opening the fiber bundle to some extent by introducing the cut carbon fiber into the tube and blowing air onto the carbon fiber,
3. A spreading process of spreading the opened carbon fiber and simultaneously sucking the carbon fiber and the thermoplastic resin by sucking together with the fibrous or powdered thermoplastic resin,
4). A step of fixing a coated carbon fiber and a thermoplastic resin to obtain a random mat.
5. A step of press-molding the obtained random mat.

[カット工程]
炭素繊維をカットする工程について述べる。炭素繊維のカット方法は、好ましくはロータリーカッター等のナイフを用いて炭素繊維をカットする工程である。ロータリーカッターとしては、繊維束を1/2〜1/20程度に分繊してカットする、分繊カッターを用いる事が好ましい。ロータリー分繊カッターは本体に沿って複数の刃が等間隔かつ螺旋状に配置されているものである。従来のカッターのように、繊維束をそのままカットし、塗布する手法では、薄く、物性に優れる複合成形体を得る事が難しい。繊維束をより細い束に分けながらカットする事により、工程4で得られるランダムマットの均質性が向上し、薄いランダムマットを得る事が可能となり、複合材料を好適に得ることができる。炭素繊維を連続的にカットするためのナイフ角度は特に限定されるものではなく、一般的な、繊維に対し、90度の刃を用いても、角度を持たせたものでも構わない。
[Cut process]
The process of cutting carbon fiber will be described. The carbon fiber cutting method is preferably a step of cutting carbon fiber using a knife such as a rotary cutter. As the rotary cutter, it is preferable to use a splitting cutter that splits and cuts a fiber bundle into about 1/2 to 1/20. The rotary splitting cutter has a plurality of blades arranged at equal intervals and spirally along the main body. As with conventional cutters, it is difficult to obtain a composite molded article that is thin and excellent in physical properties by cutting and applying the fiber bundle as it is. By cutting the fiber bundle while dividing it into finer bundles, the homogeneity of the random mat obtained in step 4 can be improved, and a thin random mat can be obtained, and a composite material can be suitably obtained. The knife angle for continuously cutting the carbon fiber is not particularly limited, and a 90-degree blade or an angle with respect to a general fiber may be used.

[開繊工程]
次いでカットされた炭素繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束をバラバラに開繊させる。より具体的にはカットされた炭素繊維を連続的に管内に導入し、圧力空気を直接繊維に吹き付ける事により、繊維束をバラバラに開繊させる工程である。開繊の度合いについては、空気の圧力等により適宜コントロールする事が出来る。
[Opening process]
Next, the cut carbon fiber is introduced into the tube, and air is blown onto the fiber to open the fiber bundle apart. More specifically, it is a step of opening the fiber bundles apart by continuously introducing the cut carbon fibers into the pipe and blowing the pressure air directly onto the fibers. The degree of opening can be appropriately controlled by air pressure or the like.

好ましい炭素繊維の開繊方法は、圧縮空気を直接炭素繊維に吹き付ける方法である。具体的には圧縮空気吹き付け孔より、好ましくは風速5〜500m/secにて空気を吹き付ける事により、炭素繊維を開繊させる事ができる。好ましくは炭素繊維の通る管内にΦ1mm程度の孔を数箇所あけ、外側より0.01〜0.80MPa程度の圧力をかけ、圧縮空気を繊維束に直接吹き付けることにより、繊維束を任意の開繊度まで開繊する事ができる。   A preferred method for opening the carbon fiber is a method in which compressed air is blown directly onto the carbon fiber. Specifically, carbon fibers can be opened by blowing air from a compressed air blowing hole, preferably at a wind speed of 5 to 500 m / sec. Preferably, the fiber bundle has an arbitrary degree of opening by opening several holes of about Φ1 mm in the tube through which the carbon fiber passes, applying a pressure of about 0.01 to 0.80 MPa from the outside, and blowing compressed air directly onto the fiber bundle. Can be opened.

[塗布工程]
次いで開繊させた炭素繊維を拡散させると同時に、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂とともに吸引し、炭素繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程を行う。開繊させた炭素繊維と、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂とを同時に、シート上に塗布することで、本発明の複合成形体を好適に得ることができる。
[Coating process]
Next, the spread carbon fiber is diffused, and at the same time, it is sucked together with the fibrous or powdery thermoplastic resin, and the coating process is performed to simultaneously spray the carbon fiber and the thermoplastic resin. The composite molded body of the present invention can be suitably obtained by simultaneously applying the opened carbon fiber and the fibrous or powdery thermoplastic resin on the sheet.

塗布工程において、熱可塑性樹脂の供給量は、炭素繊維100重量部に対し、50〜1000重量部であることが好ましい。より好ましくは、炭素繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂50〜400重量部、更に好ましくは、炭素繊維100重量部に対し、熱可塑性樹脂50〜100重量部である。   In the coating step, the amount of the thermoplastic resin supplied is preferably 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. More preferably, it is 50 to 400 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber, and further preferably 50 to 100 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber.

塗布工程において、炭素繊維および熱可塑性樹脂の供給量を適宜選択することで所望の厚さのものを得ることができる。ここで、炭素繊維と、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂は2次元配向する様に散布することが好ましい。開繊した炭素繊維を2次元配向させながら塗布するためには、塗布方法及び下記の定着方法が重要となる。炭素繊維の塗布方法には、円錐形等のテーパ管を用いることが好ましい。円錐等の管内では、空気が拡散し、管内の流速が減速し、このとき炭素繊維には回転力が与えられる。このベンチュリ効果を利用して開繊させた炭素繊維を好ましく拡散させ散布することができる。
開繊装置下部に設けた通気性シート上に塗布することが好ましい。また下記の定着工程のためにも、吸引機構を持つ可動式の通気性シート上に散布することが好ましい。
In the coating step, a desired thickness can be obtained by appropriately selecting the supply amounts of the carbon fiber and the thermoplastic resin. Here, it is preferable that the carbon fiber and the fibrous or powdery thermoplastic resin are dispersed so as to be two-dimensionally oriented. In order to apply the opened carbon fiber while being two-dimensionally oriented, an application method and a fixing method described below are important. In the carbon fiber coating method, it is preferable to use a tapered tube having a conical shape. In a tube such as a cone, air diffuses and the flow velocity in the tube is reduced. At this time, a rotational force is applied to the carbon fiber. The carbon fibers opened using this venturi effect can be preferably diffused and dispersed.
It is preferable to apply on a breathable sheet provided at the lower part of the opening device. Also for the following fixing step, it is preferable to spray on a movable breathable sheet having a suction mechanism.

[定着工程]
次いで塗布された炭素繊維および熱可塑性樹脂を定着させ、ランダムマットを得る。具体的には、塗布された炭素繊維および熱可塑性樹脂を通気性シート下部よりエアを吸引して炭素繊維を定着させ、ランダムマットを得る。炭素繊維と同時に散布された熱可塑性樹脂は混合されつつ、繊維状であればエア吸引により、パウダー状であっても炭素繊維に伴って定着される。
[Fixing process]
Next, the applied carbon fiber and the thermoplastic resin are fixed to obtain a random mat. Specifically, the applied carbon fiber and thermoplastic resin are sucked from the lower part of the breathable sheet to fix the carbon fiber to obtain a random mat. The thermoplastic resin sprayed simultaneously with the carbon fiber is mixed, and if it is in the form of a fiber, it is fixed with the carbon fiber even if it is in powder form by air suction.

具体的には通気性のシートを通して、下部より吸引する事により、2次元配向の高いランダムマットを得る事ができる。又、発生する負圧を用いてパウダー状、又は短繊維状の熱可塑性樹脂を吸引し、更に、管内で発生する拡散流により、炭素繊維と容易に混合する事ができる。得られるランダムマットは、炭素繊維の近傍に熱可塑性樹脂が存在する事により、下記の熱プレス工程において、樹脂の移動距離が短く、比較的短時間で樹脂の含浸が可能となる。ランダム層としてランダムマットを得て、後述の一方向材層との積層工程に処してもよい。一方向材層との積層のためのプレスにおいて、樹脂の移動距離が短く、比較的短時間で樹脂の含浸が可能となり、一方向材層と強固に積層することができる。   Specifically, a random mat with a high two-dimensional orientation can be obtained by suction from the lower part through a breathable sheet. Also, the powdered or short fiber thermoplastic resin is sucked using the generated negative pressure, and can be easily mixed with the carbon fiber by the diffusion flow generated in the tube. In the obtained random mat, the presence of the thermoplastic resin in the vicinity of the carbon fiber enables the resin to be impregnated in a relatively short time because the resin moving distance is short in the following hot pressing step. A random mat may be obtained as a random layer and subjected to a lamination step with a unidirectional material layer described below. In the press for laminating with the unidirectional material layer, the resin travel distance is short, the resin can be impregnated in a relatively short time, and the unidirectional material layer can be firmly laminated.

[プレス]
次いで得られたランダムマットにプレス工程を施した成形板をランダム層として、後述の炭素繊維複合成形体の積層工程に処しても良い。このときランダムマットは複数枚重ねて、所望の厚さとすることもできる。プレス成形の方法および条件にはとくに制限はないが、マトリックスの熱可塑性樹脂の融点以上融点プラス80℃または分解温度以下の条件にて熱プレスすることが好ましい。プレスの圧力およびプレス時間も適宜選択できる。
[press]
Next, a molded plate obtained by subjecting the obtained random mat to a pressing process may be used as a random layer and subjected to a carbon fiber composite molded body laminating process described later. At this time, a plurality of random mats can be stacked to have a desired thickness. There are no particular restrictions on the method and conditions for press molding, but it is preferable to perform hot pressing under the conditions of not lower than the melting point of the matrix thermoplastic resin and not lower than the melting point plus 80 ° C. or the decomposition temperature. The press pressure and press time can also be appropriately selected.

[一方向材層の製造方法]
炭素繊維の一方向材と熱可塑性樹脂とからなる一方向材層を製造する方法はとくに限定はなく、例えばプルトリュージョン法などで得ることができる。プルトリュージョン法による場合は炭素繊維が熱可塑性樹脂により含浸されているものが好適に得られる。熱可塑性樹脂による含浸を抑えたもの、すなわち半含浸の層とした場合は、例えば熱可塑性樹脂からなるシート上に炭素繊維の一方向に引き揃えて、必要によりプレスしつつ加熱する方法等で好ましく得ることができる。
[Method for producing unidirectional material layer]
The method for producing a unidirectional material layer composed of a unidirectional material of carbon fiber and a thermoplastic resin is not particularly limited, and can be obtained by, for example, a pultrusion method. In the case of the pultrusion method, a carbon fiber impregnated with a thermoplastic resin is preferably obtained. When a layer impregnated with a thermoplastic resin is suppressed, that is, a semi-impregnated layer, for example, a method of aligning carbon fibers in one direction on a sheet made of a thermoplastic resin and heating while pressing if necessary is preferable. Can be obtained.

[炭素繊維複合成形体の製造方法]
炭素繊維複合成形体は、ランダム層と一方向材層とを積層して、各種の方法により成形して製造することができる。立体形状の炭素繊維複合成形体を得る具体的な方法としては、ランダム層と一方向材層とを積層した板状物を得て、それをプレス成形する方法が好ましく挙げられる。
[Method for producing carbon fiber composite molded body]
The carbon fiber composite molded body can be manufactured by laminating a random layer and a unidirectional material layer, and molding them by various methods. As a specific method for obtaining a three-dimensional carbon fiber composite molded body, a method of obtaining a plate-like product obtained by laminating a random layer and a unidirectional material layer and press-molding it is preferably mentioned.

本方法においては上記のランダム層の製造方法の項に記載のとおり、ランダムマット、あるいはランダムマットをプレス成形まで施した板状物を、ランダム層として用い、これに一方向材層を積層した板状物を得て、例えばプレス成形により各種形状に賦形する方法が好ましく挙げられる。ここでランダム層および一方向材層の含浸、あるいは半含浸の程度を調整して、プレス成形に処することが好ましい。   In this method, as described in the above section for the production method of the random layer, a random mat or a plate-like material obtained by subjecting the random mat to press molding is used as a random layer, and a plate in which a unidirectional material layer is laminated. A preferred method is to obtain a product and shape it into various shapes by, for example, press molding. Here, it is preferable to perform press molding by adjusting the degree of impregnation or semi-impregnation of the random layer and the unidirectional material layer.

とくに立体形状の場合は、ランダム層と一方向材層とを合わせて型内にてプレスする方法も好ましく挙げられる。本方法においては、型内の所望の位置に一方向材層を配置して、その上に上記のランダム層の製造方法の項に記載のランダムマットを立体型内に沿わせるようにセットしてプレスする方法が好ましく挙げられる。賦型形状にもよるが、複雑形状の場合は一方向材層も半含浸のものを用いることが好ましい。   Particularly in the case of a three-dimensional shape, a method in which a random layer and a unidirectional material layer are combined and pressed in a mold is also preferred. In this method, a unidirectional material layer is arranged at a desired position in the mold, and the random mat described in the above-mentioned method for producing a random layer is set on the three-dimensional mold so as to follow the random mat. A method of pressing is preferred. Although depending on the shaping shape, in the case of a complicated shape, it is preferable to use a semi-impregnated unidirectional material layer.

[サンドイッチ材の製造方法]
サンドイッチ材は上述の炭素繊維複合成形体の製造方法と同様にランダム層と一方向材層を組合わせて、適宜製造することができる。
[Production method of sandwich material]
The sandwich material can be appropriately manufactured by combining a random layer and a unidirectional material layer in the same manner as the above-described method for manufacturing a carbon fiber composite molded body.

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
[ランダム層における炭素繊維束の解析]
ランダム層における炭素繊維束の開繊程度は以下の手順により求めた。
1)ランダム層を100mm×100mmに切り出し、厚み(Ta)を測定後、500℃×1時間程度、炉内にて樹脂を除去する。
2)樹脂を除去した複合材料より、繊維束をピンセットで全て取り出す。
3)全ての繊維束について、個々の繊維束の長さ(Li)と重量(Wi)を測定し、繊維束数(I)を記録する。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に重量を測定する(Wk)。このとき、1/1000gまで測定可能な天秤を用いる。なお、繊維長が短い場合には、繊維束の重量が小さく、測定が困難になるが、こういった場合には、繊維を0.2mm程度の間隔で分類し、分類した繊維束を複数本まとめて重量を測定し、平均値を用いた。
4)全ての分類について測定後、以下の計算を行う。使用している炭素繊維の単繊維繊度(F)より、分類した繊維束群の繊維本数(Ni)は次式により求められる。
Ni=Wi/(Li×F)。
炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)は以下の式により求める。
N=ΣNi/I
また、個々の繊維束の体積(Vi)及び、炭素繊維束(A)の繊維全体に対する割合(VR)は、使用した炭素繊維の繊維比重(ρ)を用いて次式により求められる。
Vi=Wi/ρ
VR=ΣVi/Va×100
ここで、Vaは切り出した層の体積であり、Va=100×100×Ta
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[Analysis of carbon fiber bundles in random layers]
The degree of opening of the carbon fiber bundle in the random layer was determined by the following procedure.
1) A random layer is cut out to 100 mm × 100 mm, and after measuring the thickness (Ta), the resin is removed in a furnace for about 500 ° C. × 1 hour.
2) Remove all fiber bundles with tweezers from the composite material from which the resin has been removed.
3) For all fiber bundles, the length (Li) and weight (Wi) of each fiber bundle are measured, and the number of fiber bundles (I) is recorded. When the fiber bundle is so small that it cannot be taken out by tweezers, the weight is finally measured together (Wk). At this time, a balance capable of measuring up to 1/1000 g is used. In addition, when the fiber length is short, the weight of the fiber bundle is small and measurement becomes difficult. In such a case, the fibers are classified at intervals of about 0.2 mm, and a plurality of classified fiber bundles are provided. The weight was measured collectively and the average value was used.
4) After measurement for all classifications, perform the following calculations. From the single fiber fineness (F) of the carbon fiber used, the number of fibers (Ni) of the classified fiber bundle group is obtained by the following equation.
Ni = Wi / (Li × F).
The average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is obtained by the following formula.
N = ΣNi / I
Further, the volume (Vi) of each fiber bundle and the ratio (VR) of the carbon fiber bundle (A) to the whole fiber are obtained by the following formula using the fiber specific gravity (ρ) of the carbon fiber used.
Vi = Wi / ρ
VR = ΣVi / Va × 100
Here, Va is the volume of the cut-out layer, Va = 100 × 100 × Ta

[成形物の曲げ剛性測定方法]
以下の実施例における曲げ剛性は、中央荷重とする3点曲げにて評価した。支点間距離を500mmとしたr=2mmの支点上に成形物を置き、支点間中央部にr=5mmの圧子にて50kgの荷重を与えた場合の中央たわみ量を測定した。
[Method of measuring bending stiffness of molded products]
The bending stiffness in the following examples was evaluated by three-point bending with a central load. The molded product was placed on a fulcrum of r = 2 mm where the distance between the fulcrums was 500 mm, and the center deflection when a load of 50 kg was applied to the central part between the fulcrums with an indenter of r = 5 mm was measured.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。実施例、比較例には以下の炭素繊維を使用した。
(炭素繊維)
PAN系炭素繊維1(単繊維繊度 1.2dtex、強度 4218MPa、弾性率 236GPa、真円度:0.80)
PAN系炭素繊維2(単繊維繊度 2.4dtex、強度 3477MPa、弾性率 2340Pa、真円度:0.80)
PAN系炭素繊維3(三菱レイヨン社製 TR50S)(単繊維繊度 0.7dtex、強度 4900MPa、弾性率 240GPa、真円度:0.95)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by these Examples. The following carbon fibers were used in Examples and Comparative Examples.
(Carbon fiber)
PAN-based carbon fiber 1 (single fiber fineness 1.2 dtex, strength 4218 MPa, elastic modulus 236 GPa, roundness: 0.80)
PAN-based carbon fiber 2 (single fiber fineness 2.4 dtex, strength 3477 MPa, elastic modulus 2340 Pa, roundness: 0.80)
PAN-based carbon fiber 3 (TR50S manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) (single fiber fineness 0.7 dtex, strength 4900 MPa, elastic modulus 240 GPa, roundness: 0.95)

[一方向材外層成形体]
(実施例1)
PAN系炭素繊維1を使用し、そのカット装置には、超硬合金を用いてナイフを形成するロータリーカッターを用いた。なお、ナイフの角度は周方向と90度であり、ナイフは刃幅を1mmのものを用いた。このナイフを周方向に16mmピッチで配置し、更に、隣り合うナイフは周方向に互いに1mmオフセットさせるように配置した。開繊装置として、小孔を有した管を用意し、コンプレッサーを用いて圧縮空気を送気した。この時、小孔からの風速は、100m/secであった。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、ポリカーボネート樹脂(帝人化成社製、商品名:“パンライト”(登録商標)L−1225Lペレット)を冷凍粉砕し、更に、20メッシュ、及び30メッシュにて分級したパウダーを用いた。このとき、平均粒径は約1mmであった。次に、テーパ管出口の下部に、XY方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、炭素繊維の供給量を150g/min、マトリックス樹脂の供給量を125g/min、にセットし、装置を稼動したところ、平均繊維長16mmの炭素繊維とポリカーボネートが混合された、厚み0.5mm程度のランダムマットを得た。
[Unidirectional material outer layer compact]
Example 1
A PAN-based carbon fiber 1 was used, and a rotary cutter that used a cemented carbide to form a knife was used as the cutting device. The angle of the knife was 90 degrees with the circumferential direction, and a knife with a blade width of 1 mm was used. The knives were arranged at a pitch of 16 mm in the circumferential direction, and adjacent knives were arranged so as to be offset from each other by 1 mm in the circumferential direction. A tube having small holes was prepared as a fiber opening device, and compressed air was supplied using a compressor. At this time, the wind speed from the small hole was 100 m / sec. This pipe was placed directly under the rotary cutter, and a tapered pipe was welded to the lower part thereof. A matrix resin is supplied from the side surface of the taper tube, and a polycarbonate resin (trade name: “Panlite” (registered trademark) L-1225L pellet) manufactured by Teijin Kasei Co., Ltd.) is frozen and pulverized as the matrix resin. And powder classified at 30 mesh. At this time, the average particle diameter was about 1 mm. Next, a table movable in the XY directions was installed at the lower part of the taper tube outlet, and suction was performed from the lower part of the table with a blower. The carbon fiber supply rate was set to 150 g / min and the matrix resin supply rate was set to 125 g / min. When the apparatus was operated, carbon fiber having an average fiber length of 16 mm and polycarbonate were mixed, and the thickness was 0.5 mm. A random mat of a degree was obtained.

次にPAN系炭素繊維1の連続繊維を一方向に引き揃えたシート上に、炭素繊維100体積部に対してポリカーボネート樹脂100体積部となる様にポリカーボネート樹脂フィルム、パンライト(登録商標)シート(D−50、50μ厚、)を乗せ、300℃の加熱ローラーにて貼り合わせたものを用意した。   Next, on a sheet in which continuous fibers of the PAN-based carbon fiber 1 are aligned in one direction, a polycarbonate resin film, a Panlite (registered trademark) sheet (with 100 parts by volume of polycarbonate resin with respect to 100 parts by volume of carbon fiber) D-50, 50 [mu] th thick) was placed and bonded together with a 300 [deg.] C. heating roller.

型内中央に、前記の得られた一方向材を2枚積層し、その上に、前記得られたランダムマットを幅30cm×長さ50cmのサイズに切り出したものを4層積層、賦型した。これを300℃に加熱したプレス装置にて、2.0MPaにて5分間加熱し、図5に記載の形状に成形した。   Two sheets of the obtained unidirectional material were laminated in the center of the mold, and then the obtained random mat was cut into a size of 30 cm wide × 50 cm long, and four layers were laminated and molded. . This was heated at 2.0 MPa for 5 minutes in a press apparatus heated to 300 ° C., and formed into the shape shown in FIG.

成形した成形体を2組用い、面対称に貼り合せ、角柱を得た。この角柱の3点曲げを測定した。得られた成形体のランダム層について、式(1)で定義される臨界単糸数、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)の割合を表1に記載した。成形体の曲げ試験を実施したところ、中央たわみにて1.9mmであった。   Two sets of molded bodies were used and bonded in plane symmetry to obtain a prism. The three-point bending of this prism was measured. About the random layer of the obtained molded body, the number of critical single yarns defined by the formula (1), the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more, the number of critical single yarns or more The ratio of the carbon fiber bundle (A) to be constructed is shown in Table 1. When a bending test was performed on the molded body, it was 1.9 mm at the center deflection.

[実施例2]
実施例1と同様にPAN系炭素繊維2を使用して得られた成形体のランダム層について、式(1)で定義される臨界単糸数は、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)の割合を表1に記載した。
成形体の曲げ試験を実施したところ、中央たわみにて2.0mmであった。
[Example 2]
For the random layer of the molded body obtained using the PAN-based carbon fiber 2 in the same manner as in Example 1, the critical single yarn number defined by the formula (1) is a carbon fiber bundle composed of at least the critical single yarn number ( The ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the average number of fibers (N) in A) and the number of critical single yarns or more is shown in Table 1.
When the bending test of the molded body was performed, it was 2.0 mm at the center deflection.

[比較例1]
実施例1と同様にPAN系炭素繊維3を使用して得られた成形体のランダム層について、式(1)で定義される臨界単糸数、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)の割合を表1に記載した。
成形体の曲げ試験を実施したところ、中央たわみにて2.3mmであった。
[Comparative Example 1]
About the random layer of the molded body obtained by using the PAN-based carbon fiber 3 in the same manner as in Example 1, the number of critical single yarns defined by the formula (1), a carbon fiber bundle (A Table 1 shows the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the average number of fibers (N) and the number of critical single yarns or more.
When the bending test of the molded body was carried out, it was 2.3 mm at the center deflection.

[ランダムコアサンド UDスキン成形体]
(実施例3)
PAN系炭素繊維1を使用し、そのカット装置には、超硬合金を用いてナイフを形成するロータリーカッターを用いた。なお、ナイフの角度は周方向と90度であり、ナイフは刃幅を1mmのものを用いた。このナイフを周方向に16mmピッチで配置し、更に、隣り合うナイフは周方向に互いに1mmオフセットさせるように配置した。開繊装置として、小孔を有した管を用意し、コンプレッサーを用いて圧縮空気を送気した。この時、小孔からの風速は、100m/secであった。この管をロータリーカッターの直下に配置し、さらに、その下部にはテーパ管を溶接した。テーパ管の側面より、マトリックス樹脂を供給し、このマトリックス樹脂として、ポリカーボネート樹脂(帝人化成社製、製品名:“パンライト”(登録商標)L−1225Lペレット)を冷凍粉砕し、更に、20メッシュ、及び30メッシュにて分級したパウダーを用いた。このとき、平均粒径は約1mmであった。次に、テーパ管出口の下部に、XY方向に移動可能なテーブルを設置し、テーブル下部よりブロワにて吸引を行った。そして、炭素繊維の供給量を150g/min、マトリックス樹脂の供給量を125g/min、にセットし、装置を稼動したところ、平均繊維長16mmの炭素繊維とポリカーボネートが混合された、厚み0.5mm程度のランダムマットを得た。次に得られたランダムマットを、300℃に加熱したプレス装置にて、2.0MPaにて5分間加熱し、t=0.2mmの成形板を得た。
[Random core sand UD skin molding]
(Example 3)
A PAN-based carbon fiber 1 was used, and a rotary cutter that used a cemented carbide to form a knife was used as the cutting device. The angle of the knife was 90 degrees with the circumferential direction, and a knife with a blade width of 1 mm was used. The knives were arranged at a pitch of 16 mm in the circumferential direction, and adjacent knives were arranged so as to be offset from each other by 1 mm in the circumferential direction. A tube having small holes was prepared as a fiber opening device, and compressed air was supplied using a compressor. At this time, the wind speed from the small hole was 100 m / sec. This pipe was placed directly under the rotary cutter, and a tapered pipe was welded to the lower part thereof. A matrix resin is supplied from the side of the taper tube, and a polycarbonate resin (product name: “Panlite” (registered trademark) L-1225L pellet) manufactured by Teijin Chemicals Ltd.) is frozen and pulverized as the matrix resin. And powder classified at 30 mesh. At this time, the average particle diameter was about 1 mm. Next, a table movable in the XY directions was installed at the lower part of the taper tube outlet, and suction was performed from the lower part of the table with a blower. The carbon fiber supply rate was set to 150 g / min and the matrix resin supply rate was set to 125 g / min. When the apparatus was operated, carbon fiber having an average fiber length of 16 mm and polycarbonate were mixed, and the thickness was 0.5 mm. A random mat of a degree was obtained. Next, the obtained random mat was heated at 2.0 MPa for 5 minutes with a press apparatus heated to 300 ° C. to obtain a molded plate of t = 0.2 mm.

PAN系炭素繊維1からなる一方向材とし、炭素繊維100体積部に対して帝人化成社製のポリカーボネート“パンライト”(登録商標)L−1225L、100体積部で、プルトリュージョン成形し、幅25mm、厚み0.1mmの板状にし、一方向材を得た。   A unidirectional material composed of PAN-based carbon fiber 1 and 100% by volume of carbon fiber 100% by volume, polycarbonate “Panlite” (registered trademark) L-1225L, 100% by volume, and pultrusion molding. A unidirectional material was obtained by forming a plate having a thickness of 25 mm and a thickness of 0.1 mm.

作製したランダム層の成形板を、幅30cm×長さ50cmのサイズに切り出し、4層重ねたものの上下に、一方向材を6枚並列に並べたものを積層したものを、300℃に加熱したプレス装置にて、2.0MPaにて5分間加熱し、t=1.0mmのサンドイッチ板を得た。得られたサンドイッチ板をヒーターを用いて300℃に加熱した後、コールドプレスにて図5に記載の形状に成形した。   The produced random-layer shaped plate was cut into a size of 30 cm wide × 50 cm long, and a stack of 6 layers of unidirectional materials arranged in parallel on top and bottom of a stack of 4 layers was heated to 300 ° C. The sandwich was heated at 2.0 MPa for 5 minutes with a press machine to obtain a sandwich plate with t = 1.0 mm. The obtained sandwich plate was heated to 300 ° C. using a heater and then formed into the shape shown in FIG. 5 with a cold press.

これを2組用い、面対称に貼り合せ、角柱を得た。この角柱の3点曲げを測定したところ、中央たわみにて2.2mmであった。   Two sets of these were used and bonded in plane symmetry to obtain a prism. When the three-point bending of this prism was measured, it was 2.2 mm at the center deflection.

得られたサンドイッチ板のランダム層について、式(1)で定義される臨界単糸数は、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)の割合を表1に記載した。これを2組用い、面対称に貼り合せ、角柱を得た。この角柱の3点成形体の曲げ試験を実施したところ、中央たわみにて2.0mmであった。   About the random layer of the obtained sandwich plate, the number of critical single yarns defined by the formula (1) is the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more, the number of critical single yarns or more The ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of is shown in Table 1. Two sets of these were used and bonded in plane symmetry to obtain a prism. When the bending test of the three-point molded body of this prism was carried out, it was 2.0 mm at the center deflection.

(実施例4)
PAN系炭素繊維2を使用して、実施例3と同様に作製したサンドイッチ板のランダム層について、式(1)で定義される臨界単糸数、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)の割合を表1に記載した。成形体の曲げ試験を実施したところ、中央たわみにて1.9mmであった。
Example 4
About the random layer of the sandwich plate produced in the same manner as in Example 3 using the PAN-based carbon fiber 2, the number of critical single yarns defined by the formula (1), a carbon fiber bundle (A Table 1 shows the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the average number of fibers (N) and the number of critical single yarns or more. When a bending test was performed on the molded body, it was 1.9 mm at the center deflection.

(比較例2)
PAN系炭素繊維3を使用して、実施例3と同様に作製したサンドイッチ板のランダム層について、式(1)で定義される臨界単糸数、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)の割合を表1に記載した。成形体の曲げ試験を実施したところ、中央たわみにて2.2mmであった。
(Comparative Example 2)
About the random layer of the sandwich plate produced in the same manner as in Example 3 using the PAN-based carbon fiber 3, the number of critical single yarns defined by the formula (1), the carbon fiber bundle (A Table 1 shows the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the average number of fibers (N) and the number of critical single yarns or more. When the bending test of the molded body was carried out, it was 2.2 mm at the center deflection.

Claims (12)

繊維長5mm超100mm以下の単繊維繊度が1.0〜2.4dtexのPAN炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が実質的に2次元ランダムに配向しており、式(1)で定義される臨界単糸数以上の繊維束と、単糸の状態または臨界単糸数未満で構成される繊維束が同時に存在する事を特徴とする複合材料からなるランダム層と、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向材と熱可塑性樹脂とからなる一方向材層とを有する炭素繊維複合成形体。
臨界単糸数=72/F0.5・・・(1)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
It is composed of a PAN carbon fiber having a fiber length of more than 5 mm and not more than 100 mm and having a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex and a thermoplastic resin, and the carbon fibers are substantially two-dimensionally oriented, and the formula (1) A random layer made of a composite material characterized by the simultaneous existence of a fiber bundle having a number of critical single yarns or more as defined in 1 and a fiber bundle composed of a single yarn state or less than the critical number of single yarns, and carbon fiber in one direction A carbon fiber composite molded body having a unidirectional material and a unidirectional material layer made of a thermoplastic resin.
Critical number of single yarns = 72 / F 0.5 (1)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)
前記PAN炭素繊維に含まれる単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状が真円度0.70以上0.90以下である、請求項1に記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molded body according to claim 1, wherein the shape of a cross section perpendicular to the fiber axis of a single fiber contained in the PAN carbon fiber is not less than 0.70 and not more than 0.90. 前記ランダム層の全体積に対し、前記一方向材層が5〜100%存在する請求項1または2に記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molded body according to claim 1 or 2, wherein the unidirectional material layer is present in an amount of 5 to 100% with respect to the total volume of the random layer. 前記ランダム層における前記熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維100重量部に対し、50〜1000重量部である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molded body according to any one of claims 1 to 3, wherein an amount of the thermoplastic resin in the random layer is 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. 前記一方向材層における熱可塑性樹脂の存在量が、炭素繊維100重量部に対し、30〜200重量部である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molded body according to any one of claims 1 to 3, wherein an abundance of the thermoplastic resin in the unidirectional material layer is 30 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. 前記ランダム層において、式(1)で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束(A)について、繊維全量に対する炭素繊維束(A)の割合が30Vol%以上90Vol%未満であり、かつ炭素繊維束(A)中の平均繊維数(N)が下記式(2)を満たすことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体。
840/F < N < 2800/F ・・・(2)
(ここでFは炭素繊維の単繊維繊度(dtex)である)
In the random layer, for the carbon fiber bundle (A) composed of the critical single yarn number or more defined by the formula (1), the ratio of the carbon fiber bundle (A) to the total amount of the fiber is 30 Vol% or more and less than 90 Vol%, And the average fiber number (N) in a carbon fiber bundle (A) satisfy | fills following formula (2), The carbon fiber composite molded object in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
840 / F <N <2800 / F (2)
(Where F is the single fiber fineness (dtex) of the carbon fiber)
前記一方向材層は炭素繊維の連続繊維を一方向に引き揃えた一方向材に熱可塑性樹脂を含浸あるいは半含浸させたものである請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molding according to any one of claims 1 to 6, wherein the unidirectional material layer is obtained by impregnating or semi-impregnating a thermoplastic resin with a unidirectional material in which continuous fibers of carbon fibers are aligned in one direction. body. 前記ランダム層と一方向材層とを積層した板状物を得て、それをプレス成形することにより得られる立体形状である請求項1〜7のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molded article according to any one of claims 1 to 7, which is a three-dimensional shape obtained by obtaining a plate-like product obtained by laminating the random layer and the unidirectional material layer and press-molding it. 前記ランダム層と一方向材層とを合わせて型内にてプレスすることにより得られる立体形状である請求項1〜7のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体。   The carbon fiber composite molded body according to any one of claims 1 to 7, which is a three-dimensional shape obtained by combining the random layer and the unidirectional material layer and pressing in a mold. 前記ランダム層をスキン層とし、一方向材層をコア材とする請求項1〜9のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体を含む炭素繊維サンドイッチ材。   A carbon fiber sandwich material comprising the carbon fiber composite molded body according to any one of claims 1 to 9, wherein the random layer is a skin layer, and the unidirectional material layer is a core material. 前記ランダム層をコア材とし、一方向材層をスキン層とする請求項1〜9のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体を含む炭素繊維サンドイッチ材。   A carbon fiber sandwich material comprising the carbon fiber composite molded body according to claim 1, wherein the random layer is a core material and the unidirectional material layer is a skin layer. 前記ランダム層を全面に使用し、クロスメンバー又はサイドメンバー、あるいはその両方に一方向材層を部分的に用いる事を特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の炭素繊維複合成形体を含む自動車用フロアパン。   The carbon fiber composite molded article according to any one of claims 1 to 9, wherein the random layer is used over the entire surface, and a unidirectional material layer is partially used for a cross member or a side member, or both. Including car floor pans.
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