JP6092923B2 - Carbon fiber composite material - Google Patents

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Description

本発明は、熱可塑性樹脂をマトリクスとした繊維強化複合材料に関するものであって、高物性であり、薄肉化が可能でかつ、表面品位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 fiber-reinforced composite material using a thermoplastic resin as a matrix, and aims to provide a carbon fiber composite material that has high physical properties, can be thinned, and has excellent surface quality. .

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。このランダムマットは、カットした強化繊維単体、あるいは熱硬化性の樹脂を成形型に同時に吹き付けるスプレーアップ方式（乾式）や、バインダーを含有させたスラリーに予めカットした強化繊維を添加し、抄紙する方法（湿式）等により得る事ができる。   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. This random mat is a method of making paper by adding a cut reinforcing fiber alone or a spray-up method (dry type) in which a thermosetting resin is simultaneously sprayed on a mold, or adding a pre-cut reinforcing fiber to a slurry containing a binder. (Wet) can be obtained.

複合材料の機械物性を向上させる手段としては、繊維体積含有率（Ｖｆ）を高くする事が知られているが、カット繊維を用いたランダムマットの場合、３次元方向の繊維が存在する、繊維の交絡が多いなどの理由により、繊維体積含有率を高くする亊が困難であった。またランダムマットを用いた場合は連続繊維を用いた場合と比較して繊維が不連続であるため成形物の強度が１／２程度になってしまうという問題があった。   As a means for improving the mechanical properties of the composite material, it is known to increase the fiber volume content (Vf). However, in the case of a random mat using cut fibers, a fiber in which three-dimensional fibers are present It is difficult to increase the fiber volume content because of the large number of entanglements. Further, when the random mat is used, there is a problem that the strength of the molded product becomes about 1/2 because the fibers are discontinuous compared to the case where the continuous fibers are used.

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た（特許文献１および２）。一般的に、良好な均質性を得るためには、数十層の重なりが必要とされるが、繊維束を用いたこれらの手法では、繊維束の厚みが厚いため、均質性を得るためには２〜３ｍｍ以上の板厚が必要となり、肉厚の薄いものを得る事が困難である。
また非特許文献１には熱硬化性樹脂をマトリックスとした炭素繊維のランダムマットからの複合材料が挙げられている。 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). In general, in order to obtain good homogeneity, several tens of layers are required to be overlapped. However, in these methods using fiber bundles, the thickness of the fiber bundles is large. Requires a plate thickness of 2 to 3 mm or more, and it is difficult to obtain a thin thickness.
Non-Patent Document 1 mentions a composite material from a carbon fiber random mat using a thermosetting resin as a matrix.

このように従来は熱硬化性樹脂をマトリックスとした複合材料が提案されていた。通常、繊維強化複合材料は、予め、強化繊維基材に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグと呼ばれる材料を、オートクレーブを用いて２時間以上加熱・加圧する事により得られる。近年、樹脂を含浸させていない強化繊維基材を金型内にセットした後、熱硬化性樹脂を流し入れるＲＴＭ成形方法が提案され、成形時間は大幅に短縮された。しかしながら、ＲＴＭ成形方法を用いた場合でも、１つの部品を成形するまでに１０分以上必要となる。   Thus, conventionally, a composite material using a thermosetting resin as a matrix has been proposed. Usually, a fiber reinforced composite material is obtained by heating and pressurizing a material called a prepreg in which a reinforcing fiber base is impregnated with a thermosetting resin in advance using an autoclave for 2 hours or more. In recent years, an RTM molding method in which a thermosetting resin is poured after a reinforcing fiber base not impregnated with resin is set in a mold has been proposed, and the molding time has been greatly reduced. However, even when the RTM molding method is used, it takes 10 minutes or more to mold one part.

そのため、従来の熱硬化性樹脂に代わり、熱可塑性樹脂をマトリックスに用いたコンポジットが注目されている。しかしながら、熱可塑性樹脂は、一般的に熱硬化性樹脂と比較して粘度が高く、そのため、繊維基材に樹脂を含浸させる時間が長く、結果として成形までのタクトが長くなるという問題があった。   Therefore, a composite using a thermoplastic resin as a matrix in place of a conventional thermosetting resin has attracted attention. However, the thermoplastic resin generally has a higher viscosity than the thermosetting resin, and therefore, there is a problem that the time for impregnating the fiber base material with the resin is long, and as a result, the tact time until molding becomes long. .

これらの問題を解決する手法として、熱可塑スタンピング成形（ＴＰ−ＳＭＣ）と呼ばれる手法が提案されている（例えば特許文献３）。これは、予め熱可塑性樹脂を含浸させたチョップドファイバーを融点以上に加熱し、これを金型内の一部に投入した後、直ちに型を閉め、型内にて繊維と樹脂を流動させる事により製品形状を得、冷却・成型するという成型方法である。この手法では、予め樹脂を含浸させた繊維を用いる事により、約１分程度という短い時間で成形が可能である。これらはＳＭＣやスタンパブルシートと呼ばれるような成形材料とする方法であって、かかる熱可塑スタンピング成形では、型内を繊維と樹脂を流動させるために、薄肉ものが作れない、繊維配向が乱れ、制御が困難である等の問題があった。   As a technique for solving these problems, a technique called thermoplastic stamping molding (TP-SMC) has been proposed (for example, Patent Document 3). This is done by heating a chopped fiber impregnated with a thermoplastic resin in advance to the melting point or higher, and then pouring it into a part of the mold, immediately closing the mold and allowing the fiber and resin to flow in the mold. This is a molding method in which the product shape is obtained, cooled and molded. In this method, molding can be performed in a short time of about 1 minute by using a fiber impregnated with a resin in advance. These are methods for forming a molding material called SMC or stampable sheet, and in such thermoplastic stamping molding, fibers and resin flow in the mold, so that a thin product cannot be made, fiber orientation is disturbed, There were problems such as difficulty in control.

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４）、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。   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 4), the length of the pellet is limited although it is a long fiber pellet, 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.

特開２００９−１１４６１１号公報JP 2009-114611 A 特開２００９−１１４６１２号公報JP 2009-114612 A 特許第４１６１４０９号公報Japanese Patent No. 4161409 特開平９−２８６０３６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-286036

Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ＰａｒｔＡ，３８（２００７）７５５〜７７０Composites Part A, 38 (2007) 755-770

本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成される複合材料に関するものである。本発明は、熱可塑性樹脂をマトリクスにした従来の複合材料では得られなかった薄肉化や均質化が可能であり、物性に優れ、かつ表面品位に優れた繊維強化複合材料を提供しようとするものである。   The present invention relates to a composite material composed of carbon fibers and a thermoplastic resin. The present invention is intended to provide a fiber-reinforced composite material that can be thinned and homogenized, which has not been obtained with a conventional composite material using a thermoplastic resin as a matrix, and has excellent physical properties and surface quality. It is.

本発明は繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が開繊され、かつ実質的に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％未満であり、炭素繊維束（Ａ）以外の炭素繊維束が存在し、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である。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
１．０×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜２．５×１０４／Ｄ２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。
上記の本発明のほか、参考のため、その他の事項について以下記載する。
繊維長１０ｍｍ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である。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
１．０×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜２．５×１０４／Ｄ２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。 The present invention is composed of a carbon fiber having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a thermoplastic resin, the carbon fiber is opened and substantially oriented two-dimensionally randomly, and is defined by the formula (1) About carbon fiber bundle (A) comprised by the number of single yarn or more, the ratio with respect to the total amount of fibers is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, carbon fiber bundles other than carbon fiber bundle (A) exist, and carbon fiber bundle (A ) In which the average number of fibers (N) satisfies the following formula (2).
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber.
In addition to the above-described present invention, other matters are described below for reference.
Carbon composed of carbon fibers having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a thermoplastic resin, wherein the carbon fibers are substantially two-dimensionally randomly oriented, and are composed of more than the critical number of single yarns defined by the formula (1) About fiber bundle (A), the ratio with respect to the fiber whole quantity is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, and the average number of fibers (N) in carbon fiber bundle (A) satisfy | fills following formula (2) Material.
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber.

本発明の複合材料は高い機械強度を発現するので、また薄肉化や等方化が可能であるので、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。   Since the composite material of the present invention exhibits high mechanical strength and can be thinned and isotropic, various components such as automobile inner plates, outer plates, components, various electric products, machinery It can be used for a frame or a case.

カット工程の概略図Schematic diagram of the cutting process ロータリー分繊カッターの正面と断面の概略図Schematic of the front and cross section of the rotary splitting cutter ナイフ角度の説明図Illustration of knife angle

［複合材料］
本発明の複合材料は、繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成される。
炭素繊維は複合材料中で、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で構成される炭素繊維束（Ａ）について、複合材料中の繊維全量に対する割合が０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％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。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
１．０×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜２．５×１０４／Ｄ２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である） [Composite material]
The composite material of the present invention is composed of carbon fibers having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a thermoplastic resin.
The carbon fibers are oriented substantially two-dimensionally randomly in the composite material, and the total amount of fibers in the composite material for the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns defined by the formula (1) or more. The ratio is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) satisfies the following formula (2).
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Where D is the average fiber diameter (μm) 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.

［炭素繊維］
複合材料を構成する炭素繊維は不連続であり、平均繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下である。本発明の複合材料は、ある程度長い炭素繊維を含んで、表面品質に優れることを特徴とし、表面品質に優れるといった観点より平均繊維長の上限は好ましくは５０ｍｍであり、より好ましくは４０ｍｍである。また強度に優れるといった観点から平均繊維長の下限は好ましくは１５ｍｍである。 [Carbon fiber]
The carbon fibers constituting the composite material are discontinuous and have an average fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm. The composite material of the present invention is characterized in that it contains carbon fibers that are somewhat long and is excellent in surface quality. From the viewpoint of excellent surface quality, the upper limit of the average fiber length is preferably 50 mm, more preferably 40 mm. From the viewpoint of excellent strength, the lower limit of the average fiber length is preferably 15 mm.

また複合材料中の炭素繊維の繊維長分布はシャープであることが好ましく、後述する好ましい製造方法により、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が好ましく提供できる。
複合材料を構成する炭素繊維の平均繊維径は３〜１２μｍであり、より好ましくは５〜７μｍ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、０〜１０重量部であることが好ましい。 In addition, the fiber length distribution of carbon fibers in the composite material is preferably sharp, and a composite material having uniform physical properties can be preferably provided by the presence of carbon fibers having a uniform fiber length by a preferable manufacturing method described later. .
The average fiber diameter of the carbon fibers constituting the composite material is 3 to 12 μm, more preferably 5 to 7 μm.
It is preferable to use a carbon fiber to which a sizing agent is attached, and the sizing agent is preferably 0 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber.

［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、本発明の複合材料は炭素繊維の開繊程度をコントロールした複合材料とし、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比率で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 the composite material of the present invention is a composite material in which the degree of opening of the carbon fiber is controlled, a carbon fiber bundle composed of carbon fibers of a specific number or more, Other open carbon fibers are included at a specific ratio.

本発明の複合材料は、式（１）
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）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０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％未満であることを特徴とする。複合材料中には、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以下で構成される繊維束が存在する。 The composite material of the present invention has the formula (1)
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
(Where D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber)
The carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more defined in the above is characterized in that the ratio to the total amount of fibers is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%. In the composite material, as the carbon fibers other than the carbon fiber bundle (A), there is a fiber bundle constituted by a single yarn state or a critical single yarn number or less.

本発明の複合材料は、特定の本数以上の繊維束で存在する炭素繊維の割合を規定したことを特徴とする。炭素繊維束（Ａ）の割合が３０Ｖｏｌ％になると、表面品位に優れた繊維強化複合材料が得にくくなる。炭素繊維束（Ａ）の割合はより好ましくは０Ｖｏｌ％超２０Ｖｏｌ％未満である。   The composite material of the present invention is characterized in that the ratio of carbon fibers existing in a fiber bundle of a specific number or more is defined. When the ratio of the carbon fiber bundle (A) is 30 Vol%, it becomes difficult to obtain a fiber-reinforced composite material having excellent surface quality. The ratio of the carbon fiber bundle (A) is more preferably more than 0 Vol% and less than 20 Vol%.

さらに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）
１．０×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜２．５×１０４／Ｄ２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
を満たすことを特徴とする。 Further, the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more is represented by the following formula (2).
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Where D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber)
It is characterized by satisfying.

炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が１．０×１０４／Ｄ２以下の場合、薄い成形体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２．５×１０４／Ｄ２以上の場合、表面品位に優れた繊維強化複合材料が得にくくなる。 When the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is 1.0 × 10 4 / D 2 or less, it is difficult to obtain a thin molded body. Further, when the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is 2.5 × 10 4 / D 2 or more, it becomes difficult to obtain a fiber-reinforced composite material having excellent surface quality.

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）の割合と炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）を規定した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、機械強度に優れる複合材料が提供できる。   Thus, by using a composite material in which the ratio of the carbon fiber bundles (A) equal to or higher than the critical single yarn defined by the formula (1) and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundles (A) are defined, the fibers Thus, it is possible to provide a composite material with good filling efficiency, small 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、機械強度に比較的優れ、かつ表面品位に優れる複合材料を得る事が可能となっている。   In addition, a composite material that is relatively excellent in mechanical strength and excellent in surface quality by coexisting a carbon fiber bundle composed of carbon fibers of a specific number or more and other opened carbon fibers in a specific ratio. Can be obtained.

具体的には複合材料を構成する炭素繊維の平均繊維径が５〜７μｍの場合、臨界単糸数は８６〜１２０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０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％未満である。   Specifically, when the average fiber diameter of the carbon fibers constituting the composite material is 5 to 7 μm, the number of critical single yarns is 86 to 120, and the ratio of carbon fiber bundles more than the critical single yarn number to the total amount of fibers exceeds 0 Vol% and over 30 Vol. %.

炭素繊維の平均繊維径が５μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は４００〜１０００本の範囲となるが、なかでも４００〜８００本であることが好ましい。炭素繊維の平均繊維径が７μｍの場合、繊維束中の平均繊維数は２０４〜５１０本の範囲となるが、なかでも２０４〜４００本であることが好ましい。   When the average fiber diameter of the carbon fibers is 5 μm, the average number of fibers in the fiber bundle is in the range of 400 to 1000, and preferably 400 to 800. When the average fiber diameter of the carbon fibers is 7 μm, the average number of fibers in the fiber bundle is in the range of 204 to 510, and in particular, 204 to 400 is preferable.

本発明の複合材料は、各種の厚みとすることが可能であるが、厚みが０．２〜１ｍｍ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材料が提供でき、なかでも薄物の成形品が好適に得られ、サンドイッチ材の表皮としも好ましく用いることができる。   The composite material of the present invention can have various thicknesses, but a thin molded product having a thickness of about 0.2 to 1 mm can be suitably obtained. That is, according to the present invention, a composite material having various thicknesses can be provided. In particular, a thin molded article can be suitably obtained, and can be preferably used as a skin of a sandwich material.

［熱可塑性樹脂］
本発明の複合材料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１００〜６００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１５０〜３００重量部である。 [Thermoplastic resin]
The abundance of the thermoplastic resin in the composite material of the present invention is preferably 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. More preferably, it is 100 to 600 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber, and further preferably 150 to 300 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 resins, polyether ether ketone resins.

［他の剤］
本発明の複合材料中には、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 composite material of the present invention, various fibrous or non-fibrous fillers such as glass fibers and organic fibers, flame retardants, UV-resistant agents, pigments, mold release agents, softeners, and the like within the range not impairing the object of the present invention. , Plasticizers and surfactant additives may be included.

［製造方法］
以下本発明の複合材料を好ましく得る方法について述べる。本発明の複合材料は以下の工程１〜５より、好ましく製造方法される。
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]
A method for preferably obtaining the composite material of the present invention will be described below. The composite material of the present invention is preferably produced from the following steps 1 to 5.
1. Cutting carbon fiber,
2. Introducing the cut carbon fiber into the tube and blowing the air onto the carbon fiber to open the fiber bundle apart,
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.

以下、各工程について詳細に述べる。
［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を用いたカット工程の一例を図１に示す。ロータリーカッターとしては、角度を規定した螺旋状ナイフ又は分繊ナイフを用いることが好ましい。ロータリー分繊カッターの好ましい例について、正面と断面の概略図を図２に、およびナイフ角度の説明図を図３に示す。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。表面品位に優れる複合材料を得るためには、繊維の疎密斑が大きく影響する。従来のロータリーカッターでは、繊維のカットが不連続であり、そのまま塗布工程に導入した場合には、繊維目付けに斑ができてしまう。そのため、角度を規定したナイフを用いて繊維を途切れる事無く、連続的にカットする事により、疎密斑の小さい塗布が可能となる。炭素繊維を連続的にカットするためのナイフ角度は、使用する炭素繊維の幅と、カットした後の繊維長により幾何学的に計算され、それらの関係は、下記の式（３）とすることが好ましい。
炭素繊維の繊維長（刃のピッチ）＝炭素繊維ストランド幅×ｔａｎ（９０−θ） （３）
ここで、θは周方向とナイフの配置方向のなす角である。 Hereinafter, each step will be described in detail.
[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. An example of the cutting process using a rotary cutter is shown in FIG. As the rotary cutter, it is preferable to use a spiral knife or a splitting knife with a specified angle. About the preferable example of a rotary parting cutter, the schematic of a front and a cross section is shown in FIG. 2, and explanatory drawing of a knife angle is shown in FIG. The rotary splitting cutter has a plurality of blades arranged at equal intervals and spirally along the main body. In order to obtain a composite material having excellent surface quality, the density of fibers is greatly affected. In the conventional rotary cutter, the fiber cut is discontinuous, and when it is introduced as it is into the coating process, spots are formed on the fiber basis weight. For this reason, it is possible to apply with small density spots by continuously cutting the fibers using a knife with a specified angle without interrupting the fibers. The knife angle for continuously cutting the carbon fiber is calculated geometrically by the width of the carbon fiber to be used and the fiber length after the cutting, and the relationship between them is the following formula (3) Is preferred.
Fiber length of carbon fiber (blade pitch) = carbon fiber strand width × tan (90−θ) (3)
Here, θ is an angle formed by the circumferential direction and the arrangement direction of the knife.

［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。
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。特に薄肉の複合材料を得る場合、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、繊維を開繊して使用することが重要となる。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事であり、本工程において圧縮空気吹き付け孔より、風速５００〜１０００ｍ／ｓｅｃにて空気を吹き付ける事により、より完全に炭素繊維を開繊させる事ができる。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０．２〜０．８ＭＰａ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、繊維束を容易に開繊する事ができる。 [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.
Generally, carbon fiber is a fiber bundle in which thousands to tens of thousands of filaments are gathered. In particular, in the case of obtaining a thin composite material, if carbon fibers are used in the form of fiber bundles, the entangled portions of the fibers are locally thick, and a thin product cannot be obtained. Therefore, it is important to open and use the fiber. A preferred method of opening the carbon fiber is to blow compressed air directly onto the carbon fiber. In this step, the carbon fiber is more completely removed by blowing air at a wind speed of 500 to 1000 m / sec from the compressed air blowing hole. It can be opened. Opening the fiber bundle easily by opening several holes with a diameter of about 1 mm in the tube through which the carbon fiber passes, applying pressure of about 0.2 to 0.8 MPa from the outside, and blowing the compressed air directly onto the fiber bundle Can do.

［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。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１００〜６００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１５０〜３００重量部である。 [Coating process]
Next, the spread carbon fiber is simultaneously diffused and sucked together with a fibrous or powdery thermoplastic resin, and an application step of simultaneously spraying the carbon fiber and the thermoplastic resin is performed. 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 100 to 600 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber, and further preferably 150 to 300 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber.

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。 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 spread fibers 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。なお、予め、用いるマトリックス樹脂と同じ材質の通気性の不織布等を定着部にセットし、不織布上に炭素繊維及びパウダーを吹き付ける事も可能である。   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. It is also possible to previously set a breathable nonwoven fabric or the like made of the same material as the matrix resin to be used on the fixing portion and to spray carbon fibers and powder on the nonwoven fabric.

［プレス］
次いで得られたランダムマットをプレス成形することにより、本発明の複合材料を得ることができる。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ができる。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]
Subsequently, the composite material of the present invention can be obtained by press-molding the obtained random mat. 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.

［成形体］
複合材料は、上記のようなプレス成形により、所望の厚さの薄板状成形体を得ることができる。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。本発明の複合材料は、熱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。また薄肉のものが得られるので、サンドイッチ材の表皮としも好ましく用いることはできる。また炭素繊維が成形体中に等方的に存在するので均質性が確保できる。 [Molded body]
The composite material can obtain a thin plate-shaped body having a desired thickness by press molding as described above. 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 material of the present invention has a short resin moving distance in the hot pressing process, 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. Moreover, since a thin thing is obtained, it can be preferably used also as the skin of a sandwich material. In addition, since the carbon fibers are isotropically present in the molded body, homogeneity can be ensured.

成形体は積層構造とすることも可能である。このような積層構造とするときの好ましい製造方法としては、例えば定着工程において、通気性シート上に、予めガラス繊維や有機繊維を用いたランダムマットや不織布等、通気性のあるシートを配置し、その上に炭素繊維を塗布する方法が挙げられる。   The molded body may have a laminated structure. As a preferable production method when such a laminated structure is used, for example, in the fixing step, a breathable sheet such as a random mat or nonwoven fabric using glass fibers or organic fibers in advance is disposed on the breathable sheet, The method of apply | coating carbon fiber on it is mentioned.

また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。サンドイッチ部材とするときのコア材に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等が好ましく挙げられる。本発明の複合材料からなる成形体をコア部材とともに積層して、例えばプレス成形することによりサンドイッチ部材とすることができる。上記のようにガラス繊維や有機繊維の不織布との積層構造とした場合、これらの不織布層はサンドイッチ部材のコア部材とすることができる。   Moreover, since a thin thing is obtained, it can be preferably used also as a skin of a sandwich member. The core material for the sandwich member is not particularly limited, and preferred examples include resin foam, glass fiber, and organic fiber nonwoven fabric. The molded body made of the composite material of the present invention can be laminated together with the core member, and can be made into a sandwich member by, for example, press molding. When it is set as the laminated structure with the nonwoven fabric of glass fiber or organic fiber as mentioned above, these nonwoven fabric layers can be used as the core member of a sandwich member.

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。
［複合材料における炭素繊維束（Ａ）の繊維全量に対する割合の求め方］
１）複合材料を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。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、平均値を用いても良い。
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。
Ｎｊ＝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は切り出したシートの体積であり、Ｖａ＝１００×１００×Ｔａ Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[How to find the ratio of the carbon fiber bundle (A) in the composite material to the total amount of fibers]
1) The composite material is cut into 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. When the fiber length is short, the weight of the fiber bundle is small and measurement becomes difficult. In such a case, the fibers may be classified at intervals of about 0.2 mm, a plurality of the classified fiber bundles may be collectively measured, and the average value may be used.
4) After measurement for all classifications, perform the following calculations. From the 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.
Nj = 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 sheet, Va = 100 × 100 × Ta

［実施例１］
炭素繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（平均繊維径７μｍ、繊維幅１０ｍｍ）を使用した。カット装置には、超硬合金を用いて螺旋状ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。このとき、下記式（３）
炭素繊維の繊維長（刃のピッチ）＝炭素繊維ストランド幅×ｔａｎ（９０−θ） （３）
（ここで、θは周方向とナイフのなす角である。）
におけるθは４５度であり、炭素繊維の繊維長（刃のピッチ）を１０ｍｍとした。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、５５０ｍ／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、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。パウダーの平均粒径は約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３００ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を６００ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動したところ、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維と熱可塑性樹脂が混合された、厚み２ｍｍ程度のランダムマットを得た。得られたランダムマットの炭素繊維の目付け量は、３００ｇ／ｍ２であった。 [Example 1]
As the carbon fiber, carbon fiber “Tenax” (registered trademark) STS40-24KS (average fiber diameter: 7 μm, fiber width: 10 mm) manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. was used. As the cutting device, a rotary cutter using a cemented carbide and a spiral knife arranged on the surface was used. At this time, the following formula (3)
Fiber length of carbon fiber (blade pitch) = carbon fiber strand width × tan (90−θ) (3)
(Here, θ is the angle between the circumferential direction and the knife.)
Was 45 degrees, and the fiber length (blade pitch) of the carbon fiber was 10 mm. 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 550 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 as this matrix resin, polycarbonate “Panlite” (registered trademark) L-1225L pellets made by Teijin Chemicals Ltd. are frozen and pulverized, and further at 20 mesh and 30 mesh. Classified powder was used. The average particle size of the powder 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. When the carbon fiber supply rate was set to 300 g / min and the matrix resin supply rate was set to 600 g / min, and the apparatus was operated, the carbon fiber having an average fiber length of 10 mm and the thermoplastic resin were mixed, and the thickness was 2 mm. A random mat of a degree was obtained. The basis weight of the carbon fiber of the obtained random mat was 300 g / m 2 .

このランダムマットを３００℃に加熱したプレス装置にて、２．０ＭＰａにて５分間加熱し、ｔ＝０．７ｍｍの成形板を得た。得られた複合材料の繊維体積含有率は２４％であり、表面に繊維の凹凸が無く、品位は良好であった。
得られた複合材料について、炭素繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、炭素繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は１４％、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は３７０であった。
成形板の引張強度は０度と９０度方向からｎ＝５ずつ２５０×２５ｍｍの試験片を切り出しＪＩＳＫ７１６４に準拠し、測定した結果、２２０ＭＰａであった。 This 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 = 0.7 mm. The obtained composite material had a fiber volume content of 24%, no irregularities on the surface, and good quality.
When the ratio of the carbon fiber bundle (A) and the average fiber number (N) were examined for the obtained composite material, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 86, and the carbon fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 14%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 370.
The tensile strength of the molded plate was 220 MPa as a result of cutting out 250 × 25 mm test pieces of n = 5 from 0 ° and 90 ° directions in accordance with JISK7164.

［実施例２］
炭素繊維として、東邦テナックス社製の炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＩＭＳ６０−１２Ｋ（平均繊維径５μｍ、繊維幅６ｍｍ）を使用した。カット装置には、超硬合金を用いて螺旋状ナイフを表面に配置したロータリーカッターを用いた。このとき、上記式（３）中のθは１７度、炭素繊維の繊維長（刃のピッチ）を２０ｍｍとした。開繊装置として、実施例１と同様の装置を用いた。コンプレッサーの圧力を上げる事により、小孔からの風速は、７５０ｍ／ｓｅｃとした。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、２ｍｍにドライカットしたＰＡ６６繊維（旭化成せんい製Ｔ５ナイロン 繊度１４００ｄｔｅｘ）を用いた。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２０００ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量を６０００ｇ／ｍｉｎ、にセットし、装置を稼動したところ、炭素繊維と熱可塑性樹脂が混合された厚み２０ｍｍ程度のランダムマットを得た。炭素繊維の目付け量２０００ｇ／ｍ２であった。 [Example 2]
As the carbon fiber, carbon fiber “Tenax” (registered trademark) IMS60-12K (average fiber diameter 5 μm, fiber width 6 mm) manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. was used. As the cutting device, a rotary cutter using a cemented carbide and a spiral knife arranged on the surface was used. At this time, θ in the above formula (3) was 17 degrees, and the fiber length (blade pitch) of the carbon fiber was 20 mm. An apparatus similar to that in Example 1 was used as the opening apparatus. By increasing the pressure of the compressor, the wind speed from the small hole was set to 750 m / sec. This pipe was placed directly under the rotary cutter, and a tapered pipe was welded to the lower part thereof. Matrix resin was supplied from the side surface of the tapered tube, and PA66 fiber (T5 nylon fineness 1400 dtex made by Asahi Kasei Fiber) dry-cut to 2 mm was used as the matrix resin. 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. When the carbon fiber supply rate was set to 2000 g / min and the matrix resin supply rate was set to 6000 g / min, and the apparatus was operated, a random mat having a thickness of about 20 mm in which carbon fibers and a thermoplastic resin were mixed was obtained. It was. The basis weight of the carbon fiber was 2000 g / m 2 .

このランダムマットを２８０℃に加熱したプレス装置にて、２．５ＭＰａにて３分間加熱し、ｔ＝０．６ｍｍの成形板を得た。得られた複合材料の繊維堆積含有率は１９％であり、表面に繊維の凹凸が無く、品位は良好であった。
得られた複合材料について、炭素繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は１２０であり、炭素繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は３％、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は５５０であった。
成形板の引張強度は０度と９０度方向からｎ＝５ずつ２５０×２５ｍｍの試験片を切り出しＪＩＳ Ｋ７１６４に準拠し測定した結果、２１０ＭＰａであった。 This random mat was heated at 2.5 MPa for 3 minutes with a press apparatus heated to 280 ° C. to obtain a molded plate of t = 0.6 mm. The obtained composite material had a fiber deposition content of 19%, had no irregularities on the surface, and had good quality.
When the ratio of the carbon fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) were examined for the obtained composite material, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 120, and the carbon fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 3%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 550.
The tensile strength of the molded plate was 210 MPa as a result of cutting out 250 × 25 mm test pieces of n = 5 from 0 ° and 90 ° directions in accordance with JIS K7164.

［比較例１］
実施例１において、コンプレッサーの圧力を弱めて同様にランダムマットを作成した。
得られたランダムマットについて、炭素繊維束（Ａ）の割合と、平均繊維数（Ｎ）を調べたところ、式（１）で定義される臨界単糸数は８６であり、炭素繊維束（Ａ）について、マットの繊維全量に対する割合は３５％、炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は８２０であった。
得られたランダムマットは、炭素繊維が太く、このランダムマットを用いて実施例１と同様に成形板を作成したところ、成形板表面には繊維束の部分が凸になっており、平滑な面を得る事ができなかった。 [Comparative Example 1]
In Example 1, a random mat was similarly prepared by decreasing the pressure of the compressor.
When the ratio of the carbon fiber bundle (A) and the average number of fibers (N) were examined for the obtained random mat, the critical single yarn number defined by the formula (1) was 86, and the carbon fiber bundle (A) The ratio of the mat to the total amount of fibers was 35%, and the average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) was 820.
The obtained random mat has a thick carbon fiber, and when a molded plate was produced using the random mat in the same manner as in Example 1, the fiber bundle portion was convex on the surface of the molded plate, and the surface was smooth. Could not get.

１．炭素繊維
２．ピンチローラー
３．ゴムローラー
４．ロータリーカッター本体
５．刃
６．カットされた炭素繊維
７．周方向と刃の配列のなす角 1. 1. Carbon fiber 2. Pinch roller Rubber roller4. 4. Rotary cutter body Blade 6 6. Cut carbon fiber Angle between circumferential direction and blade arrangement

Claims (7)

繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が開繊され、かつ実質的に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％未満であり、炭素繊維束（Ａ）以外の炭素繊維束が存在し、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。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
１．０×１０４／Ｄ２＜Ｎ＜２．５×１０４／Ｄ２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である） It is composed of carbon fibers having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a thermoplastic resin, the carbon fibers are opened and substantially randomly oriented two-dimensionally, and the number of critical single yarns defined by the formula (1) or more About the carbon fiber bundle (A) comprised by this, the ratio with respect to the fiber whole quantity is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%, carbon fiber bundles other than carbon fiber bundle (A) exist, and in carbon fiber bundle (A) A composite material characterized in that the average number of fibers (N) satisfies the following formula (2).
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
1.0 × 10 4 / D 2 <N <2.5 × 10 4 / D 2 (2)
(Where D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber) 複合材料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、５０〜１０００重量部である事を特徴とする請求項１に記載の複合材料。   2. The composite material according to claim 1, wherein the abundance of the thermoplastic resin in the composite material is 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. 複合材料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、１００〜６００重量部である事を特徴とする請求項２に記載の複合材料。   The composite material according to claim 2, wherein the amount of the thermoplastic resin in the composite material is 100 to 600 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. 炭素繊維束（Ａ）について、繊維全量に対する割合が３Ｖｏｌ％以上３０Ｖｏｌ％未満である請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料。The composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon fiber bundle (A) has a ratio of 3 Vol% or more and less than 30 Vol% to the total amount of fibers. 炭素繊維の目付が３００〜２０００ｇ／ｍCarbon fiber basis weight is 300 to 2000 g / m ２2 である請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料。The composite material according to any one of claims 1 to 4. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料から得られる厚みが０．２〜１ｍｍの成形品。A molded article having a thickness of 0.2 to 1 mm obtained from the composite material according to any one of claims 1 to 5. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料から得られる、表面に炭素繊維の凹凸が無い成形品。A molded product obtained from the composite material according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface has no carbon fiber irregularities.
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