JPWO2006112516A1 - 炭素繊維複合シート、その伝熱体用途およびそれに用いるピッチ系炭素繊維マット用シート - Google Patents

Abstract

ピッチ系炭素繊維マットおよびマトリクス樹脂からなり、上記ピッチ系炭素繊維マットを構成する炭素繊維が結晶子の六角網面方向のサイズが５ｎｍ以上でありそして厚み方向の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、炭素繊維複合シート。電波遮蔽および熱伝導体に用いられる。

Description

本発明は、ピッチ系炭素繊維マットを用いた炭素繊維複合シート、その伝熱体としての用途および当該ピッチ系炭素繊維マット用の炭素繊維シートに関する。

高性能の炭素繊維はポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とするＰＡＮ系炭素繊維と、一連のピッチ類を原料とするピッチ系炭素繊維に分類できる。そして炭素繊維は強度・弾性率が通常の合成高分子に比較して著しく高いという特徴を利用し、航空・宇宙用途、建築・土木用途、スポーツ・レジャー用途などに広く用いられている。
近年、省エネルギーに代表されるエネルギーの効率的使用方法が注目されている一方で、高速化されたＣＰＵや電子回路のジュール熱による発熱が問題になっている。これらを解決するためには、熱を効率的に処理するという、所謂サーマルマネジメントを達成する必要がある。
炭素繊維は、通常の合成高分子に比較しての熱伝導率が高いが、さらなる熱伝導の向上が検討されている。ところが、市販されているＰＡＮ系炭素繊維の熱伝導率は通常２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも小さくサーマルマネジメントの観点からは必ずしも好適であるとは言い難い。これに対して、ピッチ系炭素繊維は一般にＰＡＮ系炭素繊維に比べて高熱伝導率を達成しやすいと認識されている。
熱伝導性充填剤として、酸化アルミニウムや窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、石英、水酸化アルミニウムなどの金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属水酸化物などを充填したものが知られている。しかし、金属材料系の充填材は比重が高く複合材としたときに重量が大きくなってしまう。この点、炭素繊維は比重が小さく金属材料系の充填材と同じ体積で添加した場合の複合材の重量を軽くできるというメリットがある。
ところで、炭素繊維の高い熱伝導率を効果的に利用するためには、何らかのマトリクスを介在させた状態において炭素繊維がネットワークを形成していることが好ましい。ネットワークが三次元的に形成されている場合には、成形体の面内方向のみならず厚み方向に対しても炭素繊維の高い熱伝導が達成され、例えば放熱板の用途には非常に効果的であると考えられる。しかしながら、従来から用いられている繊維を織物状にしてマトリクスと複合材化した複合材は面内の熱伝導率は向上しているものの、厚み方向の熱伝導は、炭素繊維のネットワーク形成が十分にできないために良好であるとは言い難い状態であった。
このような背景のため、抜本的に炭素繊維の熱伝導率を改善しようとする試みが多数なされている。特開平５−１７５９３号公報には、一方向に引き揃えた炭素繊維に黒鉛粉末と熱硬化性樹脂を含浸した機械的強度の高い熱伝導性成形品が開示されている。また、特開平２−２４２９１９号公報には、炭素繊維の物性の向上で熱伝導度等の物性を向上させることが開示されているが、成形体の熱物性の明確な性能向上に関しては不明である。
さらに、近年、上記の如く、省エネルギーに代表されるエネルギーの効率的使用方法が注目されている一方で、高速化されたＣＰＵや電子回路の発生する電波が問題になっている。回路中をＧＨｚオーダーの速度で移動する電子は、その移動速度に相当する周波数の電波を回路外に放出してしまう。そのため、回路内での電子のドリフトや速度低下という問題をもたらし、特に複数の機能的回路を集積したようなデバイスにおいては電波の相互干渉をいかに低減するかということが極めて深刻な問題となりつつある。さらに、移動通信体においては、通信速度の向上にむけた、より周波数の高い電波での通信が指向されている。即ち、デバイス外部と内部において、電波と電子がほぼ同じ周波数で移動をすることになり、外部からの電波による干渉や、回路内部からの放出電波による通信信号へのノイズの混入等の問題が非常に深刻な状態になっている。加えて、テレビ放送のデジタル化に伴い、ＵＨＦ帯が開放されることになり、従来用いられてきたＶＨＦ帯に比較して使用される電波の波長が短くなっていることから、回折性や指向性の面で良好になる反面、電波である以上、ビル等の構造体によって引き起こされる干渉は必ず問題になり対応策が必要になっている。さらに、移動通信体に用いられる電波の周波数も近いことから干渉の問題はより深刻になり、電波環境を回路サイズから、ビルのような構造体に至るまで整えることが重要である。
これらを解決するためには、回路内部からの電波の放出、回路外部からの電波の侵入の抑制および、構造体由来の電波干渉の低減によって電波環境の向上を達成する必要がある。
炭素材料は、通常の合成高分子が絶縁体であることが多いのに比較して、電気伝導率が著しく大きい。さらに、強度も大きく、高分子としては異例の特性を有している。そのため、炭素材料は補強用材料のみならず、電気伝導性を利用した用途にも用いられている。また炭素材料の誘電率の周波数分散は電気伝導度から予想される自由電子量を考慮するとＧＨｚ領域に発散が存在することが期待される。
電子回路から発生される電波や、通信に用いる電波を遮蔽する方法としては、電磁気的相互作用を有する磁性体による吸収や反射が良く知られている。そのため、現行の電波吸収体は、磁性体としてフェライトやパーマロイのようなハード或いはソフト材料を用いることが多い。ただ、デバイスの軽量化という観点からは、金属や金属酸化物といった密度の高い材料は、電波吸収特性と重量との最適バランスの設計が必要になる。
一方、繊維状の炭素材料である炭素繊維は、磁性材料としては常磁性体であり、磁気的な相互作用による電波の吸収や反射は困難であるが、磁性材料に比較して非常に軽量である。よって、炭素繊維を用いた電波遮蔽体が作製できれば、重さという面で大きなメリットになる。
ただ、炭素材繊維は、材料単独で部材とすることはできず、何らかのマトリクスに含有され、複合材として取り扱われることが必要になる。そして、実用に際して複合材は然るべき形に成形される必要がある。このような成形は、非常に困難な場合が多く、様々な工夫がなされている。
このとき、問題になるのは、繊維状態が一次元の異方性を有するという点であり、特に長繊維の場合には、繊維の異方性の影響をなくすことが吸収特性を向上させる上で重要である。このため、形成されてなる繊維のネットワークが三次元的にランダムになっていれば、繊維状態に由来する一次元性を低減させることができ、効率的な電波遮蔽体を供給するための解決方法に匹敵すると考えられる。ネットワークが三次元的にランダムに形成されている場合には、成形体の面内方向のみならず厚み方向に対しても炭素繊維が繊維として存在でき非常に効果的であると考えられる。
炭素繊維を用いた電波遮蔽体に関する先行文献として特開平５−２７５８８０号公報では、磁性粉を用いた電波遮蔽体の重量を軽量化すべく、炭素材料を合わせて用いることが検討されている。特開平８−６７５４４号公報では、マトリクスをセメントとして、構造体として電波遮蔽する方法が提案されている。さらに特開平１０−２５６２４号公報では、炭素繊維の長繊維を用いた電波吸収体に関する記載がある。

本発明の目的は、適切な熱伝導性を示すとともに三次元的に熱伝導性が向上した炭素繊維複合シートを提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の如き熱伝導性を備えるとともに発熱体との密着性を改善した高い可撓性を示す炭素繊維複合シートを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、伝熱あるいは電波遮蔽に用いる上記炭素繊維複合シートの用途を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記炭素繊維複合シートのための炭素繊維マット用の炭素繊維シートを提供することにある。
本発明のさらに他の目的および利点は以下の説明から明らかになろう。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第１に、
ピッチ系炭素繊維マットおよびマトリクス樹脂からなり、上記ピッチ系炭素繊維マットを構成する炭素繊維が結晶子の六角網面方向のサイズが５ｎｍ以上でありそして厚み方向の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、ことを特徴とする炭素繊維複合シートによって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第２に、
電波遮蔽のために用いられる上記炭素繊維複合シートによって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第３に、
熱伝導体として用いられる上記炭素繊維複合シートによって達成される。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、第４に、
上記炭素繊維複合シートのためのピッチ系炭素繊維マット用の炭素繊維シートであって、結晶子の六角網面方向のサイズが５ｎｍ以上であるピッチ系炭素繊維の含有率が８０重量％以上であり、炭素含有率が８０重量％以上であり、厚みが０．０５〜５ｍｍの範囲にありそして空隙率が５０〜９０体積％の範囲にあるピッチ系炭素繊維マット用炭素繊維シートによって達成される。

図１は、本発明における屈曲性評価の短冊状試験片を模式的に示した図である。
図２は、本発明における屈曲性評価方法を説明するための模式図である。

本発明で用いられる炭素繊維マットを構成する炭素繊維の原料としては、例えば、ナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物、石油系ピッチや石炭系ピッチといった縮合複素環化合物等が挙げられる。その中でもナフタレンやフェナントレンといった縮合多環炭化水素化合物が好ましく、特に光学的異方性ピッチ、すなわちメソフェーズピッチが好ましい。これらは、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよいが、メソフェーズピッチを単独で用いることが炭素繊維の熱伝導性を向上させる上で特に望ましい。
原料ピッチの軟化点はメトラー法により求めることができ、２５０℃以上３５０℃以下が好ましい。軟化点が２５０℃より低いと、不融化の際に繊維同士の融着や大きな熱収縮が発生する。また、３５０℃より高いとピッチの熱分解が生じ糸状になりにくくなる。
原料ピッチはメルトブロー法により紡糸され、その後不融化、焼成によって炭素繊維マットとされる。以下各工程について説明する。
本発明においては、３次元ランダムマット状炭素繊維の原料となるピッチ繊維の紡糸に用いる吐出ダイの形状は特に制約はないが、好ましくはノズル孔の長さと孔径の比３よりも小さいものが用いられ、更に好ましくは１．５よりも小さいものが用いられる。紡糸時のノズルの温度も特に制約はなく、安定した紡糸状態が維持できる温度、即ち、紡糸ピッチの粘度が２〜２００Ｐａ・Ｓ、好ましくは５〜３０Ｐａ・Ｓになる温度であればよい。
ノズル孔から吐出されたピッチ繊維は、例えば１００〜３５０℃に加温された毎分１００〜１０，０００ｍの線速度のガスを細化点近傍に吹き付けることによって短繊維化される。吹き付けるガスとしては例えば空気、窒素、アルゴンを用いることができるが、コストパフォーマンスの点から空気が望ましい。
ピッチ繊維は、金網ベルト上に捕集され連続的なマット状になり、さらにクロスラップされることでマットとされる。
このようにして得られたピッチ繊維よりなるマットは、公知の方法で不融化し、１，０００〜３，５００℃で焼成される。不融化は、例えば空気、或いはオゾン、二酸化窒素、窒素、酸素、ヨウ素、臭素を空気に添加したガスを用いて２００〜３５０℃で行われる。安全性、利便性を考慮すると空気中で実施することが望ましい。また、不融化したピッチ繊維は、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガス中で焼成される。好ましくは、常圧下、コストの安い窒素中で実施される。焼成温度は、炭素繊維としての熱伝導率を高くするためには、２，３００〜３，５００℃が好ましく、より好ましくは２，５００〜３，５００℃である。焼成の際に黒鉛製のルツボに入れ処理すると、外部からの物理的、化学的作用を遮断でき好ましい。黒鉛製のルツボは上記の原料となる不融化マットを、所望の量入れることが出来るものであるならば大きさ、形状に制約はないが、焼成中、または冷却中に炉内の酸化性のガス、または炭素蒸気との反応による炭素繊維マットの損傷を防ぐために、フタ付きの気密性の高いものが好まれる。
本発明で用いられる炭素繊維マットの炭素繊維は、六角網面成長方向の結晶子サイズが５ｎｍ以上である。六角網面成長方向の結晶子サイズは公知の方法によって求めることができ、Ｘ線回折法にて得られる炭素結晶の（１１０）面からの回折線によって求めることができる。結晶子サイズが重要になるのは、熱伝導が主としてフォノンによって担われており、フォノンを発生するのが結晶であることに由来している。より望ましくは、２０ｎｍ以上であり、さらに望ましくは３０〜３００ｎｍである。
炭素繊維マットの炭素繊維の繊維径は、好ましくは１〜２０μｍである。１μｍ未満の場合には、マットの形状が保持できなくなることがあり生産性が悪い。繊維径が２０μｍを超えると、不融化工程でのムラが大きくなり部分的に融着が起こったりするところが発生する。より望ましくは３〜１５μｍであり、さらに望ましくは５〜１２μｍである。一方、下記式で定義されるＣＶ値は、０．２以下であることが望ましい。より望ましくは０．１７以下である。ＣＶ値が０．２を超えると不融化でトラブルを起こす直径が２０μｍを超える繊維が増え望ましくない。

また、Ｓ_１は下記式で求められる。

り、ｎは繊維の個数である。
また、炭素繊維マットの状炭素繊維の繊維長は、好ましくは０．０１〜１，０００ｍｍである。０．０１ｍｍを下回ると繊維としてのハンドリングが困難になる。一方１，０００ｍｍを超えると繊維の交絡が著しく増大し、やはりハンドリングが困難になる。より好ましくは０．１〜５００ｍｍ、さらに好ましくは３〜３００ｍｍである。
本発明で用いられている炭素繊維マットは、さらに、下記炭素繊維シートとして、本発明の複合シートに用いることもできる。
炭素繊維シートは、前記炭素繊維マットの製造法と同様にして、マット上のピッチ繊維を製造し、さらに下記工程を順次実施して製造される。
得られたピッチ繊維は、公知の方法で不融化され、７００〜９００℃で焼成される。不融化は、例えば空気、或いはオゾン、二酸化窒素、窒素、酸素、ヨウ素、臭素を空気に添加したガスを用いて２００〜３５０℃で達成される。安全性、利便性を考慮すると空気中で実施することが望ましい。また、不融化したピッチ繊維は、真空中、或いは窒素、アルゴン、クリプトン等の不活性ガス中で焼成される。好ましくは、常圧下、コストの安い窒素中で実施される。
焼成まで実施したピッチ繊維は、短繊維化するためにミリングされ、必要により篩分けすることにより所望の平均繊維長を有するピッチ系炭素繊維前駆体とする。
ミリングは例えばピンミル、ビクトリーミル、ジェットミル、高速回転ミル等の粉砕機、切断機等が使用される。ミリングを効率よく行うためには、ブレードを取付けたロータを高速に回転させることにより、繊維軸に対して直角方向に繊維を寸断する方法が適切である。ミリングによって生じるピッチ繊維の平均繊維長は、ロータの回転数、ブレードの角度等を調整することにより制御される。
篩分けは篩の目の粗さを組み合わせることによって所望のサイズを得ることができる。
上記炭素繊維は、上記処理を終えたピッチ系炭素繊維前駆体を非酸化性雰囲気下にて黒鉛化することにより得られる。
黒鉛化温度は、炭素繊維としての熱伝導率を高くするためには、２，３００〜３，５００℃にすることが好ましく、２，５００〜３，５００℃にすることがより好ましい。
黒鉛化はミリングされたピッチ系炭素繊維前駆体にて実施されるが、ピッチ系炭素繊維前駆体をバインダー存在下で抄紙した後、バインダーとともに黒鉛化を実施してもよい。
本発明で用いられる上記炭素繊維シートは炭素含有量が８０重量％以上であり、厚みが０．０５〜５ｍｍで、空隙率が５０〜９０体積％である。
炭素含有量は、好ましくは９０重量％以上である。炭素含有率が８０重量％未満であると炭素繊維シートの熱伝導性が低下するため好ましくない。
炭素繊維シートの厚みは、好ましくは０．１ｍｍ〜３ｍｍである。厚みが０．０５ｍｍ未満であるとハンドリング性や生産性が低下し、また５ｍｍを超えると炭素繊維強化複合材料の生産性が悪くなるため好ましくない。
炭素繊維シートの空隙率は、好ましくは５０〜８０体積％である。これらの範囲を逸脱すると機械物性低下によりハンドリングに問題が生じたり、また炭素繊維強化複合材料成型時の樹脂含浸が不良となったりする傾向にあり好ましくない。
炭素繊維シートの炭素繊維である上記ピッチ系炭素繊維は、結晶子の六角網面成長方向のサイズが５ｎｍ以上であり、好ましくは２０ｎｍ以上であり、より好ましくは３０ｎｍ以上である。
また、ピッチ系炭素繊維は１〜２０μｍの範囲にある平均繊維径、０．０５〜０．２の範囲にある、平均繊維径に対する繊維径分散度の比（ＣＶ値）、および１〜１５ｍｍの範囲にある繊維長を有するのが好ましい。
平均繊維径が１μｍ未満の場合には、生産性やハンドリング性が著しく低下するため好ましくない。また繊維径が２０μｍを超えると、不融化工程でのムラが大きくなり部分的に融着が起こったりするところが発生する。より望ましくは３〜１７μｍであり、さらに望ましくは５〜１５μｍである。
ＣＶ値は、より望ましくは０．０７〜０．１８である。ＣＶ値が０．０５未満であると繊維径の制御が難しく生産性が低下するため好ましくなく、０．２を超えると焼成時の形状変化などを起こす可能性があるため好ましくない。
平均繊維長は、好ましくは１〜１５ｍｍの範囲であり、この範囲を逸脱すると均質なシートが作成し難く、所望の熱伝導性が得難くなるため好ましくない。
ピッチ系炭素繊維の真密度は、処理温度に強く依存するが、１．５〜２．５ｇ／ｃｃの範囲のものが好ましい。より好ましくは、１．６〜２．５ｇ／ｃｃである。またピッチ系炭素繊維の繊維軸方向の熱伝導率は２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、より好ましくは、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
ピッチ系炭素繊維シートの厚み方向の熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、より好ましくは５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
ピッチ系炭素繊維シートは上述する範囲をすべて満足することにより、熱伝導性やハンドリング性に特に優れたものとなる。
上記炭素繊維シートは、ピッチ系炭素繊維をバインダーの存在下にて抄紙して得られる。
バインダーとしては繊維状、ファイブリッド状（微細フィルム状）、パルプ状、および粒子状のものから少なくとも１種類以上選んで使用することができる。バインダーはピッチ系炭素繊維に絡み易く抄紙性を向上させることが必要であり、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよい。
バインダーとしては、使用量の少なくとも１重量％が炭素質として残存するものが好ましい。
上記熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＶＡ等を挙げることができる。
また、上記熱硬化性樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を挙げることができる。
バインダーの使用量はピッチ系炭素繊維に対し、好ましくは１〜２０重量％であり、より好ましくは３〜１５重量％である。これらの範囲を逸脱すると抄紙後のハンドリング性が悪かったりするため好ましくない。
ピッチ系炭素繊維の抄紙方法としては、大量の分散液中に繊維を分散させてすくいあげる湿式抄紙法や、空気流中で繊維を分散させた後、この繊維分散空気流の吹付け等により薄層を形成させ、それを積層させる乾式法などが適用できる。ただし繊維の分散性や、生産性を考慮すれば湿式抄紙法で実施するのが好ましい。
抄紙されたシートはその後カレンダー処理もしくは焼成処理などの加工も必要に応じて実施され、バインダーの選定もこれらの加工方法に合わせることが好ましい。
カレンダー処理を行う場合にはポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂が好ましく、焼成処理を行う場合にはＰＶＡ、アラミド、フェノール樹脂などの比較的残炭率の高い樹脂を好ましく使用しうる。
焼成処理は不活性ガス雰囲気下１，３００℃〜３，０００℃の温度にて行い、その場合得られるピッチ系炭素繊維シートの炭素含有率は、好ましくは９５重量％以上となる。
本発明で用いられるマトリクス樹脂としては熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー樹脂のいずれであってもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエポキシエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドまたはこれらポリマーそれぞれの共重合体が用いられる。熱可塑性樹脂としては、より広く、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のエチレン−α−オレフィン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、フッ素樹脂（ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸類（ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル）、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、アイオノマー等が挙げられる。そして、熱可塑性樹脂は、一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよく、二種以上の熱可塑性樹脂からなるポリマーアロイとして使用してもよい。
熱可塑性エラストマー樹脂としては、例えばポリエステルエラストマーが好ましく、ポリエステルエラストマーとしてはハードセグメントとソフトセグメントからなるブロック共重合体が好ましい。かかるポリエステルエラストマーの融点は、好ましくは１８０℃から２３０℃であり、より好ましくは１９０℃から２１０℃である。また、好ましい弾性率は１，０００ＭＰａ以下である。このような熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂は市販品としては帝人化成（株）製のＴＲ−ＥＫＶ、Ｂ４０３２ＡＴ、Ｂ４０６３ＡＣ、Ｐ４１４０ＤＴ等が挙げられる。特に吸水性が抑制されたＰ４１４０ＤＴやＢ４０３２ＡＴが好ましい。
また、熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂の安定性を向上させるために、安定剤等と添加することもできる。
また、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル樹脂または熱硬化型の変性ポリフェニレンエーテル樹脂を挙げることができる。これらは、一種で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。さらに、マトリクス樹脂としては、炭素繊維強化プラスチック成形体に所望の物性を発現させるために熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を適宜混合して用いることもできる。
本発明の炭素繊維複合シートは公知の方法により作製することができる。具体的な成形体作成方法としては、例えば射出成形法、プレス成形法、カレンダー成形法、押出成形法、注型成形法、ブロー成形法などが挙げられる。この中でも特にプレス成形法が望ましい。プレス成形では、炭素繊維マットと熱可塑性樹脂を積層し、熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱し、高圧をかけて成形する。成形する前に炭素繊維マットは、電解酸化などによる酸化処理やカップリング剤やサイジング剤で処理することで、表面を改質させたものでもよい。また、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗装、浸漬、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカル法などの方法によって金属やセラミックスを表面に被覆させたものでもよい。
炭素繊維マットと熱可塑性高分子樹脂の混合比は特に限定されないが、熱伝導度を高めるためには、成形後に、好ましくは１０〜９０体積％、より好ましくは１０〜８５体積％の炭素繊維が含まれることが望ましい。より望ましくは２０〜６５体積％である。また、炭素繊維複合シートの厚みは用途によって自由に設定することができるが、０．２〜１０ｍｍが成形歩留まりを向上させる上で望ましい。０．２ｍｍ未満は均一な成形が困難であり、１０ｍｍを超えると厚みムラの制御が困難になる。
また、上記炭素繊維シートを用いて炭素繊維強化複合を得るための成形方法としても特に限定はなく、射出成形法、プレス成形法、カレンダー成形法、押出成形法、注型成形法、ブロー成形法などが挙げられる。その他に下記の２つの方法で実施することができる。
具体的な方法としては例えば金型内にあらかじめ仕込まれたピッチ系炭素繊維シートに対し、常温もしくは加温により液状となったマトリックス樹脂をＲＩＭ法、ＲＴＭ法などにて導入し、マトリックス樹脂を固化もしくは硬化させることにより、炭素繊維強化複合シートを得ることができる。
また別の方法としては金型内にピッチ系炭素繊維シートおよびマトリックス樹脂を仕込み、マトリックス樹脂を溶融含浸させることにより、炭素繊維強化複合シートを得ることができる。
後者の場合マトリックス樹脂はシート状など金型内に仕込み易い形状にしておくことが好ましく、またマトリックス樹脂を真空加圧条件にて含浸させることが、脱ガス性や含浸性の点から好ましい。
また、ピッチ系炭素繊維シートは、表面処理したのちサイジング剤を添着させてもよい。
表面処理の方法としては電解酸化などによる酸化処理やカップリング剤やサイジング剤で処理することで、表面を改質させたものでもよい。また、無電解メッキ法、電解メッキ法、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの物理的蒸着法、化学的蒸着法、塗装、浸漬、微細粒子を機械的に固着させるメカノケミカル法などの方法によって金属やセラミックスを表面に被覆させたものでもよい。
サイジング剤はピッチ系炭素繊維シートに対し、好ましくは０．１〜１５重量％、より好ましくは０．４〜７．５重量％サイジング剤としては通常用いられる任意のものが使用でき、具体的にはエポキシ化合物、水溶性ポリアミド化合物、飽和ポリエステル、不飽和ポリエステル、酢酸ビニル、水、アルコール、グリコールを挙げることができる。これらは単独または混合物として用いることができる。
本発明の炭素繊維の熱伝導率は公知の方法によって測定することができるが、特に炭素繊維複合シートの厚み方向の熱伝導率を向上させることを目的とするときには、レーザーフラッシュ法が望ましい。レーザーフラッシュ法では、比熱容量Ｃｐ（Ｊ／ｇＫ）と熱拡散率α（ｃｍ^２／ｓｅｃ）を測定し、別に測定した密度ρ（ｇ／ｃｃ）から、熱伝導度λ（Ｗ／ｃｍＫ）をλ＝α・Ｃｐ・ρで求め、単位換算を実施し得ることができる。一般に炭素繊維そのものの熱伝導度は数百Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるが、成形体にすると、欠陥の発生・空気の混入・予期せぬ空隙の発生により、熱伝導率は急激に低減する。よって、炭素繊維複合シートとしての熱伝導率は実質的に１Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えることが困難であるとされてきた。しかし、本願発明では３次元ランダムマット状炭素繊維を用いることでこれを解決し、炭素繊維複合シートとして１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上にした。より望ましくは、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、さらに望ましくは５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
また、本発明の炭素繊維複合シートの電波遮蔽の測定には公知の方法を用いることができる。特に電子機器から発生される電波に対する遮蔽性は、ストリップ線路法を用いて測定できる。そして、遮蔽能力は、１〜１０ＧＨｚの範囲において、特に１〜３ＧＨｚにおいて１０ｄＢより大きな遮蔽能力を持つ。遮蔽能力は１０ｄＢより大きければ、一定の能力を持つと考えることができる。遮蔽効果は、より望ましくは１２ｄＢ以上、さらに望ましくは２０ｄＢ以上である。
このようにして得られた炭素繊維複合シートは、所定の形状の金型に入れ、熱可塑性樹脂の軟化点温度以上に加熱し、プレス成形によって賦形し成形体とすることができる。このようにして作製した成形体は、サーマルマネジメントの用途に好適に用いることができる。より具体的に、当該成形体は、電子機器等において半導体素子や電源、光源などの電子部品が発生する熱を効果的に外部へ放散させるための放熱部材、伝熱部材あるいはそれらの構成材料等として用いられる。具体的には、賦形金型を形成できる任意の形状に加工して半導体素子等の発熱部材と放熱器等の放熱部材との間に介在させて用いたり、放熱板、半導体パッケージ用部品、ヒートシンク、ヒートスプレッダー、ダイパッド、プリント配線基板、冷却ファン用部品、ヒートパイプ、筐体等に成形加工したりして用いることできる。

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。
本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）炭素繊維マットの直径は、焼成を経た繊維を走査型電子顕微鏡下８００倍で１０視野撮影し求めた。
（２）炭素繊維マットおよび炭素短繊維の繊維長は、焼成を経た繊維を抜き取り測長器で測定した。
（３）炭素繊維の熱伝導率は、焼成後の糸の抵抗率を測定し、特開平１１−１１７１４３号公報に開示されている熱伝導率と電気比抵抗との関係を表す下記式（１）より求めた。
Ｋ＝１２７２．４／ＥＲ−４９．４ （１）
ここで、Ｋは炭素繊維の熱伝導率Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ＥＲは炭素繊維の電気比抵抗μΩｍを表す。
（４）成形体の熱伝導率はレーザーフラッシュ法にて測定した。
（５）炭素繊維マットの結晶サイズは、Ｘ線回折に現れる（１１０）面からの反射を測定し、学振法にて求めた。
（６）電波遮蔽性は、近傍界についてストリップ線路法を用いて測定した。
なお、マトリクス樹脂として、熱可塑性樹脂エラストマーを用いた複合シートについては下記（７）、（８）が適用される。
（７）炭素繊維複合シートの熱伝導率は、京都電子（株）製ＱＴＭ−５００を用いプローブ法で求めた。
（８）屈曲性は、０．５ｍｍ厚で作成した炭素繊維複合シートを１６０ｍｍ×１０ｍｍの短冊状試験片（図１、図２中１）にした状態で、長手方向の端どうしをクリップ（図２中２）で合わせられるか否か、さらに、合わせた端に１００ｇｆの荷重（図２中３）を加えながら１分間１５ｍｍφのロッド（図２中４）に引っ掛けることができるか否かについて調べた。短冊状試験片の端どうしが合わせられるときには良好。荷重下で１５ｍｍφのロッドにかけても破断が発生しない場合、非常に良好として評価した（図２はこの状態の模式図である。）。
そして、短冊状試験片の長手方向の端どうしが合わせられないとき、及び、荷重によって破断する場合を悪いとした。
［実施例１］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを２，３００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８．５μｍ、ＣＶは０．１５であった。繊維長は平均で４０ｍｍであった。結晶子サイズは２６ｎｍであった。
熱可塑性高分子樹脂として三洋化成（株）製マレイン酸変性ポリプロピレンフィルムを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。３次元ランダムマット状炭素繊維シートの電気伝導度は、４．５×１０^−４Ω・ｃｍであった。熱伝導率は、２３３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、このシートの密度は１．３ｇ／ｃｃで、その電波遮蔽性能をストリップ線路法で観測したところ、２．０ＧＨｚにおいて、１５ｄＢの遮蔽性を有していた。
［実施例２］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを３，０００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８μｍ、ＣＶは０．１６であった。繊維長は平均で３０ｍｍであった。結晶子サイズは４５ｎｍであった。
熱可塑性高分子樹脂として三洋化成工業（株）製マレイン酸変性ポリプロピレンフィルムを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。３次元ランダムマット状炭素繊維シートの電気伝導度は、２×１０^−４Ω・ｃｍであった。熱伝導率は、５８７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、４．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、このシートの密度は１．５ｇ／ｃｃであり、その電波遮蔽性能をストリップ線路法で観測したところ、２．５ＧＨｚにおいて、１９ｄｂの遮蔽性を有していた。
［実施例３］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを２，３００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８．５μｍ、ＣＶは０．１７であった。繊維長は平均で４０ｍｍであった。結晶子サイズは１８ｎｍであった。
熱可塑性高分子樹脂として帝人化成（株）製ポリカーボネートフィルムを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。３次元ランダムマット状炭素繊維の電気伝導度は、４．５×１０^−４Ω・ｃｍであった。熱伝導率は、２３３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、このシートの密度は１．４ｇ／ｃｃであり、さらに２．５ＧＨｚにおいて、２０ｄＢの遮蔽性を有していた。
［実施例４］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを３，０００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８μｍ、ＣＶは０．１６であった。繊維長は平均で３０ｍｍであった。結晶子サイズは４５ｎｍであった。
熱可塑性高分子樹脂として帝人化成（株）製ポリカーボネートフィルムを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。３次元ランダムマット状炭素繊維の電気伝導度は、２×１０^−４Ω・ｃｍであった。熱伝導率は、５８７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、３．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、このシートの密度は１．５ｇ／ｃｃであり、さらに２．４ＧＨｚにおいて、２０ｄＢの遮蔽性を有していた。
［実施例５］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを３，０００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８μｍ、ＣＶは０．１６であった。繊維長は平均で３０ｍｍであった。結晶子サイズは４５ｎｍであった。
熱可塑性高分子樹脂として東京化成工業（株）製のラクチドを重合しポリ乳酸とし、当該ポリ乳酸を溶融押出でフィルム化したフィルムを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。３次元ランダムマット状炭素繊維の電気伝導度は、２×１０^−４Ω・ｃｍであった。熱伝導率は、５８７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、３．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、このシートの密度は１．７ｇ／ｃｃであり、２．６ＧＨｚにおいて、１８ｄＢの遮蔽性を有していた。
比較例１
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを８００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の糸径は平均で９μｍ、ＣＶは０．１８であった。糸長は平均で４０ｍｍであった。結晶子サイズは３ｎｍであった。
熱可塑性高分子樹脂として三洋化成工業（株）製マレイン酸変性ポリプロピレンフィルムを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。３次元ランダムマット状炭素繊維の電気伝導度は、１５×１０^−４Ω・ｃｍであった。熱伝導率は、３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。熱可塑性樹脂単体の熱伝導度よりは、向上しているものの、高温焼成品に比較すると小さい熱伝導率の値となった。また、このシートの密度は１．２ｇ／ｃｃであり、２．５ＧＨｚにおいて８ｄＢの遮蔽性しか示さなかった。
［実施例６］
実施例３で作製した炭素繊維複合シートを熱可塑性高分子樹脂であるポリカーボネートの軟化点温度である１９０℃に加温し、賦形を実施し、成形体を作製した。賦形性は良好であった。この成形体の上に、７０℃に加温した２０ｇの分銅を載せ１５０秒加熱し炭素繊維複合シートの温度を約７０℃にした。その後、分銅を取除き放熱をさせたところ、６０秒後に２０℃になっていた。
比較例２
実施例６で炭素繊維複合シートの替りにポリカーボネート樹脂単体を成形体にした。賦形性は良好であった。７０℃に加温した２０ｇの分銅を載せ１５０秒加熱しポリカーボネート樹脂の温度を約７０℃にした。その後、分銅を取除き放熱をさせたところ、６０秒後に５０℃になっており、炭素複合シートに比較して放熱が悪かった。
［実施例７］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを２，３００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８．５μｍ、ＣＶ値は０．１５であった。繊維長は平均で４０ｍｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは２６ｎｍであった。
熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂として帝人化成（株）製Ｂ４０３２ＡＴを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維集合体を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で０．５ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。
成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。屈曲性は非常に良好であった。
［実施例８］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを２，３００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維集合体の繊維径は平均で８．５μｍ、ＣＶ値は０．１６であった。繊維長は平均で４０ｍｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは２６ｎｍであった。
熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂として帝人化成（株）製Ｂ４０３２ＡＴを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維を成形体の体積比率として４０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で０．５ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。
成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。屈曲性は非常に良好であった。
［実施例９］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを３，０００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維の繊維径は平均で８μｍ、ＣＶ値は０．１６であった。繊維長は平均で３０ｍｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは４５ｎｍであった。
熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂として帝人化成（株）製Ｂ４０３２ＡＴを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維集合体を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で０．５ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。
成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。屈曲性は非常に良好であった。
［実施例１０］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを３，０００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維集合体の繊維径は平均で８μｍ、ＣＶ値は０．１６であった。繊維長は平均で３０ｍｍであった。結晶子サイズは４５ｎｍであった。
熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂として帝人化成（株）製Ｂ４０３２ＡＴを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維集合体を成形体の体積比率として４０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で０．５ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。屈曲性は非常に良好であった。
［実施例１１］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。
この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを２，３００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維集合体の繊維径は平均で８．５μｍ、ＣＶ値は０．１６であった。繊維長は平均で４０ｍｍであった。結晶子サイズは２６ｎｍであった。
熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂として帝人化成（株）製ＴＲ−ＥＫＶを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維集合体を成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で０．５ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、２．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。屈曲性は非常に良好であった。
参考例１
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のピッチ系短繊維からなる３次元ランダムマットとした。この３次元ランダムマットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した３次元ランダムマットを３，０００℃で焼成した。焼成後の３次元ランダムマット状炭素繊維集合体の繊維径は平均で８μｍ、ＣＶ値は０．１６であった。繊維長は平均で３０ｍｍであった。結晶子サイズは４５ｎｍであった。
熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂として帝人化成（株）製Ｂ４０３２ＡＴを用い、３次元ランダムマット状炭素繊維集合体を成形体の体積比率として５５％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり６５０ｍｍの金型で０．５ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。成形された炭素繊維複合シートの熱伝導率を測定したところ、１５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。屈曲性は良好であった。
［実施例１２］
実施例８で作製した炭素繊維複合シートを７０℃に加温した２０ｇの分銅を載せ１５０秒加熱し炭素繊維複合シートの温度を約７０℃にした。その後、分銅を取除き放熱をさせたところ、６０秒後に２０℃になっていた。放熱効果が高いことがわかった。
比較例３
実施例１２で炭素繊維複合シートの替りに熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂単体を７０℃に加温した２０ｇの分銅を載せ１５０秒加熱し熱可塑性ポリエステル系エラストマー樹脂の温度を約７０℃にした。その後、分銅を取除き放熱をさせたところ、６０秒後に５０℃になっており、炭素複合シートに比較して放熱が悪かった。
［実施例１３］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８４℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１３μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された短繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２のマット状ピッチ繊維とした。
このマット状ピッチ繊維を空気中で１７０℃から３１０℃まで平均昇温速度５℃／分で昇温して不融化を行った。不融化したマット状ピッチ繊維を７００℃で焼成しその後粉砕装置にて短繊維化し、その後さらに３，０００℃で焼成することによりピッチ系炭素繊維を得た。ピッチ系炭素繊維の平均繊維径は１１μｍ、ＣＶ値は０．１２であった。平均繊維長は８ｍｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは４６ｎｍであった。繊維軸方向の熱伝導率は５９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、ピッチ系炭素繊維の真密度は２．１ｇ／ｃｃであった。
次にピッチ系炭素繊維９０重量部と、バインダーとして平均繊維長５ｍｍのＰＶＡ繊維（商品名ビニロン）１０重量部とを抄紙し、その後窒素雰囲気下１，５００℃で焼成処理することによりピッチ系炭素繊維シートを得た。
ピッチ系炭素繊維シートの炭素含有率は９９重量％、厚みは１．２ｍｍ、空隙率は８５体積％であった。
次にマトリックス樹脂として（株）三洋化成製マレイン酸変性ポリプロピレンフィルムを用い、ピッチ系炭素繊維シートを強化材として、成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり２００ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。成形された炭素繊維強化複合シートの厚み方向の熱伝導率を測定したところ、４．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
［実施例１４］
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。このピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８４℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１３μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された短繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５５ｇ／ｍ^２のマット状ピッチ繊維とした。
このマット状ピッチ繊維を空気中で１７０℃から３０５℃まで平均昇温速度５℃／分で昇温して不融化を行った。不融化したマット状ピッチ繊維を７００℃で焼成しその後粉砕装置にて短繊維化し、その後さらに２，９００℃で焼成することによりピッチ系炭素繊維を得た。ピッチ系炭素繊維の平均繊維径は１１μｍ、ＣＶ値は０．１１であった。平均繊維長は８ｍｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは４２ｎｍであった。繊維軸方向の熱伝導率は５１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。また、ピッチ系炭素繊維の真密度は２．１ｇ／ｃｃであった。
次にピッチ系炭素繊維９０重量部と、バインダーとして平均繊維長１０ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維１０重量部とを抄紙し、その後２８０℃でカレンダー処理を行ってピッチ系炭素繊維シートを得た。
ピッチ系炭素繊維シートの炭素含有率は９０重量％、厚みは１．２ｍｍ、空隙率は７０体積％であった。
次にマトリックス樹脂としてポリカーボネート（商品名：パンライト）フィルムを用い、ピッチ系炭素繊維強化材を成形体の体積比率として３５％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり２００ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。成形された炭素繊維強化複合シートの厚み方向の熱伝導率を測定したところ、４．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
比較例４
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料としたこのピッチの光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８５℃であった。直径０．２ｍｍφの孔のキャップを使用し、スリットから加熱空気を毎分５，０００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１０μｍのピッチ系短繊維を作製した。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付２５０ｇ／ｍ^２の三次元ランダム形状を有するピッチ繊維マットとした。
このピッチ繊維マットを空気中で１７０℃から２９５℃まで平均昇温速度７℃／分で昇温して不融化を行った。不融化した三次元ランダムマットを８００℃で焼成した。焼成後のピッチ系炭素繊維マットを構成するピッチ系炭素繊維の平均繊維径は９μｍ、ＣＶ値は０．１８であった。平均繊維長は４０ｍｍであった。六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズは３ｎｍであった。繊維軸方向の熱伝導率は、３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
次にピッチ系炭素繊維７０重量部と、バインダーとして平均繊維長５ｍｍのＰＶＡ繊維（商品名ビニロン）１０重量部とを抄紙することによりピッチ系炭素繊維シートを得た。
ピッチ系炭素繊維シートの炭素含有率は６５重量％、厚みは１．５ｍｍ、空隙率は８０体積％であった。
次にマトリックス樹脂として（株）三洋化成製マレイン酸変性ポリプロピレンフィルムを用い、ピッチ系炭素繊維シートを強化材として成形体の体積比率として３０％になるようにセットし、北川精機（株）製真空プレス機にて、内のり２００ｍｍの金型で１ｍｍ厚になるようにプレス成形を実施した。成形された炭素繊維強化複合材の厚み方向の熱伝導率を測定したところ、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であり、熱伝導率の小さい値となった。
比較例５
実施例１において、ピッチ系炭素繊維シートを用いること無く、マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂単体を成形体にし厚み方向の熱伝導率を測定したところ１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満となった。

Claims (21)

1. ピッチ系炭素繊維マットおよびマトリクス樹脂からなり、上記ピッチ系炭素繊維マットを構成する炭素繊維が結晶子の六角網面方向のサイズが５ｎｍ以上でありそして厚み方向の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、ことを特徴とする炭素繊維複合シート。
2. 炭素繊維複合シートを基準にして、マトリクス樹脂が１０〜８０体積％を占める請求項１に記載の炭素繊維複合シート。
3. ピッチ系炭素繊維マットを構成する炭素繊維が１〜２０μｍの範囲にある繊維径と０．０１〜１，０００ｍｍの繊維長を有する請求項１に記載の複合シート。
4. マトリクス樹脂が熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマー樹脂である請求項１に記載の複合シート。
5. 熱可塑性樹脂がポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエポキシエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドまたはこれらポリマーそれぞれの共重合体である請求項４に記載の複合シート。
6. 熱可塑性エラストマー樹脂がポリエステルエラストマーである請求項４に記載の複合シート。
7. ポリエステルエラストマーがハードセグメントとソフトセグメントのブロック共重合体である請求項６に記載の複合シート。
8. 長さ１６０ｍｍ×幅１０ｍｍの試験片について、１５ｍｍφのロッドで、１００ｇｆの荷重下、１分間、屈曲試験を行ったとき破断しない請求項６または７に記載の複合シート。
9. 電波遮蔽のために用いられる請求項１〜８のいずれかに記載の複合シート。
10. 近傍界における１から１０ＧＨｚの電波を１０ｄｂ以上反射する請求項９に記載の複合シート。
11. 熱伝導体として用いられる請求項１〜８のいずれかに記載の複合シート。
12. 請求項１１に記載の複合シートからなる電子部品用放熱板。
13. 請求項１１に記載の複合シートからなる熱交換器。
14. 請求項１に記載の炭素繊維複合シートのためのピッチ系炭素繊維マット用の炭素繊維シートであって、結晶子の六角網面方向のサイズが５ｎｍ以上であるピッチ系炭素繊維の含有率が８０重量％以上であり、炭素含有率が８０重量％以上であり、厚みが０．０５〜５ｍｍの範囲にありそして空隙率が５０〜９０体積％の範囲にある、ピッチ系炭素繊維マット用炭素繊維シート。
15. ピッチ系炭素繊維が１〜２０μｍの範囲にある平均繊維径、０．０５〜０．２の範囲にある平均繊維径に対する繊維径分散度の比、および１〜１５ｍｍの範囲にある繊維長を有する請求項１４に記載の炭素繊維シート。
16. ピッチ系炭素繊維の真密度が１．５〜２．５ｇ／ｃｃの範囲であり、繊維軸方向の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項１４記載の炭素繊維シート。
17. シート厚み方向の熱伝導率が３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項１４記載の炭素繊維シート。
18. ピッチ系炭素繊維をバインダーの存在下に抄紙法により湿式不織布としそして炭素含有率が８０重量％であり、厚みが０．０５〜５ｍｍで、空隙率が５０〜９０体積％であるシートを得ることを特徴とする、ピッチ系炭素繊維マット用炭素繊維シートの製造方法。
19. バインダーとして、使用量の少なくとも１重量％が炭素質として残存するものを用いて抄紙法により得た湿式不織布を、不活性ガス雰囲気下１，３００℃から３，０００℃の温度にて焼成する、請求項１８に記載の炭素繊維シートの製造方法。
20. 請求項１４に記載の炭素繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させることを特徴とする、炭素繊維複合シートの製造方法。
21. 含浸を真空加圧にて行う、請求項２０記載の複合シートの製造方法。

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