JPWO2014129497A1 - スタンパブルシート - Google Patents

Abstract

不連続炭素繊維の繊維束で構成される炭素繊維シートと樹脂からなるスタンパブルシートであって、炭素繊維シートが、束幅５０μｍ以上の繊維束（Ａ）と、束幅が５０μｍ未満の繊維束から単糸レベルまで開繊した繊維までを含む開繊繊維（Ｂ）からなり、開繊繊維（Ｂ）が最も配向する方向を０°方向とし、０°方向から９０°方向までを複数の角度ゾーンに区分したとき、各角度ゾーンにおける繊維束（Ａ）の、全角度ゾーンに対する本数割合の分布曲線と、各角度ゾーンにおける開繊繊維（Ｂ）の、全角度ゾーンに対する本数割合の分布曲線が、０°方向から９０°方向までの範囲において互いに逆勾配の分布曲線であるスタンパブルシート。高い機械特性を優れた等方性をもって発現でき、所望のＣＦＲＰを良好な成形性をもって容易に成形可能なスタンパブルシートを提供できる。

Description

本発明は、炭素繊維と樹脂からなるスタンパブルシートに関し、とくに、複雑な形状でも機械特性が等方かつ高いＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を優れた流動性をもって容易に成形することが可能なスタンパブルシートに関する。

炭素繊維からなる抄紙または不織布に樹脂を含浸したスタンパブルシートは、機械特性（成形品の機械特性）には優れるが、成形時の流動性が低く、成形性が劣る。これは、強化繊維である炭素繊維が分散しているため応力が集中しににくく、炭素繊維による補強効果は十分発揮される一方、炭素繊維同士が交差してお互いの動きを制約して動きにくくなるためである（例えば、特許文献１に記載のプレス成形）。

また、スタンパブルシートに用いる炭素繊維シートの作製のためにカーディング装置を用いることがあるが、通常のカーディングによって作られた不織布は、カーディング装置のシリンダーロールの回転方向に繊維が配向しやすく、異方性が強くなるため、等方性が求められる部材には擬似等方積層などの複雑な積層を行わなくてはならないことが多い。

したがって、スタンパブルシートにおいて、成形品の高い機械特性を確保しつつ、成形時の優れた流動性を確保して良好な成形性を実現することは、そのための特別な工夫が施されていない従来のスタンパブルシートでは難しい。

特開２０１０−２３５７７９号公報

そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、成形品の高い機械特性を優れた等方性をもって発現可能としつつ、所望のＣＦＲＰを優れた流動性にて良好な成形性をもって容易に成形可能なスタンパブルシートを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るスタンパブルシートは、不連続炭素繊維の繊維束によって構成される炭素繊維シートと樹脂からなるスタンパブルシートであって、前記炭素繊維シートが、束幅５０μｍ以上の繊維束（Ａ）と、束幅が５０μｍ未満の繊維束から単糸レベルまで開繊した繊維までを含む開繊繊維（Ｂ）からなり、前記開繊繊維（Ｂ）が最も配向する方向を０°方向とし、０°方向から９０°方向までを予め定めた複数の角度ゾーンに区分したとき（角度ゾーンの総数Ｎ≧３）、各角度ゾーンにおける前記繊維束（Ａ）の、全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に対する本数割合の分布曲線と、各角度ゾーンにおける前記開繊繊維（Ｂ）の、全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に対する本数割合の分布曲線が、０°方向から９０°方向までの範囲における全体としての勾配として、互いに逆勾配の分布曲線となる炭素繊維シートであることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るスタンパブルシートにおいては、炭素繊維シートが、束幅５０μｍ以上の繊維束（Ａ）を有することにより、炭素繊維同士が交差してお互いの動きを制約することが少なくなり、成形時の流動性が向上される。一方、炭素繊維シートが、束幅が５０μｍ未満の繊維束から単糸レベルまで開繊した繊維までを含む開繊繊維（Ｂ）を有することにより、炭素繊維の良好な分散も確保され、応力が集中しにくくなって、成形品の高い機械特性が確保される。そして、各角度ゾーンにおける繊維束（Ａ）の、全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に対する本数割合の分布曲線と、各角度ゾーンにおける開繊繊維（Ｂ）の、全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に対する本数割合の分布曲線が、全体としての勾配として、互いに逆勾配の分布曲線となるように、繊維束（Ａ）と開繊繊維（Ｂ）が適切なバランスをもって分布されていることにより、つまり、繊維束（Ａ）と開繊繊維（Ｂ）が異なる方向へ適切なバランスをもって配向されていることにより、スタンパブルシートとして等方的な物性が発現され、複雑な積層を行うことなく、本発明に係るスタンパブルシートを用いた成形により、成形品としても優れた等方性をもって所望の機械特性を発現可能となる。したがって、成形品の高い機械特性を優れた等方性をもって発現可能としつつ、所望のＣＦＲＰを優れた流動性にて良好な成形性をもって容易に成形することが可能となる。

上記本発明に係るスタンパブルシートにおいては、上記角度ゾーンの総数Ｎが６〜１２の範囲にあることが好ましい。すなわち、角度ゾーンの総数Ｎが６の場合には、０°方向から９０°方向までを１５°分毎の６つの角度ゾーンに区分し、角度ゾーンの総数Ｎが１２の場合には、０°方向から９０°方向までを７．５°分毎の１２の角度ゾーンに区分する。角度ゾーンの総数Ｎがこの範囲内にあれば、上述の各角度ゾーンにおける繊維束（Ａ）の、全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に対する本数割合の分布曲線と、各角度ゾーンにおける開繊繊維（Ｂ）の、全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に対する本数割合の分布曲線が、全体としての勾配として、互いに逆勾配の分布曲線であることを、より明確に判断できる。

上記角度ゾーンの総数Ｎとしては、３以上であればよいが、とくに角度ゾーンの総数Ｎが９であると、０°方向から９０°方向までを１０°分毎の９つの角度ゾーンに区分することができ、各角度ゾーンの範囲が極めて明確になるとともに、全体としての勾配も明瞭に判定しやすくなり、本発明の実施が容易化される。

上記本発明に係るスタンパブルシートにおいては、各角度ゾーンにおける上記繊維束（Ａ）の全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に対する本数割合の分布が最も高い、上記繊維束（Ａ）の主配向角が、上記開繊繊維（Ｂ）が最も配向する０°方向に対して、６０〜９０°方向の範囲にあることが好ましい。このような形態においては、繊維束（Ａ）と開繊繊維（Ｂ）を、全角度ゾーンにおいて互いに異なる方向へ適切なバランスをもって配向させることが可能になり、等方性をさらに向上させることが可能になる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、０°方向を含む角度ゾーンにおける上記繊維束（Ａ）が全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に占める本数割合が０〜１．０×９０／Ｎ％の範囲にあり、０°方向を含む角度ゾーンにおける上記開繊繊維（Ｂ）が全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に占める本数割合が１．０×９０／Ｎ〜３．０×９０／Ｎ％の範囲にあることが好ましい。ここで、Ｎは角度ゾーンの総数である。このような形態とすることにより、全体にわたって等方性をさらに向上させることが可能になる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、９０°方向を含む角度ゾーンにおける上記繊維束（Ａ）が全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に占める本数割合が１．０×９０／Ｎ〜３．０×９０／Ｎ％の範囲にあり、９０°方向を含む角度ゾーンにおける上記開繊繊維（Ｂ）が全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に占める本数割合が０〜１．０×９０／Ｎ％の範囲にあることが好ましい。ここで、Ｎは角度ゾーンの総数である。このような形態とすることにより、全体にわたって等方性をさらに向上させることが可能になる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、各方位について引張弾性率を測定した時、引張弾性率の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．２〜１．０の範囲にあることが好ましい。このような形態とすることにより、機械特性のうち、引張弾性率について、全体にわたって等方性を向上させることが可能になる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、各方位について引張強度を測定した時、引張強度の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．２〜１．０の範囲にあることが好ましい。このような形態とすることにより、機械特性のうち、引張強度について、全体にわたって等方性を向上させることが可能になる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、不連続炭素繊維束中のＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０^-1（ｍｇ／ｍｍ²）以上の炭素繊維束（Ｃ）の不連続炭素繊維束全体重量に対する割合Ｙが、
３０≦Ｙ＜９０（ｗｔ％）
の範囲にあることが好ましい。ここで、Ｍｎ：炭素繊維束重量（ｍｇ）、Ｌｎ：炭素繊維の繊維長（ｍｍ）、Ｄ：炭素繊維の繊維径（ｍｍ）である。このような形態とすることにより、このスタンパブルシートを用いた成形の際に高い流動性を得ることができるとともに、成形品の高い機械特性を実現することができ、その機械特性のばらつきも少なく、例えばリブ等の細かい部位への優れた炭素繊維追従性を発現できる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、４５°方向を含む角度ゾーンにおける上記繊維束（Ａ）が全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に占める本数割合が０．５×９０／Ｎ〜１．５×９０／Ｎ％の範囲にあり、上記開繊繊維（Ｂ）が全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に占める本数割合が０．５×９０／Ｎ〜１．５×９０／Ｎ％の範囲にあることが好ましい。ここで、Ｎは角度ゾーンの総数である。このような形態とすることにより、前述のような優れた等方性をより確実に実現することが可能になる。

上記のような炭素繊維シートは、とくにカーディング法により作製することが可能である。カーディング法およびその装置例については後述する。ただし、カーディング法以外、エアレイド法によって上記のような炭素繊維シートを作製することも可能である。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、各方位について引張強度を測定した時、引張強度のＣＶ値（変動係数の値）が５〜０．１％の範囲にあることが好ましい。このような形態とすることにより、全体にわたってばらつきの少ない機械特性（引張強度）の実現が可能になる。

また、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、各方位について引張弾性率を測定した時、引張弾性率のＣＶ値が５〜０．１％の範囲にあることが好ましい。このような形態とすることにより、全体にわたってばらつきの少ない機械特性（引張弾性率）の実現が可能になる。

さらに、本発明に係るスタンパブルシートにおいては、上記不連続炭素繊維が２ｍｍ以上２０ｍｍ未満の繊維長の炭素繊維からなることが好ましい。炭素繊維の繊維長をこのような範囲とすることにより、優れた流動性を確保することが可能になる。

このように、本発明に係るスタンパブルシートによれば、高い機械特性を優れた等方性をもって発現することが可能になるとともに、複雑な形状であっても所望のＣＦＲＰを優れた流動性にて良好な成形性をもって容易に成形することが可能になる。

炭素繊維の配向角の測定方法を示す説明図である。 カーディング装置の一例を示す概略構成図である。 実施例１の各角度ゾーンにおける本数割合の分布図である。 実施例２の各角度ゾーンにおける本数割合の分布図である。 比較例１の各角度ゾーンにおける本数割合の分布図である。

以下に、本発明について、実施例、比較例とともに説明する。
本発明は、不連続炭素繊維の繊維束によって構成される炭素繊維シートと樹脂からなる炭素繊維複合材料のスタンパブルシートに関するもので、とくに炭素繊維シートの構成に特徴を有するものであるが、まず、炭素繊維複合材料を製造する場合のマトリックス樹脂について説明する。このマトリックス樹脂としては、好ましくは熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性マトリックス樹脂の材料としては特に制限は無く、最終的に成形される炭素繊維強化プラスチックの機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を用いることができる。さらに例示すると、熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

また、本発明における特定の炭素繊維シートを実現するためには、前述したようにカーディング法により炭素繊維シートを作製することが好ましい。ここで、カーディング法を実施するためのカーディング装置の一例を図２に示す。炭素繊維シートをカーディング法により作製する工程は特に制限がなく一般的な装置を用いることができる。例えば、図２に示すように、カーディング装置１は、シリンダーロール２と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイクインロール３と、テイクインロール３とは反対側の下流側においてシリンダーロール２の外周面に近接して設けられたドッファーロール４と、テイクインロール３とドッファーロール４との間においてシリンダーロール２の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール５と、ワーカーロール５に近接して設けられたストリッパーロール６と、テイクインロール３と近接して設けられたフィードロール７及びベルトコンベアー８とから主として構成されている。

ベルトコンベアー８に不連続炭素繊維の繊維束９が供給され、炭素繊維束９はフィードロールの外周面、次いでテイクインロール３の外周面を介してシリンダーロール２の外周面上に導入される。この段階までで炭素繊維束はある程度解され、綿状の炭素繊維束の集合体となっている。シリンダーロール２の外周面上に導入された綿状の炭素繊維束の集合体は一部、ワーカーロール５の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維はストリッパーロール６によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール２の外周面上に戻される。フィードロール７、テイクイロール３、シリンダーロール２、ワーカーロール５、ストリッパーロール６のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維束が針の作用により所定の束まで開繊され、ある程度配向される。かかる過程を経て所定の炭素繊維束まで開繊され、炭素繊維集合体の１形態であるシート状のウエブ１０としてドッファーロール４の外周面上に移動する。

かかるカーディングを実施するにあたっては、炭素繊維が折れるのを防ぐ目的で炭素繊維がカーディング装置の中に存在する時間（滞留時間）を短くすることが好ましい。具体的にはカーディング装置１のシリンダーロール２に巻かれたワイヤ上に存在する炭素繊維をできるだけ短時間でドッファーロール４に移行させることか好ましい。従って、かかる移行を促進するためにシリンダーロール２の回転数は、例えば１５０ｒｐｍ以上といった高い回転数で回転させることが好ましい。また、同様の理由で、ドッファーロール４の表面速度は例えば、１０ｍ／分以上といった速い速度が好ましい。

また、上記のようなカーディング法において、炭素繊維の破断等を防ぐためには、炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維および／または熱可塑性樹脂粒子を含有せしめておくことが好ましい。すなわち、本発明における炭素繊維シートは、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、熱可塑性樹脂繊維および／または熱可塑性樹脂粒子を含有せしめることもできる。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維シートはその製造中に、切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。カーディング法では、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、均一性が高い炭素繊維集合体を形成することができる。本発明において、炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは２０〜９５質量％、より好ましくは５０〜９５質量％、さらに好ましくは７０〜９５質量％である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維複合材料としたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体の均一性を高める効果が得られない。

また、上記のように、本発明におけるカーディング法において、炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を含有せしめる場合、熱可塑性樹脂繊維の繊維長は炭素繊維集合体の形態保持や、炭素繊維の脱落防止という本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的には３〜１００ｍｍ程度の熱可塑性樹脂繊維を使用することができる。なお、熱可塑性樹脂繊維の繊維長は炭素繊維の繊維長に応じて相対的に決定することも可能である。

また、上記カーディング法において、熱可塑性樹脂繊維による絡み合いの効果を高める目的で熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与することが好ましい。捲縮の程度は、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的には捲縮数５〜２５山／２５ｍｍ程度、捲縮率３〜３０％程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。

上述したような熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維複合材料成形品にした際に機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料はマトリックス樹脂の組み合わせにより適宜選択して用いることが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を低下させないので好ましい。例示すると熱可塑性樹脂繊維がポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維及びフェノキシ樹脂繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種の繊維であることが好ましい。

スタンパブルシート製造において、炭素繊維シートにマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂を含浸し、スタンパブルシートとする含浸工程には、加熱機能を有するプレス機を用いて実施することができる。プレス機としては、マトリックス樹脂の含浸に必要な温度、圧力を制御できるものであれば特に制限はなく、上下する平面金型を有する通常のプレス機や、一対のエンドレススチールベルトが走行する機構を有するいわゆるダブルベルトプレス機を用いることができる。かかる含浸工程においては、マトリックス樹脂をフィルム、不織布、織物等のシート状とした後、炭素繊維シートと一緒に積層し、その状態で上記プレス機等を用いてマトリックス樹脂を溶融・含浸することや、マトリックス樹脂を用いて不連続な熱可塑性樹脂繊維もしくは熱可塑性樹脂粒子を作製し、炭素繊維シートを作製する工程で混合することにより、マトリックス樹脂と熱可塑性樹脂繊維もしくは熱可塑性樹脂粒子を含む炭素繊維シートを作製し、プレス機等を用いて加熱・加圧する方法も採用することができる。

以下に、本発明の実施例について、比較例とともに説明する。
実施例、比較例で用いた配向角と機械特性は以下の方法により測定し、以下の炭素繊維束を用いた。

（１）配向角の測定
スタンパブルシートから１００ｍｍ×１００ｍｍのサンプルを切り出し、その後、サンプルを５００℃に加熱した電気炉の中で１〜２時間程度加熱し、マトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却した後に残った炭素繊維シートに対して、キーエンス社製デジタルマイクロスコープを用いて、繊維束幅５０μｍ以上の束を繊維束（Ａ）とし、単糸レベルに開繊した繊維を含む束幅５０μｍ未満の束および繊維を開繊繊維（Ｂ）とし、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、繊維束（Ａ）もしくは開繊繊維（Ｂ）の短辺の中点−中点を結んだ直線と開繊繊維（Ｂ）が最も配向する方向（０°方向）とがなす角（０°〜９０°）を繊維束（Ａ）および開繊繊維（Ｂ）の配向角とした。測定は繊維束（Ａ）および開繊繊維（Ｂ）ともにＮ＝４００本測定した。測定した繊維束（Ａ）および開繊繊維（Ｂ）を各角度ゾーン(例えば、図２、図３に示すような１０°分刻みの角度ゾーン)に分別し、各角度ゾーンにおける繊維束（Ａ）および開繊繊維（Ｂ）の本数割合を求めた。

この他にも、炭素繊維シートは、スタンパブルシート化する前の炭素繊維シートから直接測定する方法や、チャージ率９０％以上で成形した成形品の中央からサンプルを切り出し、その後サンプルを電気炉にて加熱し、マトリックス樹脂等の有機物を焼飛ばした後に炭素繊維シートを取り出し、測定する方法などが例示できる。ここで言う成形品中央とは、流動末端が金型に接触し、繊維配向が変化していない領域であり、かつ、リブ、ボスなどの成形によって繊維配向が変化しやすい３次元凹凸部の影響を受けない箇所であることが好ましい。例えば、長方形形状のスタンパブルシートにて成形を行った際は、チャージ端やリブ、ボスなどの３次元凹凸部からスタンパブルシートの（長辺×２０％）以上離れた領域を例示することが出来る。

（２）機械特性(引張弾性率と引張強度)の測定
ＪＩＳ―Ｋ―７１６４に準拠し、各方向の引張弾性率と引張強度を測定した。また、引張弾性率および引張強度に対してＣＶ値（変動係数［％］）も算出した。ＣＶ値が５％未満を、ばらつきが小さく良好と判定し、５％以上を、ばらつきが大きく不良と判定した。

（３）用いた炭素繊維束
繊維径７μｍ、引張弾性率２３０ＧＰａ、フィラメント数２４０００本の連続した炭素繊維束（Ａ）を用いて炭素繊維シートを作製した。

実施例１：
炭素繊維束（Ａ）を繊維長１５ｍｍにカットし、カットした炭素繊維束とナイロン６短繊維（単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、カット長５１ｍｍ、捲縮数１２山／２５ｍｍ、捲縮率１５％）を質量比で８５：１５の割合で混合し、カーディング装置に投入した。出てきたウェブをクロスラップし、炭素繊維とナイロン６繊維とからなり、角度ゾーン数Ｎ＝９とした際（０°〜９０°を１０°分刻みで９分割）、図３に示すような０°以上１０°以下の角度ゾーンに配向する開繊繊維（本発明における開繊繊維（Ｂ））が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が２２％であり、繊維束（本発明における繊維束（Ａ））が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が７％であり、１０°を超え２０°以下の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が１７％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が５．５％であり、４０°を超え５０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が８％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１０％であり、７０°を超え８０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が１３％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１７％であり、８０°を超え９０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が７％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１５％となる目付１００ｇ／ｃｍ^２のシート状の炭素繊維集合体を形成した。

このときの炭素繊維集合体中の不連続炭素繊維束のＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０^-1（ｍｇ／ｍｍ²）以上の炭素繊維束（Ｃ）の不連続炭素繊維束全体重量に対する割合Ｙが、Ｙ＝４３（ｗｔ％）であった。

シート状の炭素繊維集合体の巻取り方向に対して、炭素繊維集合体を１２枚同一方向となるように積層し、さらに積層した炭素繊維集合体全体に、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積比が３０：７０となるようにナイロン樹脂メルトブロー不織布（「ＣＭ１００１」、ηｒ＝２．３、東レ（株）製）を積層した後に、全体をステンレス板で挟み、２５０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０秒間、２５０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの炭素繊維複合材料の平板（スタンパブルシート）を得た。得られた平板の表層の０°方向に対して、１５°刻みに各方向の引張弾性率と引張強度を測定したところ、引張弾性率の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．０８であり、引張強度の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．１０であり、引張弾性率および引張強度のＣＶ値がいずれも５％未満であった。

実施例２：
角度ゾーン数Ｎ＝９とした際、図４に示すような０°以上１０°以下の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が２０％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が４％であり、１０°を超え２０°以下の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が１８％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が９．５％であり、４０°を超え５０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が１１％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１３％であり、７０°を超え８０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が４．５％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１９％であり、８０°を超え９０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が９％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１４％となる、目付１００ｇ／ｃｍ^２のシート状の炭素繊維集合体を形成した以外は実施例１と同様のシート状の炭素繊維集合体を得た。

このときの炭素繊維集合体中の不連続炭素繊維束のＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０^-1（ｍｇ／ｍｍ²）以上の炭素繊維束（Ｃ）の不連続炭素繊維束全体重量に対する割合Ｙが、Ｙ＝３５（ｗｔ％）であった。

シート状の炭素繊維集合体の巻取方向に対して、炭素繊維集合体を１２枚同一方向となるように積層し、さらに積層した炭素繊維集合体全体に、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積比が３０：７０となるようにナイロン樹脂メルトブロー不織布（「ＣＭ１００１」、ηｒ＝２．３、東レ（株）製）を積層した後に、全体をステンレス板で挟み、２５０℃で９０ｓ間予熱後、２．０ＭＰａの圧力をかけながら１８０秒間、２５０℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２ｍｍの炭素繊維複合材料の平板を得た。得られた平板の表層の０°方向に対して、１５°刻みに各方向の引張弾性率と引張強度を測定したところ、引張弾性率の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．１０であり、引張強度の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．０７であり、引張弾性率および引張強度のＣＶ値がいずれも５％未満であった。

比較例１：
角度ゾーン数Ｎ＝９とした際、図５に示すような０°以上１０°以下の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が２３％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１３％であり、１０°を超え２０°以下の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が１２％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が１３％であり、４０°を超え５０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が８％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が９％であり、７０°を超え８０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が８．５％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が９％であり、８０°を超え９０°以内の角度ゾーンに配向する開繊繊維が、全角度ゾーンにおける全開繊繊維に占める本数割合が１０％であり、繊維束が、全角度ゾーンにおける全繊維束に占める本数割合が８％となるシート状の炭素繊維集合体を形成した以外は実施例１と同様のシート状の炭素繊維集合体を得た。

このときの、炭素繊維集合体中の不連続炭素繊維束のＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０^-1（ｍｇ／ｍｍ²）以上の炭素繊維束（Ｃ）の不連続炭素繊維束全体重量に対する割合Ｙが、Ｙ＝２３（ｗｔ％）であった。

得られたシート状の炭素繊維集合体を実施例１と同様に成形し、厚さ２ｍｍの炭素繊維複合材料を得た。得られた平板の表層の０°方向に対して、１５°刻みに各方向の引張弾性率と引張強度を測定したところ、引張弾性率の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．２を超え、引張強度の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．２を超えた。

本発明に係るスタンパブルシートは、等方性に優れた機械特性と、成形時の優れた流動性が要求されるあらゆるＣＦＲＰの成形に適用できる。

１ カーディング装置
２ シリンダーロール
３ テイクインロール
４ ドッファーロール
５ ワーカーロール
６ ストリッパーロール
７ フィードロール
８ ベルトコンベアー
９ 不連続炭素繊維の繊維束
１０ シート状のウエブ

Claims (14)

1. 不連続炭素繊維の繊維束によって構成される炭素繊維シートと樹脂からなるスタンパブルシートであって、前記炭素繊維シートが、束幅５０μｍ以上の繊維束（Ａ）と、束幅が５０μｍ未満の繊維束から単糸レベルまで開繊した繊維までを含む開繊繊維（Ｂ）からなり、前記開繊繊維（Ｂ）が最も配向する方向を０°方向とし、０°方向から９０°方向までを予め定めた複数の角度ゾーンに区分したとき（角度ゾーンの総数Ｎ≧３）、各角度ゾーンにおける前記繊維束（Ａ）の、全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に対する本数割合の分布曲線と、各角度ゾーンにおける前記開繊繊維（Ｂ）の、全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に対する本数割合の分布曲線が、０°方向から９０°方向までの範囲における全体としての勾配として、互いに逆勾配の分布曲線となる炭素繊維シートであることを特徴とするスタンパブルシート。
2. 前記角度ゾーンの総数Ｎが６〜１２の範囲にある、請求項１に記載のスタンパブルシート。
3. 前記角度ゾーンの総数Ｎが９である、請求項２に記載のスタンパブルシート。
4. 各角度ゾーンにおける前記繊維束（Ａ）の全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に対する本数割合の分布が最も高い、前記繊維束（Ａ）の主配向角が、前記開繊繊維（Ｂ）が最も配向する０°方向に対して、６０〜９０°方向の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載のスタンパブルシート。
5. ０°方向を含む角度ゾーンにおける前記繊維束（Ａ）が全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に占める本数割合が０〜１．０×９０／Ｎ％の範囲にあり、０°方向を含む角度ゾーンにおける前記開繊繊維（Ｂ）が全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に占める本数割合が１．０×９０／Ｎ〜３．０×９０／Ｎ％の範囲にある、請求項１〜４のいずれかに記載のスタンパブルシート。
6. ９０°方向を含む角度ゾーンにおける前記繊維束（Ａ）が全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に占める本数割合が１．０×９０／Ｎ〜３．０×９０／Ｎ％の範囲にあり、９０°方向を含む角度ゾーンにおける前記開繊繊維（Ｂ）が全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に占める本数割合が０〜１．０×９０／Ｎ％の範囲にある、請求項１〜５のいずれかに記載のスタンパブルシート。
7. 各方位について引張弾性率を測定した時、引張弾性率の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．２〜１．０の範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載のスタンパブルシート。
8. 各方位について引張強度を測定した時、引張強度の平均値に関して、最大値方向の平均値／最小値方向の平均値が１．２〜１．０の範囲にある、請求項１〜７のいずれかに記載のスタンパブルシート。
9. 不連続炭素繊維束中のＭｎ／（Ｌｎ×Ｄ）が８．５×１０^-1（ｍｇ／ｍｍ²）以上の炭素繊維束（Ｃ）の不連続炭素繊維束全体重量に対する割合Ｙが、
   ３０≦Ｙ＜９０（ｗｔ％）
   の範囲にある、請求項１〜８のいずれかに記載のスタンパブルシート。
   Ｍｎ：炭素繊維束重量（ｍｇ）
   Ｌｎ：炭素繊維の繊維長（ｍｍ）
   Ｄ：炭素繊維の繊維径（ｍｍ）
10. ４５°方向を含む角度ゾーンにおける前記繊維束（Ａ）が全角度ゾーンにおける全繊維束（Ａ）に占める本数割合が０．５×９０／Ｎ〜１．５×９０／Ｎ％の範囲にあり、前記開繊繊維（Ｂ）が全角度ゾーンにおける全開繊繊維（Ｂ）に占める本数割合が０．５×９０／Ｎ〜１．５×９０／Ｎ％の範囲にある、請求項１〜９のいずれかに記載のスタンパブルシート。
11. 前記炭素繊維シートがカーディング法により作製されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のスタンパブルシート。
12. 各方位について引張強度を測定した時、引張強度のＣＶ値が５〜０．１％の範囲にある、請求項１〜１１のいずれかに記載のスタンパブルシート。
13. 各方位について引張弾性率を測定した時、引張弾性率のＣＶ値が５〜０．１％の範囲にある、請求項１〜１２のいずれかに記載のスタンパブルシート。
14. 前記不連続炭素繊維が２ｍｍ以上２０ｍｍ未満の繊維長の炭素繊維からなる、請求項１〜１３のいずれかに記載のスタンパブルシート。

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