JPWO2014208626A1 - ランダムマット、繊維強化複合材料成形体、および炭素繊維マット - Google Patents

Abstract

炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットにおいて、成形時の加圧力を低減させことができると共に繊維強化複合材料成形体としたときに高い機械強度が得られるランダムマット等を提供する。平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットであって、前記炭素繊維の目付が２５ｇ／ｍ2以上１００００ｇ／ｍ2以下であり、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、前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が式（２）を満たすことを特徴とするランダムマット。臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）２．０×１０5／Ｄ2≦Ｎ＜８．０×１０5／Ｄ2（２）（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）

Description

本発明は、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含むランダムマット及び繊維強化複合材料成形体に関するものである。また、本発明は、嵩密度が高く、スプリングバック率の低い炭素繊維マットにも関するものである。

繊維強化複合材料のマトリクス樹脂としては、従来、主として熱硬化性樹脂が使用されてきたが、近年、熱可塑性樹脂をマトリクスとする繊維強化複合材料が、コスト、成形の迅速性及び容易さ、さらには、使用後のリサイクル可能性等の観点から注目されている。熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂とする繊維強化複合材料として、ランダムマットを利用したものがある。このランダムマットとしては、例えば、数千本〜数十万本の単繊維（フィラメント、より正確にいうとsingle filament）を収束させた強化繊維ストランドがカットされたものであるチョップドストランドをランダムに散布してなるチョップドストランドマットがある。このチョップドストランドマットでは、熱可塑性樹脂を強化繊維に含浸するのが難しく、繊維強化複合材料成形体（以下、単に、「成形体」ともする。）としたときの機械強度の発現性も低い。

特許文献１では、チョップドストランドの断面形状を斜めにすることで、熱可塑性樹脂の強化繊維への含浸性を向上させ、機械物性を向上させる技術を提案している。しかしながら、この技術において得られる成形体の機械強度は満足のできるものでない。
特許文献２では、強化繊維を単繊維状にすることで、強化繊維への熱可塑性樹脂の含浸性を向上させて機械強度の発現性を高める技術が提案されている。
特許文献３は、湿式抄紙により製造される不織材料を強化繊維として用いる繊維強化熱可塑性樹脂成形素材に関する。従来、抄造法にて不織材料を作成する際、分散性を高めるため、強化繊維を単繊維になるまで開繊し不織材料としていた。しかし、湿式抄紙で得られる不織材料は非常に嵩高くなり、この不織材料をシート状成形素材にする際、厚みが１／１０程度に圧縮することになる。その結果、シート状成形素材を成形する際に、強化繊維が元の嵩高い状態に戻ろうとして、シートが膨張する（スプリングバック）という課題があった。特許文献３は、スプリングバックの問題の解消のため、疎水性のサイジング剤で集束された強化繊維を用いて湿式抄紙を行うなどにより、複数本の単繊維からなる束状の強化繊維の不織材料および、これを含むシート状成形素材とするものである。なお、当該不織材料は、複数本の単繊維からなる束状の強化繊維に加えて、単繊維となっている強化繊維を含んでも良いとされている。

日本国特開２００９−１１４６１１号公報 国際公開第２００７／０９７４３６号 日本国特開平４−１６３１０９号公報

本発明者らは、上記特許文献２に記載の技術では、単繊維状の強化繊維を含む複合材料とすることで、特許文献１に記載のようなチョップドストランドの強化繊維を含む複合材料に対して強度の発現性を高めることができるが、単繊維状の強化繊維を含む成形基材（ランダムマットなど）は、その嵩密度が非常に低くなりやすく、成形時に高い成形圧力が必要になるという課題を有することを見出した。特に、このような高い成形圧力が必要なランダムマットの場合、大面積の成形体を成形する際、非常に大型の設備が必要になってしまう。これは設備投資額が著しく増大することを意味し、当該技術を商業的に実施するにおいて極めて不利な要因である。

特許文献２の技術の課題は、前記特許文献３の技術によって解決されたかに思えた。しかし、本発明者らは、特許文献３のような技術では、強固に単繊維が集束されている束状構造の強化繊維を用いるため、得られる成形体は外観低下、含浸不良による機械物性低下を伴いやすく、繊維体積含有率が高い成形体を得難い等の課題があることを見出した。更に、特許文献３の技術において、単繊維状の強化繊維も含む不織材料を用いる場合、単繊維状の強化繊維が、湿式抄紙以後の処理において折損しやすく、嵩密度を効果的に上げることが難しいという課題もあることも、本発明者らは見出した。

本発明は、上記した課題に鑑み、炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなるランダムマットにおいて、成形時の加圧力を低減させことができると共に繊維強化複合材料成形体としたときに高い繊維体積含有率、高い機械強度が得られるランダムマット及びこのようなランダムマットを成形して得られる繊維強化複合材料成形体を提供することを目的とする。また、本発明は、嵩密度が高く、及び低スプリングバック性の炭素繊維マットを提供することも目的とする。

本発明者は、上記の課題を解決するために、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含むランダムマットにおいて、特定の繊維構成を満たすことで、ランダムマットの嵩密度を高めることができ、成形時の加圧力を低減できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［１６］に関するものである。
［１］
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットであり、前記炭素繊維の目付が２５ｇ／ｍ²以上１００００ｇ／ｍ²以下であり、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、前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が式（２）を満たすランダムマット。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［２］
前記炭素繊維束（Ａ）の平均厚みが１００μｍ以下である［１］に記載のランダムマット。
［３］
前記炭素繊維の平均繊維長が、８ｍｍ以上５０ｍｍ以下である［１］又は［２］に記載のランダムマット。
［４］
前記炭素繊維束（Ａ）の前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が６０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下である［１］〜［３］の何れか１項に記載のランダムマット。
［５］
前記ランダムマットにおける前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である［１］〜［４］の何れか１項に記載のランダムマット。
［６］
前記炭素繊維の１重量％以上３０重量％以下が幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維であり、かつ１０重量％以上が幅１．５ｍｍ以上の炭素繊維である［１］〜［５］の何れか１項に記載のランダムマット。
［７］
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む［１］〜［６］の何れか１項に記載のランダムマット。
［８］
［１］〜［７］の何れか１項に記載のランダムマットを成形して得られる繊維強化複合材料成形体。
［９］
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含みスプリングバック率が４００％以下である繊維強化複合材料成形体。
［１０］
前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である［８］又は［９］に記載の繊維強化複合材料成形体。
［１１］
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料成形体であって、前記炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下の炭素繊維マットになっており、前記炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす［８］〜［１０］の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［１２］
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む［８］〜［１１］の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
［１３］
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下のマット形状となっている炭素繊維マットであり、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、炭素繊維束（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす炭素繊維マット。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０^５／Ｄ^２＜≦Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［１４］
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む［１３］に記載の炭素繊維マット。
［１５］
単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維を含む［１３］又は［１４］に記載の炭素繊維マット。
［１６］
空気開繊、湿式抄紙、及びカーディングからなる群より選ばれる少なくとも１種の方法により開繊された炭素繊維を含む［１３］〜［１５］の何れか１項に記載の炭素繊維マット。

本発明に係るランダムマットは、上記の繊維構成とすることで、嵩密度を高めることができ、結果的に、成形時の加圧力を低減させることができる。このため、大面積の繊維強化複合材料成形体であっても大型の成形設備を必要とすることもない。
また、炭素繊維束（Ａ）の比率を４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下とすることで、ランダムマット中に、臨界単糸数より小さい本数の単糸からなる炭素繊維束や単糸が含まれることになり、繊維強化複合材料成形体としたときに、高い機械強度が得られる。本発明のランダムマットは、成形時の溶融流動性が優れ、端部まで熱可塑性樹脂および炭素繊維が均質に充填され、かつ面内等方性（以下、単に等方性と略することがある）が高い繊維強化複合材料成形体を得ることができる。
さらに、本発明の炭素繊維マットは低スプリングバック性であり、種々のマトリクスと混合した際の取り扱い性に優れる。

ランダムマットの製造方法の一例を説明する概略図である。 炭素繊維束の平均繊維数とスプリングバック率の関係を示す図である。 炭素繊維束の平均繊維数と繊維体積含有率の関係を示す図である。

［ランダムマット］
本発明に係るランダムマットは、熱可塑性樹脂と繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維とから構成され、炭素繊維は、その目付が２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下であり、マット中で、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、マットの繊維全量に対する炭素繊維束（Ａ）の割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、かつ炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が式（２）を満たす。

臨界単糸数＝６００／Ｄ ・・・（１）
２．０×１０^５／Ｄ^２≦Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ ・・・ （２）
なお、ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である。

一般に「炭素繊維」は数千から数万本の炭素単繊維（single carbon filament）が束状になった構造をしている。例えば、そのような極めて多数の単繊維から構成される長繊維束で撚りのない炭素繊維は、炭素繊維トウまたは炭素繊維ストランドと呼ばれる。
本発明において、「炭素繊維束」は「炭素単繊維の束」の意味であり、「炭素繊維」とも呼ばれる。同様に「炭素繊維束（Ａ）」は「炭素繊維（Ａ）」とも呼ばれる。
また、「平均繊維径」及び「平均繊維数」は、炭素繊維に含まれる炭素単繊維についての値なので、それぞれ「平均単繊維径」及び「平均単繊維数」とも呼ばれる。
「臨界単糸数」は「臨界単繊維数」とも呼ばれる。
本発明者らは、炭素繊維の開繊条件を変え、ランダムマットおよび繊維強化複合材料成形体の調製を繰り返し行い、得られたランダムマットや成形体の物性と、それらに含まれる炭素繊維の開繊程度との関連性について考察した。その結果、複数の単繊維からなる束状の炭素繊維であっても、単繊維数が非常に少なくなるまで開繊されたものは、ランダムマットや成形体に与える効果が、単繊維である炭素繊維と同程度であることを見出した。
そして、束状である炭素繊維が、いわば疑似単繊維となるか否かの境界値が、単なる単繊維数でなく単繊維の直径と一定の関係にあることに気が付き、前記式（１）で定められる臨界単糸数の概念を想到した。
更に、本発明者らは、数々の成形体、および、それら成形体を得るために用いたランダムマットなどに含まれる炭素繊維を観察・分析した結果、臨界単繊維数以上の本数の単繊維からなる炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が前記式（２）の範囲にあると、良好な物性、良好な成形性、および低スプリングバック性のランダムマットや成形体となることを見出した。

すなわち、本発明のランダムマットは、
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットであって、
前記炭素繊維の目付が２５ｇ／ｍ²以上１００００ｇ／ｍ²以下であり、
式（１）で定義される臨界単繊維数以上の炭素単繊維で構成される炭素繊維（Ａ）を含み、
前記ランダムマットの炭素繊維全量に対する前記炭素繊維（Ａ）の割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、
前記炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が式（２）を満たすことを特徴とするランダムマットである。
臨界単繊維数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均単繊維径（μｍ）である）

ランダムマットは、上記のとおり、所定の炭素繊維長、炭素繊維（Ａ）の割合及び平均単繊維数（Ｎ）の炭素繊維マットと熱可塑性樹脂とを含んで構成される。ここでいう炭素繊維マットは熱可塑性樹脂を含まず不連続な炭素繊維のみから構成される面状体であって、炭素繊維が散布された平面内において炭素繊維がランダムな方向に配向しており、実質的に面内の縦横方向の機械物性がほぼ等しいマットを意味する。

ランダムマットにおける熱可塑性樹脂の形態としては、炭素繊維マットに、粉末状、繊維状、又は塊状などの熱可塑性樹脂が含まれるものであってもよく、炭素繊維マットにシート状やフィルム状などの熱可塑性樹脂が搭載又は積層されたものであってもよく、このシート状又はフィルム状の熱可塑性樹脂は溶融状態であってもよい。
なお、本発明のランダムマットを構成する炭素繊維マットについて、平均繊維長、炭素繊維（Ａ）の割合及び平均単繊維数（Ｎ）などを求めれば、それらの値を該ランダムマットのものと見なすことができる。

ランダムマットは、プリフォームとしてそのまま成形に用いてもよく、プリプレグとしてから成形に用いてもよい。
ランダムマットにおける炭素繊維の目付は、２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下である。繊維目付は好ましくは１０００ｇ／ｍ^２以上８０００ｇ／ｍ^２以下であり、より好ましくは２０００ｇ／ｍ^２以上６０００ｇ／ｍ^２以下である。目付をこの範囲内とすることで、成形体としたときの強化機能を発現することができるためである。

特に、目付が２５ｇ／ｍ^２より少ない場合、炭素繊維を均等に散布されたランダムマットを得ることが難しくなる。目付が１００００ｇ／ｍ^２より多い場合、得られる成形体の板厚が厚くなりすぎてしまい、目的とする軽量な成形体が得られなくなってしまう。

本発明のランダムマットにおいては、例えば、ランダムマットを直接加熱加圧することにより成形体を得ることができる。この場合、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを溶融混練する必要がないため、ランダムマット中の炭素繊維が切断されるようなことが無くなり、炭素繊維の繊維長を成形体中で保つことが可能となる。これにより、例えば、成形体中の炭素繊維の繊維長分布においてシャープ（繊維長のばらつきの小さい）なものを得ることができ、繊維長が揃った炭素繊維を存在させることで、均質な機械物性（強度）を有する成形体を得ることができる。

［繊維強化複合材料成形体（成形体）］
繊維強化複合材料成形体は、ランダムマットを加圧・加熱して最終形態に成形したものをいう。例えば、プリプレグとしてランダムマットを加圧・加熱して得られたものでもよく（実施例１等参照）、プリフォームとしてランダムマットを加圧・加熱して得られたものでもよい。

ここでいう最終形態は、ランダムマットを加圧・加熱して得られたものに対して、さらなる加熱や加圧により（さらなる成形により）、マトリクスである熱可塑性樹脂を溶融させて、他の形状や厚みにしない形態のことをいう。従って、ランダムマットを加圧・加熱して得られたものを、切断して他の形状の形態にしたものや、研磨して薄くしたり、樹脂等を塗布して厚くしたりしたものは、加熱・加圧をしていないため、繊維強化複合材料成形体である。なお、切断や加工の手段として熱を利用する場合は、ここでの加熱に該当しない。

また、溶融状態の熱可塑性樹脂が供給されたランダムマットを成形する際に、供給された熱可塑性樹脂が溶融状態のままで成形する場合は、例えば、加圧だけの成形で成形体が得られる。
繊維強化複合材料成形体としては、 平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含み、その炭素繊維目付が２５ｇ／ｍ²以上１００００ｇ／ｍ²以下であり、式（１）で定義される臨界単繊維数以上の炭素繊維を含む炭素繊維（Ａ）について、成形体の繊維全量に対する炭素繊維（Ａ）の割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、かつ炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が式（２）を満たす。

繊維強化複合材料成形体の厚みは、含有する炭素繊維の目付及び熱可塑性樹脂量を制御することで、適正な範囲に好ましく調整される。繊維強化複合材料成形体の厚みについては、例えば０．２〜１００ｍｍの肉厚のものとすることができる。種々の厚さの成形体でも物性や外観が極めて良好なものとすることが可能であり、具体的には成形体としての肉厚が２．０ｍｍ〜７．０ｍｍ（極めて厳密に定める必要があるならば２５℃での肉厚）のものが用途が多く好ましい。
繊維強化複合材料成形体を構成する樹脂の種類としてはとくに限定はなく、ランダムマットの熱可塑性樹脂の項に述べたものが好ましく挙げられる。
繊維強化複合材料成形体の形状は特に限定されない。例えば、シート状、板状でもよいし、曲面部を有していてもよいし、断面がＴ字型、Ｌ字型、コの字型、ハット型及びこれらを含む三次元形状のものであってもよい。

［炭素繊維］
本発明のランダムマット及び成形体に含まれる炭素繊維は不連続であり、その平均繊維長は３ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。平均繊維長をこの範囲とすることで、成形体としたときの強化機能の発現性を高めることができるためである。
炭素繊維としては、一般的にポリアクリロニトリル系炭素繊維（以下、ＰＡＮ系炭素繊維と略称することがある）、石油ピッチ系炭素繊維、石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが知られているが、本発明においてはこれらのいずれの炭素繊維であっても好適に用いることができ、特にＰＡＮ系炭素繊維が好ましく、これらの炭素繊維は１種類単独で用いられてもよく、複数の種類の混合物として用いられても良い。
本発明のランダムマットは、炭素繊維のほかに、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維、セラミック繊維など他の強化繊維を含むものであっても構わない。

好ましくは炭素繊維の平均繊維長が５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。より好ましくは平均繊維長が８ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。さらには、平均繊維長は８ｍｍ以上４０ｍｍ以下であるとより一層好ましく、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であると特に好ましい。
平均繊維長が３ｍｍより短い場合、繊維の引張強度を有効に発揮することができず、成形体の機械強度を損なう場合がある。平均繊維長が１００ｍｍより長い場合、成形体が均質な機械強度を有することが難しくなる。繊維長のばらつきについては、特に限定はないが、上記の好ましい範囲の繊維のみから成ることが好ましい。

本発明で用いられる炭素繊維の平均単繊維径は、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは３μｍ以上１２μｍ以下であり、より一層好ましくは５μｍ以上９μｍ以下であり、極めて好ましくは５μｍ以上７μｍ以下である。
炭素繊維は、サイジング剤が付着されたものが好ましく、サイジング剤は炭素繊維１００重量部に対し、０重量部より多く１０重量部以下であることが好ましい。なお、本願において、便宜上、重量という用語が使われるが、実際には質量のことである。
本発明において用いられる炭素繊維は、略円形断面の炭素単繊維（円形断面型炭素単繊維）からなるものでもよく、楕円形断面の単繊維（楕円形断面型炭素単繊維）からなる炭素繊維や、空豆型の断面の単繊維（空豆形断面型炭素単繊維）からなる炭素繊維などでもよい。
ここで、円形断面型炭素単繊維とは、長手方向に対して垂直な断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００以上１．２０未満の範囲にある略円形の断面をもつ炭素単繊維である。
楕円形断面型炭素単繊維とは、長手方向に対して垂直な断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．２０以上１．６０以下の範囲にある略楕円形の断面をもつ炭素単繊維である。
空豆形断面型炭素単繊維とは、長手方向に対して垂直な断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．２０以上１．６０以下の範囲にある略楕円形で、その周面に凹部が形成された断面をもつ炭素単繊維である。
日本国特開２０１２−１８８７６６号公報などに示される、特定の割合の空豆形断面型炭素単繊維、楕円形断面型炭素単繊維、および円形断面型炭素単繊維からなる炭素繊維のように、異なった断面形状を有する複数種の炭素単繊維からなる炭素繊維も本発明において用いることができる。

本発明のランダムマットは炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含むものであるであると好ましい。炭素繊維の好ましい開繊方法は、ランダムマットの製造方法について記載のとおりである。
本発明のランダムマットに含まれる炭素繊維は、単繊維（single filament）数が２４０００本以下のいわゆるレギュラートウ炭素繊維が開繊されたものでもよく、単繊維数４００００以上１７５０００以下のラージトウ炭素繊維が開繊されたものでもよく、単繊維数２４０００本超過４００００本未満の中間トウ（medium tow）が開繊されたものでもよい。開繊の程度や、繊維幅分布が好ましいという点で、本発明のランダムマットに含まれる炭素繊維としては、単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維であると好ましく、単繊維数８０００〜１０００００の炭素繊維が開繊されたものであるとより好ましく、単繊維数１００００〜８００００の炭素繊維が開繊されたものであるとより一層好ましい。
本発明のランダムマットとしては、炭素繊維マットに関して後述するとおり、空気開繊、湿式抄紙、及びカーディングからなる群より選ばれる少なくとも１種の方法により開繊された炭素繊維を含むものであると好ましい。
本発明のランダムマットは、炭素繊維が実質的に２次元ランダムに配向したものであると好ましい。ここで「２次元ランダム」とは、ランダムマットの面内において、炭素繊維が特定の方向には配向しておらず、無作為な方向に分散して配置されていることを意味し、更に好ましくは面に対して垂直方向（Ｚ方向）に配向している炭素繊維が殆どない状態である。
炭素繊維が実質的に２次元ランダムに配向しているランダムマットは所謂、面内等方性基材であり、これをプレス成形などして面内等方性の成形体を好適に得ることができる。なお、 ランダムマットの面内において、炭素繊維が特定の方向には配向していなくても、炭素繊維が綿状に絡み合っている場合がある。そのようなランダムマットは、面に対して垂直方向（Ｚ方向）に配向している炭素繊維が多数ある、３次元ランダム状のランダムマットと実質的に同じである。３次元ランダム状のランダムマットを成形に用いた場合、成形時の炭素繊維の流動性などに問題が生じる恐れがある。

本発明のランダムマットとしては、含有する炭素繊維の１重量％以上３０重量％以下が幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維であり、かつ１０重量％以上が幅１．５ｍｍ以上の炭素繊維であると、スプリングバック量がより抑制されたものとなり好ましい。
幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維の量としては、ランダムマットに含まれる炭素繊維全量に対して５重量％以上２５重量％以下であるとより好ましく、８重量％以上２０重量％以下であると特に好ましい。
幅１．５ｍｍ未満の炭素繊維の量としては、ランダムマットに含まれる炭素繊維全量に対して３０重量％以上であるとより好ましく、４５重量％以上であるとより一層好ましい。幅１．５ｍｍ未満の炭素繊維の量の上限としては、ランダムマットに含まれる炭素繊維全量に対して９０重量％以下であると好ましく、８５重量％以下であるとより好ましい。
本発明において、ランダムマットや成形体に含まれる炭素繊維を、適当な繊維幅の区間、例えば０．３ｍｍ毎などの区間毎に分類し、各区間の炭素繊維の量（重量）を求め、炭素繊維全量を１００重量％とした時の各区間の割合を求めたものを（炭素）繊維分布と称することがある。
本発明においては、炭素繊維の長さ方向を除いた２つの方向の長さのうち、短い方を「厚み」とし、もう一方を「幅」とする。炭素繊維の長手方向に垂直な断面における直交する二方向の寸法が等しい場合、任意の一方向を炭素繊維の幅とし、もう一方を炭素繊維の厚みとする。

［炭素繊維（Ａ）］
一般的に、炭素繊維は、数千本以上数万本以下の単繊維（single filament）が集合した繊維束であるストランドの形態でまず製造され、このストランドに織り、開繊、拡幅、カット、粉砕などの処理をして各種用途に用いることが多い。炭素繊維ストランドやそのカット物を炭素繊維束と称することもある。
本願においては、炭素繊維を構成している単繊維数を繊維数と称することもあり、また、単繊維の直径を繊維径と称することがある。
以下、ランダムマット及び成形体を構成する炭素繊維（Ａ）と区別するために、上位概念としての炭素繊維や開繊等の処理前の炭素繊維を、単に、「繊維束」又は「ストランド」ということがある。

本発明のランダムマット及び成形体に含まれる炭素繊維は、式（１）で定義する臨界単繊維数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維（Ａ）と、それ以外の炭素繊維（Ｂ）とに大別される。ここでの炭素繊維（Ｂ）は、単糸（単繊維）と、臨界単繊維数より少ない本数の炭素単繊維からなる炭素繊維束（炭素繊維）とである。
上記の炭素繊維（Ａ）は、ランダムマット中の炭素繊維全量に対する割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下である。炭素繊維（Ａ）の割合が４０Ｖｏｌ％より少ないと、嵩密度を高めることが難しく、成形時の加圧力を低減させることができない。炭素繊維（Ａ）の割合が９９Ｖｏｌ％より多くなると、炭素繊維（Ｂ）が含まれなくなり、成形体としたときに、機械強度に優れた成形体が得られにくくなる。
本発明のランダムマット及び成形体に含まれる炭素繊維（Ａ）としては、臨界単繊維数以上の種々の単繊維数の炭素繊維の混合物であると成形性等の点で好ましい。
本発明のランダムマット及び成形体に含まれる炭素繊維（Ｂ）としては、臨界単繊維数未満の種々の単繊維数の炭素繊維と、束状構造を形成していない炭素単繊維との混合物であると、成形性等の点で好ましい。

炭素繊維（Ａ）の割合は好ましくは４０Ｖｏｌ％以上９８Ｖｏｌ％以下であり、より好ましくは４０Ｖｏｌ％以上９７Ｖｏｌ％以下であり、さらに好ましくは５０Ｖｏｌ％以上９５Ｖｏｌ％未満である。より好ましくは、６０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下であり、さらに好ましくは７０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下である。
これにより、スプリングバック率の低い炭素繊維（Ａ）と、炭素繊維（Ａ）の隙間を埋めて均質な機械強度の発現に寄与する炭素繊維（Ｂ）とからランダムマットが構成され、成形圧力を確実に低減することができるとともに、成形体としたときに高い機械強度が得られる。

炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は、式（２）で定義される範囲内にある。炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が２．０×１０⁵／Ｄ^２未満の場合、高い嵩密度を得ることができにくい。炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が８．０×１０^５／Ｄ^２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。平均単繊維数（Ｎ）としては、下記（２−１）式の範囲であると好ましく、下記（２−２）式の範囲であるとより好ましく、下記（２−３）式の範囲であるとより一層好ましく、下記（２−４）式の範囲であると極めて好ましい：
２．０×１０^５／Ｄ^２＜Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ （２−１）
２．０×１０^５／Ｄ^２＜Ｎ≦５．０×１０^５／Ｄ^２ （２−２）
２．０×１０^５／Ｄ^２＜Ｎ≦４．０×１０^５／Ｄ^２ （２−３）
２．５×１０^５／Ｄ^２≦Ｎ≦４．０×１０^５／Ｄ^２ （２−４）

具体的にはランダムマット及び成形体に含まれる炭素繊維の平均単繊維径が５μｍ以上７μｍ以下の場合、臨界単繊維数は８６本以上１２０本以下となる。炭素繊維の平均単繊維径が５μｍの場合、炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は８０００本以上３２０００本以下の範囲となる。炭素繊維の平均単繊維径が７μｍの場合、炭素繊維中の平均単繊維数（Ｎ）は４０８１本以上１６３２４本以下であることが好ましい。

炭素繊維（Ａ）の平均厚みは、１００μｍ以下が好ましい。これは、溶融した熱可塑性樹脂の炭素繊維への含浸性及び機械強度の発現性が向上するからである。平均厚みの好ましい範囲としては、３０μｍ以上８０μｍであり、より好ましくは４０μｍ以上７０μｍでありさらに好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。
［熱可塑性樹脂］
本発明のランダムマット及び成形体におけるマトリクス樹脂としての熱可塑性樹脂の存在量は、炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下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、熱可塑性樹脂の存在量が２５重量部以上３００重量部以下、さらに好ましくは、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂の存在量は３０重量部以上２００重量部以下である。板厚が薄く、軽量で高強度な成形体が得られるという点から、熱可塑性樹脂量は少ない方が好ましい。
なお、本発明のランダムマット及び成形体は、炭素繊維の含有量が高い水準でも、物性、外観、成形性などが良好なものを得ることができる。炭素繊維の含有量の指標として、炭素繊維体積含有率（以下、繊維体積含有率、Ｖｆと略称する場合がある）を用いることもできる。炭素繊維体積含有率は、ランダムマットや成形体における、炭素繊維の体積と、マトリクス樹脂である熱可塑性樹脂の体積との合計を１００Ｖｏｌ％とした場合の炭素繊維の体積の割合（Ｖｏｌ％）である。
より高い強度を求めるという観点からは、本発明のランダムマットや成形体の炭素繊維体積含有率（Ｖｆ）は、２３Ｖｏｌ％以上であると好ましく、２８Ｖｏｌ％以上であるとより好ましく、３０Ｖｏｌ％以上であるとより一層好ましく、３５Ｖｏｌ％以上であると更に好ましく、４５Ｖｏｌ％以上であると特に好ましく、４８Ｖｏｌ％以上であると極めて好ましい。
本発明のランダムマットや成形体の炭素繊維体積含有率（Ｖｆ）は、７５Ｖｏｌ％以下であると好ましく、７０Ｖｏｌ％以下であるとより好ましく、６５Ｖｏｌ％以下であるとより一層好ましく、６０Ｖｏｌ％以下であると特に好ましく、５８Ｖｏｌ％以下であると極めて好ましい。

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、ポリ乳酸樹脂などからなる群より選ばれる１種類以上が好ましいものとして挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は単独で使用してもよいし、複数を併用してもよい。これら熱可塑性樹脂は共重合体や変性体であってもよい。

［他の剤］
本発明に係るランダムマット及び繊維強化複合材料成形体中には、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又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、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。

［ランダムマット及び成形体の製造方法］
以下、本発明の一形態であるランダムマット及び成形体を好ましく得る方法の一例について述べる。

図１は、ランダムマットの製造方法の一例を説明する概略図である。
ランダムマットは以下の工程１〜６によって好ましく製造することができる。また、成形体は、以下の工程７によって好ましく製造することができる。
１．ストランドＸを拡幅する拡幅工程、
２．拡幅されたストランドＹを分繊する分繊工程、
３．分繊されたストランドＺをカットするカット工程、
４．カットされたストランドＺ（以下、「ストランド片」とする。）を開繊する開繊工程、
５．開繊されたストランド片（以下、「炭素繊維束等」（「炭素繊維（ＡＢ）」とも呼ぶ）とし、炭素繊維（Ａ）と炭素繊維（Ｂ）とを含む。）を拡散させながら、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂とともに散布する散布工程、
６．散布された炭素繊維（ＡＢ）及び熱可塑性樹脂を定着させ、ランダムマットＭを得る定着工程、
７．得られたランダムマットＭをプレス成形して、成形体を得るプレス工程。

以下、各工程について、図面を参照しながら説明する。
［拡幅工程］
拡幅工程は、クリール部１１から引き出されたストランドＸを拡幅ユニット１２で拡幅する。ストランドＸの拡幅は、例えば、カット工程へと供給されるストランドＸの進行方向に対して直交する方向に延びるバーにストランドＸを当接させることで行われる。ストランドＸを拡幅したものをストランドＹとする。

ストランドＸの繊維厚みが既に目的の厚みとなっている場合や、ストランドＸが既に拡幅されている場合は、拡幅工程は不要である。炭素繊維への熱可塑性樹脂の含浸性の点から、拡幅することでストランドＸを目的の厚みにすることが好ましい。

［分繊工程］
分繊工程は、ストランドＹを分繊ユニット１３で分繊する。分繊は、例えばスリッターを利用して、ストランドＹの長手方向と平行に連続したスリットを１又は複数本形成することで行われる。ストランドＹを分繊したものをストランドＺとする。

ここで、ストランドＹを例えば１／２に分繊するとは、ストランドＹを２本に分けることをいう。分繊することで、ストランドＸを目的の平均単繊維数とすることができ、スプリングバックと機械強度とを両立させた成形体を得ることできる。
また、拡幅工程と分繊工程とを行うことで、フィラメント数の少ないストランドを使わずに、目的の平均単繊維数を有するランダムマットＭとすることができ、低コスト化することもできる。

［カット工程］
カット工程は、ストランドＺを、カットユニット１４を利用して、５ｍｍ以上１００ｍｍ以下の固定長にカットする。カットユニット１４は、例えばロータリーカッターを利用できる。ストランドＺをカットしたものをストランド片とする。

ストランドＺをカットすることで、ストランドＺを目的の繊維長とすることができ、機械強度に優れる成形体を得ることできる。つまり、工程６で、スプリングバックと機械強度を両立させたランダムマットＭを得ることが可能となる。

［開繊工程］
ここでは、開繊方法として空気開繊を用いる場合を例示する。本発明に関して、空気開繊とは、炭素繊維に気体を突き付けて開繊することであり、開繊に用いる気体が空気である場合に限定されず、窒素、水蒸気など種々の気体を用いても良い。
開繊工程は、ストランド片を管体１５内に導入し、管体１５内を通過するストランド片に対して気体を吹き付けることにより、ストランド片をバラバラに開繊することが好ましい。より具体的には、開繊工程は、管体１５の外部から内部へと圧縮空気を吹き込むことで行われる。圧縮空気は、ストランド片に直接に吹き付けられるように、吹き込む向きが調整されている。ストランド片が開繊された炭素繊維束等を以下、「炭素繊維（ＡＢ）と称することがある。

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ことができる。具体的には、管体１５の周壁に設けられた吹付孔から、好ましくは風速５０ｍ／ｓｅｃ以上５００ｍ／ｓｅｃ以下の圧縮空気を吹き込むことにより、ストランド片を所望の開繊度まで開繊できる。
より具体的には、吹付孔は、好ましくは直径１ｍｍ程度であり、周壁に数箇所設けられる。吹き込みは、管体１５の外側から０．０１ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下の圧力をかけ、上記の吹付孔を介して内部に圧縮空気を吹き込む。

さらに、上記圧縮空気を用いて繊維を開繊させる方法のほかにも、管体１５内にストランド片と炭素繊維（Ｂ）とを目的の比率で混合することも好ましい。炭素繊維（Ｂ）を別個に調製する場合、あらかじめカットしたストランド片を空気中又は水中などで臨界単繊維数未満になるように開繊させたのち、目的の供給量で管体１５へと供給する。このように別工程で炭素繊維（Ｂ）を調製することで、炭素繊維（Ａ）と炭素繊維（Ｂ）の割合を正確に調整することもできる。

［散布工程］
散布工程は、炭素繊維束等を拡散させながら、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂を吸引し、炭素繊維束等と熱可塑性樹脂とを例えば支持体（定着ネットコンベア）１９上に散布する。これにより、炭素繊維（ＡＢ）と熱可塑性樹脂とが混在するランダムマットＭを好適に得ることができる。

散布工程において、炭素繊維（ＡＢ）及び熱可塑性樹脂の供給量を適宜選択することで、厚み、炭素繊維の含有量、炭素繊維の目付等を変更でき、所望のランダムマットＭを得ることができる。
熱可塑性樹脂の供給は、樹脂供給ユニット１７により行われ、単位時間当たり所定量の熱可塑性樹脂が供給される。

ここで、炭素繊維（ＡＢ）と、繊維状又はパウダー状の熱可塑性樹脂とは２次元配向するように散布することが好ましい。炭素繊維（ＡＢ）を２次元配向させながら散布するために、例えば下記の散布方法が利用される。
炭素繊維束等の散布方法には、円錐形等のテーパ管体１８を用いることが好ましい。テーパ管体１８が円錐形等をしている場合、テーパ管体１８の上部から内部に空気が送り込まれると、テーパ管体１８内で空気が拡散する。これによりテーパ管体１８内の空気の流速が減速し、このときに炭素繊維（ＡＢ）に回転力が与えられ、繊維の配向が２次元的にランダムになる状態に拡散させて炭素繊維束等を散布することができる。

具体的には、開繊工程での管体１５と、散布工程でのテーパ管体１８とが上下に連結されており、上述のテーパ管体１８の上部からの空気の送り込みは、管体１５の吹付孔から吹き込まれた圧縮空気を利用している。
ランダムマットＭを形成するための炭素繊維（ＡＢ）及び熱可塑性樹脂は、後述の理由により、通気性の支持体１９上に散布されることが好ましい。

［定着工程］
定着工程では、散布された炭素繊維（ＡＢ）及び熱可塑性樹脂をマット状に定着させる。特に、通気性の支持体１９上に散布された炭素繊維束等及び熱可塑性樹脂を、支持体１９の裏側から吸引ユニット２０により空気を吸引して炭素繊維束等を定着（吸着）させることが好ましい。通気性の支持体１９は可動式であること好ましく、吸引ユニット２０のような吸引機構を有し、かつ可動式であるとより好ましい。

炭素繊維（ＡＢ）と共に散布された熱可塑性樹脂は、散布された炭素繊維束等と混合されつつ、繊維状であれば空気吸引により、パウダー状であっても空気吸引される炭素繊維（ＡＢ）に伴って、それぞれ定着される。これにより、炭素繊維束等と熱可塑性樹脂との定着量がコントロールされた高品質のランダムマットＭが形成される。
具体的には通気性を有する支持体１９を通して、その裏側より空気吸引することにより、２次元配向の高いランダムマットＭを得ることができる。又、空気吸引の負圧を利用してパウダー状又は短繊維状の熱可塑性樹脂を通気性の支持体１９に吸引・吸着できる。

［プレス工程］
プレス工程は、上記工程で得られたランダムマットＭをプレス成形する。これにより、成形体を得ることができる。このときランダムマットＭは複数枚重ねて、所望の厚みとすることもできるし、ランダムマットＭを１枚利用してプレス成形して薄板材とすることもできる。

プレス工程において、フィルム状又はシート状の熱可塑性樹脂などを炭素繊維マット又はランダムマットに追加することで、成形体の板厚や繊維体積含有率を調整してもよい。
プレス成形の方法及び条件にはとくに制限はないが、マトリクスである熱可塑性樹脂の融点以上、融点プラス８０℃以下の条件、又は、熱可塑性樹脂の融点以上分解温度以下の条件にて熱プレスすることが好ましい。プレスの圧力及びプレス時間も適宜選択できる。
本発明のランダムマットに、異なる状態や構成の炭素繊維を含むランダムマットや、一方向材を積層して、成形することもできる。
異なる状態や構成の炭素繊維を含むランダムマットとしては、本発明のランダムマットであってもよく、本発明のものではないランダムマットであってもよい。
異なる状態や構成の炭素繊維を含むランダムマット同士を積層させるのではなく、金型のリブ部などの各種部位別に種々の適当な炭素繊維構成を有するランダムマットを選択して配置し成形を行っても良い。

［繊維強化複合材料成形体］
本発明は、上記のランダムマットを成形して得られる繊維強化複合材料成形体（以後、成形体と略称される場合がある）の発明を包含するものである。
上記構成のランダムマットを成形基材として利用することで、成形時の加圧力が通常より大幅に低い条件でも、繊維体積含有率及び機械強度の高い優れた成形体を得ることができる。本発明に係るランダムマットは、特に、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が（２）式で規定される範囲を満たすため、当該ランダムマットを成形する際に、炭素繊維束等のスプリングバックが少なくなる。これにより、成形時の炭素繊維束等の膨張を抑える必要がなく、成形圧力を低減することかできる。
特にスプリングバックは繊維体積含有率の高い成形体を得ようとする場合に大きな問題となる。スプリングバックは繊維強化複合材料中の炭素繊維の構成に大きく依存し、単繊維糸状の炭素繊維の割合、および複数本の単繊維が収束された束状構造の炭素繊維であっても、その収束本数によってスプリングバックの量は大きくなる。さらに、複合材料中に占める炭素繊維の割合（繊維体積含有率）が大きくなると、その含有率に伴って、スプリングバック量も大きくなる。つまり、繊維強化複合材料成形体の繊維体積含有率が高いほど、スプリングバックによる問題が深刻になる。
本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含みスプリングバック率が４００％以下である繊維強化複合材料成形体の発明も包含するものである。スプリングバック率の定義については後で詳細に述べる。本発明の繊維強化複合材料成形体はスプリングバック率が３００％以下であると好ましく、２５０％以下であるとより好ましい。
本発明の繊維強化複合材料成形体はスプリングバック率が低く、例えば、これを更にプレス成形（再成形）し、別の形状の成形体に再利用する際などにおいて、あまり成形条件を過酷にすることなく、比較的薄肉の成形体も得ることができる。そのため、本発明の繊維強化複合材料成形体の再成形時には炭素繊維の折損が起き難いので、再成形体においても、炭素繊維による補強効果や、炭素繊維の等方性が維持されやすいという利点がある。
スプリングバックに関するより簡易的な指標として、別途示す式（１１）にて定義される溶融膨張率（％）も用いることができる。本発明の繊維強化複合材料成形体は、溶融膨張率が７０％以下のものであると好ましく、５０％以下のものであるとより好ましく、３０％以下のものであるとより一層好ましく、１０％以下のものであると極めて好ましい。
本発明のランダムマットを成形して繊維強化複合材料成形体を得る場合、成形時に他の成形基材、熱可塑性樹脂、炭素繊維などを追加しなければ、ランダムマットの繊維体積含有率、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維の長さや幅、厚みといった寸法などは一般的に成形体においても保たれている。
つまり、本発明は、
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料成形体であって、該炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下の炭素繊維マットになっており、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単繊維数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維（Ａ）であり、炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす繊維強化複合材料成形体の発明も包含するものである。
臨界単繊維数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均単繊維径（μｍ）である）
本発明の繊維強化複合材料成形体に含まれる熱可塑性樹脂や炭素繊維として好ましい種類、特性などは、ランダムマットやその製造方法に関して述べたとおりである。本発明の繊維強化複合材料成形体に含まれる炭素繊維として、開繊された炭素繊維が好ましいことや単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維であると好ましいことなどもランダムマットと同様である。
本発明の繊維強化複合材料成形体は、任意の方向、およびこれと直交する方向（以下、それぞれ０度方向と９０度方向と称することがある）についての引張弾性率の、大きい方の値を小さい方の値で割った比（以下、Ｅδ値と略することがある）が２未満であると好ましく１．５以下であるとより好ましく、１．３以下であるとより一層好ましい。Ｅδは、材料の等方性の指標であり、Ｅδが２未満であると等方性とされ、Ｅδが１．５未満であると等方性が優れているとされ、１．３以下であると等方性が特に優れているとされる。定義から明らかなようにＥδ値の最小値は１．０である。

さらに、形成型の形状等を適宜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ができる。
また、成形体は、積層構造（ハイブリッド構造）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他種類の強化繊維を用いたランダムマットや不織布等を配置し、その上に炭素繊維束等を散布する方法が挙げられる。

薄肉のランダムマットを使用したり、使用するランダムマットの枚数を少なくしたりすることで、薄肉の成形体が得られる。このため、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。
また、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。

［炭素繊維マット］
以上の記載から明らかなとおり、本発明は、
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下のマット形状となっている炭素繊維マットであり、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界繊維数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維（Ａ）であり、炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす炭素繊維マットの発明も包含する。
臨界繊維数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０^５／Ｄ^２＜≦Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均単繊維径（μｍ）である）
本発明の炭素繊維マットに含まれる炭素繊維として好ましい種類、特性などは、ランダムマットやその製造方法に関して述べたとおりである。本発明の炭素繊維マットに含まれる炭素繊維として、開繊された炭素繊維が好ましいこと、単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維であると好ましいこと、などもランダムマットと同様である。
なお、ここでいう炭素繊維マットとは、マトリクスとしての熱可塑性樹脂を含まないものであるが、炭素繊維のサイジング剤やバインダー剤として、炭素繊維１００重量部に対して１５重量部以下、より一般的には１０重量部以下の高分子化合物を含むものであっても良い。

［炭素繊維マットの製造方法］
本発明の炭素繊維マットの製造方法としては、前記のランダムマットの製造方法を、マトリクス樹脂としての熱可塑性樹脂を用いない以外は同様に行う製造方法が一例として挙げられる。
単繊維数５０００〜１７５０００等の未開繊の炭素繊維を、炭素繊維（Ａ）が前記の所定量、かつ前記式（２）の平均単繊維数（Ｎ）を満たすよう開繊する方法としては、空気開繊、湿式抄紙、カーディング、ニードルパンチ、またはローラー開繊などが例示され、空気開繊、湿式抄紙、カーディングからなる群より選ばれる少なくとも１種の方法が好ましい。なかでも、３次元ランダム状の炭素繊維が特に少なく２次元ランダム配向性が高い炭素繊維マットが得られやすいなどの点で空気開繊が好ましい。

＜湿式抄紙＞
湿式抄紙は、水などの分散媒に繊維を分散させた分散液を濾過してマット状物（繊維マット）とする際、該繊維をより単繊維数の少ない繊維に開繊する方法である。湿式抄紙では、濾過だけでは繊維マットから分散媒を完全に除去できないため、加熱により分散媒を揮発させるなどの処理が更に必要になり、製造コストで空気開繊に比べてやや不利と言える。
湿式抄紙を行う工程は、基本的に、分散液の調製、繊維の分散および開繊が行われる分散槽、分散液を濾過して繊維マットを得る濾過装置から構成される。分散槽からろ過装置に分散液を送り濾過する際、特段の工夫なく濾過を行うと、送液用配管中で繊維が送液方向に配向してしまい、２次元ランダム配向性が低く等方性とは言い難い繊維マットとなり好ましくない場合がある。そのような送液用配管中で繊維配向が起こる場合、濾過面に対して垂直方向（Ｚ方向）を向いた、つまり立った状態で濾過される繊維が増え、得られる繊維マットが２次元ランダム配向では無く３次元ランダム状となる恐れもある。
より２次元ランダム配向性が高い繊維マットを湿式抄紙で得るため、分散液を濾過装置の濾過面に供給する際、分散液の吐出部を濾過面に対して、前後左右（Ｘ方向やＹ方向）に、または弧を描く等のように可動させると好ましい。
前記の国際公開第２００７／９７４３６号のように、炭素繊維を湿式抄紙法で特段の工夫なく開繊すると、炭素繊維がすべて、ほぼ完全に単繊維まで開繊される場合がある。未開繊の炭素繊維を、炭素繊維（Ａ）が前記の所定量、かつ前記式（２）の平均単繊維数（Ｎ）を満たすよう湿式抄紙にて開繊して本発明の炭素繊維マットを得る方法としては、
・ 分散媒に炭素繊維を分散させ開繊させる処理を、分散液の撹拌などを行わず、極めて短時間で行う、
・ 分散媒に対して、炭素繊維を極めて大量に投入する、
・ 分散媒の親和性があまり高くない、つまり分散媒が水の場合は水溶性があまり高くないサイジング剤で処理された炭素繊維を用いる、
・炭素繊維として、その炭素繊維を構成している一部の炭素単繊維には、分散媒に溶解し難いサイジング剤を付着させ、別の一部の炭素単繊維には分散媒に溶解しやすいサイジング剤を付着させたものを用いる。
などの手法より選ばれる１つ以上の手法が好ましいものとして例示される。更に、単繊維数４００００以上１７５０００以下のラージトウ炭素繊維を用い、上記手法と組み合わせることも好ましい。
湿式抄紙の際、マトリクス樹脂である熱可塑性樹脂を粒子状や繊維状にして炭素繊維と混合して操作を行うことにより、ランダムマットを得ることも可能である。
上記から明らかなとおり、本発明は、炭素繊維など、単繊維が束状構造となっている強化繊維を湿式抄紙法で開繊するにおいて、一部の単繊維には、湿式抄紙法における分散媒に難溶性のサイジング剤が付着し、他の一部の単繊維には分散媒に易溶性のサイジング剤が付着している強化繊維を用いて開繊することにより、平均単繊維数が、開繊前の単繊維数未満かつ１本超過の強化繊維開繊物を製造する発明も包含する。強化繊維開繊物の平均単繊維数としては、用途が多いことなどから、１６０００以下であるとより好ましく、１００００以下であるとより一層好ましく、８０００以下であると更に好ましい。強化繊維開繊物の平均単繊維数としては１０以上であると好ましく、１００以上であるとより好ましく、１０００以上であるとより一層好ましい。
本発明は上記の強化繊維開繊物、強化繊維開繊物と樹脂とを含むランダムマット、強化繊維開繊物を含む成形体の発明も包含する。

＜カーディング＞
一般に、カーディングとは、綿などの不連続繊維を櫛で処理して、不連続繊維の方向を揃えたり、不連続繊維を開繊したりする処理のことをいい、カーディングを行う装置はカード機とも呼ばれる。
炭素繊維をカーディングにより処理し、本発明の炭素繊維マットを得ることもできる。カーディングの方法や装置としては、国際公開第２０１３／１１６８６９号に記載されるものが例示される。
炭素繊維をカーディングにより開繊して本発明の炭素繊維マットを得る際、炭素繊維の折損が著しく発生するなどの問題が発生する場合がある。これらの問題の発生を抑制できるよう、
・ カーディングを極力短い時間で行う、
・ カーディング時の櫛の稼働速度を低目に設定する、
・ 適度な柔軟性や弾性を有する材質でできた櫛を有するカード機でカーディングを行う、
・熱可塑性樹脂の繊維を炭素繊維に混ぜてカーディングを行う、
などの手法を用いてもよい。
上記のようにカーディングの際、マトリクス樹脂である熱可塑性樹脂の繊維を炭素繊維と混合して操作を行うことにより、ランダムマットを得ることも可能である。
カーディング処理で得られる繊維マットは、繊維が配向していることが多い。よって、カーディング処理によって得られる本発明の炭素繊維マットとしては、複数枚のカーディング処理物を用意し、それらを積層し、より面内等方性が高くなるようにしたものであると好ましい。当然、カーディング処理物を積層する際に、カーディング処理物の炭素繊維の配向方向が一定の割合で異なったものとなるよう、各カーディング処理物を配置して積層することが好ましい。
そのような積層方法としては、１枚目のカーディング処理物（その炭素繊維の配向方向を０°とする）に対して、２枚目のカーディング処理物をその炭素繊維の配向方向が９０°となるよう配置・積層し（以下、９０°方向積層と略）、更に３枚目のカーディング処理物をその炭素繊維の配向方向が０°となるよう配置・積層し（０°方向積層と略）、以後、偶数枚目のカーディング処理物の９０°方向積層、および奇数枚目のカーディング処理物の０°方向積層を適宜繰り返し、炭素繊維マットとする方法が例示される。

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。
炭素繊維やその試料について、繊維の長さ、繊維幅及び厚みの単位は「ｍｍ」であり、重量の単位は「ｇ」である。また、炭素繊維の厚みの単位は「μｍ」である。なお、以下の実施例、比較例で用いた炭素繊維（ストランド）や熱可塑性樹脂の密度は以下の通りである。なお、ここでの炭素繊維はすべてＰＡＮ系である。

炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＵＴＳ５０−２４Ｋ：１．７９ｇ／ｃｍ³
炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＵＴＳ５０−１２Ｋ：１．８０ｇ／ｃｍ³
炭素繊維“テナックス”（登録商標）ＳＴＳ４０−２４Ｋ：１．７５ｇ／ｃｍ³
ポリカーボネート：１．２０ｇ／ｃｍ³、ガラス転移温度１５０℃、融点相当温度＝２３０℃
ポリアミド６：１．１４ｇ／ｃｍ³、融点２２５℃

［ランダムマットにおける炭素繊維束の分析］
ランダムマットを１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出し、炭素繊維束をピンセットで全て取り出し、炭素繊維束の数（Ｉ）及び炭素繊維束の長さ（Ｌｉ）と重量（Ｗｉ）を測定し、記録する。

ピンセットにて取り出すことができない、十分に小さい炭素繊維束等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）。重量の測定には、１／１００ｍｇまで測定可能な天秤を用いる。炭素繊維束等と樹脂とを分離できる場合はピンセットで炭素繊維束等のみを取り出し、炭素繊維束等と樹脂とを分離できない場合には、例えば５００℃で１時間程度加熱し、樹脂を除去した後に測定する。

使用している炭素繊維の繊維径（Ｄ）より、臨界単繊維数を計算し、臨界単繊維数以上であって式（２）の範囲に入る炭素繊維（Ａ）と、それ以外の炭素繊維（Ｂ）等に分ける。
炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）の求め方は以下の通りである。
炭素繊維中の繊維本数（Ｎｉ）は、使用している炭素繊維の繊度（Ｆ（ｇ／１０００ｍ））及びフィラメント数（ｎ）より、下記式（３）により求められる。

Ｎｉ＝Ｗｉ／（Ｌｉ×Ｆ／ｎ） ・・・（３）
炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は、全炭素繊維束中のうち、臨界単繊維数以上の繊維本数からなる炭素繊維について、束の数（Ｊ）及び繊維本数（Ｎｊ）より、下記式（４）により求められる。
Ｎ＝ΣＮｊ／Ｊ ・・・（４）
炭素繊維（Ａ）のランダムマットの繊維全量に対する割合（ＶＲ）は、炭素繊維の密度（ρ）を用いて、下記式（５）により求められる。

ＶＲ＝Σ（Ｗｊ／ρ）×１００／（（Ｗｋ＋ΣＷｉ）／ρ） ・・・ （５）

［炭素繊維の平均繊維長および平均繊維厚みの分析］
ランダムマットから無作為に抽出した炭素繊維束等１００本について、長さをノギス又はルーペを用いて１ｍｍ単位まで、厚みをマイクロメーターを用いて１μｍ単位まで、それぞれ測定して記録し、測定した全ての炭素繊維束等の長さ（Ｌｉ）、厚み（Ｔｉ）から、式（６），（７）により平均繊維長（Ｌ）および平均繊維厚み（Ｔ）を求めた。繊維と樹脂とが分離できない場合は５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去した後、炭素繊維束等を抽出した。

［炭素繊維の幅および繊維幅分布の測定］
ランダムマットから無作為に抽出した炭素繊維束等１００本について、個々の繊維幅（Ｗｉ）を測定し、幅が０．３ｍｍ未満、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満、０．６ｍｍ以上０．９ｍｍ未満、０．９ｍｍ以上１．２ｍｍ未満、１．２ｍｍ以上１．５ｍｍ未満、および１．５ｍｍ以上の各区間に分別した。各区間の重量を測定し、各区間の割合（炭素繊維全量を１００重量％とした重量％）を算出した。

Ｌ＝ΣＬｉ／１００ ・・・（６）
Ｔ＝ΣＴｉ／１００ ・・・（７）
［成形体におけるスプリングバックの求め方］
以下の手順１〜４で成形体及び成形体の樹脂を溶融させたランダムマットの厚みを測定し、スプリングバック量の算出を行った。なお同一水準において、この測定を少なくとも５測定以上、成形体及びランダムマットの異なる部分で行い、その平均値をもって厚み測定値とする。なお、測定する成形体は成形体内部に空隙を含まないものを測定し、空隙を含む場合は、加熱、加圧することで内部の空隙を除去した状態での厚みを測定し、その値を初期厚み（ｔ_c0 ）とする。
１． 成形体を５０ｍｍ×５０ｍｍに切り出し、成形体の初期厚み（ｔ_c0 ）を測定する。
２． 厚みを測定した成形体を、樹脂の融点＋５０℃で１０分間炉内にて加熱して熱可塑性樹脂を溶融させる。熱可塑性樹脂が非晶性の場合は樹脂が十分に溶融する温度にて１０分間炉内で加熱する。上記の条件で熱可塑性樹脂が十分に溶融できていない場合は、加熱温度を上昇させ、十分に溶融させる。
３． 炉内の温度を下げ、融点以下、例えば常温まで試料片（ランダムマット）が冷めると、ピンセットで平坦なところに移し、ランダムマットの溶融後厚み（ｔ_ｃ１ ）を測定する。
４． 得られた初期厚み（ｔ_ｃ０ ）、溶融後厚み（ｔ_ｃ１ ）及び繊維体積含有率（Ｖｆ）を用いて、成形体のスプリングバック量、スプリングバック率などをそれぞれ下記式（８）〜（１１）により求める。

なお、成形体における炭素繊維層厚み（ｔ_ｆ０ ）は、測定を行った試料片について、炭素繊維が面内で一様の厚みであるとし、下記式（９）によって求めた。
スプリングバック量（ｍｍ）＝溶融後厚み（ｔ_ｃ１ ）−初期厚み（ｔ_ｃ０ ） ・・・ （８）
炭素繊維層厚み（ｔ_ｆ０ ）（ｍｍ）＝（（初期厚み（ｔ_ｃ０ ）×５０（ｍｍ）×５０（ｍｍ））×繊維体積含有率（Ｖｆ））／２５００（ｍｍ^２） ・・・ （９）
スプリングバック率（％）＝溶融後厚み（ｔ_ｃ１ ）×１００／炭素繊維層厚み（ｔ_ｆ０ ）・・・ （１０）
溶融膨張率（％）＝１００×スプリングバック量（ｍｍ）／初期厚み（ｔ_ｃ０ ） ・・・ （１１）

［成形体の厚み測定］
得られた成形体の厚みを成形体全体から１３箇所、マイクロメーターを用いて測定し、平均値を求めた。測定箇所としては、成形体中心及び中心から縦・横方向に±５０ｃｍの格子状測定点を作り周囲８点の厚みを測定した（表１には平均値を成形体中心厚みとして記載）。さらに成形体端部の厚みとして、成形体の四辺それぞれの中央付近について、端から１０ｍｍ以上、１５ｍｍ以下となる位置での厚みを計４箇所測定した。

［曲げ試験］
ウォータージェットを用いて成形体から試験片を切出し、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８を参考として、インストロン社製の万能試験機を用いて、曲げ強度を測定した。支点間距離（Ｌｔ）は、Ｌｔ＝４０×ｈから算出し（ｈは、試験片の厚みである。）、試験速度は５ｍｍ／ｍｉｎとした。

成形体の板厚が３ｍｍを超える場合は、繊維体積含有率を同じにした厚み２ｍｍの成形体を準備し、その成形体における曲げ強度の値を用いた。

［引張試験］
ウォータージェットを用いて成形体から試験片を切出し、ＪＩＳ Ｋ ７１６４：２００５を参考として、Ａ＆Ｄ社製のテンシロン万能試験機を用いて、引張強度および引張弾性率を測定する。試験片はＡ形試験片、またはこれに準じたものとする。チャック間距離は約１１５ｍｍ、試験速度は２ｍｍ／分とする。なお、試験片については、成形体の任意の方向（０度方向）、およびこれと直交する方向（９０度方向）についてそれぞれ切出し、両方向の引張強度および引張弾性率を測定する。測定された引張弾性率については、大きい方の値を小さい方の値で割った比（Ｅδ値）を算出する。

［実施例１］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＵＴＳ５０−２４Ｋ（繊維径Ｄ６．９μｍ、繊維幅１０ｍｍ、引張強度５０００ＭＰａ））を拡幅して２５ｍｍ幅とした。拡幅したストランドは、１／５に分繊された後、繊維長２０ｍｍにカットされる。

ストランド片は、供給量４００ｇ／ｍｉｎで管体内に導入され、管体内で圧縮空気を吹き付けられて、部分的に開繊される。開繊には、吹付孔から５０ｍ／ｓｅｃで圧縮空気を送付した。ストランド片が開繊されてなる炭素繊維束等は、熱可塑性樹脂と混合されて、テーパ管体の出口下部に設置した通気性支持体（０．１７ｍ/ｍｉｎにて可動）上に、空気吸引されながら１０００ｍｍの幅にて散布された。これにより、平均繊維長２０ｍｍの炭素繊維束等（炭素繊維（ＡＢ））と熱可塑性樹脂が混合されたランダムマットを得た。 このランダムマットにおいて、炭素繊維（ＡＢ）は２次元ランダム配向してマット状になっていた。炭素繊維（ＡＢ）のうち、炭素繊維（Ａ）は、臨界単繊維数以上の種々の単繊維数の炭素繊維の混合物であり、炭素繊維（Ｂ）は臨界単糸数未満の種々の単繊維数の炭素繊維と、束状構造を形成していない炭素単繊維との混合物であった。

熱可塑性樹脂としては、平均粒径が６００μｍに冷凍粉砕したポリカーボネート樹脂（帝人化成社製のポリカーボネート：パンライトＬ−１２２５Ｌ）を用いた。得られたランダムマットの炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ）、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）及び炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）をそれぞれ調べたところ、表１に示すように、平均繊維長（Ｌ）は２０ｍｍ、式（１）で定義される臨界単繊維数は８６本であり、炭素繊維（Ａ）の繊維全量に対する割合は８６％、炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）は４２００本、炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）は５４μｍであった。ランダムマット中の炭素繊維の繊維幅分布を求めたところ、幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維は１４．０重量％、幅１．５ｍｍ以上の炭素繊維は７８．１重量％であり、ほかの区間の炭素繊維はいずれも１０．０重量％未満であった。

作製したランダムマットに対して圧力をかけながら、３００℃で２０分間加熱することで、樹脂が炭素繊維に含浸した厚み３．３ｍｍのランダムマットとした。ランダムマットは、プリプレグとして成形金型に対するチャージ率が９０％となるようにカットされ、カットされたランダムマットを２８０℃に加熱されたプレス機に配置して、２．０ＭＰａの成形圧力で成形し、３．０ｍｍの成形体を得た。

得られた成形体について厚み評価を行ったところ、表１に示すように、中心部分での平均厚みは３．０２ｍｍ、端部（４箇所）での平均厚みは２．９５ｍｍであり、成形金型の端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されていることが確認できる。
さらに、表１に示すように、得られた成形体の繊維体積含有率は５０Ｖｏｌ％であり、スプリングバック量は０．６１ｍｍ、溶融膨張率は２０．３％、スプリングバック率は２４０％であった。ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し、曲げ強度の評価を行った結果、曲げ強度は６２０ＭＰａであった。

上記結果から、成形圧力が比較例と同じ２．０ＭＰａであるにも拘らず、比較例に対して、高い繊維体積含有率及び曲げ強度が得られた。

［実施例２］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４Ｋ（繊維径７．０μｍ、繊維幅１０ｍｍ、引張強度４０００ＭＰａ））を拡幅して２０ｍｍ幅とした。拡幅したストランドは、５ｍｍ間隔（１／４）に分繊された後、繊維長８ｍｍにカットされる。

ストランド片は、供給量４００ｇ／ｍｉｎで管体内に導入され、管体内で圧縮空気を吹き付けられて、部分的に開繊される。開繊には、吹付孔から５０ｍ／ｓｅｃで圧縮空気を送付した。ストランド片が開繊されてなる炭素繊維束等は、熱可塑性樹脂と混合して、テーパ管体の出口下部に設置した通気性支持体（０．１４ｍ/ｍｉｎにて可動）上に、空気吸引されながら、１０００ｍｍの幅にて散布された。これにより、平均繊維長８ｍｍの炭素繊維束等と熱可塑性樹脂とが混合されたランダムマットを得た。このランダムマットにおいて、炭素繊維（ＡＢ）は２次元ランダム配向してマット状になっていた。炭素繊維（ＡＢ）のうち、炭素繊維（Ａ）は、臨界単繊維数以上の種々の単繊維数の炭素繊維の混合物であり、炭素繊維（Ｂ）は臨界単糸数未満の種々の単繊維数の炭素繊維と、束状構造を形成していない炭素単繊維との混合物であった。

熱可塑性樹脂としては、平均粒径が６００μｍに冷凍粉砕したポリアミド６樹脂（ユニチカ社製のポリアミド６：Ａ１０３０）を用いた。得られたランダムマットの炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ）、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）及び炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）をそれぞれ実施例１と同様に調べ、表１にまとめた。ランダムマット中の炭素繊維の繊維幅分布を求めたところ、幅が０．３ｍｍ未満の炭素繊維は１０．０重量％、幅が１．５ｍｍ以上の炭素繊維は８０．２重量％であり、ほかの区間の炭素繊維はいずれも１０．０重量％未満であった。なお、本発明に関して、ランダムマットや成形体に含まれる、炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ）、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）、炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）、および炭素繊維の繊維幅分布を、開繊指標類と称することがある。

作製したランダムマットに対して、圧力をかけながら、２８０℃で２０分間加熱することで、樹脂が炭素繊維に含浸する厚み３．３ｍｍのランダムマットとした。ランダムマットは、プリプレグとして成形金型に対するチャージ率が９０％となるようにカットされ、カットされたランダムマットを２６０℃に加熱されたプレス機に配置して、実施例１と同様に、２．０ＭＰａの成形圧力で成形し、３．０ｍｍの成形体を得た。

得られた成形体について厚み評価を行ったところ、表１に示すように、中心部分での平均厚みは３．０１ｍｍ、端部（４箇所）での平均厚みは２．９６ｍｍであり、成形金型の端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されていることが確認できる。
さらに得られた成形体の繊維体積含有率、スプリングバック量及びスプリングバック率の算出した結果並びに曲げ強度の評価を行った結果を表１にまとめた。

表１に示すように、得られた成形体の繊維体積含有率は５５Ｖｏｌ％であり、スプリングバック量は０．７９ｍｍ、溶融膨張率は２６．３％であり、スプリングバック率は２３０％であった。曲げ強度は６５０ＭＰａであった。
上記結果から、本実施例２においても、実施例１と同様に、成形圧力が比較例と同じ２．０ＭＰａであるにも拘らず、比較例に対して、高い繊維体積含有率及び曲げ強度が得られた。

［実施例３］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＵＴＳ５０−１２Ｋ（繊維径６．９μｍ、繊維幅１０ｍｍ、引張強度４９００ＭＰａ））をカットして繊維長３０ｍｍとした。

ストランド片は、供給量５００ｇ／ｍｉｎで管体内に導入され、管体内で圧縮空気を吹き付けられて、部分的に開繊される。開繊には、吹付孔から８０ｍ／ｓｅｃで圧縮空気を送付した。ストランド片が開繊されてなる炭素繊維束等は、熱可塑性樹脂と混合して、テーパ管体の出口下部に設置した通気性支持体（０．１４ｍ/ｍｉｎにて可動）上に、空気吸引されながら、１０００ｍｍの幅にて散布された。これにより、平均繊維長３０ｍｍの炭素繊維束等と熱可塑性樹脂とが混合されたランダムマットを得た。このランダムマットにおいて、炭素繊維（ＡＢ）は２次元ランダム配向してマット状になっていた。炭素繊維（ＡＢ）のうち、炭素繊維（Ａ）は、臨界単繊維数以上の種々の単繊維数の炭素繊維の混合物であり、炭素繊維（Ｂ）は臨界単糸数未満の種々の単繊維数の炭素繊維と、束状構造を形成していない炭素単繊維との混合物であった。

熱可塑性樹脂としては、平均粒径が６００μｍに冷凍粉砕したポリアミド６樹脂（ユニチカ社製のポリアミド６：Ａ１０３０）を用いた。得られたランダムマットの炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ）、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）及び炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）をそれぞれ実施例１同様に調べ表１にまとめた。ランダムマット中の炭素繊維の繊維幅分布を求めたところ、幅が０．３ｍｍ未満の炭素繊維は３０．０重量％、幅が１．５ｍｍ以上の炭素繊維は６４．０重量％であり、ほかの区間の炭素繊維はいずれも５．０重量％未満であった。作製したランダムマットに対して、圧力をかけながら、２８０℃で２０分間加熱することで、樹脂が炭素繊維に含浸する厚み４．４ｍｍのランダムマットをした。ランダムマットは、プリプレグとして成形金型に対するチャージ率が９０％となるようにカットされ、カットされたランダムマットを２６０℃に加熱されたプレス機に配置して、実施形態１と同様に、２．０ＭＰａの圧力で成形し、４．０ｍｍの成形体を得た。

得られた成形体について厚み評価を行ったところ、表１に示すように、中心部分での平均厚みは３．９８ｍｍ、端部（４箇所）での平均厚みは３．９５ｍｍであり、成形金型の端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されていることが確認できる。
さらに得られた成形体の繊維体積含有率、スプリングバック量及びスプリングバック率の算出した結果並びに曲げ強度の評価を行った結果を表１にまとめた。

表１に示すように、得られた成形体の繊維体積含有率は５０Ｖｏｌ％であり、スプリングバック量は０．２２ｍｍ、溶融膨張率は５．５％であり、スプリングバック率は２１０％であった。曲げ強度は６００ＭＰａであった。
上記結果から、本実施例３においても、他の実施例と同様に、成形圧力が比較例と同じ２．０ＭＰａであるにも拘らず、比較例に対して、高い繊維体積含有率及び曲げ強度が得られた。

［比較例１］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４Ｋ（繊維径７．０μｍ、繊維幅１０ｍｍ、引張強度４０００ＭＰａ））を拡幅して２０ｍｍ幅とした。拡幅したストランドはカットされ、繊維長１０ｍｍのストランド片になる。

ストランド片は、供給量４００ｇ／ｍｉｎで管体内に導入され、管体内で圧縮空気を吹き付けられて、部分的に開繊される。開繊には、吹付孔から４５０ｍ／ｓｅｃで圧縮空気を送付した。ストランド片が開繊されてなる炭素繊維束等は、熱可塑性樹脂と混合して、テーパ管体の出口下部に設置した通気性支持体（０．２５ｍ/ｍｉｎにて可動）上に、空気吸引されながら、１０００ｍｍの幅にて散布された。これにより、平均繊維長１０ｍｍの炭素繊維束等と熱可塑性樹脂とが混合されたランダムマットを得た。

熱可塑性樹脂としては、平均粒径が約６００μｍに冷凍粉砕したポリカーボネート樹脂（帝人化成社製のポリカーボネート：パンライトＬ−１２２５Ｌ）を用いた。得られたランダムマットの炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ）、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）及び炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）をそれぞれ実施例１と同様に調べ表１にまとめた。ランダムマット中の炭素繊維の繊維幅分布を求めたところ、幅が０．３ｍｍ未満の炭素繊維は６５．０重量％、幅が１．５ｍｍ以上の炭素繊維は０．２重量％であり、幅が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ未満の炭素繊維が３４．８重量％であった。

作製したランダムマットに対して、圧力をかけながら、３００℃で２０分間加熱することで、樹脂が炭素繊維に含浸する厚み３．３ｍｍのランダムマットとした。ランダムマットは、プリプレグとして成形金型に対するチャージ率が９０％となるようにカットされ、カットされたランダムマットを２８０℃に加熱されたプレス機に配置して、実施例と同様に、２．０ＭＰａの成形圧力で成形し、３．０ｍｍの成形体を得た。

得られた成形体について厚み評価を行ったところ、表１に示すように、中心部分での平均厚みは３．０７ｍｍ、端部（４箇所）での平均厚みは２．８９ｍｍであり、成形金型の端部までランダムマットが充填されていることを確認できる。
成形板の端部（４箇所）での厚みムラ（最大と最小との差である。）が０．０８ｍｍとなり、実施例の厚みムラ（０．０２ｍｍから０．０３ｍｍである。）よりも、大きくなっている。

さらに得られた成形体の繊維体積含有率、スプリングバック量及びスプリングバック率の算出した結果並びに曲げ強度の評価を行った結果を表１にまとめた。
表１に示すように、得られた成形体の繊維体積含有率は３０Ｖｏｌ％であり、スプリングバック量は１０．１５ｍｍ、溶融膨張率は３３８．３％、スプリングバック率は１４３０％であった。曲げ強度は３９８ＭＰａであった。

上記結果から、成形体は、その端部まで充填されてはいるものの、端部での厚みムラが大きくなっている。

［比較例２］
炭素繊維（東邦テナックス社製：テナックスＳＴＳ４０−２４Ｋ（繊維径７．０μｍ、繊維幅１０ｍｍ、引張強度４０００ＭＰａ））を使用した。カット装置には、ナイフの角度が周方向に９０°に配置され、刃幅１ｍｍのナイフを周方向に１６ｍｍピッチで、かつ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されたロータリーカッターを用いた。

ストランド片は、供給量３００ｇ／ｍｉｎで管体内に導入され、管体内で圧縮空気を吹き付けられて、部分的に開繊される。開繊には、吹付孔から１００ｍ／ｓｅｃで圧縮空気を送付した。ストランド片が開繊されてなる炭素繊維束等は、熱可塑性樹脂と混合して、テーパ管体の出口下部に設置した通気性支持体（０．１９ｍ/ｍｉｎにて可動）上に、空気吸引されながら、１０００ｍｍの幅にて散布される。これにより、平均繊維長１６ｍｍの炭素繊維束等と熱可塑性樹脂とが混合されたランダムマットを得た。

熱可塑性樹脂としては、平均粒径が約６００μｍに冷凍粉砕したポリカーボネート樹脂（帝人化成社製のポリカーボネート：パンライトＬ−１２２５Ｌ）を用いた。得られたランダムマットの炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ、炭素繊維（Ａ）の割合、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）及び炭素繊維（Ａ）の平均厚み（Ｔ）をそれぞれ実施例と同様に調べ表１にまとめた。ランダムマット中の炭素繊維の繊維幅分布を求めたところ、幅が０．３ｍｍ未満の炭素繊維は４７．０重量％、幅が１．５ｍｍ以上の炭素繊維は３．０重量％であり、幅が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ未満の炭素繊維が５０．０重量％であった。

作製したランダムマットに対して、圧力をかけながら、３００℃で２０分間加熱することで、厚み２．２ｍｍとされた。加圧・加熱後のランダムマットは、プリプレグとして成形金型に対するチャージ率が９０％となるようにカットされ、カットされたランダムマットを２８０℃に加熱されたプレス機に配置して、実施例と同様に、２．０ＭＰａの成形圧力で成形し、２．１ｍｍの成形体を得た。

得られた成形体について厚み評価を行ったところ、表１に示すように、中心部分での平均厚み２．１０ｍｍに対して、端部（４箇所）での平均厚みは１．７２ｍｍであり、成形金型の端部までランダムマットを充填させることができなかったことを確認できる。
また、成形板の端部（４箇所）での厚みムラが０．２ｍｍとなり、実施例の厚みムラ（０．０２ｍｍから０．０３ｍｍである。）よりも、大きくなっている。

さらに得られた成形体の繊維体積含有率、スプリングバック量及びスプリングバック率の算出した結果並びに曲げ強度の評価を行った結果を表１にまとめた。
表１に示すように、得られた成形体の繊維体積含有率は４４Ｖｏｌ％であり、スプリングバック量は１．９３ｍｍ、溶融膨張率は９１．９％であり、スプリングバック率は４５０％であった。曲げ強度は５２０ＭＰａであった。

上記結果から、本比較例２では、成形圧力が実施例と同じ２．０ＭＰａであるにも拘らず、ランダムマットを成形金型の端部にまで充填させることができず、厚みムラが大きくなっている。

［スプリングバックについて］
ランダムマットを利用した成形体は、上述の実施例及び比較例に記載したように、ランダムマットに対して、一度加熱・加圧を行って樹脂を含浸させた（プリプレグとする場合である。）後、成形型を利用して加圧・加熱して目的の厚み、形状を持った成形体としている。

このため、ランダムマットの熱可塑性樹脂の溶融状態での厚みと成形体の厚みとの差が大きいほど、成形時に大きな圧力が必要となる。換言すると、ランダムマットの嵩密度が小さいほど、成形時に大きな圧力が必要となる。
一方、嵩密度は、ランダムマットを構成する炭素繊維束等の平均単繊維数や炭素繊維（Ａ）の割合によって決定される。嵩密度をランダムマットにおいて評価する場合、上記の繊維束の構成以外に、熱可塑性樹脂の含有率や樹脂の固化状態の影響を受けるおそれがある。

そこで、本発明者は、上記熱可塑性樹脂の状態等の影響を受けずに嵩密度を評価する方法として、固化した熱可塑性樹脂により拘束されている成形体の初期厚み（ｔ_ｃ０ ）と、溶融させて熱可塑性樹脂による拘束を取り除いてランダムマット本来の状態に戻ったランダムマットの厚み（溶融後厚み（ｔ_ｃ１ ））とを比較した。なお、この評価を行うに当たり、事前に成形体の内部に空隙が存在せず、十分に熱可塑性樹脂が充填されていることを確認した後、評価を行った。

熱可塑性樹脂により拘束されている強化繊維マットが、その拘束力が排除されて、強化繊維マット本来の状態に戻ることを、スプリングバックと定義し、嵩密度の概念に相当するものとして、スプリングバックを用いて説明する。なお、表１中のスプリングバック量及びスプリングバック率は、上記式（８）〜（１０）により算出している。
図２は、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）とスプリングバック率の関係を示す図である。

成形体のスプリングバック率は、図２に示すように、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）の増加に伴って、減少する傾向にある。特に、平均単繊維数（Ｎ）が４０００本とした場合に、スプリングバック率は２００％程度になっている。
実施例及び比較例では、平均単繊維数（Ｎ）が最大で８２００本であったが、平均単繊維数（Ｎ）が８２００本以上でもスプリングバック率は、２００％程度に収束すると予測できる。

繊維体積含有率を高め、５０Ｖｏｌ％以上に調整する場合、繊維のスプリングバック率は２００％程度であれば、成形体と、熱可塑性樹脂の拘束を取り除いたランダムマットの厚みがほぼ等しくなる（式（９），（１０）参照）。
従って、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）を４０００本以上にすることで、スプリンバック率が２００％程度となることから、平均単繊維数（Ｎ）が４０００よりも小さい炭素繊維を利用したランダムマットよりも嵩密度を大きくでき、成形時に嵩密度を大きくするための加圧力を低減することができるとともに、成形時の繊維折損を低減させ、成形体中の繊維長を保つことができる。

［繊維体積含有率］
図３は、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）と繊維体積含有率の関係を示す図である。
図３より、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が４２００本以上になると、繊維体積含有率を５０Ｖｏｌ％以上とすることができ、さらに端部での厚みムラの少ない、良好な成形体を得ることができる。また、表１より、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が４２００本以上になると、平均単繊維数（Ｎ）が２４０本や１６００本の比較例１，２よりも繊維体積含有率及び曲げ強度も高くなっている。

これは、以下の理由によると考えられる。
上記スプリングバック率の項目で説明したように、炭素繊維（Ａ）を構成する平均単繊維数（Ｎ）が少ないほど、スプリングバック率が大きくなる。このことから、ランダムマットの成形時には、溶融した熱可塑性樹脂（以下、「溶融樹脂」ともいう。）を炭素繊維に含浸させるための圧力の他、ランダムマット（炭素繊維マット）のスプリングバックを抑えるための圧力が必要となる。

このため、ランダムマットの成形時の成形圧力が一定であれば、スプリングバック（率）が大きい程、ランダムマットを目的の成形厚みとすることが難しくなり、繊維体積含有率の高いものが得られ難くなると考えられる。さらに成形圧力を高めた場合においては、スプリングバック率が大きいものでは、繊維の折損が多くなり、成形体における炭素繊維の繊維長を十分に保つことが難しくなると考えられる。従って、平均単繊維数（Ｎ）が、４２００本以上になると、スプリングバック率も小さく、高い繊維体積含有率及び高い機械特性が得られると考えられる。

［炭素繊維（Ａ）］
（１）平均単繊維数（Ｎ）
炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）は、スプリングバックの観点から、２．０×１０^５／Ｄ^２（本）以上であることが好ましい。炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）は、繊維体積含有率の観点から、２．０×１０^５／Ｄ^２（本）より多いことが好ましい。

炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）は、機械特性のばらつきの観点から、８．０×１０^５／Ｄ^２（本）より少ないことが好ましい。これは、炭素繊維束等をランダムに散布してランダムマットを製造しているが、炭素繊維（Ａ）の１つの束を構成する炭素繊維数が多くなると、炭素繊維が散布された（繊維リッチな）部位と、散布されていない（樹脂リッチな）部位とで、機械特性のばらつきが生じるため、強度を発現させることが難しいためである。

また、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）は、機械的特性の観点から、前記の数値範囲にあるものが好ましい。これは、実施例１〜３で示すように、低い成形圧力で確実に高い曲げ強度の成形体を得ることができるためである。

（２）比率
炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）は、２．０×１０^５／Ｄ^２（本）以上であると、スプリングバック率を小さくでき、低い成形圧力でも良好な成形体を得ることができると考えられる。つまり、平均単繊維径が７μｍの炭素繊維（Ａ）の場合、平均単繊維数（Ｎ）が４０００本以上の炭素繊維（Ａ）の繊維全量に対する比率が高いほど、スプリングバック率が小さく、低い成形圧力で成形体を得ることができる。

しかしながら、炭素繊維（Ａ）の繊維全量の比率が１００％になると、従来技術で説明した特許文献１のチョップドストランドを用いたランダムマットのように、機械的特性が低下する傾向にある。
本実施形態に係るランダムマットでは、炭素繊維（Ａ）以外にも、単糸や臨界繊維数より少ない炭素繊維からなる炭素繊維を含んだ炭素繊維（Ｂ）を含むことを１つの特徴としている。これにより、散布された炭素繊維（Ａ）に炭素繊維（Ｂ）が入り込み、樹脂リッチな部分に炭素繊維（Ｂ）を配することができ、結果的に、機械特性の低下を抑制できる。

このことから、ランダムマットを構成する炭素繊維に、平均単繊維数（Ｎ）が２．０×１０^５／Ｄ^２（本）以上である炭素繊維（Ａ）が繊維全量に対して９９％以下であれば、低い成形圧力で、高い機械的特性を有する成形体を得ることができると言える。
実施例１〜３では、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が２．０×１０^５／Ｄ^２（本）以上、且つ、炭素繊維（Ａ）のマットの繊維全量に対する割合が７０％以上９０％以下としている。これにより、表１に示すように、スプリングバック率を小さくでき、しかも、非常に高い曲げ強度が得られる。

一方、比較例１では、スプリングバック率が１４３０％となり、実施例に比べて極めて高くなっている。さらに、比較例１では、繊維体積含有率が３０Ｖｏｌ％となり、実施例に比べて低くなっている。これは、炭素繊維（Ａ）を構成する平均単繊維数（Ｎ）が、２．０×１０⁵／Ｄ²（本）より小さく、且つ炭素繊維（Ａ）のマットの繊維全量に対する割合が３５％と少なくなっているため、従来技術で説明した特許文献２の単繊維状の強化繊維を用いたランダムマットのように、嵩密度が極めて低くなったためと考えられる。

従って、本実施形態に係るランダムマットでは、炭素繊維（Ａ）以外にも、単糸や臨界繊維数より少ない炭素繊維からなる炭素繊維を含んだ炭素繊維（Ｂ）を含むことを１つの特徴としているが、炭素繊維（Ａ）のマットの繊維全量に対する割合が４０％以上必要であると考えられる。
なお、比較例１では、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が１．２×１０^４／Ｄ^２（本）で、実施例１における平均単繊維数（Ｎ）よりもかなり小さい。これを考慮すると、平均単繊維数（Ｎ）が２．０×１０^５／Ｄ^２（本）より大きい場合、炭素繊維（Ａ）がマットの繊維全量に対する割合において４０％以上含まれれば、嵩密度が高く、繊維体積含有率を高めた場合においても、良好な成形体が得られると考えられる。

また、比較例２では、スプリングバック率が４５０％となり、実施例に比べて高くなっている。さらに、比較例２では、炭素繊維（Ａ）のマットの繊維全量に対する割合が５３％となり、実施例に比べてわずかに低くなっている。この比較例２において、繊維体積含有率が４４Ｖｏｌ％、曲げ強度が５２０ＭＰａと比較例１よりも良い結果となっている。
しかしながら、得られた成形体は端部まで十分に繊維（ランダムマット）を充填させることができておらず、繊維体積含有率を高めた際の成形性に劣ることが懸念される。

なお、比較例２では、炭素繊維（Ａ）の平均単繊維数（Ｎ）が７．８×１０^４／Ｄ^２（本）で、実施例１における平均単繊維数（Ｎ）よりも小さい。これを考慮すると、平均単繊維数（Ｎ）が２．０×１０^５／Ｄ^２（本）より大きい場合、炭素繊維（Ａ）がマットの繊維全量に対する割合において５０％以上含まれれば、嵩密度が高く、繊維体積含有率をより高められた成形体を得ることができると考える。

［比較例３］
下記の材料、装置、操作により、平均繊維長１６ｍｍの炭素繊維とポリカーボネートパウダーが混合された、厚み２ｍｍ程度のランダムマットを得た。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、厚さ０．８ｍｍの板状の成形体を得た。この成形体は、炭素繊維として、単繊維数２４０００の炭素繊維１００Ｖｏｌ％からなり、炭素繊維の重なりが多い部分においては樹脂の未含浸部が確認され、炭素繊維が疎な部分においては裏側が透けて見え、使用に支障があるものであった。
＜材料＞
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）ストランド ＳＴＳ４０−２４ＫＳ（単繊維径７μｍ、引張強度４０００ＭＰａ）を用いた。
マトリクス樹脂である熱可塑性樹脂として、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平均粒径約１ｍｍのパウダーにしたものを用いた。
＜装置＞
カット装置として超硬合金のナイフを有するロータリーカッター（分繊装置無し）を用いた。このロータリーカッター上において、ナイフは周方向に１６ｍｍピッチで配置されていた。
開繊装置として、ロータリーカッターの直下に小孔を有した輸送管を設置し、該小孔から圧縮空気を送気できるようコンプレッサーを該輸送管に接続したものを用いた。更に、該輸送管の下部にテーパ管を溶接した。該テーパ管の側面からはマトリクス樹脂が供給される構造とし、テーパ管出口の下部に、ＸＹ方向に移動可能、かつ空気透過性の天板を有するテーブルを設置し、該テーブル下部にはブロワーを設置し、該テーパ管から散布された炭素繊維およびマトリクス樹脂混合物を該ブロワーにより吸引できるようにした。
＜操作＞
前記炭素繊維を、前記ロータリーカッターでカットしストランド片とした。このストランド片を、前記輸送管を通して前記テーパ管でマトリクス樹脂と混合し、生じた混合物を前記テーブル上に、前記ブロワーで吸引しながら散布しランダムマットを得た。この際、前記輸送管の前記小孔から圧縮空気を送気する際の圧力は０ＭＰａ、つまり圧縮空気の送気は行われず、炭素繊維の供給量は６００ｇ／ｍｉｎ、マトリックス樹脂の供給量は５００ｇ／ｍｉｎであった。

［実施例４］
マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂としてポリブチレンテレフタレート樹脂（ポリプラスチックス社製ジュラネックス（登録商標）７００ＦＰ：融点２３０℃、熱分解温度３００℃）を用い、ランダムマットを成形する際のプレス機の温度を２６０℃とする以外は、実施例１と同様に操作を行い、繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例５］
マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィド樹脂（融点２８５℃）を用い、ランダムマットを成形する際のプレス機の温度を３２０℃とする以外は、実施例１と同様に操作を行い、繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例６］
マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂（プライムポリマー製のポリプロピレン：プライムポリプロＪ１０８Ｍ、融点１７０℃）を用い、ランダムマットを成形する際のプレス機の温度を２３０℃とする以外は、実施例１と同様に操作を行い、繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例７］
マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂として２ｍｍにドライカットしたＰＡ（ナイロン）６６繊維（旭化成せんい製ポリアミド６６繊維：Ｔ５ナイロン、融点２６０℃、繊度１４００ｄｔｅｘ）を用い、ランダムマットを成形する際のプレス機の温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様に操作を行い、繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例８］
熱可塑性樹脂としてシンジオタクチックポリスチレン樹脂（融点２７０℃）を用い、ランダムマットを成形する際のプレス機の温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様に操作を行い、繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例９］ ＜ラージトウ炭素繊維使用＞
炭素繊維として、日本国特開２０１２−１８８７８１号公報の実施例１の手法にて調製され、かつ、サイジング剤として１．５重量％のポリオキシエチレンオレイルエーテルが付着している単繊維数６００００のＰＡＮ系ラージトウ炭素繊維を用い、繊維拡幅させることで６０ｍｍ幅とする。拡幅ストランドを、ストランド幅方向に１２等分されるように分繊を行った後、本願実施例１と同様に操作を行い、炭素繊維の開繊指標類が実施例１と同様のランダムマットを得て、実施例１と同様の操作により該ランダムマットから繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例１０］ ＜カーディング開繊＞
炭素繊維として、日本国特開２０１２−１８８７８１号公報の実施例１の手法にて調製され、かつ、サイジング剤として１．５重量％のポリオキシエチレンオレイルエーテルが付着している単繊維数６００００のＰＡＮ系ラージトウ炭素繊維ストランドを、繊維拡幅させることで６０ｍｍ幅とする。拡幅ストランドを、ストランド幅方向に１２等分されるように分繊し、さらに繊維長２０ｍｍにカットし、カーディング装置に投入する。この際、処理後の炭素繊維が実施例１の開繊指標類を満たすようにカーディング条件を調整し、目付２８０ｇ／ｍ^２の炭素繊維マットを形成する。この炭素繊維マットの長手方向を０°とし、炭素繊維マットを８枚、（０°／＋４５／−４５°／９０°）となるように積層する。積層する際、この炭素繊維マットの各層に、マトリクス樹脂としてのナイロン６樹脂フィルムを、炭素繊維とナイロン６との体積比が５０：５０となるように積層してから、全体をステンレス板で挟み、２８０℃で、２ＭＰａの圧力をかけながら２０分間ホットプレスする。ついで、加圧状態で５０℃まで冷却し、厚さ２．５ｍｍの炭素繊維複合材料の平板の成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが２．５ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例１１］ ＜湿式抄紙＞
炭素繊維として、日本国特開２０１２−１８８７８１号公報の実施例１の手法にて単繊維数６００００のＰＡＮ系ラージトウ炭素繊維ストランドを作成する。この炭素繊維ストランドに、サイジング剤として１．０重量％のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（非水溶性サイジング剤）および０．７５重量％のポリオキシエチレンオレイルエーテル（水溶性サイジング剤）を付着させる。この際、炭素繊維ストランドを構成している一部の炭素単繊維にはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が、別の一部の炭素単繊維にはポリオキシエチレンオレイルエーテルが付着するように処理を行う。両サイジング剤が付着している炭素繊維ストランドを拡幅して６０ｍｍ幅とし、ストランド幅方向に１２等分されるように分繊を行い、そしてカートリッジカッターで８．０ｍｍにカットしストランド片とする。
マトリクス樹脂である熱可塑性樹脂として、ＰＡ６６繊維（旭化成せんい製 Ｔ５ナイロン １４００ｄｔｅｘ）をカートリッジカッターで２．０ｍｍにカットし、ＰＡ６６繊維片とする。
水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名）、濃度０．１重量％）からなる分散媒を１００リットル作成し、この分散媒に、上記ストランド片５３ｇと、上記ＰＡ６６繊維片３５ｇを投入し分散液とする。分散液中のストランド片の開繊が、全て炭素単繊維になるまで完全に進行するのではなく、炭素繊維の開繊指標類が実施例１と同様になる程度まで進むよう、数分間極めて弱く撹拌する。分散液を、長さ４００ｍｍ×幅４００ｍｍの抄紙面を有する大型角型シートマシン（熊谷理機工業株式会社製、Ｎ０．２５５３−Ｉ（商品名））に流し込み、吸引、脱泡して、長さ４００ｍｍ、幅４００ｍｍのランダムマットを得る。この際、濾過面へ分散液を供給する際、吐出部を、濾過面に対して前後左右に動かし、炭素繊維などが特定の方向に配向しないようにする。このランダムマットを、真空下、８０℃の温度で２４時間乾燥する。
上記のランダムマットを８層積層したものを用いて、樹脂を炭素繊維に含浸させる際の温度と、プレス機で成形体を得る際の温度をいずれも３００℃とする以外は実施例２と同様に操作を行い、繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。
この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例１２］
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）ＵＭＳ４０−１２Ｋ（単繊維径５μｍ、引張強度４６００ＭＰａ）を拡幅し、７ｍｍ幅とする。開繊時の圧縮空気の風速を調整した以外は実施例３と同様に操作を行い、炭素繊維束等の平均繊維長（Ｌ）、炭素繊維束（Ａ）の割合、および炭素繊維束（Ａ）の平均繊維数（Ｎ）が実施例３と同様のランダムマットを得て、実施例３と同様の操作により該ランダムマットから繊維体積含有率５０％、厚さ３．０ｍｍの成形体を得る。この成形体について厚み評価を行い、中心部分での平均厚み、および端部（４箇所）での平均厚みのいずれもが３．０ｍｍ程度であり、成形時に成形金型キャビティの端部までランダムマットが均等（厚みが均一）且つ十分に充填されることを確認する。この成形体のスプリングバック量は約０．６ｍｍ、スプリングバック率は２００％程度であり、ＪＩＳ Ｋ ７０７４−１９８８に準拠し測定される曲げ強度は炭素繊維による補強効果が充分に発揮されることによる高い値となる。成形体から、基準方向の試験片、およびこれと直交する方向の試験片をそれぞれ切り出し、それら試験片の引張弾性率を測定し、Ｅδ値を計算し、Ｅδ値が２未満、つまり成形体が等方性であることを確認する。

［実施例１３］
実施例１と同様に操作を行い、厚さ３．０ｍｍの成形体（一次成形体と称することがある）を得る。この成形体を、窒素雰囲気下、スプリングバック量測定と同様の条件で加熱し、厚さ約３．６ｍｍの再成形用基材とする。この再成形用基材をプリプレグとして成形金型に対するチャージ率が９０％となるようにカットする。カットされた再成形用基材を２８０℃に加熱されたプレス機に配置して、２．０ＭＰａの成形圧力で成形し、３．０ｍｍの再成形体を得る。この再成形体の厚みの均一性、曲げ強度、等方性、および含有する炭素繊維の開繊指標類は、一次成形体のものとほぼ同程度である。

本発明のランダムマットは、成形時の加圧力を低減させることができる。このため、大面積の繊維強化複合材料成形体であっても大型の成形設備を必要とすることもない。
また、本発明のランダムマットは、繊維強化複合材料成形体としたときに、高い機械強度が得られる。
さらに、本発明の炭素繊維マットはスプリングバック率が低く、種々のマトリクスと混合した際の取り扱い性に優れる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１３年６月２６日出願の日本特許出願（特願２０１３−１３３８６７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Ｘ、Ｙ、Ｚ ストランド
Ｍ ランダムマット
１１ クリール部
１２ 拡幅ユニット
１３ 分繊ユニット
１４ カットユニット
１５ 管体
１７ 樹脂供給ユニット
１８ テーパ管体
１９ 支持体
２０ 吸引ユニット

本発明者は、上記の課題を解決するために、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを含むランダムマットにおいて、特定の繊維構成を満たすことで、ランダムマットの嵩密度を高めることができ、成形時の加圧力を低減できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の＜１＞〜＜１５＞に関するものである。
＜１＞
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットであって、前記炭素繊維の目付が２５ｇ／ｍ ² 以上１００００ｇ／ｍ ² 以下であり、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、前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が式（２）を満たすことを特徴とするランダムマット。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０ ⁵ ／Ｄ ² ≦Ｎ＜８．０×１０ ⁵ ／Ｄ ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
＜２＞
前記炭素繊維束（Ａ）の平均厚みが１００μｍ以下である＜１＞に記載のランダムマット。
＜３＞
前記炭素繊維の平均繊維長が、８ｍｍ以上５０ｍｍ以下である＜１＞又は＜２＞に記載のランダムマット。
＜４＞
前記炭素繊維束（Ａ）の前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が６０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下である＜１＞〜＜３＞の何れか１項に記載のランダムマット。
＜５＞
前記ランダムマットにおける前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である＜１＞〜＜４＞の何れか１項に記載のランダムマット。
＜６＞
前記炭素繊維の１重量％以上３０重量％以下が幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維であり、かつ１０重量％以上が幅１．５ｍｍ以上の炭素繊維である＜１＞〜＜５＞の何れか１項に記載のランダムマット。
＜７＞
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む＜１＞〜＜６＞の何れか１項に記載のランダムマット。
＜８＞
＜１＞〜＜７＞の何れか１項に記載のランダムマットを成形して得られる繊維強化複合材料成形体。
＜９＞
前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である＜８＞に記載の繊維強化複合材料成形体。
＜１０＞
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料成形体であって、前記炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ ^２ 以上１００００ｇ／ｍ ^２ 以下の炭素繊維マットになっており、前記炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす＜８＞又は＜９＞に記載の繊維強化複合材料成形体。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０ ⁵ ／Ｄ ² ≦Ｎ＜８．０×１０ ⁵ ／Ｄ ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
＜１１＞
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む＜８＞〜＜１０＞の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
＜１２＞
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ ^２ 以上１００００ｇ／ｍ ^２ 以下のマット形状となっている炭素繊維マットであり、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、炭素繊維束（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす炭素繊維マット。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０ ^５ ／Ｄ ^２ ≦Ｎ＜８．０×１０ ^５ ／Ｄ ^２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
＜１３＞
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む＜１２＞に記載の炭素繊維マット。
＜１４＞
単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維を含む＜１２＞又は＜１３＞に記載の炭素繊維マット。
＜１５＞
空気開繊、湿式抄紙、及びカーディングからなる群より選ばれる少なくとも１種の方法により開繊された炭素繊維を含む＜１２＞〜＜１４＞の何れか１項に記載の炭素繊維マット。
なお、本発明は上記＜１＞〜＜１５＞に関するものであるが、参考のためその他の事項（以下の［１］〜［１６］に関する事項等）についても記載した。
［１］
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットであり、前記炭素繊維の目付が２５ｇ／ｍ²以上１００００ｇ／ｍ²以下であり、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、前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が式（２）を満たすランダムマット。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［２］
前記炭素繊維束（Ａ）の平均厚みが１００μｍ以下である［１］に記載のランダムマット。
［３］
前記炭素繊維の平均繊維長が、８ｍｍ以上５０ｍｍ以下である［１］又は［２］に記載のランダムマット。
［４］
前記炭素繊維束（Ａ）の前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が６０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下である［１］〜［３］の何れか１項に記載のランダムマット。
［５］
前記ランダムマットにおける前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である［１］〜［４］の何れか１項に記載のランダムマット。
［６］
前記炭素繊維の１重量％以上３０重量％以下が幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維であり、かつ１０重量％以上が幅１．５ｍｍ以上の炭素繊維である［１］〜［５］の何れか１項に記載のランダムマット。
［７］
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む［１］〜［６］の何れか１項に記載のランダムマット。
［８］
［１］〜［７］の何れか１項に記載のランダムマットを成形して得られる繊維強化複合材料成形体。
［９］
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含みスプリングバック率が４００％以下である繊維強化複合材料成形体。
［１０］
前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である［８］又は［９］に記載の繊維強化複合材料成形体。
［１１］
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料成形体であって、前記炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下の炭素繊維マットになっており、前記炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす［８］〜［１０］の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［１２］
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む［８］〜［１１］の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
［１３］
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下のマット形状となっている炭素繊維マットであり、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、炭素繊維束（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす炭素繊維マット。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０^５／Ｄ^２ ≦Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
［１４］
前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む［１３］に記載の炭素繊維マット。
［１５］
単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維を含む［１３］又は［１４］に記載の炭素繊維マット。
［１６］
空気開繊、湿式抄紙、及びカーディングからなる群より選ばれる少なくとも１種の方法により開繊された炭素繊維を含む［１３］〜［１５］の何れか１項に記載の炭素繊維マット。

［炭素繊維マット］
以上の記載から明らかなとおり、本発明は、
平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下のマット形状となっている炭素繊維マットであり、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界繊維数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維（Ａ）であり、炭素繊維（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす炭素繊維マットの発明も包含する。
臨界繊維数＝６００／Ｄ （１）
２．０×１０^５／Ｄ^２ ≦Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ （２）
（ここでＤは炭素繊維の平均単繊維径（μｍ）である）
本発明の炭素繊維マットに含まれる炭素繊維として好ましい種類、特性などは、ランダムマットやその製造方法に関して述べたとおりである。本発明の炭素繊維マットに含まれる炭素繊維として、開繊された炭素繊維が好ましいこと、単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維であると好ましいこと、などもランダムマットと同様である。
なお、ここでいう炭素繊維マットとは、マトリクスとしての熱可塑性樹脂を含まないものであるが、炭素繊維のサイジング剤やバインダー剤として、炭素繊維１００重量部に対して１５重量部以下、より一般的には１０重量部以下の高分子化合物を含むものであっても良い。

Claims (16)

1. 平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含むランダムマットであって、前記炭素繊維の目付が２５ｇ／ｍ²以上１００００ｇ／ｍ²以下であり、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、前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が式（２）を満たすことを特徴とするランダムマット。
   臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
   ２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
   （ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
2. 前記炭素繊維束（Ａ）の平均厚みが１００μｍ以下である請求項１に記載のランダムマット。
3. 前記炭素繊維の平均繊維長が、８ｍｍ以上５０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載のランダムマット。
4. 前記炭素繊維束（Ａ）の前記ランダムマットの繊維全量に対する割合が６０Ｖｏｌ％以上９０Ｖｏｌ％以下である請求項１〜３の何れか１項に記載のランダムマット。
5. 前記ランダムマットにおける前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である請求項１〜４の何れか１項に記載のランダムマット。
6. 前記炭素繊維の１重量％以上３０重量％以下が幅０．３ｍｍ未満の炭素繊維であり、かつ１０重量％以上が幅１．５ｍｍ以上の炭素繊維である請求項１〜５の何れか１項に記載のランダムマット。
7. 前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む請求項１〜６の何れか１項に記載のランダムマット。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載のランダムマットを成形して得られる繊維強化複合材料成形体。
9. 炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含みスプリングバック率が４００％以下である繊維強化複合材料成形体。
10. 前記熱可塑性樹脂の存在量が、前記炭素繊維１００重量部に対し、２０重量部以上５００重量部以下である請求項８又は９に記載の繊維強化複合材料成形体。
11. 平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料成形体であって、前記炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下の炭素繊維マットになっており、前記炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、前記炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす請求項８〜１０の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
    臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
    ２．０×１０⁵／Ｄ²≦Ｎ＜８．０×１０⁵／Ｄ² （２）
    （ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
12. 前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む請求項８〜１１の何れか１項に記載の繊維強化複合材料成形体。
13. 平均繊維長３ｍｍ以上１００ｍｍ以下の炭素繊維が目付２５ｇ／ｍ^２以上１００００ｇ／ｍ^２以下のマット形状となっている炭素繊維マットであり、該炭素繊維マットに含まれる炭素繊維の４０Ｖｏｌ％以上９９Ｖｏｌ％以下が、下記式（１）で定義される臨界単糸数以上の炭素単繊維を含む炭素繊維束（Ａ）であり、炭素繊維束（Ａ）中の平均単繊維数（Ｎ）が下記式（２）を満たす炭素繊維マット。
    臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
    ２．０×１０^５／Ｄ^２＜≦Ｎ＜８．０×１０^５／Ｄ^２ （２）
    （ここでＤは炭素繊維の平均繊維径（μｍ）である）
14. 前記炭素繊維として、開繊された炭素繊維を含む請求項１３に記載の炭素繊維マット。
15. 単繊維数５０００〜１７５０００の炭素繊維が開繊された炭素繊維を含む請求項１３又は１４に記載の炭素繊維マット。
16. 空気開繊、湿式抄紙、及びカーディングからなる群より選ばれる少なくとも１種の方法により開繊された炭素繊維を含む請求項１３〜１５の何れか１項に記載の炭素繊維マット。

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