無序氈和纖維增強復合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種適于用于獲得具有優(yōu)異的拉伸強度的纖維增強復合材料的無序氈。無序氈包含碳纖維和基質樹脂，其中無序氈中的碳纖維的平均纖維長度為3mm至100mm，碳纖維的單位面積纖維重量為25至10,000g/m2，無序氈中存在包含小于臨界單纖維數(shù)的碳纖維的纖維束和單纖維中的至少一種，以及由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束(A)，所述臨界單纖維數(shù)由下式(1)定義，無序氈中碳纖維束(A)與碳纖維總量的比率為20Vol％以上且99Vol％以下的范圍，碳纖維束中的平均纖維數(shù)量(N)滿足下式(2)，碳纖維束(A)的厚度為100μm以上的碳纖維束的比率小于3％：臨界單纖維數(shù)＝600/D------(1)0.6×104/D2＜N＜1×105/D2?(2)，其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑(μm)。
【專利說明】無序氈和纖維增強復合材料

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用作纖維增強復合材料的成形制品的預成型體的無序氈和由該 無序氈獲得的纖維增強復合材料。

【背景技術】
[0002] 利用其高比強度和高比彈性，包含碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等作為增強纖維的 纖維增強材料已經(jīng)被廣泛用于飛機、機動車輛等的結構材料，一般工業(yè)和運動用途例如網(wǎng) 球拍、高爾夫球桿和釣竿等。在這些應用中使用的增強纖維的形式包括使用連續(xù)纖維獲得 的紡織物、纖維單向排列的的UD片、使用切割纖維制造的無序氈和無紡織物等。
[0003] -般已知使用UD片或作為連續(xù)纖維的紡織物的方法作為獲得具有高強度 的成形制品的方法。然而，由于纖維的各向異性，將UD片或織物以各種角度例如 0° /+45° /-45° /90°度層疊，并且將UD片或織物平面對稱層疊，以進一步防止成形制品 翹曲。這使得層疊步驟復雜，并且是增加纖維增強復合材料的成本的因素之一。
[0004] 一般來說，使用預先成為各向同性的無序氈是簡化層疊步驟的方法?？梢酝ㄟ^將 切割的增強纖維單獨地噴撒或將切割纖維和熱固性樹脂一起噴撒到成形模具中的噴附方 法（干法），或向含有粘合劑的漿料中添加事先切割的增強纖維，然后進行抄紙的方法（濕 法）等來獲得無序氈。
[0005] 然而，在使用無序氈的情況下，由于纖維是非連續(xù)的，所以與使用連續(xù)纖維的情況 相比，由于將纖維從基質樹脂拉出的因素，復合材料的機械性質低，并且尤其是，已經(jīng)難以 獲得具有高拉伸強度的復合材料。已知增加纖維體積含量（Vf)作為改善復合材料的拉伸 強度的方法。然而，在使用包含切割纖維的情況下，由于纖維在三維方向上存在以及纖維的 大量纏結，難以增加纖維體積含量。
[0006] 非專利文獻1描述了一種由碳纖維的無序氈制成的復合材料，在該無序氈中，熱 固性樹脂作為基質。然而，該復合材料的拉伸強度為約230MPa。專利文獻1和2提出了使 用將纖維束傾斜地切割以使截面不同的短切纖維束作為提高包含無序氈的復合材料的機 械性質的方法。該方法通過獲得具有高纖維體積含量（Vf)成形制品能夠將拉伸強度提高 至大約350MPa。
[0007] 在使用熱固性樹脂作為基質的情況下，一般通過使用壓熱釜對被稱為預浸料坯的 材料進行加熱加壓2小時以上來獲得纖維增強復合材料，該預浸料坯通過預先以熱固性樹 脂浸漬纖維增強基材而獲得。近年來，已提出了 RTM方法并去已經(jīng)實現(xiàn)了成型時間的顯著 縮短，在該RTM方法中將未以樹脂浸漬的纖維增強基材置于模具中，隨后向其傾倒熱塑性 樹脂。然而，即使在采用RTM方法的情況下，一個部件的成型也必需10分鐘以上的時間。
[0008] 因此，包含熱塑性樹脂代替常規(guī)熱固性樹脂作為基質的復合材料，已吸引了注意。
[0009] 非專利文獻2提出了一種可沖壓片材，利用抄紙法、使用單纖維形式的碳纖維、將 碳纖維均勻地分散在分散系中、獲得更向同性片材、并且以聚丙烯浸漬該片材來獲得該沖 壓成型片材，丙烯是作為基質的熱塑性樹脂。根據(jù)該方法，通過優(yōu)化纖維長度來提高拉伸強 度，其值為約270MPa。
[0010] 使用熱塑性樹脂作為基質的熱塑性沖壓成型（TP-SMC)(專利文獻3)是將事先用 熱塑性樹脂浸漬的短切纖維加熱至熔點以上、將加熱的化合物裝入到模具的一部分中、將 模具立即關閉、使纖維和樹脂能夠在模具中流動從而獲得制品的形狀、隨后冷卻并且成型 的方法。通過使用預先以樹脂浸漬的纖維，該方法能夠在約1分鐘的短時間內(nèi)執(zhí)行成型。該 方法是利用被稱為SMC或可沖壓片材的成型材料的方法。在這樣的熱塑性沖壓成型中，纖 維和樹脂在模具中流體化，并且因此，存在不能生產(chǎn)薄壁制品、纖維定向混亂、以及難以控 制等問題。
[0011] 專利文獻4提出通過將碳纖維組分均勻地分散為單纖維形式，來防止在纖維束之 間的空間內(nèi)出現(xiàn)樹脂富集部以及樹脂不能浸漬到纖維束中以形成未浸漬部，以作為提高包 含熱塑性樹脂的纖維增強復合材料的各向同性和機械特性的手段。然而，在該傳統(tǒng)技術中， 存在以下問題：由于纖維被完全分散為單纖維形式，所以無法延長纖維長度；以及在纖維 體積含量增加的情況下，在成形制品中產(chǎn)生空隙，導致機械特性惡化。
[0012] 現(xiàn)有技術文獻
[0013] 專利文獻
[0014] 專利文獻 1 JP-A-2009-114611
[0015] 專利文獻 2 JP-A-2009-114612
[0016] 專利文獻3 :日本專利No. 4161409
[0017] 專利文獻 4 :W〇2〇〇7/〇97436
[0018] 非專利文獻
[0019] 非專利文獻 1 :復合材料 A (Composites Part A) 38 (2007) 755-770
[0020] 非專利文獻2 :日本復合材料學會學報（Journal ofthe Japan Society for Composite Materials), Vol. 37, No.4(2011) 138-146


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明要解決的問題
[0022] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠簡單地并容易地并且低成本地生產(chǎn)的、具有高纖維 體積含量和優(yōu)異的拉伸強度的纖維復合材料，以及用作該纖維增強復合材料的預成型體 的、包含碳纖維和基質樹脂的無序氈。
[0023] 解決問題的手段
[0024] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：為獲得具有高的纖維體積含量和高拉伸強度的纖維增強復合 材料，對于作為起始材料的無序氈，能夠通過控制碳纖維束的厚度，將樹脂浸漬到碳纖維束 的內(nèi)部中，結果，能夠提高拉伸強度，并且完成了本發(fā)明。
[0025] 具體而言，本發(fā)明涉及一種包含碳纖維和基質樹脂的無序氈以及通過對該無序氈 進行成型而獲得的纖維增強復合材料，其中，無序氈中的碳纖維的平均纖維長度為3_至 100mm，碳纖維的單位面積纖維重量為25至10, 000g/m2,無序氈中存在包含小于臨界單纖 維數(shù)的碳纖維的纖維束和單纖維中的至少一種，以及由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的 碳纖維束（A)，所述臨界單纖維數(shù)由下式（1)定義，無序氈中碳纖維束（A)與碳纖維總量的 比率為20V〇1%以上且99V 〇l%以下的范圍，碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)滿足下式 (2)，碳纖維束（A)的厚度為100 μ m以上的碳纖維束的比率小于3% :
[0026] 臨界單纖維數(shù)=600/D (1)
[0027] 0· 6 X 104/D2 < N < 1 X 105/D2 (2)
[0028] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)點
[0030] 本發(fā)明的無序氈優(yōu)選地用作預成型體，并且盡管包含許多碳纖維但是碳纖維與基 質樹脂之間的結合強。基于這一事實，本發(fā)明的無序氈為具有高拉伸強度的無序氈。此外， 由本發(fā)明的無序氈獲得的纖維增強復合材料具有高的纖維體積含量和高拉伸強度，并且因 此能夠被用作諸如內(nèi)板、外板和汽車的結構構件的各種結構構件，以及各種電氣產(chǎn)品和機 器的框架和外殼。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是切割步驟的示意圖。
[0032] 圖2是旋轉分離切割機的示意前視圖和截面示意圖。
[0033] 圖3是用于進刀角度的說明性視圖。
[0034] 圖4是示出具有與纖維方向平行的刀具的切割機的示意圖。
[0035] 圖5是結合強度測試的說明性視圖。
[0036] 參考標記說明
[0037] 1 :碳纖維
[0038] 2 :壓緊輥筒
[0039] 3 :橡膠輥筒
[0040] 4 :旋切機主體
[0041] 5:刀片
[0042] 6:切割的碳纖維
[0043] 7:刀片間距
[0044] 8:與纖維方向平行的刀片
[0045] 9 :薄膜
[0046] 10 :砂紙

【具體實施方式】
[0047] 以下順序地描述本發(fā)明的實施方式。
[0048] [無序氈]
[0049] 本發(fā)明的無序氈是包含碳纖維和基質樹脂的無序氈。
[0050] 構成無序氈的碳纖維的平均纖維長度在3mm至100mm的范圍內(nèi)。此外，無序氈中 存在包含少于由下式（1)所定義的臨界單纖維數(shù)的碳纖維的纖維束和單纖維中的至少一 種，以及由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)，無序氈中碳纖維束（A)與碳纖 維總量的比率在20V〇1%以上且99V 〇l%以下，碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)滿足下 式⑵：
[0051] 臨界單纖維數(shù)=600/D (1)
[0052] 0· 6 X 104/D2 < N < 1 X 105/D2 (2)
[0053] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0054] 在無序氈的平面內(nèi)方向上，碳纖維不在特定方向上排列，而是通過在隨機方向上 分散而布置。
[0055] 本發(fā)明的無序氈是平面內(nèi)各向同性材料。當由無序氈獲得的成形制品時，在成形 制品中維持無序氈中的碳纖維的各向同性。通過由無序氈獲得成形制品并測定在兩個相互 垂直的方向上的拉伸模量的比率，能夠定量地評價無序氈的各向同性和由其所獲得的成形 制品的各向同性。當用在由無序氈獲得的成形制品的兩個方向上的拉伸模量中的較大值除 以較小值所獲得的比率不超過2時，成形制品被認為是各向同性的。在所述比率不超過1. 3 的情況下，產(chǎn)品被認為具有優(yōu)異的各向同性。
[0056] 如上所述，本發(fā)明的無序氈是通過包含具有特定平均纖維長度的碳纖維和基質樹 脂而構成的。無序氈可以是碳纖維的氈的形式，即，碳纖維氈，并且碳纖維氈可以包含基質 樹脂。碳纖維氈包含基質樹脂的形式可以是：碳纖維氈中可以包含粉狀、纖維狀或塊狀基質 樹脂的形式；片狀或膜狀基質樹脂搭載或層疊在碳纖維片材上的形式；以及片狀或膜狀基 質樹脂為熔融狀態(tài)的形式。關于構成本發(fā)明的無序氈的碳纖維氈，毋庸置疑，當獲得由臨界 單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度和碳纖維束（A)與碳纖維的總量的 比率等時，這些數(shù)值可以被看做無序氈的數(shù)值。
[0057] 從實用性和可成型性的角度，無序氈中碳纖維的單位面積纖維重量在25至 10, 000g/m2的范圍內(nèi)，并且從毯的可固定性的角度，優(yōu)選為25至4, 500g/m2,更優(yōu)選為50至 4, 000g/m2,還更優(yōu)選為 600 至 2, 200g/m2。
[0058] 無序氈作為預浸料坯是有用的，并且可以根據(jù)所需的成型來選擇不同的單位面積 纖維重量。
[0059] [碳纖維]
[0060] 無序氈中所包含的碳纖維是不連續(xù)纖維，并且通過包含纖維長度大至一定程度的 碳纖維，能夠展現(xiàn)增強作用。由通過測量獲得的無序氈中的碳纖維的長度而獲得的平均纖 維長度來表示纖維長度。測量平均纖維長度的方法包括利用游標卡尺等將隨機抽出的100 根碳纖維測量至1mm單位、并獲得其平均值的方法。
[0061] 本發(fā)明的無序毯中的碳纖維的平均纖維長度為3mm以上且100mm以下，優(yōu)選為5mm 以上且100mm以下，更優(yōu)選為10mm以上且80mm以下，還更優(yōu)選為大于10mm且60mm以下， 特別優(yōu)選為15mm以上且60mm以下，并且最優(yōu)選為15mm以上且小于50mm。纖維長度的分布 可以是單一的，并且可以為兩種以上的組合。
[0062] 在隨后描述的優(yōu)選的碳纖維的切割方法中，在通過以固定的長度切割碳纖維來制 造無序氈的情況下，平均纖維長度幾乎等于切割的纖維的纖維長度。
[0063] 無序氈中所包含的碳纖維優(yōu)選為能夠提供不但具有優(yōu)異的強度還輕質的復合材 料。可以是單獨包含碳纖維，并且出于例如賦予耐沖擊性的目的，可以在其中包含玻璃纖維 或芳綸纖維。碳纖維的優(yōu)選實例包括由聚丙烯腈纖維作為前驅體的碳纖維（在后文中有時 被稱作聚丙烯腈型碳纖維或PAN系碳纖維）。在碳纖維的情況下，平均纖維直徑優(yōu)選為3至 12 μ m，更優(yōu)選為5至9 μ m，還更優(yōu)選為5至7 μ m。
[0064] 無序氈可以在不影響本發(fā)明的目的范圍內(nèi)（例如，整體量的20wt%以下的比率） 包含其它諸如玻璃纖維的增強纖維，或諸如聚酯纖維或芳綸纖維的有機纖維。
[0065] 通常，在向通過使用包含開纖至單纖維水平的碳纖維的無序氈而獲得的復合材料 施加拉伸載荷的情況下，施加至一根纖維的載荷小。因此，如果纖維長度為幾毫米，則即使 基質樹脂與碳纖維之間的結合強度不是很高的情況下，直至碳纖維最后被破壞，碳纖維也 基本不會從基質樹脂中被拉出。然而，隨著單纖維的增加，變得難以增加纖維體積含量。 [0066] 本發(fā)明的無序氈通過在碳纖維中保留一定程度的纖維束的形式使得能夠增加纖 維體積含量。然而，由于包含許多纖維束，所以施加到一個纖維束的載荷通常會增加。因 此，在向復合材料施加拉伸載荷的情況下，在破壞纖維之前，纖維被沖基質樹脂中拉出且復 合材料損壞。結果，復合材料的拉伸強度值變低。在本發(fā)明中，通過在控制碳纖維束的厚度 的同時將樹脂浸漬到碳纖維束的內(nèi)部，能夠以包含大量碳纖維束的無序氈的形式獲得具有 高拉伸強度的無序氈。
[0067] 在本發(fā)明中，通過將碳纖維與基質之間的結合強度設定為特定范圍，能夠獲得具 有更高的拉伸強度的無序氈。
[0068] 通過隨后描述的股線拉伸剪切測試（strand tensile shear test)來評價碳纖維 與基質之間的結合強度，股線拉伸剪切測試中的強度優(yōu)選為5MPa以上。股線拉伸剪切測試 中的強度更優(yōu)選為15MPa以上，還更優(yōu)選為20MPa以上，特別優(yōu)選為30MPa以上，最優(yōu)選為 40MPa以上。對結合強度的上限沒有特別限制，但大致為約60MPa。
[0069] 通過將碳纖維與基質樹脂之間的結合強度設定至特定范圍，能夠減少碳纖維從基 質樹脂中拉出，并且能夠提供具有高拉伸強度的無序氈。
[0070] 用于將構成無序氈的碳纖維與基質樹脂之間的結合強度設定至特定范圍的方法， 除了基質樹脂的選擇之外，還包括碳纖維的改性。碳纖維的改性的具體實例優(yōu)選地包括改 變碳纖維的表面氧濃度比（0/C)的方法，以及向碳纖維提供上漿劑以增加碳纖維與基質樹 脂之間的結合強度（上漿處理）的方法。通過將碳纖維與基質樹脂之間的結合強度設定至 特定范圍，防止碳纖維從基質樹脂中被抽出，使得能夠破壞纖維，結果，能夠兼顧纖維體積 含量與拉伸強度。
[0071] 對改變碳纖維的表面氧濃度比（0/C)的方法沒有特別限制，但在諸如硫酸銨的電 解液中通過電流的方法是優(yōu)選的。0/C的范圍優(yōu)選為大于10%且小于40%，更優(yōu)選為大于 15%且小于35%。當0/C的范圍為大于10%且小于40%時，能夠獲得足夠的碳纖維與基質 樹脂之間的結合強度，并且能夠避免由于過度處理而使碳纖維的強度降低以及無序氈和由 其形成的復合材的強度也下降的問題。
[0072] 上漿處理方法優(yōu)選為在樹脂分散在水或溶劑中的溶液中浸漬碳纖維、然后干燥的 方法。對用作上漿劑的樹脂的種類沒有特別限制，但該樹脂優(yōu)選地與基質樹脂具有相容性， 并且優(yōu)選為與作為基質樹脂的種類相同。上漿劑的實例包括聚酰胺樹脂、聚酯樹脂、聚碳酸 酯樹脂以及環(huán)氧樹脂。上漿劑優(yōu)選地包含具有與基質樹脂的主鏈相同的主鏈結構的樹脂作 為主要組分。在基質樹脂為聚酰胺樹脂（例如，尼龍）的情況下，上漿劑優(yōu)選地包含具有與 尼龍的主鏈相同的主鏈結構的聚酰胺樹脂作為主要組分。在基質樹脂為聚酯樹脂（例如， 聚對苯二甲酸丁二酯（PBT))的情況下，上漿劑優(yōu)選地包含具有與PBT的主鏈相同的主鏈結 構的聚酯樹脂作為主要組分。在基質樹脂為聚碳酸酯樹脂（例如，以雙酚A為雙酚組分的 聚碳酸酯（PC))的情況下，上漿劑優(yōu)選地包含具有與PC的主鏈相同的主鏈結構的聚碳酸酯 樹脂或環(huán)氧樹脂作為主要組分。此處使用的"主要組分"表示，以上漿劑整體的重量計，其 量為50重量％以上，更優(yōu)選為75重量％以上，最優(yōu)選為100重量％。
[0073] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量優(yōu)選為大于0重量％且10重量％以下，更優(yōu) 選為大于0. 1重量％且小于10重量％，還更優(yōu)選為大于0. 2重量％且小于8重量％。
[0074][開纖程度]
[0075] 在本發(fā)明的無序氈中，無序氈中的由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維所構成的碳纖維 束（A)與纖維總量的比率為2〇 V〇1%以上且99V〇l%以下（體積％ )，所述臨界單纖維數(shù)由 下式（1)定義。作為除碳纖維束（A)之外的碳纖維，處于單纖維形式的碳纖維和由小于臨 界單纖維數(shù)的碳纖維構成的纖維束存在于氈中：
[0076] 臨界單纖維數(shù)=600/D (1)
[0077] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0078] 在本發(fā)明的無序氈中，由取決于平均纖維直徑而定義的臨界單纖維數(shù)以上的碳纖 維所構成的碳纖維束的量為20vol %以上且99vol %以下。也就是說，本發(fā)明的無序氈以特 定比率包含通過控制碳纖維的開纖程度而包括特定數(shù)量以上的碳纖維束和其它開纖的碳 纖維。通過例如在開纖步驟中調(diào)節(jié)吹入的空氣的壓力，能夠將碳纖維束（A)的存在量控制 為2〇 V〇1%以上且99V〇l%以下的范圍。優(yōu)選的條件在開纖步驟部分描述。
[0079] 在碳纖維束（A)與纖維總量的比率小于20v〇l%的情況下，當對本發(fā)明的無序氈 進行成型時，變得難以獲得具有高纖維體積含量的纖維增強復合材料。另一方面，在碳纖 維束（A)的比率超過99v 〇l%的情況下，纖維的間隙增加，變得難以獲得具有優(yōu)異的機械 強度的復合材料。碳纖維束（A)的比率優(yōu)選為30V〇1%以上，更優(yōu)選為50V〇1%以上，還更 優(yōu)選為60V〇1 %以上。另一方面，碳纖維束（A)的比率優(yōu)選為小于99Vol %，更優(yōu)選為小于 98V〇l%，還更優(yōu)選為小于95V〇l%。在上述數(shù)值范圍內(nèi)，碳纖維束（A)的比率優(yōu)選為：下限 為80V〇1 %，例如，80V〇1 %以上且99Vol %以下。
[0080] 在本發(fā)明的無序氈中，由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維所構成的碳纖維束（A)的平 均纖維數(shù)量（N)滿足下式（2):
[0081] 0· 6X104/D2 < N < 1X105/D2 (2)
[0082] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0083] 在隨后描述的優(yōu)選的生產(chǎn)方法中，可以通過調(diào)節(jié)供應至切割步驟的碳纖維束的尺 寸，例如，束的寬度或束的每寬度纖維數(shù)量，將碳纖維束（A)的平均纖維數(shù)量（N)控制至上 述范圍。具體實例包括通過開纖等拓寬纖維數(shù)的寬度并供應至切割步驟的方法，以及在切 割步驟之前設置分條步驟的方法?？梢栽谇懈畹耐瑫r對纖維束進行分條。優(yōu)選條件在開 纖步驟和切割步驟部分中描述。具體來說，在構成無序氈的碳纖維的平均纖維直徑為5至 7 μ m的情況下，臨界單纖維數(shù)為86至120 ;而在碳纖維的平均纖維直徑為5 μ m的情況下， 碳纖維束中的平均纖維數(shù)量在240以上至小于4, 000的范圍內(nèi)。重要的是，纖維平均數(shù)量 優(yōu)選為300至2, 500,更優(yōu)選為400至1，600。在碳纖維的平均纖維直徑為7 μ m的情況下， 碳纖維束中的平均纖維數(shù)量在大于122至小于2, 040的范圍內(nèi)。重要的是，纖維平均數(shù)量 優(yōu)選為150至1，500,更優(yōu)選為200至800。
[0084] 在碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為0. 6X 104/D2以下的情況下，變得難以獲 得高纖維體積含量（Vf)。在碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為IX 105/D2以上的情況 下，局部地形成厚度大的部分，容易成為孔隙形成的因素。
[0085] 在本發(fā)明的無序氈中，由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)中的平 均纖維數(shù)量（N)滿足下式（4):
[0086] 0. 6 X 104/D2 < N < 6. 0 X 104/D2 (4)
[0087] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0088] 在碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)小于6. OX 104的情況下，構成無序氈的碳 纖維氈的厚度不均勻性變小，即使以小的厚度也能夠獲得具有優(yōu)異的機械特性的纖維增強 復合材料。
[0089] 碳纖維束㈧中的平均纖維數(shù)量（N)更優(yōu)選為大于0. 6X 104/D2且小于5. OX 104/ D2,還更優(yōu)選為大于0. 6X 104/D2且小于4. OX 104/D2。也就是說，平均纖維數(shù)量（N)滿足下 式（5):
[0090] 0. 6 X 104/D2 < N < 4. 0 X 104/D2 (5)
[0091] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0092] 作為本發(fā)明的無序氈中的碳纖維束（A)的形式，以碳纖維束（A)的總數(shù)計，厚度為 100 μ m以上的纖維束的比率為小于3%。當厚度為100 μ m以上的纖維束的比率為小于3% 時，能夠將樹脂適合地浸漬到纖維束的內(nèi)部。厚度為100 μ m以上的纖維束的比率優(yōu)選為小 于1 %。通過例如，拓寬所使用的纖維并且使用具有小厚度的纖維，能夠將厚度為100 μ m以 上的纖維束的比率控制到小于3%。優(yōu)選條件在開纖步驟部分中描述。
[0093] 在本發(fā)明的無序氈中，碳纖維束（A)的平均厚度優(yōu)選為20μπι以上且小于ΙΟΟμπι。 當碳纖維束（Α)的平均厚度優(yōu)選為20 μ m以上且小于100 μ m時，碳纖維束的尺寸小，基質 樹脂的浸漬性能良好，且物理性質展現(xiàn)率（development rate of physical properties) 優(yōu)異，這是優(yōu)選的。通過控制碳纖維束的平均厚度來如上所述減小碳纖維束的尺寸，能夠 降低碳纖維的厚度不均勻性，并且使得即使以小的厚度也能夠獲得具有優(yōu)異的機械特性的 纖維增強復合材料。當碳纖維束（A)的平均厚度小于100 μ m時，單獨的纖維束的尺寸不 會增加，無序氈中的纖維的厚度不均勻性不會增加，并且易于將樹脂浸漬到纖維束內(nèi)部中。 結果，能夠獲得具有優(yōu)異的機械性質的纖維增強復合材料。當碳纖維束（A)的平均厚度為 20μπι以上時，最終制造的成形制品中的基質樹脂容易滲透到碳纖維束（A)的內(nèi)部，難以 發(fā)生不良浸漬。碳纖維束（Α)的平均厚度的范圍更優(yōu)選為20至95 μ m，還更優(yōu)選為25至 95 μ m，還進一步優(yōu)選為25至80 μ m，特別優(yōu)選為25至75 μ m，最優(yōu)選為30至60 μ m。
[0094] 將碳纖維束（A)的比率、碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)以及碳纖維束（A) 的平均厚度設定為上述范圍的優(yōu)選具體方法包括在隨后描述的優(yōu)選制造方法中通過調(diào)節(jié) 供應至切割步驟的纖維束的尺寸，諸如束的寬度或每寬度的纖維數(shù)量，來控制的方法。具體 而言，所述方法包括通過拓寬等加寬纖維束的寬度以減小厚度并且將纖維束供應至切割步 驟的方法，以及在切割步驟之前設置分條步驟的方法?？梢栽谇懈畹耐瑫r對纖維束進行分 條。優(yōu)選條件在切割方法部分中描述。可以例舉還包括將拓寬的纖維用作待使用的碳纖維 的方法，該優(yōu)選方法在切割步驟部分中描述。此外，通過使用向其添加適當量的適當?shù)纳蠞{ 劑的碳纖維束，能夠進一步準確地執(zhí)行上述步驟中的平均纖維數(shù)量（N)的調(diào)整。
[0095] 在本發(fā)明的無序氈中，優(yōu)選的是，厚度不均勻性非常小。變差系數(shù)CV(% )可用作 厚度不均勻性的指數(shù)。通過構成無序氈的碳纖維氈（從無序氈中除去基質樹脂）的厚度不 均勻性能夠評價無序氈的厚度不均勻性。以下描述獲得構成無序氈的碳纖維氈的厚度的 cv(% )的過程的一個實例。
[0096] 從碳纖維氈切割出適當尺寸，例如，100X 100mm的方形板，的測試片。將該測試片 放在可密封的袋中，將袋中的壓力減小至-0. 〇9MPa以下。在袋的外側以10mm的間隔將測 試片標記為格網(wǎng)圖案，以千分尺將厚度測量至l/l〇〇〇mm的尺寸。測量5行X5列總共25 個點。從測量厚度減去袋的厚度，計算平均值和標準偏差，能夠由下式（7)計算碳纖維的厚 度的變差系數(shù)CV(% )。
[0097] 變差系數(shù)CV(% )=標準偏差/平均值X 100 (7)
[0098] 即使在通過對無序氈進行成型而獲得的纖維增強復合材料和成形制品中碳纖維 的厚度不均勻性的程度中，碳纖維氈中碳纖維的厚度不均勻性的程度也得以保持。
[0099] [基質樹脂]
[0100] 對本發(fā)明的無序氈中所包含的基質樹脂沒有特別限制，但熱塑性樹脂是優(yōu)選的。
[0101] 熱塑性樹脂的種類包括氯乙烯樹脂、偏氯乙烯樹脂、醋酸乙烯酯樹脂、聚乙烯醇樹 月旨、聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-苯乙烯樹脂（AS樹脂）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂（ABS樹 脂）、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰胺樹脂（例如，聚酰胺6 樹脂、聚酰胺11樹脂、聚酰胺12樹脂、聚酰胺46樹脂、聚酰胺66樹脂和聚酰胺610樹脂）、 聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂（聚對苯二甲酸乙二酯樹脂、聚萘二甲酸乙二酯樹 月旨、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂和聚萘二甲酸丁二酯樹脂）、聚芳酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚苯硫 醚樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚醚醚酮樹脂以及聚乳酸樹脂。
[0102] 這些熱塑性樹脂可以單獨或其兩種以上組合使用。
[0103] 從耐熱性、耐沖擊性、耐候性、耐化學性、可成型性、強度、成本以及這些因素的平 衡的角度，熱塑性樹脂優(yōu)選為聚酰胺樹脂、聚酯樹脂、聚丙烯樹脂、聚碳酸酯樹脂或聚苯硫 醚樹脂。
[0104] 相對于每100重量份的碳纖維，無序氈中的基質樹脂的量優(yōu)選為在10至800重量 份的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為20至300重量份，還更優(yōu)選為20至200重量份，還進一步優(yōu)選為30 至200重量份，還進一步更優(yōu)選為30至150重量份，特別優(yōu)選為35至100重量份，最優(yōu)選 為50至100重量份。
[0105] 還能夠以碳纖維體積含量（以下經(jīng)常簡稱為Vf)來定義碳纖維與熱塑性樹脂之間 的量的關系，碳纖維體積含量由下式定義。
[0106] 碳纖維體積含量（Vol % )= 100 X [碳纖維的體積八碳纖維的體積+熱塑性樹脂 的體積）]
[0107] 利用碳纖維的密度和熱塑性樹脂的密度來換算碳纖維體積含量（Vf)與相對于每 100重量份碳纖維的熱塑性樹脂的重量份的量。
[0108] 在不損害本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)，本發(fā)明的無序氈可以包含諸如各種纖維狀有機 纖維或無機纖維，非纖維狀填充劑、阻燃劑、抗UV劑、顏料、脫模劑、軟化劑、增塑劑以及表 面活性劑的添加劑。
[0109] [中間基材]
[0110] 本發(fā)明的無序氈具有長度在3mm以上且100mm以下的范圍內(nèi)的碳纖維組分，并且 組合存在包含少于由式（1)所定義的臨界單纖維數(shù)的碳纖維的纖維束和單纖維中的至少 一種，以及由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)。因此，該無序氈還具有可成 形性高的特性。因此，期望該無序氈被用作通過使用熱塑性樹脂而獲得的熱塑性可沖壓片 材。該熱塑性可沖壓片材優(yōu)選地用作用于獲得具有復雜結構的纖維增強復合材料的基材 (中間基材）。
[0111] 用于獲得熱塑性可沖壓片材的方法包括應用碳纖維以獲得無序氈、將無序氈與膜 狀或熔融狀態(tài)的熱塑性樹脂層疊、并且通過壓制等進行加熱加壓從而獲得片材的方法。通 過將纖維狀和/或顆粒狀熱塑性樹脂與碳纖維同時應用以制備包含熱塑性樹脂和碳纖維 的無序氈、并且同樣通過壓制等進行加熱加壓，能夠獲得可沖壓片材。以下描述無序氈的優(yōu) 選制造方法。
[0112] [制造方法]
[0113] 以下描述用于優(yōu)選地獲得本發(fā)明的無序氈的方法。本發(fā)明的無序氈優(yōu)選地經(jīng)過下 列步驟1至3來獲得 ：
[0114] 1.切割碳纖維束的步驟；
[0115] 2.將切割的碳纖維導入管中以對纖維束進行開纖的步驟；
[0116] 3.由碳纖維和基質樹脂形成無序氈的步驟。
[0117] 以下詳細描述每個步驟。
[0118] [切割步驟]
[0119] 具體而言，碳纖維的切割步驟是使用刀具切割碳纖維的步驟。優(yōu)選的用于切割的 刀具為旋切機等。優(yōu)選的旋切機是配備有以特定角度布置的螺旋刀或者配備有其中布置了 大量短刀的所謂分離刀的旋切機。圖1示出切割步驟的一個實例的具體示意圖。圖2示出 具有螺旋刀的旋切機的一個實例，而圖3示出刀具角度的解釋性視圖。旋轉分離切割機是 多個刀片以相等的間隔且螺旋形地沿著主體布置的旋切機。
[0120] 優(yōu)選的是，通過調(diào)節(jié)供應至切割步驟的纖維束的尺寸，例如，束的寬度和每單位寬 度的纖維數(shù)量來控制，以將碳纖維束（A)的平均纖維數(shù)量（N)設定在本發(fā)明的優(yōu)選范圍內(nèi)。
[0121] 優(yōu)選地將碳纖維束的數(shù)量預先落入式（2)的范圍內(nèi)的纖維束用作用于切割的纖 維束。然而，一般來說，纖維成本隨著纖維束數(shù)量小而變得昂貴。因此，在使用可以廉價地獲 得的具有大量纖維束的碳纖維束的情況下，優(yōu)選地調(diào)整被供應至切割步驟的纖維束的寬度 和每寬度的纖維數(shù)量，然后供應至切割步驟。具體而言，可例舉通過拓寬等將纖維束薄薄地 加寬并且將纖維束供應至切割步驟的方法，以及在切割步驟之前設置分條步驟的方法。在 切割步驟之前設置分條步驟的方法中，預先將纖維束變細，然后供應至切割步驟。因此，可 以使用沒有特殊裝置的常規(guī)平面刀片或螺旋刀片等作為切割機。
[0122] 可以例舉使用分離刀切割纖維束的方法，和使用具有分條功能的切割機對纖維束 進行切割同時分條。
[0123] 在使用分離刀的情況下，通過使用刀具寬度窄的分離刀能夠使平均纖維數(shù)量（N) 減小，而通過使用刀具寬度寬的分離刀能夠使平均纖維數(shù)量（N)增大。
[0124] 作為具有分條功能的切割機，圖4示出分離切割機的實例，該分離切割機除了垂 直于纖維方向的刀具以外還具有平行于纖維方向布置的刀具。在圖4的切割機中，垂直于 纖維方向的短刀以一定間隔螺旋地布置。能夠以這些短刀切割纖維，并且同時能夠以垂直 于纖維方向的刀具對纖維束進行分條。在圖4所示分離切割機中，旋切機的周向方向與刀 具的布置方向之間的角度Θ是恒定的。
[0125] 為了獲得具有優(yōu)異的表面外觀的無序氈，纖維密度的不均勻性的影響非常大。在 布置有平面刀片的普通旋切機中，纖維切割是不連續(xù)的，并且將纖維大量導入涂布步驟中 的情況下，發(fā)生單位面積纖維重量的不均勻性。因此，通過使用具有特定角度的刀具地連續(xù) 切割纖維，以小的密度不均勻性進行涂布變得可能。由使用的碳纖維的寬度和刀片間距幾 何地計算用于連續(xù)切割碳纖維的刀具角度，該關系優(yōu)選地滿足下式（3)。周向方向上的刀片 間距直接反映在碳纖維的纖維長度上。
[0126] 碳纖維的纖維長度（刀片間距）=碳纖維股的寬度Xtan(90_ Θ ) (3)
[0127] 其中，Θ表示周向方向與刀具的布置方向之間的角度
[0128] 圖2至4示出以特定角度的布置的刀具的實例，圖中示出這些切割機的實例中的 周向方向與刀的布置方向之間的角度Θ。
[0129] 通過在將纖維束分為更細的束的同時切割纖維束，提高了均勻性并且適當?shù)孬@得 本發(fā)明的纖維增強復合材料。對連續(xù)切割碳纖維的刀具角度沒有特別限制?？梢允褂闷胀?的與纖維成90°的刀片，也可以使用與纖維成任意角度的刀片。
[0130] 優(yōu)選地是，本發(fā)明的無序氈是纖維束為如上所述的小尺寸纖維束的無序氈。因此， 優(yōu)選使用預先拓寬的碳纖維或使用通過拓寬碳纖維而具有小的纖維束厚度的股，并且將這 些供應至切割步驟。在本發(fā)明中，加寬纖維束的寬度以減小厚度被稱為拓寬。
[0131] 對拓寬纖維的方法沒有特別限制，可以例舉將諸如凸銷的擴展拉布機推向纖維的 方法、在與纖維的傳送方向相交的方向上輸送氣流以使纖維在下風方向上彎曲成弧形的方 法、以及施加振動的方法。
[0132] 為了制造本發(fā)明的無序氈，優(yōu)選地如上對碳纖維進行拓寬并且進一步將碳纖維分 離為絲數(shù)小的纖維束。對分離纖維的方法沒有特別限制，并且可以例舉以分條機等將股制 成更細的束的方法。通過使用碳纖維的上漿劑并且分離碳纖維，能夠容易地獲得具有期望 的碳纖維束中的平均纖維數(shù)量的無序氈。
[0133] 通過執(zhí)行纖維拓寬并且然后執(zhí)行纖維分離，能夠減小碳纖維束的尺寸，從而增加 纖維束的量。結果，包含在無序氈中的碳纖維的均勻性得以提高并且獲得了具有小的碳纖 維氈的厚度不均勻性和優(yōu)異的機械性質的無序氈。
[0134] [開纖步驟]
[0135] 開纖步驟是將切割的碳纖維束導入管中并對纖維束進行開纖的步驟。通過向纖維 吹送空氣，能夠適當?shù)貙w維束進行開纖。通過空氣的壓力等能夠適當?shù)乜刂崎_纖的程度、 碳纖維束（A)的量和碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)。在開纖步驟中，優(yōu)選地通過壓縮 空氣吹出孔將空氣以1至1，〇〇〇m/sec的風速直接吹向纖維束，能夠對碳纖維進行開纖。風 速更優(yōu)選為5至500m/sec，還更優(yōu)選為大于50至500m/sec以下。具體來說，在碳纖維通 過的管的管壁中形成數(shù)個直徑約為1至2mm的孔，并從外部施加0. 01至1. OMPa、更優(yōu)選為 0. 2至0. 8MPa的壓力，將壓縮空氣直接吹向纖維束。通過降低風速，可以留下許多纖維束， 而通過提高風速，可以將纖維束開纖直至單纖維形式。
[0136] [形成無序氈的步驟]
[0137] 形成無序氈的布驟步驟是將切割并開纖的碳纖維在空氣中鋪展，并且同時供應顆 粒狀或短纖維狀的基質樹脂（在后文中統(tǒng)稱為"基質樹脂顆粒等"），將碳纖維與熱塑性樹 脂顆粒等一起噴撒在設置于開纖設備的下方的透氣支撐物上，并且以使碳纖維和熱塑性樹 脂顆粒等以其混合的狀態(tài)以特定的厚度沉積在支撐物上，以便形成無序氈的步驟。優(yōu)選地 將熱塑性樹脂作為基質樹脂，顆粒狀或短纖維狀熱塑性樹脂被稱作"熱塑性樹脂顆粒等"。
[0138] 在該步驟中，被空氣開纖的碳纖維與從單獨路徑供應的基質樹脂顆粒等同時被噴 撒在透氣支撐物上，以其大致均勻地混合的狀態(tài)以氈的形式沉積在透氣支撐物上，并以該 狀態(tài)固定。在此情況下，當透氣支撐物利用由網(wǎng)制成的傳送帶構成并且在連續(xù)地在一個方 向上移動支撐物的同時在傳送帶上執(zhí)行沉積時，能夠連續(xù)地形成無序氈。此外，可以使支撐 物在前后方向和左右方向上移動從而獲得更均勻沉積。
[0139] 優(yōu)選的是，將碳纖維和基質樹脂顆粒等噴撒成二維定向。為了在使開纖的纖維的 二維定向同時進行涂布，優(yōu)選地使用朝向下游側變大的錐形管。在該錐形管中，由于吹向碳 纖維的氣體擴散，所以降低管內(nèi)的流速。因此，在此時賦予碳纖維以旋轉力。利用該文丘里 效應，能夠將開纖的碳纖維與基質樹脂顆粒等一起均勻的噴撒，而不會導致不均勻性。此 夕卜，對于稍后描述的固定步驟，優(yōu)選地將碳纖維噴撒在其下方具有抽吸裝置的可移動透氣 支撐物（網(wǎng)狀傳送帶等）上，并且以無序氈的形狀沉積。
[0140] 在該步驟中，基質樹脂顆粒等的供應量優(yōu)選地相對于每100重量份碳纖維為30至 200重量份。相對于每100重量份碳纖維，基質樹脂顆粒等的供應量更優(yōu)選為30至150重 量份，還更優(yōu)選為35至100重量份。
[0141] 無序氈的形成步驟包括固定碳纖維和基質樹脂顆粒等的步驟。即，該固定步驟是 固定沉積的碳纖維和熱塑性樹脂顆粒等的步驟。優(yōu)選的是，通過在透氣支撐物的下部抽氣 來固定碳纖維。通過當基質樹脂為纖維狀形式時利用抽氣、或當基質樹脂為顆粒狀形式時 伴隨碳纖維，也能夠在混合的同時固定噴撒的基質樹脂。
[0142] 由此，通過由此從沉積表面的下部抽氣，能夠獲得高度二維定向的氈。此外，此處 產(chǎn)生的負壓能夠被用于抽吸基質樹脂顆粒等，并且利用管內(nèi)產(chǎn)生的擴散流能夠使基質樹脂 顆粒等容易地與碳纖維混合。如此獲得無序氈使基質樹脂顆粒等均勻地存在于構成無序氈 的碳纖維的間隙中以及碳纖維附近。結果，在稍后描述的加熱、浸漬和加壓步驟中，能夠以 短的樹脂的移動距離并且在相對短的時間內(nèi)以樹脂浸漬無序氈。
[0143] 在構成透氣支撐物的片材、網(wǎng)等的開口尺寸小的情況下，當一部分基質樹脂顆粒 等穿過支撐物而不保留在無序氈中時，為防止該問題，可以在支撐物的表面上設置無紡織 物等，將碳纖維和基質樹脂顆粒等噴撒在無紡織物上并固定碳纖維和基質樹脂顆粒等。在 此情況下，若無紡織物由與基質樹脂顆粒等相同的樹脂制成時，則無紡織物無需從沉積的 氈剝離，并且通過在下一步驟中加熱加壓，能夠將構成無紡織物的纖維作為復合材料的基 質的基質樹脂的一部分。
[0144] 在本發(fā)明的無序氈的制造方法中，通過將碳纖維股切割至恒定長度、將股片和在 切割時被分離為單纖維形式的碳纖維供應至用于抽吸傳送帶的輸送路徑、從設置在輸送路 徑中部或其末端處的噴氣嘴向碳纖維吹送空氣、將切割的股片分離并開纖為所期望的尺寸 (直徑）的碳纖維束、并且同時將碳纖維與基質樹脂顆粒等一起吹向在能夠恒定方向上連 續(xù)地或間歇地移動的透氣支撐物（在后文中有時稱作"固定網(wǎng)"）的表面，隨后沉積并固定， 能夠形成無序氈。優(yōu)選的是，輸送路徑由具有彈性的管，例如彈性管或軟管構成，并且將錐 形管設置到其末端。在此情況下，噴氣嘴可以設置在塑料管與錐形管的結合部中，并且在此 情況下，優(yōu)選的是，在錐形管的內(nèi)壁中打開基質樹脂顆粒等的供應通路。
[0145] [纖維增強復合材料]
[0146] 本發(fā)明的無序氈的碳纖維組分的平均纖維長度為3mm以上且100mm以下，并且 本發(fā)明的無序氈具有由小于由式（1)所定義的臨界單纖維數(shù)的碳纖維所構成的碳纖維束 和單纖維中的至少一種，與由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)相混合的形 式。難以發(fā)生氈的局部撕裂。因此，包含以熱塑性樹脂浸漬的如上獲得的無序氈的纖維增 強復合材料優(yōu)選地在冷壓成型中使用，并且被稱作熱塑性可沖壓片材，該冷壓成型為將樹 脂加熱至其熔點或玻璃化轉變溫度以上、將纖維增強復合材料插入保持在樹脂的熔點或玻 璃化轉變溫度以下的溫度模具中、以獲得形狀的方法。
[0147] 本發(fā)明的纖維增強復合材料具有高的纖維體積含量和優(yōu)異的拉伸強度。纖維體積 含量優(yōu)選為30至65%，更優(yōu)選為40至60%。本發(fā)明的纖維增強復合材料的拉伸強度優(yōu) 選為400MPa以上，更優(yōu)選為450MPa以上。對拉伸強度的上限沒有特別限制，但是大致為 600MPa〇
[0148] 通過對本發(fā)明的無序氈進行成型，能夠獲得纖維增強復合材料，本發(fā)明包括纖維 增強復合材料。本發(fā)明的纖維增強復合材料由平均纖維長度為3至100mm的碳纖維和基質 樹脂構成，并且所包含的碳纖維優(yōu)選地滿足下列i)至iii)。
[0149] i)由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的比率為20V〇1%以上且 99V〇l %以下，臨界單纖維數(shù)由式（1)定義。
[0150] 臨界單纖維數(shù)=600/D (1)
[0151] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0152] ii)碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)滿足下式（2)。
[0153] 0· 6X104/D2 < N < 1X105/D2 (2)
[0154] 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
[0155] iii)碳纖維束⑷的平均厚度為20 μ m以上且小于100 μ m。
[0156] 纖維增強復合材料中碳纖維的開纖程度幾乎保持無序氈中的狀態(tài)。關于纖維增強 復合材料中的碳纖維，為了將碳纖維束（A)的比率和碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N) 設定至上述范圍，可以通過控制無序氈中的碳纖維束（A)的比率和碳纖維束（A)中的平均 纖維數(shù)量（N)，來將碳纖維束（A)的比率和碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)設定至各個 范圍。
[0157] 優(yōu)選地，通過控制所包含的碳纖維的單位面積纖維重量和基質樹脂的量，將纖維 增強復合材料的厚度調(diào)整至適當?shù)姆秶?br> [0158] 對構成纖維增強復合材料的碳纖維的種類沒有特別限制，碳纖維的實例優(yōu)選地包 括在無序氈部分中描述的碳纖維。
[0159] 對構成纖維增強復合材料的樹脂的種類沒有特別限制，樹脂的實例優(yōu)選地包括在 無序氈部分中描述的樹脂。
[0160] 如在無序氈中的基質樹脂的量中所描述的，相對于每100重量份的碳纖維，纖維 增強復合材料中的基質樹脂的量優(yōu)選為10至800重量份，更優(yōu)選為20至300重量份，還更 優(yōu)選為20至200重量份，還進一步優(yōu)選為30至150重量份，特別優(yōu)選為50至100重量份。
[0161] 本發(fā)明的纖維增強復合材料可以具有不同的厚度，例如，0. 2至100mm的厚度。即 使厚度更小的成形制品也能夠具有非常優(yōu)異的性質和外觀。具體而言，成形板可以具有0.2 至2. 0mm的厚度（如需非常嚴格地定義，則為在25°C下的厚度）。纖維增強復合材料中碳 纖維的單位面積纖維重量優(yōu)選為25至10, 000g/m2,更優(yōu)選為50至4, 000g/m2,還更優(yōu)選為 600 至 2, 200g/m2。
[0162] 如上所述，本發(fā)明的纖維增強復合材料具有碳纖維束與單纖維混合的形式，并且 碳纖維束是具有特定厚度的小尺寸碳纖維束。因此，纖維增強復合材料中碳纖維的厚度不 均勻性非常小?？梢詫⒆儾钕禂?shù)cv(%)用作厚度不均勻性的指數(shù)。以下描述用于獲得纖 維增強復合材料中所包含的碳纖維束（A)的變差系數(shù)CV(%)的過程的一個實例。
[0163] 從平板狀成形制品切割出適當尺寸，例如，lOOmmX 100mm，的測試片，并且將該測 試片在烘箱中在500°C下加熱約1小時以除去樹脂。測量除去了樹脂的測試片的尺寸和重 量，并且將該測試片布置在平板上。將其上具有測試片的平板插入可密封袋中，通過在無序 氈中碳纖維的厚度不均勻性的測量中所描述的過程來測量25個位置處的厚度。使用通過 從測量厚度減去袋和平板的厚度而獲得的測試片的凈厚度的值，能夠由式（7)獲得纖維增 強復合材料中碳纖維的厚度的變差系數(shù)。由式（7)定義的變差系數(shù)CV值優(yōu)選為20%以下， 更優(yōu)選為10%以下。
[0164] 纖維增強復合材料中的碳纖維氈的厚度不均勻性的程度保持無序氈的厚度不均 勻性的程度。
[0165] [纖維增強復合材料的成形制品的制造]
[0166] 可以通過對無序氈進行成型來獲得纖維增強復合材料。用于獲得纖維增強復合材 料的方法包括噴撒碳纖維以獲得無序氈、將無序氈與膜狀或熔融的基質樹脂混合、開且通 過壓制等對其加熱加壓的方法。還可以通過將纖維狀和/或顆粒狀基質樹脂與碳纖維一起 噴撒以形成包含基質樹脂和碳纖維無序氈、并且通過壓制等對無序氈加熱加壓，來獲得纖 維增強復合材料。對用于獲得纖維增強復合材料的方法沒有特別限制，但是優(yōu)選地可以通 過利用，例如，真空成形、液壓成形、熱壓或冷壓，對纖維增強復合材料進行成型，來獲得成 形制品。重要的是，本發(fā)明的纖維增強復合材料優(yōu)選地通過冷壓成形來獲得，在冷壓成形 中，將無序氈加熱至包含在其中的熱塑性樹脂的熔點或玻璃化轉變溫度以上，然后將無序 氈插入將其溫度保持在樹脂的熔點或玻璃化轉變溫度以下的模具中，以獲得形狀。
[0167] 在對無序氈進行成型的情況下，當作為基質的熱塑性樹脂為結晶體時，優(yōu)選地將 熱塑性樹脂加熱至熔點以上，而當熱塑性樹脂為無定形時，優(yōu)選地將熱塑性樹脂加熱至玻 璃化轉變溫度以上。可以將加壓介質調(diào)整至作為基質的熱塑性樹脂的熔點或玻璃化轉變溫 度以上，也可以將加壓介質調(diào)整至作為基質的熱塑性樹脂的熔點或玻璃化轉變溫度以下。 在成型時，通過適當?shù)靥砑訜崴苄詷渲軌颢@得根據(jù)目的而具有不同厚度的纖維增強復 合材料。對添加的熱塑性樹脂沒有特別限制，其實例包括與在基質樹脂部分中所描述的熱 塑性樹脂相同的熱塑性樹脂。熱塑性樹脂的形式可以為熔融樹脂、纖維狀樹脂、顆粒狀樹 月旨、以及膜狀樹脂等。
[0168] 此外，可以通過不直接對無序氈進行成型，而是通過加熱并且進一步加壓來形成 被稱作預浸料坯的板狀中間基材等，然后通過上述方法對預浸料坯進行成型，來獲得纖維 增強復合材料。
[0169] 實施例
[0170] 以下示出實施例，但本發(fā)明不應被視為限于以下實施例。
[0171] 關于碳纖維束（A)及其實例，除非另有說明，否則纖維束長度（纖維長度）的單位 為_，重量的單位為g。實施例與比較例中所使用的一部分碳纖維和熱塑性樹脂的密度如 下所示。
[0172] PAN 系碳纖維 "TENAX"（注冊商標）STS40-24K :1. 75g/cm3。
[0173] PAN 系碳纖維 "TENAX"（注冊商標）HTS40-12K :1. 76g/cm3。
[0174] PAN 系碳纖維 "TENAX"（注冊商標）MS40-12K :1. 76g/cm3。
[0175] 聚碳酸酯：1. 20g/cm3。
[0176] 聚酰胺 6 :L 14g/cm3。
[0177] 聚對苯二甲酸丁二酯：1. 31g/cm3。
[0178] 1)無序氈中的碳纖維束的分析
[0179] 將無序毯切割至大約lOOmmX 100mm的尺寸。用鑷子從已切割的毯中抽出全部纖 維束，測量并記錄碳纖維束（A)的數(shù)量（I)，以及纖維束的長度（Li)和重量（Wi)。對于小 到無法用鑷子抽出的纖維束，將這些纖維束收集起來，最后并進行稱重（Wk)。將能夠測量至 l/l〇〇mg的天平用于稱重。在纖維和樹脂能夠分離的情況下，用鑷子只取出纖維，而在纖維 和樹脂不能分開的情況下，將氈在例如500°C下加熱約1小時以除去樹脂，并稱重。根據(jù)無 序氈中使用的碳纖維的纖維直徑（D)來計算臨界單纖維數(shù)，并將由臨界單纖維數(shù)以上的碳 纖維構成的碳纖維束（A)和其它碳纖維束相互分離。在使用兩種以上的碳纖維的情況下， 將每種纖維分離，并對每種纖維進行測量和評價。
[0180] 碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)以下列方式確定。
[0181] 由所使用的碳纖維的細度（F(g/m))，通過下式來確定每個碳纖維束中的纖維數(shù)量 (Ni)。使用構成碳纖維束的絲的每單位長度的重量作為細度（F)。
[0182] Ni = Wi/(LiXF)
[0183] 碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)，由碳纖維束（A)的束的數(shù)量（I)，通過下式 來獲得。
[0184] Ν = Σ Ni/I
[0185] 氈中碳纖維束（A)與纖維總量的比率（VR)，使用碳纖維的密度（P (g/cm3))，通過 下式來獲得：
[0186] VR = Σ (ffi/ p ) X 100/ ((ffk+ Σ ffi) / p )
[0187] 2)無序氈或復合材料中包含的碳纖維的平均纖維長度的分析
[0188] 使用游標卡尺和小型放大鏡，將從無序氈或復合材料隨機抽出的100根碳纖維的 長度測量至1_的單位并記錄，由測量的所有碳纖維的長度（Li)，通過下式來確定平均纖 維長度（La)。在復合材料的情況下，在烘箱中在500°C下加熱約1小時以除去樹脂，隨后抽 出碳纖維。
[0189] La = Σ Li/100
[0190] 3)無序氈或復合材料中所包含的碳纖維的纖維束厚度分析
[0191] 在無序氈中，浸漬諸如環(huán)氧樹脂的熱固性樹脂或熱塑性樹脂，以制備復合材料。
[0192] 使用金剛石切割機等將復合材料的任意部位切割成能夠看見纖維的截面，然后拋 光至#5000以上。
[0193] 使用光學顯微鏡將拋光的表面放大200倍，測量視野中所見的所有束的厚度。在 每個都具有約1. 2mmX 1. 6mm的范圍的三個視野內(nèi)進行測量。
[0194] 通過下式獲得100 μ m以上的束的比率（BR)。
[0195] BR=厚度為100 μ m以上的束的數(shù)量/觀察到的束的總數(shù)量X 100
[0196] 4)復合材料中碳纖維束的分析
[0197] 對于復合材料，在烘箱內(nèi)在500°C下加熱約1小時以除去樹脂之后，以與無序氈中 的測量方法相同的方式進行測量。
[0198] 5)復合材料中纖維定向的分析
[0199] 作為用于測量對復合材料進行成型之后的纖維的各向同性方法，在成形板上的任 意方向和與該任意方向垂直的方向的基礎上，執(zhí)行拉伸測試，測量其拉伸模量，測量通過用 測得的拉伸模量的值中的較大值除以其較小值所獲得的比率（Εδ)。彈性模量的比率越接 近1，則各向同性越優(yōu)異。
[0200] [獲得碳纖維與基質樹脂之間的結合強度的方法]
[0201] 通過股線拉伸剪切強度來評價碳纖維與基質樹脂之間的結合強度。
[0202] 將基質樹脂加熱至熔點以上并加壓，以制備厚度為30至50 μ m的薄膜。
[0203] 制備兩個具有特定長度的表面處理的碳纖維束，將上述制備的薄膜放置在兩個束 之間并在260°C的溫度下以3mm的結合部的長度結合2分30秒。特定長度表示結合部的 長度+50mm。將包含碳纖維束的測試件的兩端分別夾在粗糙度為#320的兩張砂紙之間，以 執(zhí)行防滑修整（圖5)。將該樣品用作最終測試件，基于JIS K6850 :1999,使用自動繪圖儀 (Shimadzu Corporation制造的AGS_X5kN)通過以3mm/min的測試速率施加載荷執(zhí)行拉伸 剪切強度測量，測量此時的拉伸強度。測量7個樣品，將其平均值定義為拉伸剪切強度。
[0204] [獲得碳纖維的表面氧濃度0/C的方法]
[0205] 利用XPS (ESCA)根據(jù)下列過程能夠獲得碳纖維的表面氧濃度（0/C)。切割纖維，然 后鋪展并布置在不銹鋼樣品支撐臺上。將光電子逃逸角度設定為90°C，MgKa用作X射線 源，并且樣品室內(nèi)部維持IX l〇_6Pa的真空。作為測量期間由帶電引起峰的校正，將Cls的 主峰的結合能值B.E.設定為284.6eV。通過在528至540eV的范圍內(nèi)劃出直基線來獲得 01s的峰面積。通過在282至292eV的范圍內(nèi)劃出直基線來獲得Cls的峰面積。通過計算 〇ls峰面積與Cls峰面積之間的比率來獲得碳纖維表面上的表面氧濃度0/C。
[0206] [碳纖維氈或無序氈中碳纖維束（A)的厚度的測量]
[0207] 通過下列過程測量碳纖維氈或無序氈（以下有時簡稱為無序氈等）中碳纖維束 (A)的平均厚度。
[0208] 1)從無序毯等切割出約lOOmmX 100mm的測試片，用鑷子從測試片中隨機取出約 20個纖維束。由無序氈等中所使用的碳纖維的纖維直徑（D)計算臨界單纖維數(shù)，從取出的 纖維束中抽取20個由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)。
[0209] 2)使用能夠測量低至l/1000mm的薄厚規(guī)測量由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成 的碳纖維束（A)的纖維束厚度。
[0210] 3)在無序氈等中進行5次上述測量，獲得其平均值。
[0211] 在使用兩種以上的碳纖維的情況下，將碳纖維分離成每種纖維，并測量每種纖維。
[0212] [纖維增強復合材料中碳纖維束（A)的厚度測量]
[0213] 通過下列過程測量纖維增強復合材料中碳纖維束（A)的平均厚度。
[0214] 1)將纖維增強復合材料切割至約50mm的寬度以制備測試片。
[0215] 2)以顯微鏡觀察測試片的截面，在確認碳纖維的纖維軸近似平行于截面后，在 2. 0mm2的區(qū)域內(nèi)測量由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的纖維束厚度。
[0216] 3)在測試片的5個視野內(nèi)執(zhí)行測量，獲得其平均值。
[0217] 在使用兩種以上的碳纖維的情況下，將碳纖維分離成每種纖維，并測量每種纖維。
[0218] [獲得纖維增強復合材料中碳纖維束（A)與碳纖維總量的比率的方法]
[0219] 如下獲得纖維增強復合材料中碳纖維束⑷的比率。從復合材料切割出 lOOmmX 100mm的測試片，在烘箱中在500°C下加熱約1小時以除去樹脂。取出纖維束，以與 無序氈中相同的過程進行測量。
[0220] [無序氈等中碳纖維氈的厚度不均勻性的測量方法]
[0221] 以下列過程計算無序氈等中碳纖維氈的厚度的變差系數(shù)CV，并以CV評價厚度不 均勻性。當碳纖維的厚度變差大時，變差系數(shù)cv(%)大。
[0222] 1)從無序氈等中切割出lOOmmX 100mm的測試片，放入可密封袋中。將袋內(nèi)的壓力 降至-0. 09MPa以下。
[0223] 2)通過袋以10mm的間隔將測試片標記為格網(wǎng)圖案，以千分尺將厚度測量至 l/1000mm的尺寸。測量5行X5列總共25個點。
[0224] 3)從測量厚度減去袋的厚度，計算平均值和標準偏差，由下式計算僅碳纖維厚度 的變差系數(shù)CV。
[0225] 變差系數(shù)CV(% )=標準偏差/平均值X 100 (7)
[0226] [纖維增強復合材料中碳纖維氈的厚度不均勻性的測量方法]
[0227] 在評價纖維增強復合材料中碳纖維氈的厚度不均勻性的情況下，從平板狀復合材 料切割出l〇〇_X 100mm的測試片，在烘箱中在500°C下加熱約1小時以除去樹脂。隨后，相 似地測量尺寸和重量，并將測試片放置在平滑的平板上。隨后，將測試片與平板一起插入可 密封袋中，以與碳纖維氈中相同的方式測量25個位置處的厚度，區(qū)別在于從測量厚度中減 去袋和平板的厚度，由此獲得厚度的變差系數(shù)CV。
[0228] [纖維增強復合材料的浸漬程度的評價]
[0229] 利用超聲波檢測成像設備（由Japan Krautkramer Co.，Ltd.制造的SDS-WIN)以 5MHz的檢測器頻率和2. 0mmX2. Omm的掃描間距執(zhí)行超聲波檢測，來評價纖維增強復合材 料的浸漬程度。在進行評價時，以顯微鏡觀察反射波強度為90%以上的部位的截面，并確認 不存在缺陷和孔。在超聲波檢測中，具有高反射波強度（在該實例中為70%以上）的部分 面積的比率越高，復合材料的內(nèi)部越密實。另一方面，隨著具有低反射波強度（在該實例中 為50%以下）的部分面積的比率增加，復合材料的內(nèi)部出現(xiàn)細孔，確認復合材料中存在許 多未浸漬的部分。
[0230] [拉伸測試]
[0231] 使用噴水器從復合材料切割出測試片，使用Instron制造的通用測試機參考JIS K7164(2005)測量拉伸強度和拉伸模量。
[0232] 測試片的形狀為1B型B形測試片?？ūP距離為115mm，測試速率為10mm/min。關 于測試片，分別在復合材料的任意方向（0°方向）和與該任意方向垂直的方向（90°方向） 上切割出測試片，測量這兩個方向上的拉伸強度和拉伸模量。關于拉伸強度，測量兩個方向 上的拉伸強度，獲得其平均值。關于拉伸模量，通過以較大值除以較小值計算比率（Εδ)。
[0233] [實施例1]
[0234] 使用由 Toho Tenax Co.，Ltd.制造的碳纖維"ΤΕΝΑΧ"（注冊商標）STS40-24KS (纖 維直徑：7 μ m，纖維寬度，10mm，拉伸強度：4, OOOMPa)作為碳纖維，使用硫酸銨水溶液作為 電解液以碳纖維每lg27庫侖的電量對該碳纖維進行表面處理并且然后拓寬至30mm的寬 度。使用其中以硬質合金制備并且以1_的間隔布置耙片的分條機作為分離設備。使用與 纖維成37°角并且以硬質合金制備的螺旋旋切機作為切割設備。刀片的間隔為12mm。準 備具有小孔的管作為涂布設備，并且使用壓縮機供應壓縮空氣。在此情況中，經(jīng)過小孔的風 速為lOOm/sec。將該管緊鄰旋切機的下方設置，并將錐形管焊接到其下部。從錐形管的側 面供應基質樹脂，通過將由Teijin Chemicals Ltd.制造的聚碳酸酯"PANLITE"（注冊商 標）L-1225L球粒冷凍粉碎并且進一步以20目和30目的篩分類所獲得的粉末被用作基質 樹脂。在該情況下，平均粒徑為約1mm。
[0235] 將在XY方向上可移動的平板設置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平板的 下部進行抽吸。運行設備，獲得單位面積碳纖維重量為l，800g/m 2且單位面積聚碳酸酯樹 脂重量為1，500g/m2的無序氈。以加熱至300°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱5分 鐘，以獲得厚度⑴為2. 2mm的成形板。
[0236] 關于獲得的復合材料，由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖維數(shù)以上 的碳纖維構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為250,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維 構成的碳纖維束（A)的比率為67V 〇l%，獲得的復合材料的纖維體積含量為44V〇l%。
[0237] 從0°方向和90°方向從成形板切割出尺寸為250mmX25mm的測試片（總共5片， 以下，稱為"n = 5"），根據(jù)JISK7164進行測量。結果，拉伸模量的比率Εδ為1.03,拉伸 強度為470MPa。
[0238] 所使用的碳纖維的表面氧濃度0/C的測量結果為25%。此外，獲得的無序氈中碳 纖維的平均纖維長度為12mm。未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以上的纖維束。所使用的纖維與所 使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為38MPa。
[0239] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為32 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為8%。
[0240] [實施例2]
[0241] 使用由 Toho Tenax Co.，Ltd.制造的碳纖維"TENAX"（注冊商標）STS40-24KS (纖 維直徑：7 μ m，纖維寬度，10mm，拉伸強度：4, OOOMPa)作為碳纖維。在切割步驟之前的階段 提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過將共聚率（重量比率）為90/10的6/66二 元共聚酰胺樹脂用作上漿劑，向4, 000重量份水中加入100重量份該共聚酰胺和作為表面 活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的ΑΝΤ0Χ EHD-PNA、隨后攪拌而獲 得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在120秒內(nèi)通過干燥箱。
[0242] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至30mm的寬度并且使用。使用其中以硬質合 金制備并且以1mm的間隔布置耙片的分條機作為分離設備。使用與纖維成37°角并且以硬 質合金制備的螺旋旋切機作為切割設備。刀片的間隔為12_。準備具有小孔的管作為涂 布設備，并且使用壓縮機供應壓縮空氣。在此情況中，經(jīng)過小孔的風速為60m/ sec。將該管 緊鄰旋切機的下方設置，并將錐形管焊接到其下部。從錐形管的側面供應基質樹脂，通過將 由Unitika Ltd.制造的尼龍6樹脂A1030冷凍粉碎并且進一步以20目和30目的篩分類 所獲得的粉末被用作基質樹脂。在該情況下，平均粒徑為約1mm。
[0243] 將在XY方向上可移動的平板設置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平板的 下部進行抽吸。運行設備，獲得單位面積碳纖維重量為l，800g/m 2且單位面積尼龍樹脂重 量為1，500g/m2的無序氈。以加熱至260°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱5分鐘， 以獲得厚度（t)為2. 3mm的成形板。
[0244] 關于獲得的復合材料，由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖維數(shù)以上 的碳纖維構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為420,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維 構成的碳纖維束（A)的比率為85V 〇l%，獲得的復合材料的纖維體積含量為43V〇l%。
[0245] 從0°方向和90°方向的每一個方向從成形板切割出尺寸為250X25mm的5個測 試片，根據(jù)JIS K7164進行測量。結果，拉伸模量的比率Εδ為1.02,拉伸強度為510MPa。
[0246] 此外，獲得的無序氈中碳纖維的平均纖維長度為12mm，未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。所使用的纖維與所使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為50MPa。
[0247] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為40 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為9%。
[0248] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0. 9重量％。
[0249] [實施例3]
[0250] 使用由 Toho Tenax Co.，Ltd.制造的碳纖維"TENAX"（注冊商標）HTS40-12KS (纖 維直徑：7μπι，纖維寬度，9mm，拉伸強度：4,000MPa)作為碳纖維。在切割步驟之前的階段提 供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過在攪拌下將作為上漿劑的25重量份PBT樹脂 (由Polyplastics Co.，Ltd.制造的DURANEX)和15重量份雙酚A型環(huán)氧樹脂（由Japan EpoxyResinCo.制造的EPIK0TE1001(注冊商標））混合，添加4,000重量份的水并且進一 步添加作為表面活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的ΑΝΤ0Χ EHD-PNA， 隨后攪拌而獲得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在120秒內(nèi)通過干 燥箱。
[0251] 使用其中以硬質合金制備并且以1mm的間隔布置耙片的分條機作為分離設備。使 用與纖維成37°角并且以硬質合金制備的螺旋旋切機作為切割設備刀片的間隔為12mm。 準備具有小孔的管作為涂布設備，并且使用壓縮機供應壓縮空氣。在此情況中，經(jīng)過小孔的 風速為lOOm/sec。將該管緊鄰旋切機的下方設置，并將錐形管焊接到其下部。從錐形管的 側面供應基質樹脂，通過將由Polyplastics Co.，Ltd.制造的PBT樹脂DURANEX2002冷凍 粉碎并且進一步以20目和30目的篩分類所獲得的粉末被用作基質樹脂。在該情況下，平 均粒徑為約1mm。
[0252] 將在XY方向上可移動的平板設置在錐形管出口的下方，并通過吹風機從平板的 下部進行抽吸。運行設備，獲得單位面積碳纖維重量為1，600g/m 2且單位面積PBT樹脂重 量為1，400g/m2的無序氈。以加熱至270°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱5分鐘， 以獲得厚度（t)為2. 0mm的成形板。
[0253] 關于獲得的復合材料，由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖維數(shù)以上 的碳纖維構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為890,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維 構成的碳纖維束（A)的比率為82Vol%，獲得的復合材料的纖維體積含量為46Vol%。
[0254] 從0°方向和90°方向的每一個方向從成形板切割出尺寸為250X25mm的5個測 試片，根據(jù)JIS K7164進行測量。結果，拉伸模量的比率Εδ為1.02,拉伸強度為480MPa。
[0255] 此外，獲得的無序氈中碳纖維的平均纖維長度為12mm，未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。所使用的纖維與所使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為46MPa。
[0256] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為54 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為10%。
[0257] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0. 4重量％。
[0258] [實施例4]
[0259] 使用由 Toho Tenax Co.，Ltd.制造的碳纖維"TENAX"（注冊商標）HTS40-12KS (纖 維直徑：7μπι，纖維寬度，9mm，拉伸強度：4,000MPa)作為碳纖維。以與實施例3相同的方式 獲得無序氈，區(qū)別在于如實施例1 一樣不執(zhí)行碳纖維的表面處理，不使用作為上漿劑的樹 脂而僅使用水。將獲得的無序氈在120°C下干燥15分鐘，然后以加熱至270°C的壓制設備 在2. OMPa下對無序氈加熱5分鐘，以獲得厚度（t)為2. 0mm的成形板。
[0260] 關于獲得的復合材料，由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖維數(shù)以上 的碳纖維構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為800,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維 構成的碳纖維束（A)的比率為85V 〇l%，獲得的復合材料的纖維體積含量為45V〇l%。
[0261] 從每個η = 5的0°方向和90°方向的每一個方向從成形板切割出尺寸為 250X25mm的5個測試片，根據(jù)JIS Κ7164進行測量。結果，拉伸模量的比率Εδ為1.02， 拉伸強度為310MPa。
[0262] 此外，獲得的無序氈中碳纖維的平均纖維長度為12_，未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。所使用的纖維與所使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為16MPa。
[0263] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為51 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為10%。
[0264] 由于在表面處理中僅使用了水，所以以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0重 量％。
[0265] [實施例5]
[0266] 使用由Toho Tenax Co.，Ltd.制造的PAN系碳纖維"TENAX"（注冊商標） STS40-24K(纖維直徑：7μπι，纖維寬度，10mm，拉伸強度：4,000MPa)作為碳纖維。在切割 步驟之前的階段提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過將共聚率（重量比率）為 90/10的6/66二元共聚酰胺樹脂作為上漿劑，向4, 000重量份水中加入100重量份該共聚 酰胺和作為表面活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的ΑΝΤ0Χ EHD-PNA、 隨后攪拌而獲得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在120秒內(nèi)通過干 燥箱。
[0267] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0. 8重量％。
[0268] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至30mm的寬度并且使用。以使用硬質合金的 分離設備以〇. 6mm的間隔對碳纖維進行分條。使用具有以20mm的間隔形成并且以硬質合 金制備的刀片的旋切機作為切割設備將碳纖維切割為具有20mm的纖維長度。將錐形管緊 鄰旋切機的下方設置，以200m/ sec的風速供應壓縮空氣以將碳纖維傳送至錐形管。將可移 動的傳送網(wǎng)設置在錐形管出口的下方，并在通過吹風機從傳送網(wǎng)的下部進行抽吸的同時供 應碳纖維，以獲得單位面積纖維重量為640g/m2的碳纖維氈。作為觀察碳纖維氈的碳纖維 形式的結果，碳纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且碳纖維在平面中隨機分散。獲得的碳纖 維氈的碳纖維的平均纖維長度為20mm。由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖維 數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度為40 μ m。由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維 構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為300,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳 纖維束（A)的比率為80V〇1%。
[0269] 將總共十八張聚酰胺6薄膜（由Unitika Ltd.制造的EMBLEN 0N，厚度：25 μ m) 層疊在獲得的碳纖維氈的上下表面上，以制備本發(fā)明的無序氈（單位面積基質樹脂重量： 508g/m2)。隨后，以加熱至260°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱10分鐘，以獲得厚 度為0.8mm的成形板。對成形板進行超聲波檢測測試。結果，觀察到的反射波強度為70% 以上的部位的比率為80%以上。
[0270] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為38 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為9%。
[0271] 此外，獲得的成形板的碳纖維體積含量為45V〇l%。作為根據(jù)JIS7164的成形板的 測量結果，拉伸強度為520MPa，相對于理論強度的物理性質展開率為77%。此外，0°方向 與90°方向之間的拉伸模量比率比率為1.04。在獲得的無序氈未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。使用的纖維與使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為50MPa。
[0272] [實施例6]
[0273] 使用由Toho Tenax Co.，Ltd.制造的PAN系碳纖維"TENAX"（注冊商標） HTS40-12K (纖維直徑：7μπι，纖維寬度，6mm，拉伸強度：4,200MPa)作為碳纖維。在切割步驟 之前的階段提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過在攪拌下將作為上漿劑的25重 量份PBT樹脂（由Polyplastics Co.，Ltd.制造的DURANEX)和15重量份雙酚A型環(huán)氧樹 脂（由JapanEpoxyResinCo·制造的EPIK0TE1001(注冊商標））混合，添加 4,000 重量 份的水并且進一步添加作為表面活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的 ΑΝΤ0Χ EHD-PNA，隨后攪拌而獲得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在 120秒內(nèi)通過干燥箱。
[0274] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0. 6重量％。
[0275] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至20mm的寬度并且使用。以使用硬質合金的 分離設備以1. 5mm的間隔對碳纖維進行分條。使用具有以20mm的間隔形成并且以硬質合 金制備的刀片的旋切機作為切割設備將碳纖維切割為具有20mm的纖維長度。將錐形管緊 鄰旋切機的下方設置，以50m/ sec的風速供應壓縮空氣以將碳纖維傳送至錐形管。將可移 動的傳送網(wǎng)設置在錐形管出口的下方，并在通過吹風機從傳送網(wǎng)的下部進行抽吸的同時供 應碳纖維，以獲得單位面積纖維重量為1，900g/m 2的碳纖維氈。作為觀察碳纖維氈的碳纖 維形式的結果，碳纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且碳纖維在平面中隨機分散。獲得的碳 纖維氈的碳纖維的平均纖維長度為40mm。由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖 維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度為37 μ m。由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖 維構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為800,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的 碳纖維束（A)的比率為90V〇1%。
[0276] 將聚對苯二甲酸丁二酯（由Win Tech Polymer Ltd.制造的DURANAX(注冊商 標）500FP)在獲得的碳纖維氈上成型，并將總共三十張、每張平均厚度為30 μ m的薄膜層疊 在碳纖維氈的上下表面上，以制備本發(fā)明的無序氈（單位面積基質樹脂重量：1，150g/m2)。 隨后，以加熱至260°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱10分鐘，以獲得厚度為2. 0mm 的成形板。對成形板進行超聲波檢測測試。結果，觀察到的反射波強度為70%以上的部位 的比率為80%以上。
[0277] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為38 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為7%。
[0278] 此外，獲得的成形板的碳纖維體積含量為55V〇l %。作為根據(jù)JIS7164的成形板的 測量結果，拉伸強度為600MPa，相對于理論強度的物理性質展開率為72%。此外，0°方向 與90°方向之間的拉伸模量比率比率為1.05。在獲得的無序氈未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。使用的纖維與使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為46MPa。
[0279] [實施例7]
[0280] 使用由Toho Tenax Co.，Ltd.制造的PAN系碳纖維"TENAX"（注冊商標） MS40-12K(纖維直徑：6. 4μπι，纖維寬度，6mm，拉伸強度：4, 700MPa)作為碳纖維。在切割 步驟之前的階段提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過將共聚率（重量比率）為 90/10的6/66二元共聚酰胺樹脂用作上漿劑，向4, 000重量份水中加入100重量份該共聚 酰胺和作為表面活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的ΑΝΤ0Χ EHD-PNA、 隨后攪拌而獲得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在120秒內(nèi)通過干 燥箱。
[0281] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為1. 0重量％。
[0282] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至20mm的寬度并且使用。以使用硬質合金的 分離設備以1. 〇_的間隔對碳纖維進行分條。使用具有以1〇_的間隔形成并且以硬質合 金制備的刀片的旋切機作為切割設備將碳纖維切割為具有l(wèi)〇mm的纖維長度。將錐形管緊 鄰旋切機的下方設置，以200m/ sec的風速供應壓縮空氣以將碳纖維傳送至錐形管。將可移 動的傳送網(wǎng)設置在錐形管出口的下方，并在通過吹風機從傳送網(wǎng)的下部進行抽吸的同時供 應碳纖維，以獲得單位面積纖維重量為850g/m 2 (單位面積基質樹脂重量：1，280g/m2)的碳 纖維氈。作為觀察碳纖維氈的碳纖維形式的結果，碳纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且碳 纖維在平面中隨機分散。獲得的碳纖維氈的碳纖維的平均纖維長度為l〇mm。由式（1)定 義的臨界單纖維數(shù)為94,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度為 33 μ m。由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為600， 由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的比率為70V〇1%。
[0283] 將總共五十五張聚酰胺6薄膜（由Unitika Ltd.制造的EMBLEN 0N，厚度：25 μ m) 層疊在獲得的碳纖維氈的上下表面上，以加熱至260°C的壓制設備在2. OMPa下對獲得的層 疊體加熱10分鐘，以獲得厚度為1. 6mm的成形板。對成形板進行超聲波檢測測試。結果， 觀察到的反射波強度為70%以上的部位的比率為80%以上。
[0284] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為30 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為6%。
[0285] 此外，獲得的成形板的碳纖維體積含量為30V〇1 %。作為根據(jù)JIS7164的成形板的 測量結果，拉伸強度為390MPa，相對于理論強度的物理性質展開率為74%。此外，0°方向 與90°方向之間的拉伸模量比率比率為1.04。在獲得的無序氈未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。使用的纖維與使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為50MPa。
[0286] [實施例8]
[0287] 使用由Toho Tenax Co.，Ltd.制造的PAN系碳纖維"TENAX"（注冊商標） STS40-24K (纖維直徑：7 μ m，纖維寬度，10mm，拉伸強度：4, OOOMPa)作為碳纖維。在切割步 驟之前的階段提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過在水中溶解作為上漿劑的、 作為環(huán)氧樹脂的、包含38重量％的EPS28 (雙酚A型環(huán)氧樹脂，由Mitsubishi Chemical Corporation制造）、包含45重量％的EP1001 (雙酌·A型環(huán)氧樹脂，由Mitsubishi Chemical Corporation制造）和7重量％的EPU6 (聚氨酯改性的環(huán)氧樹脂，由ADEKA Corporation制 造）的樹脂組合物，以及10重量％硬脂酸辛酯（NJLUB 0S，由New Japan Chemical Co.，Ltd 制造）乳液而獲得的上漿劑。
[0288] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為1. 2重量％。
[0289] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至30mm的寬度并且使用。分離設備使用硬質 合金以0. 8mm的間隔對碳纖維進行分條。使用具有以20mm的間隔形成并且以硬質合金制 備的刀片的旋切機作為切割設備將碳纖維切割為具有20mm的纖維長度。將錐形管緊鄰旋 切機的下方設置，以150m/ sec的風速供應壓縮空氣以將碳纖維傳送至錐形管。從錐形管的 側面供應作為基質樹脂的被粉碎并分類為500 μ m的聚碳酸酯粉末（由Teijin Chemicals Ltd.制造的PANLITE (注冊商標）L-1225Y)。將可移動的傳送網(wǎng)設置在錐形管出口的下方， 并在通過吹風機從傳送網(wǎng)的下部進行抽吸的同時供應碳纖維，以獲得單位面積纖維重量為 800g/m 2 (單位面積基質樹脂重量：670g/m2)的碳纖維氈。作為觀察碳纖維氈的碳纖維形式 的結果，碳纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且碳纖維在平面中隨機分散。
[0290] 獲得的碳纖維氈的碳纖維的平均纖維長度為20mm。由式（1)定義的臨界單纖維數(shù) 為86,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度為43μπι。由臨界單 纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（Α)中的平均纖維數(shù)量（Ν)為500,由臨界單纖維數(shù)以 上的碳纖維構成的碳纖維束（Α)的比率為80V〇1%。
[0291] 以加熱至300°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱10分鐘，以獲得厚度為 1.0mm的成形板。對成形板進行超聲波檢測測試。結果，觀察到的反射波強度為70%以上 的部位的比率為80%以上。
[0292] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為41 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為9%。
[0293] 此外，獲得的成形板的碳纖維體積含量為45V〇l %。作為根據(jù)JIS7164的成形板的 測量結果，拉伸強度為505MPa，相對于理論強度的物理性質展開率為74%。此外，0°方向 與90°方向之間的拉伸模量比率比率為1.05。在獲得的無序氈未觀察到厚度為ΙΟΟμπι以 上的纖維束。使用的纖維與使用的基質樹脂之間的結合強度的測量結果為38MPa。
[0294] [比較例1]
[0295] 使用由Toho Tenax Co.，Ltd.制造的PAN系碳纖維"TENAX"（注冊商標） STS40-24K(纖維直徑：7μπι，纖維寬度，10mm，拉伸強度：4,000MPa)作為碳纖維。在切割 步驟之前的階段提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過將共聚率（重量比率）為 90/10的6/66二元共聚酰胺樹脂用作上漿劑，向4, 000重量份水中加入100重量份該共聚 酰胺和作為表面活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的ANTOX EHD-PNA、 隨后攪拌而獲得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在120秒內(nèi)通過干 燥箱。
[0296] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0. 9重量％。
[0297] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至12mm的寬度并且使用。以使用硬質合金的 分離設備以1. 〇mm的間隔對碳纖維進行分條。使用具有以20mm的間隔形成并且以硬質合 金制備的刀片的旋切機作為切割設備將碳纖維切割為具有20mm的纖維長度。將錐形管緊 鄰旋切機的下方設置，以lOOm/sec的風速供應壓縮空氣以將碳纖維傳送至錐形管。將可移 動的傳送網(wǎng)設置在錐形管出口的下方，并在通過吹風機從傳送網(wǎng)的下部進行抽吸的同時供 應碳纖維，以獲得單位面積纖維重量為640g/m 2的碳纖維氈。作為觀察碳纖維氈的碳纖維 形式的結果，碳纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且碳纖維在平面中隨機分散。獲得的碳纖 維氈的碳纖維的平均纖維長度為20mm。由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為86,由臨界單纖維 數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度為100 μ m。由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維 構成的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為1 ? 500,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成 的碳纖維束（A)的比率為80V〇1%。
[0298] 將總共十八張聚酰胺6薄膜（由Unitika Ltd.制造的EMBLEN 0N，厚度：25 μ m) 層疊在獲得的碳纖維氈的上下表面上以制備本發(fā)明的無序氈（單位面積基質樹脂重量： 508g/m2)。隨后，以加熱至260°C的壓制設備在2. OMPa下對獲得的層疊體加熱10分鐘，以 獲得厚度為〇.8mm的成形板。對成形板進行超聲波檢測測試。結果，觀察到的反射波強度 為70%以上的部位的比率為58%以上，并確認未浸漬部位。
[0299] 作為成形板中碳纖維氈的厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為23%。
[0300] 此外，獲得的成形板的碳纖維體積含量為45V〇l %。作為根據(jù)JIS7164的成形板的 測量結果，拉伸強度為390MPa，相對于理論強度的物理性質展開率為58%。此外，0°方向 與90°方向之間的拉伸模量比率比率為1.09。在獲得的無序氈中，厚度為ΙΟΟμπι以上的 纖維束的比率為全部碳纖維束（Α)數(shù)量的45%。使用的纖維與使用的基質樹脂之間的結合 強度的測量結果為50MPa。
[0301] [實施例9]
[0302] 使用由Toho Tenax Co.，Ltd.制造的PAN系碳纖維"TENAX"（注冊商標） MS40-12K (纖維直徑：6. 4μ m，纖維寬度，6mm，拉伸強度：4, 700MPa)作為碳纖維。在切割步 驟之前的階段提供上漿浴和干燥箱，執(zhí)行上漿處理。使用通過使用共聚率（重量比率）為 90/10的6/66二元共聚酰胺樹脂用作上漿劑，向4, 000重量份水中加入100重量份該共聚 酰胺和作為表面活性劑的30重量份由Nippon Nyukazai Co.，Ltd.制造的ANTOX EHD-PNA、 隨后攪拌而獲得的上漿劑乳液。干燥箱的溫度為120°C至150°C，碳纖維在120秒內(nèi)通過干 燥箱。
[0303] 以碳纖維的重量計，上漿劑的結合量為0. 9重量％。
[0304] 隨后，將經(jīng)過上漿處理的碳纖維拓寬至25mm的寬度并且使用。分離設備使用硬質 合金以1. 0mm的間隔對碳纖維進行分條。使用具有以10mm的間隔形成并且以硬質合金制 備的刀片的旋切機作為切割設備將碳纖維切割為具有l(wèi)〇mm的纖維長度。將錐形管緊鄰旋 切機的下方設置，以450m/sec的風速供應壓縮空氣以將碳纖維傳送至錐形管。將可移動的 傳送網(wǎng)設置在錐形管出口的下方，并在通過吹風機從傳送網(wǎng)的下部進行抽吸的同時供應碳 纖維，以獲得單位面積纖維重量為850g/m 2的碳纖維氈。作為觀察碳纖維氈的碳纖維形式 的結果，碳纖維的纖維軸幾乎平行于平面，并且碳纖維在平面中隨機分散。獲得的碳纖維氈 的碳纖維的平均纖維長度為1〇_。由式（1)定義的臨界單纖維數(shù)為94,由臨界單纖維數(shù)以 上的碳纖維構成的碳纖維束（A)的平均厚度為19 μ m。由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成 的碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)為220,由臨界單纖維數(shù)以上的碳纖維構成的碳纖維 束（A)的比率為30V〇1%。
[0305] 將總共五十五張聚酰胺6薄膜（由Unitika Ltd.制造的EMBLEN 0N，厚度：25 μ m) 層疊在獲得的碳纖維氈的上下表面上，以制備本發(fā)明的無序氈（單位面積基質樹脂重量： 1280g/m2)。隨后，以加熱至260°C的壓制設備在2. OMPa下對無序氈加熱10分鐘，以獲得厚 度為1.8mm的成形板。對成形板進行超聲波檢測測試。結果，觀察到的反射波強度為70% 以上的部位的比率為30%以上。
[0306] 在獲得的成形板中，碳纖維束（A)的平均厚度為19 μ m，作為成形板中碳纖維氈的 厚度不均勻性的評價結果，厚度的變差系數(shù)CV為6. 0%。
[0307] 此外，獲得的成形板的碳纖維體積含量為27V〇l %。作為根據(jù)JIS7164的成形板的 測量結果，拉伸強度為325MPa，相對于理論強度的物理性質展開率為61%。此外，0°方向 與90°方向之間的拉伸模量比率比率為1.04。
[0308] 在獲得的無序氈未觀察到厚度為lOOym以上的纖維束。使用的纖維與使用的基 質樹脂之間的結合強度的測量結果為50MPa。
[0309] 工業(yè)應用型
[0310] 本發(fā)明的無序氈優(yōu)選地用作預成型體，并且盡管包含許多碳纖維但是碳纖維與基 質樹脂之間的結合強?；谶@一事實，本發(fā)明的無序氈為具有高拉伸強度的無序氈。此外， 由本發(fā)明的無序氈獲得的纖維增強復合材料具有高的纖維體積含量和高拉伸強度，并且因 此能夠被用作諸如內(nèi)板、外板和汽車的結構構件的各種結構構件，以及各種電氣產(chǎn)品和機 器的框架和外殼。
[0311] 盡管已經(jīng)參考其【具體實施方式】對本發(fā)明進行了詳細的描述，但對本領域技術人員 來說顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，能夠對其作出各種改變和修 飾。
[0312] 本申請基于2012年1月31日提交的日本專利申請No. 2012-018076和2012年7 月26日提交的日本專利申請No. 2012-165872,其內(nèi)容通過引用并入于此。
【權利要求】
1. 一種包含碳纖維和基質樹脂的無序氈， 其中，所述無序氈中的所述碳纖維的平均纖維長度為3mm至100mm， 所述碳纖維的單位面積纖維重量為25至10, 000g/m2， 所述無序氈中存在包含小于臨界單纖維數(shù)的所述碳纖維的纖維束和單纖維中的至少 一種，以及由所述臨界單纖維數(shù)以上的所述碳纖維構成的碳纖維束（A)，所述臨界單纖維數(shù) 由下式⑴定義， 所述無序氈中的所述碳纖維束（A)與所述碳纖維的總量的比率為20V〇1 %以上至 99Vol% 以下， 所述碳纖維束（A)中的平均纖維數(shù)量（N)滿足下式（2)，并且 所述碳纖維束（A)中的厚度為100 μ m以上的碳纖維束的比率小于所述碳纖維束（A) 的全部數(shù)量的3% : 臨界單纖維數(shù)=600/D (1) 0. 6X104/D2 < N < 1X105/D2 (2) 其中，D表示單碳纖維的平均纖維直徑（μ m)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無序氈， 其中，所述碳纖維束（A)的平均纖維厚度為20 μ m以上至小于100 μ m。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的無序氈， 其中，通過股線拉伸剪切測試評價的所述碳纖維與所述基質樹脂之間的結合強度為 20MPa以上。
4. 根據(jù)權利要求1至3的任意一項所述的無序氈， 其中，所述基質樹脂為熱塑性樹脂。
5. 根據(jù)權利要求1至4的任意一項所述的無序氈， 其中，相對于每100重量份的所述碳纖維，所述無序氈中所述基質樹脂的量為10至800 重量份。
6. 根據(jù)權利要求1至5任意一項所述的無序氈，還包括上漿劑， 其中，所述上漿劑包含一樹脂作為主要組分，該樹脂具有與所述基質樹脂的主鏈相同 的主鏈結構。
7. -種纖維增強復合材料，該纖維增強復合材料通過對根據(jù)權利要求1至6的任意一 項所述的無序氈進行成型而獲得。
8. 根據(jù)權利要求7所述的纖維增強復合材料，該纖維增強復合材料的拉伸強度為 400MPa 以上。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的纖維增強復合材料， 其中，所述碳纖維的體積含量為30至65%。
10. 根據(jù)權利要求7至9任意一項所述的纖維增強復合材料， 其中，根據(jù)由下式（7)所定義的變差系數(shù)CV，所述纖維增強復合材料中碳纖維氈的厚 度不均勻性為20 %以下： 變差系數(shù)CV(% )=標準偏差/平均值X 100 (7)。
【文檔編號】C08J5/04GK104105743SQ201380007589
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權日:2012年1月31日
【發(fā)明者】小永井祐平, 萩原克之, 內(nèi)藤猛, 薗田直彬 申請人:帝人株式會社