CN105579211B

CN105579211B - 碳纤维增强成型材料和成形制品

Info

Publication number: CN105579211B
Application number: CN201580001843.6A
Authority: CN
Inventors: 铃木秀平; 藤井嵩也; 横沟穗高; 青木秀宪
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2018-01-23
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: EP3112110A4; EP3112110B1; EP3348370A1; EP3112110A1; US20160194461A1; US10428192B2; KR20160121503A; JPWO2015122366A1; CN105579211A; WO2015122366A1; JP5919451B2; KR102320480B1

Abstract

提供了一种板状碳纤维增强成型材料，包含：热塑性树脂、碳纤维(A)和碳纤维(B)，其中，i)碳纤维(A)的纤维长度为0.01mm以上且小于3mm，ii)碳纤维(B)的纤维长度为3mm以上且小于100mm，iii)满足1.0<Lw_A/Ln_A<3，其中Lw_A和Ln_A分别是碳纤维(A)的重均纤维长度和数均纤维长度，并且iv)碳纤维(B)是二维随机定向的。

Description

碳纤维增强成型材料和成形制品

技术领域

本发明涉及一种碳纤维增强成型材料及其成形制品。

背景技术

由碳纤维增强的复合材料通过利用其高比强度和比弹性，已经广泛地应用于常规工业和体育领域，例如用作飞机和车辆等的结构材料以及用于网球拍、高尔夫球杆和钓鱼竿等。关于这些应用中使用的碳纤维的形式，例如由连续纤维制成纺织物、其中纤维沿一个方向排列的UD片、通过使用短切纤维制成的无序片材和无纺布。

近年来，其中使用热塑性树脂作为基体代替传统的热固性树脂的组合物受到关注。然而，其大多数通过注射成型制成成形制品(例如专利文献1)，因此在熔融捏合期间发生纤维长度的减小，导致机械强度下降。

除此之外，还开发了其他成型方法，其中将用于成型的基材，具体为由不连续长纤维制成并用热塑性树脂浸渍的毡加热至热塑性树脂熔点以上的温度，注入温度调整至熔点或玻璃转化温度以下的模具中，然后通过合模形成。

在纤维增强复合材料中，如专利文献2所述，公知通过成型其中不连续长纤维在X和Y方向(平面方向)分散的毡状基材诸如无纺布获得的成形制品的机械强度优秀。

专利文献3描述了混合碳纤维增强的热塑性树脂组合物材料，其中将诸如碳纳米管或碳纳米纤维的碳微细纤维加入长度为20mm以上的碳纤维中，并且提供具有高弯曲强度和在纤维轴向的横向方向上高强度的预浸体。这种高强度的原因被认为在于，当施加弯曲应力时，压缩侧的形变因为碳微细纤维强化形成基体的热塑性树脂的压缩弹性模量而被抑制，并且碳纤维的屈曲(buckling)减少，从而防止了压缩断裂模式并且使碳纤维的高拉伸强度有效，而且除此之外，碳微细纤维在碳纤维的轴向方向上定向度低并且在轴向的横向方向上具有增强效果，不能预期碳纤维的增强效果。

此外，专利文献4和5描述了使用热塑性树脂和两种长度不同的碳纤维的纤维增强材料。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2011-57811

专利文献2：WO 2013/094706

专利文献3：JP-A-2011-213797

专利文献4：JP-A-10-323829

专利文献5：JP-A-2011-157524

发明概述

本发明待解决的问题

但是，在专利文献2中，通过用流动性优秀的短纤维组分代替一部分长纤维组分，强化了纤维增强复合材料的流动性；作为结果，随着流动性的增强，由固有机械强度优秀的长纤维组分带来的机械强度发生了下降。在特别需要优秀的机械强度的用途中，对于高增强纤维的含量有要求。然而，对于寻求在保持流动性的同时提高机械性能的技术，尚未提供任何解决方案。

在如专利文献3使用碳纳米管或碳纳米纤维的情况下，长度太短的纤维有导致热塑性树脂增厚或凝胶化的趋势，并使树脂在成型时的流动变得困难。

此外，即使在如专利文献4和5使用两种纤维长度不同的增强纤维的情况下，尤其是当短增强纤维的长度均一时，已经发现成型后的外观、特别是填入凸台或肋部中的增强纤维的性质劣化。

本发明的目标是提供一种包含碳纤维和热塑性树脂并且机械性能和流动性两者都优秀的成型材料，以及提供一种通过成型该成型材料获得的并且机械性能优秀的成形制品。

为了解决上述问题，本发明人进行了大量研究，使得能够提高流动性而且不显著损害不连续长纤维毡的机械强度，从而达成了该问题的解决方案。

解决问题的手段

本发明人通过大量研究，已经发现能够通过下列手段解决上述问题，从而实现本发明。

<1>

一种板状碳纤维增强成型材料，包含：热塑性树脂、碳纤维(A)和碳纤维(B)，其中，

i)所述碳纤维(A)的纤维长度为0.01mm以上且小于3mm，

ii)所述碳纤维(B)的纤维长度为3mm以上且小于100mm，

iii)满足1.0<Lw_A/Ln_A<3，其中，Lw_A和Ln_A分别是所述碳纤维(A)的重均纤维长度和数均纤维长度，并且

iv)所述碳纤维(B)是二维随机定向的。

<2>

根据<1>所述的碳纤维增强成型材料，其中所述碳纤维(A)是三维随机定向的。

<3>

根据<1>或<2>所述的碳纤维增强成型材料，其中，满足1.0≤Lw_B/Ln_B<1.2，其中，Lw_B和Ln_B分别是所述碳纤维(B)的重均纤维长度和数均纤维长度。

<4>

根据<1>至<3>任一项所述的碳纤维增强成型材料，其中，所述碳纤维(A)和所述碳纤维(B)的重量比为5:95～95:5。

<5>

根据<1>至<4>任一项所述的碳纤维增强成型材料，其中，

1)所述碳纤维(B)包含由小于式(1)定义的临界单纤维数的纤维构成的纤维束、单纤维和由临界单纤维数以上的纤维构成的碳纤维束(B1)，

2)所述碳纤维束(B1)相对于所述碳纤维增强复合材料中所述碳纤维(B)总体积的比例为5体积％以上且小于95体积％，并且

3)所述碳纤维束(B1)的平均纤维数(N_B)满足关系式(2)；

临界单纤维数＝600/D_B (1)

0.43×10⁴/D_B ²<N_B<6×10⁵/D_B ² (2)

其中，D_B是所述碳纤维(B)的平均纤维直径(μm)。

<6>

根据<1>至<5>任一项所述的碳纤维增强成型材料，其中，弯曲强度S为“qSa+(1-q)Sb”乘以因数0.8获得的值以上，其中，Sa表示由所述碳纤维(A)和所述热塑性树脂组成的成型材料(A)的弯曲强度，Sb表示由所述碳纤维(B)和所述热塑性树脂组成的成型材料(B)的弯曲强度，并且q表示所述碳纤维(A)含量相对于所述碳纤维(A)和所述碳纤维(B)的总量的重量比。

<7>

一种成形制品，该成形制品通过使用根据<1>至<6>任一项所述的碳纤维增强成型材料形成，其中，当所述成形制品的板厚度最小的区域的板厚度定义为最小板厚度T(mm)时，(a)所述碳纤维(A)的数均纤维长度Ln_A小于T/2(mm)，并且(b)所述碳纤维(B)的数均纤维长度Ln_B为T(mm)以上。

<8>

根据<7>所述的成形制品，其中，所述最小板厚度T(mm)为1mm以上。

<9>

一种成形制品，该成形制品通过使用根据<1>至<6>任一项所述的碳纤维增强成型材料形成，其中，在观察所述成形制品的板厚度方向的截面时，以下定义的碳纤维束(A1)的面积与全部碳纤维(A)的面积的比例为大于0％且50％以下，并且，所述碳纤维束(A1)属于所述碳纤维(A)，并且是其中观察到35/D_A以上的纤维数量的碳纤维束，其中，D_A为所述碳纤维(A)的平均纤维直径(μm)。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种包含碳纤维和热塑性树脂并且机械性能和流动性都优秀的成型材料，以及可以提供一种通过成型该成型材料获得的并且机械性能优秀的成形制品。

根据本发明的成型材料包含纤维长度为0.01mm以上且小于3mm的碳纤维(A)和纤维长度为3mm以上且小于100mm的碳纤维(B)。即使以此方式存在相对长的碳纤维(B)，它们也不会损害成型时的流动性，容易地改善了本成型材料的机械性质，因此使其能够应用于要求高刚性、高强度及优秀的设计性质的部件。

特别地，通过将碳纤维(A)的纤维长度分布在宽范围内，可以在保持高刚性和高强度的同时，实现流动性的提高。

因为其厚度减小和各项同性性质的可行性，本发明的成形制品能够用于各种类型的构成部件，诸如车辆的内板、外板和结构部件，或者各种电气制品，或机器的框体和壳体。

附图说明

图1是示出成型材料的成型方法的实例中的部分过程的示意图。

图2是切割过程的示意图。

图3是示出使用成型材料获得的成形制品的实例的模式图。

图4示出成型材料的实例，以及观察其表面的示意图。

图5是示出成型材料的实例的示意图。

图6是图示机械强度和碳纤维(A)相对于碳纤维(A)和碳纤维(B)总量的比例之间的关系的示意图。

图7是分别基于实施例和比较例的数据，图示弯曲强度和碳纤维(A)相对于碳纤维(A)和碳纤维(B)总量的比例之间的关系的图。

图8包括示出碳纤维(A)具有均一的纤维长度的成型材料11-1和碳纤维(A)具有宽纤维长度分布的成型材料11-2的示意图。

参考编号及标记说明

1 碳纤维

3 切割装置

5 开纤装置

7 散布装置

12 压紧辊

13 橡胶辊

14 旋转切割机

15 刃

16 切割后的碳纤维

21 管

23 压缩机

31 支持体

33 用于成型材料的前体

35 粉末给料装置

37 锥形管

39 成型材料

41 成形制品

43 凸台

45 肋部

A 碳纤维(A)

B 碳纤维(B)

C 热塑性树脂

具体实施方式

<概述>

《成型材料》

作为本发明的实施方式的成型材料是一种碳纤维增强成型材料(碳纤维增强热塑性树脂成型材料)，其是一种板状碳纤维增强成型材料，包含热塑性树脂、碳纤维(A)和碳纤维(B)，其中：

i)所述碳纤维(A)的纤维长度为0.01mm以上且小于3mm；

ii)所述碳纤维(B)的纤维长度为3mm以上且小于100mm；

iii)1.0<Lw_A/Ln_A<3，其中Lw_A表示所述碳纤维(A)的重均纤维长度，Ln_A表示所述碳纤维(A)的数均纤维长度；以及

iv)所述碳纤维(B)是二维随机定向的。

本发明的碳纤维增强成型材料(在一些情况下简称为“成型材料”)是一种板状热塑性树脂，在同一个板中存在碳纤维(A)和碳纤维(B)两者，优选为一种成型材料，其中在平行于其表面切割的截面中包含碳纤维(A)和碳纤维(B)两者。例如，不包括其中将一些热塑性树脂中包含碳纤维(A)的层与其他热塑性树脂中包含碳纤维(B)的层层叠在一起的成型材料。

但是，作为本发明的实施方式的成型材料包括通过层叠多个板形成的成型材料，其中每个板中存在碳纤维(A)和碳纤维(B)两者。

[碳纤维(A)]

(种类)

关于碳纤维(A)，一般地已知聚丙烯腈(PAN)系碳纤维、石油或煤沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维、纤维素系碳纤维、木质素系碳纤维、苯酚系碳纤维和气相外延系碳纤维等。能够适当地使用其中的任意类型。

其中，优选地使用丙烯腈(PAN)系碳纤维，并且恰当的是其拉伸弹性模量在100GPa～600GPa的范围内，优选为在200GPa～500GPa的范围内，更优选为在230GPa～450GPa的范围内。除此之外，恰当的是其拉伸强度在2,000MPa～10,000MPa的范围内，优选为在3,000MPa～8,000MPa的范围内。

(并入成型材料的碳纤维(A)的纤维长度)

在并入成型材料的碳纤维中，将纤维长度为0.01mm以上且小于3mm的碳纤维定义为碳纤维(A)。另一方面，将纤维长度为3mm以上且小于100mm的碳纤维定义为碳纤维(B)。

1.重均纤维长度Lw_A的范围

对碳纤维(A)的重均纤维长度Lw_A没有特别限定，但是其下限优选为0.05mm，更优选为0.1mm，还更优选为0.2mm。当碳纤维(A)的重均纤维长度为0.05mm以上时，确保了机械强度。

另一方面，碳纤维(A)的重均纤维长度Lw_A的上限优选为2mm，更优选为1mm，还更优选为0.5mm。同时，碳纤维(A)的重均纤维长度Lw_A由下述表达式(3)和(4)判定。

2.数均纤维长度Ln

当每个单个碳纤维的纤维长度由Li表示时，成型材料中的碳纤维的数均纤维长度Ln和重均纤维长度Lw一般分别由下列表达式(3)和(4)判定。同时，数均纤维长度Ln和重均纤维长度Lw的单位为mm。

Ln＝ΣLi/I (3)

Lw＝(ΣLi²)/(ΣLi) (4)

此处，“I”表示测量的碳纤维数量。

3.重均纤维长度Lw_A和数均纤维长度Ln_A的比例

碳纤维的重均纤维长度Lw和数均纤维长度Ln的比例Lw/Ln，一般是用于表示碳纤维长度分布宽度的尺度。例如，当所有碳纤维的纤维长度相同时Lw/Ln为1，并且纤维长度分布越宽，比例Lw/Ln越大。

关于碳纤维(A)，Lw_A/Ln_A的范围为大于1.0且小于3，优选为1.3以上且小于2.8，更优选为1.6以上且小于2.4。

恰当的是，碳纤维(A)的纤维长度分布具有特定的宽度(宽)。具有纤维长度分布的碳纤维(A)存在时，能够预期提高成型材料的层间剪切强度的效果。尽管该效果的确切原因尚不明确，能够假设原因是由于纤维长度分布宽(具体地，比例Lw/Ln为大于1.0且小于3)，有选择性地恰当地发生纤维长度长的碳纤维容易嵌入碳纤维(A)之间的大缝隙，而纤维长度短的碳纤维容易嵌入碳纤维(A)之间的小缝隙。换句话说，假设的是当碳纤维(A)的纤维长度分布宽时，碳纤维(A)中较精细的嵌入小空间中，导致填充率的上升。

图8示意性地示出包含纤维长度均一的碳纤维(A)的成型材料11-1和包含纤维长度分布宽的碳纤维(A)的成型材料11-2。能够将成型材料11-2作为根据本发明的成型材料的实例。

4.数均纤维长度Ln_A和成形制品的板厚度之间的关系

在使用根据本发明的成型材料形成的成形制品中，当成形制品的板厚度最小的区域的板厚度定义为最小板厚度T(mm)时，恰当的是碳纤维(A)的数均纤维长度Ln_A小于T/2(mm)。而且，还恰当的是成型材料中存在碳纤维(A)以确保成型材料中的碳纤维(A)的数均纤维长度Ln_A小于T/2(mm)。

5.三维方向中的随机定向

恰当的是，碳纤维(A)是三维随机定向的。术语“三维随机定向”意指在特定的相互正交的三维方向中，碳纤维的定向之间几乎不存在差异。更具体地，其意指在任意一组相互正交的三维方向中，碳纤维以相似的比例定向，并且在成型材料中，碳纤维(A)在任意的全部方向包括平面方向和厚度方向中均一地分散。

随机定向的评价通过在三维相互正交的每个平面上观察碳纤维(A)截面的数量来进行。评价方法的细节在后文中描述。另外，通过将碳纤维在三维方向中随机定向，机械强度，尤其是高弯曲强度变得优秀。

6.形态

对碳纤维(A)的形态没有特别的限制。

关于其形态，“碳纤维”不仅包括单纤维状的碳纤维，还包括集合多条单纤维的束状碳纤维，并且一般的市售碳纤维产品为集合1,000～100,000条(优选为数千至数万条)单纤维的纤维束状。

当原样使用这样的碳纤维时，纤维束的缠结部分成为局部增厚的原因，并且可能使其难以获得薄成型材料。为了避免此现象，在许多情况下，在使用碳纤维束之前对每个碳纤维束进行例如扩幅或开纤。

因此，碳纤维(A)的形态可以为单纤维或纤维束或两者的混合物。然而，从提高成型材料流动性的观点来看，优选的是使用富单纤维碳纤维。

(1)碳纤维束(A1)

恰当的是，碳纤维(A)包括碳纤维束(A1)，每个碳纤维束(A1)由特定数量以上的碳纤维组成。这些碳纤维束(A1)包括在碳纤维(A)中，并且每束中的纤维数量为35/D_A以上，其中D_A为碳纤维(A)的平均纤维直径，单位为μm。

(2)碳纤维束(A1)的面积比例

恰当的是，成型材料以这样的面积比例包含碳纤维束(A1)，使得在观察使用成型材料形成的成形制品的板厚度方向(例如图5中的Z方向)的截面时，碳纤维束(A1)的面积占碳纤维(A)的总面积的大于0％且50％以下。顺便提及，术语“板厚度方向的截面”指代与板厚度方向正交的平面处于同一平面的截面。在图5中，板厚度方向的截面包括XZ平面和YZ平面。

当碳纤维束(A1)占全部碳纤维(A)的面积比例为50％以下时，单纤维状的碳纤维大量存在，因此容易确保机械强度，尤其是弯曲强度。

碳纤维束(A1)占全部碳纤维(A)的面积比例优选为在大于0％且30％以下的范围内，更优选为在大于0％且15％以下的范围内。

通过使每个由特定数量以上的碳纤维组成的碳纤维束(A1)与开纤的碳纤维或其他碳纤维束以特定比例共存，可以增加存在于成型材料或成形制品中的碳纤维(A)的量，即碳纤维(A)的纤维体积分数Vf(单位：Vol％)。

尽管对于在将成型材料形成为成形制品时，向碳纤维(A)中并入大量单纤维并且将碳纤维束(A1)占全部碳纤维(A)的面积比例调整至大于0％且50％以下的范围内的方法没有特别的限制，可以采用例如使用空气开纤的方法或者使用水分散的造纸法。可替代地，能够通过熔融捏合后述的粒状材料(R)而向碳纤维(A)中并入多条单纤维。

7.获得碳纤维(A)的方法

对碳纤维(A)的生产方法没有特别限定，能够对其采用下列方法。

在向成型材料中并入碳纤维(A)的情形中，可以采用市售的含碳纤维树脂颗粒或在生产碳纤维增强热塑性树脂组合物材料(包括成型材料和成形制品)的过程中获得的碎片等。

关于含碳纤维树脂颗粒的实例，可以提及由Daicel Corporation制造的长纤维增强塑料PLASTRON(注册商标)。关于碎片的实例，可以提及通过用市售塑料破碎机粉碎JP-A-2011-178891和JP-A-2011-178890公开的二维各向同性组合物材料以及JP-A-2012-236897公开的单向材料组合物获得的粉碎材料(下文中，一些情况下简称为“粉碎材料”)。在本说明书中，市售的含碳纤维树脂颗粒和粉碎材料等统称为粒状材料(R)。

在以通过熔融捏合粒状材料(R)和热塑性树脂等制成的树脂颗粒的形式制备碳纤维(A)时，由于捏合下的剪切力，能够获得包含高比例的单纤维状纤维的碳纤维(A)。

在从生产或成型组合物材料的过程中产生的碎片制备粒状材料(R)的情况下，能够有助于降低生产成本、节约资源和全球环境保护。

理所当然的，当预先制备的并入碳纤维增强热塑性树脂组合物材料中的碳纤维的形态为单纤维状时，不需要进行例如后述的制造树脂粉末(P)的熔融捏合过程，因为在通过粉碎组合物材料获得此粉碎材料中已经存在单纤维状的碳纤维。

例如，在通过粉碎例如国际公开号WO2007/097436、WO2010/013645和WO2013/099741中描述的成形制品或组合物材料来制备碳纤维(A)的情况下，成形制品或组合物材料以分散状态包含单纤维状的碳纤维，并且在通过粉碎它们获得的粉碎材料中存在单纤维状的碳纤维；作为结果，能够在接下来的过程中原样使用粉碎材料，而不进行熔融捏合过程。

此外，对于通过使用含单纤维状的碳纤维(A)的树脂颗粒或粉碎材料制造成型材料的方法没有特别限定。作为制造方法的实例，例示了一种方法，其中为了将碳纤维(A)、碳纤维(B)和热塑性树脂形成为板状，使树脂颗粒或粉碎材料成为粉末状(此粉末材料定义为树脂粉末(P))，并且将所得材料混入由后述的碳纤维(B)制成的碳纤维毡。

对于将碳纤维(A)混入用于成型材料的热塑性树脂的方法没有特别限定。例如，可以使用通过进一步粉碎通过熔融捏合粒状材料(R)形成的树脂颗粒制备的热塑性树脂粉末(下文中，在一些情况下简称为“树脂粉末(P)”)。

对树脂粉末(P)的形状没有特别限定。例如，树脂粉末(P)能够形成为粒状。除了在树脂粉末(P)中存在碳纤维(A)之外，将树脂粉末(P)形成为粒状，从而变得容易混合碳纤维(A)和碳纤维(B)，并且可以使碳纤维(A)在成型材料中更均一地在三维方向中定向。除此之外，通过进行一次熔融捏合，能够增加单纤维状的碳纤维(A)的数量。

(2)数均纤维长度Ln_A大于1mm的情况

当数均纤维长度Ln_A大于1mm时，在熔融指数测量装置的2mmφ孔口发生堵塞。因此，优选的是使用注射成型机的流动长度测量法。关于仅包含碳纤维(A)和热塑性树脂的成型材料(A)的流动性，恰当的是成型材料(A)在50MPa树脂压力下的流动长度为30mm以上，优选为40mm以上。

[碳纤维(B)]

(种类)

关于碳纤维(B)，一般地已知聚丙烯腈(PAN)系碳纤维、石油或煤沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维、纤维素系碳纤维、木质素系碳纤维、苯酚系碳纤维和气相外延系碳纤维等。能够适当地使用其中的任意类型。

(并入成型材料的碳纤维(B)的纤维长度)

在并入成型材料的碳纤维中，将纤维长度为3mm以上且小于100mm的碳纤维定义为碳纤维(B)。

与碳纤维(A)相比，碳纤维(B)的纤维长度长，因此能够确保机械性质(尤其是长期疲劳强度)，但是100mm以上的纤维长度损害流动性。

1.重均纤维长度Lw_B的范围

对碳纤维(B)的重均纤维长度Lw_B没有特别限定，但是其下限优选为5mm，更优选为10mm，还更优选为15mm。从成型时流动性的观点，碳纤维(B)的重均纤维长度Lw_B的上限优选为80mm，更优选为50mm，还更优选为30mm。

更具体地，碳纤维(B)的纤维长度分布至少具有一个峰，并且该峰优选为10mm～30mm的范围内。顺便提及，碳纤维(B)的重均纤维长度Lw_B由前述表达式(4)判定。

2.数均纤维长度Ln_B的范围

对碳纤维(B)的数均纤维长度Ln_B没有特别限定，但是恰当的是，当用T(mm)表示成形制品的最小板厚度时，成形制品中的数均纤维长度Ln_B为T(mm)以上。顺便提及，碳纤维(B)的重均纤维长度Ln_B由前述表达式(3)判定。

关于纤维长度，出于展现纤维的增强效果的目的，数均纤维长度Ln更长的纤维是更期望的，并且T(mm)以上的数均纤维长度Ln_B产生了期望的结果，即在进行成型时的流动下，碳纤维对抗(resist)在成形制品的板厚度方向的排列，从而能够抑制流动性的下降。

此处，在所得成形制品中，以几乎相同的程度保持了成型材料中碳纤维的特性。因此恰当的是，数均纤维长度Ln_B为T(mm)以上，其中成型材料的最小板厚度由T(mm)表示。另外，数均纤维长度Ln_B优选为成型材料的最小板厚度T(mm)的2倍以上，更优选为5倍以上。

对数均纤维长度Ln_B的上限没有特别限定，但是从保持流动性的观点来看，优选为50mm以下，更优选为20mm以下。

3.重均纤维长度Lw_B和数均纤维长度Ln_B的比例

对碳纤维(B)的纤维长度没有特别限定，只要在上述范围内即可，但是出于获得优选的纤维长度的目的，可以使用后述的旋转切割机等。在该情况下，从生产一致性的观点来看，恰当的是使碳纤维(B)的纤维长度分布宽度变窄。

因此，恰当的是Lw_B/Ln_B，即碳纤维(B)的重均纤维长度Lw_B和碳纤维(B)的数均纤维长度Ln_B之间的比率范围为1.0以上且小于1.2，优选为1.0以上且小于1.1。

如同在关于碳纤维(A)的段落中所解释的，Lw_B/Ln_B是用于表示碳纤维长度分布宽度的尺度。

4.二维方向中的随机定向

在成型材料中，碳纤维(B)是二维随机定向的。术语“二维随机”意指在平面中的特定方向与该平面中的其他方向之间，碳纤维的定向之间几乎不存在差异。

此处，通过判定相互正交的两个方向之间的拉伸模量的比率，定量进行两个方向中随机定向的评价。

更具体地，当用成型材料中的两个方向的拉伸模量值的较大值除以较小值获得的比率为3以下时，评价该成型材料中的碳纤维(B)处于二维随机定向的状态。当该比率为2以下时，评价为碳纤维(B)的二维随机定向优秀，并且该比率为1.3以下时，评价为更优秀。

对于使碳纤维(B)二维随机定向的方法没有特别限定，但是有利的是将碳纤维(B)形成为毡状，通过毡状使碳纤维(B)不在特定方向定向，并且能够以分散的状态随机排列。当碳纤维(B)形成为碳纤维毡时，所得的成型材料能够成为面内各向同性优秀的成型材料，并且在成型材料形成为成形制品时也保持成型材料的各向同性。

5.形态

对碳纤维(B)的形态没有特别的限制。

碳纤维(B)的形态可以是单纤维状或者集合多条单纤维的纤维束状的任一种，或者两者混合。在使用束状碳纤维的情况下，构成每个束的单纤维的数量可以大致相同或者互相不同。

特别地，当包含碳纤维束时，碳纤维(B)优选地形成为碳纤维毡。恰当的是，并入成型材料的碳纤维(B)满足下列条件1)～3)：

1)碳纤维(B)包含构成每束的纤维数量小于下列式(1)定义临界单纤维数的纤维束、单纤维和构成每束的纤维数量为临界单纤维数以上的碳纤维束(B1)，

2)对于碳纤维束(B1)，其比例相对于碳纤维增强复合材料中碳纤维(B)的总体积为5体积％以上且小于95体积％，以及

3)碳纤维束(B1)的平均纤维数(N_B)满足下列关系式(2)；

临界单纤维数＝600/D_B(1)

0.43×10⁴/D_B ²<N_B<6×10⁵/D_B ²(2)

其中D_B是单碳纤维(B)的平均纤维直径(单位：μm)。

关系式(2)优选为下列关系式(2')。

0.6×10⁴/D_B ²<N_B<6×10⁵/D_B ²(2')

6.开纤程度

(1)开纤

当碳纤维(B)为束状的情况下，对构成每束的单纤维的数量没有特别限定，但是通常调整为1,000～100,000条的范围内。

一般地，碳纤维为集合数千至数万条单纤维(长纤丝)的纤维束状。当原样使用这样的碳纤维时，纤维束的缠结部分成为局部增厚的原因，并且可能使其难以获得薄成型材料。为了避免此现象，在许多情况下，在使用之前对碳纤维束进行例如扩幅或开纤。

当使用进行了开纤的纤维束时，对纤维束的开纤程度没有特别限定，但是恰当的是，控制纤维束的开纤程度，并且碳纤维(B)包含每个纤维束由特定数量以上的单纤维构成的纤维束、单纤维或每个纤维束由小于特定数量的单纤维构成的纤维束。

更具体地，恰当的是，碳纤维(B)由构成每束的单纤维数量为上述式(1)定义的临界单纤维数以上的碳纤维束(B1)和其他开纤的碳纤维(即单纤维或者构成每束的单纤维数量小于临界单纤维数的碳纤维束)构成。

顺便提及，碳纤维(B)中除碳纤维束(B1)以外的碳纤维称为单纤维等(B2)。

(2)碳纤维束(B1)的比例

恰当的是，碳纤维束(B1)占成型材料中碳纤维(B)的比例为大于5Vol％且小于95Vol％，优选为大于10Vol％且小于90Vol％，更优选为20Vol％以上且小于90Vol％，还更优选为30Vol％以上且小于90Vol％，甚至更优选为50Vol％以上且小于90Vol％。

通过使每个由特定数量以上的碳纤维(B)构成的碳纤维束(B1)与作为其他开纤碳纤维(B)的单纤维等(B2)以上述特定比例共存，可以增加存在于成型材料中的碳纤维(B)的量，即碳纤维(B)的纤维体积分数Vf(单位：Vol％)。

当碳纤维束(B1)对于全部碳纤维(B)的比例增加时，其不仅容易通过成型所得的成型材料获得物理性质优秀的成形制品，还因为单纤维状的纤维数量变小而减少了纤维缠结的发生，从而提高了流动性。

只要碳纤维束(B1)的比例小于95Vol％，就能够避免纤维缠结导致的局部增厚，从而容易获得薄的成型件。

(3)碳纤维束(B1)的平均纤维数(N_B)

能够在不损害碳纤维束(B1)的功能的范围内，恰当地判定碳纤维束(B1)的平均纤维数(N_B)，并且没有特别限定。

取决于使用的碳纤维，将碳纤维束(B1)中的平均纤维数N_B调整为1<N_B<12,000的范围内，并且优选为满足上述关系式(2)。在该范围内，平均纤维数(N_B)优选为小于3×10⁵/D_B ²，更优选为小于6×10⁴/D_B ²。并且其下限优选为0.6×10⁴/D_B ²，更优选为0.7×10⁴/D_B ²。

(4)开纤方法

对于碳纤维(B)的开纤方法没有特别限定。开纤方法的实例包括使用空气开纤的方法和使用水分散的造纸法。

可以通过控制纤维束的开纤条件，将碳纤维(B)的开纤程度调整至目标范围内。例如，在通过向碳纤维吹气使纤维束开纤(空气开纤)的情况下，能够通过控制例如要向纤维束吹气的空气的压力来调整开纤程度。

其中，存在空气压力增加使开纤程度更高(构成每束的纤维数减少)，同时空气压力减小使开纤程度更低(构成每束的纤维数增加)的倾向。

可替代地，也可以通过调整要进行将碳纤维切割成规定长度的切割过程的纤维束的尺寸，例如束的宽度或一定宽度的纤维数量来控制开纤程度。更具体地，有通过开纤等扩展纤维束宽度，然后对所得纤维束进行切割过程的方法，以及在切割过程之前进行在碳纤维中形成纵向狭缝(平行于纤维延伸方向的狭缝)的割缝过程的方法。因此，如下所述，可以对纤维束同时进行切割和割缝。

更具体地，当碳纤维(B)的平均纤维直径在5μm～7μm的范围内时，临界单纤维数在大于86且小于120的范围内，并且当碳纤维(B)的平均纤维直径为5μm时，纤维束中的平均纤维数在大于172且小于24,000的范围内。在这样的平均纤维数中，优选的是大于280且小于12,000的范围，更优选的是大于280且小于4,000的范围，还更优选的是大于600且小于2,500的范围，甚至更优选的是大于600且小于1,600的范围。

当碳纤维的平均纤维直径为7μm时，纤维束中的平均纤维数在大于88且小于12,245的范围内。在这样的平均纤维数中，优选的是大于122且小于12,245的范围，更优选的是大于142且小于6,122的范围，还更优选的是大于300且小于1,500的范围，甚至更优选的是大于300且小于800的范围。

[碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的关系]

(重量比例)

对碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比没有特别限定，但是优选为从5:95～95:5(碳纤维(A):碳纤维(B))。

换句话说，碳纤维(A)占碳纤维(A)和碳纤维(B)的合计重量的比例优选为5重量％～95重量％，更优选为5重量％～50重量％，还更优选为10重量％～30重量％。这是因为当碳纤维(A)的重量比例为5重量％以上时，确认提高机械强度的效果，而95重量％以下的重量比例使含碳纤维(A)的热塑性树脂自身的流动性增加。

另一方面，碳纤维(B)占碳纤维(A)和碳纤维(B)的合计重量的比例优选为95重量％以下且5重量％以上，更优选为95重量％以下且50重量％以上，还更优选为90重量％以下且70重量％以上。这是因为当碳纤维(B)的重量比例为5重量％以上时，纤维增强效果高，并且当重量比例为95重量％以下时，流动性增加。

[成型材料]

(形状)

成型材料为板状。术语板状指代板厚度方向的长度(即板厚度)与纵向和横向相比相对短的形状，并且该形状从平行于板厚度的方向看可以是任意形状，不仅包括正方形和矩形，还包括诸如三角形、四边形和五边形的多边形、圆形、半圆形和圆弧形等。

当成型材料的横向和纵向的最大长度和最小长度以及平均板厚度分别由Lmax、Lmin和D表示时，恰当的是，满足关系式Lmax/D≥3和Lmin/D≥2。另外，板状可以是这样的形状：从横向或纵向的一端向另一端移动，板厚度不仅线性变化还在途中波动，或者可以是以1以上的曲率弯曲的板状。

对成型材料的板厚度没有特别限定，并且可以是具有各种厚度的板。具体地，板厚度可以选自0.2mm～5mm的范围，或者可以薄至3mm以下。

(纤维面积重量)

对关乎并入成型材料的全部碳纤维的总量的纤维面积重量没有特别限定，但是通常调整至25g/m²～10,000g/m²的范围内。并且恰当的是，关乎碳纤维(A)和碳纤维(B)的总量的纤维面积重量为25g/m²～3,000g/m²，优选为25g/m²～500g/m²。

(碳纤维(A)和碳纤维(B)的纤维长度比率)

关于碳纤维(A)的重均纤维长度Lw_A和碳纤维(B)的重均纤维长度Lw_B之间的关系，恰当的是比率Lw_A/Lw_B为0.005以上且小于0.5，优选的是0.01以上且小于0.1，更优选的是0.01以上且小于0.05。

只要比率Lw_A/Lw_B在该范围内，就能够将碳纤维(A)视作与作为基体的热塑性树脂行为相同的对象，并且容易嵌入碳纤维(B)形成的缝隙内。

(关于加成性理论)

恰当的是，成型材料具有弯曲强度S，其为成型材料的机械强度之一，在关系式S≥(qSa+(1-q)Sb)×0.8成立的范围内。

此处，

Sa：由碳纤维(A)和热塑性树脂组成的成型材料(A)的弯曲强度，

Sb：由碳纤维(B)和热塑性树脂组成的成型材料(B)的弯曲强度，以及

q：碳纤维(A)含量相对于碳纤维(A)含量和碳纤维(B)含量的总和的重量比例。

恰当的弯曲强度S优选为(qSa+(1-q)Sb)×0.9以上的范围，更优选为(qSa+(1-q)Sb)×1.0以上的范围，还更优选为(qSa+(1-q)Sb)乘以大于1.0以上的因数(即S>qSa+(1-q)Sb)获得的值的范围。

一般地，当两种类型的碳纤维(A)和(B)混入成型材料时，只有相对长的碳纤维(B)展现其机械强度，并且相对短的碳纤维(A)的机械强度展现率低，因此成型材料不能基于加成性理论展现机械强度。图6是示出当并入成型材料的全部纤维的体积比例固定时，机械强度如何随着碳纤维(A)的比例增加及碳纤维(B)的比例减少变化的图表。

根据加成性理论，弯曲强度S表示为等式S＝qSa+(1-q)Sb，并且由如图6中用虚线画出的线性图所指示。但是，在通常的情况下，机械强度不由虚线示出的图所表示，而是低于基于加成性理论的值。关于作为机械强度之一的弯曲强度，在根据本发明的成型材料中，存在超过基于加成性理论的值的范围。

存在该范围的原因尚不明确，但是可以假设碳纤维(A)和热塑性树脂一起起到增强基体树脂的作用，并且均匀地存在于由包括纤维束和单纤维的纤维束(B)形成的缝隙内。在这种情况下，即使当碳纤维(B)含量减少时，弯曲强度的范围也为加成性理论的理论值乘以因数0.8获得的值以上，或者其具有等于加成性理论的理论值以上的值。这一发现表明根据本发明的成型材料具有异于迄今为止考虑的成型材料的一般行为的效果。

除此之外，根据本发明人的推断，认为当并入成型材料的碳纤维(B)具有未浸渍部分时，添加相对短的碳纤维(A)并减少相对长的碳纤维(B)的含量，保持全部碳纤维的体积比例不变，可以使碳纤维(B)被热塑性树脂浸渍的能力提高，从而展现超过加成性理论的0.8倍以上的物理性质。

另外，在图7中，在超过基于加成性理论的理论值的1.0倍以上的范围内，示出了弯曲强度的图表。但是，假设的是，当碳纤维(A)的比例变高时，会存在弯曲强度低于基于加成性理论的理论值的范围，如图7所示。

特别地，尽管碳纤维(B)处于部分开纤的状态，并且因而难以用热塑性树脂浸渍其纤维束内部，也能够通过提高碳纤维(A)的比例来模拟热塑性树脂比例的表观增加，以这样的纤维束的生成来提高用热塑性树脂的浸渍，从而显著地产生上述效果。

与上述情况相反地，当碳纤维束(B1)占全部碳纤维(B)的比例为100％时，即使通过增加碳纤维(A)的比例，也难以实现用热塑性树脂浸渍碳纤维束(B1)内部的极大提高，因此认为弯曲强度会变为小于基于加成性理论的理论值的80％。

从使由qSa+(1-q)Sb表达的S值达到0.8倍以上的观点来看，恰当的是，碳纤维增强成型材料满足下列条件1)～3)：

1)碳纤维(B)包含构成每束的纤维数量小于下列式(1)定义的临界单纤维数的纤维束、单纤维和构成每束的碳纤维数量大于临界单纤维数的碳纤维束(B1)，

2)碳纤维束(B1)相对于碳纤维增强复合材料中碳纤维(B)总体积的比例为5体积％以上且小于95体积％，以及

3)碳纤维束(B1)的平均纤维数(N_B)满足下列关系式(2)；

临界单纤维数＝600/D_B (1)

0.43×10⁴/D_B ²<N_B<6×10⁵/D_B ² (2)

其中D_B是单一碳纤维(B)的平均纤维直径(μm)。

类似地，加成性理论也能够应用于成形制品。

更具体地，恰当的是，成形制品具有弯曲强度S，其为成形制品的机械强度之一，在关系式S≥(qSa+(1-q)Sb)×0.8成立的范围内。

此处，

Sa：由碳纤维(A)和热塑性树脂组成的成形制品(A)的弯曲强度，

Sb：由碳纤维(B)和热塑性树脂组成的成形制品(B)的弯曲强度，以及

q：碳纤维(A)含量相对于碳纤维(A)和碳纤维(B)的总含量的重量比例。

恰当的弯曲强度S优选为(qSa+(1-q)Sb)×0.9以上的范围，更优选为(qSa+(1-q)Sb)×1.0以上的范围，还更优选为(qSa+(1-q)Sb)乘以大于1.0的因数(即S>qSa+(1-q)Sb)获得的值的范围。

[其他增强纤维]

在不损害本发明的目标的范围内，除了碳纤维(A)和碳纤维(B)之外，可以向成型材料中加入其他增强纤维，诸如玻璃纤维、芳纶纤维和其他碳纤维。具体来说，不论其纤维长度和开纤程度，这些纤维可以以相对于并入成型材料的全部增强纤维的0重量％～49重量％存在。

[热塑性树脂]

成型材料中使用的热塑性树脂的实例包括聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、热塑性聚酰氨树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂(聚甲醛树酯)、聚碳酸酯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚腈树脂、苯氧树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、热塑性聚氨酯树脂、氟碳树脂和热塑性聚苯并咪唑树脂。

聚烯烃树脂的实例可以包括聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁二烯树脂、聚甲基戊烯树脂、氯乙烯树脂、偏二氯烯树脂、醋酸乙烯树脂和聚乙烯醇树脂。

聚苯乙烯树脂的实例可以包括聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)。

聚酰氨树脂的实例可以包括聚酰胺6树脂(尼龙6)、聚酰胺11树脂(尼龙11)、聚酰胺12树脂(尼龙12)、聚酰胺46树脂(尼龙46)、聚酰胺66树脂(尼龙66)、和聚酰胺610树脂(尼龙610)。

聚酯树脂的实例可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯树脂和液晶聚酯。

(甲基)丙烯酸树脂的实例可以是聚甲基丙烯酸甲酯。

聚苯醚树脂的实例可以是改性聚苯醚树脂。

热塑性聚酰亚胺树脂的实例可以包括热塑性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺树脂和聚酰胺醚树脂。

聚砜树脂的实例可以包括改性聚砜树脂和聚醚砜树脂。

聚醚酮树脂的实例可以包括聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂和聚醚酮酮树脂。

氟碳树脂的实例可以是聚四氟乙烯。

在成型材料中，可以仅使用一种热塑性树脂，或者可以使用两种以上热塑性树脂。组合使用两种以上热塑性树脂的形式的实例包括但不限于组合使用软化温度或熔点不同的热塑性树脂的形式，以及组合使用平均分子量不同的热塑性树脂的形式。

[其他试剂]

成型材料可以包括各种纤维状或非纤维状填料，诸如玻璃纤维和有机纤维，以及其他添加剂，诸如阻燃剂、抗紫外线剂、颜料、脱模剂、软化剂、塑化剂和表面活性剂，只要其对本发明的目标没有损害效果即可。

《成形制品》

作为本发明的实施方式的成形制品是一种用碳纤维增强成型材料形成的成形制品，并且该碳纤维增强成型材料是上述碳纤维增强成型材料，其中当成形制品的板厚度最小的区域的板厚度定义为最小板厚度T(mm)时，

(a)碳纤维(A)的数均纤维长度Ln_A小于T/2(mm)，以及

(b)碳纤维(B)的数均纤维长度Ln_B为T/2(mm)以上。

顺便提及，关于本文中定义的最小板厚度T，在成型材料成型时留在成形制品上的毛刺不视作成形制品的一部分，因此不是最小板厚度的对象。

除此之外，作为本发明的实施方式的成形制品是一种用碳纤维增强成型材料形成的成形制品，并且该碳纤维增强成型材料是上述碳纤维增强成型材料，其中在观察板厚度方向的截面时，以下定义的碳纤维束(A1)相对于全部碳纤维(A)的面积比例为大于0％且50％以上。此处，碳纤维束(A1)源自碳纤维(A)，并且是每束能够观察到其中的纤维数量为35/D_A以上的碳纤维束，其中D_A为碳纤维(A)的平均纤维直径(μm)。

[特性]

在由上述成型材料形成的成形制品中，存在于成型材料中的碳纤维(A)和碳纤维(B)的特性诸如纤维长度和纤维束，保持在几乎相同的水平。一般来说，原样使用板状成型材料，并且形成为板状成形制品。同时，板状成形制品是形状具有平板部分的制品，其上可以形成或不形成肋部和/或凸台。

板状成型材料，例如JP-A-2011-57811公开的树脂颗粒，并不意指其通常用于通过使用螺杆进行熔融捏合过程来制造成形制品。本发明的板状成型材料主要用于压制成形，其中对碳纤维(A)和碳纤维(B)的纤维特性没有改变。优选的板状成型材料的XY方向尺寸为50mm×50mm以上。

[成形制品的最小板厚度]

根据需要，能够调整用成型材料形成的成形制品，使其具有不同的板厚度。每个成形制品的板厚度可以与成型材料的板厚度大致相同，或者可以比成型材料的板厚度更薄。当成形时使用的模具为封闭式模具时，成形制品的板厚度与成型材料的板厚度相同，而当使用的模具为开放式模具时，板厚度变得比成型材料的板厚度更薄。同时，成形性材料适合于使用封闭式模具的压缩成型。

成形制品的板厚度可以在0.2mm～5mm的范围内，并且能够恰当地调整为3mm以下的薄件。

除此之外，对用成型材料形成的成形制品的最小板厚度没有特别限定，但是优选为1mm以上。该值是从确保成型时的流动性的观点选择的，并且只要最小板厚度为1mm以上，成型时的流动性就能变好。

[数均纤维长度Ln_A和板厚度之间的关系]

在成形制品的最小板厚度由T(mm)表示时，恰当的是，碳纤维(A)的数均纤维长度Ln_A小于T/2(mm)。这是因为，尽管出于展现纤维的增强效果的目的期望更长的纤维长度，但是只要数均纤维长度Ln_A小于T/2(mm)，碳纤维(A)就不容易成为阻碍成型流动过程中的流动的因素。优选的数均纤维长度Ln_A为小于T/3(mm)。

[碳纤维束(A1)的面积比例]

在观察成形制品的板厚度方向(例如图5中的Z方向)的截面时，恰当的是，成形制品包含上述碳纤维束(A1)，碳纤维束(A1)的面积占碳纤维(A)总面积的比例为大于0％且50％以下。

当碳纤维束(A1)的面积占碳纤维(A)总面积的比例为50％以下时，单纤维状的碳纤维大量存在，因此容易确保机械强度，尤其是弯曲强度。碳纤维束(A1)的面积占碳纤维(A)总面积的比例优选为在大于0％且30％以下的范围内，更优选为在大于0％且15％以下的范围内。

通过使每个由特定数量以上的碳纤维组成的碳纤维束(A1)与开纤的碳纤维或其他碳纤维束以特定比例共存，可以增加存在于成形制品中的碳纤维(A)的量，即碳纤维(A)的纤维体积分数Vf(单位：Vol％)。

[数均纤维长度Ln_B]

在成形制品中，对碳纤维(B)的数均纤维长度Ln_B没有特别限定，但是恰当的是，当用T(mm)表示成形制品的最小板厚度时，数均纤维长度Ln_B为T(mm)以上。关于纤维长度，出于展现纤维的增强效果的目的，数均纤维长度Ln_B更长的纤维是更期望的，并且T(mm)以下的数均纤维长度Ln_B导致成型流动时碳纤维在成形制品的板厚度方向上排列，成为流动性下降的原因。数均纤维长度Ln_B优选为成形制品的最小板厚度T(mm)的2倍以上，更优选为5倍以上。

《成型材料的制造方法》

对成型材料的制造方法没有特别限定，但是优选地通过例如下列1～5的过程来制造成型材料。

图1是示出下列过程2～4的示意图。

过程1：制备含碳纤维(A)的树脂粉末(P)的过程

过程2：通过切割碳纤维获得碳纤维(B)的过程

过程3：使切割的碳纤维(B)开纤的过程

过程4：通过散布开纤的碳纤维(B)和过程1制备的树脂粉末(P)，获得成型材料前体(后文中简称为“前体”)的过程

过程5：通过对前体进行加热压缩，获得成型材料的过程

同时，如图1所示，经历过程2之后的碳纤维的符号为“1”，并且使用例如切割装置3进行过程2，使用例如开纤装置5进行过程3，以及使用例如散布装置7进行过程4。

以下详细描述各个过程。

[过程1]

出于制备具有上述构造的碳纤维(A)的目的，恰当的是，制备树脂粉末(P)。更具体地，恰当的是制备含该碳纤维(A)的树脂粉末(P)，从而包含大量的单纤维状纤维，并且使成形制品形成为其中在观察板厚度方向的截面时，每束中能够观察到其中的纤维数量为35/D_A以上的碳纤维束(A1)相对于全部碳纤维(A)的面积比例为大于0％且50％以下。

开始时，通过混合粒状材料(R)和热塑性树脂(纯树脂)获得树脂颗粒，对所得混合物进行熔融捏合，然后将熔融捏合物注入挤出机。

如上所述，对于此处的粒状材料(R)，优选地采用市售碳纤维树脂颗粒或粉碎材料等。

对粒状材料(R)和热塑性树脂(纯树脂)之间的混合比例没有特别限定，但是从通过与后述的碳纤维(B)混合来制造具有恰当的碳纤维纤维体积分数Vf的成型材料的观点来看，恰当的是将树脂颗粒中的纤维体积分数调整至1％～70％的范围内，优选为1％～40％的范围内，更优选为1％～20％的范围内。

在用粉碎机粉碎获得的树脂颗粒时，能够获得粉碎的树脂粉末(P)和块状的树脂块。对树脂粉末(P)和树脂块的尺寸没有特别限定，但是从机械性质的观点来看，该尺寸优选为每边1mm以上，更优选为每边2mm以上。由于取决于后述的给料机的尺寸，树脂粉末(P)和树脂块的尺寸上限优选为每边4mm以下，更优选为每边3mm以下。树脂粉末(P)和树脂块的形状在粉碎过程期间通常为不定形状。同时，树脂粉末(P)和树脂块之间的区别一般并不明确，树脂粉末(P)整体上比树脂块小。

[过程2]

此过程是切割碳纤维的过程。在不对碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的组成比率产生影响的范围内向成型材料中并入碳纤维(B)的情况下，可以为切割碳纤维1的过程准备两个以上的切割装置以获得碳纤维(B)，并且可以使用开纤装置将相应装置切割的各组纤维混合在一起。

此外，在调整并入成型材料的碳纤维(B)的Lw_B/Ln_B使其在1.0以上且小于1.2的范围内分布的情况下，可以切割碳纤维，以例如通过使用切割刃节距连续变化的旋转切割机使切割的纤维的长度连续变化，或者通过使用切割刃节距逐级变化的旋转切割机使切割的纤维的长度不连续地变化。

[过程3]

过程3是使过程2中切割的碳纤维(B)开纤的开纤过程。开纤过程是将切割的碳纤维(B)导入管21内，使纤维束开纤的过程。能够通过向纤维吹气，使纤维束恰当地开纤。能够通过控制空气压力等，恰当地调整开纤程度、碳纤维束(B1)在碳纤维(B)中的比例和碳纤维束(B1)的平均纤维数(N_B)。

[过程4]

过程4是用于形成包含开纤的碳纤维(B)和树脂粉末(P)的成型材料前体的前体形成过程。在前体形成过程中，在向空气中扩散切割并开纤的碳纤维(B)的同时给料过程1中获得的树脂粉末(P)，并且向支持体31上一起散布碳纤维(B)和树脂粉末(P)，从而形成用于毡状成型材料的前体33。

在图1中，碳纤维(B)的符号为“B”，并且树脂粉末(P)的符号为“P”。顺便提及，树脂粉末(P)从例如图1所示的粉末给料装置35给料。

此处，使用透气材料作为支持体31，并且通过从支持体下方抽气将散布在支持体31上的碳纤维(B)和树脂粉末(P)两者堆积并固定在支持体31上。

在此过程中，通过空气(气体)开纤的碳纤维(B)与从不同路径给料的树脂粉末(P)能够同时散布至支持体31的表面，以其几乎均匀混合在一起的状态堆积在支持体31上形成毡，并以该状态固定。此时，可以通过在例如网式输送机的支持体31上堆积碳纤维(B)和树脂粉末(P)两者，并同时在一个方向上连续移动支持体31，来连续形成前体33。可任选地，可以通过在前/后及左/右方向上移动支持体31，来进行碳纤维(B)和树脂粉末(P)的均匀堆积。

此处，散布碳纤维(B)使其二维随机定向。为了在使其二维随机定向的同时散布开纤的纤维，恰当的是，使用例如向下游侧扩大的圆锥状的锥形管37。在锥形管37的内部，出于开纤目的而吹向碳纤维的气体发生扩散，并且管内的气体流速降低，从而对碳纤维施以旋转力。利用此文丘里效应使得开纤的碳纤维(B)与树脂粉末(P)一起均匀地散布，不会参差不齐。在此过程中，恰当的是，散布树脂粉末(P)使得树脂纤维(A)三维随机定向。

恰当的是，树脂粉末(P)的给料量相对于100重量份的碳纤维(B)为10重量份～1,000重量份，优选为50重量份～400重量份，更优选为80重量份～150重量份。此外，可以在树脂粉末(P)的给料之外，同时给料热塑性树脂(纯树脂)。

[过程5]

此过程是通过加热并加压过程4中获得的前体33，来获得成型材料的过程。无需多言，成型材料包含热塑性树脂、碳纤维(A)和碳纤维(B)。

成型材料的实例在图4中示意性地示出。在图4中，成型材料39包含热塑性树脂、碳纤维(A)和碳纤维(B)，热塑性树脂的符号为“C”、碳纤维(A)的符号为“A”、碳纤维(B)的碳纤维束(B1)的符号为“B1”并且碳纤维(B)的单纤维等(B2)的符号为“B2”。

此处，尽管可以分别进行加热和加压，但是能够优选地通过使用例如压制成型和/或热成型来进行。

因为在碳纤维(B)之间均匀地散布树脂粉末(P)，前体33具有容易用热塑性树脂浸渍的特点，并且因此能够通过使用例如热压成型法，从前体33有效地获得成型材料。

关于加压的条件，恰当的是在获得成型材料时施加于前体33的压力小于10MPa，优选为8MPa以下，更优选为5MPa以下。当压力小于10MPa时，能够采用较便宜的或常用的成形装置(压制装置)，并且这样的低压力在制造大型前体的情况下也是有利的，因为可以使设备投资和维护成本降低。

关于加热前体33从而将前体33制成成型材料时的温度，恰当的是，当前体33中的热塑性树脂为结晶型时，温度为热塑性树脂的熔点至低于其分解温度，而当前体33中的热塑性树脂为无定形时，温度为热塑性树脂的玻璃转化温度至低于其分解温度。另外，热塑性树脂的分解温度优选为热塑性树脂在空气中分解时的温度。

通过上述过程获得的成型材料可以用于三维成形，以提供具有如肋部和凸台的制品，尤其是用于压制成型。

《成型材料的成型方法》

在将成型材料成型时，能够使用各种成型方法，但是优选为在加热和加压的条件下进行成型。

关于成型方法，能够有利地采用压缩成型法，诸如所谓的冷压法或热压法。

[冷压法]

在冷压法中，将加热至第一特定温度的成型材料注入调整至第二特定温度的模具中，然后加压冷却。

具体地，当成型材料中包含的热塑性树脂为结晶型时，第一特定温度为熔点以上，并且第二特定温度为低于熔点。当热塑性树脂为无定形时，第一特定温度为玻璃转化温度以上，并且第二特定温度为低于玻璃转化温度。

更具体地，冷压法至少包括下列步骤A-1)和A-2)。

A-1)：加热成型材料的步骤，当热塑性树脂为结晶型时，加热至树脂的熔点至分解温度的温度范围，而当热塑性树脂为无定形时，加热至树脂的玻璃转化温度至分解温度的温度范围。

A-2)：将步骤A-1)中加热的成型材料置于模具中，其中，当热塑性树脂为结晶型时，所述模具温度调至低于热塑性树脂的熔点，而当热塑性树脂为无定形时，所述模具温度调至低于热塑性树脂的玻璃转化温度，并且向模具施加压力的步骤。

通过进行这些步骤，能够完成成型材料的成型。

顺便提及，在注入模具时，为了适合目标成形制品的板厚度，能够使用一片或多于一片成型材料。在使用两片以上成型材料的情况下，可以加热预先层叠的片材，或者可以将加热的片材的层叠体置入模具，或者可以将加热的片材逐一置入模具。同时，在层叠两片以上成型材料的情况下，最下层和最上层的片材之间的温度差异越小越好。从此观点来看，在将片材置入模具前进行片材的层叠是优选的。

除此之外，对于在步骤A-1)中施加压力，能够采用模具或轧辊等。尽管需要以上述顺序进行上述步骤，但是可以在这些步骤之间设置其它步骤。关于这样的步骤的实例，可以提及赋形型步骤，其中在步骤A-2)之前，通过使用与步骤A-2)的模具不同的赋形模具，对步骤A-2)中使用的模具的腔体进行赋形。

[热压法]

在热压法中，将成型材料置于模具中并且随着模具温度上升至第一特定温度而加压，然后冷却至第二特定温度。

更具体地，当成型材料中包含的热塑性树脂为结晶型时，第一特定温度为熔点以上，并且第二特定温度为低于熔点。当热塑性树脂为无定形时，第一特定温度为玻璃转化温度以上，并且第二特定温度为低于玻璃转化温度。

恰当的是，热压法至少包括下列步骤B-1)～B-4)。

B-1)：将成型材料置于模具内的步骤。

B-2)：在升高模具温度的同时对模具加压的步骤，当热塑性树脂为结晶型时，温度升高范围为热塑性树脂的熔点至分解温度，而当热塑性树脂为无定形时，温度升高范围为热塑性树树脂的玻璃转化温度至分解温度(第一压制步骤)。

B-3)：在一个以上的阶段，对模具加压的步骤，使得最终阶段的压力为第一压制步骤中压力的1.2倍～100倍(第二压制步骤)。

B-4)：调整模具温度的步骤，当热塑性树脂为结晶型时，模具温度调至低于热塑性树树脂的熔点，而当热塑性树脂为无定形时，模具温度调至低于热塑性树树脂的玻璃转化温度。

通过进行这些步骤，能够完成成型材料的成型。

[共同事项]

步骤A-2)和步骤B-3)均为通过向成型材料施加压力来获得具有预期形状的成形制品的步骤，并且对此时的成型压力没有特别限定。然而，恰当的是，成型压力相对于模具腔体的投影面积为低于10MPa，优选为低于8MPa，更优选为低于5MPa。

不期望10MPa以上的成型压力，因为其需要大量的设备投资和维护成本，尤其是对于形成大型的成形制品。上述成型材料在成型期间流动性高，因此即使成型压力低，也能够一致地设置肋部和凸台。

另外，成型材料的使用使得可以容易地设置肋部，即使要设置的肋部是难以一致地形成的大型肋部。两种压缩成型法都可以应用于成型材料的成型，但是从进一步减少成型时间的观点来看，冷压法是优选的。

而且，理所当然的是，在压缩成型时可以在上述步骤之间***各种步骤。例如，可以采用在真空下进行的真空压缩成型来作为进行压缩成型。

实施例

以下对实施例进行说明，但是不应以任何方式认为本发明被限制在这些实施例中。

下面解释实施例和比较例中的物理性质等的计算和评价方法。

[并入成型材料或成形制品中的碳纤维的纤维长度的测量方法]

在下列实施例中，在过程2中用旋转切割机切割碳纤维，将并入树脂粉末(P)的碳纤维(A)的纤维长度调整至0.01mm以上且小于3mm的范围内，并且将碳纤维(B)的纤维长度调整至3mm以上且小于100mm的范围内。

更具体地，在根据本发明的实施例中，并入树脂粉末(P)的碳纤维(A)的纤维长度和纤维长度分布的特性，在并入前体、成型材料和成形制品的碳纤维(A)中得以保留。

另一方面，并入前体的碳纤维(B)的纤维长度和纤维长度分布的特性，保留在并入成型材料和成形制品的碳纤维(B)中。因此，通过分析并入树脂粉末(P)的碳纤维来分析碳纤维(A)的特性，并且通过分析并入前体的长度在3mm以上且小于100mm的范围内的碳纤维来分析碳纤维(B)的特性。

具体来说，将获得的树脂粉末(P)或切割成块的前体置于坩埚内，在含氧气的气氛下在550℃加热1.5小时，以通过燃烧完全去除树脂组分。将燃烧后残留的碳纤维投入含表面活性剂的水中，用超声振动的方式搅拌至足够的程度。使用量匙从搅拌的分散体中随机取出评价样品，用NIRECO制造的图像分析仪Luzex AP测量3,000条碳纤维的长度。

在分析前体的情形中，将全部碳纤维的测量长度(Li)分类成两组，长度范围为0.01mm以上且小于3mm的碳纤维(A)组，和长度范围为3mm以上且小于100mm的碳纤维(B)组。

对于提取的碳纤维，根据表达式(3)和(4)，分别计算碳纤维(A)和碳纤维(B)各自的数均纤维长度Ln和重均纤维长度Lw，并且判定碳纤维(A)和碳纤维(B)各自的纤维长度分布宽度Lw/Ln。

此外，在一些实施例和一些比较例中，没有制备树脂粉末(P)。在此情况下，以与上述相同的方式，分析并入代替树脂粉末(P)使用的粉碎材料中的纤维的特性。

[成型材料中的碳纤维束的分析]

以下列方式进行上述分类的碳纤维(A)和碳纤维(B)的碳纤维束的分析。

1.碳纤维(A)中的纤维束的分析

观察在板状成型材料39的厚度方向(图5中的Z方向)上随机选择的10个每个面积为10mm×10mm的位点处出现的碳纤维截面，并且确定碳纤维是处于束状还是处于单纤维状。顺便提及，在板厚度方向出现的碳纤维截面指代出现在与板厚度方向正交的平面上的碳纤维的截面，例如平行于图5中的XY平面的平面，并且包括前侧的主平面(前表面)和后侧的主平面(后表面)。

通过下列标准评价碳纤维束的分布。

A(完美)：碳纤维束(A1)占全部碳纤维(A)的面积比例为0％以上且小于15％

B(优秀)：碳纤维束(A1)占全部碳纤维(A)的面积比例为15％以上且小于50％

C(良好)：碳纤维束(A1)占全部碳纤维(A)的面积比例为50％以上

顺便提及，如上所述，碳纤维束(A1)属于碳纤维(A)，并且是每束观察到其中的纤维数量为35/D_A以上的碳纤维束(其中D_A为碳纤维(A)的平均纤维直径(μm))。

2.碳纤维(B)中的纤维束的分析

用镊子挑出纤维长度在3mm以上且小于100mm范围内的所有纤维束，并且测量并记录纤维束(B1)的束数量I、每个纤维束的长度L_Bi和每个纤维束的质量W_Bi。对于用镊子挑出的尺寸过小的纤维束，最终对其一起进行质量测量(通过此测量获得的质量表示为W_Bk)。

用能称量至1/100mg的天平进行质量测量。从并入成型材料39的碳纤维(B)的平均纤维直径D_B，基于前述表达式(1)计算临界单纤维数，并且将碳纤维(B)分成单纤维数在临界单纤维数以上的碳纤维束(B1)和包括单纤维及其他的单纤维等(B2)。

判定碳纤维束(B1)的平均纤维数N_B的方法如下。

根据下列表达式(5)，从碳纤维(B)的纤度F_B确定每个碳纤维束中的纤维数量N_Bi。

N_Bi＝W_Bi/(L_Bi×F_B) (5)

根据下列表达式(6)，从碳纤维束(B1)的束数量I确定碳纤维束(B1)的平均纤维数量N_B。

N_B＝ΣN_Bi/I (6)

根据下列表达式(7)，使用密度(ρ_B)确定碳纤维束(B1)占全部碳纤维(B)的体积的比例VR_B。

VR_B＝Σ(W_Bi/ρ_B)×100/((W_Bk+ΣW_Bi)/ρ_B) (7)

3.成型材料中碳纤维(A)的三维定向分析

在实施例和比较例中，根据下列程序测量碳纤维(A)在三维方向中的随机定向。

(i)为了使得可以容易地观察碳纤维截面，从尺寸为20mm(长)×20mm(宽)×3mm(厚)的长方体状成型材料39上切割10个每个尺寸为2mm(长)×2mm(宽)×2mm(厚)的立方体，单独观察每个正方体的每面上的10个位点，并且记录每个观察的位点中的碳纤维截面计数，然后计算这些计数的平均值。在从板状成型材料39上切割立方体的情形中，为了移除表面树脂，通过机械加工将成型材料的表面(6个面)削去约200μm。

(ii)以与(i)相同的方式，在仅有纤维长度在3mm以上且小于100mm范围内的碳纤维(B)单独制成的成型材料(B)的顶面、底面和4个侧面，即全部6个面的每个中，记录观察的碳纤维(B)的每单位面积截面计数。

(iii)对于在观察下记录的每个面的截面计数，从(ii)中观察下记录的截面计数中减去(i)中观察下记录的截面计数。

(iv)减去后的截面计数定义如下，并且根据下列标准，计算并评价((X+Y)/2)/Z。顺便提及，术语“A方向上的侧面”指代处于平行于与A方向正交的平面的状态的面。

X：在图5所示的X方向上的侧面(平行于YZ平面的面)观察的每单位面积(1mm×1mm)的碳纤维(A)截面计数

Y：在图5所示的Y方向上的侧面(平行于XZ平面的面)观察的每单位面积(1mm×1mm)的碳纤维(A)截面计数

Z：在板厚度方向的面(图5所示的Z方向上的侧面，平行于XY平面的面)观察的每单位面积的碳纤维(A)的截面计数

三个方向上的碳纤维(A)的随机性的评价指标如下。

A(优秀)：1≤((X+Y)/2)/Z<2

B(良好)：2≤((X+Y)/2)/Z<10

C(差)：10≤((X+Y)/2)/Z

4.成型材料中碳纤维(B)的二维定向分析

从成型材料39上切割测试样品，并且对成型材料相对于任意方向(0度方向)和与其垂直的方向(90度方向)进行拉伸模量的测试，通过用测量的拉伸模量的较大值除以较小值获得的值，判定比率Eδ。模量比率越接近1，材料的各向同性越优秀。例如，模量比率为1.3以下的材料视为各向同性优秀。顺便提及，二维方向上的碳纤维(B)的随机性的评价指标如下。以下，评级为A的情况表明碳纤维(B)二维随机定向，而评级为B的情况表面碳纤维(B)不是二维随机定向。

A(良好)：Eδ≤1.3

B(差)：1.3<Eδ

5.纤维体积分数的分析

从成型材料39中切割尺寸为100mm×100mm的正方形板，并且测量其重量wθ(g)。然后，在空气中将切割的成型材料在500℃下加热1小时，从而燃烧去除树脂组分。测量剩余碳纤维的重量w1(g)。通过使用测量结果和下列表达式(8)，确定纤维重量分数wf。在n＝3的条件下进行每个测量，并且计算其平均值。

纤维重量分数＝(碳纤维重量w1/成型材料重量wθ)×100 (8)

接下来，使用各个组分的密度，根据下列表达式(9)计算纤维体积分数Vf。此处，一般来说，纤维体积分数Vf和纤维重量分数wf之间的下列关系式(9)成立。

1/Vf＝1+ρf(1/wf-1)/ρm (9)

此处，ρf是纤维密度，ρm是树脂密度。

[成形制品的评价]

1.物理性质的评价

用水射流的方式，从成形制品的水平部分切割测试样品，并且参考JIS K7074，使用Instron制造的弯曲测试机5966对测试样品进行测量。此处，将测试样品形成为A型测试样品。将标距长度和板厚度的比率(L/D)调整为40，测试速度调整为1％/min。

通过测量上述方式下的弯曲应力，可以忽略测试样品板厚度的变化对弯曲应力值的影响。另外，弯曲应力的评价结果以相对值来描述，将比较例2的值取为100。

同样地，用水射流的方式从成形制品切割测试样品，并且参考JIS K7164，使用Instron制造的通用测试机5982R4407对测试样品进行测量，来进行拉伸应力的测量。此处，将测试样品形成为A型测试样品。将夹盘之间的距离调整为115mm，测试速度调整为2mm/min。同时，拉伸测试的结果用于评价二维定向的状态等。

2.凸台和肋部的填充能力的评价

出于评价成型材料39的流动性和成形性的目的，对成形制品41进行外观的视觉检查和评价，尤其是凸台43和肋部45的末端部分。

出于评价的目的，加热板状成型材料39，以80％的注入率置于温度设定为150℃的模具的水平部分，并且在5MPa的压力下进行冷压60秒，从而得到图3所示的成形制品41。根据热塑性树脂在凸台43和肋部45的填充状况评价成型材料39的填充能力。评价指标如下。

A(完美)：凸台和肋部两者直至角部都以良好的状态形成。

B(优秀)：形成了凸台和肋部形状两者，但是在其角部有轻微缺陷。

C(很好)：凸台和肋部形状的其中之一形成的没有问题，但是另一个形成的有些不足。

D(良好)：凸台和肋部两者形成都有些不足。

E(合格)：形成的凸台和肋部形状两者的质量水平与完美质量的一半相当。

F(较差)：形成的凸台和肋部形状的其中之一的质量水平与完美质量的一半相当，另一个形成的不完全。

G(差)：凸台和肋部两者都形成的不完全。

3.层间剪切强度相似性的评价

用水射流的方式，从薄成形制品的水平部分切割测试样品，使用弯曲测试机、由Shimadzu Corporation制造的Shimadzu通用测试机AGS-X 5KN进行测量。此处，将支点间距和测试速度分别调整为15mm和2mm，使用下列表达式确定层间剪切强度并用相对值来描述，将比较例2的值取为100。

τ＝(3P)/(4h(t²))

P：层间剪切负荷(N)

h：测试样品的宽度(mm)

t：测试样品的板厚度(mm)

[实施例和比较例的共同事项]

实施例和比较例中使用的碳纤维和热塑性树脂在下面示出。

●PAN系碳纤维

●聚酰胺6(PA6)(熔点：225℃，分解温度(空气中)：300℃)

[实施例1]

(过程1)

关于碳纤维，采用TOHO TENAX Co.,Ltd.的产品碳纤维TENAX(注册商标)STS40-24KS(纤维直径：7μm，纤维宽度：10mm，拉伸强度：400MPa)，并且在扩幅至宽度为20mm的条件下使用。

能够使用与图1所示的用于前体制造过程的设备类似的设备进行下列过程1。因此，能够参考图1，并去使用图1对过程1进行说明。

旋转切割机用作切割装置3。其构造为切割刃15的间距为12mm。准备了具有小孔的管21作为开纤装置5，并且从其中供应压缩空气。此时，小孔处的空气速度为60m/sec。

管21置于旋转切割机的正下方，锥形管37焊接至管21的底部。将热塑性树脂从粉末给料装置35给料至锥形管37的侧面。关于热塑性树脂，以粉末形式使用Unitika Limited的产品尼龙6树脂A1030，该粉末是通过冷冻粉碎并用20目和30目筛分获得的。此粉末的平均粒度为约1mm。

然后，在锥形管37的出口下方设置能够在平面方向上移动并且透气的支持体31，并用鼓风机的方式从其内侧抽气。通过运行此设备，获得碳纤维面积重量为1,441g/m²并且尼龙树脂面积重量为1,704g/m²的前体。同时，此前体制备为用于树脂粉末(P)，并且不同于图1所示的成型材料的前体。

通过使用加热至260℃的压制装置，在2.0MPa的压力下加热由此制备的前体5分钟，从而获得厚度t为2.3mm的复合物材料。此处获得的复合物材料用大型低速塑料破碎机精细粉碎，从而得到粒状材料(R)。

将由此获得的粒状材料(R)和热塑性树脂(聚酰胺6)以100:217的重量比混合在一起，注入由TOSHIBA MACHINE CO.,LTD.制造的双螺杆挤出机TEM26S2内，在缸体温度为280℃和螺杆转速为100rpm的条件下熔融捏合，从而制造碳纤维体积分数Vf为9.7％的树脂颗粒。以粉碎机的方式，将这些颗粒进一步粉碎成树脂粉末(P)。由此获得的树脂粉末(P)的平均粒度为约1mm，并且颗粒形状不规则。

测量树脂粉末(P)中包含的碳纤维(A)的特性，从而发现其纤维长度分布在0.01mm～1.1mm的范围内，数均纤维长度Ln_A为0.11mm，以及重均纤维长度Lw_A为0.22mm(Lw_A/Ln_A＝2)。

(过程2～5)

将TOHO TENAX Co.,Ltd.的产品碳纤维TENAX(注册商标)STS40-24KS(纤维直径：7μm，纤维宽度：10mm)扩幅至宽度为20mm，并且用作碳纤维(B)。旋转切割机用作碳纤维(B)的切割装置3。旋转切割机构造为切割刃15的节距为20mm，从而将碳纤维切割成纤维长度为20mm。

通过焊接由SUS304制成的直径不同的喷嘴，制成具有双层结构的管21作为开纤装置5。在内管上开小孔，用压缩机23的方式将压缩空气供应至内管和外管之间的缝隙。此时，小孔处的空气速度为450m/sec。管21置于旋转切割机的正下方，锥形管37焊接至管21的底部。将过程1中获得的树脂粉末(P)从粉末给料装置35给料至锥形管37的侧面。

然后，在锥形管37的出口下方设置能够在平面方向上移动并且透气的支持体31，并用鼓风机的方式从其内侧抽气。通过运行此设备，将碳纤维(B)和树脂粉末(P)混合在一起，使前体33中全部碳纤维的重量比例调整至45.8％(全部碳纤维的面积重量：1,880g/m²，尼龙树脂的面积重量：2,223g/m²)，并且使碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比例调整至10:90。由此获得前体33。

测量并入由此获得的前体33中的碳纤维的纤维长度，从而发现纤维长度在0.01mm以上且小于3mm的范围内的碳纤维(A)和纤维长度在3mm以上且小于100mm的范围内的碳纤维(B)之间的重量比例为10:90，并且碳纤维(B)具有20mm的恒定纤维长度。

因为使用了切割刃节距为固定长度的旋转切割机用于碳纤维(B)的切割过程，能够使得并入前体33的碳纤维(B)具有相同的纤维长度。因此，重均纤维长度Lw_B和数均纤维长度Ln_B两者均为20mm，Lw_B/Ln_B为1.0。

当对由此获得的前体33检查碳纤维束(B1)的比例和平均纤维数量(N_B)时，发现由表达式(1)定义的临界单纤维数为86，碳纤维束(B1)占全部碳纤维(B)的比例为85Vol％，并且碳纤维束(B1)中的平均纤维数量(N_B)为750。

通过使用加热至260℃的压制装置，在3MPa的压力下将由此获得的前体33加热20分钟，从而获得板厚度为3mm的板状成型材料(见图4)。

当对由此获得的成型材料进行超声探伤测试时，没有确认到未浸渍部分或者孔隙。

在对获得的板状成型材料39进行0度和90度方向拉伸模量的测试时，发现成型材料的模量之间的比率Eδ为1.03，在纤维定向上几乎没有差异。换句话说，能够获得在二维方向上确保各向同性的材料。

另外，将成型材料39在500℃的炉中加热1小时，以去除其中的热塑性树脂。然后，对所得材料检查碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的比例、碳纤维束(B1)的比例以及碳纤维束(B1)的平均纤维数量(N_B)。在此处获得的结果和前体33的测量结果之间没有检测到差异。

成型材料39的结果在表1中示出。此外，示出的机械性质为相对于比较例1的机械性质的相对值。

另外，用由NGK Kilntec K.K.制造的IR炉的方式，将板状成型材料39加热至300℃，以80％的注入率置于温度设定为120℃的模具的水平部分，并且在5MPa的压力下进行60秒冷压，从而得到图3所示的具有凸台43和肋部45的成形制品41。

[实施例2]

除了将碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比例改变为20:80之外，以与实施例1相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。

[实施例3]

除了将碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比例改变为30:70之外，以与实施例1相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。

[实施例4]

除了将碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比例改变为40:60之外，以与实施例1相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。

[实施例5]

除了省略获得树脂粉末(P)的步骤，不对过程1期间获得的粒状材料(R)进行熔融捏合，在过程2及以后使用粒状材料(R)代替树脂粉末(P)之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。

在测量并入粒状材料(R)的碳纤维(A)的特性时，发现纤维长度分布在0.01mm～2.3mm的范围内，数均纤维长度Ln_A为0.22mm，并且重均纤维长度Lw_A为0.55mm(Lw_A/Ln_A＝2.5)。获得的结果在表1中示出。

[实施例6]

除了将碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比例改变为50:50之外，以与实施例5相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。

[比较例1]

除了将碳纤维(A)和碳纤维(B)含量之间的比例调整为100:0，即不使用碳纤维(B)之外，以与实施例1相同的方式制备成型材料。

此时，调整碳纤维(A)的含量使得碳纤维在成型材料中的总含量与实施例1相同。

采用与实施例1相同的方法，评价碳纤维(A)和获得的板状成型材料的特性。获得的结果在表1中示出。

[比较例2]

通过省略实施例1中的过程1，仅进行过程2～5来制备不含碳纤维(A)的前体。此时，调整碳纤维(B)的含量使得碳纤维在成型材料中的总含量与实施例1相同。

通过测量并入所获得的前体中的碳纤维的纤维长度，分析纤维长度在0.01mm以上且小于3mm范围内的碳纤维(A)和纤维长度在3mm以上且小于100mm范围内的碳纤维(B)的重量比例，发现重量比例为0:100，并且碳纤维(B)的纤维长度为20mm的恒定长度。重均纤维长度Lw_B和数均纤维长度Ln_B两者均为20mm的相同长度，Lw_B/Ln_B为1.0。

对于获得的前体，当检查碳纤维束(B1)的比例和平均纤维数量(N)时，发现由表达式(1)定义的临界单纤维数为86，并且关于碳纤维束(B1)，发现碳纤维束(B1)占构成毡的全部碳纤维的比例为86Vol％，并且每个碳纤维束(B1)中的平均纤维数量为1,500。

以与实施例1相同的方式压制获得的前体，从而形成板厚度为3.0mm的板状成型材料。前体中的碳纤维(B)的纤维特性和成型材料的评价结果在表1中示出。

[比较例3]

除了将全部碳纤维的纤维体积比例调整为28％之外，以与比较例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。仅从碳纤维(B)的纤维体积比例的观点来看，比较例3与实施例2一致。

[比较例4]

除了将全部碳纤维的纤维体积比例调整为40％之外，以与比较例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。

[比较例5]

除了将碳纤维束(B1)的比例和碳纤维束(B1)中的平均纤维数量N_B调整为表1中所示的值之外，以与比较例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表1中示出。

[实施例7]

除了将碳纤维(A)的Lw_A/Ln_A调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例8]

[实施例9]

除了将碳纤维束(B1)的比例和碳纤维束(B1)中的平均纤维数量N_B分别调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例10]

[实施例11]

[实施例12]

除了将碳纤维束(B1)的比例和平均纤维数量N_B分别调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例13]

除了将碳纤维束(B)的Lw_B和Ln_B分别调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例14]

[实施例15]

除了将碳纤维束(B)的Lw_B和Ln_B以及碳纤维束(B1)的比例和碳纤维束(B)中的平均纤维数量N_B分别调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例16]

除了将碳纤维束(B)的Lw_B和Ln_B以及碳纤维束(B1)的比例和平均纤维数量N_B分别调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例17]

除了通过调整切割长度，将碳纤维束(B)的Lw_B和Ln_B分别调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例18]

除了将碳纤维(A)和碳纤维(B)之间的重量比例调整为表2中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表2中示出。

[实施例19]

[比较例6]

除了将碳纤维(A)的Lw_A和Ln_A分别调整为表3中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表3中示出。

[比较例7]

[比较例8]

除了将碳纤维(A)的Lw_A和Ln_A以及碳纤维束(B1)的比例和碳纤维束(B1)中的平均纤维数量N_B分别调整为表3中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表3中示出。

[实施例20]

除了将碳纤维束(B1)的比例和碳纤维束(B1)中的平均纤维数量N_B分别调整为表3中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表3中示出。

[比较例9]

除了将Lw_A和Ln_A以及碳纤维束(B1)的比例和平均纤维数量N_B分别调整为表3中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表3中示出。

[比较例10]

[比较例11]

除了使用玻璃纤维(Nitto Boseki Co.,Ltd.的产品E-Glass)代替碳纤维，并且将其调整为表3中所示的值之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表3中示出。

[比较例12]

除了使用玻璃纤维(Nitto Boseki Co.,Ltd.的产品E-Glass)代替碳纤维，并且将其如表3中所示的调整之外，以与实施例2相同的方式制备成型材料。获得的结果在表3中示出。

[加成性理论的计算验证]

比较例1和比较例2中判定的弯曲强度的符号分别为Sa和Sb，并且每个实施例中碳纤维(A)占全部纤维的重量比例的符号为q，计算qSa+(1-q)Sb。获得的结果在表4中示出，其图表形式在图7中示出。

表1

表2

表3

表4

工业实用性

本发明的成型材料能够用于各种类型的结构部件，诸如车辆的内板、外板和其他结构部件，以及用作例如各种电气制品和机器的框体和壳体的预成型体。尽管已经通过参考具体实施方式对本发明进行了详细地说明，但对于本领域技术人员来说，显然可以在不背离本发明的精神和范围时，对其做出各种改变和修改。

尽管已经通过参考具体实施方式对本发明进行了详细地说明，但对于本领域技术人员来说，显然可以在不背离本发明的精神和范围时，对其做出各种改变和修改。

本发明基于2014年2月14日提交的日本专利申请号2014-026968，其内容通过引用并入本文。

Claims

1.一种成形制品，该成形制品通过使用碳纤维增强成型材料形成，

所述碳纤维增强成型材料包含：热塑性树脂、碳纤维A和碳纤维B，其中，

i)所述碳纤维A的纤维长度为0.01mm以上且小于3mm，

ii)所述碳纤维B的纤维长度为3mm以上且小于100mm，

iii)满足1.0<Lw_A/Ln_A<3，其中，Lw_A和Ln_A分别是所述碳纤维A的重均纤维长度和数均纤维长度，并且

iv)所述碳纤维B是二维随机定向的，

其中，在观察所述成形制品的板厚度方向的截面时，以下定义的碳纤维束A1的面积与全部碳纤维A的面积的比例为大于0％且50％以下，并且

所述碳纤维束A1属于所述碳纤维A，并且是观察到35/D_A以上的纤维数量的碳纤维束，其中，D_A为所述碳纤维A的平均纤维直径μm。

2.根据权利要求1所述的成形制品，

其中，所述碳纤维A是三维随机定向的。

3.根据权利要求1所述的成形制品，

其中，满足1.0≤Lw_B/Ln_B<1.2，其中，Lw_B和Ln_B分别是所述碳纤维B的重均纤维长度和数均纤维长度。

4.根据权利要求1所述的成形制品，

其中，所述碳纤维A和所述碳纤维B的重量比为5:95～95:5。

5.根据权利要求1所述的成形制品，

其中，

1)所述碳纤维B包含由小于式(1)定义的临界单纤维数的纤维构成的纤维束、单纤维和由上述临界单纤维数以上的纤维构成的碳纤维束B1，

2)所述碳纤维束B1相对于所述碳纤维增强复合材料中所述碳纤维B总体积的比例为5体积％以上且小于95体积％，并且

3)所述碳纤维束B1的平均纤维数(N_B)满足关系式(2)；

临界单纤维数＝600/D_B (1)

0.43×10⁴/D_B ²<N_B<6×10⁵/D_B ² (2)

其中，D_B是所述碳纤维B的平均纤维直径μm。

6.根据权利要求1所述的成形制品，其中，弯曲强度S为“qSa+(1-q)Sb”乘以因数0.8获得的值以上，其中，

Sa表示由所述碳纤维A和所述热塑性树脂组成的成型材料的弯曲强度，

Sb表示由所述碳纤维B和所述热塑性树脂组成的成型材料的弯曲强度，并且

q表示所述碳纤维A含量相对于所述碳纤维A和所述碳纤维B的总量的重量比。

7.根据权利要求1至6的任意一项所述的成形制品，

其中，当所述成形制品的板厚度最小的区域的板厚度定义为最小板厚度T mm时，(a)所述碳纤维A的数均纤维长度Ln_A小于T/2mm，并且(b)所述碳纤维B的数均纤维长度Ln_B为T mm以上。

8.根据权利要求7所述的成形制品，

其中，所述最小板厚度T mm为1mm以上。