CN111492015B - 复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供复合材料以及复合材料的制造方法，该复合材料含有：碳纤维A，含有Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束A1；以及热塑性基体树脂，碳纤维A的纤维长度为5～100mm，碳纤维束A1相对于碳纤维A为80vol％以上且小于100vol％，将复合材料所含有的基体树脂去除而取出的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力P为0.05～1.00MPa，在该复合材料的制造方法中，使用压缩浸渍装置对含有碳纤维和热塑性树脂的复合组合物进行浸渍处理。Li：碳纤维束的纤维长度(mm)、Di：构成碳纤维束的碳纤维的单丝直径(mm)、Ni：碳纤维束所包含的单丝的纤维数(根数)、Tf：(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3(mm)。

Description

复合材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及含有碳纤维和热塑性基体树脂的复合材料及其制造方法，其利用碳纤维集合体所具备的反力(用于压缩为特定厚度的压力)使热塑性树脂浸渍于碳纤维。
背景技术
碳纤维增强热塑性树脂成形体已具有优异的机械物性，近年来，作为汽车等的构造部件而备受关注。
专利文献1记载了一种复合材料，向作为增强纤维的含有单丝根数为2000根以上的玻璃纤维束供给热塑性树脂，将预先浸渍的浸渍纤维束切成规定长度，进一步使其加热熔融、冷却以制造复合材料。
专利文献2记载了一种准各向同性补强片材，其实质上将未浸渍状态的多个短切半预浸料片材一体化而形成。
专利文献3记载了一种复合材料，将大丝束碳纤维开纤并分丝，然后切割，表现更高的力学特性，并进一步降低该力学特性的偏差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-142165号公报
专利文献2：日本特开2016-027956号公报
专利文献3：国际公开第2017/159264号
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，就专利文献1所记载的复合材料而言，是将使热塑性树脂预先浸渍于增强纤维束而成的浸渍纤维束切割成规定长度，并再次加热熔融、冷却，进行再浸渍得到的复合材料，需要事先准备预浸渍工序，在生产性、节能的观点方面并不优选。另外，在专利文献1所记载的纤维形态中，仅由增强纤维束构成为增强纤维，增强纤维集合体所具备的反力(用于压缩至特定厚度的压力，将本发明所说的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力)过低，因此若没有预浸渍，则后工序中用于浸渍的时间变长。
在使用了专利文献2所记载的准各向同性补强片材的情况下，构成碳纤维束的单丝的集束根数过多，因此增强纤维集合体所具备的反力过低。对于专利文献2所记载的准各向同性补强片材，为了使热塑性树脂高速浸渍而将准各向同性补强片材本身的厚度设计得较薄，导致成形体的制造中需要层叠很多层准各向同性补强片材，不能说生产性良好。
就专利文献3所记载的材料而言，与专利文献1同样，仅存在纤维束，碳纤维集合体所具备的反力过低，因此不适于使热塑性树脂高速地浸渍。进一步地，在碳纤维束分丝时，存在未分丝处理区间，包含因未分丝处理区间而产生的称为结合束集合体的巨大的纤维束。因此，不但结合束集合体本身导致缺陷，而且当要使热塑性树脂浸渍于碳纤维束时，有时会产生因碳纤维束的大小不均匀而产生的碳纤维集合体所具备的反力的不均匀。因此，虽然碳纤维集合体所具备的反力正常的部分进行浸渍，但小的部位不易浸渍。进一步地，若混有反力过大的部分，则在浸渍工序中进行加压时无法均匀进行加压，在复合材料内部，碳纤维和热塑性树脂意外地向面内方向移动，复合材料的碳纤维体积比例、碳纤维取向产生不均匀。即使要制造例如具有各向同性的复合材料，在各向同性方面也会产生混乱。
若本发明所说的碳纤维集合体的反力过低，则热塑性树脂无法高速浸渍，得到的复合材料中未浸渍纤维束变多，其结果，强度下降，并且发生强度不均匀。
因此，本发明欲解决的课题在于提供一种未浸渍碳纤维束少且能够兼顾高强度和减少强度不均匀的复合材料以及能够使热塑性树脂向碳纤维高速浸渍的上述复合材料的制造方法。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述课题，本发明提供以下的手段。
1.一种复合材料，其特征在于，含有：
碳纤维A，含有Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束A1；以及热塑性基体树脂，
碳纤维A的纤维长度为5mm以上且100mm以下，
碳纤维束A1相对于碳纤维A为80vol％以上且小于100vol％，
将复合材料所含有的基体树脂去除而取出的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力P为0.05MPa以上且1.00MPa以下。
其中，Li：碳纤维束的纤维长度(mm)
Di：构成碳纤维束的碳纤维的单丝直径(mm)
Ni：碳纤维束所包含的单丝的纤维数(根数)
Tf：(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3(mm)
2.根据上述1所述的复合材料，其中，
反力P的变动系数为20％以下。
3.根据上述1或2所述的复合材料，其中，
碳纤维A含有碳纤维A2，
碳纤维A2为Li/(Ni×Di2)超过3.3×103的碳纤维，碳纤维A2相对于碳纤维A超过0vol％且小于20vol％。
4.根据上述1至3中任一项所述的复合材料，其中，
Li/(Ni×Di2)小于6.7×101的碳纤维A3相对于碳纤维A为5vol％以下。
5.根据上述1至4中任一项所述的复合材料，其中，
LA1/(NA1×DA1 2)为1.0×102以上且3.3×103以下。
其中，LA1：碳纤维束A1的重均纤维长度(mm)
NA1：碳纤维束A1所包含的单丝的平均纤维数(根数)
DA1：构成碳纤维束A1的碳纤维的单丝直径(mm)
6.根据上述1至5中任一项所述的复合材料，其中，
已取出的碳纤维集合体的单位面积重量为100g/m2以上且小于3000g/m2。
7.根据上述1至6中任一项所述的复合材料，其中，
碳纤维束A1的平均束宽度WA1为0.1mm以上且2.0mm以下，平均束厚度TA1为20μm以上且95μm以下。
8.一种复合材料的制造方法，其特征在于，
使用压缩浸渍装置对含有热塑性树脂和纤维长度为5mm以上且100mm以下的碳纤维A的复合组合物进行浸渍处理，
碳纤维A含有Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束A1，
碳纤维束A1相对于碳纤维A为80vol％以上且小于100vol％，
将复合材料所含有的热塑性树脂去除而取出的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力P为0.05MPa以上且1.00MPa以下。
其中，Li：碳纤维束的纤维长度(mm)，
Di：构成碳纤维束的碳纤维的单丝直径(mm)，
Ni：碳纤维束所包含的单丝的纤维数(根数)，
Tf：(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3(mm)
9.根据上述8所述的复合材料的制造方法，其中，
压缩浸渍装置中的最窄间隙相对于复合材料的理论厚度Tm为0.9×Tm以上且1.5×Tm以下。
发明效果
根据本发明，能够提供一种未浸渍碳纤维束少且能够兼顾高强度和减少强度不均匀的复合材料以及能够使热塑性树脂向碳纤维高速浸渍的上述复合材料的制造方法。特别是，若使用如本发明这样设计的碳纤维集合体，则能够利用碳纤维集合体本身具有的反力使热塑性树脂向碳纤维高速浸渍，生产性也优异。
附图说明
图1是表示碳纤维集合体向热塑性树脂进入的力的示意图。
符号说明
101 反力P
102 热塑性树脂
103 碳纤维集合体
104 压缩浸渍装置的下侧
具体实施方式
[碳纤维]
作为本发明所使用的碳纤维，通常已知聚丙烯腈(PAN)系碳纤维、石油/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、苯酚系碳纤维等，而在本发明中，这些中的碳纤维均能够优选使用。其中，本发明中，从拉伸强度优异的方面出发，优选使用聚丙烯腈(PAN)系碳纤维。
本发明所使用的碳纤维可以在表面附着有上浆剂。在使用附着有上浆剂的碳纤维的情况下，该上浆剂的种类能够根据碳纤维和基体树脂的种类来适当选择，没有特别限定。
[碳纤维束形态固定剂]
为了提高碳纤维束的刚性并且将碳纤维集合体的反力P调整至适当的范围，本发明的复合材料也可以使用碳纤维束形态固定剂(以下，有时简称为固定剂)来固定碳纤维束。
涂布固定剂的工序只要在制造工序中则没有特别限定，优选在对碳纤维束进行扩幅处理(日文：拡幅処理)后进行涂布。
本发明所使用的固定剂的种类只要能够固定碳纤维束则没有特别限定，优选常温下为固体者，更优选为树脂，进一步优选为热塑性树脂。固定剂可以仅为1种，也可以为2种以上。
在使用热塑性树脂作为固定剂的情况下，能够根据制造固定碳纤维束的环境而适当选择使用具有期望的软化点的热塑性树脂。软化点的范围没有限定，但作为优选的软化点的下限值，为60℃以上，更优选为70℃以上，进一步优选为80℃以上。通过将固定剂的软化点设为60℃以上，从而即使在夏季的高温时的使用环境中，固定剂在室温下也为固体，操作性优异，因此优选。另一方面，作为上限值，为250℃以下，更优选为180℃以下，进一步优选为150℃以下，更进一步优选为125℃以下。通过将固定剂的软化点设为250℃以下，从而能够用简单的加热装置充分进行加热，易于进行冷却和固化，因此直到将碳纤维束固定化为止的时间变短，因此优选。在使用热塑性树脂作为固定剂的情况下，优选容易与复合材料所包含的热塑性基体亲和的热塑性树脂。
[碳纤维的纤维直径]
本发明所使用的碳纤维的单丝(一般情况下，有时将单丝称为单纤维)的纤维直径根据碳纤维的种类而适当决定即可，没有特别限定。平均纤维直径通常优选为3μm～50μm的范围内，更优选为4μm～12μm的范围内，进一步优选为5μm～8μm的范围内。在碳纤维为纤维束状的情况下，碳纤维的纤维直径并不是指纤维束的直径，而是指构成纤维束的碳纤维(单丝)的直径。碳纤维的平均纤维直径例如能够根据JIS R-7607：2000所记载的方法进行测定。
[碳纤维A]
本发明所使用的碳纤维包含纤维长度为5mm以上且100mm以下的碳纤维A。相对于本发明的复合材料所包含的碳纤维整体，本发明的复合材料所包含的碳纤维A的体积比例优选为50～100vol％，更优选为70～100vol％。
本发明的碳纤维A含有满足Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束A1。
[碳纤维A的纤维长度]
本发明所使用的碳纤维A的纤维长度为5mm以上且100mm以下。换言之，将复合材料中含有的纤维长度为5mm以上且100mm以下的碳纤维定义为碳纤维A。
1.碳纤维A的重均纤维长度
本发明所使用的碳纤维A的重均纤维长度没有特别限定，如果是5mm以上且100mm以下，则为优选。碳纤维A的重均纤维长度更优选为5mm以上且80mm以下，进一步优选为5mm以上且60mm以下。在碳纤维A的重均纤维长度为100mm以下的情况下，复合材料的压制成形时的流动性提高，易于得到期望的成形体形状。另一方面，在重均纤维长度为5mm以上的情况下，复合材料的机械强度易于提高。本发明所使用的碳纤维可以并用纤维长度互不相同的碳纤维A，纤维长度分布可以具有单一的峰，或者也可以具有多个峰。
[碳纤维束A1的长径比]
本发明中，将Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束定义为碳纤维束A1。Li/(Ni×Di2)表示碳纤维束的长径比。
此外，通常长径比表示着眼于1根纤维时的长度与直径之比，但在本发明中，通过对纤维直径进行平方，从而作为考虑到纤维束的截面积(考虑到厚度与宽度双方)的长径比。Li/(Ni×Di2)值越大，则表示碳纤维束越细长，反之，Li/(Ni×Di2)的值越小，则表示碳纤维束越粗且越短。Li为每个碳纤维束的纤维长度，Ni为每个碳纤维束所包含的单丝的纤维数(根数)。在碳纤维束A1的纤维长度为固定长度的情况下，在碳纤维束A1所包含的纤维数最大时，碳纤维束A1的长径比最小。
通常，长径比越大，复合材料的强度越高，若在复合材料中含有Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上的碳纤维束A1，则复合材料表现高强度。其中，在长径比过大的情况下有时压制成形时的流动性下降，若含有Li/(Ni×Di2)为3.3×103以下的碳纤维束A1，则能够抑制流动性的下降。
本发明的碳纤维束A1的LA1/(NA1×DA1 2)优选为1.0×102以上且3.3×103以下。
其中，
LA1：碳纤维束A1的重均纤维长度(mm)
NA1：碳纤维束A1所包含的单丝的平均纤维数(根数)
DA1：构成碳纤维束A1的碳纤维的单丝直径(mm)。
碳纤维束A1的长径比如上所述，除了影响复合材料的强度、压制成形时的流动性以外，也会影响碳纤维集合体的反力P。在碳纤维束A1的LA1/(NA1×DA1 2)的值超过3.3×103的情况下，以相同碳纤维体积比例进行比较，碳纤维束的数量相对变多，因此碳纤维集合体成为紧密的状态，碳纤维集合体的反力P变得过大。关于反力P，如后所述。反之，在LA1/(NA1×DA1 2)的值小于1.0×102的情况下，碳纤维束的数量相对变少，因此碳纤维集合体成为疏松状态，反力P变得过小。
LA1/(NA1×DA1 2)的上限期望为2.0×103以下，优选为1.2×103以下，更优选为9.0×102以下，进一步优选为8.5×102以下。优选的LA1/(NA1×DA1 2)的下限期望为1.3×102以上，优选为1.6×102以上，更优选为3.2×102以上，进一步优选为4.0×102以上。
[碳纤维束A1的比例]
在本发明中，碳纤维束A1相对于碳纤维A为80vol％以上，优选为90vol％以上，更优选为95vol％以上。换言之，本发明的除碳纤维束A1以外的碳纤维A小于20vol％，优选小于10vol％，进一步优选小于5vol％。若碳纤维A所包含的碳纤维束A1的比例増加，则后述的碳纤维A2、碳纤维A3的比例减少。
如果碳纤维束A1相对于碳纤维A小于80vol％，则碳纤维集合体的反力P变得过高。对于反力P，如后所述。若碳纤维束A1相对于碳纤维A为100vol％，则碳纤维集合体的反力P变得过低。
此外，Li/(Ni×Di2)的值小于6.7×101的或超过3.3×103的碳纤维A在本发明中为非碳纤维束A1的碳纤维A。
[碳纤维A2]
本发明的碳纤维A也可以含有超过0vol％且小于20vol％的碳纤维A2，该碳纤维A2的Li/(Ni×Di2)超过3.3×103。由于碳纤维A2的Li/(Ni×Di2)超过3.3×103，因此是长径比大的碳纤维，优选少量包含以使碳纤维集合体的反力P提高。在含有碳纤维A2的情况下，碳纤维集合体的致密性提高，其结果，使碳纤维集合体的反力P上升，能够促进热塑性基体树脂向碳纤维的浸渍。
其中，在碳纤维A2的含量过多的情况下，碳纤维集合体的致密性过高，反力P变得过大，热塑性树脂不易浸渍，复合材料、成形体的强度有时也会下降。
此外，针对碳纤维A2，重均纤维长度、单丝直径、平均纤维数能够定义如下。在碳纤维A2完全成为单纤维状的情况下，NA2ave为1根。
LA2：碳纤维A2的重均纤维长度(mm)
DA2：构成碳纤维A2的碳纤维的单丝直径(mm)
NA2ave：碳纤维A2所包含的平均纤维数(根数)
[碳纤维A3]
除碳纤维束A1以外的碳纤维A优选为碳纤维A2，但优选Li/(Ni×Di2)小于6.7×101的碳纤维A3相对于碳纤维A为5vol％以下。相对于碳纤维A，碳纤维A3即使混入5vol％以下也没有问题，但若是3vol％以下则更优选，如果是1vol％以下则进一步优选。最优选的是在复合材料或成形体中不含有Li/(Ni×Di2)小于6.7×101的碳纤维A3。
碳纤维A3的长径比小，通过存在碳纤维A3，从而具有使碳纤维集合体中碳纤维束的数量相对减少的作用，因此若相对于碳纤维A包含超过5vol％，则碳纤维集合体的反力P有时变得过小。
特别地，若如专利文献3记载这样的未将碳纤维束完全分丝的结合束集合体存在，则在其周围成为因树脂囊增加而导致的复合材料的破坏的起点，在未浸渍部浮出表面的情况下，外观极度变差。在使用了热固性基体的情况下，虽然容易浸渍，但在使用热塑性基体树脂的情况下，本课题变得显著。
进而，在专利文献3所记载的发明中，在碳纤维束分丝时，存在未分丝处理区间，包含源于未分丝处理区间的称为结合束集合体的巨大的纤维束。因此，不只是结合束集合体本身导致缺陷，而且若要使热塑性树脂浸渍于碳纤维束，则有时碳纤维集合体所具有的反力过小的部位、过大的部位会混合存在。因此，在浸渍工序中，在复合材料内，碳纤维、热塑性树脂过度向面内方向移动，复合材料的碳纤维体积比例、纤维取向的均匀性产生不均。
[碳纤维束A1的平均束宽度WA1]
在本发明中，碳纤维束A1的平均束宽度WA1优选为0.1mm以上且2.0mm以下。平均束宽度WA1的上限值更优选小于1.5mm，进一步优选小于1.1mm，更进一步优选小于1.0mm。
若碳纤维束A1的厚度固定，则平均束宽度WA1越小，本发明的“反力P”越増加。这是由于若碳纤维束细，则碳纤维集合体变得致密。
另外，若平均束宽度WA1为2.0mm以下，则碳纤维束的长径比变大，在复合材料内，碳纤维束的高强度能够充分发挥。
另一方面，平均束宽度WA1的下限更优选0.3mm以上。若为0.3mm以上，则碳纤维集合体不会被过度致密化，可得到适当的反力。
[碳纤维束A1的平均厚度TA1]
在本发明中，期望的碳纤维束A1的平均厚度TA1为95μm以下，优选小于85μm，更优选小于75μm，进一步优选小于70μm，特别优选小于65μm，最优选小于60μm。若碳纤维束A1的平均厚度TA1为95μm以下，则树脂向碳纤维束浸渍所需要的时间变短，高效地进行浸渍。
进一步地，若以相同碳纤维体积比例(Vf)的情况相比，则复合材料所包含的碳纤维束数量増加，因此复合材料内的碳纤维束成为更致密的结构，复合材料的强度也提高。
碳纤维束A1的平均厚度TA1的下限优选为20μm以上。若碳纤维束A1的平均厚度TA1为20μm以上，则能够充分确保碳纤维束A1的刚性，能够增加本发明的“反力P”。碳纤维束A1的平均厚度TA1的下限更优选为30μm以上，进一步优选为40μm以上。
[碳纤维B]
本发明的复合材料可以包含纤维长度小于5mm的碳纤维B，碳纤维B优选满足NB<NA1。
NB：构成碳纤维B的平均纤维数(根数)。
在本发明中，纤维长度小于5mm的碳纤维均为碳纤维B，纤维长度为5mm以上的碳纤维不是碳纤维B。另外，碳纤维B可以是碳纤维束，也可以是单丝状(单纤维状)。
[碳纤维B的重均纤维长度]
碳纤维B的重均纤维长度LB没有特别限定，下限优选为0.05mm以上，更优选为0.1mm以上，进一步优选为0.2mm以上。若碳纤维B的重均纤维长度LB为0.05mm以上，则容易确保复合材料或使用其的成形体的机械强度。
碳纤维B的重均纤维长度LB的上限如果小于使复合材料成形后的成形体的厚度，则优选。具体而言，更优选小于5mm，进一步优选小于3mm，更进一步优选小于2mm。
[碳纤维集合体的反力P]
1.厚度Tf
在本发明中，将复合材料中包含的基体树脂(包含除基体树脂以外的有机物)去除而取出的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力P为0.05MPa以上且1.00MPa以下。
其中，Tf是指(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3(mm)的厚度。例如，作为碳纤维，利用“Tenax”(注册商标)UTS50-24K(密度1.79(g/cm3)，在去除复合材料的基体树脂而取出的碳纤维的单位面积重量为1790(g/m2)的情况下，Tf＝1790(g/m2)÷1.79(g/cm3)×3＝3.0(mm)＝3000(μm)。
需要说明的是，计算Tf时的碳纤维集合体的单位面积重量不依赖于从复合材料取出碳纤维集合体的方法。例如，设从1m×1m大小的复合材料取出的碳纤维集合体的质量为T1g。此处，即使从复合材料取出时碳纤维集合体扩张而其大小成为1.1m×1.1m，原本也是包含在T1g的碳纤维集合体为1m×1m大小的复合材料中，因此计算Tf时的碳纤维集合体的单位面积重量为T1(g/m2)。
2.反力P
反力P是指碳纤维集合体所具备的向厚度方向扩张的力的大小。例如在图1中，在热塑性树脂浸渍于碳纤维时，碳纤维集合体表现出挤压热塑性树脂的力(图1的101)。若碳纤维集合体的反力P为上述范围，则在进行复合组合物的浸渍处理时，在复合组合物的厚度方向(在图1上下)封闭的空间内，碳纤维集合体容易向已软化的热塑性树脂侵入。
另外，若反力P为1.00MPa以下，则在封闭有复合组合物的空间内，在使碳纤维向热塑性树脂侵入时，能够抑制热塑性树脂向面内方向的过度流动。
需要说明的是，反力P的控制方法没有特别限定，能够利用碳纤维束尺寸(束宽度、束厚度)、碳纤维A内的A1、A2、A3的体积比例、厚度方向的纤维取向、固定剂的附着量等进行控制。后述的实施例示出其一例。
反力P优选为0.50MPa以下。
3.碳纤维集合体的取出
为了测定本发明的反力P，需要从复合材料中取出碳纤维集合体，但取出方法没有特别限定。优选在烧掉基体成分的温度将复合材料处理1小时左右即可，在热塑性基体树脂使用例如尼龙树脂的情况下，在500℃进行1小时处理即可。
在热塑性基体树脂成分不明的情况下，可以事先实施热重量分析，预先研究烧掉基体树脂的温度，设定温度和时间。需要说明的是，在去除基体树脂时，也可以一同去除(烧掉)其他有机成分。
4.碳纤维集合体从成形体的取出
此外，复合材料通常地进行成形而成为成形体，因此也可以从成形体取出碳纤维集合体。其中，在将复合材料成形时，若使其大幅流动而形成成形体，则碳纤维集合体的形态发生变化，因此，优选从不太会伴随流动地成形的成形体部分取出碳纤维集合体。更具体而言，在进行了冷压的情况下，成形模具上模最初接触的部位的成形体表面成为非流动面，因此取出该非流动面正下方的成形体所包含的碳纤维集合体即可。
5.反力P的变动系数
本发明的反力P的变动系数优选为20％以下，更优选为15％以下，进一步优选为10％以下。
本发明的反力的变动系数是指，将复合材料的面内以100mm×100mm的间距切出样品，并利用式(3)算出各自的变动系数，例如定义为将宽度500mm×长度500mm的复合材料划分为宽度方向5处×长度方向5处的合计25处并测定得到的变动系数。
反力的变动系数＝100×反力的标准偏差/反力的平均值式(3)
在反力P的变动系数为上述范围内的情况下，在将复合组合物所包含的热塑性树脂向碳纤维进行浸渍处理时，复合组合物内的碳纤维集合体能够均等地挤压热塑性树脂，使碳纤维集合体易于向热塑性树脂均匀浸透(意为在图1的101的方向上碳纤维集合体103挤压热塑性树脂102)。即，若反力P的变动系数为20％以下，则反力P局部较大的部位变少，利用碳纤维集合体的反力，能够抑制在复合材料内碳纤维、热塑性树脂过度地向面内方向移动，因此也能够抑制复合材料的单位面积重量不均、碳纤维体积比例、纤维取向的均匀性的不均。另外，反力P局部较小的部位也变少，因此能够抑制碳纤维集合体未充分挤压热塑性树脂的部分，因此也能够降低未浸渍部分。
[热塑性基体树脂]
本发明所使用的热塑性基体树脂没有特别限定，能够适当选择使用具有期望的软化点或熔点的热塑性基体树脂。作为上述热塑性基体树脂，通常可使用软化点为180℃～350℃的范围内的基体树脂，但不限定于此。
需要说明的是，在本说明书中，热塑性基体树脂是指复合材料所包含的热塑性树脂。另一方面，热塑性树脂是指向碳纤维浸渍前的通常的热塑性树脂。
[碳纤维集合体的单位面积质量]
碳纤维集合体的单位面积质量优选为100g/m2以上且小于3000g/m2，更优选为500g/m2以上且小于2000g/m2。
[纤维束的测定]
对于碳纤维束，如后所述，“纤维束”识别能够用镊子取出。而且，不论镊子抓取的位置如何，以一整束的状态粘在一起的纤维束在取出时都以一整束的形式取出，因此纤维束能够明确定义。当为了采集分析用的纤维试样而观察碳纤维的集合体时，不仅从其长度侧面的方向观察纤维试样，还从各种各样的方向和角度进行观察，从而在碳纤维的集合体中确认多条纤维合而为一的部位的位置并且确认纤维如何堆积，哪个客观并毫无疑义地判定哪个是合而为一并发挥功能的纤维束。例如在纤维重合的情况下，在交叉部分，如果朝向作为构成单位的纤维的不同方向的纤维彼此未互相缠绕，则判定为2个纤维束。
需要说明的是，对于各个碳纤维束A1的宽度和厚度，在考虑了彼此正交的3条直线(设为x轴、y轴及z轴)的情况下，以各个碳纤维束A1的长度方向为x轴方向，以与其正交的y轴方向的长度的最大值ymax和z轴方向的长度的最大值zmax中的较长者为宽度，以较短者为厚度。在ymax与zmax相等的情况下，能够将ymax作为宽度，将zmax作为厚度。
然后，将用上述方法求出的各个碳纤维束A1的宽度的平均值设为碳纤维束A1的平均束宽度WA1，将用上述方法求出的各个碳纤维束A1的厚度的平均值设为碳纤维束A1的平均厚度TA1。
[复合材料的制造方法]
本发明的复合材料优选由包含热塑性树脂和碳纤维的复合组合物制作成片状。
“片状”是指：在示出纤维增强塑料大小的3个尺寸(例如为长度、宽度、厚度)中，在将最小的尺寸设为厚度并将最大的尺寸设为长度的情况下，该长度相对于厚度为10倍以上的平面状的形状。
在本发明中，复合组合物是指在碳纤维中浸渍有热塑性树脂之前的状态。需要说明的是，有时对复合组合物中的碳纤维赋予上浆剂(或粘合剂)，这些并非基体树脂，可以在复合组合物中预先向碳纤维赋予。
复合组合物的制造方法能够根据热塑性树脂和碳纤维的形态而使用各种方法。需要说明的是，复合组合物的制造方法不限定于以下说明的方法。
[热塑性树脂的浸渍]
本发明的复合材料优选通过使用压缩浸渍装置对包含碳纤维和热塑性树脂的复合组合物进行浸渍处理而制造。
1.浸渍装置
复合组合物的浸渍处理中，能够使用调整了间隔(间隙)的压缩浸渍装置。压缩浸渍装置只要是通过夹着复合组合物并施加压力从而使其浸渍的装置即可，没有特别限定。
2.压缩浸渍装置的最窄间隙
本发明的复合材料的制造方法优选压缩浸渍装置的最窄间隙相对于复合材料的理论厚度Tm为0.9×Tm以上且1.5×Tm以下。需要说明的是，压缩浸渍装置的最窄间隙是指，间隙最小的部位(或时间)的设定值。
在压缩浸渍装置为具有上模和下模的压制机的情况下，使上模朝向下模下降，将最下降时的位置处的上模与下模的距离定义为最窄间隙。
另外，为了保持压缩浸渍装置中的间隙，优选使用压缩浸渍装置将碳纤维集合体的反力P以上的压力向碳纤维集合体施加。
复合材料的理论厚度Tm为假设复合材料中不存在空隙的情况下的厚度，由复合材料单位面积重量除以密度得到的值导出。
需要说明的是，在有意添加了中空微粒等中空的添加剂的情况下，此处所谓的空隙不包含其空隙部分。
[复合材料所包含的碳纤维的体积比例]
本发明中，由下述式(2)所定义的复合材料所包含的碳纤维体积比例(以下，在本说明书中有时称为“Vf”)没有特别限定，碳纤维体积比例(Vf)优选为10～60vol％，更优选为20～50vol％，进一步优选为25～45vol％。
碳纤维体积比例(Vf)＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性基体树脂体积)式(2)
在复合材料的碳纤维体积比例(Vf)为10vol％以上的情况下，易于得到期望的机械特性。另一方面，在复合材料的碳纤维体积比例(Vf)未超过60vol％的情况下，在用于压制成形等时的流动性良好，易于得到期望的成形体形状。
需要说明的是，复合材料(或成形体)所包含的整体的碳纤维体积比例(Vf)无关于碳纤维A、B等碳纤维的种类而进行测定。
[复合材料与成形体的关系]
在本发明中，复合材料为用于制作成形体的材料，复合材料被压制成形(也称为压缩成形)而成为成形体。因此，虽然本发明的复合材料为平板形状，但成形体被赋形，而具有3维形状。
[成形体]
本发明的复合材料优选用于进行压制成形而制造成形体。作为压制成形，优选冷压成形。
[压制成形]
作为使用复合材料制造成形体时的优选的成形方法，可利用压制成形，能够利用热压成形、冷压成形等成形方法。
在本发明中，尤其优选使用冷压的压制成形。冷压法例如在将已加热至第1规定温度的复合材料投入到设定为第2规定温度的成形模具内之后，进行加压/冷却。
具体而言，在构成复合材料的热塑性基体树脂为结晶性的情况下，第1规定温度为熔点以上，第2规定温度小于熔点。在热塑性基体树脂为非晶性的情况下，第1规定温度为玻璃化转变温度以上，第2规定温度小于玻璃化转变温度。即，冷压法至少包含以下的工序A-1)～A-2)。
工序A-1)对复合材料加热的工序，热塑性基体树脂为结晶性的情况下加热至熔点以上且分解温度以下，为非晶性的情况下加热至玻璃化转变温度以上且分解温度以下。
工序A-2)将上述工序A-1)中加热了的复合材料配置在进行了温度调整的成形模具中并加压的工序，该成形模具在热塑性基体树脂为结晶性的情况下温度调整至小于熔点，在为非晶性的情况下温度调整至小于玻璃化转变温度。
通过进行这些工序，从而能够使复合材料的成形完成。
上述的各工序需要通过上述顺序进行，但在各工序间可以包含其他工序。作为其他工序，例如，在工序A-2)之前，存在利用与工序A-2)中利用的成形模具不同的赋形模具，预先赋形为成形模具的空腔的形状的赋形工序等。另外，工序A-2是对复合材料施加压力而得到期望形状的成形体的工序，但是此时的成形压力没有特别限定，相对于成形模具空腔投影面积，优选小于20MPa，更优选为10MPa以下。
另外，当然可以在压制成形时在上述的工序间加入各种工序，例如可以使用在形成真空的同时进行压制成形的真空压制成形。
实施例
以下，使用实施例具体说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。
1.以下的实施例所使用的原料如下所述。
·PAN系碳纤维
帝人株式会社制的碳纤维“Tenax”(注册商标)UTS50-24K(平均纤维直径7μm、纤维束宽度10mm)
以下，上述碳纤维有时简称为“UTS50”。
·聚酰胺6
以下，有时简称为PA6。UNITIKA株式会社制A1030
2.本实施例的各值按照以下方法求出。
(1)碳纤维束的测定方法
(1-1)从复合材料切出1片100mm×100mm的样品，将样品在已加热至500℃的电炉(大和科学株式会社制FP410)中在氮氛围下进行1小时加热，将基体树脂等有机物烧去。用镊子从样品所包含的碳纤维中随机抽取合计1200个纤维长度5mm以上且100mm以下的碳纤维A。
(1-2)针对抽取出的所有碳纤维束，使用能测定到1/100mg的天平测定各个碳纤维束的重量(Wi)，使用游标卡尺测定长度。
接着，基于碳纤维束的长度和使用的碳纤维的纤维直径Di和碳纤维密度(ρcf)，计算碳纤维束所包含的单丝的纤维数Ni，针对每个碳纤维束而求出Li/(Ni×Di2)，基于得到的值来分为碳纤维束A1、除碳纤维束A1以外的碳纤维A2、碳纤维A3，分别测定ΣWiA1、ΣWiA2及ΣWiWA3。
碳纤维束A1相对于碳纤维A总量的体积比例(VfA1)使用碳纤维的密度(ρcf)根据式(5)求出。VfA1＝Σ(WiA1/ρcf)×100/((ΣWiA1+WiA2+WiA3)/ρcf) 式(5)
针对碳纤维A2、碳纤维A3的体积比例也同样。
另外，LA1/(NA1×DA1 2)根据上述中抽取的碳纤维束A1的重均纤维长度LA1、碳纤维束所包含的单丝的纤维数NA1以及纤维直径DA1算出。
(1-3)针对碳纤维束的测定个数，基于以允许误差ε3％、置信度μ(α)95％、总体率ρ＝0.5(50％)根据下式(4)导出的n值而求出。
n＝N/[(ε/μ(α))2×{(N-1)/ρ(1-ρ)}+1] 式(4)
n：必要样品数
μ(α)：置信度95％时1.96
N：母群体的大小
ε：允许误差
ρ：总体率
此处，在将碳纤维体积(Vf)＝35％的复合材料切出100mm×100mm×厚度2mm并烧去而得到的样品的情况下，母群体的大小N按照(100mm×100mm×厚度2mm×Vf35％)÷((Diμm/2)2×π×纤维长度×纤维束中包含的单丝的纤维数)来求出。如果将纤维直径Di设为7μm、将纤维长度设为20mm、将纤维束中包含的单丝数设计为1000根，则N≈9100根。
将该N的值代入上述式(4)并计算，则约为960根。在本实施例中，为了提高置信度，抽取稍多的1200根并进行测定。
(2)复合材料中包含的碳纤维束A1的重均纤维长度LA1
基于(1-2)中测出的碳纤维束的纤维长度，根据下式算出重均纤维长度LA1。
重均纤维长度＝(ΣLi2)/(ΣLi) 式(1)
(3)取出的碳纤维集合体的单位面积重量
从复合材料中切出5片100mm×100mm的样品，将样品在已加热至500℃的电炉中在氮氛围下进行1小时左右的加热，烧去基体树脂等有机物而得到碳纤维集合体。用天平测量该碳纤维集合体的重量而求出各样品的单位面积重量，进而算出该5片的平均值。
(4)碳纤维束A1的平均厚度TA1和平均宽度WA1
针对(1-2)中抽取到的各个碳纤维束A1，使用游标卡尺测定1200个碳纤维束A1的厚度和宽度，算出平均厚度TA1和平均宽度WA1。
(5)复合材料所包含的碳纤维体积比例(Vf)
从复合材料切出1片100mm×100mm的样品，将样品在已加热至500℃的电炉中在氮氛围下进行1小时左右的加热，烧掉基体树脂等有机物，称量处理前后的试样的重量，由此算出碳纤维量和热塑性基体树脂的重量。接着，使用各成分的比重，算出碳纤维与热塑性基体树脂的体积比例。
式(2)Vf＝100×碳纤维体积/(碳纤维体积+热塑性基体树脂体积)
(6)将碳纤维集合体压缩到厚度Tf时的反力P
从复合材料切出25片100mm×100mm的样品，将样品在已加热至500℃的电炉(大和科学株式会社制FP410)中在氮氛围下进行1小时左右的加热，烧去基体树脂等有机物而得到碳纤维集合体。接着，用天平测定该样品的重量，算出各自的单位面积重量，进而算出定义为下式的厚度Tf。
Tf：(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3(mm)。
接着，利用带测力传感器的手压机将各个样品压缩至Tf，根据此时的负载值算出反力Pi，将该25件的平均值作为反力P，25件的变动系数也根据下式算出。
反力的变动系数＝100×反力的标准偏差/反力的平均值 式(3)
(7)拉伸强度
使用水射流从复合材料切出25件试验片，参考JIS K 7164(2005)，使用Instron公司制的5982R4407万能试验机进行拉伸试验。试验片的形状设为A形试验片。卡盘间距设为115mm，试验速度设为2mm/min。根据各个测定值，利用下式算出平均值和变动系数。
拉伸强度的变动系数＝100×拉伸强度的标准偏差/拉伸强度的平均值式(6)
(8)未浸渍纤维束数量
从复合材料切出1件50mm×50mm的样品，将其1边的截面用#2000的砂纸打磨，进一步使用研磨剂(compound)进行抛光精加工，制作未浸渍纤维束数量测定用的样品。使用光学显微镜以300倍的倍率观察该样品的50mm的整个宽度，将在碳纤维束内未浸渍有热塑性基体树脂的碳纤维束全部抽取，作为未浸渍纤维束数量。
[实施例1]
使用供给机，以单位面积重量为740g/m2的方式，使作为热塑性树脂的UNITIKA株式会社制的尼龙6树脂A1030(有时称为PA6)向设置在供给机下方的向一个方向连续移动的透气性支持体散布/固定，得到第1层的热塑性树脂的集合体。
接着，使多根包含作为碳纤维的帝人株式会社制的碳纤维“Tenax”(注册商标)UTS50-24K(平均纤维直径7μm、单丝数24000根、碳纤维的丝束厚度180μm(游标卡尺测定))的长纤维通过180℃的加热棒，由此扩幅处理至28mm，接着使用1mm间距的旋转狭缝进行分丝处理，进一步地使用旋转切刀进行定长切割处理，使其在设置于旋转切刀正下方的在其下部具有抽吸机构且向一个方向连续移动的透气性支持体上预先制作成的热塑性树脂集合体上散布/固定，得到散布/固定的碳纤维(也称为“碳纤维散布体”)。
进而，使用供给机，以单位面积重量达到740g/m2的方式使PA6向碳纤维散布体上散布/固定，设置第2层的热塑性树脂的集合体，得到依次层叠有热塑性树脂/碳纤维散布体/热塑性树脂的复合组合物。
对于制作成的复合组合物，使用将最窄间隙设定成相对于复合材料的理论厚度Tm(2.0mm)为1.0倍的压缩浸渍装置，在压力0.8MPa下，以升温至300℃的时间为6分钟、在300℃的保持时间为1分钟的方式进行加热，使热塑性树脂向碳纤维散布体浸渍，冷却得到复合材料。需要说明的是，压缩浸渍装置具备上模和下模，将上模与下模的距离变得最窄时的间隙设为最窄间隙。
从复合材料取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为90vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为440，平均束宽度WA1为0.9mm，平均束厚度TA1为50μm，碳纤维A2的比例为10vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1250g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.25MPa，反力P的变动系数为8％。
得到的复合材料的碳纤维体积比例Vf为35％，拉伸强度为430MPa，拉伸强度的变动系数为4％，在50mm宽度的截面中存在的未浸渍束数量为30个。
结果示于表1。
[实施例2]
在扩幅处理后，将作为碳纤维A的碳纤维束形态固定剂的Daicel Evonik株式会社制的共聚尼龙VESTAMELT 250-P1以粉末形态涂布在碳纤维上，并进行熔融固化，将旋转狭缝的间距设为0.5mm，除此以外，用与实施例1同样的方法制作复合材料。需要说明的是，固定剂的附着量相对于碳纤维A总量而设为1.5重量％。
从复合材料中取出碳纤维集合体并进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为95vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为800，平均束宽度WA1为0.5mm，平均束厚度TA1为50μm，碳纤维A2的比例为5vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1270g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.10MPa，反力P的变动系数为7％。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为36％，拉伸强度为420MPa，拉伸强度的变动系数为4％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为55个。结果示于表1。
[实施例3]
追加在旋转切刀的正下方设置管体，并经由管体内的小孔以10m/秒的风速向碳纤维吹送压缩空气的工序，除此以外，用与实施例1同样的方法制作复合材料。
从复合材料取出中碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为81vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为830，平均束宽度WA1为0.6mm，平均束厚度TA1为40μm，碳纤维A2的比例为19vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1260g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.30MPa，反力P的变动系数为10％。对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为35％，拉伸强度为450MPa，拉伸强度的变动系数为5％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为20个。结果示于表1。
[实施例4]
未设置通气性支持体下部的抽吸机构，除此以外，用与实施例1同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为90vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为330，平均束宽度WA1为1.0mm，平均束厚度TA1为60μm，碳纤维A2的比例为9vol％，碳纤维A3的比例为1vol％，单位面积重量为1230g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.30MPa，反力P的变动系数为12％。由于未设置抽吸机构，因此沿板厚方向取向的碳纤维的比例与实施例3相比变多。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为34％，拉伸强度为400MPa，拉伸强度的变动系数为5％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为35个。结果示于表1。
[实施例5]
将压缩浸渍装置的最窄间隙设定成相对于复合材料的理论厚度Tm 2.0mm为1.2倍，除此以外，用与实施例3同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为81vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为830，平均束宽度WA1为0.6mm，平均束厚度TA1为40μm，碳纤维A2的比例为19vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1270g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.30MPa，反力P的变动系数为10％。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为35％，拉伸强度为430MPa，拉伸强度的变动系数为5％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为50个。结果示于表1。
[实施例6]
将压缩浸渍装置的最窄间隙设定成相对于复合材料的理论厚度Tm 2.0mm为0.95倍，除此以外，用与实施例3同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为81vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为830，平均束宽度WA1为0.6mm，平均束厚度TA1为40μm，碳纤维A2的比例为19vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1250g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.30MPa，反力P的变动系数为10％。
并且，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为35％，拉伸强度为460MPa，拉伸强度的变动系数为4％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为10个。结果示于表1。
[比较例1]
将从设置在旋转切刀正下方的管体内的小孔吹出的压缩空气的风速设为100m/秒，除此以外，用与实施例3同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为60vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为1300，平均束宽度WA1为0.4mm，平均束厚度TA1为40μm，碳纤维A2的比例为40vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1240g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为1.10MPa，反力P的变动系数为12％。由于使压缩空气的风速变大，因此碳纤维A2的比例増加，碳纤维的致密性提高，因此其结果为反力P超过1.00MPa。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为36％，拉伸强度为350MPa，拉伸强度的变动系数为8％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为120个。结果示于表2。
[比较例2]
将旋转狭缝的间距设为2.0mm，除此以外，用与实施例1同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为91vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为150，平均束宽度WA1为1.5mm，平均束厚度TA1为90μm，碳纤维A2的比例为1vol％，碳纤维A3的比例为8vol％，单位面积重量为1240g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.03MPa，反力P的变动系数为25％。通过扩展狭缝宽度，由此碳纤维A3的比例増加，碳纤维束的数量相对减少，因此无法得到目标的反力。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为36％，拉伸强度为320MPa，拉伸强度的变动系数为10％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为160个。结果示于表2。
[比较例3]
将碳纤维束形态固定剂的附着量设定成相对于碳纤维A总量为3.0重量％，并且将旋转狭缝的间距设定为1.5mm，除此以外，用与实施例2同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为100vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为220，平均束宽度WA1为1.5mm，平均束厚度TA1为60μm，碳纤维A2的比例为0vol％，碳纤维A3的比例为0vol％，单位面积重量为1270g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.03MPa，反力P的变动系数为12％。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为34％，拉伸强度为330MPa，拉伸强度的变动系数为7％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为150个。结果示于表2。
[比较例4]
将扩幅宽度设定为20mm，并将从设置在旋转切刀正下方的管体内的小孔吹出的压缩空气的风速设定为40m/秒，除此以外，用与实施例3同样的方法制作复合材料。
从复合材料中取出碳纤维集合体进行调查，其结果，碳纤维束A1的比例为90vol％，重均纤维长度LA1为20mm，LA1/(NA1×DA1 2)为420，平均束宽度WA1为0.8mm，平均束厚度TA1为60μm，碳纤维A2的比例为9vol％，碳纤维A3的比例为1vol％，单位面积重量为1240g/m2，压缩至厚度Tf时的反力P为0.04MPa，反力P的变动系数为17％。
另外，对得到的复合材料进行调查，其结果，碳纤维体积比例Vf为35％，拉伸强度为350MPa，拉伸强度的变动系数为9％，在50mm宽度的截面存在的未浸渍束数量为130个。结果示于表2。
[表1]
Figure BDA0002516244790000311
[表2]
Figure BDA0002516244790000321
产业实用性
本发明的复合材料以及将其成形而得到的成形体能够用于制造各种结构部件、例如汽车的构造部材或者各种电气制品、机械的箱体、框体等期望吸收冲击的所有部位，特别优选能够用于制造可用作汽车元件的压制成形体。
虽然详细地参照特定的实施方式说明了本发明，但是本领域技术人员显然能够在不脱离本发明的精神与范围的前提下加入各种各样的变更、修正。
本申请基于2017年11月29日申请的日本专利申请(日本特愿2017-229666)以及2018年8月8日申请的日本专利申请(特愿2018-149791)，并将其全部内容结合于此，作为参照。

Claims (8)

1.一种复合材料，其特征在于，含有：
碳纤维A，含有Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束A1；以及热塑性基体树脂，
碳纤维A的纤维长度为5mm以上且100mm以下，
碳纤维束A1相对于碳纤维A为80vol％以上且小于100vol％，
将复合材料所含有的基体树脂去除而取出的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力P为0.05MPa以上且1.00MPa以下，
其中，Li：碳纤维束的纤维长度，以mm计；
Di：构成碳纤维束的碳纤维的单丝直径，以mm计；
Ni：碳纤维束所包含的单丝的纤维数，以根数计；
Tf：(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3，以mm计，
其中，反力P的变动系数为15％以下。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，
碳纤维A含有碳纤维A2，
碳纤维A2为Li/(Ni×Di2)超过3.3×103的碳纤维，碳纤维A2相对于碳纤维A超过0vol％且小于20vol％。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，
Li/(Ni×Di2)小于6.7×101的碳纤维A3相对于碳纤维A为5vol％以下。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其中，
LA1/(NA1×DA1 2)为1.0×102以上且3.3×103以下，
其中，LA1：碳纤维束A1的重均纤维长度，以mm计；
NA1：碳纤维束A1所包含的单丝的平均纤维数，以根数计；
DA1：构成碳纤维束A1的碳纤维的单丝直径，以mm计。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其中，
已取出的碳纤维集合体的单位面积重量为100g/m2以上且小于3000g/m2。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其中，
碳纤维束A1的平均束宽度WA1为0.1mm以上且2.0mm以下，平均束厚度TA1为20μm以上且95μm以下。
7.一种复合材料的制造方法，其特征在于，
使用压缩浸渍装置对含有热塑性树脂和纤维长度为5mm以上且100mm以下的碳纤维A的复合组合物进行浸渍处理，
碳纤维A含有Li/(Ni×Di2)为6.7×101以上且3.3×103以下的碳纤维束A1，
碳纤维束A1相对于碳纤维A为80vol％以上且小于100vol％，
将复合材料所含有的热塑性树脂去除而取出的碳纤维集合体压缩至厚度Tf时的反力P为0.05MPa以上且1.00MPa以下，
其中，Li：碳纤维束的纤维长度，以mm计；
Di：构成碳纤维束的碳纤维的单丝直径，以mm计；
Ni：碳纤维束所包含的单丝的纤维数，以根数计；
Tf：(碳纤维集合体的单位面积重量÷碳纤维密度)×3，以mm计，
其中，反力P的变动系数为15％以下。
8.根据权利要求7所述的复合材料的制造方法，其中，
压缩浸渍装置中的最窄间隙相对于复合材料的理论厚度Tm为0.9×Tm以上且1.5×Tm以下。
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