可冲压片材的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种由碳纤维复合材料（其由碳纤维和热塑性树脂制成）形成的可冲 压片材，特别地，涉及在使用可冲压片材制备成型品时可以同时实现高的流动性和高的机 械特性的可冲压片材。
【背景技术】
[0002] 由碳纤维和热塑性树脂形成的碳纤维复合材料由于可获得高的机械特性，所以被 用于各种成型品的制造。一般认为如果将由碳纤维和热塑性树脂形成的碳纤维复合材料制 成可冲压片材后用于成型，则可以利用热压成型迅速成型，因此特别适用于批量产品的成 型。
[0003] 关于现有的可冲压片材，由碳纤维形成的抄纸或无纺布中含浸有树脂的可冲压片 材（例如，专利文献1)在机械特性方面优异，但成型时的流动性低，成型性差。这是因为： 由于作为增强纤维的碳纤维分散所以应力不易集中，可充分发挥碳纤维的增强效果，但另 一方面，碳纤维之间彼此交叉而限制了相互之间的移动，从而变得难以流动。通常，若在树 脂中加入碳纤维，则粘度骤然变高，变得难以流动。另外，如果树脂中的碳纤维的纤维长度 变得过长，则依然有变为高粘度的倾向。
[0004] 另一方面，关于在切断的碳纤维束中含浸树脂形成的SMC(片状模塑料、Sheet Molding Compound)，虽然流动性高、成型性优异，但机械特性低。这是因为：由于碳纤维为 束状所以在碳纤维的端部应力容易集中，因此，难以呈现高的机械特性，但由于碳纤维没有 形成网络所以容易移动，成型时可获得良好的流动性（例如，专利文献2)。
[0005] 另外，除了上文所述的专利文献1、2,以成型品的高的机械特性、成型时的良好的 流动性为目标，一直以来，提出了各种方案。例如在专利文献3中，提出了将碳纤维复合材 料中的特定的碳纤维束相对于纤维总量的比例抑制在低水平、并使该特定的碳纤维束中的 平均纤维数在特定的范围内的复合材料。但是，对于专利文献3中公开的碳纤维复合材料 (碳纤维复合材料中的碳纤维束细、束的比例少、碳纤维已经开纤）而言，使用其制造的成 型品的机械特性优异，但成型时的流动性低、成型性差。这是因为：由于作为增强纤维的碳 纤维充分分散所以应力不易集中，可充分发挥碳纤维的增强效果，但另一方面，碳纤维之间 彼此交叉而限制了相互之间的移动，从而变得难以流动。
[0006] 另一方面，在专利文献4中，提出了将碳纤维复合材料中的上述相同的特定的碳 纤维束相对于纤维总量的比例设定为更高水平，并使该特定的碳纤维束中的平均纤维数在 其他的特定范围内的复合材料。但是，对于该专利文献4中公开的碳纤维复合材料（碳纤 维束粗、束的比例多）而言，使用其制造成型品时的流动性高、成型性优异，但碳纤维对细 小形状的成型追随性差、机械特性低并且其不均也大。即，虽然由于碳纤维没有形成网络而 容易移动，但却由于碳纤维束粗而导致成型具有细小形状的部件时的碳纤维追随性差，并 且由于在碳纤维的端部应力容易集中，所以难以获得高的机械特性。
[0007] 专利文献1 :日本特开2002-212311号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2010-163536号公报
[0009] 专利文献3 :日本特开2011-178890号公报
[0010] 专利文献4 :日本特开2011-178891号公报
【发明内容】
[0011] 因此，本发明的课题是提供一种利用现有的由碳纤维的抄纸或无纺布片材形成的 可冲压片材或SMC不能达成的、可以同时实现成型时的高流动性和成型后的高的机械特 性、具备最佳范围条件的可冲压片材。
[0012] 为了解决上述问题，本发明涉及的可冲压片材由不连续碳纤维和热塑性树脂的基 体树脂形成，其特征在于，可冲压片材中的基体树脂为熔融状态时的可冲压片材的粘度η
[0013] 在 η。彡 η < η (|θχρ(0· 20Vf) (Pa · s)的范围内，
[0014] 可冲压片材中的、Mn/(LnXD)小于8. 5X KT1 (mg/mm2)的经开纤的碳纤维束（A)相 对于碳纤维全部重量的比例Z
[0015] 在10彡Z < 90(wt% )的范围内。
[0016] 此处，
[0017] η :基体树脂熔融时的可冲压片材的表观粘度（温度为基体树脂的固化开始温度 +50°C的温度时的粘度），
[0018] Vf :每单位体积的可冲压片材的碳纤维含有率（％)，
[0019] η 在使Vf变化时得到的表示Vf和可冲压片材粘度的关系的特性图中，将特性 线延长到Vf = 0%时得到的基体树脂的假定树脂粘度，
[0020] Mn :碳纤维束重量，
[0021] Ln:碳纤维的纤维长度，
[0022] D :碳纤维的纤维直径。
[0023] 本发明的可冲压片材是综合考虑以下内容而完成的发明：
[0024] 如果在热塑性树脂的基体树脂中加入碳纤维，则该复合材料的熔融粘度（即，基 体树脂为熔融状态时的可冲压片材的粘度η)骤然上升；
[0025] 粘度一旦上升则成型时的流动性下降，但可以通过增加碳纤维束（碳纤维为束的 形态）的配合量来抑制该流动性的下降，可以实现良好的流动性；
[0026] 如果碳纤维束的比例变得过多，则虽然可以获得良好的流动性，但变得难以获得 成型品的高的机械特性；
[0027] 重视良好的流动性的碳纤维束的形态的最佳范围和重视高的机械特性的碳纤维 束形态的最佳范围不一定为相同范围，等等；
[0028] 本发明特别是以均衡性良好地同时实现使良好流动性和高机械特性的方式而将 可冲压片材的构成实现最佳化而完成的。
[0029] 更具体地，通过使可冲压片材的粘度η
[0030] 在η < n Qexp(0· 20Vf) (Pa · s)的范围内（粘度η当然比树脂单体的粘 度高，但可抑制粘度变得过高），可确保成型时的良好的流动性。
[0031] 粘度 η 优选在 η < n oexp^· 13Vf) (Pa · S)的范围内，
[0032] 进一步优选在 ηn < n 〇exp (0· IOVf) (Pa · s)的范围内。
[0033] 另外，MrV(LnXD)小于8. SXKTOng/mm2)的经开纤的碳纤维束（A)为开纤程度较 高、容易呈现高的机械特性的碳纤维束。通过使这样的碳纤维束（A)相对于碳纤维全部重 量的比例Z在10彡Z < 90 (wt % )的范围内，能够在确保如上所述的良好流动性的同时，还 可以均衡性良好地呈现高机械特性。
[0034] 另外，上述本发明涉及的可冲压片材中，进一步，可采用如下方式：
[0035] 可冲压片材中的所述碳纤维束（A)相对于碳纤维全部重量的比例Z
[0036] 在10彡Z < 70(wt% )的范围内，
[0037] 可冲压片材中的Mn/(Ln XD)为8. 5 X KT1 (mg/mm2)以上的碳纤维束（B)相对于碳 纤维全部重量的比例Y
[0038] 在3〇彡Y < 9〇(wt% )的范围内，
[0039] 碳纤维束⑶的Mn/Ln的平均值X
[0040] 在 I. I X KT2彡 X 彡 8. I X KT2 (mg/mm)的范围内，
[0041] 并且，所述Y满足Y兰100X+30。
[0042] 在该方案中，通过将MrV(LnXD)为8· 5X KT1 (mg/mm2)以上的碳纤维束⑶（即， 开纤程度较低、容易呈现高的流动性的碳纤维束（B))相对于碳纤维全部重量的比例Y、碳 纤维束（B)的Mn/Ln的平均值X、以及Y和X的关系的范围最佳化，特别地，能够进一步提 高可冲压片材的流动性。为了更可靠地同时实现高流动性和高机械特性，碳纤维束（B)的 Mn/Ln的平均值X的更优选范围为L 5 X KT2彡X彡5. 5 X KT2 (mg/mm)。
[0043] 为了进一步同时实现高流动性和高机械特性，上述碳纤维束（B)的构成束的纤维 根数X n= MrV(LnXF)的标准偏差〇优选在50彡〇彡400的范围内。需要说明的是，F 为碳纤维纤度，对于纤维根数Xn与标准偏差σ的计算方法如后文所述。上述标准偏差 〇 低于50时，流动性恶化，上述标准偏差〇高于400时，机械特性恶化，机械特性的不均也变 大。
[0044] 上述标准偏差σ优选为1〇〇< σ < 380,进一步优选为150< σ < 360。
[0045] 另外，如上所述，如果碳纤维的纤维长度变得过