是因为使用该复合基材能够获得具有更 加降低的纤维定向和更优异的平面内各向同性的复合材料。
[0149] 作为通过对碳纤维毡与热塑性树脂结合的毡状材料加热加压而获得的复合基材， 本发明的复合基材优选为空隙率为高于7vol%且低于80vol%、优选为高于7vol%且低 于50vol %的复合基材，该复合材料基材通过制备空隙率为40vol %以上且低于60vol %的 复合基材并进一步对复合基材加热加压使得在一次加热加压处理中空隙率的降低不超过 30vol %而获得，这是因为使用该复合基材能够获得具有更加降低的纤维定向和更优异的 平面内各向同性的复合材料。
[0150] 在本发明的复合基材中，包含在其中的碳纤维优选为宽度为5_以下且厚度为宽 度的1/2以下的碳纤维，这是因为使用该复合基材能够获得具有更加降低的纤维定向、更 优异的平面内各向同性和更高的碳纤维的物理性质展现率的复合材料。在本发明中，碳纤 维的宽度为与碳纤维的纵向垂直的截面内的两个正交的方向上的尺寸中较大的一个，而碳 纤维的厚度为这些尺寸中较小的一个。在与碳纤维的纵向垂直的截面内的两个正交的方向 上的尺寸相同的情况下，将一个任意方向上的尺寸取作碳纤维的宽度，而将另一个取作碳 纤维的厚度。作为通过对碳纤维毡与热塑性树脂结合的毡状材料加热加压而获得的复合基 材，本发明的复合基材优选为空隙率高于7vol %且低于80vol %的复合基材，该复合基材 通过设置三次以上的加热加压步骤、并且在最后一个阶段中在不导致复合基材的空隙率降 低的极弱的条件下加热加压的同时进行加压而获得，这是因为使用该复合基材能够获得具 有更加降低的纤维定向和更加优异的平面内各向同性的复合材料。在不导致复合基材的空 隙率降低的极弱的条件下的加压包括，例如，在对复合基材加热加压时，通过将某一辊对的 间隙距离设定至与之前阶段中的辊对的间隙距离相同来进行处理的方法。
[0151][复合材料]
[0152] 对由此获得的本发明的复合基材进一步加压，从而能够获得复合材料，该复合材 料被用作前驱体以获得用于各种应用的成形制品。
[0153] 由本发明的复合基材获得的复合材料具有优选为Ovol %以上且7vol %以下、更 优选为Ovol %以上且3vol %以下的、在式（3)中定义的空隙率，并且具有优异的平面内各 向同性。通过对复合材料的试样测量两个相互正交的方向上的拉伸模量并确定它们之间 的比率，能够定量地评价复合材料的平面内各向同性。当通过以复合材料的两个方向上的 拉伸模量值中的较大值除以较小值而获得的比率（E〇，以下有时称作拉伸模量比）不超过 2时，将样品评价为平面内各向同性，而当该比率不超过1. 3时，将样品评价为各向同性优 异。
[0154] 作为由本发明的复合基材获得复合材料的方法，可以在上述的复合基材的制造方 法中的加热/加压步骤之后，随后在将复合基材保持在不低于基质树脂的软化点的温度下 的同时进行加压，以获得复合材料。此时，将复合基材保持在不低于基质树脂的软化点的温 度下的方法可以是在温度降低至低于基质树脂的软化点的温度之前迅速使用该复合基材 用于制造复合材料的方法，或者理所当然地，可以是在不低于该软化点的温度下对复合基 材进行保温或加热的方法。
[0155] 通过对复合基材进行加压或加热加压而获得的复合材料优选地通过设置将复合 材料保持在低于复合基材的基质树脂的软化点的温度下的冷却步骤来最终固化热塑性树 脂的方法的复合材料，或者在具有加压或加热/加压步骤之后、随后在将复合材料冷却至 低于基质树脂的软化点的温度下的情况下对复合材料加压以形成复合材料的方法而完成 为复合材料。
[0156] 在其形状方面对由本发明的复合基材获得的复合材料没有特别限制，但与复合基 材相似，其典型实例包括板状材料、特别是大致矩形的板状材料，并且该板状材料可以是所 谓的长材料。
[0157][成形制品]
[0158] 上述复合材料用作成形制品的前驱体。对成型该复合材料的方法没有特别限制， 但是通过例如，真空成型、液压成型、热压或冷压对复合材料进行成型，从而能够适当地获 得具有应用所必需的形状的成形制品。
[0159] 在对复合材料进行成型时，通过适当地向复合材料整体或局部地添加多个层或热 塑性树脂，能够获得厚度根据目的而不同的成形制品。对热塑性树脂没有特别限制，其可以 是与复合基材中的基质相同的热塑性树脂，或者也可以与复合基材中的基质不相同。此外， 所使用的树脂的形式也可以是熔融树脂或纤维状、粉末状或膜状树脂。成型时添加的热塑 性树脂的具体实例与在关于复合基材中的热塑性树脂的段落中描述的热塑性树脂相同。
[0160][层叠体]
[0161] 作为本发明的复合材料，通过进一步将本发明的复合材料或单向碳纤材料量层叠 在本发明的复合材料的至少一个表面的一部分或全部上而获得的层叠体也是优选的。该单 向材料由热塑性树脂和连续碳纤维在一个方向上排列的单向材料构成。该单向材料可以是 通过堆叠多个单向材料而获得的堆叠体，或者可以是多轴织物，在该多轴织物中，通过以不 同角度堆叠由在一个方向上排列的纤维增强材料束而形成的片材而获得的堆叠体（多轴 织物基材）被诸如尼龙纱线、聚酯纱线和玻璃纤维纱线的缝合纱线、在厚度方向上贯穿并 且沿着该堆叠体的前侧与后侧之间的表面方向往复移动地缝合。
[0162] 构成单向材料层的碳纤维的平均纤维直径优选为3至12 ym，更优选为5至7 ym。
[0163] 单向材料中的热塑性树脂的含量优选为以100质量份碳纤维计3至400质量份。 热塑性树脂的含量更优选为以100质量份碳纤维计10至100质量份。
[0164] 构成单向材料的热塑性树脂可以与复合材料中的基质相同或不同。热塑性树脂的 具体实例与在关于复合基材中的热塑性树脂的段落中描述的热塑性树脂相同。
[0165] 层叠方法不受特别限制，但包括，例如利用热焊接或压结合的方法。
[0166] 在热焊接的情况下，在加热无序毡的步骤中将基材与单向材料结合也是优选的。 单向材料与基材之间的粘附部位可以是表面的一部分或整个表面。通过将本发明的复合材 料与单向材料结合，能够在不过度增加重量的情况下集中地增强成型制品中所需的部分的 机械特性。
[0167] 实施例
[0168] 以下示出实施例，但本发明不限于这些实施例，并且本领域技术人员能够在本发 明的技术理念范围内进行各种改变。在以下的实施例和比较例中使用的碳纤维和热塑性树 脂的密度如下所示。
[0169] PAN系碳纤维"Tenax"（注册商标）STS40-24KS:1. 75g/cm3
[0170] 聚对苯二甲酸丁二酯树脂：1. 31g/cm3
[0171]聚碳酸脂：L20g/cm3
[0172]聚酰胺6 :1. 14g/cm3
[0173][确定空隙率的方法]
[0174] 1)由包含在无序毡中的碳纤维和热塑性树脂的含量来计算由无序毡获得的空隙 率为〇%的复合基材的单位面积（lm 2)理论厚度（ti)。
[0175] 2)在不施加负重的情况下利用卡尺以100个点/m2将无序毡的整个区域或给定区 域的厚度测量至1/1〇〇_，由获得的值确定无序毡的平均厚度。将该平均厚度视为t 2，使用 在上述段落中确定的复合基材的空隙率为〇%的理论厚度（h)和所确定的平均厚度一起根 据式（3)计算无序毡的空隙率。将获得的值定义为初始空隙率。
[0176] 3)将复合基材的加热/加压步骤中的随后降低空隙率的处理时的复合基材的平 均厚度视作t 2，根据下式（2)由空隙含量确定复合基材的空隙率（Vr):
[0177] Vr = (Vt^/^XIOO (3)
[0178] (其中，h是当复合基材的空隙率为Ovol%时由包含在复合基材中的碳纤维和热 塑性树脂的量计算的理论厚度，而t2是复合基材的平均厚度。）
[0179] 同时，对于加热加压步骤中的每个阶段的丨2，将加压的辊对的间隙距离取作复合 基材的平均厚度（t 2)。
[0180] 在实施例中，在某一加热/加压处理中的空隙率的减少值有时与该加热/加压处 理之前与之后的空隙率相减的结果并不一致。这是因为复合基材的空隙率是通过将数值四 舍五入为最接近的整数来表示的。然而，所采用的每个阶段的加热/加压处理中的空隙率 的减少值，是将通过使用未四舍五入为最接近的整数的空隙率值所获得的计算结果四舍五 入为的最接近的整数的数值。结果，有时会产生误差。
[0181] [确定复合基材中碳纤维束（A)与纤维总量的比率的方法]
[0182] 1)将复合基材切割至lOOmmX 100mm并且在炉中于500°C下处理约1小时以去除 树脂。
[0183] 2)在去除了树脂之后用镊子从复合基材抽出所有纤维束。
[0184] 3)对所有纤维束测量并记录单个纤维束的长度（LJ和重量（WJ。最后集中测量 小至不能用镊子抽取的程度的纤维束的重量（W k)。此时，使用能够测量至l/100mg的天平。 由无序毡中使用的碳纤维的纤维直径（D)计算临界单纤维数，并将具有不低于临界单纤维 数的碳纤维的碳纤维束（A)与其他纤维束分开。顺便提及，在使用两种以上碳纤维的情况 下，根据种类区分纤维，并对每种纤维进行测量和评价。
[0185] 4)在对所有种类进行测量之后，根据以下计算来确定碳纤维束（A)中的平均纤维 数量（N)。根据式（5)由所使用的碳纤维的纤度（F)能够确定每种碳纤维束中的纤维数量 (Nj)：
[0186] Nj= ff i/diXF) (5)
[0187] 根据下式（6)由碳纤维束（A)的束的数量（I)确定碳纤维束（A)中的平均纤维数 量（N):
[0188] N=ENi/I (6)
[0189] 此外，根据下式（7)使用碳纤维的纤维比重（P)来确定碳纤维束（A)与毡的全部 纤维的比率（VK):
[0190] VE= E (W i/P) X 100/ ((ffk+ E ffi) /P) (7)
[0191] 通过从复合基材去除树脂并抽出碳纤维，也能够如上所述测量复合基材中包含的 碳纤维的宽度和厚度。
[0192] [复合材料中纤维定向的分纤]
[0193] 作为复合材料进行成型后测量碳纤维的各向同性的方法，通过基于成形板的任意 方向和与其正交的方向进行拉伸测试来测量拉伸模量，并测量通过以拉伸模量的测量值中 的较大值除以较小值而获得的比率（有时称作E〇或拉伸模量比），从而能够确定平面内各 向同性。拉伸模量比越接近1则表示材料的平面内各向同性越优异。
[0194] [实施例1]
[0195] 使用由TOHOTENAXCo.，Ltd制造的PAN系碳纤维"Tenax"（注册商标） STS40-24KS(平均纤维直径：7ym，线股宽度：10mm)作为碳纤维。将该碳纤维线股拓宽至 15至20mm的宽度，另外通过使用纵向分条机分条至0. 8mm的宽度，然后切割至20mm的纤维 长度。使用具有设置在其表面上的硬质合金制螺旋刀具的旋切机作为切割装置。
[0196] 将通过旋切机的线股导入布置在旋切机正下方的柔性传送管中，并随后导入喷撒 装置（空气喷嘴）中。作为喷撒装置，使用通过焊接具有不同直径的SUS304-制套管而制 作的双管。在双管的内管中设置小孔，并使用压缩机在内管与外管之间供应压缩空气。此 时，从小孔排出的空气的风速为50m/ sec。将直径随着向下而增加的锥形管焊接至双管的下 部。
[0197] 从锥形管的侧面供应基质树脂。使用由Unitika Ltd.制造的尼龙6树脂"A1030" 颗粒作为基质树脂。
[0198] 将能够在给定方向上移动的的透气支撑物（以下称作固定网）布置在锥形管出口 的下方并用风机从下方抽气，在以恒定速度移动的固定网的宽度方向上往复移动柔性传送 管和锥形管的同时使切割的碳纤维和尼龙树脂的混合物在固定网上沉积为带状。
[0199] 随后，分别将碳纤维的供应速率和基质树脂的供应速率设定为212g/min和320g/ min，并运行装置，结果，由碳纤维和基质树脂（热塑性树脂）在固定网上无不均匀地混合而 获得的无序毡连续地形成于在给定方向上移动的固定网上。无序毡的单位面积碳纤维重量 为 265g/m2。
[0200] 检测获得的无序毡的碳纤维束（A)的比率和平均纤维数量（N)。然后，由式（1) 定义的临界单纤维数为86,碳纤维束（A)与毡中纤维总量的比率为80vol%，并且碳纤维束 (A)中的平均纤维数量（N)为600。此外，尼龙6颗粒几乎无不均匀地分散并牢固地固定在 碳纤维中。初始空隙率为91vol%。
[0201] 使用由钢带、辊和加热炉构成的装置对上述获得的无序毡进行加热/加压处理。 该装置具有以下结构：在加热炉中布置多个上下辊对，每个辊对都以一间隙间隔地布置，并 且钢带以在辊间隙中保持无序毡的方式连续地穿过辊对。通过调节布置在加热炉中的辊之 间的间隙来调节通过钢带而作用在无序毡上的压力，以使复合基材具有目标空隙率。
[0202] 如下所述，夹持6个无序毡的钢带穿过表面温度被设定为260至360°C的多个辊 间隙，使得最终复