[0001] 本发明涉及碳纤维复合材料。

[0002] 近年来，对于笔记本个人电脑、打印机等OA设备的壳体、机械部件、假脚的鞋内底等构件，要求轻量性和刚性。对于这样的构件，一直使用将在碳纤维中浸渗树脂并半干燥后的碳纤维预浸料多张层叠并利用加热和加压进行一体化而得到的碳纤维增强塑料。

[0003] 以往，为了得到根据部位使厚度不同而在表面上形成有凸部、凹部的碳纤维增强塑料，如图10所示，需要在每个厚度不同的部位使碳纤维预浸料91A～91G的层叠数不同并且层叠到准确的位置并进行一体化。而且，在这种情况下，对于层叠的碳纤维预浸料91A～91G，必须准备多张适合于要进行层叠的部位的不同形状的碳纤维预浸料，所需的碳纤维预浸料的种类大幅增加，准备和成形都变得复杂，因此并不实用。

[0004] 另外，有时通过将碳纤维预浸料多张层叠并使用预先在型面上设置有凹凸的加压模具进行加压、加热成形而在碳纤维增强塑料的表面上形成凹凸。在这种情况下，将多张碳纤维预浸料利用一个型面的凸部挤向另一个型面的凹部而进行赋形。因此，如图11所示，由多张碳纤维预浸料92A、92B、92C、92D形成的碳纤维增强塑料90中，一侧的凸部95与相反侧的凹部96成对地形成，对形状有所制约。此外，只能得到无凹凸的一般部91以及凹部和凸部均由同一厚度形成的恒定厚度的纤维增强塑料，不能得到使厚度局部性变化的纤维增强塑料。因此，设计的自由度低，对用途有所制约。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2012-106461号公报

[0008] 专利文献2：日本特开2004-209717号公报

[0009] 专利文献3：日本特开平07-243147号公报

[0042] 以下，对本发明的实施方式进行说明。图1所示的第一实施方式的碳纤维复合材料10作为笔记本个人电脑的壳体中的盖的外板使用。如图2及图3所示，在碳纤维复合材料10的外侧表面，在由框形状的凹部101围成的部分形成有由凹部103构成的文字。需要说明的是，在上述凹部101、103，有时也贴合有金属箔或者层叠有装饰用着色树脂。

[0043] 上述碳纤维复合材料10由通过在两张碳纤维预浸料11、13之间配置一张多孔质预浸料21并利用加热和加压进行一体化而得到的层叠体构成。上述碳纤维预浸料11、13由在碳纤维织物中浸渗有热固性树脂的碳纤维预浸料构成。上述碳纤维织物为轻量及高刚性优良的碳纤维织物，特别优选为纤维并非仅在一个方向的织法的碳纤维织物，例如优选为由经纱和纬纱构成的平纹、斜纹、缎纹及由三个方向的纱线构成的三轴编织等。另外，从2
热固性树脂的浸渗及刚性的观点考虑，上述碳纤维织物优选纤维基重为50～600g/m的碳纤维织物。

[0044] 浸渗于上述碳纤维织物中的热固性树脂没有特别限定，为了提高上述碳纤维复合材料10的刚性，热固性树脂本身需要具有一定程度的刚性，可以从由环氧树脂、酚醛树脂、环氧树脂与酚醛树脂的混合物组成的组中选择。另外，在对碳纤维复合材料10要求阻燃性的情况下，上述热固性树脂优选为阻燃性的热固性树脂。酚醛树脂由于其本身为阻燃性，因此，能够削减用于赋予阻燃性的添加物，因此，适合作为浸渗于上述碳纤维织物中的热固性树脂。

[0045] 另外，上述热固性树脂优选以使碳纤维预浸料中的树脂重量比率为50～80％、特别是55～70％的方式浸渗于上述碳纤维织物中。通过设定为上述树脂比率，能够使轻量性及刚性更良好。

[0046] 上述多孔质预浸料21是在多孔质材料中浸渗有热固性树脂的多孔质预浸料。作为多孔质材料，没有特别限定，可以列举发泡体、纤维制品等。作为发泡体，包含连续气泡结构的发泡体是合适的，例如可以从聚氨酯树脂发泡体、三聚氰胺树脂发泡体、聚烯烃(聚酰胺)发泡体等中选择。由于发泡体为连续气泡，不仅能够使热固性树脂浸渗，而且能够以高压缩率进行成形。作为纤维制品，具体而言，可以列举原纤维、丝、绒头、棉状物、机织布、针织布、无纺布、网、植毛布及它们的剪裁品。通过选择上述原材料作为多孔质材料，能够压缩成形至层叠碳纤维织物层后的厚度。作为上述多孔质材料，特别优选三聚氰胺树脂发泡体或聚酰胺树脂发泡体。另外，在对上述碳纤维复合材料10要求阻燃性的情况下，作为上述多孔质材料，优选阻燃性的多孔质材料。三聚氰胺树脂发泡体具有良好的阻燃性，因此适合作为上述多孔质材料。上述多孔质材料的压缩前的初始厚度可以适当设定，例如可以列举1～25mm。另外，在上述多孔质材料由发泡体形成的情况下，从压缩容易性、浸渗性、轻量
3
性、刚性的观点考虑，优选压缩前的密度为5～80kg/m的发泡体。

[0047] 浸渗于上述多孔质材料中的热固性树脂没有特别限定，为了提高上述碳纤维复合材料10的刚性，热固性树脂本身需要具有一定程度的刚性，可以从由环氧树脂、酚醛树脂、环氧树脂与酚醛树脂的混合物组成的组中选择。另外，在对上述碳纤维复合材料10要求阻燃性的情况下，上述热固性树脂优选为阻燃性的热固性树脂。酚醛树脂具有良好的阻燃性，因此，适合作为浸渗于上述多孔质材料中的热固性树脂。另外，浸渗于多孔质预浸料中的热固性树脂与浸渗于碳纤维预浸料中的热固性树脂优选为相同的热固性树脂，通过提高密合性而使层间剥离的发生显著减少。

[0048] 上述碳纤维复合材料10中，在成为外侧的一侧的表面上形成有上述框状的凹部101和文字的凹部103。在上述凹部101、103的位置处，与无凹部和凸部的一般部111相比，上述多孔质预浸料21被大幅压缩，多孔质预浸料21的厚度减小，由此，上述碳纤维复合材料10的厚度减小。另外，上述凹部101、103的位置处的相反侧的表面由无凹凸的平面构成。

[0049] 上述碳纤维预浸料11、13与多孔质预浸料21的俯视形状相同。需要说明的是，上述碳纤维预浸料及多孔质预浸料的层叠张数根据上述碳纤维复合材料的用途及所要求的强度等来适当设定。顺便提一下，关于图1的包含框状及文字的凹部的图案部分，大小为纵横30mm×100mm，凹部的深度为0.5mm。

[0050] 对于上述第一实施方式的碳纤维复合材料10，示出成形方法的一例。如图4所示，在下侧加压模具31与型面上形成有凹部形成用突起33、34的上侧加压模具32之间，将固化前的上述碳纤维预浸料11、上述多孔质预浸料21及上述碳纤维预浸料13以该顺序进行层叠。接着，使上述下侧加压模具31与上侧加压模具32靠近，将上述碳纤维预浸料11、上述多孔质预浸料21及上述碳纤维预浸料13在层叠状态下进行加压并且进行加热。将上述下侧加压模具31和上侧加压模具32利用电热加热器等加热手段加热至上述热固性树脂能够固化的温度。

[0051] 在利用上述下侧加压模具31和上侧加压模具32进行上述碳纤维预浸料11、13和多孔质预浸料21的加压、加热时，在被上述上侧加压模具32的凹部形成用突起33、34按压的部位形成上述凹部101、103。在该状态下，浸渗在上述碳纤维预浸料11、13及多孔质预浸料21中的热固性树脂发生固化，由此，上述碳纤维预浸料11、13与多孔质预浸料21进行一体化并且形状被固定，得到上述碳纤维复合材料10。

[0052] 图5所示的第二实施方式的碳纤维复合材料50作为假脚用鞋内底使用。如图6及图7所示，在与脚指跟附近、脚心部分及脚后跟部分对应的部位形成有凹部501、503和凸部502、504、506。

[0053] 上述碳纤维复合材料50由通过从背侧的最下层起依次层叠碳纤维预浸料51、52、53、54、多孔质预浸料61、碳纤维预浸料55、多孔质预浸料62、碳纤维预浸料56、57、58并利用加热和加压进行一体化而得到的10层的层叠体构成。第二实施方式中的碳纤维预浸料
51～58及多孔质预浸料61、62包含与上述第一实施方式的碳纤维预浸料11、13及多孔质预浸料21同样的构成。

[0054] 在形成有凹部501、503及凸部502、504、506的表面至离该表面最近的上述多孔质预浸料62之间，存在三张上述碳纤维预浸料。与此相对，在无凹部和凸部的相反侧的表面至离该表面最近的上述多孔质预浸料61之间，存在四张上述碳纤维预浸料。即，在靠近凹部和凸部侧配置有多孔质预浸料62。通过该配置，使得上述凹部和凸部的赋形容易。

[0055] 在上述凹部501、503的位置处，与无凹部和凸部的一般部511相比，上述多孔质预浸料61、62被大幅压缩，多孔质预浸料的厚度减小，由此，上述碳纤维复合材料50的厚度减小。另一方面，在上述凸部502、504、506的位置处，与无凹部和凸部的一般部511相比，上述多孔质预浸料61、62的压缩量小，多孔质预浸料的厚度增大，由此，上述碳纤维复合材料50的厚度增大。另外，上述凹部501、503及凸部502、504、506的位置处的相反侧的表面由无凹凸的平面构成。

[0056] 上述多张碳纤维预浸料51～58与多孔质预浸料61、62的俯视形状均相同。另外，上述碳纤维预浸料及多孔质预浸料的层叠张数根据上述碳纤维复合材料的用途及所要求的强度等来适当设定。

[0057] 示出上述碳纤维复合材料50的成形方法的一例。如图8所示，在下侧加压模具71与型面上形成有凹部形成用突起73、75及凸部形成用凹坑74、76、78的上侧加压模具72之间，将固化前的上述碳纤维预浸料51、52、53、54、多孔质预浸料61、碳纤维预浸料55、多孔质预浸料62、碳纤维预浸料56、57、58以该顺序进行层叠。接着，使上述下侧加压模具71与上侧加压模具72靠近，对上述层叠状态的碳纤维预浸料及多孔质预浸料进行加压并且进行加热。将上述下侧加压模具71和上侧加压模具72利用电热加热器等加热手段加热至上述热固性树脂能够固化的温度。

[0058] 在利用上述下侧加压模具71和上侧加压模具72进行上述碳纤维预浸料及多孔质预浸料的加压、加热时，在被上述上侧加压模具72的凹部形成用突起73、75按压的部位形成上述凹部501、503。另一方面，在与上述凹坑74、76、78抵接的部位形成上述凸部502、504、506。在该状态下，浸渗在上述碳纤维预浸料51～56及多孔质预浸料61、62中的热固性树脂发生固化，由此，上述碳纤维预浸料51～58与多孔质预浸料61、62进行一体化并且形状被固定，得到上述碳纤维复合材料50。

[0059] 图9放大地示出由其他层叠结构形成的第三实施方式的碳纤维复合材料80的一部分。上述碳纤维复合材料80由通过将两张多孔质预浸料81A、81B重叠并在其两侧分别层叠四张碳纤维预浸料82A、82B、82C、82D、83A、83B、83C、83D并利用加热和加压进行一体化而得到的层叠体构成。在碳纤维复合材料80的两侧表面上形成有凸部85、87。第三实施方式中的碳纤维预浸料82A～82D、83A～83D及多孔质预浸料81A、81B包含与上述第一实施方式的碳纤维预浸料11、13及多孔质预浸料21同样的构成。

[0060] 上述碳纤维复合材料80中，在形成有凸部85的一侧的表面至离该表面最近的上述多孔质预浸料81A之间，存在四张上述碳纤维预浸料82A～82D。在相反侧的形成有凸部87的表面至离该表面最近的上述多孔质预浸料81B之间，存在四张上述碳纤维预浸料83A～83D。即，均存在有四张碳纤维预浸料。通过该配置，容易在两侧表面进行凸部85、87的赋形。

[0061] 在上述凸部85、87的位置处，与无凹部和凸部的一般部811相比，上述多孔质预浸料81A、81A的压缩量小，多孔质预浸料81A、81B的厚度增大，由此，上述碳纤维复合材料80的厚度增大。另外，上述凸部85、87的位置处的相反侧的表面由无凹凸的平面构成。

[0062] 上述多张碳纤维预浸料82A～82D、83A～83D与多孔质预浸料81A、81B的俯视形状均相同。另外，上述碳纤维预浸料及多孔质预浸料的层叠张数根据上述碳纤维复合材料的用途及所要求的强度等来适当设定。

[0063] 实施例

[0064] 实施例1

[0065] 示出成形图1的碳纤维复合材料10的例子。将作为热固性树脂的酚醛树脂(将旭有机材料株式会社制造的商品名PAPS-4与旭有机材料株式会社制造的商品名乌洛托品(ヘキサメチレンテトラミン)以100:12混合而得到的树脂)以使浓度为30重量％的方式溶解到甲醇中。在该酚醛树脂溶液中浸渍平纹的碳纤维织物(东邦耐克丝株式会社制造，2
商品名W-3101，纤维基重200g/m)，取出后，在25℃的室温下自然干燥2小时，进而在60℃的气氛下干燥1小时，形成两张碳纤维预浸料。碳纤维织物使用裁剪成200×300mm的平面尺寸的织物(重量12g/张)。

[0066] 另外，将切割成厚度10mm、平面尺寸200×300mm(重量5.4g)的三聚氰胺树脂发3
泡体(BASF公司制造，商品名：バソテクトV3012，密度9kg/m)作为连续气泡结构的发泡体，以与碳纤维织物同样的方式浸渍于酚醛树脂溶液中，取出后，在25℃的室温下自然干燥
2小时，进而在60℃的气氛下干燥1小时，形成一张多孔质预浸料。

[0067] 接着，将上述碳纤维预浸料和上述多孔质预浸料层叠到具有空腔的上下成形模具上并加热，得到碳纤维复合材料。即，在预先在表面涂布有脱模剂的SUS制的下侧模具的空腔上，以图4所示的层叠顺序、即碳纤维预浸料、多孔质预浸料、碳纤维预浸料的顺序进行层叠来配置。接着，利用型面上形成有凹部形成用突起的上侧模具在180℃下施加5MPa的表面压力3分钟来按压下侧模具上的层叠体，进行压缩及加热，在上述压缩状态下使酚醛树脂反应固化。此时的加热利用安装在上下模具上的浇铸加热器来进行。关于压缩后的厚度，依照根据制品形状形成平板的一般部来设计空腔。然后，将上下模具在室温下冷却后打开，得到上述碳纤维预浸料与多孔质预浸料层叠一体化后的图1的碳纤维复合材料10。

[0068] 实施例2

[0069] 示出成形图5的碳纤维复合材料50的例子。以与实施例1同样的方式形成八张碳纤维预浸料，并且形成两张多孔质预浸料。接着，在预先在表面涂布有脱模剂的SUS制的下侧模具的空腔上，以图8所示的层叠顺序依次层叠碳纤维预浸料和多孔质预浸料来进行配置。接着，利用型面上形成有凹部形成用突起和凸部形成用凹坑的上侧模具在180℃下施加5MPa的表面压力3分钟来按压下侧模具上的层叠体，进行压缩及加热，在上述压缩状态下使酚醛树脂反应固化。此时的加热利用安装在上下模具上的浇铸加热器来进行。关于压缩后的厚度，依照根据制品形状形成平板的一般部来设计空腔。然后，将上下模具在室温下冷却后打开，得到上述碳纤维预浸料与多孔质预浸料层叠一体化后的碳纤维复合材料。然后，进行将碳纤维复合材料的周围的多余部分切割的修整，得到图5所示的碳纤维复合材料50。

[0070] 这样，根据本发明，不需要为了形成凹部和凸部而层叠形状不同的多种类的碳纤维预浸料或多孔质预浸料，凹凸的赋形变得容易，并且形状设计的自由度增高。

[0071] 通过参考本说明书及附图，能够想到各种变形例。根据本说明书的教导，在本发明中包含以下的内容。

[0072] 上述多张碳纤维预浸料和上述多孔质预浸料并不限于俯视形状相同的情况，可以根据成形制品的形状、根据层叠位置对上述两种预浸料的平面形状进行剪裁、设计。特别是，可以根据其层叠位置对多孔质预浸料的俯视形状进行剪裁、设计。

[0073] 本申请基于2014年5月21日提出的日本专利申请(日本特愿2014-105477)，将其内容作为参考并入本说明书中。

[0074] 产业上的可利用性

[0075] 根据本发明，通过在多张碳纤维预浸料之间配置多孔质预浸料并进行加热和加压，能够得到在表面上形成有凹部和凸部中的至少一者的碳纤维复合材料。不需要为了形成凹部和凸部而层叠形状不同的多种类的碳纤维预浸料或多孔质预浸料，凹凸的赋形变得容易，并且形状设计的自由度增高。

[0076] 标号说明

[0077] 10、50、80 碳纤维复合材料

[0078] 11、13、51～58、82A～82D、83A～83D 碳纤维预浸料

[0079] 21、61、62、81A、81B 多孔质预浸料

[0080] 101、103、501、503 凹部

[0081] 502、504、506、85、87 凸部

[0082] 111、511、811 一般部