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JP7425731B2 - 炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法および成形体の製造方法 - Google Patents

炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法および成形体の製造方法 Download PDF

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JP7425731B2 JP2020538485A JP2020538485A JP7425731B2 JP 7425731 B2 JP7425731 B2 JP 7425731B2 JP 2020538485 A JP2020538485 A JP 2020538485A JP 2020538485 A JP2020538485 A JP 2020538485A JP 7425731 B2 JP7425731 B2 JP 7425731B2
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Description

本発明は、炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法および成形体の製造方法に関する。
繊維強化シート材やこれを用いた繊維強化樹脂成形体は、車両や航空機等の各種分野に使用されている。特に、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、埋設される強化繊維でプラスチックが補強されることから、プラスチック単体では到底に実現できない優れた強度を実現することができる。
中でも、特に優れた物性を有する炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics：ＣＦＲＰ）が注目されている（特許文献１参照）。
従来のＣＦＲＰでは、炭素繊維の優れた物性を生かすため、長い炭素繊維が用いられ、炭素繊維を織物として用いることが多かった。
しかしながら、このようなＣＦＲＰでは、プリプレグ等のシート材から、所定の三次元構造を有する成形体を製造する際の成形性に劣るという問題があった。また、製造された成形体においては、繊維と樹脂材料との分布に不本意なばらつきを生じやすく、例えば、成形体の表面付近に、炭素繊維が多く露出している領域と、炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存する場合があり、局所的な強度が低下する等の問題があった。
また、資源の有効利用等の観点から、炭素繊維についてもリサイクルを行うことが求められている。
しかしながら、従来においては、リサイクルされた炭素繊維を用いた場合、満足のいく強度や信頼性が得られないという問題があった。
特開２０１４－０７７２０９号公報
本発明の目的は、強度、信頼性に優れた成形体を提供すること、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグを提供すること、それ自身の強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材を提供すること、また、これらを安定的に製造することができる製造方法を提供することにある。
このような目的は、下記（１）～（１１）に記載の本発明により達成される。
（１） 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、
前記炭素繊維を結合するバインダーとを含み、
前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とする炭素繊維シート材。
（２） 上記（１）に記載の炭素繊維シート材に、樹脂材料を含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。
（３） 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、
複数本の樹脂繊維と、
前記炭素繊維、前記樹脂繊維を結合するバインダーとを含み、
前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とするプリプレグ。
（４） 前記樹脂繊維の平均長さが２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である上記（３）に記載のプリプレグ。
（５） 前記炭素繊維の含有率をＸＲＣＦ［質量％］、前記樹脂繊維の含有率をＸＲＦ［質量％］としたとき、０．２２≦ＸＲＣＦ／ＸＲＦ≦２８の関係を満足する上記（３）または（４）に記載のプリプレグ。
（６） 前記炭素繊維の平均長さをＬＲＣＦ［ｍｍ］、前記樹脂繊維の平均長さをＬＲＦ［ｍｍ］としたとき、０．４≦ＬＲＦ／ＬＲＣＦ≦２０の関係を満足する上記（３）ないし（５）のいずれかに記載のプリプレグ。
（７） 上記（２）ないし（６）のいずれかに記載プリプレグを加熱加圧成形してなることを特徴とする成形体。
（８） 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、該炭素繊維を結合するバインダーとを混抄する工程を有し、
前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
前記工程に供される組成物は、前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とする炭素繊維シート材の製造方法。
（９） 上記（８）に記載の方法を用いて製造された炭素繊維シート材に、樹脂材料を含浸させる工程を有することを特徴とするプリプレグの製造方法。
（１０） 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、複数本の樹脂繊維と、前記炭素繊維、前記樹脂繊維を結合するバインダーとを混抄する工程を有し、
前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
前記工程に供される組成物は、前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とするプリプレグの製造方法。
（１１） 上記（９）または（１０）に記載の方法を用いて製造されたプリプレグを加熱加圧成形する工程を有することを特徴とする成形体の製造方法。
本発明によれば、強度、信頼性に優れた成形体を提供すること、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグを提供すること、それ自身の強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材を提供すること、また、これらを安定的に製造することができる製造方法を提供することができる。
図１は、本発明の炭素繊維シート材の好適な実施形態を模式的に示す平面図である。 図２は、本発明の炭素繊維シート材の好適な実施形態を模式的に示す縦断面図である。 図３は、本発明のプリプレグの第１実施形態を模式的に示す平面図である。 図４は、本発明のプリプレグの第２実施形態を模式的に示す平面図である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、本明細書において、「シート材」とは、単体のシート材のほか、これらを複数層に積層した積層体、マット状、塊状の形態のものを含む意味で使用する。
［炭素繊維シート材］
まず、本発明の炭素繊維シート材について説明する。
図１は、本発明の炭素繊維シート材の好適な実施形態を模式的に示す平面図、図２は、本発明の炭素繊維シート材の好適な実施形態を模式的に示す縦断面図である。なお、図２中、付着物２、バインダー２０の図示は省略した。
炭素繊維シート材１００は、複数本のリサイクルされた炭素繊維１と、炭素繊維１を結合するバインダー２０とを含む。そして、炭素繊維１の平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
このような構成により、強度、信頼性に優れた炭素繊維シート材１００を提供することができる。また、このような炭素繊維シート材１００は、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに好適に用いることができる。
より詳しく説明すると以下のとおりである。すなわち、炭素繊維１が所定の範囲の長さを有していることにより、炭素繊維シート材１００や成形体の強度等を十分に優れたものとしつつ、加熱加圧成形時の成形性（曲げ等の加工性）を優れたものとすることができる。また、炭素繊維１が必要以上に長くないため、成形時における不良の発生（例えば、繊維と樹脂材料との分布の不本意なばらつきによる局所的な強度の低下、外観不良等）を効果的に防止することができる。また、成形不良を生じにくいため、微細な構造を有する成形体や曲率半径の小さい部位を有する成形体の製造にも好適に適用することができる。また、熱履歴を受けた場合でも内部応力がたまりにくく、寸法精度を優れたものとすることができ、また、成形体の使用時における不本意な変形等も生じにくい。また、リサイクルされた炭素繊維は、一般に、リサイクル時に形成された破断部が比較的荒れた状態になりやすく、繊維同士の絡み、引っ掛かり等が起こりやすくなるとともに、バインダー２０等の樹脂材料との密着性も優れたものになりやすい。また、リサイクルされた炭素繊維は、そのリサイクル条件により、後述するような付着物２の付着量（被覆率）や構成材料、所定の形状の束状体１０の形成等を好適に制御することができ、炭素繊維シート材１００や成形体等の品質を安定的かつ容易に優れたものとすることができる。このように、炭素繊維としてリサイクルされた炭素繊維を用いることによる効果と、炭素繊維の平均長さを所定の範囲に調整することによる効果とが相乗的に作用して、上記のような優れた効果が得られるものと考えられる。
また、成形体の製造時に優れた成形性が得られるため、成形体の製造条件（例えば、温度、圧力等）を緩和することができる。したがって、製造装置として簡易な構成のものを用いたり、製造装置への負荷を抑制し、製造装置の長寿命化を図ったりすることができる。また、成形体の生産コスト抑制の観点からも有利である。
また、炭素繊維の含有率を高めても、優れた成形性を維持することができるため、樹脂材料の含有率を低くすることができ、成形体において、炭素繊維が有している優れた性質（例えば、強度、熱伝導性、導電性等）をより効果的に発揮させることができる。
また、リサイクルされた炭素繊維１を用いることにより、省資源、環境負荷の低減等の観点からも好ましい。
これに対し、上記のような条件を満足しないと上記のような優れた効果は得られない。
例えば、リサイクルされた炭素繊維を用いないで、その代わりにバージンの炭素繊維を用いた場合、炭素繊維の端部の形状を好適なものに制御することや束状体の形成が困難であり、また、炭素繊維の表面に強固に付着物を付着させることが困難である。
また、炭素繊維の平均長さが前記下限値未満であると、炭素繊維シート材、成形体等の強度を十分に優れたものとすることができない。
また、炭素繊維の平均長さが前記上限値を超えると、成形時における不良等が発生しやすくなり、炭素繊維シート材、成形体等の信頼性を十分に優れたものとすることができない。
なお、本発明において、繊維の平均長さとしては、例えば、無作為に選択した顕微鏡観察の視野中に含まれる繊維を無作為に１００本抽出し、これらの長さの平均値を採用することができる。なお、１つの視野中に１００本の繊維が含まれない場合、異なる複数の視野において、合計１００本の繊維を無作為に抽出し、これらの長さの平均値を、平均長さとして採用することができる。
（リサイクルされた炭素繊維）
前述したように、炭素繊維シート材１００は、リサイクルされた炭素繊維１を含むものである。
炭素繊維１の平均長さ（後述するプリプレグ２００、成形体に含まれる炭素繊維１の平均長さについても同様）は、１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下であればよいが、１．５ｍｍ以上９．０ｍｍ以下であるのが好ましく、２．０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であるのがより好ましく、２．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
炭素繊維１の平均幅（後述するプリプレグ２００、成形体に含まれる炭素繊維１の平均幅についても同様）は、１．０μｍ以上２０μｍ以下であるのが好ましく、２．０μｍ以上１８μｍ以下であるのがより好ましく、３．０μｍ以上１５μｍ以下であるのがさらに好ましい。
なお、本明細書において、繊維の平均幅としては、例えば、無作為に選択した顕微鏡観察の視野中に含まれる繊維を無作為に１００本抽出し、これらの幅の平均値を採用することができる。なお、１つの視野中に１００本の繊維が含まれない場合、異なる複数の視野において、合計１００本の繊維を無作為に抽出し、これらの幅の平均値を、平均幅として採用することができる。
炭素繊維１は、リサイクルされたものであればよいが、炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics：ＣＦＲＰ）からリサイクルされたものであるのが好ましい。
ＣＦＲＰには、一般に良質の炭素繊維が用いられており、ＣＦＲＰからリサイクルされた炭素繊維１を用いることにより、炭素繊維シート材１００、成形体等の品質をより優れたものとすることができる。また、ＣＦＲＰをリサイクル原料として用いることにより、後述する束状体１０の形成や、付着物２の組成や付着量等の調整をより好適に制御することができる。
炭素繊維１は、いかなる方法でリサイクルしてもよいが、例えば、破砕・粉砕したリサイクル原料に熱処理を施すことにより、好適に得ることができる。
リサイクル原料に対する熱処理条件は、特に限定されないが、例えば、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理（主として、樹脂材料の熱分解を目的とする熱処理）と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理（主に、炭化した残留物の除去を目的とする熱処理）とを行うことにより、上記のような条件を満足する炭素繊維１を好適に得ることができる。
なお、炭素繊維１としては、異なる条件でリサイクルした複数種の炭素繊維を用いてもよい。
本実施形態では、炭素繊維１は、その表面に、炭素繊維１のリサイクル原料（例えば、ＣＦＲＰ等）由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物２として付着したものである。
このような付着物２は、一般に、バージンの炭素繊維に後処理として付着させた付着物に比べて、炭素繊維に対する密着性に優れている。また、このような付着物２は、バインダー２０や樹脂材料（含浸樹脂）３０等との親和性に優れている。したがって、炭素繊維シート材１００、成形体等の強度、信頼性のさらなる向上を図る上で有利である。また、炭素繊維１の表面に付着物２が付着していることにより、後述する束状体１０をより好適に形成することができ、束状体１０の強度、安定性をより優れたものとすることができる。
前記有機成分としては、例えば、サイジング剤、マトリックス樹脂等が挙げられる。
炭素繊維１の表面への付着物２の被覆率（後述するプリプレグ２００、成形体に含まれる第２の炭素繊維１１の表面への付着物２の被覆率についても同様）は、特に限定されないが、２％以上４０％以下であるのが好ましく、４％以上３０％以下であるのがより好ましく、６％以上２０％以下であるのがさらに好ましい。
これにより、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性をより向上させることができる。
また、本実施形態では、複数本の炭素繊維１が結合し、束状になった束状体１０を含んでいる。
これにより、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性をより向上させることができる。
特に、本実施形態では、付着物２により、複数本の炭素繊維１が結合し、束状になった束状体１０を含んでいる。
これにより、束状体１０自体の強度、安定性を向上させることができ、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性をさらに向上させることができる。
束状体１０の幅Ｗに対する長さＬの比率（Ｌ／Ｗ）であるアスペクト比（後述するプリプレグ２００、成形体中に含まれる束状体１０についても同様）は、２以上５００以下であるのが好ましく、１０以上４５０以下であるのがより好ましく、２０以上４００以下であるのがさらに好ましい。
このような条件を満足することにより、成形体の製造時における成形性（曲げ等の加工性）等をより優れたものとしつつ、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性をさらに向上させることができる。
なお、炭素繊維シート材１００（後述するプリプレグ２００、成形体についても同様）が複数個の束状体１０を含んでいる場合、これら複数個の束状体１０についてのアスペクト比の平均値が前記のような条件を満足するのが好ましい。
なお、アスペクト比の平均値は、例えば、無作為に選択した顕微鏡観察の視野中に含まれる束状体１０を無作為に１００個抽出し、これらについてのアスペクト比を求めた場合のこれらの平均値を採用することができる。なお、１つの視野中に１００個の束状体が含まれない場合、異なる複数の視野において、合計１００個の束状体１０を無作為に抽出し、これらについてのアスペクト比の平均値を採用することができる。
また、図示の構成では、炭素繊維シート材１００（後述するプリプレグ２００、成形体についても同様）には、束状体１０を構成する炭素繊維１に加えて、束状体１０を構成しない炭素繊維１も含まれている。
これにより、優れた強度と取り扱いのし易さ（成形性を含む）とをより高いレベルで両立することができる。
炭素繊維シート材１００中における炭素繊維１の含有率は、４０質量％以上９９質量％以下であるのが好ましく、５０質量％以上９８質量％以下であるのがより好ましく、６０質量％以上９７質量％以下であるのがさらに好ましい。
このような条件を満足することにより、炭素繊維１が本来有している特徴がより効果的に発揮され、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性等をより優れたものとすることができる。
（バインダー）
バインダー２０は、炭素繊維１を結合する機能を有している。また、バインダー２０が、炭素繊維シート材１００を用いて製造される成形体中に残存するものである場合、成形体においてマトリックス樹脂の一部を構成するものであってもよい。
なお、バインダー２０は、炭素繊維１を直接結合するものであってもよいし、他の成分（例えば、付着物２や後述するその他の成分等）を介して、炭素繊維１同士を結合するものであってもよい。
バインダー２０としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、これらの共重合体や、変性樹脂、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも、バインダー２０は、ポリビニルアルコールであるのが好ましい。
これにより、バインダー２０が炭素繊維１同士をより好適に結合、固定化することができ、炭素繊維シート材１００に、好適なドレープ性を付与することができる。
炭素繊維シート材１００中におけるバインダー２０の含有率は、０．５質量％以上５０質量％以下であるのが好ましく、１．０質量％以上４５質量％以下であるのがより好ましく、１．５質量％以上３５質量％以下であるのがさらに好ましい。
このような条件を満足することにより、炭素繊維１が本来有している特徴がより効果的に発揮され、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性等をより優れたものとすることができる。
（その他の成分）
炭素繊維シート材１００は、前述した以外の成分（その他の成分）を含んでいてもよい。
このような成分としては、例えば、可塑剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、軟化剤、改質剤、防錆剤、充填剤、表面潤滑剤、腐食防止剤、耐熱安定剤、滑剤、プライマー、帯電防止剤、重合禁止剤、架橋剤、触媒、レベリング剤、増粘剤、分散剤、老化防止剤、難燃剤、加水分解防止剤、腐食防止剤、バージンの炭素繊維（リサイクルされた炭素繊維ではない炭素繊維）、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー、フラーレン、グラファイト等が挙げられる。
特に、リサイクルされた炭素繊維１とともに、バージンの炭素繊維（図示せず）を含むことにより、例えば、バージンの炭素繊維を用いない場合に比べて、複数本の炭素繊維が結合して束状になった束状体と束状になっていない炭素繊維との比率や、炭素繊維の長さの分布をより好適に調整することができる。その結果、炭素繊維シート材１００や成形体の特性をより好適に制御することができる。より具体的には、加熱加圧成形時の成形性（曲げ等の加工性）を十分に優れたものとしつつ、炭素繊維シート材１００や成形体の強度等をより優れたものとすることができる。
炭素繊維シート材１００中におけるバージンの炭素繊維の含有率は、０．５質量％以上４０質量％以下であるのが好ましく、１．０質量％以上３０質量％以下であるのがより好ましく、１．５質量％以上２０質量％以下であるのがさらに好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
また、炭素繊維シート材１００中におけるリサイクルされた炭素繊維１の含有率をＸＲＣＦ［質量％］、炭素繊維シート材１００中におけるバージンの炭素繊維の含有率をＸＶＣＦ［質量％］としたとき、０．００６≦ＸＶＣＦ／ＸＲＣＦ≦１．０の関係を満足するのが好ましく、０．０１５≦ＸＶＣＦ／ＸＲＣＦ≦０．６０の関係を満足するのがより好ましく、０．０２０≦ＸＶＣＦ／ＸＲＣＦ≦０．３３の関係を満足するのがさらに好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
炭素繊維シート材１００中における炭素繊維１（リサイクルされた炭素繊維）とバージンの炭素繊維との含有率の和は、５０質量％以上９９．５質量％以下であるのが好ましく、５４質量％以上９９質量％以下であるのがより好ましく、６３質量％以上９８．５質量％以下であるのがさらに好ましい。
なお、バージンの炭素繊維としては、異なる条件で製造した複数種の炭素繊維を用いてもよい。
炭素繊維シート材１００の厚さは、特に限定されないが、０．１５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるのが好ましく、０．２０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であるのがより好ましく、０．２５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。
これにより、炭素繊維シート材１００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００等の製造のし易さ、成形体とする時の成形性等をより優れたものとすることができる。
炭素繊維シート材１００の用途は、特に限定されず、例えば、後述するプリプレグや成形体の製造に用いるものや、放熱シート・フィン、導電性シート、電磁波シールド材、電極材等として用いることができる。
［プリプレグ］
次に、本発明のプリプレグについて説明する。
本発明のプリプレグは、加熱加圧成形により、所定の形状の成形体の製造に用いることができるシート状の部材であり、平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である複数本のリサイクルされた炭素繊維を含むとともに、樹脂材料を含んでいる。樹脂材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。なお、本発明において、プリプレグには、樹脂材料が不完全に含浸しているセミプレグも含む概念である。
＜第１実施形態＞
図３は、本発明のプリプレグの第１実施形態を模式的に示す平面図である。
本実施形態のプリプレグ２００は、炭素繊維シート材１００に、樹脂材料（含浸樹脂）３０を含浸させてなるものである。
これにより、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグ２００を提供することができる。
また、成形体の製造時に優れた成形性が得られるため、成形体の製造条件（例えば、温度、圧力等）を緩和することができる。したがって、製造装置として簡易な構成のものを用いたり、製造装置への負荷を抑制し、製造装置の長寿命化を図ったりすることができる。また、成形体の生産コスト抑制の観点からも有利である。
また、炭素繊維の含有率を高めても、優れた成形性を維持することができるため、樹脂材料の含有率を低くすることができ、成形体において、炭素繊維が有している優れた性質（例えば、強度、熱伝導性、導電性等）をより効果的に発揮させることができる。
また、リサイクルされた炭素繊維１を用いることにより、省資源、環境負荷の低減等の観点からも好ましい。
なお、樹脂材料（含浸樹脂）３０は、成形体においてマトリックス樹脂を構成するものである。
樹脂材料（含浸樹脂）３０としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド；ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、これらの共重合体や、変性樹脂、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも、樹脂材料（含浸樹脂）３０は、熱硬化性樹脂であるのが好ましい。
これにより、成形体の強度、耐久性等を特に優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中における樹脂材料（含浸樹脂）３０の含有率は、３．０質量％以上７０質量％以下であるのが好ましく、４．０質量％以上６８質量％以下であるのがより好ましく、５．０質量％以上６５質量％以下であるのがさらに好ましい。
このような条件を満足することにより、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中における炭素繊維１の含有率は、１５質量％以上９０質量％以下であるのが好ましく、１８質量％以上８８質量％以下であるのがより好ましく、２２質量％以上８５質量％以下であるのがさらに好ましい。
このような条件を満足することにより、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
また、プリプレグ２００中における炭素繊維１の含有率をＸＲＣＦ［質量％］、プリプレグ２００中における樹脂材料（含浸樹脂）３０の含有率をＸＩＲ［質量％］としたとき、０．０３５≦ＸＩＲ／ＸＲＣＦ≦５．７の関係を満足するのが好ましく、０．０４５≦ＸＩＲ／ＸＲＣＦ≦４．４の関係を満足するのがより好ましく、０．０６０≦ＸＩＲ／ＸＲＣＦ≦３．０の関係を満足するのがさらに好ましい。
このような条件を満足することにより、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００は、前述した以外の成分（その他の成分）を含んでいてもよい。
このような成分としては、例えば、可塑剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、軟化剤、改質剤、防錆剤、充填剤、表面潤滑剤、腐食防止剤、耐熱安定剤、滑剤、プライマー、帯電防止剤、重合禁止剤、架橋剤、触媒、レベリング剤、増粘剤、分散剤、老化防止剤、難燃剤、加水分解防止剤、腐食防止剤、バージンの炭素繊維（リサイクルされた炭素繊維ではない炭素繊維）、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー、フラーレン、グラファイト等が挙げられる。
プリプレグ２００の厚さは、特に限定されないが、０．１５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるのが好ましく、０．２０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であるのがより好ましく、０．２５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、製造のし易さ、成形体とする時の成形性等をより優れたものとすることができる。
＜第２実施形態＞
図４は、本発明のプリプレグの第２実施形態を模式的に示す平面図である。以下の説明では、前述した実施形態との相違点について中心的に説明し、同様の事項についての説明は省略する。
本実施形態のプリプレグ２００は、複数本のリサイクルされた炭素繊維１と、複数本の樹脂繊維４０とを含み、炭素繊維１や樹脂繊維４０を結合するバインダー２０と、炭素繊維１の平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
これにより、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグ２００を提供することができる。
また、成形体の製造時に優れた成形性が得られるため、成形体の製造条件（例えば、温度、圧力等）を緩和することができる。したがって、製造装置として簡易な構成のものを用いたり、製造装置への負荷を抑制し、製造装置の長寿命化を図ったりすることができる。また、成形体の生産コスト抑制の観点からも有利である。
また、炭素繊維の含有率を高めても、優れた成形性を維持することができるため、樹脂材料の含有率を低くすることができ、成形体において、炭素繊維が有している優れた性質（例えば、強度、熱伝導性、導電性等）をより効果的に発揮させることができる。
また、リサイクルされた炭素繊維１を用いることにより、省資源、環境負荷の低減等の観点からも好ましい。
なお、樹脂繊維４０は、成形体においてマトリックス樹脂を構成するものである。
また、本実施形態のプリプレグ２００においては、炭素繊維１、付着物２、バインダー２０に関しては、以下に述べる条件以外の条件については、炭素繊維シート材１００で述べたのと同様の条件を満足するのが好ましい。
樹脂繊維４０の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド；ポリエーテルエーテルケトン等のポリエーテルケトン；ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン系樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、これらの共重合体や、変性樹脂、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも、樹脂繊維４０の構成材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドが好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いがより容易になるとともに、成形体の製造時における成形性と成形体の特性（強度、信頼性等）とを、より高いレベルで両立することができる。
樹脂繊維４０の平均長さは、特に限定されないが、２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であるのが好ましく、３．０ｍｍ以上１８ｍｍ以下であるのがより好ましく、４．０ｍｍ以上１６ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
炭素繊維１の平均長さをＬＲＣＦ［ｍｍ］、樹脂繊維４０の平均長さをＬＲＦ［ｍｍ］としたとき、０．４≦ＬＲＦ／ＬＲＣＦ≦２０の関係を満足するのが好ましく、０．８≦ＬＲＦ／ＬＲＣＦ≦１０の関係を満足するのがより好ましく、１．５≦ＬＲＦ／ＬＲＣＦ≦６．０の関係を満足するのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中における炭素繊維１の含有率は、１５質量％以上９０質量％以下であるのが好ましく、１８質量％以上８８質量％以下であるのがより好ましく、２２質量％以上８５質量％以下であるのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中におけるバインダー２０の含有率は、０．２質量％以上２０質量％以下であるのが好ましく、０．３質量％以上１５質量％以下であるのがより好ましく、０．６質量％以上１０質量％以下であるのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中における樹脂繊維４０の含有率は、３．０質量％以上７５質量％以下であるのが好ましく、４．０質量％以上７２質量％以下であるのがより好ましく、５．０質量％以上７０質量％以下であるのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中における炭素繊維１の含有率をＸＲＣＦ［質量％］、プリプレグ２００中における樹脂繊維４０の含有率をＸＲＦ［質量％］としたとき、０．２２≦ＸＲＣＦ／ＸＲＦ≦２８の関係を満足するのが好ましく、０．２８≦ＸＲＣＦ／ＸＲＦ≦２０の関係を満足するのがより好ましく、０．３５≦ＸＲＣＦ／ＸＲＦ≦１５の関係を満足するのがさらに好ましい。
これにより、プリプレグ２００の取り扱いのし易さ、プリプレグ２００を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００は、前述した以外の成分（その他の成分）を含んでいてもよい。
このような成分としては、例えば、可塑剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、軟化剤、改質剤、防錆剤、充填剤、表面潤滑剤、腐食防止剤、耐熱安定剤、滑剤、プライマー、帯電防止剤、重合禁止剤、架橋剤、触媒、レベリング剤、増粘剤、分散剤、老化防止剤、難燃剤、加水分解防止剤、腐食防止剤、バージンの炭素繊維（リサイクルされた炭素繊維ではない炭素繊維）、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー、フラーレン、グラファイト等が挙げられる。
特に、リサイクルされた炭素繊維１とともに、バージンの炭素繊維（図示せず）を含むことにより、例えば、バージンの炭素繊維を用いない場合に比べて、複数本の炭素繊維が結合して束状になった束状体と束状になっていない炭素繊維との比率や、炭素繊維の長さの分布をより好適に調整することができる。その結果、成形体の特性をより好適に制御することができる。より具体的には、加熱加圧成形時の成形性（曲げ等の加工性）を十分に優れたものとしつつ、成形体の強度等をより優れたものとすることができる。
プリプレグ２００中におけるバージンの炭素繊維の含有率は、０．２質量％以上３５質量％以下であるのが好ましく、０．３質量％以上２６質量％以下であるのがより好ましく、０．６質量％以上１７質量％以下であるのがさらに好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
また、プリプレグ２００中におけるリサイクルされた炭素繊維１の含有率をＸＲＣＦ［質量％］、プリプレグ２００中におけるバージンの炭素繊維の含有率をＸＶＣＦ［質量％］としたとき、０．００６≦ＸＶＣＦ／ＸＲＣＦ≦１．０の関係を満足するのが好ましく、０．０１５≦ＸＶＣＦ／ＸＲＣＦ≦０．６０の関係を満足するのがより好ましく、０．０２０≦ＸＶＣＦ／ＸＲＣＦ≦０．３３の関係を満足するのがさらに好ましい。
これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
なお、バージンの炭素繊維としては、異なる条件で製造した複数種の炭素繊維を用いてもよい。
また、繊維同士の隙間には、前記第１実施形態で説明した樹脂材料（含浸樹脂）が含浸されていてもよい。
［成形体］
次に、本発明の成形体について説明する。
本発明の成形体は、本発明のプリプレグを加熱加圧成形してなるものである。
これにより、強度、信頼性に優れた成形体を提供することができる。
本発明の成形体は、本発明のプリプレグを加熱加圧成形してなる部位を有していればよく、例えば、塗膜等の構成をさらに有していてもよい。
本発明の成形体は、いかなる用途のものであってもよいが、本発明の成形体の用途としては、例えば、乗物（例えば、自動車、自転車、列車、航空機、ロケット、エレベーター等）の構成部材、電子、電気部品の構成部材（例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話（スマートフォン、ＰＨＳ等を含む）、タブレット等の携帯用端末用の筐体部等）、建築、土木構造体用部材、家具等が挙げられる。
［炭素繊維シート材の製造方法］
次に、本発明の炭素繊維シート材の製造方法について説明する。
前述した炭素繊維シート材１００は、例えば、平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である複数本のリサイクルされた炭素繊維１と、炭素繊維１を結合するバインダー２０とを混抄する工程（抄紙工程）を有する方法を用いて製造することができる。
これにより、強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材１００を安定的に製造することができる製造方法を提供することができる。
抄紙工程に際して、例えば、少なくとも一部の炭素繊維１の表面を、サイジング剤等で処理してもよい。
これにより、バインダー２０等の樹脂材料との密着性を向上させ、炭素繊維シート材１００や成形体の強度、信頼性をより優れたものとすることができる。
サイジング剤としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリエステル、乳化剤、界面活性剤等が挙げられる。
抄紙用組成物中における炭素繊維１の含有率は、特に限定されないが、０．０１質量％以上０．３質量％以下とすることにより、前述したような束状体１０を効率よく形成することができる。
［プリプレグの製造方法］
次に、本発明のプリプレグの製造方法について説明する。
＜第１実施形態＞
前述した第１実施形態に係るプリプレグ２００は、例えば、前述した抄紙工程を経て得られた炭素繊維シート材１００に、樹脂材料（含浸樹脂）３０を含浸させる工程（含浸工程）を有する方法を用いて安定的に製造することができる。
含浸工程は、例えば、樹脂材料（含浸樹脂）３０としての未硬化状態（Ｂステージ）の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含む材料で構成されたシート材を、炭素繊維シート材１００に熱転写する方法や、液状の樹脂材料（含浸樹脂）３０を炭素繊維シート材１００に含浸させる方法等が挙げられる。
＜第２実施形態＞
前述した第２実施形態に係るプリプレグ２００は、例えば、複数本の炭素繊維１と、複数本の樹脂繊維４０と、バインダー２０とを混抄する工程（抄紙工程）を有する方法を用いて安定的に製造することができる。
また、前述した第１実施形態の製造方法では、抄紙工程を経て得られた炭素繊維シート材１００に含浸工程を行うのに対し、本実施形態の製造方法では、抄紙工程で炭素繊維１と樹脂繊維４０とバインダー２０とを用い、その後の含浸工程を行う必要がない。したがって、プリプレグ２００の生産性を高めることができる。
［成形体の製造方法］
次に、本発明の成形体の製造方法について説明する。
前述した成形体は、例えば、上記のようにして製造したプリプレグ２００を加熱加圧成形する工程（成形工程）を有する方法を用いて安定的に製造することができる。
成形体を製造する際には、複数枚のプリプレグ２００を積層してもよい。
積層枚数は、特に限定されないが、２枚以上５０枚以下であるのが好ましく、３枚以上３０枚以下であるのがより好ましい。
なお、複数枚のプリプレグ２００を用いる場合、これらのプリプレグ２００は、互いに異なる条件のものであってもよいし、同一の条件のものであってもよい。
また、隣り合うプリプレグ２００の間に、中間層を設けてもよい。
また、接合工程に先立ち、複数枚のプリプレグ２００を接合する処理を施してもよい。複数枚のプリプレグ２００を接合する方法としては、例えば、溶着（溶剤溶着、重合溶着等を含む）、融着、接着等が挙げられる。
成形工程における加熱温度は、樹脂材料（含浸樹脂）３０や樹脂繊維４０の種類、含有率等により異なり、特に限定されないが、１００℃以上３８０℃以下であるのが好ましく、１１０℃以上３５０℃以下であるのがより好ましく、１２０℃以上３００℃以下であるのがさらに好ましい。
また、成形工程における成形圧力は、樹脂材料（含浸樹脂）３０や樹脂繊維４０の種類、含有率等により異なり、特に限定されないが、０．１ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下であるのが好ましく、０．２ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下であるのがより好ましく、０．３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であるのがさらに好ましい。
プリプレグ２００が熱硬化性樹脂を含むものである場合、成形工程による加熱により、当該熱硬化性樹脂の硬化反応が進行し、得られる成形体は、耐熱性等にも優れたものとなる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法、成形体の製造方法においては、前述した工程に加え、他の工程（前処理工程、中間処理工程、後処理工程等）をさらに有していてもよい。
また、本発明の炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体は、前述した方法で製造されたものに限定されず、いかなる方法で製造されたものであってよい。
また、前述した実施形態では、炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体において、束状体を構成する炭素繊維に加え、束状体を構成しない炭素繊維が含まれる構成について代表的に説明したが、これらのうち一方のみが含まれる構成であってもよい。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に温度条件を示していない処理、測定については、２０℃で行った。
《１》炭素繊維シート材の製造
各実施例および各比較例の炭素繊維シート材を以下のようにして製造した。
（実施例Ａ１）
まず、リサイクルされた炭素繊維（繊維平均径（平均幅）７．０μｍ、平均長さ５．０ｍｍ）：９５質量部と、バインダーとしてのポリビニルアルコール繊維（繊度１．１デシテックス、平均長さ３．０ｍｍ、加重平均密度：１．２０ｇ／ｃｍ３）：５．０質量部とからなる組成物を、水中に混合分散し、固形分０．０３質量％の抄紙用スラリーを調製した。
次に、抄紙用スラリー：１００質量部に対し、分散剤としてのアニオン系ポリアクリルアミド：０．００１質量部を添加して分散液を得、この分散液を、網目の隙間が０．２ｍｍのメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積してシート化した（抄紙工程）。
その後、抄紙工程で製造された加湿状態のシートを１２０℃で加熱乾燥し、ポリビニルアルコール繊維を溶融して炭素繊維を交点で結合して炭素繊維シート材を得た。
なお、リサイクルされた炭素繊維としては、破砕・粉砕したＣＦＲＰに、空気雰囲気下で３５０℃の第１の加熱処理を施し、さらに、空気雰囲気下で５５０℃の第２の加熱処理を施すことにより得られたものを用いた。
（実施例Ａ２、Ａ３）
リサイクルされた炭素繊維、バインダーの条件を表１に示すように変更した以外は、前記実施例Ａ１と同様にして炭素繊維シート材を製造した。
（実施例Ａ４）
抄紙用スラリーの調製に用いる組成物として、リサイクルされた炭素繊維（繊維平均径（平均幅）７．０μｍ、平均長さ５．０ｍｍ）：７５質量部と、バインダーとしてのポリビニルアルコール繊維（繊度１．１デシテックス、平均長さ３．０ｍｍ、加重平均密度：１．２０ｇ／ｃｍ３）：５．０質量部と、バージンの炭素繊維（繊維平均径（平均幅）７．０μｍ、平均長さ６．０ｍｍ）：２０質量部とからなるものを用いた以外は、前記実施例Ａ１と同様にして炭素繊維シート材を製造した。
（実施例Ａ５、Ａ６）
リサイクルされた炭素繊維、バインダー、バージンの炭素繊維の条件を表１に示すように変更した以外は、前記実施例Ａ１と同様にして炭素繊維シート材を製造した。
（比較例Ａ１）
リサイクルされた炭素繊維の代わりにバージンの炭素繊維を用いた以外は、前記実施例Ａ１と同様にして炭素繊維シート材を製造した。
（比較例Ａ２）
リサイクルされた炭素繊維として長さが０．９ｍｍのものを用いた以外は、前記実施例Ａ１と同様にして炭素繊維シート材を製造した。
（比較例Ａ３）
リサイクルされた炭素繊維として長さが１１ｍｍのものを用いた以外は、前記実施例Ａ１と同様にして炭素繊維シート材を製造した。
前記各実施例および各比較例の炭素繊維シート材の構成を表１にまとめて示す。なお、前記各実施例および比較例Ａ２、Ａ３で用いたリサイクルされた炭素繊維は、その表面の一部にリサイクル原料由来の付着物が付着していた。また、前記各実施例および比較例Ａ２、Ａ３の炭素繊維シート材には、複数本の炭素繊維を含む束状体とともに、束状体を構成しない炭素繊維も含まれていた。また、前記各実施例および各比較例の炭素繊維シート材の厚さは、いずれも、０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であった。
《２》プリプレグの製造
各実施例および各比較例のプリプレグを以下のようにして製造した。
（実施例Ｂ１）
まず、未硬化の熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂のメタノール溶液（４０質量％）を用意した。
次に、当該メタノール溶液を前記実施例Ａ１の炭素繊維シート材に塗布し、含浸させた。その後、８０℃に加熱してメタノールを除去し、さらに、１５０℃で１５分間の加熱処理を施すことにより、フェノール樹脂を硬化させて、プリプレグを得た。
（実施例Ｂ２～Ｂ６）
炭素繊維シート材として、前記実施例Ａ１で製造したものの代わりに、前記実施例Ａ２～Ａ６で製造したものを用いた以外は、前記実施例Ｂ１と同様にしてプリプレグを製造した。
（実施例Ｂ７）
まず、リサイクルされた炭素繊維（繊維平均径（平均幅）７．０μｍ、平均長さ５．０ｍｍ）：４０．２質量部と、バインダーとしてのポリビニルアルコール繊維（繊度１．１デシテックス、平均長さ３．０ｍｍ、加重平均密度：１．２０ｇ／ｃｍ３）：２．９質量部と、樹脂繊維としてのナイロン６繊維（繊度１．１デシテックス、平均長さ６．０ｍｍ）：５６．９質量部とからなる組成物を、水中に混合分散し、固形分０．０３質量％の抄紙用スラリーを調製した。
次に、抄紙用スラリー：１００質量部に対し、分散剤としてのアニオン系ポリアクリルアミド：０．００１質量部を添加して分散液を得、この分散液を、網目の隙間が０．３ｍｍのメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積してシート化した（抄紙工程）。
その後、抄紙工程で製造された加湿状態のシートを１２０℃で加熱乾燥し、ポリビニルアルコール繊維を溶融して炭素繊維を交点で結合してプリプレグを得た。得られたプリプレグにおいて、ナイロン６繊維は溶融せず、繊維の状態を保持していた。
なお、リサイクルされた炭素繊維としては、破砕・粉砕したＣＦＲＰに、空気雰囲気下で３５０℃の第１の加熱処理を施し、さらに、空気雰囲気下で５５０℃の第２の加熱処理を施すことにより得られたものを用いた。
（実施例Ｂ８、Ｂ９）
リサイクルされた炭素繊維、バインダー、樹脂繊維の条件を表２に示すように変更した以外は、前記実施例Ｂ７と同様にしてプリプレグを製造した。
（実施例Ｂ１０）
抄紙用スラリーの調製に用いる組成物として、リサイクルされた炭素繊維（繊維平均径（平均幅）７．０μｍ、平均長さ５．０ｍｍ）：３５．２質量部と、バインダーとしてのポリビニルアルコール繊維（繊度１．１デシテックス、平均長さ３．０ｍｍ、加重平均密度：１．２０ｇ／ｃｍ３）：２．９質量部と、樹脂繊維としてのナイロン６繊維（繊度１．１デシテックス、平均長さ６．０ｍｍ）：５６．９質量部と、バージンの炭素繊維（繊維平均径（平均幅）７．０μｍ、平均長さ６．０ｍｍ）：５．０質量部とからなるものを用いた以外は、前記実施例Ｂ７と同様にしてプリプレグを製造した。
（実施例Ｂ１１、Ｂ１２）
リサイクルされた炭素繊維、バインダー、樹脂繊維、バージンの炭素繊維の条件を表２に示すように変更した以外は、前記実施例Ｂ１０と同様にしてプリプレグを製造した。
（比較例Ｂ１～Ｂ３）
炭素繊維シート材として、前記実施例Ａ１で製造したものの代わりに、前記比較例Ａ１～Ａ３で製造したものを用いた以外は、前記実施例Ｂ１と同様にしてプリプレグを製造した。
（比較例Ｂ４）
リサイクルされた炭素繊維の代わりにバージンの炭素繊維を用いた以外は、前記実施例Ｂ７と同様にしてプリプレグを製造した。
（比較例Ｂ５）
リサイクルされた炭素繊維として長さが０．９ｍｍのものを用いた以外は、前記実施例Ｂ７と同様にしてプリプレグを製造した。
（比較例Ｂ６）
リサイクルされた炭素繊維として長さが１１ｍｍのものを用いた以外は、前記実施例Ｂ７と同様にしてプリプレグを製造した。
前記各実施例および各比較例のプリプレグの構成を表２にまとめて示す。なお、前記各実施例および比較例Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ６で用いたリサイクルされた炭素繊維は、その表面の一部にリサイクル原料由来の付着物が付着していた。また、前記各実施例および比較例Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ６のプリプレグには、複数本の炭素繊維を含む束状体とともに、束状体を構成しない炭素繊維も含まれていた。また、前記各実施例および各比較例のプリプレグの厚さは、いずれも、０．８ｍｍ以上１．４ｍｍ以下であった。
《３》成形体の製造
各実施例および各比較例の成形体を以下のようにして製造した。
（実施例Ｃ１）
まず、前記実施例Ｂ１で製造したプリプレグを１５枚積層した。
次に、プリプレグの積層体を、５０ｋｇ／ｃｍ２、１５０℃の条件で加熱加圧処理を行った。これにより、プリプレグ中に含まれる熱硬化性樹脂が硬化し、複数枚のプリプレグが層間で互いに結合した平板状の成形体Ａが得られた。
また、外周面の曲率半径がＬ字状の曲げ板に成形した以外は、前記成形体Ａと同様にして成形体Ｂを製造した。
（実施例Ｃ２～Ｃ６）
プリプレグとして、前記実施例Ｂ１で製造したものの代わりに、前記実施例Ｂ２～Ｂ６で製造したものを用いた以外は、前記実施例Ｃ１と同様にして成形体（成形体ＡおよびＢ）を製造した。
（実施例Ｃ７）
まず、前記実施例Ｂ４で製造したプリプレグを１５枚積層した。
次に、プリプレグの積層体を、５０ｋｇ／ｃｍ２、２５０℃の条件で加熱加圧処理を行った。これにより、プリプレグ中に含まれる熱可塑性樹脂が軟化、溶融し、複数枚のプリプレグが層間で互いに結合した平板状の成形体Ａが得られた。
また、外周面の曲率半径がＬ字状の曲げ板に成形した以外は、前記成形体Ａと同様にして成形体Ｂを製造した。
（実施例Ｃ８～Ｃ１２）
プリプレグとして、前記実施例Ｂ７で製造したものの代わりに、前記実施例Ｂ８～Ｂ１２で製造したものを用いた以外は、前記実施例Ｃ７と同様にして成形体（成形体ＡおよびＢ）を製造した。
（比較例Ｃ１～Ｃ３）
プリプレグとして、前記実施例Ｂ１で製造したものの代わりに、前記比較例Ｂ１～Ｂ３で製造したものを用いた以外は、前記実施例Ｃ１と同様にして成形体（成形体ＡおよびＢ）を製造した。
（比較例Ｃ４～Ｃ６）
プリプレグとして、前記実施例Ｂ７で製造したものの代わりに、前記比較例Ｂ４～Ｂ６で製造したものを用いた以外は、前記実施例Ｃ７と同様にして成形体（成形体ＡおよびＢ）を製造した。
なお、前記各実施例および比較例Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６の成形体には、複数本の炭素繊維を含む束状体とともに、束状体を構成しない炭素繊維も含まれていた。
《４》評価
《４－１》曲げ強度評価
前記実施例Ｃ１～Ｃ１２および比較例Ｃ１～Ｃ６の成形体Ａについて、ＪＩＳ Ｋ７０７４に準じた曲げ試験により求められる曲げ強度を測定し、以下の基準にした従い評価した。
Ａ：曲げ強度が２５０ＭＰａ以上。
Ｂ：曲げ強度が２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ未満。
Ｃ：曲げ強度が１５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ未満。
Ｄ：曲げ強度が１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ未満。
Ｅ：曲げ強度が１００ＭＰａ未満。
《４－２》外観評価
（目視による評価）
前記実施例Ｃ１～Ｃ１２および比較例Ｃ１～Ｃ６の成形体Ｂについて、目視による観察を行い、以下の基準に従い評価した。
Ａ：外観不良が全く認められない。
Ｂ：外観不良がほとんど認められない。
Ｃ：外観不良がわずかに認められる。
Ｄ：外観不良がはっきりと認められる。
Ｅ：外観不良が顕著に認められる。
（顕微鏡による評価）
前記実施例Ｃ１～Ｃ１２および比較例Ｃ１～Ｃ６の成形体Ｂの屈曲部付近について、顕微鏡による観察を行い、以下の基準に従い評価した。
Ａ：炭素繊維の露出量にばらつきが認められない。
Ｂ：炭素繊維が多く露出している領域と炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存しており、炭素繊維の露出量のばらつきがわずかに認められる。
Ｃ：炭素繊維が多く露出している領域と炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存しており、炭素繊維の露出量のばらつきがはっきりと認められる。
Ｄ：炭素繊維が多く露出している領域と炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存しており、炭素繊維の露出量のばらつきが顕著に認められる。
これらの結果を表３にまとめて示す。
表３から明らかなように、本発明では優れた結果が得られたのに対し、比較例では満足のいく結果が得られなかった。
本発明の炭素繊維シート材は、複数本のリサイクルされた炭素繊維と、前記炭素繊維を結合するバインダーとを含み、前記炭素繊維の平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。そのため、それ自身の強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材を提供することができる。従って、本発明の炭素繊維シート材は、産業上の利用可能性を有する。
１００…炭素繊維シート材
２００…プリプレグ
１…炭素繊維
２…付着物
１０…束状体
２０…バインダー
３０…樹脂材料（含浸樹脂）
４０…樹脂繊維

Claims (11)

  1. 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、
    前記炭素繊維を結合するバインダーとを含み、
    前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
    前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
    前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
    前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とする炭素繊維シート材。
  2. 請求項１に記載の炭素繊維シート材に、樹脂材料を含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。
  3. 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、
    複数本の樹脂繊維と、
    前記炭素繊維、前記樹脂繊維を結合するバインダーとを含み、
    前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
    前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
    前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
    前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とするプリプレグ。
  4. 前記樹脂繊維の平均長さが２．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項３に記載のプリプレグ。
  5. 前記炭素繊維の含有率をＸＲＣＦ［質量％］、前記樹脂繊維の含有率をＸＲＦ［質量％］としたとき、０．２２≦ＸＲＣＦ／ＸＲＦ≦２８の関係を満足する請求項３または４に記載のプリプレグ。
  6. 前記炭素繊維の平均長さをＬＲＣＦ［ｍｍ］、前記樹脂繊維の平均長さをＬＲＦ［ｍｍ］としたとき、０．４≦ＬＲＦ／ＬＲＣＦ≦２０の関係を満足する請求項３ないし５のいずれか１項に記載のプリプレグ。
  7. 請求項２ないし６のいずれか１項に記載のプリプレグを加熱加圧成形してなることを特徴とする成形体。
  8. 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、該炭素繊維を結合するバインダーとを混抄する工程を有し、
    前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
    前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
    前記工程に供される組成物は、前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
    前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とする炭素繊維シート材の製造方法。
  9. 請求項８に記載の方法を用いて製造された炭素繊維シート材に、樹脂材料を含浸させる工程を有することを特徴とするプリプレグの製造方法。
  10. 複数本のリサイクルされた炭素繊維と、複数本の樹脂繊維と、前記炭素繊維、前記樹脂繊維を結合するバインダーとを混抄する工程を有し、
    前記炭素繊維は、リサイクル原料に、空気雰囲気下での３００℃以上４００℃以下の温度の第１の加熱処理と、空気雰囲気下での４００℃以上６００℃以下の温度の第２の加熱処理とを行うことにより得られたものであり、その平均長さが１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下で、その表面に、当該炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および／または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものであり、
    前記炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が２％以上４０％以下であり、
    前記工程に供される組成物は、前記付着物により、複数本の前記炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含み、
    前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が２以上５００以下であることを特徴とするプリプレグの製造方法。
  11. 請求項９または１０に記載の方法を用いて製造されたプリプレグを加熱加圧成形する工程を有することを特徴とする成形体の製造方法。
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