炭素繊維基材及び炭素繊維強化プラスチック
【課題】ＣＦＲＰの層間の剥離強さ（層間剪断強さ）を向上させることのできる炭素繊維基材、及びＣＦＲＰを提供すること。その上で、望ましくは、構成する炭素繊維マルチフィラメント糸の所望の強度を維持することのできる炭素繊維基材、及び所望の強度を維持することのできるＣＦＲＰを提供すること。
【解決手段】炭素繊維強化プラスチック用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材において、積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であることを特徴とする。
【解決手段】炭素繊維強化プラスチック用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材において、積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック（以下、本明細書では「ＣＦＲＰ」と称する。）用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材、及びこのような炭素繊維を複数枚積層して製造されるＣＦＲＰに関する。
【０００２】
また、本出願でいう「ＣＦＲＰ」は、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂を使用して、オートクレーブ成型、ハンドレイアップ成型、ＲＴＭ成型、ホットプレス成型等によって炭素繊維基材を積層して製造されるＣＦＲＰ製品全般をいう。そして、本出願でいう「炭素繊維基材」とは、このようなＣＦＲＰ製品全般を製造するために用いられる織物をいう。
【背景技術】
【０００３】
マトリックス樹脂と炭素繊維基材の織物とから成るプリプレグを、２枚以上積層して製造されるＣＦＲＰとして、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
そして、特許文献１には、力学的特性の向上を目的として、扁平で実質的に撚りが無い強化繊維マルチフィラメント糸を用いた技術が、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４３１４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の技術では、力学的特性の向上のみを目的として、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が採用されているが、ＣＦＲＰ製品の寿命については、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材層と炭素繊維基材層との層間の剥離強さ（以下、「層間の剥離強さ」と称する。）に左右されるという事実がある。従って、ＣＦＲＰ製品の寿命を延ばす為には、層間の剥離強さを向上させる必要がある。
【０００７】
ただし、従来の技術においては、炭素繊維基材から成るＣＦＲＰ製品の寿命を延ばすべく、ＣＦＲＰ層間の剥離強さを向上させることを目的とした技術は存在しなかった。
【０００８】
本発明は、上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、ＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上させることのできる炭素繊維基材、及びＣＦＲＰを提供することである。
【０００９】
なお、ＣＦＲＰの層間の剥離強さを評価する方法として、ＪＩＳに規定されている「炭素繊維強化プラスチックの層間せん断試験方法」がある。層間せん断強さとは、ＣＦＲＰ積層板の層と層とを平行にずらす方向のせん断に対する強さをいい、本発明の目的であるＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上させることと、ＣＦＲＰの層間せん断強さを向上させることとは同義である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による炭素繊維基材は、互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されているＣＦＲＰ用の炭素繊維基材であって、積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であることを特徴とする。
【００１１】
なお、前記で言う「積層面」とは、ＣＦＲＰを製造すべく前記炭素繊維基材を積層する際において、他の炭素繊維基材に対向する面を指す。従って、ＣＦＲＰの最も表面側及び裏面側を除く中間層に使用される炭素繊維基材については、その炭素繊維基材における表側の面および裏側の面の２面が積層面となる。すなわち、ＣＦＲＰの中間層に位置する炭素繊維基材については、２つの積層面を有する。一方、ＣＦＲＰの最表面を形成する２枚の炭素繊維基材については、その炭素繊維基材における他の炭素繊維基材に対向する１面だけが積層面となり、１つの積層面のみを有するものとなる。なお、前記「積層面のうちの少なくとも一方」について、上記した最表面を形成する２枚の炭素繊維基材の場合は、１つの積層面しか有していないため、その積層面が前記で言う一方の積層面となる。
【００１２】
また、前記で言う「総毛羽長」とは、単位面積（例えば、１cm2）あたりに存在する毛羽の総全長（各毛羽の長さの合計）のことであり、毛羽密度（単位面積あたりの毛羽数）に平均毛羽長（全毛羽の長さの平均値）を乗じた値である。具体的には、次式の通り、「総毛羽長＝毛羽密度×平均毛羽長」と計算する。
【００１３】
さらに、前記でいう「交差」とは、本発明の場合は、経糸と緯糸とが直交する（９０°で交わる）場合に限られず、両糸が９０°以外の角度で交わるものも含む。なお、経糸を基準とする場合において、緯糸が経糸と直交する方向に対し角度を成している場合、便宜上緯糸と称するが純粋な緯糸ではなく、経糸方向の成分を有するものとなる。何故なら、経糸と直交する方向に対する緯糸の成す角度が大きくなると、その緯糸は、より経糸に近い状態となるからである。従って、経糸と直交する方向に対し緯糸が角度を成している場合は、その緯糸に形成される毛羽は、上記角度に応じて緯糸方向の毛羽（成分）と経糸方向の毛羽（成分）とに分けられる。例えば、緯糸に形成された毛羽は、緯糸が経糸と直交する方向に対し３０°の角度を成している場合、その緯糸全体の毛羽のうちの約３６％は経糸方向の毛羽となる。
【００１４】
一般的な繊維製品の場合、その繊維製品を構成する糸に毛羽が生じていると繊維製品の生産性や品質に悪影響を与えることから、従来においては、繊維製品を製造するにあたり、いかにして毛羽の発生を抑えるかということについて数々の工夫がなされている。すなわち、従来においては、繊維製品を構成する糸に毛羽を発生させないという考え方が常識となっている。しかし、本発明では、逆にこの毛羽を積極的に形成して、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上している。
【００１５】
ただし、前記層間の剥離強さを向上させるために炭素繊維基材を構成する炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断した場合、ＣＦＲＰの層間剥離強さは向上するものの、その反面、炭素繊維マルチフィラメント糸自身の強度が低下して炭素繊維基材自体の強度が低下してしまうため、その炭素繊維基材を積層して得られるＣＦＲＰの強度もそれに応じて低下することになる。
【００１６】
一方、本発明の発明者らは、そのＣＦＲＰを用いた最終製品において、特定の方向の強度が優先される場合があることに着目し、前記のようにＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上させることができるように、そのＣＦＲＰの製造に用いられる炭素繊維基材に毛羽を形成しつつも、炭素繊維基材を構成する経糸及び緯糸の一方の方向における強度を他方の方向よりも高くすべく、経糸及び緯糸に対する毛羽の形成状態を不等としたものである。
【００１７】
また、本発明による炭素繊維基材において、毛羽を形成するためにフィラメントを切断しつつも、経糸及び緯糸の一方の糸の方向に関する強度を、毛羽のない炭素繊維基材と比べて低下させないようにすべく、前記不等の割合について、経糸及び緯糸のうちの一方の糸の方向に関する総毛羽長を経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることが好ましい。
【００１８】
なお、前記のように、本発明は、経糸と緯糸とが９０°以外の角度を成して交差するものも含み、その場合は、一方の糸の方向を基準として考えた場合、他方の糸に形成された毛羽は、その角度に応じて一方の糸の方向の成分とそれに直交する方向の成分とに分けられる。従って、例えば、経糸方向を基準として考えた場合において、緯糸のフィラメントのみを切断して毛羽を得る場合、経糸方向と直交する方向に対し緯糸が成す角度は、緯糸に形成された毛羽の経糸方向に関する成分が２０％未満となる角度まで許容されるものであり、具体的には、その角度は経糸方向に対する直交（９０°）方向から±約３３．７°未満の範囲となる。
【００１９】
このように、本発明においては、前記２０％未満を達成する上で、単に一方の方向の糸に形成される毛羽の総毛羽長を全体の２０％未満とするものに限らず、他方の糸の方向成分との兼ね合いで２０％未満とする場合も含む。例えば、前述した緯糸が経糸と直交する方向に対し３０°の角度を成している場合、緯糸に形成された毛羽のうちの経糸方向の成分は約３６％であり、その場合において経糸に毛羽が形成されていない（経糸における経糸方向の毛羽が０％）状態であれば、経糸方向の毛羽の割合は、基材全体に対する割合で考えると１８％程度となり、前記２０％未満を満たすものとなる。
【００２０】
また、本発明による炭素繊維強化プラスチックは、前記炭素繊維基材を複数枚積層して製造される炭素繊維強化プラスチックであって、その複数枚の炭素繊維基材のうちの少なくとも一枚を前記した本発明による炭素繊維基材とし、その上で、毛羽が形成された前記炭素繊維基材を、前記経糸及び前記緯糸のうちの前記総毛羽長の短い方が炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対し４５°以内の角度を成して積層されていることを特徴とする。
【００２１】
なお、前記でいう「炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向」とは、その炭素繊維強化プラスチックを用いた最終製品との関係において炭素繊維強化プラスチック単体における曲げ強さが求められる方向を指す。詳しくは、前述のように炭素繊維強化プラスチックを用いた最終製品において特定の方向の曲げ強さが優先される場合があり、その設計で最終製品として曲げ強さが求められる方向が設定されると、最終製品を構成する各炭素繊維強化プラスチックについても、最終製品に配置される各炭素繊維強化プラスチックの位置に応じて曲げ強さが求められる方向が設定されるため、前記「強度が求められる方向」となる。そして、各炭素繊維強化プラスチックは、その方向に関する各炭素繊維強化プラスチックとして求められる曲げ強さを満たすように、炭素繊維基材を積層されて製作される。
【００２２】
また、本発明による炭素繊維強化プラスチックにおいて、毛羽を形成した前記炭素繊維基材における炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する総毛羽長の合計を、前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることが好ましい。
【００２３】
なお、前記でいう「強度が求められる方向に関する総毛羽長」とは、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対して、炭素繊維基材の毛羽を有する経糸及び緯糸が角度を為す場合に、経糸及び緯糸の総毛羽長を相当する強度が求められる方向の総毛羽長に換算した値を指し、その算出は、以下の通りである。
【００２４】
炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対して、毛羽を有する炭素繊維基材の糸が角度を為す場合、その炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向の成分（割合）によって、相当する総毛羽長を算出する。例えば、緯糸のみに毛羽の有る炭素繊維基材について、緯糸の方向を炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対して４５°の角度で配置した場合、次式の通り、「緯糸の総毛羽長における前記強度が求められる方向に関する総毛羽長＝緯糸の総毛羽長×sin４５°／（sin４５°＋cos４５°）＝緯糸の総毛羽長における５０％」と計算して、強度が求められる方向に関する総毛羽長を算出するものとする。
【００２５】
さらに、本発明による前記炭素繊維強化プラスチックにおいて、前記毛羽を形成した前記炭素繊維基材における前記経糸及び前記緯糸のうちの一方の総毛羽長を前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とし、その炭素繊維基材が前記一方の糸をＣＦＲＰとして強度が求められる方向に向けて積層されるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の炭素繊維基材によれば、積層面のうちの少なくとも一方が炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有するため、積層に使用されるマトリックス樹脂と炭素繊維基材との接触面積が、積層面に毛羽のない炭素繊維基材に対して増加するので、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの層間の剥離強さが向上する。
【００２７】
また、本発明の炭素繊維基材によれば、特に、経糸に形成された毛羽の総毛羽長と緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であるため、切断によって強度が低下するものの、その強度低下の割合を経糸と緯糸とで異ならせることができる。これにより、ＣＦＲＰとして積層する際の炭素繊維基材の向きにより、ＣＦＲＰとして強度の求められる方向に関する強度を、経糸の総毛羽長と緯糸の総毛羽長とが等しい炭素繊維基材と比べて向上させることができるので、ＣＦＲＰ製品の設計が容易になる。
【００２８】
さらに、本発明の炭素繊維基材において、経糸及び緯糸のうちの一方の糸の方向に関する総毛羽長を経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることにより、一方の糸の方向の強度を、毛羽が形成されていない炭素繊維基材と比べて同程度かそれ以上とすることができるため、そのような炭素繊維基材を用いてＣＦＲＰを製造することにより、層間剥離強さを向上させつつも、強度が求められる方向における強度を所望のレベルとしたＣＦＲＰを製造することが可能となる。
【００２９】
より詳しくは、経糸に対し緯糸を織り込んだ状態で形成された炭素繊維基材においては、経糸と緯糸との他方の糸における一部のフィラメントを切断することにより、他方の糸の張力が緩和され、一方の糸のクリンプ部（弓なりに湾曲する部分）に発生するクリンプ応力が緩和される影響を受けて、一方の糸の強度が向上する。その結果、一方の糸についても一部のフィラメントを切断して毛羽を形成する場合であっても、そのフィラメントの切断によって一方の糸の方向における強度は低下するものの、その毛羽の割合が積層面における全毛羽の２０％未満であれば、前記クリンプ応力の緩和による一方の糸の強度の向上により、一方の糸の方向の強度を、積層面に毛羽のない炭素繊維基材と比べて同程度かそれ以上とすることができ、そのような炭素繊維基材を用いれば、層間剥離強さを向上させつつも、強度が求められる方向における曲げ強さを所望のレベルとしたＣＦＲＰを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の炭素繊維強化プラスチックによれば、その炭素繊維強化プラスチックを構成する複数枚の炭素繊維基材のうちの少なくとも一枚が積層面のうちの少なくとも一方に炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して得た毛羽を有するので、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層した炭素繊維強化プラスチックと比べ、前記積層面における層間剥離強さが向上する。しかも、本発明の炭素繊維強化プラスチックによれば、特に、前記経糸に形成された前記毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された前記毛羽の総毛羽長とが不等、且つ、前記経糸及び前記緯糸のうちの前記総毛羽長の短い方が炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対し４５°以内の角度を成して積層されるので、経糸の総毛羽長と緯糸の総毛羽長とが等しい炭素繊維強化プラスチックと比べ、前記強度が求められる方向に関する総毛羽長を、短くすることができ、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する曲げ強さを向上させることができる。
【００３１】
また、本発明による炭素繊維強化プラスチックにおいて、毛羽を形成した炭素繊維基材における炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する総毛羽長の合計を、経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層した炭素繊維強化プラスチックと比べ、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する曲げ強さを低下させることなく、積層面における層間剥離強さを向上することができる。
【００３２】
さらに、本発明による炭素繊維強化プラスチックにおいて、毛羽を形成した炭素繊維基材における経糸及び緯糸のうちの一方の総毛羽長が経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とされ、その炭素繊維基材が前記一方の糸を炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に向けて積層されることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層した炭素繊維強化プラスチックと比べ、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向の曲げ強さを低下させることなく、積層面における層間剥離強さを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】予備試験結果であって、経緯比率０％の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する総毛羽長と物性比率との関係を示すグラフである。
【図２】本試験結果であって、総毛羽長６０cmの炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と物性比率との関係を示すグラフである。
【図３】本試験結果であって、総毛羽長９０cmの炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と物性比率との関係を示すグラフである。
【図４】本試験結果であって、総毛羽長１８０cmの炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と物性比率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の炭素繊維基材の実施例の一部を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の一実施例について、図１〜７を用いて説明する。なお、図５〜図７は、本発明が適用される炭素繊維基材及び本発明の繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に用いられる炭素繊維基材を示すものであって、図５は、その炭素繊維基材における実施例の一部を拡大した平面図であり、図６、図７は、図５のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。但し、本実施例における炭素繊維基材１は、経糸２、緯糸３ともに炭素繊維マルチフィラメント糸のみを用いた平織組織の織物とする。従って、本実施例は、経糸２と緯糸３とが９０°の角度で交差する（直交する）炭素繊維基材１の一例を示している。
【００３５】
また、本実施例におけるＣＦＲＰは、複数積層されている炭素繊維基材１における積層面のそれぞれに毛羽を有するものとし、経糸２及び緯糸３のうちの少なくとも緯糸３における炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して毛羽が形成されているものとする。但し、図示の炭素繊維基材１は、ＣＦＲＰの最表面（最も表側及び裏側）に位置するものを除く中間層に使用されるものを示している。なお、この中間層に位置する炭素繊維基材１の場合は、その両面、すなわち、図示の面５及び面６の２面が積層面である。一方、図示しないが、ＣＦＲＰの最表面に位置する２枚の炭素繊維基材１については、その炭素繊維基材１における他の炭素繊維基材１と対向する１面のみが積層面となる。
【００３６】
さらに、本実施例におけるＣＦＲＰは、各炭素繊維基材１が糸の方向を揃えて積層されて構成されているものとする。因みに、本実施例における炭素繊維基材１の経糸２及び緯糸３の断面形状は、図６、７に示すような上下方向に潰れた扁平形状であり、毛羽４は、糸を形成するフィラメントの一部を、積層面としての面５及び面６のそれぞれの表面側から切断し、周知の方法で毛羽立たせることによって行われる。
【００３７】
その上で、本実施例におけるＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の層間剥離強さを高めるべく、その積層面に形成される毛羽について、経糸２に形成された毛羽の総毛羽長を、積極的に、経糸２及び緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長の合計の２０％未満となるようにしたものであり、それによって各炭素繊維基材１における経糸２の方向における強度を、積層面に毛羽のない炭素繊維基材と比べて低下させることのないものとしている。
【００３８】
そして、それにより、そのような各炭素繊維基材１が糸の方向を揃えて積層されたＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する全炭素繊維基材１の積層面に形成された毛羽の合計において、経糸２に形成された毛羽の総毛羽長が経糸２及び緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長の合計の２０％未満となっており、経糸方向における曲げ強さも積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べて低下しないものとなる。また、本実施例の場合、そのＣＦＲＰを用いて最終製品を製造するにあたり、その最終製品において強度が求められる方向と、そのＣＦＲＰを構成している炭素繊維基材１の経糸方向とが一致するようにＣＦＲＰが用いられるものであり、従って、その経糸２の方向が、最終製品のためにＣＦＲＰとして強度が求められる方向となる。
【００３９】
以下では、本実施例のＣＦＲＰに関する経糸２の方向における曲げ強さと毛羽の状態との関係について、試験結果に基づいて説明する。
【００４０】
なお、以下の説明では、前記したような経糸２の方向に関する総毛羽長が、経糸及び緯糸に形成された毛羽の総毛羽長の合計に占める比率を、「経緯比率」と称する。従って、本実施例のようにＣＦＲＰとして強度が求められる方向を炭素繊維基材の経糸方向と一致させ、且つ、炭素繊維基材の経糸と緯糸とが直交する場合には、「経緯比率」は、積層面における経糸方向に関する総毛羽長をＹ、積層面における緯糸方向に関する総毛羽長をＸとすると、下式で求められる。
経緯比率（％）＝Ｙ÷（Ｘ＋Ｙ）×１００
【００４１】
例えば、経糸２には毛羽を形成せずに緯糸３にのみ毛羽を形成した場合、積層面の単位面積（例えば、１cm2）当たりの経糸２における総毛羽長はＹ＝０cmであり、緯糸３における総毛羽長Ｘ（＞０cm）との比率は０：１００であるため、前記の経緯比率０％となる。
【００４２】
また、以下の試験では、ＣＦＲＰを対象として、そのＣＦＲＰにおける総毛羽長と物性比率との関係、及びＣＦＲＰにおける経緯比率と物性比率との関係を求めている。但し、ＣＦＲＰにおける総毛羽長と物性比率との関係について、本実施例では、ＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１における積層面の総毛羽をほぼ同じ長さとしており、従って、ＣＦＲＰとしての総毛羽長に対する物性比率の評価は、炭素繊維基材１単体における総毛羽長に対する物性比率の評価と比例しているため、そのＣＦＲＰの評価を各炭素繊維基材１単体の評価として代替えすることができる。
【００４３】
また、ＣＦＲＰにおける経緯比率と物性比率の関係についても、本実施例では、各炭素繊維基材１の糸の方向を揃えた状態で積層してＣＦＲＰを形成しており、且つ、各炭素繊維基材１の積層面における経緯比率をほぼ同じとしており、これにより、ＣＦＲＰとしての経緯比率に対する物性比率の評価は、炭素繊維基材１単体における経緯比率に対する物性比率の評価と比例したものとなっており、そのＣＦＲＰの評価を各炭素繊維基材１単体の評価として代替えすることができる。
【００４４】
〔予備試験〕
炭素繊維機材においては、総毛羽長が同じ場合において経緯比率を変化させると、その炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの物性が変化することが予想されることから、本試験では、本実施例におけるＣＦＲＰについて、どの程度の経緯比率であれば、その炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰにおいて、ＣＦＲＰとして強度を求められる方向（経糸方向）で所望の曲げ強さが得られるかを評価すべく、特定の総毛羽長を有するＣＦＲＰに対し、種々の経緯比率におけるＣＦＲＰの曲げ強さを求めることにした。但し、その本試験の前に、その本試験による評価の裏付けを目的として、一定の経緯比率において総毛羽長を変化させた場合のＣＦＲＰの曲げ強さの変化傾向を把握するための予備試験を行うことにした。
【００４５】
なお、本実施例では、予備試験及び本試験のいずれについて、経緯比率を変化させた炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰ（毛羽有りサンプル）の曲げ強さに関する絶対的な評価ではなく、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰ（毛羽無しサンプル）の曲げ強さとの比較による相対的な評価とする。従って、種々の経緯比率の前記毛羽有りサンプル、及び前記毛羽無しサンプルに対し行った曲げ強さに関する試験の結果から、下式により両者の曲げ強さ比率を求め、それを評価に用いるものとする。
曲げ強さ比率（％）＝各毛羽有りサンプルの曲げ強さ÷毛羽無しサンプルの曲げ強さ×１００
【００４６】
また、本実施例では、参照データとして、前記毛羽有りサンプルと前記毛羽無しサンプルとの層間剥離強さについても比較するものとし、その比較のために層間剥離強さ比率も求めている。そして、その層間剥離強さ比率は、下式によって求められる。
層間剥離強さ比率（％）＝各毛羽有りサンプルの層間剥離強さ÷毛羽無しサンプルの層間剥離強さ×１００
【００４７】
まず、予備試験では、評価用の炭素繊維基材として、以下の表１に示すように、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ糸の炭素繊維マルチフィラメント糸を用いた３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋクロスの３種類を用意した。そして、このような３種類の炭素繊維基材について、経緯比率が０％となるように、緯糸３の一部のフィラメントを切断して毛羽４を形成した。
【表１】
【００４８】
因みに、炭素繊維製品では、１０００を意味する省略記号「Ｋ」を用いて、フィラメント数を表すことがある。つまり、炭素繊維のフィラメント数が３０００本であることを「３Ｋ」と表記し、３Ｋの炭素繊維糸で製織した織物を「３Ｋクロス」と表記することがある。そこで、本実施例の説明では、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋクロスのことを、３Ｋ、１６Ｋ、１２Ｋの炭素繊維基材と称する。
【００４９】
上記予備試験のための毛羽の形成は、以下の手順で行われた。
（１）炭素繊維基材の全部の積層面について所望の総毛羽長となるように、切断ピッチ及び切断深さを調整して、緯糸を構成する炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断する。例えば、炭素繊維基材毎に切断具合を調整することによって、総毛羽長が０〜２５０cm／cm2の範囲で所定の長さ増分おきに総毛羽長の異なる炭素繊維基材を製造する。なお、総毛羽長０cm／cm2の炭素繊維基材は、積層面に毛羽のない炭素繊維基材である。
（２）炭素繊維基材の積層面の切断されたフィラメントを起毛する。
（３）顕微鏡による目視で、単位面積（１cm2）あたりの毛羽数をカウントし、単位面積あたりの平均値を算出することにより、平均値毛羽密度（以下、毛羽密度という。）を求める。なお、毛羽密度は、炭素繊維基材の表面及び裏面が積層面である場合には、表面ごと、裏面ごとに別々に算出される。試験では、表面と裏面の毛羽密度を同じレベルとした炭素繊維基材を使用した。
（４）また、切断したフィラメントを起毛することによって形成される毛羽長さの平均、すなわち平均毛羽長は、カウントした全毛羽の長さの平均値を算出することで得られる。簡易な算出方法としては、隣り合う経糸と経糸、又は緯糸と緯糸の間隔に対して１／２の値を、平均毛羽長とする算出方法がある。より具体的に言えば、隣り合う経糸と経糸とのピッチが約２mmであれば、これらの経糸同士の間で、これらに拘束される緯糸を切断すれば、緯糸の平均毛羽長は、ほぼ１mmとなる。
（５）そして、総毛羽長は、毛羽密度に平均毛羽長を乗じて、単位面積あたりに存在する毛羽の総全長として算出することで得られる。
【００５０】
以上の手順によって、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの３種類の炭素繊維基材を、所定の長さ増分おきの総毛羽長となるようにして多数枚製造した。また、前記３種類の炭素繊維基材について積層面に毛羽のない炭素繊維基材も準備した。
【００５１】
前記手順で準備した３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの毛羽有り、毛羽無しの各炭素繊維基材について、各々の表裏面にマトリックス樹脂としてのビニルエステル樹脂（主材リポキシＲ８０６Ｂ、硬化剤パーメックＮ、熱硬化性樹脂）を塗布するハンドレイアップ法により、総毛羽長が同じ炭素繊維基材を所望の枚数積層した。その上で、積層してから２４時間放置し、その後に１００℃で２時間加熱することにより、マトリックス樹脂を硬化させることにより、積層構造のＣＦＲＰを製造した。これによって、経緯比率が０％の３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材について、所定の長さ増分おきの総毛羽長からなる炭素繊維基材を用いたＣＦＲＰ、及び、各物性比率（曲げ強さ比率、層間剥離強さ比率）を求めるための比較用としての積層面に毛羽を有さない３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰが製造される。
【００５２】
このようにして製造したＣＦＲＰをダイヤモンドカッタで切り出して、各サンプルの試験片を作製した。なお、試験片の切り出しサイズについては、層間せん断試験（層間剥離強さを求めるための試験）の試験片は、支点間距離１５mmを確保するために１０×２０×３mmとし、曲げ試験（曲げ強さを求める試験）の試験片は、支点間距離８０mmを確保するために：１５×１００×３mmとしてある。その上で、各サンプルについて、層間せん断試験（ＪＩＳ Ｋ ７０７８）及び曲げ試験（ＪＩＳ Ｋ ７０７４）の２種類の予備試験を行った。
【００５３】
なお、本実施例では、曲げ試験により、ＣＦＲＰとしての強度を評価している。これは、一般に構造体に用いられる部材は、曲げ負荷がかかる状況で使用される場合が多いため、部材の曲げ強さは、構造体の設計や評価において重要な強さであるからである。そして、部材に曲げ応力が作用した場合、部材には、引張と圧縮の双方の歪が発生し、部材の破壊は引張強さと圧縮強さのいずれか低い方の強度に依存する。
【００５４】
なお、層間せん断試験は、２支点間の方向をサンプルの経糸方向に合わせて行うこととした。ちなみに、層間せん断試験では、２支点間の方向を、サンプルの経糸方向に合わせて行った場合の試験結果とサンプルの緯糸方向に合わせて行った倍の試験結果とを比較すると、双方の試験結果は殆ど変わらない。これは、ＣＦＲＰにおける層間剥離に破壊の方向性が無いためである。一方、曲げ試験については、２支点間の方向をサンプルの経糸方向に合わせる経方向曲げ試験と、２支点間の方向をサンプルの緯糸方向に合わせる緯方向曲げ試験とを行った。
【００５５】
図１のグラフには、前記予備試験の結果として、経緯比率０％の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する総毛羽長と各物性比率との関係が示されている。なお、その予備試験では、層間せん断試験および曲げ試験において、同一の総毛羽長のサンプルについて各々３つの試験片を作成し、その３つの試験片のそれぞれについて試験を行うと共に、その測定データの平均値を求めており、図１のグラフは、その平均値に基づいた近似曲線として描かれている。但し、予備試験を行った結果として、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの３種類の各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰについて、何れも同等の傾向が得られたことから、図１のグラフでは、３Ｋの炭素繊維基材の結果のみを示している。そして、図１のグラフでは、層間剥離強さ比率の近似曲線を曲線ａ、経方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｂ、緯方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｃとして、それぞれ示している。
【００５６】
この図１のグラフから分かるように、層間剥離強さ比率（曲線ａ）は、山なりの傾向を示している。具体的には、層間剥離強さ比率は、総毛羽長の増加に伴って増加してゆき、総毛羽長１２０cm/cm2付近のところでピーク値に達し、その後、低下する傾向となっている。このような傾向を示す理由は、次のように推測される。
【００５７】
まず、総毛羽長が増加すると、炭素繊維基材の表面積が増えて炭素繊維基材とマトリックス樹脂との結合が強固になるため、毛羽の無い状態からの総毛羽長の増加に伴って層間剥離強さが向上する傾向を示す。一方で、総毛羽長が長くなるということは、それに伴って切断されるフィラメントの数が多くなるということであり、総毛羽長の増加に伴って炭素繊維基材を形成する炭素繊維マルチフィラメント糸自体の強度が低下するため、それに起因して、総毛羽長がある長さを超えた時点で層間剥離強さ比率が低下する傾向を示す。その結果、層間剥離強さ比率は、上記のような山なりの曲線となる傾向を示す。そして、この図１のグラフから、層間剥離強さが１０％以上向上する総毛羽長の範囲は、６０cm/cm2＜総毛羽長＜１８０cm/cm2の範囲であることが読み取れる。言い換えれば、総毛羽長が１８０cm/cm2よりも短く６０cm/cm2よりも長い範囲において、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの層間の剥離強さが向上する。なお、層間剥離強さの向上１０％という数値の根拠については、以下に説明する通りである。
【００５８】
本発明は、積層面に毛羽のない炭素繊維基材を積層したものと比べてＣＦＲＰの製造について大幅なコストアップをすることなく、ＣＦＲＰの製品寿命の観点から要求される層間剥離強さを向上させることを目的としており、炭素繊維基材の積層面に毛羽を形成することにより必然的に発生するコストアップとの兼ね合いにおいて、層間剥離強さを１０％以上向上させることを目的としている。
【００５９】
なお、経緯比率は、層間剥離強さに影響しない。言い換えれば、総毛羽長が同じであれば、層間剥離強さは変わらない。従って、図１は、経緯比率が０％の場合についての予備試験の結果を示すものであるが、総毛羽長が同じであれば、経緯比率が０％以外の場合においても、総毛羽長と層間剥離強さとの関係は、図１のグラフにおける曲線ａとほぼ同じ結果となる。
【００６０】
また、図１のグラフから分かるように、緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、総毛羽長の増加に伴って低下してゆく傾向を示している。このような傾向を示す理由は、この予備試験では経緯比率０％の炭素繊維基材から製造されるＣＦＲＰを用いて試験が行われるものであり、総毛羽長を増加させることはそのまま緯糸におけるフィラメントの切断量の増加につながるため、総毛羽長の増加に伴ってフィラメントが切断される基材表面の緯糸（炭素繊維糸）自体の強度が低下するためと考えられる。
【００６１】
これに対し、経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、僅かではあるが、総毛羽長の増加に伴って山なりに向上する傾向を示している。そして、総毛羽長が９０〜１５０cm/cm2の範囲で、最大３％程度の曲げ強さ比率の向上が認められる。このような傾向を示す理由は、次のように推測される。
【００６２】
経糸に対し緯糸を織り込んだ状態で形成された炭素繊維基材においては、緯糸における一部のフィラメントを切断することにより、緯糸の張力が緩和され、経糸のクリンプ部（弓なりに湾曲する部分）に発生するクリンプ応力が緩和される影響を受けて、経糸の強度が向上するためと考えられる。そして、この図１のグラフから、経方向曲げ強さ比率が向上する総毛羽長の範囲は、０cm/cm2＜総毛羽長＜２５０cm/cm2の範囲であることが読み取れる。言い換えれば、総毛羽長が２５０cm/cm2よりも短ければ、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの経方向曲げ強さが向上する。
【００６３】
以上の予備試験結果から、平織組織の炭素繊維基材において緯糸のみを切断した状態、すなわち経緯比率０％の場合について、総毛羽長が２５０cm/cm2よりも短い範囲では、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて、経方向曲げ強さが向上するという結果が得られた。そのことから、炭素繊維基材においては、経緯比率が０％以外の場合、すなわち、経糸の一部のフィラメントを切断して毛羽を形成する場合であっても、そのフィラメントの切断によって経糸の方向に関する強度は低下するものの、その毛羽の割合が積層面における全毛羽に対する特定の割合未満であれば、前記クリンプ応力の緩和による経糸の強度の向上により、経糸の方向に関する強度を、積層面に毛羽のない炭素繊維基材と比べて同程度かそれ以上とすることができ、そのような炭素繊維基材を用いれば、層間剥離強さを向上させつつも、強度が求められる方向に関する曲げ強さを所望のレベルとしたＣＦＲＰを製造することが可能となることが推測される。
【００６４】
そこで、本試験では、前記予備試験結果に基づき、層間剥離強さ比率が１００％を下回らない範囲であって好ましい範囲としての１１０％を超える範囲、すなわち、総毛羽長が１８０cm/cm2よりも短く６０cm/cm2よりも長い範囲において、経方向曲げ強さ比率が１００％を下回らない経緯比率を求めるべく試験を行った。
【００６５】
〔本試験〕
本試験では、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの３種類の炭素繊維基材について、前記範囲内の３種類の総毛羽長における経緯比率と各物性比率との関係を評価することとした。なお、本試験でも予備試験と同様に、毛羽の作成、ＣＦＲＰの作成、および、サンプルの切り出し等を行った。
【００６６】
その上で、本試験では、上記３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材のそれぞれで、総毛羽長６０、９０、１８０cm/cm2の３通りについて、経緯比率が０〜５０％の範囲で異なる複数のサンプルを作成して曲げ試験を行い、各総毛羽長における経緯比率と曲げ強さ比率との関係を評価した。なお、上記３通りの総毛羽長は、いずれも層間剥離強さ比率は１１０％を超えていると想定されるが、確認のため、各経緯比率における層間せん断試験も行った。
【００６７】
その結果としての上記３通りの総毛羽長についての前記本試験の結果を、図２〜４のグラフに示す。なお、その本試験でも、前記予備試験と同様に、層間せん断試験および曲げ試験において、同一の経緯比率のサンプルについて各々３つの試験片を作成し、その３つの試験片のそれぞれについて試験を行うと共に、その測定データの平均値を求めており、図２〜４の各グラフは、その平均値に基づいた近似曲線として描かれている。そして、図２〜４の各グラフでは、層間剥離強さ比率の近似曲線を曲線ａ、経方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｂ、緯方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｃとして、それぞれ示している。さらに、図２〜４の各グラフでは、各曲線ａ、ｂ、ｃについて、３Ｋの炭素繊維基材の結果を実線で、６Ｋの炭素繊維基材の結果を点線で、１２Ｋの炭素繊維基材の結果を二点鎖線として、それぞれ示している。
【００６８】
図２のグラフには、前記本試験の結果として、総毛羽長６０cm/cm2の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と各物性比率との関係が示されている。
【００６９】
この図２のグラフから、層間剥離強さ比率（曲線ａ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、０〜５０％の範囲となる経緯比率で、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、層間剥離強さが１０％以上向上しており、ほぼ横這いの傾向となっている。つまり、経緯比率が変化しても総毛羽長が一定であれば、層間剥離強さにあまり差異がない傾向が確認される。
【００７０】
また、図２のグラフから、曲げ強さ比率のうちの緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％から経緯比率が５０％（等比率）に近づくにつれて、緯方向曲げ強度比率が徐々に向上してゆく傾向となっている。このような傾向を示す理由は、経緯比率の増加に伴って基材表面の緯糸（炭素繊維糸）における切断されるフィラメントが減少して緯糸自体の強度が向上するためと考えられる。
【００７１】
これに対して、曲げ強さ比率のうちの経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０％（最大の不等な比率）で経方向曲げ強さ比率が１０２％を超える結果となった。そして、０＜経緯比率＜５０％、すなわち、不等な比率の範囲内で、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも常に高い結果を得るとともに、経緯比率が０％から５０％（等比率）に近づくにつれて、経方向曲げ強さ比率が低下し、経緯比率５０％（等比率）では、緯方向曲げ強さ比率とほぼ一致し、９８〜９９％程度となった。
【００７２】
そして、この図２のグラフから、総毛羽長６０cm/cm2の場合においては、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材によるＣＦＲＰともに、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて経方向曲げ強さが向上する経緯比率の範囲は、経緯比率＜３０％の範囲であることが読み取れる。
【００７３】
以上から、経糸の方向をＣＦＲＰとして強度が求められる方向に揃えた状態で炭素繊維基材１を積層したＣＦＲＰにおいて、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１を、総毛羽長６０cm/cm2の場合において経緯比率を３０％未満とすることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させずに、層間剥離強さを１０％以上向上させたＣＦＲＰを得ることができるという結果が得られた。因みに、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％で経方向曲げ強さ比率が１００％を超える値となっている理由は、予備試験でも述べたように、緯糸における一部のフィラメントを切断することにより、緯糸の張力が緩和され、経糸のクリンプ部に発生するクリンプ応力が緩和される影響を受けて、経糸の強度が向上したためと考えられる。
【００７４】
また、図３のグラフには、前記本試験の結果として、総毛羽長９０cm/cm2の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と各物性比率との関係が示されている。
【００７５】
この図３のグラフから分かるように、層間剥離強さ比率（曲線ａ）については、やはり３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０〜５０％の範囲で、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、層間剥離強さが１２％以上向上しており、総毛羽長６０cm/cm2の場合と同様の傾向となっている。
【００７６】
また、図３のグラフから、曲げ強さ比率についても、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、総毛羽長６０cm/cm2の場合と同様の傾向を示すことが確認される。すなわち、曲げ強さ比率のうちの緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％から経緯比率が５０％（等比率）に近づくにつれて、緯方向曲げ強度比率が徐々に向上してゆき、経緯比率５０％（等比率）での緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）は、９８％程度となっている。
【００７７】
一方、曲げ強さ比率のうちの経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０％（最大の不等な比率）で経方向曲げ強さ比率が１０３％を超える結果となった。そして、０＜経緯比率＜５０％、すなわち、不等な比率の範囲内で、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも常に高い結果を得るとともに、経緯比率が０％から５０％（等比率）に近づくにつれて、経方向曲げ強さ比率が低下し、経緯比率５０％（等比率）では、緯方向曲げ強さ比率とほぼ一致し、９８％程度となった。
【００７８】
この図３のグラフからは、総毛羽長９０cm/cm2の場合においては、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材によるＣＦＲＰともに、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて経方向曲げ強さが向上する経緯比率の範囲は、経緯比率＜２５％の範囲であることが読み取れる。
【００７９】
以上から、経糸２の方向をＣＦＲＰとして強度が求められる方向に揃えた状態で炭素繊維基材１を積層したＣＦＲＰにおいて、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１を、総毛羽長９０cm/cm2の場合において経緯比率２５％未満とすることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させずに、層間剥離強さを１２％以上向上させることができるという結果が得られた。
【００８０】
さらに、図４のグラフには、前記本試験の結果として、総毛羽長１８０cm/cm2の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と各物性比率との関係が示されている。
【００８１】
この図４のグラフから分かるように、層間剥離強さ比率（曲線ａ）については、やはり３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、０〜５０％の範囲で、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、層間剥離強さが１０％以上向上しており、総毛羽長６０cm/cm2、総毛羽長９０cm/cm2の場合と同様の傾向となっている。
【００８２】
また、図４のグラフから、曲げ強さ比率についても、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、総毛羽長６０cm/cm2、総毛羽長９０cm/cm2の場合と同様の傾向を示すことが確認される。経緯比すなわち、曲げ強さ比率のうちの緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％から経緯比率が５０％（等比率）に近づくにつれて、緯方向曲げ強度比率が徐々に向上してゆき、経緯比率５０％（等比率）での緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）は、９５〜９６％程度となっている。
【００８３】
一方、曲げ強さ比率のうちの経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０％（最大の不等な比率）で経方向曲げ強さ比率が１０２％を超える結果となった。そして、０＜経緯比率＜５０％、すなわち、不等な比率の範囲内で、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも常に高い結果を得るとともに、経緯比率が０％から５０％（等比率）に近づくにつれて、経方向曲げ強さ比率が低下し、経緯比率５０％（等比率）では、緯方向曲げ強さ比率とほぼ一致し、９５〜９６％程度となった。
【００８４】
そして、この図４のグラフから、総毛羽長１８０cm/cm2の場合においては、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材によるＣＦＲＰともに、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて経方向曲げ強さが向上する経緯比率の範囲は、経緯比率＜２０％の範囲であることが読み取れる。
【００８５】
以上の３つの本試験結果から、炭素繊維基材１における経糸２の方向を揃えた状態で積層されたＣＦＲＰにおいては、各炭素繊維基材１の積層面における総毛羽長が１８０cm/cm2〜６０cm/cm2の範囲では、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋのいずれの各炭素繊維基材１を積層したＣＦＲＰについても、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べて層間剥離強さを１０％以上向上させつつも、経緯比率が５０％未満の不等な比率の範囲において、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも高くなるという結果が得られた。特に、経緯比率２０％未満であれば、層間剥離強さを向上させるべく各炭素繊維基材１に毛羽を形成しつつも、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させずに層間剥離強さを１０％以上向上させ得るという結果が得られた。
【００８６】
従って、本実施例のＣＦＲＰでは、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１を、総毛羽長１８０cm/cm2〜６０cm/cm2の範囲において経緯比率２０％未満とし、その上で、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の経糸２の方向を、そのＣＦＲＰを用いて製造される最終製品の強度が求められる方向と一致させたかたちで最終製品を製造するものとしており、それにより、ＣＦＲＰ自体の層間剥離強さの向上に伴って製品寿命を向上させることができると共に、強度が求められる方向の強度を維持又は向上させることができる。
【００８７】
なお、本発明による炭素繊維基材及びＣＦＲＰは、前記実施例のものに限定されず、以下のようなものも含む。
【００８８】
前記実施例では、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１における経緯比率２０％未満として、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させないものとしたが、本発明によるＣＦＲＰ、及びそのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１は、これに限定されるものではなく、炭素繊維基材１における経糸２に形成された毛羽の総毛羽長と緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長とが単に不等なものであってもよい。
【００８９】
すなわち、ＣＦＲＰの層間剥離強さを向上させるべく、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１に毛羽を形成することを前提とした場合において、前記試験結果から明らかなように、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の経糸２の総毛羽長と緯糸３の総毛羽長とを等しく（等比率であって前記実施例の場合の経緯比率５０％）すると、経糸２の方向の強度と緯糸３の方向の強度とが同じレベルで低下するものとなるが、前記実施例の経緯比率５０％未満のように経糸２に形成された毛羽の総毛羽長と緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長とを不等とすることにより、少なくとも総毛羽長の短い方の糸（経糸）の方向の強度を上記等比率の場合と比べて向上させることができ、最終製品において特定の方向の強度が優先される場合において有効であるため、本発明はそのような場合も含むものである。
【００９０】
なお、前記実施例では、ＣＦＲＰにおけるそのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の経糸２の方向、すなわち、総毛羽長の短い方の糸の方向を、最終製品のためにＣＦＲＰとして強度が求められる方向としているが、これに限らず、総毛羽長の短い方の糸の方向がＣＦＲＰとして強度が求められる方向に対し±４５°以内の角度を成すものであってもよい。
【００９１】
すなわち、前記実施例の場合で言うと、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の経緯比率５０％未満である場合において、そのような炭素繊維基材１を積層して構成されたＣＦＲＰを、その炭素繊維基材１における経糸２の方向がＣＦＲＰとして強度が求められる方向（以下、「強度方向」とも言う。）に対し角度を成しているとしても、その角度が±４５°以内であれば、経糸２及び緯糸３における毛羽全体の上記強度方向と該強度方向に直交する方向との割合で考えた場合、強度方向の毛羽の割合が強度方向に直交する方向の割合に対し小さくなる、すなわち、不等となるからである。そして、その場合も、前記実施例のように経糸２の方向を強度方向と一致させた場合と同様に、最終製品に用いられる状態（炭素繊維基材１における総毛羽長の少ない方の糸（経糸２）の方向が強度方向に対し角度を成した状態）でのＣＦＲＰにおける強度方向の強度を、毛羽が等比率の場合と比べて向上させることができる。なお、ＣＦＲＰにおける総毛羽長の少ない糸の方向を、最終製品のためにＣＦＲＰとして強度が求められる方向に対し角度を成した状態とするということは、言い換えれば、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１が、総毛羽長の少ない糸の方向がＣＦＲＰとして強度が求められる方向に対し角度を成して積層される、ということになる。
【００９２】
また、前記実施例では、ＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１を、各積層面に毛羽が形成されると共に、その積層面における総毛羽を同じ長さに統一されたものとしているが、本発明はこれに限らず、各炭素繊維基材１の積層面における総毛羽長を異ならせるようにしても良い。具体的には、ＣＦＲＰにおいては、炭素繊維基材を積層する厚み方向（以下、「積層方向」という。）における中央部において炭素繊維基材の剥離が発生し易いことから、特に、その中央部での層間剥離強さを向上させることを目的として、以下の（１）〜（４）の実施形態とすることも可能である。
【００９３】
（１）中央部に位置する炭素繊維基材（積層枚数が奇数枚の場合は積層方向の中央に位置する炭素繊維基材、積層枚数が偶数枚の場合は積層方向の中央を挟む２枚の炭素繊維基材）、又はその中央部付近に位置する複数枚の炭素繊維基材にのみ積層面に毛羽が形成し、他の炭素繊維基材については毛羽を有さないものとしてもよい。この場合でも、積層面に毛羽の無い炭素繊維基材のみを積層してＣＦＲＰを製造した場合と比べて製品の寿命を向上させることができると共に、一部の炭素繊維基材に毛羽を形成しつつも、強度方向（前記実施例の場合の経糸２の方向）における強度の低下を抑える、あるいは向上させることができる。また、この場合は、前記実施例と比べ、積層方向における剥離し難い位置にある炭素繊維基材には毛羽を形成していないため、強度方向と直交する方向における強度低下も抑えられる。
【００９４】
（２）中央部に位置する炭素繊維基材１における積層面の総毛羽長を、層間剥離強さ比率に有利な総毛羽長１００〜１５０cm/cm2の範囲に収まるものにすると共に、中央部から遠ざかるにつれて炭素繊維基材１における積層面の総毛羽長を徐々に少なくして、ＣＦＲＰが構成されるようにしてもよい。この場合も前記（１）と同様の効果が得られる。但し、前記（１）と比べ、ＣＦＲＰ全体としての層間剥離強さは向上するものの、強度方向及び強度方向と直交する方向の強度は若干低下する。
【００９５】
（３）ＣＦＲＰの最表面を除く中間層に使用される炭素繊維基材について、前記実施例と同様に、２つの積層面のそれぞれに毛羽を形成するが、その両積層面における総毛羽長を異ならせるようにしてもよい。但し、その場合において、２つの積層面のうちの積層方向の中央部側に面する方の積層面における総毛羽長を、もう一方の積層面における総毛羽長よりも長くすることが好ましい。そして、この場合においても、前記（２）とほぼ同様の効果が得られる。
【００９６】
（４）前記中間層に使用される炭素繊維基材について、２つの積層面のうち一方の積層面にのみ毛羽を形成するものであってもよい。例えば、前記（１）のように積層方向における中央部に位置する炭素繊維基材のみに毛羽を形成する場合において、中央を挟む２枚の炭素繊維基材又は中央部に位置する２枚の炭素繊維基材のそれぞれに対し、その２つの積層面のうち一方の積層面にのみ毛羽が形成すると共に、両炭素繊維基材の毛羽が形成された積層面同士を向かい合わせた状態で炭素繊維基材が積層されるものとしてもよい。この場合でも、前記（１）とほぼ同様の効果が得られる。
【００９７】
また、前記実施例では、同じ経緯比率の炭素繊維基材１を積層して構成される、すなわち、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の毛羽が形成される積層面における全毛羽の総毛羽長に対する強度方向の毛羽の総毛羽長の割合（以下、「毛羽比率」という。）が同じであるものとしたが、本発明におけるＣＦＲＰは、これに限らず、ＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の積層面における毛羽比率を、互いに異ならせるようにしても良い。
【００９８】
例えば、ＣＦＲＰにおいては、曲げ力が作用した場合、積層方向における端部付近に位置する炭素繊維基材が破壊し易いことから、積層方向における端部付近に位置する炭素繊維基材１について、その積層面における毛羽比率を、他の炭素繊維基材１の積層面よりも小さくするようにしてもよい。この場合、各積層面における総毛羽長が前記実施例と同じであれば、層間剥離強さに関しては前記実施例と同様の効果が得られると共に、強度方向に関する曲げ強さに関しては前記実施例よりも向上させることができる。また、この場合において、炭素繊維基材１の表裏２つの積層面５、６における経緯比率を互いに異ならせるようにしてもよい。
【００９９】
また、前記実施例では、強度方向を経糸２の方向とした上で、ＣＦＲＰ全体として、すなわち、そのＣＦＲＰを構成する全炭素繊維基材１の積層面に形成された毛羽４の合計において、経緯比率（毛羽比率）２０％未満を実現すべく、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の積層面に形成される毛羽４について、同じ経緯比率にすると共にその経緯比率を２０％未満としたが、本発明はこれに限らず、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満を実現する上で、例えば、以下の（１）〜（３）のようにしてＣＦＲＰを構成してもよい。
【０１００】
（１）前記実施例と同様に強度方向を経糸２の方向とした場合において、積層面における総毛羽長が等しい複数の炭素繊維基材１であって、経緯比率の異なる複数の炭素繊維基材１の組み合わせにより、ＣＦＲＰ全体としての経緯比率（毛羽比率）が２０％未満となるようにしてもよい。具体的には、例えば、積層面における総毛羽長が等しい炭素繊維機材１を１０枚積層してＣＦＲＰを構成する場合において、「経緯比率０％×８枚＋経緯比率９９％×２枚」、「経緯比率１０％×５枚＋経緯比率２９％×５枚」、「経緯比率０％×２枚＋経緯比率１０％×２枚＋経緯比率２０％×２枚＋経緯比率３０％×２枚＋経緯比率３９％×２枚」等、種々の組み合わせを採用することにより、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満を得るものとしてもよい。
【０１０１】
（２）前記（１）の場合において、積層面における総毛羽長が異なる複数の炭素繊維基材１を用いる場合には、次のような組み合わせが考えられる。例えば、積層枚数を９枚とし、「総毛羽長６０cm/cm2で経緯比率０％×８枚＋総毛羽長１２０cm/cm2で経緯比率９９％×１枚」、「総毛羽長９０cm/cm2で経緯比率１０％×５枚＋総毛羽長９０cm/cm2で経緯比率３０％×３枚＋総毛羽長１８０cm/cm2で経緯比率２９％×１枚」、「総毛羽長６０cm/cm2で経緯比率０％×２枚＋総毛羽長１８０cm/cm2で経緯比率１０％×１枚＋総毛羽長６０cm/cm2で経緯比率２０％×３枚＋総毛羽長９０cm/cm2で経緯比率３０％×２枚＋総毛羽長１２０cm/cm2で経緯比率３９％×１枚」等。これら種々の組み合わせによっても、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満とすることができる。
【０１０２】
（３）前記（１）、（２）の場合、経糸２の方向、すなわち、総毛羽長の少ない方の糸の方向を強度方向に揃えて炭素繊維基材１を積層するものとしたが、総毛羽長が少ない糸の方向が強度方向に対し角度を成している場合であっても、前記（１）、（２）の組み合わせの考え方を適用できる。すなわち、総毛羽長の少ない方の糸の方向が強度方向に成す角度に基づき、経糸２及び緯糸３のそれぞれにおける総毛羽長のうちの強度方向の割合を求めて各炭素繊維基材１における毛羽比率を求め、前記（１）、（２）における経緯比率を毛羽比率に置き換えることにより、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満を実現することができる。なお、この場合、同じ経緯比率の炭素繊維基材１であっても、上記角度が異なることにより、異なる毛羽比率の炭素繊維基材１として扱われる。
【０１０３】
また、強度方向に関する曲げ強さが所望のレベルを満たす範囲内で、ＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する複数枚の炭素繊維基材１の中に、総毛羽長の少ない糸の方向が任意の方向に向けられた炭素繊維基材１を含むものであってもよい。
【０１０４】
例えば、最終製品を考慮したＣＦＲＰの厚みに基づいて設定される炭素繊維基材１の積層枚数について、その所要枚数よりも少ない枚数の炭素繊維基材１で強度方向における所望の曲げ強さが得られるのであれば、それ以外の炭素繊維基材１については、毛羽比率が５０％を超えるもの（経緯比率が５０％に近いものであって経糸２の方向が強度方向に対し４５°よりも大きい角度を成すもの）等であってもよい。
【０１０５】
また、前記実施例では、炭素繊維基材１は、経糸２と緯糸３とが９０°の角度で交差する（直交する）織物として構成されているが、これに限らない。例えば、経糸２と緯糸３とが直交しない斜め織り織物であってもよい。そして、その場合は、前述のように、一方の糸の方向を基準として考えた場合、他方の糸に形成された毛羽は、その角度に応じて一方の糸の方向の成分とそれに直交する方向の成分とに分けて取り扱うものとする。
【０１０６】
例えば、炭素繊維基材１における緯糸３のフィラメントのみを切断して毛羽４を形成し、炭素繊維基材１における経緯比率２０％を得る場合、緯糸３が経糸２に対して直交する向きから約３３．７°程度傾くと、緯糸３における経糸２の方向の成分が約４０％となり、経糸２も含めた基材全体に対する割合に換算すると２０％程度となる。したがって、この場合に、炭素繊維基材１は、緯糸３における前記経糸２の方向の成分が２０％未満となる約３３．７°までであれば、緯糸３の傾きを許容してもよい。
【０１０７】
また、上記各実施例では、炭素繊維基材１は、その織物組織を平織組織としているが、本発明における炭素繊維基材１はこれに限らず、綾織組織や朱子織組織の織物であってもよい。
【０１０８】
なお、炭素繊維基材１が綾織組織や朱子組織の織物の場合、炭素繊維基材１の表裏二面における経糸２及び緯糸３の現れ方が異なる状態となる。従って、この場合には、炭素繊維基材１の積層面における経糸２と緯糸３との現れ方に応じて、経緯比率を取り扱うようにしてもよい。
【０１０９】
ちなみに、朱子組織及び綾織組織において、炭素繊維基材１の表裏二面における経糸と緯糸との現れ方の異なることに伴って、経糸と緯糸とで交錯点の間隔が異なる為、形成される毛羽長さも経糸と緯糸とで異なり、各総毛羽長はその影響を受けることになる。
【０１１０】
また、前記実施例では、炭素繊維基材１は、フィラメント数の同じ炭素繊維糸（３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ等）を製織した織物としているが、本発明はこれに限らない。例えば、炭素繊維基材１は、経糸２と緯糸３とにフィラメント数が異なる炭素繊維糸を用いた織物としてもよい。そして、この場合に、経糸２と緯糸３の炭素繊維糸のフィラメント数の割合に応じて、経緯比率を取り扱うようにしてもよい。
【０１１１】
また、前記実施例では、ＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１は、経糸２及び緯糸３のうちの主に緯糸３における炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して毛羽を形成しているが、本発明はこれに限らず、ＣＦＲＰとして強度が求められる方向と糸の方向との兼ね合いで、経糸２と緯糸３との関係（毛羽の状態等）を、以上で説明した例において全て逆としてもよい。すなわち、前記実施例の場合で言うと、主に経糸２の一部のフィラメントを切断して毛羽を形成したものとし、緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長を経糸２及び緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長の合計の５０％未満（前記実施例の経緯比率で言うと５０％超）であって、より好ましくは２０％未満（前記実施例の経緯比率で言うと８０％超）としたものであってもよい。
【０１１２】
前記実施例では、ＣＦＲＰは、炭素繊維基材１をハンドレイアップ法により積層して製造されているが、これに限らない。炭素繊維基材１に対して、予め各積層面にマトリックス樹脂シートを貼り付けてプリプレグを製造した上で、前記製造したプリプレグを所望の枚数積層してオートクレーブ成型によりＣＦＲＰを製造してもよい。または、ＣＦＲＰは、複数枚の炭素繊維基材１を予め積層した状態で金型に配置した上で、ＲＴＭ成形法によってマトリックス樹脂を注入含浸して製造するようにしてもよい。
【０１１３】
なお、炭素繊維基材１は、積層面に毛羽４を作成する際の炭素繊維糸におけるフィラメントの切断ピッチを等間隔とする必要はなく、積層面における所望の総毛羽長や経緯比率を得るように、不等間隔で炭素繊維糸（経糸２または緯糸３）の一部のフィラメントを切断して毛羽４を作成すればよい。
【０１１４】
また、上記各実施例では、炭素繊維基材１は、経糸２および緯糸３を炭素繊維糸でのみ形成された炭素繊維基材としているが、これに限らない。炭素繊維糸の一部のフィラメントを切断して得た毛羽における総毛羽長や経緯比率が許容できる範囲内で、経糸２や緯糸３に炭素繊維糸以外の糸（例えばガラス繊維糸やアラミド繊維糸やポリエチレン繊維糸等）を含むハイブリッドタイプの炭素繊維基材１であってもよい。
【０１１５】
さらに、前記実施例では、ＣＦＲＰは、そのマトリックス樹脂を熱硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂としているが、これに限らず、そのマトリックス樹脂を他の熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等としてもよいし、熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル樹脂等としてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１炭素繊維基材 ２経糸
３緯糸 ４毛羽
５面（積層面） ６面（積層面）
ａ層間剥離強さ比率 ｂ経方向曲げ強さ比率
ｃ緯方向曲げ強さ比率 ｄ経糸方向
ｅ緯糸方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック（以下、本明細書では「ＣＦＲＰ」と称する。）用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材、及びこのような炭素繊維を複数枚積層して製造されるＣＦＲＰに関する。
【０００２】
また、本出願でいう「ＣＦＲＰ」は、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂を使用して、オートクレーブ成型、ハンドレイアップ成型、ＲＴＭ成型、ホットプレス成型等によって炭素繊維基材を積層して製造されるＣＦＲＰ製品全般をいう。そして、本出願でいう「炭素繊維基材」とは、このようなＣＦＲＰ製品全般を製造するために用いられる織物をいう。
【背景技術】
【０００３】
マトリックス樹脂と炭素繊維基材の織物とから成るプリプレグを、２枚以上積層して製造されるＣＦＲＰとして、特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
そして、特許文献１には、力学的特性の向上を目的として、扁平で実質的に撚りが無い強化繊維マルチフィラメント糸を用いた技術が、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４３１４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の技術では、力学的特性の向上のみを目的として、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が採用されているが、ＣＦＲＰ製品の寿命については、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材層と炭素繊維基材層との層間の剥離強さ（以下、「層間の剥離強さ」と称する。）に左右されるという事実がある。従って、ＣＦＲＰ製品の寿命を延ばす為には、層間の剥離強さを向上させる必要がある。
【０００７】
ただし、従来の技術においては、炭素繊維基材から成るＣＦＲＰ製品の寿命を延ばすべく、ＣＦＲＰ層間の剥離強さを向上させることを目的とした技術は存在しなかった。
【０００８】
本発明は、上記実情を考慮して創作されたもので、その目的は、ＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上させることのできる炭素繊維基材、及びＣＦＲＰを提供することである。
【０００９】
なお、ＣＦＲＰの層間の剥離強さを評価する方法として、ＪＩＳに規定されている「炭素繊維強化プラスチックの層間せん断試験方法」がある。層間せん断強さとは、ＣＦＲＰ積層板の層と層とを平行にずらす方向のせん断に対する強さをいい、本発明の目的であるＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上させることと、ＣＦＲＰの層間せん断強さを向上させることとは同義である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による炭素繊維基材は、互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されているＣＦＲＰ用の炭素繊維基材であって、積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であることを特徴とする。
【００１１】
なお、前記で言う「積層面」とは、ＣＦＲＰを製造すべく前記炭素繊維基材を積層する際において、他の炭素繊維基材に対向する面を指す。従って、ＣＦＲＰの最も表面側及び裏面側を除く中間層に使用される炭素繊維基材については、その炭素繊維基材における表側の面および裏側の面の２面が積層面となる。すなわち、ＣＦＲＰの中間層に位置する炭素繊維基材については、２つの積層面を有する。一方、ＣＦＲＰの最表面を形成する２枚の炭素繊維基材については、その炭素繊維基材における他の炭素繊維基材に対向する１面だけが積層面となり、１つの積層面のみを有するものとなる。なお、前記「積層面のうちの少なくとも一方」について、上記した最表面を形成する２枚の炭素繊維基材の場合は、１つの積層面しか有していないため、その積層面が前記で言う一方の積層面となる。
【００１２】
また、前記で言う「総毛羽長」とは、単位面積（例えば、１cm2）あたりに存在する毛羽の総全長（各毛羽の長さの合計）のことであり、毛羽密度（単位面積あたりの毛羽数）に平均毛羽長（全毛羽の長さの平均値）を乗じた値である。具体的には、次式の通り、「総毛羽長＝毛羽密度×平均毛羽長」と計算する。
【００１３】
さらに、前記でいう「交差」とは、本発明の場合は、経糸と緯糸とが直交する（９０°で交わる）場合に限られず、両糸が９０°以外の角度で交わるものも含む。なお、経糸を基準とする場合において、緯糸が経糸と直交する方向に対し角度を成している場合、便宜上緯糸と称するが純粋な緯糸ではなく、経糸方向の成分を有するものとなる。何故なら、経糸と直交する方向に対する緯糸の成す角度が大きくなると、その緯糸は、より経糸に近い状態となるからである。従って、経糸と直交する方向に対し緯糸が角度を成している場合は、その緯糸に形成される毛羽は、上記角度に応じて緯糸方向の毛羽（成分）と経糸方向の毛羽（成分）とに分けられる。例えば、緯糸に形成された毛羽は、緯糸が経糸と直交する方向に対し３０°の角度を成している場合、その緯糸全体の毛羽のうちの約３６％は経糸方向の毛羽となる。
【００１４】
一般的な繊維製品の場合、その繊維製品を構成する糸に毛羽が生じていると繊維製品の生産性や品質に悪影響を与えることから、従来においては、繊維製品を製造するにあたり、いかにして毛羽の発生を抑えるかということについて数々の工夫がなされている。すなわち、従来においては、繊維製品を構成する糸に毛羽を発生させないという考え方が常識となっている。しかし、本発明では、逆にこの毛羽を積極的に形成して、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上している。
【００１５】
ただし、前記層間の剥離強さを向上させるために炭素繊維基材を構成する炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断した場合、ＣＦＲＰの層間剥離強さは向上するものの、その反面、炭素繊維マルチフィラメント糸自身の強度が低下して炭素繊維基材自体の強度が低下してしまうため、その炭素繊維基材を積層して得られるＣＦＲＰの強度もそれに応じて低下することになる。
【００１６】
一方、本発明の発明者らは、そのＣＦＲＰを用いた最終製品において、特定の方向の強度が優先される場合があることに着目し、前記のようにＣＦＲＰの層間の剥離強さを向上させることができるように、そのＣＦＲＰの製造に用いられる炭素繊維基材に毛羽を形成しつつも、炭素繊維基材を構成する経糸及び緯糸の一方の方向における強度を他方の方向よりも高くすべく、経糸及び緯糸に対する毛羽の形成状態を不等としたものである。
【００１７】
また、本発明による炭素繊維基材において、毛羽を形成するためにフィラメントを切断しつつも、経糸及び緯糸の一方の糸の方向に関する強度を、毛羽のない炭素繊維基材と比べて低下させないようにすべく、前記不等の割合について、経糸及び緯糸のうちの一方の糸の方向に関する総毛羽長を経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることが好ましい。
【００１８】
なお、前記のように、本発明は、経糸と緯糸とが９０°以外の角度を成して交差するものも含み、その場合は、一方の糸の方向を基準として考えた場合、他方の糸に形成された毛羽は、その角度に応じて一方の糸の方向の成分とそれに直交する方向の成分とに分けられる。従って、例えば、経糸方向を基準として考えた場合において、緯糸のフィラメントのみを切断して毛羽を得る場合、経糸方向と直交する方向に対し緯糸が成す角度は、緯糸に形成された毛羽の経糸方向に関する成分が２０％未満となる角度まで許容されるものであり、具体的には、その角度は経糸方向に対する直交（９０°）方向から±約３３．７°未満の範囲となる。
【００１９】
このように、本発明においては、前記２０％未満を達成する上で、単に一方の方向の糸に形成される毛羽の総毛羽長を全体の２０％未満とするものに限らず、他方の糸の方向成分との兼ね合いで２０％未満とする場合も含む。例えば、前述した緯糸が経糸と直交する方向に対し３０°の角度を成している場合、緯糸に形成された毛羽のうちの経糸方向の成分は約３６％であり、その場合において経糸に毛羽が形成されていない（経糸における経糸方向の毛羽が０％）状態であれば、経糸方向の毛羽の割合は、基材全体に対する割合で考えると１８％程度となり、前記２０％未満を満たすものとなる。
【００２０】
また、本発明による炭素繊維強化プラスチックは、前記炭素繊維基材を複数枚積層して製造される炭素繊維強化プラスチックであって、その複数枚の炭素繊維基材のうちの少なくとも一枚を前記した本発明による炭素繊維基材とし、その上で、毛羽が形成された前記炭素繊維基材を、前記経糸及び前記緯糸のうちの前記総毛羽長の短い方が炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対し４５°以内の角度を成して積層されていることを特徴とする。
【００２１】
なお、前記でいう「炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向」とは、その炭素繊維強化プラスチックを用いた最終製品との関係において炭素繊維強化プラスチック単体における曲げ強さが求められる方向を指す。詳しくは、前述のように炭素繊維強化プラスチックを用いた最終製品において特定の方向の曲げ強さが優先される場合があり、その設計で最終製品として曲げ強さが求められる方向が設定されると、最終製品を構成する各炭素繊維強化プラスチックについても、最終製品に配置される各炭素繊維強化プラスチックの位置に応じて曲げ強さが求められる方向が設定されるため、前記「強度が求められる方向」となる。そして、各炭素繊維強化プラスチックは、その方向に関する各炭素繊維強化プラスチックとして求められる曲げ強さを満たすように、炭素繊維基材を積層されて製作される。
【００２２】
また、本発明による炭素繊維強化プラスチックにおいて、毛羽を形成した前記炭素繊維基材における炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する総毛羽長の合計を、前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることが好ましい。
【００２３】
なお、前記でいう「強度が求められる方向に関する総毛羽長」とは、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対して、炭素繊維基材の毛羽を有する経糸及び緯糸が角度を為す場合に、経糸及び緯糸の総毛羽長を相当する強度が求められる方向の総毛羽長に換算した値を指し、その算出は、以下の通りである。
【００２４】
炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対して、毛羽を有する炭素繊維基材の糸が角度を為す場合、その炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向の成分（割合）によって、相当する総毛羽長を算出する。例えば、緯糸のみに毛羽の有る炭素繊維基材について、緯糸の方向を炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対して４５°の角度で配置した場合、次式の通り、「緯糸の総毛羽長における前記強度が求められる方向に関する総毛羽長＝緯糸の総毛羽長×sin４５°／（sin４５°＋cos４５°）＝緯糸の総毛羽長における５０％」と計算して、強度が求められる方向に関する総毛羽長を算出するものとする。
【００２５】
さらに、本発明による前記炭素繊維強化プラスチックにおいて、前記毛羽を形成した前記炭素繊維基材における前記経糸及び前記緯糸のうちの一方の総毛羽長を前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とし、その炭素繊維基材が前記一方の糸をＣＦＲＰとして強度が求められる方向に向けて積層されるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の炭素繊維基材によれば、積層面のうちの少なくとも一方が炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有するため、積層に使用されるマトリックス樹脂と炭素繊維基材との接触面積が、積層面に毛羽のない炭素繊維基材に対して増加するので、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの層間の剥離強さが向上する。
【００２７】
また、本発明の炭素繊維基材によれば、特に、経糸に形成された毛羽の総毛羽長と緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であるため、切断によって強度が低下するものの、その強度低下の割合を経糸と緯糸とで異ならせることができる。これにより、ＣＦＲＰとして積層する際の炭素繊維基材の向きにより、ＣＦＲＰとして強度の求められる方向に関する強度を、経糸の総毛羽長と緯糸の総毛羽長とが等しい炭素繊維基材と比べて向上させることができるので、ＣＦＲＰ製品の設計が容易になる。
【００２８】
さらに、本発明の炭素繊維基材において、経糸及び緯糸のうちの一方の糸の方向に関する総毛羽長を経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることにより、一方の糸の方向の強度を、毛羽が形成されていない炭素繊維基材と比べて同程度かそれ以上とすることができるため、そのような炭素繊維基材を用いてＣＦＲＰを製造することにより、層間剥離強さを向上させつつも、強度が求められる方向における強度を所望のレベルとしたＣＦＲＰを製造することが可能となる。
【００２９】
より詳しくは、経糸に対し緯糸を織り込んだ状態で形成された炭素繊維基材においては、経糸と緯糸との他方の糸における一部のフィラメントを切断することにより、他方の糸の張力が緩和され、一方の糸のクリンプ部（弓なりに湾曲する部分）に発生するクリンプ応力が緩和される影響を受けて、一方の糸の強度が向上する。その結果、一方の糸についても一部のフィラメントを切断して毛羽を形成する場合であっても、そのフィラメントの切断によって一方の糸の方向における強度は低下するものの、その毛羽の割合が積層面における全毛羽の２０％未満であれば、前記クリンプ応力の緩和による一方の糸の強度の向上により、一方の糸の方向の強度を、積層面に毛羽のない炭素繊維基材と比べて同程度かそれ以上とすることができ、そのような炭素繊維基材を用いれば、層間剥離強さを向上させつつも、強度が求められる方向における曲げ強さを所望のレベルとしたＣＦＲＰを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の炭素繊維強化プラスチックによれば、その炭素繊維強化プラスチックを構成する複数枚の炭素繊維基材のうちの少なくとも一枚が積層面のうちの少なくとも一方に炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して得た毛羽を有するので、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層した炭素繊維強化プラスチックと比べ、前記積層面における層間剥離強さが向上する。しかも、本発明の炭素繊維強化プラスチックによれば、特に、前記経糸に形成された前記毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された前記毛羽の総毛羽長とが不等、且つ、前記経糸及び前記緯糸のうちの前記総毛羽長の短い方が炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対し４５°以内の角度を成して積層されるので、経糸の総毛羽長と緯糸の総毛羽長とが等しい炭素繊維強化プラスチックと比べ、前記強度が求められる方向に関する総毛羽長を、短くすることができ、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する曲げ強さを向上させることができる。
【００３１】
また、本発明による炭素繊維強化プラスチックにおいて、毛羽を形成した炭素繊維基材における炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する総毛羽長の合計を、経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とすることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層した炭素繊維強化プラスチックと比べ、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する曲げ強さを低下させることなく、積層面における層間剥離強さを向上することができる。
【００３２】
さらに、本発明による炭素繊維強化プラスチックにおいて、毛羽を形成した炭素繊維基材における経糸及び緯糸のうちの一方の総毛羽長が経糸及び緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満とされ、その炭素繊維基材が前記一方の糸を炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に向けて積層されることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層した炭素繊維強化プラスチックと比べ、炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向の曲げ強さを低下させることなく、積層面における層間剥離強さを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】予備試験結果であって、経緯比率０％の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する総毛羽長と物性比率との関係を示すグラフである。
【図２】本試験結果であって、総毛羽長６０cmの炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と物性比率との関係を示すグラフである。
【図３】本試験結果であって、総毛羽長９０cmの炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と物性比率との関係を示すグラフである。
【図４】本試験結果であって、総毛羽長１８０cmの炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と物性比率との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の炭素繊維基材の実施例の一部を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の一実施例について、図１〜７を用いて説明する。なお、図５〜図７は、本発明が適用される炭素繊維基材及び本発明の繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に用いられる炭素繊維基材を示すものであって、図５は、その炭素繊維基材における実施例の一部を拡大した平面図であり、図６、図７は、図５のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図である。但し、本実施例における炭素繊維基材１は、経糸２、緯糸３ともに炭素繊維マルチフィラメント糸のみを用いた平織組織の織物とする。従って、本実施例は、経糸２と緯糸３とが９０°の角度で交差する（直交する）炭素繊維基材１の一例を示している。
【００３５】
また、本実施例におけるＣＦＲＰは、複数積層されている炭素繊維基材１における積層面のそれぞれに毛羽を有するものとし、経糸２及び緯糸３のうちの少なくとも緯糸３における炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して毛羽が形成されているものとする。但し、図示の炭素繊維基材１は、ＣＦＲＰの最表面（最も表側及び裏側）に位置するものを除く中間層に使用されるものを示している。なお、この中間層に位置する炭素繊維基材１の場合は、その両面、すなわち、図示の面５及び面６の２面が積層面である。一方、図示しないが、ＣＦＲＰの最表面に位置する２枚の炭素繊維基材１については、その炭素繊維基材１における他の炭素繊維基材１と対向する１面のみが積層面となる。
【００３６】
さらに、本実施例におけるＣＦＲＰは、各炭素繊維基材１が糸の方向を揃えて積層されて構成されているものとする。因みに、本実施例における炭素繊維基材１の経糸２及び緯糸３の断面形状は、図６、７に示すような上下方向に潰れた扁平形状であり、毛羽４は、糸を形成するフィラメントの一部を、積層面としての面５及び面６のそれぞれの表面側から切断し、周知の方法で毛羽立たせることによって行われる。
【００３７】
その上で、本実施例におけるＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の層間剥離強さを高めるべく、その積層面に形成される毛羽について、経糸２に形成された毛羽の総毛羽長を、積極的に、経糸２及び緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長の合計の２０％未満となるようにしたものであり、それによって各炭素繊維基材１における経糸２の方向における強度を、積層面に毛羽のない炭素繊維基材と比べて低下させることのないものとしている。
【００３８】
そして、それにより、そのような各炭素繊維基材１が糸の方向を揃えて積層されたＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する全炭素繊維基材１の積層面に形成された毛羽の合計において、経糸２に形成された毛羽の総毛羽長が経糸２及び緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長の合計の２０％未満となっており、経糸方向における曲げ強さも積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べて低下しないものとなる。また、本実施例の場合、そのＣＦＲＰを用いて最終製品を製造するにあたり、その最終製品において強度が求められる方向と、そのＣＦＲＰを構成している炭素繊維基材１の経糸方向とが一致するようにＣＦＲＰが用いられるものであり、従って、その経糸２の方向が、最終製品のためにＣＦＲＰとして強度が求められる方向となる。
【００３９】
以下では、本実施例のＣＦＲＰに関する経糸２の方向における曲げ強さと毛羽の状態との関係について、試験結果に基づいて説明する。
【００４０】
なお、以下の説明では、前記したような経糸２の方向に関する総毛羽長が、経糸及び緯糸に形成された毛羽の総毛羽長の合計に占める比率を、「経緯比率」と称する。従って、本実施例のようにＣＦＲＰとして強度が求められる方向を炭素繊維基材の経糸方向と一致させ、且つ、炭素繊維基材の経糸と緯糸とが直交する場合には、「経緯比率」は、積層面における経糸方向に関する総毛羽長をＹ、積層面における緯糸方向に関する総毛羽長をＸとすると、下式で求められる。
経緯比率（％）＝Ｙ÷（Ｘ＋Ｙ）×１００
【００４１】
例えば、経糸２には毛羽を形成せずに緯糸３にのみ毛羽を形成した場合、積層面の単位面積（例えば、１cm2）当たりの経糸２における総毛羽長はＹ＝０cmであり、緯糸３における総毛羽長Ｘ（＞０cm）との比率は０：１００であるため、前記の経緯比率０％となる。
【００４２】
また、以下の試験では、ＣＦＲＰを対象として、そのＣＦＲＰにおける総毛羽長と物性比率との関係、及びＣＦＲＰにおける経緯比率と物性比率との関係を求めている。但し、ＣＦＲＰにおける総毛羽長と物性比率との関係について、本実施例では、ＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１における積層面の総毛羽をほぼ同じ長さとしており、従って、ＣＦＲＰとしての総毛羽長に対する物性比率の評価は、炭素繊維基材１単体における総毛羽長に対する物性比率の評価と比例しているため、そのＣＦＲＰの評価を各炭素繊維基材１単体の評価として代替えすることができる。
【００４３】
また、ＣＦＲＰにおける経緯比率と物性比率の関係についても、本実施例では、各炭素繊維基材１の糸の方向を揃えた状態で積層してＣＦＲＰを形成しており、且つ、各炭素繊維基材１の積層面における経緯比率をほぼ同じとしており、これにより、ＣＦＲＰとしての経緯比率に対する物性比率の評価は、炭素繊維基材１単体における経緯比率に対する物性比率の評価と比例したものとなっており、そのＣＦＲＰの評価を各炭素繊維基材１単体の評価として代替えすることができる。
【００４４】
〔予備試験〕
炭素繊維機材においては、総毛羽長が同じ場合において経緯比率を変化させると、その炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの物性が変化することが予想されることから、本試験では、本実施例におけるＣＦＲＰについて、どの程度の経緯比率であれば、その炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰにおいて、ＣＦＲＰとして強度を求められる方向（経糸方向）で所望の曲げ強さが得られるかを評価すべく、特定の総毛羽長を有するＣＦＲＰに対し、種々の経緯比率におけるＣＦＲＰの曲げ強さを求めることにした。但し、その本試験の前に、その本試験による評価の裏付けを目的として、一定の経緯比率において総毛羽長を変化させた場合のＣＦＲＰの曲げ強さの変化傾向を把握するための予備試験を行うことにした。
【００４５】
なお、本実施例では、予備試験及び本試験のいずれについて、経緯比率を変化させた炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰ（毛羽有りサンプル）の曲げ強さに関する絶対的な評価ではなく、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰ（毛羽無しサンプル）の曲げ強さとの比較による相対的な評価とする。従って、種々の経緯比率の前記毛羽有りサンプル、及び前記毛羽無しサンプルに対し行った曲げ強さに関する試験の結果から、下式により両者の曲げ強さ比率を求め、それを評価に用いるものとする。
曲げ強さ比率（％）＝各毛羽有りサンプルの曲げ強さ÷毛羽無しサンプルの曲げ強さ×１００
【００４６】
また、本実施例では、参照データとして、前記毛羽有りサンプルと前記毛羽無しサンプルとの層間剥離強さについても比較するものとし、その比較のために層間剥離強さ比率も求めている。そして、その層間剥離強さ比率は、下式によって求められる。
層間剥離強さ比率（％）＝各毛羽有りサンプルの層間剥離強さ÷毛羽無しサンプルの層間剥離強さ×１００
【００４７】
まず、予備試験では、評価用の炭素繊維基材として、以下の表１に示すように、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ糸の炭素繊維マルチフィラメント糸を用いた３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋクロスの３種類を用意した。そして、このような３種類の炭素繊維基材について、経緯比率が０％となるように、緯糸３の一部のフィラメントを切断して毛羽４を形成した。
【表１】
【００４８】
因みに、炭素繊維製品では、１０００を意味する省略記号「Ｋ」を用いて、フィラメント数を表すことがある。つまり、炭素繊維のフィラメント数が３０００本であることを「３Ｋ」と表記し、３Ｋの炭素繊維糸で製織した織物を「３Ｋクロス」と表記することがある。そこで、本実施例の説明では、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋクロスのことを、３Ｋ、１６Ｋ、１２Ｋの炭素繊維基材と称する。
【００４９】
上記予備試験のための毛羽の形成は、以下の手順で行われた。
（１）炭素繊維基材の全部の積層面について所望の総毛羽長となるように、切断ピッチ及び切断深さを調整して、緯糸を構成する炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断する。例えば、炭素繊維基材毎に切断具合を調整することによって、総毛羽長が０〜２５０cm／cm2の範囲で所定の長さ増分おきに総毛羽長の異なる炭素繊維基材を製造する。なお、総毛羽長０cm／cm2の炭素繊維基材は、積層面に毛羽のない炭素繊維基材である。
（２）炭素繊維基材の積層面の切断されたフィラメントを起毛する。
（３）顕微鏡による目視で、単位面積（１cm2）あたりの毛羽数をカウントし、単位面積あたりの平均値を算出することにより、平均値毛羽密度（以下、毛羽密度という。）を求める。なお、毛羽密度は、炭素繊維基材の表面及び裏面が積層面である場合には、表面ごと、裏面ごとに別々に算出される。試験では、表面と裏面の毛羽密度を同じレベルとした炭素繊維基材を使用した。
（４）また、切断したフィラメントを起毛することによって形成される毛羽長さの平均、すなわち平均毛羽長は、カウントした全毛羽の長さの平均値を算出することで得られる。簡易な算出方法としては、隣り合う経糸と経糸、又は緯糸と緯糸の間隔に対して１／２の値を、平均毛羽長とする算出方法がある。より具体的に言えば、隣り合う経糸と経糸とのピッチが約２mmであれば、これらの経糸同士の間で、これらに拘束される緯糸を切断すれば、緯糸の平均毛羽長は、ほぼ１mmとなる。
（５）そして、総毛羽長は、毛羽密度に平均毛羽長を乗じて、単位面積あたりに存在する毛羽の総全長として算出することで得られる。
【００５０】
以上の手順によって、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの３種類の炭素繊維基材を、所定の長さ増分おきの総毛羽長となるようにして多数枚製造した。また、前記３種類の炭素繊維基材について積層面に毛羽のない炭素繊維基材も準備した。
【００５１】
前記手順で準備した３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの毛羽有り、毛羽無しの各炭素繊維基材について、各々の表裏面にマトリックス樹脂としてのビニルエステル樹脂（主材リポキシＲ８０６Ｂ、硬化剤パーメックＮ、熱硬化性樹脂）を塗布するハンドレイアップ法により、総毛羽長が同じ炭素繊維基材を所望の枚数積層した。その上で、積層してから２４時間放置し、その後に１００℃で２時間加熱することにより、マトリックス樹脂を硬化させることにより、積層構造のＣＦＲＰを製造した。これによって、経緯比率が０％の３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材について、所定の長さ増分おきの総毛羽長からなる炭素繊維基材を用いたＣＦＲＰ、及び、各物性比率（曲げ強さ比率、層間剥離強さ比率）を求めるための比較用としての積層面に毛羽を有さない３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰが製造される。
【００５２】
このようにして製造したＣＦＲＰをダイヤモンドカッタで切り出して、各サンプルの試験片を作製した。なお、試験片の切り出しサイズについては、層間せん断試験（層間剥離強さを求めるための試験）の試験片は、支点間距離１５mmを確保するために１０×２０×３mmとし、曲げ試験（曲げ強さを求める試験）の試験片は、支点間距離８０mmを確保するために：１５×１００×３mmとしてある。その上で、各サンプルについて、層間せん断試験（ＪＩＳ Ｋ ７０７８）及び曲げ試験（ＪＩＳ Ｋ ７０７４）の２種類の予備試験を行った。
【００５３】
なお、本実施例では、曲げ試験により、ＣＦＲＰとしての強度を評価している。これは、一般に構造体に用いられる部材は、曲げ負荷がかかる状況で使用される場合が多いため、部材の曲げ強さは、構造体の設計や評価において重要な強さであるからである。そして、部材に曲げ応力が作用した場合、部材には、引張と圧縮の双方の歪が発生し、部材の破壊は引張強さと圧縮強さのいずれか低い方の強度に依存する。
【００５４】
なお、層間せん断試験は、２支点間の方向をサンプルの経糸方向に合わせて行うこととした。ちなみに、層間せん断試験では、２支点間の方向を、サンプルの経糸方向に合わせて行った場合の試験結果とサンプルの緯糸方向に合わせて行った倍の試験結果とを比較すると、双方の試験結果は殆ど変わらない。これは、ＣＦＲＰにおける層間剥離に破壊の方向性が無いためである。一方、曲げ試験については、２支点間の方向をサンプルの経糸方向に合わせる経方向曲げ試験と、２支点間の方向をサンプルの緯糸方向に合わせる緯方向曲げ試験とを行った。
【００５５】
図１のグラフには、前記予備試験の結果として、経緯比率０％の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する総毛羽長と各物性比率との関係が示されている。なお、その予備試験では、層間せん断試験および曲げ試験において、同一の総毛羽長のサンプルについて各々３つの試験片を作成し、その３つの試験片のそれぞれについて試験を行うと共に、その測定データの平均値を求めており、図１のグラフは、その平均値に基づいた近似曲線として描かれている。但し、予備試験を行った結果として、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの３種類の各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰについて、何れも同等の傾向が得られたことから、図１のグラフでは、３Ｋの炭素繊維基材の結果のみを示している。そして、図１のグラフでは、層間剥離強さ比率の近似曲線を曲線ａ、経方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｂ、緯方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｃとして、それぞれ示している。
【００５６】
この図１のグラフから分かるように、層間剥離強さ比率（曲線ａ）は、山なりの傾向を示している。具体的には、層間剥離強さ比率は、総毛羽長の増加に伴って増加してゆき、総毛羽長１２０cm/cm2付近のところでピーク値に達し、その後、低下する傾向となっている。このような傾向を示す理由は、次のように推測される。
【００５７】
まず、総毛羽長が増加すると、炭素繊維基材の表面積が増えて炭素繊維基材とマトリックス樹脂との結合が強固になるため、毛羽の無い状態からの総毛羽長の増加に伴って層間剥離強さが向上する傾向を示す。一方で、総毛羽長が長くなるということは、それに伴って切断されるフィラメントの数が多くなるということであり、総毛羽長の増加に伴って炭素繊維基材を形成する炭素繊維マルチフィラメント糸自体の強度が低下するため、それに起因して、総毛羽長がある長さを超えた時点で層間剥離強さ比率が低下する傾向を示す。その結果、層間剥離強さ比率は、上記のような山なりの曲線となる傾向を示す。そして、この図１のグラフから、層間剥離強さが１０％以上向上する総毛羽長の範囲は、６０cm/cm2＜総毛羽長＜１８０cm/cm2の範囲であることが読み取れる。言い換えれば、総毛羽長が１８０cm/cm2よりも短く６０cm/cm2よりも長い範囲において、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの層間の剥離強さが向上する。なお、層間剥離強さの向上１０％という数値の根拠については、以下に説明する通りである。
【００５８】
本発明は、積層面に毛羽のない炭素繊維基材を積層したものと比べてＣＦＲＰの製造について大幅なコストアップをすることなく、ＣＦＲＰの製品寿命の観点から要求される層間剥離強さを向上させることを目的としており、炭素繊維基材の積層面に毛羽を形成することにより必然的に発生するコストアップとの兼ね合いにおいて、層間剥離強さを１０％以上向上させることを目的としている。
【００５９】
なお、経緯比率は、層間剥離強さに影響しない。言い換えれば、総毛羽長が同じであれば、層間剥離強さは変わらない。従って、図１は、経緯比率が０％の場合についての予備試験の結果を示すものであるが、総毛羽長が同じであれば、経緯比率が０％以外の場合においても、総毛羽長と層間剥離強さとの関係は、図１のグラフにおける曲線ａとほぼ同じ結果となる。
【００６０】
また、図１のグラフから分かるように、緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、総毛羽長の増加に伴って低下してゆく傾向を示している。このような傾向を示す理由は、この予備試験では経緯比率０％の炭素繊維基材から製造されるＣＦＲＰを用いて試験が行われるものであり、総毛羽長を増加させることはそのまま緯糸におけるフィラメントの切断量の増加につながるため、総毛羽長の増加に伴ってフィラメントが切断される基材表面の緯糸（炭素繊維糸）自体の強度が低下するためと考えられる。
【００６１】
これに対し、経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、僅かではあるが、総毛羽長の増加に伴って山なりに向上する傾向を示している。そして、総毛羽長が９０〜１５０cm/cm2の範囲で、最大３％程度の曲げ強さ比率の向上が認められる。このような傾向を示す理由は、次のように推測される。
【００６２】
経糸に対し緯糸を織り込んだ状態で形成された炭素繊維基材においては、緯糸における一部のフィラメントを切断することにより、緯糸の張力が緩和され、経糸のクリンプ部（弓なりに湾曲する部分）に発生するクリンプ応力が緩和される影響を受けて、経糸の強度が向上するためと考えられる。そして、この図１のグラフから、経方向曲げ強さ比率が向上する総毛羽長の範囲は、０cm/cm2＜総毛羽長＜２５０cm/cm2の範囲であることが読み取れる。言い換えれば、総毛羽長が２５０cm/cm2よりも短ければ、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて、炭素繊維基材を用いて製造したＣＦＲＰの経方向曲げ強さが向上する。
【００６３】
以上の予備試験結果から、平織組織の炭素繊維基材において緯糸のみを切断した状態、すなわち経緯比率０％の場合について、総毛羽長が２５０cm/cm2よりも短い範囲では、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて、経方向曲げ強さが向上するという結果が得られた。そのことから、炭素繊維基材においては、経緯比率が０％以外の場合、すなわち、経糸の一部のフィラメントを切断して毛羽を形成する場合であっても、そのフィラメントの切断によって経糸の方向に関する強度は低下するものの、その毛羽の割合が積層面における全毛羽に対する特定の割合未満であれば、前記クリンプ応力の緩和による経糸の強度の向上により、経糸の方向に関する強度を、積層面に毛羽のない炭素繊維基材と比べて同程度かそれ以上とすることができ、そのような炭素繊維基材を用いれば、層間剥離強さを向上させつつも、強度が求められる方向に関する曲げ強さを所望のレベルとしたＣＦＲＰを製造することが可能となることが推測される。
【００６４】
そこで、本試験では、前記予備試験結果に基づき、層間剥離強さ比率が１００％を下回らない範囲であって好ましい範囲としての１１０％を超える範囲、すなわち、総毛羽長が１８０cm/cm2よりも短く６０cm/cm2よりも長い範囲において、経方向曲げ強さ比率が１００％を下回らない経緯比率を求めるべく試験を行った。
【００６５】
〔本試験〕
本試験では、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの３種類の炭素繊維基材について、前記範囲内の３種類の総毛羽長における経緯比率と各物性比率との関係を評価することとした。なお、本試験でも予備試験と同様に、毛羽の作成、ＣＦＲＰの作成、および、サンプルの切り出し等を行った。
【００６６】
その上で、本試験では、上記３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材のそれぞれで、総毛羽長６０、９０、１８０cm/cm2の３通りについて、経緯比率が０〜５０％の範囲で異なる複数のサンプルを作成して曲げ試験を行い、各総毛羽長における経緯比率と曲げ強さ比率との関係を評価した。なお、上記３通りの総毛羽長は、いずれも層間剥離強さ比率は１１０％を超えていると想定されるが、確認のため、各経緯比率における層間せん断試験も行った。
【００６７】
その結果としての上記３通りの総毛羽長についての前記本試験の結果を、図２〜４のグラフに示す。なお、その本試験でも、前記予備試験と同様に、層間せん断試験および曲げ試験において、同一の経緯比率のサンプルについて各々３つの試験片を作成し、その３つの試験片のそれぞれについて試験を行うと共に、その測定データの平均値を求めており、図２〜４の各グラフは、その平均値に基づいた近似曲線として描かれている。そして、図２〜４の各グラフでは、層間剥離強さ比率の近似曲線を曲線ａ、経方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｂ、緯方向曲げ強さ比率の近似曲線を曲線ｃとして、それぞれ示している。さらに、図２〜４の各グラフでは、各曲線ａ、ｂ、ｃについて、３Ｋの炭素繊維基材の結果を実線で、６Ｋの炭素繊維基材の結果を点線で、１２Ｋの炭素繊維基材の結果を二点鎖線として、それぞれ示している。
【００６８】
図２のグラフには、前記本試験の結果として、総毛羽長６０cm/cm2の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と各物性比率との関係が示されている。
【００６９】
この図２のグラフから、層間剥離強さ比率（曲線ａ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、０〜５０％の範囲となる経緯比率で、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、層間剥離強さが１０％以上向上しており、ほぼ横這いの傾向となっている。つまり、経緯比率が変化しても総毛羽長が一定であれば、層間剥離強さにあまり差異がない傾向が確認される。
【００７０】
また、図２のグラフから、曲げ強さ比率のうちの緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％から経緯比率が５０％（等比率）に近づくにつれて、緯方向曲げ強度比率が徐々に向上してゆく傾向となっている。このような傾向を示す理由は、経緯比率の増加に伴って基材表面の緯糸（炭素繊維糸）における切断されるフィラメントが減少して緯糸自体の強度が向上するためと考えられる。
【００７１】
これに対して、曲げ強さ比率のうちの経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０％（最大の不等な比率）で経方向曲げ強さ比率が１０２％を超える結果となった。そして、０＜経緯比率＜５０％、すなわち、不等な比率の範囲内で、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも常に高い結果を得るとともに、経緯比率が０％から５０％（等比率）に近づくにつれて、経方向曲げ強さ比率が低下し、経緯比率５０％（等比率）では、緯方向曲げ強さ比率とほぼ一致し、９８〜９９％程度となった。
【００７２】
そして、この図２のグラフから、総毛羽長６０cm/cm2の場合においては、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材によるＣＦＲＰともに、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて経方向曲げ強さが向上する経緯比率の範囲は、経緯比率＜３０％の範囲であることが読み取れる。
【００７３】
以上から、経糸の方向をＣＦＲＰとして強度が求められる方向に揃えた状態で炭素繊維基材１を積層したＣＦＲＰにおいて、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１を、総毛羽長６０cm/cm2の場合において経緯比率を３０％未満とすることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させずに、層間剥離強さを１０％以上向上させたＣＦＲＰを得ることができるという結果が得られた。因みに、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％で経方向曲げ強さ比率が１００％を超える値となっている理由は、予備試験でも述べたように、緯糸における一部のフィラメントを切断することにより、緯糸の張力が緩和され、経糸のクリンプ部に発生するクリンプ応力が緩和される影響を受けて、経糸の強度が向上したためと考えられる。
【００７４】
また、図３のグラフには、前記本試験の結果として、総毛羽長９０cm/cm2の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と各物性比率との関係が示されている。
【００７５】
この図３のグラフから分かるように、層間剥離強さ比率（曲線ａ）については、やはり３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０〜５０％の範囲で、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、層間剥離強さが１２％以上向上しており、総毛羽長６０cm/cm2の場合と同様の傾向となっている。
【００７６】
また、図３のグラフから、曲げ強さ比率についても、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、総毛羽長６０cm/cm2の場合と同様の傾向を示すことが確認される。すなわち、曲げ強さ比率のうちの緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％から経緯比率が５０％（等比率）に近づくにつれて、緯方向曲げ強度比率が徐々に向上してゆき、経緯比率５０％（等比率）での緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）は、９８％程度となっている。
【００７７】
一方、曲げ強さ比率のうちの経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０％（最大の不等な比率）で経方向曲げ強さ比率が１０３％を超える結果となった。そして、０＜経緯比率＜５０％、すなわち、不等な比率の範囲内で、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも常に高い結果を得るとともに、経緯比率が０％から５０％（等比率）に近づくにつれて、経方向曲げ強さ比率が低下し、経緯比率５０％（等比率）では、緯方向曲げ強さ比率とほぼ一致し、９８％程度となった。
【００７８】
この図３のグラフからは、総毛羽長９０cm/cm2の場合においては、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材によるＣＦＲＰともに、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて経方向曲げ強さが向上する経緯比率の範囲は、経緯比率＜２５％の範囲であることが読み取れる。
【００７９】
以上から、経糸２の方向をＣＦＲＰとして強度が求められる方向に揃えた状態で炭素繊維基材１を積層したＣＦＲＰにおいて、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１を、総毛羽長９０cm/cm2の場合において経緯比率２５％未満とすることにより、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させずに、層間剥離強さを１２％以上向上させることができるという結果が得られた。
【００８０】
さらに、図４のグラフには、前記本試験の結果として、総毛羽長１８０cm/cm2の炭素繊維基材で製造されたＣＦＲＰに対する経緯比率と各物性比率との関係が示されている。
【００８１】
この図４のグラフから分かるように、層間剥離強さ比率（曲線ａ）については、やはり３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、０〜５０％の範囲で、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、層間剥離強さが１０％以上向上しており、総毛羽長６０cm/cm2、総毛羽長９０cm/cm2の場合と同様の傾向となっている。
【００８２】
また、図４のグラフから、曲げ強さ比率についても、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、総毛羽長６０cm/cm2、総毛羽長９０cm/cm2の場合と同様の傾向を示すことが確認される。経緯比すなわち、曲げ強さ比率のうちの緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材ともに、経緯比率０％から経緯比率が５０％（等比率）に近づくにつれて、緯方向曲げ強度比率が徐々に向上してゆき、経緯比率５０％（等比率）での緯方向曲げ強さ比率（曲線ｃ）は、９５〜９６％程度となっている。
【００８３】
一方、曲げ強さ比率のうちの経方向曲げ強さ比率（曲線ｂ）については、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材を積層したＣＦＲＰともに、経緯比率０％（最大の不等な比率）で経方向曲げ強さ比率が１０２％を超える結果となった。そして、０＜経緯比率＜５０％、すなわち、不等な比率の範囲内で、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも常に高い結果を得るとともに、経緯比率が０％から５０％（等比率）に近づくにつれて、経方向曲げ強さ比率が低下し、経緯比率５０％（等比率）では、緯方向曲げ強さ比率とほぼ一致し、９５〜９６％程度となった。
【００８４】
そして、この図４のグラフから、総毛羽長１８０cm/cm2の場合においては、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋの各炭素繊維基材によるＣＦＲＰともに、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを用いて製造したＣＦＲＰと比べて経方向曲げ強さが向上する経緯比率の範囲は、経緯比率＜２０％の範囲であることが読み取れる。
【００８５】
以上の３つの本試験結果から、炭素繊維基材１における経糸２の方向を揃えた状態で積層されたＣＦＲＰにおいては、各炭素繊維基材１の積層面における総毛羽長が１８０cm/cm2〜６０cm/cm2の範囲では、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋのいずれの各炭素繊維基材１を積層したＣＦＲＰについても、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べて層間剥離強さを１０％以上向上させつつも、経緯比率が５０％未満の不等な比率の範囲において、経方向曲げ強さ比率が緯方向曲げ強さ比率よりも高くなるという結果が得られた。特に、経緯比率２０％未満であれば、層間剥離強さを向上させるべく各炭素繊維基材１に毛羽を形成しつつも、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させずに層間剥離強さを１０％以上向上させ得るという結果が得られた。
【００８６】
従って、本実施例のＣＦＲＰでは、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１を、総毛羽長１８０cm/cm2〜６０cm/cm2の範囲において経緯比率２０％未満とし、その上で、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の経糸２の方向を、そのＣＦＲＰを用いて製造される最終製品の強度が求められる方向と一致させたかたちで最終製品を製造するものとしており、それにより、ＣＦＲＰ自体の層間剥離強さの向上に伴って製品寿命を向上させることができると共に、強度が求められる方向の強度を維持又は向上させることができる。
【００８７】
なお、本発明による炭素繊維基材及びＣＦＲＰは、前記実施例のものに限定されず、以下のようなものも含む。
【００８８】
前記実施例では、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１における経緯比率２０％未満として、積層面に毛羽のない炭素繊維基材のみを積層したＣＦＲＰと比べ、経糸方向の曲げ強さを低下させないものとしたが、本発明によるＣＦＲＰ、及びそのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１は、これに限定されるものではなく、炭素繊維基材１における経糸２に形成された毛羽の総毛羽長と緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長とが単に不等なものであってもよい。
【００８９】
すなわち、ＣＦＲＰの層間剥離強さを向上させるべく、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１に毛羽を形成することを前提とした場合において、前記試験結果から明らかなように、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の経糸２の総毛羽長と緯糸３の総毛羽長とを等しく（等比率であって前記実施例の場合の経緯比率５０％）すると、経糸２の方向の強度と緯糸３の方向の強度とが同じレベルで低下するものとなるが、前記実施例の経緯比率５０％未満のように経糸２に形成された毛羽の総毛羽長と緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長とを不等とすることにより、少なくとも総毛羽長の短い方の糸（経糸）の方向の強度を上記等比率の場合と比べて向上させることができ、最終製品において特定の方向の強度が優先される場合において有効であるため、本発明はそのような場合も含むものである。
【００９０】
なお、前記実施例では、ＣＦＲＰにおけるそのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の経糸２の方向、すなわち、総毛羽長の短い方の糸の方向を、最終製品のためにＣＦＲＰとして強度が求められる方向としているが、これに限らず、総毛羽長の短い方の糸の方向がＣＦＲＰとして強度が求められる方向に対し±４５°以内の角度を成すものであってもよい。
【００９１】
すなわち、前記実施例の場合で言うと、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の経緯比率５０％未満である場合において、そのような炭素繊維基材１を積層して構成されたＣＦＲＰを、その炭素繊維基材１における経糸２の方向がＣＦＲＰとして強度が求められる方向（以下、「強度方向」とも言う。）に対し角度を成しているとしても、その角度が±４５°以内であれば、経糸２及び緯糸３における毛羽全体の上記強度方向と該強度方向に直交する方向との割合で考えた場合、強度方向の毛羽の割合が強度方向に直交する方向の割合に対し小さくなる、すなわち、不等となるからである。そして、その場合も、前記実施例のように経糸２の方向を強度方向と一致させた場合と同様に、最終製品に用いられる状態（炭素繊維基材１における総毛羽長の少ない方の糸（経糸２）の方向が強度方向に対し角度を成した状態）でのＣＦＲＰにおける強度方向の強度を、毛羽が等比率の場合と比べて向上させることができる。なお、ＣＦＲＰにおける総毛羽長の少ない糸の方向を、最終製品のためにＣＦＲＰとして強度が求められる方向に対し角度を成した状態とするということは、言い換えれば、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１が、総毛羽長の少ない糸の方向がＣＦＲＰとして強度が求められる方向に対し角度を成して積層される、ということになる。
【００９２】
また、前記実施例では、ＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１を、各積層面に毛羽が形成されると共に、その積層面における総毛羽を同じ長さに統一されたものとしているが、本発明はこれに限らず、各炭素繊維基材１の積層面における総毛羽長を異ならせるようにしても良い。具体的には、ＣＦＲＰにおいては、炭素繊維基材を積層する厚み方向（以下、「積層方向」という。）における中央部において炭素繊維基材の剥離が発生し易いことから、特に、その中央部での層間剥離強さを向上させることを目的として、以下の（１）〜（４）の実施形態とすることも可能である。
【００９３】
（１）中央部に位置する炭素繊維基材（積層枚数が奇数枚の場合は積層方向の中央に位置する炭素繊維基材、積層枚数が偶数枚の場合は積層方向の中央を挟む２枚の炭素繊維基材）、又はその中央部付近に位置する複数枚の炭素繊維基材にのみ積層面に毛羽が形成し、他の炭素繊維基材については毛羽を有さないものとしてもよい。この場合でも、積層面に毛羽の無い炭素繊維基材のみを積層してＣＦＲＰを製造した場合と比べて製品の寿命を向上させることができると共に、一部の炭素繊維基材に毛羽を形成しつつも、強度方向（前記実施例の場合の経糸２の方向）における強度の低下を抑える、あるいは向上させることができる。また、この場合は、前記実施例と比べ、積層方向における剥離し難い位置にある炭素繊維基材には毛羽を形成していないため、強度方向と直交する方向における強度低下も抑えられる。
【００９４】
（２）中央部に位置する炭素繊維基材１における積層面の総毛羽長を、層間剥離強さ比率に有利な総毛羽長１００〜１５０cm/cm2の範囲に収まるものにすると共に、中央部から遠ざかるにつれて炭素繊維基材１における積層面の総毛羽長を徐々に少なくして、ＣＦＲＰが構成されるようにしてもよい。この場合も前記（１）と同様の効果が得られる。但し、前記（１）と比べ、ＣＦＲＰ全体としての層間剥離強さは向上するものの、強度方向及び強度方向と直交する方向の強度は若干低下する。
【００９５】
（３）ＣＦＲＰの最表面を除く中間層に使用される炭素繊維基材について、前記実施例と同様に、２つの積層面のそれぞれに毛羽を形成するが、その両積層面における総毛羽長を異ならせるようにしてもよい。但し、その場合において、２つの積層面のうちの積層方向の中央部側に面する方の積層面における総毛羽長を、もう一方の積層面における総毛羽長よりも長くすることが好ましい。そして、この場合においても、前記（２）とほぼ同様の効果が得られる。
【００９６】
（４）前記中間層に使用される炭素繊維基材について、２つの積層面のうち一方の積層面にのみ毛羽を形成するものであってもよい。例えば、前記（１）のように積層方向における中央部に位置する炭素繊維基材のみに毛羽を形成する場合において、中央を挟む２枚の炭素繊維基材又は中央部に位置する２枚の炭素繊維基材のそれぞれに対し、その２つの積層面のうち一方の積層面にのみ毛羽が形成すると共に、両炭素繊維基材の毛羽が形成された積層面同士を向かい合わせた状態で炭素繊維基材が積層されるものとしてもよい。この場合でも、前記（１）とほぼ同様の効果が得られる。
【００９７】
また、前記実施例では、同じ経緯比率の炭素繊維基材１を積層して構成される、すなわち、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の毛羽が形成される積層面における全毛羽の総毛羽長に対する強度方向の毛羽の総毛羽長の割合（以下、「毛羽比率」という。）が同じであるものとしたが、本発明におけるＣＦＲＰは、これに限らず、ＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１の積層面における毛羽比率を、互いに異ならせるようにしても良い。
【００９８】
例えば、ＣＦＲＰにおいては、曲げ力が作用した場合、積層方向における端部付近に位置する炭素繊維基材が破壊し易いことから、積層方向における端部付近に位置する炭素繊維基材１について、その積層面における毛羽比率を、他の炭素繊維基材１の積層面よりも小さくするようにしてもよい。この場合、各積層面における総毛羽長が前記実施例と同じであれば、層間剥離強さに関しては前記実施例と同様の効果が得られると共に、強度方向に関する曲げ強さに関しては前記実施例よりも向上させることができる。また、この場合において、炭素繊維基材１の表裏２つの積層面５、６における経緯比率を互いに異ならせるようにしてもよい。
【００９９】
また、前記実施例では、強度方向を経糸２の方向とした上で、ＣＦＲＰ全体として、すなわち、そのＣＦＲＰを構成する全炭素繊維基材１の積層面に形成された毛羽４の合計において、経緯比率（毛羽比率）２０％未満を実現すべく、そのＣＦＲＰを構成する炭素繊維基材１の積層面に形成される毛羽４について、同じ経緯比率にすると共にその経緯比率を２０％未満としたが、本発明はこれに限らず、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満を実現する上で、例えば、以下の（１）〜（３）のようにしてＣＦＲＰを構成してもよい。
【０１００】
（１）前記実施例と同様に強度方向を経糸２の方向とした場合において、積層面における総毛羽長が等しい複数の炭素繊維基材１であって、経緯比率の異なる複数の炭素繊維基材１の組み合わせにより、ＣＦＲＰ全体としての経緯比率（毛羽比率）が２０％未満となるようにしてもよい。具体的には、例えば、積層面における総毛羽長が等しい炭素繊維機材１を１０枚積層してＣＦＲＰを構成する場合において、「経緯比率０％×８枚＋経緯比率９９％×２枚」、「経緯比率１０％×５枚＋経緯比率２９％×５枚」、「経緯比率０％×２枚＋経緯比率１０％×２枚＋経緯比率２０％×２枚＋経緯比率３０％×２枚＋経緯比率３９％×２枚」等、種々の組み合わせを採用することにより、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満を得るものとしてもよい。
【０１０１】
（２）前記（１）の場合において、積層面における総毛羽長が異なる複数の炭素繊維基材１を用いる場合には、次のような組み合わせが考えられる。例えば、積層枚数を９枚とし、「総毛羽長６０cm/cm2で経緯比率０％×８枚＋総毛羽長１２０cm/cm2で経緯比率９９％×１枚」、「総毛羽長９０cm/cm2で経緯比率１０％×５枚＋総毛羽長９０cm/cm2で経緯比率３０％×３枚＋総毛羽長１８０cm/cm2で経緯比率２９％×１枚」、「総毛羽長６０cm/cm2で経緯比率０％×２枚＋総毛羽長１８０cm/cm2で経緯比率１０％×１枚＋総毛羽長６０cm/cm2で経緯比率２０％×３枚＋総毛羽長９０cm/cm2で経緯比率３０％×２枚＋総毛羽長１２０cm/cm2で経緯比率３９％×１枚」等。これら種々の組み合わせによっても、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満とすることができる。
【０１０２】
（３）前記（１）、（２）の場合、経糸２の方向、すなわち、総毛羽長の少ない方の糸の方向を強度方向に揃えて炭素繊維基材１を積層するものとしたが、総毛羽長が少ない糸の方向が強度方向に対し角度を成している場合であっても、前記（１）、（２）の組み合わせの考え方を適用できる。すなわち、総毛羽長の少ない方の糸の方向が強度方向に成す角度に基づき、経糸２及び緯糸３のそれぞれにおける総毛羽長のうちの強度方向の割合を求めて各炭素繊維基材１における毛羽比率を求め、前記（１）、（２）における経緯比率を毛羽比率に置き換えることにより、ＣＦＲＰ全体として毛羽比率２０％未満を実現することができる。なお、この場合、同じ経緯比率の炭素繊維基材１であっても、上記角度が異なることにより、異なる毛羽比率の炭素繊維基材１として扱われる。
【０１０３】
また、強度方向に関する曲げ強さが所望のレベルを満たす範囲内で、ＣＦＲＰは、そのＣＦＲＰを構成する複数枚の炭素繊維基材１の中に、総毛羽長の少ない糸の方向が任意の方向に向けられた炭素繊維基材１を含むものであってもよい。
【０１０４】
例えば、最終製品を考慮したＣＦＲＰの厚みに基づいて設定される炭素繊維基材１の積層枚数について、その所要枚数よりも少ない枚数の炭素繊維基材１で強度方向における所望の曲げ強さが得られるのであれば、それ以外の炭素繊維基材１については、毛羽比率が５０％を超えるもの（経緯比率が５０％に近いものであって経糸２の方向が強度方向に対し４５°よりも大きい角度を成すもの）等であってもよい。
【０１０５】
また、前記実施例では、炭素繊維基材１は、経糸２と緯糸３とが９０°の角度で交差する（直交する）織物として構成されているが、これに限らない。例えば、経糸２と緯糸３とが直交しない斜め織り織物であってもよい。そして、その場合は、前述のように、一方の糸の方向を基準として考えた場合、他方の糸に形成された毛羽は、その角度に応じて一方の糸の方向の成分とそれに直交する方向の成分とに分けて取り扱うものとする。
【０１０６】
例えば、炭素繊維基材１における緯糸３のフィラメントのみを切断して毛羽４を形成し、炭素繊維基材１における経緯比率２０％を得る場合、緯糸３が経糸２に対して直交する向きから約３３．７°程度傾くと、緯糸３における経糸２の方向の成分が約４０％となり、経糸２も含めた基材全体に対する割合に換算すると２０％程度となる。したがって、この場合に、炭素繊維基材１は、緯糸３における前記経糸２の方向の成分が２０％未満となる約３３．７°までであれば、緯糸３の傾きを許容してもよい。
【０１０７】
また、上記各実施例では、炭素繊維基材１は、その織物組織を平織組織としているが、本発明における炭素繊維基材１はこれに限らず、綾織組織や朱子織組織の織物であってもよい。
【０１０８】
なお、炭素繊維基材１が綾織組織や朱子組織の織物の場合、炭素繊維基材１の表裏二面における経糸２及び緯糸３の現れ方が異なる状態となる。従って、この場合には、炭素繊維基材１の積層面における経糸２と緯糸３との現れ方に応じて、経緯比率を取り扱うようにしてもよい。
【０１０９】
ちなみに、朱子組織及び綾織組織において、炭素繊維基材１の表裏二面における経糸と緯糸との現れ方の異なることに伴って、経糸と緯糸とで交錯点の間隔が異なる為、形成される毛羽長さも経糸と緯糸とで異なり、各総毛羽長はその影響を受けることになる。
【０１１０】
また、前記実施例では、炭素繊維基材１は、フィラメント数の同じ炭素繊維糸（３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ等）を製織した織物としているが、本発明はこれに限らない。例えば、炭素繊維基材１は、経糸２と緯糸３とにフィラメント数が異なる炭素繊維糸を用いた織物としてもよい。そして、この場合に、経糸２と緯糸３の炭素繊維糸のフィラメント数の割合に応じて、経緯比率を取り扱うようにしてもよい。
【０１１１】
また、前記実施例では、ＣＦＲＰを構成する各炭素繊維基材１は、経糸２及び緯糸３のうちの主に緯糸３における炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して毛羽を形成しているが、本発明はこれに限らず、ＣＦＲＰとして強度が求められる方向と糸の方向との兼ね合いで、経糸２と緯糸３との関係（毛羽の状態等）を、以上で説明した例において全て逆としてもよい。すなわち、前記実施例の場合で言うと、主に経糸２の一部のフィラメントを切断して毛羽を形成したものとし、緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長を経糸２及び緯糸３に形成された毛羽の総毛羽長の合計の５０％未満（前記実施例の経緯比率で言うと５０％超）であって、より好ましくは２０％未満（前記実施例の経緯比率で言うと８０％超）としたものであってもよい。
【０１１２】
前記実施例では、ＣＦＲＰは、炭素繊維基材１をハンドレイアップ法により積層して製造されているが、これに限らない。炭素繊維基材１に対して、予め各積層面にマトリックス樹脂シートを貼り付けてプリプレグを製造した上で、前記製造したプリプレグを所望の枚数積層してオートクレーブ成型によりＣＦＲＰを製造してもよい。または、ＣＦＲＰは、複数枚の炭素繊維基材１を予め積層した状態で金型に配置した上で、ＲＴＭ成形法によってマトリックス樹脂を注入含浸して製造するようにしてもよい。
【０１１３】
なお、炭素繊維基材１は、積層面に毛羽４を作成する際の炭素繊維糸におけるフィラメントの切断ピッチを等間隔とする必要はなく、積層面における所望の総毛羽長や経緯比率を得るように、不等間隔で炭素繊維糸（経糸２または緯糸３）の一部のフィラメントを切断して毛羽４を作成すればよい。
【０１１４】
また、上記各実施例では、炭素繊維基材１は、経糸２および緯糸３を炭素繊維糸でのみ形成された炭素繊維基材としているが、これに限らない。炭素繊維糸の一部のフィラメントを切断して得た毛羽における総毛羽長や経緯比率が許容できる範囲内で、経糸２や緯糸３に炭素繊維糸以外の糸（例えばガラス繊維糸やアラミド繊維糸やポリエチレン繊維糸等）を含むハイブリッドタイプの炭素繊維基材１であってもよい。
【０１１５】
さらに、前記実施例では、ＣＦＲＰは、そのマトリックス樹脂を熱硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂としているが、これに限らず、そのマトリックス樹脂を他の熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等としてもよいし、熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル樹脂等としてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１炭素繊維基材 ２経糸
３緯糸 ４毛羽
５面（積層面） ６面（積層面）
ａ層間剥離強さ比率 ｂ経方向曲げ強さ比率
ｃ緯方向曲げ強さ比率 ｄ経糸方向
ｅ緯糸方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチック用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材において、
積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であることを特徴とする炭素繊維基材。
【請求項２】
前記経糸及び前記緯糸のうちの一方の糸の方向に関する総毛羽長が前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満であることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維基材。
【請求項３】
炭素繊維強化プラスチック用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材を複数枚積層して製造される炭素繊維強化プラスチックにおいて、
前記複数枚の炭素繊維基材のうちの少なくとも一枚は、その積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された前記毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された前記毛羽の総毛羽長とが不等とされており、且つ、
前記経糸及び前記緯糸のうちの前記総毛羽長の短い方が炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対し４５°以内の角度を成して積層されていることを特徴とする炭素繊維強化プラスチック。
【請求項４】
前記毛羽を形成した前記炭素繊維基材における炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する総毛羽長の合計が、前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満であることを特徴とする請求項３記載の炭素繊維強化プラスチック。
【請求項５】
前記毛羽を形成した前記炭素繊維基材における前記経糸及び前記緯糸のうちの一方の総毛羽長が前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満であり、
その炭素繊維基材が前記一方の糸を炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に向けて積層されていることを特徴とする請求項３記載の炭素繊維強化プラスチック。
【請求項１】
炭素繊維強化プラスチック用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材において、
積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された毛羽の総毛羽長とが不等であることを特徴とする炭素繊維基材。
【請求項２】
前記経糸及び前記緯糸のうちの一方の糸の方向に関する総毛羽長が前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満であることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維基材。
【請求項３】
炭素繊維強化プラスチック用の炭素繊維基材であって互いに交差する炭素繊維マルチフィラメント糸の経糸と緯糸とで形成されている炭素繊維基材を複数枚積層して製造される炭素繊維強化プラスチックにおいて、
前記複数枚の炭素繊維基材のうちの少なくとも一枚は、その積層面のうちの少なくとも一方が前記炭素繊維マルチフィラメント糸の一部のフィラメントを切断して形成された毛羽を有すると共に前記経糸に形成された前記毛羽の総毛羽長と前記緯糸に形成された前記毛羽の総毛羽長とが不等とされており、且つ、
前記経糸及び前記緯糸のうちの前記総毛羽長の短い方が炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に対し４５°以内の角度を成して積層されていることを特徴とする炭素繊維強化プラスチック。
【請求項４】
前記毛羽を形成した前記炭素繊維基材における炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に関する総毛羽長の合計が、前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満であることを特徴とする請求項３記載の炭素繊維強化プラスチック。
【請求項５】
前記毛羽を形成した前記炭素繊維基材における前記経糸及び前記緯糸のうちの一方の総毛羽長が前記経糸及び前記緯糸の総毛羽長の合計の２０％未満であり、
その炭素繊維基材が前記一方の糸を炭素繊維強化プラスチックとして強度が求められる方向に向けて積層されていることを特徴とする請求項３記載の炭素繊維強化プラスチック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０８１９４（Ｐ２０１３−１０８１９４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４２６１（Ｐ２０１１−２５４２６１）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００２１５１０９）津田駒工業株式会社 (226)
【出願人】（５０４２５５６８５）国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００２１５１０９）津田駒工業株式会社 (226)
【出願人】（５０４２５５６８５）国立大学法人京都工芸繊維大学 (203)
【Ｆターム（参考）】
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