炭素繊維束への樹脂含浸方法
【課題】
炭素繊維束の走行位置安定化、開繊性を向上させた後に樹脂含浸させて、毛羽の少ない品位の良い、特にＦＡＷ５５ｇ／ｍ２以下の薄肉プリプレグを安定して生産する。
【解決手段】
炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、糸道ガイドに接触させた後、開繊バーを経て樹脂含浸槽に導き、炭素繊維束に樹脂を含浸せしめるに際し、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、炭素繊維束の走行位置を規定する位置規定ガイドに接触させた後、走行する炭素繊維束を、開繊バーとして、表面の最大高さＲｍａｘが２〜２０μｍの範囲内であり、隣り合うバーの面間距離を１０〜１００ｍｍの範囲内に保った複数本の固定梨地バーを用いて、固定梨地バーに対する炭素繊維束の各接触角の合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とする炭素繊維束への樹脂含浸方法。
炭素繊維束の走行位置安定化、開繊性を向上させた後に樹脂含浸させて、毛羽の少ない品位の良い、特にＦＡＷ５５ｇ／ｍ２以下の薄肉プリプレグを安定して生産する。
【解決手段】
炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、糸道ガイドに接触させた後、開繊バーを経て樹脂含浸槽に導き、炭素繊維束に樹脂を含浸せしめるに際し、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、炭素繊維束の走行位置を規定する位置規定ガイドに接触させた後、走行する炭素繊維束を、開繊バーとして、表面の最大高さＲｍａｘが２〜２０μｍの範囲内であり、隣り合うバーの面間距離を１０〜１００ｍｍの範囲内に保った複数本の固定梨地バーを用いて、固定梨地バーに対する炭素繊維束の各接触角の合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とする炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維を補強用繊維として用いてなる複合材料を、ドラムワインド法（以下、ＤＷ法と略す）やフィラメントワインド法（以下、ＦＷ法と略す）で製造する際に好適に適用される、炭素繊維束への樹脂含浸方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維束にウェット樹脂を含浸する加工法として、ＤＷ法やＦＷ法が広く知られている。近年、製品をより軽量化させる検討がなされるに従い、プリプレグシート等の中間製品に関し、薄肉化の要求が高まっている。薄肉化するための方策として、できるだけ太い炭素繊維束を可能な限り開繊し、単位面積当たりの炭素繊維重量（ＦＡＷ）を小さくすることがコスト面で有利であるが、太い炭素繊維束をより均一に扁平化することは非常に困難で様々な検討がなされてきた。例えば、炭素繊維の製造方法として扁平で糸幅を広く、更には糸幅の変動を少なくして巻き取る検討がなされてきたことにより、炭素繊維のパッケージとしては、広幅で均一化されたものが上市され、広く知られるようになってきた。一方で、一旦炭素繊維束パッケージとして巻き取られたボビンから炭素繊維束を引き出して加工する際に、糸道で該扁平糸に撚りが混入したり、扁平糸の一部分が折れ曲がったりしたまま樹脂含浸されることによって、巻き取られたプリプレグシート等の品質や表面外観品位を損ねるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、炭素繊維束を拡幅させる方法として、炭素繊維束を複数本のガイドロールに接触させることが提案されている（特許文献１参照）。この場合、複数本のガイドロール間距離を長くとった場合に拡幅した炭素繊維束が狭まってしまったり、ガイドロール表面粗さが大きい、即ち凹凸の大きいざらざらしたガイドロールでは、炭素繊維束を傷めたり、十分な拡幅効果が得られないことがあった。
【０００４】
また、炭素繊維束に樹脂含浸させる前に、炭素繊維束を拡幅させる方法として、液状樹脂を付与した後、滑らかな曲面を有する擦過体に接触させつつ振動させて炭素繊維束に樹脂を含浸する方法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、低ＦＡＷの薄肉プリプレグを得ようとする場合、樹脂を含浸させた後では炭素繊維束の摩擦係数が上がり、擦過し開繊させることが実質できなくなるばかりでなく、毛羽発生し易くなるという問題点があった。
【０００５】
また、炭素繊維束をドラムに整列させるときに、走行する炭素繊維束が振動により反転したり、ねじれなどが発生して、炭素繊維束の糸幅変動が大きくなるとギャップが発生するなどして品位が悪化するという問題点があった。
【０００６】
一方、走行する炭素繊維束の走行安定性を改善させる方法として、炭素繊維束に樹脂を含浸した後に、炭素繊維を導く２本のロールを反対方向に傾斜した配置とすることが提案されている（特許文献３参照）。この提案により炭素繊維束の走行安定性が向上することができるが、回転するロールのため炭素繊維束を開繊することができず、低ＦＡＷの薄肉プリプレグを得ることができない。また、そのロールの回転を固定させても、傾斜した配置のため、逆に炭素繊維束が集束してしまい、ギャップが発生するという問題点があった。
【特許文献１】特公昭６０−９９６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５５５５号公報
【特許文献３】特開平７−２０５３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来技術の背景に鑑み、炭素繊維束の樹脂含浸時に糸道を安定化させることだけでなく、拡幅させることにより品質・品位・コストに有利な繊維強化成形品を得ることに適した炭素繊維束への樹脂含浸方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法は、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、糸道ガイドに接触させた後、開繊バーを経て樹脂含浸槽に導き、炭素繊維束に樹脂を含浸せしめるに際し、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、炭素繊維束の走行位置を規定する位置規定ガイドに接触させた後、走行する炭素繊維束を、開繊バーとして、表面の最大高さＲｍａｘが２〜２０μｍの範囲内であり、隣り合うバーの面間距離を１０〜１００ｍｍの範囲内に保った複数本の固定梨地バーを用いて、固定梨地バーに対する炭素繊維束の各接触角の合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とする炭素繊維束への樹脂含浸方法である。
【０００９】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の位置規定ガイドは、ガイドロールと該ガイドロールを支持する支持部材とからなり、該支持部材は、前記ガイドロールの回転軸に対し直角にねじれた位置に回転軸を有するものであり、炭素繊維束の糸道の変動に対応して、該支持部材の回転軸を回転中心とする回転により該ガイドロールが走行糸道に対して傾けられることにより、炭素繊維束が固定梨地バー上で軸方向に振れることを抑制するように構成されてなることである。
【００１０】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の位置規定ガイドが、少なくとも２本の回転ガイドロールからなり、該ガイドロールの回転軸は炭素繊維束が続いて接触する固定梨地バーに対してほぼ直角に配置されており、かつ、炭素繊維束との接触角が０．１π〜０．５πｒａｄの範囲内に保たれていることである。
【００１１】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の固定梨地バーは、断面が直径が５〜１００ｍｍの範囲内にある円形状であり、そして、前記の炭素繊維束の走行方向に関して最も下流側に位置する固定梨地バーと樹脂含浸槽との間の距離を５００ｍｍ以内に保つことである。
【００１２】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束にかかる張力を０．１〜２．５ｇ／ｔｅｘの範囲内に保つことである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＤＷ法やＦＷ法により繊維強化成形品を製造するにあたり、炭素繊維束の開繊性を向上、安定させ、かつ毛羽発生を抑制して、品位の良い、薄肉成形品を製造することができる樹脂含浸炭素繊維束を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
さらに詳細に、本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法について、ＤＷ法を例に図面に基づいて説明する。
【００１５】
従来のＤＷ法は、炭素繊維パッケージから炭素繊維束を引き出し、回転ガイド等により糸道をあわせ、含浸樹脂槽に供給、その後固定含浸バーで炭素繊維束を開繊し、樹脂を含浸させ、ドラムに整列させて一方向（ＵＤ）プリプレグシートを作成している。
【００１６】
図１は、位置規定ガイドおよび固定梨地バーを用いた本発明で用いられるドラムワインド装置を例示説明するための概略側面図である。
本発明において、位置規定ガイド３および開繊バー（固定梨地バー１）は、樹脂含浸槽２の炭素繊維束４の入側に設置することが必須である。これは、樹脂含浸する前に走行する炭素繊維束４の位置を安定化し、開繊させるためであり、樹脂含浸後では炭素繊維束４に毛羽が発生するため適用できない。炭素繊維束パッケージ５から解舒された炭素繊維束４に位置規定ガイド３が接触していない場合、ボビンから糸を引き出す際のトラバースによって生じる張力変動や、各回転ロールの平行度のズレ等の影響を受けて、炭素繊維束４が固定梨地バー１を走行する際に、固定梨地バー１の軸方向上で１〜３ｍｍ程度の走行位置変動が発生する。これが巻き取りドラム７まで波及していくことで、巻取り時の糸幅が、計算上プリプレグシートのギャップが発生しない拡がり幅であったとしても、位置ズレによりシートにギャップが発生したり、反対に重なり部分斑が大きくなったりする場合があり、高品位シートを作成する上では好ましくない。本発明において、上記ギャップとは、プリプレグシート上の炭素繊維束間に発生した０．２ｍｍ以上の隙間を指す。
【００１７】
固定梨地バー１は、表面粗度変化を最小限に抑え、寿命を長くするため、クロムメッキなどの通常法に従い金属コーティングされた固定梨地バーが好適であり、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１（２００１年）により得られる表面最大凸凹差（Ｒｚ）が好ましくは２〜２０μｍの粗度のものであり、より好ましくは３〜１５μｍの粗度のものである。Ｒｚが２μｍ未満では、使用する炭素繊維束の種類により摩擦係数が大幅にアップして毛羽発生することがあり、また、Ｒｚが２０μｍを超えると、炭素繊維束を構成する単糸が固定梨地バー１表面凸凹との物理的な擦過損傷により糸切れ、毛羽発生することがある。
【００１８】
固定梨地バー１は複数本から成り、隣り合う固定梨地バー１の面間距離は、好ましくは１０〜１００ｍｍであり、より好ましくは１０〜５０ｍｍである。固定梨地バー１の面間距離は短いほど良いが、糸かけが困難となるため１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、固定梨地バー１の面間距離が１００ｍｍを超えると、開繊させた炭素繊維束４が張力により集束して再び細くなり、本発明の効果を得ることが難しくなる。
【００１９】
上述した固定梨地バー１の面間距離を保ち、さらに炭素繊維束４と固定梨地バー１との各接触角θの合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内とすることが必要である。この接触角θの合計が０．３π未満であると、固定梨地バー１との摩擦係数が高い炭素繊維束４でも、必要となる十分な開繊ができなくなり、また後述する張力を高くする必要があるため、毛羽発生し易くなるためである。一方、接触角が２．５πｒａｄを超えると、毛羽が発生し品位の良いプリプレグを得ることが出来ない場合がある。接触角のさらに好ましい範囲は、１．０〜２．０πｒａｄである。
【００２０】
図５は、本発明で用いられる固定梨地バーの配置例を示す概略側面図であり、ここでは、固定梨地バー１が２本（Ｒ１とＲ２）配置されている。また図６は、本発明で用いられる固定梨地バーの他の配置例を示す概略側面図であり、ここでは、固定梨地バー１が３本（Ｒ１とＲ２とＲ３）配置されている。
【００２１】
すなわち、前記のこれら固定梨地バー１の面間距離Ｌおよび接触角θの配置例として、図５および図６があり、本発明ではいずれの配置であっても必要とする効果を得ることができる。
【００２２】
糸道ガイド６は、図１で示すように炭素繊維束４の扁平糸を引き出した後、炭素繊維束４の走行位置を一定位置とする目的で、リングガイドや鼓ガイドロール、平ロール等を組み合わせ、ジグザグ配置とすることが通例であるが、それだけでは薄物を品位良く作成することは困難である。原因としては、炭素繊維パッケージ５から糸が高速で引き出されるときにトラバースすることで生じる張力変動により糸が振れることが挙げられる。
【００２３】
本発明者らは、この問題を解決する方法として、位置規定ガイド３を固定梨地バー１の入側に設置することが有効であることを鋭意検討の末見出した。
【００２４】
図２は、本発明で用いられる糸道ガイドを例示説明するための拡大斜視図である。
【００２５】
すなわち、炭素繊維束パッケージ５から解舒された炭素繊維束４の走行位置を一定範囲に規定するために糸道ガイド６を経た後、更に高精度に規定する目的で位置規定ガイド３−１が用いられる。図２に示すように、該位置規定ガイドは、ガイドロール９と該ガイドロール９を支持する支持部材１０とからなり、該支持部材１０は、上記ガイドロール９の回転軸１１に対し直角にねじれた位置に回転軸１１を有するものであり、糸道の変動に対応して、該支持部材１０の回転軸１１を回転中心とする回転により該ガイドロール９が走行糸道に対して傾けられることにより、炭素繊維束４の横振れを抑制するように構成されてなることを特徴とするガイドロールである。
【００２６】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、位置規定ガイドを用いた際に、糸道が変動しても、炭素繊維束が本来の糸道方向に自動的に案内されていくメカニズムを説明するための概略斜視図である。図３において、３本のガイドロールのうち、中央のガイドロール３−１が位置規定ガイド（すなわち、図２のガイドロール９）であり、該ガイドロールの前に上流側ガイドロール（糸道ガイド６に相当）、後に固定梨地バー１が配置されている状態を示している。一般に、炭素繊維束の搬送・案内にガイドロールを用いた場合、炭素繊維束はその経路長が最短となる糸道をとる。よって、ガイドロール上で炭素繊維束のすべりがないとすれば、炭素繊維束はガイドロールの回転軸に対し直角方向に入射する。
【００２７】
一方、平行な回転軸を持つロールで構成されたガイドロール群においては、本来の糸道（図３（ａ）の破線）と本来の糸道からずれた糸道（図３（ａ）の実線）で炭素繊維束の経路長に差はなく、どちらの糸道も取ることができる。そこで、図３の中央のガイドロール３−１を糸道のズレに合わせて傾ける（図３（ｂ））と、炭素繊維束はガイドロール３−１に直角に入射するため、ずれた糸道は本来の糸道方向に案内される（図３（ｃ））。このように、ガイドロール３−１が傾くことにより、炭素繊維束はガイドロールに直角になる方向、すなわち本来の糸道方向に案内される。また、この作用は糸道の変動に応じて糸自身の張力により自動的に行なわれ、糸道変動を効果的に抑制できるものとなる。
【００２８】
また、図２に示す支持部材１０の回転軸１１方向とガイドロール３−１に入る本来の糸道のなす角をαとし、該支持部材１０の回転軸１１方向とガイドロール３−１から出る本来の糸道のなす角をβとするとき、αとβとがα＜βの関係であることが好ましい。この関係を満たすとき、ガイドロール９が傾動していない中立位置での経路長よりも、糸道を本来の糸道の方向に案内する方向にガイドロール３−１を傾けた糸道の方がトータルの経路長が短くなるため、より効果的・適切に糸を本来の糸道の方向に案内することができるからである。
【００２９】
また、αは４５°以上であることが好ましい。αが４５°より小さいと、ガイドロール３−１が傾いてもガイドロール入りの糸道とガイドロール３−１の稜線のなす角の変化が小さく、効果的に炭素繊維束を本来の糸道方向に案内することができないためである。反対に、αの上限値は、糸道規定の効果を得るために８５°であることが好ましい。より十分な接触が得られるために、αの上限値はより好ましくは８０°である。
【００３０】
該位置規定ガイドはできるだけ固定梨地バーと距離が短いほどよりよい効果を発揮するが糸掛けが困難となるため、できれば１０ｍｍ以上距離を離した方が良い。
【００３１】
図４は、本発明で用いられる位置規定ガイドを例示説明する概略斜視図である。
これは、炭素繊維束パッケージ５から解舒された炭素繊維束４の走行位置を規定するガイドとして、図４の３−２に示されるように少なくとも２本の回転ガイドロールからなり、該ガイドロールの回転軸は炭素繊維束が続いて接触する固定梨地バー１に対してほぼ直角に配置されるものであり、かつ、炭素繊維束との接触角を０．１π〜０．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とするものである。ほぼ直角とは、９０°±２°であることを指し、この範囲に配置されていれば走行位置を規定するのに効果がある。
【００３２】
接触角が０．１πｒａｄより小さいと、走行位置を十分に規定することができなかったり、ガイドロールの回転不良となったりし、糸の一定位置走行ができない場合がある。また、接触角が０．５πｒａｄより大きい場合には、走行する炭素繊維束の集束性や粘着性の程度により、回転ガイドロールへの巻付きが発生する場合があるので、接触角は０．５πｒａｄ以下であることがよく、より好ましくは０．１π〜０．３πｒａｄである。
走行位置を規定するガイドとして図４の３−２に示されるガイドを選択する場合、糸の向きを９０°反転することから炭素繊維束の扁平形態を安定して供給するためには、該回転ガイドロールと続いて接触する固定梨地バーの距離を４００ｍｍ以上離すことが好ましい。これにより、いずれの位置規定ガイドロールを用いても同様の糸道規定効果が発現する。
【００３３】
固定梨地バーの要件を満足した樹脂含浸装置に、炭素繊維束を走行させるときに、固定梨地バー入側の炭素繊維束にかかる張力は、好ましくは０．１〜２．５ｇ／ｔｅｘの範囲内であり、より好ましくは０．５〜２．０ｇ／ｔｅｘの範囲内である。張力が０．１ｇ／ｔｅｘ未満であると、接触角を大きくしても必要となる十分な開繊ができなくなり、張力が２．５ｇ／ｔｅｘを超えると擦過による毛羽立ちが発生して品位の良いプリプレグを得ることが出来ないことがある。
【００３４】
かくして本発明の目的とする、炭素繊維の走行位置安定性と開繊性の付与により、樹脂含浸後の開繊性が向上して薄肉プリプレグの製造が可能となるが、さらに安定して生産できるように、下記の構成を織り込むことが好ましい。すなわち、固定梨地バーの断面が直径が１０〜１００ｍｍの円形で、最も下流側に位置する固定梨地バーと樹脂含浸槽との間隔を５００ｍｍ以内に保つことである。
【００３５】
固定梨地バー直径が１００ｍｍを超えると、糸道レイアウトが困難になり設備が高価となり、また、固定梨地バー直径が１０ｍｍ以下では、炭素繊維束の屈曲率が大きくなり、毛羽が発生し易くなるためである。
【００３６】
また、最下流側の固定梨地バーと樹脂含浸槽との間隔が５００ｍｍを超えると、開繊させた炭素繊維束が張力により集束して再び細くなり薄物プリプレグ化できないためである。
【００３７】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法は、フィランメントワインディング法にも適用することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、ＤＷ法を例にとり、実施例により本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法について、更に詳細に説明する。なお、実施例における各物性値は、次の方法により得られた結果である。
【００３９】
（１）ＤＷ法プリプレグ品位
炭素繊維束１本から、炭素繊維含有率６５重量％、ＦＡＷ５０ｇ／ｍ２、幅１．５ｍのエポキシ樹脂系のＵＤプリプレグを、糸速８０ｍ／分で直径７５０ｍｍのドラムに巻き付けて面積４．７ｍ２のプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグシートの表面を観察し、炭素繊維束引き揃え方向に長さ５ｍｍ以上、幅０．５ｍｍ以上のギャップ部分をワレ欠点とした。また、毛羽長さ１０ｍｍ以上のものを毛羽欠点とした。製品として使用できる欠点数は、シート１枚当たり２ケまでである。含浸樹脂としては“エピコート”（登録商標）８２８と“エピコート”（登録商標）１００１を、重量比で１：３に混合した樹脂をメチルエチルケトンと重量比で５５：４５で混合して調整した、室温２５℃での粘度が１０ｍＰａ・ｓの樹脂溶液を用いた。
【００４０】
（２）ＦＷ法成型性
炭素繊維束１本から、糸速約２０ｍ／ｍｉｎで、ＤＷ法プリプレグと同様に樹脂含浸槽にて樹脂含浸を行なった。幅１．５ｍ直径８０ｍｍのマンドレルに、マンドレルの軸方向に１５〜３０°の角度で８層巻きつけ、室温１２ｈｒで硬化させマンドレルを抜きとって炭素繊維含有率５５重量％の円筒状の成型品を得た。このときの樹脂含浸槽直前での糸の走行位置変動および拡がり幅、成型品中の直径５ｍｍ以上の持込み毛羽を毛羽欠点とし、目視判定した。
【００４１】
糸の走行位置および拡がり幅は、オムロン社製形Ｚ４ＬＣ平行光ラインセンサを用いて丸棒位置測定モードおよび丸棒径測定モードを用いて測定間隔１ｓで５分間測定点数３００点計測した結果を用いた。
【００４２】
（実施例１）
クリール張力調整機能付きのＤＷ法プリプレグ製造装置に、本発明の位置規定ガイドおよび固定梨地バーを設置した。位置規定ガイドには、図２と図３の３−１に示したもので断面が直径２０ｍｍの円形で、長さ４０ｍｍのものを用いた。また、固定梨地バーには、表面をクロムメッキした表面最大凸凹差５μｍ、断面の直径２０ｍｍの円形の固定梨地バー２本を用い、面間距離を３０ｍｍとし、接触角を１．０πｒａｄとした。そして、最終固定梨地バーから、含浸樹脂に接するまでの距離を１００ｍｍとした。該ＤＷ法プリプレグ製造装置にフィラメント数１２０００本、エポキシ樹脂を主成分としたサイジング剤を付与した炭素繊維束、東レ（株）製”トレカ”（登録商標）Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ−５０Ｃを、引き出し張力１．０ｇ／Ｔｅｘ、糸速８０ｍ／分で炭素繊維含有率６５重量％、ＦＡＷ５０ｇ／ｍ２、幅１．５ｍのＵＤプリプレグを製造した。得られたプリプレグには欠点が無く、品位の良好なプリプレグを得ることができた。結果を表１に示す。
【００４３】
（実施例２）
実施例１で使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バー２本の面間距離を９５ｍｍとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、ワレ欠点が１カ所存在したが、品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４４】
（実施例３）
実施例１で使用した位置規定ガイドおよび樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの接触角を２．２５πｒａｄとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、毛羽欠点が１カ所存在したが、品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４５】
（実施例４）
実施例１で使用した樹脂含浸規定ガイドおよび樹脂含浸装置および樹脂を用いて、実施例１と同様にＦＷ管状物を作成した。計測した拡がり幅および走行位置は良好な安定性を示し、得られた成形品の品位は良好であった。結果を表１に示す。
【００４６】
（実施例５）
図４に示した位置規定ガイド３−２を使用したこと以外は、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は欠点がなく、品位の良好なプリプレグを得ることができた。結果を表１に示す。
【００４７】
（実施例６）
実施例５で使用した位置規定ガイド３−２および樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの直径を４ｍｍに変更して、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、毛羽欠点が２ヵ所存在したが、ワレ欠点は無く品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４８】
（実施例７）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーと樹脂含浸装置の距離を６００ｍｍとし、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、ワレ欠点が２カ所発生したが毛羽欠点は無く品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４９】
（比較例１）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの面間距離を２００ｍｍとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、ワレ欠点が５カ所発生し、製品として使用できなかった。結果を表１に示す。
【００５０】
（比較例２）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの接触角を０．１πとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位はワレ欠点が５カ所発生し、製品として使用できなかった。結果を表１に示す。
【００５１】
（比較例３）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの表面粗さＲｍａｘを２５として、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位はワレ欠点が２カ所および毛羽欠点が３カ所発生し、製品として使用できなかった。結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、炭素繊維を補強用繊維として用いてなる複合材料を、ＤＷ法やＦＷ法で製造する際に好適に適用される。本発明によれば、ＤＷ法やＦＷ法により繊維強化成形品を製造するにあたり、炭素繊維束の開繊性を向上、安定させ、かつ毛羽発生を抑制して、品位の良い、薄肉成形品を製造することができる樹脂含浸炭素繊維束を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、位置規定ガイドおよび固定梨地バーを用いたドラムワインド装置を例示説明するための概略側面図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる糸道規定ガイドを例示説明するための拡大斜視図である。
【図３】図３は、位置規定ガイドを用いた際に、糸道が変動した際に、炭素繊維束が本来の糸道方向に自動的に案内されていくメカニズムを説明するための概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明で用いられる位置規定ガイドを例示説明する概略斜視図である。
【図５】図５は、本発明で用いられる固定梨地バーの配置例（２本配置）を示す概略側面図である。
【図６】図６は、本発明で用いられる固定梨地バーの他の配置例（３本配置）を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 固定梨地バー
２ 樹脂含浸槽
３ 位置規定ガイド
４ 炭素繊維束
５ 炭素繊維束パッケージ
６ 糸道ガイド
７ 巻き取りドラム
８ 固定含浸ガイド
９ ガイドロール
１０ 支持部材
１１ 回転軸
α 支持部材の回転軸方向とガイドロールに入る本来の糸道のなす角
β 支持部材の回転軸方向とガイドロールから出る本来の糸道のなす角
θ 固定梨地バーに対する炭素繊維束の接触角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維を補強用繊維として用いてなる複合材料を、ドラムワインド法（以下、ＤＷ法と略す）やフィラメントワインド法（以下、ＦＷ法と略す）で製造する際に好適に適用される、炭素繊維束への樹脂含浸方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維束にウェット樹脂を含浸する加工法として、ＤＷ法やＦＷ法が広く知られている。近年、製品をより軽量化させる検討がなされるに従い、プリプレグシート等の中間製品に関し、薄肉化の要求が高まっている。薄肉化するための方策として、できるだけ太い炭素繊維束を可能な限り開繊し、単位面積当たりの炭素繊維重量（ＦＡＷ）を小さくすることがコスト面で有利であるが、太い炭素繊維束をより均一に扁平化することは非常に困難で様々な検討がなされてきた。例えば、炭素繊維の製造方法として扁平で糸幅を広く、更には糸幅の変動を少なくして巻き取る検討がなされてきたことにより、炭素繊維のパッケージとしては、広幅で均一化されたものが上市され、広く知られるようになってきた。一方で、一旦炭素繊維束パッケージとして巻き取られたボビンから炭素繊維束を引き出して加工する際に、糸道で該扁平糸に撚りが混入したり、扁平糸の一部分が折れ曲がったりしたまま樹脂含浸されることによって、巻き取られたプリプレグシート等の品質や表面外観品位を損ねるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、炭素繊維束を拡幅させる方法として、炭素繊維束を複数本のガイドロールに接触させることが提案されている（特許文献１参照）。この場合、複数本のガイドロール間距離を長くとった場合に拡幅した炭素繊維束が狭まってしまったり、ガイドロール表面粗さが大きい、即ち凹凸の大きいざらざらしたガイドロールでは、炭素繊維束を傷めたり、十分な拡幅効果が得られないことがあった。
【０００４】
また、炭素繊維束に樹脂含浸させる前に、炭素繊維束を拡幅させる方法として、液状樹脂を付与した後、滑らかな曲面を有する擦過体に接触させつつ振動させて炭素繊維束に樹脂を含浸する方法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、低ＦＡＷの薄肉プリプレグを得ようとする場合、樹脂を含浸させた後では炭素繊維束の摩擦係数が上がり、擦過し開繊させることが実質できなくなるばかりでなく、毛羽発生し易くなるという問題点があった。
【０００５】
また、炭素繊維束をドラムに整列させるときに、走行する炭素繊維束が振動により反転したり、ねじれなどが発生して、炭素繊維束の糸幅変動が大きくなるとギャップが発生するなどして品位が悪化するという問題点があった。
【０００６】
一方、走行する炭素繊維束の走行安定性を改善させる方法として、炭素繊維束に樹脂を含浸した後に、炭素繊維を導く２本のロールを反対方向に傾斜した配置とすることが提案されている（特許文献３参照）。この提案により炭素繊維束の走行安定性が向上することができるが、回転するロールのため炭素繊維束を開繊することができず、低ＦＡＷの薄肉プリプレグを得ることができない。また、そのロールの回転を固定させても、傾斜した配置のため、逆に炭素繊維束が集束してしまい、ギャップが発生するという問題点があった。
【特許文献１】特公昭６０−９９６１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５５５５号公報
【特許文献３】特開平７−２０５３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来技術の背景に鑑み、炭素繊維束の樹脂含浸時に糸道を安定化させることだけでなく、拡幅させることにより品質・品位・コストに有利な繊維強化成形品を得ることに適した炭素繊維束への樹脂含浸方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法は、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、糸道ガイドに接触させた後、開繊バーを経て樹脂含浸槽に導き、炭素繊維束に樹脂を含浸せしめるに際し、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、炭素繊維束の走行位置を規定する位置規定ガイドに接触させた後、走行する炭素繊維束を、開繊バーとして、表面の最大高さＲｍａｘが２〜２０μｍの範囲内であり、隣り合うバーの面間距離を１０〜１００ｍｍの範囲内に保った複数本の固定梨地バーを用いて、固定梨地バーに対する炭素繊維束の各接触角の合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とする炭素繊維束への樹脂含浸方法である。
【０００９】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の位置規定ガイドは、ガイドロールと該ガイドロールを支持する支持部材とからなり、該支持部材は、前記ガイドロールの回転軸に対し直角にねじれた位置に回転軸を有するものであり、炭素繊維束の糸道の変動に対応して、該支持部材の回転軸を回転中心とする回転により該ガイドロールが走行糸道に対して傾けられることにより、炭素繊維束が固定梨地バー上で軸方向に振れることを抑制するように構成されてなることである。
【００１０】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の位置規定ガイドが、少なくとも２本の回転ガイドロールからなり、該ガイドロールの回転軸は炭素繊維束が続いて接触する固定梨地バーに対してほぼ直角に配置されており、かつ、炭素繊維束との接触角が０．１π〜０．５πｒａｄの範囲内に保たれていることである。
【００１１】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の固定梨地バーは、断面が直径が５〜１００ｍｍの範囲内にある円形状であり、そして、前記の炭素繊維束の走行方向に関して最も下流側に位置する固定梨地バーと樹脂含浸槽との間の距離を５００ｍｍ以内に保つことである。
【００１２】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法の好ましい態様によれば、前記の炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束にかかる張力を０．１〜２．５ｇ／ｔｅｘの範囲内に保つことである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＤＷ法やＦＷ法により繊維強化成形品を製造するにあたり、炭素繊維束の開繊性を向上、安定させ、かつ毛羽発生を抑制して、品位の良い、薄肉成形品を製造することができる樹脂含浸炭素繊維束を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
さらに詳細に、本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法について、ＤＷ法を例に図面に基づいて説明する。
【００１５】
従来のＤＷ法は、炭素繊維パッケージから炭素繊維束を引き出し、回転ガイド等により糸道をあわせ、含浸樹脂槽に供給、その後固定含浸バーで炭素繊維束を開繊し、樹脂を含浸させ、ドラムに整列させて一方向（ＵＤ）プリプレグシートを作成している。
【００１６】
図１は、位置規定ガイドおよび固定梨地バーを用いた本発明で用いられるドラムワインド装置を例示説明するための概略側面図である。
本発明において、位置規定ガイド３および開繊バー（固定梨地バー１）は、樹脂含浸槽２の炭素繊維束４の入側に設置することが必須である。これは、樹脂含浸する前に走行する炭素繊維束４の位置を安定化し、開繊させるためであり、樹脂含浸後では炭素繊維束４に毛羽が発生するため適用できない。炭素繊維束パッケージ５から解舒された炭素繊維束４に位置規定ガイド３が接触していない場合、ボビンから糸を引き出す際のトラバースによって生じる張力変動や、各回転ロールの平行度のズレ等の影響を受けて、炭素繊維束４が固定梨地バー１を走行する際に、固定梨地バー１の軸方向上で１〜３ｍｍ程度の走行位置変動が発生する。これが巻き取りドラム７まで波及していくことで、巻取り時の糸幅が、計算上プリプレグシートのギャップが発生しない拡がり幅であったとしても、位置ズレによりシートにギャップが発生したり、反対に重なり部分斑が大きくなったりする場合があり、高品位シートを作成する上では好ましくない。本発明において、上記ギャップとは、プリプレグシート上の炭素繊維束間に発生した０．２ｍｍ以上の隙間を指す。
【００１７】
固定梨地バー１は、表面粗度変化を最小限に抑え、寿命を長くするため、クロムメッキなどの通常法に従い金属コーティングされた固定梨地バーが好適であり、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１（２００１年）により得られる表面最大凸凹差（Ｒｚ）が好ましくは２〜２０μｍの粗度のものであり、より好ましくは３〜１５μｍの粗度のものである。Ｒｚが２μｍ未満では、使用する炭素繊維束の種類により摩擦係数が大幅にアップして毛羽発生することがあり、また、Ｒｚが２０μｍを超えると、炭素繊維束を構成する単糸が固定梨地バー１表面凸凹との物理的な擦過損傷により糸切れ、毛羽発生することがある。
【００１８】
固定梨地バー１は複数本から成り、隣り合う固定梨地バー１の面間距離は、好ましくは１０〜１００ｍｍであり、より好ましくは１０〜５０ｍｍである。固定梨地バー１の面間距離は短いほど良いが、糸かけが困難となるため１０ｍｍ以上であることが好ましい。また、固定梨地バー１の面間距離が１００ｍｍを超えると、開繊させた炭素繊維束４が張力により集束して再び細くなり、本発明の効果を得ることが難しくなる。
【００１９】
上述した固定梨地バー１の面間距離を保ち、さらに炭素繊維束４と固定梨地バー１との各接触角θの合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内とすることが必要である。この接触角θの合計が０．３π未満であると、固定梨地バー１との摩擦係数が高い炭素繊維束４でも、必要となる十分な開繊ができなくなり、また後述する張力を高くする必要があるため、毛羽発生し易くなるためである。一方、接触角が２．５πｒａｄを超えると、毛羽が発生し品位の良いプリプレグを得ることが出来ない場合がある。接触角のさらに好ましい範囲は、１．０〜２．０πｒａｄである。
【００２０】
図５は、本発明で用いられる固定梨地バーの配置例を示す概略側面図であり、ここでは、固定梨地バー１が２本（Ｒ１とＲ２）配置されている。また図６は、本発明で用いられる固定梨地バーの他の配置例を示す概略側面図であり、ここでは、固定梨地バー１が３本（Ｒ１とＲ２とＲ３）配置されている。
【００２１】
すなわち、前記のこれら固定梨地バー１の面間距離Ｌおよび接触角θの配置例として、図５および図６があり、本発明ではいずれの配置であっても必要とする効果を得ることができる。
【００２２】
糸道ガイド６は、図１で示すように炭素繊維束４の扁平糸を引き出した後、炭素繊維束４の走行位置を一定位置とする目的で、リングガイドや鼓ガイドロール、平ロール等を組み合わせ、ジグザグ配置とすることが通例であるが、それだけでは薄物を品位良く作成することは困難である。原因としては、炭素繊維パッケージ５から糸が高速で引き出されるときにトラバースすることで生じる張力変動により糸が振れることが挙げられる。
【００２３】
本発明者らは、この問題を解決する方法として、位置規定ガイド３を固定梨地バー１の入側に設置することが有効であることを鋭意検討の末見出した。
【００２４】
図２は、本発明で用いられる糸道ガイドを例示説明するための拡大斜視図である。
【００２５】
すなわち、炭素繊維束パッケージ５から解舒された炭素繊維束４の走行位置を一定範囲に規定するために糸道ガイド６を経た後、更に高精度に規定する目的で位置規定ガイド３−１が用いられる。図２に示すように、該位置規定ガイドは、ガイドロール９と該ガイドロール９を支持する支持部材１０とからなり、該支持部材１０は、上記ガイドロール９の回転軸１１に対し直角にねじれた位置に回転軸１１を有するものであり、糸道の変動に対応して、該支持部材１０の回転軸１１を回転中心とする回転により該ガイドロール９が走行糸道に対して傾けられることにより、炭素繊維束４の横振れを抑制するように構成されてなることを特徴とするガイドロールである。
【００２６】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、位置規定ガイドを用いた際に、糸道が変動しても、炭素繊維束が本来の糸道方向に自動的に案内されていくメカニズムを説明するための概略斜視図である。図３において、３本のガイドロールのうち、中央のガイドロール３−１が位置規定ガイド（すなわち、図２のガイドロール９）であり、該ガイドロールの前に上流側ガイドロール（糸道ガイド６に相当）、後に固定梨地バー１が配置されている状態を示している。一般に、炭素繊維束の搬送・案内にガイドロールを用いた場合、炭素繊維束はその経路長が最短となる糸道をとる。よって、ガイドロール上で炭素繊維束のすべりがないとすれば、炭素繊維束はガイドロールの回転軸に対し直角方向に入射する。
【００２７】
一方、平行な回転軸を持つロールで構成されたガイドロール群においては、本来の糸道（図３（ａ）の破線）と本来の糸道からずれた糸道（図３（ａ）の実線）で炭素繊維束の経路長に差はなく、どちらの糸道も取ることができる。そこで、図３の中央のガイドロール３−１を糸道のズレに合わせて傾ける（図３（ｂ））と、炭素繊維束はガイドロール３−１に直角に入射するため、ずれた糸道は本来の糸道方向に案内される（図３（ｃ））。このように、ガイドロール３−１が傾くことにより、炭素繊維束はガイドロールに直角になる方向、すなわち本来の糸道方向に案内される。また、この作用は糸道の変動に応じて糸自身の張力により自動的に行なわれ、糸道変動を効果的に抑制できるものとなる。
【００２８】
また、図２に示す支持部材１０の回転軸１１方向とガイドロール３−１に入る本来の糸道のなす角をαとし、該支持部材１０の回転軸１１方向とガイドロール３−１から出る本来の糸道のなす角をβとするとき、αとβとがα＜βの関係であることが好ましい。この関係を満たすとき、ガイドロール９が傾動していない中立位置での経路長よりも、糸道を本来の糸道の方向に案内する方向にガイドロール３−１を傾けた糸道の方がトータルの経路長が短くなるため、より効果的・適切に糸を本来の糸道の方向に案内することができるからである。
【００２９】
また、αは４５°以上であることが好ましい。αが４５°より小さいと、ガイドロール３−１が傾いてもガイドロール入りの糸道とガイドロール３−１の稜線のなす角の変化が小さく、効果的に炭素繊維束を本来の糸道方向に案内することができないためである。反対に、αの上限値は、糸道規定の効果を得るために８５°であることが好ましい。より十分な接触が得られるために、αの上限値はより好ましくは８０°である。
【００３０】
該位置規定ガイドはできるだけ固定梨地バーと距離が短いほどよりよい効果を発揮するが糸掛けが困難となるため、できれば１０ｍｍ以上距離を離した方が良い。
【００３１】
図４は、本発明で用いられる位置規定ガイドを例示説明する概略斜視図である。
これは、炭素繊維束パッケージ５から解舒された炭素繊維束４の走行位置を規定するガイドとして、図４の３−２に示されるように少なくとも２本の回転ガイドロールからなり、該ガイドロールの回転軸は炭素繊維束が続いて接触する固定梨地バー１に対してほぼ直角に配置されるものであり、かつ、炭素繊維束との接触角を０．１π〜０．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とするものである。ほぼ直角とは、９０°±２°であることを指し、この範囲に配置されていれば走行位置を規定するのに効果がある。
【００３２】
接触角が０．１πｒａｄより小さいと、走行位置を十分に規定することができなかったり、ガイドロールの回転不良となったりし、糸の一定位置走行ができない場合がある。また、接触角が０．５πｒａｄより大きい場合には、走行する炭素繊維束の集束性や粘着性の程度により、回転ガイドロールへの巻付きが発生する場合があるので、接触角は０．５πｒａｄ以下であることがよく、より好ましくは０．１π〜０．３πｒａｄである。
走行位置を規定するガイドとして図４の３−２に示されるガイドを選択する場合、糸の向きを９０°反転することから炭素繊維束の扁平形態を安定して供給するためには、該回転ガイドロールと続いて接触する固定梨地バーの距離を４００ｍｍ以上離すことが好ましい。これにより、いずれの位置規定ガイドロールを用いても同様の糸道規定効果が発現する。
【００３３】
固定梨地バーの要件を満足した樹脂含浸装置に、炭素繊維束を走行させるときに、固定梨地バー入側の炭素繊維束にかかる張力は、好ましくは０．１〜２．５ｇ／ｔｅｘの範囲内であり、より好ましくは０．５〜２．０ｇ／ｔｅｘの範囲内である。張力が０．１ｇ／ｔｅｘ未満であると、接触角を大きくしても必要となる十分な開繊ができなくなり、張力が２．５ｇ／ｔｅｘを超えると擦過による毛羽立ちが発生して品位の良いプリプレグを得ることが出来ないことがある。
【００３４】
かくして本発明の目的とする、炭素繊維の走行位置安定性と開繊性の付与により、樹脂含浸後の開繊性が向上して薄肉プリプレグの製造が可能となるが、さらに安定して生産できるように、下記の構成を織り込むことが好ましい。すなわち、固定梨地バーの断面が直径が１０〜１００ｍｍの円形で、最も下流側に位置する固定梨地バーと樹脂含浸槽との間隔を５００ｍｍ以内に保つことである。
【００３５】
固定梨地バー直径が１００ｍｍを超えると、糸道レイアウトが困難になり設備が高価となり、また、固定梨地バー直径が１０ｍｍ以下では、炭素繊維束の屈曲率が大きくなり、毛羽が発生し易くなるためである。
【００３６】
また、最下流側の固定梨地バーと樹脂含浸槽との間隔が５００ｍｍを超えると、開繊させた炭素繊維束が張力により集束して再び細くなり薄物プリプレグ化できないためである。
【００３７】
本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法は、フィランメントワインディング法にも適用することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、ＤＷ法を例にとり、実施例により本発明の炭素繊維束への樹脂含浸方法について、更に詳細に説明する。なお、実施例における各物性値は、次の方法により得られた結果である。
【００３９】
（１）ＤＷ法プリプレグ品位
炭素繊維束１本から、炭素繊維含有率６５重量％、ＦＡＷ５０ｇ／ｍ２、幅１．５ｍのエポキシ樹脂系のＵＤプリプレグを、糸速８０ｍ／分で直径７５０ｍｍのドラムに巻き付けて面積４．７ｍ２のプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグシートの表面を観察し、炭素繊維束引き揃え方向に長さ５ｍｍ以上、幅０．５ｍｍ以上のギャップ部分をワレ欠点とした。また、毛羽長さ１０ｍｍ以上のものを毛羽欠点とした。製品として使用できる欠点数は、シート１枚当たり２ケまでである。含浸樹脂としては“エピコート”（登録商標）８２８と“エピコート”（登録商標）１００１を、重量比で１：３に混合した樹脂をメチルエチルケトンと重量比で５５：４５で混合して調整した、室温２５℃での粘度が１０ｍＰａ・ｓの樹脂溶液を用いた。
【００４０】
（２）ＦＷ法成型性
炭素繊維束１本から、糸速約２０ｍ／ｍｉｎで、ＤＷ法プリプレグと同様に樹脂含浸槽にて樹脂含浸を行なった。幅１．５ｍ直径８０ｍｍのマンドレルに、マンドレルの軸方向に１５〜３０°の角度で８層巻きつけ、室温１２ｈｒで硬化させマンドレルを抜きとって炭素繊維含有率５５重量％の円筒状の成型品を得た。このときの樹脂含浸槽直前での糸の走行位置変動および拡がり幅、成型品中の直径５ｍｍ以上の持込み毛羽を毛羽欠点とし、目視判定した。
【００４１】
糸の走行位置および拡がり幅は、オムロン社製形Ｚ４ＬＣ平行光ラインセンサを用いて丸棒位置測定モードおよび丸棒径測定モードを用いて測定間隔１ｓで５分間測定点数３００点計測した結果を用いた。
【００４２】
（実施例１）
クリール張力調整機能付きのＤＷ法プリプレグ製造装置に、本発明の位置規定ガイドおよび固定梨地バーを設置した。位置規定ガイドには、図２と図３の３−１に示したもので断面が直径２０ｍｍの円形で、長さ４０ｍｍのものを用いた。また、固定梨地バーには、表面をクロムメッキした表面最大凸凹差５μｍ、断面の直径２０ｍｍの円形の固定梨地バー２本を用い、面間距離を３０ｍｍとし、接触角を１．０πｒａｄとした。そして、最終固定梨地バーから、含浸樹脂に接するまでの距離を１００ｍｍとした。該ＤＷ法プリプレグ製造装置にフィラメント数１２０００本、エポキシ樹脂を主成分としたサイジング剤を付与した炭素繊維束、東レ（株）製”トレカ”（登録商標）Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ−５０Ｃを、引き出し張力１．０ｇ／Ｔｅｘ、糸速８０ｍ／分で炭素繊維含有率６５重量％、ＦＡＷ５０ｇ／ｍ２、幅１．５ｍのＵＤプリプレグを製造した。得られたプリプレグには欠点が無く、品位の良好なプリプレグを得ることができた。結果を表１に示す。
【００４３】
（実施例２）
実施例１で使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バー２本の面間距離を９５ｍｍとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、ワレ欠点が１カ所存在したが、品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４４】
（実施例３）
実施例１で使用した位置規定ガイドおよび樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの接触角を２．２５πｒａｄとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、毛羽欠点が１カ所存在したが、品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４５】
（実施例４）
実施例１で使用した樹脂含浸規定ガイドおよび樹脂含浸装置および樹脂を用いて、実施例１と同様にＦＷ管状物を作成した。計測した拡がり幅および走行位置は良好な安定性を示し、得られた成形品の品位は良好であった。結果を表１に示す。
【００４６】
（実施例５）
図４に示した位置規定ガイド３−２を使用したこと以外は、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は欠点がなく、品位の良好なプリプレグを得ることができた。結果を表１に示す。
【００４７】
（実施例６）
実施例５で使用した位置規定ガイド３−２および樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの直径を４ｍｍに変更して、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、毛羽欠点が２ヵ所存在したが、ワレ欠点は無く品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４８】
（実施例７）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーと樹脂含浸装置の距離を６００ｍｍとし、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、ワレ欠点が２カ所発生したが毛羽欠点は無く品位は良好なプリプレグシートであった。結果を表１に示す。
【００４９】
（比較例１）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの面間距離を２００ｍｍとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位は、ワレ欠点が５カ所発生し、製品として使用できなかった。結果を表１に示す。
【００５０】
（比較例２）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの接触角を０．１πとして、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位はワレ欠点が５カ所発生し、製品として使用できなかった。結果を表１に示す。
【００５１】
（比較例３）
実施例１と使用した樹脂含浸装置および樹脂において、固定梨地バーの表面粗さＲｍａｘを２５として、実施例１と同様にプリプレグシートを作成した。得られたプリプレグの品位はワレ欠点が２カ所および毛羽欠点が３カ所発生し、製品として使用できなかった。結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、炭素繊維を補強用繊維として用いてなる複合材料を、ＤＷ法やＦＷ法で製造する際に好適に適用される。本発明によれば、ＤＷ法やＦＷ法により繊維強化成形品を製造するにあたり、炭素繊維束の開繊性を向上、安定させ、かつ毛羽発生を抑制して、品位の良い、薄肉成形品を製造することができる樹脂含浸炭素繊維束を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、位置規定ガイドおよび固定梨地バーを用いたドラムワインド装置を例示説明するための概略側面図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる糸道規定ガイドを例示説明するための拡大斜視図である。
【図３】図３は、位置規定ガイドを用いた際に、糸道が変動した際に、炭素繊維束が本来の糸道方向に自動的に案内されていくメカニズムを説明するための概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明で用いられる位置規定ガイドを例示説明する概略斜視図である。
【図５】図５は、本発明で用いられる固定梨地バーの配置例（２本配置）を示す概略側面図である。
【図６】図６は、本発明で用いられる固定梨地バーの他の配置例（３本配置）を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 固定梨地バー
２ 樹脂含浸槽
３ 位置規定ガイド
４ 炭素繊維束
５ 炭素繊維束パッケージ
６ 糸道ガイド
７ 巻き取りドラム
８ 固定含浸ガイド
９ ガイドロール
１０ 支持部材
１１ 回転軸
α 支持部材の回転軸方向とガイドロールに入る本来の糸道のなす角
β 支持部材の回転軸方向とガイドロールから出る本来の糸道のなす角
θ 固定梨地バーに対する炭素繊維束の接触角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、糸道ガイドに接触させた後、開繊バーを経て樹脂含浸槽に導き、炭素繊維束に樹脂を含浸せしめるに際し、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、炭素繊維束の走行位置を規定する位置規定ガイドに接触させた後、走行する炭素繊維束を、開繊バーとして、表面の最大高さＲｍａｘが２〜２０μｍの範囲内であり、隣り合うバーの面間距離を１０〜１００ｍｍの範囲内に保った複数本の固定梨地バーを用いて、固定梨地バーに対する炭素繊維束の各接触角の合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とする炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項２】
位置規定ガイドは、ガイドロールと該ガイドロールを支持する支持部材とからなり、該支持部材は、前記ガイドロールの回転軸に対し直角にねじれた位置に回転軸を有するものであり、炭素繊維束の糸道の変動に対応して、該支持部材の回転軸を回転中心とする回転により該ガイドロールが走行糸道に対して傾けられることにより、炭素繊維束が固定梨地バー上で軸方向に振れることを抑制するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項３】
位置規定ガイドは、少なくとも２本の回転ガイドロールからなり、該ガイドロールの回転軸は炭素繊維束が続いて接触する固定梨地バーに対してほぼ直角に配置されており、かつ、炭素繊維束との接触角は０．１π〜０．５πｒａｄの範囲内に保たれていることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項４】
断面が直径が５〜１００ｍｍの範囲内にある円形である固定梨地バーを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項５】
炭素繊維束の走行方向に関して最も下流側に位置する固定梨地バーと樹脂含浸槽との間の距離を５００ｍｍ以内に保つことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項６】
炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束にかかる張力を０．１〜２．５ｇ／ｔｅｘの範囲内に保つことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法を用いて、炭素繊維束に樹脂を含浸させることを特徴とする樹脂含浸炭素繊維束の製造方法。
【請求項１】
炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、糸道ガイドに接触させた後、開繊バーを経て樹脂含浸槽に導き、炭素繊維束に樹脂を含浸せしめるに際し、炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束を、炭素繊維束の走行位置を規定する位置規定ガイドに接触させた後、走行する炭素繊維束を、開繊バーとして、表面の最大高さＲｍａｘが２〜２０μｍの範囲内であり、隣り合うバーの面間距離を１０〜１００ｍｍの範囲内に保った複数本の固定梨地バーを用いて、固定梨地バーに対する炭素繊維束の各接触角の合計を０．３π〜２．５πｒａｄの範囲内に保つことを特徴とする炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項２】
位置規定ガイドは、ガイドロールと該ガイドロールを支持する支持部材とからなり、該支持部材は、前記ガイドロールの回転軸に対し直角にねじれた位置に回転軸を有するものであり、炭素繊維束の糸道の変動に対応して、該支持部材の回転軸を回転中心とする回転により該ガイドロールが走行糸道に対して傾けられることにより、炭素繊維束が固定梨地バー上で軸方向に振れることを抑制するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項３】
位置規定ガイドは、少なくとも２本の回転ガイドロールからなり、該ガイドロールの回転軸は炭素繊維束が続いて接触する固定梨地バーに対してほぼ直角に配置されており、かつ、炭素繊維束との接触角は０．１π〜０．５πｒａｄの範囲内に保たれていることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項４】
断面が直径が５〜１００ｍｍの範囲内にある円形である固定梨地バーを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項５】
炭素繊維束の走行方向に関して最も下流側に位置する固定梨地バーと樹脂含浸槽との間の距離を５００ｍｍ以内に保つことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項６】
炭素繊維束パッケージから解舒された炭素繊維束にかかる張力を０．１〜２．５ｇ／ｔｅｘの範囲内に保つことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維束への樹脂含浸方法を用いて、炭素繊維束に樹脂を含浸させることを特徴とする樹脂含浸炭素繊維束の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３０５８５４（Ｐ２００６−３０５８５４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３０９９８（Ｐ２００５−１３０９９８）
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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