ＦＲＰ用マルチフィラメントおよびこれを用いたＦＲＰ
【課題】 ＦＲＰに使用した場合に成形物中での蛇行が起こりにくく、補強繊維の強度をＦＲＰに十分に反映させることのできるＦＲＰ用マルチフィラメントとこれを使用したＦＲＰを提供する。
【解決手段】 Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）で示されるたわみ係数Ｚが、２．０以下であるＦＲＰ用マルチフィラメントを使用する。式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。マルチフィラメントとしてはガラス繊維、炭素繊維等を使用できる。
【解決手段】 Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）で示されるたわみ係数Ｚが、２．０以下であるＦＲＰ用マルチフィラメントを使用する。式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。マルチフィラメントとしてはガラス繊維、炭素繊維等を使用できる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰという）の補強繊維として使用されるマルチフィラメントおよびこれを用いたＦＲＰに関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化複合材料は、スポーツレジャー関連から産業用途、航空機用途まで広く用いられている。ＦＲＰを製造する方法としては、中間基材であるプリプレグを用いて賦型成型する方法の他、補強繊維として使用される炭素繊維、ガラス繊維等のマルチフィラメントに低粘度の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたものをワインディングするフィラメントワインディング（以下、ＦＷという）成形法や、同じくマルチフィラメントに低粘度の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたものを高温の金型の中へ通し、引き抜きながら成形する引抜成形法、あるいはマルチフィラメントを予めクロスやプリフォームの形態にし、熱硬化性樹脂組成物を含浸させるハンドレイアップ法やレジントランスファーモールディング（以下、ＲＴＭという）法などがある。ここで用いられるマルチフィラメントとは、炭素繊維、ガラス繊維等のモノフィラメント数千本程度を、サイズ剤を使用して集束させたもので、通常、モノフィラメント１０００本を単位Ｋで表し、１Ｋ、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ、２４Ｋ、５０Ｋ等として使用されている。２４Ｋは２４０００本のフィラメントが束ねられたものである。
【０００３】ところで、このようなマルチフィラメントを補強繊維として使用したＦＲＰの強度には、マルチフィラメント自身の強度が大きく反映する。特に補強繊維の長さ方向のＦＲＰの強度には、補強繊維自身の強度が大きく影響することは周知のところである。例えば、引張強度の高い補強繊維で補強したＦＲＰの、補強繊維の長さ方向の引張強度は優れる。ところが、いくら補強繊維自身の強度が高くても、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性が悪いと、ＦＲＰの繊維方向の強度は低下してしまう。すなわち、補強繊維と平行方向のＦＲＰの強度を高めるには、引張強度の高い補強繊維を使用し、かつ、この補強繊維の直進性が優れていることが必要となる。
【０００４】ここで直進性が優れているとは、補強繊維であるマルチフィラメントを構成している数千本の各フィラメントがそれぞれ蛇行せず、互いに略平行な状態であることをいう。すなわち、マルチフィラメント中において、蛇行せず互いに略平行な状態であるフィラメントの本数が多いほど、直進性が優れていると言える。ＦＲＰ中でマルチフィラメントの直進性が低下する要因としては、マルチフィラメント自身が有する波打ちや撚り等の他、成形工程でマルチフィラメントに加わる摩擦力や樹脂のフロー等も挙げられる。ＦＲＰ中で補強繊維の蛇行が起こり補強繊維の直進性が低下すると、補強繊維が有する本来の強度が発現せず、ＦＲＰの強度も低下させてしまう。従来、このような補強繊維の蛇行を解消するためには、例えば、補強繊維を供給する際のバックテンションを上げる等のプロセス条件を最適化していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バックテンションを上げるとプロセスへの負荷が多くなったり、補強繊維の毛羽立ちが多量に発生する等の不具合が起こりやすくなるという問題があった。よって、工程条件によらず、ＦＲＰ中における補強繊維の蛇行が起こりにくいマルチフィラメントの開発が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは以下の構成を有する。すなわち本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは、下記式で示されるたわみ係数Ｚが、２．０以下であることを特徴とする。
Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）
（式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。）
上記ＦＲＰ用マルチフィラメントは、ガラス繊維からなることが好ましい。上記ＦＲＰ用マルチフィラメントは、炭素繊維からなることが好ましい。本発明のＦＲＰは、上記のＦＲＰ用マルチフィラメントを用いていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは、サイズ剤で複数本のモノフィラメントを集束させた通常のマルチフィラメントである。マルチフィラメントの材質としては特に制限はないが、ガラス繊維、炭素繊維は機械的な物性が良好であり、ＦＲＰとした場合に補強効果が優れるので好適に用いられる。マルチフィラメントのフィラメント数にも特に制限はない。また、サイズ剤の種類には特に制限はなく、エポキシ系、エステル系等のあらゆるサイズ剤を使用できる。また、サイズ剤の塗布方法についても特に制限はなく、例えば、サイズ剤を溶剤で希釈した溶液にマルチフィラメントを含浸し、その後、脱溶剤、乾燥させる溶剤法、溶剤として水を使用する水溶液法、または、不溶性のサイズ剤を乳化剤を用いて水中に分散させてエマルジョン化し、そのエマルジョン中にマルチフィラメントを含浸し、その後、乾燥させるエマルジョン法等が挙げられる。サイズ剤のマルチフィラメントへの付着量についても特に制限はない。
【０００８】マルチフィラメントの形状としては、扁平率が大きいことが好ましい。ここで扁平率は、マルチフィラメントの厚みｔに対するマルチフィラメントの幅ｗ、すなわち、ｗ／ｔで表される。また、マルチフィラメントの厚みｔとは、マルチフィラメントの横断面における短径の長さであり、幅ｗとはマルチフィラメントの横断面における長径の長さである。扁平率が小さなマルチフィラメントでは、ＦＲＰ製造時のマトリックス樹脂のピックアップ量が少なくなりすぎる場合がある。例えば、ＦＷ法や引抜成形法等でＦＲＰを製造する際には、マルチフィラメントをクリールから引き出してレジンバス内の液状樹脂に含浸させるディップ方式、またはレジンバス内の液状樹脂をロールに一度塗布し、そのロール上にマルチフィラメントを接触させることによりマルチフィラメントに液状樹脂を含浸させるタッチロール方式により樹脂を含浸させる場合が多いが、扁平率が小さなマルチフィラメントでは扁平率が大きなマルチフィラメントよりも樹脂と接触する外表面積が小さいため、付着する樹脂量が少なくなる場合がある。このような場合、得られるＦＲＰはレジンコンテントが低く、強度が不十分なものとなる場合がある。扁平率は、好ましくは３０以上である。扁平率が３０以上であると、樹脂のピックアップ量が適正となり、十分な強度を有するＦＲＰが得られる。さらに、扁平率が４０以上の場合、得られるＦＲＰの強度がより安定するためさらに好ましい。
【０００９】本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは下記式（１）で表されるたわみ係数Ｚが、２．０以下である。
Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）
式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。
【００１０】ここで式（１）中、Ｙで表されているたわみ量を測定する方法を図１を用いて説明する。まず、４００ｍｍの長さのマルチフィラメント１を、試験台２の水平面上に載せる。この場合、マルチフィラメント１の一方の端部１ａからその長さ方向に２００ｍｍまでの範囲が試験台２の端から出るようにして、他方の端部１ｂからその長さ方向に２００ｍｍまでの範囲が試験台２上に載るように固定治具３等で固定する。この際、マルチフィラメント１の幅方向が試験台２の水平面と平行になるようにする。符号１ｃは、マルチフィラメント１の一方の端部１ａからその長さ方向に２００ｍｍの位置を示す。すると、マルチフィラメント１の試験台２の端から出ている部分は、自重によって下方にたわんだ状態になる。この状態を１分間維持した後、試験台２の水平面からマルチフィラメント１の端部１ａまでの垂直距離を測定する。この垂直距離がたわみ量Ｙ（ｍｍ）である。この際、マルチフィラメント１に巻癖がある場合には、アイロン等で加熱プレスして巻癖をできるだけ取り除いてから、たわみ量Ｙを測定することが好ましい。そして、マルチフィラメント１を裏返しにして再度たわみ量Ｙを測定して２つの測定値の平均値を求めると、たわみ量Ｙに与える巻癖の影響をほとんど無視することができる。
【００１１】また、式（１）中、ｗおよびｔで表されているマルチフィラメント１の幅と厚みは、図１に示したＡ〜Ｅ点の５点においてそれぞれ測定された測定値の平均値とする。なお、Ａ〜Ｅ点の５点は、マルチフィラメント上の位置１ｃから長さ方向に、２０ｍｍ、６０ｍｍ、１００ｍｍ、１４０ｍｍ、１８０ｍｍの各位置である。式（１）中、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）であり、（Ｍ／Ｌ）はマルチフィラメントの単位長さ当たりの質量、いわゆる目付であり、単位はｇ／ｍである。このようにして得られた各値を式（１）に代入し、たわみ係数Ｚを求める。求められたたわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメントを使用すると、ＦＲＰを製造する際の工程条件によらず、補強繊維の蛇行が少ないＦＲＰを得ることができる。
【００１２】このようなマルチフィラメント１を補強繊維として使用し、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂として使用したＦＲＰ製のロッドは、例えば、図２に示したような装置を使用した引抜成形法で製造できる。まず、必要本数のマルチフィラメント１をクリール１１から引き出す。ここで、マルチフィラメント１は、その幅方向がクリール１１の軸方向と略平行になるように巻き付けられている。ついで、これらのマルチフィラメント１の張力をテンションロール１２で制御しながら、マルチフィラメント１をレジンバス１３内に含浸して、液状のマトリックス樹脂１４を付着させる。この際、各マルチフィラメント１は、その幅方向が略水平方向になっている。ついで、マトリックス樹脂１４が付着した各マルチフィラメント１を、同心円状に多数の穴が設けられた円形ガイド１５の、前記穴にそれぞれ導入し、そして、各マルチフィラメント１の幅方向を略水平に維持したまま金型１６内に導入し、引き抜く。ここで金型１６は、マトリックス樹脂１４の硬化温度に応じた温度に加熱されているため、マトリックス樹脂１４は金型１６内で硬化して、成形品であるロッド１７が得られる。金型１６は目的に応じて、円形、多角形等の任意の断面形状を有しているものを使用できる。また、マトリックス樹脂としては、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、エポキシ、フェノール等の熱硬化性樹脂組成物が使用できる。
【００１３】このようにして、たわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメント１を使用すると、円形ガイド１５を通過した後、マルチフィラメント１を構成している各フィラメントが蛇行せず、互いに略平行な状態を保ったままで金型１６内に進入する。一方、たわみ係数Ｚが２．０を越えるマルチフィラメント１を使用すると、マルチフィラメント１を構成している各フィラメントが蛇行した状態で金型１６内に進入する。したがって、たわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメント１を使用するとＦＲＰ中での蛇行が起こりにくく、直進性に優れるたものとなる。よって、マルチフィラメント１が有する強度が反映したＦＲＰを製造できる。さらに、たわみ係数Ｚが１．５以下のマルチフィラメント１を使用すると、直進性がさらに向上し、マルチフィラメント１の強度が十分に発現したＦＲＰを製造できる。より好ましくは、マルチフィタメント１のたわみ係数Ｚは１．０以下である。
【００１４】このように、上記（１）式で表されるたわみ係数Ｚは、マルチフィラメント１が有する直進性を直接的に表している。すなわち、たわみ係数Ｚは、単なるたわみ量Ｙだけではなく、マルチフィラメント１の厚みｔや幅ｗの影響も考慮された係数である。そのため、たわみ係数Ｚが小さなマルチフィラメント１をＦＲＰに使用すると、ＦＲＰ中で優れた直進性を発現する。一方、たわみ量Ｙが小さくてもたわみ係数Ｚが大きなマルチフィラメント１を使用すると、マルチフィラメント１のＦＲＰ中における直進性は低く、マルチフィラメント１の有する強度が十分に発現するＦＲＰが得られない。よって、上記式（１）で表されるたわみ係数Ｚが２．０以下となるようなたわみ量Ｙ、幅ｗ、厚みｔ、目付Ｍ／Ｌを有するマルチフィラメント１を選択して、ＦＲＰに使用すると、強度に優れたＦＲＰを得ることができる。一方、従来、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性は、カンチレバー方式で測定された補強繊維の硬さで評価されていた。しかし、このようにして求められた硬さは、直接的にＦＲＰ中の直進性を表わすものではなかった。すなわち、目付が同じマルチフィラメント１であっても、厚みが大きくなるとたわみは小さくなって硬さが大きくなり、厚みが小さくなるとたわみは大きくなって硬さは小さくなるが、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性と、このようにして求められた硬さとは必ずしも相関性がなかった。例えば、硬さが大きな値であってもＦＲＰ中での直進性が悪い場合があった。したがって、上記式（１）で求められたたわみ係数Ｚは、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性を直接的に表す優れた指標である。
【００１５】このようなＦＲＰ用マルチフィラメント１は、ＦＲＰの補強繊維としてあらゆる成形法であらゆる用途に使用することができる。例えば、上述したような引抜成形用以外にも、プリプレグ用、ＦＷ用に使用したり、クロスやプリフォームとして使用してハンドレイアップ成形や、ＲＴＭ成形などにも用いることができる。これらの中でも、このようなマルチフィラメント１は、低粘度の樹脂をマルチフィラメント１に直接塗布するＦＷ法や引抜成形法での使用が特に好ましい。このようなＦＲＰ用マルチフィラメント１を使用すると、マルチフィラメント１の強度がＦＲＰに十分反映し、補強繊維の長さ方向の強度が優れたＦＲＰを得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［調製例１］以下に示す組成の２種類のサイズ剤を調製した。調製方法は各エポキシ樹脂を秤量し１２０℃に加熱して、２種類の樹脂が均一になるように溶解した。
Ａサイズ剤：Ｅｐ８２８／Ｅｐ１００２＝７０質量部／３０質量部Ｂサイズ剤：Ｅｐ８２８／Ｅｐ１００２＝８０質量部／２０質量部ただし、Ｅｐ８２８は、油化シェル社製、液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「エピコート８２８」であり、Ｅｐ１００２は、油化シェル社製、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「エピコート１００２」である。
【００１７】［実施例１］マルチフィラメントとして、三菱レイヨン社製炭素繊維ＴＲ５０Ｓ−１２Ｌのアンサイズ糸を使用した。これは１２Ｋのマルチフィラメントで、サイズ剤が塗布されていないものである。このマルチフィラメントに、上記調製例１で調製したＡサイズ剤をメチルエチルケトンで希釈したものを塗布し、脱溶剤した。脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量はマルチフィラメント全質量に対し１．０％であった。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔを図１R>１に示すＡ〜Ｅ点の５点で測定し、平均値を求めたところ、幅ｗが５．８ｍｍ、厚みｔは０．１４ｍｍであった。そして、このＦＲＰ用マルチフィラメントのたわみ量Ｙを、図１に示した方法で測定したところ７２ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは１．４であった。測定結果を表１にまとめた。このようなＦＲＰ用マルチフィラメント３０本を使用し、図２に示した方法で、直径５ｍｍの引抜ロッドを成形した。マトリックス樹脂はエポキシ樹脂組成物（三菱レイヨン社製＃７５０）を使用した。成形条件は、温度２５０℃、速度０．５ｍ／分で、バックテンションはマルチフィラメント１本当たり２００ｇで実施した。成形したロッドを５０ｍｍ長にカットし、カッターで繊維方向に半分に巻き割り状に割り、内部の炭素繊維の蛇行状況を目視で確認したところ、蛇行は認められなかった。また、成形したロッドの引張試験を実施したところ、引張強度は３１７０ＭＰａと良好であった。試験方法は「膨張材による定着法研究会」の方法にしたがった。結果をあわせて表１に示す。
【００１８】［実施例２］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．５％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ６．１ｍｍと０．１４ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ３２ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは０．６６であった。測定結果を表１にまとめた。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３２８０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００１９】［実施例３］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ｂサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＢサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して２．０％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８２ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ６．１ｍｍと０．１５ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ５１ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは１．３であった。測定結果を表１にまとめた。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３１３０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００２０】［比較例１］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ｂサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＢサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．０％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ６．０ｍｍと０．１４ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ１２０ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは２．４であった。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認された。また、引張強度は２０８０ＭＰａと低かった。結果をあわせて表１に示す。
【００２１】［比較例２］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して０．２％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ５．８ｍｍと０．１６ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ９８ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは２．９であった。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認された。また、引張強度は１９５０ＭＰａと低かった。結果をあわせて表１に示す。
【００２２】［実施例４］マルチフィラメントとして三菱レイヨン社製炭素繊維ＴＲ５０Ｓ−２４Ｌのアンサイズ糸を使用した。これは２４Ｋのマルチフィラメントでねサイズ剤が塗布されていないものである。このマルチフィラメントに、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量はマルチフィラメントの全質量に対して１．０％であった。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、１．６２ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔはそれぞれ８．５ｍｍと０．１７ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ５８ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは１．５であった。このようなＦＲＰ用マルチフィラメント１２０本で、直径１０ｍｍの引抜ロッドを実施例１と同様にして成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３１２０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００２３】［実施例５］実施例４で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．５％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は１．６３ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔはそれぞれ８．９ｍｍと０．１６ｍｍであった。そして実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ３６ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは０．８１であった。このようなＦＲＰマルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３２６０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００２４】［比較例３］実施例４で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ｂサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＢサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．０％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰマルチフィラメントのＭ／Ｌは１．６２ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔはそれぞれ８．７ｍｍと０．１６ｍｍであった。そして実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ１２０ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは２．６であった。このようなＦＲＰマルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認された。引張強度は１８４０ＭＰａと低かった。結果をあわせて表１に示す。
【００２５】［比較例４］比較例１で用いたＦＲＰ用マルチフィラメントを用いて、バックテンションをマルチフィラメント１本当たり５００ｇとする以外は実施例１と同様にして直径５ｍｍの引き抜きロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認されず、引張強度も３１４０ＭＰａと高かったが、工程中で毛羽が多発し、工程安定性は非常に悪かった。
【００２６】
【表１】
【００２７】このように、たわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメントを使用して得られた引き抜きロッド中において、マルチフィラメントの蛇行は確認できず、その直進性は優れていた。また、引き抜きロッドの引っ張り強度も優れていた。さらに、工程中で毛羽が発生せず、安定にロッドを製造できた。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは、たわみ係数Ｚが２．０以下であるので、ＦＲＰに使用した場合に成形物中で蛇行しにくい。また、このような蛇行しにくさは、ＦＲＰ製造工程条件に依存しないため、マルチフィラメントのバックテンションを上げる等のプロセス条件を特に最適化しなくても、マルチフィラメントの強度が十分に反映された高強度ＦＲＰを安定に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 マルチフィラメントのたわみ量Ｙを測定する方法を示す説明図である。
【図２】 ＦＲＰを製造する製造装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…マルチフィラメント
１ａ…マルチフィラメントの一方の端部
１ｂ…マルチフィラメントの他方の端部
１ｃ…マルチフィラメント１の一方の端部１ａからその長さ方向に２００ｍｍの位置
２…試験台
３…固定治具
１１…クリール
１２…テンションロール
１３…レジンバス
１４…マトリックス樹脂
１５…円形ガイド
１６…金型
１７…ロッド
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰという）の補強繊維として使用されるマルチフィラメントおよびこれを用いたＦＲＰに関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化複合材料は、スポーツレジャー関連から産業用途、航空機用途まで広く用いられている。ＦＲＰを製造する方法としては、中間基材であるプリプレグを用いて賦型成型する方法の他、補強繊維として使用される炭素繊維、ガラス繊維等のマルチフィラメントに低粘度の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたものをワインディングするフィラメントワインディング（以下、ＦＷという）成形法や、同じくマルチフィラメントに低粘度の熱硬化性樹脂組成物を含浸させたものを高温の金型の中へ通し、引き抜きながら成形する引抜成形法、あるいはマルチフィラメントを予めクロスやプリフォームの形態にし、熱硬化性樹脂組成物を含浸させるハンドレイアップ法やレジントランスファーモールディング（以下、ＲＴＭという）法などがある。ここで用いられるマルチフィラメントとは、炭素繊維、ガラス繊維等のモノフィラメント数千本程度を、サイズ剤を使用して集束させたもので、通常、モノフィラメント１０００本を単位Ｋで表し、１Ｋ、３Ｋ、６Ｋ、１２Ｋ、２４Ｋ、５０Ｋ等として使用されている。２４Ｋは２４０００本のフィラメントが束ねられたものである。
【０００３】ところで、このようなマルチフィラメントを補強繊維として使用したＦＲＰの強度には、マルチフィラメント自身の強度が大きく反映する。特に補強繊維の長さ方向のＦＲＰの強度には、補強繊維自身の強度が大きく影響することは周知のところである。例えば、引張強度の高い補強繊維で補強したＦＲＰの、補強繊維の長さ方向の引張強度は優れる。ところが、いくら補強繊維自身の強度が高くても、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性が悪いと、ＦＲＰの繊維方向の強度は低下してしまう。すなわち、補強繊維と平行方向のＦＲＰの強度を高めるには、引張強度の高い補強繊維を使用し、かつ、この補強繊維の直進性が優れていることが必要となる。
【０００４】ここで直進性が優れているとは、補強繊維であるマルチフィラメントを構成している数千本の各フィラメントがそれぞれ蛇行せず、互いに略平行な状態であることをいう。すなわち、マルチフィラメント中において、蛇行せず互いに略平行な状態であるフィラメントの本数が多いほど、直進性が優れていると言える。ＦＲＰ中でマルチフィラメントの直進性が低下する要因としては、マルチフィラメント自身が有する波打ちや撚り等の他、成形工程でマルチフィラメントに加わる摩擦力や樹脂のフロー等も挙げられる。ＦＲＰ中で補強繊維の蛇行が起こり補強繊維の直進性が低下すると、補強繊維が有する本来の強度が発現せず、ＦＲＰの強度も低下させてしまう。従来、このような補強繊維の蛇行を解消するためには、例えば、補強繊維を供給する際のバックテンションを上げる等のプロセス条件を最適化していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バックテンションを上げるとプロセスへの負荷が多くなったり、補強繊維の毛羽立ちが多量に発生する等の不具合が起こりやすくなるという問題があった。よって、工程条件によらず、ＦＲＰ中における補強繊維の蛇行が起こりにくいマルチフィラメントの開発が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは以下の構成を有する。すなわち本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは、下記式で示されるたわみ係数Ｚが、２．０以下であることを特徴とする。
Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）
（式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。）
上記ＦＲＰ用マルチフィラメントは、ガラス繊維からなることが好ましい。上記ＦＲＰ用マルチフィラメントは、炭素繊維からなることが好ましい。本発明のＦＲＰは、上記のＦＲＰ用マルチフィラメントを用いていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは、サイズ剤で複数本のモノフィラメントを集束させた通常のマルチフィラメントである。マルチフィラメントの材質としては特に制限はないが、ガラス繊維、炭素繊維は機械的な物性が良好であり、ＦＲＰとした場合に補強効果が優れるので好適に用いられる。マルチフィラメントのフィラメント数にも特に制限はない。また、サイズ剤の種類には特に制限はなく、エポキシ系、エステル系等のあらゆるサイズ剤を使用できる。また、サイズ剤の塗布方法についても特に制限はなく、例えば、サイズ剤を溶剤で希釈した溶液にマルチフィラメントを含浸し、その後、脱溶剤、乾燥させる溶剤法、溶剤として水を使用する水溶液法、または、不溶性のサイズ剤を乳化剤を用いて水中に分散させてエマルジョン化し、そのエマルジョン中にマルチフィラメントを含浸し、その後、乾燥させるエマルジョン法等が挙げられる。サイズ剤のマルチフィラメントへの付着量についても特に制限はない。
【０００８】マルチフィラメントの形状としては、扁平率が大きいことが好ましい。ここで扁平率は、マルチフィラメントの厚みｔに対するマルチフィラメントの幅ｗ、すなわち、ｗ／ｔで表される。また、マルチフィラメントの厚みｔとは、マルチフィラメントの横断面における短径の長さであり、幅ｗとはマルチフィラメントの横断面における長径の長さである。扁平率が小さなマルチフィラメントでは、ＦＲＰ製造時のマトリックス樹脂のピックアップ量が少なくなりすぎる場合がある。例えば、ＦＷ法や引抜成形法等でＦＲＰを製造する際には、マルチフィラメントをクリールから引き出してレジンバス内の液状樹脂に含浸させるディップ方式、またはレジンバス内の液状樹脂をロールに一度塗布し、そのロール上にマルチフィラメントを接触させることによりマルチフィラメントに液状樹脂を含浸させるタッチロール方式により樹脂を含浸させる場合が多いが、扁平率が小さなマルチフィラメントでは扁平率が大きなマルチフィラメントよりも樹脂と接触する外表面積が小さいため、付着する樹脂量が少なくなる場合がある。このような場合、得られるＦＲＰはレジンコンテントが低く、強度が不十分なものとなる場合がある。扁平率は、好ましくは３０以上である。扁平率が３０以上であると、樹脂のピックアップ量が適正となり、十分な強度を有するＦＲＰが得られる。さらに、扁平率が４０以上の場合、得られるＦＲＰの強度がより安定するためさらに好ましい。
【０００９】本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは下記式（１）で表されるたわみ係数Ｚが、２．０以下である。
Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）
式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。
【００１０】ここで式（１）中、Ｙで表されているたわみ量を測定する方法を図１を用いて説明する。まず、４００ｍｍの長さのマルチフィラメント１を、試験台２の水平面上に載せる。この場合、マルチフィラメント１の一方の端部１ａからその長さ方向に２００ｍｍまでの範囲が試験台２の端から出るようにして、他方の端部１ｂからその長さ方向に２００ｍｍまでの範囲が試験台２上に載るように固定治具３等で固定する。この際、マルチフィラメント１の幅方向が試験台２の水平面と平行になるようにする。符号１ｃは、マルチフィラメント１の一方の端部１ａからその長さ方向に２００ｍｍの位置を示す。すると、マルチフィラメント１の試験台２の端から出ている部分は、自重によって下方にたわんだ状態になる。この状態を１分間維持した後、試験台２の水平面からマルチフィラメント１の端部１ａまでの垂直距離を測定する。この垂直距離がたわみ量Ｙ（ｍｍ）である。この際、マルチフィラメント１に巻癖がある場合には、アイロン等で加熱プレスして巻癖をできるだけ取り除いてから、たわみ量Ｙを測定することが好ましい。そして、マルチフィラメント１を裏返しにして再度たわみ量Ｙを測定して２つの測定値の平均値を求めると、たわみ量Ｙに与える巻癖の影響をほとんど無視することができる。
【００１１】また、式（１）中、ｗおよびｔで表されているマルチフィラメント１の幅と厚みは、図１に示したＡ〜Ｅ点の５点においてそれぞれ測定された測定値の平均値とする。なお、Ａ〜Ｅ点の５点は、マルチフィラメント上の位置１ｃから長さ方向に、２０ｍｍ、６０ｍｍ、１００ｍｍ、１４０ｍｍ、１８０ｍｍの各位置である。式（１）中、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）であり、（Ｍ／Ｌ）はマルチフィラメントの単位長さ当たりの質量、いわゆる目付であり、単位はｇ／ｍである。このようにして得られた各値を式（１）に代入し、たわみ係数Ｚを求める。求められたたわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメントを使用すると、ＦＲＰを製造する際の工程条件によらず、補強繊維の蛇行が少ないＦＲＰを得ることができる。
【００１２】このようなマルチフィラメント１を補強繊維として使用し、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂として使用したＦＲＰ製のロッドは、例えば、図２に示したような装置を使用した引抜成形法で製造できる。まず、必要本数のマルチフィラメント１をクリール１１から引き出す。ここで、マルチフィラメント１は、その幅方向がクリール１１の軸方向と略平行になるように巻き付けられている。ついで、これらのマルチフィラメント１の張力をテンションロール１２で制御しながら、マルチフィラメント１をレジンバス１３内に含浸して、液状のマトリックス樹脂１４を付着させる。この際、各マルチフィラメント１は、その幅方向が略水平方向になっている。ついで、マトリックス樹脂１４が付着した各マルチフィラメント１を、同心円状に多数の穴が設けられた円形ガイド１５の、前記穴にそれぞれ導入し、そして、各マルチフィラメント１の幅方向を略水平に維持したまま金型１６内に導入し、引き抜く。ここで金型１６は、マトリックス樹脂１４の硬化温度に応じた温度に加熱されているため、マトリックス樹脂１４は金型１６内で硬化して、成形品であるロッド１７が得られる。金型１６は目的に応じて、円形、多角形等の任意の断面形状を有しているものを使用できる。また、マトリックス樹脂としては、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、エポキシ、フェノール等の熱硬化性樹脂組成物が使用できる。
【００１３】このようにして、たわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメント１を使用すると、円形ガイド１５を通過した後、マルチフィラメント１を構成している各フィラメントが蛇行せず、互いに略平行な状態を保ったままで金型１６内に進入する。一方、たわみ係数Ｚが２．０を越えるマルチフィラメント１を使用すると、マルチフィラメント１を構成している各フィラメントが蛇行した状態で金型１６内に進入する。したがって、たわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメント１を使用するとＦＲＰ中での蛇行が起こりにくく、直進性に優れるたものとなる。よって、マルチフィラメント１が有する強度が反映したＦＲＰを製造できる。さらに、たわみ係数Ｚが１．５以下のマルチフィラメント１を使用すると、直進性がさらに向上し、マルチフィラメント１の強度が十分に発現したＦＲＰを製造できる。より好ましくは、マルチフィタメント１のたわみ係数Ｚは１．０以下である。
【００１４】このように、上記（１）式で表されるたわみ係数Ｚは、マルチフィラメント１が有する直進性を直接的に表している。すなわち、たわみ係数Ｚは、単なるたわみ量Ｙだけではなく、マルチフィラメント１の厚みｔや幅ｗの影響も考慮された係数である。そのため、たわみ係数Ｚが小さなマルチフィラメント１をＦＲＰに使用すると、ＦＲＰ中で優れた直進性を発現する。一方、たわみ量Ｙが小さくてもたわみ係数Ｚが大きなマルチフィラメント１を使用すると、マルチフィラメント１のＦＲＰ中における直進性は低く、マルチフィラメント１の有する強度が十分に発現するＦＲＰが得られない。よって、上記式（１）で表されるたわみ係数Ｚが２．０以下となるようなたわみ量Ｙ、幅ｗ、厚みｔ、目付Ｍ／Ｌを有するマルチフィラメント１を選択して、ＦＲＰに使用すると、強度に優れたＦＲＰを得ることができる。一方、従来、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性は、カンチレバー方式で測定された補強繊維の硬さで評価されていた。しかし、このようにして求められた硬さは、直接的にＦＲＰ中の直進性を表わすものではなかった。すなわち、目付が同じマルチフィラメント１であっても、厚みが大きくなるとたわみは小さくなって硬さが大きくなり、厚みが小さくなるとたわみは大きくなって硬さは小さくなるが、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性と、このようにして求められた硬さとは必ずしも相関性がなかった。例えば、硬さが大きな値であってもＦＲＰ中での直進性が悪い場合があった。したがって、上記式（１）で求められたたわみ係数Ｚは、ＦＲＰ中での補強繊維の直進性を直接的に表す優れた指標である。
【００１５】このようなＦＲＰ用マルチフィラメント１は、ＦＲＰの補強繊維としてあらゆる成形法であらゆる用途に使用することができる。例えば、上述したような引抜成形用以外にも、プリプレグ用、ＦＷ用に使用したり、クロスやプリフォームとして使用してハンドレイアップ成形や、ＲＴＭ成形などにも用いることができる。これらの中でも、このようなマルチフィラメント１は、低粘度の樹脂をマルチフィラメント１に直接塗布するＦＷ法や引抜成形法での使用が特に好ましい。このようなＦＲＰ用マルチフィラメント１を使用すると、マルチフィラメント１の強度がＦＲＰに十分反映し、補強繊維の長さ方向の強度が優れたＦＲＰを得ることができる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［調製例１］以下に示す組成の２種類のサイズ剤を調製した。調製方法は各エポキシ樹脂を秤量し１２０℃に加熱して、２種類の樹脂が均一になるように溶解した。
Ａサイズ剤：Ｅｐ８２８／Ｅｐ１００２＝７０質量部／３０質量部Ｂサイズ剤：Ｅｐ８２８／Ｅｐ１００２＝８０質量部／２０質量部ただし、Ｅｐ８２８は、油化シェル社製、液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「エピコート８２８」であり、Ｅｐ１００２は、油化シェル社製、固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂「エピコート１００２」である。
【００１７】［実施例１］マルチフィラメントとして、三菱レイヨン社製炭素繊維ＴＲ５０Ｓ−１２Ｌのアンサイズ糸を使用した。これは１２Ｋのマルチフィラメントで、サイズ剤が塗布されていないものである。このマルチフィラメントに、上記調製例１で調製したＡサイズ剤をメチルエチルケトンで希釈したものを塗布し、脱溶剤した。脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量はマルチフィラメント全質量に対し１．０％であった。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔを図１R>１に示すＡ〜Ｅ点の５点で測定し、平均値を求めたところ、幅ｗが５．８ｍｍ、厚みｔは０．１４ｍｍであった。そして、このＦＲＰ用マルチフィラメントのたわみ量Ｙを、図１に示した方法で測定したところ７２ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは１．４であった。測定結果を表１にまとめた。このようなＦＲＰ用マルチフィラメント３０本を使用し、図２に示した方法で、直径５ｍｍの引抜ロッドを成形した。マトリックス樹脂はエポキシ樹脂組成物（三菱レイヨン社製＃７５０）を使用した。成形条件は、温度２５０℃、速度０．５ｍ／分で、バックテンションはマルチフィラメント１本当たり２００ｇで実施した。成形したロッドを５０ｍｍ長にカットし、カッターで繊維方向に半分に巻き割り状に割り、内部の炭素繊維の蛇行状況を目視で確認したところ、蛇行は認められなかった。また、成形したロッドの引張試験を実施したところ、引張強度は３１７０ＭＰａと良好であった。試験方法は「膨張材による定着法研究会」の方法にしたがった。結果をあわせて表１に示す。
【００１８】［実施例２］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．５％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ６．１ｍｍと０．１４ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ３２ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは０．６６であった。測定結果を表１にまとめた。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３２８０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００１９】［実施例３］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ｂサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＢサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して２．０％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８２ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ６．１ｍｍと０．１５ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ５１ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは１．３であった。測定結果を表１にまとめた。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３１３０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００２０】［比較例１］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ｂサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＢサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．０％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ６．０ｍｍと０．１４ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ１２０ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは２．４であった。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認された。また、引張強度は２０８０ＭＰａと低かった。結果をあわせて表１に示す。
【００２１】［比較例２］実施例１で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して０．２％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、０．８１ｇ／ｍであり、幅ｗと厚みｔはそれぞれ５．８ｍｍと０．１６ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ９８ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは２．９であった。このようなＦＲＰ用マルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認された。また、引張強度は１９５０ＭＰａと低かった。結果をあわせて表１に示す。
【００２２】［実施例４］マルチフィラメントとして三菱レイヨン社製炭素繊維ＴＲ５０Ｓ−２４Ｌのアンサイズ糸を使用した。これは２４Ｋのマルチフィラメントでねサイズ剤が塗布されていないものである。このマルチフィラメントに、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量はマルチフィラメントの全質量に対して１．０％であった。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は、１．６２ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔはそれぞれ８．５ｍｍと０．１７ｍｍであった。そして、実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ５８ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは１．５であった。このようなＦＲＰ用マルチフィラメント１２０本で、直径１０ｍｍの引抜ロッドを実施例１と同様にして成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３１２０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００２３】［実施例５］実施例４で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ａサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＡサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．５％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰ用マルチフィラメントのＭ／Ｌ値は１．６３ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔはそれぞれ８．９ｍｍと０．１６ｍｍであった。そして実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ３６ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは０．８１であった。このようなＦＲＰマルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。蛇行は確認されず、引張強度は３２６０ＭＰａと良好であった。結果をあわせて表１に示す。
【００２４】［比較例３］実施例４で用いた炭素繊維マルチフィラメントのアンサイズ品に、Ｂサイズ剤を実施例１と同様の方法で塗布した。ただし、脱溶剤後のＢサイズ剤の実質の付着量をマルチフィラメントの全質量に対して１．０％となるように調節した。このようにして得られたＦＲＰマルチフィラメントのＭ／Ｌは１．６２ｇ／ｍであった。また、幅ｗと厚みｔはそれぞれ８．７ｍｍと０．１６ｍｍであった。そして実施例１と同様にしてたわみ量Ｙを測定したところ１２０ｍｍであった。したがって、たわみ係数Ｚは２．６であった。このようなＦＲＰマルチフィラメントを使用して、実施例１と同様にして直径５ｍｍの引抜ロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認された。引張強度は１８４０ＭＰａと低かった。結果をあわせて表１に示す。
【００２５】［比較例４］比較例１で用いたＦＲＰ用マルチフィラメントを用いて、バックテンションをマルチフィラメント１本当たり５００ｇとする以外は実施例１と同様にして直径５ｍｍの引き抜きロッドを成形し、内部の炭素繊維の蛇行確認、引張試験を実施した。引抜ロッド内部に蛇行が確認されず、引張強度も３１４０ＭＰａと高かったが、工程中で毛羽が多発し、工程安定性は非常に悪かった。
【００２６】
【表１】
【００２７】このように、たわみ係数Ｚが２．０以下のマルチフィラメントを使用して得られた引き抜きロッド中において、マルチフィラメントの蛇行は確認できず、その直進性は優れていた。また、引き抜きロッドの引っ張り強度も優れていた。さらに、工程中で毛羽が発生せず、安定にロッドを製造できた。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＦＲＰ用マルチフィラメントは、たわみ係数Ｚが２．０以下であるので、ＦＲＰに使用した場合に成形物中で蛇行しにくい。また、このような蛇行しにくさは、ＦＲＰ製造工程条件に依存しないため、マルチフィラメントのバックテンションを上げる等のプロセス条件を特に最適化しなくても、マルチフィラメントの強度が十分に反映された高強度ＦＲＰを安定に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 マルチフィラメントのたわみ量Ｙを測定する方法を示す説明図である。
【図２】 ＦＲＰを製造する製造装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…マルチフィラメント
１ａ…マルチフィラメントの一方の端部
１ｂ…マルチフィラメントの他方の端部
１ｃ…マルチフィラメント１の一方の端部１ａからその長さ方向に２００ｍｍの位置
２…試験台
３…固定治具
１１…クリール
１２…テンションロール
１３…レジンバス
１４…マトリックス樹脂
１５…円形ガイド
１６…金型
１７…ロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】 下記式（１）で示されるたわみ係数Ｚが、２．０以下であることを特徴とするＦＲＰ用マルチフィラメント。
Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）
（式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。）
【請求項２】 ガラス繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ用マルチフィラメント。
【請求項３】 炭素繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ用マルチフィラメント。
【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ用マルチフィラメントを用いたことを特徴とするＦＲＰ。
【請求項１】 下記式（１）で示されるたわみ係数Ｚが、２．０以下であることを特徴とするＦＲＰ用マルチフィラメント。
Ｚ＝Ｙ×ｗ×ｔ3 ／（Ｍ／Ｌ）…（１）
（式（１）中、Ｙはマルチフィラメントのたわみ量（単位：ｍｍ）、ｗはマルチフィラメントの幅（単位：ｍｍ）、ｔはマルチフィラメントの厚み（単位：ｍｍ）、Ｍは長さＬ（単位：ｍ）のマルチフィラメントの質量（単位：ｇ）を表す。）
【請求項２】 ガラス繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ用マルチフィラメント。
【請求項３】 炭素繊維からなることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ用マルチフィラメント。
【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ用マルチフィラメントを用いたことを特徴とするＦＲＰ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００１−２５３９５２（Ｐ２００１−２５３９５２Ａ）
【公開日】平成１３年９月１８日（２００１．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−６５４７７（Ｐ２０００−６５４７７）
【出願日】平成１２年３月９日（２０００．３．９）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年９月１８日（２００１．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年３月９日（２０００．３．９）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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