特許 6138045 ＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6138045

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】ＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法

(51)【国際特許分類】

   B32B 5/08 20060101AFI20170522BHJP

   B32B 3/24 20060101ALI20170522BHJP

   D03D 1/00 20060101ALI20170522BHJP

   D03D 9/00 20060101ALI20170522BHJP

   D03D 15/00 20060101ALI20170522BHJP

   D03D 15/12 20060101ALI20170522BHJP

   D04H 3/04 20120101ALI20170522BHJP

   D04H 3/002 20120101ALI20170522BHJP

   B29B 11/16 20060101ALI20170522BHJP

   B29K 105/10 20060101ALN20170522BHJP

【ＦＩ】

   B32B5/08

   B32B3/24 Z

   D03D1/00 A

   D03D9/00

   D03D15/00 C

   D03D15/12 Z

   D04H3/04

   D04H3/002

   B29B11/16

   B29K105:10

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-528417(P2013-528417)

(86)(22)【出願日】2013年3月5日

(86)【国際出願番号】JP2013056553

(87)【国際公開番号】WO2013133437

(87)【国際公開日】20130912

【審査請求日】2016年2月27日

(31)【優先権主張番号】特願2012-49831(P2012-49831)

(32)【優先日】2012年3月6日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】306032316

【氏名又は名称】新日鉄住金マテリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075638

【弁理士】

【氏名又は名称】倉橋 暎

(74)【代理人】

【識別番号】100169155

【弁理士】

【氏名又は名称】倉橋 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】宮尾 巻治

(72)【発明者】

【氏名】小林 朗

(72)【発明者】

【氏名】荒添 正棋

【審査官】 長谷川 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４６８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１２８１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４６６７０６９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００４−２４９５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９７３２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ１１／１６

１５／０８−１５／１４

Ｂ３２Ｂ１／００−４３／００

Ｃ０８Ｊ５／０４−５／１０

５／２４

Ｄ０３Ｄ１／００−２７／１８

Ｄ０４Ｈ１／００−１８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドに１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が１．７〜２．０ｍｍ、厚さが１．７〜２．０ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた単撚繊維束を作製し、
前記単撚繊維束を、重ならないように前記単撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、
前記一方向に配列した各単撚繊維束は、前記各単撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。

【請求項2】

繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドを２〜５本合わせて１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が２．０〜２．３ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた合撚繊維束を作製し、
前記合撚繊維束を、重ならないように前記合撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、
前記一方向に配列した各合撚繊維束は、前記各合撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。

【請求項3】

前記メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維から成る糸条を１軸、２軸或いは３軸に配向して形成し、前記糸条表面に被覆された樹脂により前記各単撚繊維束に接着又は融着されることを特徴とする請求項１のＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。

【請求項4】

前記メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維から成る糸条を１軸、２軸或いは３軸に配向して形成し、前記糸条表面に被覆された樹脂により前記各合撚繊維束に接着又は融着されることを特徴とする請求項２のＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。

【請求項5】

型枠に炭素繊維シートを入れ込み、樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック材を成型するＲＴＭ工法において、
前記炭素繊維シートは、請求項１〜４のいずれかの項に記載のＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法により製造されたＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートであり、
前記樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするＲＴＭ工法。

【請求項6】

前記樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、フェノール樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のＲＴＭ工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）をＲＴＭ工法、或いは、真空引きを伴うＶａＲＴＭ工法（以下、本明細書では、ＲＴＭ工法及びＶａＲＴＭ工法を含めて単に「ＲＴＭ工法」という。）にて作製する際に使用する高目付の炭素繊維シートの製造方法に関するものであり、また、斯かる高目付の炭素繊維シートを使用したＲＴＭ工法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＲＴＭ工法は、樹脂を含んでいないドライ（樹脂未含浸）の強化繊維シートを用いるのが特徴で、製品の形状に合わせて予め積層したり、縫製したり、融着などをして必要な方向に必要な強度が出るように形を作り（プリフォーム）、型枠に入れ込み、樹脂を注入して、（必要により加熱して）硬化し、製品とする工法である。樹脂注入に際して真空引きすることも行われており、特に、ＶａＲＴＭ工法と呼ばれている。

【0003】

現在、ＲＴＭ工法により、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）を作製することが行われている。しかし、このような大型の成型物は、強化繊維シートとしてはガラスマットや不織布を使用することが多い。

【0004】

つまり、ＲＴＭ工法により大型のＦＲＰ材を作製する場合に、単に一方向に炭素繊維を引き揃えて作製される炭素繊維シートを使用した場合には、樹脂注入時に炭素繊維の配向が乱れ易いために、織り物か、編み物とされた炭素繊維シート、又は、一方向炭素繊維シートにステッチングを施したシート形状のものが使用されており、炭素繊維を一方向に並べただけの炭素繊維シートは全く使用されていない。即ち、現在、使用されている炭素繊維シートは、シートの目付量が２００〜４００ｇ／ｍ^２とされる織り物を所定繊維目付量となるように複数枚積層して使用されているに過ぎない。

【0005】

しかしながら、織り物、編み物の炭素繊維シート、或いは、ステッチング炭素繊維シート等を使用することは、一方向炭素繊維シートの製造速度が１０ｍ／分程度とされるのに対して、シート自体の製造速度が１ｍ／分以下程度とされ、生産性が悪く、コストアップとなっている。

【0006】

特に、断面積の大きな成型品、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）を作製する場合には、積層枚数が多くなり、作業効率が悪い。また、積層数が多い場合、織り糸や編み糸が多量に入ることになり、このために、強度低下を起こし、また、炭素繊維の含有量（Ｖｆ：単位断面積当たりの炭素繊維の断面積比率）を下げる要因となっている。

【0007】

そこで、本発明者らは、数万本の炭素繊維（フィラメント）を収束して構成される各炭素繊維束（炭素繊維ストランド）に撚りを入れ、この炭素繊維ストランドを一方向に並べて炭素繊維シートを作製することを考え、特許文献１に記載するように、炭素繊維束（炭素繊維ストランド）にかける撚りの回数を特定することにより、強度低下しないことを確認し、所定回数の撚りをかけた多数本の炭素繊維フィラメントから成る繊維束にて作製される炭素繊維シートを提案した。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４６６７０６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記特許文献１に記載する炭素繊維シートは、樹脂含浸性にも優れたものであるが、炭素繊維シートの繊維目付量は、５０〜８００ｇ／ｍ^２とされている。また、特許文献１に記載するように、斯かる構成の炭素繊維シートを例えば、橋梁や高架道路のような構造物の補強のために接着剤を含浸させて貼着したり、或いは、ハンドレイアップ等により樹脂を塗布含浸させて繊維強化プラスチック製品を作製する場合には、繊維目付が８００ｇ／ｍ^２を超えると、特に１０００ｇ／ｍ^２を超えると樹脂含浸性が悪くなり、実用的でなくなる。

【0010】

本発明者は、上記特許文献１に記載される技術を基にして、更に研究実験を行い、撚りの入った樹脂未含浸の、例えば５０Ｋ（炭素繊維フィラメントの数が５００００本とされる繊維束）といった大径の炭素繊維ストランドを使用して、繊維目付が８００ｇ／ｍ^２を超える高目付の炭素繊維シートを作製し、この炭素繊維シートを使用してＲＴＭ工法により、大きな成型品、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）を作製することを試みた。その結果、このような大径の炭素繊維ストランドを使用した繊維目付が８００ｇ／ｍ^２を超える高目付の炭素繊維シートが、例え１０００ｇ／ｍ^２を超える高目付の炭素繊維シートであってもＲＴＭ工法にて大きな成型品を極めて効率よく製造し得ることを見出した。

【0011】

その理由は、
（１）ＲＴＭ工法は、極めて低粘度の樹脂（ＲＴＭ用樹脂）を用いることが可能である。
つまり、従来、一方向炭素繊維シートを使用した土木建築用施工樹脂の粘度は３０００〜１００００ｍＰａ・ｓ／２３℃程度とされる。従って、このような土木建築用施工樹脂を繊維目付８００ｇ／ｍ^２を超える、特に１０００ｇ／ｍ^２を超える高目付の炭素繊維シートに含浸させるのは極めて困難である。これに対して、ＲＴＭ用樹脂の粘度は、樹脂注入時（一例として、温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓ程度とされ、大径の炭素繊維ストランドを使用した繊維目付が８００ｇ／ｍ^２を超え、例え１０００ｇ／ｍ^２を超える高目付の炭素繊維シートであっても極めて効率よく含浸される。一方、このような、低粘度のＲＴＭ用樹脂は、天井面や壁面への施工においては樹脂が流れたり、垂れたりするため土木建築用施工樹脂としては使用できない。
（２）繊維に撚り掛けしているため、ＲＴＭ工法にて樹脂をインジェクションしたときに繊維が流され難い。
（３）ＲＴＭ工法は、成型厚みの厚い成型が多いため、高目付炭素繊維シートは積層枚数を減らすことができる。
からである。

【0012】

本発明は、斯かる本発明者の新規な知見に基づくものである。

【0013】

本発明の目的は、太い炭素繊維ストランドを用いた炭素繊維シートを使用することで、細い炭素繊維ストランドのシートを複数枚重ねての成型に比べ炭素繊維のＶｆ（単位断面積当たりの炭素繊維の断面積比率）を高くすることができ、ＦＲＰ材の性能を上げることのできるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法を提供することである。

【0014】

本発明の他の目的は、繊維目付８００ｇ／ｍ^２を超える、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材をＲＴＭ工法にて作製する際に使用することのできる、撚りの入った樹脂未含浸の、例えば５０Ｋといった大径の炭素繊維ストランドを使用したＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的は本発明に係るＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法にて達成される。要約すれば、第一の本発明は、繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドに１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が１．７〜２．０ｍｍ、厚さが１．７〜２．０ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた単撚繊維束を作製し、
前記単撚繊維束を、重ならないように前記単撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、
前記一方向に配列した各単撚繊維束は、前記各単撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法である。

【0016】

第二の本発明は、繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドを２〜５本合わせて１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が２．０〜２．３ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた合撚繊維束を作製し、
前記合撚繊維束を、重ならないように前記合撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、
前記一方向に配列した各合撚繊維束は、前記各合撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法である。

【0017】

上記本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維から成る糸条を１軸、２軸或いは３軸に配向して形成し、前記糸条表面に被覆された樹脂により前記各単撚繊維束又は前記各合撚繊維束に接着又は融着される。

【0018】

第三の本発明は、型枠に炭素繊維シートを入れ込み、樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック材を成型するＲＴＭ工法において、
前記炭素繊維シートは、上記構成とされるいずれかのＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法により製造されたＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートであり、
前記樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするＲＴＭ工法である。

【0019】

第三の本発明にて、前記樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又は、フェノール樹脂である。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、太い炭素繊維ストランドを用いた炭素繊維シートを使用することで、細い炭素繊維ストランドのシートを複数枚重ねての成型に比べ炭素繊維のＶｆ（単位断面積当たりの炭素繊維の断面積比率）を高くすることができ、ＦＲＰ材の性能を上げることができる。従って、本発明によれば、繊維目付８００ｇ／ｍ^２を超える、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材をＲＴＭ工法にて、樹脂含浸時間を短縮して、且つ、引張り、曲げ強度などの良好な製品を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明に従った炭素繊維シートの一実施例を示す斜視図である。

【図2】図２（ａ）は、本発明に従った炭素繊維シートの一部を拡大した斜視図であり、図２（ｂ）は、合撚繊維束の一部を示す斜視図である。

【図3】図３は、本発明に従った炭素繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。

【図4】図４は、ＲＴＭ工法を実施するための実験装置の概略構成図である。

【図5】図５は、炭素繊維ストランドの撚り数と強度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法を図面に則して更に詳しく説明する。

【0023】

実施例１
先ず、図１を参照して、本発明の強化繊維として炭素繊維を使用した炭素繊維シート１０について説明する。

【0024】

図１に、本発明の炭素繊維シート１０の一実施例を示す。本実施例において、炭素繊維シート１０は、撚りをかけた炭素繊維ストランド（本願明細書では、撚りをかけた炭素繊維ストランドを「単撚繊維束」という。）１１を一方向に引き揃え、各単撚繊維束１１を互いに固定用繊維材１３にて固定して、シート状に形成される。炭素繊維ストランドＦは、多数本の炭素繊維フィラメントｆを収束して形成される。また、各単撚繊維束１１の間には、空隙ｇが形成されている。

【0025】

更に説明すると、本実施例によれば、図１及び図２（ａ）に示すように、炭素繊維シート１０の炭素繊維としては、撚りをかけた炭素繊維ストランドＦ、即ち、単撚繊維束１１が使用される。又、炭素繊維ストランドＦのサイズ剤は、本実施例では、０．２％とした。しかし、本発明にて、炭素繊維ストランドＦのサイズ剤の量は、これに限定されるものではない。

【0026】

つまり、本実施例によれば、炭素繊維として平均径７μｍの炭素繊維モノフィラメントｆを５００００〜６００００本収束した炭素繊維ストランドＦを使用し、更に、この炭素繊維ストランドＦは、１ｍ当たり５回から５０回の撚りがかけられ、単撚繊維束１１とされる。撚り回数が５回未満であれば、炭素繊維ストランドＦを収束する力が弱く、ストランドＦが細くなりにくい。また、５０回を越えれば、炭素繊維ストランドＦが巻き締めにより硬くなり、樹脂の含浸性が悪くなる。また、繊維の直線性が悪くなり、ＦＲＰの性能が低下する。

【0027】

本発明者らは、炭素繊維モノフィラメントｆを５００００〜６００００本収束した太い炭素繊維ストランドＦに撚りを入れた場合でも撚り作業性、強度等の物性の点で問題ないこと、及び、斯かる炭素繊維ストランドにて作製した繊維シートは低粘度のＲＴＭ用樹脂を使用するＲＴＭ工法に好適に使用し得ること、を確認する実験を行った。つまり、
（１）大径の炭素繊維ストランドＦに所定回数の撚りを入れても強度低下を来たすことはないこと。
（２）ＲＴＭ工法に使用される極めて低粘度の、即ち、型枠への樹脂注入時（一例として温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓ程度とされるＲＴＭ樹脂に対する含浸性が優れていること。
従来、上述したように、一方向炭素繊維シートを使用した土木建築用施工樹脂の粘度は３０００〜１００００ｍＰａ・ｓ／２３℃程度とされる。
（３）繊維に撚り掛けしていることにより、ＲＴＭ樹脂をインジェクションしたときに繊維が流され難いこと。
（３）ＲＴＭ工法は、成型厚みの厚い成型が多いため、高目付炭素繊維シートでは積層枚数を減らすことができること。
などを確認する実験を行った。

【0028】

本実験では、炭素繊維として平均径７μｍの高強度炭素繊維モノフィラメントｆを５００００本収束した炭素繊維ストランドＦ（サイズ剤０．２％）を使用し、撚りの回数を、撚りなし、５、１０、２０、３０、４０、４５、５０、５５、６０回／ｍで確認した。

【0029】

その結果、下記表１及び図５に示すように、炭素繊維ストランドＦの引張強度は、撚りなし〜５０回／ｍでは強度低下は見られず、５５回／ｍ以上で強度低下が見られた。

【0030】

【表1】

【0031】

一方、炭素繊維ストランドＦの幅（ｗ）（図２（ａ）参照）は、撚りなし、及び、５回／ｍ未満では繊維収束力が弱く、期待されたほど細くすることはできなかったが、５回以上、特に１５回／ｍ以上では収束が十分できて炭素繊維ストランドが細くまとまった状態になった。

【0032】

以上より総合すると、炭素繊維ストランドは、繊維の撚り回数は、５〜５０回／ｍの範囲が適しており、中でも、１０〜２０回／ｍが最も良好であった。

【0033】

これによって、単撚繊維束１１が一方向に引き揃えられたときに、繊維束が広がらないか、或いは、広がる程度がきわめて少なく、単撚繊維束１１は、幅（ｗ）が１．７〜２．０ｍｍ、厚さ（ｔ）が１．７〜２．０ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状を維持することができる。これにより、各炭素繊維ストランドが重なり合うのを防ぐことができる。

【0034】

従って、本実施例によれば、一方向に配列された単撚繊維束１１にて形成される炭素繊維シート１０は、その繊維目付が、８００ｇ／ｍ^２を超えた場合、例え１０００ｇ／ｍ^２を超えた場合でも、各単撚繊維束１１、１１の間に、図１及び図２（ａ）に示すように、空隙（ｇ）＝０〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍを形成することができる。

【0035】

従って、特に、ＲＴＭ工法に使用する低粘度（即ち、注入時の温度、一例として２５℃にて粘度３０〜３００ｍＰａ・ｓ）のＲＴＭ用樹脂の含浸時に、マトリクス樹脂が単撚繊維束１１、１１間を通過することを容易とする。また、強化繊維とマトリクス樹脂との接触面積を増加させることにより、更には、繊維を集束させることで、各繊維束１１中の各炭素繊維フィラメントｆ間の毛細管現象により繊維束１１の内部への樹脂含浸性を改善することができる。

【0036】

本発明によれば、炭素繊維シート１０の繊維目付は、上述のように、少なくとも８００ｇ／ｍ^２を超える値、特に１０００ｇ／ｍ^２を超える値とされるが、繊維目付が６０００ｇ／ｍ^２を越えるとシートの厚さ（ｔ）（図２（ａ））が大となり過ぎ、ＲＴＭ工法においても、即ち、低粘度のＲＴＭ用樹脂を使用しても樹脂含浸性が悪く、実用的でなくなる。好ましくは、繊維目付は、８００ｇ／ｍ^２を超え、特に１０００ｇ／ｍ^２を超え、６０００ｇ／ｍ^２以下、好ましくは、２４００ｇ／ｍ^２以下とされる。

【0037】

上述のように、単撚繊維束１１が一方向に引き揃えられた炭素繊維シート１０において、各単撚繊維束１１は、互いに空隙（ｇ）＝０〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍだけ近接離間して、固定用繊維材１３にて固定される。

【0038】

このようにして形成された炭素繊維シート１０の長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取り扱い上の問題から、一般には、全幅（Ｗ）は、１００〜５００ｍｍとされる。また、長さ（Ｌ）は、１００ｍ以上のものも製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。

【0039】

又、各単撚繊維束１１を固定用繊維材１３にて固定する方法としては、図１に示すように、例えば、固定用繊維材１３として横糸を使用し、一方向に配列された複数本の単撚繊維束１１を、単撚繊維束１１に対して直交して一定の間隔（Ｐ）にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。横糸１３の打ち込み間隔（Ｐ）は、特に制限されないが、作製された繊維強化シート１０の取り扱い性を考慮して、通常１〜１５ｍｍ間隔の範囲で選定される。

【0040】

このとき、横糸１３は、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ポリエステル、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用される。

【0041】

各単撚繊維束１１を一方向に引き揃えてシート状に固定する他の方法としては、図３に示すように、固定用繊維材１３としてメッシュ状支持体シートを使用することができる。

【0042】

つまり、一方向に引き揃えたシート形態とされる複数本の単撚繊維束１１の片側面、又は、両面を、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維にて作製したメッシュ状の支持体シート１３により支持した構成とすることもできる。

【0043】

この場合には、例えば、２軸構成とされるメッシュ状支持体シート１３を構成する縦糸１４及び横糸１５の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１３を各単撚繊維束１１の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１３の縦糸１４及び横糸１５の部分をシート形態とされた複数本の単撚繊維束１１に融着する。

【0044】

メッシュ状支持体シート１３は、２軸構成のほかに、ガラス繊維を３軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を単撚繊維束１１に対して直交する横糸１５のみを配置した、所謂、１軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた複数本の単撚繊維束１１に接着することもできる。

【0045】

又、上記固定用繊維材１３の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性樹脂をその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。

【0046】

炭素繊維シート１０は、撚りをかけた炭素繊維ストランドＦ、即ち、単撚繊維束１１を一方向に引き揃えて作製するものとしたが、別法では、図２（ｂ）に示すように、撚りをかけない状態の炭素繊維ストランド（単繊維束）Ｆを複数本、例えば、２〜５本を合わせて、図２（ｂ）では３本合わせた全体の繊維束に撚りをかけたもの（本明細書では、「合撚繊維束」という。）１２を、上記単撚繊維束１１の代わりに使用することも可能である。

【0047】

つまり、この場合にも、上述のように、炭素繊維として平均径７μｍの炭素繊維モノフィラメントを５００００〜６００００本収束した炭素繊維ストランド、即ち、単繊維束Ｆを使用し、この単繊維束Ｆを２〜５本合体し、１ｍ当たり５回から５０回の撚りをかける。撚り回数が５回未満であれば、炭素繊維ストランドＦを収束する力が弱く、ストランドＦが細くなりにくい。また、５０回を越えれば、炭素繊維ストランドＦが巻き締めにより硬くなり、樹脂の含浸性がやりにくくなる。また、繊維の直線性が悪くなり、ＦＲＰ性能が低下する。好ましくは、撚り数は、１０〜２０回／ｍである。

【0048】

これによって、合撚繊維束１２は、幅（ｗ）が２．０〜２．３ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状となる。

【0049】

この実施例においても、炭素繊維シート１０は、図１に示す単撚繊維束１１に代えて、上記合撚繊維束１２を一方向に引き揃え、各合撚繊維束１２を互いに固定用繊維材３にてシート状に固定される。また、この場合にも、上述のように、合撚撚繊維束１２が一方向に引き揃えられた炭素繊維シート１０において、各合撚繊維束１２の間には、空隙（ｇ）＝０〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍが形成され、繊維の重なりはなくなった。

【0050】

従って、ＲＴＭ用樹脂含浸時に、マトリクス樹脂が合撚繊維束１２、１２間を通過することを容易とし、強化繊維とマトリクス樹脂との接触面積を増加させることにより、強化繊維束の内部への樹脂含浸性を改善することができる。

【0051】

性能試験
具体例１
本発明に従って、図３に示す炭素繊維シート１０を作製した。

【0052】

炭素繊維として平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを、収束本数５００００本収束したＰＡＮ系炭素繊維ストランド（単繊維束）Ｆを用いた。このストランドＦは、１ｍ当たり１５回撚りをかけて、単撚繊維束１１とした。炭素繊維ストランドＦのサイズ剤は、０．２％であった。

【0053】

炭素繊維シート１０にて、単撚繊維束１１を繊維目付が１２００ｇ／ｍ^２となるように引き揃えてシート状に配列した。このシート状とされる単繊維束１１の片面に、メッシュ状支持体シート１３を接着した。

【0054】

このようにして作製した炭素繊維シート１０は、幅（Ｗ）が２００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。各単撚繊維束１１間の間隙（ｇ）は、０〜０．２ｍｍであった。

【0055】

比較例として以下の構成の炭素繊維シートを作製した。

【0056】

比較例１
比較例１として、炭素繊維に撚りをかけないストランド（単繊維束）Ｆを使用した点でのみ異なり、他は全く同じ材料、構成、寸法の、本発明に従った上記具体例１に示す炭素繊維シート１０と同様の炭素繊維シートを作製した。

【0057】

比較例２
比較例２として、炭素繊維として平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを、収束本数２４０００本収束したＰＡＮ系炭素繊維ストランド（単繊維束）Ｆを用いた。このストランドＦは、１ｍ当たり１５回撚りをかけて、単撚繊維束１１とした。炭素繊維ストランドＦのサイズ剤は、０．２％であった。

【0058】

炭素繊維シート１０にて、単撚繊維束１１を繊維目付が４００ｇ／ｍ^２となるように引き揃えてシート状に配列した。このシート状とされる単繊維束１１の片面に、メッシュ状支持体シート１３を接着した。

【0059】

このようにして作製した炭素繊維シート１０は、幅（Ｗ）が２００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。各単撚繊維束１１間の間隙（ｇ）は、０〜０．２ｍｍであった。

【0060】

次に、上記具体例１の炭素繊維シート１０、及び、比較例１、２の炭素繊維シートを、具体例１及び比較例１では１枚、比較例２では３枚使用してＲＴＭ工法により、幅２００ｍｍ×長さ２ｍ×厚み１．３ｍｍの平板を、図４に示す実験装置１００を使用して作製した。

【0061】

図４を参照すると、本実験にて使用した成型装置１００は、ＶａＲＴＭ工法を実施する装置とされ、型枠（成形型）１０１に炭素繊維シート１０を入れ込み、その上に樹脂流通媒体１０２及びバキュームバッグ１０３がセットされる。成形型１０１に隣接して配置された樹脂注入装置１０４から、樹脂流通媒体１０２と成形型１０１との間に樹脂Ｒが注入される。また、バキュームバッグ１０３が真空引きされ、これにより、炭素繊維シート１０に樹脂Ｒが含浸される。樹脂Ｒが含浸された炭素繊維シート１０は、成形型１０１と共に加熱装置、例えば、加熱板或いはオーブンにて加熱され、樹脂Ｒが硬化される。その後、樹脂含浸硬化された炭素繊維シート１０は、成形型１０１から脱型されて製品（炭素繊維強化プラスチック材）とされる。

【0062】

具体例１、比較例１、２で使用した樹脂Ｒは、低粘度のＲＴＭ用樹脂であり、ナガセケムテックス株式会社製の複合材料用エポキシ樹脂（汎用タイプ「ＸＮＲ／Ｈ６８０９」（商品名））を使用した。該樹脂の粘度は、２６０ｍＰａ・ｓ／２５℃、８０ｍＰａ・ｓ／４０℃、であった。また、型枠に注入時の粘度は、即ち、温度２５℃における樹脂粘度は、２６０ｍＰａ・ｓであった。

【0063】

勿論、ＲＴＭ用樹脂としては、エポキシ樹脂の他、樹脂注入時（一例として温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓとされる、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。

【0064】

本実験にて上記具体例１の炭素繊維シート１０を使用した場合には、樹脂含浸作業が約０．５時間（総成型作業時間２．５時間）で終了し、炭素繊維シート１の配向乱れもなく、良好な製品を得ることができた。

【0065】

比較例１の炭素繊維シートを使用して、具体例１と同様の製品を作製したが、樹脂含性作業に１時間（総成型作業時間３．５時間）を要した。また、製品には炭素繊維配向乱れが見られた。

【0066】

比較例２の炭素繊維シートを３枚使用して、具体例１と同様の製品を作製したが、製品に炭素繊維配向乱れは見られなかったものの、樹脂含性作業に１．２時間（総成型作業時間４時間）を要した。

【0067】

このように、本発明の炭素繊維シートは、太い炭素繊維ストランドを用いた炭素繊維シートを使用することで、細い炭素繊維ストランドのシートを多数枚重ねての成型に比べ炭素繊維のＶｆ（単位断面積当たりの炭素繊維の断面積比率）を高くすることができ、積層作業など準備を含めて成型時間を大幅に短縮でき、積層時の繊維の乱れなどをより少なくすることができる。それにより、ＦＲＰ材の性能を上げることができ、且つ、コスト高となるのを回避できる。

【0068】

従って、本発明の炭素繊維シートによれば、繊維目付８００ｇ／ｍ^２を超える、特に１０００ｇ／ｍ^２を超える、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材をＲＴＭ工法にて、樹脂含浸時間を短縮して、且つ、引張り、曲げ強度の良好な製品を作製することができる。

【0069】

尚、本実施例の繊維シートを使用して、土木建築用施工樹脂（樹脂注入時（２３℃）の粘度８０００ｍＰａ・ｓ）を用いて樹脂含浸作業を試みたが、樹脂含浸作業等に多くの時間を必要とし、作業効率の点で大きな問題を有していた。

【符号の説明】

【0070】

１０ 炭素繊維シート
１１ 単撚繊維束
１２ 合撚繊維束
１３ 固定用繊維材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】