特許 6863478 炭素繊維束、炭素繊維束の製造方法、及びシートモールディングコンパウンドの製造方法

(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】6863478

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】炭素繊維束、炭素繊維束の製造方法、及びシートモールディングコンパウンドの製造方法

(51)【国際特許分類】

   D01F 9/22 20060101AFI20210412BHJP

   D06M 15/55 20060101ALI20210412BHJP

   D06M 13/224 20060101ALI20210412BHJP

   B29B 15/10 20060101ALI20210412BHJP

   B29K 105/12 20060101ALN20210412BHJP

   D06M 101/40 20060101ALN20210412BHJP

【ＦＩ】

   D01F9/22

   D06M15/55

   D06M13/224

   B29B15/10

   B29K105:12

   D06M101:40

【請求項の数】13

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2019-558633(P2019-558633)

(86)(22)【出願日】2019年10月10日

(86)【国際出願番号】JP2019039938

(87)【国際公開番号】WO2020080238

(87)【国際公開日】20200423

【審査請求日】2019年10月25日

(31)【優先権主張番号】特願2018-197594(P2018-197594)

(32)【優先日】2018年10月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100152146

【弁理士】

【氏名又は名称】伏見 俊介

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】高田 剛

(72)【発明者】

【氏名】兼田 顕治

(72)【発明者】

【氏名】若林 巧己

(72)【発明者】

【氏名】中尾 洋之

【審査官】 長谷川 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０９２２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１９７３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４８１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６０１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１２１３２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ１１／１６

１５／０８−１５／１４

Ｂ２９Ｃ４１／００−４１／３６

４１／４６−４１／５２

７０／００−７０／８８

Ｃ０８Ｊ５／０４−５／１０

５／２４

Ｄ０１Ｆ１／００−６／９６

９／００−９／３２

Ｄ０６Ｍ１０／００−１６／００

１９／００−２３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
前記サブトウの質量が１００〜１０００ｍｇ／ｍである、炭素繊維束。

【数1】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項2】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
前記サブトウのフィラメント数が５００〜１５０００本である、炭素繊維束。

【数2】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項3】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
それぞれの前記サブトウの交絡回数の平均が２０〜５０回／ｍである、炭素繊維束。

【数3】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項4】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
それぞれの前記サブトウのカンチレバー値の平均値が１１０〜３００ｍｍである、炭素繊維束。

【数4】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項5】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
それぞれの前記サブトウが隣接するサブトウと断続的に分割された状態となっている、炭素繊維束。

【数5】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項6】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
下記に定義される分繊性の割合Ｑが２０％以上である、炭素繊維束。
（分繊性の割合Ｑ）
連続した炭素繊維束を長さ１インチにチョップ（裁断）し、サブトウ同士の未分割部分を含まないチョップド炭素繊維束をピンセットで１００個ランダムに拾い上げ、それぞれ質量を測定する。これら１００個の質量測定値から、サブトウの質量に相当するチョップド炭素繊維束の個数をカウントし、その個数の割合を計算し、分繊性の割合Ｑとする。

【数6】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項7】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
下記方法（Ｉ）で算出される嵩密度が６０〜４００ｇ／Ｌ以上である、炭素繊維束。
（方法（Ｉ））
（手順Ｉ−１）炭素繊維束を繊維長が２５ｍｍとなるようにロータリーカッターで裁断した試験用チョップド繊維束１００ｇを２Ｌのメスシリンダー（Φ８８ｍｍ、高さ４８５ｍｍの円柱状）に充填する。
（手順Ｉ−２）メスシリンダー内の前記試験用チョップド繊維束の上部から均一に５００ｇの荷重をかけ、体積に変化が無くなったときの充填された前記試験用チョップド炭素繊維束の総体積（Ｌ）を測定し、前記試験用チョップド繊維束の総質量（１００ｇ）を前記試験用チョップド炭素繊維束の総体積（Ｌ）で除して嵩密度を算出する。

【数7】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項8】

複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、
シートモールディングコンパウンド用炭素繊維束である、炭素繊維束。

【数8】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【請求項9】

複数本の前記サブトウ同士がサイジング剤で結着されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の炭素繊維束。

【請求項10】

総フィラメント数が１０００〜１２００００本である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の炭素繊維束。

【請求項11】

下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の炭素繊維束の製造方法。
（ａ）サイジング剤を含む水分散液を浸漬槽に収容し、複数本のサブトウを含む炭素繊維束を走行させつつ前記水分散液に連続的に浸漬して通過させる。
（ｂ）前記水分散液から引き上げた前記炭素繊維束をローラーの周面に接触させつつ、前記炭素繊維束にエアーを吹き付けて余剰の水分散液を除去する。
（ｃ）工程（ｂ）の後、前記水分散液が付着した前記炭素繊維束をニップ処理し、前記炭素繊維束と前記水分散液の合計質量に対する前記水分散液の質量の割合を４０質量％以下とする。
（ｄ）工程（ｃ）の後、周面が１１０〜２００℃に加熱された加熱ローラーに前記炭素繊維束を接触させて乾燥させる。

【請求項12】

前記サイジング剤が、下記の成分（Ａ）及び成分（Ｂ）を含有し、
前記成分（Ｂ）の含有量に対する前記成分（Ａ）の含有量の質量比（成分（Ａ）の含有量／成分（Ｂ）の含有量）が１〜２０であり、
前記サイジング剤の全量（１００質量％）に対する前記成分（Ａ）と前記成分（Ｂ）の合計含有量の割合が８０質量％以上である、請求項１１に記載の炭素繊維束の製造方法。
成分（Ａ）：３０℃における粘度が５００〜１２００００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂組成物。
成分（Ｂ）：凝固点が５０℃以下である脂肪族エステル化合物。

【請求項13】

複数本のサブトウを含み、下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、かつ前記サブトウの質量が１００〜１０００ｍｇ／ｍである炭素繊維束を用い、前記炭素繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断した繊維束を樹脂に含浸させる、シートモールディングコンパウンドの製造方法。

【数9】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維束、炭素繊維束の製造方法、及びシートモールディングコンパウンドの製造方法に関する。
本願は、２０１８年１０月１９日に、日本に出願された特願２０１８−１９７５９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維を含む成形材料を成形した炭素繊維強化複合材料は、軽量かつ高強度であることから様々な分野で広く用いられている。成形材料としては、短繊維を使用するシートモールディングコンパウンド（以下、「ＳＭＣ」とも言う。）や、連続繊維を使用するプリプレグ等が知られている。ＳＭＣは、流動性に優れるため、プリプレグでは成形が困難な複雑形状を形成するのに好適である。

【0003】

短繊維を使用した場合、複合材料の機械特性は、複合材料中の短繊維の分散状態や形態の影響を強く受けることが知られている。炭素繊維は製造コストが比較的高いことから、これを複数本束ねて炭素繊維束とされることがあるが、複合材料中では細かい繊維束が分散している方が、複合材料の機械特性が良好になる。そこで、複数のサブトウを含み、チョップ（裁断）した際に各サブトウが分割されて分散される炭素繊維束をＳＭＣの製造に用いることが知られている。例えば、特許文献１には、複数の繊維束（サブトウ）を引き揃えることなく単一のボビンに巻き取った炭素繊維束を、チョップしてＳＭＣの製造に使用することが提案されている。しかし、この炭素繊維束はサブトウ同士が充分に一体化されていないために、炭素繊維束の製造時や加工時に、一部のサブトウが分離し、ロール等への巻き付き等が発生することがある。

【0004】

ところで、サイジング剤を炭素繊維束に付着させることで、耐擦過性やチョップ性といった高次加工性を改善する方法が提案されている。例えば、特許文献２には、特定の成分を有するサイジング剤を炭素繊維束に塗布することで、高次加工性を高めることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】日本国特開２０１０−１６３５３６号公報

【特許文献2】日本国特開２００８−２７４５２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

複数のサブトウを含む炭素繊維束をサイジング剤で集束する場合、十分な集束性が得られるサイジング剤でサブトウ同士を結着させると、炭素繊維束をチョップした際のチョップド炭素繊維束の分繊性（チョップ分繊性）が悪化し、各サブトウが十分に分割されない傾向がある。一方、チョップ分繊性を確保しようとしてサイジング剤の付着量を減らしたり、集束性の低いサイジング剤を使用したりすると、サブトウ内の炭素繊維の単糸がばらけて他のサブトウに絡み、チョップ分繊性が低下することがある。

【0007】

本発明は、チョップ時の優れたチョップ性と分繊性を両立でき、特にＳＭＣの製造に好適に用いることができる炭素繊維束、及びチョップ時の優れたチョップ性と分繊性を両立でき、特にＳＭＣの製造に好適に用いることができる炭素繊維束の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、以下の構成を有する。

【0009】

［１］複数本のサブトウを含む炭素繊維束であって、
下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％である、炭素繊維束。

【0010】

【数1】

【0011】

（式中、Ｗｔは前記炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは前記炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）
［２］複数本の前記サブトウ同士がサイジング剤で結着されている、［１］に記載の炭素繊維束。
［３］前記サブトウの質量が１００〜１０００ｍｇ／ｍである、［１］又は［２］に記載の炭素繊維束。
［４］前記サブトウのフィラメント数が５００〜１５０００本である、［１］〜［３］のいずれかに記載の炭素繊維束。
［５］それぞれの前記サブトウの交絡回数の平均が２０〜５０回／ｍである、［１］〜［４］のいずれかに記載の炭素繊維束。
［６］それぞれの前記サブトウのカンチレバー値の平均値が１１０〜３００ｍｍである、［１］〜［５］のいずれかに記載の炭素繊維束。
［７］総フィラメント数が１０００〜１２００００本である、［１］〜［６］のいずれかに記載の炭素繊維束。
［８］それぞれの前記サブトウが隣接するサブトウと断続的に分割された状態となっている、［１］〜［７］のいずれかに記載の炭素繊維束。
［９］下記に定義される分繊性の割合Ｑが２０％以上である、［１］〜［８］のいずれかに記載の炭素繊維束。
（分繊性の割合Ｑ）
連続した炭素繊維束を長さ１インチにチョップ（裁断）し、サブトウ同士の未分割部分を含まないチョップド炭素繊維束をピンセットで１００個ランダムに拾い上げ、それぞれ質量を測定する。これら１００個の質量測定値から、サブトウの質量に相当するチョップド炭素繊維束の個数をカウントし、その個数の割合を計算し、分繊性の割合Ｑとする。
［１０］下記方法（Ｉ）で算出される嵩密度が６０〜４００ｇ／Ｌ以上である、［１］〜［９］のいずれかに記載の炭素繊維束。
（方法（Ｉ））
（手順Ｉ−１）炭素繊維束を繊維長が２５ｍｍとなるようにロータリーカッターで裁断した試験用チョップド繊維束１００ｇを２Ｌのメスシリンダー（Φ８８ｍｍ、高さ４８５ｍｍの円柱状）に充填する。
（手順Ｉ−２）メスシリンダー内の前記試験用チョップド繊維束の上部から均一に５００ｇの荷重をかけ、体積に変化が無くなったときの充填された前記試験用チョップド炭素繊維束の総体積（Ｌ）を測定し、前記試験用チョップド繊維束の総質量（１００ｇ）を前記試験用チョップド炭素繊維束の総体積（Ｌ）で除して嵩密度を算出する。
［１１］シートモールディングコンパウンド用炭素繊維束である、［１］〜［１０］のいずれかに記載の炭素繊維束。
［１２］下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、［１］〜［１１］のいずれかに記載の炭素繊維束の製造方法。
（ａ）サイジング剤を含む水分散液を浸漬槽に収容し、複数本のサブトウを含む炭素繊維束を走行させつつ前記水分散液に連続的に浸漬して通過させる。
（ｂ）前記水分散液から引き上げた前記炭素繊維束をローラーの周面に接触させつつ、前記炭素繊維束にエアーを吹き付けて余剰の水分散液を除去する。
（ｃ）工程（ｂ）の後、前記水分散液が付着した前記炭素繊維束をニップ処理し、前記炭素繊維束と前記水分散液の合計質量に対する前記水分散液の質量の割合を４０質量％以下とする。
（ｄ）工程（ｃ）の後、周面が１１０〜２００℃に加熱された加熱ローラーに前記炭素繊維束を接触させて乾燥させる。
［１３］前記サイジング剤が、下記の成分（Ａ）及び成分（Ｂ）を含有し、
前記成分（Ｂ）の含有量に対する前記成分（Ａ）の含有量の質量比（成分（Ａ）の含有量／成分（Ｂ）の含有量）が１〜２０であり、
前記サイジング剤の全量（１００質量％）に対する前記成分（Ａ）と前記成分（Ｂ）の合計含有量の割合が８０質量％以上である、［１２］に記載の炭素繊維束の製造方法。
成分（Ａ）：３０℃における粘度が５００〜１２００００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂組成物。
成分（Ｂ）：凝固点が５０℃以下である脂肪族エステル化合物。
［１４］［１］〜［１１］のいずれかに記載の炭素繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断した繊維束を樹脂に含浸させる、シートモールディングコンパウンドの製造方法。

【発明の効果】

【0012】

本発明の炭素繊維束は、チョップ時の優れたチョップ性と分繊性を両立でき、特にＳＭＣの製造に好適に用いることができる。
本発明の炭素繊維束の製造方法によれば、チョップ時の優れたチョップ性と分繊性を両立でき、特にＳＭＣの製造に好適に用いることができる炭素繊維束を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】サブトウのカンチレバー値の測定方法における手順１、２について説明する模式図である。

【図2】サブトウのカンチレバー値の測定方法における手順３、４について説明する模式図である。

【図3】本発明の炭素繊維束における炭素繊維束の重なり率Ｐについて説明する斜視図である。

【図4】本発明の炭素繊維束の製造に用いる製造装置の一例を示した模式図である。

【図5】本発明の炭素繊維束の製造に用いる製造装置の一例を示した模式図である。

【図6】本発明の炭素繊維束の製造に用いる製造装置の一例を示した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［炭素繊維束］
本発明の炭素繊維束は、複数本のサブトウを含む。本発明の炭素繊維束に含まれる複数本のサブトウ同士は、サイジング剤で結着されていてもよい。

【0015】

（炭素繊維束）
炭素繊維束を構成する炭素繊維としては、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。
炭素繊維束の長さは、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。

【0016】

本発明の炭素繊維束は、複数本のサブトウを含む。複数本のサブトウを含む炭素繊維束は、別々に製造した複数本のサブトウを束ねて合糸したものであってもよく、ラージトウを複数本のサブトウに分割して束ねたものであってもよい。
特に、本発明の炭素繊維束においては、それぞれのサブトウが隣接するサブトウと断続的に分割された状態、つまり、隣接するサブトウ同士が断続的に分割された状態とすることもできる。このように隣接するサブトウ間で未分割部分を局所的に有することにより、炭素繊維束の生産性や加工時における形態安定性をさらに向上させることができる。

【0017】

本発明の炭素繊維束に含まれるサブトウの数は、特に限定されず、例えば、２〜５０本とすることができる。
本発明の炭素繊維束の総フィラメント数は、製造コストや取扱い性等の面から、１０００〜１２００００本程度であるのが好ましい。
シートモールディングコンパウンド用炭素繊維束として好適に使用することができることから、本発明の炭素繊維束に含まれるサブトウのフィラメント数は、５００〜１５０００本程度とするのが好ましい。
さらに、本発明の炭素繊維束に含まれるサブトウの形状が扁平状であれば、シートモールディングコンパウンド製造時における、炭素繊維束の裁断性や裁断された炭素繊維束への樹脂含浸性が良好になる傾向にあるので好ましい。
また、本発明の炭素繊維束に含まれる、それぞれのサブトウの質量は、１００〜１０００ｍｇ／ｍ程度であるのが好ましい。

【0018】

本発明の炭素繊維束に含まれる、それぞれのサブトウのカンチレバー値の平均値は、１１０〜３００ｍｍであり、１４０〜２５０ｍｍが好ましく、１６０〜２２０ｍｍがより好ましい。
それぞれのサブトウのカンチレバー値の平均値が１１０ｍｍ以上、好ましくは１４０ｍｍ以上、より好ましくは１６０ｍｍ以上であれば、炭素繊維束のチョップ時にロールへの巻き付きが生じず、連続的なチョップの容易性（チョップ良好性）に優れる。それぞれのサブトウのカンチレバー値の平均値が３００ｍｍ以下、好ましくは２５０ｍｍ以下、より好ましくは２２０ｍｍ以下であれば、炭素繊維束のチョップ分繊性に優れる。
サブトウ同士がサイジング剤で結着されている場合、サイジング剤で結着されているサブトウのカンチレバー値は、サイジング剤が付着した状態の炭素繊維束についての測定値である。なお、サブトウのカンチレバー値は、炭素繊維束に付着させるサイジング剤の組成や付着量等を調節することで調節できる。

【0019】

以下、サブトウのカンチレバー値の測定方法について、図１及び図２に基づいて説明する。
（手順１）本発明の炭素繊維束から長さ４０ｃｍの試験用サブトウ１００を切り出す。
（手順２）図１に示すように、水平面１２と、水平面１２の一端から下方に向かって傾斜する、傾斜角度が４５度の斜面１４とを有する測定台１０の、水平面１２上に試験用サブトウ１００を載せる。このとき、試験用サブトウ１００の長さ方向の第１の端部１０２を斜面１４と水平面１２との境界線Ａに合わせる。試験用サブトウの上に押さえ板２００を載せ、押さえ板２００の端部２０２を境界線Ａに合わせる。
（手順３）図２に示すように、押さえ板２００を斜面１４側に水平方向に２ｃｍ／秒の速さで移動させ、試験用サブトウ１００の第１の端部１０２が斜面１４と接触した時点で押さえ板２００の移動を停止させる。
（手順４）手順３における押さえ板２００の移動距離ｘ（ｍｍ）を測定する。

【0020】

押さえ板２００の大きさは、測定に支障がない大きさであればよく、例えば、縦４００ｍｍ×横２００ｍｍ×厚み５ｍｍの板とすることができる。
押さえ板２００の重さは、測定に支障がない重さであればよく、例えば、１０００ｇとすることができる。

【0021】

本発明の炭素繊維束に含まれる、それぞれのサブトウの交絡回数の平均は、２０〜５０回／ｍであり、３０〜４０回／ｍが好ましい。
それぞれのサブトウの交絡が２０回／ｍ以上、好ましくは３０回／ｍ以上であれば、サブトウの結束力が強くなり、サブトウ同士の絡まりが生じなくなる。それぞれのサブトウの交絡が５０回／ｍ以下、好ましくは４０回／ｍ以下であれば、サブトウの結束力が強すぎることによる、樹脂の含侵性の低下を防ぐことができる。

【0022】

なお、サブトウの交絡回数は、以下の方法により測定される。
熱処理によってサイジング剤を取り除いた炭素繊維束を張力付与手段に通し、トウ張力を１．０Ｎに制御して、サブトウに分割された状態の前記炭素繊維束を走行速度１．２ｍ／分で巻取る。その間に、前記張力付与手段を通過直後の前記サブトウにヤーン・テンションメーターのセラミックピンを貫通させて０．５ｃＮ以上の交絡強度が検出された回数をサブトウの交絡回数とする。

【0023】

本発明の炭素繊維束では、下記式（１）で表される重なり率Ｐが５〜８０％であり、１０〜６０％が好ましく、１５〜５０％がより好ましく、２０〜４０％がさらに好ましい。
炭素繊維束の重なり率Ｐが５％以上、好ましくは１０％以上、より好ましくは１５％以上、さらに好ましくは２０％であれば、ボビン巻取り時にサブトウの結着が解除されずに巻き取れる。炭素繊維束の重なり率Ｐが８０％以下、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下、さらにこのましくは４０％以下であれば、チョップ分繊性に優れた炭素繊維束が得られる。
重なり率は、サイジング剤塗布工程において、浸漬用フラットローラーの前に、溝付きガイドローラーを設置した際の、前記ガイドローラーの溝の幅、もしくは１つの溝へのサブトウの投入本数、又はサイジング剤塗布工程でのトウ張力によって調節できる。

【0024】

【数2】

【0025】

（式中、Ｗｔは炭素繊維束の幅の平均値（ｍｍ）を示し、Ｗｓｔはそれぞれのサブトウの幅の平均値（ｍｍ）を示し、ｎは炭素繊維束に含まれるサブトウの本数（本）を示す。）

【0026】

例えば、図３に例示した５本（ｎ＝５）の扁平状のサブトウ３２を含む炭素繊維束３０の場合、炭素繊維束３０の幅を繊維長手方向に２０ｃｍおきに５箇所において測定し、それらを平均してＷｔとする。また、５本のサブトウ３２の幅をそれぞれ測定し、それらを平均してＷｓｔとする。そして、式（１）を用いて重なり率Ｐを算出する。

【0027】

（サイジング剤）
本発明の炭素繊維束の製造に際しては、サイジング剤を適宜使用することができる。ここで使用されるサイジング剤としては特に限定されるものではないが、チョップ分繊性が特に優れる点から、成分（Ａ）及び成分（Ｂ）を含有するサイジング剤が好ましい。

【0028】

成分（Ａ）は、３０℃における粘度が５００〜１２００００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂組成物である。
成分（Ａ）の３０℃における粘度は、５００〜１２００００Ｐａ・ｓであり、４０００〜１０００００Ｐａ・ｓが好ましい。
成分（Ａ）の３０℃における粘度が５００Ｐａ・ｓ以上、好ましくは４０００Ｐａ・ｓ以上であれば、炭素繊維束のチョップ良好性に優れる。成分（Ａ）の３０℃における粘度が１２００００Ｐａ・ｓ以下、好ましくは１０００００Ｐａ・ｓ以下であれば、炭素繊維束のチョップ分繊性に優れる。
なお、粘度は、ＪＩＳ Ｚ８８０３（２０１１）における、円すい−板形回転粘度計による粘度測定方法により測定される。

【0029】

成分（Ａ）の粘度は、使用するエポキシ樹脂の種類や組み合わせ、比率によって調節できる。
成分（Ａ）は、炭素繊維同士の摩擦抵抗が低減される点から、軟化点が５０℃以上のエポキシ樹脂を含有することが好ましい。軟化点が５０℃以上のエポキシ樹脂を用いる場合、３０℃における粘度が１〜１００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂を混合して成分（Ａ）の粘度が前記範囲内となるように調節する。
なお、エポキシ樹脂の軟化点は、ＪＩＳ Ｋ ７２３４（１９８６）エポキシ樹脂の軟化点試験方法における、環球法により測定される値である。

【0030】

成分（Ａ）においては、軟化点が５０℃以上のエポキシ樹脂と３０℃における粘度が１〜１００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂を組み合わせることが好ましく、軟化点が５０〜１００℃のエポキシ樹脂と３０℃における粘度が１〜１００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂を組み合わせることがより好ましい。

【0031】

軟化点が５０℃以上のエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、多官能型のエポキシ樹脂である点から、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
３０℃における粘度が１〜１００Ｐａ・ｓであるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、芳香族エポキシ樹脂の中で低粘度である、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましい。
成分（Ａ）に用いるエポキシ樹脂は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。

【0032】

成分（Ｂ）は、凝固点が５０℃以下である脂肪族エステル化合物である。
なお、脂肪族エステル化合物の凝固点は、ＪＩＳ Ｋ００６５（１９９２）における、化学製品の凝固点測定方法により測定される値である。

【0033】

脂肪族エステル化合物の凝固点は、５０℃以下であり、３０℃以下が好ましく、１５℃以下がより好ましい。また、脂肪族エステル化合物の凝固点は、−３０℃以上が好ましく、−２０℃以上がより好ましく、−１０℃以上がさらに好ましい。具体的には、脂肪族エステル化合物の凝固点は、−３０〜５０℃が好ましく、−２０〜３０℃がより好ましく、−１０〜１５℃がさらに好ましい。
脂肪族エステル化合物の凝固点が５０℃以下、好ましくは３０℃以下、より好ましくは１５℃以下であれば、炭素繊維束のチョップ分繊性に優れる。脂肪族エステル化合物の凝固点が−３０℃以上、好ましくは−２０℃以上、より好ましくは−１０℃以上であれば、炭素繊維束のチョップ良好性に優れる。

【0034】

成分（Ｂ）としては、分子内にエステル結合を１つ又は２つ有する脂肪族エステル化合物を含むことが好ましい。これにより、炭素繊維同士の摩擦抵抗が低減される。
分子内にエステル結合を１つ有する脂肪族エステル化合物としては、例えば、ステアリン酸２−エチルヘキシル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸ブチル、パルミチン酸イソプロピル等が挙げられる。
分子内にエステル結合を２つ有する脂肪族エステル化合物としては、例えば、アジピン酸イソブチル、アジピン酸２−エチルヘキシル等が挙げられる。

【0035】

成分（Ｂ）としては、分子内にエステル結合を３つ以上有する脂肪族エステル化合物を用いてもよい。例えば、１，２，３−プロパントリカルボン酸エステル、１，３，５−シクロヘキサントリカルボン酸エステル等が挙げられる。
成分（Ｂ）に用いる脂肪族エステル化合物としては、炭素繊維同士の摩擦抵抗を低減させる点から、分子内にエステル結合を１つ有する脂肪族エステル化合物が好ましい。
成分（Ｂ）に用いる脂肪族エステル化合物は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。

【0036】

サイジング剤は、成分（Ａ）及び成分（Ｂ）に加えて、成分（Ａ）及び成分（Ｂ）以外の他の成分を含有していてもよい。
他の成分としては、例えば、界面活性剤、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
他の成分は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。

【0037】

サイジング剤の全量（１００質量％）に対する成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計含有量の割合は８０質量％以上であり、８０〜９５質量％が好ましく、８０〜９０質量％がより好ましい。
サイジング剤の全量（１００質量％）に対する成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計含有量の割合が８０質量％以上であれば、炭素繊維束のチョップ良好性及びチョップ分繊性に優れる。

【0038】

サイジング剤中の成分（Ｂ）の含有量に対する成分（Ａ）の含有量の質量比（成分（Ａ）の含有量／成分（Ｂ）の含有量）は１〜２０であり、１．５〜１０が好ましく、３〜５がより好ましい。
サイジング剤中の成分（Ｂ）の含有量に対する成分（Ａ）の含有量の質量比が１以上、好ましくは１．５以上、より好ましくは３以上であれば、炭素繊維束のチョップ良好性に優れる。サイジング剤中の成分（Ｂ）の含有量に対する成分（Ａ）の含有量の質量比が２０以下、好ましくは１０以下、より好ましくは５以下であれば、炭素繊維束のチョップ分繊性に優れる。

【0039】

サイジング剤の製造方法は、特に限定されず、例えば、成分（Ａ）、成分（Ｂ）、及び必要に応じて用いる他の成分を公知の方法で混合する方法が挙げられる。

【0040】

本発明の炭素繊維束に含まれるサブトウ同士がサイジング剤で結着されている場合、本発明の炭素繊維束の総質量（１００質量％）に対するサイジング剤の付着量は、０．６〜１．６質量％が好ましく、０．８〜１．４質量％がより好ましく、１．０〜１．２質量％がさらに好ましい。
本発明の炭素繊維束の総質量（１００質量％）に対するサイジング剤の付着量が０．６質量％以上、より好ましくは０．８質量％以上、さらに好ましくは１．０質量％以上であれば、炭素繊維束のチョップ良好性に優れる。本発明の炭素繊維束の総質量（１００質量％）に対するサイジング剤の付着量が１．６質量％以下、より好ましくは１．４質量％以下、さらに好ましくは１．２質量％以下であれば、炭素繊維束のチョップ分繊性に優れる。

【0041】

＜分繊性の割合Ｑ＞
また、本発明の炭素繊維束は、以下に定義される分繊性の割合Ｑが２０％以上であることが好ましい。

【0042】

分繊性の割合Ｑ：
連続した炭素繊維束を長さ１インチにチョップ（裁断）し、サブトウ同士の未分割部分を含まないチョップド炭素繊維束をピンセットで１００個ランダムに拾い上げ、それぞれ質量を測定する。これら１００個の質量測定値から、サブトウの質量に相当するチョップド炭素繊維束の個数をカウントし、その個数の割合を計算し、分繊性の割合Ｑとする。

【0043】

ここで、チョップド炭素繊維束をサブトウ同士の未分割部分を含まないものとするのは、例えば、ラージトウが複数のサブトウに断続的に分割された炭素繊維束をチョップしてチョップド炭素繊維束を得た場合において、未分割部分に由来してサブトウ同士がつながったチョップド炭素繊維束は、分繊性の割合Ｑの評価対象外とすることを意味する。
また、サブトウの質量に相当するチョップド炭素繊維束とは、サブトウの平均繊度に相当する質量の１２０％以下の質量のチョップド炭素繊維束である。

【0044】

分繊性の割合Ｑが高いほど、炭素繊維束のチョップ時の分繊性に優れるが、分繊性の割合Ｑが２０％以上であれば、チョップした炭素繊維束へのエアー吹付けや、表面に複数の突起部が設けられた回転体にチョップした炭素繊維束を衝突させる等の工程を追加することによって、繊維強化樹脂成形材料の原料として充分に分繊したチョップド炭素繊維束を得ることができる。

【0045】

炭素繊維束の分繊性の割合Ｑは、２０％以上が好ましく、４０％以上がより好ましく、５０％以上がさらに好ましく、６０％以上がいっそう好ましい。炭素繊維束の分繊性の割合Ｑが２０％以上、好ましくは４０％以上、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６０％以上であれば、優れたチョップ性を有し、チョップ分繊性をより向上させることができる。
炭素繊維束の分繊性の割合Ｑは、上述のサブトウを上述のサイジング剤で結着させることによって、２０％以上とすることができる。

【0046】

上述のように、本発明の炭素繊維束においては、それぞれのサブトウが隣接するサブトウと断続的に分割された状態とすることができるが、この場合、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さは、１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さは、５０ｍｍ以下が好ましく、３５ｍｍ以下がより好ましく、２５ｍｍ以下がより好ましい。具体的には、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さは、１〜５０ｍｍが好ましく、３〜３５ｍｍがより好ましく、５〜２５ｍｍがさらに好ましい。
隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さが１ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上であれば、炭素繊維束の生産性や加工時における形態安定性をさらに向上させることができ、繊維束が切れて回転刃やロール等に巻付く工程トラブルを抑制しやすい。隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さが５０ｍｍ以下、好ましくは３５ｍｍ以下、より好ましくは２５ｍｍ以下であれば、裁断後のチョップド炭素繊維束に含まれる未分繊部分の割合を小さくできるため、得られた成形材料を成形した成形品の物性が向上する傾向にある。

【0047】

＜式（１）＞
また、上述のように、本発明の炭素繊維束においては、隣接するサブトウ同士が断続的に分割された状態とすることができるが、この場合、断続的に分割された状態が、下式（１）の条件を満たすことが好ましい。

【0048】

０．７≦ａ／（ａ＋ｂ）＜１ ・・・（１）
式（１）中、ａは隣接するサブトウ同士の分割部分の長さであり、ｂは隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さである。

【0049】

このように、連続した炭素繊維束に未分繊部分が存在する（すなわち、ｂ＞０）ことによって、炭素繊維束の製造時や加工時における、一部のサブトウのたるみや分離の発生が抑制され、炭素繊維束のロール等への巻き付き等を低減させることができる。

【0050】

ａ／（ａ＋ｂ）の値が０．７以上、好ましくは０．８以上、さらに好ましくは０．９以上、いっそう好ましくは０．９２以上であると、サブトウ同士がつながったチョップド繊維束の比率を低減できる。これにより、例えば、シートモールディングコンパウンドのような繊維強化樹脂成形材料の製造時におけるチョップド炭素繊維束の樹脂ペースト上への散布時に、チョップド炭素繊維束をペースト上に均一に分散させることができるとともに、炭素繊維への樹脂の含浸性が良好となり、製造される成形材料の品質が良好となる。
また、ａ／（ａ＋ｂ）の値が１未満であれば、炭素繊維束を安定した状態で裁断機まで供給しチョップできる。ａ／（ａ＋ｂ）の値は０．９９以下であってもよい。

【0051】

隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａは、１ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましく、１００ｍｍ以上がさらに好ましい。また、隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａは、５０００ｍｍ以下が好ましく、３０００ｍｍ以下がより好ましく、１０００ｍｍ以下がさらに好ましい。具体的には、隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａは、１〜５０００ｍｍが好ましく、１０〜３０００ｍｍがより好ましく、１００〜１０００ｍｍがさらに好ましい。
隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａが１ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上であれば、得られた成形材料を成形した成形品の物性がより向上する。隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａが５０００ｍｍ以下、好ましくは３０００ｍｍ以下、より好ましくは１０００ｍｍ以下であれば、炭素繊維束が切れたり弛んだりすることによって回転刃又はロールに巻き付く工程トラブルを抑制しやすい。

【0052】

隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂは、０ｍｍ超が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましく、３ｍｍ以上がさらに好ましく、５ｍｍ以上がいっそう好ましい。また、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂは、５０ｍｍ以下が好ましく、３５ｍｍ以下がより好ましく、２５ｍｍ以下がさらに好ましい。具体的には、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂは、０ｍｍ超５０ｍｍ以下が好ましく、１〜５０ｍｍがより好ましく、３〜３５ｍｍがさらに好ましく、５〜２５ｍｍが特に好ましい。
隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂが０ｍｍ超、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上であれば、繊維束が切れて回転刃やロール等に巻付く工程トラブルを抑制しやすい。隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂが５０ｍｍ以下、好ましくは３５ｍｍ以下、さらに好ましくは２５ｍｍ以下であれば、裁断後のチョップド炭素繊維束に含まれる未分繊部分の割合を小さくできるため、得られた成形材料を成形した成形品の物性が向上する。

【0053】

それぞれのサブトウが隣接するサブトウと断続的に分割された状態とする方法としては、ラージトウの幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物を、連続するラージトウに間欠的に突き刺す方法や、連続するラージトウの幅方向の複数箇所に空気等の流体を間欠的に吹き付ける方法等を挙げることができる。

【0054】

＜式（２）、式（３）、式（４）＞
本発明の炭素繊維束は、繊維強化樹脂成形材料の原料として使用することができ、チョップ時のチョップ性及び分繊性に優れることから、ＳＭＣ用炭素繊維束として特に有用である。

【0055】

本発明の炭素繊維束をＳＭＣに使用することで、均一に分繊された細かい炭素繊維束が分散されたＳＭＣが得られるため、ＳＭＣの品質のバラツキが低減されるとともに、本発明の炭素繊維束を使用したＳＭＣを成形して得た繊維強化複合材料は機械特性に優れたものとなる。

【0056】

繊維強化樹脂成形材料の製造に際し、本発明の炭素繊維束を裁断したチョップド炭素繊維束を使用する場合は、本発明の炭素繊維束を下式（２）の条件を満たすように裁断することが好ましい。

【0057】

ａ／Ｌ≦１０００ ・・・（２）
式（２）中、ａは隣接するサブトウ同士の分割部分の長さであり、Ｌは前記連続した炭素繊維束が裁断される間隔である。

【0058】

ａ／Ｌは、１０００以下であり、２００以下が好ましく、１００以下がより好ましく、５０以下がさらに好ましい。
ａ／Ｌが１０００以下、好ましくは２００以下であり、より好ましくは１００以下であれば、炭素繊維束が切れたり、弛んだりすることで回転刃やロール等に巻付く工程トラブルを抑制しやすい。

【0059】

また、繊維強化樹脂成形材料の製造に際し、本発明の炭素繊維束を裁断したチョップド炭素繊維束を使用する場合は、本発明の炭素繊維束を下式（３）の条件を満たすように裁断することが好ましい。

【0060】

１≦ａ／Ｌ ・・・（３）
式（３）中、ａは隣接するサブトウ同士の分割部分の長さであり、Ｌは前記連続した炭素繊維束が裁断される間隔である。

【0061】

ａ／Ｌは、１以上であり、２以上が好ましく、３以上がより好ましく、５以上がさらに好ましい。
ａ／Ｌが１以上、好ましくは２以上であり、より好ましくは３以上であり、さらに好ましくは５以上であれば、裁断後のチョップド炭素繊維束に含まれる未分繊部分の割合を小さくできるため、得られた成形材料を成形した成形品の物性が向上する。

【0062】

さらに、繊維強化樹脂成形材料の製造に際し、本発明の炭素繊維束を裁断したチョップド炭素繊維束を使用する場合は、本発明の炭素繊維束を下式（４）の条件を満たすように裁断することが好ましい。

【0063】

０≦ｂ／Ｌ＜１ ・・・（４）
式（４）中、ｂは隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さであり、Ｌは前記連続した炭素繊維束が裁断される間隔である。

【0064】

ｂ／Ｌは、０以上１未満であり、０．０３〜０．８が好ましく、０．１〜０．６がより好ましい。
ｂ／Ｌが０以上１未満、好ましくは０．０３〜０．８、より好ましくは０．１〜０．６であれば、炭素繊維束が切れたり、弛んだりすることで回転刃やロール等に巻付く工程トラブルを抑制しやすく、裁断後のチョップド炭素繊維束に含まれる未分繊部分の割合を小さくできるため、得られた成形材料を成形した成形品の物性が向上する。

【0065】

本発明の炭素繊維束は、チョップ分繊性に優れることから、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）用炭素繊維束として特に有用である。本発明の炭素繊維束をＳＭＣに使用することで、細かい炭素繊維束が分散されたＳＭＣが得られるため、本発明の炭素繊維束を使用したＳＭＣを成形して得た炭素繊維強化複合材料の機械特性が優れたものとなる。

【0066】

［炭素繊維束の製造方法］
本発明の炭素繊維束の製造方法は、特に限定されない。例えば、上記のサイジング剤を水に加え、乳化して水分散液とし、前記水分散液を炭素繊維束に塗布して乾燥させる方法が挙げられる。
また、本発明の炭素繊維束の製造方法としては、サイジング剤でサブトウ同士をなるべく結着させないという点から、下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む方法が好ましい。
（ａ）サイジング剤を含む水分散液を浸漬槽に収容し、複数本のサブトウを含む炭素繊維束を走行させつつ前記水分散液に連続的に浸漬して通過させる。
（ｂ）前記水分散液から引き上げた前記炭素繊維束をローラーの周面に接触させつつ、前記炭素繊維束にエアーを吹き付けて余剰の水分散液を除去する。
（ｃ）工程（ｂ）の後、前記水分散液が付着した前記炭素繊維束をニップ処理し、前記炭素繊維束と前記水分散液の合計質量に対する前記水分散液の質量の割合を４０質量％以下とする。
（ｄ）工程（ｃ）の後、周面が１１０〜２００℃に加熱された加熱ローラーに前記炭素繊維束を接触させて乾燥させる。

【0067】

具体的には、図４に例示した製造装置３００を用いる方法が挙げられる。
製造装置３００は、浸漬槽３１０と、浸漬用のフラットローラー３１２と、引き上げ用のフラットローラー３１４と、フィードローラー３１６と、ニップローラー３１８と、エアー吹き付け手段３２０と、複数の加熱ローラー３２２とを備えている。

【0068】

浸漬槽３１０は、サイジング剤を含む水分散液５０を収容できるようになっている。
フラットローラー３１２とフラットローラー３１４はいずれも、浸漬槽３１０に収容された水分散液５０に一部が浸漬するように設けられている。フラットローラー３１４は、フラットローラー３１２の下流側に設けられている。フラットローラー３１２により、浸漬槽１１０に収容された水分散液５０に炭素繊維束４０を走行させつつ浸漬させ、フラットローラー３１４により、炭素繊維束４０を水分散液５０から引き上げるようになっている。
フィードローラー３１６とニップローラー３１８は、浸漬槽３１０の下流側において、炭素繊維束４０をニップ処理するように設けられている。
エアー吹き付け手段３２０は、フラットローラー３１４の上方に設けられている。
複数の加熱ローラー３２２は、フィードローラー３１６とニップローラー３１８の下流側に設けられている。

【0069】

工程（ａ）では、サイジング剤を含む水分散液５０を浸漬槽３１０に収容し、フラットローラー３１２によって、炭素繊維束４０を走行させつつ水分散液５０に連続的に浸漬し、フラットローラー３１４によって引き上げて通過させる。

【0070】

水分散液中のサイジング剤の濃度は、１〜１０質量％が好ましく、２〜６質量％がより好ましい。
水分散液中のサイジング剤の濃度が１質量％以上、より好ましくは２質量％以上であれば、チョップ良好性に優れる炭素繊維束が得られる。水分散液中のサイジング剤の濃度が前記範囲の１０質量％以下、より好ましくは６質量％以下であれば、チョップ分繊性に優れた炭素繊維束が得られる。

【0071】

工程（ｂ）では、水分散液５０から引き上げた炭素繊維束４０をフラットローラー３１４の周面に接触させつつ、エアー吹き付け手段３２０によって炭素繊維束４０にエアーを吹き付けて余剰の水分散液５０を除去する。

【0072】

次いで、工程（ｃ）において、フィードローラー３１６とニップローラー３１８により、水分散液５０が付着した炭素繊維束４０を走行させつつニップ処理し、炭素繊維束４０と水分散液５０の合計質量に対する水分散液５０の質量の割合を４０質量％以下とする。

【0073】

工程（ｃ）でのニップ処理後の炭素繊維束と水分散液の合計質量に対する水分散液の質量の割合は、４０質量％以下が好ましく、５〜４０質量％がより好ましく、１０〜２５質量％がさらに好ましい。
炭素繊維束と水分散液の合計質量に対する水分散液の質量の割合が５質量％以上、さらに好ましくは１０質量％以上であれば、サイジング剤が均一に付与できる。炭素繊維束と水分散液の合計質量に対する水分散液の質量の割合が４０質量％以下、さらに好ましくは２５質量％以下であれば、チョップ時のサブトウ同士の分割性が向上する。
炭素繊維束へのサイジング剤の付着量は、水分散液中のサイジング剤の濃度や、浸漬後の搾りの程度等によって調節できる。

【0074】

工程（ｄ）では、周面が１１０〜２００℃に加熱された加熱ローラー３２２に炭素繊維束４０を接触させて乾燥させる。
炭素繊維束４０を乾燥させる際の加熱ローラー３２２の周面の温度は、１１０〜２００℃が好ましく、１１０〜１７０℃がより好ましく、１３０〜１５０℃がさらに好ましい。
加熱ローラーの周面温度が１１０℃以上、さらに好ましくは１３０℃以上であれば、サイジング剤を含む水分散液が十分に乾燥される。加熱ローラーの周面温度が２００℃以下、より好ましくは１７０℃以下、さらに好ましくは１５０℃以下であれば、サイジング剤を熱分解させずに炭素繊維束４０に付与できる。

【0075】

なお、本発明の炭素繊維束の製造方法は、サイジング剤を含む水分散液に炭素繊維束を浸漬してサイジング剤を塗布する方法には限定されない。

【0076】

浸漬法以外のサイジング剤の塗布方法としては、例えば、タッチロール法を採用してもよい。
具体的には、本発明の炭素繊維束の製造方法としては、図５に例示した製造装置３００Ａを用いる方法であってもよい。図５における図４と同じ部分は、同符号を付して説明を省略する。

【0077】

製造装置３００Ａは、浸漬槽３１０と、第１のタッチローラー３２４と、第２のタッチローラー３２６と、フィードローラー３１６と、ニップローラー３１８と、複数の加熱ローラー３２２とを備えている。製造装置３００Ａは、フラットローラー３１２、３１４の代わりに第１のタッチローラー３２４と第２のタッチローラー３２６が設けられ、エアー吹き付け手段３２０が設けられないこと以外は、製造装置３００と同じ態様である。

【0078】

製造装置３００Ａを用いる方法では、サイジング剤を含む水分散液５０を浸漬槽３１０に収容し、第１のタッチローラー３２４と第２のタッチローラー３２６により、炭素繊維束４０を走行させつつ水分散液５０に連続的に塗布する。次いで、フィードローラー３１６とニップローラー３１８により、水分散液５０が付着した炭素繊維束４０を走行させつつニップ処理した後、炭素繊維束４０を加熱ローラー３２２に接触させて乾燥させる。

【0079】

また、本発明の炭素繊維束の製造方法としては、図６に例示した製造装置３００Ｂを用いる方法であってもよい。図６における図４と同じ部分は、同符号を付して説明を省略する。
製造装置３００Ｂは、引き上げ用のフラットローラー３１４の代わりに浸漬用のフラットローラー３１４Ａが設けられ、エアー吹き付け手段３２０が設けられないこと以外は、製造装置３００と同じ態様である。

【0080】

製造装置３００Ｂを用いる方法は、炭素繊維束４０に水分散液５０を塗布した後、ローラーの周面に接触させつつエアーを吹き付けない以外は、製造装置３００を用いる方法と同様である。

【0081】

以上説明したように、本発明においては、炭素繊維束に含まれる複数本のサブトウ同士がサイジング剤で結着され、各サブトウのカンチレバー値の平均値、及び交絡回数の平均が特定の範囲に制御されている。これにより、炭素繊維束のチョップ時には優れたチョップ分繊性が得られ、十分に分割されたチョップド炭素繊維束が得られる。

【0082】

［シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）］
本発明の炭素繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断した繊維束（チョップド繊維束）を樹脂（マトリックス樹脂）に含浸させることによって、ＳＭＣを製造することができる。

【0083】

このＳＭＣは、本発明の炭素繊維束がチョップされたチョップド繊維束を含む以外は、公知の態様を採用できる。

【0084】

チョップド繊維束の平均繊維長は、特に限定されず、例えば、１〜６０ｍｍとすることができる。なお、チョップド繊維束の平均繊維長とは、１００個のチョップド繊維束の繊維長の平均値である。

【0085】

特に、下記方法（Ｉ）で算出される嵩密度を６０〜４００ｇ／Ｌの範囲とすることによって、ＳＭＣ製造時の樹脂含侵性等が良好となり、ＳＭＣを加熱加圧成形して得られる繊維強化複合材料の機械的特性をより向上させることができる。
（方法（Ｉ））
（手順Ｉ−１）炭素繊維束を繊維長が２５ｍｍとなるようにロータリーカッターで裁断した試験用チョップド繊維束１００ｇを２Ｌのメスシリンダー（Φ８８ｍｍ、高さ４８５ｍｍの円柱状）に充填する。
（手順Ｉ−２）メスシリンダー内の試験用チョップド繊維束の上部から均一に５００ｇの荷重をかけ、体積に変化が無くなったときの充填された前記試験用チョップド炭素繊維束の総体積（Ｌ）を測定し、前記試験用チョップド繊維束の総質量（１００ｇ）を前記試験用チョップド炭素繊維束の総体積（Ｌ）で除して嵩密度を算出する。

【0086】

本発明の炭素繊維束において、方法（Ｉ）で測定される嵩密度は６０〜４００ｇ／Ｌが好ましく、７０〜３５０ｇ／Ｌがより好ましく、８０〜３２０ｇ／Ｌがさらに好ましく、１００〜２８０ｇ／Ｌが特に好ましい。
方法（Ｉ）で測定される炭素繊維束の嵩密度が６０〜４００ｇ／Ｌ、好ましくは７０〜３５０ｇ／Ｌ、より好ましくは８０〜３２０ｇ／Ｌ、さらに好ましくは１００〜２８０ｇ／Ｌであれば、ＳＭＣ中でチョップド炭素繊維束同士が強固に絡み合うため、高強度の繊維強化複合材料を得ることができる。また、チョップド繊維束の剛直さと樹脂含浸性を両立することが可能となり、機械的特性の向上が可能となる。

【0087】

炭素繊維束において、方法（Ｉ）で測定される嵩密度が６０ｇ／Ｌ以上、好ましくは７０ｇ／Ｌ以上、より好ましくは８０ｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは１００ｇ／Ｌ以上であれば、ＳＭＣ製造時の樹脂含浸性に優れるため、繊維強化複合材料の機械的特性が向上する。炭素繊維束において、方法（Ｉ）で測定される嵩密度が４００ｇ／Ｌ以下、好ましくは３５０ｇ／Ｌ以下、より好ましくは３２０ｇ／Ｌ以下、さらに好ましくは２８０ｇ／Ｌ以下であれば、ＳＭＣ中でチョップド繊維束同士が強固に絡み合うため、高強度の繊維強化複合材料を得ることができる。

【0088】

本発明の炭素繊維束を使用したＳＭＣを製造する際のマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることができる。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂のみを用いてもよく、熱可塑性樹脂のみを用いてもよく、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の両方を用いてもよい。

【0089】

熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、尿素性樹脂、メラミン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等が挙げられる。
マトリックス樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

【0090】

マトリックス樹脂には、内部離型剤、脱泡剤、難燃剤、耐候性改良剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、増粘剤等の添加剤を配合してもよい。

【0091】

本発明のＳＭＣの製造方法は、特に限定されない。例えば、長尺の本発明の炭素繊維束をチョップしてチョップド繊維束とし、チョップド繊維束を含む繊維基材を形成し、マトリックス樹脂を含浸してＳＭＣを得る方法が挙げられる。

【0092】

［繊維強化複合材料］
本発明で得られるＳＭＣを金型内に配置し、加熱加圧成形することによって、繊維強化複合材料を得ることができる。

【実施例】

【0093】

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。

【0094】

［原料］
本実施例で使用した原料を以下に示す。

【0095】

＜成分（Ａ）＞
成分（Ａ−１）：ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂（商品名「Ｅ１５７Ｓ７０」、三菱ケミカル株式会社、軟化点：７０℃）。
成分（Ａ−２）：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（商品名「ｊＥＲ（登録商標。以下同様。）８０７」、三菱ケミカル株式会社、３０℃における粘度：２Ｐａ・ｓ）。
成分（Ａ−３）：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名「ｊＥＲ１００１」、三菱ケミカル株式会社、軟化点：６４℃）。
成分（Ａ−４）：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名「ｊＥＲ８２８」、三菱ケミカル株式会社、３０℃における粘度：１０〜１５Ｐａ・ｓ）。

【0096】

＜成分（Ｂ）＞
成分（Ｂ−１）：ステアリン酸２−エチルヘキシル（商品名「エキセパール（登録商標） ＥＨ−Ｓ」、花王株式会社、凝固点：１０℃）。

【0097】

＜他の成分＞
界面活性剤（Ｃ−１）：多環フェノールエチレンオキサイド付加物硫酸エステルアンモニウム塩（商品名「ハイテノール（登録商標）ＮＦ−１７」、第一工業製薬株式会社）。

【0098】

［カンチレバー値］
サブトウのカンチレバー値の測定は、以下の手順１〜４により行った。
（手順１）炭素繊維束から長さ４０ｃｍの試験用サブトウを切り出した。
（手順２）水平面と、水平面の一端から下方に向かって傾斜する、傾斜角度が４５度の斜面とを有する測定台の、水平面上に試験用サブトウを載せ、試験用サブトウの長さ方向の第１の端部を斜面と水平面との境界線に合わせた。試験用サブトウの上に押さえ板を載せ、押さえ板の端部を境界線に合わせた。
（手順３）押さえ板を斜面側に水平方向に２ｃｍ／秒の速さで移動させ、試験用サブトウの第１の端部が斜面と接触した時点で押さえ板の移動を停止させた。
（手順４）手順３における押さえ板の移動距離ｘ（ｍｍ）を測定した。

【0099】

［交絡回数］
サブトウの交絡回数は、以下の方法で測定した。
サイジング剤付与工程の前のサイジング剤が付与されていない炭素繊維束を採取し、炭素繊維束を鉛直方向に引き上げ、張力付与手段に通し、トウ張力を１．０Ｎに制御して走行速度１．２ｍ／分で巻取った。その間に、張力付与手段を通過直後の分割されたサブトウに対して、ヤーン・テンションメーターのセラミックピンを貫通させて０．５ｃＮ以上の交絡強度が検出された回数を計測し、サブトウの交絡回数とした。

【0100】

［サイジング剤の付着量］
各例で得たサイジング剤付き炭素繊維束のサイジング剤の付着量は、メチルエチルケトンによるソックスレー抽出法により測定した。抽出時間は１時間とした。

【0101】

［チョップ分繊性の評価］
連続した炭素繊維束を長さ１インチにチョップ（裁断）し、サブトウ同士の未分割部分を含まないチョップド炭素繊維束をピンセットで丁寧に１００個ランダムに拾い上げ、それぞれ質量を測定した。これら１００個の質量測定値から、サブトウの質量に相当するチョップド炭素繊維束の個数をカウントし、その個数の割合を計算し、分散性の割合Ｑとした。
具体的には、ロータリーカッターを用いて、サイジング剤付き炭素繊維束を長さ１インチにチョップ（裁断）し、チョップ分繊性を上記の方法で計算した分散性の割合Ｑで評価した。
ここで、サブトウの質量に相当するチョップド炭素繊維束とは、サブトウの平均繊度の１２０％以下のチョップド炭素繊維束である。

【0102】

以下の基準でチョップ分繊性を評価した。
Ａ：分散性の割合Ｑが８０％以上。
Ｂ：分散性の割合Ｑが６０％以上８０％未満。
Ｃ：分散性の割合Ｑが４０％以上６０％未満。
Ｄ：分散性の割合Ｑが２０％以上４０％未満。
Ｅ：分散性の割合Ｑが２０％未満。

【0103】

［チョップ良好性の評価］
ロータリーカッターのゴムロールへのチョップド炭素繊維束の貼り付き状態を目視にて確認し、以下の基準に従ってチョップ良好性を評価した。
Ａ：ゴムロールへのチョップド炭素繊維束の貼り付きがほとんど見られず、連続的にチョップできた。
Ｂ：ゴムロールへのチョップド炭素繊維束の貼り付きが多少見られたが、連続的にチョップできた。
Ｃ：ゴムロールへのチョップド炭素繊維束の貼り付きが多く、チョップ不良が発生し、連続的なチョップが困難であった。

【0104】

［嵩密度］
炭素繊維束の嵩密度の測定は、以下の手順Ｉ−１〜Ｉ−２により行った。
（手順Ｉ−１）炭素繊維束を繊維長が２５ｍｍとなるようにロータリーカッターで裁断した切断片１００ｇを２Ｌのメスシリンダー（Φ８８ｍｍ、高さ４８５ｍｍの円柱状）に充填した。
（手順Ｉ−２）メスシリンダー内の切断片の上部から均一に５００ｇの荷重をかけ、体積に変化が無くなったときの充填された切断片の総体積（Ｌ）を測定し、切断片の総質量（１００ｇ）を切断片の総体積（Ｌ）で除して嵩密度を算出した。

【0105】

［ＳＭＣの樹脂含浸性の評価］
＜マトリックス樹脂組成物の調製＞
エポキシ（メタ）アクリレート樹脂と不飽和ポリエステル樹脂との混合物（日本ユピカ株式会社製、製品名：ネオポール（登録商標）８１１３）の１００質量部、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサンの７５質量％溶液（日油株式会社製、製品名：パーヘキサ（登録商標）Ｃ−７５（ＥＢ））の０．５質量部、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネートの７４質量％溶液（化薬アクゾ株式会社製、製品名：カヤカルボン（登録商標）ＢＩＣ−７５）の０．５質量部、内部離型剤（リン酸エステル系誘導体組成物）（アクセルプラスチックリサーチラボラトリー社製、製品名：ＭＯＬＤ ＷＩＺ ＩＮＴ−ＥＱ−６）の０．３５質量部、変性ジフェニルメタンジイソシアネート（三井化学株式会社製、製品名：コスモネート（登録商標）ＬＬ）の２２．０質量部、１，４−ベンゾキノン（精工化学株式会社製）の０．０４質量部を、万能撹拌機を用いて充分に混合撹拌し、マトリックス樹脂組成物を得た。

【0106】

＜ＳＭＣの製造＞
得られたマトリックス樹脂組成物を、ドクターブレードを用いてポリエチレン製フィルム（キャリアフィルム）上に厚さ１．０ｍｍになるように塗布し、その上に繊維長２５ｍｍのチョップド炭素繊維束を、炭素繊維束の目付が略均一になるように、かつ炭素繊維束の方向がランダムになるように散布した。別のポリエチレン製のキャリアフィルム上に、同じマトリックス樹脂組成物を厚さ１．０ｍｍになるように塗布し、前記の散布した炭素繊維束上に、マトリックス樹脂組成物側が対向するように重ね、積層体を得た。この積層体を、ロールの間に通して押圧して、マトリックス樹脂組成物を炭素繊維束に含浸させてＳＭＣ前駆体を得た。
得られたＳＭＣ前駆体を室温（２３℃）にて１６８時間（７日間）静置した。これにより、ＳＭＣ前駆体中のマトリックス樹脂組成物を充分に増粘させてＳＭＣを得た。

【0107】

上記のＳＭＣ前駆体を得た際に、樹脂含浸性を目視と触感で確認し、以下の評価基準で評価した。
Ａ：マトリックス樹脂組成物が、チョップド炭素繊維束に充分に含浸している。
Ｂ：マトリックス樹脂組成物が、チョップド炭素繊維束に含浸していない部分が若干確認される。
Ｃ：マトリックス樹脂組成物が、チョップド炭素繊維束に含浸していない部分が数多く確認される。

【0108】

［実施例１］
＜サイジング剤の水分散液の調製＞
成分（Ａ）として成分（Ａ−１）５４質量部及び成分（Ａ−２）１１質量部を混合した樹脂組成物と、成分（Ｂ−１）２０質量部と、界面活性剤（Ｃ−１）１５質量部とを混合してサイジング剤を得た。得られたサイジング剤にイオン交換水を加え、ホモミキサーを用いた転相乳化によって、サイジング剤の濃度が３．３質量％の水分散液を調製した。

【0109】

＜サイジング剤付き炭素繊維束の製造＞
アクリルニトリル系共重合体を湿式紡糸し、フィラメント数３０００本、総繊度３６００テックスの炭素繊維束前駆体を得て、これらを５本束ねてボビンに巻き取った。束ねた炭素繊維束前駆体を焼成し、５本のサブトウ（質量：２９８ｍｇ／ｍ）を含む、総フィラメント数１５０００本、総繊度１０００テックスの炭素繊維束を得た。次いで、炭素繊維束を、炭酸水素アンモニウムを電解液として電解酸化処理し、水洗して、１５０℃に加熱されたローラーにより乾燥した。

【0110】

次いで、図４に例示した製造装置３００を用い、フラットローラー３１２、３１４により、表面処理が施された炭素繊維束（炭素繊維束４０）を、浸漬槽３１０に満たしたサイジング剤の水分散液（水分散液５０）に浸漬して通過させた。水分散液５０から引き上げた炭素繊維束４０をフラットローラー３１４の周面に接触させつつ、エアー吹き付け手段３２０によって炭素繊維束４０にエアーを吹き付けて余剰の水分散液５０を除去した。次いで、フィードローラー３１６とニップローラー３１８により、水分散液５０が付着した炭素繊維束４０を走行させつつニップ処理し、炭素繊維束４０と水分散液５０の合計質量に対する水分散液５０の質量の割合Ｗを２０質量％とした。次いで、周面が１４０℃に加熱された加熱ローラー３２２に炭素繊維束４０を１５秒間接触させて乾燥させ、サイジング剤付き炭素繊維束をボビンに巻き取った。得られたサイジング剤付き炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は１．２質量％であった。

【0111】

［実施例２〜７及び実施例１０、１１］
サイジング剤付き炭素繊維束の製造条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてサイジング剤付き炭素繊維束を製造した。

【0112】

［実施例８、９］
成分（Ａ）として成分（Ａ−３）４２．５質量部及び成分（Ａ−４）４２．５質量部を混合した樹脂組成物と、界面活性剤（Ｃ−１）１５質量部とを混合してサイジング剤を得た。前記サイジング剤にイオン交換水を加え、ホモミキサーを用いた転相乳化によって、サイジング剤の濃度が３．３質量％の水分散液を調製した。得られた水分散液を用い、サイジング剤付き炭素繊維束の製造条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてサイジング剤付き炭素繊維束を製造した。

【0113】

［実施例１２］
連続する繊維束として炭素繊維束（商品名「ＴＲ５０Ｓ １５Ｌ」、三菱ケミカル社製）を使用した。隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａを８００ｍｍ、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂを２５ｍｍとなるように炭素繊維束を断続的に分割し、９本のサブトウを含む、総フィラメント数１５０００本、総繊度１０００テックスの炭素繊維束を得た。次いで、実施例１と同様にしてサイジング剤付き炭素繊維束を製造した。

【0114】

［比較例１］
サイジング剤付き炭素繊維束の製造条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてサイジング剤付き炭素繊維束を製造した。

【0115】

［比較例２］
連続する繊維束として炭素繊維束（商品名「ＴＲＷ４０ ５０Ｌ」、三菱ケミカル社製）を使用した。隣接するサブトウ同士の分割部分の長さａを８００ｍｍ、隣接するサブトウ同士の未分割部分の長さｂを２５ｍｍとなるように炭素繊維束を断続的に分割し、３０本のサブトウを含む、総フィラメント数５００００本、総繊度３７５０テックスの炭素繊維束を得た。次いで、サイジング剤付き炭素繊維束の製造条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてサイジング剤付き炭素繊維束を製造した。

【0116】

実施例及び比較例における評価結果を表１に示す。

【0117】

【表1】

【0118】

表１に示すように、実施例１〜９のサイジング剤付き炭素繊維束は、チョップ時におけるチョップ分繊性が優れていた。カンチレバー値の低い実施例８、９、１２では、チョップ良好性に劣っていたが、ＳＭＣの製造には充分適用できるレベルであった。
また、重なり率Ｐが高めである実施例１０では、チョップ分繊性に劣っていたが、ＳＭＣの製造に充分適用できるレベルであった。交絡回数の少ない実施例１１ではチョップ分繊性及びチョップ良好性が劣っていたが、ＳＭＣの製造に充分適用できるレベルであった。
一方、重なり率Ｐが低い比較例１は、チョップ分繊性やチョップ良好性は良好であったが、ＳＭＣの製造時において、分離したサブトウの装置への巻きつき等のトラブルが高頻度で発生した。また、比較例１のチョップド繊維束は、樹脂含侵性が低く、ＳＭＣの製造に適用できるレベルではなかった。
さらに、重なり率Ｐが高い比較例２は、チョップ分繊性は比較的良好であったが、チョップ良好性及び樹脂含侵性が低く、ＳＭＣの製造に適用できるレベルではなかった。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】