特許 7216383 炭素繊維不織布シート、その製造方法及びこれを用いた炭素繊維強化樹脂成形体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-24

(45)【発行日】2023-02-01

(54)【発明の名称】炭素繊維不織布シート、その製造方法及びこれを用いた炭素繊維強化樹脂成形体

(51)【国際特許分類】

   D04H 1/4242 20120101AFI20230125BHJP

   B29B 15/08 20060101ALI20230125BHJP

   B32B 5/26 20060101ALI20230125BHJP

   B32B 5/28 20060101ALI20230125BHJP

   B32B 7/03 20190101ALI20230125BHJP

   D04H 1/74 20060101ALI20230125BHJP

   B29K 105/12 20060101ALN20230125BHJP

【ＦＩ】

D04H1/4242

B29B15/08

B32B5/26

B32B5/28 A

B32B7/03

D04H1/74

B29K105:12

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022111508

(22)【出願日】2022-07-12

【審査請求日】2022-10-11

(31)【優先権主張番号】P 2021118937

(32)【優先日】2021-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390018153

【氏名又は名称】日本毛織株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000040

【氏名又は名称】弁理士法人池内アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】福田 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】宮本 弘毅

(72)【発明者】

【氏名】伊勢 智一

(72)【発明者】

【氏名】杉本 直

(72)【発明者】

【氏名】東出 真澄

【審査官】鈴木 祐里絵

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２４４９９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開平０４－０００５３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１６－１５１０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５４４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３１２６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｂ７／００－１７／０４

Ｂ２９Ｃ６５／００

７０／００

Ｂ２９Ｋ１０５／１４

Ｂ３２Ｂ１／００－４３／００

Ｃ０８Ｊ５／０４－５／１０

５／２４

Ｄ０４Ｈ１／００－１８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

不連続炭素繊維を含む炭素繊維不織布シートであって、
前記炭素繊維不織布シートは、実質的に一方向に炭素繊維が配向された矩形の繊維ウェブが、同一方向にかつ端部をずらせて２枚以上積層され長尺状パラレルウェブとなっており、
前記長尺状パラレルウェブを構成する各炭素繊維は一方向に配列していることを特徴とする炭素繊維不織布シート。

【請求項2】

前記炭素繊維不織布シートは、炭素繊維不織布シートを母数としたとき、不連続炭素繊維が１０～１００質量％、炭素繊維以外の繊維が０～９０質量％である請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項3】

前記炭素繊維不織布シートは、単位面積当たりの質量が１～１０００ｇ／ｍ²である請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項4】

前記矩形の繊維ウェブの積層数が２～１００枚である請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項5】

前記矩形の繊維ウェブの端部は１枚当たり１～１０００ｍｍずらせて積層されている請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項6】

前記矩形の繊維ウェブを構成する炭素繊維は、５０質量％以上が±１０度以内の角度で配向されている請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項7】

前記矩形の繊維ウェブは、荷重５００Ｐａをかけたときの平均密度が０．０１～０．４０ｇ／ｃｍ³である請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項8】

前記矩形の繊維ウェブを構成する炭素繊維は、繊維長の分布が１～３００ｍｍである請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項9】

前記矩形の繊維ウェブは、炭素繊維の配向方向の長さが３０～５０００ｍｍであり、炭素繊維の配向方向と直交する方向の長さが２０～３０００ｍｍである請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項10】

前記炭素繊維不織布シートを構成する炭素繊維は、リサイクルされた炭素繊維を含む請求項１に記載の炭素繊維不織布シート。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の炭素繊維不織布シートの製造方法であって、
不連続炭素繊維を含む繊維をカード機で開繊し、実質的に一方向に炭素繊維を配向させて繊維ウェブとし、幅方向又は斜め方向にカットして矩形とし、
前記矩形の繊維ウェブの端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブとし、
前記長尺状パラレルウェブを構成する各炭素繊維を一方向に配列させ、
前記長尺状パラレルウェブの両端をカットして炭素繊維不織布シートを得ることを特徴とする炭素繊維不織布シートの製造方法。

【請求項12】

炭素繊維不織布シートとマトリックス樹脂を含む炭素繊維強化樹脂成形体であって、
前記炭素繊維不織布シートは請求項１～１０のいずれか１項に記載の炭素繊維不織布シートであることを特徴とする炭素繊維強化樹脂成形体。

【請求項13】

前記炭素繊維強化樹脂成形体は、炭素繊維の配向方向の引張強度が３４０ＭＰａ以上である請求項１２に記載の炭素繊維強化樹脂成形体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維不織布シート、その製造方法及びこれを用いた炭素繊維強化樹脂成形体に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維とマトリックス樹脂からなる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、軽量で比強度、比弾性率が高く、力学的特性に優れ、耐候性、耐薬品性も高いことから、航空機、自動車、タンク、コンクリート補強材、スポーツ用途等様々な用途に使用され、あるいは適用することが検討されている。ＣＦＲＰの製造の際には炭素繊維シートの切断などにより端材が発生し、有効活用が問題となる。また、ＣＦＲＰ成形体を処分する際も炭素繊維の有効活用（リサイクル）が問題となる。

【0003】

廃ＣＦＲＰから炭素繊維を取り出す方法として、焼成法、溶解法などがあり、特許文献１には溶解法が提案されている。これは樹脂を溶かす方法であり、高品質なリサイクル炭素繊維を得ることができる。しかし、溶解処理後の炭素繊維は不連続繊維となり、綿状に絡まり合った状態であり、そのままではＣＦＲＰに再生することは難しい。リサイクル炭素繊維をＣＦＲＰに再生する方法として、特許文献２～４には乾式法（カード）で開繊することが提案されている。本出願人らも特許文献５において、カード機で開繊することを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２９７６４１号公報

【文献】再表２０１２－０８６６８２号公報

【文献】特表２０１３－５１９５４６号公報

【文献】特開２０１４－０２５１７５号公報

【文献】特開２０１６－１５１０８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の技術では、不連続炭素繊維で連続炭素繊維シートの一軸シートと同様な成形品を得るための繊維が長さ方向に高配向した長尺状の炭素繊維不織布シートを作製することに問題があった。

【0006】

本発明は、前記従来の問題を解決するため、連続炭素繊維シートの一軸シートと同様な使い方ができる炭素繊維不織布シート、その製造方法及びこれを用いた炭素繊維強化樹脂成形体を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の炭素繊維不織布シートは、不連続炭素繊維を含む炭素繊維不織布シートであって、前記炭素繊維不織布シートは、実質的に一方向に炭素繊維が配向された矩形の繊維ウェブが、同一方向にかつ端部をずらせて２枚以上積層され長尺状パラレルウェブとなっており、前記長尺状パラレルウェブを構成する各炭素繊維は一方向に配列している。

【0008】

本発明の炭素繊維不織布シートの製造方法は、前記の炭素繊維不織布シートの製造方法であって、不連続炭素繊維を含む繊維をカード機で開繊し、実質的に一方向に炭素繊維を配向させて繊維ウェブとし、幅方向又は斜め方向にカットして矩形とし、前記矩形の繊維ウェブの端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブとし、前記長尺状パラレルウェブを構成する各炭素繊維を一方向に配列させ、前記長尺状パラレルウェブの両端をカットして炭素繊維不織布シートを得る方法である。

【0009】

本発明の炭素繊維強化樹脂成形体は、前記炭素繊維不織布シートとマトリックス樹脂を含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明は、不連続炭素繊維を含む炭素繊維不織布シートであり、実質的に一方向に炭素繊維が配向された矩形の繊維ウェブが、同一方向にかつ端部をずらせて２枚以上積層されパラレルウェブとなっており、長尺状であることにより、不連続炭素繊維で連続炭素繊維シートと同様な成形品を得ることができる。すなわち、一配向性の矩形の繊維ウェブを複数枚、端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブとし、両端をカットして炭素繊維不織布シートとすることにより、連続炭素繊維シートの一軸シートと同様な使い方ができる。本発明の製造方法は、前記炭素繊維不織布シートを効率よく合理的に製造できる。また、本発明の炭素繊維強化樹脂成形体は前記の炭素繊維不織布シートとマトリックス樹脂を含むことにより、炭素繊維の配向方向の引張強度が高い成形体とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は本発明の一実施形態のカード機の模式的断面図である。

【図2】図２は同、カード機で得られた矩形の繊維ウェブの端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブとした模式的説明図である。

【図3】図３は本発明の一実施形態の炭素繊維不織布シートの模式的斜視図である。

【図4】図４は同、繊維ウェブの表面写真である。

【図5】図５は同、繊維ウェブの表面拡大写真である。

【図6】図６は同、矩形の繊維ウェブの端部をずらせて積層した部分を示す表面写真である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の炭素繊維不織布シートは、不連続炭素繊維を含む炭素繊維不織布シートである。これにより、炭素繊維強化樹脂成形体としたときに、炭素繊維の配向方向の強度が高く、品質の高い成形体が得られる。

【0013】

この炭素繊維不織布シートは、一配向性の繊維ウェブを幅方向又は斜め方向にカットして矩形の繊維ウェブとし、前記矩形の繊維ウェブを複数枚、端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブとし、両端をカットしたものでもよいし、必要に応じて所定の長さにカットしてもよい。ここでいう矩形とは、４隅の角度が必ずしも９０°でなくともよく、台形や平行四辺形を含む。繊維ウェブは、カード機の開繊装置上で開繊され、実質的に一方向に炭素繊維が配向されている。開繊装置はシリンダ又はベルトコンベアが好ましい。シリンダ又はベルトコンベア上には多数の金属製針が備えられているが、炭素繊維はこの多数の金属製針の間に、開繊されかつ実質的に一方向に配向されて、剥ぎ取られる。これにより一配向性の繊維ウェブが得られる。シリンダ又はベルトコンベア幅及び直径又は長さは様々なものを選択できるので、生産量に見合ったものを選択して使用する。

【0014】

前記矩形の繊維ウェブは、端部をずらせて積層され、長尺状パラレルウェブに形成される。矩形の繊維ウェブは、幅は同一であるので、端部を所定の長さずらせて積層すると、積層数が同一の長尺状パラレルウェブが得られる。前記長尺状パラレルウェブは、積層数も長さも任意とすることができる。長尺状パラレルウェブの両端をカットし、炭素繊維不織布シートが得られる。この炭素繊維不織布シートは連続炭素繊維シートの一軸シートと同様な使い方ができる。すなわち、連続炭素繊維シートの一軸シートは一方向テープ（ＵＤテープ）のような使い方ができ、樹脂とともに、ハンドレイアップ法、バキューム・アシスティッド・レジントランスファ成形法(VaRTM法)、レジントランスファ成形法(RTM法)、レジンインジェクション法(RIM法)、プレス成形法、オートクレーブ法、シートワインド法、引抜成形法、スプレアップ法などで成形されるが、本発明の炭素繊維不織布シートも同様な使い方ができる。一例として、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂を用いた場合、前記炭素繊維不織布シートから得られる。成形体の炭素繊維の配向方向の引張強度は３４０ＭＰａ以上となり、アルミ合金Ａ２０２４(超ジュラルミン)の実用的強度である０．２％耐力に匹敵するレベルである。

【0015】

炭素繊維不織布シートの単位面積当たりの質量（以下単に「質量」と表記する場合もある）は１～１０００ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは５～５００ｇ／ｍ^２であり、さらに好ましくは１０～３００ｇ／ｍ^２である。前記の範囲であれば、取扱い性も良く、炭素繊維強化樹脂成形に都合が良い。前記の範囲であれば、強度の高い炭素繊維強化樹脂成形体ができる。

【0016】

前記繊維ウェブの単位面積当たりの質量は０．１～１００ｇ／ｍ^２が好ましく、より好ましくは０．５～５０ｇ／ｍ^２であり、さらに好ましくは１～３０ｇ／ｍ^２である。前記の範囲であれば、取扱い性も良く、炭素繊維強化樹脂成形に都合が良い。

【0017】

前記矩形の繊維ウェブの積層数は２～１００枚であるのが好ましく、より好ましくは５～５０枚であり、さらに好ましくは１０～３０枚である。前記の積層数であれば、単位面積当たりの質量も高くでき、強度の高い炭素繊維強化樹脂成形体ができる。

【0018】

前記矩形の繊維ウェブの端部は１枚当たり１～１０００ｍｍずらせて積層されているのが好ましく、より好ましくは５～５００ｍｍであり、さらに好ましくは１０～３００ｍｍである。前記のずらせ量であれば、均一な長尺状パラレルウェブとすることができる。ここで長尺状とは、理論的には無限であるが、実用上は０．５～２５ｍ程度である。

【0019】

本発明において、「実質的に一方向に配向」もしくは「一配向性」とは、５０質量％以上が±１０度以内の角度で配向されていることをいう。したがって、矩形の繊維ウェブを構成する炭素繊維は、５０質量％以上が±１０度以内の角度で配向されていることが好ましく、さらに好ましくは６０質量％以上が±１０度以内の角度で配向されており、より好ましくは７０質量％以上が±１０度以内の角度で配向されている。前記の範囲であれば、配向性が高く、強度が高く、品質の高い成形体が得られる。

【0020】

前記矩形の繊維ウェブは、荷重５００Ｐａをかけたときの平均密度が０．０１～０．４０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、さらに好ましい平均密度は０．０２～０．２０ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは０．０３～０．１５ｇ／ｃｍ^３である。前記の範囲であれば、取扱い性も良く、炭素繊維強化樹脂成形に都合が良い。

【0021】

前記矩形の繊維ウェブを構成する炭素繊維の繊維長は任意とすることができるが、好ましくは繊維長分布が１～３００ｍｍであり、より好ましくは５～２００ｍｍであり、さらに好ましくは１０～１５０ｍｍである。前記の範囲であれば、品質的に問題はなく、取扱い性も良く、炭素繊維強化樹脂成形に都合が良い。

【0022】

前記矩形の繊維ウェブは、炭素繊維の配向方向の長さは３０～５０００ｍｍであり、炭素繊維の配向方向と直交する方向の長さは２０～３０００ｍｍが好ましい。前記の範囲であれば、品質的に問題はなく、取扱い性も良く、炭素繊維強化樹脂成形に都合が良い。

【0023】

前記炭素繊維不織布シートを構成する炭素繊維は、リサイクルされた炭素繊維が好ましいが、新規の炭素繊維を切断したもの、ＣＦＲＰの製造の際の炭素繊維シートの切断などにより端材として発生したものなど、どのようなものでも使用できる。炭素繊維の原料は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系等どのようなものでもよい。また、本発明の炭素繊維不織布シートは、複数枚積層して使用することもでき、別の方法で作成された炭素繊維シート（例えば連続繊維シート、炭素繊維織物など）等を積層することもできる。

【0024】

本発明の炭素繊維不織布シートには炭素繊維以外の繊維を混合してもよい。炭素繊維不織布シートを母数としたとき、不連続炭素繊維が１０～１００質量％、炭素繊維以外の繊維が０～９０質量％であるのが好ましく、より好ましくは不連続炭素繊維が２０～１００質量％、炭素繊維以外の繊維が０～８０質量％であり、さらに好ましくは不連続炭素繊維が５０～１００質量％、炭素繊維以外の繊維が０～５０質量％である。炭素繊維以外の繊維としては、成形後の物性向上ができる高強度かつ高弾性有機繊維（アラミド（パラ系、メタ系を含む）繊維、ポリアリレート繊維、ポリ（ｐ－フェニレンベンゾビスオキザール）（ＰＢＯ）繊維、ポリ（ｐ－フェニレンベンゾビスチアゾール）（ＰＢＺＴ）繊維、高分子量ポリエチレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリビニルアルコール繊維など）に加えて、成形前の取扱性を改善する熱可塑性繊維（ポリアミド、ポリプロピレン、PPSなど）が使用できる。また炭素繊維以外の繊維は１種類に限定されず、２種類以上の繊維を混合してもよい。

【0025】

次に本発明の炭素繊維不織布シートの製造方法について説明する。
（１）繊維ウェブ形成工程
不連続炭素繊維を含む繊維をカード機で開繊し、実質的に一方向に炭素繊維を配向させて繊維ウェブとする。必要に応じてサイジング剤を付与してもよい。炭素繊維以外の繊維を加える場合は、この工程で加えて混合する。
（２）第１カット工程
前記繊維ウェブは長尺状で得られるので、幅方向又は斜め方向にカットして矩形とする。幅方向又は斜め方向にカットする方法は特に限定されないが、例えば、同一速度で動くカッターでカットしてもよい。もしくは、長尺状の繊維ウェブを静置でカットする方法がある。このようにして矩形の繊維ウェブとする。
（３）積層工程
前記矩形の繊維ウェブの端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブとする。
（４）第２カット工程
前記長尺状パラレルウェブの両端をカットして本発明の炭素繊維不織布シートを得る。ここでいう両端とは先端部と後端部の不均一積層部分をいう。前記長尺状パラレルウェブは必要に応じて所定の長さにカットしてもよい。

【0026】

以下、図面を用いて説明する。以下の図面において、同一符号は同一物を示す。図１は本発明の一実施例のカード機１の模式的断面図である。このカード機１は、不連続炭素繊維２がフィードローラ３ａ，３ｂから供給され、テーカインローラ４を通過し、シリンダ５とワーカ６ａ，７ａ、及びストリッパ６ｂ，７ｂの協働により開繊され、ドッファ８を通過し、振動コム９により剥ぎ取られ、繊維ウェブとして取り出す。１１は基台である。繊維ウェブは不連続繊維の炭素繊維が開繊され、一方向に配列し、長尺状である。この繊維ウェブは排出ベルト１２から取り出される。その際には一例として繊維ウェブと同速度で移動するカッター１３で幅方向にカットされ、矩形の繊維ウェブ１０として取り出される。

【0027】

図２は同、カード機で得られた矩形の繊維ウェブ１０の端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブ１４とした模式的説明図である。この長尺状パラレルウェブ１４を所定の長さにカットし炭素繊維不織布シート１５とする。炭素繊維不織布シート１５は単位面積当たりの質量が安定し、多数枚作成しても各々の炭素繊維不織布シート１５はほぼ均一な質量となる。両端はカットされ、再度カード機に供給して炭素繊維不織布シート１５としてもよい。矢印は進行方向である。

【0028】

参考までにクロスラッパー積層法は、不織布シートの進行方向（長さ方向）に対して直角にウェブを振り落として、多層のウェブを作る方式であるので、繊維が不織布シートの進行方向（長さ方向）に高配向した長尺状の不織布シートを作ることができない。

【0029】

図３は本発明の一実施形態の長尺状パラレルウェブ１４の模式的斜視図である。長尺状パラレルウェブ１４を構成する各炭素繊維１６は一方向に配列している。矩形の繊維ウェブ１０ａ－１０ｉ…が端部をずらせて積層されている。矩形の繊維ウェブ１０ｆを含む左側(矢印カット線１７から左側)が均一な積層数の炭素繊維不織布シートとなる。この例では６層である。矢印ＭＤは炭素繊維不織布シートの長さ方向（ＭＤ）を示している。

【0030】

図４は本発明の一実施形態の繊維ウェブの表面写真、図５は同、繊維ウェブの表面拡大写真、図６は矩形の繊維ウェブの端部をずらせて積層した部分を示す表面写真である。１８ａ，１８ｂは積層部分である。積層数は、右側１枚、中２枚、左側３枚である。

【実施例】

【0031】

以下、実施例を用いてさらに具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
＜試験片の引張試験＞
ＡＳＴＭ Ｄ３０３９ （２０１７）を参考にし、インストロン万能試験機を使用し、ロードセル１００ｋＮ、引張速度１．０ｍｍ／ｓｅｃでＣＦＲＰの引張強度を測定した。引張強度は繊維配向方向の引張強度を測定した。

【0032】

（実施例１）
繊維トウ廃材から溶解法によりリサイクルされた炭素繊維（東レ社製、商品名“Ｔ８００Ｓ”、繊維長８０ｍｍ）を、ワイヤーカード機へ投入して、幅３０ｃｍの繊維ウェブを得た。得られた繊維ウェブは質量２．２ｇ／ｍ^２で、長さ５０ｃｍで幅方向にカットした。この矩形の繊維ウェブは、５００Ｐａの荷重をかけた時のウェブの平均厚みは０．０８６ｍｍであった。この矩形の繊維ウェブの端部を３．１ｃｍずつずらして３２枚積層し、長さ方向の先から４６．５ｃｍと末端４６．５ｃｍの積層不足部分を幅方向に切り落とし、長さ５２．７ｃｍ、幅３５ｃｍで１６層に積層された質量３５ｇ／ｍ^２、の長方形炭素繊維不織布シートを得た。この炭素繊維不織布シートを構成する炭素繊維はマイクロスコープの画像を観察したところ、５０質量％以上が±１０度以内の角度で配向されていた。得られた炭素繊維不織布シートを３５０ｍｍ角にトリムして、サイズ剤を付与し（平均6wt%）、乾燥させて基材を作製した。基材にエポキシ樹脂（ナガセケムテックスXN6809）を含侵させながら、繊維方向が同一となるように揃えて１０枚積層させた。積層させた基材をバギングしてオートクレーブに入れ、０．５ＭＰａで加圧しながら、８０℃で１６時間加熱後、１２０℃で２時間加熱して炭素繊維強化樹脂成形体の母板を成形した。この母板から繊維が配向する方向を縦として、縦２３０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ１．７ｍｍ、密度１．２９ｇ／ｃｍ^３、繊維体積含有率約１３％の試験片を切り出した。

【0033】

（実施例２）
プリプレグ廃材から溶解法によりリサイクルされた炭素繊維（東レ社製、商品名“Ｔ８００Ｓ”）で、繊維長に分布を持たせた炭素繊維を使用した。この炭素繊維は、繊維長が８０ｍｍ未満の繊維が全体の３分の１、８０ｍｍの繊維が全体の３分の２の割合で入っていた。実施例１と同様にウェブを作製し、質量３９．３ｇ/ｍ^２の炭素繊維不織布シートを得て、８枚積層し、炭素繊維強化樹脂成形体へ成形して試験片を作製した。この試験片は、縦２３０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ１．３ｍｍ、密度１．３０ｇ／ｃｍ^３、繊維体積含有率約１４％であった。

【0034】

(実施例３）
溶解法によりリサイクルされた炭素繊維（東レ社製、商品名“Ｔ８００Ｓ”、繊維長８０ｍｍ）とポリアミド６繊維（東レ株式会社社製、繊度２．２decitex、繊維長５１ｍｍ）とを質量で炭素繊維９７質量％／ポリアミド６繊維３質量％となるように事前に混合したものを用いて、実施例１と同様の方法で炭素繊維不織布シートを作製した。得られた不織布シートを構成する炭素繊維はマイクロスコープ画像の観察で５０質量％以上がプラスマイナス１０度以内の角度で長さ方向に配向していた。この不織布シートを用いて実施例１と同様の方法で樹脂成形体を作製し、縦２３０ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ１．７ｍｍ、密度１．３０ｇ／ｃｍ^３、繊維体積含有率１５％の試験片を切り出し、物性を測定した。

【0035】

(実施例４）
焼成法により樹脂成形物からリサイクルされた炭素繊維（東レ社製、商品名”Ｔ８００Ｓ”、繊維長５０ｍｍ）とポリアミド６繊維（東レ株式会社社製、繊度２．２decitex、繊維長５１ｍｍ）とを質量で炭素繊維４０質量％／ポリアミド６繊維６０質量％となるように事前に混合したものを用いて、実施例１と同様の方法で炭素繊維不織布シートを作製した。得られた不織布シートを構成する炭素繊維はマイクロスコープ画像の観察で５０質量％以上がプラスマイナス１０度以内の角度で長さ方向に配向していた。この不織布シートを幅１００ｍｍ、長さ２６０ｍｍの寸法に切り出したものを、圧力３．５MPa、温度２４０℃で１０分間熱プレスして、厚さ２．２ｍｍ、密度１．２８ｇ／ｃｍ^３、炭素繊維体積含有率３０％の成形物を得た。この成形物から幅２５ｍｍ、長さ２３０ｍｍの試験片を複数片切り出し、インストロン万能試験機を用いて物性を測定した。
以上の条件と結果を表１にまとめて示す。

【0036】

【表1】

【0037】

表１から明らかなとおり、本発明の炭素繊維不織布シートは、長尺状パラレルウェブとすることにより、連続炭素繊維シートの一軸シートと同様な使い方の成形品を得ることができた。実施例１～４の成形体の引張強度は３４０ＭＰａ以上であり、アルミ合金A2024(超ジュラルミン)の実用的強度である０．２％耐力に匹敵するレベルであった。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の炭素繊維は、資源の有効活用からリサイクルされた炭素繊維であるのが好ましいが、新規の炭素繊維を切断したもの、ＣＦＲＰの製造の際の炭素繊維シートの切断などにより端材として発生したものなど、どのようなものでも使用できる。とくに今後は航空機や自動車などの廃材として廃ＣＦＲＰが大量に発生することが予想され、廃ＣＦＲＰから取り出される炭素繊維は絡まり合った状態であるから、このような絡まり合った炭素繊維の開繊性及び配向性を高くすることができる本発明の適用分野は広い。また用途としては、自動車、スポーツ用品、介護用品、導電性電気・電子部品、電磁波シールド材などに有用である。

【符号の説明】

【0039】

１ カード機
２ 不連続炭素繊維
３ａ，３ｂ フィードローラ
４ テーカインローラ
５ シリンダ
６ａ，７ａ ワーカ
６ｂ，７ｂ ストリッパ
８ ドッファ
９ 振動コム
１０，１０ａ－１０ｉ 矩形の繊維ウェブ
１１ 基台
１２ 排出ベルト
１３ カッター
１４ 長尺状パラレルウェブ
１５ 炭素繊維不織布シート
１６ 繊維ウェブを構成する炭素繊維
１７ カット線
１８ａ，１８ｂ 積層部分

【要約】

【課題】連続繊維炭素繊維シートの一軸シートと同様な使い方ができる炭素繊維不織布シート、その製造方法及び炭素繊維強化樹脂成形体を提供する。
【解決手段】不連続炭素繊維を含む炭素繊維不織布シート１５であって、実質的に一方向に炭素繊維が配向された矩形の繊維ウェブ１０が、同一方向にかつ端部をずらせて２枚以上積層されパラレルウェブ１４となっており、長尺状である。この製造方法は、不連続炭素繊維をカード機で開繊し、実質的に一方向に炭素繊維を配向させて繊維ウェブとし、幅方向又は斜め方向にカットして矩形の繊維ウェブ１０とし、端部をずらせて積層し、長尺状パラレルウェブ１４とし、両端をカットし、炭素繊維不織布シート１５とする。本発明の炭素繊維強化樹脂成形体は前記炭素繊維不織布シートとマトリックス樹脂を含む。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】