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(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】
(24)【登録日】2024-12-16
(45)【発行日】2024-12-24
(54)【発明の名称】ＣＦ－ＳＭＣおよびＣＦ－ＳＭＣの製造方法
(51)【国際特許分類】
B29B 11/16 20060101AFI20241217BHJP
D01G 1/04 20060101ALI20241217BHJP
B29K 105/12 20060101ALN20241217BHJP
【ＦＩ】
B29B11/16
D01G1/04 102
B29K105:12
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020132813
(22)【出願日】2020-08-05
(65)【公開番号】P2022029523
(43)【公開日】2022-02-18
【審査請求日】2023-03-24
(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】100142309
【弁理士】
【氏名又は名称】君塚 哲也
(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】小並 諭吉
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 康
(72)【発明者】
【氏名】鮫島 禎雄
(72)【発明者】
【氏名】水鳥 由貴廣
(72)【発明者】
【氏名】金羽木 惇二
【審査官】脇田 寛泰
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０７６６２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０９８３７０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０１７２５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０４－１３５７１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－１３５７１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０６５４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／２２１６８８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／１５８４９６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－１１４６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２０５９４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０５３４２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－０８７２６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２１／１９３２３４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２１／１８７３４６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２３／００２７４６（ＷＯ，Ａ１）
(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
Ｄ０１Ｇ１／００－９９／００
Ｄ０４Ｈ１／００－１８／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１～６ｃｍの範囲内の所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなるマットがマトリックス樹脂で含浸されてなるＣＦ－ＳＭＣであって、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ以上４Ｋ未満の成分を比率Ｒ１、フィラメント数４Ｋ以上７Ｋ未満の成分を比率Ｒ２、フィラメント数７Ｋ以上１０Ｋ未満の成分を比率Ｒ３で含有するとしたとき、比率Ｒ１が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２が３０～６０ｗｔ％、比率Ｒ３が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２およびＲ３の合計が６０ｗｔ％以上であり、さらに、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ未満の成分およびフィラメント数１６Ｋ以上の成分をいずれも１ｗｔ％以上含有しないＣＦ－ＳＭＣ。
【請求項2】
前記チョップド炭素繊維束がフィラメント数１６Ｋ以上の成分を含有しない、請求項１に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
【請求項3】
比率Ｒ１が１５ｗｔ％以上である、請求項１または２に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
【請求項4】
比率Ｒ１が２５ｗｔ％以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
【請求項5】
ＣＦ－ＳＭＣの重量に占める炭素繊維の重量の比率が４５～６５％である、請求項１～４のいずれか一項に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
【請求項6】
連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、該ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に該チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程と、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有し、該キャリアフィルム上に堆積する前の該チョップド炭素繊維束に下記（Ａ）の断片化処理装置を用いた断片化処理を施す、ＣＦ－ＳＭＣの製造方法：（Ａ）それぞれがロータリーカッターの回転軸と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動され、第二ピンローラーは第一ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動される、断片化処理装置。
【請求項7】
第一ピンローラーおよび第二ピンローラーの各々において、シリンダーの半径が最大半径の半分以上である、請求項６に記載の製造方法。
【請求項8】
第一ピンローラーのピン先端における周速と、第二ピンローラーのピン先端における周速が等しい、請求項６または７に記載の製造方法。
【請求項9】
前記連続炭素繊維束は、フィラメント数が１２Ｋ以上１８Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束である、請求項６～８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項10】
前記連続炭素繊維束は、部分的なスプリットによりフィラメント数１２Ｋ以上１８Ｋ未満のサブ束に分割された総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束である、請求項６～８のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）およびＳＭＣの製造方法に関し、とりわけ、補強材として炭素繊維（ＣＦ）を用いたＳＭＣであるＣＦ－ＳＭＣと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、炭素繊維と樹脂とからなる複合材料であるＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、航空機、自動車、船舶その他各種の輸送機器の部品、スポーツ用品、レジャー用品などに幅広く使用されている。
ある種のＣＦＲＰ製品は、ＣＦ－ＳＭＣから圧縮成形法により成形される。
ＣＦ－ＳＭＣは炭素繊維プリプレグの一種であり、チョップド炭素繊維束（chopped carbon fiber strand）からなるマットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。
ＣＦＲＰは、トウサイズの小さな炭素繊維束、すなわち、繊維束を構成する炭素繊維フィラメントの数が少ない炭素繊維束で補強されたものほど、高強度であることが知られている（特許文献１）。
ＣＦ－ＳＭＣの製造において、原料に用いる連続炭素繊維束にスリットを入れて、フィラメント数の少ないサブ束に分割してからチョップする方法が知られている（特許文献２）。
ある種のＣＦＲＰ製品は、ＣＦ－ＳＭＣから圧縮成形法により成形される。
ＣＦ－ＳＭＣは炭素繊維プリプレグの一種であり、チョップド炭素繊維束（chopped carbon fiber strand）からなるマットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。
ＣＦＲＰは、トウサイズの小さな炭素繊維束、すなわち、繊維束を構成する炭素繊維フィラメントの数が少ない炭素繊維束で補強されたものほど、高強度であることが知られている（特許文献１）。
ＣＦ－ＳＭＣの製造において、原料に用いる連続炭素繊維束にスリットを入れて、フィラメント数の少ないサブ束に分割してからチョップする方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許出願公開ＵＳ２０１２／０２１３９９７号
【文献】国際公開ＷＯ２０１７／００６９８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＣＦ－ＳＭＣは、フィラメント数の少ないチョップド炭素繊維束を用いたものほど、硬化物が高い強度を示す一方で、硬化温度における流動性が低下するために、それを用いて製造することができる成形品の形状が限られてくる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なＣＦ－ＳＭＣを提供することを主たる目的とする。
本発明の各実施形態により解決され得る課題は、本明細書中に明示的または黙示的に開示されている場合がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なＣＦ－ＳＭＣを提供することを主たる目的とする。
本発明の各実施形態により解決され得る課題は、本明細書中に明示的または黙示的に開示されている場合がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の好ましい実施形態には以下が含まれるが、限定するものではない。
［１］１～６ｃｍの範囲内の所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなるマットがマトリックス樹脂で含浸されてなるＣＦ－ＳＭＣであって、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ以上４Ｋ未満の成分を比率Ｒ１、フィラメント数４Ｋ以上７Ｋ未満の成分を比率Ｒ２、フィラメント数７Ｋ以上１０Ｋ未満の成分を比率Ｒ３で含有するとしたとき、比率Ｒ１が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２が３０～６０ｗｔ％、比率Ｒ３が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２およびＲ３の合計が６０ｗｔ％以上であり、さらに、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ未満の成分およびフィラメント数１６Ｋ以上の成分をいずれも１ｗｔ％以上含有しないＣＦ－ＳＭＣ。
［２］前記チョップド炭素繊維束がフィラメント数１６Ｋ以上の成分を含有しない、［１］に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［３］比率Ｒ１が１５ｗｔ％以上または２０ｗｔ％以上である、［１］または［２］に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［４］比率Ｒ１が２５ｗｔ％以下である、［１］～［３］のいずれかに記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［５］繊維含有率が４５～６５％である、［１］～［４］のいずれかに記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［６］連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、該ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に該チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程と、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有し、該キャリアフィルム上に堆積する前の該チョップド炭素繊維束に下記（Ａ）の断片化処理装置を用いた断片化処理を施す、ＣＦ－ＳＭＣの製造方法：
（Ａ）それぞれがロータリーカッターの回転軸と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動され、第二ピンローラーは第一ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動される、断片化処理装置。
［７］第一ピンローラーおよび第二ピンローラーの各々において、シリンダーの半径が最大半径の半分以上である、［６］に記載の製造方法。
［８］第一ピンローラーのピン先端における周速と、第二ピンローラーのピン先端における周速が等しい、［６］または［７］に記載の製造方法。
［９］前記連続炭素繊維束は、フィラメント数が１２Ｋ以上１８Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束である、［６］～［８］のいずれかに記載の製造方法。
［１０］前記連続炭素繊維束は、部分的なスプリットによりフィラメント数１２Ｋ以上１８Ｋ未満のサブ束に分割された総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束である、［６］～［８］のいずれかに記載の製造方法。
［１］１～６ｃｍの範囲内の所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなるマットがマトリックス樹脂で含浸されてなるＣＦ－ＳＭＣであって、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ以上４Ｋ未満の成分を比率Ｒ１、フィラメント数４Ｋ以上７Ｋ未満の成分を比率Ｒ２、フィラメント数７Ｋ以上１０Ｋ未満の成分を比率Ｒ３で含有するとしたとき、比率Ｒ１が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２が３０～６０ｗｔ％、比率Ｒ３が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２およびＲ３の合計が６０ｗｔ％以上であり、さらに、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ未満の成分およびフィラメント数１６Ｋ以上の成分をいずれも１ｗｔ％以上含有しないＣＦ－ＳＭＣ。
［２］前記チョップド炭素繊維束がフィラメント数１６Ｋ以上の成分を含有しない、［１］に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［３］比率Ｒ１が１５ｗｔ％以上または２０ｗｔ％以上である、［１］または［２］に記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［４］比率Ｒ１が２５ｗｔ％以下である、［１］～［３］のいずれかに記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［５］繊維含有率が４５～６５％である、［１］～［４］のいずれかに記載のＣＦ－ＳＭＣ。
［６］連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、該ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に該チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程と、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有し、該キャリアフィルム上に堆積する前の該チョップド炭素繊維束に下記（Ａ）の断片化処理装置を用いた断片化処理を施す、ＣＦ－ＳＭＣの製造方法：
（Ａ）それぞれがロータリーカッターの回転軸と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動され、第二ピンローラーは第一ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動される、断片化処理装置。
［７］第一ピンローラーおよび第二ピンローラーの各々において、シリンダーの半径が最大半径の半分以上である、［６］に記載の製造方法。
［８］第一ピンローラーのピン先端における周速と、第二ピンローラーのピン先端における周速が等しい、［６］または［７］に記載の製造方法。
［９］前記連続炭素繊維束は、フィラメント数が１２Ｋ以上１８Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束である、［６］～［８］のいずれかに記載の製造方法。
［１０］前記連続炭素繊維束は、部分的なスプリットによりフィラメント数１２Ｋ以上１８Ｋ未満のサブ束に分割された総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束である、［６］～［８］のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【0006】
一実施形態によれば、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なＣＦ－ＳＭＣが提供される。他の一実施形態によれば、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なＣＦ－ＳＭＣの製造に好ましく用い得るＣＦ－ＳＭＣ製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
１．ＣＦ－ＳＭＣ
本発明の一実施形態はＣＦ－ＳＭＣ、すなわち、所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなる炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させた構造を有するシートモールディングコンパウンドに関する。
炭素繊維マットの単位面積あたり重量は、典型的には５００～２５００ｇ／ｍ２であるが、限定するものではない。
チョップド炭素繊維束の繊維長は、通常、１～６ｃｍの範囲内であり、例えば約０．５インチ（約１．３ｃｍ）、約１インチ（約２．５ｃｍ）、約１．５インチ（約３．８ｃｍ）、約２インチ（約５．１ｃｍ）などであり得る。
本発明の一実施形態はＣＦ－ＳＭＣ、すなわち、所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなる炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させた構造を有するシートモールディングコンパウンドに関する。
炭素繊維マットの単位面積あたり重量は、典型的には５００～２５００ｇ／ｍ２であるが、限定するものではない。
チョップド炭素繊維束の繊維長は、通常、１～６ｃｍの範囲内であり、例えば約０．５インチ（約１．３ｃｍ）、約１インチ（約２．５ｃｍ）、約１．５インチ（約３．８ｃｍ）、約２インチ（約５．１ｃｍ）などであり得る。
【0009】
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣは、炭素繊維マットをなすチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成に特徴を有する。すなわち、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ以上４Ｋ未満の成分を比率Ｒ１、フィラメント数４Ｋ以上７Ｋ未満の成分を比率Ｒ２、フィラメント数７Ｋ以上１０Ｋ未満の成分を比率Ｒ３で含有するとしたとき、比率Ｒ１が１０～３０ｗｔ％、比率Ｒ２が３０～６０ｗｔ％、比率Ｒ３が１０～３０ｗｔ％であり、さらに、比率Ｒ２およびＲ３の合計が６０ｗｔ％以上である。加えて、該チョップド炭素繊維束は、フィラメント数１Ｋ未満の成分とフィラメント数１６Ｋ以上の成分を、どちらについても１ｗｔ％以上含有しない。特に、フィラメント数１６Ｋ以上の成分については、全く含有しなくてもよい。
ここで、Ｋとは１０００を意味する記号であり、例えば、３０００本の炭素繊維フィラメントからなる炭素繊維束のフィラメント数は３Ｋと表され、１２０００本の炭素繊維フィラメントからなる炭素繊維束のフィラメント数は１２Ｋと表される。
ここで、Ｋとは１０００を意味する記号であり、例えば、３０００本の炭素繊維フィラメントからなる炭素繊維束のフィラメント数は３Ｋと表され、１２０００本の炭素繊維フィラメントからなる炭素繊維束のフィラメント数は１２Ｋと表される。
【0010】
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣの硬化物の強度は、比率Ｒ１が高くなるにつれ高くなる傾向がある。従って、硬化物の強度向上の観点からは、比率Ｒ１は好ましくは１５ｗｔ％以上、より好ましくは２０ｗｔ％以上である。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣの硬化時の流動性は、比率Ｒ１が高くなるにつれ低下する傾向がある。従って、硬化時の流動性向上の観点からは、比率Ｒ１は好ましくは２５ｗｔ％以下である。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣでは、比率Ｒ２と比率Ｒ３の合計が６０ｗｔ％以上であり、チョップド炭素繊維束の重量にして過半をフィラメント数４Ｋ以上１０Ｋ未満の成分が占める。
通常、比率Ｒ２は比率Ｒ３よりも大きい。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣの硬化時の流動性は、比率Ｒ１が高くなるにつれ低下する傾向がある。従って、硬化時の流動性向上の観点からは、比率Ｒ１は好ましくは２５ｗｔ％以下である。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣでは、比率Ｒ２と比率Ｒ３の合計が６０ｗｔ％以上であり、チョップド炭素繊維束の重量にして過半をフィラメント数４Ｋ以上１０Ｋ未満の成分が占める。
通常、比率Ｒ２は比率Ｒ３よりも大きい。
【0011】
チョップド炭素繊維束がフィラメント数１６Ｋ以上の成分を１ｗｔ％以上含有しないことは、実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣの硬化物の高強度化に好ましく寄与する。これは、トウサイズが大きくマトリックス樹脂が浸潤し難いチョップド炭素繊維素束が少ない方が、ＣＦ－ＳＭＣ中に樹脂リッチ領域が形成され難いからである。樹脂リッチ領域は局所的にマトリックス樹脂の含有量が高くなった部位であり、ＣＦ－ＳＭＣの硬化物中では破壊の起点となる脆弱部となる。
【0012】
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣにおいて、チョップド炭素繊維束がフィラメント数１Ｋ未満の成分を１ｗｔ％以上含有しないことは、硬化時の流動性向上にとって好ましいだけでなく、硬化物の強度向上にとっても好ましい。フィラメント数１Ｋ未満のチョップド炭素繊維束は真直性が低いからである。更に、かかるチョップド炭素繊維束の含有量が少ないことで、炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させ易くなる。
【0013】
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣの繊維含有率、すなわちＣＦ－ＳＭＣの重量に占める炭素繊維の重量の比率は、限定するものではないが、４５～６５ｗｔ％であり得る。硬化物の弾性率および強度を考慮すると、該繊維含有率は好ましくは５０ｗｔ％以上、より好ましくは５３ｗｔ％以上である。硬化時の流動性を考慮すると、該繊維含有率は好ましくは６０ｗｔ％以下である。
【0014】
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣのマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂を主要成分とし、硬化剤が配合されるとともに、必要に応じて増粘剤、重合禁止剤、低収縮剤、充填剤、難燃剤などの添加剤が配合された、樹脂組成物である。マトリックス樹脂は、炭素繊維マットを含浸させる段階では十分な流動性を有するペーストであり、含浸後に増粘される。
マトリックス樹脂の主成分として用いられる熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂およびフェノール樹脂である。これらから選ばれる二種以上を混合して使用することもできる。
マトリックス樹脂の主成分として用いられる熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂およびフェノール樹脂である。これらから選ばれる二種以上を混合して使用することもできる。
【0015】
好ましい熱硬化性樹脂は、炭素繊維との接着性に優れる点から、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂および不飽和ポリエステル樹脂である。ビニルエステル樹脂と不飽和ポリエステル樹脂は、互いに混合して使用してもよく、また、スチレンや（メタ）アクリレートのようなエチレン系不飽和化合物からなる反応性希釈剤と混合して使用してもよい。
マトリックス樹脂の具体的な配合組成については、従来のＣＦ－ＳＭＣで採用されているものを適宜参照することができる。
マトリックス樹脂の具体的な配合組成については、従来のＣＦ－ＳＭＣで採用されているものを適宜参照することができる。
【0016】
２．ＣＦ－ＳＭＣの製造方法
本発明の一実施形態は、ＣＦ－ＳＭＣの製造方法に関する。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法は、連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、該ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に該チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程と、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有する。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法では、更に、キャリアフィルム上に堆積する前のチョップド炭素繊維束に下記（Ａ）の断片化処理装置を用いた断片化処理が施される。
（Ａ）それぞれがロータリーカッターの回転軸と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動され、第二ピンローラーは第一ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動される、断片化処理装置。
この断片化処理装置（Ａ）を用いた断片化処理により、キャリアフィルム上に堆積する炭素繊維マットにおけるチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成は、断片化処理をしないときとは異なるものとなる。
本発明の一実施形態は、ＣＦ－ＳＭＣの製造方法に関する。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法は、連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、該ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に該チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程と、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有する。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法では、更に、キャリアフィルム上に堆積する前のチョップド炭素繊維束に下記（Ａ）の断片化処理装置を用いた断片化処理が施される。
（Ａ）それぞれがロータリーカッターの回転軸と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動され、第二ピンローラーは第一ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転駆動される、断片化処理装置。
この断片化処理装置（Ａ）を用いた断片化処理により、キャリアフィルム上に堆積する炭素繊維マットにおけるチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成は、断片化処理をしないときとは異なるものとなる。
【0017】
２．１．連続炭素繊維束
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法において、原料の連続炭素繊維束に特段の限定はなく、例えば、市販のＰＡＮ系炭素繊維束を好ましく用いることができる。
前述の、実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣを製造する場合であれば、フィラメント数が１２Ｋ以上１８Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束か、あるいは、部分的なスプリットによりフィラメント数１２Ｋ以上１８Ｋ未満のサブ束に分割された総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束を、好ましく用いることができる。
フィラメント数が１６Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束を原料に用いることにより、チョップド炭素繊維束がフィラメント数１６Ｋ以上の成分を含有しないＣＦ－ＳＭＣを容易に作製することができる。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法において、原料の連続炭素繊維束に特段の限定はなく、例えば、市販のＰＡＮ系炭素繊維束を好ましく用いることができる。
前述の、実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣを製造する場合であれば、フィラメント数が１２Ｋ以上１８Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束か、あるいは、部分的なスプリットによりフィラメント数１２Ｋ以上１８Ｋ未満のサブ束に分割された総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束を、好ましく用いることができる。
フィラメント数が１６Ｋ未満でスプリットされていない連続炭素繊維束を原料に用いることにより、チョップド炭素繊維束がフィラメント数１６Ｋ以上の成分を含有しないＣＦ－ＳＭＣを容易に作製することができる。
【0018】
フィラメント数１２Ｋ以上１８Ｋ未満のサブ束に分割された総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束は、スリッターロールを用いて、総フィラメント数２４Ｋ以上の連続炭素繊維束を、どのサブ束もフィラメント数が１２Ｋ以上１８Ｋ未満となるようにスプリットすることによって得ることができる。各スリット刃に欠落部を設けたスリッターロールを用いれば、スリットの形成が間欠的となり、サブ束同士が完全に切り離されていない状態、すなわち、部分的にスプリットされた状態にある連続炭素繊維束が得られる。
【0019】
ｎ本のサブ束に分割された連続炭素繊維束を得るには、（ｎ－１）個のスリット刃を有するスリッターローラーを用いればよい。連続炭素繊維束の幅方向に並んだ（ｎ－１）本のスリットが形成されることにより、連続炭素繊維束はｎ本のサブ束に分割される。
一例として、それぞれ欠落部を有する４個のスリット刃を備えたスリッターローラーを用いて、５本のサブ束に部分的に分割した連続炭素繊維束を、図１（ａ）および（ｂ）に示す。
便宜のために、連続炭素繊維束の繊維方向（長手方向）をｘ方向、幅方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向とすると、図１（ａ）は連続炭素繊維束１０をｚ方向から見た平面図であり、図１（ｂ）は連続炭素繊維束１０のｘ方向に垂直な断面（ｙｚ平面で切断したときの断面）を示している。
一例として、それぞれ欠落部を有する４個のスリット刃を備えたスリッターローラーを用いて、５本のサブ束に部分的に分割した連続炭素繊維束を、図１（ａ）および（ｂ）に示す。
便宜のために、連続炭素繊維束の繊維方向（長手方向）をｘ方向、幅方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向とすると、図１（ａ）は連続炭素繊維束１０をｚ方向から見た平面図であり、図１（ｂ）は連続炭素繊維束１０のｘ方向に垂直な断面（ｙｚ平面で切断したときの断面）を示している。
【0020】
図１（ａ）に示すように、連続炭素繊維束１０には、第一スリット列ＡＳ１、第二スリット列ＡＳ２、第三スリット列ＡＳ３および第四スリット列ＡＳ４の、４つのスリット列が形成されている。
第一スリット列ＡＳ１は、ｘ方向に並んだ複数の第一スリットＳ１からなる。
第二スリット列ＡＳ２は、ｘ方向に並んだ複数の第二スリットＳ２からなる。
第三スリット列ＡＳ３は、ｘ方向に並んだ複数の第三スリットＳ３からなる。
第四スリット列ＡＳ４は、ｘ方向に並んだ複数の第四スリットＳ４からなる。
これら４つのスリット列は、異なるスリット刃で形成されることから、ｙ方向の位置が異なっている。
第一スリット列ＡＳ１は、ｘ方向に並んだ複数の第一スリットＳ１からなる。
第二スリット列ＡＳ２は、ｘ方向に並んだ複数の第二スリットＳ２からなる。
第三スリット列ＡＳ３は、ｘ方向に並んだ複数の第三スリットＳ３からなる。
第四スリット列ＡＳ４は、ｘ方向に並んだ複数の第四スリットＳ４からなる。
これら４つのスリット列は、異なるスリット刃で形成されることから、ｙ方向の位置が異なっている。
【0021】
スリット長ＬＳとスリット間ギャップ長ＬＧは、いずれのスリット列内でも一定であり、また、異なるスリット列間においても共通している。
スリット長ＬＳとスリット間ギャップ長ＬＧの和に対するスリット長ＬＳの比ＬＳ／（ＬＳ＋ＬＧ）は通常９０％以上、好ましくは９５％以上であり、例えば９９％であってもよい。従って、連続炭素繊維束１０は、図１（ｂ）に示すように、殆どの部分で５本のサブ束１１にスプリットされている。
第一スリット列ＡＳ１、第二スリット列ＡＳ２、第三スリット列ＡＳ３および第四スリット列ＡＳ４のｙ方向の位置は、５本のサブ束１１の幅が概ね同じとなるように設定されている。例えば、連続炭素繊維束１０のフィラメント数が７５Ｋのとき、各サブ束１１のフィラメント数は１５Ｋ±０．５Ｋである。
スリット長ＬＳとスリット間ギャップ長ＬＧの和に対するスリット長ＬＳの比ＬＳ／（ＬＳ＋ＬＧ）は通常９０％以上、好ましくは９５％以上であり、例えば９９％であってもよい。従って、連続炭素繊維束１０は、図１（ｂ）に示すように、殆どの部分で５本のサブ束１１にスプリットされている。
第一スリット列ＡＳ１、第二スリット列ＡＳ２、第三スリット列ＡＳ３および第四スリット列ＡＳ４のｙ方向の位置は、５本のサブ束１１の幅が概ね同じとなるように設定されている。例えば、連続炭素繊維束１０のフィラメント数が７５Ｋのとき、各サブ束１１のフィラメント数は１５Ｋ±０．５Ｋである。
【0022】
スリット長ＬＳは、後の工程で連続炭素繊維束１０から切り出されるチョップド炭素繊維束の繊維長の少なくとも２倍以上であり、好ましくは５倍以上、より好ましくは１０倍以上、更に好ましくは３０倍以上である。
スリット長ＬＳは、例えば、３ｍ以下、２ｍ以下または１ｍ以下であり得る。
スリット間ギャップ長ＬＧは、後の工程で連続炭素繊維束１０から切り出されるチョップド炭素繊維束の繊維長より短いことが好ましく、１０ｍｍ未満であってもよいし、更には５ｍｍ未満であってもよい。
スリット長ＬＳは、例えば、３ｍ以下、２ｍ以下または１ｍ以下であり得る。
スリット間ギャップ長ＬＧは、後の工程で連続炭素繊維束１０から切り出されるチョップド炭素繊維束の繊維長より短いことが好ましく、１０ｍｍ未満であってもよいし、更には５ｍｍ未満であってもよい。
【0023】
図１（ａ）に示す例では、第一スリット列ＡＳ１と第二スリット列ＡＳ２とで、スリット間ギャップＧＳの位置がｘ方向にずれている。第二スリット列ＡＳ２と第三スリット列ＡＳ３の間、および、第三スリット列ＡＳ３と第四スリット列ＡＳ４の間でも同様である。
このように隣り合うスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置をｘ方向にずらす構成は必須ではない。一例では、全てのスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置を揃えてもよいし、他の一例では、一部のスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置を揃え、他の一部のスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置をｘ方向にずらしてもよい。
このように隣り合うスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置をｘ方向にずらす構成は必須ではない。一例では、全てのスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置を揃えてもよいし、他の一例では、一部のスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置を揃え、他の一部のスリット列の間でスリット間ギャップＧＳの位置をｘ方向にずらしてもよい。
【0024】
スリット長ＬＳ、スリット間ギャップ長ＬＧ、スリット長ＬＳとスリット間ギャップ長ＬＧの和に対するスリット長ＬＳの比ＬＳ／（ＬＳ＋ＬＧ）、および、スリット間ギャップＧＳの位置について以上に述べたことは、連続炭素繊維束１０を部分的に５本のサブ束にスプリットする場合に限らず、４本以下または６本以上のサブ束に部分的スプリットする場合にも当て嵌まる。
【0025】
２．２．ＳＭＣ製造装置
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法で好ましく用い得るＳＭＣ製造装置の概念図を、図２に示す。
図２を参照すると、ＳＭＣ製造装置１００は、第一樹脂塗工セクション１１０、第二樹脂塗工セクション１２０、チョップセクション１３０、堆積セクション１４０および含浸セクション１５０を有する。チョップセクション１３０と堆積セクション１４０の間には、断片化処理装置１６０が配置されている。
実施形態に係るＣＦ－ＳＭＣ製造方法で好ましく用い得るＳＭＣ製造装置の概念図を、図２に示す。
図２を参照すると、ＳＭＣ製造装置１００は、第一樹脂塗工セクション１１０、第二樹脂塗工セクション１２０、チョップセクション１３０、堆積セクション１４０および含浸セクション１５０を有する。チョップセクション１３０と堆積セクション１４０の間には、断片化処理装置１６０が配置されている。
【0026】
第一樹脂塗工セクション１１０には、ロールから引き出される第一キャリアフィルム４１上にマトリックス樹脂５０からなる第一樹脂層５１を形成するために、ドクターブレードを備えた塗工機１１１が配置される。
第二樹脂塗工セクション１２０には、ロールから引き出される第二キャリアフィルム４２上に、マトリックス樹脂５０からなる第二樹脂層５２を形成するために、ドクターブレードを備えた塗工機１１２が配置される。
第二樹脂塗工セクション１２０には、ロールから引き出される第二キャリアフィルム４２上に、マトリックス樹脂５０からなる第二樹脂層５２を形成するために、ドクターブレードを備えた塗工機１１２が配置される。
【0027】
チョップセクション１３０には、パッケージから引き出される連続炭素繊維束１０をチョップするためのロータリーカッター１３１が配置される。
ロータリーカッター１３１は、図３に示すように、ガイドロール１３２、ピンチロール１３３およびカッターロール１３４を備えている。カッターロール１３４の外周には複数の刃１３５が周方向に一定間隔で配置されており、一定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束２０を連続炭素繊維束１０から次々と切り出すことが可能である。
通常、同時に複数の連続炭素繊維束１０が、ロータリーカッター１３１の回転軸に平行な平面内で互いに平行となるように引き揃えられてロータリーカッター１３１に供給される。
ロータリーカッター１３１は、図３に示すように、ガイドロール１３２、ピンチロール１３３およびカッターロール１３４を備えている。カッターロール１３４の外周には複数の刃１３５が周方向に一定間隔で配置されており、一定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束２０を連続炭素繊維束１０から次々と切り出すことが可能である。
通常、同時に複数の連続炭素繊維束１０が、ロータリーカッター１３１の回転軸に平行な平面内で互いに平行となるように引き揃えられてロータリーカッター１３１に供給される。
【0028】
堆積セクション１４０はチョップセクション１３０の下方に配置される。第一キャリアフィルム４１は、第一樹脂塗工セクション１１０から、堆積セクション１４０を経て、含浸セクション１５０に搬送される。第一キャリアフィルム４１が堆積セクション１４０を走行するとき、その表面に形成された第一樹脂層５１上に、チョップセクション１３０で産生されるチョップド炭素繊維束２０が落下し堆積することで、炭素繊維マット３０が形成される。
【0029】
含浸セクション１５０の上流部で、第一キャリアフィルム４１の第一樹脂層５１側の面と第二キャリアフィルム４２の第二樹脂層５２側の面とが対向するように、第一キャリアフィルム４１と第二キャリアフィルム４２とが貼り合わされて積層体が形成される。
含浸セクション１５０に配置された含浸機１５１は、この積層体を２つの搬送ベルトで上下から挟んで搬送するために、上下２つのベルト搬送機を備えるとともに、この積層体を搬送ベルトごと挟んで加圧するためのローラーを備えている。
含浸セクション１５０に配置された含浸機１５１は、この積層体を２つの搬送ベルトで上下から挟んで搬送するために、上下２つのベルト搬送機を備えるとともに、この積層体を搬送ベルトごと挟んで加圧するためのローラーを備えている。
【0030】
チョップセクション１３０と堆積セクション１４０の間に配置される断片化処理装置１６０は、図４に示すように、カバー１６１と、カバーの内側に配置された、誘導板１６２および一対のピンローラー（第一ピンローラー１６３ａおよび第二ピンローラー１６３ｂ）とを有する。第一ピンローラー１６３ａおよび第二ピンローラー１６３ｂは誘導板の下方に位置し、略同じ軸方向長を有し、かつ、回転軸が互いに平行である。
ＳＭＣ製造装置１００において、断片化処理装置１６０は、第一ピンローラー１６３ａおよび第二ピンローラー１６３ｂの回転軸がロータリーカッター１３１の回転軸と平行となるように配置される。
ＳＭＣ製造装置１００において、断片化処理装置１６０は、第一ピンローラー１６３ａおよび第二ピンローラー１６３ｂの回転軸がロータリーカッター１３１の回転軸と平行となるように配置される。
【0031】
図５を参照すると、第一ピンローラー１６３ａは、シリンダー１６４ａを有しており、その表面にはいずれも同じ形状と寸法を有するピン１６５ａが複数配置されている。シリンダー１６４ａとピン１６５ａはどちらも剛体であり、例えば金属で形成される。
シリンダー１６４ａの直径は、限定するものではないが、例えば６０ｍｍ～１５０ｍｍであり得る。
シリンダー１６４ａの直径は、限定するものではないが、例えば６０ｍｍ～１５０ｍｍであり得る。
【0032】
ピン１６５ａは第一ピンローラー１６３ａの回転軸に垂直に伸びており、限定するものではないが、例えば円柱形状を有する。ピン１６５ａの端面と外周面の境界は面取りされていてもよい。
ピン１６５ａの直径は、限定するものではないが、例えば１ｍｍ～５ｍｍであり得る。
ピン１６５ａの長さ、つまり、ピンの先端から根元までの距離は、限定するものではないが、例えば１０ｍｍ～５０ｍｍであり得る。
ピン１６５ａが円形断面を有することは、断片化処理装置１６０で処理されるチョップド炭素繊維束１０の毛羽立ちを防止するうえで好ましい。
ピン１６５ａの直径は、限定するものではないが、例えば１ｍｍ～５ｍｍであり得る。
ピン１６５ａの長さ、つまり、ピンの先端から根元までの距離は、限定するものではないが、例えば１０ｍｍ～５０ｍｍであり得る。
ピン１６５ａが円形断面を有することは、断片化処理装置１６０で処理されるチョップド炭素繊維束１０の毛羽立ちを防止するうえで好ましい。
【0033】
シリンダー１６４ａの周面を平面展開したとき、該周面上におけるピン１６５ａの配置は、軸方向に５ｍｍ～２０ｍｍおよび周方向に４ｍｍ～３０ｍｍずらしたときに元の配置と重なることが好ましい。
例えば、図５に示すシリンダー１６４ａの場合、周面を平面展開すると、図６に示すように、一辺が軸方向と平行となるように平面充填する正三角形（破線で表示）の各頂点にピン１６５ａが配置されている。この正三角形の一辺の長さが例えば５ｍｍであるとき、図６に示すピン１６５ａの配置は、軸方向に２．５ｍｍおよび周方向に約４．３ｍｍずらしたときに元の配置と重なる。
例えば、図５に示すシリンダー１６４ａの場合、周面を平面展開すると、図６に示すように、一辺が軸方向と平行となるように平面充填する正三角形（破線で表示）の各頂点にピン１６５ａが配置されている。この正三角形の一辺の長さが例えば５ｍｍであるとき、図６に示すピン１６５ａの配置は、軸方向に２．５ｍｍおよび周方向に約４．３ｍｍずらしたときに元の配置と重なる。
【0034】
本明細書では、ピンローラーの最大半径をその回転軸からピン先端までの距離と定義する。第一ピンローラー１６３ａにおいて、シリンダー１６４ａの半径は当該第一ピンローラー１６３ａの最大半径の半分以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましい。ピンローラーの最大半径に対するシリンダー半径の比率が高い程、ピンローラーが回転しているときに、ピンの先端における周速とピンの根元における周速の差が小さくなるからである。
【0035】
第一ピンローラー１６３ａについて以上に述べたことは、全て、第二ピンローラー１６３ｂにも該当する。
限定するものではないが、断片化処理装置１６０の設計、製造および保守のコストを下げるためには、最大半径、シリンダー径、ピンの形状、寸法、本数および配置等を含め、できる限り多くの項目で第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの設計および仕様を一致させることが好ましい。
限定するものではないが、断片化処理装置１６０の設計、製造および保守のコストを下げるためには、最大半径、シリンダー径、ピンの形状、寸法、本数および配置等を含め、できる限り多くの項目で第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの設計および仕様を一致させることが好ましい。
【0036】
図７を参照すると、断片化処理装置１６０において、第一ピンローラー１６３ａの最大半径ｒＭ１と第二ピンローラー１６３ｂの最大半径ｒＭ２の和は、この２つのピンローラーの回転軸間距離ｄ１２よりも大きい。
第一ピンローラー１６３ａの最大半径ｒＭ１と第二ピンローラーのシリンダー１６４ｂの半径ｒＣ２の和は、２つのピンローラーの回転軸間距離ｄ１２よりも小さい。同様に、第二ピンローラー１６３ｂの最大半径ｒＭ２と第一ピンローラーのシリンダー１６４ａの半径ｒＣ１の和も、２つのピンローラーの回転軸間距離ｄ１２より小さい。
第一ピンローラー１６３ａの最大半径ｒＭ１と第二ピンローラーのシリンダー１６４ｂの半径ｒＣ２の和は、２つのピンローラーの回転軸間距離ｄ１２よりも小さい。同様に、第二ピンローラー１６３ｂの最大半径ｒＭ２と第一ピンローラーのシリンダー１６４ａの半径ｒＣ１の和も、２つのピンローラーの回転軸間距離ｄ１２より小さい。
【0037】
第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂは、駆動機構（図示せず）によって回転駆動される。
第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの回転方向は、図４中に矢印で示す通りである。すなわち、第一ピンローラー１６３ａは、第二ピンローラー１６３ｂに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転し、第二ピンローラー１６３ｂは、第一ピンローラー１６３ａに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転する。
チョップセクション１３０で産生されるチョップド炭素繊維束２０は、実質的に全部が、第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの間の隙間を通って堆積セクションに落下する。
第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの回転方向は、図４中に矢印で示す通りである。すなわち、第一ピンローラー１６３ａは、第二ピンローラー１６３ｂに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転し、第二ピンローラー１６３ｂは、第一ピンローラー１６３ａに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転する。
チョップセクション１３０で産生されるチョップド炭素繊維束２０は、実質的に全部が、第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの間の隙間を通って堆積セクションに落下する。
【0038】
２．３．ＳＭＣの製造方法
本実施形態のＳＭＣ製造方法を、前記２．２．で説明したＳＭＣ製造装置を用いる場合を例にして説明する。
（引き出し工程）
引き出し工程では、予め準備された連続炭素繊維束のパッケージから、連続炭素繊維束が引き出される。
この工程では、ボビンパッケージをクリールに取り付けて、外取りで連続炭素繊維束を引き出してもよいし、あるいは、ボビンを抜き取ったパッケージから内取りで連続炭素繊維束を引き出してもよい。
本実施形態のＳＭＣ製造方法を、前記２．２．で説明したＳＭＣ製造装置を用いる場合を例にして説明する。
（引き出し工程）
引き出し工程では、予め準備された連続炭素繊維束のパッケージから、連続炭素繊維束が引き出される。
この工程では、ボビンパッケージをクリールに取り付けて、外取りで連続炭素繊維束を引き出してもよいし、あるいは、ボビンを抜き取ったパッケージから内取りで連続炭素繊維束を引き出してもよい。
【0039】
（チョップ工程）
チョップ工程では、引き出された連続炭素繊維束１０がチョップセクション１３０に供給され、ロータリーカッター１３１で次々と切断されることにより、所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束２０が産生される。産生したチョップド炭素繊維束２０は、ロータリーカッター１３１の下方に設置された断片化処理装置１６０に向かって落下する。
チョップド炭素繊維束２０の繊維長は、通常、１～６ｃｍの範囲内であり、例えば約０．５インチ（約１．３ｃｍ）、約１インチ（約２．５ｃｍ）、約１．５インチ（約３．８ｃｍ）、約２インチ（約５．１ｃｍ）などであり得る。
チョップ工程では、引き出された連続炭素繊維束１０がチョップセクション１３０に供給され、ロータリーカッター１３１で次々と切断されることにより、所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束２０が産生される。産生したチョップド炭素繊維束２０は、ロータリーカッター１３１の下方に設置された断片化処理装置１６０に向かって落下する。
チョップド炭素繊維束２０の繊維長は、通常、１～６ｃｍの範囲内であり、例えば約０．５インチ（約１．３ｃｍ）、約１インチ（約２．５ｃｍ）、約１．５インチ（約３．８ｃｍ）、約２インチ（約５．１ｃｍ）などであり得る。
【0040】
（断片化処理工程）
断片化処理装置１６０では、ロータリーカッター１３１から落下してくるチョップド炭素繊維束２０の少なくとも一部が、第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの少なくとも一方と接触し、その衝撃によって複数の断片に分かれる。
この断片化処理は、解繊を目的とするものではない。すなわち、チョップド炭素繊維束を単繊維またはそれに近い状態となるまでほぐすものではない。好ましくは、第一キャリアフィルム４１上に堆積する炭素繊維マット３０中の、フィラメント数１Ｋ未満の炭素繊維束の含有量が１ｗｔ％未満となるように、第一ピンローラー１６３ａおよび第二ピンローラー１６３ｂの各々のピン先端における周速が設定される。
断片化処理装置１６０では、ロータリーカッター１３１から落下してくるチョップド炭素繊維束２０の少なくとも一部が、第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの少なくとも一方と接触し、その衝撃によって複数の断片に分かれる。
この断片化処理は、解繊を目的とするものではない。すなわち、チョップド炭素繊維束を単繊維またはそれに近い状態となるまでほぐすものではない。好ましくは、第一キャリアフィルム４１上に堆積する炭素繊維マット３０中の、フィラメント数１Ｋ未満の炭素繊維束の含有量が１ｗｔ％未満となるように、第一ピンローラー１６３ａおよび第二ピンローラー１６３ｂの各々のピン先端における周速が設定される。
【0041】
それぞれ相手方に面する側でピンが上から下に動くよう第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６３ｂの回転方向が設定されている理由は、この２つのピンローラーの間を通過するチョップド炭素繊維束２０に強いせん断力が加わらないようにするためである。強いせん断力は、炭素繊維束の毛羽立ちや真直性低下の原因となると考えられる。
この目的がより効果的に達成されるために、第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６４ｂの回転数（ｒｐｍ）は、前者のピン１６５ａの先端における周速と、後者のピン１６５ｂの先端における周速差が等しくなるように設定することが好ましい。
この目的がより効果的に達成されるために、第一ピンローラー１６３ａと第二ピンローラー１６４ｂの回転数（ｒｐｍ）は、前者のピン１６５ａの先端における周速と、後者のピン１６５ｂの先端における周速差が等しくなるように設定することが好ましい。
【0042】
（樹脂塗工工程）
樹脂塗工工程では、ロールから引き出される第一キャリアフィルム４１上に、塗工機１１１を用いて、マトリックス樹脂５０からなる第一樹脂層５１を形成するとともに、別のロールから引き出される第二キャリアフィルム４２上に、塗工機２１２を用いて、マトリックス樹脂５０からなる第二樹脂層５２を形成する。
マトリックス樹脂５０は、熱硬化性樹脂を主要成分とし、硬化剤が配合されるとともに、必要に応じて増粘剤、重合禁止剤、低収縮剤、充填剤、難燃剤などの添加剤が配合されたペーストである。
樹脂塗工工程では、ロールから引き出される第一キャリアフィルム４１上に、塗工機１１１を用いて、マトリックス樹脂５０からなる第一樹脂層５１を形成するとともに、別のロールから引き出される第二キャリアフィルム４２上に、塗工機２１２を用いて、マトリックス樹脂５０からなる第二樹脂層５２を形成する。
マトリックス樹脂５０は、熱硬化性樹脂を主要成分とし、硬化剤が配合されるとともに、必要に応じて増粘剤、重合禁止剤、低収縮剤、充填剤、難燃剤などの添加剤が配合されたペーストである。
【0043】
（堆積工程）
堆積工程では、断片化処理装置１６０で処理されたチョップド炭素繊維束２０が、該装置の下方を運ばれる第一キャリアフィルム４１上に落下する。落下したチョップド炭素繊維束２０は、第一キャリアフィルム４１の表面に形成された第一樹脂層５１上に堆積し、炭素繊維マット３０を形成する。
堆積工程では、断片化処理装置１６０で処理されたチョップド炭素繊維束２０が、該装置の下方を運ばれる第一キャリアフィルム４１上に落下する。落下したチョップド炭素繊維束２０は、第一キャリアフィルム４１の表面に形成された第一樹脂層５１上に堆積し、炭素繊維マット３０を形成する。
【0044】
（含浸工程）
第一樹脂層５１上に堆積した炭素繊維マット３０を載せた第一キャリアフィルム４１は、含浸機１５１に向かって運ばれる途中で、一方の表面に第二樹脂層５２が形成された第二キャリアフィルム４２と貼り合わされる。
第一キャリアフィルム４１と第二キャリアフィルム４２を貼り合せたものを含浸機１５１で加圧することにより、炭素繊維マット３０がマトリックス樹脂５０で含浸される。
含浸工程の終了後、マトリックス樹脂５０で含浸された炭素繊維マット３０は第一キャリアフィルム４１と第二キャリアフィルム４２に挟まれたままボビンに巻き取られ、熟成工程を経てＣＦ－ＳＭＣ製品となる。熟成工程では、マトリックス樹脂５０が増粘して半硬化状態となる。
第一樹脂層５１上に堆積した炭素繊維マット３０を載せた第一キャリアフィルム４１は、含浸機１５１に向かって運ばれる途中で、一方の表面に第二樹脂層５２が形成された第二キャリアフィルム４２と貼り合わされる。
第一キャリアフィルム４１と第二キャリアフィルム４２を貼り合せたものを含浸機１５１で加圧することにより、炭素繊維マット３０がマトリックス樹脂５０で含浸される。
含浸工程の終了後、マトリックス樹脂５０で含浸された炭素繊維マット３０は第一キャリアフィルム４１と第二キャリアフィルム４２に挟まれたままボビンに巻き取られ、熟成工程を経てＣＦ－ＳＭＣ製品となる。熟成工程では、マトリックス樹脂５０が増粘して半硬化状態となる。
【0045】
３．実験結果
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。
【0046】
３．１．実験１
フィラメント数１５Ｋ、幅８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの連続炭素繊維束（三菱ケミカル社製ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ）を準備した。
図２に示すＳＭＣ製造装置と同様の構成を有するＳＭＣ製造装置を用いて、この連続炭素繊維束から炭素繊維マットを作製した。
詳しくいうと、複数本の連続炭素繊維束を等間隔で平行に並べた状態でロータリーカッターに供給し、それぞれを繊維長が２５．４ｍｍとなるようにカットしてチョップド炭素繊維束とした。
チョップド炭素繊維束は、断片化処理装置を通して、ロータリーカッターの下方を線速１．５ｍ／分で走行する、マトリックス樹脂層を塗工しないキャリアフィルム上に落下させた。
フィラメント数１５Ｋ、幅８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの連続炭素繊維束（三菱ケミカル社製ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ）を準備した。
図２に示すＳＭＣ製造装置と同様の構成を有するＳＭＣ製造装置を用いて、この連続炭素繊維束から炭素繊維マットを作製した。
詳しくいうと、複数本の連続炭素繊維束を等間隔で平行に並べた状態でロータリーカッターに供給し、それぞれを繊維長が２５．４ｍｍとなるようにカットしてチョップド炭素繊維束とした。
チョップド炭素繊維束は、断片化処理装置を通して、ロータリーカッターの下方を線速１．５ｍ／分で走行する、マトリックス樹脂層を塗工しないキャリアフィルム上に落下させた。
【0047】
断片化処理装置の２個のピンローラーは、いずれも金属製で、同じ構成を有していた。シリンダー周面上に配置されたピンの直径と長さはそれぞれ３ｍｍおよび２０ｍｍであった。各ピンローラーのシリンダー周面を平面展開したとき、該周面上におけるピンの配置は周期的で、軸方向に７．５ｍｍおよび周方向に６．５ｍｍずらしたときに元の配置と重なる配置であった。
２個のピンローラーは、どちらもピン先端における周速が６２８ｍ／分となるように、かつ、どちらも他のピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように、回転させた。
断片化処理装置で処理されたチョップド炭素繊維束はキャリアフィルム上に落下して堆積し、炭素繊維マットを形成した。
上記手順で作製した炭素繊維マットのうち、キャリアフィルムの中央線近傍に堆積した一部分をなすチョップド炭素繊維束３００片の重量を測定し、フィラメント数構成を調べた。
２個のピンローラーは、どちらもピン先端における周速が６２８ｍ／分となるように、かつ、どちらも他のピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように、回転させた。
断片化処理装置で処理されたチョップド炭素繊維束はキャリアフィルム上に落下して堆積し、炭素繊維マットを形成した。
上記手順で作製した炭素繊維マットのうち、キャリアフィルムの中央線近傍に堆積した一部分をなすチョップド炭素繊維束３００片の重量を測定し、フィラメント数構成を調べた。
【0048】
更に、同じＳＭＣ製造装置を用い、上記の条件で炭素繊維マットを作製するとともに、該炭素繊維マットにマトリックス樹脂を含浸させて、ＣＦ－ＳＭＣを作製した。マトリックス樹脂には、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびスチレンを含有する熱硬化性樹脂組成物を用いた。製造条件は繊維含有率が約５３％となるように調節した。
作製したＣＦ－ＳＭＣについて、電気機能材料工業会規格ＥＩＭＳ Ｔ９０１準拠のスパイラル流動長測定を行なった。測定条件は、金型温度１４０℃、プランジャー押し込み圧１０ＭＰａ、プランジャー押し込み時間１６０秒、硬化時間１９０秒とした。スパイラル流動長は、ＣＦ－ＳＭＣの硬化時の流動性の指標である。
作製したＣＦ－ＳＭＣを温度１４０℃、圧力８ＭＰａで硬化させ、硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
作製したＣＦ－ＳＭＣについて、電気機能材料工業会規格ＥＩＭＳ Ｔ９０１準拠のスパイラル流動長測定を行なった。測定条件は、金型温度１４０℃、プランジャー押し込み圧１０ＭＰａ、プランジャー押し込み時間１６０秒、硬化時間１９０秒とした。スパイラル流動長は、ＣＦ－ＳＭＣの硬化時の流動性の指標である。
作製したＣＦ－ＳＭＣを温度１４０℃、圧力８ＭＰａで硬化させ、硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
【0049】
３．２．実験２
断片化処理装置の２個のピンローラーのピン先端における周速を７８５ｍ／分としたこと以外は実験１と同様にして、炭素繊維マットを作製し、それに含まれるチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成を調べるとともに、ＣＦ－ＳＭＣを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
断片化処理装置の２個のピンローラーのピン先端における周速を７８５ｍ／分としたこと以外は実験１と同様にして、炭素繊維マットを作製し、それに含まれるチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成を調べるとともに、ＣＦ－ＳＭＣを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
【0050】
３．３．実験３
ＳＭＣ製造装置に断片化処理装置を取り付けなかったこと以外は実験１と同様にしてＣＦ－ＳＭＣを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
ＳＭＣ製造装置に断片化処理装置を取り付けなかったこと以外は実験１と同様にしてＣＦ－ＳＭＣを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
【0051】
３．４．実験４
原料の連続炭素繊維束を変更し、フィラメント数３Ｋ、幅２ｍｍ、厚さ０．０７ｍｍの連続炭素繊維束（三菱ケミカル社製ＴＲ３０Ｓ３Ｌ）を用いたこと以外は実験３と同様にしてＣＦ－ＳＭＣを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
原料の連続炭素繊維束を変更し、フィラメント数３Ｋ、幅２ｍｍ、厚さ０．０７ｍｍの連続炭素繊維束（三菱ケミカル社製ＴＲ３０Ｓ３Ｌ）を用いたこと以外は実験３と同様にしてＣＦ－ＳＭＣを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
【0052】
実験１～４の結果を表１および図８～１０に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
実験１および実験２で作製したＣＦ－ＳＭＣは、図８に示すように、フィラメント数１５Ｋの連続炭素繊維束を用いて作製した実験３のＣＦ－ＳＭＣと比べても遜色ないスパイラル流動長を示し、しかも、その硬化物は、図９に示すように、フィラメント数３Ｋの連続炭素繊維束を用いて作製した実験４のＣＦ－ＳＭＣの硬化物と比べても遜色ない曲げ強度を示した。
【0055】
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0056】
１０ 連続炭素繊維束
１１ サブ束
２０ チョップド炭素繊維束
５０ マトリックス樹脂
１００ ＳＭＣ製造装置
１１０ 第一樹脂塗工セクション
１２０ 第二樹脂塗工セクション
１３０ チョップセクション
１４０ 堆積セクション
１５０ 含浸セクション
１６０ 断片化処理装置
１１ サブ束
２０ チョップド炭素繊維束
５０ マトリックス樹脂
１００ ＳＭＣ製造装置
１１０ 第一樹脂塗工セクション
１２０ 第二樹脂塗工セクション
１３０ チョップセクション
１４０ 堆積セクション
１５０ 含浸セクション
１６０ 断片化処理装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】