(57)【要約】【課題】炭素繊維束の特性およびカーボンナノチューブ由来の特性に基づいた、より高い強度を発揮できる複合素材、およびこれを用いたプリプレグを提供する。【解決手段】複数の連続した炭素繊維が配列した炭素繊維束と、前記炭素繊維のそれぞれの表面に付着したカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブが付着した前記表面の少なくとも一部を覆うサイジング剤とを備える複合素材であって、長手方向を上下にして配置された前記複合素材に、前記長手方向を横切って直径０．５５ｍｍの検査針２０を刺し、前記複合素材と前記検査針２０とを、３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で前記長手方向に４０ｍｍ相対的に移動させた際、前記複合素材と前記検査針２０との間に作用する荷重の最大値が０．５Ｎ未満であることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の連続した炭素繊維が配列した炭素繊維束と、前記炭素繊維のそれぞれの表面に付着したカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブが付着した前記表面の少なくとも一部を覆うサイジング剤とを備える複合素材であって、
長手方向を上下にして配置された前記複合素材に、前記長手方向を横切って直径０．５５ｍｍの検査針を刺し、前記複合素材と前記検査針とを、３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で前記長手方向に４０ｍｍ相対的に移動させた際、前記複合素材と前記検査針との間に作用する荷重の最大値が０．５Ｎ未満であることを特徴とする複合素材。
【請求項２】
前記複合素材は、厚み方向に前記炭素繊維が３〜３０本並んだ帯状であることを特徴とする請求項１記載の複合素材。
【請求項３】
前記複合素材と前記検査針との間に作用する荷重の平均値が０．４Ｎ未満であることを特徴とする請求項１または２記載の複合素材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合素材と、前記複合素材に含浸されたマトリックス樹脂とを含むことを特徴とするプリプレグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維束を構成している複数の連続した炭素繊維の表面にカーボンナノチューブ(以下、ＣＮＴと称する)を付着させた複合素材、およびこれを用いたプリプレグに関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維を母材である樹脂中に分散させた繊維強化成形品は、力学特性や寸法安定性に優れることから、幅広い分野で使用されている。炭素繊維の表面に、複数のＣＮＴが絡み付いてＣＮＴネットワーク薄膜が形成された構造を有するＣＮＴ／炭素繊維複合素材が、強化繊維として提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
連続した炭素繊維を数千〜数万の単位で束ねた炭素繊維束は、低密度、高比強度、高比弾性率といった優れた特性を有している。こうした炭素繊維束に樹脂を含浸させて得られるプリプレグは、性能に対する要求がより厳しい用途（航空・宇宙関連用途など）への適用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７６１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、ＣＮＴを含む分散液中に炭素繊維を浸漬して、振動、光照射、熱等のエネルギーを付与することにより、炭素繊維表面にＣＮＴネットワークを形成している。特許文献１の複合素材中に母材を含浸すれば、母材の特徴をいかしつつ、母材と炭素繊維とが強固に接着した繊維強化成形品が得られることが記載されている。
【０００６】
複数の連続した炭素繊維を含む炭素繊維束において、各炭素繊維の表面にＣＮＴを付着させた場合には、ＣＮＴ由来の特性も兼ね備えたより優れた強化繊維（複合素材）を得ることができる。例えば、炭素繊維の長手方向の強度がより高められたプリプレグを製造するためには、長手方向の強度がより高い複合素材が求められる。
【０００７】
そこで本発明は、炭素繊維束の特性およびＣＮＴ由来の特性に基づいた、より高い強度を発揮できる複合素材、およびこれを用いたプリプレグ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】
本発明に係る複合素材は、複数の連続した炭素繊維が配列した炭素繊維束と、前記炭素繊維のそれぞれの表面に付着したカーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブが付着した前記表面の少なくとも一部を覆うサイジング剤とを備える複合素材であって、長手方向を上下にして配置された前記複合素材に、前記長手方向を横切って直径０．５５ｍｍの検査針を刺し、前記複合素材と前記検査針とを、３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で前記長手方向に４０ｍｍ相対的に移動させた際、前記複合素材と前記検査針との間に作用する荷重の最大値が０．５Ｎ未満であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るプリプレグは、前述の複合素材と、前記複合素材に含浸されたマトリックス樹脂とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の複合素材は、所定の条件で長手方向に受ける荷重が所定値未満に規定されているので、炭素繊維束に含まれている炭素繊維同士の絡まり合いが実質的に存在しない。炭素繊維束中の炭素繊維のそれぞれが強度に寄与することができ、炭素繊維束本来の強度が発揮される。
【００１１】
しかも、本発明の複合素材は、炭素繊維束に含まれる炭素繊維のそれぞれの表面にＣＮＴが付着している。それによって、本発明の複合素材は、より高い強度を発揮することができる。本発明の複合素材を用いることによって、より高強度のプリプレグを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る複合素材の構成を示す部分概略図である。
【図２】複合素材における炭素繊維の絡まり合いの評価方法を説明する概略図である。
【図３】ＣＮＴ付着工程を説明する概略図である。
【図４】ガイドローラーを説明する側面図である。
【図５】フランジローラーを説明する部分側面図である。
【図６】実施例１の複合素材と検査針との間に作用する荷重を示すグラフである。
【図７】実施例２の複合素材と検査針との間に作用する荷重を示すグラフである。
【図８】比較例の複合素材と検査針との間に作用する荷重を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
１．全体構成
図１に示すように、本実施形態の複合素材１０は、複数の連続した炭素繊維１２ａが配列した炭素繊維束１２を備えている。炭素繊維１２ａは、直径が約５〜２０μｍであり、化石燃料由来の有機繊維や、木材や植物繊維由来の有機繊維の焼成によって得られる。
【００１５】
図面には、説明のために１０本のみの炭素繊維１２ａを示しているが、本実施形態における炭素繊維束１２は、１千〜１０万本の炭素繊維１２ａを含むことができる。炭素繊維束１２を構成している炭素繊維１２ａは、実質的に互いに絡まり合うことなく直線性を保っている。こうした炭素繊維１２ａを含む本実施形態の複合素材１０は、厚み方向に炭素繊維１２ａが３〜３０本並んだ帯状である。
【００１６】
各炭素繊維１２ａの表面には、ＣＮＴ１４ａが付着している。ＣＮＴ１４ａは、炭素繊維１２ａの表面のほぼ全体で均等に分散して絡み合うことで、互いに直接接触ないしは直接接続されてネットワーク構造を形成することができる。ＣＮＴ１４ａ同士の間には、界面活性剤などの分散剤や接着剤等の介在物が存在しないことが好ましい。また、ＣＮＴ１４ａは、炭素繊維１２ａの表面に直接付着している。ここでいう接続とは、物理的な接続（単なる接触）を含む。また、ここでいう付着とは、ファンデルワールス力による結合をいう。さらに「直接接触ないし直接接続」とは、複数のＣＮＴが単に接触している状態を含む他に、複数のＣＮＴが一体的になって接続している状態を含む。
【００１７】
ＣＮＴ１４ａの長さは、０．１〜５０μｍであるのが好ましい。ＣＮＴ１４ａは長さが０．１μｍ以上であると、ＣＮＴ１４ａ同士が絡まり合って直接接続される。またＣＮＴ１４ａは長さが５０μｍ以下であると、均等に分散しやすくなる。一方、ＣＮＴ１４ａは長さが０．１μｍ未満であるとＣＮＴ１４ａ同士が絡まりにくくなる。またＣＮＴ１４ａは長さが５０μｍ超であると凝集しやすくなる。
【００１８】
ＣＮＴ１４ａは、平均直径約３０ｎｍ以下であるのが好ましい。ＣＮＴ１４ａは直径が３０ｎｍ以下であると、柔軟性に富み、各炭素繊維１２ａの表面でネットワーク構造を形成することができる。一方、ＣＮＴ１４ａは直径が３０ｎｍ超であると、柔軟性がなくなり、各炭素繊維１２ａ表面でネットワーク構造を形成しにくくなる。なお、ＣＮＴ１４ａの直径は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）写真を用いて測定した平均直径とする。ＣＮＴ１４ａは、平均直径が約２０ｎｍ以下であるのがより好ましい。
【００１９】
複数のＣＮＴ１４ａは、炭素繊維束１２中の炭素繊維１２ａのそれぞれの表面に、均一に付着していることが好ましい。炭素繊維１２ａ表面におけるＣＮＴ１４ａの付着状態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）により観察し、得られた画像を目視により評価することができる。
【００２０】
さらに、複数のＣＮＴ１４ａが付着している炭素繊維１２ａの表面の少なくとも一部は、サイジング剤と称される樹脂で覆われている。サイジング剤としては、一般的には、ウレタンエマルジョンやエポキシエマルジョンが用いられる。
【００２１】
上述したとおり、炭素繊維束１２に含まれている炭素繊維１２ａは、実質的に互いに絡まり合うことなく直線性を保っている。炭素繊維束１２中における炭素繊維１２ａの絡まり合いは、炭素繊維１２ａ同士の直線性により評価できる。
【００２２】
図２を参照して、炭素繊維１２ａ同士の直線性を評価する方法を説明する。評価には、上下に移動可能な横棒部３４が起立部３２に設けられた支持台３０を用いることができる。複合素材１０は、所定長さ（例えば、１５０〜３００ｍｍ程度）に切断して測定用サンプル１００を用意する。
【００２３】
測定用サンプル１００は、長手方向を上下にし、一端に連結部材３６を介して横棒部３４に取り付ける。測定用サンプル１００が弛まないように、適切な重さの錘２４を測定用サンプル１００の他端に接続する。錘２４の重さは、測定用サンプル１００の本来の長さが維持されるように選択される。適切な重さの錘２４を用いることによって、測定用サンプル１００は、支持台３０の横棒部３４から安定に吊り下げられる。
【００２４】
支持台３０の起立部３２には、検査針２０（直径０．５５ｍｍ）が横方向に延びて設けられている。測定用サンプル１００の長手方向を横切って検査針２０を刺し、横棒部３４を上方に移動させることで、測定用サンプル１００と検査針２０とを相対的に移動させる。移動速度は３００ｍｍ／ｍｉｎとし、移動距離は４０ｍｍとする。
【００２５】
検査針２０には、図示しないロードセルが接続されている。測定用サンプル１００と検査針２０とを相対的に移動させる際、これらの間に作用する荷重がロードセルにより測定される。測定された荷重が小さいほど、炭素繊維束１２における炭素繊維１２ａ（図１参照）は直線性が優れている。すなわち、炭素繊維束１２に含まれている炭素繊維１２ａ同士は、絡まり合いが少ないことになる。
【００２６】
本実施形態の複合素材１０は、所定の条件で検査針２０と相対的に移動させた際、複合素材１０と検査針２０との間に作用する荷重の最大値が０．５Ｎ未満であるので、複数の連続した炭素繊維１２ａは、実質的に絡まり合うことなく直線性を保って配列している。
【００２７】
複合素材１０と検査針２０との間に作用する荷重の平均値は、０．４Ｎ未満であることが好ましい。作用する荷重の平均値は、複合素材１０と検査針２０とを４０ｍｍ相対的に移動させる間に８１０点の荷重を測定し、その８１０点の荷重の平均として算出する。
【００２８】
２．製造方法
次に、本実施形態に係る複合素材１０の製造方法を説明する。複合素材１０は、ＣＮＴ１４ａが単離分散したＣＮＴ分散液（以下、単に分散液とも称する）中に、複数の炭素繊維１２ａを含む炭素繊維束１２を浸漬して走行させて、炭素繊維１２ａのそれぞれの表面にＣＮＴ１４ａを付着させることにより製造することができる。以下、各工程について順に説明する。
【００２９】
（分散液の調製）
分散液の調製には、以下のようにして製造されたＣＮＴ１４ａを用いることができる。ＣＮＴ１４ａは、例えば特開２００７−１２６３１１号公報に記載されているような熱ＣＶＤ法を用いてシリコン基板上にアルミニウム、鉄からなる触媒膜を成膜し、ＣＮＴの成長のための触媒金属を微粒子化し、加熱雰囲気中で炭化水素ガスを触媒金属に接触させることによって、作製することができる。
【００３０】
不純物を極力含まないＣＮＴであれば、アーク放電法、レーザ蒸発法などその他の方法により作製されたＣＮＴを使用してもよい。製造後のＣＮＴを不活性ガス中で高温アニールすることで、不純物を除去することができる。こうして製造されるＣＮＴは、直径が３０ｎｍ以下で長さが数１００μｍから数ｍｍという高いアスペクト比と直線性とを備えている。ＣＮＴは、単層および多層のいずれでもよいが、好ましくは多層である。
【００３１】
上記のように作製されたＣＮＴ１４ａを用いて、ＣＮＴ１４ａが単離分散した分散液を調製する。単離分散とは、ＣＮＴ１４ａが１本ずつ物理的に分離して絡み合わずに分散媒中に分散している状態をいい、２以上のＣＮＴ１４ａが束状に集合した集合物の割合が１０％以下である状態をさす。
【００３２】
分散液は、ホモジナイザーやせん断力、超音波分散機などによりＣＮＴ１４ａの分散の均一化を図る。分散媒としては、水、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類；トルエン、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ヘキサン、ノルマルヘキサン、エチルエーテル、キシレン、酢酸メチル、酢酸エチルなどの有機溶媒を用いることができる。
【００３３】
分散液の調製には、分散剤、界面活性剤等の添加剤は必ずしも必要とされないが、炭素繊維１２ａおよびＣＮＴ１４ａの機能を阻害しない範囲であれば、こうした添加剤を用いてもよい。
【００３４】
（ＣＮＴの付着）
上記のようにして調製した分散液中に、炭素繊維束１２を浸漬して所定の条件で走行させつつ、分散液に機械的エネルギーを付与することで炭素繊維１２ａ表面にＣＮＴ１４ａを付着させる。
【００３５】
図３を参照して、炭素繊維１２ａにＣＮＴ１４ａを付着させる工程を説明する。分散液４６が収容されたＣＮＴ付着槽４０内には、炭素繊維束１２を矢印Ａ方向に走行させるためのガイドローラー４２が複数配置されている。ガイドローラー４２は、図４の側面図に示すように、直径Ｄが５０ｍｍ、長さＬが１００ｍｍの平ローラーである。
【００３６】
炭素繊維束１２は、厚み方向に炭素繊維１２ａが３〜３０本並んだ程度である。ガイドローラー４２の長さＬが炭素繊維束１２の幅ｗに対して十分に大きい。炭素繊維束１２は、より小さい巻付角（９０°以下）でガイドローラー４２に巻き付けられるのが好ましい。ガイドローラー４２は、炭素繊維束１２を直線状に走行させるように配置するのが好ましい。
【００３７】
炭素繊維束１２は、ガイドローラー４２に確実に支持されて、収縮せずに分散液４６中を走行することができる。炭素繊維束１２に含まれている炭素繊維１２ａは、ガイドローラー４２に支持された状態で引張り張力を受けることで、絡まり合いが低減されて直線性が向上する。
【００３８】
図３に示すように、複数のガイドローラー４２によって、炭素繊維束１２はＣＮＴ付着槽４０内の一定の深さを、過度な負荷を受けずに走行速度で走行する。走行中、炭素繊維束１２は屈曲されることがないので、炭素繊維束１２に含まれている炭素繊維１２ａが絡まり合うおそれは低減される。炭素繊維束１２の走行速度は、１〜２０ｍ／ｍｉｎ程度とすることが好ましい。走行速度が遅いほど、炭素繊維束１２における炭素繊維１２ａの直線性を高めることができる。
【００３９】
分散液４６に対しては、振動、超音波、搖動などの機械的エネルギーを付与する。これによって、分散液４６中では、ＣＮＴ１４ａが分散する状態と凝集する状態とが常時発生する可逆的反応状態が作り出される。
【００４０】
可逆的反応状態にある分散液中に、複数の連続した炭素繊維１２ａを含む炭素繊維束１２が浸漬されると、炭素繊維１２ａ表面においてもＣＮＴ１４ａの分散状態と凝集状態との可逆的反応状態が起こる。ＣＮＴ１４ａは、分散状態から凝集状態に移る際、炭素繊維１２ａ表面に付着する。
【００４１】
凝集する際は、ＣＮＴ１４ａにファンデルワールス力が作用しており、このファンデルワールス力により炭素繊維１２ａ表面にＣＮＴ１４ａが付着する。こうして、炭素繊維束１２中の炭素繊維１２ａそれぞれの表面にＣＮＴ１４ａが付着した炭素繊維束１０Ａが得られる。
【００４２】
その後、サイジング処理および乾燥を行って、本実施形態の複合素材１０が製造される。サイジング処理は、一般的なサイジング剤を用いて一般的な方法により行うことができる。乾燥は、サイジング処理後の炭素繊維束を、例えばホットプレート上に載置して達成することができる。
【００４３】
（プリプレグの製造）
本実施形態の複合素材１０は、マトリックス樹脂を含浸させてプリプレグとすることができる。マトリックス樹脂は、特に限定されないが、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、フェノキシ樹脂やナイロン等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。
【００４４】
上述したとおり、本実施形態の複合素材１０は、炭素繊維束１２における炭素繊維１２ａ同士の絡まり合いが実質的に存在しないものであるので、プリプレグにおいても、炭素繊維１２ａ同士が絡まり合うことはない。しかも、炭素繊維束１２中における炭素繊維１２ａそれぞれの表面には、ＣＮＴ１４ａが良好に付着している。
【００４５】
こうした複合素材１０に樹脂を含浸したプリプレグは、炭素繊維１２ａ同士の絡み合いに起因する強度低下のおそれは極めて小さいため、炭素繊維束１２の特性が十分に発揮される。これに加えて、各炭素繊維１２ａの表面にはＣＮＴ１４ａが良好に付着しているので、得られるプリプレグは、ＣＮＴ由来の特性も十分に発揮することができる。
【００４６】
３．作用及び効果
本実施形態に係る複合素材１０は、直径０．５５ｍｍの検査針２０を刺して、この検査針２０と長手方向に相対的に移動させた際、検査針２０との間に作用する荷重の最大値が０．５Ｎ未満であるので、炭素繊維束１２に含まれている炭素繊維１２ａ同士の直線性が優れている。炭素繊維１２ａは、実質的に互いに絡まり合うことなく直線性を保っている。直線性を保って配列している炭素繊維１２ａは、複合素材１０の強度の向上に寄与できる。
【００４７】
しかも、炭素繊維１２ａのそれぞれの表面にはＣＮＴ１４ａが付着し、ＣＮＴ１４ａが付着している表面の少なくとも一部は、樹脂で覆われている。
【００４８】
本実施形態の複合素材１０は、表面にＣＮＴが付着した炭素繊維１２ａが直線性を保っているので、ＣＮＴ由来の特性および炭素繊維束の特性に基づいた、より高い強度を発揮することができる。こうした本実施形態の複合素材１０を用いることによって、より高強度のプリプレグを製造することができる。
【００４９】
４．実施例
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００５０】
上記製造方法に示す手順で、実施例１の複合素材を作製した。ＣＮＴ１４ａとしては、熱ＣＶＤによりシリコン基板上に直径１０〜１５ｎｍ、長さ１００μｍ以上に成長させたＭＷ−ＣＮＴ（Multi-walled Carbon Nanotubes、多層カーボンナノチューブ）を用いた。
【００５１】
ＣＮＴ１４ａは、硫酸と硝酸の３：１混酸を用いて洗浄して触媒残渣を除去した後、濾過乾燥した。分散媒としてのＭＥＫにＣＮＴ１４ａを加えて、分散液を調製した。ＣＮＴ１４ａは、超音波ホモジナイザーを用いて粉砕して０．５〜１０μｍの長さに切断した。分散液中におけるＣＮＴ１４ａの濃度は、０．０１ｗｔ％とした。この分散液には、分散剤や接着剤が含有されていない。
【００５２】
図３に示したようなＣＮＴ付着槽４０を用意し、こうして調製された分散液４６を収容した。ＣＮＴ付着槽４０には、図４を参照して説明したようなガイドローラー４２（直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）が設けられている。分散液４６には、機械的エネルギーとしての振動や超音波、搖動を付与した。
【００５３】
炭素繊維束１２としては、Ｔ７００ＳＣ−１２０００（東レ（株）製）を用いた。この炭素繊維束１２には、１２０００本の炭素繊維１２ａが含まれている。炭素繊維１２ａの直径は７μｍ程度であり、長さは１００ｍ程度である。炭素繊維束１２を分散液４６中に浸漬し、ガイドローラー４２を介して３．５ｍ／ｍｉｎの速度で走行させた。
【００５４】
その後、サイジング剤としてエポキシ樹脂を用いてサイジング処理を施し、約８０℃のホットプレート上で乾燥させた。このようにして、実施例１の複合素材１０を作製した。実施例１の複合素材１０は、厚み方向に炭素繊維が１２本並んだ帯状であった。
【００５５】
炭素繊維束１２の走行速度を、５ｍ／ｍｉｎに変更した以外は実施例１と同様にして、実施例２の複合素材１０を作製した。実施例２の複合素材１０は、厚み方向に炭素繊維が１２本並んだ帯状であった。
【００５６】
さらに、フランジローラーを備えた従来のＣＮＴ付着槽を用い、炭素繊維束の走行速度を３ｍ／ｍｉｎに変更して比較例の複合素材を作製した。フランジローラーの側面の一部を図５に示す。フランジローラー５２は、側面の円周に鍔部５４を有し、鍔部５４の間の領域５６で炭素繊維束１２を支持する。フランジローラー５２は、炭素繊維束１２を支持する領域５６の幅が１２ｍｍである。比較例の複合素材は、厚み方向に炭素繊維が１７本並んだ帯状であった。
【００５７】
実施例１，２および比較例の複合素材は、炭素繊維束に含まれている炭素繊維の表面に複数のＣＮＴが均等に分散して付着していることが、ＳＥＭ観察により確認された。
【００５８】
＜炭素繊維の絡まり合いの評価＞
実施例１，２および比較例の複合素材について、炭素繊維束に含まれている炭素繊維の絡まり合いを評価した。評価は、図２を参照して説明したような方法により、炭素繊維同士の直線性を調べることにより行った。
【００５９】
実施例１の複合素材を１５０ｍｍの長さに切断して、測定用サンプル１００を準備した。測定用サンプル１００は、支持台３０の横棒部３４に一端を固定し、他端には２０ｇの錘２４を接続した。支持台３０の起立部３２から延びて設けられた検査針２０（直径０．５５ｍｍ）を、測定用サンプル１００の長手方向を横切って刺した。
【００６０】
測定用サンプル１００と検査針２０との間に作用する荷重を、図示しないロードセルで測定しつつ、測定用サンプル１００を吊り下げた横棒部３４を３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で４０ｍｍ上昇させた。測定された荷重の変化を図６のグラフに示す。図６中、横軸は横棒部３４が上昇した移動距離（ｍｍ）である。実施例２の複合素材および比較例の複合素材についても、同様の手法により荷重を測定した。その結果を、図７および図８にそれぞれ示す。
【００６１】
さらに、実施例１，２および比較例について、測定された荷重の最大値、最小値および平均値を下記表１にまとめる。平均値は、横棒部３４を４０ｍｍ上昇させる間に測定した８１０点の荷重の平均として求めた。
【００６２】
【表１】
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【００６３】
実施例１，２の複合素材は、荷重の最大値がそれぞれ０．１７２Ｎおよび０．４２５Ｎと０．５Ｎ未満である。実施例１，２の複合素材は、荷重の平均値がそれぞれ０．０７６４Ｎおよび０．２８７Ｎと０．４Ｎ未満である。これに対して、比較例の複合素材は、荷重の最大値が０．９０８Ｎである。比較例の場合、荷重の最小値でも０．５３１Ｎと０．５Ｎを超えており、荷重の平均値は０．６８９Ｎにも及んでいる。
【００６４】
荷重の大きさは、炭素繊維束に含まれている炭素繊維同士の絡まり合いの程度を表す指標である。荷重が小さいほど炭素繊維同士の直線性が優れているので、炭素繊維同士の絡まり合いが抑制されていることになる。
【００６５】
実施例の複合素材と比較例の複合素材は、ローラーや巻付角などのＣＮＴ付着工程が異なる以外は同様の条件で製造したものである。実施例では、平ローラーを備えたＣＮＴ付着槽を用い、比較例では、フランジローラーを備えた従来のＣＮＴ付着槽を用いた。実施例および比較例の結果から、平ローラーを備えたＣＮＴ付着槽を用いることによって、炭素繊維同士の絡まり合いを大幅に抑制できることがわかる。炭素繊維束の移動速度が遅いほど、その効果が高められる。
【００６６】
実施例の複合素材は、炭素繊維束中の炭素繊維同士の絡まり合いが実質的に存在せず、直線性を保って配列している。しかも、炭素繊維の表面には、複数のＣＮＴが均等に分散して付着している。したがって、実施例の複合素材は、炭素繊維束の特性およびＣＮＴ由来の特性に基づいた、より高い強度を発揮できる。実施例の複合素材を用いることによって、より高い強度を有するプリプレグを得ることができる。
【００６７】
比較例の複合素材は、炭素繊維の表面に複数のＣＮＴが均等に分散して付着していても、炭素繊維同士の絡まり合いが生じている。比較例の複合素材は、直線性を保って配列している炭素繊維が、実施例の複合素材の場合より大幅に少ないことが推測される。比較例の複合素材では、炭素繊維束の特性に基づいた、より高い強度は発揮されない。比較例の複合素材を用いても、プリプレグの強度をより高めることは困難である。
【００６８】
５．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【００６９】
複合素材と検査針との間に作用する荷重を測定する際には、複合素材と検査針とを３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で相対的に移動させればよく、用いる支持台は特に限定されない。複合素材が固定されて検査針が移動可能な支持台、あるいは、複合素材と検査針とを互いに逆方向に移動可能な支持台を用いることができる。
【００７０】
複合素材と検査針との間に作用する荷重は、任意の手法で測定することができ、例えばバネ秤を用いることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０    複合素材
１２    炭素繊維束
１２ａ  炭素繊維
１４ａ  カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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