(57)【要約】【課題】低バルク性を有し、後のＲＴＭ工程での樹脂含浸性が良好な、複数の炭素繊維束を一体化した炭素繊維テープ材を得ることを目的とする。【解決手段】一方向に引きそろえた炭素繊維束を複数平行に並べ、隣り合う炭素繊維束との間に空隙を有する炭素繊維束群を、少なくとも２種類のカバリング糸で束ねて一体化した炭素繊維テープ材であって、第１のカバリング糸と、第１のカバリング糸とは異なる種類の第２のカバリング糸とがそれぞれ独立に前記炭素繊維束群を束ねていることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維テープ材。【選択図】図１
2019112738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に引きそろえた炭素繊維束を複数平行に並べ、隣り合う炭素繊維束との間に空隙を有する炭素繊維束群を、少なくとも２種類のカバリング糸で束ねて一体化した炭素繊維テープ材であって、第１のカバリング糸と、第１のカバリング糸とは異なる種類の第２のカバリング糸とがそれぞれ独立に前記炭素繊維束群を束ねていることを特徴とする炭素繊維テープ材。
【請求項２】
前記第１のカバリング糸と第２のカバリング糸がいずれも軟化点を有し、前記第１のカバリング糸の軟化点Ｔ１（℃）と第２のカバリング糸の軟化点Ｔ２（℃）とが１０≦Ｔ２−Ｔ１≦１２０（℃）の関係にある、請求項１に記載の炭素繊維テープ材。
【請求項３】
前記第１のカバリング糸または前記第２のカバリング糸の少なくとも一方が軟化点を有さない、請求項１に記載の炭素繊維テープ材。
【請求項４】
前記カバリング糸が、前記空隙を、前記炭素繊維束群の厚み方向に貫通することなく前記炭素繊維束群を螺旋状に束ねていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項５】
少なくとも１種類のカバリング糸が、前記空隙の少なくとも１箇所を、前記炭素繊維束群の厚み方向に貫通して前記炭素繊維束群を束ねていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項６】
前記空隙の幅が、前記炭素繊維束の幅の４％〜５０％の範囲である、請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項７】
前記炭素繊維テープ材の幅Ｄ（ｍｍ）と、前記カバリング糸がテープ材の幅方向における一方の端から他方の端まで束ねる間に炭素繊維の配向方向に進むピッチＰ（ｍｍ）との割合が０．１≦Ｐ／Ｄ≦１０の関係を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項８】
前記カバリング糸の直径が０．１ｍｍ未満である請求項１〜７のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項９】
前記第１のカバリング糸と第２のカバリング糸の少なくとも一方は複数のフィラメントを撚り間隔Ｌで撚って構成され、前記撚り間隔Ｌ（ｍｍ）と前記炭素繊維束の幅Ｗ（ｍｍ）とがＬ≦Ｗの関係を有する請求項１〜８のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項１０】
前記空隙の少なくとも一部に、前記炭素繊維束と平行に補助糸が配置されている、請求項１〜９のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の炭素繊維テープ材を並行に並べて配置して炭素繊維層を形成し、複数の炭素繊維層を織り交じることなく重ね合わせて、炭素繊維層間が接着されていることを特徴とする炭素繊維積層シート。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の炭素繊維テープ材もしくは請求項１１に記載の炭素繊維積層シートを用いて成形した炭素繊維強化プラスチック成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維テープ材に関し、特にファイバープレイスメント法に好適な炭素繊維テープ材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生産性に優れた繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：「ＦＲＰ」と称することがある。）の成形方法として、いわゆるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている。ＲＴＭ成形法においては、複数の炭素繊維布帛が積層されて構成される基材積層体を成形型内に配置し、成形型内にマトリックス樹脂を注入して、基材積層体に含浸させ、樹脂を硬化させた後、成形品を脱型させてＦＲＰを得るものである。
【０００３】
成形型内に配置される基材積層体は、生成される成形品の形に合わせた３次元形状を有するように、あらかじめ形成されていることが多い。一般的には、まず、基材積層体を平板状に形成し、その後、基材積層体を所定の３次元形状に賦形して、いわゆるプリフォームを作成する。このプリフォームを成形型内に配置する。
【０００４】
平板状の基材積層体を構成する炭素繊維布帛として、主に織物やノンクリンプファブリック（Ｎｏｎ  Ｃｒｉｍｐ  Ｆａｂｒｉｃ：「ＮＣＦ」と称することがある。）がある。これらの炭素繊維布帛は、織機もしくは経編機により、一定幅のものを連続的に生産されロールに巻き取られて保持され、搬送される。このため、基材積層体を製造する場合には、ロールから必要な量だけ炭素繊維布帛が引き出され、所望の形状に裁断されて、積層され、炭素繊維積層シートが生成される。この炭素繊維積層シートをさらに積層して基材積層体が生成される。
【０００５】
ところが、上記の方法においては、一定幅の（すなわち、略矩形の）炭素繊維布帛から所望の形状の炭素繊維布帛を切り出した後に端材が多く残るが、これらは再利用できないため、そのまま廃棄せざるを得ない。このため、あらかじめ廃棄分も見越して一定幅の炭素繊維布帛を生産しておく上記の方法では、製造コストが高いという課題があった。
【０００６】
このような課題を解決すべく、一定幅の（すなわち、略矩形の）炭素繊維布帛から製品形状の炭素繊維布帛を切り出すのではなく、最初から製品形状に合わせた所望の形状となるように、必要な箇所のみに炭素繊維束を順次配置していく、ファイバープレイスメント法が注目されている。ファイバープレイスメント法によれば、廃棄される端材の量を大幅に低減させることができる。
【０００７】
ファイバープレイスメント法を使用して炭素繊維束を順次配置していく場合、炭素繊維束に求められる条件として、ファイバープレイスメント装置の糸道の幅に適合した幅の炭素繊維束を用いる必要がある。炭素繊維束の幅がファイバープレイスメント装置の糸道の幅に適合していない場合、炭素繊維束の配置時に生じる軸ずれによって配置精度が低下する、あるいは糸道での糸折れにより品質が低下する原因となる。
【０００８】
しかしながら、１本の炭素繊維束の幅をファイバープレイスメント装置の糸道の幅に適合させると、炭素繊維束の目付けが一意に決まってしまい、所望の目付けにすることができない場合がある。
【０００９】
そのため、炭素繊維束のかわりに複数の炭素繊維束を一体化したテープを使用して、ファイバープレイスメントにより順次配置していく方法が知られている。複数の炭素繊維束を一体化したテープを使用することで、テープの幅をファイバープレイスメント装置の糸道の幅に適合しつつ、テープを構成する炭素繊維束の幅と本数を設計することでテープの炭素繊維目付けを所望の値に設定することができる。
【００１０】
複数の炭素繊維束を一体化したテープの技術として、例えば、複数の炭素繊維束が間隔を有して平行に配置され、熱可塑性不織布と接着により結合一体化したテープの技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術では、複数の炭素繊維束を熱可塑性不織布と接着により結合一体化することで、ファイバープレイスメント装置の糸道の幅に適合したテープを実現している。
【００１１】
不織布以外の一体化方法として、カバリング糸で束ねて一体化する方法が考えられる。例えば、複数の炭素繊維を糊剤に含浸させ、炭素繊維同士を添加糸でカバリングさせる技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術では、炭素繊維同士を添加糸でカバリングさせることで炭素繊維をばらけさせることなく一体化（束化）させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２０１３−５３２７３９号公報
【特許文献２】特開平１１−２９３５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の特許文献１の方法においては、複数の炭素繊維束を熱可塑性不織布と接着により結合一体化すると、熱可塑性不織布は繊維同士が複雑に絡まっており嵩高になるため、テープの低バルク性を実現することができなかった。
【００１４】
上記の特許文献２の方法においては、炭素繊維同士を一体化させるものであって、複数の炭素繊維束同士を一体化させるものではない。また、カバリング糸の役割は炭素繊維同士を一体化するにとどまり、炭素繊維束として取り扱う際の低バルク性の確保や、後のＲＴＭ工程での樹脂含浸性を向上させる効果を得られるものではない。
【００１５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）一方向に引きそろえた炭素繊維束を複数平行に並べ、隣り合う炭素繊維束との間に空隙を有する炭素繊維束群を、少なくとも２種類のカバリング糸で束ねて一体化した炭素繊維テープ材であって、第１のカバリング糸と、第１のカバリング糸とは異なる種類の第２のカバリング糸とがそれぞれ独立に前記炭素繊維束群を束ねていることを特徴とする炭素繊維テープ材
（２）前記第１のカバリング糸と第２のカバリング糸がいずれも軟化点を有し、前記第１のカバリング糸の軟化点Ｔ１（℃）と第２のカバリング糸の軟化点Ｔ２（℃）とが１０≦Ｔ２−Ｔ１≦１２０（℃）の関係にある、（１）に記載の炭素繊維テープ材。
（３）前記第１のカバリング糸または前記第２のカバリング糸の少なくとも一方が軟化点を有さない、（１）に記載の炭素繊維テープ材。
（４）前記カバリング糸が、前記空隙を、前記炭素繊維束群の厚み方向に貫通することなく前記炭素繊維束群を螺旋状に束ねていることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（５）少なくとも１種類のカバリング糸が、前記空隙の少なくとも１箇所を、前記炭素繊維束群の厚み方向に貫通して前記炭素繊維束群を束ねていることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（６）前記空隙の幅が、前記炭素繊維束の幅の４％〜５０％の範囲である、（１）〜（５）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（７）前記炭素繊維テープ材の幅Ｄ（ｍｍ）と、前記カバリング糸がテープ材の幅方向における一方の端から他方の端まで束ねる間に炭素繊維の配向方向に進むピッチＰ（ｍｍ）との割合が０．１≦Ｐ／Ｄ≦１０の関係を有する、（１）〜（６）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（８）前記カバリング糸の直径が０．１ｍｍ未満である（１）〜（７）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（９）前記第２のカバリング糸は複数のフィラメントを撚り間隔Ｌで撚って構成され、前記撚り間隔Ｌ（ｍｍ）と前記炭素繊維束の幅Ｗ（ｍｍ）とがＬ≦Ｗの関係を有する（１）〜（８）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（１０）前記空隙の少なくとも一部に、前記炭素繊維束と平行に補助糸が配置されている、（１）〜（９）のいずれかに記載の炭素繊維テープ材。
（１１）（１）〜（１０）に記載の炭素繊維テープ材を並行に並べて配置して炭素繊維層を形成し、複数の炭素繊維層を織り交じることなく重ね合わせて、炭素繊維層間が接着されていることを特徴とする炭素繊維積層シート。
（１２）（１）〜（１０）に記載の炭素繊維テープ材もしくは（１１）に記載の炭素繊維積層シートを用いて成形した炭素繊維強化プラスチック成形品。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低バルク性を有し、後のＲＴＭ工程での樹脂含浸性が良好な、複数の炭素繊維束を一体化した炭素繊維テープ材が得られる。
【００１８】
さらに、本発明に係る炭素繊維テープ材を用いることで、未含浸の存在しない滑らかな表面を有する炭素繊維強化プラスチック成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（Ａ）は本発明に係る炭素繊維テープ材の一実施態様を示す平面図であり、図１（Ｂ）は断面概略図である。
【図２】図２（Ａ）は本発明に係る炭素繊維テープ材の一実施態様を示す平面図であり、図２（Ｂ）は断面概略図である。
【図３】図３は本発明に係る炭素繊維テープ材の幅とカバリング糸のピッチを説明する平面図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明に係る炭素繊維テープ材の一実施態様を示す平面図であり、図４（Ｂ）は断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る炭素繊維テープ材は、少なくとも２種類のカバリング糸を用いて複数の炭素繊維束を一体化した炭素繊維テープ材である。具体的には、一方向に引きそろえた炭素繊維束を複数平行に並べ、隣り合う炭素繊維束との間に空隙を有する炭素繊維束群を、少なくとも２種類のカバリング糸で束ねて一体化した炭素繊維テープ材であって、第１のカバリング糸と、第１のカバリング糸とは異なる種類の第２のカバリング糸とがそれぞれ独立に炭素繊維束群を束ねたものである。本発明で用いる炭素繊維テープ材の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１（Ａ）は本発明に係る炭素繊維テープ材１００の一実施態様を示す平面図、図１（Ｂ）はその断面の概略図である。炭素繊維テープ材１００は、炭素繊維束１０１を複数本、互いの束間に空隙１０２を有するように一方向に引き揃えた炭素繊維束群とし、第１のカバリング糸１０３ａと、第１のカバリング糸１０３ａとは異なる第２のカバリング糸１０３ｂとで炭素繊維束群を束ねることで構成されている。
【００２２】
炭素繊維束１０１を構成する炭素繊維の単繊維数は、３０００本〜６００００本であることが好ましく、１００００本〜６００００本であることがより好ましい態様である。炭素繊維の単繊維数が１００００本未満である場合、炭素繊維テープ材１００の炭素繊維目付けが低くなり、ファイバープレイスメント法を用いて製品形状に合わせた所望の形状となるように炭素繊維テープ材１００を順次配置していく際に、より多くの本数の炭素繊維テープ材１００を配置することとなり、炭素繊維テープ材１００の配置に時間を要し、生産性を低下させてしまう。炭素繊維の単繊維数が３０００本未満である場合、いっそう生産性が低下する。炭素繊維の単繊維数が６００００本より多い場合、炭素繊維テープ材１００の炭素繊維目付けが高くなり、ファイバープレイスメント法を用いて製品形状に合わせた所望の形状となるように炭素繊維テープ材１００を順次配置していく際に、１層あたりの炭素繊維目付けが高すぎることで、配向設計の範囲を狭めてしまう。
【００２３】
第１のカバリング糸１０３ａと第２のカバリング糸１０３ｂとは、複数の炭素繊維束１０１を、それぞれ独立に束ねることで炭素繊維テープ材１００を構成している。ここで、それぞれ独立に束ねるとは、第１のカバリング糸１０３ａと第２のカバリング糸１０３ｂのどちらか片方だけであっても、炭素繊維束１０１を複数本束ねてテープ材の形態を保持できることを表す。
【００２４】
本発明の一形態によれば、第１のカバリング糸１０３ａは軟化点Ｔ１（℃）、第２のカバリング糸１０３ｂは軟化点Ｔ２（℃）を有しており、１０≦Ｔ２−Ｔ１≦１２０（℃）
の関係にあることが好ましい。
【００２５】
ここで軟化点とは、縫合糸が軟化点以上の温度になったときに縫合糸が軟化／溶融する温度を指す。具体的には、縫合糸が結晶性ポリマーである場合には融点を指すものとし、縫合糸が非晶性ポリマーである場合にはガラス転移点を指すものとする。
【００２６】
このような第１のカバリング糸１０３ａや第２のカバリング糸１０３ｂとしては、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、およびポリエーテルサルホン等からなる繊維から、前述した軟化点の関係を満足する組み合わせを選択することができる。
【００２７】
炭素繊維テープ材１００をこのような態様とすれば、ファイバープレイスメント法を用いて炭素繊維テープ材１００を、金型または既に配置済の下層となる炭素繊維テープ材１００に順次配置、貼り付けしていく際に、第１のカバリング糸１０３ａ、第２のカバリング糸１０３ｂの温度がＴ１（℃）以上Ｔ２（℃）未満になるよう熱を付与することで、第１のカバリング糸１０３ａを溶融させてバインダとして使用することができ、炭素繊維テープ材１００を精度良く配置、貼り付けすることができる。この場合、第２のカバリング糸１０３ｂは溶融しないため、第２のカバリング糸１０３ｂによって炭素繊維テープ材１００はテープ材の形態を維持することができ、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２も保持される。
【００２８】
さらに、後工程のＲＴＭ成形工程において、第２のカバリング糸１０３ｂの温度がＴ２（℃）未満の温度となるようにマトリックス樹脂を注入することで、第２のカバリング糸１０３ｂを溶融することなくマトリックス樹脂を注入することができる。これにより、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２、第２のカバリング糸１０３ｂおよびカバリング糸１０３ｂ周囲の空間が流路となり、ＲＴＭ成形工程において良好な含浸特性が得られる。
【００２９】
第１のカバリング糸１０３ａの軟化点Ｔ１（℃）と、第２のカバリング糸１０３ｂの軟化点Ｔ２（℃）との差が１０℃未満の場合、ファイバープレイスメント法により炭素繊維テープ材１００を配置した時の温度制御が困難となり、炭素繊維テープ材１００を金型または下層に配置済の炭素繊維テープ材１００に順次配置、貼り付けする際に、貼り付け不良やテープ材のほつれの原因となり好ましくない。
【００３０】
また、第１のカバリング糸１０３ａの軟化点Ｔ１（℃）と、第２のカバリング糸１０３ｂの軟化点Ｔ２（℃）との差が１２０℃を超える場合、溶融しなかった第２のカバリング糸１０３ｂがＲＴＭ成形後の成形品に異物として残るため好ましくない。
【００３１】
本発明の別の一形態によれば、第１のカバリング糸１０３ａは軟化点Ｔ１（℃）を有し、第２のカバリング糸１０３bは軟化点を有さない糸を使うこともできる。
【００３２】
この場合、第１のカバリング糸１０３ａは、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、およびポリエーテルサルホン等からなる繊維から構成され得る。さらに、第２のカバリング糸１０３ｂは、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなる繊維から構成され得る。
【００３３】
炭素繊維テープ材１００をこのような態様とすれば、ファイバープレイスメント法を用いて炭素繊維テープ材１００を、金型または既に配置済の下層となる炭素繊維テープ材１００に順次配置、貼り付けしていく際に、第１のカバリング糸１０３ａの温度がＴ１（℃）以上になるよう熱を付与することで、第１のカバリング糸１０３ａを溶融させてバインダとして使用することができ、炭素繊維テープ材１００を精度良く配置、貼り付けすることができる。この場合、第２のカバリング糸１０３ｂは溶融しないため、第２のカバリング糸１０３ｂによって炭素繊維テープ材１００はテープ材の形態を維持することができ、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２も保持される。
【００３４】
さらに、後工程のＲＴＭ成形工程において、第２のカバリング糸１０３ｂは樹脂注入温度によらず溶融することなくマトリックス樹脂を注入することができる。これにより、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２、第２のカバリング糸１０３ｂおよびカバリング糸１０３ｂ周囲の空間が流路となり、ＲＴＭ成形工程において良好な含浸特性が得られる。
【００３５】
本発明の別の一形態によれば、第１のカバリング糸１０３ａは軟化点を有さず、第２のカバリング糸１０３ｂは軟化点Ｔ２（℃）を有する糸を使うこともできる。
【００３６】
この場合、第１のカバリング糸１０３ａは、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなる繊維から構成され得る。さらに、第２のカバリング糸１０３ｂは、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、およびポリエーテルサルホン等からなる繊維から構成され得る。
【００３７】
炭素繊維テープ材１００をこのような態様とすれば、ファイバープレイスメント法を用いて炭素繊維テープ材１００を、金型または既に配置済の下層となる炭素繊維テープ材１００に順次配置、貼り付けしていく際に、第２のカバリング糸１０３ｂの温度がＴ２（℃）以上になるよう熱を付与することで、第２のカバリング糸１０３ｂを溶融させてバインダとして使用することができ、炭素繊維テープ材１００を精度良く配置、貼り付けすることができる。この場合、第１のカバリング糸１０３ａは溶融しないため、第１のカバリング糸１０３ａによって炭素繊維テープ材１００はテープ材の形態を維持することができ、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２も保持される。
【００３８】
さらに、後工程のＲＴＭ成形工程において、第１のカバリング糸１０３ａは樹脂注入温度によらず溶融することなくマトリックス樹脂を注入することができる。これにより、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２、第１のカバリング糸１０３ａおよびカバリング糸１０３ａ周囲の空間が流路となり、ＲＴＭ成形工程において良好な含浸特性が得られる。
【００３９】
本発明の別の一形態によれば、第１のカバリング糸１０３ａおよび第２のカバリング糸１０３ｂは軟化点を有さない糸を使うこともできる。
【００４０】
この場合、第１のカバリング糸１０３ａおよび第２のカバリング糸１０３ｂは、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなる繊維から構成され得る。
【００４１】
炭素繊維テープ材１００をこのような態様とすれば、ファイバープレイスメント法を用いて炭素繊維テープ材１００を、金型または既に配置済の下層となる炭素繊維テープ材１００に順次配置、貼り付けしていく際に、後述する事前に樹脂バインダ付与処理を施した炭素繊維束を用いることで、樹脂バインダの融点/軟化点以上になるよう熱を付与することで、炭素繊維テープ材１００を精度良く配置、貼り付けすることができる。この場合、第１のカバリング糸１０３ａ、第２のカバリング糸１０３ｂはともに溶融しないため、第１のカバリング糸１０３ａと第２のカバリング糸１０３ｂによって炭素繊維テープ材１００はテープ材の形態を維持することができ、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２も保持される。
【００４２】
さらに、後工程のＲＴＭ成形工程において、第１のカバリング糸１０３ａと第２のカバリング糸１０３ｂは樹脂注入温度によらず溶融することなくマトリックス樹脂を注入することができる。これにより、炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２、第１のカバリング糸１０３ａおよびカバリング糸１０３ａ周囲の空間が流路となり、さらに第２のカバリング糸１０３ｂおよびカバリング糸１０３ｂ周囲の空間が流路となり、ＲＴＭ成形工程において良好な含浸特性が得られる。
【００４３】
炭素繊維束１０１は、例えば、事前にサイジング処理、開繊処理および樹脂バインダ付与等の前処理を施した炭素繊維束を用いることもできる。例えば、サイジング処理を施すことにより、炭素繊維束の集束性を向上させ、毛羽の発生を抑制させることができる。また、開繊処理を施すことにより、前記炭素繊維束の厚みと幅の比（アスペクト比）を調整して、後工程のプリフォーム工程、ＲＴＭ成形工程の条件に適したアスペクト比に設定することができる。さらに、樹脂バインダ付与等の前処理を施すことにより、炭素繊維束の表面および／または内部に樹脂バインダが存在することで、各々の炭素繊維束の幅精度や嵩密度をいっそう向上させることが出来得る。
【００４４】
樹脂バインダは、炭素繊維束１０１の表層および／または内部に固着させることができるものであれば特に限定されるものではない。樹脂バインダとしては、たとえば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を採用することができる。
【００４５】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミドおよびポリアミドイミドなどの樹脂が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられる。
【００４６】
前記の炭素繊維束１０１の表面および／または内部に存在する樹脂バインダの付与量は、前記炭素繊維束１０１が１００質量部であるのに対して、０．１〜２０質量部の範囲であることが好ましい。固着材としての樹脂バインダの付与量が０．１質量部より小さい場合は、炭素繊維束の幅精度や嵩密度の向上効果が得られなくなる。一方、固着材としての樹脂バインダの付与量が２０質量部よりも大きい場合、樹脂バインダの拘束が強く、ファイバープレイスメント時に炭素繊維テープ材１００の型への形状追従性を阻害する可能性がある。
【００４７】
本発明の一形態によれば、カバリング糸１０３を用いて炭素繊維束群を束ねる際、図１（Ｂ）のように、第１のカバリング糸１０３ａおよび第２のカバリング糸１０３ｂが、隣り合う炭素繊維束１０１の束間の空隙１０２を、炭素繊維束群の厚み方向に貫通することなく炭素繊維束群を螺旋状に束ねることができる。
【００４８】
図２は本発明の別の実施態様を表す。本発明の一形態によれば、カバリング糸２０３を用いて炭素繊維束群を束ねる際、図２（Ｂ）のように、第１のカバリング糸２０３ａおよび第２のカバリング糸２０３ｂが、隣り合う炭素繊維束２０１の束間の空隙２０２を少なくとも１箇所を、炭素繊維束群の厚み方向に貫通して炭素繊維束群を束ねることができる。
【００４９】
本発明の一形態によれば、空隙２０２の幅は炭素繊維束２０１の幅の４％〜５０％の範囲とすることができる。空隙２０２の幅が炭素繊維束２０１の幅の４％よりも小さい場合、ＲＴＭ成形時の流路となる空隙２０２が狭くなり、ＲＴＭ成形工程における含浸特性低下の原因となるため好ましくない。空隙２０２の幅が炭素繊維束２０１の幅の５０％よりも大きい場合、ファイバープレイスメント時あるいはＲＴＭ成形時に、上下に配置された炭素繊維テープ材を構成する炭素繊維束が空隙２０２に入り込みやすく、その結果、炭素繊維束の進直性が失われ、成形品の物性低下の原因となるため好ましくない。
【００５０】
本発明の一形態によれば、図３のように、炭素繊維テープ材３００の幅Ｄ（ｍｍ）と、カバリング糸３０３がテープ材の幅方向における一方の端３０４から他方の端３０５まで束ねる間に炭素繊維の配向方向に進むピッチＰ（ｍｍ）との割合が、０．１≦Ｐ／Ｄ≦１０となるようにカバリング糸３０３を束ねることができ、さらに好ましくは０．１≦Ｐ／Ｄ≦５となるように束ねることができる。Ｐ／Ｄが０．１未満である場合、カバリング糸３０３の密度が高く、ＲＴＭ成形後の成形品内に残るマトリクス樹脂以外の樹脂濃度が高くなり、物性低下の原因となるため好ましくない。Ｐ／Ｄが５を超える場合、ファイバープレイスメント法を用いて炭素繊維テープ材３００を金型または既に配置済の下層となる炭素繊維テープ材３００に順次配置、貼り付けしていく際に、溶融させてバインダとして使用する第１のカバリング糸３０３ａの量が少ないために配置、貼り付け不良が起こりやすく、Ｐ／Ｄが１０を超える場合、配置、貼り付け不良がいっそう起こりやすい。また、Ｐ／Ｄが５を超える場合、ＲＴＭ成形工程での樹脂注入時に第２のカバリング糸３０３ｂの量が少ないため、流路となる第２のカバリング糸３０３ｂおよびカバリング糸３０３ｂ周囲の空間が少なく、良好な含浸性を得られにくくなる。Ｐ／Ｄが１０を超える場合、良好な含浸性がいっそう得られにくくなる。
【００５１】
本発明の一形態によれば、カバリング糸３０３の直径を０．１ｍｍ未満とすることができる。カバリング糸３０３の直径が０．１ｍｍ以上であると、テープが嵩高となり、ファイバープレイスメント法を用いて炭素繊維テープ材３００を金型または既に配置済の下層となる炭素繊維テープ材３００に順次配置、貼り付けした際に、所望の形状（ネットシェイプ）を維持しにくくなるため好ましくない。
【００５２】
本発明の一形態によれば、第１のカバリング糸３０３ａと第２のカバリング糸３０３ｂの少なくとも一方は複数のフィラメントを撚り間隔Ｌ（ｍｍ）で撚って構成され、撚り間隔Ｌ（ｍｍ）と炭素繊維束３０１の幅Ｗ（ｍｍ）とが、Ｌ≦Ｗとすることができる。撚り間隔Ｌ（ｍｍ）が炭素繊維束３０１の幅Ｗ（ｍｍ）を超える場合、第１のカバリング糸３０３ａまたは第２のカバリング糸３０３ｂを構成する複数のフィラメントを撚ることで生じるフィラメント間の隙間が少なくなるため、ＲＴＭ成形工程での樹脂注入時に良好な含浸性を得られにくくなる。
【００５３】
本発明の一形態によれば、図４（Ａ）のように、炭素繊維束４０１の束間における空隙４０２の少なくとも一部に、炭素繊維束と平行に補助糸４０４を配置することができる。補助糸４０４を配置すると、ファイバープレイスメント法を用いる時や、ＲＴＭ成形時に上下に配置された炭素繊維テープ材を構成する炭素繊維束が空隙２０２に入り込むのを防ぎ、炭素繊維束４０１の進直性維持、空隙４０２の含浸流路保持ができるため好ましい。
【００５４】
本発明で用いられる補助糸４０４の材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、およびポリエーテルサルホン等からなる繊維、無機繊維（例えば炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維）からなる繊維糸条、あるいはこれらの繊維の混紡糸条等が挙げられる。
【００５５】
本発明で用いられる補助糸４０４の直径は、図４（Ｂ）に図示する炭素繊維束４０１の厚みの５０％〜１５０％であることが好ましい。補助糸４０４の直径が炭素繊維束４０１の厚みの５０％未満である場合、の炭素繊維束が空隙２０２に入り込むのを防ぎにくく、炭素繊維束４０１の進直性維持、空隙４０２の含浸流路保持の効果が得られにくくなる。補助糸４０４の直径が炭素繊維束４０１の厚みの１５０％よりも大きい場合、炭素繊維テープ材４００の厚みが大きくなり、低バルクの炭素繊維テープ材４００が得られにくくなる。
【００５６】
ファイバープレイスメント法を用いて前記の炭素繊維テープ材を並行に並べて配置して層を形成し、複数の層を織り交じることなく重ね合わせて、層間を接着することにより、炭素繊維積層シートを作成することができる。
【００５７】
前記の炭素繊維積層シートとマトリックス樹脂を用いて炭素繊維強化プラスチック成形品を作製する場合、使用するマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に限らず、アクリル樹脂やポリアミド樹脂、およびポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができる。
【００５８】
なお、  本発明は、上述の実施形態や、後述する実施例および比較例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、課題を解決するための手段の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、比較例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【実施例】
【００５９】
本発明の炭素繊維テープ材について、実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
＜炭素繊維＞
炭素繊維束として、予めサイジング処理を施した、東レ株式会社製炭素繊維「トレカ」（登録商標）Ｔ８００ＳＣを使用した。炭素繊維束の幅の平均が６．０ｍｍで、炭素繊維束の単繊維数が２４０００本の炭素繊維束を使用した。
【００６０】
＜炭素繊維テープ材＞
散布装置を用いて、エポキシ樹脂粒子（Ｈｕｎｔｓｍａｎ社製ＬＴ３３６６、粒径：１００μｍ、融点：８０℃）を炭素繊維束に散布し、赤外線ヒータを用いて、表層の炭素繊維層が１３０℃の温度の状態で３０秒間加熱して冷却後、ボビンに巻き取った。その後、ボビン２つ並べて炭素繊維束をそれぞれ繰り出し、炭素繊維束間に空隙を設けた炭素繊維束群をカバリング装置に挿入し、炭素繊維群をボビン２つ並べて炭素繊維束をそれぞれ繰り出し、炭素繊維束間に空隙を設けた炭素繊維束群をカバリング装置に挿入し、炭素繊維群をカバリング糸で束ね、束ねた後に雰囲気温度６０℃のオーブンで５分加熱して、炭素繊維束群の空隙幅が０．６ｍｍ、テープ幅が１２．６ｍｍの炭素繊維テープ材を製作した。カバリング糸での炭素繊維束群の束ね方は、炭素繊維束群の空隙を、炭素繊維束群の厚み方向に貫通することなく、炭素繊維束群を螺旋状に束ねる方法をとった。第１のカバリング糸としてポリアミド繊維糸（ＥＭＳ社製、融点：６０℃、繊度：１１０ｄｔｅｘ）を、第２のカバリング糸にポリアミド繊維糸（ＥＭＳ社製、融点：１４０℃、繊度：７５ｄｔｅｘ）を用いた。このとき、第１のカバリング糸を、糸形態は保ちつつ緩く炭素繊維束群に接着させることで、炭素繊維束群の空隙を確保した。第１のカバリング糸、第２のカバリング糸ともに、カバリング糸がテープ材の幅方向における一方の端から他方の端まで束ねる間に炭素繊維の配向方向に進むピッチＰが１０ｍｍとなるように炭素繊維テープ材を作製した。
【００６１】
＜炭素繊維層＞
ファイバープレイスメントヘッドを用いて、架台上に炭素繊維テープ材を一方向に隙間なく引き揃え、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの正方形形状となるように炭素繊維層を２層作成した。
【００６２】
＜積層と固着＞
まず、用意した２層の炭素繊維層のうち１層の上に、他の１層の炭素繊維層を、炭素繊維層の炭素繊維束の配向角度が、下層となる炭素繊維層の炭素繊維束の配向角度に対して９０°となるように配置した。その後、赤外線ヒータを用いて、表層の炭素繊維層が１００℃の温度の状態で３０秒間加熱し、炭素繊維層間を固着させて炭素繊維積層シートを製作した。同様の処理により、４枚の炭素繊維積層シートを製作した。同様にして別途作成した炭素繊維積層シートについて、表層の炭素繊維層を剥がして層間の固着状態を観察したところ、第１のカバリング糸が溶融して炭素繊維層間を固着し、第２のカバリング糸が形態を保っている様子が確認できた。
【００６３】
＜プリフォーム＞
１００℃に加熱した平板型の上に、作成した炭素繊維積層シートを４枚積層して配置した。その後、プレス加圧により５０ｋＰａで加圧、３０秒間保持することにより、プリフォームを製作した。
【００６４】
＜成形＞
プリフォームを１１０℃の温度に保ったＲＴＭ成形用両面型の下型に載置し、上型を閉じ、真空ポンプによって型内の空気を排出した。次いで、型内に２液性エポキシ樹脂（主剤：Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ社製、硬化剤：東レ株式会社製、酸無水物系硬化剤）を、注入圧０．５ＭＰａで注入し、プリフォームに含浸させ、１０分間放置した。このようにして、炭素繊維強化プラスチック成形品を得た。
【００６５】
得られた炭素繊維強化プラスチック成形品は、表面に未含浸部の存在しない滑らかな表面を有しており、繊維強化樹脂成形品として優れたものであった。
【００６６】
（実施例２）
＜炭素繊維＞
実施例１と同じ炭素繊維束を使用した。
【００６７】
＜炭素繊維テープ材＞
カバリング糸での炭素繊維束群の束ね方が、炭素繊維束群の空隙を炭素繊維束群の厚み方向に貫通して、炭素繊維束群を束ねた以外は、実施例１と同じ方法で炭素繊維テープ材を作製した。
【００６８】
＜炭素繊維層＞
実施例１と同じ方法で炭素繊維層を２層作成した。
【００６９】
＜積層と固着＞
実施例１と同じ方法で４枚の炭素繊維積層シートを製作した。
【００７０】
＜プリフォーム＞
実施例１と同じ方法でプリフォームを製作した。
【００７１】
＜成形＞
実施例１と同じ方法炭素繊維強化プラスチック成形品を得た。
【００７２】
得られた炭素繊維強化プラスチック成形品は、表面に未含浸部の存在しない滑らかな表面を有しており、繊維強化樹脂成形品として優れたものであった。
【００７３】
（比較例）
＜炭素繊維＞
実施例１と同じ炭素繊維束を使用した。
【００７４】
＜炭素繊維テープ材＞
カバリング糸としてポリアミド繊維糸（融点：６０℃、繊度：１１０ｄｔｅｘ）の１種類のみを使用した以外は、実施例１と同じ方法で炭素繊維テープ材を作製した。
【００７５】
＜炭素繊維層＞
実施例１と同じ方法で炭素繊維層を２層作成した。
【００７６】
＜積層と固着＞
実施例１と同じ方法で４枚の炭素繊維積層シートを製作した。同様にして別途作成した炭素繊維積層シートについて、表層の炭素繊維層を剥がして層間の固着状態を観察したところ、カバリング糸が溶融して層間を固着している様子が確認できた。
【００７７】
＜成形＞
実施例１と同じ方法炭素繊維強化プラスチック成形品を得た。
【００７８】
得られた炭素繊維強化プラスチック成形品は、表面に未含浸部が点在し、繊維強化樹脂成形品として欠陥を有するものであった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の炭素繊維テープ材の用途としては、積層シート基材の製作およびそれを用いたＲＴＭ成形方法による炭素繊維強化プラスチック成形品の作成が挙げられる。炭素繊維強化プラスチック成形品の用途は、例えば、航空機構造材などが挙げられる。
【符号の説明】
【００８０】
１００、２００、３００、４００  炭素繊維テープ材
１０１、２０１、３０１、４０１  炭素繊維束
１０２、２０２、３０２、４０２  空隙
１０３、２０３、３０３、４０３  カバリング糸
１０３ａ、２０３ａ、３０３ａ、４０３ａ  第１のカバリング糸
１０３ｂ、２０３ｂ、３０３ｂ、４０３ｂ  第２のカバリング糸
３０４  テープ幅の一方の端
３０５  他方の端
４０４  補助糸
【図１】
2019112738.tif 000003
【図２】
2019112738.tif 000004
【図３】
2019112738.tif 000005
【図４】
2019112738.tif 000006