(57)【要約】【課題】本発明は、マトリックス樹脂の含浸が良好で、力学特性に優れる複合材料を生産性良く得ることを目的とし、具体的には優れた品質安定性を有する強化繊維基材の製造方法および強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸した複合材料の製造方法を提供せんとするものである。【解決手段】本発明の炭素繊維基材の製造方法は、少なくとも次の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経ることを特徴とする。（Ａ）元糸幅Ｗｏの強化繊維糸条を引き出す引出工程。（Ｂ）糸条幅を、元糸幅Ｗｏの２０％を超え８５％未満の規制幅Ｗｎに狭める狭幅工程。（Ｃ）糸条幅を、規制幅Ｗｎの１１０％を超え元糸幅Ｗｏ未満の目標幅Ｗｔに広げる拡幅工程。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方向に平行に配列した強化繊維糸条から構成される強化繊維基材の製造方法であって、次の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経ることを特徴とする強化繊維基材の製造方法。
（Ａ）元糸幅Ｗｏの強化繊維糸条を引き出す引出工程。
（Ｂ）糸条幅を、元糸幅Ｗｏの２０％を超え８５％未満の規制幅Ｗｎに狭める狭幅工程。
（Ｃ）糸条幅を、規制幅Ｗｎの１１０％を超え元糸幅Ｗｏ未満の目標幅Ｗｔに広げる拡幅工程。
【請求項２】
（Ｂ）の狭幅工程が、元糸幅Ｗｏよりも狭い寸法を有するガイドに強化繊維糸条を通過させるものであることを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項３】
（Ｃ）の拡幅工程が、接触角度が１０°以上のバーに強化繊維糸条を通過させるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項４】
ガイドが織機における綜絖および／または筬であり、かつ接触角度が１０°以上のバーが織機における織前で開口を規制するバーおよびニップロールであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項５】
（Ｃ）の拡幅工程と同時またはそれ以降に、次の（Ｄ）の工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
（Ｄ）強化繊維基材１００重量％に対して０．１〜２０重量％の樹脂材料を接着して、強化繊維糸条の幅を固定する固定工程。
【請求項６】
（Ｄ）の固定工程が、固体状の樹脂材料を塗布または貼り合わせた後、樹脂材料を溶融させて、強化繊維基材１００重量％に対して２〜２０重量％の範囲内で強化繊維糸条に接着するものであることを特徴とする請求項５に記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項７】
（Ｄ）の固定工程が、溶融している樹脂材料を塗布して、強化繊維基材１００重量％に対して２〜２０重量％の範囲内で強化繊維糸条に接着するものであることを特徴とする請求項５に記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項８】
（Ｄ）の固定工程が、溶媒中に溶解または分散した樹脂材料を塗布した後に脱溶媒して、強化繊維基材１００重量％に対して０．５〜５重量％の範囲内で強化繊維糸条に接着するものであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項９】
強化繊維基材が、少なくとも強化繊維糸条をたて糸とし、補助繊維糸条をよこ糸とした一方向性織物であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項１０】
強化繊維基材が、強化繊維糸条とたて補助繊維糸条とをたて糸とし、補助繊維糸条をよこ糸とした一方向性織物であることを特徴とする請求項９に記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項１１】
強化繊維基材が、少なくとも強化繊維糸条をたて糸とした一方向性シートであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項１２】
強化繊維基材の強化繊維糸条の隙間が０．１〜１ｍｍであり、かつ、強化繊維糸条の糸条幅の変動率が０〜１０％であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項１３】
強化繊維基材のカバーファクターが、８０を超え９５％未満であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法。
【請求項１４】
少なくとも請求項１〜１３のいずれかに記載の方法で製造した強化繊維基材を用いる複合材料の製造方法であって、次の（Ｅ）〜（Ｇ）の工程を経ることを特徴とする複合材料の製造方法。
（Ｅ）強化繊維基材を、成形型に配置してキャビティを形成するセット工程。
（Ｆ）マトリックス樹脂を、キャビティ内に注入して強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる注入工程。
（Ｇ）マトリックス樹脂を固化させて複合材料とする固化工程。
【請求項１５】
（Ｅ）のセット工程が、成形型として雄型または雌型のいずれかとバッグ材とを用い、かつキャビティ内に樹脂拡散媒体を配置するものであり、（Ｆ）の注入工程が、キャビティ内を減圧状態に保ちながらマトリックス樹脂を注入するものであることを特徴とする請求項１４に記載の複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂の含浸が良好で、力学特性（特に圧縮強度）に優れる複合材料を生産性良く得られるだけでなく、その品質安定性にも優れた強化繊維基材の製造方法およびその強化繊維基材を用いる複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維を用いた複合材料（以下、ＦＲＰと記す）は、優れた力学的特性、軽量化等の要求特性を満たすことから主に航空・宇宙、スポーツ用途に用いられてきた。これらＦＲＰの生産性に優れる成形法としては、例えばレジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）成形法が挙げられる。かかるＲＴＭ成形法では、マトリックス樹脂が含浸されていない、ドライな強化繊維基材を成形型の中に配置して、液状のマトリックス樹脂を強制的に注入することにより強化繊維中にマトリックス樹脂を含浸させてＦＲＰを成形する。
【０００３】
ところがこのＲＴＭ成形法は、一般的にはＦＲＰの生産性には優れるが、用いる強化繊維基材（例えばドライな強化繊維織物等）の含浸性が悪いと含浸時間が長くなるだけでなく、ＦＲＰにボイド等が発生して歩留まりも低下し、生産性を低下させる問題があった。上記問題に対し、例えば特許文献１には、炭素繊維織布の開口率の差異により、厚み方向の含浸性を改善する旨の記載がある。また、特許文献２には、一方向性の炭素繊維織物における炭素繊維糸条間の隙間により、含浸性を改善する旨の記載がある。
【０００４】
しかしながら、かかる強化繊維基材は、その製造にあたって開口率や隙間を大きくした状態で均一に制御するのが困難で、その品質が不安定であった。ここで、開口率や隙間が不均一ということは、強化繊維糸条の横の空隙が広かったり、狭かったりすることを意味する。つまり、強化繊維基材の取扱時やマトリックス樹脂の注入時に、強化繊維が特に空隙が広い領域と狭い領域との間で相対的に蛇行、屈曲を誘発し、その真直性を局所的に阻害する問題を引き起こしていた。これにより強化繊維の特性を十分発現できずに、ＦＲＰの力学特性（特に圧縮強度）を損なうのである。
【０００５】
つまり、従来提案によると、特に圧縮強度に優れる複合材料が生産性よく得られ、かつ、品質安定性に優れる強化繊維基材の製造方法は確立されておらず、これら要求を満たす技術が渇望されていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３７９０４号公報（第４頁、段落００１４）
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−１０７１０７号公報（第８頁、段落００６８）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、マトリックス樹脂の含浸が良好で、力学特性（特に圧縮強度）に優れる複合材料を生産性良く得られるだけでなく、その品質安定性にも優れた強化繊維基材の製造方法および強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸してなる複合材料の製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の強化繊維基材の製造方法は、少なくとも一方向に平行に配列した強化繊維糸条から構成される強化繊維基材の製造方法であって、次の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経ることを特徴とするものである。
【００１０】
（Ａ）元糸幅Ｗｏの強化繊維糸条を引き出す引出工程。
【００１１】
（Ｂ）糸条幅を、元糸幅Ｗｏの２０％を超え８５％未満の規制幅Ｗｎに狭める狭幅工程。
【００１２】
（Ｃ）糸条幅を、規制幅Ｗｎの１１０％を超え元糸幅Ｗｏ未満の目標幅Ｗｔに広げる拡幅工程。
【００１３】
また、本発明の複合材料の製造方法は、上記課題を解決するために、少なくとも前記方法で製造した強化繊維基材を用いる複合材料の製造方法であって、次の（Ｅ）〜（Ｇ）の工程を経ることを特徴とするものである。
【００１４】
（Ｅ）強化繊維基材を、成形型に配置してキャビティを形成するセット工程。
【００１５】
（Ｆ）マトリックス樹脂を、キャビティ内に注入して強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる注入工程。
【００１６】
（Ｇ）マトリックス樹脂を固化させて複合材料とする固化工程。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の強化繊維基材の製造方法は、前述したように、少なくとも次の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経る。また、より本発明の効果を高く発現させるために、（Ｃ）の拡幅工程と同時またはそれ以降に、次の（Ｄ）の工程を含むことができる。
【００１８】
（Ａ）元糸幅Ｗｏの強化繊維糸条を引き出す引出工程。
【００１９】
（Ｂ）糸条幅を、元糸幅Ｗｏの２０％を超え８５％未満である規制幅Ｗｎに狭める狭幅工程。
【００２０】
（Ｃ）糸条幅を、規制幅Ｗｎの１１０％を超え元糸幅Ｗｏ未満である目標幅Ｗｔに広げる拡幅工程。
【００２１】
（Ｄ）強化繊維基材１００重量％に対して０．１〜２０重量％の樹脂材料を接着して、強化繊維糸条の幅を固定する固定工程。
【００２２】
本発明において、上記「強化繊維基材」とは、詳細は後述するが、少なくとも一方向に平行に配列した強化繊維糸条から構成される布帛等を意味する。
【００２３】
その「元糸幅Ｗｏ」とは、後述の（Ａ）引出工程にて、強化繊維糸条が巻かれているボビン上やビーム上の引き出す前の糸条幅であって、強化繊維基材の全幅方向にわたり均等間隔に選択した５０本の平均値を意味する。
【００２４】
また、「糸条幅」とは、強化繊維糸条が三次元的な糸道を通過する場合があるため、その箇所での強化繊維糸条の長手方向の垂直方向に最も広くなっている幅を、強化繊維基材の全幅方向にわたり均等間隔に選択した５０本測定した平均値を意味する。
【００２５】
一般的に、強化繊維糸条は用途専用のものを適用することは希であり、既に市販されているものを用途毎に使いこなすのが一般的である。本発明は、元糸幅Ｗｏよりも目標幅Ｗｔが狭い強化繊維基材を製造する場合において、元糸幅Ｗｏの強化繊維糸条の糸条幅を、元糸幅Ｗｏの２０％を超え８５％未満である規制幅Ｗｎに一旦狭め、しかる後に規制幅Ｗｎの１１０％を超え且つ元糸幅Ｗｏ未満の目標幅Ｗｔに拡げることにより、本発明の課題を解決できることを見いだしたものである。つまり、元条幅Ｗｏを規制幅Ｗｎに狭めずに、直接に目標幅Ｗｔに狭めるべく糸条幅を制御すると、目標幅Ｗｔに正確に制御できないだけでなく、その安定性にも劣り、本発明の課題を解決できない。かかる（Ｂ）の狭幅工程および（Ｃ）の拡幅工程を経て目標幅Ｗｔにすることにより、目標幅Ｗｔに正確かつ安定して制御することができる。このことにより、後述の強化繊維糸条の隙間やカバーファクターを所望の範囲内に均一に制御でき、すなわち品質安定性に優れ、強化繊維糸条の蛇行、屈曲が抑制し、その真直性に優れる強化繊維基材を得ることができるのである。このようにして得られた強化繊維基材を用いた複合材料は、力学特性、特に圧縮強度に優れる効果を有する。
【００２６】
図１は本発明の製造工程の流れを説明する概略工程図である。各工程について、以下に詳細に説明する。
【００２７】
（Ａ）引出工程（図１中１）
元糸幅Ｗｏの強化繊維糸条を、例えばクリールスタンドに掛けられているボビンから直接引き出したり、部分整経されたビーム等から引き出す等の方法により引き出す。強化繊維基材の幅は通常０．２ｍ〜２．５４ｍであるので、多数の強化繊維糸条を用いるのが一般的である。
【００２８】
（Ｂ）狭幅工程（図１中２）
糸条幅を、元糸幅Ｗｏの２０％を超え８５％未満の規制幅Ｗｎに狭める。より好ましいＷｎは、Ｗｏの３０％を超え６５％未満、更に好ましくはＷｏの３５％を超え５０％未満である。かかるＷｎが、Ｗｏの２５％以下であると、後述の（Ｃ）の拡幅工程にて目標幅Ｗｔまで拡幅できないだけでなく、強化繊維糸条から毛羽が大量に発生して製造が困難になる。一方、Ｗｏの８５％以上であると、Ｗｎに糸条幅を狭める意味が希薄となり、本発明の効果が発現しない。
【００２９】
糸条幅をＷｎに規制する手段としては、規制ガイドの通過、液体を付与して乾燥する時の表面張力、それらの組み合わせ等が挙げられるが、好ましいものとして、糸条幅よりも狭い寸法を有するガイドに強化繊維糸条を通過させる方法が挙げられる。かかるガイドは、少なくとも１つ通過させればよいが、より精度よく規制幅にするには、複数のガイドを通過させるのがよい。この場合、最小に狭められた幅を本発明の規制幅Ｗｎとする。
【００３０】
かかるガイドとしては、櫛型、溝型等のものが挙げられ、特に織機においては、綜絖または筬をガイドとすることができる。より好ましくは、元糸幅Ｗｏよりも狭い内寸を有する綜絖および筬を通過させるのがよい。この場合、綜絖における実際に強化繊維糸条が通過するメールの内寸を、筬の内寸よりも更に小さいものとするのが特に好ましい。つまり、綜絖で規制幅Ｗｎにし、筬でＷｎよりも大きい糸条幅にすると、後述（Ｃ）の拡幅工程での安定性が増し、本発明の効果を最大限に発現することができるのである。
【００３１】
（Ｃ）拡幅工程（図１中３）
糸条幅を、規制幅Ｗｎの１１０％を超え元糸幅Ｗｏ未満の目標幅Ｗｔに広げる。より好ましいＷｔは、Ｗｎの１３０％を超えＷｏの９５％未満、更に好ましくはＷｎの１５０％を超え元糸幅Ｗｏの９０％未満であるである。かかるＷｔが、Ｗｎの１１０％以下であると、本工程にて拡幅する意味が希薄となり、本発明の効果が発現しない。一方、Ｗｏ以上であると、前述の（Ｂ）の狭幅工程を経る意味が希薄となり、本発明の効果が発現しない。
【００３２】
糸条幅をＷｔに拡幅する手段としては、圧縮気体や流体の吹き付け、バー（振動バー、張力変動バー、擦過バー等）の通過、液中での振動（超音波等）付与、加圧、それらの組み合わせ等が挙げられるが、好ましいものとして、接触角度が１０°以上のバー（以下、拡幅バーと略称）に強化繊維糸条を通過させる方法が挙げられる。かかるバーとは、ロール、棒、板等の強化繊維糸条に接触し、拡幅効果を有するものの総称名である。かかる拡幅バーとしては、固定型、フリー型、駆動型等が挙げられ、特に織機においては、織前で開口を規制するバーまたはニップロールを拡幅バーとすることができる。より好ましくは、開口を規制する固定バーおよびニップロールを通過させるのがよい。
【００３３】
以上の（Ａ）〜（Ｃ）工程を経る本発明の製造方法に依れば、目標幅Ｗｔに正確かつ安定して制御することができる。また、このことにより、後述の強化繊維糸条の隙間やカバーファクターも所望の範囲内に均一に制御できるのである。このようにして得られた強化繊維基材を用いた複合材料は、力学特性、特に圧縮強度に優れるという優れた効果を奏する。
【００３４】
（Ｄ）固定工程（図１中４）
本発明の製造方法は、ここで説明する固定工程をさらに経れば、より優れた効果を得ることができる。すなわち、ここでの固定工程は、樹脂材料を接着して、強化繊維糸条の幅を固定する。かかる樹脂材料は、強化繊維基材１００重量％に対して０．１〜２０重量％であるのが好ましい。０．１重量％未満では強化繊維基材を取扱う際の基材の形態安定性に劣る。２０重量％を超えると複合材料を得る際にマトリックス樹脂の含浸を妨げる場合がある。
【００３５】
かかる樹脂材料は、強化繊維基材の表面（片面、両面のいずれでもよい）に接着してもよいし、強化繊維基材の全面にわたって被覆して接着してもよい。
【００３６】
強化繊維基材の表面に樹脂材料を接着する場合、好ましい手段としては、例えば次の（ｄ１）、（ｄ２）の方法が挙げられる。
【００３７】
（ｄ１）固体状の樹脂材料を塗布または貼り合わせた後、樹脂材料を溶融させて、強化繊維糸条に接着する。この場合、樹脂材料として不織布、織物、編物、繊維、粒子等を用いることができる。樹脂材料として、不織布を用いると、樹脂材料の量を簡易に制御することができるため好ましい。一方、粒子を用いると、微視的に均一な分散が可能になるため好ましい。粒子の塗布装置としては、帯電スプレー、流動床、接触ロール（キスロール、ドットロール等）、非接触ロール（掻き落としロール等）等、均一に塗布できるものなら任意のものを使用することができる。図２は、（ｄ１）の方法で粒子状の樹脂材料をノンクリンプ構造の一方向織物に接着した、本発明の製造方法で製造された強化繊維基材の一実施態様の平面図である。強化繊維基材２１の上に樹脂材料２４が不連続に点状に分散している。
【００３８】
（ｄ２）溶融している樹脂材料を塗布して強化繊維糸条に接着する。この場合、例えばメルトブロー法を用いると、強化繊維基材の表面に直接かつ同時に、不織布を形成、接着することができ、効率的な工程とすることができる。
【００３９】
（ｄ１）、（ｄ２）の方法の場合、樹脂材料は強化繊維基材１００重量％に対して２〜２０重量％であるのが好ましい。かかる方法により樹脂材料を強化繊維基材の表面に接着すると、強化繊維糸条の幅を固定して基材の形態安定性を発現するだけでなく、樹脂材料が複合材料の基材層間のクラックストッパーになることにより、衝撃を受けた時に層間の損傷を抑制でき、耐衝撃特性（特にＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ａｆｔｅｒ  Ｉｍｐａｃｔ、ＣＡＩと略称）に優れるという効果を発現する。更に、樹脂材料は、それ自体がスペーサーとなってマトリックス樹脂を含浸する際の流路を形成し、特に注入成形に供した際に含浸が容易になるだけでなく、含浸する速度も速くなり複合材料の生産性にも優れるといった予想外の効果をも発現する。
【００４０】
一方、強化繊維基材の全面にわたって被覆して接着する場合、好ましい手段としては、例えば次の（ｄ３）の方法が挙げられる。
【００４１】
（ｄ３）溶媒中に溶解または分散した樹脂材料を塗布した後に脱溶媒して強化繊維糸条に接着する。この場合、樹脂材料が高濃度に溶解または分散した液体を用いると、脱溶媒が容易かつ安価にできるため好ましい。高濃度化のために、力学特性に悪影響を及ぼさない範囲で、乳化剤等を用いることができる。また、塗布装置としては、インクジェットやスクリーン等の印刷装置、スプレー、接触ロール（キスロール、タッチロール等）等、均一に塗布できるものなら任意のものを使用することができ、中でも接触ロールが最も好ましい。なお、ここでいう溶媒とは、無機溶媒、有機溶媒、水等の樹脂材料を溶解または分散できる液体の総称名である。
【００４２】
この場合、樹脂材料は強化繊維基材１００重量％に対して０．５〜５重量％であるのが好ましい。かかる方法により樹脂材料を強化繊維基材の全面にわたって被覆して接着すると、より少ない樹脂材料の量で強化繊維糸条の幅を固定して基材の形態安定性を発現することができる。また、脱溶媒時は強化繊維糸条に表面張力がかかるため、容易に強化繊維基材の隙間等を大きくかつ正確に制御できるという予想外の効果をも発現する。
【００４３】
本発明の強化繊維基材は、例えば二次元の一方向性、二方向性、あるいはそれ以上の方向性を有する織物、三次元の多方向性織物、編物、多軸挿入基材、一方向に引きそろえられた強化繊維シート（一方向性シート）、一方向性シートを二方向以上積層して一体化した多軸シート等が挙げられ、それらはステッチ糸、結節糸、樹脂成分等により接合され複数のものが一体化しているものでもよい。
【００４４】
特に輸送機器の構造部材（特に航空機の一次構造部材）として用いる場合、非常に高い力学特性（圧縮強度、ＣＡＩ等）が要求されるが、例えば二方向性織物では強化繊維糸条を二方向に織組織すること、たて糸とよこ糸との交錯点での強化繊維糸条のクリンプが大きくなることにより、要求に耐え得る力学特性が発現しにくい場合がある。つまり、かかる問題が確実に解消できる点で、本発明の強化繊維基材としては、一方向性織物、一方向性シートまたはそれらの複数が一体化されたものが好ましい。更に、マトリックス樹脂の含浸の面を考慮すると、たて糸である強化繊維糸条が規則的に隙間を有し、かつたて糸とよこ糸との交絡による極めて小さいクリンプが形成されている一方向性織物がとりわけ好ましい。かかる隙間および極めて小さいクリンプはマトリックス樹脂の含浸流路となり、格段に含浸性を向上させる効果を奏する。
【００４５】
かかる一方向性織物をより詳しく説明する。一方向性織物は、一方向に互いに平行に配列されたたて糸（強化繊維糸条）と、それと直交するよこ糸（補助繊維糸条）とが互いに交錯して平織組織、綾織組織、朱子織組織等を構成したものである。よこ糸である補助繊維糸条は、たて糸とよこ糸との交錯点でのたて糸の屈曲（クリンプ）を小さくし、本発明の効果を最大限に発現させるために、たて糸に用いる強化繊維糸条の断面積の１／１０以下、より好ましくは１／１００以下であるものが好ましい。かかる断面積とは、糸条を構成する単繊維の断面積の合計である。また、かかるよこ糸の織密度は、形態安定性と、力学特性への影響の最小限化とのバランスの面から、０．３〜６本／ｃｍであるのが好ましい。より好ましくは１〜４本／ｃｍである。
【００４６】
本発明の好ましく用いられる一方向性織物としては、前記織組織以外にも次に述べるノンクリンプ構造も含まれる。ノンクリンプ構造の一方向性織物は、たて糸と平行に配列された補助たて糸（たて補助繊維糸条）と、それと直交するよこ糸（補助繊維糸条）とが互いに交錯して、たて糸（強化繊維糸条）が一体に保持されたものである。かかるノンクリンプ構造によると、平織組織よりも更にクリンプを小さくできるため、本発明の効果を更に高く発現させることができる。また、樹脂含浸の面からも、補助たて糸の存在により含浸流路が更に確実に確保され、非常に優れた含浸性を発現する。これら一方向性織物自体については、例えば特開平７−２４３１４９号公報等に詳しい記載がある。
【００４７】
なお、強化繊維基材において、本発明の効果を最大限に発現させる強化繊維糸条の目付は５０〜３５０ｇ／ｍ２、好ましくは１５０〜２７０ｇ／ｍ２である。
【００４８】
本発明によると、目標幅Ｗｔが正確に規制されたものが得られる結果、強化繊維糸条の隙間、強化繊維糸条の糸条幅の変動率、カバーファクター等を正確かつ安定に制御して製造することができる。かかる観点から、本発明の製造方法により製造される強化繊維基材は、強化繊維糸条の隙間が０．１〜１ｍｍに制御されたものであるのが好ましい。より好ましくは０．２〜０．７ｍｍ、更に好ましくは０．３〜０．６ｍｍである。０．１ｍｍ未満であるとマトリックス樹脂の含浸性に劣ることを意味し、１ｍｍを越えると隙間が大きくなりすぎ、複合材料にした場合に樹脂リッチ部分を多く形成することによる力学特性の低下、サーマルクラックの発生等が起こるため好ましくない。かかる強化繊維糸条の隙間は、平面状にした強化繊維基材をその垂線方向から見て、基材中の強化繊維糸条の隙間を指し、本発明においては前述の補助繊維糸条、たて補助繊維糸条、ステッチ糸等は存在しないものとして扱い、強化繊維基材の全幅方向にわたり、均等間隔に選択した５０本の平均値を用いた。
【００４９】
また、本発明の製造方法により製造される強化繊維基材は、強化繊維糸条の糸条幅の変動率が０〜１０％に制御されたものであるのが好ましい。より好ましくは０〜９％、更に好ましくは０〜８％である。１０％を超えると、複合材料にした場合、強化繊維糸条が細い箇所と太い箇所との間で、マトリックス樹脂の含浸速度が異なることによるボイド形成の問題や、強化繊維糸条の相対的に蛇行、屈曲を誘発し、その真直性を局所的に阻害する。かかる糸条幅は、平面状にした強化繊維基材をその垂線方向から見た時の幅を指し、強化繊維基材の全幅方向にわたり、均等間隔に選択した５０本の平均値を用いた。かかる変動率は、強化繊維糸条の長手方向に２５ｍｍ間隔で２０箇所の糸条幅を測定し、それらの分散と平均とを用いて、（変動率）＝（分散）×１００／（平均）にて算出した。
【００５０】
また、本発明の製造方法により製造される強化繊維基材は、カバーファクターが８０％を超え９５％未満に制御されたものであるのが好ましい。より好ましくは８５〜９４％、更に好ましくは９０〜９３％である。８０％以下であると複合材料にした場合に力学特性の低下、サーマルクラックの発生等が起こることを意味し、９５％以上であるとマトリックス樹脂の含浸性に劣るため好ましくない。ここで、カバーファクターとは、平面状にした強化繊維基材をその垂線方向から見て、２００ｍｍ×２００ｍｍの単位面積における基材中の強化繊維糸条（補助繊維糸条、たて補助繊維糸条、ステッチ糸等を除く）が存在する（カバーできていない）閉口部分の百分率を指し、カバーファクター（％）＝閉口部分の合計面積（ｍｍ２）／４００により算出される。本発明では、強化繊維基材の全幅方向に渡って等間隔に４箇所測定した平均値で代表させた。かかる閉口部分は、ＣＣＤカメラやスキャナー等により光学的に取り込まれた画像を元に算出することができる。
【００５１】
本発明で使用する強化繊維糸条としては、例えば炭素繊維、黒鉛繊維、ガラス繊維、有機繊維（アラミド、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリビニルアルコール、高強度ポリエチレン、ポリイミド等）、これらを２種類以上併用したものを使用することができる。中でも炭素繊維は比強度・比弾性率に優れるので、航空機用途の強化繊維として好ましく用いられる。
【００５２】
かかる炭素繊維糸条は、無撚でも有撚でも使用することができるが、力学特性（引張、圧縮等）の面からは実質的に無撚のものが好ましい。また、その繊度は３００〜５，０００ｔｅｘであるものが好ましい。より好ましくは６００〜２，０００ｔｅｘである。かかる範囲より小さいと、織物にする場合、交錯点が多すぎてクリンプだけでなくその数も大きくなり、力学特性に劣る場合がある。かかる範囲より大きいと、交錯点が少なすぎて強化繊維基材の形態安定性に劣る場合がある。
【００５３】
本発明で使用するたて補助繊維糸条または補助繊維糸条としては、前述の通り強化繊維糸条の断面積（単繊維の断面積の本数で乗じたもの）の好ましくは１／１０以下、より好ましくは１／１００以下であれば、強化繊維糸条と同じ素材のものを使用することができる。強化繊維としての補強効果が強く要求されないため、それらの他にも、ポリアミド（未延伸糸、延伸糸、ＰＯＹ（高速紡糸による半延伸糸）等）、ポリエステル、フェノール、これらを芯鞘糸にしたもの等の有機繊維を単独または組み合わせて使用することもできる。
【００５４】
本発明で使用する樹脂材料は、強化繊維基材の形態安定性を向上させ、複合材料の力学特性を損なわない、または向上させるものであればとくに限定されず、熱硬化性樹脂および／または熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００５５】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ、フェノール、ポリベンゾイミダゾール、シアネートエステル、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、ユリア、メラミン、ビスマレイミド等や、これらの共重合体、変性体および２種類以上ブレンドした樹脂等を使用することができる。更に、エラストマーやゴム成分、硬化剤、硬化促進剤、触媒等を添加したものも使用することもできる。
【００５６】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、フェノール（ノボラック型）、フェノキシ樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂等や、これらの共重合体、変性体および２種類以上ブレンドした樹脂も使用することができる。
【００５７】
本発明の課題を最大限に発現する樹脂材料の好ましい例としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを混合、好ましくは相溶化して、そのガラス転移点を３０〜１００℃、より好ましくは５０〜９０℃にしたものが挙げられる。かかる樹脂材料は、強化繊維基材への接着が容易なだけではなく、後述のマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合に著しく優れた力学特性の向上効果を発現する。
【００５８】
本発明の複合材料の製造方法は、さらに好ましい態様として、次の（Ｅ）〜（Ｇ）の工程を経ることができる。
【００５９】
（Ｅ）セット工程
前記方法で製造した強化繊維基材を成形型に配置してキャビティを形成する。本工程で、成形型として雄型と雌型とを用いると、寸法精度に優れ、従来のオートクレーブ成形に比べて安価な複合材料を成形することができる。
【００６０】
一方、成形型として、雄型または雌型のいずれかとバッグ材とを用いると、成形型の費用を安くすることができ、より一層安価にすることができ、好ましい。かかるバッグ材としては、例えばフィルム、柔軟性を有するラバー材等が挙げられる。バッグ材は通常柔軟なものであるため、バッグ材側の面に剛性を付与するためのプレート等を併用することができる。かかるプレートの併用により、両面に成形型を用いた場合と同じレベルの寸法精度を達成することが可能となる。
【００６１】
なお、後者の場合、マトリックス樹脂に圧力を付加して注入できないため、キャビティ内にマトリックス樹脂の含浸を促進する樹脂拡散媒体を配置するのが好ましい。かかる樹脂拡散媒体とは、空間保持能が高く（表面に凹凸を有し）、マトリックス樹脂の流動抵抗が強化繊維基材の１／１０以下の低い抵抗をなすものを指し、例えばメッシュ、マット、不織布等が例として挙げられる。
【００６２】
（Ｆ）注入工程
マトリックス樹脂を、キャビティ内に注入して強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる。本工程において、真空ポンプ等で脱気して、キャビティ内を減圧状態に保ちながらマトリックス樹脂を注入すると、強化繊維基材へのマトリックス樹脂の含浸が容易となり、より品質の高い複合材料を短サイクルで成形することができ、成形コストをより低くすることができるため好ましい。
【００６３】
（Ｇ）固化工程
マトリックス樹脂を固化（硬化または重合）させて複合材料を得る。ここで、マトリックス樹脂を固化させる際、固化効率を上げるため加熱するのがよい。必要に応じて、更にマトリックス樹脂の固化を確実なものにするために、複合材料を再度加熱して更に固化する二次固化工程を経てもよい。
【００６４】
本発明で使用するマトリックス樹脂は、その成形性、力学特性の面から熱硬化性樹脂であるのが好ましく、樹脂材料で挙げた例のものが好ましく使用される。樹脂材料と異なる点は、注入成形に供する場合は、注入温度では液状である必要があることである。かかる特性を有する熱硬化性樹脂として、エポキシ、日済まれイミド、フェノール、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、シアネートエステルであるのが好ましい。これらの樹脂に、更にエラストマーやゴム成分、硬化剤、硬化促進剤、触媒等を添加したものも使用することができる。中でも、航空機の一次構造部材等で要求される非常に高い力学特性を達成するためには、エポキシ、ビスマレイミドまたはシアネートエステルが好ましく、とりわけエポキシが好ましい。
【００６５】
マトリックス樹脂と樹脂材料とは、その役割がそれぞれ異なることを考慮して異なるものを選択するのが好ましい。すなわち、マトリックス樹脂は含浸性に優れる（注入温度で樹脂粘度が低く、ゲル化時間が長い）ものを、樹脂材料は強化繊維基材の形態安定性を向上するものをそれぞれ選択して使用するのが好ましい。もちろん、マトリックス樹脂、樹脂材料において、その一部に同一成分を使用することに何ら制限はなく、両者の相性の面からは好ましい形態といえる。
【００６６】
【実施例】
（実施例１）
図３は、本発明の製造方法の好ましい実施態様を説明する模式図で、織機３１を用いて、強化繊維基材を製造している様子を示している。次に詳細に各工程を説明する。
【００６７】
（Ａ）引出工程：１８３本のたて糸３２および１８３本の補助たて糸（図示せず）を平行かつ交互に配列し、１ｍ幅になるように各ボビンから直接引き出した。強化繊維糸条のボビン上の糸条幅（元糸幅Ｗｏ）は６．６ｍｍであった。
【００６８】
なお、たて糸３２として、強化繊維糸条であるＰＡＮ系炭素繊維糸条（２４，０００フィラメント、繊度１，０３５ｔｅｘ、引張強度５，９００ＭＰａ、引張弾性率２９４ＧＰａ）を用いた。また、補助たて糸として、たて補助繊維糸条であるガラス繊維糸条（ＥＣＥ２２５  １／０    １．０Ｚ、繊度２２．５ｔｅｘ、バインダータイプＤＰ、日東紡製）を用いた。
【００６９】
（Ｂ）狭幅工程：たて糸３２はガイドである綜絖３４ａ（メール３４ｂの内寸が２．５ｍｍ）を通過させることにより糸条幅を規制幅の２．５ｍｍ（元糸幅Ｗｏの３８％）に狭めた。次いで、筬３５（糸条が通過する箇所（筬刃隙間）の内寸は３ｍｍ）を通過させることにより３ｍｍ（元糸幅Ｗｏの４５％）にした。
【００７０】
ここで、レピア３６を用いて３本／ｃｍの織密度でよこ糸３３を打ち込み、補助たて糸と交錯させ、たて糸３２を一体に保持したノンクリンプ構造を有する一方向性織物を形成した。なお、よこ糸３３として、補助繊維糸条であるポリアミド繊維糸条（ポリアミド６６、７フィラメント、繊度１．７ｔｅｘ）を用いた。
【００７１】
（Ｃ）拡幅工程：織前で開口を規制するバー３７（最大接触角度２０°）、ニップロール３８（接触角度９０°以上）および駆動ロール３９にて糸条幅を目標幅Ｗｔの５．１ｍｍ（規制幅Ｗｎの２０４％、元糸幅Ｗｏの７７％）に拡幅して巻き取った。
【００７２】
得られた強化繊維基材における強化繊維糸条の目付は１８８ｇ／ｍ２、強化繊維糸条の隙間は０．４ｍｍ（たて補助繊維糸条は存在しないものとして測定）、糸条幅の変動率は８％、カバーファクターは９１％であった。
【００７３】
（実施例２）
実施例１で得られた一方向性織物である強化繊維基材に、次の（Ｄ）固定工程１で樹脂材料を塗布、接着して、強化繊維糸条の幅を固定した。
【００７４】
（Ｄ）固定工程１：粒子状である樹脂材料を、エンボスロールとドクターブレードにて計量しながら自然落下させ、振動ネットを介して均一分散させながら、片表面に２６ｇ／ｍ２（樹脂材料付着後の強化繊維基材１００重量％に１２重量％）塗布した。その後、１８５℃にて遠赤外線ヒーターを通過させ、樹脂材料を強化繊維基材の片表面にのみ接着した。
【００７５】
得られた強化繊維基材は、樹脂材料によって形態安定性が格段に向上し、実施例１のものより取扱が非常に優れ、強化繊維糸条は真直性に優れた。また、その糸条幅は、長手方向および幅方向に安定しており、品質安定性に優れたものであった。強化繊維糸条の目付は１９０ｇ／ｍ２、強化繊維糸条の隙間は０．４ｍｍ、糸条幅の変動率は６％、カバーファクター９３％であった。
【００７６】
なお、粒子状の樹脂材料として、ポリエーテルスルホン樹脂６０重量％とエポキシ樹脂組成物４０重量％とを相溶させたものを冷凍粉砕したものを用いた。かかる粒子状の樹脂材料は、平均粒子径Ｄ５０（レーザー回折・散乱法）１１５μｍ、ガラス転移点６８℃であった。
【００７７】
（実施例３）
実施例２で得られた強化繊維基材に、次の（Ｄ）固定工程２で更に異なる樹脂材料を塗布、接着して、強化繊維糸条の幅をより強固に固定した。
【００７８】
（Ｄ）固定工程２：溶媒中に分散させた樹脂材料をスプレーにて塗布し、１８０℃のオーブンにて溶媒を乾燥し、樹脂材料（固形分）として１．７ｇ／ｍ２（樹脂材料付着後の強化繊維基材１００重量％に０．８重量％）塗布した。
【００７９】
得られた強化繊維基材は、実施例２と同様に形態安定性に優れた。その糸条幅は、実施例２よりも長手方向および幅方向に安定しており、更に品質安定性に優れたものであった。強化繊維糸条の目付は１９２ｇ／ｍ２、強化繊維糸条の隙間は０．６ｍｍ、糸条幅の変動率は４％、カバーファクターは８９％であった。
【００８０】
なお、溶媒中に分散させた樹脂材料として、溶媒（水）９８重量％に樹脂組成物（ジャパンエポキシレジン（株）製”エピコート”８２８を５０重量部、不飽和ポリエステルを５０重量部）１．７重量％を、乳化剤０．３重量％にて溶媒（水）中に分散させたものを用いた。
【００８１】
（実施例４）
（Ａ）引出工程：実施例１と同様にたて糸を引き出した。
【００８２】
（Ｂ）狭幅工程：たて糸は櫛形ガイドであるコーム（糸条が通過する箇所の内寸は３ｍｍ）を通過させることにより糸条幅を規制幅Ｗｎの３ｍｍ（元糸幅Ｗｏの４５％）に狭めた。
【００８３】
（Ｃ）拡幅工程および（Ｄ）固定工程３：不織布状の樹脂材料を、引き揃えた強化繊維糸条の両面に貼り合わせたものを離型紙に挟み、１８０℃、線圧０．２ＭＰａでプレスロールを通過させ、糸条幅を目標幅Ｗｔの５．２ｍｍ（規制幅Ｗｎの１７３％、元糸幅Ｗｏの７８％）に拡幅すると同時に、樹脂材料を表面に接着して強化繊維糸条の幅を固定した。
【００８４】
なお、不織布状の樹脂材料として、実施例２で用いた熱可塑性樹脂をメルトブローにて不織布化したもの（１３ｇ／ｍ２）を用いた。
【００８５】
得られた強化繊維基材は、樹脂材料によって形態安定性が格段に向上し、取扱が容易であった。また、強化繊維糸条は真直性に優れた。また、その糸条幅は、長手方向および幅方向に安定しており、品質安定性に優れたものであった。強化繊維糸条の目付は１９０ｇ／ｍ２、強化繊維糸条の隙間は０．３ｍｍ、糸条幅の変動率は５％、カバーファクター９４％であった。
【００８６】
（実施例５）
実施例１〜４にて製造された強化繊維基材を用いて、次の方法にて複合材料に成形した。
【００８７】
アルミ製成形型の表面に、強化繊維基材を以下の構成構成１および２にて積層した。その最表面にピールプライ（ポリエステル繊維の離型処理された織物）、樹脂拡散媒体（ポリプロピレン製メッシュ状シート）を順に配置し、更にその上に、アルミ製カウルプレートを配置した。積層された強化繊維基材が成形型と接した周囲には、エッジ・ブリーザー（ポリエステル繊維の不織布）を複数枚積層して張り巡らした。真空吸引口やエッジ・ブリーザーから最も近い樹脂拡散媒体までの距離が１０ｍｍ以上離れるように、樹脂拡散媒体の平面視における最大外形が樹脂拡散媒体面の強化繊維基材の平面視における最大外形よりも１０〜５０ｍｍ程度小さくなるように配置した。全体をバッグ材（ナイロンフィルム）で覆い、バッグ材と成形型の周囲を、シール材で密閉してキャビティを形成した。樹脂注入口は、樹脂拡散媒体に接するように取り付け、シール材で密閉した。真空吸引口は、樹脂注入口から最も遠いエッジ・ブリーザー上に取り付け、同様にシールした。真空吸引口から吸引し、キャビティ内を真空吸引した。装置全体をマトリックス樹脂の注入温度（８０℃）に昇温した。真空吸引を継続しながら、強化繊維基材が注入温度に達してから１時間保持した。その後、樹脂注入口のバルブを解放して、予め混合、脱泡を済ませて注入可能な状態で準備されていたマトリックス樹脂を樹脂拡散媒体から必要な量だけ注入した。含浸が完了したら、樹脂注入口のバルブを閉めて注入を中止した。真空吸引は、マトリックス樹脂がゲル化（注入開始から１．５時間）するまで継続した。その後、マトリックス樹脂の硬化温度（１３０℃）まで昇温し、２時間保持してマトリックス樹脂を硬化させた。なお、硬化温度に達した時点で、真空吸引口を閉めて吸引を中止し、バッグ材の中を真空状態に保つ様にした。その後、常温まで降温し、バッグ材、ピールプライおよび樹脂含浸媒体を除去して複合材料を得た。
【００８８】
積層構成１：［０°］６、計６層、１５０ｍ×１５０ｍｍ。
【００８９】
積層構成２：［−４５°／０°／＋４５°／９０°］３Ｓ、計２４層、３７０ｍｍ×３７０ｍｍ。
【００９０】
得られた複合材料を検査したところ、どこにもピンホールやボイドが見当たらず、極めて良好な成形が行われていたことが実証された。
【００９１】
次に、積層構成１の複合材料からＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−１Ｒ−９４に沿った試験片について圧縮強度を測定した。また、積層構成２の複合材料からＳＡＣＭＡ−ＳＲＭ−２Ｒ−９４に沿った試験片について衝撃付与後の圧縮強度（ＣＡＩ）を測定した。結果を表１に示す。なお、マトリックス樹脂として、エポキシ樹脂組成物（硬化剤としてポリアミン使用、８０℃におけるＥ型粘度計による粘度５５ｍＰａ・ｓ）を用いた。
【００９２】
（比較例１）
（Ａ）引出工程：２７４本のたて糸を平行に配列し、１ｍ幅になるように各ボビンから直接に引き出した。強化繊維糸条のボビン上の糸条幅である元糸幅Ｗｏは６．６ｍｍであった。たて糸として、実施例１と同じものを用いた。
【００９３】
（Ｂ）狭幅工程：たて糸はガイドである綜絖（メールの内寸が５ｍｍ）を通過させて５ｍｍに狭めた。次いで、筬（糸条が通過する箇所（筬刃隙間）の内寸は３．５ｍｍ）を通過させることにより、糸条幅を規制幅の３．５ｍｍ（元糸幅Ｗｏの５３％）に狭めた。
【００９４】
よこ糸として実施例１と同じガラス繊維糸条を用い、補助たて糸を用いず、たて糸とよこ糸とを交錯させる以外は実施例１と同様にして、平織組織の一方向性織物を形成した。
【００９５】
（Ｃ）拡幅工程：織前で開口を規制するバーを用いず、ニップロール（接触角度９０°以上）および駆動ロールを通過させて、糸条幅を目標幅Ｗｔの３．６ｍｍ（規制幅Ｗｎの１０３％、元糸幅Ｗｏの５５％）にて巻き取った。
【００９６】
得られた強化繊維基材の強化繊維糸条は、特によこ糸との交錯点においてくびれが発生しており、その糸条は瓢箪状で真直性に劣った。また、強化繊維糸条の隙間は均一に存在せずに部分的に０．１〜０．２ｍｍ程度存在しており、品質安定性に劣ったものであった。強化繊維糸条の目付は２８５ｇ／ｍ２、糸条幅の変動率は１２％、カバーファクターは９８％であった。
【００９７】
（比較例２）
比較例１にて製造された強化繊維基材を用い、積層構成２にかえて次の積層構成３にする以外は実施例５と同様にして複合材料を成形した。かかる複合材料の圧縮強度およびＣＡＩを表１に示す。
【００９８】
積層構成３：［−４５°／０°／＋４５°／９０°］２Ｓ、計１６層、３７０ｍｍ×３７０ｍｍ。
【００９９】
【表１】
2004256961.tif 000003
【０１００】
複合材料の力学特性に関し、本実施例のものは非常に高い値を示し、中でも実施例２のものが特にバランスに優れた。一方、比較例１のものは、実施例２〜４よりも大幅にＣＡＩが低く、樹脂材料の寄与は明らかである。
【０１０１】
強化繊維基材のマトリックス樹脂の含浸性、品質安定性および形態安定性については、実施例２、３のものが特に優れた。なお、実施例１のものは、樹脂材料を用いていないので、実施例２、３の同等以下の含浸性、形態安定性であった。すなわち、本発明の最も好ましい態様の一つとしては、実施例２または３のものということができる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、糸条幅を目標幅Ｗｔに正確かつ安定して制御することができるため、強化繊維糸条の隙間やカバーファクターを所望の範囲内に均一に制御でき、すなわち品質安定性に優れ、強化繊維糸条の蛇行、屈曲が抑制し、その真直性に優れる強化繊維基材を得ることができる。このことにより、マトリックス樹脂の含浸性が良好で、力学特性（特に圧縮強度、ＣＡＩ）に優れる複合材料を生産性良く得られるだけでなく、その品質安定性にも優れた強化繊維基材および複合材料を提供できる。
【０１０３】
このような複合材料は、航空機、自動車、船舶等の輸送機器における一次構造部材、二次構造部材、外装部品、内装部品もしくはそれらの部品等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造工程の流れを説明する概略工程図である。
【図２】本発明の製造方法にて製造された強化繊維基材の一実施態様の平面図である。
【図３】本発明の製造方法の好ましい実施態様を説明する模式図である。
【符号の説明】
１：引出工程
２：狭幅工程
３：拡幅工程
４：固定工程
２１：強化繊維基材
２２、３２：たて糸（強化繊維糸条）
２３、３３：よこ糸（補助繊維糸条）
２４：樹脂材料
２５：補助たて糸（たて補助繊維糸条）
３１：織機
３４ａ：綜絖
３４ｂ：メール
３５：筬
３６：レピア
３７；織前で開口を規制するバー
３８：ニップロール
３９：駆動ロール
【図１】
2004256961.tif 000004
【図２】
2004256961.tif 000005
【図３】
2004256961.tif 000006