(57)【要約】【課題】  本発明は、炭素繊維強化複合材料に関する。【課題を解決するための手段】  炭素繊維束とマトリクス樹脂からなる炭素繊維強化複合材料であって、ＡＳＴＭ  Ｄ５３７９／Ｄ５３７９Ｍで得られた前記炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率と、式（１）、（２）から求めた、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率が４．０ＧＰａ以上である炭素繊維強化複合材料により解決される。Ｇf＝Ｇ１２−（Ｇｍ×Ｖm）  ・・・（１）                Ｇf：炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率（ＧＰａ）                Ｇ１２：炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率（ＧＰａ）                Ｖm：炭素繊維強化複合材料中のマトリクス樹脂の体積含有率（％）Ｇm＝Ｅ／（２×（１＋ν））  ・・・（２）                Ｇm：マトリクス樹脂のせん断弾性率（ＧＰａ）                Ｅ：マトリクス樹脂の縦弾性率（ＧＰａ）                ν：マトリクス樹脂のポアソン比【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維束とマトリクス樹脂からなる炭素繊維強化複合材料であって、ＡＳＴＭ  Ｄ５３７９／Ｄ５３７９Ｍで得られた前記炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率と、式（１）、（２）から求めた、前記炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率が４．０ＧＰａ以上である炭素繊維強化複合材料。
Ｇf＝Ｇ１２−（Ｇｍ×Ｖm）  ・・・（１）
Ｇf：炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率（ＧＰａ）
Ｇ１２：炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率（ＧＰａ）
Ｖm：炭素繊維強化複合材料中のマトリクス樹脂の体積含有率（％）
Ｇm＝Ｅ／（２×（１＋ν））  ・・・（２）
Ｇm：マトリクス樹脂のせん断弾性率（ＧＰａ）
Ｅ：マトリクス樹脂の縦弾性率（ＧＰａ）
ν：マトリクス樹脂のポアソン比
【請求項２】
前記炭素繊維の単繊維繊度が１．２ｄｔｅｘ以上２．４ｄｔｅｘ以下である請求項1に記載の炭素繊維強化複合材料。
【請求項３】
前記炭素繊維の単繊維炭素繊維の真円度が０．７０〜０．９０である請求項１または２に記載の炭素繊維強化複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、他の繊維に比べて高い比強度および比弾性率を有するため、複合材料用補強繊維として、従来からのスポーツ用途や航空・宇宙用途に加え、自動車や土木・建築、圧力容器および風車ブレードなどの一般産業用途にも幅広く展開されつつあり、更なる高性能化の要請が高い。
【０００３】
その中でも、炭素繊維強化複合材料の圧縮特性は複合材料構造を設計上必要な機械的特性の中でも最も重要なものの一つである。圧縮特性の支配要因として、例えば非特許文献１に紹介されるように、炭素繊維の座屈は周囲のマトリクス樹脂により拘束されるので、圧縮強度はマトリクス樹脂の弾性特性に依存していること知られている。しかしながら、ある温度の範囲で使用した場合、一般的にマトリクス樹脂の弾性率は温度上昇とともに急激に減少するので、高温では繊維座屈様式が生じやすくなることが問題となる場合がある。
【０００４】
また、炭素繊維強化複合材料の圧縮強度を改善する手法として、異種繊維を組み合わせる手法がある。これらの技術によると、圧縮強度の改善と共に、曲げ強度、捻り強度の向上も図れるとされている。（たとえば特許文献１）
【０００５】
ところが、これらの技術は、炭素質ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維を単独で用いた炭素繊維強化複合材料を出発点とした改善手法であるため、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）繊維を原料として製造されるＰＡＮ系炭素繊維を単独で用いた炭素繊維強化複合材料の圧縮強度と比較すると大きく低下していることから、圧縮強度の底上げという点では満足されるものではなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】複合材料入門 原著者Ｄ．ハル、宮入裕夫 株式会社培風館 １９８３年
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、圧縮強度及び曲げ強度の発現に優れた、炭素繊維強化複合材料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】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意研究を進めた結果、炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率から求めた、炭素繊維のせん断弾性率が４ＧＰａ以上である炭素繊維によって課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、炭素繊維強化複合材料の圧縮強度及び曲げ強度の発現に優れ、衝撃特性を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
請求項１に係わる炭素繊維は、炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率から求めた、炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率が４ＧＰａ以上である。本発明における炭素繊維束、炭素繊維強化複合材料の構成、面外せん断弾性率及び炭素繊維のせん断弾性率の詳細説明を以下に示す。
【００１２】
[炭素繊維束]
[耐炎化処理]
本発明の炭素繊維強化複合材料に使用できる炭素繊維の製造方法を説明する。前駆体繊維束として、アクリロニトリル単位９５〜９９モル%と(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル単位１〜５モル％のポリアクリロニトリル系共重合体からなり、単繊維繊度が１．５ｄｔｅｘ以上５．０ｄｔｅｘ以下、単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状が真円度０．９０以下である炭素繊維前駆体アクリル繊維束を用いる。更に前記前駆体繊維束を酸化性雰囲気下において、２４０℃以上３００℃以下の温度で９０分以下の時間で耐炎化処理されて、耐炎化繊維束とされる。なお、本発明において、「酸化性雰囲気下」とは、二酸化窒素、二酸化硫黄、酸素等の酸化性物質を含有する空気中を意味する。
【００１３】
[耐炎化処理温度]
耐炎化処理の温度が２４０℃以上であれば耐炎化反応を暴走させること無く、効率的に耐炎化処理を行うことができる。また、３００℃以下であれば前駆体繊維のポリアクリロニトリル骨格を熱分解させることなく耐炎化処理することが可能であり、処理時間９０分以下で耐炎化繊維束の密度を１．３５〜１．４３ｇ／ｃｍ３まで上げることができる。
【００１４】
耐炎化処理の温度は、耐炎化処理時間を短縮する観点から２５０℃以上が好ましく、耐炎化反応の暴走を抑制する観点から２８０℃以下が好ましい。
【００１５】
[耐炎化処理時間]
耐炎化処理時間は、１０〜９０分間であることが好ましい。耐炎化処理時間が１０分間以上であれば、前駆体繊維束を構成する単繊維内部への酸素の拡散を充分に行うことが出来る。また、耐炎化処理時間が９０分間以下であれば、炭素繊維束の製造工程において耐炎化処理工程が生産性を損なう原因となることなく、効率よく炭素繊維束を製造することが可能である。更に、炭素繊維束の性能及び生産性向上の観点から、耐炎化処理時間は、３０〜７０分間がより好ましい。
【００１６】
[耐炎化繊維束の密度]
耐炎化処理によって得られる耐炎化繊維束の密度は、１．３５〜１．４３ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。１．３５ｇ／ｃｍ３以上であれば、炭素繊維束の収率を低下させること無く炭素繊維を製造することが可能である。一般的に、耐炎化繊維の密度が高いほど得られる炭素繊維束の収率は向上するが、炭素繊維の性能は低下することが知られており、耐炎化繊維束の密度が１．４３ｇ／ｃｍ３以下であれば、炭素繊維の性能低下を抑えつつ、得られる炭素繊維束の収率を向上することが可能である。得られる炭素繊維の性能保持と収率向上の観点から、耐炎化繊維束の密度は、１．３５〜１．４３ｇ／ｃｍ３がより好ましい。
【００１７】
[（メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルの耐炎化挙動]
前駆体繊維束を耐炎化処理する工程において、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル単位のカルボン酸ヒドロキシアルキル基(カルボン酸エステル基)が熱分解してカルボン酸基になるまでの間、耐炎化反応の進行が抑制される。これにより、酸素が単繊維の内部にまで拡散するのに十分な時間を確保した後、２４０℃以上の高温において、メタクリル酸ヒドロキシアルキル単位のカルボン酸ヒドロキシアルキル基の熱分解が起こってカルボン酸基になると、２４０℃以上の高温から素早く耐炎化処理を行うことが可能となる。
【００１８】
更に、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル単位のカルボン酸ヒドロキシアルキル基は比較的嵩高い官能基であり、耐炎化工程での酸素透過性を改善する効果がある。これらの効果により、耐炎化反応の進行が抑制されている間に単繊維の内部にまで酸素が効率的に拡散されるので、単繊維繊度の大きい前駆体繊維束の耐炎化処理を高温から始めて短時間で行つても断面二重構造の形成が抑制され、耐炎化進行度が均―な、耐炎化繊維を得ることができる。
【００１９】
[前炭素化処理]
耐炎化処理後、炭素化処理前に、得られた耐炎化繊維束を不活性ガス中、最高温度が５５０℃以上８００℃以下の温度で処理する前炭素化処理を行うこともできる。
【００２０】
[炭素化処理]
得られた耐炎化繊維束を不活性ガス中、８００℃以上２０００℃以下の温度で炭素化処理することによって炭素繊維束を製造することができる。さらにこの炭素繊維を不活性ガス中、２５００℃以上〜２８００℃以下程度の高温で処理することによって、黒鉛繊維を製造することもできる。炭素化処理によって得られる炭素繊維束は、単繊維の直径が８μｍ以上で、単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状は真円度０．９０以下であり、平均単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘであり、単繊維の繊維軸に垂直な断面の形状が真円度０．７０以上０．９０以下である炭素繊維束である。断面形状は空豆型であることが好ましい。尚、真円度の測定方法は後述する。
【００２１】
[炭素繊維束の単繊維の直径Ｄｉ（最大フェレ径)］
単繊維の繊維軸に垂直な断面を走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)により観察し、得られた画像について画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ ＰＬＵＳ)を用いて断面の長径(最大フェレ径)を測定する。この断面の長径の平均値を直径Ｄｉとした。直径Ｄiは、８〜２０μｍであることが好ましく、１０〜１５μｍであることが特に好ましい。尚、直径Ｄiの測定方法は後述する。
【００２２】
＜炭素繊維束の直径及び真円度＞
（１）サンプルの作製
長さ５ｃｍに切断した炭素繊維束をエポキシ樹脂(エポマウント主剤:エポマウント硬化剤＝１００：９（質量比）)に包埋し、２ｃｍに切断して横断面を露出させ、鏡面処理した。
【００２３】
（２）観察面のエッチング処理
更に、繊維の外形を明瞭にするために、サンプルの横断面を次の方法でエッチング処理した。
・使用装置：プラズマエッチング装置（日本電子(株)社製、製品名：Ｐ―１７０）
・処理条件：雰囲気ガス：Ａｒ／Ｏ２＝７５／２５、プラズマ出力：５０Ｗ、真空度：約１２０Ｐａ、処理時間：５ｍｉｎ
【００２４】
（３）ＳＥＭ観察
前記（１）及び（２）により得られたサンプルの横断面を、ＳＥＭ（ＰＨＩＬＩＰＳ社製、製品名：ＦＥＩ―ＸＬ２０）を用いて観察し、画面上に５個以上の繊維断面が写っている写真を任意に５枚撮影した。
【００２５】
（４）炭素繊維束の単繊維の直径測定
各サンプルについて5枚のSEM写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の単繊維断面を選んで、画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、断面の長径(最大フェレ径)ｄを計測した。選んだ単繊維断面全ての長径ｄの平均を、炭素繊維束の単繊維の直径Ｄｉとした。
【００２６】
（５）真円度測定
画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ  ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、周長Ｌおよび面積Ｓを計測した。各サンプルについて５枚の写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の繊維断面を選んで計測し、ＬおよびＳの平均値を求め、次式により真円度を算出した。
真円度=４πＳ／Ｌ２  ・・・（３）
【００２７】
本発明の炭素繊維強化複合材料に使用できる炭素繊維束は、直径Ｄｉが８μｍ以上の単繊維から構成されていることから、各単繊維の曲げ剛性が高く、製造工程時の外乱により繊維同士が絡み合うことが少ないので、繊維束内の交絡数が減少する。さらに、単繊維が太い場合は、繊維束内部における単繊維同士の接触部分が少なくて単繊維同士の摩擦抵抗が減少することから、炭素繊維束は繊維数が多くても広がり性が非常に良好である。このため、直径Ｄｉは９μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。ただし、炭素繊維の直径が太い場合は、後述の酸素透過性の問題が解決されたとしても、単位長さあたりの体積が増えることに比例して欠陥の存在確率が増加して炭素繊維の強度が低下する。炭素繊維の強度を低下させない観点から、直径Ｄｉは１７μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２８】
[炭素繊維束の単繊維の断面形状]
本発明の炭素繊維強化複合材料に使用できる炭素繊維束の単繊維の断面形状は、炭素繊維束の単繊維の繊維軸に垂直な断面の真円度で表される。真円度は式（３）にて求められる値であって、Ｓ及びＬは、単繊維の繊維軸に垂直な断面をＳＥＭ観察し画像解析することにより得られる、単繊維の断面積及び周長である。
【００２９】
本発明の製造方法で得られる炭素繊維束の単繊維の断面形状は、真円度０．７０以上０．９０以下である。さらに、断面形状が空豆型であることが好ましい。断面形状を比較的単純な形状である真円度０．７０以上０．９０以下の空豆型とすることで、耐炎化処理時に前駆体繊維束を構成する単繊維内部への酸素拡散が不足することなく、耐炎化反応が十分に進行しており、その結果、炭素化工程での毛羽が抑えられ、工程通過性が良好で、得られる炭素繊維束の強度や弾性率を適正に維持できる。真円度が０．７０以上０．９０以下である本発明の炭素繊維は、単繊維の繊度が大きくなつても、真円度が０．９０より大きい丸に近い断面形状の炭素繊維より、ストランド強度は高い数値を維持できる。また、単繊維を密に詰めることが出来るため、プリプレグ中での繊維含有率が向上し、複合材料の力学特性を向上させることが可能となる。
【００３０】
さらに、一方向性プリプレグを積層して積層板にしたときの０°圧縮強度は、真円度が０．７０以上０．９０以下である炭素繊維を用いた場合の方が、真円度が０．９０より大きい丸に近い断面形状の炭素繊維を用いた場合より、高い値を示す。単繊維の表面から中心までの距離が短い場合は単繊維繊度を比較的大きくしても均―に耐炎化処理されるので、炭素繊維束を構成する単繊維の真円度は０．８８以下であることがより好ましく、０．８６以下であることが最も好ましい。しかし、断面形状が異形化し過ぎると、プリプレグを製造する際の繊維含有率を高く出来ず、複合材料の力学特性が低下する。そのため、炭素繊維束を構成する単繊維の真円度は、０．７５以上が好ましく、０．８０以上がより好ましい。
【００３１】
一方、特開平１１―１２４７４３号公報等に示されているように、扁平や３葉など比較的単純な異形断面を有する炭素繊維においては、単繊維同士がかみ合ったようになり、広がり性が低下する。また、８葉やＣ型など、複雑な異形断面を有する単繊維については、単繊維同士がかみ合うことは少ないものの、逆に単繊維を密に詰めることが不可能となり、プリプレグを製造する際の繊維含有率を高くできず、複合材料の力学特性が低下する。
【００３２】
[炭素繊維の表面形態]
本発明の炭素繊維束は、炭素繊維の表面に繊維の長手方向に延びる皺が存在することが好ましい。繊維の長手方向に延びる皺は、炭素繊維を強化材とする繊維強化樹脂材料の機械特性の発現に非常に重要な役割を果たすものである。これは、炭素繊維と樹脂の界面相の形成とその特性に直接係わるものであり、繊維強化樹脂材料を構成する３つの要素である繊維、マトリクス樹脂および界面相の一つを特徴づけるものであるからである。単繊維の表面の皺とは、ある方向に一定以上の長さを有する凹凸の形態を指すものである。ここで一定以上とは、０．６μｍから１．０μｍ程度である。またその方向には特に限定はなく、繊維軸方向に平行、あるいは垂直、あるいはある角度を有するものでもよい。炭素繊維束の一般的な製造方法から、通常の炭素繊維表面には繊維軸方向にほぼ平行な皺が存在する。
【００３３】
本発明の炭素繊維束は、単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる溝状の凹凸を複数有し、単繊維の円周長さ２μｍの範囲で最高部と最低部の高低差(皺の深さ)が、８０ｎｍ以下であることが好ましい。皺の深さが深くなりすぎると繊維束の集束性が低下し、炭素繊維束を製造する際の焼成工程の通過性が悪化し、炭素繊維束を安定して得ることができなくなる。また、炭素繊維束の表面欠陥が増え、ストランド強度が低下する。皺の深さが浅い場合においては含浸性が悪化する懸念があるが、本発明では大きい繊度の炭素繊維束を利用することで含浸性を向上させている。なお、前駆体繊維束および炭素繊維束の断面の皺の深さは、凝固浴濃度および温度、さらに延伸条件を変更することにより決定される。
【００３４】
[炭素繊維束の性能]
本発明の炭素繊維束は、ストランド引張強度が３０００ＭＰａ以上であることが好ましい。ストランド引張強度が著しく低い場合、構造材など現在炭素繊維が使用されているほとんどの分野において、使用できないものとなってしまう。よって、かかる引張強度は３５００ＭＰａ以上であることがより好ましく、４０００ＭＰａ以上であれば風車や自動車、建材等を中心とする産業用途においては、既存のほとんどの分野への適用が可能となる。
【００３５】
本発明の炭素繊維束は、ストランド引張弾性率が２００ＧＰａ以上であることが好ましい。引張弾性率が著しく低い場合、構造材など現在炭素繊維が使用されているほとんどの分野において、使用できないものとなってしまう。よって、かかる引張弾性率は２１０ＧＰａ以上であるとより好ましく、２２０ＧＰａ以上であれば既存のほとんどの分野への適用が可能となる。
【００３６】
本発明の炭素繊維束は、総繊度が、３００００〜９００００ｄｔｅｘであることが好ましい。総繊度がこの範囲の炭素繊維束であれば、大型の複合材・成形物の製造に適する。細い繊維束を複数合わせて総繊度をあわせた場合は、繊維束同士のずれが発生して、品質が良好な大型の複合材や成形物を製造することが困難である。総繊度が３００００ｄｔｅｘ以上であれば、生産性を高くでき、生産コストを下げ易くなるので好ましい。また総繊度が９００００ｄｔｅｘ以下であれば、取り扱いが容易であり、その点から、６００００ｄｔｅｘ以下がより好ましく、４００００ｄｔｅｘ以下が更に好ましい。
【００３７】
[炭素繊維束の表面処理]
本発明の炭素繊維束は、サイジング処理工程の前に、表面処理が行われても良い。例えば、電解液中で電解酸化処理を施したり、気相または液相での酸化処理を施したりすることによって、複合材料における炭素繊維とマトリクス樹脂との親和性や接着性を向上させることが好ましい。
【００３８】
[サイジング処理工程]
炭素繊維束にサイジング処理する工程では、サイジング処理と乾燥処理を行う。サイジング処理の方法は特に限定されず、炭素化繊維束に所望のサイジング剤を付与することができれば良い。例えば、ローラーサイジング法、ローラー浸漬法およびスプレー法等を挙げることができる。
【００３９】
本発明の炭素繊維束にサイジング処理する工程に用いることができるサイジング処理液は特に限定されず、種々の高次加工に適した特性を有するものを選択することができる。例えば、均―に糸条に含浸するためには、サイジング剤を含む溶液を、エマルジョンまたはサスペンジョン状態とし、それを炭素化繊維束に付着させて、乾燥装置内で溶剤または分散媒を乾燥除去できるものであれば良い。
【００４０】
サイジング処理液中のサイジング剤の主成分としては、エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリビエルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂などが挙げられ、特に限定されない。
【００４１】
サイジング処理液中のサイジング剤の含有量は特に限定されず、０．２〜２０．０質量％が好ましく、より好ましくは３．０〜１０．０質量％である。サイジング処理液中のサイジング剤の含有量を０．２質量％以上とすることで、炭素繊維に所望する機能を充分に付与することができる。また、サイジング処理液中のサイジング剤の含有量を２０．０質量％以下とすることで、サイジング剤の付着量が適切なものとなり、後工程である複合材料を製造する際の炭素繊維束中へのマトリクス樹脂の含浸性が良好となる。
【００４２】
サイジング処理液に用いる溶媒または分散媒は特に限定されないが、取り扱い性および安全性の面から、水を用いることが好ましい。
【００４３】
炭素繊維束１００質量％に対するサイジング剤の付着量は、０．３〜５．０質量％であることが好ましく、０．４〜３．０質量％がより好ましい。サイジング剤の付着量を０．３質量％以上とすることで、炭素繊維束に所望する機能を充分に付与することができる。また、サイジング剤の付着量を３．０質量％以下とすることで、後工程である複合材料を製造する際の炭素繊維束中へのマトリクス樹脂の含浸性が良好となる。
【００４４】
サイジング処理後の乾燥処理では、サイジング処理液の溶媒または分散媒を乾燥除去する。その際の条件は、１２０〜３００℃の温度で、１０秒間〜１０分間の範囲が好適であり、より好適には１５０〜２５０℃の温度で、３０秒間〜４分間の範囲である。乾燥温度を１２０℃以上とすることで、溶媒を充分に除去することができる。また、乾燥温度を３００℃以下とすることで、サイジング処理された炭素繊維束の品質を維持することができる。
【００４５】
乾燥処理の方法は特に限定されず、例えば、蒸気を熱源とするホットロールに炭素繊維束を接触させて乾燥させる方法や、熱風が循環している装置内で炭素繊維束を乾燥させる方法を挙げることができる。
【００４６】
［炭素繊維強化複合材料］
本発明の炭素繊維強化複合材料は、本炭素繊維束を用いてなる複合材料であり、本炭素繊維束からなる強化材とマトリクス樹脂とにより形成される。マトリクス樹脂としては、炭素繊維強化複合材料に通常用いられるマトリクス樹脂を用いることができ特に限定されないが、熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂などを用いることが可能である。熱硬化性樹脂としては、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、フェノール樹脂等が挙げられる。炭素繊維との接着性の点からエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂が望ましい。エポキシ樹脂組成としては、エポキシ樹脂成分、硬化剤成分以外に、エラストマー成分を含有することが更に好ましい。エラストマー成分としてはＣａｒｂｏｘｙｌ−ＴｅｒｍｉｎａｔｅｄＢｕｔａｄｉｅｎｅ−Ｎｉｔｒｉｌｅ（ＣＴＢＮ）等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド６等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、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などを使用できる。また、これら各樹脂の変性体を用いてもよいし、複数種の樹脂をブレンドして用いてもよい。また、熱可塑性樹脂は、各種添加剤、フィラー、着色剤等を含んでいてもよい。本複合材料の製造方法としては、本炭素繊維束を用いる以外は、炭素繊維強化複合材料の製造に通常用いられる製造方法を用いることができる。
【００４７】
［面外せん断弾性率］
ＡＳＴＭ  Ｄ５３７９／Ｄ５３７９Ｍに従い、炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率を測定した。
【００４８】
［炭素繊維のせん断弾性率］
炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率は、下記式（１）によって求められる値であって、マトリクス樹脂のせん断弾性率は下記式（２）によって求められる値である。
Ｇf＝Ｇ１２−（Ｇｍ×Ｖm）  ・・・（１）
Ｇf：炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率（ＧＰａ）
Ｇ１２：炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率（ＧＰａ）
Ｖm：炭素繊維強化複合材料中のマトリクス樹脂の体積含有率  （％）
Ｇm＝Ｅ／（２×（１＋ν））  ・・・（２）
Ｇm：マトリクス樹脂のせん断弾性率（ＧＰａ）
Ｅ：マトリクス樹脂の縦弾性率（ＧＰａ）
ν：マトリクス樹脂のポアソン比
【００４９】
［実施例１］
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
［炭素繊維］
単繊維繊度  １．３ｄｔｅｘ、直径Ｄｉ  １１．９μｍ、真円度０．８２、強度  ４１５０ＭＰａ、弾性率  ２４９ＧＰａの炭素繊維束を用意した。
【００５１】
［プリプレグの作製］
マトリクス樹脂組成物（三菱レイヨン製、製品名：＃３５０）を用いた、目付６８±６g／ｍ２の樹脂フィルムの樹脂塗布面上に炭素繊維束をドラムワインドにて巻き付けた後に同フィルムで挟み込み、加熱加圧により樹脂を含浸させることで、炭素繊維目付１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有率３２質量％の一方向プリプレグを作製した。
【００５２】
［積層板の成型］
作製した一方向プリプレグから、［０°］構成で一方向に７プライ積層（０°圧縮試験用）と１４プライ積層（面外せん断弾率、０°曲げ試験用及び繊維体積含有率用）し、オートクレーブにて昇温速度２℃／分とし０．０４ＭＰaの圧力下、８０℃６０分間保持した後、昇温速度２℃／分とし０．６０ＭＰaの圧力下、１３０℃で９０分間加熱加圧し、積層板を作製した。
【００５３】
［０°圧縮試験］
上記で得られた７プライの積層板に共材のタブを接着した後、湿式ダイヤモンドカッターにより長さ８０．７ｍｍ（繊維方向）×幅１２．７ｍｍの寸法に試験片を６体切り出し、ＳＡＣＭＡ  １Ｒ−９４に従い、インストロン万能試験機（インストロン社製）を用いて、０°圧縮強度を求めた。結果を表１に示す。
【００５４】
［０°曲げ試験］
同様に１４プライの積層板からは、湿式ダイヤモンドカッターにより長さ１２７ｍｍ（繊維方向）×幅１２．７ｍｍの寸法に試験片を６体切り出し、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０／Ｄ７９０Ｍに従い、ローディングシリンダ半径Ｒ５、サポートシリンダ半径Ｒ３．２、Ｌ／ｄ＝４０の条件で、インストロン万能試験機（インストロン社製）を用いて０°曲げ強度を求めた。結果を表１に示す。
【００５５】
［面外せん断試験］
同様に１４プライの積層板からは、湿式ダイヤモンドカッターにより長さ７８ｍｍ（繊維方向）×幅１９ｍｍの寸法に試験片を５体切り出し、所定の箇所にＶ字状のノッチ加工を施し、ＡＳＴＭ  Ｄ５３７９／Ｄ５３７９Ｍに従い、インストロン万能試験機（インストロン社製）を用いて、面外せん断弾性率を求めた。結果を表１に示す。
【００５６】
［炭素繊維強化複合材料中のマトリクス樹脂の体積含有率］
同様に１４プライの積層板からは、湿式ダイヤモンドカッターにより長さ７８ｍｍ×幅１９ｍｍの寸法に試験片を３体切り出し、ＡＳＴＭ  Ｄ７９２／Ｄ７９２Ｍに従い、炭素繊維強化複合材料の密度を求めた。
【００５７】
下記式（４）により、繊維体積含有率を求めた。
Ｖｆ＝（ρＣ−ρＣＦ）／（ρＣ−ρＲ）×１００  ・・・（４）
Ｖｆ：炭素繊維強化複合材料中の炭素繊維の体積含有率（％）
ρＣ：炭素繊維強化複合材料の密度（g／ｃｍ３）
ρＣＦ：炭素繊維束の密度（g／ｃｍ３）
ρＲ：マトリクス樹脂の密度（g／ｃｍ３）
【００５８】
下記式（５）により、樹脂体積含有率を求めた。
Ｖm＝１００−Ｖf  ・・・（５）
Ｖｍ：炭素繊維強化複合材料中のマトリクス樹脂の体積含有率（％）
【００５９】
［マトリクス樹脂のせん断弾性率］
マトリクス樹脂組成物（三菱レイヨン製、製品名：＃３５０）を、スペーサー（２ｍｍ厚、ポリテトラフルオロエチレン製）を挟んだ２枚のガラス板（２ｍｍ厚）の間に注入し、１３０℃、１２０分間の硬化条件で加熱硬化し、マトリクス樹脂の板を得た。
【００６０】
上記で得られたマトリクス樹脂の板から、湿式ダイヤモンドカッターにより長さ１６５mm×幅１９mmの寸法に切り出し、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８／Ｄ６３８Ｍに従い、インストロン万能試験機（インストロン社製）を用い、マトリクス樹脂の縦弾性率とポアソン比を求めた。なお、マトリクス樹脂の縦弾性率の計算方式はコード弾性率とし、解析区間は歪の０．０５％と０．２５％のポイントとした。同様にポアソン比の計算も、解析区間は歪の０．０５％と０．２５％のポイントとした。
【００６１】
式（２）により、せん断弾性率を求めた。結果を表１に示す。
【００６２】
［実施例２］
単繊維繊度  ２．３ｄｔｅｘ、直径Ｄｉ  １５．６μｍ、真円度０．８３、強度  ３６００ＭＰａ、弾性率  ２３２ＧＰａの炭素繊維束を用意した以外は、実施例１と同様である。
【００６３】
［比較例１］
直径  ７μｍの炭素繊維束（三菱レイヨン（株）社製、商品名：“パイロフィル（登録商標）”ＴＲ  ５０Ｓ、繊維本数：１２，０００本、引張強度：４９００ＭＰａ、引張弾性率：２４０ＧＰａ）を使用した以外は、実施例１と同様である。
【００６４】
実施例１〜２と比較例１との対比により、炭素繊維強化複合材料の面外せん断弾性率から求めた、炭素繊維束を構成する炭素繊維のせん断弾性率が４ＧＰａ以上であると、炭素繊維強化複合材料の圧縮強度及び曲げ強度の発現に優れることがわかる。