(57)【要約】【課題】常温雰囲気下と低温雰囲気下におけるドレープ性能の温度依存性を抑制し、温度変化を伴う作業環境でも取扱いの使い分けを必要としない炭素繊維基材を提供する。【解決手段】サイジング剤が付与された炭素繊維糸条が多数本並行に配列されてなる炭素繊維基材であって、炭素繊維糸条の配列方向における２０℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ１と炭素繊維糸条の配列方向における５℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１が１．２以下である炭素繊維基材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイジング剤が付与された炭素繊維糸条が多数本並行に配列されてなる炭素繊維基材であって、炭素繊維糸条の配列方向における２０℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ１と炭素繊維糸条の配列方向における５℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１が１．２以下である炭素繊維基材。
【請求項２】
炭素繊維糸条の配列方向における５℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ２が３５０ｍｍ以下である、請求項１に記載の炭素繊維基材。
【請求項３】
炭素繊維糸条におけるサイジング剤の付着量が０．８〜１．６質量％である、請求項１または２に記載の炭素繊維基材。
【請求項４】
炭素繊維目付が１５０〜６５０ｇ／ｍ２である、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維基材。
【請求項５】
炭素繊維糸条をたて糸として並行に配列した一方向性織物である、請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維基材。
【請求項６】
よこ糸がガラス繊維および／または有機繊維から構成され、よこ糸の打ち込み本数が３〜１０本／２５ｍｍである、請求項５に記載の炭素繊維基材。
【請求項７】
構造体の補修補強に用いられる、請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素繊維糸条が多数本並行に配列されてなる炭素繊維基材であって、常温雰囲気から低温雰囲気にかけての剛軟度の低下を制御することで、ドレープ性能の温度依存性を抑制した炭素繊維基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維とマトリックス樹脂からなる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、軽量性や力学特性に優れることから、各種産業用途に幅広く利用されている。近年においては、経年劣化や用途変更等によって耐荷重不適合になった構造物の補修補強工法としても、ＣＦＲＰへの関心が高まっている。
【０００３】
このような構造物を補修補強する代表的な工法として、繊維シート工法が用いられている。この繊維シート工法とは、現場にて強化繊維シートに、樹脂を含浸・硬化させて、補強構造物に直接接着させる工法である。かかる工法では、屋外で実施されるケースが多いことから、使用する強化繊維シートにおいては、年間通じた幅広い温度帯にて一定の性能を発現することが要求される。中でも、施工面への追従性や、施工後のボコツキ、浮きの要因となるドレープ性に対する性能安定性への要求が高い。一般的に強化繊維には集束剤が付与されていることから、雰囲気温度の低下に伴い、剛直になる傾向にある。従って、環境温度の変化を伴う用途に適用される強化繊維シートにおいては、温度低下に依存しないドレープ性の発現が課題である。
【０００４】
かかる繊維シート工法に用いられる強化繊維シートとして、特許文献１、２には、炭素繊維基材の柔軟性の指標として、剛軟度を特定範囲に規定した技術の開示がある。かかる技術では、剛軟度の温度依存性に関しての追求はなく、あくまで常温環境下での性能発現に課題意識が向けられている。従って、温度低下にて表面化する課題への改善はなされていない。また、特許文献３には、２５℃と６０℃以上での剛軟度を規定した強化繊維基材に関する技術が開示されている。かかる技術では、６０℃以上の高温側の性能について設計されているものの、冬期の気温に相当する低温側での性能については開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４６５８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１６８１６５号公報
【特許文献３】特開平１０−６１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上述した技術課題を解決し、常温雰囲気下と低温雰囲気下におけるドレープ性能の温度依存性を抑制し、温度変化を伴う作業環境でも取扱の使い分けを必要としない炭素繊維基材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の炭素繊維基材は次の特徴を備える。すなわち、本発明は、サイジング剤が付与された炭素繊維糸条が多数本並行に配列されてなる炭素繊維基材であって、炭素繊維糸条の配列方向における２０℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ１と炭素繊維糸条の配列方向における５℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１が１．２以下である炭素繊維基材、である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の炭素繊維基材によれば、常温雰囲気と低温雰囲気での剛軟度の比を特定範囲とすることで、温度変化をともなう作業環境下での取扱であっても、炭素繊維基材が安定したドレープ性能を発現できるため、使用条件の変更や温度管理等の余計な作業、設備を必要とせずとも、一定品質での形状賦形が可能となる。上述した理由から、本発明の炭素繊維基材は、屋外環境での使用が多い構造体の補修補強用途において好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の剛軟度の測定方法を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の炭素繊維基材の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の炭素繊維基材の別の一例を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の炭素繊維基材のさらに別の一例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施例における施工性評価方法を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の炭素繊維基材は、サイジング剤が付与された炭素繊維糸条が多数本並行に配列されてなる炭素繊維基材であって、炭素繊維糸条の配列方向における２０℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ１と炭素繊維糸条の配列方向における５℃雰囲気下での炭素繊維基材の剛軟度Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１が１．２以下である。
【００１１】
以下、本発明の炭素繊維基材の構成について、詳しく説明する。
【００１２】
本発明の炭素繊維基材は、炭素繊維糸条の多数本が少なくとも一方向に並行に引き揃えられて形成される。ここで、並行に引き揃えられるとは、同一方向に配列された隣接する炭素繊維糸条同士が、構造として意図的に交差または交錯せず配置されたことをいう。従って、製造上において非意図的に発生する、糸条間の部分的な重なりや配列の乱れについてはこれに含まれない。
【００１３】
また、炭素繊維糸条を引き揃える方向は、特に制限されないが、実用性の観点から一軸または二軸が好ましく用いられ、例えば０°、９０°、＋４５°、−４５°の何れか単独ないし組み合わせによる構成が一般的である。これら構成を満足する炭素繊維基材の具体的な形態としては、織物、編物、シート等が挙げられ、その用途や要求性能に応じて適宜選択できる。
【００１４】
本発明の炭素繊維基材を構成する炭素繊維糸条はサイジング剤が付与されている。炭素繊維は優れた比弾性を有する反面、その高弾性が故に、伸度が小さく耐屈曲摩耗性に著しく劣る。前述のとおり、本発明では炭素繊維糸条を基材として形成するため、擦過を伴う後次加工を必要とするが、かかる工程において、炭素繊維束を構成するフィラメントが損傷し、風綿や毛羽立ちを発生させるため、工程通過性に難がある上、基材の品質低下にも繋がる。
【００１５】
かかる問題に対し、炭素繊維糸条をサイジング剤にて処理することが有効である。サイジング剤を付与することで、糸条における集束性が付与され、後次加工性や取扱性が改善される。また、サイジング剤は後述する炭素繊維基材の剛軟度を設計する上でも重要な要素であり、サイジング剤の組成や付着量を変更することで、所望の剛軟度特性を有する炭素繊維基材に調整することができる。
【００１６】
ここで、炭素繊維糸条に付与するサイジング剤の組成としては特に限定されないが、例えば、脂肪族タイプの複数のエポキシ基を有する化合物や、ポリアルキレングリコールのエポキシ付加物、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡのポリアルキレンオキサイド付加物、ビスフェノールＡのポリアルキレンオキサイド付加物にエポキシ基を付加させたもの、などの１種または複数種を併用することができる。
【００１７】
本発明の炭素繊維基材を構成する炭素繊維糸条としては、少なくともサイジング剤が付与されていればよいが、好ましい付着量としては０．８〜１．６質量％の範囲である。サイジング剤付着量をかかる範囲とすることでハンドリング性や耐擦過性という点で好ましい。より好ましくは０．８〜１．２質量％、さらに好ましくは０．８〜１．０質量％である。
【００１８】
本発明の炭素繊維基材に使用する炭素繊維糸条としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、およびこれらを２種類以上ブレンドして構成された糸条等を好ましく用いることができる。複合材料の強度や弾性率を更に重要視する場合は、これらの中でもＰＡＮ系炭素繊維を用いることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の効果は、特に太い総繊度の炭素繊維糸条を用いた場合に顕著になるため、炭素繊維糸条のフィラメント数は３，０００〜１００，０００本であることが好ましく、より好ましくは１２，０００〜５０，０００本である。また、本発明に用いる炭素繊維糸条の総繊度は１００〜８，０００ｔｅｘであることが好ましく、より好ましくは４００〜４，０００ｔｅｘである。また、かかる太繊度の炭素繊維糸条は、生産性に優れるだけでなく、比較的安価に入手することができる。また、本発明に用いる炭素繊維糸条には、黒鉛繊維と称される高弾性率のものも含む。
【００２０】
本発明の炭素繊維基材において、炭素繊維糸条の配列方向における２０℃雰囲気下での剛軟度Ｄ１と炭素繊維糸条の配列方向における５℃雰囲気下での剛軟度Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１が１．２以下である。
【００２１】
一般にサイジング剤が付与された炭素繊維基材は、温度が高いと柔軟性が増し、温度が低いと剛直性が増す傾向にある。従って、基材の柔軟性が管理項目となる用途においては、低温雰囲気下での剛軟度が重要になることから、本発明では５℃雰囲気下での剛軟度を設定した。また、Ｄ２／Ｄ１の下限については、特に設定していないが、前述した理由から、基本的には１を下回ることはないが、測定バラツキにより１未満となる場合がある。
【００２２】
さて、Ｄ２／Ｄ１が１．２を超える場合、炭素繊維基材を使用する雰囲気温度の低下に依存し、基材のドレープ性が大きく損なわれる。ここでの深刻な課題は、常温雰囲気にて取扱条件が確立されていたにも関わらず、雰囲気温度の低下により全く別の取扱条件が必要となり、最悪の場合は所望の性能を発現できず、同目的での使用ができなくなる点にある。
【００２３】
具体的な状況として、例えば、繊維シート工法による屋外での施工作業において、夏期と冬期との温度変化により、基材の柔軟性が損なわれ、施工面への追従性が低下し、施工後の仕上がりにおいてボコツキや浮きが発生する問題がある。ボコツキや浮きの発生により、十分な補強効果が得られないほか、施工性が悪く、工期の長期化や作業の継続自体できなくなることがある。また、別の例として、成形加工の工場では温調設備がないことも少なくはなく、外気温の低下による影響が室内でも発生し、炭素繊維基材の柔軟性を低下させる。特に、ＲＴＭ成形やハンドレイアップ成形において特定の形状に基材を賦形する際に、シワや浮きの発生や、深絞りや複雑形状では賦形できないことがある。さらに、別の例として、産業資材は一般的に温調設備ない場所に保管される場合が多いため、低温環境においては、炭素繊維基材を使用する際、材料温度が雰囲気温度に到達するまで待つ必要があり、特に長尺の巻物等は内部が一定の温度になるまでに相当な時間を要し、作業時間のロスとなる。
【００２４】
上述した課題に対し、本発明は、温度変化を伴う環境下での問題点に着目し、炭素繊維基材における剛軟度の温度依存性を示すパラメーターとしてＤ２／Ｄ１を設定し、これを特定範囲とすることにより、温度変化を伴う使用環境における炭素繊維基材の取扱において、格別の改善効果を見出したものである。前記効果を発現する点において、炭素繊維基材のＤ２／Ｄ１は１．２以下であればよいが、１に近づくほど、常温雰囲気下と遜色なく取り扱うことができるため、好ましい。
【００２５】
また、本発明の炭素繊維基材は、５℃雰囲気下での炭素繊維糸条の配列方向における剛軟度Ｄ２が３５０ｍｍ以下であることが好ましい。剛軟度Ｄ２が３５０ｍｍ以下であれば、凹凸面や複雑形状への賦形においても、十分な追従性を確保することができる。同様に、２０℃雰囲気下での炭素繊維糸条の配列方向における剛軟度Ｄ１についても、剛軟度の下限範囲については、特に制限はなく、用途により適宜設計される。例えば、単純にハンドリング性を確保する観点からは５０ｍｍ以上であり、壁面や天井面に樹脂材料と貼り合わせる場合には、垂れ落ちを防止するため１００ｍｍ以上である。本発明においてＤ２／Ｄ１は、上述の通り１．０〜１．２の範囲であるから、剛軟度Ｄ１の好ましい範囲も必然的に３５０ｍｍ以下となり、これは剛軟度Ｄ２と同様に理由による。
【００２６】
ここで、炭素繊維基材の剛軟度は、ＪＩＳ Ｌ１０９６（２０１０）Ａ法をベースに測定される。以下、剛軟度の測定方法について、図１を参照しながら説明する。
【００２７】
まず、炭素繊維基材から炭素繊維糸条の配列方向が試験片における長さ方向となるようにして、幅２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ以上の試験片１を切り出す。試験片の長さは、炭素繊維基材の剛軟度により適正長が変化するため、適宜適当な長さに調整するとよい。次に、図１に示すような一端が４５°斜面を持つ水平台２の上に、試験片短辺の一端３を斜面４と水平面５の境界線Ａに合わせセットし、その上に押さえ治具（図示せず）を載せる。この状態にて測定温度±１℃に制御された室内にて試験片、試験備品の温度が安定するまで静置する。最後に、押さえ治具を斜面に向かって緩やかに水平移動させ、斜面４と試験片短辺の一端３とが接地した時の試験片短辺の他端６の位置（試験片の移動距離Ｌ）をスケール（図示せず）によって１ｍｍ単位まで読み取る。ここで、押さえ治具の移動速度は緩やかにおこなう必要があり、１〜１０ｍｍ／秒の範囲内とすることが好ましい。剛軟度は前記操作を５枚の試験片について、それぞれ表裏について測定した平均値とする。
【００２８】
ここで、本発明の炭素繊維基材について、図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。図２〜４は、本発明における炭素繊維基材の一実施態様を、模式的に示した斜視図である。
【００２９】
図２の炭素繊維基材は、０°方向に引き揃えられた炭素繊維糸条のたて糸８と、９０°方向に配列した補助繊維糸条のよこ糸９が互いに組織を形成した、一方向性織物７である。かかる一方向性織物では、たて糸及び／またはよこ糸の何れかにおいて炭素繊維糸条を主体とするが、炭素繊維糸条以外にも機能性繊維を適宜挿入してもよい。かかる機能性繊維としては、ガラスロービング、金属繊維、トレーサーヤーン等が例示できる。機能性繊維の挿入密度としては、炭素繊維基材の補強効果を損なわない範囲であって、炭素繊維糸条の打ち込み本数の１０％以下が好ましい。
【００３０】
一方向性織物は、一般的によこ糸として炭素繊維糸条よりも小さい繊度の補助繊維糸条が用いられるため、強化繊維であるたて糸の屈曲を抑制でき、炭素繊維糸条の強度利用率に優れる。図２においては平組織を適用しているが、綾組織、繻子組織、ノンクリンプ組織等の任意の織組織を選択することができる。ここで、ノンクリンプ組織とは、炭素繊維糸条の間にたて補助糸を配置し、前記たて補助糸とよこ糸である補助繊維糸条とを組織することで、実質的に炭素繊維糸条を屈曲させることなく形態保持した、一方向性織物の一種をいう。
【００３１】
一方向性織物に適用する補助繊維糸条としては、特に制限はないが、ガラス繊維及び／または有機繊維が好適に用いられる。有機繊維としては、アラミド、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、ビニルアルコール、ポリフェニレンサルファイド、ポリ乳酸、綿、絹等が例示でき、これら一種ないし複数種から選択できる。複数種を組み合わせる一例としては、ガラス繊維に低融点の有機繊維をカバーリングする方法であって、たて糸とよこ糸とを組織した後、有機繊維の融点以上に加熱することで、たて糸とよこ糸とが融着され、形態安定性が格段に向上する。これにより、炭素繊維基材の裁断や成形加工における組織崩れが生じ難く、炭素繊維糸条の伸直性が保持され、ＣＦＲＰとした際の強度利用率の損失を小さくできる。
【００３２】
よこ糸である補助繊維糸条の打ち込み本数は、炭素繊維基材の形態安定性、柔軟性、マトリックス樹脂含浸性に影響するパラメーターであるため、目的の用途に応じて適切に設計されるとよい。例えば、繊維シート工法において、壁面や天井といった重力に反した施工する場合、施工性、取扱性の観点からは、よこ糸の打ち込み本数を大きくして適度な剛直性を持たせることが好ましいが、一方で打ち込み本数を大きくし過ぎると柔軟性が低下するため、柱や梁といった凹凸表面に追従させることが困難となる。また、樹脂含浸性の観点からは、よこ糸の打ち込み本数を大きくすることで、樹脂の染み出し性は高くなるが、過剰な打ち込み本数はマトリックス樹脂の回り込みを誘発し、糸条内部に樹脂が十分に含浸せず、ボイドや未含浸部を形成する原因となる。別の観点として、生産性を考慮した場合、よこ糸の打ち込み本数が大きくなるほど、生産性は低下する。前述した通り、これらトレードオフの関係にある各特性を総合的に鑑みた結果、よこ糸の打ち込み本数は３〜１０本／２５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３３】
ここで、よこ糸の打ち込み本数（以下、よこ糸密度とも称す）は次の方法にて求められる。基材の長さ方向に１００ｍｍ以上の間をおいた５箇所について、１００ｍｍ間にあるよこ糸の本数を数えて、２５ｍｍ間の数値に換算する。得られた５箇所の平均値を小数点以下１桁まで求め、これをよこ糸密度とする。
【００３４】
また、本発明の炭素繊維基材における別の実施態様として、図３が挙げられる。図３は、０°方向に引き揃えられた炭素繊維糸条のたて糸１０と、９０°方向に引き揃えられた炭素繊維糸条のよこ糸１１が、互いに平織組織にて交錯した二方向性織物１２である。二方向性織物はたて糸とよこ糸が互いに交錯して組織を形成しているため、基材としての取扱性に優れるだけでなく、剪断変形による高い賦形性能を有する。また、織柄による意匠性に富むことから外観用途としての需要も高い。
【００３５】
さらに、別の実施態様である図４は、＋４５°方向に引き揃えられた炭素繊維糸条の第一層１３と、−４５°方向に引き揃えられた炭素繊維糸条の第二層１４とが、互いに直行するよう積層され、補助繊維糸条１５のステッチにより一体化された基材１６である。前記基材は一般にノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）と称され、補助繊維糸条が経編組織を形成していることから、編物に分類される。かかるＮＣＦにおいては、炭素繊維糸条を引き揃えた層を任意の方向に複数層形成できるため、例えば、疑似的に等方性となる様に、「−４５°／０°／＋４５°／９０°・・・」に構成することも可能である。また、織物とは異なり、炭素繊維糸条同士を交錯させないことから、ＣＦＲＰにおける平滑性、強度利用率に優れる特徴がある。経編組織に用いられる補助繊維糸条としては、特にその種類に制限はないが、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリ乳酸、アラミド繊維、綿糸、絹糸、などのモノフィラメント糸、マルチフィラメント糸から選択することができる。
【００３６】
本発明において、炭素繊維基材は上述した種々の形態を適用することができるが、中でも、一方向性織物は剛軟度の調整において自由度が高いことから、本発明の課題を解決するうえで好ましい態様といえる。
【００３７】
炭素繊維基材における炭素繊維目付の範囲としては、１５０〜６５０ｇ／ｍ２が好ましい。一般に、炭素繊維目付が大きいほど、基材の剛直性は高くなり、各種成形方法におけるマトリックス樹脂の含浸性は低下する傾向にある。従って、これら特性をバランスよく発現するうえで、前述した目付範囲が好適である。
ここで、炭素繊維目付とは、ＪＩＳ Ｒ７６０２（１９９５）単位面積当たりの質量に従い測定される数値をいう。
【００３８】
本発明の炭素繊維基材は、炭素繊維に由来する比強度、比弾性率の高さから、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）、ＲＦＩ（Resin Film Infusion）、ＲＩＭ（Resin Injection Molding）、真空アシストＲＴＭ、プレス成形、ハンドレイアップ成形、など種々の成形法により、航空機部材、圧力容器部材、自動車部材、スポーツ部材、建築分野の補修補強材として好適に用いられる。
【００３９】
中でも、構造体の補修・補強に用いることで、本発明の効果を最大限に活用できる。このような構造物を補修・補強する用例としては、現場で炭素繊維基材に樹脂を含浸・固化させ、ＣＦＲＰとした複合材料で補修補強したり、剥落防止したりする工法がある。炭素繊維基材で構造物を補修補強や剥落防止するに当たっては、ＣＦＲＰのマトリックス樹脂となる樹脂（例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂およびアクリル系樹脂など）などを炭素繊維基材に塗布・含浸し、被補修補強体上に積層し、ローラなどで樹脂の分布が均一になるように樹脂を炭素繊維基材に含浸させ複合材料とする、いわゆるハンドレイアップ成形の手法が取られる。かかる工法は、基本的に屋外ないし温調設備のない環境で実施される場合が多く、外気温による作業環境の変化を常に伴う。従って、本発明の格別の効果である低温依存の少ない剛軟度の特徴が、最大限に発揮される。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００４１】
（１）使用材料
［炭素繊維糸条］
東レ株式会社製“トレカ（登録商標）”、引張強度４，２００ＭＰａ、引張弾性率４３６ＧＰａ、フィラメント数１２，０００本、比重１．８４。
【００４２】
［補助繊維糸条］
日東紡製ガラス繊維（品番：ＥＣＥ２２５  １／０  １．０Ｚ、繊度：２２５ｄｔｅｘ）に東レ株式会社製“エルダー（登録商標）”（繊度：５５ｄｔｅｘ、融点：１１５℃）を２７０ターン／ｍにてカバーリングさせて得た。
【００４３】
［サイジング剤Ｓ１］
“ｊＥＲ（登録商標）”８２８（三菱化学（株）製）を９０質量部、乳化剤１０質量部からなる水分散エマルジョンを調合し、サイジング液とした。
【００４４】
［サイジング剤Ｓ２］
“ｊＥＲ（登録商標）”８２８（三菱化学（株）製）を４５質量部、“ｊＥＲ（登録商標）”１００１（三菱化学（株）製）を４５質量部、乳化剤１０質量部からなる水分散エマルジョンを調合し、サイジング液Ｓ１とした。
【００４５】
［サイジング剤Ｓ３］
“ｊＥＲ（登録商標）”８２８（三菱化学（株）製）を４５質量部、不飽和ポリエステルを４５質量部、乳化剤１０質量部からなる水分散エマルジョンを調合し、サイジング液とした。
【００４６】
［マトリックス樹脂Ｍ１］
コニシ株式会社製  エポキシ樹脂（製品名：Ｅ２５００Ｓ）
２０℃での粘度：１９Ｐａ・ｓ。
【００４７】
［マトリックス樹脂Ｍ２］
東レ株式会社製  エポキシ樹脂（製品名：ＴＳＲ８００Ｗ）
５℃での粘度：１８Ｐａ・ｓ。
【００４８】
（２）一方向性織物の作製
サイジング剤を浸漬法により表面処理された炭素繊維糸条に塗布した後、乾燥炉にて熱処理をして、サイジング剤が塗布された炭素繊維糸条を得た。得られた炭素繊維糸条を一方向に並行に引き揃えた炭素繊維糸条群に対し、直交する方向に補助繊維糸条を挿入して、平織組織からなる布帛を作製した。次いで、前記布帛の表面温度が１３０℃となるよう加熱処理をおこない、一方向性織物を得た。
【００４９】
（３）二方向性織物の作製
補助繊維糸条を炭素繊維糸条としたこと、加熱処理を省いたこと、以外は（２）と同様の操作にて二方向性織物を得た。
【００５０】
（４）剛軟度の評価
一方向性織物から炭素繊維糸条の配列方向が試験片における長さ方向となるようにして、幅２０ｍｍ、長さ４００ｍｍの試験片を裏面、表面を区別してそれぞれ５枚切り出した。なお、二方向性織物では、たて糸方向が試験片における長さ方向となるようにして、前記同様に試験片を切り出した。かかる試験片及び以下で説明する水平台、押さえ治具を２０±１℃の恒温室内に１時間静置した。ここで、試験片は水平な台上で平らにしておく。次いで、試験片を図１にて示した水平台に置き、試験片短辺の一端を斜面と水平面の境界線に合わせセットし、その上に幅４０ｍｍ、長さ４００ｍｍの金属製の押さえ治具を載せた。押さえ治具を斜面に向かって約３ｍｍ／秒の速度で水平移動させ、斜面と試験片短辺の一端とが接地する位置で移動を停めた。このときの試験片短辺の他端の位置を１ｍｍ単位で読み取り、これを表裏の各面５枚について測定し、得られた１０点の値の平均を剛軟度Ｄ１とした。
【００５１】
上述と同様の操作を５±１℃の恒温室内でも実施し、剛軟度Ｄ２とした。
【００５２】
さらに、得られた剛軟度Ｄ１及びＤ２の値から、Ｄ２／Ｄ１を算出した。
【００５３】
（５）製織性の評価
（２）にて一方向性織物５０ｍを製織し、工程中での擦過毛羽の発生量、織物の外観品位から以下判定基準に従い評点した。
【００５４】
◎：（擦過毛羽）殆どなし、（外観品位）単糸毛羽も殆どなし
○：（擦過毛羽）少量発生、（外観品位）単糸毛羽が多く見られる
△：（擦過毛羽）多量発生、（外観品位）毛羽感が強い
×：（擦過毛羽）糸切れ頻発し製織不可、（外観品位）評価不可。
【００５５】
（６）施工性の評価
（２）にて得られた一方向性織物を、長さ５００ｍｍ、幅２５０ｍｍに切り出した。次いで図５に示した金型１７を用意する。金型１７において、エッジ部は曲率半径３０ｍｍとした。一方向性織物と金型１７と２０±１℃の恒温室内に１時間静置した。ここで、織物は水平な台上に平らにしておく。次いで、金型１７上にマトリックス樹脂Ｍ１を下塗りし、その上に織物１８を配置し、一定の力加減で含浸ローラ１９を１０往復させて下塗り樹脂の含浸をおこなった。さらに、下塗りを終えた一方向性織物にマトリックス樹脂Ｍ１を上塗りし、下塗り同様、一定の力加減で含浸ローラ１９を１０往復させて上塗り樹脂の含浸をおこなった。なお、上記条件にて含浸および／または賦形が十分でない時は、ローラでのしごき回数を適宜追加した。後述の実施例にて特に記載がない場合は、それぞれ１０往復にて完了したとみなす。
【００５６】
ここで、一方向性織物の金型への賦形状態として、金型表面からの浮きの発生状況を目視確認し、以下判定基準に従い評点した。
【００５７】
○：浮きなし
×：浮きあり。
【００５８】
また、マトリックス樹脂Ｍ２を用いて、上述と同様の操作を５±１℃の恒温室内でも実施し、同様の基準で評点した。
【００５９】
（実施例１）
（２）において、サイジング剤Ｓ１が１．０質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が１６８ｍｍ、剛軟度Ｄ２が１７０ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．０１であった。本織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６０】
（実施例２）
（２）において、サイジング剤Ｓ３が０．３質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付２００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は剛軟度Ｄ１が１７４ｍｍ、剛軟度Ｄ２が１９７ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．１３であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６１】
（実施例３）
（３）において、サイジング剤Ｓ２が１．０質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２の二方向性織物を得た。得られた二方向性織物は、剛軟度Ｄ１が１７９ｍｍ、剛軟度Ｄ２が１８５ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．０３であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６２】
（実施例４）
（２）において、サイジング剤Ｓ２が１．０質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付８００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数２．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が３８０ｍｍ、剛軟度Ｄ２が３８８ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．０２であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。なお、本実施例では下塗り作業において、ローラのしごき回数をさらに１０往復追加した。評価結果を表１に示す。
【００６３】
（実施例５）
（２）において、サイジング剤Ｓ２が２．０質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付１００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数１２．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が１２３ｍｍ、剛軟度Ｄ２が１２０ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が０．９８であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６４】
（実施例６）
（２）において、サイジング剤Ｓ２が０．７質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が２０７ｍｍ、剛軟度Ｄ２が２１５ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．０４であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６５】
（実施例７）
（２）において、サイジング剤Ｓ２が１．０質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が２２０ｍｍ、剛軟度Ｄ２が２１４ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が０．９７であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６６】
（比較例１）
（２）において、サイジング処理をしない炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を製織しようとしたが、たて糸切れが頻発したため、製織を断念した。
【００６７】
（比較例２）
（２）において、サイジング剤Ｓ３が０．７質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が２１２ｍｍ、剛軟度Ｄ２が２４０ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．４３であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６８】
（比較例３）
（２）において、サイジング剤Ｓ３が１．０質量％付着した炭素繊維糸条を用いて、炭素繊維目付４００ｇ／ｍ２、よこ糸打ち込み本数７．５本／２５ｍｍの一方向性織物を得た。得られた一方向性織物は、剛軟度Ｄ１が２４０ｍｍ、剛軟度Ｄ２が３６１ｍｍ、Ｄ２／Ｄ１が１．５０であった。前記織物について（５）（６）に従い、製織性および施工性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
実施例１、２では、サイジング剤のタイプ、付着量の選択により、製織時に毛羽が多く発生したものの、製織できないレベルではなく、施工評価においても、Ｄ２／Ｄ１が適正範囲にて設計されていることから、２０℃／５℃ともに良好な金型追従性を示した。実施例３の二方向性織物は、たて糸方向における炭素繊維目付としては実施例２と同じであるが、サイジング剤のタイプと付着量の設計が適正であったため、製織性でも優れた性能を発揮した。実施例４〜７は、同タイプのサイジング剤を使用している。実施例４は炭素繊維目付を高めとしたため、剛軟度（Ｄ１、Ｄ２）の絶対値が高めとなったが、しごき条件を強化したことで、問題なく金型に追従でき、２０℃と５℃で同条件にて同等の品質を達成できた。対して、実施例５は炭素繊維目付を低めとしたことで、剛軟度（Ｄ１、Ｄ２）の絶対値が低めとなった。ハンドリングの点で懸念があったが、補助繊維糸条の打ち込み本数とサイジング付着量の設計により、問題なく取扱可能であった。実施例５、６は実施例の中でもバランスよく設計されており、とりわけ実施例５においては製織性と施工性の両立がなされている。
【００７１】
比較例１では、炭素繊維糸条にサイジング剤が付与されてないことから、とても取り扱える状態でなく、たて糸切れのトラブルが頻発し、織物を製織することすらできなかった。比較例２、３は、実施例４、５からサイジング剤のタイプのみ変更したものである。剛軟度Ｄ１は適正に設計されているものの、Ｄ２／Ｄ１が１．２を超えているため、剛軟度Ｄ２が高くなり、５℃において２０℃と同条件で施工評価した結果、天板と凸部とのエッジ部分にて浮きが発生した。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の炭素繊維基材によれば、形状賦形の工程を含むＣＦＲＰ成形法において好適に用いられる。これにより得られる成形品は、航空機部材、圧力容器部材、自動車部材、スポーツ部材、建築分野の補修補強用材として好適に用いられる。中でも、構造体の補修・補強に用いることで、本発明の効果を最大限に活用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１  試験片
２  水平台
３、６  試験片短辺の一端
４  斜面
５  水平面
７  一方向性織物
８、１０  たて糸（炭素繊維糸条）
９  よこ糸（補助繊維糸条）
１１  よこ糸（炭素繊維糸条）
１２  二方向性織物
１３  炭素繊維糸条の＋４５°層
１４  炭素繊維糸条の−４５°層
１５  補助繊維糸条（ステッチ）
１６  基材（ノンクリンプファブリック）
１７  金型
１８  織物
１９  含浸ローラ
【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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