(57)【要約】  炭素繊維シート２１と熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂２３を含む樹脂一体化炭素繊維シート２０を積層一体化した繊維強化樹脂成形体であって、炭素繊維シート２１は、開繊され一方向に配列されている一方向性長繊維群２１ａと、前記一方向性長繊維群に由来する多方向性繊維２２ａ，２２ｂを含み、多方向性繊維２２ａ，２２ｂは一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯して存在しており、繊維強化樹脂成形体は、樹脂一体化炭素繊維シート２０を２層以上積層した成形体、又は樹脂一体化炭素繊維シート２０を他の炭素繊維シートを含む樹脂一体化炭素繊維シートと積層した成形体である。これにより、炭素繊維シートを表面改質し、層間破壊靭性の高い繊維強化樹脂成形体及びこれに用いる炭素繊維シートの製造方法を提供する。
2020166558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維シートと熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂を含む樹脂一体化炭素繊維シートを積層一体化した繊維強化樹脂成形体であって、
前記炭素繊維シートは、開繊され一方向に配列されている一方向性長繊維群と前記一方向性長繊維群に由来する多方向性繊維を含み、
前記多方向性繊維は、前記一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯して存在しており、
前記繊維強化樹脂成形体は、前記樹脂一体化炭素繊維シートを２層以上積層した成形体、又は前記樹脂一体化炭素繊維シートを他の炭素繊維シートを含む樹脂一体化炭素繊維シートと積層した成形体であることを特徴とする繊維強化樹脂成形体。
【請求項２】
前記多方向性繊維は、分離又は折れ曲がっている繊維である請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項３】
前記樹脂一体化炭素繊維シートの樹脂は、炭素繊維シートの表面付近に存在しており、成形工程で炭素繊維シート中に含浸している請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項４】
前記樹脂一体化炭素繊維シートの樹脂は、炭素繊維シート中に含浸している請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項５】
前記炭素繊維シートを１００質量％としたとき、前記多方向性繊維は１〜２５質量％である請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項６】
前記炭素繊維シートの長手方向の引張強度は、開繊前の炭素繊維束の８０％以上の引張強度である請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項７】
前記繊維強化樹脂成形体を１００体積％としたとき、前記炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）は３０〜７０体積％である請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項８】
前記繊維強化樹脂成形体のＪＩＳ  Ｋ７０６８に従った層間破壊靭性試験における最大荷重は、多方向性繊維を発生させないで開繊した炭素繊維シートを用いた繊維強化樹脂成形体よりも高い請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体に使用するための炭素繊維シートの製造方法であって、
炭素繊維フィラメント群を複数のロール又はバーを通過させて開繊させる際に、開繊工程で前記炭素繊維フィラメント群に張力をかけ、前記炭素繊維フィラメント群から多方向性繊維を発生させ、前記炭素繊維シートの一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯して存在させることを特徴とする炭素繊維シートの製造方法。
【請求項１０】
前記バー又はロールは、前記炭素繊維フィラメント群を開繊する際に、幅方向に振動する請求項９に記載の炭素繊維シートの製造方法。
【請求項１１】
前記炭素繊維フィラメント群はボビンに巻かれた状態で複数本供給され、幅方向に拡開されるとともに開繊され、１枚の開繊シートにされる請求項９又は１０に記載の炭素繊維シートの製造方法。
【請求項１２】
前記炭素繊維フィラメント群の張力は、炭素繊維フィラメント１５，０００本あたり２．５Ｎ以上とする請求項９〜１１のいずれかに記載の炭素繊維シートの製造方法。
【請求項１３】
前記炭素繊維フィラメント群を開繊させて炭素繊維シートとした後、前記炭素繊維シートに粉体樹脂を付与し、圧力フリーで加熱溶融し、冷却してセミプレグとする請求項９〜１２のいずれかに記載の炭素繊維シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形体及びこれに用いる炭素繊維シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材は、その特徴として、力学物性に優れており、建築部材、ノートパソコンの筐体、ＩＣトレイ、スポーツ用品、風車、自動車、鉄道、船舶、航空、宇宙などの一般産業用途等において広く用いられている。特に、加工性が良い強化繊維基材シートに樹脂を含浸させた繊維強化複合材は、軽量性と強度、剛性等を兼ね備えた材料として幅広い用途に用いられている。中でも連続繊維シートは不連続繊維シートと比較して引張強度が極めて高く、航空や宇宙、船舶、自動車、建造物の構造部材や外板等の強度が必要な部材においても有用視されている。
繊維強化複合材を製造する方法としては、製品の様態や要求物性に応じて様々な方法が適用可能である。樹脂と炭素繊維基材からなるシート状の中間材料（プリプレグ、セミプレグ）を複数枚積層し、加熱や加圧に手法を用いて成形させることで繊維強化複合材を製造することができる。【０００３】
繊維強化複合材は、一方向に配列した炭素繊維を強化繊維基材とした複数枚のシートを繊維軸方向に対して、一方向や直行方向、異方向に積層することができ、各方向に対して物性の制御が行われる。
しかし、繊維強化複合材は、強化繊維における繊維軸方向に沿うようにして加えられる応力に対する強度及び弾性率が極めて高いものの、繊維軸方向に対して垂直（厚み方向）に加えられる応力に対する強度及び弾性率が低い。特に、繊維シートを積層してなる繊維強化複合材は、層間に応力が集中するため、繊維方向に対する強度を高めても層間破壊が起きてしまい、根本的な解決には至らないことが知られている。
従来技術では、積層したシート間に、接着性の熱可塑性樹脂を配置する方法が検討されてきた。しかし、接着性の樹脂を配置する方法では、マトリックス樹脂との親和性やガラス転移点、流動開始温度、融点などの課題から樹脂の選択についての制限等があるため、より良い解決手段が求められてきた。
特許文献１、２では、短繊維ウェブをプリプレグの間に配置して、層間破壊靱性を高めることが提案されている。【０００４】
ここで、層間破壊靭性とは、繊維強化複合材を形成している層状に積層された繊維シートの層間剥離き裂の進展抵抗であり、き裂進展過程における開口形のモードＩ層間破壊靭性（ＧＩｃ）、および、剪断形のモードＩＩ層間破壊靭性（ＧＩＩｃ）を指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１３２９３２号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１３−９９７４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記従来の技術では、短繊維ウェブは基材である炭素繊維シートとの密着性に欠け、積層体にしたときに不連続性が発生する。このことから、基材と短繊維ウェブとの剥離の問題があった。【０００７】
本発明は、上記問題を解決するため、炭素繊維シートを表面改質し、層間破壊靭性の高い繊維強化樹脂成形体及びこれに用いる炭素繊維シートの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂を含む樹脂一体化炭素繊維シートを積層一体化した繊維強化樹脂成形体であって、前記炭素繊維シートは、開繊され一方向に配列されている一方向性長繊維群と前記一方向性長繊維群に由来する多方向性繊維を含み、前記多方向性繊維は、前記一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯しており、前記繊維強化樹脂成形体は、前記樹脂一体化炭素繊維シートを２層以上積層した成形体、又は前記樹脂一体化炭素繊維シートを他の炭素繊維シートを含む樹脂一体化炭素繊維シートと積層した成形体であることを特徴とする。【０００９】
本発明の炭素繊維シートの製造方法は、前記の繊維強化樹脂成形体に使用するための炭素繊維シートの製造方法であって、炭素繊維フィラメント群を複数のロール又は開繊バーを通過させて開繊させる際に、開繊工程で前記炭素繊維フィラメント群に張力をかけ、前記炭素繊維フィラメント群から多方向性繊維を発生させ、前記炭素繊維シートの一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯して存在させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、層間の破壊靱性が向上する。これは、一方向性長繊維群から発生させた多方向性繊維の存在により、この多方向性繊維が樹脂と絡み合う物理的なアンカー効果によるものである。加えて、一方向性長繊維群から多方向性繊維が発生する際に、一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯する多方向性繊維が存在するとともに、炭素繊維に切断面、破壊個所、傷などが残り、これが樹脂との接着に寄与し、層間に存在する樹脂の強度と弾性率を向上することの相乗効果による。言い換えると、炭素繊維シートから発生させた多方向性繊維と、多方向性繊維が発生する際に、炭素繊維に切断面、破壊個所、傷などが残り、これが炭素繊維シートを表面改質し、層間破壊靭性の高い繊維強化樹脂成形体及びこれに用いる炭素繊維シートの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の一実施形態の樹脂一体化炭素繊維シートの模式的斜視図である。
【図２】図２は同、樹脂一体化炭素繊維シートの幅方向の模式的断面図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態の樹脂一体化炭素繊維シートの製造方法を示す模式的工程図である。
【図４】図４は本発明の別の実施形態の樹脂一体化炭素繊維シートの製造方法を示す模式的工程図である。
【図５】図５Ａ-Ｅは本発明の一実施形態の開繊装置の模式的説明図である。
【図６】図６は図５Ｂの部分的拡大斜視図である。
【図７】図７は本発明の一実施形態の炭素繊維シートの模式的斜視図である。
【図８】図８Ａは同、層間破壊靭性試験に供するための繊維強化樹脂成形体の試験片の平面図、図８Ｂは同断面図である。
【図９】図９は同、層間破壊靭性試験（モードＩ）をするための模式的説明図である。
【図１０】図１０Ａ-Ｂは同、層間破壊靭性試験（モードＩＩ）をするための模式的説明斜視図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例１〜２と比較例１の炭素繊維シートの強度を示すグラフである。
【図１２】図１２は本発明の実施例３〜４と比較例２の架橋繊維の質量を示すグラフである。
【図１３】図１３は同、架橋繊維質量と炭素繊維シート強度を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の実施例５〜６と比較例３の繊維強化樹脂成形体の層間破壊靭性試験の荷重と変位の結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は同、繊維強化樹脂成形体のモードＩ層間破壊靭性試験の結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は同、繊維強化樹脂成形体のモードＩＩ層間破壊靭性試験の結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は同、架橋繊維の質量とモードＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は同、炭素繊維シートの強度とモードＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は同、架橋繊維の質量とモードＩＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。
【図２０】図２０は同、炭素繊維シート強度とモードＩＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。
【図２１】図２１は本発明の実施例３の炭素繊維開繊シートの表面拡大写真（７ｍｍ×７ｍｍ）である。
【図２２】図２２は本発明の実施例５の樹脂一体化炭素繊維シートの表面拡大写真（７ｍｍ×７ｍｍ）である。
【図２３】図２３は本発明の実施例４の炭素繊維開繊シートの表面拡大写真（７ｍｍ×７ｍｍ）である。
【図２４】図２４は比較例２の炭素繊維開繊シートの表面拡大写真（７ｍｍ×７ｍｍ）である。
【図２５】図２５は比較例３のプリプレグの表面拡大写真（７ｍｍ×７ｍｍ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂との樹脂一体化炭素繊維シートを積層一体化した繊維強化樹脂成形体である。炭素繊維シートは、開繊され一方向に配列されている一方向性長繊維群と前記一方向性長繊維群に由来する多方向性繊維を含む。多方向性繊維は、一方向性長繊維群から発生したものであり、一方向性繊維群とは別の任意な方向に配置されている。多方向性繊維は、一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯して存在している。ここで交錯とは、絡み合いを含む。例えば、多方向性繊維の一部または全部は一方向性長繊維内に存在し、一方向性長繊維と立体的に交錯している。
【００１３】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、前記樹脂一体化炭素繊維シートを２層以上積層した成形体、又は前記樹脂一体化炭素繊維シートを他の炭素繊維シートを含む樹脂一体化炭素繊維シートと積層した成形体である。本発明の繊維強化樹脂成形体は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一つの樹脂であれば、汎用的な樹脂から特殊樹脂まで幅広く対応が可能となる。
【００１４】
多方向性繊維は、一方向性長繊維群から分離した繊維及び／又は一方向性長繊維群を構成する繊維が折れ曲がっている繊維が好ましい。多方向性繊維は、多方向に配置されており、樹脂との接着性及びアンカー効果が高く、繊維強化樹脂成形体の層間の破壊靱性が向上する。
【００１５】
樹脂一体化炭素繊維シートの樹脂は、炭素繊維シートの表面付近に存在しており、成形工程で前記樹脂は炭素繊維シート中に含浸することが好ましい。このような構造は、開繊した炭素繊維シートにフィルム、不織布、又は粉体の熱可塑性樹脂を付与し、加熱溶融することにより得られる。
【００１６】
樹脂一体化炭素繊維シートの樹脂は、炭素繊維シート中に含浸していてもよい。含浸により、いわゆるプリプレグを作製できる。樹脂の含浸は、樹脂を水系、溶剤系、又はこれらの混合系で溶解又は分散し、炭素繊維シートを浸漬又は炭素繊維シートにコーティングなどで付与し、乾燥することにより得られる。
【００１７】
炭素繊維シートを１００質量％としたとき、多方向性繊維は１〜２５質量％とするのが好ましく、より好ましくは３〜２０質量％であり、さらに好ましくは５〜１５質量％である。多方向性繊維が前記の割合で存在すると、多方向性繊維がマトリックス樹脂と絡み合う物理的なアンカー効果、及び炭素繊維に切断面、破壊個所、傷などが残り、これがマトリックス樹脂との接着に寄与することの相乗効果を発揮するほか、炭素繊維シートの幅方向の強度が高く、低開裂性であり、取り扱い性がより改善できる。
【００１８】
炭素繊維シートの長手方向の引張強度は、開繊前の炭素繊維束の８０％以上の引張強度であるのが好ましい。多方向性繊維の発生により炭素繊維シートの引張強度は低下する傾向となるが、開繊前の炭素繊維束の８０％以上にしておけば、大きな問題にはならない。すなわち引張強度が弱くなった分は、シートの積層数をアップさせることにより調整できる。
【００１９】
繊維強化樹脂成形体を１００体積％としたとき、炭素繊維の体積割合（Ｖｆ）は３０〜７０体積％であるのが好ましく、より好ましくは４０〜６５体積％であり、さらに好ましくは４５〜６０体積％である。前記の割合であれば、樹脂一体化炭素繊維シートを複数枚積層状態で加熱・加圧して繊維強化樹脂成形品に成形するための炭素繊維強化樹脂中間材として好ましい。
【００２０】
本発明の炭素繊維シートの製造方法は、炭素繊維フィラメント群を複数のロール又は開繊バーを通過させて炭素繊維フィラメント群を開繊させる際に、開繊工程で炭素繊維フィラメント群に張力をかけ、炭素繊維フィラメント群から多方向性繊維（以下、「架橋繊維」ともいう）を発生させ、前記炭素繊維シートの一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯して配置させる。例えば、開繊工程で炭素繊維フィラメント群の張力を２．５Ｎ以上とし、前記炭素繊維フィラメント群から架橋繊維を発生させる。好ましい張力は５．０Ｎ以上である。この張力は、１個の供給ボビンから開繊工程に供給する際の炭素繊維フィラメント群（トウ）の、例えば１５，０００本あたりの張力である。これにより架橋繊維が発生しやすくなる。
【００２１】
前記ロール又は開繊バーは、炭素繊維フィラメント群を開繊する際に、幅方向に振動させてもよい。これにより効率よく炭素繊維フィラメント群を開繊できるとともに、架橋繊維が発生しやすくなる。
【００２２】
炭素繊維フィラメント群はボビンに巻かれた状態で複数本供給され、幅方向に拡開されるとともに開繊され、１枚の開繊シートにされる。これにより、薄くて幅の広い開繊シートが得られる。
【００２３】
本発明の炭素繊維シートは、炭素繊維フィラメント群が開繊され一方向に並列状に配列させた一方向性長繊維群と、一方向性長繊維群に由来する多方向性繊維を含む炭素繊維シートである。炭素繊維フィラメント群とは、多数本の炭素繊維フィラメントの束（以下、「炭素繊維未開繊トウ」ともいう）を意味する。開繊とは、トウを構成する多数本の炭素繊維を幅方向に解き分けて薄いシート状又はテープ状にすることをいう。好ましい厚さは０．０２〜０．４ｍｍであり、さらに好ましくは０．０２〜０．３ｍｍである。本発明で使用する炭素繊維未開繊トウは３〜６０Ｋが好ましく、さらに好ましくは１２〜６０Ｋである。ここでＫは１０００本のことであり、市販品のラージトウは、例えば５０Ｋ（50,000本）の場合、通常の幅１２ｍｍ程度である。
【００２４】
炭素繊維シートの面積１０ｍｍ2あたり平均１本以上、炭素繊維シートの表面にかつ炭素繊維シートの一方向性長繊維群を構成する炭素繊維の配列方向（繊維方向）と異なる方向に、多方向性繊維（架橋繊維）が存在する。好ましくは、架橋繊維は、炭素繊維シートの面積１０ｍｍ2あたり平均２５〜１５０本であり、さらに好ましくは平均３０〜１３５本である。架橋繊維の角度は、一方向性長繊維群を構成する炭素繊維の配列方向と異なる方向であればいかなる方向でもよく、一方向性長繊維群を構成する炭素繊維の配列方向からゼロ度を超え、１８０度未満であればよい。最も効率的であるのは９０度であるが、架橋繊維の角度を制御することは困難であり、あらゆる方向でよい。
【００２５】
炭素繊維シートの少なくとも表面に部分的には樹脂が存在し、架橋繊維は、表面の樹脂により炭素繊維シートに接着固定されている。これにより、シートの取り扱い性は良好となる。
【００２６】
架橋繊維は、炭素繊維フィラメント群を由来とする炭素繊維となる。架橋繊維による作用機能は前記のとおりである。
【００２７】
架橋繊維は、炭素繊維シートの表面に存在しており、片面でもよく、両面でもよい。好ましくは両面である。炭素繊維シートの内部にも炭素繊維シートの一方向性長繊維群を構成する炭素繊維と交錯する方向に架橋繊維が存在するのが好ましい。例えば、架橋繊維の一部は炭素繊維シートの表面に、残りは炭素繊維シートの内部に存在していてもよい。
【００２８】
マトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも一つであるのが好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロン（ポリアミド）樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、フェノキシ樹脂などが使用可能であるが、これらに限定されない。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂などが使用可能であるが、これらに限定されない。この中でも熱可塑性樹脂が好ましい。
【００２９】
本発明の樹脂一体化炭素繊維シートの樹脂の付着状態は、開繊された炭素繊維シートの表面付近に樹脂が溶融固化して付着しており、樹脂は炭素繊維シート内部には含浸していないか又は一部含浸しているのが好ましい。前記状態であると、樹脂一体化炭素繊維シートを複数枚積層状態で加熱・加圧して繊維強化樹脂成形品に成形するために好ましい。
【００３０】
樹脂一体化炭素繊維シートの質量は１０〜３０００ｇ／ｍ2が好ましく、より好ましくは２０〜２０００ｇ／ｍ2であり、さらに好ましくは３０〜１０００ｇ／ｍ2である。前記の範囲であれば実用的であり、様々な用途に好適である。
【００３１】
樹脂一体化炭素繊維シート表面の樹脂は、炭素繊維シートを成形加工する際のマトリックス樹脂であるのが好ましい。これにより、樹脂一体化炭素繊維シートを複数枚積層状態で加熱・加圧して繊維強化樹脂成形品に成形できる。
【００３２】
炭素繊維シート（以下「開繊シート」ともいう）の開繊は、炭素繊維束（トウ）の幅に対して３〜４００％拡開したものが好ましい。より好ましくは、５〜３３０％である。これにより、炭素繊維メーカーの販売する炭素繊維束（トウ）を拡開し、使用し易い開繊シートとし、様々な成形物に供給できる。供給糸の炭素繊維束（トウ）は3，000〜50,000本／束が好ましく、この炭素繊維束（トウ）を１０〜２８０本供給するのが好ましい。
【００３３】
架橋繊維（多方向性繊維）の平均長さは、１ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは５ｍｍ以上である。架橋繊維の平均長さが前記の範囲であれば、幅方向の強度が高く、取り扱い性に優れた炭素繊維シートとなる。
【００３４】
本発明の樹脂一体化炭素繊維シートの製造方法は、次の工程を含む。
Ａ  炭素繊維フィラメント群を複数のロールを通過、開繊バーを通過、及びエアー開繊から選ばれる少なくとも一つの手段により開繊させ、一方向に並列状に配列させるに際し、前記開繊時もしくは開繊後に架橋繊維を前記炭素繊維フィラメント群から発生させる。開繊後に架橋繊維を発生させる場合は、この後にブリッジロールにより架橋繊維を発生させる。
Ｂ  炭素繊維シートに粉体樹脂を付与し、圧力フリーで加熱溶融し、冷却してセミプレグとするか、又は樹脂液と接触させてプリプレグとする。以下においては、セミプレグを例に挙げて説明する。
【００３５】
具体的には、一例として下記の方法があり、図面を用いて説明する。以下の図において、同一符号は同一物を示す。
＜エアー開繊工程＋架橋繊維発生工程＋粉体樹脂付与工程＞
図３に示すように、炭素繊維フィラメント群２６を複数のニップロール３０ａ，３０ｂ間でニップし、この間の押さえロール２７ａ，２７ｂの間に撓み空間２８を設け、撓み空間２８内の空気を吸引した状態で通過させる。これにより炭素繊維フィラメント群２６を開繊させる（エアー開繊工程２５）。撓み空間２８は１個でもよいし複数設けてもよい。炭素繊維フィラメント群２６は多数個の供給ボビン２からトウを集めて作成する。
開繊工程の後、開繊されたトウをニップロール３０ｂ，３０ｃ間でニップし、この間に設置された複数のブリッジロール２９ａ−２９ｄの間を通過させ、トウの張力を例えば１５,０００本あたり（１個の供給ボビンから供給される炭素繊維フィラメント群に相当）２．５〜３０Ｎかけることで、架橋繊維を発生させる（架橋繊維発生工程３３）。ブリッジロールは回転してもよく、幅方向に振動しても良い。ブリッジロールは、例えば表面が梨地、凹凸、鏡面、複数ロールで炭素繊維フィラメント群を屈曲、固定、回転、振動又はこれらの組み合わせにより架橋繊維を発生させる。１２ａ−１２ｇはガイドロールである。
その後、粉体供給ホッパー９からドライパウダー樹脂１０を開繊シートの表面に振りかけ、圧力フリー状態で加熱装置１１内に供給し加熱し、ドライパウダー樹脂１０を溶融し、ガイドロール１２ｅ−１２ｇ間で冷却する。その後、開繊シートの裏面にも粉体供給ホッパー１３からドライパウダー樹脂１４を振りかけ、圧力フリー状態で加熱装置１５内に供給し加熱し、ドライパウダー樹脂１４を溶融し、冷却し、巻き上げロール１６に巻き上げられる（粉体樹脂付与工程３４）。ドライパウダー樹脂１０，１４は例えばフェノキシ樹脂（流動開始温度  １８０℃）とし、加熱装置１１，１５内の温度は各融点又は流動開始温度以上とし、滞留時間は各４秒とした。これにより開繊シートは幅方向の強度が高くなり、構成炭素繊維がバラバラになることはなく、シートとして扱えるようになる。
【００３６】
＜ロール開繊工程（＋架橋繊維発生工程）＋粉体樹脂付与工程＞
図４に示すように、炭素繊維フィラメント群２６を開繊ロール３１ａ−３１ｊの間を通過させることで、開繊時に架橋繊維を発生させる（ロール開繊工程３２）。開繊ロールは固定又は回転してもよく、幅方向に振動してもよい。架橋繊維の発生が少ない場合は、開繊されたトウをニップロール３０ａ，３０ｂ間でニップし、この間に設置された複数のブリッジロール２９ａ−２９ｂの間を通過させ、トウの張力を例えば１５,０００本あたり２．５〜３０Ｎかけることにより、架橋繊維を発生させる（架橋繊維発生工程３３）。ロール開繊工程３２により十分な架橋繊維が発生する場合は、架橋繊維発生工程３３は不要である。その後は図３と同様な粉体樹脂付与工程３４を通過させる。
【００３７】
＜ブリッジロール＞
ブリッジロールとしては図３−４に示すもの以外にも図５Ａ-Ｅに示すブリッジロールなどがある。図５Ａはガイドロール１２ａ，１２ｂ間にブリッジロール２９ａを炭素繊維フィラメント群２６に接触状態で配置した例である。図５Ｂはガイドロール１２ａ，１２ｂ間にブリッジロール２９ａを炭素繊維フィラメント群２６に屈曲状態で配置した例である。図５Ｃはガイドロール１２ａ，１２ｂ間にブリッジロール２９ａ，２９ｂを炭素繊維フィラメント群２６にニップ状態で配置した例である。図５Ｄはガイドロール１２ａ，１２ｂ間にブリッジロール２９ａ，２９ｂを炭素繊維フィラメント群２６に接触状態で配置した例である。図５Ｅはガイドロール１２ａ，１２ｂ間にブリッジロール２９ａ，２９ｂを炭素繊維フィラメント群２６に屈曲状態で配置した例である。このように炭素繊維フィラメント群をブリッジロールに接触又は屈曲させて通過させることで、架橋繊維を発生させることができる。ブリッジロール２９ａ，２９ｂは固定又は回転していてもよく、幅方向に振動していてもよい。図６は図５Ｂの斜視図である。
【００３８】
＜バー開繊工程＋粉体樹脂付与工程＞
図４の実施形態の変形例として、開繊ロールを、開繊バーに変更することができる。また、開繊バーの位置を変更することもできる。開繊バーは、例えば、トウの幅方向の全幅にわたって接触可能な長さを有し、かつ、所定の厚みを有する板状体であり、トウに接触する部分（上面と下面）が曲面状に形成されており、全体として縦に長い長円状である。開繊装置の主要部は、トウを押さえる開繊バー（固定された開繊バー）とトウの幅方向に振動する開繊バー（振動する開繊バー）の一対で構成され、複数の開繊バーを設置することができる。炭素繊維未開繊トウは供給ボビン２から供給され、固定された開繊バーと振動する開繊バーとの間を屈曲して通過し、未開繊トウは固定された開繊バーで押さえられた状態で、振動する開繊バーにより幅方向に振動されるため、幅方向に拡開され開繊され、開繊シートとなる。好ましい形態として、固定された開繊バーを上下に２つ設置し、固定された開繊バーの上下の２方向から未開繊トウを供給して、振動する開繊バーの上部及び下部のそれぞれにトウを通過させて開繊することができる。多数個の供給ボビンから供給される１つの未開繊トウごとに、開繊工程で開繊することができる。このとき、１つの未開繊トウは、下側に位置する固定された開繊バーの上部を通過して振動する開繊バーの下部を通過し、別の１つの未開繊トウは、上側に位置する固定された開繊バーの下部を通過して振動する開繊バーの下部を通過する。この形態では、１つのトウの幅方向に拡開され開繊され、開繊後に開繊トウを一列に配列されたシート状となり、ガイドロール１２ｃを通過した後、炭素繊維開繊シートとなる（バー開繊工程）。この工程では、開繊工程で架橋繊維を発生させるため、架橋繊維発生工程は存在しない。
その後、粉体供給ホッパー９からドライパウダー樹脂１０を開繊シートの表面に振りかけ、圧力フリー状態で加熱装置１１内に供給し加熱し、ドライパウダー樹脂１０を溶融し、ガイドロール１２ｅ−１２ｇ間で冷却する。その後、開繊シートの裏面にも粉体供給ホッパー１３からドライパウダー樹脂１４を振りかけ、圧力フリー状態で加熱装置１５内に供給し加熱し、ドライパウダー樹脂１４を溶融し、冷却し、巻き上げロール１６に巻き上げられる（粉体樹脂付与工程）。ドライパウダー樹脂１０，１４は例えばフェノキシ樹脂（流動開始温度  １８０℃）とし、加熱装置１１，１５内の温度は各融点又は流動開始温度以上とし、滞留時間は各４秒とした。これにより炭素繊維開繊シートは幅方向の強度が高くなり、構成炭素繊維がバラバラになることはなく、シートとして扱えるようになる。
【００３９】
粉体樹脂の付与は、粉体塗布法、静電塗装法、吹付法、流動浸漬法などが採用できる。炭素繊維シート表面に粉体樹脂を落下させる粉体塗布法が好ましい。例えばドライパウダー状の粉体樹脂を炭素繊維シートに振りかける。
【００４０】
炭素繊維フィラメント群はボビンに巻かれた状態で複数本供給され、幅方向に拡開されるとともに開繊され、ブリッジロールによって架橋繊維を発生させ、樹脂が完全に含浸していない状態の１枚の開繊炭素繊維樹脂シートにされるのが好ましい。いわゆる、セミプレグである。この方法により、炭素繊維フィラメント群から分離した架橋繊維を発生させることができる。
【００４１】
ブリッジロールの形状は、炭素繊維フィラメント群と接触する面が曲面であれば何でもよく、その断面形状は円形、楕円形、長円形等であればよい。炭素繊維フィラメント群がブリッジロールを接触するときに、ブリッジロールが角を有するとフィラメントが切断するためである。また、ブリッジロールは、表面が凹凸を有する梨地面でもよく、凹凸を有さない鏡面でもよい。
【００４２】
ブリッジロールによる架橋繊維を発生させる態様は、架橋繊維が発生するのであれば特に制限はなく、ブリッジロールが開繊した炭素繊維フィラメント群に接触し、その時に生じる摩擦力によって架橋繊維が発生する。ブリッジロールを１つ設置して、開繊した炭素繊維フィラメント群に押し当ててもよい。その際、ブリッジロールを固定してもよく、回転させてもよく、振動させてもよい。
【００４３】
別の態様として、２つのガイドロールを設置し、その間にブリッジロールを設置して、開繊した炭素繊維フィラメント群に押し当てて通過させてもよい。その際、ブリッジロールはトウの上面に設置してもよく、トウの下面に設置してもよい。ブリッジロールをトウの上面と下面に２つ設置してもよい。
【００４４】
さらに別の態様として、ブリッジロールを２つ設置して、開繊した炭素繊維フィラメント群をプレスしながら通過させてもよい。その際、ブリッジロールを回転させてもよい。
【００４５】
さらに別の態様として、２つのガイドロールを設置し、その間にブリッジロールをトウの幅方向に振動させて、開繊した炭素繊維フィラメント群に押し当てながら通過させてもよい。その際、ブリッジロールはトウの上面に設置してもよく、トウの下面に設置してもよい。ブリッジロールをトウの上面と下面に２つ設置してもよい。
【００４６】
さらに別の態様として、開繊する際に開繊バーにブリッジロールの役割を持たせても良く、炭素繊維フィラメント群を開繊バーに接触させながら通過させてもよい。ブリッジロールの役割を持たせる開繊バーは１つ以上でもよい。また、開繊バーをトウの幅方向に振動させてもよい。その際、開繊バーはトウの上面に設置してもよく、トウの下面に設置してもよい。開繊バーをトウの上面と下面に２つ設置してもよい。
【００４７】
開繊バー又はブリッジロールの設置により、効率よく架橋繊維の発生を制御できる。本発明の炭素繊維シートは、複数枚積層状態で加熱・加圧して繊維強化樹脂成形品に成形するための炭素繊維強化樹脂中間材であるのが好ましい。本発明の炭素繊維シートは、１枚であっても繊維強化樹脂成形品に成形できる。
【００４８】
前記開繊する工程において、炭素繊維フィラメント群（炭素繊維未開繊トウ）を屈曲して通過させるための開繊バー（固定された開繊バー）と、トウの幅方向に振動する開繊バー（振動する開繊バー）で構成される少なくとも一対の開繊手段により開繊するのが好ましい。未開繊トウは、固定された開繊バーで押さえられた状態で振動する開繊バーにより幅方向に振動されるため、未開繊トウは幅方向に拡開され開繊される。開繊バーは、トウの幅方向の全幅にわたって接触可能な長さを有し、かつ、所定の厚みを有する板状体である。開繊バーのトウに接触する部分が曲面状に形成されており、開繊バーの断面は円形、楕円形、長円形等が好ましく、この中でも長円形が好ましい。特に開繊バーは上面と下面に未開繊トウを接触させることができることから、断面は縦に長い長円形が好ましい。固定された開繊バーと振動する開繊バーからなる開繊手段は２〜４対設けるのが好ましい。このようにすると効率よく開繊できる。
【００４９】
前記開繊する工程において、炭素繊維フィラメント群（炭素繊維未開繊トウ）を屈曲して通過させるための固定された開繊バーの端部（トウに接触する部分）と振動する開繊バーの端部（トウに接触する部分）の高さの差△Ｈは５〜３０ｍｍとするのが好ましく、より好ましくは８〜２０ｍｍである。前記差の分、炭素繊維未開繊トウは屈曲して通過され、振動する開繊バーの表面に接触して開繊されやすくなる。前記高さの差△Ｈは、最初は高く、だんだん低くしても良い。開繊バーは、振幅１〜２０ｍｍが好ましく、より好ましくは２〜１０ｍｍであり、振動数１０〜１００Ｈｚが好ましく、より好ましくは１５〜５０Ｈｚである。これにより、未開繊トウを効率よく開繊できる。
【００５０】
図１は本発明の一実施形態の樹脂一体化炭素繊維シート２０の模式的斜視図、図２は同、樹脂一体化炭素繊維シート２０の幅方向の模式的断面図である。開繊された炭素繊維シート２１の表面には架橋繊維（多方向性繊維）２２が様々な方向に配置している。また炭素繊維シート２１の表面付近に樹脂２３が溶融固化して付着しており、樹脂２３は炭素繊維シート２１内部には含浸していないか又は一部含浸している程度である。樹脂２３は架橋繊維２２を炭素繊維シート２１の表面に接着固定している。図２に示すように、炭素繊維シート２１の表面には架橋繊維２２ａ，２２ｂが存在する。架橋繊維２２ａ，２２ｂは一部が炭素繊維シート２１の表面にあり、一部は内部に入って炭素繊維と交錯した状態である。これは開繊時又は開繊後に架橋繊維を発生させたためである。樹脂２３は架橋繊維２２を炭素繊維シート２１の表面に接着固定している。また、樹脂２３が付着している部分と、樹脂が付着していない部分２４がある。樹脂が付着していない部分２４は、樹脂一体化炭素繊維シート２０を複数枚積層状態で加熱・加圧して繊維強化樹脂成形品に成形する際に、炭素繊維シート内部の空気がこの部分から抜ける通路となり、加圧により表面の樹脂が繊維シート内全体に含浸しやすくなる。これにより樹脂２３は炭素繊維シート２１のマトリックス樹脂となる。
【００５１】
図７は本発明の一実施形態の炭素繊維シートの模式的斜視図である。炭素繊維シート２１は、開繊され一方向に配列されている一方向性長繊維群２１ａと、一方向性長繊維群２１ａに由来する架橋繊維（多方向性繊維）２２ａ，２２ｂが存在する。架橋繊維２２ａ，２２ｂは一部が炭素繊維シート２１の表面にあり、一部は炭素繊維シート２１の内部に入って炭素繊維と交錯した状態である。架橋繊維２２ａ，２２ｂが発生する際に、炭素繊維に切断面、破壊個所、傷などが残り、これが炭素繊維シートを表面改質し、層間破壊靭性の高い繊維強化樹脂成形体が得られる。
【００５２】
図８Ａは同、層間破壊靭性試験に供するための繊維強化樹脂成形体の試験片４１の平面図、図８Ｂは同断面図である。この繊維強化樹脂成形体は樹脂一体化炭素繊維シートを３４枚積層し、断面から見て中央端部にポリイミドフィルム４２を挿入し、温度２６０℃、圧力３ＭＰａ、時間１０分で加圧成形したものである。矢印部分の数値は長さ（単位：ｍｍ）である。
【００５３】
図９は、モードＩ層間破壊靭性試験をするための模式的説明図である。このモードＩ層間破壊靭性試験はＪＩＳ  Ｋ７０８６に規定されており、図９に示すようなＤＣＢ（double cantilever beam、二重片持ちばり）試験治具を用いて行われる。具体的には、試験片４１の一端の両面にピン負荷用ブロック４９ａ,４９ｂを接着固定し、矢印方向に荷重をかけ、荷重Ｐ、荷重線開口変位（ＣＯＤ）δ、き裂長さａを測定する。
【００５４】
図１０Ａ−Ｂは同、モードＩＩ層間破壊靭性試験をするための模式的説明斜視図である。このモードＩＩ層間破壊靭性試験はＪＩＳ  Ｋ７０８６に規定されており、図１０に示すようなＥＮＦ（end notched flexure,片側切欠曲げ）試験装置を用いて行われる。具体的には、図１０に示す試験装置４３は２つの支点４４ａ，４４ｂの上に試験片４１を配置し、中央に荷重４５を載せて曲げ試験することにより、荷重Ｐ、き裂長さａ、荷重点変位を測定する。４６ａ，４６ｂは基準線である。中央の荷重４５に押圧力がかかると、矢印４７ａ，４７ｂのように応力がかかり、中央端部のポリイミドフィルム４２の部分からき裂４８が入る。き裂の入る直前の押圧力が荷重（Ｎ）の最大値となる。
【実施例】
【００５５】
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
＜層間破壊靭性試験＞
ＪＩＳ  Ｋ７０８６：１９９３にしたがい、モードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣとモードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣを各々算出した。【００５６】
Ａ．モードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣ
＜ＤＣＢ試験＞
作製したサンプルを図９に示すＤＣＢ試験治具を用いて荷重と変位量を求め、下記数式１及び２からモードＩ層間破壊靭性値ＧＩＣを算出した。【００５７】
【数１】
2020166558.tif 000003
【数２】
2020166558.tif 000004
但し、
ＰC：初期限界荷重［Ｎ］
ＥL：曲げ弾性率［ＧＰａ］
λ0：初期弾性部分コンプライアンス［ｍｍ／Ｎ］
Ｄ1：無次元係数（Ｄ1≒０．２５）
Ｂ ：試験片幅［ｍｍ］
２Ｈ ：試験片厚さ［ｍｍ］【００５８】
Ｂ．モードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣ
＜ＥＮＦ試験＞
作製したサンプルを図１０Ａ−Ｂに示すＥＮＦ試験装置を用いて荷重と変位量を求め、下記数式３および４からモードＩＩ層間破壊靭性値ＧＩＩＣを算出した。【００５９】
【数３】
2020166558.tif 000005
【数４】
2020166558.tif 000006
但し、
ＰC：初期限界荷重［Ｎ］
ａ0：初期き裂長さ［ｍｍ］
ａ1：初期限界荷重におけるき裂長さ推定値［ｍｍ］
Ｃ0：初期弾性部分の荷重点コンプライアンス［ｍｍ／Ｎ］
Ｃ1：初期限界荷重における荷重点コンプライアンス［ｍｍ／Ｎ］
Ｂ ：試験片幅［ｍｍ］
Ｌ ：試験片長手寸法［ｍｍ］【００６０】
＜試験１＞
架橋繊維を生じさせた開繊糸と架橋繊維を生じさせない開繊糸の引張強度を測定して比較した。引張強度を正確に比較するため、樹脂と複合化させない開繊糸を用いた。【００６１】
（実施例１）
（１）炭素繊維未開繊トウ
炭素繊維未開繊トウは三菱ケミカル社製、品番：ＰＹＲＯＦＩＬＥ  ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ、形状：レギュラートウ  フィラメント１５Ｋ（15,000本）、単繊維直径７μｍを使用した。この炭素繊維未開繊トウの炭素繊維にはエポキシ系化合物がサイジング剤として付着されている。
（２）開繊糸の作製
図４の変形例の開繊装置を使用して開繊した。具体的には、炭素繊維フィラメント群が６本の開繊バーを通過するよう、固定された開繊バーと振動する開繊バーを交互に配置し、振動する開繊バーは上下に配置した。開繊バーはいずれも縦に長い長円状の形状のものを用意した。ここでは、装置上の樹脂パウダーの散布および加熱装置は用いていないため、原糸の炭素繊維を開繊した開繊糸が得られる。供給ボビンから開繊工程に供給する際の炭素繊維フィラメント群（トウ）の張力を供給ボビン１個当たり１０Ｎとした。振動する開繊バーは、振幅６ｍｍ、振動数２０Ｈｚで振動させた。開繊シートの巻き上げ速度は１０ｍ／分であった。このようにして炭素繊維フィラメント構成本数１５，０００本、開繊幅１２．５ｍｍ、厚み０．２ｍｍのドライ開繊糸を作製した。開繊シートの質量は８０ｇ／ｍ2であった。
（３）開繊糸の引張試験
ドライ開繊糸の引張試験を次のように定めた。ドライ開繊糸を約２５０ｍｍの目標でボビンから切り出してサンプルとする。このサンプルとしたドライ開繊糸の長さと質量を架橋繊維が落ちないように測定する。この長さと重さと密度（今回の炭素繊維では１．８２ｇ／ｃｍ3）から、仮の断面積を計算した。
２枚の厚紙（幅３０ｍｍ×長さ５０ｍｍ）の片面に、接着剤（アラルダイト）を塗布し、一方の厚紙にサンプルを載せ、もう一方の厚紙の接着剤塗布面をサンプルに合わせて挟み合わせ、上から５００ｇの重りを載せ、２４時間以上放置した。この操作をサンプルの両端に施して、引張り試験体を作製した。
引張試験の直前（少なくとも２０分以内）に、強度に影響しない程度の粘度の溶剤を厚紙間の炭素繊維に塗布してしみこませた。この作業により、引張試験時に、フィラメントが一本切断したときの衝撃が他のフィラメントに伝わり、実際の強度よりも低くなることを防いだ。今回の溶剤としては、エポキシ樹脂：ビスフェノールＦ型（ＤＩＣ社製、Ｓ−８３０）をエタノールで５０％に希釈したものを用いた。
引張試験のつかみ具に試験体の厚紙部をセットして、２０ｍｍ／分の速度で引張試験を実施した。そこから最大荷重を求め、先に求めたサンプルごとの見かけの断面積で除することで強度とした。【００６２】
（実施例２）
前記（２）開繊糸の作製工程において、炭素繊維トウに与える張力のみを１５Ｎに変更したこと以外、実施例１と同様にして開繊糸を作製した。この開繊糸を用いて、実施例１と同様にサンプルを作製し、試験を実施した。【００６３】
（比較例１）
前記（２）開繊糸の作製工程において、図３に示すエアー開繊の装置を使用して開繊した。装置上の樹脂パウダーの散布および加熱装置は用いていないため、原糸の炭素繊維を開繊した開繊糸が得られる。供給ボビンから開繊工程に供給する際の炭素繊維フィラメント群（トウ）の張力を供給ボビン１個当たり１０Ｎとした。炭素繊維フィラメント群２６を複数のニップロール３０ａ，３０ｂ間でニップし、この間の押さえロール２７ａ，２７ｂの間に撓み空間２８を設け、撓み空間２８内の空気を吸引した状態で通過させる。これにより炭素繊維フィラメント群２６を開繊させた。その他の条件は同様とした。
この開繊糸を用いて、実施例１と同様にサンプルを作製し、試験を実施した。【００６４】
＜試験２＞
開繊シート表面の架橋繊維量を測定した。架橋繊維（多方向性繊維）を生じさせた開繊シートと架橋繊維を生じさせない開繊シート上の架橋繊維を質量によって比較した。架橋繊維量を正確に測定するため、樹脂と複合化させない開繊シートを用いた。【００６５】
（実施例３）
（１）炭素繊維未開繊トウ
炭素繊維未開繊トウは三菱ケミカル社製、品番：ＰＹＲＯＦＩＬＥ  ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ、形状：レギュラートウ  フィラメント１５Ｋ（15,000本）、単繊維直径７μｍを使用した。この炭素繊維未開繊トウの炭素繊維にはエポキシ系化合物がサイジング剤として付着されている。
（２）開繊シートの作製
実施例１と同じ開繊装置を使用して開繊した。装置上の樹脂パウダーの散布および加熱装置は用いていないため、原糸の炭素繊維を開繊した開繊糸が得られる。供給ボビンから開繊工程に供給する際の炭素繊維フィラメント群（トウ）の張力を供給ボビン１個当たり１０Ｎとした。振動する開繊バーは、振幅６ｍｍ、振動数２０Ｈｚで振動させた。開繊シートの巻き上げ速度は１０ｍ／分であった。このようにして炭素繊維フィラメント構成本数１５，０００本のトウ４０本から、開繊幅５００ｍｍ、厚み０．２ｍｍのドライ開繊シートを作製した。その開繊シートの目付は、８０ｇ／ｍ2であった。得られた開繊シートの表面写真（７ｍｍ×７ｍｍ）を図２１に示す。
（３）開繊シート上の架橋繊維の質量測定
作製した開繊シートの表面に露出している架橋繊維量を測定した。測定は開繊シートから、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさを切り取り、そのサンプルの両面に露出している架橋繊維のみを注意深く取り出し、電子天秤で質量を測定し、単位面積当たり（ｇ／ｍ2）の架橋繊維量を計算した。【００６６】
（実施例４）
前記（２）開繊シートの作製工程において、炭素繊維トウに与える張力のみを１５Ｎに変更したこと以外、実施例３と同様にして開繊シートを作製した。得られた開繊シートの表面写真（７ｍｍ×７ｍｍ）を図２３に示す。この開繊シートを用いて、実施例３と同様にサンプルを作製し、架橋繊維量を計算した。【００６７】
（比較例２）
比較例１の開繊シートを用いて実施例３と同様にサンプルを作製し、架橋繊維量を計算した。この開繊シートの表面写真（７ｍｍ×７ｍｍ）を図２４に示す。【００６８】
以上の開繊糸及び開繊シートの結果を表１、図１１−１３にまとめて示す。図１１は試験１の炭素繊維糸の強度を示すグラフである。図１２は試験２の架橋繊維の質量を示すグラフである。図１３は試験１と試験２による架橋繊維質量と炭素繊維糸強度を示すグラフである。【００６９】
【表１】
2020166558.tif 000007
【００７０】
＜試験３＞
開繊シートを積層した積層体の層間破壊靱性値を測定した。【００７１】
（実施例５）
（１）実施例３の（２）開繊シートの作製工程と同様の条件で開繊して、装置上の樹脂パウダーの散布を及び加熱装置による加熱を行い、開繊シートは繊維と樹脂が一体となっているが、完全には含浸していない樹脂一体化炭素繊維シート、いわゆるセミプレグを作製した。材料は上記の実施例３と同じである。繊維と樹脂の体積含有率において繊維含有率（Ｖｆ）が４８％になるようにドライ開繊シート（８０ｇ／ｍ2）の両面に樹脂パウダーを塗布した。
（２）樹脂及び熱処理
ドライパウダー樹脂としてポリアミド樹脂（ＰＡ６、宇部興産社製、融点２２５℃）を使用した。ドライパウダー樹脂の平均中心粒子径は８０μｍであった。この樹脂は、炭素繊維１ｍ2に対して平均片面１６．３ｇ、両面で３２．６ｇ付与した。加熱装置１１，１５内の温度は各２４０℃、滞留時間は各４秒とした。
（３）樹脂一体化炭素繊維シートの評価
得られた樹脂一体化炭素繊維シートの質量は１１２．６ｇ／ｍ2であった。得られた樹脂一体化炭素繊維シートの表面写真（７ｍｍ×７ｍｍ）を図２２に示す。
（４）繊維強化樹脂成形体サンプルの作製
Ａ．モードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣ
モードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣの試験を実施するため、サンプルに対して図８Ａ−Ｂに示すように繊維強化樹脂成形体の試験片を作製した。
試験片の作製には、開繊シート  ３４枚（２００×２００ｍｍ）を繊維方向を揃えて積層する。この中央に厚さ１５μｍのポリイミドフィルムを二つ折りにして、所定の位置（繊維と垂直方向に端から７５ｍｍ）に挿入する。これを３ｍｍのスペーサーを用いて、２６０℃、３ＭＰａ、１０分間加熱プレスし、続いて２０℃、３ＭＰａ、５分の冷却プレスを実施した。作製された２００×２００ｍｍ×３ｍｍの積層板から、幅＝２５ｍｍ、長さ１４０ｍｍの試験片（図８）を切り出した。この試験片に図９のように金属製のジグを接着剤（アラルダイト）で上記サンプルに接着させた。
このサンプルを用いて図９に示すＤＣＢ試験を行い、モードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣを算出した。
Ｂ．モードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣ
モードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣの試験を実施するため、サンプルに対して図８Ａ−Ｂに示すように繊維強化樹脂成形体の試験片を作製した。
試験片の作製には、開繊シート  ３４枚（２００×２００ｍｍ）を繊維方向を揃えて積層する。断面から見て中央端部に厚さ１５μｍのポリイミドフィルムを二つ折りにして、所定の位置（繊維と垂直方向に端から７５ｍｍ）に挿入する。これを３ｍｍのスペーサーを用いて、温度２６０℃、圧力３ＭＰａ、１０分間加熱プレスし、続いて２０℃、３ＭＰａ、５分の冷却プレスを実施した。作製された２００×２００ｍｍ×３ｍｍの積層板から、図８の試験片を切り出した。
このサンプルを用いて図１０に示すＥＮＦ試験を行い、モードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣを算出した。【００７２】
（実施例６）
実施例４の（２）開繊シートの作製工程と同様の条件で開繊して、実施例５の条件でモードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣとモードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣを算出した。【００７３】
（比較例３）
サカイオーベックス社製の開繊樹脂炭素繊維シートを使用した。このシートはエアー開繊によって作製されている。このシートの表面写真（７ｍｍ×７ｍｍ）を図２５に示す。実施例５の条件でモードＩ層間破壊靱性値ＧＩＣとモードＩＩ層間破壊靱性値ＧＩＩＣを算出した。【００７４】
次に、試験３の層間破壊靭性試験の結果を表２、図１４−２０にまとめて示す。図１４は実施例５−６、比較例３の繊維強化樹脂成形体の層間破壊靭性試験の荷重と変位の結果を示すグラフである。図１５は同、繊維強化樹脂成形体のモードＩ層間破壊靭性試験の結果を示すグラフである。図１６は同、繊維強化樹脂成形体のモードＩＩ層間破壊靭性試験の結果を示すグラフである。図１７は同、架橋繊維の質量とモードＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。図１８は同、炭素繊維シート強度とモードＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。図１９は同、架橋繊維の質量とモードＩＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。図２０は同、炭素繊維シート強度とモードＩＩ層間破壊靭性特性の関係を示すグラフである。【００７５】
【表２】
2020166558.tif 000008
【００７６】
以上の結果を考察すると、架橋繊維が増加するにしたがって引張強度が比例的に低下するが（図１３）、層間破壊靭性試験の最大荷重値及び層間破壊靭性値は逆に増加することがわかる。比較例３に比べて実施例５は約１２９％、実施例６は約１３６％、モードＩ層間破壊靭性値が増加した。また、比較例３に比べて実施例５は約１３％、実施例６は約３８％、モードＩＩ層間破壊靭性値が増加した。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、航空機用途、鉄道車両用途、船舶用途、自動車用途、スポーツ用途、風車等の建築部材、圧力容器、その他一般産業用途に好適である。
【符号の説明】
【００７８】
２  供給ボビン
９，１３  粉体供給ホッパー
１０，１４  ドライパウダー樹脂
１１，１５  加熱装置
１２ａ−１２ｇ  ガイドロール
１６  巻き上げロール
２０  樹脂一体化炭素繊維シート
２１  炭素繊維シート
２１ａ  一方向性炭素繊維群
２２，２２ａ，２２ｂ  架橋繊維（多方向性繊維）
２３  樹脂
２４  樹脂が付着していない部分
２５  エアー開繊工程
２６  炭素繊維フィラメント群
２７ａ，２７ｂ  押さえロール
２８  撓み空間
２９ａ−２９ｄ  ブリッジロール
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  ニップロール
３１ａ−３１ｊ  開繊ロール
３２  ロール開繊工程
３３  架橋繊維発生工程
３４  粉体樹脂付与工程
４１  繊維強化樹脂成形体の試験片
４２  ポリイミドフィルム
４３  層間破壊靭性試験装置
４４ａ，４４ｂ  支点
４５  荷重
４６ａ，４６ｂ  基準線
４７ａ，４７ｂ  応力方向
４８  き裂
４９ａ，４９ｂ  ピン負荷用ブロック
【図１】
2020166558.tif 000009
【図２】
2020166558.tif 000010
【図３】
2020166558.tif 000011
【図４】
2020166558.tif 000012
【図５】
2020166558.tif 000013
【図６】
2020166558.tif 000014
【図７】
2020166558.tif 000015
【図８】
2020166558.tif 000016
【図９】
2020166558.tif 000017
【図１０】
2020166558.tif 000018
【図１１】
2020166558.tif 000019
【図１２】
2020166558.tif 000020
【図１３】
2020166558.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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