JP2005014600A

JP2005014600A - 一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法

Info

Publication number: JP2005014600A
Application number: JP2004159298A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Kato; 光崇加藤; Naoki Iwasaki; 直樹岩崎; Hiroyuki Takagishi; 宏至高岸
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】
離型紙からの浮き上がりの少ない一方向炭素繊維プリプレグ材を得る。
【解決手段】
複数本の炭素繊維束を一方向に互いに並行するように引き揃えてなる炭素繊維シートの上下両面に、少なくとも一方がマトリクス樹脂塗布離型紙である離型紙を重ね合わせ、重ね合わせ体を含浸ロールに通し、炭素繊維シートに離型紙上のマトリクス樹脂を転移、含浸して一方向炭素繊維プリプレグとした後、上側の離型紙を剥ぎ取り、一方向炭素繊維プリプレグを下側の離型紙ごとロール状に巻き取るに際し、炭素繊維束の張力Ｔｆを５〜２００ｇ／１，０００フィラメントの範囲内に維持し、含浸ロールに至る上側の離型紙の張力Ｔｕを１０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持するとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを１〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持し、かつ、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓを０．７５〜１．２の範囲内に維持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の成形に用いる一方向炭素繊維プリプレグ材に関する。

よく知られているように、ＣＦＲＰの成形に炭素繊維とＢ−ステージの熱硬化性樹脂とを複合してなる炭素繊維プリプレグが用いられる。炭素繊維プリプレグにはいろいろなものがあるが、その一つに、炭素繊維を一方向に引き揃えてなる一方向炭素繊維プリプレグがある。一方向炭素繊維プリプレグは、通常、帯状の離型紙に担持され、一方向炭素繊維プリプレグ材とされる。炭素繊維は、帯状の離型紙の長さ方向に延在している。そのような一方向炭素繊維プリプレグ材は、成形時に炭素繊維の配向を制御しやすいことから、たとえば、釣竿やゴルフシャフト、テニスラケットのフレームといった薄肉、軽量の管状体の成形に多用されている。

さて、一方向炭素繊維プリプレグ材は、一般的に、炭素繊維束を一方向に互いに並行するように引き揃えてなる炭素繊維シートの上下両面に、少なくとも一方がマトリクス樹脂塗布離型紙である離型紙を重ね合わせ、重ね合わせ体を含浸ロールに通し、炭素繊維シートに離型紙上のマトリクス樹脂を転移、含浸して一方向炭素繊維プリプレグとした後、上側の離型紙を剥ぎ取り、一方向炭素繊維プリプレグを下側の離型紙ごとロール状に巻き取ることによって製造されている。いわゆるホットメルト法と呼ばれる方法である。離型紙は、ロール状に巻き取るときに張力がかかるため、いくらか引き伸ばされた状態になる。

ところで、一方向炭素繊維プリプレグ材を用いるＣＦＲＰ管状体の成形は、一方向炭素繊維プリプレグをマンドレルに巻き付け、その上に熱収縮性のラッピングテープを巻き付け、加熱してラッピングテープの熱収縮による成形圧力を付与しながら熱硬化性樹脂を硬化させた後、マンドレルを引き抜くことによって行うのが一般的である。一方向炭素繊維プリプレグ材は、マンドレルへの巻き付けに先立って適当な大きさに裁断するが、マンドレルへの巻き付けまでには時間がかかるため、ロール状に巻き取る際にいくらか引き伸ばされた離型紙が元に戻ろうとする。しかしながら、一方向炭素繊維プリプレグは、炭素繊維が、いわゆるつっかい棒のように作用するためにこの離型紙の動きに追従することができない。そのため、離型紙から一方向炭素繊維プリプレグが部分的に剥がれ、浮き上がりが生ずる。しかるに、そのような浮き上がりを有する一方向炭素繊維プリプレグをマンドレルに巻き付けると、皺が発生したり、成形後の管状体にボイドが残存したりして、管状体の機械的特性が低下したり、機械的特性のばらつきが大きくなったり、品位が低下したりするようになる。

このような浮き上がりを防止するために、下側の離型紙として、弾性伸び率の小さな離型紙を用いることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、たとえそのような離型紙を用いたとしても、一方向炭素繊維プリプレグ材の製造時に離型紙が受ける張力や離型紙と炭素繊維束との張力のバランスによってはやはり浮き上がりが発生する。また、パッケージから繰り出される炭素繊維束の張力と、ロール体から繰り出される上側および下側の離型紙の張力との関係を特定の範囲に維持することによって浮き上がりを防止しようとすることも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。しかしながら、この方法は、得られる一方向炭素繊維プリプレグ材をロール状に巻き取る際の条件を考慮していないため、やはり浮き上がりの解消には十分でない。
特開２０００−６１９４０号公報特開平１１−３０９７１６号公報

本発明の目的は、従来の技術の上述した問題点を解決し、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりを生じにくい一方向炭素繊維プリプレグ材を製造する方法を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数本の炭素繊維束を一方向に互いに並行するように引き揃えてなる炭素繊維シートの上下両面に、少なくとも一方がマトリクス樹脂塗布離型紙である離型紙を重ね合わせ、重ね合わせ体を含浸ロールに通し、炭素繊維シートに離型紙上のマトリクス樹脂を転移、含浸して一方向炭素繊維プリプレグとした後、上側の離型紙を剥ぎ取り、一方向炭素繊維プリプレグを下側の離型紙ごとロール状に巻き取るに際し、炭素繊維束の張力Ｔｆを５〜２００ｇ／１，０００フィラメント、好ましくは１０〜１００／１，０００フィラメントの範囲内に維持し、含浸ロールに至る上側の離型紙の張力Ｔｕを１０〜３０ｋｇ／ｍ、好ましくは２０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持するとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを１〜５ｋｇ／ｍ、好ましくは２〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持し、かつ、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｌを０．７５〜１．２、好ましくは０．９５〜１．１の範囲内に維持することを特徴とする一方向プリプレグ材の製造方法を提供する。ここで、炭素繊維束の張力は、任意の複数本の炭素繊維束について測定した張力の単純平均値である。また、含浸ロールに至る上側および下側の離型紙の張力は、離型紙をロール体から繰り出すときの張力をもってそれとする。炭素繊維束や離型紙の張力は、周知の張力計を用いて測定することができる。

上記において、炭素繊維束としては、引張弾性率が少なくとも３００ＧＰａの炭素繊維束を用いるのが好ましい。炭素繊維束の引張弾性率は、ＪＩＳＲ−７６０１に規定される方法に準拠して求める。

また、一方向炭素繊維プリプレグの炭素繊維の重量含有率が７０％以上とするのが好ましく、さらには重量含有率が７８％以上とするのがより好ましい。また体積含有率５５％以上とするのが好ましく、さらには体積含有率７０％以上とするのがより好ましい。また、ＣＦＲＰとして十分な強度を発現するには重量含有率は９０％以下が好ましい。

さらに、下側の離型紙としては、一方向炭素繊維プリプレグの剥離抵抗が１００ｍＮ／２５ｍｍ以上である離型紙を用いるのが好ましい。さらに好ましいのは、剥離抵抗が１５０ｍＮ／２５ｍｍ以上である離型紙を用いることである。剥離抵抗の上限は、１，５００ｍＮ／２５ｍｍであるのが好ましい。ここで、一方向炭素繊維プリプレグの剥離抵抗は、次のようにして測定する。すなわち、一方向炭素繊維プリプレグ材を、炭素繊維の方向を長さ方向として幅２５ｍｍ、長さ３００ｍｍの短冊状に裁断し、試験片とする。次に、図１に示すように、上記の試験片１を、両面テープを用いて、折れ角θが１６５°のステンレス製の支持具２に、離型紙を外側にして貼り付ける。次に、図２に示すように、支持具２を引張試験機の下側チャック４（固定）に装着するとともに、一方向炭素繊維プリプレグ１ａから１０ｍｍほどあらかじめ引き剥がした離型紙１ｂの引き剥がし端をクリップ５、金属線６を介して上側チャック７（可動）に装着し、２３℃、５０％Ｒｈの雰囲気下にて引張速度１００ｍｍ／分で離型紙１ｂを引っ張って一方向プリプレグ１ａから引き剥がし、そのときの荷重をチャート上に記録する。そして、チャート上から、引き剥がし終えるまでの間における荷重の最大値およびその最大値から５番目までの荷重と、荷重の最小値およびその最小値から５番目までの荷重とを求め、それら１０点の荷重の単純平均値をもって剥離強度とする。

また、下側の離型紙としては、伸び率が５％以下である離型紙を用いるのが好ましい。ここで、離型紙の伸び率は、ＪＩＳＰ８１２４に規定される方法に準拠して求める。

さらに、下側の離型紙としては、４ｋｇの荷重を付加したときの伸び率およびその荷重の付加を解いたときの戻り率がいずれも０．５％以下である離型紙を用いるのが好ましい。この場合の伸び率も、また、ＪＩＳＰ８１２４に規定される方法に準拠して求める。

さらには、下側の離型紙としてはプリプレグ担持面の平滑度が１０００秒以下のものを用いるのが好ましい。この離型紙の平滑度は、ＪＩＳＰ８１１９（１９９８）「ベック平滑度試験機法」に基づく平滑度ベック秒数であり、これは、例えば、日本紙パルプ技術協会の試験方法（Ｊ．ＴＡＰＰＩ紙パルプ試験方法Ｎｏ．５−７４）の王研式平滑度（加圧式）試験方法を用いて求めることができる。

本発明の方法によれば、長径が３ｍｍを超える、一方向炭素繊維プリプレグの下側の離型紙からの浮き上がりの個数が１０個／ｍ²以下であるような一方向炭素繊維プリプレグ材が得られる。

図３において、複数個のパッケージ８、・・・から繰り出される炭素繊維束９、・・・は、自由回転する引揃えロール１０、１１を経てコーム１２に導かれ、一方向に互いに並行するように引き揃えられて炭素繊維シート１３となる。このとき、パッケージ８、・・・にブレーキをかけるなどの方法で炭素繊維シート１３を構成している炭素繊維束９、・・・の張力Ｔｆが５〜２００ｇ／１，０００フィラメントの範囲内になるように調整する。

次いで、炭素繊維シート１３に、ロール体１４から導入ロール１５、１６を介して供給される、Ｂステージの熱硬化性樹脂を塗布した上側の離型紙１７と、ロール体１８から導入ロール１９、２０を介して導入される、同様にＢステージの熱硬化性樹脂を塗布した下側の離型紙２１とを樹脂塗布面が炭素繊維シート１３側を向くように重ね合わせ、重ね合わせ体をヒータ２２で加熱して熱硬化性樹脂の粘度を一旦下げた後、含浸ロール２３、２４で加熱、加圧して炭素繊維束９、・・・の押し拡げと離型紙１７、２１上の熱硬化性樹脂の炭素繊維シート１３への転移、含浸とを行う。すなわち、炭素繊維シート１３が一方向炭素繊維プリプレグとなる。このとき、ロール体１４にブレーキをかけるなどして含浸ロール２３、２４に至る上側の離型紙の張力Ｔｕを１０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持するとともに、ロール体１８にブレーキをかけるなどして下側の離型紙の張力Ｔｓを１〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持する。

熱硬化性樹脂の転移、含浸後は、引取ロール２５、２６を経て上側の離型紙１５を剥ぎ取り、ロール状に巻き取ってロール体２７とする。一方向炭素繊維プリプレグ２８は、下側の離型紙２１ごとロール状に巻き取ってロール体２９とする。このとき、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを調整することによって、その巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔとの比Ｔｗ／Ｔとを０．７５〜１．２の範囲内に維持する。かくして、一方向炭素繊維プリプレグ材が得られる。

本発明においては、上述したように、炭素繊維束の張力Ｔｆを５〜２００ｇ／１，０００フィラメントの範囲内に維持する。すなわち、炭素繊維束の張力が低すぎると、引き揃えの状態が乱れ、得られる一方向炭素繊維プリプレグにおける炭素繊維の配向が乱れたり表面の平坦性が低下したりするようになる。かかる不都合を回避するために、炭素繊維束の張力Ｔｆは、少なくとも５ｇ／１，０００フィラメントに維持する。逆に、高すぎると、炭素繊維束が拡がりにくくなり、得られる一方向炭素繊維プリプレグは、目開き（割れ）ができたり表面の凹凸が大きくなったりするようになるうえに、特に炭素繊維の重量含有率が７０％以上、または体積含有率５５％以上であるような高い繊維含有率の一方向炭素繊維プリプレグにおいては、使用時にロール体から一方向炭素繊維プリプレグを繰り出したときに炭素繊維が残留している張力によって縮み、一方向炭素繊維プリプレグが離型紙から剥離して浮き上がるようになる。かかる不都合を回避するために、炭素繊維束の張力Ｔｆの上限を２００ｇ／１，０００フィラメントに抑える。それゆえ、本発明においては、炭素繊維束の張力Ｔｆを５〜２００ｇ／１，０００フィラメントの範囲内に維持する。炭素繊維束の好ましい張力の範囲は、１０〜１００ｇ／１，０００フィラメントである。

また、本発明においては、含浸ロール２３、２４に至る上側の離型紙の張力Ｔｕを１０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持するとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを１〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持する。すなわち、一般に、離型紙には、皺が発生したり、蛇行したり、破れたりするのを防止するために適度の張力を加えるが、本発明においては、上側の離型紙は後に剥ぎ取るため、かかる不都合が起こらない範囲内で高めの張力とする。すなわち、上側の離型紙の張力Ｔｕは、１０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持する。上側の離型紙の好ましい張力の範囲は、２０〜３０ｋｇ／ｍである。これに対して、下側の離型紙は、高い張力の下に含浸ロールで加熱、加圧されると伸びてしまい、その伸びた状態で一方向炭素繊維プリプレグと貼り合わされてしまうと、使用時にロール体から一方向炭素繊維プリプレグを繰り出したときに離型紙が縮み、一方向炭素繊維プリプレグが離型紙から剥離して浮き上がるようになる。それゆえ、本発明においては、下側の離型紙の張力Ｔｓは、皺が発生したり、蛇行したりしないように少なくとも１ｋｇ／ｍとするとともに、一方向炭素繊維プリプレグの浮きを生ずることがないよう上限を５ｋｇ／ｍとする。すなわち、下側の離型紙の張力Ｔｓは１〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持する。下側の離型紙の好ましい張力の範囲は、２〜５ｋｇ／ｍである。

さらに、本発明においては、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓを０．７５〜１．２の範囲内に維持する。すなわち、含浸ロールの後においても、離型紙には、皺を発生したり蛇行したりすることのない張力が必要であるが、張力が高すぎると離型紙が伸び、使用時にロール体から一方向炭素繊維プリプレグを繰り出したときに離型紙が縮み、一方向炭素繊維プリプレグが離型紙から剥離して浮き上がるようになる。本発明においては、巻取張力を含浸時の張力に等しいかその近傍に調整すること、すなわち、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓを０．７５〜１．２の範囲内に維持することで、かかる不都合の発生を防止している。比Ｔｗ／Ｔｓの好ましい範囲は、０．９５〜１．１である。

炭素繊維束としては、たとえば、ポリアクリロニトリル系繊維やピッチ系繊維を原料繊維とする、フィラメント数が１，０００〜１００，０００本程度のものを用いることができるが、本発明は、引張弾性率が少なくとも３００ＧＰａであるような炭素繊維束を用いる場合に好適である。なぜなら、高い引張弾性率の炭素繊維束であればあるほど、伸びにくいために、離型紙の伸縮への追随性が低下し、一方向炭素繊維プリプレグの離型紙からの浮き上がりを生じやすくなるからである。

また、本発明は、成形される、特に釣竿やゴルフシャフトといった薄肉の管状体の強度を向上させ、また、軽量化を図るために、離型紙上に塗布する熱硬化性樹脂の目付を選択することによって、繊維重量含有率が７０％以上であり、また体積含有率５５％以上であるような一方向炭素繊維プリプレグを得る場合に好適である。なぜなら、一方向炭素繊維プリプレグの離型紙からの浮き上がりは、一方向炭素繊維プリプレグと離型紙との接着性が弱いほど発生しやすいが、繊維重量含有率が好ましくは７０％以上であり、より好ましくは重量含有率が７８％以上である。または体積含有率が好ましくは５５％以上であり、より好ましくは７０％以上である。この様な一方向炭素繊維プリプレグは、マトリクス樹脂の量が少ないために離型紙との接着性が弱く、浮き上がりを発生しやすいからである。

さらに、同様の理由で、下側の離型紙としては、一方向炭素繊維プリプレグの剥離抵抗が１００ｍＮ／２５ｍｍ以上であるようなものを選択して用いるのが好ましい。より好ましくは、剥離抵抗が１５０ｍＮ／２５ｍｍ以上であるようなものを選択して用いる。なお、剥離強度の上限は、剥離強度があまり高すぎるとＣＦＲＰの成形時に離型紙から剥離するのが難しくなり、また、皺ができたり割れたりするようになるので、１，５００ｍＮ／２５ｍｍとするのが好ましい。

一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりを防止するためには、下側の離型紙の伸び率は、小さければ小さいほどよい。一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりは、上述したように離型紙の伸縮の影響を受けるからである。特に、長さ方向（炭素繊維の延在方向）における伸縮は小さいほうがよく、５％以下のものを選択して用いるようにするのがよい。

同様の理由で、下側の離型紙としては、４ｋｇの荷重を付加したときの伸び率およびその荷重の付加を解いたときの戻り率がいずれも０．５％以下である離型紙を用いるのが好ましい。特に、戻り率が伸び率よりも小さいものを用いると、離型紙の復元作用がより小さくなって一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりを抑えやすくなるので好ましい。好ましいのは、戻り率／伸び率の比が０．９以下のものを用いることである。

また、下側の離型紙は、一方向プリプレグの担持面の平滑度が１０００秒以下であるものが好ましい。平滑度がこの範囲にあれば、担持されたプリプレグと離型紙との密着性が良好となり、結果としてプリプレグの浮き上がりを防止するのに効果があるだけでなく、担持された一方向プリプレグの平滑性を良好にせしめるのにも効果がある。加えて、離型紙の平滑度がこの範囲にあれば、成形の際、離型紙からプリプレグを剥がし易くなり、プリプレグに皺が発生したりするのを防止する効果もある。より好ましくは、この平滑度が５００秒以下であり、さらに好ましくは４００秒以下である。かかる平滑度は小さければ小さいほど好ましいが、３００秒程度であれば、本発明の目的としては十分なことが多い。このような離型紙は、基材である紙をスーパーカレンダー等で平滑度を向上させることで得ることができる。

本発明は、複数本の炭素繊維束を一方向に互いに並行するように引き揃えてなる炭素繊維シートの上下両面に、少なくとも一方がマトリクス樹脂塗布離型紙である離型紙を重ね合わせ、重ね合わせ体を含浸ロールに通し、炭素繊維シートに離型紙上のマトリクス樹脂を転移、含浸して一方向炭素繊維プリプレグとした後、上側の離型紙を剥ぎ取り、一方向炭素繊維プリプレグを下側の離型紙ごとロール状に巻き取るに際し、炭素繊維束の張力Ｔｆを５〜２００ｇ／１，０００フィラメントの範囲内に維持し、含浸ロールに至る上側の離型紙の張力Ｔｕを１０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持するとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを１〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持し、かつ、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓを０．７５〜１．２の範囲内に維持するので、実施例と比較例との対比からも明らかなように、長径が３ｍｍを超える、一方向炭素繊維プリプレグの下側の離型紙からの浮き上がりの個数が１０個／ｍ²以下であるような、離型紙からの浮き上がりの少ない一方向炭素繊維プリプレグ材を得ることができる。そして、そのような一方向炭素繊維プリプレグ材を用いれば、ＣＦＲＰの管状体の成形に際してマンドレルに巻き付けるときの皺の発生、成形後の管状体におけるボイドの残存等を防止することができるようになり、管状体の機械的特性が低下したり、機械的特性のばらつきが大きくなったり、品位が低下したりするのを防止することができるようになる。

実施例１：
図３に示した方法によって一方向炭素繊維プリプレグ材を製造した。炭素繊維束としては、３３３本の、引張強度４．７ＧＰａ、引張弾性率３４０ＧＰａ、繊度４５０ｔｅｘ、フィラメント数１２，０００本の炭素繊維束を選択した。また、上側および下側の離型紙としては、表面にシリコーン系の離型剤を塗布してなる、幅が１，０８０ｍｍで、長さ方向の伸び率が４．６％、長さ方向に４ｋｇの荷重を付加したときの伸び率が０．４２％およびその荷重の付加を解いたときの戻り率が０．３７％の離型紙を選択し、それらの表面にはマトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を目付が２４ｇ／ｍ²になるように塗布した。

炭素繊維束の張力Ｔｆは、８０ｇ／１，０００フィラメントとした。また、含浸ロールに至る上側の離型紙の張力Ｔｕを３０ｋｇ／ｍとするとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを５ｋｇ／ｍとし、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを５ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．０となる。また、含浸ロールの温度は１３０℃とし、３ｋｇ／ｃｍの線圧を加えた。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：６７０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：０
実施例２：
実施例１において、下側の離型紙の張力Ｔｓを４ｋｇ／ｍとし、巻取張力Ｔｗを４．３ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．０７５となる。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維プリプレグの目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維の浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：４ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：４．３ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０７５
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：６５０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：２個／ｍ²
実施例３：
実施例１において、炭素繊維束として、６６６本の、引張強度４．０ＧＰａ、引張弾性率３７０ＧＰａ、繊度２２５ｔｅｘ、フィラメント数６，０００本の炭素繊維束を選択した。また、炭素繊維束の張力Ｔｆを５０ｇ／１，０００フィラメントとした。さらに、上側および下側の離型紙上のマトリクス樹脂の目付を１９ｇ／ｍ²とした。また、上側の離型紙の張力Ｔｕを２５ｋｇ／ｍとするとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを４ｋｇ／ｍとし、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを４．２ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．０５となる。また、含浸ロールの線圧を４ｋｇ／ｃｍとした。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維プリプレグの目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維の浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：６６６本
引張強度：４．０ＧＰａ
引張弾性率：３７０ＧＰａ
繊度：２２５Ｔｅｘ
フィラメント数：６，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：１９ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：５０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：２５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：４ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：４．２ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０５
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：４ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１８８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：８０体積％
炭素繊維の重量含有率：８３重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：３５０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：１個／ｍ²
実施例４：
実施例１において、炭素繊維束として、１８８本の、引張強度４．５ＧＰａ、引張弾性率２３０ＧＰａ、繊度８００ｔｅｘ、フィラメント数１２，０００本の炭素繊維束を選択した。また、炭素繊維束の張力Ｔｆを２００ｇ／１，０００フィラメントとした。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：１８８本
引張強度：４．５ＧＰａ
引張弾性率：２３０ＧＰａ
繊度：８００Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面平滑度：３５５秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：２００ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：１，００５ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：０
実施例５：
実施例１において、上側および下側の離型紙上のマトリクス樹脂の目付を３７ｇ／ｍ²とした。また、含浸ロールの線圧を１．５ｋｇ／ｃｍとした。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維プリプレグの目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維の浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：３７ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：１．５ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：２２３ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：６７体積％
炭素繊維の重量含有率：７５重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：１，４５０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：０
実施例６：
実施例１において、上側および下側の離型紙として、表面にシリコーン系の離型剤を塗布してなる、幅が１，０８０ｍｍで、長さ方向の伸び率が５．５％、長さ方向に４ｋｇの荷重を付加したときの伸び率が０．５２％およびその荷重の付加を解いたときの戻り率が０．４９％、担持面の平滑度９８０秒の離型紙を選択した。また、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを４．８ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは０．９６となる。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および相当する体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：５．５％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．５２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．４９％
担持面の平滑度：９８０秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：４．８ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：０．９６
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：８２５ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：８個／ｍ²
実施例７：
実施例１において、上側および下側の離型紙上のマトリクス樹脂の目付を１９ｇ／ｍ²とした。また、炭素繊維束の張力Ｔｆを３０ｇ／１，０００フィラメントとした。さらに、含浸ロールの線圧を４ｋｇ／ｃｍとした。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面の平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：１９ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：３０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：４ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１８８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：８０体積％
炭素繊維の重量含有率：８３重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：８５ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：７個／ｍ²
実施例８：
実施例１において、炭素繊維プリプレグ目付を１１６ｇ／ｍ²とし、上側および下側離型紙上のマトリクス樹脂の目付を２５ｇ／ｍ²とした。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルへの巻き付けはスムーズで、皺や割れが発生することもなかった。
炭素繊維束：
本数：２５８本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面の平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：２５ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１１６ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：５６体積％
炭素繊維の重量含有率：７０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：３２０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：０個／ｍ²
比較例１：
実施例１において、下側の離型紙の張力Ｔｓを７ｋｇ／ｍとし、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを９ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．２９となる。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルに巻き付ける際に多数の皺が発生した。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面の平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：７ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：９ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．２９
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：６２０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：２２５個／ｍ²
比較例２：
実施例１において、炭素繊維束の張力を２５０ｇ／１，０００フィラメントとした。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維プリプレグの目付、炭素繊維の重量含有率および体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルに巻き付ける際に皺が発生した。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面の平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：２５０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：５ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．０
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：５９０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：１８個／ｍ²
比較例３：
実施例１において、上側の離型紙の張力を５ｋｇ／ｍ、下側の離型紙の張力Ｔｓを６ｋｇ／ｍとし、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを６ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．０となるが、含浸ロールにおいて離型紙に皺が発生し、炭素繊維の配向が大きく乱れたために一方向炭素繊維プリプレグ材を製造することができなかった。
比較例４：
実施例１において、下側の離型紙の張力Ｔｓを４ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．２５となる。

得られた一方向炭素繊維プリプレグ材の一方向炭素繊維の目付、炭素繊維の重量含有率および相当する体積含有率、剥離強度、一方向炭素繊維プリプレグの浮き上がりの個数を、諸元とともに以下に示す。また、マンドレルに巻き付ける際に皺が発生した。
炭素繊維束：
本数：３３３本
引張強度：４．７ＧＰａ
引張弾性率：３４０ＧＰａ
繊度：４５０Ｔｅｘ
フィラメント数：１２，０００本
離型紙：
伸び率：４．６％
４ｋｇ荷重付加時の伸び率：０．４２％
４ｋｇ荷重解除時の戻り率：０．３７％
担持面の平滑度：４７５秒
マトリクス樹脂の目付：２４ｇ／ｍ²
張力条件：
炭素繊維束の張力（Ｔｆ）：８０ｇ／１，０００フィラメント
上側離型紙の張力（Ｔｕ）：３０ｋｇ／ｍ
下側離型紙の張力（Ｔｓ）：４ｋｇ／ｍ
下側離型紙の巻取張力（Ｔｗ）：５ｋｇ／ｍ
Ｔｗ／Ｔｓ：１．２５
含浸条件：
含浸温度：１３０℃
線圧：３ｋｇ／ｃｍ
一方向炭素繊維プリプレグ：
炭素繊維目付：１９８ｇ／ｍ²
炭素繊維の体積含有率：７６体積％
炭素繊維の重量含有率：８０重量％
一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度：５８０ｍＮ／２５ｍｍ
浮き上がりの個数：１３２個／ｍ²
比較例５：
実施例１において、下側の離型紙の張力Ｔｓを０．５ｋｇ／ｍとし、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗを０．６ｋｇ／ｍとした。巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓは１．２となるが、含浸ロールにおいて離型紙に皺が発生し、炭素繊維の配向が大きく乱れたために一方向炭素繊維プリプレグ材を製造することができなかった。

一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度の測定に用いる支持具の概略斜視図である。一方向炭素繊維プリプレグの剥離強度を測定している様子を示す概略図である。本発明の方法を実施している様子を示す概略図である。

符号の説明

１：試験片
１ａ：一方向炭素繊維プリプレグ
１ｂ：離型紙
２：試験片の支持具
３：両面テープ
４：下側チャック
５：クリップ
６：金属線
７：上側チャック
８：炭素繊維束のパッケージ
９：炭素繊維束
１０：引揃えロール
１１：引揃えロール
１２：コーム
１３：炭素繊維シート
１４：上側の離型紙のロール体
１５：導入ロール
１６：導入ロール
１７：上側の離型紙
１８：下側の離型紙のロール体
１９：導入ロール
２０：導入ロール
２１：下側の離型紙
２２：ヒータ
２３：含浸ロール
２４：含浸ロール
２５：引取ロール
２６：引取ロール
２７：上側の離型紙のロール体
２８：一方向炭素繊維プリプレグ
２９：一方向炭素繊維プリプレグ材のロール体

Claims

複数本の炭素繊維束を一方向に互いに並行するように引き揃えてなる炭素繊維シートの上下両面に、少なくとも一方がマトリクス樹脂塗布離型紙である離型紙を重ね合わせ、重ね合わせ体を含浸ロールに通し、炭素繊維シートに離型紙上のマトリクス樹脂を転移、含浸して一方向炭素繊維プリプレグとした後、上側の離型紙を剥ぎ取り、一方向炭素繊維プリプレグを下側の離型紙ごとロール状に巻き取るに際し、炭素繊維束の張力Ｔｆを５〜２００ｇ／１，０００フィラメントの範囲内に維持し、含浸ロールに至る上側の離型紙の張力Ｔｕを１０〜３０ｋｇ／ｍの範囲内に維持するとともに下側の離型紙の張力Ｔｓを１〜５ｋｇ／ｍの範囲内に維持し、かつ、下側の離型紙の巻取張力Ｔｗと下側の離型紙の張力Ｔｓとの比Ｔｗ／Ｔｓを０．７５〜１．２の範囲内に維持することを特徴とする一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
引張弾性率が少なくとも３００ＧＰａの炭素繊維束を用いる、請求項１に記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
一方向炭素繊維プリプレグの炭素繊維の重量含有率を７０％以上とする、請求項１または２に記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
一方向炭素繊維プリプレグの炭素繊維の体積含有率を７０％以上とする、請求項１〜３のいずれかに記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
下側の離型紙として、一方向炭素繊維プリプレグの剥離抵抗が１００ｍＮ／２５ｍｍ以上である離型紙を用いる、請求項１〜４のいずれかに記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
下側の離型紙として、伸び率が５％以下である離型紙を用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
下側の離型紙として、４ｋｇの荷重を付加したときの伸び率およびその荷重の付加を解いたときの戻り率がいずれも０．５％以下である離型紙を用いる、請求項１〜６のいずれかに記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
下側の離型紙として、一方向炭素繊維プリプレグの担持面の平滑度が１０００秒以下である離型紙を用いる、請求項１〜７のいずれかに記載の一方向炭素繊維プリプレグ材の製造方法。
請求項１〜８のいずれかに記載の方法を用いて製造され、長径が３ｍｍを超える、一方向炭素繊維プリプレグの離型紙からの浮き上がりの個数が１０個／ｍ²以下であることを特徴とする一方向炭素繊維プリプレグ材。