JP2009191116A

JP2009191116A - 繊維強化複合材料の製造方法および繊維強化複合材料

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Publication number: JP2009191116A
Application number: JP2008031350A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hirawaki; 聡志平脇; Kazumi Ogawa; 和美小川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】本発明の課題は、硬化した樹脂に炭素繊維を含む繊維強化複合材料であって、表面平滑性に優れた繊維強化複合材料を提供することにある。
【解決手段】開繊処理を施して厚さが０．０２〜０．１ｍｍの炭素繊維を得る開繊工程と、前記厚さの炭素繊維で幅が１〜６ｍｍのものに硬化性樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、前記硬化性樹脂を含浸した前記炭素繊維を金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させる分繊・硬化工程と、を有することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬化した樹脂に炭素繊維を含む繊維強化複合材料の製造方法および繊維強化複合材料に関する。

従来、硬化した樹脂にガラス繊維を含む繊維強化複合材料の製造方法であって、表面平滑性に優れた成形品を得ることができるものとして、繊維強化複合材料の表面にゲルコート層を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この繊維強化複合材料の製造方法は、含フッ素重合体と硬化剤とを含む樹脂組成物を型に塗布し、ガラス繊維からなるマットで裏打ちした後に、樹脂組成物を硬化するものである。
この製造方法では、ゲルコート層を繊維強化複合材料の表面に形成することによって、繊維強化複合材料の表面平滑性を向上させている。
このような繊維強化複合材料は、その強度および弾性率が高いことから自動車のフェンダ、ドア、トランク等の外板として使用されている。
しかしながら、従来のガラス繊維を含む繊維強化複合材料では、ガラス繊維の密度が高いために、比強度および比弾性率が金属材料と同じ程度に止まっている。

また、従来、炭素繊維を含む熱硬化性樹脂組成物が知られている（例えば、特許文献２参照）。この熱硬化性樹脂組成物の硬化物は、ガラス繊維よりも密度が低い炭素繊維を含むので、これを自動車の外板に使用することができれば、車体の軽量化を図ることができる。つまり、これを使用した自動車は、燃費向上、エミッションの低減、ハンドリングの向上を図ることができる。
特開平２−１７３１２８号公報米国特許第６７４３８３２号明細書

しかしながら、硬化した樹脂に炭素繊維を含む従来の繊維強化複合材料は、表面平滑性が不充分であった。さらに詳しく説明すると、樹脂に含ませる炭素繊維は、たとえ予め開繊処理を施したものであっても、成形時の材料の流動距離が長いと炭素繊維の均一な分散が阻害される場合があった。そして、炭素繊維の分散が阻害されると、樹脂リッチとなった部分で繊維強化複合材料にひけを生じて表面平滑性を損ねることとなる。
また、成形時の材料の流動によって、炭素繊維が繊維強化複合材料の厚さ方向にうねることによって繊維強化複合材料の表面平滑性を損ねることとなる。

そこで、本発明の課題は、硬化した樹脂に炭素繊維を含む繊維強化複合材料であって、表面平滑性に優れた繊維強化複合材料を提供することにある。

前記課題を解決する本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、開繊処理を施して厚さが０．０２〜０．１ｍｍの炭素繊維を得る開繊工程と、前記厚さの炭素繊維で幅が１〜６ｍｍのものに硬化性樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、前記硬化性樹脂を含浸した前記炭素繊維を金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させる分繊・硬化工程と、を有することを特徴とする。
そして、前記課題を解決する本発明の繊維強化複合材料は、厚さが０．０２〜０．１ｍｍとなるよう開繊処理が施された炭素繊維であって、幅が１〜６ｍｍの炭素繊維に硬化性樹脂を含浸したものを、金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させたことを特徴とする。

本発明によれば、硬化した樹脂に炭素繊維を含む繊維強化複合材料であって、表面平滑性に優れた繊維強化複合材料を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ここで参照する図面において、図１は、実施形態に係る繊維強化複合材料の製造方法の工程説明図である。
本発明の製造方法で得られる繊維強化複合材料は、炭素繊維と硬化性樹脂とを含む組成物を金型で型締めして、炭素繊維を分繊しつつ硬化性樹脂を硬化させたものである。そして、本発明の繊維強化複合材料およびその製造方法は、開繊して所定の厚さとなった炭素繊維であって所定の幅のものを使用したことを主な特徴とする。以下に、本発明に係る製造方法を説明しつつ、この製造方法で得られる繊維強化複合材料について説明する。

本実施形態に係る繊維強化複合材料の製造方法は、図１に示すように、炭素繊維に開繊処理を施す開繊工程と、開繊した炭素繊維に硬化性樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、硬化性樹脂を含浸した炭素繊維を金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させる分繊・硬化工程とを有している。

前記した開繊工程で使用される炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等か挙げられる。本実施形態での炭素繊維は、１０００〜２４０００本程度のフィラメントが束ねられて形成されている。
この開繊工程では、断面視で扁平形状となっている炭素繊維に開繊処理が施されることによって、炭素繊維の幅が広げられる。その結果、本実施形態での炭素繊維は、更に扁平となって、その厚さが０．０２〜０．１ｍｍとなる。ちなみに、開繊処理前の炭素繊維の厚さ（Ｔ１）に対する開繊処理後の炭素繊維の厚さ（Ｔ２）の比（Ｔ２／Ｔ１）は、０．１〜０．５が望ましい。
炭素繊維に開繊処理を施す方法としては、例えば、炭素繊維にエアを吹き付ける方法が挙げられる。この開繊処理には、公知のエア開繊装置（例えば、特開平１１−１７２５６２号公報参照）が使用されてもよい。

そして、開繊処理が施されて幅が広げられた炭素繊維は、その幅が１〜６ｍｍ、望ましくは１〜３ｍｍとされた後に次の樹脂含浸工程に供される。開繊処理後の炭素繊維の幅をこの範囲内とする方法としては、幅が広げられた炭素繊維を、例えばスリット歯の間隔（幅）が１〜６ｍｍに設定されたスリットに通すいわゆるスリット加工する方法が挙げられる。ちなみに、開繊処理後の炭素繊維の幅が前記範囲内であるときは、炭素繊維はそのまま次の樹脂含浸工程に供されることとなる。

本実施形態での樹脂含浸工程においては、厚さが０．０２〜０．１ｍｍとなるように開繊処理が施されて、幅が１〜６ｍｍとされた前記炭素繊維が、適切な長さにカットされる。そして、このカットされた炭素繊維に硬化性樹脂が含浸されて炭素繊維を含む組成物が調製される。この組成物は、プリプレグであってもよい。
カットする炭素繊維の長さとしては、１２〜５０ｍｍ程度が望ましい。このように炭素繊維の長さを、１２ｍｍ以上とすることによって成形品（繊維強化複合材料）に引張り強度などといった機械的物性を充分に発揮させることができる。そして、炭素繊維の長さを、５０ｍｍ以下とすることによって、硬化性樹脂中に炭素繊維をより確実に均一に分散させることができ、得られる成形品（繊維強化複合材料）に良好な表面平滑性を付与することができる。

炭素繊維に含浸させる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、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。硬化性樹脂の粘度は、特に制限はないが１０００〜４００００ｍＰａ・ｓが望ましい。
ちなみに、前記した炭素繊維と硬化性樹脂とを含む組成物には、本発明の課題を阻害しないかぎり、前記した硬化性樹脂の他に、充填材、熱可塑性樹脂、その他の低収縮化剤等の添加物を含ませることができる。
このような炭素繊維と硬化性樹脂とを含む組成物は、次の分繊・硬化工程に供される。

分繊・硬化工程では、前記組成物が金型で型締めされて、炭素繊維が分繊するとともに、硬化性樹脂が硬化する。この際、金型内には、硬化性樹脂が更に加えられてもよい。
型締め圧力は、炭素繊維がより効果的に分繊化する圧力であって、５ＭＰａ以上が望ましい。

ここで「炭素繊維の分繊化」について、図２を参照しながら説明する。図２は、分繊化した炭素繊維の様子を示す図面代用写真である。
図２に示すように、炭素繊維１の分繊化とは、硬化性樹脂２中で、炭素繊維１を扇の骨状（フカヒレ状）となるように複数のフィラメント束１ａに分けて広げることであって、複数のフィラメント束１ａが炭素繊維１の端部側になるほど相互の間隔が広く分かれた状態にすることをいう。

ここで炭素繊維と硬化性樹脂とを含む組成物が型締めされて金型内で流動する際の炭素繊維の挙動について更に説明する。ここで参照する図３は、金型に配置された炭素繊維と硬化性樹脂とを含む組成物の様子を示す模式図であり、（ａ）は、型締めを行う前の組成物における炭素繊維の様子を示す図、（ｂ）は、型締めを行った後における本実施形態の組成物での炭素繊維の様子を示す図、（ｃ）は、型締めを行った後における比較例の組成物での炭素繊維の様子を示す図である。

図３（ａ）に示すように、金型５のキャビティ５ａ内に配置された前記組成物４は、硬化性樹脂２中で、炭素繊維１が互いに重なり合いながら存在する。
そして、図３（ｂ）に示すように、本実施形態での組成物４は、金型５が型締めされると、当初の配置範囲６からキャビティ５ａの全体にわたって広がる。この際、硬化性樹脂２中で重なり合う炭素繊維１は、互いに剥がれてキャビティ５ａの全体にわたってほぼ均一に分散する。

これに対して、図３（ｃ）に示すように、炭素繊維１の幅および厚さが前記範囲を外れたものを含む比較例としての組成物４は、炭素繊維１が互いに重なったままでキャビティ５ａに広がる。その結果、キャビティ５ａの中央部には、大きく樹脂リッチ部分３が形成されることとなる。
ここで参照する図４（ａ）は、図３（ａ）に対応する図面代用写真、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に対応する図面代用写真、図４（ｃ）は、図３（ｃ）中、重なり合ったままキャビティ内に広がった炭素繊維の様子を示す図面代用写真である。
図４（ａ）に示すように、炭素繊維１は、図３（ａ）中の当初の配置範囲６に相当する領域６ａ内で、互いに重なり合っている。
そして、図４（ｂ）に示すように、本実施形態での組成物４における炭素繊維１は、型締めされることによって、図３（ｂ）中の当初の配置範囲６に相当する領域６ａから広がる際に、重なり合う炭素繊維１同士（図４（ａ）参照）は、互いに剥がれて硬化性樹脂２内でほぼ均一に分散している。そして、分散した炭素繊維１のそれぞれは、前記したように分繊している。

これに対して、図４（ｃ）に示すように、炭素繊維１の幅および厚さが前記範囲を外れたものは、型締めされた後も互いに重なって拘束し合うことで炭素繊維１の幅を維持しており、分繊が不充分となっている。つまり、この比較例としての組成物４は、硬化性樹脂２が偏在して前記した樹脂リッチ部分３（図３（ｃ）参照）を形成することとなる。

そして、この分繊・硬化工程では、図３（ｂ）に示す金型５内の組成物４が硬化することによって炭素繊維１を含む繊維強化複合材料が得られる。組成物４の硬化は、使用する硬化性樹脂２の種類に応じて行えばよく、例えば、熱硬化性樹脂を含む組成物は、温調金型によるプレスマシンにて所定の圧力下に加熱硬化すればよい。

次に、本実施形態に係る繊維強化複合材料およびその製造方法の作用効果について説明する。
本実施形態に係る製造方法では、図３（ｂ）に示すように、炭素繊維１と硬化性樹脂２とを含む組成物４が型締めされて金型５内で流動する際に、硬化性樹脂２を含浸する炭素繊維１が予め開繊されてその厚さが０．０２〜０．１ｍｍとなっており、その幅が１〜６ｍｍとなっているので、重なり合う炭素繊維１同士が解れて金型５内で硬化性樹脂２とともに広がることとなる。その結果、金型５内で広がった組成物４では、炭素繊維１同士の重なりが解れてほぼ均一に分散するので、樹脂リッチ部分３（図３（ｃ）参照）が低減する。そして、炭素繊維１は、フィラメント束１ａ（図２参照）が広がるように分繊するので、図３（ｃ）に示すような組成物４中での樹脂リッチ部分３は更に確実に低減する。

したがって、このような組成物４（図３（ｂ）参照）が硬化して得られた繊維強化複合材料では、樹脂リッチ部分３（図３（ｃ）参照）が低減されているので、樹脂リッチ部分３のひけで生じる凹みが極めて少なく、表面平滑性が優れたものとなる。また、前記したように、型締めされた組成物４中で炭素繊維１がほぼ均一に広がるので、炭素繊維１がその長さ方向にうねることが防止される。その結果、この組成物４が硬化して得られた繊維強化複合材料は、炭素繊維１がその長さ方向（繊維強化複合材料の厚さ方向）にうねることが防止されるので、表面平滑性が優れたものとなる。

なお、開繊工程を経た後の炭素繊維１の幅が１ｍｍを下回る場合には、この炭素繊維１を扱う際に炭素繊維１のフィラメントが断裂する恐れがあり、安定して繊維強化複合材料を生産することができない場合がある。また、開繊工程を経た後の炭素繊維１の幅が６ｍｍを上回る場合には、型締めした際に炭素繊維１が効率よく解れて分繊化しない場合がある。その結果、表面平滑性に優れた繊維強化複合材料を得ることができない場合がある。

そして、開繊工程を経た後の炭素繊維１の厚さが０．０２ｍｍを下回る場合には、炭素繊維１が薄すぎて組成物４中でのフィラメント束１ａ（図２参照）同士の間隔が大きくなる。つまり、炭素繊維１がバーコード状態となりやすく、安定して均質な繊維強化複合材料が得られない場合がある。また、開繊工程を経た後の炭素繊維１の厚さが０．１ｍｍを上回る場合には、炭素繊維１の凹凸形状が繊維強化複合材料に浮き出て表面平滑性が阻害される場合がある。

また、本実施形態に係る製造方法で得られた繊維強化複合材料は、前記したように、優れた表面平滑性を有しながらも、ガラス繊維よりも密度が低い炭素繊維１を含むので、従来のガラス繊維を含む繊維強化複合材料と比較して軽量となる。

以上のように、本実施形態に係る繊維強化複合材料およびその製造方法によれば、炭素繊維１の形状を変更するという簡単な構成で、繊維強化複合材料の軽量化を図りつつ、表面平滑性を優れたものとすることができるので、自動車部品等の汎用用途に廉価な材料を提供することができる。

次に、実施例を示しながら本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１では、炭素繊維として、ポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−Ｓ１２Ｋ−Ｆ２０２）を用意した。そして、この炭素繊維には開繊処理が施された。開繊処理後の炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。ちなみに、開繊処理は、特開平１１−１７２５６２号公報に記載されたエア開繊装置に準じた開繊装置を使用して行われた。

次に、この開繊処理後の炭素繊維は、スリット加工が施されてその幅方向に分割されてその幅が１ｍｍとなった。

そして、厚さが０．０２ｍｍで幅が１ｍｍとなった炭素繊維に樹脂液を含浸させてプリプレグが作製された。樹脂液は、不飽和ポリエステル（熱硬化性樹脂）１００質量部、炭酸カルシウム１２０質量部、および酢酸ビニル系エラストマ６質量部を混合して調製された。炭素繊維に対する樹脂液の含浸は、月島機械（株）製のＳＭＣ含浸機に炭素繊維を供給して行われた。

次に、得られたプリプレグを金型面積に対して２０％の大きさとなるように１００ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍの大きさでセットした。ちなみに、金型としては、表面が所定の曲率で湾曲する曲面を有するものであって、自動車の外板を模擬した擬似金型を使用した。そして、川崎油工（株）製のプレス機（２００ｔ）を使用して型締め圧力が１０ＭＰａとなるようにプリプレグを加圧して硬化させて繊維強化複合材料を得た。なお、このときの型締め時間は、４分であり、プリプレグを硬化させるための金型温度は、１４０℃に設定された。ちなみに、金型は、クラスＡ仕上げのものを使用した。

得られた繊維強化複合材料について、繊維強化複合材料中の炭素繊維の体積分率（Ｖｆ：％）、繊維強化複合材料の表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。なお、表面粗さの測定には、ミツトヨ（株）製の表面粗さ測定機（ＳＶ３０００ＣＮＣ）が使用された。そして、表面のうねり（μｍ）は、得られた繊維強化複合材料の表面を直線で３０ｍｍにわたって測定した凹凸の最大高さと最小高さとの差（絶対値）として求めた。
強度および弾性率の測定は、得られた繊維強化複合材料のフラット部（Ｒ形状のない平板部位）より切り出した試験片を使用して行った。これらの測定には、ＩＮＳＴＲＯＮ社製の５５６７が使用された。強度としては、ＪＩＳＫ７０４７に準拠して４点曲げ強度が測定された。弾性率は、ＪＩＳＫ７０４７のＢ法に基いて算出された。密度の測定には、ＭＩＲＧＥ社製の密度測定機（ＳＤ−１２０Ｌ）が使用された。

繊維強化複合材料の前記した表面の状態は、目視で凹凸が認められないものを良好と評価して「○」と表１に記し、目視で凹凸が認められたものを悪いと評価して「×」と表１に記した。

（実施例２）
実施例２では、表１に示すように、開繊処理後の炭素繊維にスリット加工を施した結果、炭素繊維の幅が６ｍｍとなったもの（厚さ：０．０２ｍｍ、幅：６ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。そして、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（実施例３）
実施例３では、実施例１と同じポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−Ｓ１２Ｋ−Ｆ２０２）に実施例１と同様に開繊処理が施された。開繊処理後の炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。
次に、この開繊処理した炭素繊維は、スリット加工が施されてその幅方向に分割された。その結果、炭素繊維の幅は、表１に示すように、６ｍｍとなった。そして、この炭素繊維（厚さ：０．０６ｍｍ、幅：６ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。次に、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（実施例４）
実施例４では、実施例１と同じポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−Ｓ１２Ｋ−Ｆ２０２）に実施例１と同様に開繊処理が施された。開繊処理後の炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。次に、この実施例４では、炭素繊維にスリット加工を施さずに、つまり幅が６ｍｍで厚さが０．０８ｍｍの炭素繊維を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。次に、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（実施例５）
実施例５では、実施例１と同じポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−Ｓ１２Ｋ−Ｆ２０２）に実施例１と同様に開繊処理が施された。開繊処理後の炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。

次に、この開繊処理した炭素繊維は、スリット加工が施されてその幅方向に分割された。その結果、炭素繊維の幅は、表１に示すように、１ｍｍとなった。そして、この炭素繊維（厚さ：０．０８ｍｍ、幅：１ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。次に、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（比較例１）
比較例１では、炭素繊維として、ポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−１２Ｋ−Ｆ２０２）を用意した。そして、この炭素繊維は開繊処理およびスリット加工のいずれも施されなかった。この炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。そして、この炭素繊維（厚さ：０．１２ｍｍ、幅：６ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。次に、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（比較例２）
比較例２では、炭素繊維として、ポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−３Ｋ−Ｅ３０）を用意した。そして、この炭素繊維は開繊処理およびスリット加工のいずれも施されなかった。この炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。そして、この炭素繊維（厚さ：０．１２ｍｍ、幅：３ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。次に、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（比較例３）
比較例３では、実施例１と同じポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦テナックス社製、ＨＴＡ−Ｓ１２Ｋ−Ｆ２０２）に実施例１と同様に開繊処理が施された。開繊処理後の炭素繊維の幅および厚さを表１に示す。次に、この比較例３では、炭素繊維にスリット加工を施さずに、つまり幅が１２ｍｍで厚さが０．０６ｍｍの炭素繊維をそのまま使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。次に、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（比較例４）
比較例４では、表１に示すように、開繊処理後の炭素繊維にスリット加工を施した結果、炭素繊維が１２ｍｍとなったもの（厚さ：０．０２ｍｍ、幅：１２ｍｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして繊維強化複合材料を作製した。そして、得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、体積分率（Ｖｆ：％）、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（参考例）
参考例では、炭素繊維に代えてガラス繊維を含む繊維強化複合材料（ＳＭＣ）が常法により作製された。得られた繊維強化複合材料について、実施例１と同様に、表面粗さ（Ｒａ：μｍ）、表面のうねり（μｍ）、強度（ＭＰａ）、弾性率（ＧＰａ）、および密度（ｇ／ｃｍ^３）が測定されるとともに、繊維強化複合材料の表面の状態が目視で評価された。これらの結果を表１に示す。

（実施例１〜５、比較例１〜４、および参考例での繊維強化複合材料の評価）
表１に示すように、開繊処理を施さずに厚さが０．１ｍｍを超える炭素繊維を使用して得られた繊維強化複合材料（比較例１および比較例２）は、目視で表面に凹凸が認められて「×」の評価となっている。
また、開繊処理を施して厚さが０．１ｍｍ未満となった炭素繊維であっても、幅が６ｍｍを超える炭素繊維を使用して得られた繊維強化複合材料は、スリット加工を施さなかったもの（比較例３）、およびスリット加工を施したもの（比較例４）に関らずに目視で表面に凹凸が認められて「×」の評価となっている。

これに対して、開繊処理を施して厚さが０．０２〜０．１ｍｍであって、スリット加工を施してその幅が１〜６ｍｍとなった炭素繊維を使用して得られた繊維強化複合材料（実施例１〜実施例３、および実施例５）、ならびにスリット加工を施さずにその幅が１〜６ｍｍとなっている炭素繊維を使用して得られた繊維強化複合材料（実施例４）は、目視で表面に凹凸が認められず、「○」の評価となっている。
また、実施例１〜実施例５の繊維強化複合材料は、比較例１〜比較例４のものよりも表面のうねりが小さくなっている。特に、厚さが０．１ｍｍを超える炭素繊維を使用して得られた繊維強化複合材料（比較例１および比較例２）と比較すると、実施例１〜実施例５の繊維強化複合材料は、表面粗さＲａおよび表面のうねりが一段と小さくなっているとともに、炭素繊維の体積分率、および密度が同程度でありながら、強度に優れ、しかも弾性率にも富んでいることが確認された。

次に、重なり合った炭素繊維同士が剥がれる際に要する荷重を測定した。ここでは幅が１ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍ、および２４ｍｍの炭素繊維（厚さ：０．０２ｍｍ、長さ：６０ｍｍ）をそれぞれ二組ずつ用意した。そして、これらの炭素繊維に前記した樹脂液を含浸するとともに、同じ幅の炭素繊維の組同士の端を長さ１３ｍｍにわたって重ね合わせて相互に粘着させた。そして、その一端側を固定するとともに、他端側を引っ張って粘着した炭素繊維同士が離れた（剥がれた）際の荷重（以下、単に「剥がれ荷重」という）を測定した。その結果を図５に示す。ここで参照する図５は、炭素繊維の幅と剥がれ荷重との関係を示すグラフであり、縦軸は剥がれ荷重［ｇｆ］を表し、横軸は炭素繊維の幅［ｍｍ］を表す。ちなみに、縦軸には荷重［Ｎ］を併記している。
図５に示すように、炭素繊維の幅が増大するにしたがって、剥がれ荷重も増大している。そして、この図５においては、表１に示す表面の状態が「○」で良好と評価された炭素繊維の幅が６ｍｍ以下では、剥がれ荷重が２００ｇｆ（１．９６Ｎ）を大幅に下回っていることが確認された。ちなみに、炭素繊維の幅が６ｍｍでの剥がれ荷重は、図５に示すように、１１５ｇｆ（１．１３Ｎ）程度であることが確認された。

そして、実施例３および比較例３のそれぞれで得られた繊維強化複合材料の表面の凹凸高さを測定してグラフ化した。この凹凸高さは、繊維強化複合材料の前記した表面のほぼ中央部で、直線で３０ｍｍにわたって測定した。図６（ａ）は、実施例３で得られた繊維強化複合材料の表面における凹凸高さを示すグラフであり、図６（ｂ）は、比較例３で得られた繊維強化複合材料の表面における凹凸高さを示すグラフである。縦軸は、凹凸高さ（μｍ）を示し、横軸は測定長さ（ｍｍ）を示す。なお、縦軸の凹凸高さ（μｍ）は、測定開始位置の高さを基準（０μｍ）とした相対値で示した。そして、これらの測定位置に対応する金型の凹凸高さを破線で併記した。

そして、図６（ａ）に示すように、実施例３で得られた繊維強化複合材料の表面は、その凹凸高さが金型での対応した凹凸高さとほぼ同じであった。
これに対し、比較例３で得られた繊維強化複合材料の表面は、図６（ｂ）に示すように、樹脂リッチ部分でひけを形成したと考えられる凹みが形成されていた。
以上のことから、実施例に係る繊維強化複合材料の表面平滑性は、比較例に係る繊維強化複合材料の表面平滑性よりも優れていることが確認された。

また、実施例１〜実施例５の繊維強化複合材料は、参考例のガラス繊維を含む繊維強化複合材料と比較して、目視による表面の状態が同程度であるとともに、表面粗さＲａ、表面のうねりも同程度であった。そして、実施例１〜実施例５の繊維強化複合材料は、参考例のガラス繊維を含む繊維強化複合材料と比較して、強度が一段と優れ、弾性率にも一段と富んでいることが確認された。

実施形態に係る繊維強化複合材料の製造方法の工程説明図である。分繊化した炭素繊維の様子を示す図面代用写真である。金型に配置された炭素繊維と硬化性樹脂とを含む組成物の様子を示す模式図であり、（ａ）は、型締めを行う前の組成物における炭素繊維の様子を示す図、（ｂ）は、型締めを行った後における本実施形態の組成物での炭素繊維の様子を示す図、（ｃ）は、型締めを行った後における比較例の組成物での炭素繊維の様子を示す図である。（ａ）は、図３（ａ）に対応する図面代用写真、（ｂ）は、図３（ｂ）に対応する図面代用写真、（ｃ）は、図３（ｃ）中、重なり合ったままキャビティ内に広がった炭素繊維の様子を示す図面代用写真である。炭素繊維の幅と剥がれ荷重との関係を示すグラフであり、縦軸は剥がれ荷重［ｇｆ］（０．００９８Ｎ）を表し、横軸は炭素繊維の幅［ｍｍ］を表す。（ａ）は、実施例３で得られた繊維強化複合材料の表面における凹凸高さを示すグラフであり、（ｂ）は、比較例３で得られた繊維強化複合材料の表面における凹凸高さを示すグラフである。

符号の説明

１炭素繊維
２硬化性樹脂
３樹脂リッチ部分

Claims

開繊処理を施して厚さが０．０２〜０．１ｍｍの炭素繊維を得る開繊工程と、
前記厚さの炭素繊維で幅が１〜６ｍｍのものに硬化性樹脂を含浸する樹脂含浸工程と、
前記硬化性樹脂を含浸した前記炭素繊維を金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させる分繊・硬化工程と、
を有することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
厚さが０．０２〜０．１ｍｍとなるように開繊処理が施された炭素繊維であって、幅が１〜６ｍｍの炭素繊維に硬化性樹脂を含浸したものを、金型で型締めしてこの炭素繊維を分繊しつつこの硬化性樹脂を硬化させたことを特徴とする繊維強化複合材料。