JP3266337B2 - ピッチ系炭素繊維プリプレグ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維で強化された
各種成形物を得るために用いられる改良された一方向プ
リプレグに関するものであり、特に、ピッチ系炭素繊維
の低目付一方向プリプレグに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維、ガラス繊維及びアラミ
ド繊維等の強化繊維にエポキシ樹脂を代表とするマトリ
ックス樹脂を含浸せしめたプリプレグは、その優れた機
械的特性を生かし、釣竿、ゴルフシャフト等のスポーツ
・レジャー分野をはじめとし、ロール、回転体等の工業
分野、あるいは航空機の一次、二次構造材等の航空宇宙
分野に至るまで広く用いられてきている。特に、スポー
ツレジャー分野においては、炭素繊維プリプレグは高性
能補強用繊維として大半を占めており、近年では更なる
高機能化を狙って、プリプレグの低樹脂含有率化や高弾
性繊維の使用等が試みられている。例えば、釣竿の用途
では、釣竿のつぶし強度を得るために、従来使用してい
た極薄のガラススクリムクロスの代わりに、極薄の一方
向炭素繊維プリプレグに直交に貼合したものを利用し、
つぶし強度の向上と軽量化を狙ったものが開発されてい
る。こういった成形品の高機能化の要求に伴い、高弾性
炭素繊維を使用した低目付のプリプレグの必要性が増々
高くなって来ている。

【０００３】近年、弾性率が６００ＧＰａを越えるよう
な炭素繊維としては、高弾性率化が容易なメソフェース
ピッチを原料とするピッチ系炭素繊維が主に製造されて
おり、そのプリプレグの用途開発が行われている。その
際、繊維が高弾性になるに従って繊維糸条が剛直とな
り、成形作業性の良好なプリプレグの開発が要求されて
いる。従来のピッチ系高弾性炭素繊維は平均繊維径が８
μｍを越えており、該繊維を用いた一方向プリプレグを
管状体にアングル方向に巻き付けて使用すると巻き端部
の起き上がりやローリング時に繊維が折れ、成形品の強
度、剛性を落とすという欠点があった。また、ピッチ系
高弾性炭素繊維で７５ｇ／ｍ² 以下の低繊維目付プリプ
レグを製造するには、フィラメント数の少ない低繊度の
炭素繊維束を使用してプリプレグを製造する方法が取ら
れている。一般的に、繊維束はフィラメント数が少ない
繊維束になればなるほどその単位重量当りの価格が高く
なるため、低目付のプリプレグはより高価なものになっ
ている。

【０００４】一方、複数の繊維束を合糸した繊維束は、
元の繊維束単位に分離し易く、ハンドリング性が劣り、
また、繊維揃いが悪く、得られた一方向プリプレグは繊
維蛇行や目開きが生じるという欠点がある。ところで、
ハンドリング性を上げるために撚りをかける方法がある
が、プリプレグの開繊性が劣り、目開きが生じるため満
足な一方向プリプレグができない。特に、釣竿等の９０
°方向の補強用として使われるスリットテープは、高精
度のテープ幅とテーピング時の良好な解舒性が要求され
ているため、その原反となる一方向プリプレグは目開き
と厚みむらのない、より均一なものにする必要がある。

【０００５】炭素繊維束を拡幅して、一方向プリプレグ
を得るための技術としては、特開昭５６−４３，４３５
号公報、特開昭５７−７７，４３２号公報、特開昭６０
−９，９６１号公報及び特開平１−２８２，３６２号公
報等がある。これらは、繊維束を予め機械的な接触手段
で開繊したり、あるいは開繊に当たって繊維束のサイジ
ング剤を除去する方法等が取られている。かかる方法で
は、ピッチ系高弾性炭素繊維束においては、一般の炭素
繊維に比べ高弾性で伸びが小さいというその繊維特性か
ら、繊維束当りの拡幅量をより必要とする低目付のピッ
チ系高弾性炭素繊維の一方向プリプレグは目開きが生じ
たり、毛羽が多いものしか得られなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
したような欠点がなく、目開きがほとんど皆無の低目付
のピッチ系高弾性炭素繊維の一方向プリプレグを提供す
ることにある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、繊維束に熱
硬化性樹脂を含浸した１５〜７５ｇ／ｍ² の繊維目付を
有する一方向プリプレグにおいて、繊維束が平均繊維径
４〜８μｍの連続繊維で、かつ、無合糸で構成されたピ
ッチ系炭素繊維束であって、繊維束を構成するフィラメ
ントの引張強度が３．０ＧＰａ以上、引張弾性率が６０
０ＧＰａ以上であることを特徴とする一方向プリプレグ
である。

【０００８】また、上記の繊維束を構成するフィラメン
ト数は２，０００〜１２，０００本であり、フィラメン
トの引張強度が３．０ＧＰａ以上、引張弾性率が６００
ＧＰａ以上であることが好ましい。更に、繊維束の屈曲
強度Ｂが次式 Ｂ≧（２．８７５×１０^-4ＴＭ−０．１７）^-1 〔但し、Ｂ：屈曲強度（ＭＰａ）、ＴＭ：引張弾性率
（ＧＰａ）〕を満足するものであることが望ましい。

【０００９】以下本発明について詳細に説明する。先
ず、本発明にいう一方向プリプレグとは、互いに並行、
かつ、シート状に引き揃えられた多本数の繊維束に通常
よりも長く加熱可塑性状態に留める、いわゆるＢステー
ジの熱硬化性樹脂を含浸させてなるものであり、１本の
繊維束が初期幅の２倍から１０倍程度に拡幅されたもの
で構成される。

【００１０】また、本発明において平均繊維径、引張強
度、引張弾性率及び屈曲強度とは次のようにして求めた
値をいう。 （平均繊維）炭素繊維の平均繊維径Ｄは次式 Ｄ＝√（４Ｗ／Ｎρπ） 〔但し、Ｗ：単位長さ当りの繊維束の重さ、Ｎ：フィラ
メント数（単糸本数）、ρ：繊維の密度〕から求められ
る。 （フィラメントの引張強度、引張弾性率）フィラメント
の引張強度は、ＪＩＳ Ｒ７６０１に規定する樹脂含浸
ストランド試験法に準拠して求めた。また、引張弾性率
は、直接読み取り法により破断荷重の１０〜３０％の範
囲における引張弾性率を求めた。 （屈曲強度）長さ１ｍの炭素繊維束を取り出し、第１４
図に示すように、炭素繊維束１７の両端を揃えて、タブ
１８を接着剤で取り付けたループ上繊維束のループ部に
直径１ｍｍの針金１９を引っかけ、針金あるいはタブを
０．２ｍ／分の速度で引っ張り、ループが針金部で破断
した際に荷重計２０で測定された荷重を炭素繊維束１本
の断面積で割った値を屈曲強度とした。

【００１１】本発明を実施するに際して用いるピッチ系
炭素繊維束は、平均繊維径が４〜８μｍで、２，０００
〜１２，０００本の連続繊維が無合糸で構成されるもの
である。平均繊維径が８μｍ超で６００ＧＰａを越す高
弾性率の繊維束を用いた一方向プリプレグでは管状体に
アングル方向に巻き付けて使用すると成形時に巻き端部
の起き上がり、成形作業性を低下させ、ひいては繊維が
折れ、成形品の強度、剛性を落とすという問題が起こ
る。一方、４μｍ未満の直径ではピッチ系炭素繊維の連
続繊維の製造が難しく、その生産性からみて極めて高価
なものとなり実際的でない。繊維束及びプリプレグを製
造する際の生産性を向上させるには、繊維束のフィラメ
ント数は２，０００以上が必要であり、このフィラメン
ト数が２，０００未満では炭素繊維束の繊度（単位長さ
当りの繊維束の重さ）が小さく生産性が損なわれる。ま
た、フィラメント数が１２，０００超ではコンポジット
成形品の補強用として用いられる繊維目付７５ｇ／ｍ²
以下の一方向プリプレグは目開きが多く、本発明には適
さない。

【００１２】また、用いる炭素繊維束の物性としては、
成形物の高機能化を図るためには引張弾性率が６００Ｇ
Ｐａ以上であり、引張強度は３．０ＧＰａ以上、好まし
くは３．５ＧＰａ以上、更に好ましくは４．０ＧＰａ以
上である。この引張強度が３．０ＧＰａ未満では繊維の
伸びが極端に小さく、高機能材料としての用途が極めて
限られたものになる。屈曲強度は弾性率により大きく変
化するが、例えば、弾性率６００ＧＰａの時に４００Ｍ
Ｐａ未満、弾性率７００ＧＰａの時に３２ＭＰａ未満、
弾性率８００ＧＰａの時に１７ＭＰａ未満では繊維束の
ハンドリングが著しく損なわれ、プリプレグ製造時に繊
維束が破断したり、毛羽発生が多く外観の悪いプリプレ
グとなる。

【００１３】本発明に使用する繊維束は無合糸であるこ
とを特徴とする。これはピッチ系炭素繊維の製造におい
て、ピッチ繊維束を一旦得た後、ピッチ繊維の状態で、
あるいは不融化後あるいは炭化後に合糸を行った繊維束
を用いてプリプレグの製造を行うと、クリールスタンド
から含浸機に糸を引く時に合糸する前の繊維束単位に分
割してしまい、作業性が著しく低下する。また、合糸し
た繊維束は撚りが入っており開繊性が悪く、特に、低目
付の一方向プリプレグは繊維の蛇行や目開きができ、満
足なプリプレグができない。従って、本発明に使用する
繊維束は前駆体であるピッチ繊維は合糸することなく、
紡糸段階でフィラメント数が２，０００〜１２，０００
本で製造されたものである必要がある。

【００１４】次に、本発明にいう一方向プリプレグを得
るための製法ついて以下に説明する。先ず、本発明に用
いるピッチ系高弾性炭素繊維束を得るための製法の一例
について説明する。図１は溶融紡糸ノズル断面図であ
り、溶融紡糸ノズル１２はノズルプレート２を具備し、
該ノズルプレート２には複数のキャピラリー９が配置さ
れている。キャピラリー９は同心円上に３〜２０列配置
している。同心円状に配置されるキャピラリー位置の最
外周半径は５０〜２５０ｍｍが好ましい。キャピラリー
の配置する列数は３列未満では単一のノズルプレートに
１，０００個以上のキャピラリーを配置することが困難
であったり、あるいはノズルプレートが非常に大きなも
のとなる。また、列数が２０列超では列中央部の雰囲気
温度が外周列あるいは内周列の雰囲気温度に較べ高温と
なり安定した紡糸が困難となる。

【００１５】また、図２及び図３〜８に示されるよう
に、キャピラリーの配置箇所は２個以上のブロックに分
割されている必要がある。キャピラリーとキャピラリー
の間隔は好ましくは１〜６ｍｍ、更に好ましくは２〜３
ｍｍが適当である。ブロックとブロックの間隔は扇型に
分割した場合（図３〜６）、角度で１０〜３０°の間隔
をあけるか、あるいは最狭部で１０ｍｍ以上の間隔をあ
けることが好ましい。また、キャピラリー径は直径５０
μｍ〜１１０μｍ、好ましくは７０μｍ〜１００μｍで
ある。キャピラリー径が１１０μｍ超では細径なピッチ
繊維の紡糸が不安定となり、５０μｍ未満ではキャピラ
リーの加工が非常に困難となったり、ノズルの整備が煩
雑となり好ましくない。キャピラリーが配置されている
箇所が分割されずに連続した同心円状となると、ノズル
中央への雰囲気ガスの導入が不十分となり、ノズル中央
部の雰囲気が高温となり安定した紡糸の継続が困難とな
る。

【００１６】また、ノズルプレート下部に高さ２０ｍｍ
以上、好ましくは３０〜１５０ｍｍの円柱状の突起物３
を設けることが肝要である。円柱状突起物３はキャピラ
リーを配置したブロックとブロックの間隙を流れる気流
を制御する役割を担い、この突起部３が無い場合、ある
いはこの高さが２０ｍｍ未満の場合、ブロックとブロッ
クの間隙を流れる気流がノズル中央部でぶつかり、ノズ
ル中央部で気流が非常に乱れ、このためノズル中央付近
（ノズル最内周付近に配置するキャピラリー付近）での
紡糸の安定化が極めて困難となる。この円柱状突起物と
キャピラリーの配置をブロックごとに分割することによ
り、ノズル内周部の冷却と随伴流の制御による安定紡糸
化の両方の効果をもたらすことが可能となる。円柱状突
起物３は、図９〜１２に示すように、円柱に限定される
ものではなく、円柱の一端が縮小していたり角が丸めら
れたものであっても、効果に顕著な差はみられず、図９
〜１２に示した高さＨが２０ｍｍ以上、好ましくは３０
〜１５０ｍｍであればよい。

【００１７】以上の要件を満足するのであれば、１ノズ
ル当り１，０００以上、好ましくは２，０００〜６，０
００キャピラリーという、従来の紡糸装置では全く不可
能と考えられていたキャピラリー数を有するノズルであ
っても安定した紡糸が初めて可能となる。しかしなが
ら、ピッチ繊維を溶融紡糸する場合、溶融紡糸時にピッ
チから発生するベーパー、あるいは分解物によりノズル
プレート面が著しく汚れる。このため、安定した紡糸の
継続期間がノズルプレートの汚れのために限定せざるを
得なかった。この対策としては紡糸時に生じる随伴流
を、ノズルプレート近傍にまで接近させることが効果的
であり、ノズルプレート直下の雰囲気の置換が良好とな
り、ノズルの汚れを著しく減少させることができる。具
体的には、キャピラリー配置部の外周、ノズルプレート
下部に円周状にスリットを設け、ここから雰囲気ガスを
吸気することにより、紡糸によって生じる随伴流がノズ
ルプレート直下を流れるようになる。

【００１８】この時スリットは、キャピラリー配置部の
最外周部より２０ｍｍ以上好ましくは５０〜２００ｍｍ
とすることがよく、また、スリットの幅は５〜３０ｍｍ
が好ましい。同心円に配置されるキャピラリー位置の最
外周半径が１００ｍｍを超えると、１箇所の吸気位置で
スリット全体にわたって均一に吸引を行なうことが困難
となるため、必要に応じ２個以上、好ましくは４〜８箇
所に分割し、吸引量が均一となるように制御することに
より、安定した紡糸が可能となる。この時の気流の流れ
は、図１に示すように、吸引用スリット４の吸引によ
り、随伴流の開始位置は全体的にノズルプレート２側に
引き寄せられ、ノズルプレート直下を流れることとな
る。また、キャピラリーが配置されたブロックとブロッ
クの間隙を通る気流は円柱状突起物３により下方向の流
れが与えられ、気流は乱れることなく安定的に流れ、こ
のため安定した紡糸が可能となる。

【００１９】本発明の炭素繊維束に使用する紡糸用ピッ
チの原料は、コールタール、コールタールピッチ等の石
炭系ピッチ、石炭液化ピッチ、エチレンタールピッチ、
流動接触触媒分解残査油から得られるデカントオイルピ
ッチ等の石油系ピッチ、あるいはナフタレン等から触媒
等を用いて作られる合成ピッチ等、各種のピッチを包含
するものである。本発明の炭素繊維束に使用されるメソ
フェーズピッチは、前記のピッチを公知の方法でメソフ
ェーズを発生させたものである。メソフェーズピッチ
は、紡糸した際のピッチ繊維の配向性が高いものが望ま
しく、このためメソフェーズ含有量は４０％以上、より
好ましくは７０％以上、更に好ましくは９０％以上含有
するものが望ましい。また、メソフェーズピッチは軟化
点が２００〜４００℃、より好ましくは２５０〜３５０
℃のものがよい。得られたピッチは紡糸に先だって絶対
濾過精度が３μｍ以下であるフィルター、あるいはこの
フィルターと同等あるいはそれ以上の濾過精度が得られ
る濾過方法によりピッチ中の異物を取り除くことが必要
である。ピッチ中に３μｍ以上の固形異物が存在すると
糸切れが頻発することとなる。

【００２０】上記メソフェーズピッチを先の紡糸ノズル
で紡糸する条件としては、例えば、粘度２００〜９００
ポイズを示す温度で、圧力１０〜１００ｋｇ／ｃｍ² ・
Ｇ程度で押し出しながら、１００〜１，０００ｍ／分
、好ましくは３００〜６００ｍ／分の引き取り速度で
延伸することで、所定の繊維径のピッチ繊維を得ること
ができる。この時に、キャピラリーを２，０００以上有
する紡糸ノズルを単独で使用してピッチ繊維を得てもよ
いし、当該紡糸ノズルを２個以上、図１３のように、本
発明の紡糸ノズルを複数個並べた紡糸装置において、当
該紡糸ノズルから押し出されるピッチ繊維を単一のロー
ルで延伸し、マルチフィラメントのピッチ繊維を得ても
よい。この時に並べる紡糸ノズルの数は、６個以下が好
ましく、これより数が多いと、各ノズル間の調整が煩雑
になったり、また、紡糸ノズルの間隔が広がり、単一の
ロールで延伸することが困難となり、糸揃いのよいマル
チフィラメント炭素繊維の製造が困難となる。

【００２１】上述した紡糸ノズルにより、フィラメント
数が２，０００以上の細径炭素繊維束用のピッチ繊維を
得ることができる。ピッチ繊維の繊維径は、ピッチ繊維
を不融化、炭化、黒鉛化することにより繊維径の収縮が
生じるので、この分を考慮してピッチ繊維の繊維径を決
定すればよく、通常、ピッチ繊維で直径５〜１１μｍに
紡糸することで繊維径４〜８μｍの細径炭素繊維を得る
ことができる。次に、得られたピッチ繊維は、従来公知
の方法で不融化、炭化、黒鉛化及び表面処理を行うこと
で、繊維径が４〜８μｍフィラメント数が２，０００〜
１２，０００本の細径繊維より構成されるピッチ系炭素
繊維束が得られる。

【００２２】このようにして得られたピッチ系炭素繊維
束を用いた一方向プレプレグは公知のホットメルト型の
プリプレグ製造装置で製造することができるが、その製
法の一例について次に説明する。図１５は本発明の一方
向プレプレグを製造するのに好適なプリプレグ製造装置
の模式図である。クリールスタンド２１に立てたボビン
２２から解舒された繊維束２３は、等間隔に配置された
コーム２４を通して引き揃えられ、更に、４０〜１５０
℃、好ましくは６０〜１２０℃に加熱された梨地肌のバ
ー２５で開繊されながら引き揃えられる。なお、ここで
使用する繊維束の本数は、所望の繊維目付とプリプレグ
幅及び繊維束の繊度から決定される。熱硬化性樹脂を離
型紙に所定量塗布した塗工紙２６を上下からニップロー
ル２７に送り込んで重ね合わせ、その間に引き揃えられ
た繊維束を送り込む。繊維束は８０〜１５０℃に加熱さ
れたニップロール２７、２８、２９を通り、１ｃｍ当り
３〜15ｋｇの線圧を与えて繊維束の拡幅と樹脂の転移、
含浸を行い、冷却した後、上部離型紙３２を剥ぎ取り、
ポリエチレン等の熱可塑性樹脂のカバーフィルム３３を
はりつけて、ワインダー３６で紙管に巻き取ることによ
り、繊維目付１５〜７５ｇ／ｍ² の一方向プリプレグ３
５を得ることができる。

【００２３】本発明の一方向プレプレグは、合糸した繊
維束からのプリプレグと比べると、繊維束当りの拡幅量
がより必要な低目付域において、目開きがなく、厚みが
均一であると共に、毛羽や繊維蛇行等の外観面でも優れ
ていることを見い出した。これは、使用する繊維束が無
合糸であるため、合糸繊維束と比べ繊維束の撚りと繊維
絡みが少なく、繊維束の拡開幅が長さ方向に極めて均一
になっているためと推測される。

【００２４】本発明で使用する熱硬化性樹脂は、繊維強
化複合材のマトリックス樹脂として使われている通常の
樹脂、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレ
イド樹脂等を主成分とするものであるが、特に優れた機
械的特性を与え、成形性も良好なことからエポキシ樹脂
が好ましい。また、硬化剤としてはそれぞれのマトリッ
クス樹脂に適合した既知のものが使用され得る。樹脂含
有率は２０〜５０ｗｔ％、好ましくはタック保持性と物
性の点から３０〜４５ｗｔ％が好ましい。本発明の一方
向プリプレグは、従来にない高弾性の細径炭素繊維から
構成される低目付プリプレグであり、上記均一性を有し
ているため、管状コンポジット成形品の剛性向上や軽量
化に好適である。特に、管状体の補強用として使われる
スリットテープ用の一方向プリプレグの原反として好適
である。

【００２５】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明
を具体的に説明する。

【００２６】実施例１ （精製ピッチの製造）原料としてキノリン不溶分を除去
した軟化点８０℃のコールタールピッチを用い、触媒を
用いて直接水素化を行った。この水素化処理ピッチを常
圧下４８０℃で熱処理した後、低沸点分を除きメソフェ
ーズピッチを得た。このピッチは、軟化点が３００℃、
メソフェーズ含有量が９５％であった。このピッチを濾
過精度３μｍのステンレスファイバー製のフィルターを
用いて温度３４０℃で濾過を行い、ピッチ中の異物を取
り除き、精製ピッチを得た。

【００２７】（ピッチ繊維の製造） この精製ピッチを紡糸原料とし、直径２２０ｍｍのノズ
ルプレートにキャピラリー径１００μｍ、キャピラリー
長さ１５０μｍ、キャピラリー数２，０００本のノズル
パックを用いて紡糸を行なった。キャピラリーの配置は
図５の形式であり、最外周に配置するキャピラリー位置
は半径１００ｍｍ、最内周は半径７５ｍｍで、同心円状
に１１列のキャピラリーを配置したブロックは２３゜の
角度の間隔をもって４分割されている。ノズル中央に
は、高さ５０ｍｍ、直径１２０ｍｍの図９の断面形状の
円柱突起物を取り付けた。また、ノズルプレート外周部
には直径３００ｍｍ、幅１５ｍｍのスリットを設け、４
方向から分割して吸引を行なった。ノズルプレート表面
温度３１６℃、紡糸粘度６００ポイズ、キャピラリー当
りのピッチ流量を０．０４３ｇ／分とし、紡糸速度が４
００ｍ／分となるよう、ロールを回転させ延伸し、得ら
れたピッチ繊維を吸引ノズルで引き取りケンスに収納し
た。この時、６時間の長時間にわたり糸切れがなく、平
均繊維径が９．８μｍ、フィラメント数が２，０００本
のピッチ繊維を得た。

【００２８】（炭素繊維束の製造）次に、ピッチ繊維を
ケンスに収納した状態で、空気に二酸化窒素ガスを５体
積％添加した酸化ガスをケンス下部から吹き込みながら
１５０℃から３００℃まで１℃／分で昇温し、そのまま
３００℃で３０分間保持して不融化繊維を得た。この不
融化繊維をケンスに収納した状態で窒素ガス雰囲気下で
不融化繊維を１０℃／分で昇温し、３９０℃まで昇温
し、その温度で３０分保持し一次炭化を行なった。次
に、この一次炭化糸を内温１，１００℃、窒素ガス雰囲
気の炉にケンスから繊維糸条を繰り出しながら線状に焼
成しボビンに巻き取った。得られたボビンから炭化繊維
糸条を巻き返しながら２，４００℃の温度で黒鉛化を行
い、表面酸化後、サイジング剤を付与して乾燥後、ボビ
ンに巻き取った。得られた炭素繊維束の特性を表１のＮ
ｏ．１に示す。

【００２９】（プリプレグの製造）この炭素繊維束１８
６本を用いて、図１５のような一方向プリプレグの製造
装置で、エポキシ樹脂を所定量塗布した離型紙により、
繊維目付３０ｇ／ｍ² 、樹脂含有率４２ｗｔ％の幅１，
０００ｍｍのカバーフィルム付きの一方向プリプレグを
製造した。得られたプリプレグ（表１のＮｏ．１）は目
開きや毛羽がなく外観が良好であった。

【００３０】実施例２ 実施例１で用いた紡糸ノズル３台を直線状に並列に並
べ、このうち中央に配置する紡糸ノズルの下部に位置す
るロール１台で３台のノズルから押し出されるピッチ繊
維を同時に延伸し紡糸した。この時の紡糸条件は、ノズ
ルプレート表面温度３１６℃、紡糸粘度６００ポイズ、
キャピラリー当りのピッチ流量を０．０３５ｇ／分とし
て、紡糸速度が４００ｍ／分となるよう、ロールを回転
させ延伸し、得られたピッチ繊維を吸引ノズルで引き取
りケンスに収納した。この時、２時間の長時間にわたり
糸切れがなく、平均繊維径が８．８μｍ、フィラメント
数６，０００本のピッチ繊維を得た。

【００３１】このピッチ繊維を実施例１と同じ条件で、
不融化、炭化を行い、２，５００℃の温度で黒鉛化を行
い、表面酸化後、サイジング剤を付与して乾燥後、ボビ
ンに巻き取った。得られた炭素繊維束の特性を表１のＮ
ｏ．２に示す。この炭素繊維束１３９本を用いて、実施
例１と同じプリプレグの製造装置でエポキシ樹脂を所定
量塗布した離型紙により、繊維目付５５ｇ／ｍ² 、樹脂
含有率３８ｗｔ％の幅１，０００ｍｍのカバーフィルム
付きの一方向プリプレグを製造した。得られたプリプレ
グ（表１のＮｏ．２）は目開きや毛羽がなく外観が良好
であった。

【００３２】実施例３ 実施例１で得られたプリプレグを幅２５０ｍｍにカット
し、離型紙を剥ぎながら長さ２０５ｍに巻き取った。次
に、この幅２５０ｍｍのプリプレグをスリッターにかけ
て幅５ｍｍ、長さ２００ｍのスリットテープを得た。得
られたスリットテープは幅５．０ｍｍ±０．１ｍｍであ
り、巻姿も奇麗であった。また、このスリットテープを
テーピングマシンでカバーフィルムを剥ぎながら直径２
１ｍｍ、長さ１，１００ｍｍの芯金に巻いた結果、解舒
性は良好であり、巻き付けたテープには繊維折れはなか
った。

【００３３】実施例４ 実施例２で製造したプリプレグを実施例３と同様にして
幅７ｍｍ、長さ２０５ｍのスリットテープを得た。得ら
れたスリットテープは幅７．０ｍｍ±０．１ｍｍであ
り、巻姿も美麗であった。また、このスリットテープに
ついて実施例３と同様なテーピング試験を行った結果、
解舒性は良好であり、巻き付けたテープには繊維折れは
なかった。

【００３４】比較例１ 実施例１で用いた精製ピッチを紡糸原料とし、直径２２
０ｍｍのノズルプレートにキャピラリー径１００μｍ、
キャピラリー長さ１５０μｍ、キャピラリー数５００本
のノズルパックを用いて実施例１と同じ延伸条件で紡糸
し、平均繊維径が９．８μｍ、フィラメント数が５００
本のピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を実施例１と同
じ条件で、不融化、一次炭化した。次に、この一次炭化
糸を内温１，１００℃、窒素ガス雰囲気の炉に４個のケ
ンスから繊維糸条を繰り出しながら４本合糸して線状に
焼成し、２，０００本の合糸繊維束としてボビンに巻き
取った。得られたボビンから炭化繊維糸条を巻き返しな
がら実施例１と同じ黒鉛化を行い、表面酸化後、サイジ
ング剤を付与して乾燥後、ボビンに巻き取った。得られ
た炭素繊維束の特性を表１のＮｏ．３に示す。この炭素
繊維束１８６本を用いて、実施例１と同様の一方向プリ
プレグを製造した。得られたプリプレグ（表１のＮｏ．
３）は目開きが頻発し、繊維蛇行がみられ、均一性と外
観が劣るものであった。

【００３５】比較例２ 実施例１で用いた紡糸ノズルで、実施例２と同じ延伸条
件にして、平均繊維径が８．８μｍ、フィラメント数
２，０００本のピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を実
施例１と同じ条件で、不融化、一次炭化した。次に、こ
の一次炭化糸を内温１，１００℃、窒素ガス雰囲気の炉
に３個のケンスから繊維糸条を繰り出しながら３本合糸
して線状に焼成し、ボビンに巻き取った。得られたボビ
ンから炭化繊維糸条を巻き返しながら２，５００℃の温
度で黒鉛化を行い、表面酸化後サイジング剤を付与して
乾燥後、ボビンに巻き取った。得られた炭素繊維束の特
性を表１のＮｏ．４に示す。この炭素繊維束１３９本を
用いて、実施例１と同様の一方向プリプレグを製造し
た。得られたプリプレグ（表１のＮｏ．４）は目開きが
頻発し、繊維蛇行がみられ、均一性と外観が劣るもので
あった。

【００３６】比較例３ 比較例１で得られたプリプレグを実施例３と同様にして
幅５ｍｍ、長さ２００ｍのスリットテープを得た。テー
プの幅が３．５ｍｍになっているところがあり、幅の均
一性で劣っていた。また、このスリットテープは巻側面
にひげ状の繊維が出ていた。実施例３と同様なテーピン
グ試験を行った結果、テープの破断が頻発した。

【００３７】比較例４ 比較例２で製造したプリプレグを実施例４と同様にして
幅７ｍｍ、長さ２００ｍのスリットテープを得た。この
スリットテープは幅は所々５〜６ｍｍの所があり、幅に
むらがあった。このスリットテープを実施例３と同様な
テーピング試験を行った結果、繊維折れはなかったが、
巻ピッチが不揃いで均一に巻くことができなかった。

【００３８】比較例５ 実施例１で用いたノズルでキャピラリー径を１３０μｍ
とし、キャピラリー当りのピッチ流量を０．０６９ｇ／
分とした以外は実施例１と同じ条件で紡糸を行ない、平
均繊維径が１２．９μｍ、フィラメント数が２，０００
のピッチ繊維を得た。このピッチ繊維を実施例１と同じ
条件で不融化、炭化を行い、２，５００℃の温度で黒鉛
化を行い、表面酸化後、サイジング剤を付与して乾燥
後、ボビンに巻き取った。得られた炭素繊維束の特性を
表１のＮｏ．５に示す。この炭素繊維束１７２本を用い
て、実施例２と同様の一方向プリプレグを製造した。得
られたプリプレグ（表１のＮｏ．５）は目開きはなかっ
たが、プリプレグ表面にフィラメント状の毛羽が多かっ
た。

【００３９】

【表１】

【００４０】比較例６ 比較例５で製造したプリプレグを実施例４と同様にして
幅７ｍｍ、長さ２２５ｍのスリットテープを得た。この
スリットテープを用いて、実施例３と同様なテーピング
試験を行った結果、芯金に巻いたテープに繊維折れが観
察された。

【００４１】実施例６ 直径２１ｍｍの芯金にＰＡＮ系炭素繊維のプリプレグ
（繊維目付１００ｇ／ｍ² 、樹脂含有率２８ｗｔ％）を
０°方向に３プライした後、実施例４で得られたスリッ
トテープを７ｍｍピッチで９０°方向に巻き付け、テー
プラッピング後、所定の条件で硬化しパイプ成形品を得
た。このパイプの４点曲げ強度は、比較例６で得たスリ
ットテープを用いた同様の積層構成のパイプ成形品と比
べ、１５％高い値が得られた。

【００４２】

【発明の効果】本発明によるプリプレグは、従来にない
高弾性の細径炭素繊維から構成される低目付の一方向プ
リプレグであり、目開きがほとんど皆無であり、また、
厚みも均一であることから、管状コンポジット成形品の
剛性向上や軽量化に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明に用いる炭素繊維束を得るた
めの製法の一例を説明する図面であり、溶融紡糸ノズル
の断面図である。

【図２】 図２は、本発明に用いる炭素繊維束を得るた
めの製法の一例を説明する図面であり、溶融紡糸ノズル
の底面図である。

【図３】 図３は、本発明に用いる炭素繊維束を得るた
めの製法の一例を説明する図面であり、ノズルのキャピ
ラリー配置図である。

【図４】 図４は、図３と同様のノズルのキャピラリー
配置図である。

【図５】 図５は、図３と同様のノズルのキャピラリー
配置図である。

【図６】 図６は、図３と同様のノズルのキャピラリー
配置図である。

【図７】 図７は、図３と同様のノズルのキャピラリー
配置図である。

【図８】 図８は、図３と同様のノズルのキャピラリー
配置図である。

【図９】 図９は、本発明に用いる炭素繊維束を得るた
めの製法の一例を説明する図面であり、円柱状突起物の
側面図である。

【図１０】 図１０は、図９と同様の円柱状突起物の側
面図である。

【図１１】 図１１は、図９と同様の円柱状突起物の側
面図である。

【図１２】 図１２は、図９と同様の円柱状突起物の側
面図である。

【図１３】 図１３は、本発明に用いる炭素繊維束を得
るための製法の一例を説明する図面であり、溶融紡糸装
置の模式図である。

【図１４】 図１４は、屈曲強度を説明するために屈曲
強度の測定方法を示す模式図である。

【図１５】 図１５は、本発明の一方向プリプレグを得
るために好適なプリプレグ製造装置を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１…溶融ピッチ、２…ノズルプレート、３…円柱状突起
物、４…吸引用スリット、６ 吸引量調整ダンパー、８
…ピッチ繊維、９…キャピラリー、１０…ノズルプレー
ト押え、１１…キャピラリー配置ブロック、１２…溶融
紡糸装置、１３…延伸ロール搬送ロール、１４…ピッチ
繊維搬送ロール、１５…ピッチ繊維束吸引ノズル、１６
…ピッチ繊維収納ケンス、１７…炭素繊維束、１８…タ
ブ、１９…直径１．０ｍｍの針金、２０…荷重計、２１
…クリールスタンド、２２…ボビン、２３…炭素繊維
束、２４…コーム、２５…バー、２６…塗工紙、２７，
２８，２９…ニップロール、３０…ヒーター、３１…チ
ラープレート、３２…離型紙、３３…カバーフィルム、
３４…プルロール、３５…一方向プリプレグ、３６…ワ
インダー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 豊 神奈川県川崎市中原区井田1618番地、新 日本製鐵株式会社 先端技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−173124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−135230（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29B 11/16 B29B 15/08 - 15/14 C08J 5/04 - 5/10 C08J 5/24 D01F 9/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維束を引き揃え、熱硬化性樹脂を含浸
   した１５〜７５ｇ／ｍ² の繊維目付を有する一方向プリ
   プレグにおいて、繊維束が平均繊維径４〜８μｍの連続
   繊維で、かつ、無合糸で構成されたピッチ系炭素繊維束
   であって、繊維束を構成するフィラメントの引張強度が
   ３．０ＧＰａ以上、引張弾性率が６００ＧＰａ以上であ
   ることを特徴とする一方向プリプレグ。
2. 【請求項２】 繊維束を構成するフィラメント数が２，
   ０００〜１２，０００本であることを特徴とする請求項
   １記載の一方向プリプレグ。
3. 【請求項３】 繊維束の屈曲強度Ｂが次式 Ｂ≧（２．８７５×１０^-4ＴＭ‐０．１７）^-1 〔但し、Ｂ：屈曲強度（ＭＰａ）、ＴＭ：引張弾性率
   （ＧＰａ）〕を満足することを特徴とする請求項１記載
   の一方向プリプレグ。