JP6278488B2 - ＶａＲＴＭ用強化繊維シート - Google Patents

Description

本発明は、ＲＴＭ工法、特に、真空引きを伴うＶａＲＴＭ工法にて、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する強化繊維として例えば炭素繊維などを使用した大型の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）構造物を作製するためのＶａＲＴＭ用強化繊維シートに関するものである。

ＶａＲＴＭ工法は、樹脂を含んでいないドライ（樹脂未含浸）の強化繊維シートを用いるのが特徴で、製品の形状に合わせて予め積層したり、縫製したり、融着などをして必要な方向に必要な強度が出るように形を作り（プリフォーム）、例えば型枠に入れ込むか、或いは、フィルムで密閉して、真空引きすることにより樹脂を注入して硬化し、脱型して製品とする工法である。

現在、ＶａＲＴＭ工法により、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ構造物（成型体）を作製することが行われているが、ＶａＲＴＭ工法により大型のＦＲＰ構造物を作製する場合には、次のことが必要とされる。つまり、
（１）成型されたＦＲＰの曲げ強度が１０００Ｎ／ｍｍ²以上であること。
（２）最終成型物中の強化繊維断面積比率、即ち、強化繊維含有率（Ｖｆ)が５０％以上であること。
（３）ＶａＲＴＭ成型時に注入樹脂の流れが良いこと。
が必要とされる。

本件特許出願人は、特許文献１にて、本願添付の図７に示すように、例えば炭素繊維ｆのような多数本の強化繊維を一方向に引き揃えて形成される繊維ストランド１４を長手方向に沿って、束ね部材（カバーリング糸条）１５により束ねて形成される強化繊維束１１を多数本長手方向に沿って引き揃えて樹脂透過性支持体１３にて保持した強化繊維シート１０Ａを提案した。

特許文献１に記載される強化繊維シート１０Ａは、特に土木建築の構造物の補強用として、また、繊維強化プラスチック成型品の中間基材として有用である。

特許第４２３６４７８号公報

つまり、図７に示す特許文献１に記載される強化繊維シート１０Ａは、長手方向に沿って引き揃えられた各繊維ストランド１４は束ね部材１５にて束ねられ、空隙率（Ｓｒ）を３０〜９０％とし、且つ、各強化繊維束１１、１１間には０．１〜５．０ｍｍの空隙（ｇ）が設けられている。また、各強化繊維束１１は、樹脂透過性支持体１３にて一体的に保持され、シート状とされている。

なお、空隙率（Ｓｒ)とは、図４を参照して、束ね部材１５の内周部にて包囲された強化繊維束１１の断面積をＳｂ、束ね部材１５にて包囲された繊維ストランド１４を形成する強化繊維ｆの横断面積ｆｓの和をＳｓとしたとき、空隙率Ｓｒ＝（Ｓｂ−Ｓｓ）／Ｓｂとされる。

特許文献１に記載の強化繊維シート１０Ａは、上記構成とすることにより、例えば、強化繊維シート１０Ａを土木建築の構造物補強用として使用する場合の樹脂の流動性を向上させることができ、有用である。

本発明者らは、上記特許文献１に記載される強化繊維シート１０Ａが、上記事項（１）〜（３）に記載する必要条件を満たして、ＶａＲＴＭ用強化繊維シートとして十分な性能を発揮し得るかについて研究実験を行った。

本発明者らの研究実験の結果、成型法や成型樹脂が土木建築の構造物補強時などとは大きく異なる、例えば風車用ブレードのスパー部などの大型のＦＲＰ構造物を作製する場合には、次のような構成とすることが重要であることが分かった。つまり、各繊維ストランドを束ね部材により束ねる際のカバーリングの条件を最適化し、且つ、各繊維ストランド間に形成される空隙（ｇ）を実質的に０（ゼロ）とすること、更には、カバーリング糸条を使用して各繊維ストランドを一体的に保持することにより、即ち、従来各繊維ストランドを保持するのに使用されていた樹脂透過性支持体を使用しないこと、により上記事項（１）〜（３）に記載する必要条件を満たしたＶａＲＴＭ用強化繊維シートを作製し得ることを見出した。

本発明の目的は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型において、注入樹脂の流動性を損なうことなく、良好な樹脂含浸性を維持し、成型の生産性を向上させることのできるＶａＲＴＭ用強化繊維シートを提供することである。

本発明の他の目的は、強化繊維の繊維含有率Ｖｆ（単位断面積当たりの強化繊維の断面積比率）を高くすることができ、曲げ強度などの増大を図ることのできる良好なＶａＲＴＭ用強化繊維シートを提供することである。

上記目的は本発明に係るＶａＲＴＭ用強化繊維シートにて達成される。要約すれば、本発明によれば、強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法に使用する前記強化繊維シートであって、
１０００〜１０００００本の強化繊維を一方向に引き揃えて収束された繊維ストランドを長手方向に沿ってカバーリング糸条により束ねた強化繊維束を多数本、長手方向に沿って並列に引き揃えたシート状の強化繊維束層を有し、
前記強化繊維束層の隣り合った前記繊維ストランドは、融着した前記カバーリング糸条にて結合されていることを特徴とするＶａＲＴＭ用強化繊維シートが提供される。

本発明の一実施態様によれば、前記強化繊維束層の前記各強化繊維束の間には空隙がない。

本発明の他の実施態様によれば、前記カバーリング糸条は、有機繊維を複数本収束して形成した糸条であり、前記カバーリング糸条は前記繊維ストランドの長手方向１０ｃｍ当たり１５〜４０回の巻付け回数にて巻き付けられる。

本発明の他の実施態様によれば、前記カバーリング糸条は、編組編み又は平巻きでＳ巻き及びＺ巻きにて、又は、Ｓ巻き若しくはＺ巻きのいずれかにて前記繊維ストランドに巻き付けられる。

本発明の他の実施態様によれば、前記繊維ストランドに前記カバーリング糸条を巻き付けるに際して、
前記カバーリング糸条は、該糸条一本当たり５０〜２００ｇの張力が付与され、前記繊維ストランドには、前記繊維ストランド一本当たり１００〜５００ｇの張力が付与される。

本発明の他の実施態様によれば、前記強化繊維束層の繊維目付は、３００〜２０００ｇ／ｍ²である。

本発明の他の実施態様によれば、前記カバーリング糸条は、６０〜１５０℃とされる低融点の樹脂繊維で形成した糸条である。又は、前記カバーリング糸条は、表面に６０〜１５０℃とされる低融点の樹脂が被覆された糸条である。

本発明の他の実施態様によれば、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維、又は、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、バサルト繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維などの有機繊維の一種又は複数種を混入して使用する。

本発明によれば、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。また、本発明によれば、従来のＦＲＰ構造物の成型に比べ強化繊維含有率Ｖｆ（単位断面積当たりの強化繊維の断面積比率）を高くすることができ、ＦＲＰ構造物の引張り、曲げ、圧縮強度の増大を図ることができる。

本発明に係る強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。 本発明に係る強化繊維シートの一実施例の断面図であり、強化繊維シートの作製過程を説明する図である。 強化繊維束の一実施例を示す斜視図である。 強化繊維束の一実施例の断面図である。 ＶａＲＴＭ工法を実施するための成型装置の一実施例の概略構成図である。 ＶａＲＴＭ工法を実施するための成型装置の他の実施例の概略構成図である。 従来の強化繊維シートを説明する斜視図である。

以下、本発明に係るＶａＲＴＭ用強化繊維シートを図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
先ず、本発明に係るＶａＲＴＭ用強化繊維シート及びＦＲＰ構造物の成型方法について説明する。

本発明の特徴は、ＶａＲＴＭ工法により、例えば風車用ブレード、車両、船舶等の大型のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造物を作製する際に、強化繊維含有率Ｖｆが高く、且つ、注入樹脂の流動性が良い強化繊維シートを使用することにある。

本発明者らは、詳しくは後述するが、図１、図２に示すような本発明に従った強化繊維シート１０は、ＶａＲＴＭ工法により大型のＦＲＰ構造物を作製する場合に必要とされる上記事項（１）〜（３）に記載される要件、つまり、
（１）成型されたＦＲＰの曲げ強度が１０００Ｎ／ｍｍ²以上であること。
（２）最終成型物中の強化繊維断面積比率（Ｖｆ)が５０％以上であること。
（３）ＶａＲＴＭ成型時に注入樹脂の流れが良いこと。
を満足するものであることが分かった。

（ＶａＲＴＭ用強化繊維シート）
図１、図２に、本発明に係る強化繊維シートの一実施例を示す。本実施例によると、強化繊維シート１０は、多数本の強化繊維ｆを一方向に引き揃えて収束された繊維ストランド１４を長手方向に沿ってカバーリング糸条１５により束ねて形成された強化繊維束１１を有している。強化繊維シート１０にて、多数本の強化繊維束１１は、長手方向に沿って並列に、且つ、互いに密接して引き揃えられて強化繊維束層１２を形成している。本明細書、特許請求の範囲の記載にて「密接」してとは、必ずしも、隣り合った強化繊維束１１が互いに完全に接触していることを意味するのではなく、後述するように、強化繊維束層１２を加圧することにより各強化繊維束１１が押し潰され、隣り合った強化繊維束１１が接触状態となる極めて近接して配置された状態をも意味するものとする。

上記強化繊維束層１２は、その片面或いは両面から加熱加圧手段（図示せず）により加熱、加圧され、それにより、繊維ストランド１４を束ねている束ね部材、即ち、カバーリング糸条１５が隣り合った強化繊維束１１、即ち、繊維ストランド１４に融着し、更には、隣り合ったカバーリング糸条同士が融着し、各強化繊維束１１が互いに結合されて一体的なシート状とされる。

具体的には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、強化繊維束層１２を、例えば加熱炉などの加熱手段にて加熱して強化繊維束１１をカバーリング糸条１５の融点以上にまで加熱する。その後、例えば冷却ローラ等の加圧手段にて強化繊維束層１２を好ましくは両面から加圧することにより、各強化繊維束１１は押し潰されて、隣り合った強化繊維束１１、１１は、互いに密着した状態となる。同時に、各強化繊維束１１の、融点以上にまで加熱されたカバーリング糸条１５は、隣り合った強化繊維束１１（即ち、繊維ストランド１４）に融着する。勿論、隣り合ったカバーリング糸条１５同士も又融着することがある。冷却ローラは、カバーリング糸条１５の融点以下の温度とされるので、カバーリング糸条１５が融着することはない。

尚、図１、図２（ａ）にて、強化繊維束１１（即ち、繊維ストランド１４）の横断面形状は、円形とされているが、上記説明にて理解されるように、強化繊維束層１２を冷却ローラにて押圧することにより、図２（ｂ）に示すように、扁平形状に成形される。勿論、強化繊維束１１は、所望に応じて、加熱加圧する前の工程において、扁平形状とされることもある。

強化繊維シート１０について更に詳しく説明する。

図３、図４をも参照するとより良く理解されるように、本発明によれば、強化繊維束１１は、多数本の、例えば、１０００本〜１０００００本、一般には、３０００本〜６００００本の強化繊維（モノフィラメント）ｆを一方向に引き揃えて、好ましくは繊維が重ならないように平行状態に配列して、或いは、必要に応じて緩く撚りを掛けて収束した繊維ストランド１４と、繊維ストランド１４の外周囲を束ねたカバーリング糸条１５とにより構成される。

強化繊維としては、炭素繊維が最も好適に使用し得るが、これに限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維、又は、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、バサルト繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維などの有機繊維の一種又は複数種を混入して使用することができる。

また、束ね部材とされるカバーリング糸条１５としては、種々の材料を使用し得るが、低融点タイプの樹脂繊維、例えば、ポリエステル繊維等の有機繊維を複数本収束して形成した糸条とすることができる。また、その他に、低融点樹脂を被覆した糸条でも良い。

カバーリング糸条の融点は、即ち、低融点樹脂繊維、又は、糸条を被覆する低融点樹脂の融点は、６０〜１５０℃程度が好ましく、８０〜１２０℃が特に好ましい。

本実施例では、カバーリング糸条１５としては、例えば、２０〜１００デニールのポリエステル繊維から成る糸条、或いは、斯かるポリエステル繊維を複数本収束して作製した糸条などを使用し、好結果を得ることができた。この時、カバーリング糸条１５のカバーリングピッチＰは、繊維ストランド１４の長手方向１０ｃｍ当たり巻付け回数１５〜４０回が適当である。更に好ましくは、２５〜３３回（図１にて、Ｐ＝３〜４ｍｍ）である。

なお、本実施例では、カバーリング糸条１５を２本（糸条１５ａ、１５ｂ）用い、各糸条１５ａ、１５ｂは２Ｐにて繊維ストランド１４に巻き付けられている。糸条１５ａ、１５ｂは互いに交差するように巻付けるのが好ましい。特に、カバーリング糸条１５ａ、１５ｂは、編組編みでＳ巻き、Ｚ巻きのカバーリング糸条１５ａ、１５ｂが上下する方式が好ましい。但し、編組編みに限定せず平巻きでも可能である。また、Ｓ巻き、Ｚ巻きのいずれか一方の巻き態様を使用しても可能である。ただ、平巻きはカバーリング糸条１５がずれやすいためにカバーリングした強化繊維束１１の取り扱いに注意が必要となる。

図１〜図４に示す本実施例では、カバーリング糸条１５として、２本の糸条１５（１５ａ、１５ｂ）を用い、オーバーワインドにより繊維ストランド１４を束ねる態様を示しているが、これに限定されるものではなく、勿論、糸条の数は１本でも良く、３本以上の糸条を用いることもできる。

また、本発明では、繊維ストランド１４の外周囲はカバーリング糸条１５（１５ａ、１５ｂ）により固く絞付けされる必要がある。従って、カバーリング時にカバーリング糸条１５（１５ａ、１５ｂ）は、糸条１５ａ、１５ｂ一本当たり５０〜２００ｇの張力が必要とされる。張力が５０ｇ／本未満、特に、２０ｇ／本以下では繊維ストランド１４に対する糸条１５の締め付けが弱く、逆に、２００ｇ／本を超えると、特に、３００ｇ／本以上では糸条１５に曲がりが生じ易くなる。

更に、カバーリング時に繊維ストランド自体が曲がり難くするために、繊維ストランド自体にも繊維ストランド一本当たり、即ち、例えば強化繊維数５０Ｋ（５００００本）の繊維ストランド１４の１本に対して２００ｇ以上の張力を掛ける必要がある。１００ｇ／本未満では、カバーリング時の糸条１５の張力により曲がり易くなる。一般に、強化繊維（ｆ）の数１０００〜１０００００の繊維ストランド１４に対しては、通常、１００〜５００ｇ／本（１００ｇ／本以上、５００ｇ／本以下）とされる。

本発明によれば、上述のように、本発明に従った構成の強化繊維束１１は、ＶａＲＴＭ成型による構造物（成型体）のＶｆを上げることが必要であり、そのために、カバーリング糸条１５は、繊維ストランド１４の外周囲を固く束ねている。又、従来使用されていた樹脂透過性支持体１３（図７参照）を用いることはない。

本発明では樹脂透過性支持体を用いない強化繊維シートとされることにより、次のような特長がある。つまり、
（１）樹脂透過性支持体の厚さ分がなくなるため強化繊維の繊維含有量（Ｖｆ）を上げることができる。土木建築分野と異なり、ＶａＲＴＭ成型法ではＦＲＰの性能上Ｖｆを上げることが特に重要であり、樹脂透過性支持体の厚みでもＶｆが下がる要因となり、斯かる要因事項は、可能な限り排除する必要がある。
（２）上述より、強化繊維シートの物性が向上し、また、取り扱い性も向上する。
（３）樹脂透過性支持体を使用しない分、強化繊維シート自体のコストを低減し得る。また、強化繊維シート製造時に、従来必要とされた樹脂透過性支持体供給設備等を必要とせず、製造設備の簡易化が図れる。
等の特長を有している。

本発明によれば、強化繊維束層１２は、多数本の強化繊維束１１を長手方向に沿って引き揃えて形成されるが、強化繊維束層１２は、図１、図２に示すように、強化繊維束１１を１層にて形成することもできるが、これに限定されるものではなく、強化繊維束１１を複数層、例えば２〜３層、積層して形成することができる。

上記構成により、強化繊維束層１２は、繊維目付量が３００ｇ／ｍ²以上、２０００ｇ／ｍ²以下とすることができ、物性（曲げ強度等）を著しく向上させることができ、しかも、ＶａＲＴＭ成型法における良好な樹脂含浸性（即ち、樹脂流動性）を維持することができる。強化繊維束層１２が２０００ｇ／ｍ²を超えるとＶａＲＴＭ成型法においても流動性が悪くなる。

上述のようにして作製した本発明に従った強化繊維シート１０は、纏めれば、次のような特長を有している。つまり、
（１）多数本の強化繊維ｆが収束しているために毛細管現象で強化繊維束１１内への樹脂含浸性（樹脂流動性）が向上する。
（２）強化繊維束が固く収束していることで樹脂含浸しても厚さが増えることがなく、強化繊維のＶｆが上がる。Ｖｆは５０％以上、通常、６５％以下、即ち、５０〜６５％である。これに対して、従来、構造物補強の場合には、Ｖｆは２０〜４０％程度である。
（３）強化繊維ｆをカバーリング糸条１５にて固く収束することで強化繊維ｆのバラケがなく、毛羽の発生を少なくできることから、物性と取り扱い性が向上する。
（４）強化繊維ｆを固く収束することでＶａＲＴＭ成型時に樹脂流動性が良く、生産性が向上する。

次に、上記構成の強化繊維シート１０を使用したＶａＲＴＭ工法について説明する。

（ＶａＲＴＭ工法）
上述した構成の強化繊維シート１０は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を増大させて樹脂含浸性を改善し、成型の生産性を向上させることができる。また、ＦＲＰ構造物（成型物）の物性を改善することができる。

本発明に従った構成の強化繊維シート１０を用いたＦＲＰ構造物は、上述したように、その強化繊維含有量Ｖｆを従来の強化繊維シート１０Ａにて作製したＦＲＰ構造物に比べると増大させることができる。しかも、後述する本発明者らが行なった実験結果にて理解されるように、斯かる構成の強化繊維シート１０は、樹脂流通性が従来の強化繊維シート１０Ａに比較しても良好な流通性を示すことが分かった。その理由は、特にＶａＲＴＭ工法においては、使用する注入樹脂の粘度が低く（注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ）、そのために、注入樹脂は、各強化繊維束１１内にへと入り込んで、強化繊維ｆによる毛細管現象にて各強化繊維ｆ間へと流動するためであると思われる。

図５にＶａＲＴＭ工法に使用する成型装置１００の一例の概略構成を示す。本例にて成型装置１００は、型枠（成形型）１０１に強化繊維シート１０を入れ込み、その上に樹脂流通媒体１０２及びバキュームバッグ（フィルム）１０３がセットされる。成形型１０１に隣接して配置された樹脂注入装置１０４から、樹脂流通媒体１０２と成形型１０１との間に樹脂Ｒが注入される。また、バキュームバッグ１０３が真空引きされ、これにより、強化繊維シート１０に樹脂Ｒが含浸される。樹脂Ｒが含浸された強化繊維シート１０は、成形型１０１と共に加熱装置、例えば、加熱板或いはオーブンにて加熱され、樹脂Ｒが硬化される。その後、樹脂含浸硬化された強化繊維シート１０は、成形型１０１から脱型されて製品（繊維強化プラスチック構造物の成型体）とされる。勿論、常温硬化型の樹脂Ｒを使用した場合には、加熱装置等は不要とされる。

また、図６には、成型装置１００の他の例の概略構成を示す。本例にて成型装置１００は、図５に示す成型装置１００におけるフィルム１０３の代わりに上型枠１０１ｂが配置される点で異なる。つまり、本例の成型装置１００では、成形型１０１は、下型枠１０１ａと上型枠１０１ｂにて構成されるが、その他の構成及び機能は同じとされる。同じ構成及び機能を有するものには同じ参照番号を付し、図５に関連した上記説明を援用し、詳しい説明は省略する。勿論、本例においても、常温硬化型の樹脂Ｒを使用した場合には、加熱装置等は不要とされる。

このように、本発明によれば強化繊維シート１０を所定形状にて配置し、上型枠１０１ｂ或いはフィルム１０３で密閉し、真空にして強化繊維シート１０に樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法による繊維強化プラスチック構造物成型方法が提供される。

ここで、強化繊維シート１０は、上述したように、
（ａ）多数本の強化繊維ｆを一方向に引き揃えて収束された繊維ストランド１４を長手方向に沿ってカバーリング糸条１５により束ねて強化繊維束１１を形成し、
（ｂ）多数本の強化繊維束１１を長手方向に沿って並列に、且つ、互いに密接して引き揃えて強化繊維束層１２を形成し、
（ｃ）強化繊維束層１２を加熱加圧することにより、カバーリング糸条１５が隣り合った繊維ストランド１４に融着して強化繊維束層１２が一体のシート状とされる、
構成とされる。

また、注入樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓとされるＶａＲＴＭ樹脂が使用される。

なお、本実施例では、ＶａＲＴＭ用樹脂としては、エポキシ樹脂を使用したが、エポキシ樹脂の他、樹脂注入時（一例として温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓとされる、ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。

本発明の強化繊維シート１０は、図７に示す従来の強化繊維シート１０Ａに比べると、その強化繊維含有量Ｖｆを増大させることができる。このように、本発明によれば、強化繊維シート１０ＡによるＦＲＰ構造物の成型に比べ、強化繊維のＶｆ（単位断面積当たりの強化繊維の断面積比率）を５０％以上とし、また、上述したように、強化繊維束層１２、即ち、強化繊維シート１０の繊維目付量を３００〜２０００ｇ／ｍ²程度とすることができ、成型されたＦＲＰ構造物の曲げ強度等の増大を図ることができる。

しかも、上述したように、斯かる構成の強化繊維シート１０は、ＶａＲＴＭ工法によるＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を低下させることがなく、樹脂含浸性が良好で、成型の生産性を向上させることができる。

本発明の強化繊維シート１０は、上述のように、繊維ストランド１４がカバーリング糸条１５により固く収束されているので繊維が曲がり難いといった特長を有しており、生産性が良く性能の発現性が良い。

実験例
本発明のＦＲＰ構造物の成型方法及びＶａＲＴＭ用強化繊維シートの作用効果を立証するために、実験例１では、強化繊維として炭素繊維を使用した強化繊維シート、即ち、炭素繊維シートの含浸性を評価するための実験を行なった。また、実験例２では、高Ｖｆを有する本発明の炭素繊維シートが他のシートと比較して物性面で差があるのか、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の曲げ性能で確認した。以下に実験例１、２について説明する。

実験例１
本実験例１で使用した本実施例の炭素繊維シート１０（図１）及び比較例の炭素繊維シート１０Ａ（図７）は、次のようにして作製した。

炭素繊維シート１０、１０Ａにおける炭素繊維ストランド１４としては、強化繊維ｆとして平均径７μｍ、収束本数５００００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用いた。この炭素繊維ストランド１４は、カバーリング糸条１５として、５０デニールポリエステル繊維から成る糸条を２本使用し、編組編みでＳ巻、Ｚ巻にてカバーリング糸条１５ａ、１５ｂが上下する方式にて炭素繊維ストランド１４の外周囲に巻き付けた。カバーリングピッチＰは、炭素繊維ストランド１４の長手方向１０ｃｍ当り３３回（Ｐ＝３ｍｍ）とした。

またこの時、カバーリング糸条１５には、５０〜８０ｇ／本の範囲の張力を与え、炭素繊維ストランド１４に対して２００ｇ／本の張力を与えて、炭素繊維ストランド１４のカバーリングを行った。このようにして、図３に示すような形状とされる炭素繊維束１１を得た。炭素繊維束１１は、その長手方向に沿って曲がりは発生せず、非常に良い直線性を示した。

本実施例の炭素繊維シート１０は、上記のようにして作製した炭素繊維束１１を並列に、且つ、密接して並べて、加熱炉で１４０℃に加熱し、次いで、冷却ローラにて炭素繊維束１１の両面を加圧した。これにより、本実施例の炭素繊維シート１０においては、図２（ｂ）に示すように、カバーリング糸条１５が隣り合った炭素繊維束１１に融着し、並列に並べられた各炭素繊維束１１、１１間には空隙はなく、間隙（ｇ）は実質的に０（ゼロ）であった。炭素繊維束層１２、即ち、炭素繊維シート１０の繊維目付は１８００ｇ／ｍ²であった。

また、比較例の炭素繊維シート１０Ａは、上述のようにして作製した炭素繊維束１１を樹脂透過性（即ち、メッシュ状の）支持体シート１３上に並列に並べて加熱加圧接着して作製したが、図７に示すように、各炭素繊維束１１、１１間に２ｍｍの間隙（ｇ）を設けた。比較例の炭素繊維シート１０Ａの繊維目付は６００ｇ／ｍ²であった。

メッシュ状支持体シート１３は、縦糸１６及び横糸１７としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状支持体シートであった。２軸メッシュ状支持体シート１３の縦糸１６及び横糸１７の間隔は、１０ｍｍとした。

このようにして作製した炭素繊維シート１０、１０Ａは、幅（Ｗ）が５００ｍｍ、軸線方向の長さが１００ｍであった。

上記構成の本実施例の炭素繊維シート１０、及び、比較例の炭素繊維シート１０Ａを使用してＶａＲＴＭ工法により、それぞれ、ＣＦＲＰ板を作製した。

本実験にて使用した成型装置１００は、図５を参照して説明したＶａＲＴＭ工法を実施する装置とされ、型枠（成形型）１０１に炭素繊維シート１０（１０Ａ）を入れ込み、その上に樹脂流通媒体１０２及びバキュームバッグ１０３がセットされた。成形型１０１に隣接して配置された樹脂注入装置１０４から、樹脂流通媒体１０２と成形型１０１との間に樹脂Ｒが注入され、かつ、バキュームバッグ１０３が真空引きされた。これにより、炭素繊維シート１０（１０Ａ）に樹脂Ｒが含浸された。樹脂Ｒが含浸された炭素繊維シート１０（１０Ａ）は、成形型１０１と共に加熱装置（オーブン）にて加熱され、樹脂Ｒが硬化された。その後、樹脂含浸硬化された炭素繊維シート１０（１０Ａ）は、成形型１０１から脱型されて製品（炭素繊維強化プラスチック構造物の成型体）とされた。

このようにして得られたＣＦＲＰ板は、幅２００ｍｍ×長さ２ｍとされ、厚みは２．０ｍｍであった。本実施例、比較例で使用した樹脂Ｒは、低粘度のＶａＲＴＭ用樹脂であり、ナガセケムテックス株式会社製の複合材料用エポキシ樹脂（汎用タイプ「ＸＮＲ／Ｈ６８１５」（商品名））を使用した。該樹脂の粘度は、２６０ｍＰａ・ｓ／２５℃、８０ｍＰａ・ｓ／４０℃、であった。また、型枠に注入時の粘度は、即ち、温度２５℃における樹脂粘度は、２６０ｍＰａ・ｓであった。

本実験にて、本実施例の炭素繊維シート１０を使用し、トータル目付１８００ｇ／ｍ²とした場合には、樹脂含浸作業が約０．５時間（総成型作業時間２．５時間）で終了し、良好な製品を得ることができた。この樹脂含浸作業時間は、比較例の炭素繊維シート１０Ａを使用した場合と同程度であった。また、本実施例の炭素繊維シート１０を使用した場合のＶａＲＴＭ成形後のＶｆが５８％であった。一方、比較例の炭素繊維シート１０Ａを使用した場合は、ＶａＲＴＭ成形後のＶｆが３８％であった。

実験例２
本実施例の炭素繊維シート１０及びＣＦＲＰ構造物の成型方法の作用効果を立証するために、実験例２では、本実施例の炭素繊維シート１０を使用した場合のＣＦＲＰ構造物の曲げ強度に対する評価を行なうための実験を行なった。

（試験方法）
表１に示す実験例１にて使用したと同じ炭素繊維シート１０、１０Ａ及び樹脂、並びに、実験装置１００を使用して、本実施例、比較例のＣＦＲＰ板を作製した。このＣＦＲＰ板を幅１２ｍｍ×長さ１２０ｍｍに切断して曲げ試験試料を作製し、ＪＩＳＫ７２０３法による３点曲げ試験を行った。試験結果を表１に示す。

実験の結果、表１にて理解されるように、本実施例は、比較例に比較して空隙が少なく、Ｖｆ（炭素繊維含有量）が高くなるためＣＦＲＰ板の曲げ応力が高い。一方、比較例は、炭素繊維束１１、１１間に隙間（ｇ）があり、また、樹脂透過性支持体を使用しているために、実験例１にて説明したように、樹脂含浸性は良いが、Ｖｆが他より低く、曲げ応力が低いことが分かる。

本実施例の炭素繊維シート１０は、その炭素繊維含有量Ｖｆを比較例の炭素繊維シート１０Ａに比べると増大させることができる。これにより、本発明によれば、従来の炭素繊維シート１０ＡによるＣＦＲＰ構造物の成型に比べ炭素繊維のＶｆ（単位断面積当たりの炭素繊維の断面積比率）を高くすることができ、成型されたＣＦＲＰ構造物の曲げ強度の増大を図ることができる。

しかも、斯かる構成の炭素繊維シート１０は、ＶａＲＴＭ工法によるＣＦＲＰ構造物の成型に使用した場合において、注入樹脂の流動性を低下させることがなく、樹脂含浸性が良好であって、成型の生産性を向上させることができる。また、本発明の炭素繊維シート１０は、炭素繊維ストランド１４がカバーリング糸条１５により固く束ねられているので、繊維が曲がり難く、生産性が良く性能の発現性が良い。

上記実験例では、強化繊維として炭素繊維を使用した場合について説明したが、炭素繊維以外の強化繊維を使用した場合においても同様の結果を得ることができた。

１０ 炭素繊維シート（強化繊維シート）
１１ 炭素繊維束（強化繊維束）
１２ 炭素繊維束層（強化繊維束層）
１４ 炭素繊維ストランド（繊維ストランド）
１５（１５ａ、１５ｂ） カバーリング糸条

Claims (9)

1. 強化繊維シートを所定形状にて配置し、上型枠或いはフィルムで密閉し、真空にして前記強化繊維シートに樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック構造物を成型するＶａＲＴＭ工法に使用する前記強化繊維シートであって、
   １０００〜１０００００本の強化繊維を一方向に引き揃えて収束された繊維ストランドを長手方向に沿ってカバーリング糸条により束ねた強化繊維束を多数本、長手方向に沿って並列に引き揃えたシート状の強化繊維束層を有し、
   前記強化繊維束層の隣り合った前記繊維ストランドは、融着した前記カバーリング糸条にて結合されていることを特徴とするＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
2. 前記強化繊維束層の前記各強化繊維束の間には空隙がないことを特徴とする請求項１に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
3. 前記カバーリング糸条は、有機繊維を複数本収束して形成した糸条であり、前記カバーリング糸条は前記繊維ストランドの長手方向１０ｃｍ当たり１５〜４０回の巻付け回数にて巻き付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
4. 前記カバーリング糸条は、編組編み又は平巻きでＳ巻き及びＺ巻きにて、又は、Ｓ巻き若しくはＺ巻きのいずれかにて前記繊維ストランドに巻き付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
5. 前記繊維ストランドに前記カバーリング糸条を巻き付けるに際して、
   前記カバーリング糸条は、該糸条一本当たり５０〜２００ｇの張力が付与され、前記繊維ストランドには、前記繊維ストランド一本当たり１００〜５００ｇの張力が付与されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
6. 前記強化繊維束層の繊維目付は、３００〜２０００ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
7. 前記カバーリング糸条は、６０〜１５０℃とされる低融点の樹脂繊維で形成した糸条であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
8. 前記カバーリング糸条は、表面に６０〜１５０℃とされる低融点の樹脂が被覆された糸条であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。
9. 前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、バサルト繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維のいずれか一種又は複数種を混入して使用することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載のＶａＲＴＭ用強化繊維シート。

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