JPH1081770A - ヤーンプリプレグおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】適正な幅と厚みの比を有することによって、高
次加工性に優れ、かつエポキシ樹脂硬化後の引張強さ及
び補強繊維強さ発現率が高いヤーンプリプレグを提供す
る。 【解決手段】補強用炭素繊維束とエポキシ樹脂からな
り、該炭素繊維束の重量含有率Ｗｆ（％）、炭素繊維束
中のフィラメント数Ｆ、プリプレグの幅ｄ（ｍｍ）が、
下記（１）〜（３）式の関係を満足することを特徴とす
るヤーンプリプレグ。 ５０≦Ｗｆ≦８０ ……（１） ２０，０００≦Ｆ≦１００，０００ ……（２） Ｆ／８，０００≦ｄ≦Ｆ／２，４００ ……（３）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化樹脂複合
材料用の素材として好適なヤーンプリプレグに関する。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂をマトリックスとする繊維
強化複合材料は、力学特性、耐蝕性などが優れているこ
とから、これまで航空・宇宙、スポーツ、土木・建築な
どの一般産業用分野で広く用いられており、これまでに
も様々な組成を有するエポキシ樹脂と様々な性質を有す
る補強繊維の組み合わせによるプリプレグ、中間素材、
複合材料が提案されている。

【０００３】プリプレグは一般にシート状をしており、
シート平面の中で連続繊維が一方向に配列したものや、
連続繊維織物になったもの、不連続繊維を任意の方向に
配列させたものなど、目的に応じて様々な補強形態のも
のがある。

【０００４】また、上記シート状のプリプレグ以外に、
炭素繊維フィラメントが一方向に配列した連続繊維束に
樹脂を含浸させた、いわゆるヤーンプリプレグと呼ばれ
るものがある。このヤーンプリプレグは、橋梁用ケーブ
ルやプレストレスドコンクリートの緊張材として、また
テーププレイスメントやフィラメントワインド用部材と
して好適に使用されている。

【０００５】近年、炭素繊維の低コスト化が図られた結
果、フィラメント数が２０，０００を超える太糸条の炭
素繊維が登場し、このような炭素繊維を使用したヤーン
プリプレグが注目されるようになってきた。このような
太糸条の炭素繊維にマトリックス樹脂を均一に含浸させ
るには、通常、開繊処理などにより糸条を薄く広げた後
に樹脂を付着させて、糸条の厚み方向に樹脂を移動しや
すくする方法が採用することが一般的である。しかし、
かかる方法によって得られたヤーンプリプレグは、幅
（ｄ）とフィラメント数の比が適正でないと、種々の不
都合が発生することが指摘されていた。たとえば、ｄと
フィラメント数の比が大き過ぎると、複合材料を製造す
る場合にヤーンプリプレグを引き揃える工程のガイド部
などでよじれや幅方向の畳み込みが起こりやすくなり、
その結果として複合材料における引張強さ発現率が低く
なるなどの要改良点が指摘されていた。逆にｄとフィラ
メント数の比が小さ過ぎると（その結果として厚みが大
きすぎると）、プリプレグの含浸性が不足するために、
得られた複合材料中にボイド等の欠陥が発生し、力学特
性の低下をもたらす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、適正
な幅とフィラメント数の比を有することによって、高次
加工性に優れ、かつエポキシ樹脂硬化後の引張強さ及び
補強繊維強さ発現率が高いヤーンプリプレグを提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のヤーンプリプレ
グは、上記目的を達成するために次の構成を有する。す
なわち、補強用炭素繊維束とエポキシ樹脂からなり、該
炭素繊維束の重量含有率Ｗｆ（％）、炭素繊維束中のフ
ィラメント数Ｆ、プリプレグの幅ｄ（ｍｍ）が、下記
（１）〜（３）式の関係を満足することを特徴とするヤ
ーンプリプレグである。

【０００８】 ５０≦Ｗｆ≦８０ ……（１） ２０，０００≦Ｆ≦１００，０００ ……（２） Ｆ／８，０００≦ｄ≦Ｆ／２，４００ ……（３） また、本発明のヤーンプリプレグの製造方法は、上記目
的を達成するために次の構成を有する。

【０００９】すなわち、加熱された溝付きローラを回転
させながら、該溝付きローラの溝部中に３０〜１００℃
に制御したエポキシ樹脂組成物を、樹脂定量供給装置に
より、１〜５０ｇ／分の割合で定量供給し、該溝付きロ
ーラの溝部に、予め開繊した炭素繊維束を接触させるこ
とによって、前記樹脂を炭素繊維束に含浸させることを
特徴とするヤーンプリプレグの製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。

【００１１】本発明のヤーンプリプレグに使用する炭素
繊維のフィラメント数は２０，０００〜１００，０００
の範囲である。フィラメント数が２０，０００より少な
いと炭素繊維の生産性が低下し、更にはプリプレグ生産
性低下につながり好ましくない。またフィラメント数が
１００，０００を超えるような太糸条の炭素繊維では加
工性が低下して好ましくない。好ましいフィラメント数
の範囲は２２，０００〜８０，０００であり、更に好ま
しいフィラメント数の範囲は２３，０００〜７０，００
０である。

【００１２】また、本発明のヤーンプリプレグは炭素繊
維重量含有率Ｗｆが５０〜８０％の範囲にあり、かつフ
ィラメント数をＦとすると、幅（ｄ）が下記（３）式の
範囲にある。

【００１３】 Ｆ／８，０００≦ｄ≦Ｆ／２，４００ ……（３） 幅（ｄ）が上記（３）の式の左辺の値よりも小さいと、
プリプレグの厚みが大きくなり過ぎるので、例えばプリ
プレグを心材に巻き付けて複合材料を成形する場合、成
形体の表面に段差ができやすくなる。また、プリプレグ
にボイドが発生しやすくなり、繊維引張強さ発現率が低
くなるので好ましくない。逆に幅（ｄ）が右辺の値より
も大きいとプリプレグが広幅になり過ぎるために、複合
材料を製造する場合にヤーンプリプレグを引き揃える工
程のガイド部などでよじれや幅方向の畳み込みが起こり
やすくなり、毛羽欠点が発生しやすくなる。その結果、
複合材料の補強繊維引張強さの発現率が低くなるので好
ましくない。幅（ｄ）の更に好ましい値Ｆ／７，０００
≦ｄ≦Ｆ／２，７００であり、更に好ましい範囲はＦ／
６，０００≦ｄ≦Ｆ／３，０００である。

【００１４】なお、ヤーンプリプレグの厚みは、プリプ
レグをマイクロメーターなどで直接接触させて測定する
方法では、プリプレグの変形を伴うので正確に測定する
ことはできない。従って、プリプレグ厚み（ｍｍ）は、
炭素繊維の密度ρ_CF、硬化樹脂の密度ρ_RESIN 、炭素繊
維重量含有率Ｗｆ（％）、プリプレグの幅ｄ（ｍｍ）お
よびプリプレグ１ｍ長さの重量Ｐ（ｇ）を使用して下式
に従って算出する。

【００１５】

【数１】 ここで、炭素繊維の目付け（Ｐ_cf）、炭素繊維の密度
（ρ_CF）、硬化樹脂の密度（ρ_RESIN ）は、下記の方法
により測定されたものである。

【００１６】Ａ）炭素繊維の目付け（Ｐ_cf） 炭素繊維ストランドが伸び歪を発生しないで、真っ直ぐ
に張る程度の荷重をかけて１ｍ長の試験片を切り取り、
これを５ｃｍ程度のリング状にして重量を測定しＰ_cfと
する。

【００１７】Ｂ）炭素繊維の密度（ρ_CF） 上記Ａのリング状試験片と同じものを作製して空気中の
質量（ｍ₁ ）を測定する。次いで、このリング状試験片
をオルソジクロロベンゼン中に浸漬し、試験片を十分に
脱気した後に液中での質量（ｍ₂ ）を測定する。密度は
下記式で算出する。

【００１８】ρ_CF＝｛ｍ₁ ／（ｍ₁ −ｍ₂ ）｝×ρ′
（浸漬液の密度） Ｃ）硬化樹脂の密度（ρ_RESIN ） 硬化樹脂試験片の空気中の質量（ｍ₁ ）を測定する。次
いで、この状試験片をメタノール中に浸漬し、十分に脱
気した後に液中での質量（ｍ₂ ）を測定する。密度は上
記Ｂと同様にして算出する。

【００１９】炭素繊維重量含有率Ｗｆが５０％より小さ
いと、複合材料の引張強さが低くなり好ましくない。逆
にＷｆが８０％より大きいと、複合材料中のボイドや応
力集中などによって引張強さの低下がもたらされるので
好ましくない。好ましいＷｆの値は６０％から７８％の
範囲である。さらに好ましいＷｆの値は６５％から７６
％の範囲である。

【００２０】本発明においては、実質的に撚りのない連
続炭素繊維を用いた場合、複合材料における炭素繊維の
強さ発現率が高く、特に引張強さを要求される用途、た
とえば繊維強化複合材料撚り線などに好適である。この
場合、コストと加工性を両立させるために目付の範囲は
１．３〜８．０ｇ／ｍであることが好ましい。

【００２１】炭素繊維に撚りがある場合は、繊維束を構
成するフィラメントの配列が平行でないために、プリプ
レグ自身や、それを用いて製造した複合材料の強さ低下
の原因となることもあり好ましくない。

【００２２】実質的に撚りがない連続炭素繊維とは、定
量的にはフックドロップ値で１０ｃｍ以上、更には１２
ｃｍ以上の炭素繊維が好ましい。ここでフックドロップ
値とは温度２３℃、湿度６０％の雰囲気で炭素繊維束を
垂直に釣り下げ、これに１２ｇの重りを引っ掛けて３０
分経過後の重りの落下距離で表わされる値である。この
値は撚りがあると小さくなる。

【００２３】また、引張弾性率が２００ＧＰａ以上で、
かつ破壊歪エネルギーが３８，０００ｋＪ／ｍ³ 以上で
ある炭素繊維も複合材料における炭素繊維発現率が高
く、特に引張強さを要求される用途に好適である。ここ
で、引張弾性率はＪＩＳ Ｒ７６０１に準拠して測定さ
れる値Ｅであり、破壊歪エネルギーとはＪＩＳ Ｒ７６
０１に準拠して測定される引張強さと上記したＥの値と
を用いて、式Ｗ＝σ² ／２Ｅに基づいて算出されるＷの
ことをいう。

【００２４】炭素繊維の引張弾性率が２００ＧＰａより
小さい炭素繊維を用いてプリプレグおよび繊維強化複合
材料を製造した場合には、複合材料の変形量を設計許容
範囲に抑えるために断面積を大きくする必要が生じるの
で軽量化効果が小さくなり、使用に制限を受けることが
ある。たとえば橋梁用ケーブルやプレストレストコンク
リート緊張材として本発明による繊維強化複合材料を適
用した場合、負荷される引張応力場での変形量を所定の
範囲内に収めることが困難となる。

【００２５】また、炭素繊維の破壊歪エネルギーが３
８，０００ｋＪ／ｍ³ 未満の場合には、複合材料、特に
橋梁用ケーブルやプレストレストコンクリート緊張材の
ような引張部材において十分に高い炭素繊維の強さ発現
率を得ることができない。

【００２６】さらに、本発明で使用する炭素繊維の直径
は、３〜１０μであることが好ましい。炭素繊維の直径
が細くなりすぎると、毛羽が発生しやすくなり、エポキ
シ樹脂含浸工程における繊維の取扱性や樹脂含浸性に難
がでてくる。一方、太くなりすぎると、繊維束が剛直す
ぎてエポキシ樹脂含浸工程におけるガイド部分などでの
繊維の工程通過性に問題が発生することがある。

【００２７】本発明に使用するエポキシ樹脂は繊維強化
複合材料に使用されるものであれば特に限定されること
はないが、プリプレグを複合材料としたときに十分高い
炭素繊維の強さ発現率を得るためには、硬化したエポキ
シ樹脂の引張伸びが２％以上であることが必要である。
好ましくは引張伸びが３％以上であればより好ましく、
引張伸びが５％以上であれば更に好ましい。硬化樹脂の
引張試験は、厚み２ｍｍの樹脂板からＪＩＳ−Ｋ−７１
１３記載の方法に従ってダンベル型試験片加工機により
加工した試験片に歪みゲージを貼り付け、引張速度１ｍ
ｍ／ｍｉｎで行った。

【００２８】また、繊維強化複合材料の耐熱性の点から
は、これらのエポキシ樹脂硬化物のガラス転移温度は１
００℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度の測
定は示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ）を用い、窒素雰囲
気下４０℃／分の昇温速度で行った。

【００２９】このようなエポキシ樹脂硬化物を得るため
の硬化剤としては、通常、アミン化合物、フェノール化
合物、酸無水物、イミダゾール化合物等が用いられる
が、中でもアミン化合物を硬化剤として用いたものが硬
化物とＣＦとの接着性が良好であるため好ましく用いら
れる。アミン化合物には、種々のものがあるが、保存安
定性の点などから、ジシアンジアミドと硬化助剤の組み
合わせ或いは芳香族アミンが好ましく用いられる。ま
た、芳香族アミンの中ではジアミノジフェニルスルホン
が保存安定性・耐熱性共に良好であるため好ましい。

【００３０】なお、樹脂の硬化条件は、ジシアンジアミ
ド硬化剤に硬化助剤を組み合わせて使用した場合には、
１３０℃で２時間、ジアミノジフェニルスルホンを硬化
剤として使用した場合には、１８０℃で２時間であ
る。。

【００３１】また本発明に使用するエポキシ樹脂は、熱
可塑性樹脂、エラストマーおよび無機粒子等、エポキシ
樹脂の改質に一般的な添加剤を単独または組み合わせて
使用することができる。

【００３２】本発明のプリプレグは、マトリックス樹脂
を予め溶媒に溶解して低粘度化し、連続繊維束を浸漬さ
せながら含浸させるウエット法、および樹脂を加熱によ
り低粘度化し、ロールや離型紙の上にコーティングする
ことによって被膜を作り、これに連続繊維束を押し付け
て含浸するホットメルト法などによって製造されるが、
本発明においては、特に以下のような方法を採用するこ
とによりプリプレグのＷｆが安定するので好ましい。

【００３３】すなわち、加熱された溝付きローラを回転
させながら、その溝部中に３０〜１００℃に制御したエ
ポキシ樹脂組成物を、ギアポンブ式吐出機、またはプラ
ンジャー式吐出機、またはエクストルーダ、またはマイ
クロチューブポンプなどの樹脂定量供給装置を使用し
て、１〜５０ｇ／分の割合で定量供給し、前記溝付きロ
ーラの回転方向の下流部で、該溝付きローラの溝部に、
予め開繊した炭素繊維束を接触させることによって、前
記樹脂を炭素繊維束に含浸させる方法である。

【００３４】溝付きローラを使用することによってヤー
ンプリプレグの幅を精密に制御することが可能になるの
で好ましい。

【００３５】図１は、本発明にかかるヤーンプレプレグ
の製造装置の一実施例を示す概略図である。

【００３６】図２は、溝付きローラ部の概略平面図であ
り、図３は、溝付きローラ部の概略正面図である。

【００３７】図１に示すように、クリール１に仕掛けら
れた連続繊維束２は引き出されて、溝付きローラ３の下
部に接触し、次いでドライブステーション８を通じて、
ワインダ９に導かれ巻き取られる。溝付きローラ３に近
接して、ブレード５Ａを先端に有する樹脂を貯める底板
が設けられた溶融樹脂供給装置４、該溶融樹脂供給装置
４の上方に、樹脂供給装置７が配置されている。該樹脂
供給装置７は、加熱ローラ７Ａと、該加熱ローラ７Ａに
供給される樹脂ブロック７Ｂが加熱ローラ７Ａによって
溶融され、該溶融樹脂を加熱ローラ７Ａに押し当てる仕
切板７Ｃを取り付けることによって、溶融樹脂を計量し
ながら樹脂溜め部４に供給するようになっている。

【００３８】溝付きローラ３は、図２、図３に示すよう
に、溝部１０を有しており、該溝部１０の底部とブレー
ド５Ａの間には一定のすき間６が形成され、溝付きキス
ローラ３の回転によって樹脂溜まりにある樹脂が所定
量、溝底部に塗布され、該溝部１０接触して走行する繊
維束２に樹脂を含浸させるようになっている。

【００３９】上記の装置において、エポキシ樹脂組成物
の温度が３０℃より低いと樹脂粘度が高くなりすぎて繊
維束にしみ込みにくくなり、プリプレグの含浸性が悪く
なるので好ましくない。逆に温度が１００℃より高くな
ると樹脂の安定性が低くなって吐出機の内部で樹脂がゲ
ル化するなどのトラブルが発生しやすくなって好ましく
ない。より好ましい樹脂温度は４０〜８０℃であり、こ
の温度でのエポキシ樹脂粘度が５０〜４００ポイズであ
るものが好ましく、さらに好ましい範囲は１００〜３０
０ポイズである。

【００４０】エポキシ樹脂組成物は、ギアポンプ式吐出
機、またはプランジャー式吐出機、またはエクストルー
ダ、またはマイクロチューブポンプなどを使用すること
により、ローラの溝中に安定して定量供給することがで
きる。樹脂の供給量は１〜５０ｇ／分の割合であること
が好ましい。供給量が１ｇ／分より少ないと、プリプレ
グ中の樹脂含有率が低くなりすぎるので好ましくない。
逆に５０ｇ／分より多いと、プリプレグ中の樹脂含有率
が高くなりすぎるので好ましくない。より好ましい供給
量の範囲は３〜４０ｇ／分である。

【００４１】さらに、上記したギアポンプなどの吐出機
は、ローラに設けた溝に１対１に対応させることもでき
るが、１個の吐出機からトーナメント配管することによ
り、、ローラ上の複数の溝に樹脂を供給する方が、吐出
機の数が少なくなり、操作性やコスト面で好ましい。な
お、繊維束と含浸ロール溝とは１対１に対応していて、
複数の溝に複数本の炭素繊維束を接触させることにな
る。

【００４２】プリプレグの幅（ｄ）をコントロールする
には、たとえば樹脂が付着した繊維束を所望の幅を有す
る溝付きロールに押し付けたり、また所望の間隙を有す
るダイでしごくなどした後に、必要に応じてロールで加
圧する方法が適用できる。

【００４３】前記（１）〜（３）式を満足するヤーンプ
リプレグとする場合、溝に接触させる炭素繊維束のフィ
ラメント数Ｆ、幅Ｄ（ｍｍ）、厚みＴ（ｍｍ）は下記
（４）〜（６）式の関係を通常満足する。

【００４４】 Ｆ／３，０００≦Ｄ≦Ｆ／１，２００ ………（４） Ｔ＝３．８１９×１０^-5×Ｆ／Ｄ ………（５） ２０，０００≦Ｆ≦１００，０００ ………（６） さらに、本発明のヤーンプリプレグは、適度な樹脂／繊
維接着力を有していることが好ましい。この接着力はプ
リプレグを硬化させた複合材料特性の内、層間剪断強さ
を６５〜１４０ＭＰａの範囲にあることで達成される。
層間剪断強さのさらに好ましい範囲は７５〜１２０ＭＰ
ａである。層間剪断強さが５０ＭＰａより小さいと、引
張構造部材として使用したときの耐久性が低下してく
る。一方、１４０ＭＰａより大きくなると、引張強さの
利用率が低下してくる。これらの層間剪断強さは、炭素
繊維の表面処理、樹脂の弾性率および界面接着力を調整
することによって達成される。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。

【００４６】実施例１ 油化シェルエポキシ（株）製ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂“エピコート８２８”３５重量部、“エピコート
１００１”３０重量部、同社製フェノールノボラック型
エポキシ樹脂“エピコート１５４”３５重量部および硬
化剤ジシアンジアミド４重量部と硬化助剤３−（３、４
−ジクロロフェニル）−１、１−ジメチル尿素（ＤＣＭ
Ｕ）４重量部をニーダーを用いて均一に混練してマトリ
ックス樹脂組成物を調製した。この組成物を１３０℃で
２時間加熱して得られた硬化物の引張破断伸びは６．３
％であった。

【００４７】次いで、東レ（株）製炭素繊維“トレカ”
（登録商標）Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋ−５０Ｃ（フィラメ
ント数Ｆ：２４，０００本、引張り弾性率Ｅ＝２３０Ｇ
Ｐａ、引張り強さσ＝４，９００ＭＰａ、実質的に無撚
り）を拡幅バーで開繊した。次いで、７０℃に加熱した
溝付きローラの５カ所の溝部に７０℃に制御した上記エ
ポキシ樹脂組成物を、１個のギアポンプ式吐出機からト
ーナメント式に設置された配管により、各溝部に対して
７ｇ／分の割合で定量供給し、ローラの回転方向の下流
部でこの溝付きローラの溝部に、上記炭素繊維束を接触
させることによって、重量分率Ｗｒが３０％（Ｗｆ＝７
０％）のヤーンプリプレグを作製した。得られたヤーン
プリプレグの幅（ｄ）と厚み（ｔ）の比（ｄ／ｔ）は２
４であり、幅（ｄ）は６．０ｍｍであった。

【００４８】なお、炭素繊維の密度（ρ_CF）、および炭
素繊維の目付け（Ｐ_cf）は、それぞれ１．８０、および
１．６５（Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋ−５０Ｃの規格中心値
とする）であった。また、硬化樹脂の密度（ρ_RESIN ）
は、１．２２５であった。

【００４９】さらに上記ヤーンプリプレグ２０本を、横
断面内でのヤーンの集束位置を固定しつつ補強繊維が軸
方向に平行に配列するように集束し、その外周をポリエ
ステル繊維編み物で被覆した後に硬化炉中で１３０℃で
２時間硬化させた。得られた素線中の炭素繊維の体積分
率Ｖｆは６７体積％であった。この素線を、長さ８００
ｍｍに切断し、両端部にエポキシ樹脂を含浸した幅２０
０ｍｍのガラス繊維織物を巻き付けて硬化したものを、
島津製作所製オートグラフ（最大荷重９８ｋＮ）に取付
け、歪み速度２ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った。この
とき、素線の引張強さは３．１ＧＰａ、強さ発現率は９
５％であった。

【００５０】また、素線をシート状に整列させたプリプ
レグを作製した。これを平らなツールの上面に８プライ
積層し、バグフィルムで覆った後に内部を減圧にしてか
ら１００℃で１時間＋１３０℃で１時間の条件でオート
クレーブ中で硬化させた（Ｖｆ＝６４％）。この一方向
複合材料から長さ２５ｃｍの試験片を切り出し、ＡＳＴ
Ｍ Ｄ３０３９−７６に基づき引張試験を行ったとこ
ろ、引張強さは３．０ＧＰａ、強さ発現率は９６％であ
った。

【００５１】また、長さ１ｃｍの試験片を切り出し、Ａ
ＳＴＭ Ｄ２３４４に基づき層間剪断試験を行ったとこ
ろ、層間剪断強さは１０５ＭＰａであった。

【００５２】なお、ここでいう強さ発現率とは複合材料
の引張強さ実測値／（炭素繊維引張強さ×繊維体積含有
率）であり、炭素繊維引張強さはＪＩＳ Ｒ７６０１に
基づいて得られた値である。

【００５３】実施例２ 東レ（株）製炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ７００
ＳＣ−２４Ｋ−５０Ｃ（フィラメント数：２４，０００
本、Ｅ＝２３０ＧＰａ、σ＝４，９００ＭＰａ、実質的
に無撚り）と実施例１記載の樹脂組成物を用いて、特公
平６−９３５７９号公報に記載された方法と同様の方法
によりＷｒ＝３０％のヤーンプリプレグ（ｄ／ｔ＝７．
５、幅（ｄ）＝３．３ｍｍ）を製造し、次いで実施例１
と同様の方法で得た素線（Ｖｆ＝６８％）の引張強さを
測定した。素線の引張強さは３．１ＧＰａ、強さ発現率
は９４％であった。また、一方向複合材料（Ｖｆ＝６４
％）の引張強さは２．９ＧＰａ、強さ発現率は９３％で
あり、層間剪断強さは１０１ＭＰａであった。

【００５４】なお、炭素繊維の密度（ρ_CF）、および炭
素繊維の目付け（Ｐ_cf）は、それぞれ１．８０、および
１．６５（Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋ−５０Ｃの規格中心値
とする）であった。また、硬化樹脂の密度（ρ_RESIN ）
は、１．２２５であった。

【００５５】実施例３ 樹脂をホットメルト含浸した後に幅１０ｍｍ、深さ５ｍ
ｍの溝付きローラーを使用した以外は実施例１と同様に
してヤーンプリプレグを作製した。得られたヤーンプリ
プレグの幅（ｄ）と厚み（ｔ）の比（ｄ／ｔ）は５５で
あり（Ｗｒ＝３０％）、幅（ｄ）は９．１ｍｍであっ
た。

【００５６】なお、炭素繊維の密度（ρ_CF）、および炭
素繊維の目付け（Ｐ_cf）は、それぞれ１．８０、および
１．６５（Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋ−５０Ｃの規格中心値
とする）であった。また、硬化樹脂の密度（ρ_RESIN ）
は、１．２２５であった。

【００５７】さらに実施例１と同様にして作製した素線
の引張強さは３．２ＧＰａ、強さ発現率は９６％であっ
た。また一方向複合材料（Ｖｆ＝６３％）の引張強さは
２．９ＧＰａ、強さ発現率は９５％であり、層間剪断強
さは１０８ＭＰａであった。 実施例４ 油化シェルエポキシ（株）製ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂“エピコート８２８”５０重量部、“エピコート
１００１”３０重量部、同社製フェノールノッボラック
型エポキシ樹脂“エピコート１５４”２０重量部および
硬化剤として４、４′−ジアミノジフェニルスルホンを
当量使用し、ニーダーで均一に混練してマトリックス樹
脂組成物を調製した。この組成物を１８０℃×２時間加
熱して得られた硬化物の引張破断伸びは５．２％であっ
た。

【００５８】次いで、実施例１と同様に、東レ（株）製
炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋ
−５０Ｃ（フィラメント数：２４，０００本、Ｅ＝２３
０ＧＰａ、σ＝４，９００ＭＰａ、実質的に無撚り）を
拡幅バーで開繊した。次いで、７０℃に加熱した溝付き
ローラの５カ所の溝部に７０℃に制御した上記エポキシ
樹脂組成物を、１個のギアポンプ式吐出機からトーナメ
ント式に設置された配管により、各溝部に対して７ｇ／
分の割合で定量供給し、ローラの回転方向の下流部でこ
の溝付きローラの溝部に、上記炭素繊維束を接触させる
ことによって、重量分率Ｗｒが３０％（Ｗｆ＝７０％）
のヤーンプリプレグを作製した。得られたヤーンプリプ
レグのｄ／ｔは２６であり、幅（ｄ）は６．２ｍｍであ
った。

【００５９】なお、炭素繊維の密度（ρ_CF）、および炭
素繊維の目付け（Ｐ_cf）は、それぞれ１．８０、および
１．６５（Ｔ７００ＳＣ−２４Ｋ−５０Ｃの規格中心値
とする）であった。また、硬化樹脂の密度（ρ_RESIN ）
は、１．２８０であった。

【００６０】さらに、上記ヤーンプリプレグ２０本を硬
化温度が１８０℃であること以外は実施例１と同じ条件
で硬化させてＶｆ＝６６％の素線を得た。この素線の引
張強さは３．０ＧＰａ、強さ発現率は９３％であった。
また、一方向複合材料（Ｖｆ＝６４％）の引張強さは
３．１ＧＰａ、強さ発現率は９６％であり、層間剪断強
さは９８ＭＰａであった。

【００６１】比較例１ 溝付きローラーを使用しなかった以外は実施例１と同様
にしてヤーンプリプレグを作製した（Ｗｆ＝７０％、Ｗ
ｒ＝３０％）。得られたヤーンプリプレグの幅（ｄ）と
厚み（ｔ）の比（ｄ／ｔ）は７０であり、幅（ｄ）は１
２．０ｍｍであった。

【００６２】さらに実施例１と同様にして素線を作製し
たが、プリプレグを集束する際に個々のプリプレグのよ
じれが発生した。得られた素線の引張強さは２．５ＧＰ
ａ、強さ発現率は７５％となり劣っていた。また、実施
例１と同様にしてドラムワインド法でシート状プリプレ
グを作製したが、ガイド部でヤーンのよじれが発生し
た。得られた一方向複合材料の引張強さは２．６ＧＰ
ａ、強さ発現率は８２％であり劣っていた。

【００６３】比較例２ 樹脂含浸後に幅２ｍｍ、深さ５ｍｍの溝付きローラーに
通した以外は実施例１と同様にしてヤーンプリプレグを
作製した（Ｗｆ＝７０％、Ｗｒ＝３０％）。得られたヤ
ーンプリプレグの幅（ｄ）と厚み（ｔ）の比（ｄ／ｔ）
は３であり、幅（ｄ）は２．１ｍｍであった。

【００６４】さらに実施例１と同様にして作製した素線
の引張強さは３．２ＧＰａ、強さ発現率は９５％と良好
であった。一方、実施例１と同様にしてドラムワインド
法でシート状プリプレグを作製したが、表面に段差が発
生し平滑性は不良であった。得られた一方向複合材料の
引張強さは２．４ＧＰａ、強さ発現率は７６％、層間剪
断強さは６０ＭＰａとなり劣っていた。

【００６５】

【発明の効果】本発明のヤーンプリプレグは、高次加工
性に優れ、かつエポキシ樹脂硬化後の複合材料の引張強
さ及び補強繊維引張強さ発現率を高くできるという利点
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるヤーンプレプレグの製造装置の
一実施例を示す概略図である。

【図２】溝付きローラ部の概略平面図である。

【図３】図３は、溝付きローラ部の概略正面図である。

【符号の説明】

１：クリール ２：繊維束 ３：溝付きローラ ４：樹脂溜め部 ５：溶融樹脂供給装置 ５Ａ：ブレード ６：すき間 ７：樹脂計量供給装置 ７Ａ：加熱ローラ ７Ｂ：樹脂ブロック ７Ｃ：仕切板 ８：ドライブステーション ９：ワインダー １０：溝部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 63:00 105:08 307:04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補強用炭素繊維束とエポキシ樹脂からな
   り、該炭素繊維束の重量含有率Ｗｆ（％）、炭素繊維束
   中のフィラメント数Ｆ、プリプレグの幅ｄ（ｍｍ）が、
   下記（１）〜（３）式の関係を満足することを特徴とす
   るヤーンプリプレグ。 ５０≦Ｗｆ≦８０ ……（１） ２０，０００≦Ｆ≦１００，０００ ……（２） Ｆ／８，０００≦ｄ≦Ｆ／２，４００ ……（３）
2. 【請求項２】補強用炭素繊維束が、実質的に撚りのない
   連続炭素繊維束からなることを特徴とする請求項１に記
   載のヤーンプリプレグ。
3. 【請求項３】補強用炭素繊維束が、引張弾性率が２００
   ＧＰａ以上で、破壊歪エネルギーが３８，０００ｋＪ／
   ｍ³以上の連続炭素繊維からなることを特徴とする請求
   項１または２に記載のヤーンプリプレグ。
4. 【請求項４】エポキシ樹脂が、硬化後にＤＳＣで測定し
   たガラス転移点が１００℃以上であることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載のヤーンプリプレグ。
5. 【請求項５】エポキシ樹脂が、硬化剤としてアミン化合
   物を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載のヤーンプリプレグ。
6. 【請求項６】エポキシ樹脂が、硬化剤としてのジシアン
   ジアミドと、その硬化促進剤とを含有し、１３０℃で２
   時間加熱硬化させた樹脂の引張破断伸びが２％以上のエ
   ポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れかに記載のヤーンプリプレグ。
7. 【請求項７】エポキシ樹脂が、硬化剤として芳香族骨格
   を有するアミン化合物を含有し、１８０℃で２時間加熱
   硬化させた樹脂の引張破断伸びが２％以上のエポキシ樹
   脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のヤーンプリプレグ。
8. 【請求項８】エポキシ樹脂が、ジアミノジフェニルスル
   ホンを硬化剤として含有し、１８０℃で２時間加熱硬化
   させた樹脂の引張破断伸びが２％以上のエポキシ樹脂で
   あることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   ヤーンプリプレグ。
9. 【請求項９】硬化物である複合材料の層間剪断強さが６
   ５〜１４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜８
   のいずれかに記載のヤーンプリプレグ。
10. 【請求項１０】加熱された溝付きローラを回転させなが
    ら、該溝付きローラの溝部中に３０〜１００℃に制御し
    たエポキシ樹脂組成物を、樹脂定量供給装置により、１
    〜５０ｇ／分の割合で定量供給し、該溝付きローラの溝
    部に、予め開繊した炭素繊維束を接触させることによっ
    て、前記樹脂を炭素繊維束に含浸させることを特徴とす
    るヤーンプリプレグの製造方法。
11. 【請求項１１】溝付きローラに供給されるエポキシ樹脂
    配合物の粘度が、５０〜４００ポイズであることを特徴
    とする請求項１０記載のヤーンプリプレグの製造方法。
12. 【請求項１２】炭素繊維束のフィラメント数Ｆ、幅Ｄ
    （ｍｍ）、厚みＴ（ｍｍ）が下記（５）〜（７）式の関
    係を満足することを特徴とする請求項１０に記載のヤー
    ンプリプレグの製造方法。 Ｆ／３，０００≦Ｄ≦Ｆ／１，２００ ………（５） Ｔ＝３．８１９×１０−５×Ｆ／Ｄ ………（６） ２０，０００≦Ｆ≦１００，０００ ………（７）
13. 【請求項１３】樹脂定量供給装置からトーナメント式に
    設置した配管により、溝付きローラに設けた複数の溝に
    樹脂を定量供給することを特徴とする請求項１０〜１２
    のいずれかに記載のヤーンプリプレグの製造方法。
14. 【請求項１４】樹脂定量供給装置が、ギアポンブ式吐出
    機、プランジャー式吐出機、エクストルーダ、またはマ
    イクロチューブポンプからなることを特徴とする請求項
    １０〜１３のいずれかに記載のヤーンプリプレグの製造
    方法。