JPH11130882A

JPH11130882A - ヤーンプリプレグおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH11130882A
Application number: JP29524797A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamane; 祥司山根; Atsushi Ozaki; 篤尾崎; Takahisa Ishida; 貴久石田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】適正な幅と厚みの比を有し、幅精度が高く端部
の繊維が切断されていないヤーンプリプレグを提供する
ことによって、高次加工性に優れ、かつ硬化後の成形体
の品位、引張強さ及び衝撃後の圧縮強さが高いヤーンプ
リプレグおよびその製造方法を提供する。【解決手段】補強用繊維束とマトリックス樹脂からな
り、プリプレグの幅が平均１〜５０ｍｍであるヤーンプ
リプレグにおいて、その幅が標準偏差で０．３ｍｍ以下
であり、エッジ部の繊維が実質的に切断されておらず、
幅と厚みが下記式を満足することを特徴とするヤーンプ
リプレグ。ｆ／８０００≦ｄ≦ｆ／２４００（但し、ｄ：プリプレグの幅（ｍｍ）、ｆ：炭素繊維束
中のフィラメント数で３，０００〜５００，０００の範
囲である）

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およびその
製造方法に関する。特に、本発明は複数本のヤーンプリ
プレグを並列して使用しテープ状に積層することにより
成形体を得る、いわゆるファイバープレスメント用の素
材として好適なヤーンプリプレグおよびその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】補強用繊維とマトリックス樹脂からなる
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、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
々な樹脂、特に種々な組成の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。補強繊維としては、
強度、弾性率、取り扱い性、コストの面からガラス繊
維、また特に炭素繊維が好適に使用される。

【０００３】炭素繊維強化複合材料は、代表的には中間
素材としてマトリックス樹脂が硬化していない状態のい
わゆるプリプレグとして提供される。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】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、通常のプリプレグで
は適用困難な用途、例えば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、予め定められた本数
を合糸又は合撚し、線状のロープに形成して使用され
る。

【０００５】また、ヤーンプリプレグは、特に通常の方
法では困難な複雑な形状や、厚ものの成形体を製造する
際のフィラメントワインド用部材としても好適に使用さ
れる。

【０００６】近年、ファイバープレスメントと呼ばれる
方法によって、複数本のヤーンプリプレグを引き揃えて
テープ状とし、比較的複雑な形状のマンドレル面に配置
し、成形体を得る方法が開発されている。

【０００７】フィラメントワインドやファイバープレス
メント用途に使用するヤーンプリプレグは、特に複数本
の糸条を揃えて一度にマンドレル状に配列するため、そ
の寸法精度、特に幅のばらつきを小さく押さえる必要が
ある。ヤーンプリプレグの幅がばらついて標準より小さ
い部分では、隣接する糸条との間に空隙（ギャップ）を
生じるし、また逆に大きい部分では重なりを生じて成形
体の品位が低下する問題がある。

【０００８】従来、このような用途には幅がほぼ１５０
ｍｍ以下、特に好ましくは幅が３０ｍｍ以下のプリプレ
グが用いられている。通常幅精度が良好な製品を得るた
め、一旦幅が１５０ｍｍ以上のプリプレグを作製した
後、それを所定の幅に切断して製造されていた。しかし
ながら、この方法によると、切断時に左右にいわゆる耳
ロスを生じるほか、切断端に存在する補強繊維が切断さ
れて品位が低下したり、力学的特性が不十分であるなど
の問題を生じた。また、スリット時にプリプレグが経時
変化したり、原料プリプレグの目付斑に起因するプリプ
レグの目付斑、樹脂含有率斑を防止することが困難であ
るうえ、切断時のトラブルや、長尺ものを得る際に発生
するプリプレグ同士の継ぎ目などの問題が避けられなか
った。

【０００９】また、１〜数本の補強繊維に樹脂を湿式又
はホットメルトで供給し、含浸させてヤーンプリプレグ
にする方法が試みられている。この方法によれば、繊維
目付、樹脂目付の良好なヤーンプリプレグが得られる
が、幅精度が劣っていた。

【００１０】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１０，０００を超える太糸条の炭
素繊維が上市され、このような炭素繊維を使用したヤー
ンプリプレグが検討されている。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拡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を採用す
ることが一般的である。また、特開平８−７３６３０号
公報のように、繊維への含浸性を向上させるため、繊維
を横方向に移動させる工夫も見られる。しかし、かかる
方法によって得られた広幅のヤーンプリプレグは、必要
以上に広幅であると、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る。また幅の均一
性が劣る等の問題があった。その結果として、複合材料
における品位、機械特性、特に重要であるとされる引張
強さ発現率が低くなり、改良が必要であった。とくに複
数の繊維束を平行で使用するファイバープレスメント用
途では、繊維束の幅が変動すると重なりや隙間を生じる
問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、適正
な幅と厚みの比を有し、幅精度が高いヤーンプリプレグ
を提供することによって、高次加工性に優れ、かつ硬化
後の成形体の品位、引張強さ及び衝撃後の圧縮強さが高
いヤーンプリプレグおよびその製造方法を提供すること
にある。

【００１２】

【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。

【００１３】補強用繊維束とマトリックス樹脂からな
り、プリプレグの幅が平均１〜１５０ｍｍであるヤーン
プリプレグにおいて、その幅が標準偏差で０．３ｍｍ以
下であり、エッジ部の繊維が実質的に切断されておら
ず、幅と厚みが下記式を満足することを特徴とするヤー
ンプリプレグ。

【００１４】ｆ／８０００≦ｄ≦ｆ／２４００（但し、ｄ：プリプレグの幅（ｍｍ）、ｆ：炭素繊維束
中のフィラメント数で３，０００〜５００，０００の範
囲である）また、本発明のヤーンプリプレグは、回転する溝付きロ
ールの溝部に樹脂を連続的に定量塗布しながら、この溝
に繊維束を導入し、繊維束の幅を溝により規制するとと
もに樹脂と接触させることによって、塗布された樹脂を
繊維束に含浸し、駆動及びまたはフリーローラーにより
糸を導き、糸条を冷却後巻き取り、その間実質的に繊維
束の配列を変化させる操作を加えることがないことを特
徴とするヤーンプリプレグの製造方法によって製造され
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１６】本発明のヤーンプリプレグは、その幅が平
均１ｍｍ〜１５０ｍｍである。幅が１ｍｍより小さい
と、成形時の操作が複雑になるばかりでなく、強力が低
く、満足な成形品強度が得られない。幅が１５０ｍｍ以
上あると、曲率が大きい成形品を成形した場合に品位が
低下する。より好ましい幅としては２ｍｍ〜２５ｍｍで
ある。

【００１７】本発明において、幅の変動が標準偏差で
０．３ｍｍ以下であることが重要である。幅の標準偏差
が０．３ｍｍを越えるとヤーンプリプレグとしての外観
が低下するのみならず、成形品の品位、強度が低下す
る。より好ましい幅精度は０．１ｍｍ以下である。

【００１８】本発明におけるヤーンプリプレグの幅と
は、ヤーンプリプレグを例えば読み取り顕微鏡で精度
０．０１ｍｍで間隔１０ｃｍ、サンプル数２０で幅測定
して得られる数値の平均値および標準偏差である。また
別法として、レーザー光を用いた一次元測長器で同じく
精度０．０１ｍｍで間隔１ｍ程度で走行しながら、より
好ましくはヤーンプリプレグを製造しながら測定される
数値の平均値および標準偏差であり、この場合のサンプ
ル数は１００以上とする。

【００１９】本発明のヤーンプリプレグは、糸幅を規制
する機能のあるガイド、ローラー等に糸条を導入し、幅
方向に糸条を張力によって押し拡げるか、繊維を幅方向
に圧着し、繊維幅全体の糸条配列を実質的に変化させる
ことなく、形態を固定することによって幅の変動が小さ
い糸条が得られる。

【００２０】特に本発明は、回転する溝付きローラーの
溝部に樹脂を連続的に定量塗布しながら、この溝に繊維
束を導入し、繊維束の幅を規制するとともに樹脂と接触
させることによって、塗布された樹脂を繊維束に含浸
し、その後実質的に繊維束の配列を変化させる操作を加
えることなく冷却し、巻き取ることによって製造され
る。

【００２１】また、特に本発明は含浸後、巻取前に繊維
束を規制する固定または回転するガイドに接続させるこ
とにより、繊維束全体の配列を変動させることなく繊維
幅を規制することによって製造することが好ましい。

【００２２】この時に、溝幅一杯に糸条を押し拡げるた
めに、予め糸条を溝幅より拡げ、溝幅まで狭めて繊維束
を規制するか、溝幅と同一か狭い糸条を導入し、張力又
は繊維幅方向の圧力により溝幅まで広げて繊維束を規制
する。

【００２３】溝ローラー、固定ガイド、回転ガイドに糸
条を導入する際には、形態賦型を容易にするため、マト
リックス樹脂の温度をその樹脂のガラス転移点より高く
し、糸幅を規制時に素早くガラス転移点以下に冷却する
ことが好ましい。

【００２４】幅の均一度を小さく保つために、溝、ある
いはガイドに導入する糸条の張力を均一に保つことが重
要である。典型的な張力としては、糸条あたり５０〜１
０００ｇである。このときに張力のばらつきを３００ｇ
以内、好ましくは１００ｇ以内とすると樹脂含有率のバ
ラツキの観点からも望ましい。このような張力は、速度
比を一定にしたローラー間で糸幅を規制するか、テンサ
ーやダンサーローラーなどにより張力一定とした後、糸
幅を規制することが好ましい。

【００２５】繊維束の幅を固定するため、ローラー、ガ
イドを用いて巻き取り機に誘導する際に、糸条を冷却す
ることによって繊維束を芯材に巻上げる直前の樹脂含浸
繊維束の温度を５０℃以下、好ましくは２０℃以下、よ
り好ましくは樹脂のガラス転移点以下とすることが好ま
しい。

【００２６】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、３，０００〜５００，０００
の範囲であることが好ましい。これらは単独の糸条を用
いても、いくつかの糸条を合糸しても良い。フィラメン
ト数が３，０００より少ないと炭素繊維のコストがアッ
プし、さらにはプリプレグのコストアップにつながり好
ましくない。またフィラメント数が５００，０００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。さらに好ましいフィラメント数の範囲は１
２，０００〜８０，０００である。

【００２７】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４０〜８０％の範囲にあり、かつ炭
素繊維束中のフィラメント数をｆとすると、プリプレグ
の幅ｄ（ｍｍ）との関係が下式の範囲にある。

【００２８】ｆ／８０００≦ｄ≦ｆ／２４００（但し、ｄ：プリプレグの幅（ｍｍ）、ｆ：炭素繊維束
中のフィラメント数で３，０００〜５００，０００の範
囲である）炭素繊維重量含有率Ｗｆが４０％より小さいと、複合材
料の引張強さが低くなり、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
さが低下するので好ましくない。さらに好ましいＷｆの
値は６０から７６％の範囲である。

【００２９】プリプレグの幅ｄが上記の式の左辺よりも
小さいとプリプレグの厚みが大きくなり過ぎるので、幅
精度を均一に保つことが困難になるだけでなく、例えば
プリプレグを芯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ｄが右辺よりも大
きいとプリプレグが広幅になり過ぎるために、やはり幅
精度が低下する上に、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。より好ましい幅
としては、１２０００本のフィラメント数の炭素繊維を
用いた場合、２ｍｍ〜４．５ｍｍであり、２４０００本
の場合４ｍｍ〜８ｍｍであり、８００００本の場合１０
〜２５ｍｍである。この範囲によると製造時の操業性、
成形加工時の成形性、成形加工後の製品品位がもっとも
好ましい。

【００３０】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
えば航空機の１次構造材、２次構造材などに好適であ
る。

【００３１】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。

【００３２】実質的に撚りがない連続炭素繊維とは、定
量的には撚り数が±３Ｔ／ｍ程度のものであり、好まし
くは±１Ｔ／ｍを満足するものである。また、この炭素
繊維はフックドロップ値で１０ｃｍ以上、さらには１２
ｃｍ以上のものが好ましい。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、これにフィラメント数あたり１／１００
０ｇ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。この値は撚りや繊維の絡みがあ
ると小さくなる。

【００３３】また、炭素繊維は、引張弾性率が２００Ｇ
Ｐａ以上で、かつ破壊歪エネルギーが３８，０００ｋＪ
／ｍ³以上であると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、ＪＩＳＲ７６０１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ＪＩＳＲ７６
０１に準拠して測定される引張強さσと上記したＥの値
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。

【００３４】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。

【００３５】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難しくなる。

【００３６】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にくくなる。

【００３７】さらに、本発明で使用する炭素繊維の直径
は３〜１０μｍであることが好ましい。炭素繊維の直径
が３μｍ未満では繊維径が細すぎて毛羽が発生しやすい
ために、エポキシ樹脂含浸工程における繊維の取扱性や
樹脂含浸性に難がある。一方、１０μｍを超えると繊維
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ので好ま
しくない。

【００３８】本発明に使用するマトリックス樹脂は典型
的には樹脂成分と硬化剤成分を含むエポキシ樹脂であ
り、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。また、本発明のエポキシ樹脂は、
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。

【００３９】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３％以上であることが好ましく、
５％以上であることがより好ましい。高い衝撃後圧縮強
度を得るためには、エポキシ樹脂はテトラグリシジルジ
アミノジフェニルメタンタイプの樹脂を構成成分として
含み、マトリックスに均一に含有される熱可塑樹脂およ
びマトリックスに溶解しない熱可塑樹脂粒子などを含む
ことが好ましい。衝撃後の圧縮強度は、１３０ＭＰａ以
上あることが好ましい。ここで、衝撃後の圧縮強度はプ
リプレグを疑似等方的に約４．５ｍｍに積層し、中心に
１５００インチ・ポンド／インチの落錘衝撃を与えた
後、ＡＳＴＭＤ−６９５に従い圧縮強度を測定するこ
とによって得られる値である。

【００４０】硬化樹脂の引張試験は、厚み２ｍｍの樹脂
板からＪＩＳ−Ｋ−７１１３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１ｍｍ／ｍｉｎで行った。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時間とした。

【００４１】本発明に好適なエポキシマトリックス樹脂
は、そのガラス転移点は、−２５℃〜＋２０℃である。
ガラス転移点が−２５℃未満であるとガイド等で形態を
賦型してもその形態を保つことが難しくなり、巻き上げ
後のヤーンプリプレグの幅精度が低下する。またガラス
転移点が２０℃を越えると、賦型性は良好になるが、剛
直性が増して、巻き上げ形状が悪化し、解舒性が低下す
る他、成形品の品位も低下する。より好ましいガラス転
移点の温度範囲は、−１０℃〜１０℃である。なお、解
舒時のヤーンプリプレグの温度は常温以下であることが
好ましく、−２５〜２０℃の範囲でガラス転移点より低
いことがより好ましく、必要に応じて冷却設備を使用し
て解舒を行う。

【００４２】本発明に使用されるエポキシ樹脂は、含浸
時の粘度が１０〜５００ポイズであることが好ましい。
エポキシ樹脂は溶媒を含んでいてもよい。溶媒を使用す
る場合は、溶媒の量によって粘度を調整することができ
る。しかし、この場合は含浸後溶媒を加熱によって蒸発
させた後巻き取ることになり、溶媒を蒸発させる時また
はその後に幅規制のローラーまたはガイドを適用して幅
制度を維持することが重要である。このような観点から
本発明では溶媒を使用せず溶融樹脂を使用することが好
ましい。

【００４３】含浸の温度は、溶融樹脂を使用する場合
は、上述の粘度になるように調整するものであり、樹脂
が硬化しない範囲で樹脂組成などを選択する。

【００４４】また、繊維束を巻き取る際には、ヤーンプ
リプレグとの離型性を有する材質からなる被膜を形成し
た芯材の表面に、２〜４０゜の綾角で、好ましくは１０
〜３０°の角度で２ｋｇ以上の巻き量に巻上げることが
好ましい。綾角が２°より小さいと、糸条の解舒性が低
下し、４０°より大きいとパッケージの端面が乱れ、例
えば幅約２８０ｍｍの紙管を用いたときに巻き量を１ｋ
ｇ以上に大きくすることが困難である。

【００４５】図１は、本発明のヤーンプレプレグを製造
する装置の一実施例を示す概略図である。

【００４６】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。

【００４７】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、次いで駆動ローラ８とフリーローラ８’を
通じて、ワインダ９に導かれ巻き取られる。この際、好
ましくは幅規制のガイドを用いるが、冷却機構の付加さ
れた幅規制のガイドまたはローラは１１及びまたは１
１’の位置に設置される。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７
Ｃ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。

【００４８】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。

【００４９】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。

【００５０】［実施例１］炭素繊維として、東レ（株）
製”トレカ”Ｔ７００Ｓの１２０００フィラメントの糸
条にガラス転移点が５℃のエポキシ樹脂を樹脂含有率で
３５％付与して、ヤーンプリプレグを製造する。使用し
たＴ７００Ｓの繊維引張強さは４．９ＧＰａ、引張弾性
率は２３０ＧＰａ、破壊歪みエネルギーは、５２０００
ＫＪ／ｍ³であり、撚り数は０Ｔ／ｍであった。一方エ
ポキシ樹脂としては、テトラグリシジルジアミノジフェ
ニルメタンタイプのエポキシ樹脂と、ビスフェノールＡ
のジグリシジルエーテルタイプのエポキシ樹脂、さらに
硬化剤として４、４’ジフェニルジアミノスルフォンを
使用し、熱可塑性ポリマーとしてポリエーテルスルフォ
ンおよび粒子状のエポキシ変性ナイロンを添加し、原料
樹脂の粘度、配合度等を調整することにより樹脂の粘度
を１００ポイズ／７０℃、ガラス転移点を上述の値に合
わせた。

【００５１】炭素繊維に樹脂を含浸する方法としては、
図１に記載の装置を用い、糸速２５ｍ／ｍｉｎで１０ｍ
ｍの溝を有するローラーに８０℃に予熱した糸を導入し
７０℃で定量供給した樹脂を含浸させてヤーンプリプレ
グを作製した。この際の条件は、下記のものを採用し
た。

【００５２】溝幅導入張力張力ばらつき樹脂含有率６ｍｍ３００ｇ５５ｇ３５％溝付き
ローラーに糸条を導入する前の糸幅を８．３ｍｍに拡幅
し、６ｍｍ幅の溝に導入しながら樹脂を含浸し、その後
実質的に繊維配列を変化させることなく、５０℃以下に
冷却した糸条を綾角２０°でポリエチレンをラミネート
し、糸条の粘着を押さえた紙管に巻き取ることによっ
て、幅６〜１０ｍｍのヤーンプリプレグを得た。このプ
リプレグはエッジ部の繊維は実質的に切断されていなか
った。

【００５３】この時の糸条冷却温度と糸幅バラツキの関
係は以下の通りであった。

【００５４】温度℃ 糸幅ｍｍ糸幅バラツキ（σ）ｍｍ５０９．３０．２８３０８．１０．１５１０６．９０．１００６．２０．０８ −１０６．３０．０９一方含浸性をあげるために繊維を拡幅したところ、平均
値１０．２ｍｍばらつきが０．３５ｍｍの幅の均一性の
劣るプリプレグしか得られなかった。

【００５５】得られた９．３ｍｍ幅のヤーンプリプレグ
を解舒して平板に成形したところ、糸条は１０００ｍあ
たりの糸切れが０回で、成形品の品位は通常のプリプレ
グから成形したものと変わらず平坦であった。また衝撃
後の圧縮強度は１６０ＭＰａを示した。これに対して拡
幅したヤーンプリプレグを用いた成形品の品位は凹凸が
目立つものであった。

【００５６】［実施例２］炭素繊維として、東レ（株）
製”トレカ”Ｔ８００Ｈの１２０００フィラメントの糸
条にガラス転移点が０℃のエポキシ樹脂を樹脂含有率で
３５％付与して、実施例１と同様にヤーンプリプレグを
製造する。使用したＴ８００Ｈの繊維引張強さは５．６
ＧＰａ、引張弾性率は２９４ＧＰａ、破壊歪みエネルギ
ーは、５３０００ＫＪ／ｍ³、撚り数は０．２Ｔ／ｍで
あった。この糸条を６ｍｍ幅に拡幅し４ｍｍの溝に３０
０ｇの張力、張力ばらつき５０ｇで導入し樹脂含浸後、
実質的に繊維配列を変化させることなく、３５℃とした
糸条を巻き取ることによって幅３．２ｍｍ幅ばらつき
０．２５ｍｍのヤーンプリプレグを得た。なお、巻き取
る前に幅規制のため、幅２．７ｍｍのローラーガイドに
導入し、糸条を０℃に冷却したところ幅２．６ｍｍばら
つき０．０９ｍｍのヤーンプリプレグを得た。このヤー
ンプリプレグを引き揃えて硬化した硬化板の衝撃後の圧
縮強さは２０ＭＰａであった。この際、紙管の表面に処
理を施さないものを用いたところ、ヤーンプリプレグの
解舒時に内層の糸条の巻き付きを生じた。

【００５７】また、この糸条を３．８ｍｍ幅で４ｍｍの
幅の溝を有する含浸ローラーに導入し、樹脂を含浸させ
ながら圧延しその後実質的に繊維配列を変化させること
なく冷却、巻き取ることによって幅３．２ｍｍ幅ばらつ
き０．１０ｍｍのヤーンプリプレグを得た。

【００５８】

【発明の効果】本発明のヤーンプリプレグは、補強用炭
素繊維束とエポキシ樹脂からなり、品位が良好で幅精度
が高く、成形時の解舒性が良好で、毛羽発生が少なく、
成形品での強度利用率、衝撃後圧縮強度が高く、品位に
優れたものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヤーンプレプレグを製造する装置の一
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】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：駆動ローラ８’：フリーローラ９：ワインダー１０：溝部１１：冷却装置付き幅規制ガイドまたはローラ１１’：冷却装置付き幅規制ガイドまたはローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】補強用繊維束とマトリックス樹脂からな
り、プリプレグの幅が平均１〜１５０ｍｍであるヤーン
プリプレグにおいて、その幅が標準偏差で０．３ｍｍ以
下であり、エッジ部の繊維が実質的に切断されておら
ず、幅と厚みが下記式を満足することを特徴とするヤー
ンプリプレグ。ｆ／８０００≦ｄ≦ｆ／２４００（但し、ｄ：プリプレグの幅（ｍｍ）、ｆ：炭素繊維束
中のフィラメント数で３，０００〜５００，０００の範
囲である）
【請求項２】補強用繊維束が、実質的に撚りのない連続
炭素繊維であり、補強用炭素繊維が、引張弾性率２００
ＧＰａ以上、破壊歪エネルギーが３８，０００ｋＪ／ｍ
³以上の炭素繊維であ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。
【請求項３】マトリックス樹脂のガラス転移点が−２５
℃〜２０℃のエポキシ樹脂組成物であることを特徴とす
る請求項１または２に記載のヤーンプリプレグ。
【請求項４】エポキシ樹脂組成物が熱可塑性樹脂を含
み、ヤーンプリプレグを硬化させた複合材料の衝撃後の
圧縮強さが１３０ＭＰａ以上であることを特徴とする請
求項３に記載のヤーンプリプレグ。
【請求項５】回転する溝付きロールの溝部に樹脂を連続
的に定量塗布しながら、この溝に繊維束を導入し、繊維
束の幅を溝により規制するとともに樹脂と接触させるこ
とによって、塗布された樹脂を繊維束に含浸し、駆動及
びまたはフリーローラーにより糸を導き、糸条を冷却後
巻き取り、その間実質的に繊維束の配列を変化させる操
作を加えることがないことを特徴とするヤーンプリプレ
グの製造方法。
【請求項６】回転する溝付きロールの溝の内側に、溝幅
とほぼ同一の幅を有するブレードを挿入し、溝の底部と
ブレードの間に形成されるすき間の大きさを調整するこ
とによって溝幅に均一に樹脂を供給し、繊維束に含浸さ
せる樹脂の量を制御することを特徴とする請求項５に記
載のヤーンプリプレグの製造方法。
【請求項７】樹脂を含浸した後、巻取前に繊維束を規制
する固定または回転するガイドに接続させることによ
り、繊維束全体の配列を変動させることなく繊維幅を規
制することを特徴とする請求項５〜６のいずれかに記載
のヤーンプリプレグの製造方法。
【請求項８】繊維束をローラー、ガイドを用いて巻き取
り機に誘導する際に、糸条を冷却することによって繊維
束を芯材に巻上げる直前の樹脂含浸繊維束の温度を５０
℃以下とすることを特徴とする請求項５〜７に記載のヤ
ーンプリプレグの製造方法。
【請求項９】巻取直前の繊維束の温度が樹脂のガラス転
移点以下であることを特徴とする請求項８に記載のヤー
ンプリプレグの製造方法。
【請求項１０】繊維束に樹脂を含浸した後に、ヤーンプ
リプレグとの離型性を有する材質からなる被膜を形成し
た芯材の表面に、２〜４０゜の綾角でヤーンプリプレグ
を巻上げることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに
記載のヤーンプリプレグの製造方法。