TWI504501B - 碳纖維預浸布及其製造方法、碳纖維強化複合材料 - Google Patents

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TWI504501B TW100144972A TW100144972A TWI504501B TW I504501 B TWI504501 B TW I504501B TW 100144972 A TW100144972 A TW 100144972A TW 100144972 A TW100144972 A TW 100144972A TW I504501 B TWI504501 B TW I504501B
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Hiroyuki Takagishi
Go Kojitani
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Toray Industries
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Description

碳纖維預浸布及其製造方法、碳纖維強化複合材料
本發明關於由多數的碳纖維單絲形成的碳纖維束與基質樹脂所構成之碳纖維預浸布及其製造方法。又，本發明關於將本發明的碳纖維預浸布成形而得之碳纖維強化複合材料。藉由本發明的碳纖維預浸布，可提供外觀品位良好的碳纖維強化複合材料。
於以往之由多數的碳纖維單絲形成的碳纖維束與基質樹脂所構成之碳纖維預浸布中，即使為將構成其的碳纖維束在一方向中並絲之預浸布，碳纖維束內的碳纖維單絲之部分的凝集、或碳纖維束之部分的位置之晃動、碳纖維束內的碳纖維單絲之部分的扭曲等，也存在於預浸布的表面。因此，使用其所成形的成形體(碳纖維強化複合材料)，從其表面的外觀品位之均勻性的觀點來看，是缺乏式樣設計性者。
此碳纖維束內的碳纖維單絲之部分的凝集所致的碳纖維單絲之分散不均，係使成形體的表面上發生明亮度的濃淡。又，晃動或扭曲等的碳纖維單絲之配向紊亂，由於取決於光對成型體表面的入射角而看到者係變化，給予觀看成形體的表面之人不愉快感。此不愉快感經常被稱為「極光」、「晃眼」、「波動」等而回避。希望沒有如此不愉快感的成形體。
此不愉快感由於是以成形體的外觀不均為基礎，故為了避免不愉快感，對成形體的表面施以塗裝等，以便難以看到外觀不均。然而，如此對表面的附加處理會導致成形體的重量增加，而且有碳纖維所具備的式樣設計性變無法發揮之問題。另一方面，當施予可知內部狀態的透明塗裝(clear塗裝)時，由於前述不愉快感的存在，故希望其之消除，即式樣設計性的改善。
以往，如專利文獻1至11中所示，有藉由規定成形時的樹脂流動性而抑制樹脂的流動之方法，或藉由半透明的玻璃紗布來遮蔽表面之方法，而使難以察覺不均之方法。然而，此等皆為成形性改善，其抑制大幅損害外觀的缺點之發生，但目標不是提高碳纖維強化複合材料的式樣設計性，而僅停留在其成形不良的改善。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]US2009/0110872A1
[專利文獻2]JP2009-292977A
[專利文獻3]JP2009-292976A
[專利文獻4]JP2004-099814A
[專利文獻5]JP2002-069754A
[專利文獻6]JP2000-273224A
[專利文獻7]JP2000-198112A
[專利文獻8]JP2000-086784A
[專利文獻9]JP09-087359A
[專利文獻10]JP08-020708A
[專利文獻11]JP08-020654A
本發明之目的在於提供可適用於製造已消除表面的視覺不均之碳纖維複合材料的碳纖維預浸布，即外觀的均勻性高之碳纖維預浸布，而且提供其製造方法，更且提供外觀品位良好的碳纖維複合材料。
為了達成本發明之目的，本發明的碳纖維預浸布之一個係如以下。
一種碳纖維預浸布，其係由多數的碳纖維單絲形成的碳纖維束與含浸於該碳纖維束的基質樹脂所構成之碳纖維預浸布，其中在與前述碳纖維束的排列方向呈直角地切斷該碳纖維預浸布時，切面中的前述碳纖維預浸布之表面起的深度為30μm、寬度為100μm的每單位面積中所含有的前述碳纖維單絲之數的以百分率表示的變動係數之值為10%以下。
此處，所謂之碳纖維束的排列方向，就是指碳纖維束的長度方向，即纖維軸的方向。
以下亦將此碳纖維預浸布稱為第1碳纖維預浸布。
為了達成本發明之目的，本發明的碳纖維預浸布之另一個係如以下。
一種碳纖維預浸布，其係由多數的碳纖維單絲形成的碳纖維束與含浸於該碳纖維束的基質樹脂所構成之碳纖維預浸布，其中纖維配向角度為0°±3°以上的前述碳纖維單絲之投影面積係全體的前述碳纖維單絲之投影面積的2%以下。
以下亦將此碳纖維預浸布稱為第2碳纖維預浸布。
於前述第1碳纖維預浸布中，纖維配向角度為0°±3°以上的前述碳纖維單絲之投影面積較佳為全體的前述碳纖維單絲之投影面積的2%以下。
於前述第1碳纖維預浸布或前述第2碳纖維預浸布中，纖維配向角度為0°±3°以上的前述碳纖維單絲之投影面積更佳為全體的前述碳纖維單絲之投影面積的0.8%以下。
於前述第1碳纖維預浸布或前述第2碳纖維預浸布中，較佳係前述碳纖維單絲的長徑/短徑比為1.00至1.10，而且前述碳纖維單絲的表面平滑度為20以下。
於前述第1碳纖維預浸布或前述第2碳纖維預浸布中，前述碳纖維單絲的表面之Si/C原子數比率較佳為0.01以下。
於前述第1碳纖維預浸布或前述第2碳纖維預浸布中，前述碳纖維預浸布中的碳纖維之單位面積重量較佳為30g/m2 至100g/m2 。
於前述第1碳纖維預浸布或前述第2碳纖維預浸布中，前述碳纖維預浸布中的基質樹脂之含有率較佳為15質量%至50質量%。
於前述第1碳纖維預浸布或前述第2碳纖維預浸布中，前述基質樹脂較佳為環氧樹脂組成物。
為了達成本發明之目的，本發明的碳纖維預浸布之製造方法係如以下。
一種碳纖維預浸布之製造方法，其係製造上述本發明的碳纖維預浸布之碳纖維預浸布之製造方法，其包含：於使前述碳纖維束含浸前述基質樹脂之前，藉由對前述碳纖維束賦予0.3至6cN/tex的張力以將形成該碳纖維束的多數之碳纖維單絲並絲，預先將該碳纖維束擴幅至目的寬度之80至98%為止的步驟。
於此碳纖維預浸布之製造方法中，賦予碳纖維束的前述張力較佳為0.5至6cN/tex。
於碳纖維預浸布之製造方法中，前述碳纖維束的纖維交絡度較佳為10以下。
於此碳纖維預浸布之製造方法中，前述碳纖維束的懸垂值較佳為5cm至18cm。
為了達成本發明之目的，本發明的碳纖維強化複合材料係如以下。
一種碳纖維強化複合材料，其係藉由使上述本發明的碳纖維預浸布、或由上述本發明的碳纖維預浸布之製造方法所製造的碳纖維預浸布中之前述基質樹脂硬化而得。
上述預先將碳纖維束擴幅至目的寬度之80至98%為止的步驟中之目的寬度，就是指將預浸布全寬除以預浸布中的碳纖維束之條數而得之寬度。即，目的寬度係意味預浸布中的碳纖維束每1條之擴張寬度。
將碳纖維束擴幅至目的寬度之80至98%為止後，藉由使經加熱的樹脂含浸於碳纖維束，可得到在預浸布寬全體中碳纖維束均勻擴散之碳纖維預浸布。
在與碳纖維束的排列方向(纖維軸的方向)呈直角地切斷碳纖維預浸布時，切面中的的碳纖維預浸布之表面起的深度為30μm、寬度為100μm的每單位面積中所含有的碳纖維單絲之數的變動以百分率表示的變動係數之值(以下中，亦將此值簡稱為CV值)、及纖維配向角度與其紊亂的比例，係藉由下示的方法來求得。
＜碳纖維單絲數之CV值＞
將碳纖維單絲數的CV值之測定對象的碳纖維預浸布，於常壓下在50℃放置2星期，然後依80℃、110℃、130℃、180℃之順序，在各溫度放置30分鐘，使基質樹脂不流動而硬化，而準備基質樹脂已硬化的預浸布。所準備之基質樹脂已硬化的預浸布，係使用作為碳纖維單絲數的CV值之測定用預浸布。
自此測定用預浸布，以第1軸當作纖維的排列方向(纖維軸)，切出10mm×10mm的矩形狀之樣品。樣品係自預浸布全寬中，大致均均地採集20片。與第1軸(纖維軸)呈直角地切斷所採集的各樣品，以作成20片的測定用樣品。將所作成的測定用樣品，以能看到切斷而得的切面之方式，用位置固定用的樹脂進行包埋，使包埋樹脂硬化。將看得見所得之硬化樹脂中所包埋的測定用樣品之切面的表面，用＃800的砂紙進行研磨，以作成測定片。藉由KEYENCE公司製顯微鏡：VHX-500，照相拍攝所作成的測定片之研磨面(預浸布切面)
此照相拍攝係藉由透鏡：VH-Z100R、視野範圍：1.02×0.76mm、倍率：300倍、解析度1600×1200畫素、測定點數：自各測定片拍攝各自1點的任意面之照片而進行。
使用所得之20片的照片，計算各自的每單位面積(寬度100μm×表面起至深度30μm為止)中所含有的碳纖維單絲數，對於20片的測定片，計算碳纖維單絲數之以百分率表示的變動係數之值，即CV值。
＜纖維配向角度與其紊亂的比例＞
自碳纖維預浸布，以第1軸當作纖維的排列方向(纖維軸的方向)，切出200mm×200mm的矩形狀之樣品，而作為測定片。測定片係自預浸布全寬中大致均勻地採集5片。
當所得之測定片為附有脫模紙的預浸布時，在去除脫模紙後，將測定片浸漬於水中，以去除表面空氣。再者，為了容易去除表面空氣，亦可在水中加入醇或界面活性劑等。
藉由KEYENCE公司製顯微鏡：VHX-500，以碳纖維單絲的配向平均朝向0°方向(第1軸的方向)的方式，照相拍攝所製作的測定片。
此照相拍攝係藉由透鏡：VH-Z20R、視野範圍：3.04×2.28mm、倍率：100倍、解析度1600×1200畫素、測定點數：自各測定片的任意面中隨意地各自選擇5點之位置，藉由拍攝所選定的地方之照片而進行。
所得之照片係藉由以下的程序，使用MVTec公司製影像處理Libaray HALCON(Ver. 8.0)進行影像解析，實施雜訊去除、輪廓強調、2值化、膨脹‧收縮、細線化，一條一條地強調碳纖維單絲後，運算平均的碳纖維單絲之纖維配向方向(0°)後，對於運算所得之平均的碳纖維單絲之纖維配向方向，以一定角度(±3°)以上，抽出一定長度(相當於150畫素、0.285mm)以上的狀態之碳纖維單絲，依照式(1)，計測碳纖維單絲的紊亂之比例。
[(角度±3°以上、長度150畫素以上的纖維之投影總面積)/長度150畫素以上的纖維之投影總面積]×100[%]　式(1)
將所計測的合計25點之測定值的平均值當作碳纖維單絲的纖維配向角度之紊亂的比例。
本發明的碳纖維預浸布係碳纖維單絲的排列均勻性良好。使用此所成形的碳纖維複合材料，係在所觀察的表面(式樣設計面)中，具有優異的式樣設計性。即，使用本發明的碳纖維預浸布所成形的碳纖維複合材料，係碳纖維單絲的分散與配向之偏差極少的狀態，在其表面觀察到具有優異的外觀式樣設計性。所得之碳纖維強化複合材料，尤其在直接觀察其外觀的用途所用之製品中，大幅提高其製品的商品價值，更且亦適用於不需要表面塗裝等的製品之輕量化中。
 [實施發明的形態]
本發明的碳纖維預浸布係使用其實施態樣來進一步說明。
本發明的碳纖維預浸布之特徵為藉由上述方法所測定的每單位面積中所含有的碳纖維單絲數之CV值為10%以下。
藉由使每單位面積的碳纖維單絲數之CV值成為10%以下，可防止預浸布及成形品中的碳纖維單絲之分散不均，即使進行用於發揮碳纖維的式樣設計性之透明塗裝，也可得到在明亮度上無濃淡不均的具有良好外觀之成形體。從如此的觀點來看，較佳的每單位面積之碳纖維單絲數的CV值為8%以下。
再者，本發明的碳纖維預浸布之特徵為：纖維配向角度為0°±3°以上的碳纖維單絲之投影面積係全體的單絲投影面積之2%以下，較佳為纖維配向角度為0°±3°以上的碳纖維單絲之投影面積係全體的單絲投影面積之0.8%以下。
藉由使纖維配向角度為0°±3°以上的碳纖維單絲之投影面積成為2%以下，較佳成為0.8%以下，可保持預浸布的外觀均勻性，同時在將預浸布成形為成形體時，可防止碳纖維單絲的配向不均所致的外觀均勻性異常，即使採用比較的寬範圍的成形條件，也沒有外觀的修正等之費事，而得到外觀良好的成形品。
從使得到在明亮度上無濃淡不均的良好外觀之成形品，而且碳纖維單絲的配向不均所致的外觀均勻性異常之防止可並存的觀點來看，上述每單位面積的碳纖維單絲數之CV值較佳為10%以下，而且纖維配向角度為0°±3°以上的碳纖維單絲之投影面積較佳為全體的單絲投影面積之2%以下。
本發明的碳纖維預浸布係纖維的單位面積重量較佳為30g/m2 至100g/m2 ，更佳為40g/m2 至80g/m2 。
藉由使用纖維單位面積重量成為100g/m2 以下，不僅可容易製造低單位面積重量的成形體，而且可抑制因纖維在預浸布的厚度方向中之移動所造成的纖維之配向不均的發生。從如此的觀點來看，更佳的纖維單位面積重量為80g/m2 以下。又，藉由使纖維單位面積重量成為30g/m2 以上，在均勻地擴展多數的碳纖維單絲時，單絲容易保持直線性。從如此的觀點來看，更佳的纖維單位面積重量為40g/m2 以上。
本發明的碳纖維預浸布之基質樹脂的含有率較佳為15質量%至50質量%，更佳為20質量%至40質量%。
藉由使樹脂含有率成為15質量%以上，於製造成形體時，容易使樹脂均勻地存在於表面。從如此的觀點來看，更佳的樹脂含有率為20質量%以上。又，由於樹脂含有率為50質量%以下，可藉由成形時的樹脂的流動性來抑制纖維配向的紊亂。從如此的觀點來看，更佳的樹脂含有率為40質量%以下。
本發明的碳纖維預浸布中所用的基質樹脂，係尤其不論其種類為何，而可適用於熱硬化性樹脂。
作為熱硬化性樹脂，可舉出聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、環氧樹脂等。熱硬化性樹脂所使用的硬化劑、增黏劑、防收縮劑等係可適宜使用，而沒有特別的限定。作為熱硬化性樹脂，較佳為環氧樹脂。
作為環氧樹脂的具體例，可舉出由多元醇所得之環氧丙基醚、由具有複數個活性氫的胺所得之環氧丙基胺、由聚羧酸所得之環氧丙基酯、或將在分子內具有複數的雙鍵之化合物氧化而得之聚環氧化物等。
例如，如雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、四溴雙酚A型環氧樹脂等的雙酚型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂等的酚醛清漆型環氧樹脂、四環氧丙基二胺基二苯基甲烷、三環氧丙基胺基苯酚、四環氧丙基二甲苯二胺的環氧丙基胺型環氧樹脂等或此等的組合係可適用。
作為該環氧樹脂組成物所使用的硬化劑，只要是具有能與環氧基反應的活性基之化合物則可使用。
例如，作為胺系硬化劑，可舉出如乙二胺、二伸乙三胺、三伸乙四胺、六亞甲二胺、間苯二甲基二胺的脂肪族胺類、偏伸苯二胺、二胺基二苯基甲烷、二胺基二乙基二苯基甲烷、二胺基二乙基二苯基碸等的芳香族胺類、苄基二甲基胺、四甲基胍、2,4,6-三(二甲基胺基甲基)苯酚等的三級類、或如氰胍的鹼性活性氫化合物、或己二酸二醯肼等的有機酸二醯肼、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等的咪唑類。
又，作為酸酐系硬化劑，可舉出聚己二酸酐、聚(乙基辛二酸)酐、聚癸二酸酐等的脂肪族酸酐、甲基四氫苯二甲酸酐、六氫苯二甲酸酐、甲基環己烯二羧酸酐等的脂環式酸酐、苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、苯均四酸酐、甘油三偏苯三酸酯等的芳香族酸酐、氯橋酸酐、四溴苯二甲酸酐等的鹵素系酸酐。
於本發明中，從在比較低溫硬化而且保存安定性良好來看，作為硬化劑，較佳為胺系硬化劑，其中較宜使用鹼性活性氫化合物。
為了提高熱硬化性樹脂的硬化活性，在此等硬化劑中，可組合使用適當的硬化促進劑。作為較佳的具體例，可舉出於硬化劑的氰胍等之胺系硬化劑中，組合作為硬化促進劑的尿素衍生物或咪唑衍生物之例，於硬化劑的羧酸酐或多酚化合物中，組合作為硬化促進劑的三級胺或咪唑衍生物之例等。
於本發明中，從在比較低溫硬化而且保存安定性良好來看，作為硬化劑，較佳為胺系硬化劑，其中較佳為在氰胍中併用作為硬化促進劑的由尿素衍生物所成的尿素系硬化促進劑。其中，作為尿素系硬化促進劑，較宜使用3-苯基-1,1二甲基脲、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲(DCMU)、1,1’-4(甲基-間伸苯基)雙(3,3’-二甲基脲)等，其中較宜使用在分子內具有2個脲基的化合物，例如1,1’-4(甲基-間伸苯基)雙(3,3’-二甲基脲)。
一般地，隨著硬化活性變高，樹脂組成物的室溫安定性變低。於本發明中，為了使室溫的操作性與成形時之硬化性並存，較佳為對100質量份的環氧樹脂，添加4至8質量份的前述的硬化劑，添加0.5至5質量份之範圍的硬化促進劑。
於該環氧樹脂組成物中，可適宜地按照其目的而摻合上述環氧樹脂、硬化劑、硬化促進劑，以及高分子化合物、有機粒子、無機粒子等其它成分。
作為該高分子化合物，較宜使用熱塑性樹脂。若摻合該熱塑性樹脂，則前述樹脂組成物的黏度或預浸布的操作性之恰當化而且極性高者，由於可期待改善黏著性的效果而較佳。
作為該熱塑性樹脂，較宜使用在主鏈中具有由碳-碳鍵、醯胺鍵、醯亞胺鍵、酯鍵、醚鍵、碳酸酯鍵、胺基甲酸酯鍵、脲鍵、硫醚鍵、碸鍵、咪唑鍵、羰基鍵中選出的鍵之熱塑性樹脂。
於此等熱塑性樹脂之中，更佳為使用如聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚芳香族聚醯胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫、聚苯并咪唑、聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸之屬於工程塑膠的熱塑性樹脂之一群。特佳為使用聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸等，因為耐熱性亦優異。
該熱塑性樹脂的配合量，相對於環氧樹脂組成物中的全部環氧樹脂100質量份而言，較佳為配合1至20質量份，可給予環氧樹脂組成物適度的黏彈性，成形時容易操作材料，同時具有提高所得之碳纖維強化塑膠的力學強度之作用。
又，作為在該環氧樹脂組成物中所摻合的有機粒子，較宜使用橡膠粒子及熱塑性樹脂粒子。此等粒子由於具有提高樹脂的韌性、提高碳纖維強化塑膠製構件的耐衝撃性之效果而較佳。又，作為熱塑性樹脂粒子，較宜使用聚醯胺或聚醯亞胺的粒子。
再者，作為該橡膠粒子，較宜使用交聯橡膠粒子、及在交聯橡膠粒子的表面上接枝聚合有異種聚合物的芯殼橡膠粒子。
作為該環氧樹脂組成物中所摻合的無機粒子，有矽石、氧化鋁、綠土、合成雲母等。此等無機粒子係主要為了流動性控制，即增黏或搖變性賦予，而摻合在環氧樹脂組成物中。
作為碳纖維預浸布中所用的碳纖維，使用瀝青系、聚丙烯腈系等的碳纖維，聚丙烯腈系碳纖維係拉伸強度比較高而較佳。
碳纖維束之拉伸強度較佳為3500MPa以上，更佳為4500MPa以上。藉由選擇如此範圍的碳纖維束的拉伸強度，所得之碳纖維複合材料的輕量化係成為可能。
碳纖維束的彈性模數較佳為200至450GPa，更佳為225至400GPa。藉由使彈性模數成為200GPa以上，可保持薄的碳纖維複合材料(成形體)之厚度，藉由成為450GPa以下，可保持高的成形體之複合特性，尤其剪切強度。
碳纖維單絲的纖維直徑較佳為3至8μm。碳纖維單絲的纖維直徑為4至7.5μm者，由於多數的單絲變容易並絲而更佳。從如此的觀點來看，碳纖維單絲的纖維直徑更佳為4.5至6.5μm。
作為碳纖維束，較佳為形成其的多數之單絲係在相同方向中整齊排列。使用耐火化、碳化步驟中經由無撚煅燒所製造的碳纖維束之碳纖維單絲間的交絡少者。
碳纖維束中的單絲間之交絡度較佳為10以下，尤佳為5以下，更佳為3以下。
藉由使交絡度成為10以下，於製造預浸布時，變容易均勻地擴展多數的碳纖維單絲，可抑制預浸布中的碳纖維單絲之排列不均的發生。交絡度係藉由以下方法進行測定。
＜交絡度之測定＞
碳纖維束的交絡度係根據JIS L1013：2010「化學纖維單絲試驗方法」的交絡度測定方法進行測定。將碳纖維束的測定試料之一端固定於具有適當性能的垂下裝置之上部夾緊部，在自夾緊部起1m下方的位置懸吊荷重(100g)，使測定試料垂直地垂下。在測定試料的上部夾緊部起1cm的下部之點，插入鈎以將碳纖維束分割成兩部分(直徑1mm的金屬絲所成的鈎)。在鈎的另一端固定指定的荷重(10g)，以約2cm/秒的速度使鈎下降。測定到鈎被形成纖維束的絲之纏結而停止的點為止的鈎之下降距離L[mm]。
交絡度係使用所測定的鈎之下降距離L[mm]的值，藉由下式求得。再者，當鈎下降至碳纖維束的下端為止時，L=1000。交絡度係重複50次的上述操作，以其平均值表示。
交絡度=1000/L　L：鈎之下降距離[mm]
所使用的碳纖維束係在碳纖維製造步驟，尤其捲取步驟，及碳纖維預浸布製造步驟中保持良好的絲操作性，同時在碳纖維預浸布製造步驟中均勻地擴展者為較佳，較佳為兼具良好的收束性與擴展性。從如此的觀點來看，構成碳纖維束的單絲，較佳為其截面形狀係圓形，其表面係平滑。
將碳纖維束的單絲在對纖維軸呈直角的方向中切斷，使用SEM觀察所隨意選定的25條單絲之截面，近似橢圓時的長徑/短徑比較佳為1.00至1.10，尤佳為1.01至1.05，更佳為1.02至1.04。
單絲的表面之藉由以下方法所測定的碳纖維表面的算術平均粗糙度Ra較佳為20以下，尤佳為10以下，更佳為7以下。
藉由使長徑/短徑比較佳成為1.00至1.10，尤佳成為1.01至1.05，更佳成為1.02至1.04的範圍，使表面粗糙度Ra較佳成為20以下，尤佳成為10以下，更佳成為7以下，構成碳纖維束的單絲彼此係在碳纖維束內緊湊地排列，同時表面平滑，而可防止單絲間的偏移，故碳纖維束的收束性變高，一邊可防止外力作用時的單絲之紊亂，一邊碳纖維束可均勻地擴展。結果，可將單絲的配向一致的碳纖維束供應給製造預浸布用的基質樹脂之含浸步驟。
＜碳纖維單絲之長徑/短徑比＞
碳纖維束的單絲之截面形狀中的長徑、短徑，係藉由掃描型電子顯微鏡觀察碳纖維束的單絲之橫截面，將所觀察的截面形狀之直徑內最長者當作長徑，將最短者當作短徑，將長徑除以短徑而求得此等長徑與短徑之比。
＜碳纖維之表面平滑度測定＞
碳纖維之表面平滑度係藉由表面的算術平均粗糙度(Ra)來評價。算術平均表面粗糙度係如以下地測定。作為測定試料，使用將碳纖維切割成長度數毫米左右者，使用銀糊來固定於基板(矽晶圓)上，藉由原子力顯微鏡(AFM)，在各單絲的中央部，得到3次元表面形狀的影像。
作為原子力顯微鏡，使用Digital Instuments公司製NanoScope IIIa中的Dimension 3000台系統。觀測條件係如以下。
‧掃描模式：選定模式
‧探針：探針一體型矽臂
‧掃描範圍：2.5μm2
‧掃描速度：0.3Hz
‧畫素數：512×512
‧測定環境：室溫、大氣中。
對於各試料，自單絲1條觀察每1個地方，對於所得之影像，以3次曲面近似纖維截面的圓，將所得之影像全體當作對象，算出算術平均粗糙度(Ra)。對於單絲5條，求得算術平均粗糙度(Ra)及平均。
於碳纖維的表面上，會有阻礙其擴展性的物質，例如聚矽氧油劑氧化物的殘渣或煤煙等的碳化物會殘留，宜去除它們。具體地，為了得到高強度的碳纖維，更佳為在前驅物纖維的紡絲時，當使用聚矽氧系界面活性劑時，以鹼性的水溶液來陽極氧化碳化後的碳纖維之表面，然後進行以酸性水溶液洗淨的表面處理，或以高溫碳化後，進行表面處理，而使異物之指標的碳纖維表面中之Si量，以ESCA原子數比計，成為0.01以下。
＜纖維表面中的Si與C之原子數比(Si/C)＞
於以下說明的測定裝置、測定條件下，求得在100eV附近所觀察的Si2P 波峰與C1S 波峰之波峰面積比，將以下說明的裝置之裝置常數0.814乘以測定值而成為原子數比(Si/C)。
測定裝置：
島津製作所(股)製ESCA750‧激發X射線：Mg的Kα1、2 線‧C1S 主峰的鍵能值：284.6eV。
附著有上漿劑或基質樹脂的碳纖維之測定，係藉由以下說明的前處理方法，去除上漿劑或基質樹脂後而進行。
前處理方法：
使用甲醇與氯仿的2：1(重量比)之混合液，藉由索格利特(Soxhlet)萃取器回流2小時後，於室溫在硫酸中浸漬12小時後，以甲醇充分洗淨，進行風乾。
碳纖維束之藉由以下說明的方法所測定之裂絲發生數較佳為3個以下/100m。藉由使裂絲數在此範圍，可在不進行過度的開纖操作下，進行預浸布的製造步驟中之前處理步驟，即碳纖維束的開纖步驟，以及使基質樹脂含浸於碳纖維束的預浸布化步驟中的碳纖維束之開纖，於此等步驟中，得到具有均勻擴展的碳纖維束。藉此，可製造碳纖維單絲的直線性良好的碳纖維預浸布。
＜纖維束之裂絲發生數＞
如第1圖中所示，將被測定纖維束2裝設在能張力調整的筒子架裝置1上，自筒子架裝置1捲出纖維束2，藉由複數的輥以交錯排列而成的複數支之固定導桿3，一邊賦予0.45cN/tex的張力，一邊以絲寬每1mm的纖維總纖度成為1100dtex的方式，將纖維束2擴幅後，以5m/分鐘的速度捲繞在捲繞器5上。如此地，使纖維束2連續行進約100m，將在固定導桿3的下游側之擴幅的結束位置4，目視纖維間所發生的寬度1mm以上之間隙，當作「裂絲」，計算其個數(發生數)。
本發明中所用的碳纖維，較佳為在決定聚丙烯腈前驅物的濕式紡絲條件，即紡絲原液的溶劑之種類、聚合物的聚合度、共聚合組成及濃度等後，藉由調整紡絲條件，而製造表面平滑且截面為圓形的前驅物，將所製造的前驅物煅燒而製造。
此前驅物係可藉由調整凝固浴的溫度、濃度、聚合物原液的濃度，設定凝固速度比較慢的條件，當採用濕式紡絲時，藉由保持低的凝固絲之牽引速度與噴嘴吐出線速度之比，即所謂的拉伸比而製造。當採用乾濕式紡絲時，藉由設定比濕式紡絲高的拉伸，採用得到均勻凝固絲的凝固浴溫度、濃度條件，可製造表面為平滑且截面接近圓形的前驅物。
於製造前驅物之際，可防止因煅燒步驟的單絲間之熔黏或纖維束的收束性不足所致的纖維束之品質降低，當為了保持高的所得之碳纖維的物性，而在前驅物中給予界面活性劑時，較佳為使用聚矽氧油劑當作界面活性劑，更佳為使用含有已分散或溶解於水系中的胺基改性聚矽氧當作成分之油劑。
不將如此所得之前驅物撚轉，而在張力下於200至300℃的加熱環境中耐火化，其次在惰性氣體環境下，以最高溫度2000℃以下進行碳化，接著按照需要，在惰性氣體環境下，以最高溫度3000℃以下進行石墨化，於表面處理、上漿處理後，進行乾燥，捲繞在滾筒或筒管上，而製造碳纖維束。
碳化步驟中的較佳張力為2至8cN/碳化絲tex，石墨化步驟中的較佳張力為4至8cN/石墨化絲tex，後處理(表面處理、上漿)步驟中的較佳張力為2至8cN/最終絲tex。只要決定處理裝置、處理溫度，則此等張力係可藉由控制耐火化步驟、碳化步驟、石墨化步驟、後處理步驟的各步驟中之纖維束的入口與纖維束的出口之纖維束的速度比(入口速度/出口速度)而調整。
作為表面處理後所給予的上漿劑，有含有環氧基或胺基甲酸酯基的集束劑或其它界面活性劑。上漿劑賦予量，相對於碳纖維而言，較佳為0.1至2質量%，更佳為0.5至1.2質量%。於上漿劑賦予後，一邊對纖維束施加適宜的張力，一邊進行乾燥，捲繞在滾筒或筒管上，可得到碳纖維束。
為了確保纖維束的集束性以防止絲紊亂，以上漿處理後的碳纖維束之懸垂值成為5cm至18cm，較佳成為8cm至15cm的方式，調整上漿劑的附著量、賦有上漿劑的纖維束之乾燥條件。
藉由使碳纖維束的懸垂值成為5cm以上，可確保在絲道行進的碳纖維束，尤其碳纖維束中的碳纖維單絲彼此之集束性，而且可防止碳纖維單絲的並絲不均。再者，於預浸布化時，即於製造在碳纖維束中含浸有基質樹脂的預浸布時，可防止自收納碳纖維束的筒子架至樹脂含浸步驟的絲道之絨毛的發生。又，藉由將懸垂值保持在18cm以下，可確保碳纖維單絲間的良好開纖性。
＜懸垂值之測定＞
碳纖維束之懸垂值係藉由第2圖、第3圖中所示的方法進行測定。
如第2圖所示，將經切割成約50cm的碳纖維束F之上端安裝於試料固定具21上，在下端安裝秤錘W，以使碳纖維束F垂下。於此狀態下，在溫度23℃、濕度60%的環境下，在由秤錘W所給予的0.0375g/tex之張力下，放置30分鐘以上，以準備測定試料。去除所準備的測定試料之上端側與下端側，自測定試料切取第2圖中所示約30cm的長度之部分，以製作測定片FP。
第3圖中顯示懸垂值的測定裝置。懸垂值的測定裝置30係由具有水平的上面之測定台31、固定於測定台31的上面之四角柱A、與另外準備的平板B(未圖示)所構成。
將所製作的測定片FP之一端部，以單臂支撐的狀態，固定在四角柱A的上面。測定片FP固定在四角柱A上面的部分，係與測定台31的上面呈平行，而對四角柱A的側面呈直角。於此狀態下，以自四角柱A的側面起至測定片FP的前端為止之長度成為25cm的方式，將平板B附加於測定片FP的下面，保持在水平方向。然後，快速地僅去掉平板B，1秒後測定因重力的而下垂的測定片FP之前端與四角柱A的側面所成的最近距離X(cm)，將此時的距離X(cm)當作懸垂值。
於前驅物纖維的製造步驟、碳纖維的製造步驟中，以在單絲沒有發生假撚、扭轉、纏結等的方式，使用絲道導引器來形成纖維束的通過路徑(絲道)時，較佳為使用對於纖維束的寬度而言單絲的收束作用少、對於單絲的摩擦小之絲道導引器。又，藉由絲道導引器，使纖維束的移動方向轉換時，在轉換之際，較佳為對纖維束不施加與纖維的排列方向(纖維軸的方向)不同方向之力。
於將複數條的纖維束合絲以形成最終的纖維束時，藉由採用不使纖維束發生撚轉或扭轉，且避免纖維束間或單絲間的纏結之絲道，可得到纖維束的裂絲發生數為3個/100m以下，交絡度為10以下，較佳為5以下，更佳為3以下之碳纖維束。於製造纖維束的步驟中，為了提高纖維束的收束性或防止單絲間黏著，亦可進行空氣處理所致的開纖交絡，但此時較佳為使裂絲發生數與交絡度的數值成為上述範圍。
為了得到外觀良好的預浸布，必須使碳纖維均勻地擴幅，為了得到均勻的擴幅，碳纖維束內的單絲之條數較佳為15000條以下。從如此的觀點來看，單絲數係愈少愈佳，但單絲數若變少，則為了得到目的之預浸布，發生必須使用更多的碳纖維束。此時，碳纖維束係必須以均一的張力將纖維並絲而製造，工業上的難度增加。因此現實上，纖維束中的纖維單絲之數較佳為500以上，更佳為1000至7000。
從製作碳纖維均勻擴展的預浸布之觀點來看，形成預浸布的碳纖維束之原絲寬度，相對於預浸布中的碳纖維束每1條之寬度，即目的寬度而言，較佳為窄的。因此，較佳為使用具有如此的原絲寬度而捲繞的碳纖維捲裝。又，由於不使用太細的原絲寬度之纖維束，故在開纖時不會發生不均，可作成預浸布。
原絲寬度較佳為目的寬度之95%以下，更佳為90%以下。又，原絲寬度較佳為目的寬度之25%以上，更佳為30%以上。
藉由使碳纖維束的原絲寬度成為低於目的寬度之90%，即使在預浸布化時絲寬度擴展，與鄰接的碳纖維束中的絲條的干渉也少，可維持單絲的直線性，製造具有均勻的厚度與纖維束的擴展性之預浸布。
碳纖維束之合宜的原絲寬度，係可藉由適宜調整碳纖維束的纖度、形成碳纖維束的單絲數(filament數)、碳纖維束之製造步驟中的表面處理步驟以後的步驟條件，尤其將碳纖維束捲繞在筒管或滾筒時的條件而獲得。
＜碳纖維束之原絲寬度＞
碳纖維束之原絲寬度，係對於全筒管，用尺規以0.1mm單位測定將碳纖維拉出時碳纖維束自捲裝表面離開的跟前之絲寬，將其平均值當作原絲寬度。
作為預浸布的製造裝置，只要是具備給予纖維張力以便在一方向中將絲並絲，於樹脂含浸前可將碳纖維束擴幅的機能者，則沒有特別的限制。惟，如噴吹壓縮空氣而將碳纖維束擴幅的設備，由於有在碳纖維束內產生單絲的交絡之可能性，較佳為使用輥等的擴幅手段。
樹脂含浸前的複數之碳纖維束所成的碳纖維片之寬度，係可藉由對各碳纖維束施加0.3至6cN/tex的張力，較佳為施加0.5至6cN/tex的張力，更佳為施加1.5至3cN/tex的張力，而使樹脂含浸前的碳纖維之絲寬/預浸布中的每1條碳纖維束之目的寬度(%)，即各纖維束的寬度所合起來的總共之纖維束的寬度、與目的之預浸布片的寬度之比(以下稱為擴幅率)成為80至98%，更佳成為85至95%。
藉由使碳纖維片的擴幅率成為98%以下，可在以樹脂含浸中的壓力下得到目的寬度時，防止碳纖維的重疊，可抑制碳纖維單絲的分散性降低。碳纖維片的擴幅率更佳為95%以下。又，藉由使碳纖維片的擴幅率成為80%以上，可一邊防止在樹脂含浸中的壓力下之過度的擴幅，一邊得到目的寬度。從如此的觀點來看，更佳的碳纖維片之擴幅率為85%以上。
藉由使給予纖維束的張力成為0.3cN/tex以上，可在樹脂含浸中防止碳纖維束之單絲強迫壓入樹脂而大幅移動的現象。再者，藉由使張力成為0.5cN/tex以上，可防止樹脂含浸中的碳纖維束之單絲的厚度方向之移動，亦可抑制碳纖維單絲的直線性降低。從如此的觀點來看，更佳的張力為1.5cN/tex以上。藉由使張力成為6cN/tex以下，可防止將碳纖維束開纖時的絨毛之發生。從如此的觀點來看，更佳的張力為3cN/tex以下。
對碳纖維束施加上述張力而擴幅時，由於擦過單絲而切斷，發生絨毛，在預浸布的表面有許多紊亂的單絲存在，會成為外觀品位變差的預浸布。因此，宜使用複數根的擴幅輥，以多階段徐徐地將碳纖維束擴幅。當輥每1段的碳纖維束之擴幅寬度為[(輥通過後的絲寬-輥通過前的絲寬)/輥通過前的絲寬](%)時，較佳的輥每1段之碳纖維束的擴幅寬度，以每1段之平均計為10%以下。擴幅輥每1段的平均為10%以下之擴幅寬度，係藉由多階段地擴展碳纖維束的絲寬，而可均勻地分散碳纖維單絲。從如此的觀點來看，更佳的擴幅輥每1段之擴幅寬度係平均7%以下。
＜樹脂含浸前的碳纖維束之絲寬＞
樹脂含浸前的碳纖維束之絲寬，係對於通過通道(pass line)的全部碳纖維束，用尺規以0.1mm單位測定樹脂含浸前的通道上之絲寬，將其平均值當作樹脂含浸前的絲寬。
使用第4圖來說明使如此所製作之複數的碳纖維束所成的碳纖維片含浸基質樹脂之步驟，即預浸布化步驟之一例。
第4圖係預浸布化步驟中所使用的預浸布化裝置之一例的示意側面圖。於第4圖中，在預浸布化裝置40中，自碳纖維片6導入側，沿著通道41，排列有一對的導入輥7a、7b、加熱器8、一對的含浸輥9a、9b、一對的牽引輥10a、10b、及捲取裝置11。
已擴展至目的寬度之80至98%的碳纖維片6，係供應至一對的導入輥7a、7b之間，被沿著上側的導入輥7a所供給的脫模片(脫模紙)13與沿著下側的導入輥7b所供給的預浸布用樹脂片(形成基質樹脂的樹脂片)12所邊移動邊夾持。3層的片所重疊而成的片42，係通過加熱器8，在其間預浸布用樹脂片12的樹脂被流動化，接著在一對的含浸輥9a、9b之間所流動化的樹脂(基質樹脂)係含浸於碳纖維片6。
含浸有樹脂的碳纖維片6，係被一對的牽引輥10a、10b所邊夾持邊牽引。自一對的牽引輥10a、10b朝向捲取裝置11的片42之脫模片13，係沿著上側的牽引輥10a，自片42剝離。然後，含浸有基質樹脂的的碳纖維片(預浸布)43係被捲取裝置11捲取成圓筒狀。
此處，製造多數的碳纖維單絲在一方向中所排列而成的單向預浸布之圓筒。再者，沿著上側的導入輥7a所供給的脫模片13，亦可換成與預浸布用樹脂片12同樣之預浸布用樹脂片。
藉由加熱器8，樹脂片12的樹脂係被加熱到80至150℃左右，於一對的含浸輥9a、9b中，片42被40至150N/cm所加壓，以進行樹脂對碳纖維片的含浸。此時，已加熱的樹脂含浸於碳纖維片的碳纖維，同時藉由含浸輥的作用，將纖維擴幅至指定寬度為止，藉由在該形態下冷卻，而製造具有均勻的厚度與均勻的單絲配向之預浸布。
如此所得之預浸布係片捲繞而成形成為釣竿或高爾夫球桿所使用的筒狀體，藉由包裝膠帶等連結表面後，用加熱爐進行基質樹脂的硬化，而製造碳纖維複合材料(成形體)。
又，如此所得的預浸布，係在指定的纖維配向角以複數積層，一邊使用真空袋來去除空隙，一邊藉由高壓釜或加熱爐進行基質樹脂的硬化，而製造碳纖維複合材料(成形體)。
再者，如此所得之預浸布，係置入成形模具中而加壓成形，以製造碳纖維複合材料(成形體)，例如殼體等所使用的面板。
如此所製造的碳纖維複合材料係其外觀的均勻性優異。
[實施例] 實施例1
準備含有20質量%的由99.5莫耳%的丙烯腈、0.5莫耳%的伊康酸所成之固有黏度[η]為1.80的丙烯腈系聚合物之二甲亞碸溶液當作紡絲原液。將此紡絲原液，自具有孔徑為0.15mm的6000個紡絲孔之紡絲噴嘴的各紡絲孔，一旦吐出至空氣中，則接著導入經溫調至10℃的由二甲亞碸35%水溶液所成之凝固浴中，而得到凝固絲。將所得之凝固絲水洗，然後延伸。其次，對經延伸的凝固絲，賦予以胺基改性聚矽氧分散物為主成分的界面活性劑後，進行賦有界面活性劑的凝固絲之乾燥緻密化。接著，使用蒸汽延伸裝置來延伸已乾燥緻密化的凝固絲，而得到圓形截面且表面平滑的由單絲6000條所成之前驅物纖維束，於筒管上捲取所得之前驅物纖維束。
此時，在自噴嘴至捲取為止的絲道，為了防止對絲條給予扭轉或其所伴隨的假燃，在輥或導引器下工夫，於筒管上捲取絲條(前驅物纖維束)。所得之前驅物纖維的纖維交絡度為1.5。
自筒管以沒有入撚的方式捲出此前驅物纖維，供應給碳化步驟，以無撚的狀態進行耐火化處理，接著在最高溫度1900℃以張力5g/碳化絲tex進行碳化處理。然後，以相同的張力連續地陽極氧化處理所得之碳纖維束，而賦予與基質樹脂融合性。接著，對經陽極氧化處理的碳纖維束，給予上漿劑，進行乾燥後，於筒管上捲取碳纖維束。所得之碳纖維束具有纖度250tex、單絲數6000、依照JIS R7608：2007所測定的股線強度5490MPa、彈性模數295GPa、及筒管上的絲寬3.5mm。
此碳纖維束中的碳纖維單絲之長徑/短徑比為1.03，表面平滑度為Ra2.5。又，此碳纖維束的纖維交絡度為2.7，ESCA的Si/C為0.00(0.001以下)，懸垂值為15.0cm，裂絲發生數為2個/100m。形成此碳纖維束的各碳纖維單絲之排列係均勻。
熔融混煉雙酚A型環氧樹脂(三菱化學(股)製jER1005F)：20質量份、雙酚A型環氧樹脂(三菱化學(股)製jER828)：80質量份，在40至60℃添加氰胍(三菱化學(股)製DICY-7)：5質量份、氰胍(CVC Specialty Chemicals公司製Omicure 24)：4.2質量份及混練，而得到樹脂組成物。
將此樹脂組成物塗布於擔持片上，而得到形成預浸布中的基質樹脂之預浸布用樹脂片。
對以上所得之碳纖維束的複數條施加1.9cN/tex的張力及並絲，使通過複數的輥所成之多段式擴幅裝置，而得到碳纖維片。使用所得之碳纖維片與所得之預浸布用樹脂片，於表1所示的條件下，得到碳纖維預浸布片。
自所得之碳纖維預浸布片切割試料預浸布，於常壓下在50℃放置2星期，然後依80℃、110℃、130℃、180℃之順序，在各溫度放置30分鐘，使基質樹脂不流動而硬化。自樹脂已硬化的預浸布，以第1軸當作纖維的排列方向(纖維軸)，切出10mm×10mm的矩形狀之樣品。樣品係自預浸布全寬中，大致均均地採集20片。與第1軸(纖維軸)呈直角地切斷所採集的各樣品，以作成20片的測定用樣品。將所作成的測定用樣品，以能看到切斷而得的切面之方式，用位置固定用的樹脂進行包埋，使包埋樹脂硬化。將看得見所得之硬化樹脂中所包埋的測定用樣品之切面的表面，用＃800的砂紙進行研磨，以作成測定片。
藉由KEYENCE公司製顯微鏡：VHX-500，照相拍攝所作成的測定片之研磨面(預浸布切面)。此照相拍攝係藉由透鏡：VH-Z100R、視野範圍：1.02×0.76mm、倍率：300倍、解析度1600×1200畫素、測定點數：自1片的樣品拍攝各自1點的任意面之照片而進行。
使用所得之20片的照片，計算各自的每單位面積(寬度100μm×表面起至深度30μm為止)中所含有的碳纖維單絲數，對於20片的測定片，計算CV值。表1中顯示所得之CV值。
再者，自所得之碳纖維預浸布片，以第1軸當作纖維的排列方向(纖維軸的方向)，切出200mm×200mm的矩形狀之樣品，準備測定纖維配向角度與紊亂的比例之測定片。測定片係自預浸布全寬中，於寬度方向大致均勻採集5片。而且，將1片的測定片浸漬於水中，以去除表面空氣。
藉由KEYENCE公司製顯微鏡：VHX-500，以單絲的配向平均朝向0°方向的方式，進行照相拍攝。
此照相拍攝係藉由透鏡：VH-Z20R、視野範圍：3.04×2.28mm、倍率：100倍、解析度1600×1200畫素、測定點數：自1片的測定片之任意面中隨意地各自選擇5點之位置而進行。
所得之照片係藉由以下的程序，使用MVTec公司製影像處理Libaray HALCON(Ver. 8.0)進行影像解析，實施雜訊去除、輪廓強調、2值化、膨脹‧收縮、細線化，一條一條地強調碳纖維單絲後，運算平均的碳纖維單絲之纖維配向方向後，對於運算所得之平均的碳纖維單絲之纖維配向方向(0°)，以一定角度(±3°)以上，抽出一定長度(相當於150畫素、0.285mm)以上的狀態之碳纖維單絲，依照式(1)，求得碳纖維單絲的紊亂之比例。將合計25點的測定值之平均值當作纖維配向角度的紊亂之比例。表1中顯示所得之角度3°以上的比例。
實施例2至9及比較例1至11
使用與實施例1相同的紡絲原液，藉由調整噴嘴的紡絲孔數、紡絲方法、紡絲‧煅燒條件，而製造煅燒後的單絲截面之長徑/短徑比、表面粗糙度具有表1至表3以及表4至表7中所示的值之各種碳纖維。
此時，藉由調整聚矽氧油劑的種類或延伸條件等的製絲條件、以及煅燒條件，尤其煅燒溫度與張力、捲取條件，而得到表1至表3以及表4至表7中所示特性的碳纖維。
表1至表3以及表4至表7中顯示藉由表1至表3以及表4至表7中所示的條件，將此等碳纖維預浸布化的各自結果。
碳纖維單絲數的CV值若為10%以下，則成為外觀特性優異之碳纖維預浸布，在表面沒有部分的明亮度之濃淡，再者，纖維配向角度傾斜±3°以上的纖維之面積比例若為2%以下，則成為外觀特性更優異之碳纖維預浸布，在表面沒有部分的反射異常，成為看起來一樣的預浸布。碳纖維單絲數的CV值超過10%，而且纖維配向角度傾斜±3°以上的纖維之面積比例超過2%者，係成為外觀差的碳纖維預浸布。
此處，外觀的評價係5人的檢査者判斷預浸布表面的明亮度與光的反射之均勻性(不均)，即判斷優良、良或不良，將對於各項目5人判斷良好者當作優良，將4人判斷良好者當作良，將3人以下判斷良好者當作不良。
評價係將預浸布置於水平的桌上，明亮度係自Z軸方向(相對於預浸布的面而言之垂直方向)來看以判定濃淡不均，光的反射係自Z軸方向至Y軸方向(碳纖維軸方向)為止改變角度以判定反射不均。
又，使用此碳纖維預浸布，形成碳纖維強化複合材料。對所作成的碳纖維預浸布，以成形品厚度成為1mm的方式，積層複數的碳纖維預浸布，設置在模具中，進行壓縮成形。模具形狀係平面可成形的形狀，成形條件係、模具溫度150℃、成形壓力2MPa，至脫模為止的時間為5分鐘。
對於所得之碳纖維強化複合材料(成形體)的外觀的判定，實施例係顯示於表1至表3中，比較例係顯示於表4至表7中。如此等的表中所示，使用碳纖維單絲數的CV值為10%以下的碳纖維預浸布時(實施例1至9)，成為外觀特性優異之碳纖維強化複合材料。
若在表面沒有部分的明亮度之濃淡，更且纖維配向角度傾斜±3°以上的纖維之面積比例為2%以下，則成為外觀特性更優異之碳纖維預浸布，得到在表面沒有部分的反射異常，看起來一樣的成形體。
特別地，使用碳纖維單絲數的CV值為8%以下，纖維配向角度傾斜±3°以上的纖維之投影面積的比例為0.8%以下之碳纖維預浸布時(實施例1、2)，其外觀特性係非常優異。
碳纖維單絲數的CV值超過10%，纖維配向角度傾斜±3°以上的纖維之投影面積的比例超過2%的碳纖維預浸布(比較例2至11)，係成為外觀差的碳纖維強化複合材料。於將含浸前的碳纖維束的絲寬/碳纖維束每1條之目的寬度(%)設定低之比較例1中，無法作成碳纖維預浸布。
[產業上的利用可能性]
給予碳纖維複合材料良好的外觀，例如可得到運動、產業、航空機用途的碳纖維複合材料(成形品)之式樣設計性的提高，及將塗裝簡單化的輕量之碳纖維複合材料(成形品)。
1．．．筒子架裝置
2．．．被測定纖維束
3．．．固定導桿
4．．．擴幅的結束位置
5．．．捲繞器
6．．．經擴幅的碳纖維束
7a、7b．．．導入輥
8．．．加熱器
9a、9b．．．含浸輥
10a、10b．．．牽引輥
11．．．捲取裝置
12．．．預浸布用樹脂片
13．．．脫模紙
21．．．試料固定具
30．．．懸垂值的測定裝置
31．．．測定台
40．．．預浸布化裝置
41．．．通道
42．．．疊合碳纖維片、預浸布用樹脂片、脫模紙者
43．．．碳纖維預浸布
A．．．四角柱
F．．．碳纖維束
FP．．．懸垂值的測定片
W．．．秤錘
第1圖係碳纖維束的裂絲發生數之測定裝置的示意側面圖。
第2圖係測定纖維束的懸垂值用之纖維束的前處理裝置之示意側面圖。
第3圖係測定纖維束的懸垂值用之裝置之示意側面圖。
第4圖係預浸布化裝置之示意側面圖。

Claims (14)

  1. 一種碳纖維預浸布，其係由多數的碳纖維單絲形成的碳纖維束與含浸於該碳纖維束的基質樹脂所構成之碳纖維預浸布，其中在與該碳纖維束的排列方向呈直角地切斷該碳纖維預浸布時，切面中的該碳纖維預浸布之表面起的深度為30μm、寬度為100μm的每單位面積中所含有的該碳纖維單絲之數的以百分率表示的變動係數之值為10%以下。
  2. 一種碳纖維預浸布，其係由多數的碳纖維單絲形成的碳纖維束與含浸於該碳纖維束的基質樹脂所構成之碳纖維預浸布，其中纖維配向角度為0°±3°以上的該碳纖維單絲之投影面積係全體的該碳纖維單絲之投影面積的2%以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之碳纖維預浸布，其中纖維配向角度為0°±3°以上的該碳纖維單絲之投影面積係全體的該碳纖維單絲之投影面積的2%以下。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之碳纖維預浸布，其中纖維配向角度為0°±3°以上的該碳纖維單絲之投影面積係全體的該碳纖維單絲之投影面積的0.8%以下。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之碳纖維預浸布，其中該碳纖維單絲的長徑/短徑比為1.00至1.10，而且該碳纖維單絲的表面平滑度為20以下。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之碳纖維預浸布，其中該碳纖維單絲的表面之Si/C原子數比率為0.01以下。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之碳纖維預浸布，其中該碳纖維預浸布中的碳纖維之單位面積重量為30g/m2 至100g/m2 。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之碳纖維預浸布，其中該碳纖維預浸布中的基質樹脂之含有率為15質量%至50質量%。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之碳纖維預浸布，其中該基質樹脂係環氧樹脂組成物。
  10. 一種碳纖維預浸布之製造方法，其係製造如申請專利範圍第1至9項中任一項之碳纖維預浸布的碳纖維預浸布之製造方法，其包含：於使該碳纖維束含浸該基質樹脂之前，藉由對該碳纖維束賦予0.3至6cN/tex的張力以將形成該碳纖維束的多數之碳纖維單絲並絲，預先將該碳纖維束擴幅至目的寬度之80至98%為止的步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項之碳纖維預浸布之製造方法，其中賦予碳纖維束的該張力為0.5至6cN/tex。
  12. 如申請專利範圍第10項之碳纖維預浸布之製造方法，其中該碳纖維束中的纖維交絡度為10以下。
  13. 如申請專利範圍第10項之碳纖維預浸布之製造方法，其中該碳纖維束的懸垂值為5cm至18cm。
  14. 一種碳纖維強化複合材料，其係藉由使如申請專利範圍第1至9項中任一項之碳纖維預浸布、或由如申請專利範圍第10至13項中任一項之碳纖維預浸布之製造方法所製造的碳纖維預浸布中之該基質樹脂硬化而得。
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