JP6138045B2 - Method for producing high-weight carbon fiber sheet for RTM method and RTM method - Google Patents

Method for producing high-weight carbon fiber sheet for RTM method and RTM method Download PDF

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Description

本発明は、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）をＲＴＭ工法、或いは、真空引きを伴うＶａＲＴＭ工法（以下、本明細書では、ＲＴＭ工法及びＶａＲＴＭ工法を含めて単に「ＲＴＭ工法」という。）にて作製する際に使用する高目付の炭素繊維シートの製造方法に関するものであり、また、斯かる高目付の炭素繊維シートを使用したＲＴＭ工法に関するものである。 In the present invention, for example, a large FRP material (fiber reinforced plastic material) used for wind turbine blades, vehicles, ships, etc. is an RTM method or a VaRTM method (hereinafter referred to as RTM method) It is related with the manufacturing method of the high-weight carbon fiber sheet used when producing by the "RTM method" including the VaRTM method, and the RTM method using such a high-weight carbon fiber sheet. It is about.

ＲＴＭ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）、型枠に入れ込み、樹脂を注入して、（必要により加熱して）硬化し、製品とする工法である。樹脂注入に際して真空引きすることも行われており、特に、ＶａＲＴＭ工法と呼ばれている。   The RTM method is characterized by the use of dry (non-impregnated) reinforcing fiber sheets that do not contain resin, and the direction required by laminating, sewing, or fusing in accordance with the shape of the product. This is a method of making a product (preform) so that the required strength is obtained, placing it in a mold, injecting resin, and curing (heating if necessary) to make a product. Vacuuming is also performed at the time of resin injection, and it is particularly called the VaRTM method.

現在、ＲＴＭ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材（繊維強化プラスチック材）を作製することが行われている。しかし、このような大型の成型物は、強化繊維シートとしてはガラスマットや不織布を使用することが多い。   Currently, a large FRP material (fiber reinforced plastic material) used for, for example, a windmill blade, a vehicle, a ship, and the like is produced by the RTM method. However, such a large molded product often uses a glass mat or a non-woven fabric as the reinforcing fiber sheet.

つまり、ＲＴＭ工法により大型のＦＲＰ材を作製する場合に、単に一方向に炭素繊維を引き揃えて作製される炭素繊維シートを使用した場合には、樹脂注入時に炭素繊維の配向が乱れ易いために、織り物か、編み物とされた炭素繊維シート、又は、一方向炭素繊維シートにステッチングを施したシート形状のものが使用されており、炭素繊維を一方向に並べただけの炭素繊維シートは全く使用されていない。即ち、現在、使用されている炭素繊維シートは、シートの目付量が２００〜４００ｇ／ｍ２とされる織り物を所定繊維目付量となるように複数枚積層して使用されているに過ぎない。 In other words, when a large FRP material is produced by the RTM method, if a carbon fiber sheet produced by simply aligning carbon fibers in one direction is used, the orientation of carbon fibers tends to be disturbed during resin injection. Woven or knitted carbon fiber sheets, or unidirectional carbon fiber sheets that are stitched into a sheet shape are used, and carbon fiber sheets that have carbon fibers arranged in only one direction are completely not being used. That is, the carbon fiber sheet currently used is only used by laminating a plurality of woven fabrics having a sheet weight per unit area of 200 to 400 g / m 2 so as to have a predetermined fiber per unit area.

しかしながら、織り物、編み物の炭素繊維シート、或いは、ステッチング炭素繊維シート等を使用することは、一方向炭素繊維シートの製造速度が１０ｍ／分程度とされるのに対して、シート自体の製造速度が１ｍ／分以下程度とされ、生産性が悪く、コストアップとなっている。   However, the use of a woven or knitted carbon fiber sheet or a stitched carbon fiber sheet, etc., makes the production rate of the unidirectional carbon fiber sheet about 10 m / min, whereas the production rate of the sheet itself. Is about 1 m / min or less, the productivity is poor, and the cost is increased.

特に、断面積の大きな成型品、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）を作製する場合には、積層枚数が多くなり、作業効率が悪い。また、積層数が多い場合、織り糸や編み糸が多量に入ることになり、このために、強度低下を起こし、また、炭素繊維の含有量（Ｖｆ：単位断面積当たりの炭素繊維の断面積比率）を下げる要因となっている。   In particular, when a large-sized FRP material (fiber reinforced plastic material) used for a molded article having a large cross-sectional area, for example, a blade for a windmill, a vehicle, a ship, or the like, is produced, the number of laminated layers is increased, resulting in poor working efficiency. Further, when the number of laminated layers is large, a large amount of knitting yarns and knitting yarns enter, resulting in a decrease in strength, and the content of carbon fibers (Vf: the cross-sectional area ratio of carbon fibers per unit cross-sectional area) ).

そこで、本発明者らは、数万本の炭素繊維（フィラメント）を収束して構成される各炭素繊維束（炭素繊維ストランド）に撚りを入れ、この炭素繊維ストランドを一方向に並べて炭素繊維シートを作製することを考え、特許文献１に記載するように、炭素繊維束（炭素繊維ストランド）にかける撚りの回数を特定することにより、強度低下しないことを確認し、所定回数の撚りをかけた多数本の炭素繊維フィラメントから成る繊維束にて作製される炭素繊維シートを提案した。   Accordingly, the present inventors twisted each carbon fiber bundle (carbon fiber strand) constituted by converging tens of thousands of carbon fibers (filaments), and arranged the carbon fiber strands in one direction to form a carbon fiber sheet. As described in Patent Document 1, it was confirmed that the strength did not decrease by specifying the number of twists applied to the carbon fiber bundle (carbon fiber strand), and a predetermined number of twists were applied. A carbon fiber sheet made of a fiber bundle composed of a large number of carbon fiber filaments was proposed.

特許第４６６７０６９号公報Japanese Patent No. 4667069

上記特許文献１に記載する炭素繊維シートは、樹脂含浸性にも優れたものであるが、炭素繊維シートの繊維目付量は、５０〜８００ｇ／ｍ２とされている。また、特許文献１に記載するように、斯かる構成の炭素繊維シートを例えば、橋梁や高架道路のような構造物の補強のために接着剤を含浸させて貼着したり、或いは、ハンドレイアップ等により樹脂を塗布含浸させて繊維強化プラスチック製品を作製する場合には、繊維目付が８００ｇ／ｍ２を超えると、特に１０００ｇ／ｍ２を超えると樹脂含浸性が悪くなり、実用的でなくなる。 The carbon fiber sheet described in Patent Document 1 is excellent in resin impregnation, but the fiber basis weight of the carbon fiber sheet is 50 to 800 g / m 2 . Further, as described in Patent Document 1, the carbon fiber sheet having such a structure is attached with an adhesive impregnated for reinforcing a structure such as a bridge or an elevated road, When a fiber reinforced plastic product is produced by applying and impregnating a resin by up-up or the like, if the fiber basis weight exceeds 800 g / m 2 , particularly if it exceeds 1000 g / m 2 , the resin impregnation property deteriorates and becomes impractical. .

本発明者は、上記特許文献１に記載される技術を基にして、更に研究実験を行い、撚りの入った樹脂未含浸の、例えば５０Ｋ（炭素繊維フィラメントの数が５００００本とされる繊維束）といった大径の炭素繊維ストランドを使用して、繊維目付が８００ｇ／ｍ２を超える高目付の炭素繊維シートを作製し、この炭素繊維シートを使用してＲＴＭ工法により、大きな成型品、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材（繊維強化プラスチック材）を作製することを試みた。その結果、このような大径の炭素繊維ストランドを使用した繊維目付が８００ｇ／ｍ２を超える高目付の炭素繊維シートが、例え１０００ｇ／ｍ２を超える高目付の炭素繊維シートであってもＲＴＭ工法にて大きな成型品を極めて効率よく製造し得ることを見出した。 The inventor conducted further research and experiments based on the technique described in the above-mentioned Patent Document 1, and a fiber bundle in which the twisted resin is not impregnated, for example, 50K (the number of carbon fiber filaments is 50,000). ) And a high-weight carbon fiber sheet having a fiber basis weight exceeding 800 g / m 2 , and using this carbon fiber sheet, a large molded product, for example, An attempt was made to produce a large FRP material (fiber reinforced plastic material) for use in windmill blades, vehicles, ships and the like. As a result, even if the high-weight carbon fiber sheet using such large-diameter carbon fiber strands has a high basis weight exceeding 800 g / m 2 , even if it is a high-weight carbon fiber sheet exceeding 1000 g / m 2 , RTM It has been found that a large molded product can be produced very efficiently by the construction method.

その理由は、
（１）ＲＴＭ工法は、極めて低粘度の樹脂（ＲＴＭ用樹脂）を用いることが可能である。
つまり、従来、一方向炭素繊維シートを使用した土木建築用施工樹脂の粘度は３０００〜１００００ｍＰａ・ｓ／２３℃程度とされる。従って、このような土木建築用施工樹脂を繊維目付８００ｇ／ｍ２を超える、特に１０００ｇ／ｍ２を超える高目付の炭素繊維シートに含浸させるのは極めて困難である。これに対して、ＲＴＭ用樹脂の粘度は、樹脂注入時（一例として、温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓ程度とされ、大径の炭素繊維ストランドを使用した繊維目付が８００ｇ／ｍ２を超え、例え１０００ｇ／ｍ２を超える高目付の炭素繊維シートであっても極めて効率よく含浸される。一方、このような、低粘度のＲＴＭ用樹脂は、天井面や壁面への施工においては樹脂が流れたり、垂れたりするため土木建築用施工樹脂としては使用できない。
（２）繊維に撚り掛けしているため、ＲＴＭ工法にて樹脂をインジェクションしたときに繊維が流され難い。
（３）ＲＴＭ工法は、成型厚みの厚い成型が多いため、高目付炭素繊維シートは積層枚数を減らすことができる。
からである。 The reason is,
(1) An extremely low viscosity resin (RTM resin) can be used in the RTM method.
That is, conventionally, the viscosity of a construction resin for civil engineering and construction using a unidirectional carbon fiber sheet is about 3000 to 10000 mPa · s / 23 ° C. Accordingly, it is extremely difficult to impregnate such a construction resin for civil engineering and construction into a carbon fiber sheet having a high basis weight exceeding 800 g / m 2 , particularly exceeding 1000 g / m 2 . On the other hand, the viscosity of the resin for RTM is about 30 to 300 mPa · s at the time of resin injection (temperature 25 ° C. as an example), and the fiber basis weight using a large-diameter carbon fiber strand is 800 g / m. 2, greater even at high basis weight carbon fiber sheet exceeding even 1000 g / m 2 is impregnated very efficiently. On the other hand, such a low viscosity RTM resin cannot be used as a construction resin for civil engineering and construction because the resin flows or droops when applied to a ceiling surface or a wall surface.
(2) Since the fiber is twisted, it is difficult for the fiber to flow when the resin is injected by the RTM method.
(3) Since there are many moldings with a thick molding thickness in the RTM method, a high-weight carbon fiber sheet can reduce the number of laminated sheets.
Because.

本発明は、斯かる本発明者の新規な知見に基づくものである。   The present invention is based on the novel knowledge of the present inventors.

本発明の目的は、太い炭素繊維ストランドを用いた炭素繊維シートを使用することで、細い炭素繊維ストランドのシートを複数枚重ねて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、ＦＲＰ材の性能を上げることのできるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法を提供することである。 The object of the present invention is to use a carbon fiber sheet using thick carbon fiber strands, so that the carbon fiber Vf (carbon fiber per unit cross-sectional area) is compared with molding by stacking a plurality of thin carbon fiber strand sheets. An object of the present invention is to provide a method for producing a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method and an RTM method that can increase the cross-sectional area ratio) and improve the performance of the FRP material.

本発明の他の目的は、繊維目付８００ｇ／ｍ２を超える、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材をＲＴＭ工法にて作製する際に使用することのできる、撚りの入った樹脂未含浸の、例えば５０Ｋといった大径の炭素繊維ストランドを使用したＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法を提供することである。 Another object of the present invention is a twist that can be used when a large FRP material having a fiber basis weight exceeding 800 g / m 2 , for example, used for a windmill blade, a vehicle, a ship, etc., is produced by the RTM method. It is to provide a method for producing a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method and a RTM method using a carbon fiber strand having a large diameter of, for example, 50K, which is impregnated with resin.

上記目的は本発明に係るＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法にて達成される。要約すれば、第一の本発明は、繊維目付が１０００ｇ／ｍ ２ を超え、６０００ｇ／ｍ ２ 以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドに１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が１．７〜２．０ｍｍ、厚さが１．７〜２．０ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた単撚繊維束を作製し、
前記単撚繊維束を、重ならないように前記単撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、
前記一方向に配列した各単撚繊維束は、前記各単撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍ２を超え、６０００ｇ／ｍ２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法である。 The above object is achieved by the manufacturing method and RTM method of the high basis weight carbon fiber sheet for RTM method according to the present invention. In summary, the first aspect of the present invention is a method for producing a high basis weight carbon fiber sheet for an RTM method , wherein the fiber basis weight exceeds 1000 g / m 2 and is 6000 g / m 2 or less,
An abbreviation having a width of 1.7 to 2.0 mm and a thickness of 1.7 to 2.0 mm by applying 10 to 50 twists per meter to a carbon fiber strand in which 50000 to 60000 carbon fiber monofilaments are converged. Create a single twisted fiber bundle with a circular or elliptical cross-sectional shape ,
The single twisted fiber bundle is arranged in one direction by forming a gap of 0.2 to 1 mm between the single twisted fiber bundles so as not to overlap,
The single twisted fiber bundles arranged in the one direction are arranged on one side or both sides of each single twisted fiber bundle, and fixed to each other with a mesh-like support sheet bonded or fused .
It exceeded fiber basis weight 1000 g / m 2, characterized in a 6000 g / m 2 or less and is the RTM method for high basis weight carbon fiber sheet manufacturing method of.

第二の本発明は、繊維目付が１０００ｇ／ｍThe second aspect of the present invention has a fiber basis weight of 1000 g / m. ２2 を超え、６０００ｇ／ｍOver 6000 g / m ２2 以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、A method for producing a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method,
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドを２〜５本合わせて１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が２．０〜２．３ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた合撚繊維束を作製し、Two to five carbon fiber strands in which 50,000 to 60,000 carbon fiber monofilaments are converged are twisted 10 to 50 times per meter to form a substantially circular or elliptical shape having a width of 2.0 to 2.3 mm. Producing a twisted fiber bundle with a cross-sectional shape,
前記合撚繊維束を、重ならないように前記合撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、Forming a gap of 0.2 to 1 mm between the twisted fiber bundles so as not to overlap, arranging the twisted fiber bundles in one direction,
前記一方向に配列した各合撚繊維束は、前記各合撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、The respective twisted fiber bundles arranged in the one direction are arranged on one side or both sides of the respective twisted fiber bundles, and are fixed to each other by a mesh-like support sheet adhered or fused.
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍThe fiber basis weight is characterized by 1000 g / m ２2 を超え、６０００ｇ／ｍOver 6000 g / m ２2 以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法である。It is the manufacturing method of the high weight carbon fiber sheet for RTM construction methods made as follows.

上記本発明の一実施態様によれば、前記メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維から成る糸条を１軸、２軸或いは３軸に配向して形成し、前記糸条表面に被覆された樹脂により前記各単撚繊維束又は前記各合撚繊維束に接着又は融着される。 According to one embodiment of the present invention, the mesh-like supporting sheet, the yarn made of glass fiber 1 axis, to form oriented in biaxial or triaxial, coated on the yarn surface resin Is bonded or fused to each single twisted fiber bundle or each single twisted fiber bundle.

第三の本発明は、型枠に炭素繊維シートを入れ込み、樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック材を成型するＲＴＭ工法において、
前記炭素繊維シートは、上記構成とされるいずれかのＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法により製造されたＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートであり、
前記樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするＲＴＭ工法である。 The third aspect of the present invention is an RTM method in which a carbon fiber sheet is put into a mold, a resin is injected and cured, and a fiber-reinforced plastic material is molded.
The carbon fiber sheet is a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method manufactured by a method for manufacturing a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method having the above-described configuration,
The resin is an RTM method having a viscosity of 30 to 300 mPa · s at the time of resin injection.

第三の本発明にて、前記樹脂は、エポキシ樹脂、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、又は、フェノール樹脂である。 In the third aspect of the present invention, the resin is an epoxy resin, a polyester resin, a vinyl ester resin, an MMA resin, an unsaturated polyester resin, or a phenol resin.

本発明によれば、太い炭素繊維ストランドを用いた炭素繊維シートを使用することで、細い炭素繊維ストランドのシートを複数枚重ねて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、ＦＲＰ材の性能を上げることができる。従って、本発明によれば、繊維目付８００ｇ／ｍ２を超える、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材をＲＴＭ工法にて、樹脂含浸時間を短縮して、且つ、引張り、曲げ強度などの良好な製品を作製することができる。 According to the present invention, by using a carbon fiber sheet using thick carbon fiber strands, the carbon fiber Vf (carbon fiber per unit cross-sectional area) can be compared with molding by stacking a plurality of thin carbon fiber strand sheets. The cross-sectional area ratio) can be increased, and the performance of the FRP material can be improved. Therefore, according to the present invention, the fiber basis weight exceeds 800 g / m 2 , for example, a large FRP material used for wind turbine blades, vehicles, ships, etc., by the RTM method, the resin impregnation time is shortened, and Good products such as tensile and bending strength can be produced.

図１は、本発明に従った炭素繊維シートの一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a carbon fiber sheet according to the present invention. 図２（ａ）は、本発明に従った炭素繊維シートの一部を拡大した斜視図であり、図２（ｂ）は、合撚繊維束の一部を示す斜視図である。Fig.2 (a) is the perspective view which expanded a part of carbon fiber sheet according to this invention, FIG.2 (b) is a perspective view which shows a part of twisted fiber bundle. 図３は、本発明に従った炭素繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the carbon fiber sheet according to the present invention. 図４は、ＲＴＭ工法を実施するための実験装置の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an experimental apparatus for carrying out the RTM method. 図５は、炭素繊維ストランドの撚り数と強度との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of twists of carbon fiber strands and strength.

以下、本発明に係る炭素繊維シートの製造方法及びＲＴＭ工法を図面に則して更に詳しく説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the carbon fiber sheet and the RTM method according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

実施例１
先ず、図１を参照して、本発明の強化繊維として炭素繊維を使用した炭素繊維シート１０について説明する。 Example 1
First, with reference to FIG. 1, the carbon fiber sheet 10 which uses carbon fiber as a reinforced fiber of this invention is demonstrated.

図１に、本発明の炭素繊維シート１０の一実施例を示す。本実施例において、炭素繊維シート１０は、撚りをかけた炭素繊維ストランド（本願明細書では、撚りをかけた炭素繊維ストランドを「単撚繊維束」という。）１１を一方向に引き揃え、各単撚繊維束１１を互いに固定用繊維材１３にて固定して、シート状に形成される。炭素繊維ストランドＦは、多数本の炭素繊維フィラメントｆを収束して形成される。また、各単撚繊維束１１の間には、空隙ｇが形成されている。   In FIG. 1, one Example of the carbon fiber sheet 10 of this invention is shown. In the present embodiment, the carbon fiber sheet 10 is formed by aligning twisted carbon fiber strands (in this specification, twisted carbon fiber strands are referred to as “single twist fiber bundles”) 11 in one direction. The single twist fiber bundles 11 are fixed to each other by a fixing fiber material 13 and formed into a sheet shape. The carbon fiber strand F is formed by converging a large number of carbon fiber filaments f. A gap g is formed between the single twisted fiber bundles 11.

更に説明すると、本実施例によれば、図１及び図２（ａ）に示すように、炭素繊維シート１０の炭素繊維としては、撚りをかけた炭素繊維ストランドＦ、即ち、単撚繊維束１１が使用される。又、炭素繊維ストランドＦのサイズ剤は、本実施例では、０．２％とした。しかし、本発明にて、炭素繊維ストランドＦのサイズ剤の量は、これに限定されるものではない。   More specifically, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2A, the carbon fiber of the carbon fiber sheet 10 is a twisted carbon fiber strand F, that is, a single twisted fiber bundle 11. Is used. Moreover, the sizing agent of the carbon fiber strand F was 0.2% in the present Example. However, in the present invention, the amount of the sizing agent of the carbon fiber strand F is not limited to this.

つまり、本実施例によれば、炭素繊維として平均径７μｍの炭素繊維モノフィラメントｆを５００００〜６００００本収束した炭素繊維ストランドＦを使用し、更に、この炭素繊維ストランドＦは、１ｍ当たり５回から５０回の撚りがかけられ、単撚繊維束１１とされる。撚り回数が５回未満であれば、炭素繊維ストランドＦを収束する力が弱く、ストランドＦが細くなりにくい。また、５０回を越えれば、炭素繊維ストランドＦが巻き締めにより硬くなり、樹脂の含浸性が悪くなる。また、繊維の直線性が悪くなり、ＦＲＰの性能が低下する。   That is, according to this example, carbon fiber strands F in which 50000 to 60000 carbon fiber monofilaments f having an average diameter of 7 μm are converged as carbon fibers are used. Twist times are applied to form a single twist fiber bundle 11. If the number of twists is less than 5, the force for converging the carbon fiber strands F is weak, and the strands F are not easily thinned. Moreover, if it exceeds 50 times, the carbon fiber strand F will become hard by winding, and the impregnation property of resin will worsen. Further, the linearity of the fiber is deteriorated, and the performance of FRP is lowered.

本発明者らは、炭素繊維モノフィラメントｆを５００００〜６００００本収束した太い炭素繊維ストランドＦに撚りを入れた場合でも撚り作業性、強度等の物性の点で問題ないこと、及び、斯かる炭素繊維ストランドにて作製した繊維シートは低粘度のＲＴＭ用樹脂を使用するＲＴＭ工法に好適に使用し得ること、を確認する実験を行った。つまり、
（１）大径の炭素繊維ストランドＦに所定回数の撚りを入れても強度低下を来たすことはないこと。
（２）ＲＴＭ工法に使用される極めて低粘度の、即ち、型枠への樹脂注入時（一例として温度２５℃）の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓ程度とされるＲＴＭ樹脂に対する含浸性が優れていること。
従来、上述したように、一方向炭素繊維シートを使用した土木建築用施工樹脂の粘度は３０００〜１００００ｍＰａ・ｓ／２３℃程度とされる。
（３）繊維に撚り掛けしていることにより、ＲＴＭ樹脂をインジェクションしたときに繊維が流され難いこと。
（３）ＲＴＭ工法は、成型厚みの厚い成型が多いため、高目付炭素繊維シートでは積層枚数を減らすことができること。
などを確認する実験を行った。 The present inventors have no problem in terms of physical properties such as twist workability and strength even when twisting a thick carbon fiber strand F in which 50000 to 60000 carbon fiber monofilaments f are converged, and such a carbon fiber. An experiment was conducted to confirm that the fiber sheet produced with the strand can be suitably used in an RTM method using a low-viscosity RTM resin. That means
(1) Even if a predetermined number of twists are added to the large-diameter carbon fiber strand F, the strength does not decrease.
(2) Extremely low viscosity used in the RTM method, that is, excellent in impregnation with RTM resin having a viscosity of about 30 to 300 mPa · s when the resin is poured into the mold (for example, temperature 25 ° C.) Being.
Conventionally, as described above, the viscosity of a construction resin for civil engineering and construction using a unidirectional carbon fiber sheet is about 3000 to 10000 mPa · s / 23 ° C.
(3) By twisting the fiber, it is difficult for the fiber to flow when the RTM resin is injected.
(3) Since there are many moldings with a thick molding thickness in the RTM method, the number of laminated sheets can be reduced in the high-weight carbon fiber sheet.
An experiment was conducted to confirm the above.

本実験では、炭素繊維として平均径７μｍの高強度炭素繊維モノフィラメントｆを５００００本収束した炭素繊維ストランドＦ（サイズ剤０．２％）を使用し、撚りの回数を、撚りなし、５、１０、２０、３０、４０、４５、５０、５５、６０回／ｍで確認した。   In this experiment, carbon fiber strand F (size agent 0.2%) in which 50000 high-strength carbon fiber monofilaments f having an average diameter of 7 μm were converged as carbon fibers was used, and the number of twists was set to no twist, 5, 10, It was confirmed at 20, 30, 40, 45, 50, 55, 60 times / m.

その結果、下記表１及び図５に示すように、炭素繊維ストランドＦの引張強度は、撚りなし〜５０回／ｍでは強度低下は見られず、５５回／ｍ以上で強度低下が見られた。   As a result, as shown in the following Table 1 and FIG. 5, the tensile strength of the carbon fiber strand F was not observed when the twist was not twisted to 50 times / m, and the strength was decreased at 55 times / m or more. .

Figure 0006138045
Figure 0006138045

一方、炭素繊維ストランドＦの幅（ｗ）（図２（ａ）参照）は、撚りなし、及び、５回／ｍ未満では繊維収束力が弱く、期待されたほど細くすることはできなかったが、５回以上、特に１５回／ｍ以上では収束が十分できて炭素繊維ストランドが細くまとまった状態になった。   On the other hand, the width (w) of the carbon fiber strand F (see FIG. 2 (a)) is not twisted and is less than 5 times / m, the fiber convergence force is weak, and it cannot be made as thin as expected. When it was 5 times or more, particularly 15 times / m or more, the convergence was sufficient and the carbon fiber strands were in a thin and tight state.

以上より総合すると、炭素繊維ストランドは、繊維の撚り回数は、５〜５０回／ｍの範囲が適しており、中でも、１０〜２０回／ｍが最も良好であった。   In summary, the carbon fiber strand has a fiber twisting frequency in the range of 5 to 50 times / m, with 10 to 20 times / m being the best.

これによって、単撚繊維束１１が一方向に引き揃えられたときに、繊維束が広がらないか、或いは、広がる程度がきわめて少なく、単撚繊維束１１は、幅（ｗ）が１．７〜２．０ｍｍ、厚さ（ｔ）が１．７〜２．０ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状を維持することができる。これにより、各炭素繊維ストランドが重なり合うのを防ぐことができる。   Thereby, when the single twist fiber bundle 11 is aligned in one direction, the fiber bundle does not spread or spreads very little, and the single twist fiber bundle 11 has a width (w) of 1.7 to A substantially circular or elliptical cross-sectional shape of 2.0 mm and a thickness (t) of 1.7 to 2.0 mm can be maintained. Thereby, it can prevent that each carbon fiber strand overlaps.

従って、本実施例によれば、一方向に配列された単撚繊維束１１にて形成される炭素繊維シート１０は、その繊維目付が、８００ｇ／ｍ２を超えた場合、例え１０００ｇ／ｍ２を超えた場合でも、各単撚繊維束１１、１１の間に、図１及び図２（ａ）に示すように、空隙（ｇ）＝０〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍを形成することができる。 Therefore, according to the present example, when the fiber basis weight of the carbon fiber sheet 10 formed by the single twisted fiber bundles 11 arranged in one direction exceeds 800 g / m 2 , for example, 1000 g / m 2. Even in the case of exceeding, the gap (g) = 0-2 mm, preferably 0.2-1 mm is formed between the single twisted fiber bundles 11, 11, as shown in FIGS. be able to.

従って、特に、ＲＴＭ工法に使用する低粘度（即ち、注入時の温度、一例として２５℃にて粘度３０〜３００ｍＰａ・ｓ）のＲＴＭ用樹脂の含浸時に、マトリクス樹脂が単撚繊維束１１、１１間を通過することを容易とする。また、強化繊維とマトリクス樹脂との接触面積を増加させることにより、更には、繊維を集束させることで、各繊維束１１中の各炭素繊維フィラメントｆ間の毛細管現象により繊維束１１の内部への樹脂含浸性を改善することができる。   Therefore, in particular, when impregnating an RTM resin having a low viscosity (that is, a temperature at the time of injection, for example, a viscosity of 30 to 300 mPa · s at 25 ° C.) used in the RTM method, the matrix resin is a single twist fiber bundle 11, Easy to pass between. Further, by increasing the contact area between the reinforcing fiber and the matrix resin, and further converging the fibers, the capillarity between the carbon fiber filaments f in each fiber bundle 11 causes the inside of the fiber bundle 11 to enter. The resin impregnation property can be improved.

本発明によれば、炭素繊維シート１０の繊維目付は、上述のように、少なくとも８００ｇ／ｍ２を超える値、特に１０００ｇ／ｍ２を超える値とされるが、繊維目付が６０００ｇ／ｍ２を越えるとシートの厚さ（ｔ）（図２（ａ））が大となり過ぎ、ＲＴＭ工法においても、即ち、低粘度のＲＴＭ用樹脂を使用しても樹脂含浸性が悪く、実用的でなくなる。好ましくは、繊維目付は、８００ｇ／ｍ２を超え、特に１０００ｇ／ｍ２を超え、６０００ｇ／ｍ２以下、好ましくは、２４００ｇ／ｍ２以下とされる。 According to the present invention, the fiber basis weight of the carbon fiber sheet 10, as described above, a value exceeding at least 800 g / m 2, especially is a value greater than 1000 g / m 2, fiber weight per unit area of 6000 g / m 2 If it exceeds, the sheet thickness (t) (FIG. 2 (a)) becomes too large, and even in the RTM method, that is, even if a low-viscosity RTM resin is used, the resin impregnation property is poor and impractical. Preferably, the fiber basis weight is greater than 800 g / m 2, in particular exceed 1000g / m 2, 6000g / m 2 or less, preferably, is a 2400 g / m 2 or less.

上述のように、単撚繊維束１１が一方向に引き揃えられた炭素繊維シート１０において、各単撚繊維束１１は、互いに空隙（ｇ）＝０〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍだけ近接離間して、固定用繊維材１３にて固定される。   As described above, in the carbon fiber sheet 10 in which the single twisted fiber bundles 11 are aligned in one direction, each single twisted fiber bundle 11 has a gap (g) = 0-2 mm, preferably 0.2-1 mm. The fibers are fixed by the fixing fiber material 13 so as to be separated from each other.

このようにして形成された炭素繊維シート１０の長さ（Ｌ）及び幅（Ｗ）は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取り扱い上の問題から、一般には、全幅（Ｗ）は、１００〜５００ｍｍとされる。また、長さ（Ｌ）は、１００ｍ以上のものも製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。   The length (L) and width (W) of the carbon fiber sheet 10 formed in this manner are determined as appropriate according to the size and shape of the structure to be reinforced, but generally, due to handling problems, The total width (W) is 100 to 500 mm. Moreover, although length (L) can manufacture a thing of 100 m or more, in use, it cuts suitably and is used.

又、各単撚繊維束１１を固定用繊維材１３にて固定する方法としては、図１に示すように、例えば、固定用繊維材１３として横糸を使用し、一方向に配列された複数本の単撚繊維束１１を、単撚繊維束１１に対して直交して一定の間隔（Ｐ）にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。横糸１３の打ち込み間隔（Ｐ）は、特に制限されないが、作製された繊維強化シート１０の取り扱い性を考慮して、通常１〜１５ｍｍ間隔の範囲で選定される。   Moreover, as a method of fixing each single twisted fiber bundle 11 with the fixing fiber material 13, as shown in FIG. 1, for example, wefts are used as the fixing fiber material 13, and a plurality of fibers arranged in one direction are used. The single twisted fiber bundle 11 may be driven at a constant interval (P) perpendicular to the single twisted fiber bundle 11 and knitted. The driving interval (P) of the weft 13 is not particularly limited, but is usually selected within a range of 1 to 15 mm in consideration of the handleability of the manufactured fiber reinforced sheet 10.

このとき、横糸１３は、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ポリエステル、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用される。   At this time, the weft 13 is, for example, a yarn obtained by bundling a plurality of glass fibers or organic fibers having a diameter of 2 to 50 μm. As the organic fiber, polyester, nylon, vinylon, or the like is preferably used.

各単撚繊維束１１を一方向に引き揃えてシート状に固定する他の方法としては、図３に示すように、固定用繊維材１３としてメッシュ状支持体シートを使用することができる。   As another method of aligning the single twisted fiber bundles 11 in one direction and fixing them in a sheet shape, a mesh-like support sheet can be used as the fixing fiber material 13 as shown in FIG.

つまり、一方向に引き揃えたシート形態とされる複数本の単撚繊維束１１の片側面、又は、両面を、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維にて作製したメッシュ状の支持体シート１３により支持した構成とすることもできる。   In other words, a mesh-like support in which one side or both sides of a plurality of single twisted fiber bundles 11 in the form of a sheet aligned in one direction is made of, for example, glass fiber or organic fiber having a diameter of 2 to 50 μm. A configuration supported by the sheet 13 may also be adopted.

この場合には、例えば、２軸構成とされるメッシュ状支持体シート１３を構成する縦糸１４及び横糸１５の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１３を各単撚繊維束１１の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１３の縦糸１４及び横糸１５の部分をシート形態とされた複数本の単撚繊維束１１に融着する。   In this case, for example, the surface of the warp yarn 14 and the weft yarn 15 constituting the mesh-like support sheet 13 having a biaxial configuration is impregnated with a low melting point type thermoplastic resin in advance, and the mesh-like support sheet 13 Are laminated on one or both sides of each single twisted fiber bundle 11 and heated and pressurized, and the warp yarn 14 and weft yarn 15 portions of the mesh-like support sheet 13 are fused to a plurality of single twist fiber bundles 11 in sheet form. To do.

メッシュ状支持体シート１３は、２軸構成のほかに、ガラス繊維を３軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を単撚繊維束１１に対して直交する横糸１５のみを配置した、所謂、１軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた複数本の単撚繊維束１１に接着することもできる。   In addition to the biaxial configuration, the mesh-shaped support sheet 13 is formed by orienting glass fibers in three axes, or only the wefts 15 that are orthogonal to the single twist fiber bundle 11 are disposed. It can also be bonded to a plurality of single twisted fiber bundles 11 formed so as to be oriented in one axis and aligned in the form of a sheet.

又、上記固定用繊維材１３の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性樹脂をその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。   Further, as the yarn of the fixing fiber material 13, for example, a double-structured composite fiber having a glass fiber in the core and a low melting point heat-fusible resin arranged around it is also preferably used. It is done.

炭素繊維シート１０は、撚りをかけた炭素繊維ストランドＦ、即ち、単撚繊維束１１を一方向に引き揃えて作製するものとしたが、別法では、図２（ｂ）に示すように、撚りをかけない状態の炭素繊維ストランド（単繊維束）Ｆを複数本、例えば、２〜５本を合わせて、図２（ｂ）では３本合わせた全体の繊維束に撚りをかけたもの（本明細書では、「合撚繊維束」という。）１２を、上記単撚繊維束１１の代わりに使用することも可能である。   The carbon fiber sheet 10 is made by twisting the carbon fiber strands F, that is, the single twisted fiber bundles 11 in one direction, but in another method, as shown in FIG. A plurality of carbon fiber strands (single fiber bundles) F that are not twisted, for example, two to five, are combined, and in FIG. In the present specification, the “twisted fiber bundle”) 12) can be used in place of the single twisted fiber bundle 11.

つまり、この場合にも、上述のように、炭素繊維として平均径７μｍの炭素繊維モノフィラメントを５００００〜６００００本収束した炭素繊維ストランド、即ち、単繊維束Ｆを使用し、この単繊維束Ｆを２〜５本合体し、１ｍ当たり５回から５０回の撚りをかける。撚り回数が５回未満であれば、炭素繊維ストランドＦを収束する力が弱く、ストランドＦが細くなりにくい。また、５０回を越えれば、炭素繊維ストランドＦが巻き締めにより硬くなり、樹脂の含浸性がやりにくくなる。また、繊維の直線性が悪くなり、ＦＲＰ性能が低下する。好ましくは、撚り数は、１０〜２０回／ｍである。   That is, also in this case, as described above, carbon fiber strands in which 50000 to 60000 carbon fiber monofilaments having an average diameter of 7 μm are converged as carbon fibers, that is, a single fiber bundle F is used. Combine 5 and apply 5 to 50 twists per meter. If the number of twists is less than 5, the force for converging the carbon fiber strands F is weak, and the strands F are not easily thinned. Moreover, if it exceeds 50 times, the carbon fiber strand F will become hard by winding and it will become difficult to do the impregnation property of resin. Further, the linearity of the fiber is deteriorated, and the FRP performance is lowered. Preferably, the number of twists is 10 to 20 times / m.

これによって、合撚繊維束１２は、幅（ｗ）が２．０〜２．３ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状となる。   Thereby, the twisted fiber bundle 12 has a substantially circular or elliptical cross-sectional shape with a width (w) of 2.0 to 2.3 mm.

この実施例においても、炭素繊維シート１０は、図１に示す単撚繊維束１１に代えて、上記合撚繊維束１２を一方向に引き揃え、各合撚繊維束１２を互いに固定用繊維材３にてシート状に固定される。また、この場合にも、上述のように、合撚撚繊維束１２が一方向に引き揃えられた炭素繊維シート１０において、各合撚繊維束１２の間には、空隙（ｇ）＝０〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍが形成され、繊維の重なりはなくなった。   Also in this embodiment, the carbon fiber sheet 10 replaces the single twisted fiber bundle 11 shown in FIG. 1 with the above twisted fiber bundle 12 aligned in one direction, and the respective twisted fiber bundles 12 are fixed to each other. 3 is fixed in a sheet shape. Also in this case, as described above, in the carbon fiber sheet 10 in which the twisted and twisted fiber bundles 12 are aligned in one direction, the gap (g) = 0 to 0 between the twisted and twisted fiber bundles 12. 2 mm, preferably 0.2-1 mm, was formed, and there was no overlap of fibers.

従って、ＲＴＭ用樹脂含浸時に、マトリクス樹脂が合撚繊維束１２、１２間を通過することを容易とし、強化繊維とマトリクス樹脂との接触面積を増加させることにより、強化繊維束の内部への樹脂含浸性を改善することができる。   Accordingly, when the resin for RTM is impregnated, it is easy for the matrix resin to pass between the twisted fiber bundles 12 and 12, and the contact area between the reinforcing fiber and the matrix resin is increased, so that the resin inside the reinforcing fiber bundle can be obtained. Impregnation can be improved.

性能試験
具体例１
本発明に従って、図３に示す炭素繊維シート１０を作製した。 Performance test example 1
According to the present invention, a carbon fiber sheet 10 shown in FIG. 3 was produced.

炭素繊維として平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを、収束本数５００００本収束したＰＡＮ系炭素繊維ストランド（単繊維束）Ｆを用いた。このストランドＦは、１ｍ当たり１５回撚りをかけて、単撚繊維束１１とした。炭素繊維ストランドＦのサイズ剤は、０．２％であった。   A PAN-based carbon fiber strand (single fiber bundle) F in which a single fiber (carbon fiber monofilament) f having an average diameter of 7 μm and a converged number of 50,000 were used was used as the carbon fiber. The strand F was twisted 15 times per meter to obtain a single-stranded fiber bundle 11. The sizing agent of the carbon fiber strand F was 0.2%.

炭素繊維シート１０にて、単撚繊維束１１を繊維目付が１２００ｇ／ｍ２となるように引き揃えてシート状に配列した。このシート状とされる単繊維束１１の片面に、メッシュ状支持体シート１３を接着した。 In the carbon fiber sheet 10, the single twist fiber bundles 11 were aligned so as to have a fiber basis weight of 1200 g / m 2 and arranged in a sheet shape. A mesh-like support sheet 13 was bonded to one side of the single fiber bundle 11 having a sheet shape.

このようにして作製した炭素繊維シート１０は、幅（Ｗ）が２００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。各単撚繊維束１１間の間隙（ｇ）は、０〜０．２ｍｍであった。   The carbon fiber sheet 10 thus produced had a width (W) of 200 mm and a length (L) of 100 m. The gap (g) between each single twisted fiber bundle 11 was 0 to 0.2 mm.

比較例として以下の構成の炭素繊維シートを作製した。   As a comparative example, a carbon fiber sheet having the following configuration was produced.

比較例１
比較例１として、炭素繊維に撚りをかけないストランド（単繊維束）Ｆを使用した点でのみ異なり、他は全く同じ材料、構成、寸法の、本発明に従った上記具体例１に示す炭素繊維シート１０と同様の炭素繊維シートを作製した。 Comparative Example 1
The comparative example 1 is different only in that a strand (single fiber bundle) F that does not twist the carbon fiber is used as a comparative example 1, and the carbon shown in the above specific example 1 according to the present invention is of the same material, configuration, and dimensions. A carbon fiber sheet similar to the fiber sheet 10 was produced.

比較例２
比較例２として、炭素繊維として平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆを、収束本数２４０００本収束したＰＡＮ系炭素繊維ストランド（単繊維束）Ｆを用いた。このストランドＦは、１ｍ当たり１５回撚りをかけて、単撚繊維束１１とした。炭素繊維ストランドＦのサイズ剤は、０．２％であった。 Comparative Example 2
As Comparative Example 2, PAN-based carbon fiber strands (single fiber bundles) F in which single fibers (carbon fiber monofilaments) f having an average diameter of 7 μm were converged as 24,000 converging numbers were used as carbon fibers. The strand F was twisted 15 times per meter to obtain a single-stranded fiber bundle 11. The sizing agent of the carbon fiber strand F was 0.2%.

炭素繊維シート１０にて、単撚繊維束１１を繊維目付が４００ｇ／ｍ２となるように引き揃えてシート状に配列した。このシート状とされる単繊維束１１の片面に、メッシュ状支持体シート１３を接着した。 In the carbon fiber sheet 10, the single twisted fiber bundles 11 were aligned so as to have a fiber basis weight of 400 g / m 2 and arranged in a sheet shape. A mesh-like support sheet 13 was bonded to one side of the single fiber bundle 11 having a sheet shape.

このようにして作製した炭素繊維シート１０は、幅（Ｗ）が２００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍであった。各単撚繊維束１１間の間隙（ｇ）は、０〜０．２ｍｍであった。   The carbon fiber sheet 10 thus produced had a width (W) of 200 mm and a length (L) of 100 m. The gap (g) between each single twisted fiber bundle 11 was 0 to 0.2 mm.

次に、上記具体例１の炭素繊維シート１０、及び、比較例１、２の炭素繊維シートを、具体例１及び比較例１では１枚、比較例２では３枚使用してＲＴＭ工法により、幅２００ｍｍ×長さ２ｍ×厚み１．３ｍｍの平板を、図４に示す実験装置１００を使用して作製した。   Next, the carbon fiber sheet 10 of the specific example 1 and the carbon fiber sheets of the comparative examples 1 and 2 are used in the specific example 1 and the comparative example 1, one sheet in the comparative example 2, and three sheets are used in the RTM method. A flat plate having a width of 200 mm, a length of 2 m, and a thickness of 1.3 mm was produced using the experimental apparatus 100 shown in FIG.

図４を参照すると、本実験にて使用した成型装置１００は、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、炭素繊維シート１０に樹脂Ｒが含浸される。樹脂Ｒが含浸された炭素繊維シート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炭素繊維シート１０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材）とされる。   Referring to FIG. 4, the molding apparatus 100 used in this experiment is an apparatus that performs the VaRTM method. The carbon fiber sheet 10 is placed in a mold (mold) 101, and a resin distribution medium 102 and a vacuum are placed thereon. Bag 103 is set. Resin R is injected between the resin distribution medium 102 and the mold 101 from the resin injection device 104 disposed adjacent to the mold 101. In addition, the vacuum bag 103 is evacuated, whereby the carbon fiber sheet 10 is impregnated with the resin R. The carbon fiber sheet 10 impregnated with the resin R is heated together with the mold 101 with a heating device, for example, a heating plate or an oven, and the resin R is cured. Thereafter, the resin-impregnated and cured carbon fiber sheet 10 is removed from the molding die 101 to obtain a product (carbon fiber reinforced plastic material).

具体例１、比較例１、２で使用した樹脂Ｒは、低粘度のＲＴＭ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／Ｈ６８０９」（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。   Resin R used in Specific Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 is a low-viscosity RTM resin and is an epoxy resin for composite materials manufactured by Nagase ChemteX Corporation (general-purpose type “XNR / H6809” (trade name)). It was used. The viscosity of the resin was 260 mPa · s / 25 ° C. and 80 mPa · s / 40 ° C. The viscosity at the time of pouring into the mold, that is, the resin viscosity at a temperature of 25 ° C. was 260 mPa · s.

勿論、ＲＴＭ用樹脂としては、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。   Of course, as an RTM resin, in addition to an epoxy resin, a polyester resin, vinyl ester resin, MMA resin, unsaturated polyester resin having a viscosity of 30 to 300 mPa · s at the time of resin injection (temperature 25 ° C. as an example) Phenolic resins can be used.

本実験にて上記具体例１の炭素繊維シート１０を使用した場合には、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、炭素繊維シート１の配向乱れもなく、良好な製品を得ることができた。   When the carbon fiber sheet 10 of the above specific example 1 was used in this experiment, the resin impregnation operation was completed in about 0.5 hours (total molding operation time 2.5 hours), and the orientation of the carbon fiber sheet 1 was disturbed. And a good product could be obtained.

比較例１の炭素繊維シートを使用して、具体例１と同様の製品を作製したが、樹脂含性作業に１時間（総成型作業時間３．５時間）を要した。また、製品には炭素繊維配向乱れが見られた。   A product similar to that of Example 1 was produced using the carbon fiber sheet of Comparative Example 1, but it took 1 hour for resin-containing work (total molding work time 3.5 hours). In addition, the product was disturbed in carbon fiber orientation.

比較例２の炭素繊維シートを３枚使用して、具体例１と同様の製品を作製したが、製品に炭素繊維配向乱れは見られなかったものの、樹脂含性作業に１．２時間（総成型作業時間４時間）を要した。   A product similar to that of Example 1 was prepared using three carbon fiber sheets of Comparative Example 2, but the carbon fiber orientation disorder was not found in the product, but the resin impregnation work was performed for 1.2 hours (total Molding work time of 4 hours) was required.

このように、本発明の炭素繊維シートは、太い炭素繊維ストランドを用いた炭素繊維シートを使用することで、細い炭素繊維ストランドのシートを多数枚重ねて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、積層作業など準備を含めて成型時間を大幅に短縮でき、積層時の繊維の乱れなどをより少なくすることができる。それにより、ＦＲＰ材の性能を上げることができ、且つ、コスト高となるのを回避できる。   As described above, the carbon fiber sheet of the present invention uses a carbon fiber sheet using thick carbon fiber strands, so that the carbon fiber Vf (unit breakage) can be compared with molding of a large number of thin carbon fiber strand sheets. The cross-sectional area ratio of the carbon fibers per area) can be increased, the molding time can be significantly reduced including preparations such as laminating work, and the disturbance of fibers at the time of laminating can be further reduced. Thereby, it is possible to improve the performance of the FRP material and avoid an increase in cost.

従って、本発明の炭素繊維シートによれば、繊維目付８００ｇ／ｍ２を超える、特に１０００ｇ／ｍ２を超える、例えば、風車用ブレード、車両、船舶等に使用する大型のＦＲＰ材をＲＴＭ工法にて、樹脂含浸時間を短縮して、且つ、引張り、曲げ強度の良好な製品を作製することができる。 Therefore, according to the carbon fiber sheet of the present invention, the fiber basis weight exceeds 800 g / m 2 , particularly exceeds 1000 g / m 2 , for example, a large FRP material used for wind turbine blades, vehicles, ships, etc. Thus, the resin impregnation time can be shortened and a product having good tensile and bending strength can be produced.

尚、本実施例の繊維シートを使用して、土木建築用施工樹脂（樹脂注入時（２３℃）の粘度８０００ｍＰａ・ｓ）を用いて樹脂含浸作業を試みたが、樹脂含浸作業等に多くの時間を必要とし、作業効率の点で大きな問題を有していた。   In addition, although the fiber sheet of the present example was used, a resin impregnation work was attempted using a construction resin for civil engineering and construction (viscosity at the time of resin injection (23 ° C.) 8000 mPa · s). It took time and had a big problem in terms of work efficiency.

１０ 炭素繊維シート
１１ 単撚繊維束
１２ 合撚繊維束
１３ 固定用繊維材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Carbon fiber sheet 11 Single twist fiber bundle 12 Twisted fiber bundle 13 Fixing fiber material

Claims (6)

繊維目付が１０００ｇ／ｍ ２ を超え、６０００ｇ／ｍ ２ 以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドに１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が１．７〜２．０ｍｍ、厚さが１．７〜２．０ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた単撚繊維束を作製し、
前記単撚繊維束を、重ならないように前記単撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、
前記一方向に配列した各単撚繊維束は、前記各単撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍ２を超え、６０００ｇ／ｍ２以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。 Fiber weight per unit area exceeds 1000 g / m 2, a 6000 g / m 2 or less and is the RTM method for high basis weight carbon fiber sheet manufacturing method,
An abbreviation having a width of 1.7 to 2.0 mm and a thickness of 1.7 to 2.0 mm by applying 10 to 50 twists per meter to a carbon fiber strand in which 50000 to 60000 carbon fiber monofilaments are converged. Create a single twisted fiber bundle with a circular or elliptical cross-sectional shape ,
The single twisted fiber bundle is arranged in one direction by forming a gap of 0.2 to 1 mm between the single twisted fiber bundles so as not to overlap,
The single twisted fiber bundles arranged in the one direction are arranged on one side or both sides of each single twisted fiber bundle, and fixed to each other with a mesh-like support sheet bonded or fused .
It exceeded fiber basis weight 1000 g / m 2, characterized in, 6000 g / m 2 or less and a manufacturing method of the high basis weight carbon fiber sheet for RTM method to be. 繊維目付が１０００ｇ／ｍFiber basis weight is 1000g / m ２2 を超え、６０００ｇ／ｍOver 6000 g / m ２2 以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法であって、A method for producing a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method,
５００００〜６００００本の炭素繊維モノフィラメントを収束した炭素繊維ストランドを２〜５本合わせて１ｍ当たり１０回から５０回の撚りをかけることにより幅が２．０〜２．３ｍｍの略円形或いは楕円形の断面形状とされた合撚繊維束を作製し、Two to five carbon fiber strands in which 50,000 to 60,000 carbon fiber monofilaments are converged are combined and twisted 10 to 50 times per meter to form a substantially circular or elliptical shape having a width of 2.0 to 2.3 mm. Producing a twisted fiber bundle with a cross-sectional shape,
前記合撚繊維束を、重ならないように前記合撚繊維束の間に０．２〜１ｍｍの空隙を形成して一方向に配列し、Forming a gap of 0.2 to 1 mm between the twisted fiber bundles so as not to overlap, arranging the twisted fiber bundles in one direction,
前記一方向に配列した各合撚繊維束は、前記各合撚繊維束の片側面、又は、両面に配置され、接着又は融着されたメッシュ状支持体シートにて互いに固定する、The respective twisted fiber bundles arranged in the one direction are arranged on one side or both sides of the respective twisted fiber bundles, and are fixed to each other by a mesh-like support sheet adhered or fused.
ことを特徴とする繊維目付が１０００ｇ／ｍThe fiber basis weight is characterized by 1000 g / m ２2 を超え、６０００ｇ／ｍOver 6000 g / m ２2 以下とされるＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。The manufacturing method of the high basis weight carbon fiber sheet for RTM construction methods made as follows. 前記メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維から成る糸条を１軸、２軸或いは３軸に配向して形成し、前記糸条表面に被覆された樹脂により前記各単撚繊維束に接着又は融着されることを特徴とする請求項１のＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。 The mesh-like support sheet is formed by orienting uniaxially, biaxially, or triaxially a yarn made of glass fiber, and is bonded or melted to each single twisted fiber bundle by a resin coated on the surface of the yarn. The method for producing a high basis weight carbon fiber sheet for an RTM method according to claim 1, wherein the carbon fiber sheet is used. 前記メッシュ状支持体シートは、ガラス繊維から成る糸条を１軸、２軸或いは３軸に配向して形成し、前記糸条表面に被覆された樹脂により前記各合撚繊維束に接着又は融着されることを特徴とする請求項２のＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法。The mesh support sheet is formed by orienting uniaxial, biaxial or triaxial yarns made of glass fibers, and is bonded or melted to each twisted fiber bundle with a resin coated on the yarn surface. The method for producing a high-weight carbon fiber sheet for an RTM method according to claim 2, wherein the carbon fiber sheet is used. 型枠に炭素繊維シートを入れ込み、樹脂を注入して硬化させ、繊維強化プラスチック材を成型するＲＴＭ工法において、
前記炭素繊維シートは、請求項１〜４のいずれかの項に記載のＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートの製造方法により製造されたＲＴＭ工法用高目付炭素繊維シートであり、
前記樹脂は、樹脂注入時の粘度が３０〜３００ｍＰａ・ｓであることを特徴とするＲＴＭ工法。 In the RTM method of inserting a carbon fiber sheet into a mold, injecting and curing a resin, and molding a fiber reinforced plastic material,
The carbon fiber sheet is a high weight carbon fiber sheet for an RTM method manufactured by the method for manufacturing a high weight carbon fiber sheet for an RTM method according to any one of claims 1 to 4 ,
The RTM method characterized in that the resin has a viscosity of 30 to 300 mPa · s at the time of resin injection. 前記樹脂は、エポキシ樹脂、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、又は、フェノール樹脂であることを特徴とする請求項５に記載のＲＴＭ工法。 The RTM method according to claim 5 , wherein the resin is an epoxy resin, a polyester resin, a vinyl ester resin, an MMA resin, an unsaturated polyester resin, or a phenol resin.
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