複合糸から開発した 熱可塑性炭素繊維強化複合材料

研究責任者

藤田浩行 （兵庫県立工業技術センター繊維工業技術支援センター

主任研究員兼技術課長） コーディネータ

富田友樹 （兵庫県立工業技術センター 次長）

炭素繊維強化複合材料の樹脂と強化形態

マトリックス 樹脂

耐熱性 樹脂の 含浸性

耐衝撃性 生産性 リサイクル

性 コスト

熱硬化性樹脂 ○ ○ × × × ×

熱可塑性樹脂 × × ○ ○ ○ ○

強化繊維の形態 樹脂の含浸性

強度 生産性 賦形性

短繊維 ○ × ○ ◎

連続繊維 織物 × ○ × △

一方向 × ◎ × ×

炭素繊維強化複合材料

マトリックス樹脂

炭素繊維

連続繊維 短繊維

3

熱可塑性炭素繊維強化複合材料の成形方法

熱可塑性プリプレグ（連続繊維） －織物などに樹脂を一時的に含浸したシート状材料－

繊維ペレット

射出成形法（短繊維）

織物 一方向材（UD材）

加熱＆加圧

射出成形機

繊維長数mm

成形材料

成形材料 熱可塑性プリプレグ

4

性能（パフォーマンス）

コスト

低 高

高

短繊維 ＋

熱可塑性

連続繊維 ＋

熱硬化性

連続繊維＋

熱可塑性

繊維強化複合材料の形態と特徴

成形性（賦形性）

コスト

低 高

高 連続繊維

＋ 熱硬化性

連続繊維＋

熱可塑性 短繊維 ＋

熱可塑性

高性能＋賦形性良＋低コスト化

開発材料（連続炭素繊維＋熱可塑性樹脂） 実現化

連続炭素繊維＋熱可塑性樹脂複合材料の課題

炭素繊維

樹脂の低い含浸性

・細く(直径4～7μm)、硬く折れやすい

・摩擦による毛羽立ち

・伸びほとんどなし

・製織困難

・生産性低い ・編物作製不可

編 物 織 物

課題①

課題③

熱可塑性樹脂糸と炭素繊維からなる複合糸の開発

解決手段

課題②

複合糸の開発状況

組紐技術 撚糸技術

科学技術振興機構報

第67号より引用

ラップドヤーン

既存技術

高コスト低生産性

新技術開発

縫合技術を用いた複合糸の開発

炭素繊維

布端を二つ折りにして包み込むように縫う機構

ハンカチの縁、ニットの裾処理などに利用

巻き縫い

糸に利用 炭素繊維に樹脂糸を

巻き縫い

熱可塑性樹脂糸

（縫合糸）

炭素繊維

縫製箇所

熱可塑性樹脂糸

（引き揃え糸）

メローミシンによる複合糸の作製

縫合複合糸

複合糸の構造

強化繊維糸 （炭素繊維）

引き揃え糸 （ポリエステルなど）

強化繊維糸＋引き揃え糸

ba

a′b′

L

・強化繊維糸

・縫合糸

・引き揃え糸

・素材

・太さ

・本数

・縫合糸の間隔 （ピッチ）

×

縫合糸の展開 複合糸の規格設計

縫合糸(ﾎﾟﾘｴｽﾃﾙなど)

引き揃え糸なし ピッチ=13回/インチ

引き揃え糸５本 ピッチ=6.5回/インチ ＣＦ糸 ＣＦ糸

＋PP糸 ＋PET糸 CF糸+PE糸 綿糸+PP糸

複合糸の作製例

9

複合糸からの熱可塑性炭素繊維強化複合材料の作製

炭素繊維

熱可塑性樹脂糸（PET)

炭素繊維織物

製織

工程

編成

工程

複合織物、編物を複数積層

熱プレス→熱可塑性樹脂糸を溶融含浸

冷却固化により成形

複合工程 （メローミシン） 炭素繊維

PET糸

複合材料

CFの保護

弾力性付与

製織性の改善編成の実現

成形工程

樹脂含浸性良

複合糸

炭素繊維編物

開発技術のメリット ① －複合糸・連続炭素繊維強化材の生産技術関連－

①複合糸の高い生産性と低コスト製造

既存技術（組紐）の５倍以上

汎用ミシンで製造

②連続炭素繊維強化材（プリフォーム）の

高い生産性と低コスト化

汎用織機（レピア織機）で製織

炭素繊維製編物の生産実現

開発技術のメリット ② －成形技術関連－

①高い成形性・賦形性

既存熱可塑性プリプレグにない高い柔軟性

立体形状かつ複雑形状への賦形実現

②高い樹脂含浸性と連続繊維形態の材料

複合糸からのプリプレグ（繊維と樹脂一体） 高い強度と弾性率実現 曲げ弾性率80GPa以上

曲率半径15mm 星型立体成形（編物強化）

搬送能力大

使用による板バネの剛性低下

周波数・振幅の低下

搬送能力の低下

試料台

既存品：３～６ヶ月で交換

高温多湿環境下で長期使用

４倍の寿命

適用に向けた研究開発 ー振動フィーダー用高耐久性板バネの開発ー

板バネの振動で搬送面振動させ、物体輸送 振動フィーダー

材料の搬送イメージ

炭素繊維製板バネ

目 標 熱可塑性炭素繊維製板バネ

周波数→高い

振 幅→大

熱可塑性炭素繊維製板バネの開発

14

270℃－5min 3MPa

織物8PLY

10 mm

複合糸（CF+PET） 複合織物 ﾎｯﾄﾌﾟﾚｽ成形 板バネ

A C-1 C-2 C-3 D

織組織 平織 平織 平織 平織 2/1ｵｯｸｽ

織密度

（本/ｲﾝﾁ）

たて糸 16 11 21 24 11

よこ糸 5 11 11 11 21

開発材料の耐久性試験 －総振動数と周波数変化－

106 107 108

0.8

0.9

1.0

総振動数

周波数変化

既存品 規格Ⅰ 規格Ⅱ 規格Ⅲ

積層構成 周波数変化 ■ 規格Ⅰ C3-C2-C1-C1-C1-C1-C2-C3 0.90 ◆ 規格Ⅱ D-D-C1-C1-C1-C1-D-D 0.92 ▲ 規格Ⅲ A-A-A-A-A-A-A-A 0.76 ● 既存品 CF織物8層＋ｴﾎﾟｷｼ樹脂 0.86

既存の板バネよりも長寿命化実現

目標ライン

想定される用途と課題

①金属製機能部品の樹脂化

射出成形品で到達できない強度を持った材料

既存技術(連続繊維)で成形できない形状の製造

用途に応じた複合糸および強化材（織物等）の構造設計

②自動車等輸送機器関連部材

複合糸から作製するプリプレグの 高生産性と低コスト製造

生産性の向上と低コスト化のさらなる実現

実現

課題

実現

課題

本技術に関する知的財産権 ① 繊維強化複合材料およびその複合成形体

出願番号 ：特願2008-298009

出願人 ：兵庫県、学校法人同志社、宮田布帛（有）、藤邦織物（株）

発明者 ：藤田浩行、松岡敬、宮田泰次、藤井淳己、藤井国男

② 繊維強化複合材料及びその成形体

出願番号 ：特願2011-60069

出願人 ：兵庫県、学校法人同志社、宮田布帛（有）、藤邦織物（株）

発明者 ：藤田浩行、松岡敬、藤井透、宮田泰次、藤井淳己、藤井国男

③ 繊維強化複合編物材料及びその成形体

出願番号 ：特願2011-234464

出願人 ：兵庫県、学校法人同志社、宮田布帛（有）、藤邦織物（株）

発明者 ：藤田浩行、松岡敬、宮田泰次、藤井淳己、藤井国男

④ 繊維強化複合成形材料

出願番号 ：特願2011-234465

出願人 ：兵庫県、学校法人同志社、宮田布帛（有）、藤邦織物（株）

発明者 ：藤田浩行、松岡敬、藤井透、宮田泰次、藤井淳己、藤井国男

想定される技術移転

①テキスタイル･プリフォームの製造技術

※ 欧米と比較して大きな遅れ（15年程度）を 取る分野

国内でのテキスタイル・プリフォーム生産の確立

②テキスタイル･プリフォームを用いた 熱可塑性炭素繊維強化複合材料の製造技術

※ 欧米から高価なテキスタイル･プリフォームを 輸入している現状

低コスト製造技術からのプリフォームを用いた

金属製部品の樹脂化製造

お問い合わせ先

藤田 浩行（FUJITA HIROYUKI）

兵庫県立工業技術センター

繊維工業技術支援センター

〒677-0054

兵庫県西脇市野村町1790-496 TEL 0795-22-2041 FAX 0795-22-3671 E-mail : fujita@hyogo-kg.go.jp