JP4784362B2 - 管状体 - Google Patents
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Description
繊維強化樹脂層3は、強化繊維とマトリックス樹脂(例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂)からなる複合材料に構成されている。これら中間樹脂層4と金属層2および繊維強化樹脂層3との接着構造の例を、図2、図3に示す。図3の方が、より好ましい例である。
本発明において、前記強化繊維群を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリアミド系合成繊維などの有機繊維、およびそれら2種類以上を組み合わせて使用することができるが、かかる強化繊維としては、とくに炭素繊維が好ましい。炭素繊維は比重が小さく、高強度、高弾性率であるため、比強度、比弾性率が大きく、本発明に係る管状体の複合材料を軽量化、高強度化、高弾性率化できるため好ましく使用でき、また、これら特性の制御も行いやすい。
一方向プリプレグシートを構成するマトリックス樹脂のエポキシ樹脂は、一方向プリプレグシートAと一方向プリプレグシートBと一方向プリプレグシートCにおいて、共通である。
一方向プリプレグシートCに積層された樹脂フィルムは、プリプレグシートを構成しているマトリックス樹脂のエポキシ樹脂に、ナイロン微粒子(東レ社製ポリアミド12微粒子SP500、平均粒子径5μm、融点165℃)をエポキシ樹脂重量対比20重量%およびイミダゾールシラン化合物(日鉱マテリアルズ社製IS−1000)をエポキシ重量対比1重量%配合した樹脂組成物を目付が60g/m2のフィルム状に加工したものである。一方向プリプレグシートCは、この樹脂フィルムをプリプレグシートBの片側の表面に配置して、80℃に加熱したカレンダーロールにて加圧することによって積層して、準備した。
チタン層は厚み50μmの純チタン板を用いた。純チタン板の接着面は、#800のサンディングペーパーにより研磨された後、アセトンを用いて洗浄した。
(ゴルフクラブシャフトの評価)
プリプレグシートAとプリプレグシートBと純チタン板をマンドレルを用いてゴルフクラブシャフトを成形した。
(チタン合金層との接着性評価)
本実施例で用いた一方向プリプレグシートCのチタン合金層への接着性を評価するために、クライミングドラムピール用試験片を作成して、剥離トルクを測定した。
チタン合金層は、厚み0.15mm、縦300mm、横25mmのチタン合金Ti−15V−3Cr−3Al−3Snを用いた。チタン合金の接着面は実施例1と同様に研磨、洗浄した。
実施例1で用いた一方向プリプレグシートBを[45/0/−45/90/90/−45/0]の積層構成で7層積層し、最外層に一方向プリプレグシートCを積層して積層材を準備した。積層材は縦250mm、横25mmとした。さらに積層材をチタン合金の上に、重ね合わせ長さ250mm、幅25mmとなるように、且つ一方向プリプレグシートCに予め積層された樹脂フィルムの上に、チタン合金の接着面を配置するように積層した。
オートクレーブを用いて、圧力6kg/cm2をかけた状態で、135℃で2時間加熱して硬化して、5本のクライミングドラムピール試験片を成形した。
ASTM D 1781−98(1998)に基づいて、作成した5本の試験片について試験を行い、剥離トルクを測定し、剥離トルクの平均値を求めた結果、30N・mm/mmであった。
(ゴルフクラブシャフトの評価)
硬化条件を180℃で2時間にした以外は、実施例1と同様にゴルフクラブ用シャフトを成形して、ゴルフクラブ用シャフトを得た。
実施例1と同様に断面観察をした結果、最表層のチタン層と炭素繊維強化プラスチック層の間には、厚み(図3のTaに相当)が100μmの中間樹脂層が形成ており、中間樹脂層内には広範囲に渡り、ナイロン微粒子は、ナイロン微粒子同士が一体化してナイロン連続相(図3の8aに相当)が形成されていた。
また一部には、平均粒径が5μmのナイロン微粒子(図3の8bに相当)が観察された。さらに、ナイロン連続相の一部は炭素繊維プラスチックを構成する炭素繊維群の中に入り、炭素繊維とナイロン微粒子とが混在した混合層(図3の混合層12bに相当)が形成されていた。混合層の厚みは40μmであった。
(チタン合金層との接着性評価)
硬化条件を180℃で2時間にした以外は、実施例1と同様にクライミングドラムピール用試験片を作成して、剥離トルクを測定した。その結果、剥離トルクの平均値は50N・mm/mmであった。
(樹脂組成物の歪みエネルギー開放率GIC測定)
一方向プリプレグシートCに積層した樹脂フィルムを構成する樹脂組成物のみを180℃で2時間加熱して得られた樹脂硬化物を用いて、歪みエネルギー開放率GICを測定した。測定はASTM D 5045−96「Standard Test Methods for Plane−Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release Rate of Plastic Materials」に基づいて行った。
(ゴルフクラブシャフトの評価)
実施例2において、チタン層を最外層の他に、バイアス層を構成するプリプレグシートAの−45°層とストレート層を構成するプリプレグシートBの0°層の間にも積層する他は実施例2と同様にゴルフクラブ用シャフトを成形して、ゴルフクラブ用シャフトを得た。
また一部には、平均粒径が5μmのナイロン微粒子(図3の8bに相当)が観察された。さらに、ナイロン連続相の一部は炭素繊維プラスチックを構成する炭素繊維群の中に入り、炭素繊維とナイロン微粒子とが混在した混合層(図3の混合層12bに相当)が形成されていた。混合層の厚みは40μmであった。
(ゴルフクラブシャフトの評価)
実施例1で用いた樹脂フィルムを構成する樹脂組成物に、ナイロン微粒子およびイミダゾールシラン化合物を配合しない樹脂組成物(一方向プリプレグシートAを構成するマトリックス樹脂と同一)を用いた以外は、実施例2と同様に成形してゴルフクラブ用シャフトを得た。
実施例1と同様に断面観察をした結果、最表層のチタン層と炭素繊維強化プラスチック層の間には、ほとんど樹脂層は形成されておらず、チタン層と炭素繊維強化プラスチック層との間に配置した樹脂フィルムを構成する樹脂は、成形中に、流出したと考えられる。
実施例1と同様に打撃耐久試験を行った結果、400回打球した時点で、打球音に異音が発生し、試験を中止して、ゴルフクラブ用シャフトを点検したところ、最表層の純チタンが剥離していることが確認された。
(チタン合金層との接着性評価)
実施例2で用いた樹脂フィルムを構成する樹脂組成物に、ナイロン微粒子およびイミダゾールシラン化合物を配合しない樹脂組成物(一方向プリプレグシートAを構成するマトリックス樹脂と同一)を用いた以外は、実施例2と同様にクライミングドラムピール試験片を成形し、剥離トルクを測定し、平均値を求めた結果、13N・mm/mmであった。
(樹脂組成物の歪みエネルギー開放率GIC測定)
比較例1で用いた樹脂フィルムを構成する樹脂組成物のみを180℃で2時間加熱して得られた樹脂硬化物を用いて、実施例5と同様に歪みエネルギー開放率を測定した。その結果、GICは200J/m2であった。
2 金属層
3 繊維強化樹脂層
4、12 中間樹脂層
5 強化繊維(群)
6 繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂
7 中間樹脂層の母材樹脂
8 熱可塑性樹脂
8a 熱可塑性樹脂連続相
8b 熱可塑性樹脂粒子相
12a 金属層寄りの中間樹脂層部分
12b 混合層
H 撥水層
Claims (7)
- 金属層と繊維強化樹脂層が中間樹脂層を介して接着一体化された金属/繊維強化樹脂複合材料から構成された管状体であって、前記中間樹脂層が、平均粒径3〜10μmの熱可塑性樹脂の粒子およびイミダゾールシラン化合物を含有していることを特徴とする管状体。
- 前記中間樹脂層と前記繊維強化樹脂層との境界部が、前記粒子を構成する熱可塑性樹脂と前記繊維強化樹脂層の強化繊維とが混在した混合層を形成している、請求項1に記載の管状体。
- 前記熱可塑性樹脂の粒子は、少なくとも部分的に連続相の形態で前記中間樹脂層内に存在している、請求項1または2に記載の管状体。
- 前記熱可塑性樹脂の粒子がポリアミド系樹脂からなる、請求項1〜3のいずれかに記載の管状体。
- 繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂と中間樹脂層の母材樹脂とが同種の樹脂からなる、請求項1〜4のいずれかに記載の管状体。
- 前記同種の樹脂が熱硬化性樹脂からなる、請求項5に記載の管状体。
- 前記金属層がチタンを含む層からなる、請求項1〜6のいずれかに記載の管状体。
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