JPH0570614A

JPH0570614A - プリプレグ

Info

Publication number: JPH0570614A
Application number: JP3263056A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takezawa; 誠竹澤; Kanji Miyao; 巻治宮尾; Hiroshi Inoue; 寛井上
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】例えパイプ材などに段部が形成されたもので
あっても、皺などを生じることなく一様なパイプ材など
を成形することができ、特に、圧縮強度、衝撃強度及び
捩り破壊強度などの低下を来すことのない、しかも美観
的にも優れたスポーツレジャー用品、自転車のフレー
ム、更には種々の機械部品用パイプ材及びその他の部材
を製造するのに好適に使用することができる。【構成】繊維強化プリプレグ１は、強化繊維２の中に
マトリクス樹脂５が含浸された繊維強化複合樹脂層４の
一側にシート状金属繊維紙３が積層される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量であり且つ機械的
特性に優れており、特に靭性があり振動減衰性及び耐衝
撃特性、更には圧縮強度及び捩り破壊強度などに優れ、
例えば、ゴルフクラブシャフト或はゴルフクラブヘッド
フェース、釣り竿、テニスラケット或はバドミントンラ
ケットのような種々のラケットフレームなどのスポーツ
レジャー用品、自転車のフレーム、更には種々の機械部
品用パイプ材、その他の部材を製造するのに好適に使用
することのできるプリプレグに関するものである。特
に、本発明のプリプレグは、金属繊維紙の少なくとも一
側に、強化繊維の中にマトリクス樹脂が含浸された繊維
強化複合樹脂層或は強化繊維を有さない樹脂層が配置さ
れ、衝撃強度及び捩り破壊強度に優れたプリプレグが提
供される。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維その他各種の強化繊維を
用いたプリプレグが種々の技術分野にて広く使用されて
おり、例えばゴルフクラブシャフトなどのスポーツ用品
の製造に際しても、軽量で且つ機械的強度も高いという
理由から多く利用されており、極めて良好な成果を納め
ている。

【０００３】しかしながら、更に、強度及び弾性率の点
で、或は、使用時の感触の点で改良が望まれており、斯
る要望に応えるべく、繊維強化プリプレグとして、例え
ば、炭素繊維及び、炭素繊維とは異なる例えばボロン繊
維、チタン繊維、アモルファス繊維、ステンレス鋼繊
維、ガラス繊維、種々の有機繊維などの異種繊維を強化
繊維として用いたハイブリッドプリプレグを使用するこ
とが提案され、そのための研究が盛んに行われている
（特願平１−３４２４４１号）。

【０００４】このようなハイブリッドプリプレグは簡単
に製造し得て、機械的強度の向上及び感触の改善を達成
し得る。

【０００５】最近においては、更に、折損防止及び飛距
離の増大などのために、引張強度、圧縮強度及び弾性
率、更には、粘りなどのような機械的特性の向上が希求
されており、又、使用時の感触（打球感）、特に従来の
金属シャフトが有する感触が強く望まれており、なお一
層の改良が希求されている。

【０００６】この目的のために、図９に示すように、強
化繊維２の中にマトリクス樹脂５が含浸された繊維強化
複合樹脂層４の一側に金属箔層３Ａが積層された繊維強
化プリプレグ１Ａが提案されている（例えば、特開昭６
１−１４８０４５号公報を参照せよ）。

【０００７】このような繊維強化プリプレグは、圧縮強
度、衝撃強度及び捩り破壊強度などに優れ、特に、これ
らプリプレグにてゴルフクラブシャフトを製作した場合
には従来の金属シャフトが有する感触を達成し得ること
が分かった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの研究実験の結果によると、金属箔層を有した繊維
強化プリプレグを使用して、例えばゴルフクラブシャフ
ト或は他のパイプ材を製造した場合に、パイプ材の形状
によっては次に説明するような問題が生じることを見出
した。

【０００９】図１０にゴルフクラブシャフト２００を製
造する場合を示すが、ゴルフクラブシャフト２００は、
通常、細長の傾斜マンドレル１００に繊維強化プリプレ
グ１Ａを巻き付けることによって製造される。ゴルフク
ラブシャフト２００には、図１０に示すように、段部２
００ａが形成されることがあり、上記繊維強化プリプレ
グ１をこのような段部形成部に巻き付けた場合、金属箔
層３Ａに柔軟性がなくこの段部２００ａにて皺２０２が
発生する。このようなことは、図１１に示されるよう
に、径が一定とされるパイプ材２００に段部２００ａが
形成された場合にも同じことが言える。

【００１０】上記ゴルフクラブシャフトのようなパイプ
材２００上の皺２０２は外観上悪いばかりでなく、この
部分の機械的強度が低下し、所期の圧縮強度、衝撃強度
及び捩り破壊強度を得ることができないといった問題を
発生させた。

【００１１】更には、図９に示す繊維強化プリプレグ１
Ａを製造するに際し、繊維強化複合樹脂層４に金属箔層
３Ａを貼着する時、繊維強化複合樹脂層４と金属箔層３
Ａとの積層面に気泡（ボイド）が残留することがある。
斯る気泡の存在は、繊維強化プリプレグ１Ａ自体の機械
的強度を低下させるのみならず、場合によっはこの気泡
が外部より観察され、美観上からも好ましいものではな
い。

【００１２】従って、本発明の目的は、例えパイプ材な
どに段部が形成されたものであっても、皺などを生じる
ことなく一様なパイプ材などを成形することができ、特
に、圧縮強度、衝撃強度及び捩り破壊強度などの低下を
来すことのない、しかも美観的にも優れたスポーツレジ
ャー用品、自転車のフレーム、更には種々の機械部品用
パイプ材及びその他の部材を製造するのに好適に使用す
ることのできるプリプレグを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
プリプレグによって達成される。要約すれば、本発明
は、金属繊維紙の少なくとも一側に、強化繊維の中にマ
トリクス樹脂が含浸された繊維強化複合樹脂層或は強化
繊維を有さない樹脂層が配置されたことを特徴とするプ
リプレグである。金属繊維紙としては、ステンレス鋼、
ニッケル、アルミニウム、黄銅、鉄などの、好ましくは
繊維径１５μｍ以下の繊維を用いて製造した金属繊維シ
ートが好適に使用される。

【００１４】

【実施例】次に、本発明に係るプリプレグについて図面
に即して更に詳しく説明する。

【００１５】図１には、本発明の一実施例である繊維強
化プリプレグが示される。本実施例で繊維強化プリプレ
グ１は、強化繊維２の中にマトリクス樹脂５が含浸され
た繊維強化複合樹脂層４の一側にシート状金属繊維紙３
が積層される。繊維強化プリプレグ１の総厚さ（Ｔ）
は、一般に５０〜３００μｍとされる。金属繊維紙３に
ついては後で詳しく説明する。

【００１６】強化繊維２は、炭素繊維、ボロン繊維、ガ
ラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維
などの無機繊維；アラミド繊維、ポリアリレ−ト繊維、
ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維；
或は、チタン繊維、アモルファス繊維、ステンレス鋼繊
維などの金属繊維から選択される１種を用いて、或は、
複数種の、図２に図示するように、例えば２種の強化繊
維２（２ａ、２ｂ）からなるハイブリッドの形態にて使
用することができる。又、強化繊維２は、一方向に整列
して配置することもでき、又、クロス（織布）の状態で
使用することもできる。

【００１７】マトリクス樹脂５としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジア
リルフタレート樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性マ
トリクス樹脂が使用可能である。又、更に、硬化温度が
５０〜２００℃となるように硬化剤その他の付与剤、例
えば可撓性付与剤などが適当に添加される。

【００１８】好ましい一例を挙げれば、マトリクス樹脂
としてはエポキシ樹脂が好ましく、使用可能のエポキシ
樹脂としては、例えば、（１）グリシジルエーテル系エ
ポキシ樹脂（ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓ系エポキシ樹
脂、ノボラック系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール
Ａ系エポキシ樹脂）；（２）環式脂肪族エポキシ樹脂；
（３）グリシジルエステル系エポキシ樹脂；（４）グリ
シジルアミン系エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミ
ノジフェニルメタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェ
ノールなど；（５）複素環式エポキシ樹脂；その他種々
のエポキシ樹脂から選択される１種又は複数種が使用さ
れ、特に、ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓグリシジルアミン
系エポキシ樹脂が好適に使用される。又、硬化剤として
はアミン系硬化剤、例えばジシアンジアミド（ＤＩＣ
Ｙ）、ジアミノジフェニルスルフォン（ＤＤＳ）、ジア
ミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）；酸無水物系、例えば
ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルヘキサ
ヒドロ無水フタル酸（ＭＨＨＰＡ）などが使用される
が、特にアミン系硬化剤が好適に使用される。

【００１９】又、本発明の繊維強化複合樹脂層４におけ
る強化繊維及びマトリクス樹脂の配合割合は、通常のプ
リプレグと同様に、任意に調整し得る。従って、本発明
に従えば、繊維強化複合樹脂層４の厚さ（Ｔ₁ ）は、通
常３０〜２００μｍ程度とされるであろう。

【００２０】斯る構成の繊維強化プリプレグ１は、任意
の方法にて製造し得るが、一般に、前記繊維強化複合樹
脂層４として、先ず強化繊維２にマトリクス樹脂５を含
浸させてプリプレグを製造し、その後、該プリプレグ４
の一側面に、金属繊維紙３を、例えばローラなどにて押
付けることにより貼着して製造するのが好適である。更
に、必要に応じて、図３、図４に示すように、金属繊維
紙３の、プリプレグ４の側とは反対の面に樹脂層５’を
適当な厚みで設けてもよい。樹脂層５’に使用される樹
脂は、繊維強化複合樹脂層４のマトリクス樹脂５と同じ
ものを使用することができる。

【００２１】上述の図１及び図２に示す実施例では、金
属繊維紙３の一側にのみ繊維強化複合樹脂層４が配置さ
れたが、図５及び図６に示すように、金属繊維紙３の両
側に、繊維強化複合樹脂層４を配置することもできる。

【００２２】図７及び図８には、本発明の他の実施例を
示す。この実施例では、金属繊維紙３の一側に（図
７）、又は金属繊維紙３の両側に（図８）、強化繊維を
有さない樹脂層５’が、繊維強化複合樹脂層４と同程度
の厚さ（Ｔ₁ ）にて配置されたプリプレグ１が示され
る。

【００２３】この実施例における樹脂層５’に使用され
る樹脂は、先の実施例にて使用したマトリクス樹脂と同
じものを使用することができる。

【００２４】次に、本発明にて使用される金属繊維紙３
について説明する。

【００２５】本発明で金属繊維紙３は、厚さが２０〜８
０μｍとされるシート状とされるものであって、繊維径
が１〜３０μｍ、好ましくは、１５μｍ以下の、ステン
レス鋼、ニッケル、アルミニウム、黄銅、鉄などの短繊
維を用いて製造したものが好適に使用される。

【００２６】特に、本発明のプリプレグ１を製造するの
に使用する金属繊維紙３としては、繊維径が２〜１２μ
ｍ、繊維長が１〜１０ｍｍとされるステンレス鋼短繊維
を使用したステンレス鋼繊維紙が好ましく、例えば株式
会社巴川製紙所よりステンレス鋼繊維シートとして市販
されているものなどが好適に使用し得る。

【００２７】斯る金属繊維紙３は、その製造過程におい
て有機質系、或は無機質系のバインダーが使用される
が、必要により、製造過程にてバインダーを除去するこ
とも可能である。本発明では、金属繊維紙内にバインダ
ーが残留している高配合紙、或は、バインダーが完全に
除去された金属繊維１００％の焼結紙のいずれをも使用
し得る。通常、有機質系バインダーとしては、木材パル
プ、合成パルプ（ＰＥ、ＰＰ）、アラミドパルプ、ＭＦ
Ｃなどのパルプ状物；ＰＶＡ繊維、アクリル繊維、複合
繊維（ＰＥ／ＰＰ）、低融点ポリエステル繊維などの繊
維状物；ラテックス類、ポリエチレンイミン、ＣＭＣ、
アクリル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹
脂などの液状物；各種澱粉類、ＰＶＡ、フェノール樹脂
などの粉末状物があり、又、無機質系バインダーとして
は、シリカゾル、アルミナゾル、ジルコニアゾルなどの
コロイド物；けい酸ソーダ、リン酸ナトリウム、リン酸
マグネシウム、リン酸ナトリウム、ホウ酸リチウムなど
の液状物が使用される。

【００２８】本発明者らの研究、実験の結果によると、
金属繊維紙３は、バインダーの有無に関係なく、多数の
細孔が形成された多孔質体となっており、繊維強化複合
樹脂層４の側面に金属繊維紙３を押付けて貼着した場合
に、繊維強化複合樹脂層４中のマトリクス樹脂５が金属
繊維紙３の細孔中に侵入し、金属繊維紙３と繊維強化複
合樹脂層４とが完全に一体となることができる。更に、
特に図１〜図４、図７に示すプリプレグ１においては、
金属繊維紙３を繊維強化複合樹脂層４に貼着する際に、
金属繊維紙３と繊維強化複合樹脂層４との積層面に発生
した気泡（ボイド）は、金属繊維紙３の細孔を通って外
部へと逃げることができ、気泡の積層面での残留は、実
質的に完全になくすることができる。従って、本発明に
よれば、作製された繊維強化プリプレグ１自体が気泡の
発生にて機械的強度が低下するといったことはなく、美
観上からも好ましいものである。

【００２９】更に又、金属繊維紙３は、繊維強化複合樹
脂層４との接着性を更に向上させるために、その表面を
化学的に処理することが可能である。特に、脱脂処理を
行なった後、クロム酸塩系処理或はリン酸塩系処理を行
ない、クロメート層、又はリン酸亜鉛或はリン酸鉄など
の化成処理膜を金属繊維表面に形成させることもでき
る。

【００３０】次に、本発明のプリプレグ１を実施例につ
いて更に具体的に説明する。

【００３１】実施例１強化繊維２として繊維径が７．０μｍとされるＰＡＮ系
の炭素繊維（東レ株式会社製：商品名「Ｔ３００」）を
使用し、マトリクス樹脂５はエポキシ樹脂を使用して、
図１に示す構成の繊維強化複合樹脂層４を作製した。
又、該繊維強化複合樹脂層４におけるマトリクス樹脂５
の含有量は３５重量％、ＦＡＷは１５０ｇ／ｍ² 、厚さ
（Ｔ₁ ）は１５０μｍであった。

【００３２】次いで、繊維強化複合樹脂層４にシート状
金属繊維紙３をローラにて押圧して貼着し、図１に示す
構成の本発明の繊維強化プリプレグ１を作製した。

【００３３】金属繊維紙３は、繊維径８μｍ、繊維長約
３ｍｍのステンレス鋼短繊維を使用したステンレス鋼繊
維シート（株式会社巴川製紙所製のステンレス鋼繊維シ
ート（高配合紙）、目付９５ｇ／ｍ² 、厚さ（Ｔ₂ ）３
７μｍ）を使用した。

【００３４】このようにして得た繊維強化プリプレグ１
の、繊維強化複合樹脂層４とは反対面に、目付３０ｇ／
ｍ² にてマトリクス樹脂５と同じエポキシ樹脂を塗工
し、図３に示す構成の繊維強化プリプレグ１とした。こ
の繊維強化プリプレグ１の総厚さは１８７μｍであっ
た。

【００３５】更に、このような繊維強化プリプレグ１を
最外層に配置した、図１０に図示するような形状のゴル
フクラブシャフト２００を製造した。作業性が容易であ
り、ゴルフクラブシャフト２００の段部２００ａに皺２
０２の発生はなく、美感的にも好ましいものであった。
又、その機械的強度などを測定した結果、衝撃強度及び
捩り破壊強度は、図９に示すように、金属繊維紙３の代
わりに金属箔３Ａにて作製したプリプレグ（比較例１）
を使用したものより優れていた。又、使用時の感触も良
好であった。

【００３６】比較例１金属繊維紙３の代わりに、３０μｍ厚のステンレス箔３
Ａを使用した以外は、上記実施例１と同じ材料及び方法
にて、図９に示すような構成の繊維強化プリプレグ１Ａ
を作製し、図１０に図示するような形状のゴルフクラブ
シャフト２００を製造した。

【００３７】特に、段部２００ａにおいて、作業性が悪
く、皺２０２が発生し、美感的に好ましいものではなか
った。又、その機械的強度などを測定した結果、衝撃強
度及び捩り破壊強度は、実施例１のものより劣ってい
た。

【００３８】実施例２実施例１と同様に、強化繊維２として繊維径が７．０μ
ｍとされるＰＡＮ系の炭素繊維（東レ株式会社製：商品
名「Ｔ３００」）を使用し、マトリクス樹脂５はエポキ
シ樹脂を使用して、図１に示す構成の繊維強化複合樹脂
層４を作製した。又、該繊維強化複合樹脂層４における
マトリクス樹脂５の含有量は３５重量％、ＦＡＷは１５
０ｇ／ｍ² 、厚さ（Ｔ₁ ）は１５０μｍであった。

【００３９】次いで、繊維強化複合樹脂層４にシート状
金属繊維紙３をローラにて押圧して貼着し、図１に示す
構成の本発明の繊維強化プリプレグ１を作製した。

【００４０】金属繊維紙３は、繊維径８μｍ、繊維長約
３ｍｍのステンレス鋼短繊維を使用したステンレス鋼繊
維シート（株式会社巴川製紙所製のステンレス鋼繊維シ
ート（焼結紙）、目付１１０ｇ／ｍ² 、厚さ（Ｔ₂ ）４
３μｍ）を使用した。

【００４１】このようにして得た繊維強化プリプレグ１
の、繊維強化複合樹脂層４とは反対面に、目付３５ｇ／
ｍ² にてマトリクス樹脂５と同じエポキシ樹脂を塗工
し、図３に示す構成の繊維強化プリプレグ１とした。こ
の繊維強化プリプレグ１の総厚さは１９３μｍであっ
た。

【００４２】更に、このような繊維強化プリプレグ１を
最外層に配置した、図１０に図示するような形状のゴル
フクラブシャフト２００を製造した。作業性が容易であ
り、ゴルフクラブシャフト２００の段部２００ａに皺２
０２の発生はなく、美感的にも好ましいものであった。
又、その機械的強度などを測定した結果、衝撃強度及び
捩り破壊強度は、比較例１に示すプリプレグを使用した
ものより優れていた。又、使用時の感触も良好であっ
た。

【００４３】

【発明の効果】以上の如くに構成される本発明に係るプ
リプレグは、例えパイプ材に段部が形成されたとして
も、皺などを生じることなく一様なパイプ材を成形する
ことができ、特に、圧縮強度、衝撃強度及び捩り破壊強
度などの低下を来すことのない、しかも美観的にも優れ
たスポーツレジャー用品、自転車のフレーム、更には種
々の機械部品用パイプ材を製造するのに好適に使用し得
るという特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプリプレグの一実施例の断面構成
図である。

【図２】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図３】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図４】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図５】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図６】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図７】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図８】本発明に係るプリプレグの他の実施例の断面構
成図である。

【図９】従来の繊維強化プリプレグの断面構成図であ
る。

【図１０】従来の繊維強化プリプレグにて作製したゴル
フクラブシャフトの一例を示す正面図である。

【図１１】従来の繊維強化プリプレグにて作製したパイ
プ材の一例を示す正面図である。

【符号の説明】

１プリプレグ２強化繊維３金属繊維紙４繊維強化複合樹脂層５マトリクス樹脂５’ 樹脂層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属繊維紙の少なくとも一側に、強化繊
維の中にマトリクス樹脂が含浸された繊維強化複合樹脂
層或は強化繊維を有さない樹脂層が配置されたことを特
徴とするプリプレグ。