JPH11123782A - 繊維強化複合材料製管状体 - Google Patents
繊維強化複合材料製管状体Info
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- JPH11123782A JPH11123782A JP9309517A JP30951797A JPH11123782A JP H11123782 A JPH11123782 A JP H11123782A JP 9309517 A JP9309517 A JP 9309517A JP 30951797 A JP30951797 A JP 30951797A JP H11123782 A JPH11123782 A JP H11123782A
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Abstract
吸収エネルギーを有する繊維強化複合材料製管状体を得
る。 【解決手段】 管状体の長手方向に対して0°〜±15
°で配向した炭素繊維を含む高圧縮破断ひずみ層を含
み、該高圧縮破断ひずみ層の炭素繊維の配向方向に対す
る圧縮破断ひずみが1〜5%かつ該炭素繊維の繊維体積
含有率を60%として換算した炭素繊維の配向方向の圧
縮弾性率が3〜120GPaであることを特徴とする繊
維強化複合材料製管状体。
Description
製管状体に関する。
ルフクラブシャフト、釣り竿など様々な用途に使用され
ている。
軽量化の流れが一段と加速されている。軽量化はシャフ
トの曲げ破断強度の低下を招くことから、これまで優れ
た曲げ破断強度を有する軽量シャフトを製造することは
困難だった。
が求められる。優れた柔軟性を得るためには穂先部分の
肉厚を薄くする方法が有るが、同時に曲げ破断強度の低
下を招くことになることから、これまで穂先部分におい
て優れた曲げ破断強度と柔軟性を両立させた釣り竿を製
造することは困難だった。
ら従来の課題を解消し、優れた曲げ破断強度、曲げ破断
たわみ、衝撃吸収エネルギーを有する繊維強化複合材料
製管状体を提供することにある。
に示す繊維強化複合材料製管状体によって達成される。
すなわち本発明は、管状体の長手方向に対して0°〜±
15°で配向した炭素繊維を含む高圧縮破断ひずみ層を
含み、該高圧縮破断ひずみ層の炭素繊維の配向方向に対
する圧縮破断ひずみが1〜5%かつ該炭素繊維の繊維体
積含有率を60%として換算した炭素繊維の配向方向の
圧縮弾性率が3〜120GPaであることを特徴とする
繊維強化複合材料製管状体に関するものである。
体は、強化繊維が管状体の長手方向(軸方向)に対して
ほぼ平行である0°〜±5°で配向している強化繊維プ
リプレグを積層してなるストレート層を有することがで
きる。
ト層などの特定の層が平均して何層積層しているか、即
ち管状体の軸の周りを何回巻回しているかを意味する。
前記管状体の用途、具体的にはゴルフシャフトなどの用
途によっては、本発明の管状体は、強化繊維が該管状体
の長手方向に対して±20°〜±70°で配向した強化
繊維プリプレグが積層されることにより形成される斜交
層を有することができる。
の長手方向に対して+20°〜+70°で配向した強化
繊維プリプレグが積層されて形成される正の斜交層と、
強化繊維が前記管状体の長手方向に対して−20°〜−
70°で配向した強化繊維プリプレグが積層されて形成
される負の斜交層の、正負の斜交層がある。
たは複数層ごとに交互に積層することができる。また、
正の斜交層と負の斜交層の積層数は互いに異なっていて
もよい。
などの用途によっては、本発明の管状体は、強化繊維が
前記管状体の長手方向に対してほぼ直角である±70°
〜90°で配向した強化繊維プリプレグが積層されるこ
とにより形成されるフープ層を有することもできる。
化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊
維、セラミック繊維、ボロン繊維、金属繊維などを挙げ
ることができるが、好ましくはピッチ系炭素繊維あるい
はポリアクリロニトリル系炭素繊維を使用することがで
きる。前記強化繊維プリプレグに使用されるマトリック
ス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹
脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などから選ばれる熱硬化
性樹脂あるいは熱可塑性樹脂が挙げられ、好ましくはエ
ポキシ樹脂が挙げられる。
素繊維として、前記炭素繊維を炭素繊維の配向方向に対
する圧縮破断ひずみが0.05%以上1.0%未満かつ
前記炭素繊維の繊維体積含有率を60%とした炭素繊維
の配向方向の圧縮弾性率が125GPa〜600GPa
である炭素繊維を用いることができる。
管状体において、圧縮破断ひずみが1.0〜5.0%か
つ圧縮弾性率が3GPa〜120GPaである炭素繊維
を含むプリプレグを積層して高圧縮破断ひずみ層を形成
することを特徴とするものである。
維としては、圧縮破断ひずみが1〜5%、好ましくは
1.5〜5%、より好ましくは1.7〜5%、最も好ま
しくは2〜5%の炭素繊維を用いることができる。
炭素繊維としては圧縮弾性率が3GPa〜120GP
a、好ましくは3GPa〜100GPaの炭素繊維が望
ましい。
炭素繊維としては、密度が1.9g/cm3 未満、好ま
しくは1.8g/cm3 未満の炭素繊維を用いることが
できる。密度がこの1.9g/cm3 より大きい場合に
は、管状体の重量を増加させることになり好ましくな
い。
る炭素繊維としては、ストランドのフィラメント数が2
4000本以下、好ましくは12000本以下、より好
ましくは6000本以下、最も好ましくは3000本以
下の炭素繊維を用いることができる。
00本より大きい場合には、マトリックス樹脂を含浸さ
せたプリプレグを製造するうえで、特に炭素繊維の目付
が小さいプリプレグを製造する場合に目開きを生じやす
くなるため好ましくない。
繊維プリプレグに使用される炭素繊維としては、ピッチ
系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維のいずれ
も用いることができ、特にピッチ系炭素繊維が好まし
い。また高圧縮破断ひずみ層に用いられる炭素繊維プリ
プレグに使用されるマトリックス樹脂としては、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シ
リコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミ
ン樹脂などから選ばれる熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性
樹脂が挙げられ、好ましくはエポキシ樹脂が挙げられ
る。
維の目付には特に制限はないが、通常、20〜300g
/m2 、好ましくは50〜200g/m2 の範囲のもの
が用いられる。強化繊維目付がこの300g/m2 より
大きいと管状体の設計時における自由度が制限されるた
め好ましくない。また、強化繊維目付がこの20g/m
2 より小さいと管状体の製造時にプリプレグに皺(し
わ)が生じやすいため好ましくない。
断強度を有する繊維強化複合材料製管状体を提供するた
め、炭素繊維が管状体の長手方向に対して0°〜±15
°、好ましくは管状体の長手方向に対してほぼ平行であ
る0°〜±5°で配向した炭素繊維プリプレグが積層さ
れることにより形成される。
レグは、本発明の繊維強化複合材料製管状体の肉厚方向
においていずれの位置に積層してもよいが、好ましくは
該管状体のより外側、より好ましくは該管状体の最外層
となるように積層することができる。
リプレグとしては、2つ以上に分けられた、それぞれが
同一形状若しくは非同一形状のプリプレグを用いること
ができる。
レート層、フープ層のうちのいずれか1種、あるいは2
種以上と組み合わせて使用することができる。前記管状
体の半径方向における肉厚の前記高圧縮破断ひずみ層に
対するその他の層、即ち斜交層、ストレート層、フープ
層のうちのいずれか1種、あるいは2種以上と組み合わ
せてなる層の比率は、20:1〜1:20とすることが
できる。
は織物プリプレグ、一方向プリプレグを使用することが
でき、一方向プリプレグが好ましく用いられる。該一方
向プリプレグは強化繊維を固定する目的で横糸を疎に通
すこともできる。
層、斜交層、ストレート層、フープ層各層のVfは通
常、40〜90vol%、好ましくは50〜75vol
%とすることができる。
繊維クロスを重ねて得られたものを巻き付けて管状体を
形成し、管状体の圧潰強度を増すことができる。本発明
の繊維強化複合材料製管状体はテーパを有する管状体で
もテーパを有さない軸に平行な管状体でも良い。
限定されるものではない。本発明における三点曲げ試験
は、支点間距離300mm、圧子径R75mm、支点径
R12.5mm、試験速度5mm/minの条件のもと
で行った。
作所製落錘型衝撃試験機(IITM−18型)を使用
し、支点間距離300mm、圧子径R75mm 支点径
R12.5mm、落錘重量766g、落下高さ1800
mm、衝突時落錘速度6.0m/secの条件のもとで
行った。
合材料の圧縮試験法ASTM D3410に準拠して行
い、圧縮荷重と試験片の断面積から計算される圧縮応力
と圧縮試験片に貼り付けたひずみゲージから得られる圧
縮ひずみとから圧縮弾性率を測定した。なお、本発明に
おける圧縮弾性率の値はVf60%換算値である。ま
た、圧縮破断ひずみはコンポジットの圧縮試験における
実測値である。引張弾性率の値は、ASTM D303
9に準拠して測定して得られた値である。
に、離型剤としてワックスを塗布した後、斜交層として
東レ(株)製P3052S−12(商品名、ポリアクリ
ロニトリル系炭素繊維T700S、引張弾性率230G
Pa、炭素繊維目付125g/m2 、エポキシ樹脂含有
量33wt%)のプリプレグを使用し、それぞれマンド
レル上を3周するようにこのプリプレグを裁断して得ら
れた正負2枚の斜交層プリプレグを、正負の斜交層プリ
プレグの炭素繊維がマンドレルの長手方向に対してそれ
ぞれ+45°、−45°で配向するように、マンドレル
の半周分に相当する距離ほど一方を他方からずらして重
ねた後、マンドレルに巻き付けた。
5S−12(商品名、ポリアクリロニトリル系炭素繊維
M30S、引張弾性率300GPa、炭素繊維目付12
5g/m2 、エポキシ樹脂含有量24wt%)のプリプ
レグを使用し、このプリプレグが斜交層上を4周するよ
うにこのプリプレグを裁断して得られたストレート層プ
リプレグ(1枚)を、該プリプレグの強化繊維がマンド
レルの長手方向と平行となるように斜交層の上に巻き付
けた。
ファイトファイバー(株)製E0526A−10(商品
名、ピッチ系炭素繊維XN−05、引張弾性率50GP
a、炭素繊維目付100g/m2 、エポキシ樹脂含有量
37wt%、圧縮破断ひずみ2.9%、圧縮弾性率32
GPa)のプリプレグを使用し、このプリプレグがスト
レート層上を3周するようにこのプリプレグを裁断して
得られた高圧縮破断ひずみ層プリプレグ(1枚)を、こ
のプリプレグの強化繊維がマンドレルの長手方向と平行
となるように、ストレート層の上に巻き付けた。以上の
積層(巻き付け)により得られた積層体にシュリンクテ
ープを巻き付け、130℃に加熱し脱泡硬化した後、マ
ンドレルを抜きパイプを得た。図1にマンドレルを抜き
取る前の管状体の断面図を示す。図中、1はマンドレル
の平面図を示し、2aは正の斜交層プリプレグ、2bは
負の斜交層プリプレグ、3はストレート層プリプレグ、
4は高圧縮破断ひずみ層プリプレグそれぞれの平面図を
示す。パイプの外径は9.0mmだった。表1に、得ら
れたパイプの三点曲げ物性および衝撃物性を示す。
れた三点曲げ破断荷重(曲げ破断強度のこと)、三点曲
げ破断たわみ、衝撃吸収エネルギーを有していた。本実
施例では、マンドレルに斜交層、ストレート層の順に積
層しているが、ストレート層、斜交層の順に積層しても
よい。
12(商品名、ポリアクリロニトリル系炭素繊維T70
0S、引張弾性率230GPa、炭素繊維目付125g
/m2 、エポキシ樹脂含有量33wt%、圧縮破断ひず
み1.4%、圧縮弾性率130GPa)のプリプレグを
使用した以外は、実施例1と同様にパイプを成形した。
三点曲げ破断荷重、三点曲げ破断たわみ、衝撃吸収エネ
ルギーが低く、劣っていた。
00(商品名、ガラス繊維強化プリプレグ、引張弾性率
73GPa、ガラス繊維目付100g/m2 、エポキシ
樹脂含有量35wt%、圧縮破断ひずみ1.3%、圧縮
弾性率44GPa)のプリプレグを使用し、このプリプ
レグがストレート層上を4周するようにこのプリプレグ
を裁断して得られた高圧縮破断ひずみ層プリプレグを使
用した以外は、実施例1と同様にパイプを成形した。表
1に示すように、比較例2のパイプは、三点曲げ破断荷
重、三点曲げ破断たわみ、衝撃吸収エネルギーが低く、
劣っていた。
3.2mmのテーパを有するマンドレルに離型剤として
ワックスを塗布した後、斜交層として東レ(株)製P3
052S−12(商品名、ポリアクリロニトリル系炭素
繊維T700S、引張弾性率230GPa、炭素繊維目
付125g/m2 、エポキシ樹脂含有量33wt%)の
プリプレグを使用し、それぞれマンドレル上を2.5周
するようにこのプリプレグを裁断して得られた2枚の正
負の斜交層プリプレグを、正負の斜交層プリプレグの炭
素繊維がマンドレルの長手方向に対してそれぞれ+45
°、−45°で配向するように、マンドレルの半周分に
相当する距離ほど一方を他方からずらして重ねた後、マ
ンドレルに巻き付けた。
5S−12(商品名、ポリアクリロニトリル系炭素繊維
M30S、引張弾性率300GPa、炭素繊維目付12
5g/m2 、エポキシ樹脂含有量24wt%)のプリプ
レグを使用し、このプリプレグが斜交層上を3周するよ
うにこのプリプレグを裁断して得られたストレート層プ
リプレグ(1枚)を、該プリプレグの強化繊維がマンド
レルの長手方向とほぼ平行になるように斜交層の上に巻
き付けた。
ファイトファイバー(株)製E1526C−10(商品
名、ピッチ系炭素繊維XN−15、引張弾性率150G
Pa、炭素繊維目付100g/m2 、エポキシ樹脂含有
量33wt%、圧縮破断ひずみ1.8%、圧縮弾性率8
5GPa)のプリプレグを使用し、このプリプレグがス
トレート層上を2周するようにこのプリプレグを裁断し
て、高圧縮破断ひずみ層プリプレグを得た。該プリプレ
グの強化繊維がマンドレルの長手方向とほぼ平行となる
ように高圧縮破断ひずみ層プリプレグ(1枚)をストレ
ート層の上に巻き付けた。
ンクテープを巻き付け、130℃に加熱し脱泡硬化した
後、マンドレルを抜きシャフトを得た。図2にマンドレ
ルを抜く前の管状体の断面図を示す。図中1はマンドレ
ルの平面図を示し、2aは正の斜交層プリプレグ、2b
は負の斜交層プリプレグ、3はストレート層プリプレ
グ、eは高圧縮破断ひずみ層プリプレグそれぞれの平面
図を示す。
m、太径側端部での外径は15.5mmだった。さらに
該シャフトを細径側端部より400mm、800mm部
分で切断し、直径が異なる長さ400mmの3種類の試
験体を得た。3種類の試験体をそれぞれシャフトからの
切り出し位置によって、細径部分、中央部分、太径部分
とした。表2に、得られたシャフトの三点曲げ物性を示
す。表2に示すように、実施例2のシャフトは、細径部
分、中央部分、太径部分のいずれにおいても優れた三点
曲げ破断荷重を有していた。
12(商品名、ポリアクリロニトリル系炭素繊維M30
S、引張弾性率300GPa、炭素繊維目付125g/
m2、エポキシ樹脂含有量 24wt%、圧縮破断ひず
み0.9%、圧縮弾性率175GPa)のプリプレグを
使用した以外は、実施例2と同様にシャフトを成形し
た。
は、細径部分、中央部分、太径部分のいずれにおいても
三点曲げ破断荷重が低く、劣っていた。
た曲げ破断強度、曲げ破断たわみ、衝撃吸収エネルギー
を有する繊維強化複合材料製管状体を得ることができ
る。
れの平面図および実施例1で製造した管状体の断面図で
ある。
れの平面図および実施例2で製造した管状体の断面図で
ある。
負の斜交層プリプレグ、3:ストレート層プリプレグ、
4:高圧縮破断ひずみ層プリプレグ。
Claims (2)
- 【請求項1】 管状体の長手方向に対して0°〜±15
°で配向した炭素繊維を含む高圧縮破断ひずみ層を含
み、該高圧縮破断ひずみ層の炭素繊維の配向方向に対す
る圧縮破断ひずみが1〜5%かつ該炭素繊維の繊維体積
含有率を60%として換算した炭素繊維の配向方向の圧
縮弾性率が3〜120GPaであることを特徴とする繊
維強化複合材料製管状体。 - 【請求項2】 前記管状体がさらに斜交層およびストレ
ート層を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の
繊維強化複合材料製管状体。
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