CN101407108B - 管状体的制造方法及该管状体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种FRP管状体的制造方法。该制造方法包括以下步骤:将含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件缠绕在心轴上,从而获得中间成形体;施加压力,将缠绕带缠绕在中间成形体(6)的外围表面;固化其上缠绕了缠绕带的中间成形体上的基质树脂;并且在固化步骤后,拉出心轴并且除去缠绕带,从而制得固化管状体。优选使用织物带作为缠绕带。在带子缠绕步骤中,施加在织物带(8)上的张应力被优选设为等于或大于5MPa并且等于或小于150MPa。在该制造方法中,在缠绕步骤后的步骤中,基质树脂可以被有效地抽出。
Description
本申请要求于2007年10月11日在日本提交的专利申请No.2007-265788、2008年1月21日在日本提交的专利申请No.2008-009993和2008年2月29日在日本提交的专利申请No.2008-049412的优先权,将其全部内容引入本文以作参考。
技术领域
本发明涉及一种由纤细增强树脂形成的管状体的制造方法,以及由该制造方法形成的管状体。
背景技术
近年来,随着体弱的老年和女性高尔夫球员数量的增加,人们希望能研发出一种高尔夫球杆杆身(在下文中表示为杆身),能够以较小的力增大飞行距离。具体的说,降低杆身的重量被认为是一种解决该问题的有效的方法,并且已经有了各种措施。
关于这些措施,首先,关于材料可以将钢材改变为CFRP(碳纤维增强塑料)。同时在CFRP中,增强了碳纤维的强度、改变了树脂的物理特性、或增强了碳纤维和树脂的结合强度,从而提高整个杆身的强度,因此相应地减轻了重量。此外,关于结构的措施,以一定的角度排列或层叠纤维以增大强度,从而强度增大并且随着强度增大而相应地减轻了重量。
·由纤维增强树脂形成的管状体(在下文中表示为FRP管状体)有多种用途。对于制造FRP管状体的方法,熟知的有使用缠绕带的制造方法。在该制造方法中,将层带状的FRP材料缠绕在心轴(芯棒)上,然后施加预定的压力,同时在其上缠绕树脂带。通常,树脂带被称为缠绕带。在缠绕带上施加了成形压力。
最后将缠绕带除去。为了易于将其除去,优选具有较高脱模特性的缠绕带。日本未审查的专利公开No.2002-144439公开了一种缠绕带,其内表面具有织物花纹以提高脱模特性。更具体的说,公开了一种其中织物和树脂膜互相整合的缠绕带。
发明内容
为了减轻由CFRP形成的杆身的重量,如上所述,人们采用了增强纤维或树脂强度或纤维和树脂之间的结合强度的方法以增大整个杆身的强度,从而可以随着强度的增大相应地减轻重量。通过这些方法,可以减轻杆身的重量。然而,增大强度而相应地减轻重量的发展也有限度。另一方面,高尔夫球员的需求是无止境的,需要再稍微增加一点飞行距离。实现增大飞行距离的方法包括减轻杆身的重量,并且对减轻杆身重量的需求是无止境的。为了满足这种需求,人们采用了一种技术,牺牲了与杆身的刚度有关的特性(弹性和转矩),同时保持杆身所需要的最低强度。然而,通过该技术减轻重量也有限度,并且降低刚度也会影响杆的功能。如何进一步减轻重量同时保持杆身的刚度就显得非常重要。
关于实现减轻重量同时保持杆身的刚度的方法,可以推荐使用具有较高纤维含量的CFRP。换句话说,通过增大主要使管状体具有强度和刚度以形成产品的纤维的含量,可以提高每单位重量的强度和刚度,因此减轻了重量。然而,在形成具有较高纤维含量的CFRP的过程中,粘着特性不足。因此,难以进行成形,此外,空气容易进入纤维增强树脂组件层。此外,在这种情况下,本身在材料中也含有大量的空气。因此,大量空气会进入整个管状体。空气会造成空穴,降低管状体的强度和耐用性。
因此,难以同时保持强度和刚度并减轻重量。
此外,在根据前述工艺的缠绕带中,织物和树脂膜的伸展率互不相同。因此,可能会产生以下几种现象:在施加压力时织物和树脂膜局部互相分离、带子发生扭曲、带子发生弯曲、以及成形压力发生变化。由于这些现象,FRP管状体的表面容易不均匀,从而容易制造出有缺陷的产物,或者强度容易不均一。
具有较小重量和较大强度的FRP管状体有多种用途。在FRP管状体例如高尔夫球杆杆身中,需要减轻重量。具有较小重量的高尔夫球杆杆身可以使球杆头速度和飞行距离增大。在本发明中,获得具有较小重量的FRP管状体的制造方法是基于全新的技术思想而发现的。在该制造方法中,缠绕缠绕带的步骤与传统方法不同。在该制造方法中,纤维增强树脂中含有的树脂可以被吸收入缠绕带中。
本发明的一个目的在于提供一种管状体的制造方法,其在制造过程中可以降低树脂的含量。
根据本发明的FRP管状体的制造方法包括以下步骤:
(1)将含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件缠绕在心轴上,从而获得中间成形体;
(2)施加压力,将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面;
(3)加热其上缠绕了缠绕带的中间成形体,从而使基质树脂固化;以及
(4)在固化步骤后,拉出心轴并且除去缠绕带,从而制得固化管状体。
在该制造方法中,使用织物带作为缠绕带。在该制造方法中,在带子缠绕步骤中,织物带直接缠绕在中间成形体的外围表面上。
在一个优选的制造方法中,带子缠绕步骤包括:
(5)在中间成形体的外围表面上缠绕织物带的第一缠绕步骤,以及
(6)在第一缠绕步骤后缠绕树脂膜带的第二缠绕步骤。
在第一缠绕步骤中施加在织物带上的张应力T1被优选设为等于或大于5(Mpa)并且等于或小于150(Mpa)。
当在第一缠绕步骤中在织物带上施加的张应力被表示为T1、并且在第二缠绕步骤中在树脂膜带上施加的张应力被表示为T2时,比率(T1/T2)被优选设为等于或大于0.1并且等于或小于0.95。
树脂膜带的内表面优选具有硅型或氟型涂布材料。
根据本发明的FRP管状体的另一个制造方法包括以下步骤:
(7)在心轴上缠绕含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件,从而获得中间成形体;
(8)施加压力,将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面;
(9)加热其上缠绕了缠绕带的中间成形体,从而使基质树脂固化;以及
(10)在固化步骤后,拉出心轴并且除去缠绕带,从而制得固化管状体。当中间成形体的纤维含量被表示为Z1(重量%)、并且固化管状体的纤维含量被表示为Z2(重量%)时,差值(Z2—Z1)等于或大于3wt%并且等于或小于25wt%。
根据本发明的FRP管状体的另一个制造方法包括以下步骤:
(1)在心轴上缠绕含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件,从而获得中间成形体;
(2)施加压力,将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面;
(3)加热其上缠绕了缠绕带的中间成形体,从而使基质树脂固化;以及
(4)在固化步骤后,拉出心轴并且除去缠绕带,从而制得固化管状体。带子缠绕步骤包括:
(5a)在中间成形体的外围表面上缠绕织物带的第一缠绕步骤;以及
(6a)在第一缠绕步骤后缠绕橡胶带的第二缠绕步骤。
在第一缠绕步骤中施加在织物带上的张应力T1被优选设为等于或大于5(Mpa)并且等于或小于150(Mpa)。
当在第一缠绕步骤中在织物带上施加的张应力被表示为T1、并且在第二缠绕步骤中在橡胶带上施加的张应力被表示为T2时,比率(T1/T2)被优选设为等于或大于0.1。
橡胶带的内表面优选具有硅型或氟型涂布材料。
根据本发明的FRP管状体的另一个制造方法包括以下步骤:
(7a)在心轴上缠绕含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件,从而获得中间成形体;
(8a)施加压力,将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面;
(9a)加热其上缠绕了缠绕带的中间成形体,从而使基质树脂固化;以及
(10a)在固化步骤后,拉出心轴并且除去缠绕带,从而制得固化管状体。带子缠绕步骤包括使用橡胶带作为缠绕带的步骤。当中间成形体的纤维含量被表示为Z1(重量%)、并且固化管状体的纤维含量被表示为Z2(重量%)时,差值(Z2—Z1)等于或大于3wt%并且等于或小于25wt%。
根据本发明的FRP管状体的另一个制造方法包括以下步骤:
(1)在心轴上缠绕含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件,从而获得中间成形体;
(2)施加压力,将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面;
(3)加热其上缠绕了缠绕带的中间成形体,从而使基质树脂固化;以及
(4)在固化步骤后,拉出心轴并且除去缠绕带,从而制得固化管状体。在该制造方法中,缠绕带为织物带。
在带子缠绕步骤中施加在织物带上的张应力T1优选为等于或大于5(Mpa)并且等于或小于150(Mpa)。
在带子缠绕步骤中,在从管状体顶端位置Tp1至管状体底端(平头端)位置Bt1的所有位置,缠绕的织物带的缠绕层数L1优选为一层以上。
当中间成形体的纤维含量被表示为Z1(重量%)、并且固化管状体的纤维含量被表示为Z2(重量%)时,差值(Z2—Z1)等于或大于3wt%并且等于或小于25wt%。
根据本发明的管状体可以通过如上所述的任意一种制造方法制得。
根据本发明,在制造过程中可以降低纤维含量,从而制得具有较小重量的管状体。
附图说明
图1所示为根据本发明的一个实施方式中可以使用的心轴和预浸料的示意图;
图2所示为根据本发明的第一缠绕步骤的一个实施例的局部截面透视图;
图3所示为根据本发明的第二缠绕步骤的一个实施例的局部截面透视图;
图4所示为根据本发明的树脂膜带的截面图;
图5所示为根据本发明的另一个实施方式中可以使用的心轴和预浸料的示意图;
图6所示为根据本发明的第一缠绕步骤的一个实施例的局部截面透视图;
图7所示为根据本发明的第二缠绕步骤的一个实施例的局部截面透视图;
图8所示为根据本发明的橡胶带的截面图;
图9所示为根据本发明的另一个实施方式中可以使用的心轴和预浸料的示意图;
图10所示为根据本发明的第一缠绕步骤的一个实施例的局部截面透视图;以及
图11所示为根据本发明的第一缠绕步骤的一个实施例的局部截面透视图。
具体实施方式
下面将参考附图基于优选实施方式对本发明进行详细描述。
参考图1~4,首先描述的是使用织物带和树脂膜带作为缠绕带的一个实施方式。
在根据本发明的一个使用织物带和树脂膜带的制造方法中,制得了由纤维增强树脂形成的管状体(FRP管状体)。图1所示是描述根据本发明的一个实施方式的制造方法的示意图。关于制造管状体的方法的一个实施例,描述的是制造高尔夫球杆杆身的方法。在该制造方法中,首先,制备心轴2和纤维增强树脂组件4。心轴2也被称为芯棒。心轴2典型的材料为金属例如钢。心轴2的中心轴基本是直线。心轴2的截面形状为圆形。心轴2具有锥度。通过这种锥度,心轴2朝其一端变细。心轴2可以局部平行。换句话说,心轴2可以局部包括具有恒定直径的部分。在整个心轴2中,直径可以恒定。
心轴2形成了最后制得的管状体的中空部分。管状体的中空部分的形状由心轴2的形状所决定。如下所述,在随后的步骤中将心轴2拉出。为了容易进行拉出,优选在心轴2的表面涂布润滑剂。
在该制造方法中,首先,进行将纤维增强树脂组件缠绕在心轴上的步骤。该步骤在下文中表示为缠绕步骤。
在缠绕步骤之前,制备纤维增强树脂组件。在本实施方式中,纤维增强树脂组件为片状。在本实施方式中,纤维增强树脂组件为预浸料4。其中缠绕片状纤维增强树脂组件的制造方法也被称为片缠绕方法。对于纤维增强树脂组件,除了预浸料4以外,还例举了液体树脂浸渍纤维。使用纤维的方法的例子包括所谓的细丝缠绕法。该制造方法也可以采用细丝缠绕法。
预浸料4包括纤维和基质树脂。纤维为碳纤维。预浸料4的碳纤维在同一个方向排列。如下所述,也可以采用除了碳纤维以外的纤维。为了获得具有高强度和小重量的管状体,优选为碳纤维。在缠绕步骤中,基质树脂没有完全固化。因此预浸料4具有弹性。弹性使得预浸料4可以缠绕在心轴2上。如下所述,基质树脂并无特别限制,但优选为环氧树脂。
在缠绕步骤前,将预浸料4切割为预定的形状。在图1所示的实施方式中,使用了六种预浸料4。在图1所示的实施方式中,显示了切割的作为预浸料4例子的片材s1~s6。预浸料4包括用于所谓的斜层的片材s1~s2、用于直层的片材s3、s5~s6、以及用于箍层的s4。预浸料4包括位于杆身全长上的全长片材s1~s5和位于杆身纵向局部的局部片材s6。预浸料4的规格并无特别限制。预浸料4的形状、厚度、纤维类型、纤维含量等并无特别限制。
在缠绕步骤中,依次将片材s1~s6缠绕在心轴2上。在缠绕前,将片材s2层叠在片材s1上。将这样层叠的片材组缠绕在心轴2上。在层叠时,片材s2是反转的。通过使其反转,片材s1的纤维和片材s2的纤维以互相相反的方向排列。在图1中,在片材s1~s6中所述的角度表示的是由杆身的轴向方向和纤维的方向所形成的角度。
例如,手工缠绕片材s1~s6。也可以使用缠绕机(也被称为滚动机)。通过缠绕步骤制得中间成形体6。中间成形体6由缠绕的预浸料4所组成。中间成形体6的截面由螺旋状的层所形成。该层由预浸料4所形成。
接下来进行带子缠绕步骤。在带子缠绕步骤中,缠绕带缠绕在中间成形体6的外围表面。图2和3所示为带子缠绕步骤状态的局部截面透视图。在图2和3的截面中,示意的中间成形体6为单层。实际上,如上所述的形成的中间成形体6是多层的。
在带子缠绕步骤中,使用了8和10两根缠绕带。织物带8作为第一缠绕带。树脂膜带10作为第二缠绕带。
带子缠绕步骤包括第一缠绕步骤和第二缠绕步骤。在第一缠绕步骤中,使用了织物带8。在织物带8中,使用织物作为基底材料。在第二缠绕步骤中,使用了树脂膜带10。在树脂膜带10中,使用树脂膜作为基底材料。在第一缠绕步骤后进行第二缠绕步骤。第一缠绕步骤的状态如图2所示。第二缠绕步骤的状态如图3所示。
在第一缠绕步骤中,织物带8直接缠绕在中间成形体6的外围表面。中间成形体6的外围表面紧靠着织物带8。织物带8紧贴着中间成形体6的外围表面。
如图2所示,在第一缠绕步骤中织物带8螺旋缠绕。为了进行螺旋缠绕,中间成形体6的轴向与织物带8的纵向不垂直。织物带8在中间成形体6上缠绕时不留空隙。为了不留空隙,织物带8的宽度W1大于缠绕斜度P1。缠绕斜度P1如图2中双箭头所示。换句话说,织物带8以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。通过已知的缠绕机缠绕织物带8。织物带8缠绕满中间成形体6的全长。作为第一缠绕步骤的结果,整个中间成形体6都包裹了织物带8。使用粘胶带等将织物带8的两端(缠绕开始端和缠绕结束端)固定在中间成形体6上。通过固定两端,可以防止织物带8自然解缠绕。
施加压力F1缠绕织物带8。通过压力F1,使用织物带8固定了中间成形体6。通过缠绕织物带8,可以制得织物包裹体12。使用织物带8包裹中间成形体6制得织物包裹体12。
在第二缠绕步骤中,树脂膜带10直接缠绕在织物包裹体12的外围表面。织物包裹体12的外围表面紧靠着树脂膜带10。树脂膜带10紧贴着织物包裹体12的外围表面。换句话说,树脂膜带10紧贴着织物带8。
如图3所示,在第二缠绕步骤中树脂膜带10螺旋缠绕。为了进行螺旋缠绕,织物包裹体12的轴向与树脂膜带10的纵向不垂直。树脂膜带10在织物包裹体12上缠绕时不留空隙。为了不留空隙,树脂膜带10的宽度W2大于缠绕斜度P2。缠绕斜度P2如图3中双箭头所示。换句话说,树脂膜带10以在其横向方向(宽度方向)上部分重叠的方式螺旋缠绕。通过已知的缠绕机缠绕树脂膜带10。树脂膜带10缠绕满织物包裹体12的全长。作为第二缠绕步骤的结果,整个织物包裹体12都包裹了树脂膜带10。使用粘胶带等将树脂膜带10的两端(缠绕开始端和缠绕结束端)固定在织物包裹体12上。通过固定两端,可以防止树脂膜带10自然解缠绕。
施加压力F2缠绕树脂膜带10。通过压力F2,使用树脂膜带10固定了织物包裹体12。
通过上述第一缠绕步骤和第二缠绕步骤,使用织物带8和树脂膜带10使中间成形体6成为固定状态。
虽然通过织物带8在织物包裹体12表面形成了螺旋花纹,但由织物带8形成的螺旋花纹在图3中没有显示。
接下来,进行固化步骤。在固化步骤中,在缠绕了织物带8和树脂膜带10的中间成形体6中,基质树脂被固化。固化步骤指的是加热步骤。通过加热炉进行加热。根据基质树脂的规格适当设置加热温度和加热时间。加热步骤(固化步骤)优选包括在预定温度下进行加热的第一阶段和在比第一阶段更高的温度下进行加热的第二阶段。在使用环氧树脂作为基质树脂的情况下,加热步骤(固化步骤)优选包括在60~115℃的温度下加热10~120分钟的第一阶段和在第一阶段后在120~200℃的温度下加热60~240分钟的第二阶段。通过第一阶段,树脂的粘性下降,从而能够增强树脂的流动性。通过第二阶段,能够有效地进行环氧树脂的固化操作。
通过第一阶段的加热,树脂容易流动,从而使树脂能够易于转移至织物带。为了延长树脂的流动时间,从而增加树脂向织物带的转移,第一阶段的加热时间进一步优选为等于或大于15分钟并且更进一步优选为等于或大于20分钟。为了延长树脂的流动时间,从而增加树脂向织物带的转移,第一阶段的加热温度进一步优选为等于或低于100℃并且更进一步优选为等于或低于90℃。
在固化步骤后进行的是拉出心轴2并且除去缠绕带从而制得固化管状体的步骤。对于除去缠绕带,先除去树脂膜带10然后除去织物带8。可以先拉出心轴2也可以先除去缠绕带。就可操作性而言,优选在拉出心轴2后除去缠绕带。
固化管状体通常要进行修整,从而制得最终产品的管状体。修整可以包括切割两端、表面抛光、涂布等工作。
图4所示是树脂膜带10的截面图。树脂膜带10具有由树脂膜组成的基底材料14和涂布剂16。树脂膜带10具有两层结构,包括基底材料14和涂布剂16。涂布剂16位于基底材料14的内表面。对于涂布剂16,优选为氟型化合物和硅型化合物。为了抑制在织物带8上产生皱纹,涂布剂可以位于织物带8的内表面。
如上所述,在本发明中,在纤维增强树脂组件中含有的树脂在制造过程中可以转移到织物带8中。织物带8在织物纤维中具有空隙或小孔。因此,织物带8可以吸收和/或传送树脂。通过织物带8,基质树脂可以易于流出至成形体的外侧,从而提高管状体的纤维含量。因此,可以实现减轻管状体的重量。
关于增加FRP管状体的纤维含量的方法,可以使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件。高纤维含量指的是树脂含量较低。具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较低的粘着特性(粘附性)。因此,具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较低的纤维增强树脂组件的粘性。具有较低粘附性的纤维增强树脂组件即使缠绕好了也容易解缠绕。在具有较低粘着特性的纤维增强树脂组件中,难以在心轴2上进行缠绕,并且在缠绕过程中容易产生皱纹。此外,粘附性较差。因为这个原因,螺旋缠绕的纤维增强树脂组件层中容易含有空气,从而使管状体的强度和耐用性变差。具有较低粘附性的纤维增强树脂组件容易造成生产率下降和成形失败。
在固化步骤的加热工作的最初阶段,纤维增强树脂组件中的树脂(基质树脂)通过加热而具有流动性。在这种情况下,可以使纤维增强树脂组件中含有的空气或层叠层之间存在的空气(流动空气)通过可流动的基质树脂发生转移并且传送,从而向外排出。具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较小的树脂比例。因此,空气难以随着基质树脂的流动进行转移和传送。
因此,在使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件的管状体中,由于粘着特性较低而容易含有空气。此外,空气难以随着基质树脂的流动而排出。因此,空隙容易留在形成的管状体中,从而耐用性容易下降。
在根据本发明的制造方法中,施加压力将织物带8直接缠绕在中间成形体的外表面上,然后,施加压力将树脂膜带10缠绕在其外表面。通过该制造方法,在纤维增强树脂组件中含有的树脂在加热步骤中被吸收进入织物带8。通过吸收,可以在不使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件的情况下增加FRP管状体的纤维含量。因此,可以使用具有较高粘着特性的纤维增强树脂组件,并且容易随着基质树脂的流动而将空气排出。此外,织物带8也可以吸收或传送中间成形体6中含有的空气。因此,造成空隙的空气容易被排出,从而可以增强FRP管状体的强度。此外,通过树脂膜带10向中间成形体6施加较大的压力,可以更容易排出造成空隙的空气,从而增强FRP管状体的强度。
在缠绕纤维增强树脂组件之后,树脂被吸收进入织物带8。在本发明中,可以在不使用具有过低粘附性的纤维增强树脂组件的情况下获得具有较高纤维含量的FRP管状体。换句话说,在本发明中,可以容易缠绕纤维增强树脂组件,同时实现提高纤维含量。由于在制造过程中,纤维含量增大,可以实现减轻重量,同时保持成形特性和生产率。
在本发明中,树脂膜带10缠绕在织物带8外侧。实质上其间不传送空气和树脂的树脂膜带10被缠绕在织物带8的外侧,从而可以更进一步促进树脂由纤维增强树脂组件转移至织物带8。此外,中间成形体6中含有的空气可以转移至织物带8。因此,可以制得其中流动空气和空隙都得到抑制的FRP管状体。
如上所述,在JP-A-2002-144439中所述的缠绕带中,织物和树脂膜互相整合在一起。同样在带子中,树脂也可能被吸收进入织物部分。然而,在整合的带子中,发现树脂吸收效果实际比较差。
吸收效果较差的原因推测如下。缠绕带以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。因此,在螺旋缠绕的缠绕带中存在缠绕带相互重叠的重叠部分。换句话说,重叠部分的内侧缠绕带(内侧带子)紧贴着中间成形体,并且外侧缠绕带(外侧带子)位于内侧带子的外侧。在使用传统的整合的缠绕带的情况下,内侧带子上存在的树脂膜层位于外侧带子和中间成形体之间。树脂膜层其间无法传送树脂也无法传送空气。因此,在使用传统的整合的缠绕带的情况下,在重叠部分内侧带子的树脂膜层阻挡了树脂和空气向外侧带子的织物层的转移。因此,在使用传统的整合的缠绕带的情况下,树脂和空气转移至织物层就比较困难。
此外,在其中织物和树脂膜互相整合一起的带子中,织物和树脂膜之间的空隙减少了。因此,可以推测其树脂吸收效果较差。此外,在传统的整合带子中,织物和树脂膜层之间存在的粘合剂层的一部分渗透了织物的内部,并且织物本身的空隙变小了。因此,可以推测其树脂吸收效果较差。
另一方面,在本发明中,织物带在重叠部分互相重叠。在重叠部分,树脂带层没有位于织物带内侧。因此,树脂和空气可以转移至包括重叠部分的整个织物带。这样,树脂和空气可以易于转移至织物带。
此外,在本发明中,织物带8和树脂膜带10互相分离,并且分别缠绕。因此,织物带8和树脂膜带10之间的空隙容易增大。因此,树脂和空气能够易于转移至织物层。
如上所述,织物带8以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。因此,通过螺旋缠绕织物带8,形成了有凹有凸的部分(凹-凸部分)。织物带8互相重叠的部分的厚度是织物带8没有互相重叠的部分的厚度的两倍。因此,凹-凸部分是由织物带8互相重叠的部分和织物带8没有互相重叠的部分形成的。此外,织物带8横向方向上的边缘9(参见图2)形成对应于织物带8厚度的阶梯和作为凹-凸部分的阶梯。通过凹-凸部分,织物带8和树脂膜带10之间的空隙增大。树脂和空气可以进入空隙。因此,树脂和空气可以易于转移至织物带8一侧。
在第二缠绕步骤中,施加压力F2将树脂膜带10缠绕在织物包裹体12上。由于压力F2,在某些情况下外侧缠绕了树脂膜带10的织物带8上会产生皱纹。涂布剂16可以抑制皱纹产生。在第二缠绕步骤中,涂布剂16可以降低织物带8和树脂膜带10之间的摩擦。由于降低了摩擦,可以抑制在织物带8中产生皱纹。此外,涂布剂16使树脂膜带10具有脱模特性。脱模特性可以使树脂膜带10易于被除去。
如上所述,施加压力F1缠绕织物带8,并且施加压力F2缠绕树脂膜带10。定义在第一缠绕步骤中施加在织物带8上的张应力为T1,并且在第二缠绕步骤中施加在树脂膜带10上的张应力为T2。张应力T1是通过将压力F1除以织物带8的截面面积s1获得的。更具体的说,设定[T1=F1/s1]。织物带8的截面积s1是在没有施加压力的状态(自由状态)下测定的。张应力T1指的是缠绕前瞬间作用在织物带8上的张应力。张应力T1指的不是在缠绕状态下作用在织物带8上的张应力。张应力T2是通过将压力F2除以树脂膜带10的截面面积s2获得的。更具体的说,设定[T2=F2/s2]。树脂膜带10的截面积s2是在没有施加压力的状态(自由状态)下测定的。张应力T2指的是缠绕前瞬间作用在树脂膜带10上的张应力。张应力T2指的不是在缠绕状态下作用在树脂膜带10上的张应力。
为了增加转移至织物带8的树脂的量,并且抑制织物带8松脱,张应力T1优选为等于或大于5Mpa,进一步优选为等于或大于10Mpa,进一步优选为等于或大于20Mpa,进一步优选为等于或大于25Mpa,并且更进一步优选为等于或大于30Mpa。为了抑制管状体的表面产生阶梯并且减少使管状体表面平滑的抛光的量,张应力T1优选为等于或小于150Mpa,进一步优选为等于或小于100Mpa,并且更进一步优选为等于或小于60Mpa。
为了增加转移至织物带8的树脂的量,张应力T2优选为等于或大于40Mpa,进一步优选为等于或大于50Mpa,并且更进一步优选为等于或大于65Mpa。为了防止树脂膜带10断裂,张应力T2优选为等于或小于200Mpa,进一步优选为等于或小于180Mpa,并且更进一步优选为等于或小于150Mpa。
优选张应力T2应该大于张应力T1。通过设置T2>T1,可以增加转移至织物带8的树脂的量。通过相对减小张应力T1,可以易于保持织物带8的空隙。通过相对增加张应力T2,可以增大对中间成形体6的固定力,同时能保持织物带8的空隙。因此,由于T2>T1,树脂可以易于转移至织物带8。此外,通过设置T2>T1,可以减小FRP管状体中的空隙。
为了抑制在第二缠绕步骤中在织物带8上产生皱纹,比率(T1/T2)优选为等于或大于0.1,进一步优选为等于或大于0.2,并且更进一步优选为等于或大于0.4。为了增加移动至织物带8的树脂,比率(T1/T2)优选为等于或小于0.95,进一步优选为等于或小于0.9,并且更进一步优选为等于或小于0.8。
在本发明中,中间成形体6的纤维含量被表示为Z1(重量%),并且固化管状体的纤维含量被表示为Z2(重量%)。出于减轻重量目的,差值(Z2—Z1)优选为等于或大于3wt%,进一步优选为等于或大于4wt%,进一步优选为等于或大于5wt%,并且更进一步优选为等于或大于6wt%。在过度除去树脂的情况下,缠绕带难以被除去,从而使生产率有下降的趋势。从这点考虑,差值(Z2—Z1)优选为等于或小于25wt%,进一步优选为等于或小于20wt%,进一步优选为等于或小于15wt%,并且更进一步优选为等于或小于10wt%。
将差值(Z2—Z1)设为等于或大于3wt%并且等于或小于25wt%的制造方法并不限于包括第一缠绕步骤和第二缠绕步骤的制造方法。对于该制造方法,例举了在缠绕步骤只缠绕织物带8的制造方法。该制造方法与如上所述的制造方法相同,除了没有包括第二缠绕步骤外。
中间成形体6的纤维含量Z1并无特别限制。为了增大FRP管状体的刚度和强度,纤维含量Z1优选为等于或大于50wt%,进一步优选为等于或大于60wt%,并且更进一步优选为等于或大于70wt%。为了提高缠绕工作的生产率并且抑制缠绕失败,纤维含量Z1优选为等于或小于85wt%,进一步优选为等于或小于80wt%,并且更进一步优选为等于或小于75wt%。中间成形体6的纤维含量Z1等于纤维增强树脂组件(预浸料4)的纤维含量。纤维含量Z1可以根据纤维增强树脂组件(预浸料4)的产品数据来确定。
固化管状体的纤维含量Z2并无特别限制。为了减轻FRP管状体的重量,纤维含量Z2优选为等于或大于60wt%,进一步优选为等于或大于70wt%,进一步优选为等于或大于75wt%,并且更进一步优选为等于或大于80wt%。在其中树脂被过度转移的情况下,由于从中间成形体6排出的树脂,缠绕带难以被除去。因此,生产率有下降的趋势。从这点考虑,纤维含量Z2优选为等于或小于95wt%,进一步优选为等于或小于90wt%,进一步优选为等于或小于85wt%,并且更进一步优选为等于或小于83wt%。纤维含量Z2的值是跟据纤维含量Z1的值、中间成形体6的重量、以及除去的树脂的重量计算而得的。
通常考虑到脱模特性、固定力、强度等,织物带8的纤维优选为尼龙纤维和聚酯纤维。织物带8的厚度d1并无特别限制。为了增大被织物带8吸收的树脂的量并且增大织物带8和树脂膜带10之间的空隙,织物带8的厚度d1优选为等于或大于50μm,进一步优选为等于或大于70μm,并且更进一步优选为等于或大于90μm。为了抑制产生皱纹并且降低成本,织物带8的厚度d1优选为等于或小于150μm,进一步优选为等于或小于140μm,并且更进一步优选为等于或小于130μm。
织物带8的宽度W1并无特别限制。为了增大织物带8可以吸收的树脂的量,织物带8的宽度W1优选为等于或大于5mm,进一步优选为等于或大于7mm,并且更进一步优选为等于或大于10mm。为了抑制产生皱纹并且容易固定中间成形体6,织物带8的宽度W1优选为等于或小于35mm,进一步优选为等于或小于30mm,并且更进一步优选为等于或小于25mm。
织物带8的纹理并无特别限制。纹理的例子包括平织、缎面织和斜纹织。当织物带8受力过度拉伸时,树脂可以进入的空隙和可以吸收进入织物的树脂的量会有减少的趋势。为了防止过度受力拉伸,优选纹理具有方向与织物带8的纵向方向几乎平行排列的纱线。
树脂膜带10的基底材料14的材料的例子包括聚丙烯树脂和聚酯树脂。优选这些树脂是因为很大的张力强度。此外,优选采用在纤维增强树脂组件中树脂的弹性会下降的温度范围内会收缩的树脂膜带。例如,优选采用通过层叠聚丙烯树脂层和聚酯树脂层制得的组合膜。
树脂膜带10的厚度d2并无特别限制。为了防止树脂膜带10由于压力F2而断裂,树脂膜带10的厚度d2优选为等于或大于10μm,进一步优选为等于或大于15μm,进一步优选为等于或大于20μm,并且更进一步优选为等于或大于25μm。为了抑制产生皱纹并且降低成本,树脂膜带10的厚度d2优选为等于或小于150μm,进一步优选为等于或小于120μm,进一步优选为等于或小于100μm,并且更进一步优选为等于或小于50μm。
树脂膜带10的宽度W2并无特别限制。为了防止在管状体的表面产生阶梯,树脂膜带10的宽度W2优选为等于或大于10mm,进一步优选为等于或大于12mm,并且更进一步优选为等于或大于14mm。为了抑制在缠绕中产生皱纹,树脂膜带10的宽度W2优选为等于或小于35mm,进一步优选为等于或小于30mm,并且更进一步优选为等于或小于25mm。
纤维增强树脂组件的纤维并无特别限制。纤维的例子包括无机纤维、有机纤维和金属纤维。无机纤维的例子包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维。有机纤维的例子包括聚乙烯纤维和聚酰胺纤维。多种纤维可以组合使用。为了获得具有较小重量同时能够保持高尔夫球杆杆身所需要的刚度的管状体,纤维的弹性拉伸模量优选为等于或大于5t/mm2,进一步优选为等于或大于10t/mm2,并且更进一步优选为等于或大于24t/mm2。考虑到纤维的可用性,纤维的弹性拉伸模量优选为等于或小于100t/mm2。弹性拉伸模量是根据日本工业标准JIS R7601:1986“碳纤维测试方法”进行测定的。
接下来,参考图5~8,对使用织物带和橡胶带作为缠绕带的实施方式进行描述。
在根据本发明的一个使用织物带和橡胶带的制造方法中,制得了由纤维增强树脂形成的管状体(FRP管状体)。图5所示是描述根据本发明的一个实施方式的制造方法的示意图。作为制造管状体的方法的一个实施例,描述的是制造高尔夫球杆杆身的方法。在该制造方法中,首先,制备心轴2a和纤维增强树脂组件4a。心轴2a也被称为芯棒。心轴2a典型的材料为金属例如钢。心轴2a的中心轴基本是直线。心轴2a的截面形状为圆形。心轴2a具有锥度。通过这种锥度,心轴2a朝其一端变细。心轴2a可以局部平行。换句话说,心轴2a可以局部包括具有恒定直径的部分。在整个心轴2a中,直径可以恒定。
心轴2a形成了最后制得的管状体的中空部分。管状体的中空部分的形状由心轴2a的形状所决定。如下所述,在随后的步骤中将心轴2a拉出。为了容易进行拉出,优选在心轴2a的表面涂布润滑剂。
在该制造方法中,首先,进行将纤维增强树脂组件缠绕在心轴上的步骤。
在缠绕步骤之前,制备纤维增强树脂组件。在本实施方式中,纤维增强树脂组件为片状。在本实施方式中,纤维增强树脂组件为预浸料4a。其中缠绕片状纤维增强树脂组件的制造方法也被称为片缠绕方法。对于纤维增强树脂组件,除了预浸料4a以外,还例举了液体树脂浸渍纤维。使用纤维的方法的例子包括所谓的细丝缠绕法。该制造方法也可以采用细丝缠绕法。
预浸料4a包括纤维和基质树脂。纤维为碳纤维。预浸料4a的碳纤维在同一个方向排列。如下所述,也可以采用除了碳纤维以外的纤维。为了获得具有高强度和小重量的管状体,优选为碳纤维。在缠绕步骤中,基质树脂没有完全固化。因此预浸料4a具有弹性。弹性使得预浸料4a可以缠绕在心轴2a上。如下所述,基质树脂并无特别限制,但优选为环氧树脂。
在缠绕步骤前,将预浸料4a切割为预定的形状。在图5所示的实施方式中,使用了六种预浸料4a。在图5所示的实施方式中,显示了切割的作为预浸料4a例子的片材h1~h6。预浸料4a包括片材h1~h2、片材h3、h5~h6、片材h4分别作为所谓的斜层、直层和箍层。预浸料4a包括位于杆身全长上的全长片材h1~h5和位于杆身纵向局部的局部片材h6。预浸料4a的规格并无特别限制。预浸料4a的形状、厚度、纤维类型、纤维含量等并无特别限制。
在缠绕步骤中,依次将片材h1~h6缠绕在心轴2a上。在缠绕前,将片材h2层叠在片材h1上。将这样层叠的片材组缠绕在心轴2a上。在层叠时,片材h2是反转的。通过使其反转,片材h1的纤维和片材h2的纤维以互相相反的方向排列。在图5中,在片材h1~h6中所述的角度表示的是由杆身的轴向方向和纤维的方向所形成的角度。
例如,手工缠绕片材h1~h6。也可以使用缠绕机(也被称为滚动机)。通过缠绕步骤制得中间成形体6a。中间成形体6a由缠绕的预浸料4a所组成。中间成形体6a的截面由螺旋状的层所形成。该层由预浸料4a所形成。
接下来进行带子缠绕步骤。在带子缠绕步骤中,缠绕带缠绕在中间成形体6a的外围表面。图6和7所示为带子缠绕步骤状态的局部截面透视图。在图6和7的截面中,示意的中间成形体6a为单层。实际上,如上所述的形成的中间成形体6a是多层的。
在带子缠绕步骤中,使用了8a和10a两根缠绕带。织物带8a作为第一缠绕带。橡胶带10a作为第二缠绕带。
带子缠绕步骤包括第一缠绕步骤和第二缠绕步骤。在第一缠绕步骤中,使用了织物带8a。在织物带8a中,使用织物作为基底材料。织物带8a可以只由织物组成。在第二缠绕步骤中,使用了橡胶带10a。在橡胶带10a中,使用橡胶或橡胶组合物作为基底材料。橡胶带10a可以只由橡胶组合物组成。在第一缠绕步骤后进行第二缠绕步骤。第一缠绕步骤的状态如图6所示。第二缠绕步骤的状态如图7所示。
在第一缠绕步骤中,织物带8a直接缠绕在中间成形体6a的外围表面。中间成形体6a的外围表面紧靠着织物带8a。织物带8a紧贴着中间成形体6a的外围表面。
如图6所示,在第一缠绕步骤中织物带8a螺旋缠绕。为了进行螺旋缠绕,中间成形体6a的轴向与织物带8a的纵向不垂直。织物带8a在中间成形体6a上缠绕时不留空隙。为了不留空隙,织物带8a的宽度W1a大于缠绕斜度P1a。缠绕斜度P1a如图6中双箭头所示。换句话说,织物带8a以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。通过已知的缠绕机缠绕织物带8a。织物带8a缠绕满中间成形体6a的全长。作为第一缠绕步骤的结果,整个中间成形体6a都包裹了织物带8a。使用粘胶带等将织物带8a的两端(缠绕开始端和缠绕结束端)固定在中间成形体6a上。通过固定两端,可以防止织物带8a自然解缠绕。
施加压力F1a缠绕织物带8a。通过压力F1a,使用织物带8a固定了中间成形体6a。通过缠绕织物带8a,可以制得织物包裹体12a。使用织物带8a包裹中间成形体6a制得织物包裹体12a。
在第二缠绕步骤中,橡胶带10a直接缠绕在织物包裹体12a的外围表面。织物包裹体12a的外围表面紧靠着橡胶带10a。橡胶带10a紧贴着织物包裹体12a的外围表面。换句话说,橡胶带10a紧贴着织物带8a。
如图7所示,在第二缠绕步骤中橡胶带10a螺旋缠绕。为了进行螺旋缠绕,织物包裹体12a的轴向与橡胶带10a的纵向不垂直。橡胶带10a在织物包裹体12a上缠绕时不留空隙。为了不留空隙,橡胶带10a的宽度W2a大于缠绕斜度P2a。缠绕斜度P2a如图7中双箭头所示。换句话说,橡胶带10a以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。通过已知的缠绕机缠绕橡胶带10a。橡胶带10a缠绕满织物包裹体12a的全长。作为第二缠绕步骤的结果,整个织物包裹体12a都包裹了橡胶带10a。使用粘胶带等将橡胶带10a的两端(缠绕开始端和缠绕结束端)固定在织物包裹体12a上。通过固定两端,可以防止橡胶带10a自然解缠绕。
施加压力F2a缠绕橡胶带10a。通过压力F2a,使用橡胶带10a固定了织物包裹体12a。
通过上述第一缠绕步骤和第二缠绕步骤,使用织物带8a和橡胶带10a使中间成形体6a成为固定状态。
虽然通过织物带8a在织物包裹体12a表面形成了螺旋花纹,但由织物带8a形成的螺旋花纹在图7中没有显示。
接下来,进行固化步骤。在固化步骤中,在缠绕了织物带8a和橡胶带10a的中间成形体6a中,基质树脂被固化。固化步骤指的是加热步骤。通过加热炉进行加热。根据基质树脂的规格适当设置加热温度和加热时间。加热步骤(固化步骤)优选包括在预定温度下进行加热的第一阶段和在比第一阶段更高的温度下进行加热的第二阶段。在使用环氧树脂作为基质树脂的情况下,加热步骤(固化步骤)优选包括在60~115℃的温度下加热10~120分钟的第一阶段和在第一阶段后在120~200℃的温度下加热60~240分钟的第二阶段。通过第一阶段,树脂的粘性下降,从而能够增强树脂的流动性。通过第二阶段,能够有效地进行环氧树脂的固化操作。
通过第一阶段的加热,树脂容易流动,从而使树脂能够易于转移至织物带。为了延长树脂的流动时间,从而增加树脂向织物带的转移,第一阶段的加热时间进一步优选为等于或大于15分钟并且更进一步优选为等于或大于20分钟。为了延长树脂的流动时间,从而增加树脂向织物带的转移,第一阶段的加热温度进一步优选为等于或低于100℃并且更进一步优选为等于或低于90℃。
在固化步骤后进行的是拉出心轴2a并且除去缠绕带从而制得固化管状体的步骤。对于除去缠绕带,先除去橡胶带10a然后除去织物带8a。可以先拉出心轴2a也可以先除去缠绕带。就可操作性而言,优选在拉出心轴2a后除去缠绕带。螺旋缠绕的织物带8a的痕迹作为螺旋的凹-凸部分残留在固化管状体的表面。
固化管状体通常要进行修整,从而制得最终产品的管状体。修整可以包括切割两端、表面抛光、涂布等工作。通过表面抛光,除去了凹-凸部分,从而使表面平滑。
图8所示是橡胶带10a的截面图。橡胶带10a具有由橡胶组合物组成的基底材料14a和涂布剂16a。橡胶带10a具有两层结构,包括基底材料14a和涂布剂16a。涂布剂16a位于基底材料14a的内表面。对于涂布剂16a,优选为氟型化合物和硅型化合物。也可以不设置涂布剂16a。此外,为了抑制在织物带8a上产生皱纹,涂布剂可以位于织物带8a的内表面。
如上所述,在本发明中,在纤维增强树脂组件中含有的树脂在制造过程中可以转移到织物带8a中。织物带8a在织物纤维中具有空隙或小孔。因此,织物带8a可以吸收和/或传送树脂。通过织物带8a,基质树脂可以易于流出至成形体的外侧,从而提高管状体的纤维含量。因此,可以实现减轻管状体的重量。
关于增加FRP管状体的纤维含量的方法,可以使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件。高纤维含量指的是树脂含量较低。具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较低的粘着特性(粘附性)。因此,具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较低的纤维增强树脂组件的粘性。具有较低粘附性的纤维增强树脂组件即使缠绕好了也容易解缠绕。在具有较低粘着特性的纤维增强树脂组件中,难以在心轴2a上进行缠绕,并且在缠绕过程中容易产生皱纹。此外,粘附性较差。因为这个原因,螺旋缠绕的纤维增强树脂组件层中容易含有空气,从而使管状体的强度和耐用性变差。具有较低粘附性的纤维增强树脂组件容易造成生产力下降和成形失败。
在固化步骤的加热工作的最初阶段,纤维增强树脂组件中的树脂(基质树脂)通过加热而具有流动性。在这种情况下,可以使纤维增强树脂组件中含有的空气或层叠层之间存在的空气(流动空气)通过可流动的基质树脂发生转移并且传送,从而向外排出。具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较小的树脂比例。因此,空气难以随着基质树脂的流动进行转移和传送。
因此,在使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件的管状体中,由于粘着特性较低而容易含有空气。此外,空气难以随着基质树脂的流动而排出。因此,空隙容易留在形成的管状体中,从而耐用性容易下降。
在根据本发明的制造方法中,施加压力将织物带8a直接缠绕在中间成形体的外表面上,然后,施加压力将橡胶带10a缠绕在其外表面。通过该制造方法,在织物增强树脂组件中含有的树脂在加热步骤中被吸收进入织物带8a。通过吸收,可以在不使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件的情况下增加FRP管状体的纤维含量。因此,可以使用具有较高粘着特性的纤维增强树脂组件,并且容易随着基质树脂的流动而将空气排出。此外,织物带8a也可以吸收或传送中间成形体6a中含有的空气。因此,造成空隙的空气容易被排出,从而可以增强FRP管状体的强度。此外,由于橡胶带10a是弹性体,可以有效地向中间成形体6a的中心施加压力。通过加压,可以更容易排出造成空隙的空气,因此可以增强FRP管状体的强度。由于橡胶带10a是在弹性拉伸的状态下进行缠绕,因此容易收缩。通过收缩力,橡胶带10a可以有效地压合中间成形体6a的表面。通过压合力,可以更容易排出造成空隙的空气,从而增强FRP管状体的强度。
在缠绕纤维增强树脂组件之后,树脂通过织物带8a被吸收(被抽取)。在本发明中,可以在不使用具有过低粘附性的纤维增强树脂组件的情况下获得具有较高纤维含量的FRP管状体。换句话说,在本发明中,可以容易缠绕纤维增强树脂组件,同时实现提高纤维含量。由于在制造过程中,纤维含量增大,可以实现减轻重量,同时保持成形特性和生产率。
在本发明中,橡胶带10a缠绕在织物带8a外侧。实质上其间不传送空气和树脂的橡胶带10a被缠绕在织物带8a的外侧,从而可以更进一步促进树脂由纤维增强树脂组件转移至织物带8a。此外,中间成形体6a中含有的空气可以转移至织物带8a。因此,可以制得其中流动空气和空隙都得到抑制的FRP管状体。
如上所述,在JP-A-2002-144439中所述的缠绕带中,织物和树脂膜互相整合一起。同样在带子中,树脂也可能被吸收进入织物部分。然而,在整合的带子中,人们发现树脂吸收效果实际比较差。
吸收效果较差的原因推测如下。缠绕带以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。因此,在螺旋缠绕的缠绕带中存在缠绕带相互重叠的重叠部分。换句话说,重叠部分的内侧缠绕带(内侧带子)紧贴着中间成形体,并且外侧缠绕带(外侧带子)位于内侧带子的外侧。在使用传统的整合的缠绕带的情况下,内侧带子上存在的树脂膜层位于外侧带子和中间成形体之间。树脂膜层其间无法传送树脂也无法传送空气。因此,在使用传统的整合的缠绕带的情况下,在重叠部分内侧带子的树脂膜层阻挡了树脂和空气向外侧带子的织物层的转移。因此,在使用传统的整合的缠绕带的情况下,树脂和空气转移至织物层就比较困难。
此外,在其中织物和树脂膜互相整合的带子中,织物和树脂膜之间的空隙减少了。因此,可以推测其树脂吸收效果较差。此外,在传统的整合带子中,织物和树脂膜层之间存在的粘合剂层的一部分渗透了织物的内部,并且织物本身的空隙变小了。因此,可以推测其树脂吸收效果较差。
另一方面,在本发明中,织物带在重叠部分互相重叠。在重叠部分,橡胶带层上的树脂带层没有位于织物带内侧。因此,树脂和空气可以转移至包括重叠部分的整个织物带。这样,树脂和空气可以易于转移至织物带。
此外,在本发明中,织物带8a和橡胶带10a互相分离,并且分别缠绕。因此,织物带8a和橡胶带10a之间的空隙容易增大。因此,树脂和空气能够易于转移至织物层。
如上所述,织物带8a以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。因此,通过螺旋缠绕织物带8a,形成了凹-凸部分。织物带8a互相重叠的部分的厚度是织物带8a没有互相重叠的部分的厚度的两倍。因此,凹-凸部分是由织物带8a互相重叠的部分和织物带8a没有互相重叠的部分形成的。此外,织物带8a横向方向上的边缘9(参见图6)形成对应于织物带8a厚度的阶梯和作为凹-凸部分的阶梯。通过凹-凸部分,织物带8a和橡胶带10a之间的空隙增大。树脂和空气可以进入空隙。因此,树脂和空气可以易于转移至织物带8a一侧。
在第二缠绕步骤中,施加压力F2a将橡胶带10a缠绕在织物包裹体12a上。由于压力F2a,在某些情况下外侧缠绕了橡胶带10a的织物带8a上会产生皱纹。涂布剂16a可以抑制皱纹产生。在第二缠绕步骤中涂布剂16a可以降低织物带8a和橡胶带10a之间的摩擦。由于降低了摩擦,可以抑制在织物带8a中产生皱纹。此外,涂布剂16a使橡胶带10a具有脱模特性。脱模特性可以使橡胶带10a易于被除去。
如上所述,施加压力F1a缠绕织物带8a,并且施加压力F2a缠绕橡胶带10a。定义在第一缠绕步骤中施加在织物带8a上的张应力为T1a,并且在第二缠绕步骤中施加在橡胶带10a上的张应力为T2a。张应力T1a是通过将压力F1a除以织物带8a的截面面积s1a获得的。更具体的说,设定[T1a=F1a/s1a]。织物带8a的截面积s1a是在没有施加压力的状态(自由状态)下测定的。张应力T1a指的是缠绕前瞬间作用在织物带8a上的张应力。张应力T1a指的不是在缠绕状态下作用在织物带8a上的张应力。张应力T2a是通过将压力F2a除以橡胶带10a的截面面积s2a获得的。更具体的说,设定[T2a=F2a/s2a]。橡胶带10a的截面积s2a是在没有施加压力的状态(自由状态)下测定的。张应力T2a指的是缠绕前瞬间作用在橡胶带10a上的张应力。张应力T2a指的不是在缠绕状态下作用在橡胶带10a上的张应力。
为了增加转移至织物带8a的树脂的量,并且抑制织物带8a松脱,张应力T1a优选为等于或大于5Mpa,进一步优选为等于或大于10Mpa,进一步优选为等于或大于20Mpa,进一步优选为等于或大于25Mpa,并且更进一步优选为等于或大于30Mpa。为了抑制管状体的表面产生阶梯并且减少使管状体表面平滑的抛光的量,张应力T1a优选为等于或小于150Mpa,进一步优选为等于或小于100Mpa,并且更进一步优选为等于或小于60Mpa。
为了增加转移至织物带8a的树脂的量,张应力T2a优选为等于或大于2Mpa,进一步优选为等于或大于4Mpa,并且更进一步优选为等于或大于6Mpa。为了防止橡胶带10a断裂,张应力T2a优选为等于或小于60Mpa,进一步优选为等于或小于40Mpa,进一步优选为等于或小于30Mpa,并且更进一步优选为等于或小于20Mpa。
为了增加转移至织物带8a的树脂的量,优选增大比率(T1a/T2a)。当树脂转移至织物带时,中间成形体的外径减小。当外径减小时,织物带8a的固定力会减小。然而,即使外径减小,通过在其外侧缠绕具有弹性的橡胶带10a,可以有效地保持施加在中间成形体上的固定力。通过橡胶带10a的固定力,树脂会容易转移至织物带8a。此外,通过橡胶带10a的固定力,可以减少FRP管状体中的空隙。
当比率(T1a/T2a)较高时,转移至织物带8a的树脂的量增大。从这点考虑,比率(T1a/T2a)优选为等于或大于0.1,并且更进一步优选为等于或大于0.2。如果比率(T1a/T2a)过高,橡胶带会容易产生皱纹或损坏。从这点考虑,比率(T1a/T2a)优选为等于或小于2.0,并且更进一步优选为等于或小于1.8。
当重点在于增大转移至织物带8a的树脂的情况下,比率(T1a/T2a)优选设得稍微更高一点,更具体地说,比率(T1a/T2a)优选为大于1.0,并且进一步优选为等于或大于1.1,并且最适合等于或大于1.2。在这种情况下,考虑到抑制皱纹产生,比率(T1a/T2a)的上限优选为等于或小于2.0,并且进一步优选为等于或小于1.8。
此外,当重点在于抑制产生皱纹的情况下,比率(T1a/T2a)优选设得稍微更低一点,更具体地说,比率(T1a/T2a)优选为小于1.0,并且进一步优选为等于或小于0.95,并且最适合等于或小于0.8。在这种情况下,为了保持预定量的树脂转移至织物带8a,比率(T1a/T2a)优选为等于或大于0.1,并且进一步优选为等于或大于0.2。
在第二缠绕步骤中,在使用树脂膜带代替橡胶带的情况下,优选树脂膜带的张应力M2a比织物带的张应力T1a更大。更具体地说,优选M2a>T1a。树脂膜带具有比橡胶带更低的弹性,并且具有在温度上升至杆身成形温度时有下降趋势的张应力。张应力下降会造成通过树脂膜带的压合力(向杆身的内部施加的压力)下降。因此,在使用树脂膜带的情况下,优选使M2a>T1a以抑制在杆身成形温度下张应力的下降。另一方面,同样在橡胶带的温度由于弹性而上升至杆身成形温度的情况下,施加在杆身上的压力几乎没有下降。因此,在使用橡胶带的情况下,为了有效地抑制缺陷例如皱纹,优选使T2a<T1a。然而,通过使T2a>T1a,如上所述,可以增加转移至织物带的树脂的量。
在本发明中,中间成形体6a的纤维含量被表示为Z1(重量%),并且固化管状体的纤维含量被表示为Z2(重量%)。出于减轻重量目的,差值(Z2—Z1)优选为等于或大于3wt%,进一步优选为等于或大于4wt%,进一步优选为等于或大于5wt%,并且更进一步优选为等于或大于6wt%。在过度除去树脂的情况下,缠绕带难以被除去,从而使生产率有下降的趋势。从这点考虑,差值(Z2—Z1)优选为等于或小于25wt%,进一步优选为等于或小于20wt%,进一步优选为等于或小于15wt%,并且更进一步优选为等于或小于10wt%。
将差值(Z2—Z1)设为等于或大于3wt%并且等于或小于25wt%的制造方法并不限于包括第一缠绕步骤和第二缠绕步骤的制造方法,并且也可以采用其他方法。
中间成形体6a的纤维含量Z1并无特别限制。为了增大FRP管状体的刚度和强度,纤维含量Z1优选为等于或大于50wt%,进一步优选为等于或大于60wt%,并且更进一步优选为等于或大于70wt%。为了提高缠绕工作的生产率并且抑制缠绕失败,纤维含量Z1优选为等于或小于85wt%,进一步优选为等于或小于80wt%,并且更进一步优选为等于或小于75wt%。中间成形体6a的纤维含量Z1等于纤维增强树脂组件(预浸料4)的纤维含量。纤维含量Z1可以根据纤维增强树脂组件(预浸料4)的产品数据来确定。
固化管状主体的纤维含量Z2并无特别限制。为了减轻FRP管状体的重量,纤维含量Z2优选为等于或大于60wt%,进一步优选为等于或大于70wt%,进一步优选为等于或大于75wt%,并且更进一步优选为等于或大于80wt%。在其中树脂被过度转移的情况下,由于从中间成形体6a排出的树脂,缠绕带难以被除去。因此,生产率有下降的趋势。从这点考虑,纤维含量Z2优选为等于或小于95wt%,进一步优选为等于或小于90wt%,进一步优选为等于或小于85wt%,并且更进一步优选为等于或小于83wt%。纤维含量Z2的值是跟据纤维含量Z1的值、中间成形体6a的重量、以及除去的树脂的重量计算而得的。
通常考虑到脱模特性、固定力、强度等,织物带8a的纤维优选为尼龙纤维和聚酯纤维。织物带8a的厚度d1a并无特别限制。为了增大通过织物带8a吸收的树脂的量并且增大织物带8a和橡胶带10a之间的空隙,织物带8a的厚度d1a优选为等于或大于50μm,进一步优选为等于或大于70μm,并且更进一步优选为等于或大于90μm。为了抑制产生皱纹并且降低成本,织物带8a的厚度d1a优选为等于或小于150μm,进一步优选为等于或小于140μm,并且更进一步优选为等于或小于130μm。
织物带8a的宽度W1a并无特别限制。为了增大织物带8a可以吸收的树脂的量,织物带8a的宽度W1a优选为等于或大于5mm,进一步优选为等于或大于7mm,并且更进一步优选为等于或大于10mm。为了抑制产生皱纹并且容易固定中间成形体6a,织物带8a的宽度W1a优选为等于或小于35mm,进一步优选为等于或小于30mm,并且更进一步优选为等于或小于25mm。
织物带8a的纹理并无特别限制。纹理的例子包括平织、缎面织和斜纹织。当织物带8a受力过度拉伸时,树脂可以进入的空隙和可以吸收进入织物的树脂的量会有下降的趋势。为了防止过度受力拉伸,优选纹理具有方向与织物带8a的纵向方向几乎平行排列的纱线。
橡胶带10a的基底材料14a优选通过硫化并形成橡胶组合物而制得。橡胶组合物的基底橡胶的例子包括天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、羧基丁腈橡胶、丁基橡胶(IIR)、卤化丁基橡胶(X-IIR)、乙烯-丙烯橡胶(EPM)、三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-聚乙酸乙烯酯橡胶(EVA)、丙烯基橡胶(ACM、ANM)、乙烯-丙烯基橡胶、氯磺化聚乙烯(CSM)、聚氯乙烯(CM)、表氯醇橡胶(CO)、聚氨酯类橡胶、硅型橡胶和氟型橡胶中的至少一种。由于考虑到耐热性、耐用性、张力强度和脱模特性的出色的综合特性,优选采用以100重量份的基底橡胶为基准至少含有50重量份的三元乙丙橡胶(EPDM)、丁基橡胶(IIR)或氟橡胶的基底橡胶。橡胶组合物优选含有硫化剂并且优选被硫偶联。橡胶组合物根据需要可以含有硫化促进剂、偶联引发剂、填充料、增塑剂、抗老化剂等。而硫化促进剂,可以使用例如噻唑型硫化促进剂、秋兰姆型硫化促进剂、胍型硫化促进剂和亚磺酰胺型硫化促进剂中的至少一种。而增塑剂,可以使用例如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯和磷酸三(邻甲苯酯)中的至少一种。而填充料,可以使用的例子有炭黑和二氧化硅,并且可以组合使用。
橡胶带10a的厚度d2并无特别限制。为了防止橡胶带10a由于压力F2a而断裂、并且为了防止橡胶带本身的扭曲等,橡胶带10a的厚度d2a优选为等于或大于300μm,进一步优选为等于或大于400μm,进一步优选为等于或大于500μm,并且更进一步优选为等于或大于550μm。为了抑制在缠绕时产生的部分在橡胶带互相重叠的横向方向上的外侧带子和内侧带子之间的边界上的过大的阶梯,以及为了降低成本,橡胶带10a的厚度d2a优选为等于或小于2000μm,进一步优选为等于或小于1800μm,进一步优选为等于或小于1500μm,并且更进一步优选为等于或小于1200μm。
橡胶带10a的宽度W2a并无特别限制。为了防止橡胶带10a在压力F2a下断裂,宽度W2a优选为等于或大于8mm,进一步优选为等于或大于10mm,并且更进一步优选为等于或大于12mm。为了抑制在缠绕中产生皱纹,宽度W2a优选为等于或小于35mm,进一步优选为等于或小于30mm,并且更进一步优选为等于或小于25mm。
纤维增强树脂组件的纤维并无特别限制。纤维的例子包括无机纤维、有机纤维和金属纤维。无机纤维的例子包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维。有机纤维的例子包括聚乙烯纤维和聚酰胺纤维。多种纤维可以组合使用。为了获得具有较小重量同时能够保持高尔夫球杆杆身所需要的刚度的管状体,纤维的弹性拉伸模量优选为等于或大于5t/mm2(5000kg/mm2),进一步优选为等于或大于10t/mm2,并且更进一步优选为等于或大于24t/mm2。考虑到织物的可用性,纤维的弹性拉伸模量优选为等于或小于100t/mm2。弹性拉伸模量是根据日本工业标准JIS R7601:1986“碳纤维测试方法”进行测定的。
带子缠绕步骤优选包括至少一个缠绕橡胶带作为缠绕带的步骤。在上述实施方式中,带子缠绕步骤进一步优选包括缠绕织物带的步骤和以相同的方式在织物带外侧缠绕橡胶带的步骤。在带子缠绕步骤中,也可以缠绕除了织物带和橡胶带以外的其他带子。除了织物带和橡胶带以外,也可以缠绕除了织物带和橡胶带以外的其他带子。
接下来,参考图9~11,对只使用织物带作为缠绕带的实施方式进行描述。
在根据本发明的一个只使用织物带的制造方法中,制得了由纤维增强树脂形成的管状体(FRP管状体)。图9所示是描述根据本发明的一个实施方式的制造方法的示意图。作为制造管状体的方法的一个实施例,描述的是制造高尔夫球杆杆身的方法。在该制造方法中,首先,制备心轴2b和纤维增强树脂组件4b。心轴2b也被称为芯棒。心轴2b典型的材料为金属例如钢。心轴2b的中心轴基本是直线。心轴2b的截面形状为圆形。心轴2b具有锥度。通过这种锥度,心轴2b朝其一端变细。心轴2b可以局部平行。换句话说,心轴2b可以局部包括具有恒定直径的部分。在整个心轴2b中,直径可以恒定。
心轴2b形成了最后制得的管状体的中空部分。管状体的中空部分的形状由心轴2b的形状所决定。如下所述,在随后的步骤中将心轴2b拉出。为了容易进行拉出,优选在心轴2b的表面涂布润滑剂。
在该制造方法中,首先,进行将纤维增强树脂组件缠绕在心轴上的步骤。
在缠绕步骤之前,制备纤维增强树脂组件。在本实施方式中,纤维增强树脂组件为片状。在本实施方式中,纤维增强树脂组件为预浸料4b。其中缠绕片状纤维增强树脂组件的制造方法也被称为片缠绕方法。对于纤维增强树脂组件,除了预浸料4b以外,还例举了液体树月旨浸渍纤维。使用纤维的方法的例子包括所谓的细丝缠绕法。该制造方法也可以采用细丝缠绕法。
预浸料4b包括纤维和基质树脂。纤维为碳纤维。预浸料4b的碳纤维在同一个方向排列。如下所述,也可以采用除了碳纤维以外的纤维。为了获得具有高强度和小重量的管状体,优选为碳纤维。在缠绕步骤中,基质树脂没有完全固化。因此预浸料4b具有弹性。弹性使得预浸料4b可以缠绕在心轴2b上。如下所述,基质树脂并无特别限制,但优选为环氧树脂。
在缠绕步骤前,将预浸料4b切割为预定的形状。在图9所示的实施方式中,使用了六种预浸料4b。在图9所示的实施方式中,显示了切割的作为预浸料4b例子的片材e1~e6。预浸料4b包括片材e1~e2、片材e3、e5~e6、片材e4分别作为所谓的斜层、直层和箍层。预浸料4b包括位于杆身全长上的全长片材e1~e5和位于杆身纵向局部的局部片材e6。预浸料4b的规格并无特别限制。预浸料4b的形状、厚度、纤维类型、纤维含量等并无特别限制。
在缠绕步骤中,依次将片材e1~e6缠绕在心轴2b上。在缠绕前,将片材e2层叠在片材e1上。将这样层叠的片材组缠绕在心轴2b上。在层叠时,片材e2是反转的。通过使其反转,片材e1的纤维和片材e2的纤维以互相相反的方向排列。在图9中,在片材e1~e6中所述的角度表示的是由杆身的轴向方向和纤维的方向所形成的角度。
例如,手工缠绕片材e1~e6。也可以使用缠绕机(也被称为滚动机)。通过缠绕步骤制得中间成形体6b。中间成形体6b由缠绕的预浸料4b所组成。中间成形体6b的截面由螺旋状的层所形成。该层由预浸料4b所形成。
接下来进行带子缠绕步骤。在带子缠绕步骤中,缠绕带缠绕在中间成形体6b的外围表面。图10和11所示为带子缠绕步骤状态的局部截面透视图。在图10和11的截面中,示意的中间成形体6b为单层。实际上,如上所述的形成的中间成形体6b是多层的。在本申请中,带子缠绕步骤也被称为缠绕步骤。
在带子缠绕步骤中,使用了织物带8b作为缠绕带。在本实施方式中,只使用了织物带作为缠绕带。在带子缠绕步骤中,只缠绕了织物带8b。织物带8b使用了织物作为基底材料。织物带8b在织物的基底材料的表面上可以具有涂布剂等。
带子缠绕步骤的状态在如图10所示。在带子缠绕步骤中,织物带8b直接缠绕在中间成形体6b的外围表面。中间成形体6b的外围表面紧靠着织物带8b。织物带8b紧贴着中间成形体6b的外围表面。
如图10所示,在带子缠绕步骤中织物带8b螺旋缠绕。为了进行螺旋缠绕,中间成形体6b的轴向与织物带8b的纵向不垂直。织物带8b在中间成形体6b上缠绕时不留空隙。为了不留空隙,织物带8b的宽度W1b大于缠绕斜度P1b。缠绕斜度P1b如图10中双箭头所示。换句话说,织物带8b以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。通过已知的缠绕机缠绕织物带8b。织物带8b缠绕满中间成形体6b的全长。作为带子缠绕步骤的结果,整个中间成形体6b都包裹了织物带8b。使用粘胶带等将织物带8b的两端(缠绕开始端和缠绕结束端)固定在中间成形体6b上。通过固定两端,可以防止织物带8b自然解缠绕。
如下所述,在后面的步骤中,中间成形体6b中含有的树脂转移至织物带8b。更具体的说,中间成形体6b中含有的树脂被吸收进入织物带8b,或通过织物带8b被传送从而被排出至外侧。
为了增加被吸收进入织物带8b的树脂的量,优选具有较大的织物带8b的缠绕层数L1。缠绕层数L1指的是织物带8b缠绕中间成形体6b的层的数量。缠绕层数L1是在中间成形体6b表面的各个点测得的。在螺旋缠绕中,如果缠绕斜度P1b大于织物带8b的宽度W1b,在缠绕步骤后在中间成形体6b上会存在缠绕层数L1为0的部位和缠绕层数L1为1的部位。此外,如果(P1b/W1b)大于0.5并且小于1.0,在缠绕步骤后在中间成形体6b上会存在缠绕层数L1为1的部位和缠绕层数L1为2的部位。
关于增大缠绕层数L1的方法,可以采用下列(方法A)和(方法B)。
(方法A)降低缠绕斜度P1b与织物带宽度W1b之间的比值(P1b/W1b)。
(方法B)进行数次缠绕。
由于(方法A)在缠绕操作中可以增大缠绕层数L1,可以有助于提高生产率。另一方面,由于(方法B)需要重复从顶端到底端的缠绕和/或从顶端到底端的缠绕,与(方法A)相比其生产率较低。考虑到生产率,相比(方法B)更优选(方法A)。根据织物带8b的厚度和弹性等,在一些情况下降低比值(P1b/W1b)以增大缠绕层数L1是有限制的。在这些情况下,可以有效地使用(方法B)。
为了增大缠绕层数L1,从而提高被吸收的树脂的量,比值(P1b/W1b)优选为等于或小于0.70,进一步优选为等于或小于0.50,进一步优选为等于或小于0.40,并且更进一步优选为等于或小于0.33。在比值(P1b/W1b)过小并且缠绕层数L1过大的情况下,被吸收的树脂的量几乎没有增加,并且生产率下降。从这点考虑,比值(P1b/W1b)优选为等于或大于0.05,进一步优选为等于或大于0.07,并且更进一步优选为等于或大于0.10。
施加压力F1b缠绕织物带8b。通过压力F1b,使用织物带8b固定了中间成形体6b。通过缠绕织物带8b,可以制得织物包裹体12b。使用织物带8b包裹中间成形体6b制得织物包裹体12b。
图11所示是采用(方法B)的情况下第二次缠绕操作的状态的局部截面透视图。在第二次缠绕操作中,织物带10b直接直接缠绕在织物包裹体12b的外围表面。织物包裹体12b的外围表面紧靠着织物带10b。织物带10b紧贴着织物包裹体12b的外围表面。换句话说,织物带10b紧贴着织物带8b。织物带8b和织物带10b可以相同或不同。
如图11所示,在第二次缠绕操作中织物带10b被螺旋缠绕。以与第一次缠绕操作相同的方式进行第二次缠绕操作。如下所示,考虑到生产率,优选不进行第二次缠绕操作。
施加压力F2b缠绕织物带10b。通过压力F2b,使用织物带10b固定了织物包裹体12b。压力F2b与F1b可以相同或不同。
虽然通过织物带8b在织物包裹体12b表面形成了螺旋花纹,但由织物带8b形成的螺旋花纹在图11中没有显示。
在图11所示的实施方式中,织物带从顶端缠绕到底端。在该实施方式中,重复缠绕两次。因此,通过重复缠绕,可以控制缠绕层数L1,从而调整被吸收的树脂的量。考虑到生产率,沿一个方向缠绕织物带的缠绕操作的次数(在下文中表示为缠绕次数)优选为等于或小于3,进一步优选为等于或小于2,并且更进一步优选为1。“一个方向”设定为从顶端到底端或从底端到顶端。
在缠绕步骤后,进行固化步骤。在固化步骤中,在缠绕了织物带8b的中间成形体6b中,基质树脂被固化。固化步骤指的是加热步骤。通过加热炉进行加热。根据基质树脂的规格适当设置加热温度和加热时间。加热步骤(固化步骤)优选包括在预定温度下进行加热的第一阶段和在比第一阶段更高的温度下进行加热的第二阶段。在使用环氧树脂作为基质树脂的情况下,加热步骤(固化步骤)优选包括在60~115℃的温度下加热10~120分钟的第一阶段和在第一阶段后在120~200℃的温度下加热60~240分钟的第二阶段。通过第一阶段,树脂的粘性下降,从而能够增强树脂的流动性。通过第二阶段,能够有效地进行环氧树脂的固化操作。
通过第一阶段的加热,树脂容易流动,从而使树脂能够易于转移至织物带。为了延长树脂的流动时间,从而增加树脂向织物带的转移,第一阶段的加热时间进一步优选为等于或大于15分钟并且更进一步优选为等于或大于20分钟。为了延长树脂的流动时间,从而增加树脂向织物带的转移,第一阶段的加热温度进一步优选为等于或低于100℃并且更进一步优选为等于或低于90℃。
在固化步骤后进行的是拉出心轴2b并且除去缠绕带从而制得固化管状体的步骤。可以先拉出心轴2b也可以先除去缠绕带。就可操作性而言,优选在拉出心轴2b后除去缠绕带。
固化管状体通常要进行修整,从而制得最终产品的管状体。修整可以包括切割两端、表面抛光、涂布等工作。
为了抑制在织物带8b上产生皱纹,涂布剂可以位于织物带8b的内表面。织物带8b的内表面指的是紧贴着中间成形体6b的表面。关于涂布剂,优选使用氟型化合物或硅型化合物。
如上所述,在本发明中,在纤维增强树脂组件中含有的树脂在制造过程中可以转移到织物带8b中。织物带8b在织物纤维中具有空隙或小孔。因此,织物带8b可以吸收和/或传送树脂。通过织物带8b,基质树脂可以易于流出至成形体的外侧,从而提高管状体的纤维含量。因此,可以实现减轻管状体的重量。
关于增加FRP管状体的纤维含量的方法,可以使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件。高纤维含量指的是树脂含量较低。具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较低的粘着特性(粘附性)。因此,具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较低的纤维增强树脂组件的粘性。具有较低粘附性的纤维增强树脂组件即使缠绕好了也容易解缠绕。在具有较低粘着特性的纤维增强树脂组件中,难以在心轴2b上进行缠绕,并且在缠绕过程中容易产生皱纹。此外,粘附性较差。因为这个原因,螺旋缠绕的纤维增强树脂组件层中容易含有空气,从而使管状体的强度和耐用性变差。具有较低粘附性的纤维增强树脂组件容易造成生产率下降和成形失败。
在固化步骤的加热工作的最初阶段,纤维增强树脂组件中的树脂(基质树脂)通过加热而具有流动性。在这种情况下,可以使纤维增强树脂组件中含有的空气或层叠层之间存在的空气(流动空气)通过可流动的基质树脂发生转移并且传送,从而向外排出。具有较低树脂含量的纤维增强树脂组件具有较小的树脂比例。因此,空气难以随着基质树脂的流动进行转移和传送。
因此,在使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件的管状体中,由于粘着特性较低而容易含有空气。此外,空气难以随着基质树脂的流动而排出。因此,空隙容易留在形成的管状体中,从而耐用性容易下降。
在根据本发明的制造方法中,施加压力将织物带8b直接缠绕在中间成形体的外表面上。通过该制造方法,在纤维增强树脂组件中含有的树脂在加热步骤中被吸收进入织物带8b。通过吸收,可以在不使用具有较高纤维含量的纤维增强树脂组件的情况下增加FRP管状体的纤维含量。因此,可以使用具有较高粘着特性的纤维增强树脂组件,并且容易随着基质树脂的流动而将空气排出。此外,织物带8b也可以吸收或传送中间成形体6b中含有的空气。因此,造成空隙的空气容易被排出,从而可以增强FRP管状体的强度。此外,缠绕层数L1被设定为2或更大,从而使织物带8b可以向中间成形体6b施加较高的压力。因此,可以更容易排出造成空隙的空气,从而能增强FRP管状体的强度。
在缠绕纤维增强树脂组件之后,树脂通过织物带8b被吸收。在本发明中,可以在不使用具有过低粘附性的纤维增强树脂组件的情况下获得具有较高纤维含量的FRP管状体。换句话说,在本发明中,可以容易缠绕纤维增强树脂组件,同时实现提高纤维含量。由于在制造过程中,纤维含量增大,可以实现减轻重量同时保持成形特性和生产率。
如上所述,在JP-A-2002-144439中所述的缠绕带中,织物和树脂膜互相整合一起。同样在带子中,树脂也可能被吸收进入织物部分。然而,在整合的带子中,人们发现树脂吸收效果实际比较差。
吸收效果较差的原因推测如下。缠绕带以在其横向方向上部分重叠的方式螺旋缠绕。因此,在螺旋缠绕的缠绕带中存在缠绕带相互重叠的重叠部分。换句话说,重叠部分的内侧缠绕带(内侧带子)紧贴着中间成形体,并且外侧缠绕带(外侧带子)位于内侧带子的外侧。在使用传统的整合的缠绕带的情况下,内侧带子上存在的树脂膜层位于外侧带子和中间成形体之间。树脂膜层其间无法传送树脂也无法传送空气。因此,在使用传统的整合的缠绕带的情况下,在重叠部分内侧带子的树脂膜层阻挡了树脂和空气向外侧带子的织物层的转移。因此,在使用传统的整合的缠绕带的情况下,树脂和空气转移至织物层就比较困难。
此外,在其中织物和树脂膜互相整合的带子中,织物和树脂膜之间的空隙减少了。因此,可以推测其树脂吸收效果较差。此外,在传统的整合带子中,织物和树脂膜层之间存在的粘合剂层的一部分渗透了织物的内部,并且织物本身的空隙变小了。因此,可以推测其树脂吸收效果较差。
另一方面,在本发明中,织物带在重叠部分互相重叠。在重叠部分,树脂带层没有位于织物带内侧。因此,树脂和空气可以转移至包括重叠部分的整个织物带。这样,树脂和空气可以易于转移至织物带。
为了提高施加在中间成形体6b上的压力并且增加被吸收进入织物带的树脂的量,缠绕平均层数La优选为等于或大于2,进一步优选为等于或大于3,并且更进一步优选为等于或大于5。在缠绕平均层数La过大的情况下,织物带的成本上升并且剥除织物带的时间和劳动力会增大。此外,在缠绕平均层数La过大的情况下,在中间成形体6b的表面容易产生皱纹。考虑到这些因素,缠绕平均层数La优选为等于或小于15,进一步优选为等于或小于12,并且更进一步优选为等于或小于10。
缠绕平均层数La和缠绕层数L1具有不同的概念。可以理解为缠绕层数L1是在中间成形体6b的表面上的各个点测得的,而缠绕平均层数La是缠绕层数L1的平均值。更具体的说,缠绕平均层数La可以根据下列公式(1)进行测定。
La=St/Sn…(1)
在公式(1)中,St代表缠绕状态下的织物带内表面的总面积(mm2),并且Sn代表中间成形体6b与缠绕的织物带接触的部分的面积(mm2)。总面积St是缠绕的织物带的长度Nt(mm)与织物带的宽度Wa(mm)的乘积。更具体的说,设定St=Nt×Wa。长度Nt是在织物带的纵向方向上测得的。长度Nt基本等于或大于在从中间成形体6b解缠绕状态下测得的织物带的长度Nk。在设定Nt>Nk的情况下,施加压力在拉伸状态下缠绕织物带。宽度Wa基本等于或小于在从中间成形体6b解缠绕状态下测得的织物带的宽度W1b。在设定W1b>Wa的情况下,施加压力在拉伸状态下缠绕织物带。虽然缠绕层数L1为整数0、1或更大,但在一些情况下缠绕平均层数La并不是整数。
例如,当比值(P1b/W1b)为0.5时,设定W1b=Wa,并且缠绕次数为1,缠绕平均层数La为2。此外,如果忽略缠绕斜度P1b的误差,在所有点的缠绕层数L1都为2。
总面积St和表面积Sn是在从管状体顶端位置Tp1至管状体底端位置Bt1的范围内测得的。如上所述,在制造管状体的最后步骤中可以切割固化管状体的两端。在两端都被切割的情况下,管状体的顶端部分Tp1与固化管状体的顶端部分Tp不同。在两端没有都被切割的情况下,管状体的顶端部分Tp1与固化管状体的顶端部分Tp相同。与之类似,在两端都被切割的情况下,管状体的底端部分Bt1与固化管状体的底端部分Bt不同。在两端都没有被切割的情况下,管状体的顶端部分Tp1与固化管状体的顶端部分Tp相同。图9显示了在两端都被切割的情况下的顶端部分Tp1和底端部分Bt1。
为了提高施加在中间成形体6b上的压力并且增加被吸收进入织物带的树脂的量,从顶端部分Tp1至底端部分Bt1的所有点上的缠绕层数L1优选为等于或大于1,进一步优选为等于或大于2,进一步优选为等于或大于3,并且更进一步优选为等于或大于5。在缠绕层数L1过大的情况下,织物带的成本上升并且剥除织物带的时间和劳动力会增大。此外,在缠绕层数L1过大的情况下,在中间成形体6b的表面容易产生皱纹。考虑到这些因素,从顶端部分Tp1至底端部分Bt1的所有点上的缠绕层数L1优选为等于或小于15,进一步优选为等于或小于12,并且更进一步优选为等于或小于10。
与缠绕平均层数La的数值无关,在缠绕次数为1的情况下,在缠绕部分的两端存在缠绕层数L1为1的部分。例如,同样在缠绕平均层数La被设为2或更大的情况下,只要缠绕次数为1,在缠绕开始部分和缠绕结束部分存在缠绕层数L1为1的部分。与其他部分相比,邻近缠绕开始点并且缠绕层数L1为1的部分Xt向织物带转移的树脂更少。因此,进一步优选通过在Xt部分进行切割获得管状体(杆身)。类似地,与其他部分相比,邻近缠绕结束点并且缠绕层数L1为1的部分Yt向织物带转移的树脂更少。因此,进一步优选通过在Yt部分进行切割获得管状体(杆身)。在轴向的两端具有缠绕层数L1为2或更大的部分与Xt部分不符,即使缠绕层数L1为1。类似地,在轴向的两端具有缠绕层数L1为2或更大的部分与Yt部分不符,即使缠绕层数L1为1。轴向指的是管状体的轴向。
在缠绕步骤中,织物带8b可以在顶端和底端之间往复缠绕。例如,织物带8b可以由底端向顶端螺旋缠绕,随后,织物带8b可以由底端向顶端螺旋缠绕。通过往复地缠绕操作,也可以增加缠绕次数。在本说明书中,同样在通过往复地缠绕操作进行一次往复缠绕操作的情况下,定义缠绕次数为2。同样在进行一次往复操作而不中途切割织物带8b的情况下,定义缠绕次数为2。如上所述,考虑到生产率,对于增大缠绕平均层数La的方法,优选的方法为将缠绕次数设为1并且降低比值(P1b/W1b)。
如上所述,施加压力F1b缠绕织物带8b。定义在第一缠绕步骤中施加在织物带8b上的张应力为T1b。张应力T1b是通过将压力F1b除以织物带8b的截面面积Sd获得的。更具体的说,设定[T1b=F1b/Sd]。织物带8b的截面积Sd是在没有施加压力的状态(自由状态)下测定的。张应力T1b指的是缠绕前瞬间作用在织物带8b上的张应力。张应力T1b指的不是在缠绕状态下作用在织物带8b上的张应力。
为了增加转移至织物带8b的树脂的量,并且抑制织物带8b松脱,张应力T1b优选为等于或大于5Mpa,进一步优选为等于或大于10Mpa,进一步优选为等于或大于20Mpa,进一步优选为等于或大于25Mpa,并且更进一步优选为等于或大于30Mpa。为了抑制管状体的表面产生阶梯并且减少使管状体表面平滑的抛光的量,张应力T1b优选为等于或小于150Mpa,进一步优选为等于或小于100Mpa,并且更进一步优选为等于或小于60Mpa。
在本发明中,中间成形体6b的纤维含量被表示为Z1(重量%),并且固化管状体的纤维含量被表示为Z2(重量%)。出于减轻重量目的,差值(Z2—Z1)优选为等于或大于3wt%,进一步优选为等于或大于4wt%,进一步优选为等于或大于5wt%,并且更进一步优选为等于或大于6wt%。在过度除去树脂的情况下,缠绕带难以被除去,从而使生产率有下降的趋势。从这点考虑,差值(Z2—Z1)优选为等于或小于25wt%,进一步优选为等于或小于20wt%,进一步优选为等于或小于15wt%,并且更进一步优选为等于或小于10wt%。
中间成形体6b的纤维含量Z1并无特别限制。为了增大FRP管状体的刚度和强度,纤维含量Z1优选为等于或大于50wt%,进一步优选为等于或大于60wt%,并且更进一步优选为等于或大于70wt%。为了提高缠绕工作的生产率并且抑制缠绕失败,纤维含量Z1优选为等于或小于85wt%,进一步优选为等于或小于80wt%,并且更进一步优选为等于或小于75wt%。中间成形体6b的纤维含量Z1等于纤维增强树脂组件(预浸料4b)的纤维含量。纤维含量Z1可以根据纤维增强树脂组件(预浸料4b)的产品数据来确定。
固化管状主体的纤维含量Z2并无特别限制。为了减轻FRP管状体的重量,纤维含量Z2优选为等于或大于60wt%,进一步优选为等于或大于70wt%,进一步优选为等于或大于75wt%,并且更进一步优选为等于或大于80wt%。在其中树脂被过度转移的情况下,由于从中间成形体6b排出的树脂,缠绕带难以被除去。因此,生产率有下降的趋势。从这点考虑,纤维含量Z2优选为等于或小于95wt%,进一步优选为等于或小于90wt%,进一步优选为等于或小于85wt%,并且更进一步优选为等于或小于83wt%。纤维含量Z2的值是跟据纤维含量Z1的值、中间成形体6b的重量、以及除去的树脂的重量计算而得的。
通常考虑到脱模特性、固定力、强度等,织物带8b的纤维优选为尼龙纤维和聚酯纤维。织物带8b的厚度d1b并无特别限制。为了增大通过织物带8b吸收的树脂的量,织物带8b的厚度d1b优选为等于或大于50μm,进一步优选为等于或大于70μm,并且更进一步优选为等于或大于90μm。为了抑制产生皱纹并且降低成本,织物带8b的厚度d1b优选为等于或小于150μm,进一步优选为等于或小于140μm,并且更进一步优选为等于或小于130μm。
为了增大被吸收的树脂的量,织物带8b的缠绕平均层数La和厚度d1b(μm)的乘积(La×d1b)优选为等于或大于100,进一步优选为等于或大于200,进一步优选为等于或大于300,并且更进一步优选为等于或大于500。考虑到生产率,乘积(La×d1b)优选为等于或小于10000,进一步优选为等于或小于5000,进一步优选为等于或小于1500,并且更进一步优选为等于或小于1200。
织物带8b的宽度W1b并无特别限制。为了提高生产率并且同时增大织物带8b可以吸收的树脂的量,织物带8b的宽度W1b优选为等于或大于5mm,进一步优选为等于或大于7mm,并且更进一步优选为等于或大于10mm。为了抑制产生皱纹并且容易固定中间成形体6b,织物带8b的宽度W1b优选为等于或小于35mm,进一步优选为等于或小于30mm,并且更进一步优选为等于或小于25mm。
织物带8b的纹理并无特别限制。纹理的例子包括平织、缎面织和斜纹织。当织物带8b受力过度拉伸时,树脂可以进入的空隙和可以吸收进入织物的树脂的量会有下降的趋势。为了防止过度受力拉伸,优选纹理具有方向与织物带8b的纵向方向几乎平行排列的纱线。
纤维增强树脂组件的纤维并无特别限制。纤维的例子包括无机纤维、有机纤维和金属纤维。无机纤维的例子包括碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维。有机纤维的例子包括聚乙烯纤维和聚酰胺纤维。多种纤维可以组合使用。为了获得具有较小重量同时能够保持高尔夫球杆杆身所需要的刚度的管状体,纤维的弹性拉伸模量优选为等于或大于5t/mm2,进一步优选为等于或大于10t/mm2,并且更进一步优选为等于或大于24t/mm2。考虑到纤维的可用性,纤维的弹性拉伸模量优选为等于或小于100t/mm2。弹性拉伸模量是根据日本工业标准JISR7601:1986“碳纤维测试方法”进行测定的。
实施例
虽然本发明的优点将通过实施例来表现,但本发明并不限于实施例的描述。
在实施例1~8中,使用了织物带和树脂膜带。在实施例1a~11a中,使用了织物带和橡胶带。在实施例1b~7b中,只使用了织物带。
首先,将对使用了织物带和树脂膜带的实施例进行描述。
[向前(顺式)弯曲测试]
将位于距离固化管状体的底端Bt75mm的上部和距离固化管状体的底端Bt215mm的下部定为支撑点。在这两个点被支撑的情况下,将固化管状体的轴向设为水平。接下来,在距离底端Bt1039mm的负载点K施加2.7kg的重量。固化管状体受力弯曲,因此负载点K向下位移。负载点K在垂直方向上的位移量如下列表2中的向前(顺式)弯曲Fj所示。
[皱纹程度]
通过视觉观察外观评估在固化管状体的表面上产生的皱纹的程度。以下列五个阶段进行评估。评估如下列表2所示。评估点越小,可以获得越高的评估值。
评估1:没有皱纹。
评估2:皱纹长度等于或大于1mm并且小于2mm。
评估3:皱纹长度等于或大于2mm并且小于3mm。
评估4:皱纹长度等于或大于3mm并且小于4mm。
评估5:皱纹长度等于或大于4mm。
[织物带厚度]
根据JIS L1096使用数字测微计测定织物带的厚度d1。施加240g/cm2的恒定压力并且保持该状态10秒,然后在施加了240g/cm2的恒定压力的情况下进行测定。在五个点进行测定。五个点的数据的平均值如下列表2中“厚度d1”所示。
[实施例1]
使用润滑剂涂布如图1所示的心轴,然后在心轴上缠绕6个预浸料,从而制得中间成形体。6个预浸料的结构如图1所示。片材s1~s6的预浸料的类型和结构如下列表1所示。片材s1~s6为Toray工业有限公司生产的预浸料。表1中“顶端层数”指的是在顶端Tp的预浸料的缠绕层数。表1中“纤维角度”指的是碳纤维的排列方向与杆身的轴向之间的夹角。在各个预浸料中,使用环氧树脂作为基质树脂。各个预浸料的物品编号和碳纤维的类型(物品编号)如表1所示。
接下来,进行将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面上的带子缠绕步骤。通过YOKOTETEKKOSHO(横手铁工)生产的缠绕机进行带子缠绕步骤。对于带子缠绕步骤,进行第一缠绕步骤和第二缠绕步骤。施加特定的压力F1进行第一缠绕步骤。施加特定的压力F2进行第二缠绕步骤。通过NIDEC-SHIMPO公司生产的测压元件测定压力F1和F2。基于压力F1和F2计算得出张应力T1和T2。
在第一缠绕步骤中,缠绕织物带。对于织物带,使用购自KINKI TAPE有限公司的“NYLON TAFFETA(商品名)”。NYLON TAFFETA是通过平织法纺织尼龙纤维制得的织物带。由尼龙纤维组成的尼龙的类型为Nylon6。织物带的宽度W1为15mm并且厚度d1为100μm。将第一缠绕步骤的张应力T1设为10Mpa。在第一缠绕步骤,将缠绕斜度P1设为2mm。
在第一缠绕步骤后,进行第二缠绕步骤。在第二缠绕步骤中,缠绕树脂膜带。对于树脂膜带,使用聚丙烯(PP)膜带。对于PP膜带,使用购自SHIN-ETSU FILM有限公司的PT30H。在膜带的单侧具有硅型涂布剂。将涂布剂层设在内侧,缠绕PP膜带。PP膜带的宽度W2为25mm并且厚度d2为30μm。在第二缠绕步骤,将缠绕斜度P2设为2mm。
在第二缠绕步骤后,进行固化步骤。在固化步骤中,首先在80℃下加热30分钟,然后在130℃下加热120分钟。
接下来,将心轴拉出。随后,除去树脂膜带和织物带,从而制得根据实施例1的固化管状体。
在实施例1中,纤维含量Z1为75wt%。纤维含量Z1指的是由片材s1~s6组成的中间成形体的纤维含量。纤维含量是通过预浸料的纤维含量计算得出的。固化管状体的纤维含量Z2是基于固化管状体的重量Wt计算得出的。对于固化管状体,评估向前弯曲Fj。实施例1的规格和评估结果如下列表2所示。
[实施例2~7]
以与实施例1相同的方式制得根据各个实施例的固化管状体,除了张应力T1和/或张应力T2的改变如表2所示。规格和评估结果如下列表2所示。
[实施例8]
以与实施例1相同的方式制得根据各个实施例的固化管状体,除了在第二缠绕步骤中使用的带子被设为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜,并且张应力T1和张应力T2的改变如表2所示。根据本实施例的PET膜带的规格和评估结果如下列表2所示。对于PET膜带,使用购自SHIN-ETSU FILM有限公司的“PET-25K”。在膜带的单侧具有硅型涂布剂。将涂布剂层设在内侧,缠绕树脂膜带。实施例8的说明和评估结果如下列表2所示。
[对照例1]
在带子缠绕步骤中,没有缠绕织物带只缠绕了树脂膜带。对于树脂膜带,使用了根据实施例1的第二缠绕步骤中使用的PP膜带。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他条件都与实施例1相同,从而制得了根据对照例1的固化管状体。对照例1的说明和评估结果如下列表2所示。
[对照例2]
在带子缠绕步骤中,没有缠绕织物带而只缠绕了树脂膜带。对于树脂膜带,使用了根据实施例8的第二缠绕步骤中使用的PET膜带。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他条件都与实施例1相同,从而制得了根据对照例2的固化管状体。对照例2的说明和评估结果如下列表2所示。
[对照例3]
在带子缠绕步骤中,织物带和树脂膜带都没有缠绕,缠绕了整合带。通过加热以及接触粘合整合宽度为15mm并且厚度为100μm的NYLON TAFFETA和宽度为15mm并且厚度为30μm的PP膜带制得整合带。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他条件都与实施例1相同,从而制得了根据对照例3的固化管状体。对照例3的说明和评估结果如下列表2所示。
如表2所示,各个实施例的差值(Z2—Z1)都大于各个对照例。因此,在各个实施例中,在制造过程中大量树脂从中间成形体上被排出。
在实施例中,由于减少的树脂的量较大,所以固化管状体的外径减小。因此,各个实施例的外径略小于各个对照例的外径。由于外径的差异,各个实施例的向前弯曲大于各个对照例。由于在实施例和对照例中纤维含量相等,向前弯曲Fj的差异非常小。在各个实施例中通过将向前弯曲Fj的倒数(1/Fj)除以固化管状体的重量Wt获得的数值[1/(Fj×Wt)]比各个对照例更大。当向前弯曲Fj的倒数(1/Fj)更大时,固化管状体的刚度更高。[1/(Fj×Wt)]增大表示每单位重量的刚度增大。各个实施例的每单位重量的刚度大于对照例。
在实施例1和2中,比值(T1/T2)略低,从而产生较小的皱纹。在实施例6中,比值(T1/T2)略高,从而使差值(Z2—Z1)小于实施例1~5。由于实施例7的比值(T1/T2)高于实施例6,实施例7的差值(Z2—Z1)小于实施例6。
在对照例3中,在带子缠绕步骤中带子产生转矩,从而由于转矩在固化管状体上产生皱纹。
在高尔夫球杆杆身中,棒头连接着顶端部分。因此,顶端部分的强度尤其重要。在实施例1和对照例1中,测定杆身的顶端部分中的空隙比例Rb。结果是对照例1中的空隙比例Rb为0.8%;而实施例1中的空隙比例Rb为0.4%,是对照例1中的空隙比例Rb的50%。基于在距离杆身顶端90mm的位置的截面的图像计算得出杆身的空隙面积Sb和截面积Sm,并且根据下列公式计算空隙比例Rb。
Rb(%)=(Sb/Sm)×100
接下来,将对使用了织物带和橡胶带的实施例进行描述。
[向前弯曲测试]
通过该方法测得的向前弯曲Fj如下列表4所示。
[皱纹程度]
通过该方法评估的5个阶段的结果如下列表4所示。
[织物带厚度]
通过该方法测得的织物带厚度如下列表4中“厚度d1a”所示。
[实施例1a]
使用润滑剂涂布如图5所示的心轴,然后在心轴上缠绕6个预浸料,从而制得中间成形体。6个预浸料的结构如图5所示。片材h1~h6的预浸料的类型和结构如下列表3所示。片材h1~h6为Toray工业有限公司生产的预浸料。表3中“顶端层数”指的是在顶端Tp的预浸料的缠绕层数。表3中“纤维角度”指的是碳纤维的排列方向与杆身的轴向之间的夹角。在各个预浸料中,使用环氧树脂作为基质树脂。各个预浸料的物品编号和碳纤维的类型(物品编号)如表3所示。
接下来,进行将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面上的带子缠绕步骤。通过YOKOTETEKKOSHO生产的缠绕机进行带子缠绕步骤。对于带子缠绕步骤,进行第一缠绕步骤和第二缠绕步骤。施加特定的压力F1a进行第一缠绕步骤。施加特定的压力F2a进行第二缠绕步骤。通过NIDEC-SHIMPO公司生产的测压元件测定压力F1a和F2a。基于压力F1a和F2a计算得出张应力T1a和T2a。
在第一缠绕步骤中,缠绕织物带。对于织物带,使用购自KINKI TAPE有限公司的“NYLONTAFFETA(商品名)”。NYLONTAFFETA是通过平织法纺织尼龙纤维而制得的织物带。由尼龙纤维组成的尼龙的类型为Nylon6。织物带的宽度W1a为15mm并且厚度d1a为100μm。将第一缠绕步骤的张应力T1a设为15Mpa。在第一缠绕步骤,将缠绕斜度P1a设为2mm。
在第一缠绕步骤后,进行第二缠绕步骤。在第二缠绕步骤中,缠绕橡胶带。对于橡胶带,使用含有EPDM橡胶作为基底橡胶的橡胶带。橡胶带上不具有涂布剂。对于橡胶带,使用通过切割购自MITSUBOSHI BELTING有限公司的“NEO ROOFING E”(商品名)获得的带子,并且具有下述宽度W2a。橡胶带的宽度W2a设为12.5mm并且橡胶带的厚度d2a设为1000μm。在第二缠绕步骤,将缠绕斜度P2a设为5mm。
在第二缠绕步骤后,进行固化步骤。在固化步骤中,首先在80℃下加热30分钟,然后在130℃下加热120分钟。
接下来,将心轴拉出。随后,除去橡胶带和织物带,从而制得根据实施例1a的固化管状体。
在实施例1a中,纤维含量Z1为75wt%。纤维含量Z1指的是由片材h1~h6组成的中间成形体的纤维含量。纤维含量是通过预浸料的纤维含量计算得出的。固化管状体的纤维含量Z2是基于固化管状体的重量Wt计算得出的。关于固化管状体,评估向前弯曲Fj。实施例1a的说明和评估结果如下列表4所示。
[实施例2a~7a]
以与实施例1a相同的方式制得根据各个实施例的固化管状体,除了张应力T1a和/或张应力T2a的改变如表4所示。说明和评估结果如下列表4所示。
[实施例8a]
以与实施例1a相同的方式制得根据各个实施例的固化管状体,除了在第二缠绕步骤中使用的带子被设为丁基橡胶带,并且张应力T1a和张应力T2a的改变如表4所示。丁基橡胶带由含有丁基橡胶作为基底橡胶的橡胶组合物组成。丁基橡胶带的说明和评估结果如下列表4所示。使用切割购自SK有限公司的“BUTYL RUBBER SHEET”(商品名)获得的并具有宽度W2a为25mm的带子作为丁基橡胶带。实施例8a的说明和评估结果如下列表4所示。
[实施例9a~11a]
以与实施例1a相同的方式制得根据各个实施例的固化管状体,除了张应力T1a和张应力T2a的改变如表4所示。说明和评估结果如下列表4所示。
[对照例1a]
在带子缠绕步骤中,没有缠绕织物带只缠绕了树脂膜带。对于树脂膜带,只使用了聚丙烯(PP)膜带。对于PP膜带,使用购自SHIN-ETSU FILM有限公司的“PT-30H”(商品名)。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他都与实施例1a相同,从而制得了根据对照例1a的固化管状体。对照例1a的说明和评估结果如下列表4所示。
[对照例2a]
在带子缠绕步骤中,没有缠绕织物带只缠绕了树脂膜带。对于树脂膜带,使用了PET膜带。对于PET膜带,使用购自SHIN-ETSU FILM有限公司的“PET-25K”(商品名)。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他都与实施例1a相同,从而制得了根据对照例2a的固化管状体。对照例2a的说明和评估结果如下列表4所示。
[对照例3a]
在带子缠绕步骤中,织物带和树脂膜带都没有缠绕,缠绕了整合带。通过加热以及接触粘合整合宽度为15mm并且厚度为100μm的NYLONTAFFETA和宽度为15mm并且厚度为30μm的PP膜带制得整合带。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他都与实施例1a相同,从而制得了根据对照例3a的固化管状体。对照例3a的说明和评估结果如下列表4所示。
如表4所示,各个实施例的差值(Z2—Z1)都大于各个对照例。因此,在各个实施例中,在制造过程中大量树脂从中间成形体上被排出。
在各个实施例中通过将向前弯曲Fj的倒数(1/Fj)除以固化管状体的重量Wt获得的数值[1/(Fj×Wt)]比各个对照例更大。当向前弯曲Fj的倒数(1/Fj)更大时,固化管状体的刚度更高。[1/(Fj×Wt)]增大表示每单位重量的刚度增大。各个实施例的每单位重量的刚度大于对照例。
在实施例1a~8a中,比值(T2a/T1a)较低,因此没有产生皱纹,因此获得了出色的结果。在实施例6a中,比值(T2a/T1a)略低,从而使差值(Z2—Z1)小于实施例1a~5a。在实施例7a中,由于比值(T2a/T1a)较低,差值(Z2—Z1)较小。
在实施例9a~11a中,比值(T2a/T1a)稍高,因此没有产生皱纹。然而由于差值(Z2—Z1)更大,关于树脂向织物带的转移获得了出色的结果。在实施例11a中,由于比值(T2a/T1a)较高,产生的皱纹比实施例9a和10a更大。
在对照例3a中,在带子缠绕步骤中带子产生转矩,从而由于转矩而在固化管状体上产生皱纹。
在高尔夫球杆杆身中,棒头连接着顶端部分。因此,顶端部分的强度尤其重要。在实施例1a和对照例1a中,测定杆身的顶端部分中的空隙比例Rb。结果是对照例1a中的空隙比例Rb为0.8%,而实施例1a中的空隙比例Rb为0.5%。实施例1a中的空隙比例Rb相比对照例1a中的空隙比例Rb下降了37.5%。基于在距离杆身的顶端90mm的位置的截面的图像计算得出杆身的空隙面积Sb和截面积Sm,并且根据下列公式计算空隙比例Rb。
Rb(%)=(Sb/Sm)×100
接下来,将对只使用了织物带的实施例进行描述。
[向前弯曲测试]
通过该方法测得的向前弯曲Fj如下列表6所示。
[皱纹程度]
通过该方法评估的5个阶段的结果如下列表6所示。
[织物带厚度]
通过该方法测得的织物带厚度如下列表6中“厚度d1b”所示。
[实施例1b]
使用润滑剂涂布如图9所示的心轴,然后在心轴上缠绕6个预浸料,从而制得中间成形体。6个预浸料的结构如图9所示。片材e1~e6的预浸料的类型和结构如下列表5所示。片材e1~e6为Toray工业有限公司生产的预浸料。表中5“顶端层数”指的是在顶端Tp的预浸料的缠绕层数。表5中“纤维角度”指的是碳纤维的排列方向与杆身的轴向之间的夹角。在各个预浸料中,使用环氧树脂作为基质树脂。各个预浸料的物品编号和碳纤维的类型(物品编号)如表5所示。
接下来,进行将缠绕带缠绕在中间成形体的外围表面上的带子缠绕步骤。通过YOKOTETEKKOSHO生产的缠绕机进行带子缠绕步骤。在带子缠绕步骤,缠绕次数被设为1。施加特定的压力F1b进行带子缠绕步骤。通过NIDEC-SHIMPO公司生产的测压元件测定压力F1b。基于压力F1b计算得出张应力T1b。
在带子缠绕步骤中,只缠绕织物带。对于织物带,使用购自KINKI TAPE有限公司的“NYLON TAFFETA(商品名)”。NYLON TAFFETA是通过平织法纺织尼龙纤维制得的织物带。由尼龙纤维组成的尼龙的类型为Nylon6。织物带的宽度W1b为15mm并且厚度d1b为100μm。将带子缠绕步骤的张应力T1b设为15Mpa。比值(P1b/W1b)被设为(1/15),即约为0.06667。在带子缠绕步骤中,将缠绕斜度P1b设为1mm。
在带子缠绕步骤后,进行固化步骤。在固化步骤中,首先在80℃下加热30分钟,然后在130℃下加热120分钟。
接下来,将心轴拉出。随后,除去织物带,从而制得根据实施例1b的固化管状体。
在实施例1b中,纤维含量Z1为75wt%。纤维含量Z1指的是由片材e1~e6组成的中间成形体的纤维含量。纤维含量是通过预浸料的纤维含量计算得出的。固化管状体的纤维含量Z2是基于固化管状体的重量Wt计算得出的。关于固化管状体,评估向前弯曲Fj。实施例1b的说明和评估结果如下列表6所示。
[实施例2b~7b]
以与实施例1b相同的方式制得根据各个实施例的固化管状体,除了张应力T1b和/或比值(P1b/W1b)的改变如表6所示。说明和评估结果如下列表6所示。
[对照例1b]
缠绕树脂膜带代替了织物带。对于树脂膜带,使用了聚丙烯(PP)膜带。更具体的说,对于PP膜带,使用购自SHIN-ETSU FILM有限公司的“PT-30H”(商品名)。带子宽度为25mm。比值(P1b/W1b)被设为(1/12),即约为0.08333。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他都与实施例1b相同,从而制得了根据对照例1b的固化管状体。对照例1b的说明和评估结果如下列表6所示。
[对照例2b]
缠绕树脂膜带代替了织物带。对于树脂膜带,只使用了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜带。更具体的说,对于PET膜带,使用购自SHIN-ETSU FILM有限公司的“PET-25K”(商品名)。带子宽度为15mm。比值(P1b/W1b)被设为(1/7),即约为0.1429。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他都与实施例1b相同,从而制得了根据对照例2b的固化管状体。对照例2b的说明和评估结果如下列表6所示。
[对照例3b]
缠绕整合带代替了织物带。通过加热以及接触粘合整合宽度为15mm并且厚度为100μm的NYLONTAFFETA和宽度为15mm并且厚度为30μm的PP膜带而制得整合带。比值(P1b/W1b)被设为(1/7),即约为0.1429。在带子缠绕操作中的张应力被设为60Mpa。其他都与实施例1b相同,从而制得了根据对照例3b的固化管状体。对照例3b的说明和评估结果如下列表6所示。
如表6所示,各个实施例的差值(Z2—Z1)都大于各个对照例。因此,在各个实施例中,在制造过程中大量树脂从中间成形体上被排出。
在实施例中,由于减少的树脂的量较大,固化管状体的外径减小。因此,各个实施例的外径略小于各个对照例的外径。由于外径的差异,各个实施例的向前弯曲Fj大于各个对照例。由于在实施例和对照例中纤维含量相等,向前弯曲Fj的差异非常小。在各个实施例中通过将向前弯曲Fj的倒数(1/Fj)除以固化管状体的重量Wt获得的数值[1/(Fj×Wt)]比各个对照例更大。当向前弯曲Fj的倒数(1/Fj)更大时,固化管状体的刚度更高。[1/(Fj×Wt)]增大表示每单位重量的刚度增大。各个实施例的每单位重量的刚度大于对照例。
在对照例3b中,在带子缠绕步骤中带子产生转矩,从而由于转矩而在固化管状体上产生皱纹。
在实施例1b中,缠绕平均层数La和缠绕层数L1较大。因此,会产生微小的皱纹。实施例1b的皱纹程度比对照例3b更出色。实施例3b~5b的各个实施例的(Z2—Z1)比实施例6b和7b更大。该效果是通过增大缠绕平均层数La获得的。
在高尔夫球杆杆身中,棒头连接着顶端部分。因此,顶端部分的强度尤其重要。在实施例1b和对照例1b中,测定杆身的顶端部分中的空隙比例Rb。结果是对照例1b中的空隙比例Rb为0.8%;而实施例1b中的空隙比例Rb为0.3%,比对照例1b中的空隙比例Rb下降了63%。基于在距离杆身的顶端90mm的位置的截面的图像计算得出杆身的空隙面积Sb和截面积Sm,并且根据下列公式计算空隙比例Rb。
Rb(%)=(Sb/Sm)×100
因此,各个实施例的评估值都比各个对照例更高。从该评估结果可以看出本发明的优点。
本发明可以应用于包括高尔夫球杆杆身的各种FRP管状体。
上述描述只是例举,并且可以在不背离本发明范围的情况下进行多种改变。
Claims (14)
1.一种由纤维增强树脂形成管状体的制造方法,包括以下步骤:
将含有纤维和基质树脂的纤维增强树脂组件缠绕在心轴上,从而获得中间成形体;
施加压力,将缠绕带缠绕在所述中间成形体的外围表面;
加热其上缠绕了所述缠绕带的所述中间成形体,从而使所述基质树脂固化;以及
在固化步骤后,拉出所述心轴并且除去所述缠绕带,从而制得固化管状体,
其中,使用织物带作为所述缠绕带,并且
在带子缠绕步骤中,将所述织物带直接缠绕在所述中间成形体的外围表面上。
2.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述带缠绕步骤包括:在所述中间成形体的外围表面上缠绕织物带的第一缠绕步骤,以及在所述第一缠绕步骤后缠绕树脂膜带的第二缠绕步骤。
3.如权利要求2所述的制造方法,其特征在于,在所述第一缠绕步骤中施加在所述织物带上的张应力T1等于或大于5Mpa且等于或小于150Mpa。
4.如权利要求2所述的制造方法,其特征在于,当在所述第一缠绕步骤中施加在所述织物带上的张应力用T1表示、在所述第二缠绕步骤中施加在所述树脂膜带上的张应力用T2表示时,比率T1/T2等于或大于0.1且等于或小于0.95。
5.如权利要求2所述的制造方法,其特征在于,所述树脂膜带的内表面具有硅型或氟型涂布材料。
6.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述带子缠绕步骤包括:在所述中间成形体的外围表面上缠绕织物带的第一缠绕步骤,以及在所述第一缠绕步骤后缠绕橡胶带的第二缠绕步骤。
7.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,在所述第一缠绕步骤中施加在所述织物带上的张应力T1a等于或大于5Mpa且等于或小于150Mpa。
8.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,当在所述第一缠绕步骤中施加在所述织物带上的张应力用T1a表示、在所述第二缠绕步骤中施加在所述橡胶带上施加的张应力用T2a表示时,比率T2a/T1a等于或大于0.1。
9.如权利要求6所述的制造方法,其特征在于,所述橡胶带的内表面具有硅型或氟型涂布材料。
10.如权利要求1所述的制造方法,其特征在于,所述缠绕带为织物带。
11.如权利要求10所述的制造方法,其特征在于,在带子缠绕步骤中施加在所述织物带上的张应力T1b等于或大于5Mpa且等于或小于150Mpa。
12.如权利要求10所述的制造方法,其特征在于,在带子缠绕步骤中,在从所述管状体顶端位置Tp1至所述管状体底端位置Bt1的所有的点位上,所缠绕的所述织物带的缠绕层数L1为1以上。
13.如权利要求10所述的制造方法,其特征在于,当所述中间成形体的纤维含量用按重量百分比计的Z1表示、所述固化管状体的纤维含量用按重量百分比计的Z2表示时,差值Z2-Z1等于或大于3wt%且等于或小于25wt%。
14.一种用如权利要求1~13中任一项所述的制造方法制得的管状体。
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