CN103446733A - 高尔夫球杆杆身 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高尔夫球杆杆身。杆身6具有多个全长层s2、s3以及s6~s9。全长层具有全长偏置层s2和s3、以及全长直置层s6、s8和s9。位于全长偏置层s2和s3外侧的全长直置层s6、s8、s9包括含有线型酚醛树脂的层。在含有线型酚醛树脂的层中,线型酚醛树脂型环氧树脂的含量Rn为3质量%以上且19质量%以下。如果组成全长直置层的含有线型酚醛树脂的层的平均比重被定义为S1,并且全长偏置层和全长偏置层以内的平均比重被定义为S2,那么比重S1大于比重S2。
Description
本申请要求2012年5月31日在日本提交的专利申请No.2012-125371的优先权,其全部内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及高尔夫球杆杆身。
背景技术
考虑到增加杆头速度,需要轻质高尔夫球杆杆身。日本专利申请特开2000-93568公开了具有高强度的轻质高尔夫球杆杆身。
发明内容
通过减少基质树脂实现碳纤维杆身(carbon shaft)的重量减轻。然而,基质树脂的重量减少接近极限。
同时,纤维的拉伸弹性模量增加,并且纤维量减少,由此在保持其刚性的同时使得碳纤维杆身的重量减轻。然而,在该情况下,碳纤维杆身的强度降低。
本发明的目标在于提供一种具有高强度的轻质高尔夫球杆杆身。
本发明的杆身是包括纤维增强树脂层的层叠体(1aminate)。杆身具有多个全长层(fulllength layers)。全长层具有全长偏置层(bias layers)和全长直置层(straight layers)。如果把具有包括线型酚醛树脂(novolac)型的环氧树脂的基质树脂的层定义为含有线型酚醛树脂的层,那么位于全长偏置层外侧的全长直置层包括含有线型酚醛树脂的层。在含有线型酚醛树脂的层中,基质树脂包括环氧树脂成分。环氧树脂成分中线型酚醛树脂型环氧树脂的含量Rn为3质量%以上、19质量%以下。如果把构成全长直置层的含有线型酚醛树脂的层的平均比重被定义为S1,把全长偏置层和全长偏置层以内的平均比重定义为S2,那么比重S1大于比重S2。
优选,全长直置层具有位于全长层中最外侧的最外侧全长直置层。优选,最外侧全长直置层是含有线型酚醛树脂的层。
优选在全长直置层中位于最外侧的N层是含有线型酚醛树脂的层。优选,N等于或大于2。
优选,N等于或大于3。
优选,提供M层全长直置层,其是含有线型酚醛树脂的层。优选,在全长层中,所有的M层位于最外侧。
优选,位于全长偏置层外侧的含有线型酚醛树脂的层的纤维弹性模量等于或大于8t/mm2且小于38t/mm2。优选,全长偏置层的纤维弹性模量等于或大于38t/mm2且小于70t/mm2。
优选,位于全长偏置层内侧的所有层的纤维弹性模量为38t/mm2以上且70t/mm2以下。
附图说明
图1显示包括根据本发明一个具体实施方式的杆身的高尔夫球杆;
图2是根据图1的具体实施方式的杆身的展开图;
图3是显示根据图2的杆身的第一合体薄片(united sheet)的平面图;
图4是显示根据图2的杆身的第二合体薄片的平面图;
图5是图1的杆身的放大横截面图;
图6根据实施例的管子的展开图;
图7是显示根据图6的管子的合体薄片的平面图;
图8A、8B和8C描述拉伸试验;并且
图9描述三点弯曲试验。
具体实施方式
在下文中,本发明将适当参考附图基于优选实施方式进行详细描述。
在本申请中使用术语“层”和术语“薄片”。“层”被卷绕。同时,“薄片”未被卷绕。“层”是通过卷绕“薄片”形成的。也就是说,经卷绕的“薄片”形成“层”。在本申请中,在层和薄片中使用相同的参考序号(reference numeral)。例如,通过薄片s1形成的层被定义为层s1。
在本申请中,“内侧”是指杆身径向的内侧。在本申请中,“外侧”是指杆身径向外侧。
在本申请中,“轴线方向”是指杆身的轴线方向。
在本申请中,角Af和绝对角θa被用于纤维相对于轴线方向的角。角Af是正角或负角。绝对角θa是角Af的绝对值。换言之,绝对角θa是轴向方向和纤维方向之间的角的绝对值。例如,“绝对角θa等于或小于10°”是指“角Af为-10°以上且+10°以下”。
图1显示包括根据本发明一个具体实施方式的高尔夫球杆杆身6的高尔夫球杆2。高尔夫球杆2包括杆头4、杆身6、以及握把8。杆头4设置在杆身6的顶部。握把8设置在杆身6的杆尾部(butt endpart)。杆头4和握把8没有限制。杆头4的例子包括木型高尔夫球杆杆头、混合型高尔夫球杆杆头、通用型高尔夫球杆杆头、铁型高尔夫球杆杆头、以及推杆杆头。
具体实施方式1的杆头时木型高尔夫球杆杆头。在相对较长的球杆中,通过杆身的重量减轻导致飞行距离的改进的效果较好。在这方面,优选木型高尔夫球杆杆头、混合型高尔夫球杆杆头、以及通用型高尔夫球杆杆头作为杆头4。中空杆头具有较大的惯性矩(moment ofinertia)。具有较大惯性矩的杆头的杆身稳定地具有改进飞行距离的效果。在这方面,杆头4优选中空的。
杆头4的材料没有特别限制。杆头4的材料的例子包括钛、钛合金、CFRP(碳纤维增强塑料)、不锈钢、马氏体时效钢、以及软铁。也可以组合大量的材料。例如,CFRP和钛合金可以组合。关于降低杆头的重心,杆头可以具有其中至少部分由CFRP制成的冠部和至少部分由钛合金制成的底部。关于强度,整个面优选由钛合金制成。
杆身6包括含有纤维增强树脂层的层叠体。杆身6是管状体。杆身6具有中空结构。如图1所示,杆身6具有顶端(tip end)Tp和杆尾(butt end)Bt。顶端Tp位于杆头4中。杆尾Bt位于握把8中。
杆身6是所谓的碳纤维杆身。杆身6优选通过对预浸体薄片进行固化获得。在预浸体薄片中,纤维基本上以一个方向定位。其中纤维基本上以一个方向定位的预浸体也被称为UD预浸体。“UD”代表单向。可以使用除了UD预浸体之外的预浸体。例如,包含在预浸体薄片中的纤维可以是纺织品。预浸体将在后文详细说明。
预浸体薄片具有纤维和树脂。树脂也被称为基质树脂。纤维典型地是碳纤维。基质树脂典型地是热固性树脂。
杆身6通过所谓的薄片卷绕法制造。在预浸体中,基质树脂是半固化状态的。杆身6通过对预浸体薄片进行卷绕和固化获得。固化是指半固化基质树脂的固化。通过加热进行固化。杆身6的制造方法包括加热工序。加热工序固化了预浸体薄片的基质树脂。
图2是组成杆身6的预浸体薄片的展开图(薄片构造图)。杆身6包括多个薄片。在图2的具体实施方式中,杆身6包括s1~s11的十一个薄片。在本申请中,图2等中所示的展开图显示了从杆身的径向内侧依次组成杆身的薄片。在展开图中从最上层的薄片开始依次卷绕薄片。如果通过堆叠形成合体薄片,那么薄片以合体薄片的状态进行卷绕。在本申请的展开图中,图形的水平方向与杆身的轴线方向一致。在本申请的展开图中,图形的右侧是杆身的顶端Tp一侧。在本申请的展开图中,图形的左侧是杆身的杆尾Bt一侧。
本申请的展开图不仅显示各薄片的卷绕顺序,而且显示杆身轴线方向中各薄片的配置。例如,在图2中,薄片s1的末端位于顶端Tp。例如,在图2中,薄片s4和s5的末端位于杆尾Bt。
杆身6具有直置层、偏置层、环绕层(hoop layer)。纤维的定向角在本申请的展开图中进行说明。描述为“0°”的薄片构成直置层。用于直置层的薄片在本申请中也被称为直置薄片。
直置层是其中纤维的定位方向大致调整到相对于杆身纵向(杆身的轴线方向)0°的层。通过卷绕的误差等,纤维的定位不能完全设定为相对于杆身的轴线方向的0°。通常,在直置层中,绝对角θa等于或小于10°。
在图2的具体实施方式中,直置薄片是薄片s1、薄片s4、薄片s5、薄片s6、薄片s8、薄片s9、薄片s10、以及薄片s11。直置层与杆身的弯曲刚度(flexural rigidity)和弯曲强度高度相关。
同时,偏置层与杆身的扭转刚度和扭转强度高度相关。优选,偏置层包括其中纤维的定向角以彼此相反方向倾斜的两个薄片。关于扭转刚度,偏置层的绝对角θa优选等于或大于15°,更优选等于或大于25°,更优选等于或大于40°。考虑到扭转刚度和弯曲刚度,偏置层的绝对角θa优选等于或小于60°,更优选等于或小于50°。
在杆身6中,组成偏置层的薄片是薄片s2和薄片s3。在图2中,角Af在每个薄片中说明。在角Af中正(+)和负(-)表示偏置层的纤维以彼此相反的方向倾斜。在本申请中,用于偏置层的薄片也仅被称为偏置薄片。
在图2的具体实施方式中,薄片s2的角是-45°,并且薄片s3的角是+45°。然而,相反的是,优选薄片s2的角为+45°,并且薄片s3的角为-45°。
在杆身6中,组成环绕层的薄片是薄片s7。优选,在环绕层中绝对角θa基本上为相对于杆身轴线的90°。然而,通过卷绕中的误差等,纤维的定位方向相对于杆身的轴线方向可能不是完全设定为90°。通常,在环绕层中,绝对角θa为80°以上且90°以下。在本申请中,用于环绕层的预浸体薄片也仅被称为环绕薄片。
环绕层有利于杆身的抗碎刚度和抗碎强度的增加。抗碎刚度是关于杆身向其径向内侧破碎的力的刚度。抗碎强度是关于杆身向其径向内侧破碎的力的强度。破裂强度也可能涉及弯曲强度。破碎变形可能由弯曲变形产生。在特别薄的轻质杆身中,破碎变形和弯曲变形之间的该相关性较大。抗碎强度的增加也可以导致弯曲强度的增加。
虽然在附图中没有显示,但是在使用之前预浸体薄片通常夹在覆盖薄片之间。覆盖薄片通常是脱模纸以及树脂膜。亦即,在使用之前,预浸体薄片夹在脱模纸和树脂膜之间。脱模纸运用在预浸体薄片的一个表面上,并且树脂薄膜运用在预浸体薄片的另一个表面上。在下文中,脱模纸运用在其上的表面也被称为“脱模纸侧的表面”,并且树脂膜运用在其上的表面也被称为“薄膜侧的表面”。
在本申请的展开图中,该薄膜侧的表面是前侧。亦即,在本申请的展开图中,附图的前侧是薄膜侧的表面,并且附图的后侧是脱模纸侧的表面。例如,在附图2中,薄片s2的纤维的方向与薄片s3的相同。然而,当薄片s3按照如下所述堆叠的时候,颠倒(reversed)薄片s3。因此,薄片s2和s3的纤维方向是彼此相反的。因此,在卷绕之后的状态中,薄片s2和s3的纤维方向是彼此相反的。考虑到这一点,在图2中,薄片s2的纤维方向描述为“-45°”,并且薄片s3的纤维方向描述为“+45°”。
为了卷绕预浸体薄片,首先剥离树脂膜。通过剥离树脂膜暴露薄膜侧的表面。暴露的表面具有粘附性能(粘性)。粘附性能是由基质树脂引起的。因为基质树脂是半固化状态,发展出了粘性。接着,暴露的薄膜侧的表面的边缘部分(也称为卷绕开始的边缘部)施加到卷绕对象上。卷绕开始的边缘部可以通过基质树脂的粘性平滑地进行施加。卷绕对象是芯轴或通过围绕芯轴用另一个预浸体薄片卷绕获得的卷绕制品。随后,剥离脱模纸。然后,旋转卷绕对象,从而围绕卷绕对象卷绕预浸体薄片。因此,树脂膜是首先剥离的。接着,将卷绕开始的边缘部施加到卷绕对象上,然后剥离脱模纸。亦即,树脂膜是首先剥离的。在将卷绕开始的边缘部施加到卷绕对象上之后,剥离脱模纸。该工序抑制了薄片的褶皱和卷绕瑕疵。这是因为其上施加脱模纸的薄片通过脱模纸支撑,并导致较少的褶皱。脱模纸的弯曲刚度比树脂膜高。
在图2的具体实施方式中使用合体薄片。合体薄片通过堆叠2层以上薄片形成。
在图2的具体实施方式中形成了两合体薄片。图3显示第一合体薄片s23。该合体薄片s23通过堆叠薄片s2和薄片s3形成。图4显示第二合体薄片s78。该合体薄片s78通过堆叠薄片s7和薄片s8形成。
在合体薄片s23中,相对于半圆,薄片s2和薄片s3偏离。亦即,在卷绕之后的杆身中,薄片s2的圆周位置和薄片s3的圆周位置沿圆周方向彼此不同。差值角优选180°(±15°)。
由于使用合体薄片s23,第一偏置层s2和第二偏置层s3沿圆周方向彼此背离。偏置层的末端位置通过偏离沿圆周方向分散。分散改进了沿圆周方向的杆身的均匀性。
如图4所示,在第二合体薄片s78中,薄片s7的上端与薄片s8的上端一致。在薄片s78中,薄片s7整个施加到薄片s8上。因此,在卷绕工序中,抑制了薄片s7的卷绕瑕疵。
如上所述,在本申请中,薄片和层通过纤维的定向角进行分类。此外,在本申请中,薄片和层通过杆身的轴线方向的长度进行分类。
在本申请中,在杆身轴线方向中全部安置的层被称为全长层。在本申请中,在杆身轴线方向中全部安置的薄片被称为全长薄片。卷绕的全长薄片形成全长层。
同时,在本申请中,在杆身轴线方向局部安置的层被称为局部层。在本申请中,在杆身轴线方向局部布置的薄片被称为局部薄片。卷绕的局部薄片形成局部层。
在本申请中,其是直置层的全长层被称为全长直置层。在图2的具体实施方式中,全长直置层是薄片s6、薄片s8、以及薄片s9。
在本申请中,其是环绕层的全长层被称为全长环绕层。在图2的具体实施方式中,全长环绕层是薄片s7。
在本申请中,其是直置层的局部层被称为局部直置层。在图2的具体实施方式中,局部直置层是薄片s1、薄片s4、薄片s5、薄片s10、和薄片s11。
杆身6是通过使用图2中所述薄片的薄片卷绕加工进行生产。
在下文中,杆身6的制造方法将会按图进行说明。
[杆身制造方法的概述]
(1)切割工序
将预浸体薄片在切割工序中切割为所期望的形状。如图2所述各薄片通过该工序进行切割。
切割可以通过切割机进行,亦可以人工进行。在人工的情况下,例如,使用割刀。
(2)叠加工序
在叠加工序中叠加多个薄片。在具体实施方式中,生产上述合体薄片s23和s78。
在叠加工序中,可以进行加热或加压。更优选,组合进行加热和加压。在后文描述的卷绕工序中,薄片的偏离可以在合体薄片的卷绕操作期间制造。偏离降低了卷绕的精确性。加热和加压改进了薄片之间的粘合力。加热和加压抑制了卷绕工序中薄片之间的偏离。
(3)卷绕工序
在卷绕工序中制备芯轴。典型的芯轴由金属制成。向芯轴施加脱模剂。此外,将具有粘性的树脂施加到芯轴。树脂也被称为粘性树脂。切割的薄片围绕芯轴卷绕。粘性树脂促进芯轴上薄片的末端的施加。
待堆叠的薄片以合体薄片的状态进行卷绕。
通过卷绕工序获得卷绕主体。通过围绕芯轴外侧卷绕预浸体薄片获得卷绕主体。例如,卷绕通过在平板(plane)上滚动卷绕对象进行。卷绕可以通过人工操作或机器进行。机器被称为卷绕机(rolling machine)。
(4)带子缠绕工序
在带子缠绕工序中,带子围绕卷绕主体的外周表面进行卷绕。带子也称为缠绕带。在向缠绕带施加拉力的同时卷绕缠绕带。缠绕带以预定斜度螺旋卷绕。通过缠绕带向卷绕主体施加压力。压力减少空处。
(5)固化工序
在固化工序中,在进行带子缠绕之后,卷绕主体进行加热。加热固化基质树脂。在固化工序中,基质树脂暂时流动。基质树脂的流动可以排出薄片之间或薄片中的空气。缠绕带的压力(紧固力)加速空气的排放。固化提供了经固化的层叠体。
(6)抽出芯轴的工序以及除去缠绕带的工序
在固化工序之后进行抽出芯轴的工序和除去缠绕带的工序。这两个工序的顺序没有限制。然而,考虑到改进除去缠绕带工序的效率,除去缠绕带的工序优选在抽出芯轴之后进行。
(7)切削两端的工序
固化层叠体的两端在该工序中切削。切削使得顶端Tp的末端面和杆尾Bt的末端面平整。
(8)抛光工序
固化层叠体的表面在该工序中抛光。留在后面作为缠绕带痕迹的螺旋的不均匀存在于固化的层叠体的表面上。抛光消除了作为缠绕带痕迹的不均匀,从而使得固化层叠体的表面变得光滑。
(9)涂敷工序
在抛光工序之后,固化的层叠体经受涂覆。
杆头4和握把8附着于由此制造的杆身6上,从而获得高尔夫球杆2。
图5的圆圈中显示了杆身6的横截面的放大图。图5是杆身6纵向中心位置的横截面图。其中仅全长薄片存在的部分显示在图5中。
在杆身6中,偏置薄片s2设定为成为两层(plies),并且偏置薄片s3也设定称为为两层。因此,形成总计四个偏置层。
在杆身6中,全长直置薄片s6被设定为成为一层。因此,形成一个全长直置层s6。
在杆身6中,全长环绕薄片s7被设定成为一个层。因此,形成一个全长环绕层s7。
在杆身6中,全长直置薄片s8被设定为成为两层。因此,形成两个全长直置层s8。
在杆身6中,全长直置薄片s9设置为成为两层。因此,形成两个全长直置层s9。两个全长直置层s9的外侧那个是最外侧的全长直置层s100)。
杆身6包括含有线型酚醛树脂的层。含有线型酚醛树脂的层包括:含有线型酚醛树脂型环氧树脂的基质树脂。
在杆身6中,薄片s8、薄片s9、薄片s10、薄片s11是含有线型酚醛树脂的层。位于环绕层s7外侧的所有直置层是含有线型酚醛树脂的层。
在杆身6中位于全长偏置层s2和s3外侧的全长直置层s8和s9是含有线型酚醛树脂的层。杆身的强度通过位于外侧的全长直置层s8和s9有效增加。
在杆身6中,位于全长偏置层s8和s9(其是含有酚醛树脂的层)外侧的局部直置层s10和s11是含有线型酚醛树脂的层。位于外侧且增强顶部的局部直置层s10和s11是含有线型酚醛树脂的层,由此,杆身的顶部强度有效增加。在杆身6中,位于最外侧且增强顶部的局部直置层s11是含有线型酚醛树脂的层。因此,杆身的顶部的强度增加。
在含有线型酚醛树脂层s8、s9、s10和s11中,在基质树脂中线型酚醛树脂型环氧树脂的含量Rn为3质量%以上且19质量%以下。发现在数值范围内的含量Rn有利于杆身强度的改进。
在本申请中,组成全长直置层的含有线型酚醛树脂的层的平均比重被定义为S1,并且全长偏置层和全长偏置层以内的平均比重被定义为S2。成为比重S2的目标的层是全长片制成和位于全长偏置层以内的层,所述层是否是含有线型酚醛树脂的层不是目标。在杆身6中,比重S1大于比重S2。在杆身6中,组成全长直置层的含有线型酚醛树脂的层总共是四层:层s8(两层)以及层s9(两层)(参见图5)。如果没有层在全长偏置层内,比重S2是全长偏置层的比重。
如果增加纤维且减少基质树脂,层的比重增加。因为在该情况下减少树脂,层之间的粘结易于减少。分层可以减小杆身的强度。然而,具有较大比重的层含有线型酚醛树脂型环氧树脂,并由此抑制高密度层中杆身强度的降低。具有高纤维含量的含有线型酚醛树脂的层被布置在外侧,并由此可以有效发挥强度改进效果A和强度改进效果B。强度改进效果A是由线型酚醛树脂型环氧树脂引起的强度改进效果,并且强度改进效果B是纤维含量增加引起的强度改进效果。弯曲断裂经常出现在杆身的外侧。通过将具有高纤维含量的含有线型酚醛树脂的层布置在外侧增加强度改进效果A和强度改进效果B。
比重S1大于比重S2,并由此能够将具有低比重的预浸体布置在内侧。因此,实现杆身的内侧层的重量减轻,并且同样实现杆身重量的重量减轻。同时,因为比重S1较大,相对位于外侧的层的纤维含量可以增加。因此,改进了杆身强度。此外,因为具有较高比重S1的层是含有线型酚醛树脂的层nv1,协同发挥由于纤维含量引起的强度改进效果和由于线型酚醛树脂引起的强度改进效果。
具有较高比重S1的含有线型酚醛树脂的层nv1被布置在外侧,并且由此增加围绕杆身轴线的惯性矩。惯性矩的改进有利于击球的方向稳定性。具有较高比重S1的含有线型酚醛树脂的层nv1被布置在外侧,并且由此杆身外侧的比重高于杆身内侧的比重。因此,能够改进杆身的减震性能。减震性能的改进能够改进击球感。在这些方面中,杆身外侧区域X1的比重Sx1优选大于杆身内侧区域X2的比重Sx2。杆身外侧区域X1是指位于分界面kc外侧的区域,所述分界面将杆身的厚度划分为两个相等的部分(参见图5)。杆身的内部区域X2是位于分界面kc内部的区域,所述分界面将杆身的厚度划分为两个相等的部分(参见图5)。
位于杆身最外部的含有线型酚醛树脂的层nv1的总厚度通过图5中的双指向箭头显示。厚度Tn在其中仅存在全长层的部分进行限定。考虑到杆身强度,厚度Tn优选等于或大于0.1mm,更优选等于或大于0.2mm,更优选等于或大于0.3mm。考虑到重量减轻,厚度Tn优选等于或小于0.8mm,更优选等于或小于0.7mm,更优选等于或小于0.6mm。
杆身6具有最外侧的全长直置层s100。最外侧的全长直置层s100是含有线型酚醛树脂的层。杆身6的强度通过结构有效增加。最外侧的全长直置层s100是在全长层中位于最外侧的直置层。
在杆身6中,在全长直置层中位于最外侧的N层是含有线型酚醛树脂的层。在杆身6中,在全长直置层中层s8和s9是含有线型酚醛树脂的层nv1。由于该原因,在杆身6中,在全长直置层中位于最外侧的四层是含有线型酚醛树脂的层nv1(参见图5)。亦即,在杆身6中,N是4。杆身6的强度通过结构有效增加。考虑到杆身强度,N优选等于或大于2,更优选等于或大于3,特别优选等于或大于4。考虑到杆身的重量减轻,N优选等于或小于8,更优选等于或小于7,更优选等于或小于6。
在杆身6中,所有含有线型酚醛树脂的层nv1是直置层。直置层大幅促进杆身的弯曲强度。所有的含有线型酚醛树脂的层nv1是直置层,并由此有效增加杆身强度。
在杆身6中,提供M全长直置层(其是含有线型酚醛树脂层nv1)。在杆身6中,M是4。如图5所示,在杆身6中,所有M层在全长层中位于最外侧。杆身的强度通过结构有效增加。考虑到杆身强度,M优选等于或大于2,更优选等于或大于3,更优选等于或大于4。考虑到杆身的重量减轻,M优选等于或小于8,更优选等于或小于7,更优选等于或小于6。
在杆身6中,含有线型酚醛树脂层nv1的纤维弹性模量Y1为等于或大于8t/mm2且小于38t/mm2。在杆身6中,位于全长偏置层外侧的含有线型酚醛树脂层nv1的纤维弹性模量Y10为等于或大于8t/mm2且小于38t/mm2。杆身6中,除了含有线型酚醛树脂的层之外,全长直置层的纤维弹性模量Y2为38t/mm2以上且70t/mm2以下。在杆身6中,全长偏置层的纤维弹性模量Y3为38t/mm2以上且70t/mm2以下。
纤维弹性模量Y1调整到等于或大于8t/mm2且小于38t/mm2,并由此有效增加杆身强度。通过具有相对高强度的纤维和线型酚醛树脂型环氧树脂的组合有效增加杆身强度。由于含有线型酚醛树脂的层nv1被布置在相对外侧,杆身强度进一步得以增加。更优选,纤维弹性模量Y1为8t/mm2以上且30t/mm2以下。
纤维弹性模量Y10调整到等于或大于8t/mm2且小于38t/mm2,并由此有效增加杆身强度。通过具有相对高强度的纤维和线型酚醛树脂型环氧树脂的组合有效增加杆身强度。由于含有线型酚醛树脂的层nv1被布置在相对外侧,杆身强度进一步得以增加。更优选,纤维弹性模量Y10为8t/mm2以上且30t/mm2以下。
弹性纤维模量Y2调整到38t/mm2以上且70t/mm2以下,由此可以在降低纤维含量的同时增加弯曲刚度。因此,在保障所需弯曲(flex)的同时,可以实现重量减轻。
弹性纤维模量Y3调整到38t/mm2以上且70t/mm2以下,由此可以在降低纤维含量的同时增加扭转刚度。因此,在保障所需扭矩(torque)的同时,可以实现重量减轻。如图5所示,位于最内侧的全长含有线型酚醛树脂的层nv1被定义为最内侧含有线型酚醛树脂层nv2。杆身6中,位于最内侧含有线型酚醛树脂的层nv2内侧的全长层的纤维弹性模量Y4为38t/mm2以上且70t/mm2以下。在通过结构减少纤维含量的同时可以增加刚度。因此,在保障所需扭矩和/或弯曲的同时,可以实现重量减轻。具有相对低强度的高弹性层被布置在内侧,并由此可以增加杆身强度。全长的含有线型酚醛树脂的层是全长层的含有线型酚醛树脂的层。
杆身6中,全长偏置层和位于全长偏置层内侧的层的纤维弹性模量Y5为38t/mm2以上且70t/mm2以下。在通过结构减少纤维含量的同时可以增加刚度。因此,在保障所需扭矩和/或弯曲的同时,可以实现重量减轻。具有相对低强度的高弹性层被布置在内侧,并由此可以增加杆身强度。
[基质树脂]
环氧树脂组合物优选作为基质树脂。环氧树脂组合物优选包含在分子中具有两种环氧基的环氧树脂作为环氧树脂成分,即,双功能环氧树脂。双功能环氧树脂的具体例子包括:双酚型环氧树脂,例如双酚A型环氧树脂及其氢化添加物(additive)、双酚F型环氧树脂及其氢化添加物、双酚S型环氧树脂、四溴双酚A型环氧树脂、以及双酚AD型环氧树脂。双酚型环氧树脂可以单独使用,或者以两种以上混合物的形式使用。
如果使用双酚型环氧树脂,那么优选组合使用双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂。杆身的弯曲强度可以通过组合使用进行改进。按质量比,双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的含量比优选20∶80~80∶20,更优选30∶70~70∶30,更优选40∶60~60∶40。
双酚型环氧树脂的环氧当量(g/eq)优选等于或大于200,更优选等于或大于250。双酚型环氧树脂的环氧当量(g/eq)优选等于或小于400,更优选等于或小于350。如果双酚型环氧树脂的环氧当量为低于200,那么环氧树脂成分在室温下变为液态,这使得难以生产预浸体以及模压预浸体。如果环氧当量大于400,那么环氧树脂成分在室温下变为固态,这使得难以模压双酚型环氧树脂。
双酚A型环氧树脂的例子包括:Mitsubishi Chemical公司制造的jER827、jER828、jER1001、jER1002、jER1003、jER1003F、jER1004、jER1004FS、jER1004F、jER1004AF、jER1055、jER1005F、jER1006FS、jER1007、jER1007FS、jER1008、和jER1009。“jER”是注册商标。
双酚A型环氧树脂的其它例子包括:Tohto Kasei有限公司制造的EPOTOHTO YD-011、EPOTOHTO YD-012、EPOTOHTO YD-013、EPOTOHTO YD-014、EPOTOHTO YD-017、EPOTOHTO YD-019、EPOTOHTO YD-020N、和EPOTOHTO YD-020H。“EPOTOHTO”是注册商标。
双酚A型环氧树脂的其它例子包括:DIC公司制造的EPICLON1050、EPICLON3050、EPICLON4050、和EPICLON7050。“EPICLON”是注册商标。双酚A型环氧树脂的其它例子包括:EP-5100、EP-5400、EP-5700、和EP-5900(Adeka公司制造)、and DER-661、DER-663U、DER-664、DER-667、DER-668、和DER-669(Dow Chemical公司制造)。
双酚F型环氧树脂的例子包括:jER806、jER807、jER4005P、jER4007P、和jER4010P(Mitsubishi Chemical公司制造)。
优选的是,除了在分子中具有两种环氧基的环氧树脂之外,环氧树脂组合物进一步包含在分子中具有三种以上环氧基的多功能环氧树脂。环氧树脂组合物包含多功能环氧树脂,并由此控制环氧树脂组合物的固化产品的交联密度。控制交联密度从而将环氧树脂组合物的固化产品的伸长率设定为中等范围,并由此考虑改进增强纤维和环氧树脂之间的界面强度。
多功能环氧树脂的例子包括但不限于:线型酚醛树脂型环氧树脂,例如苯酚线型酚醛树脂型环氧树脂以及邻甲酚线型酚醛树脂型环氧树脂;缩水甘油醚环氧树脂,例如三(对羟苯基)甲烷的三缩水甘油醚及其衍生物、四(对羟基)乙烷的四缩水甘油醚及其衍生物、丙三醇的三缩水甘油醚、以及季戊四醇的四缩水甘油醚;以及缩水甘油基胺环氧树脂例如四缩水甘油基二胺二苯基甲烷、四缩水甘油基-间二甲苯二胺、以及三缩水甘油基间氨基苯酚。
多功能环氧树脂优选线型酚醛树脂型环氧树脂。线型酚醛树脂型环氧树脂的例子包括:苯酚线型酚醛树脂型环氧树脂和邻甲酚线型酚醛树脂型环氧树脂。考虑到树脂固化产品的强度,在环氧树脂成分中线型酚醛树脂型环氧树脂的含量比Rn优选等于或大于3质量%,更优选等于或大于4质量%,更优选等于或大于5质量%,更优选等于或大于7质量%。含量比Rn优选等于或小于19质量%,更优选等于或小于14质量%,更优选等于或小于13质量%,更优选等于或小于11质量%。
多功能环氧树脂的环氧当量(g/eq)优选等于或大于50,更优选等于或大于75,更优选等于或大于100。多功能环氧树脂的环氧当量(g/eq)优选等于或小于500,更优选等于或小于400,更优选等于或小于300。如果多功能环氧树脂的环氧当量在此范围内,那么可以有效形成交联结构。
苯酚线型酚醛树脂型环氧树脂的商业产品的例子包括jER152以及jER154(MitsubishiChemical公司制造)、EPICLON N-740、EPICLON N-770、以及EPICLON N-775(DIC公司制造)、PY307、EPN1179、以及EPN1180(Huntsman Advanced Materials有限公司制造)、YDPN638、以及YDPN638P(Tohto Kasei有限公司制造)、DEN431、DEN438、以及DEN439(Dow Chemical公司)、EPR600(BakeliteAG制造)、以及EPPN-201(NipponKayaku有限公司制造)。
环氧树脂组合物优选包含固化剂。作为固化剂,可以使用:双氰胺、具有活泼氢的芳族胺例如4,4′-二氨基二苯甲烷、4,4′-二氨基二苯砜、3,3′-二氨基二苯砜、间苯二胺、以及间二甲苯二胺;具有活泼氢的脂族胺例如二乙烯三胺、三乙烯四胺、异佛尔酮二胺(isophoronediamine)、双(氨甲基)降冰片烷、双(4-氨基环己基)甲烷、以及聚乙烯亚胺的二聚酸酯;通过具有活泼氢的胺与化合物(例如环氧化合物、丙烯醛、苯酚和甲醛)反应获得的改性胺、以及硫脲;没有活泼氢的叔胺例如二甲基苯胺、三亚乙基二胺、二甲基苄胺、以及2,4,6-三(二甲基氨甲基)苯酚;咪唑例如2-甲基咪唑以及2-乙基-4-甲基咪唑;聚酰胺树脂;羧酸酐例如六氢邻苯二甲酸酐、四氢领苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、以及甲基纳迪克酸酐(methylnadic anhydride);多元羧酸酰肼例如己二酸酰肼以及萘二甲酸二酰肼;多酚化合物例如线型酚醛树脂;聚硫醇例如巯基乙酸以及多元醇的酯;以及路易斯酸络合物例如三氟化硼乙胺络合物等。在它们之中,优选双氰胺作为固化剂。
基于环氧树脂成分的1mol环氧基,双氰胺的添加量优选等于或大于13g,更优选等于或大于15g,更优选等于或大于17g。基于环氧树脂成分的1mol的环氧基,双氰胺的添加量优选等于或小于40g,更优选等于或小于38g,更优选等于或小于35g。如果双氰胺的添加量在此范围内,环氧树脂组合物的固化成品的机械性能得以改进。
为了增加固化活性,合适的固化助剂可以与固化剂组合物使用。其中至少一个氢与脲成键且用烃基取代的脲衍生物优选作为固化助剂。烃基可以进一步用例如卤素原子、硝基、以及烷氧基等取代。脲衍生物的例子包括:单脲(monourea)化合物的衍生物,例如3-苯基-1,1-二甲脲、3-(对氯苯基)-1,1-二甲脲、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲脲、3-(邻甲基苯基)-1,1-二甲脲、3-(对甲基苯基)-1,1-二甲脲、、3-(甲氧基苯基)-1,1-二甲脲、3-(硝基苯基)-1,1-二甲脲;以及双脲(bisurea)化合物的衍生物,例如N,N-亚苯基-双(N′-N′-二甲脲)以及N,N-(4-甲基-1,3-亚苯基)-双(N′-N′-二甲脲)。固化剂和固化助剂的组合的优选例子是双氰胺与一个脲衍生物(例如3-苯基-1,1-二甲脲、3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲脲(DCMU)、3-(3-氯-4-甲基苯基)-1,1-二甲脲、以及2,4-双(3,3-二甲基酰脲)甲苯)作为固化助剂的组合。在它们之中,双氰胺更优选与3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲脲(DCMU)作为固化助剂组合。
优选的是,双氰胺(DIYC)用作固化剂并且脲衍生物用作固化助剂。在该情况下,按质量比,双氰胺(DICY)和脲衍生物的含量比(DICY/脲衍生物)优选等于或大于1,更优选等于或大于1.2,更优选等于或大于1.5。该比例优选等于或小于3,更优选等于或小于2.8,更优选等于或小于2.5。质量比(DICY/脲衍生物)最优选2。如果DICY/脲衍生物的质量比在该范围内,固化速度较快,并且固化产品具有良好的物理性能。
环氧树脂组合物可以进一步包含其它成分例如低聚物、聚合物、以及有机或无机颗粒。
在本发明中使用的能与环氧树脂组合物混合的低聚物的例子包括具有聚酯骨架和聚氨酯骨架的聚酯聚氨酯、具有聚酯骨架和聚氨酯骨架并在分子链末端进一步具有(甲基)丙烯酸基团的氨基甲酸乙酯(甲基)丙烯酸酯、以及茚系低聚物。
热塑性树脂适合用作能够与环氧树脂组合物混合的聚合物。优选混合热塑性树脂,因为树脂的粘度控制、预聚体薄片的可操作性控制、或粘合改进的效果增加。
热塑性树脂的例子包括聚乙烯醇缩醛树脂例如聚乙烯醇缩甲醛、以及聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、以及苯氧基树脂。热塑性树脂可以具有酰胺键和磺酰基。具有酰胺键的热塑性树脂的例子包括聚酰胺和聚酰亚胺。具有磺酰基的热塑性树脂的例子包括聚砜。聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜可以在主链中具有功能团例如醚键以及羰基。聚酰胺可以在酰胺基的氮原子上具有取代基。在本发明中使用的环氧树脂优选包含聚乙烯醇缩甲醛作为热塑性树脂。
基于100质量份的环氧树脂成分,热塑性树脂的含量比例优选等于或大于2质量份,更优选等于或大于3质量份,更优选等于或大于4质量份。基于100质量份的环氧树脂成分,热塑性树脂的含量比例优选等于或小于12质量份,更优选等于或小于8质量份。如果热塑性树脂的含量比等于或大于2质量份,那么改进环氧树脂组合物的伸长率,这可以适用于粘性。同时,如果热塑性树脂的含量比大于12质量份,那么环氧树脂组合物可能在室温下凝固。因此,环氧树脂组合物对增强纤维的浸透性降低,这可以导致在预浸体生产中空处(voids)的产生。
橡胶可以和热塑性树脂颗粒被用作能够与环氧树脂组合物混合的有机颗粒。这些颗粒具有改进树脂的韧性以及增强纤维复合材料的耐冲击性的效果。交联橡胶颗粒、以及通过不同聚合物接枝聚合到交联橡胶颗粒表面的核壳橡胶颗粒优选用作橡胶颗粒。
由羧基-改性丁二烯-丙烯腈共聚物的交联橡胶产品制成的XER-91(Japan SyntheticRubber有限公司制造)、由丙烯酸橡胶微细颗粒制成的CX-MN系列(Nippon Shokubai有限公司制造)、以及YR-500系列(Tohto Kasei有限公司制造)等可被用作市场上可以购得的交联橡胶颗粒。由丁二烯-烷基甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚物制成的Paraloid EXL-2655(Kureha Chemical Industry有限公司制造)、由丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚物制成的STAPHYLOID AC-3355以及TR-2122(Takeda Chemical Industries有限公司制造)、以及由丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物制成的PARALOIDEXL-2611以及EXL-3387(注册商标,商标名,Rohm Haas公司制造)等可被用作市场上可购得的核壳橡胶颗粒。
聚酰胺或者聚酰亚胺颗粒优选用作热塑性树脂颗粒。Toray Industries有限公司制造的“SP-500”(商标名称)以及ATOCHEM制造的“Orgasole”(注册商标)可被用作市场上可购得的聚酰胺颗粒。
二氧化硅、氧化铝、蒙脱石、以及合成云母等可以混合用作能够与环氧树脂组合物混合的无机颗粒。混合这些无机颗粒从而控制流变能力,即,从而施加粘度和触变性。
环氧组合物的固化制品的拉伸强度(断裂强度)优选等于或小于20MPa,更优选等于或大于30MPa,更优选等于或大于50Mpa。拉伸强度优选等于或小于500MPa,更优选等于或小于450MPa,更优选等于或小于400MPa。环氧树脂组合物的固化制品的伸长率(断裂伸长率)优选等于或大于2%,更优选等于或大于3%。伸长率(断裂伸长率)优选等于或小于300%,更优选等于或小于100%。用于测定拉伸强度和伸长率的方法将在下文进行描述。
虽然基质树脂的树脂成分优选仅包括环氧树脂组合物,但市场上可以购得的环氧树脂组合物可以以不妨碍本发明效果的范围内在组合物中使用。如果市场上可以购得的环氧树脂组合物在组合物中使用,在基质树脂的树脂成分中,市场上可购得的环氧树脂组合物的含量优选等于或小于95质量%,更优选等于或小于90质量%,更优选等于或小于80质量%。
在甲基乙基酮中环氧树脂的固化制品的溶胀比优选等于或大于20质量%,更优选等于或大于25质量%。溶胀比优选等于或小于42.5质量%,更优选等于或小于38质量%。在甲基乙基酮中的溶胀比表明环氧树脂组合物的固化产品的交联度。如果溶胀比为20质量%至42.5质量%,那么可以获得更合适的交联密度。用于改进界面强度的合适的伸长率可以通过交联密度获得。
增强纤维的例子包括碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、硼纤维、氧化铝纤维、以及碳化硅纤维。还可以混合两种以上的纤维。增强纤维优选碳纤维。
碳纤维的例子包括:PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维。对于拉伸强度,优选PAN系碳纤维。通过捻接母体纤维并燃烧(firing)捻接的母体纤维获得的碳纤维(所谓的捻纱)、通过解捻捻纱获得的碳纤维(所谓的解捻纱)、以及在基本没有捻接母体纤维的情况下热处理母体纤维获得的较少捻的纱(twist-less yarn)可以用作碳纤维。考虑到增强纤维的复合材料的成形性能和强度性能的平衡,优选较少捻的纱或解捻纱。此外,考虑到预浸体薄片之间的操作性能例如粘附性,较少捻的纱是优选的。碳纤维还包含石墨纤维。
增强纤维的拉伸弹性模量优选等于或大于10t/mm2,更优选等于或大于24t/mm2。拉伸弹性模量优选等于或小于70t/mm2,更优选等于或小于50t/mm2。拉伸弹性模量的测定基于JIS R7601:1986“用于碳纤维的测试方法”。如果增强纤维的拉伸弹性模量在该范围内,可以改进弯曲强度。
在杆身中,增强纤维的含量优选等于或大于65质量%,更优选等于或大于70质量%。在杆身中,增强纤维的含量优选等于或小于80质量%,更优选等于或小于75质量%。如果增强纤维的含量在该范围内,能够提供能充分利用树脂高强度的良好的增强纤维的环氧树脂材料。
使用已知方法制造杆身。其例子包括用于生产由如下获得的预浸体的方法:用环氧树脂组合物浸透增强纤维例如碳纤维,将预浸体切为组成杆身的材料的形状,堆叠预浸体从而获得层叠体,并在加热层叠体的同时向层叠体施加压力。该方法的具体例子是如上所述的作为杆身6的制造方法。
可以通过湿法或热熔法等制作预浸体。在湿法中,增强纤维用环氧树脂组合物浸透,所述环氧树脂组合物溶解在溶剂例如甲基乙基酮或甲醇中,从而减少环氧树脂组合物的粘度。在热熔法中,增强纤维用环氧树脂组合物浸透,所述环氧树脂组合物具有通过加热而降低的粘度。
在湿法中,在增强纤维浸没在含有环氧树脂组合物的溶液中之后,拉起增强纤维,并且在使用烘箱等加热增强纤维的同时蒸发溶剂,从而获得预浸体。热熔法包括两种方法。第一方法是直接用具有通过加热而下降的粘度的环氧树脂组合物浸透增强纤维。第二方法是一次生产(once produces)通过如下方法获得薄膜:用环氧树脂组合物涂敷脱模纸等,然后从增强纤维的两层或一侧交叠薄膜,并加热薄膜,从而用环氧树脂组合物浸透纤维,由此制备预浸体。优选热熔法,因为溶剂基本没有残留在预浸体中。
用于在加热层叠体同时向预浸体的层叠体施加压力的方法的例子包括:缠绕带方法以及内压成型法。缠绕带方法围绕芯杆例如芯轴卷绕预浸体从而获得成型的主体。具体地说,缠绕带方法围绕芯轴卷绕预浸体,为了固定预浸体,在预浸体外侧上卷绕由热塑性树脂薄膜制成的缠绕带并施加压力,通过在烘箱中加热对树脂进行固化,然后抽取芯杆,从而获得管状成型主体。管状成型主体的表面可能进行磨制(ground),经磨制的表面可以进行涂敷。
内压成型法围绕内压应用主体例如由热塑性树脂制成的管子进行缠绕预浸体,从而制成预成型体,然后将预成型体至于模具中,然后在将高压气体引入内压应用主体的同时加热模具,从而施加压力,由此进行成型。
在预浸体中,增强纤维的形状的例子包括:以一个方向排列的连续纤维、双向织物、多轴织物、非纺织织物、席子(mat)、编织物(knit)、以及织带(braid)。此处,连续纤维是指在等于或大于10mm的长度上基本连续的单根纤维或纤维束。在使用以一个方法排列的连续纤维的所谓单向预浸体中,排列纤维方向,并减少纤维弯曲。由此,在纤维方向上强度的利用率较高。在单向预浸体中(UD预浸体),可以适当堆叠多个预浸体,以便增强纤维的取向方向不同。这有利于每个方向的弹性模量和强度的设计。
实施例
在下文中通过实施例阐明本发明的效果。然而,本发明不应当基于实施例的描述以限制的方式解释。
[碳纤维]
碳纤维用做生产预浸体的材料。碳纤维的规格如以下表1中所示。
[表1]
表1碳纤维的规格
[基质树脂]
生产基质树脂作为用于生产预浸体的材料。如以下表2所示混合原料,从而获得八个基质树脂组合物R1~R8。基质树脂的混合和规格如以下表2中所示。
[表2]
表2基质树脂组合物的规格
注1)混合的单位为质量份。
注2)ppH表示基于100质量份的环氧树脂的质量份。
[预浸体的生产]
使用碳纤维和基质树脂组合物生产预浸体。各基质树脂组合物溶解在甲基乙基酮中,从而生产环氧树脂的MEK溶液。MEK溶液的MEK含量为30质量%。向所获得的MEK溶液,添加固化剂和固化助剂,并搅拌所生成的溶液,从而制备环氧树脂组合物溶液。将环氧树脂组合物溶液涂敷到脱模纸,并干燥,从而获得环氧树脂组合物薄片。碳纤维制成的薄片使用热熔法用环氧树脂组合物薄片浸透,从而获得预浸体P1~P12。预浸体的规格如以下表3和表4所示。
[表3]
表3预浸体的规格
[表4]
表4预浸体的规格
[评估方法]
[树脂抗拉试样和用于甲基乙基酮膨胀试验的试验片的生产]
基质树脂组合物溶解在甲基乙基酮中,从而生产环氧树脂的MEK溶液。MEK溶液的MEK含量为30质量%。干燥MEK溶液,并通过加热熔融。向其中加入固化剂和固化助剂,并搅拌混合物。用所获得的环氧树脂组合物填满2mm厚的铸模,并在130℃处理2小时,从而固化环氧树脂组合物。用于拉伸试验的试验片根据JIS-K7162试验片1BA由固化树脂板成型。由树脂板切下具有2cm×2cm方形的试验片。该试验片用作用于甲基乙基酮膨胀试验的试验片。
[用于增强纤维环氧树脂材料的拉伸试验的试验片]
基质树脂组合物溶解在甲基乙基酮中,从而生产环氧树脂的MEK溶液。MEK溶液的MEK含量为30质量%。向MEK溶液添加固化剂和固化助剂,并搅拌所生成的溶液,从而制备环氧树脂组合物溶液。将环氧树脂组合物溶液涂敷到脱模纸,并在80℃~90℃干燥3分钟,从而获得环氧树脂组合物薄片。具有100g/单位面积的质量的碳纤维薄片通过热熔法用所获得的环氧树脂组合物薄片浸透,从而获得碳纤维含量为70质量%的预浸体。切割所获得的预浸体,以一个方向排列预浸体的十个薄片的纤维的方向,从而获得包括十个薄片的层叠体。使用1mm隔离片(spacer),以层叠体夹在0.1mm厚脱模纸之间的状态,在80℃压制层叠体30分钟,并在130℃压制层叠体2小时。通过压制和加热固化环氧树脂从而获得增强纤维环氧树脂材料薄片。切割增强纤维树脂材料薄片,以便纤维的垂直长度调整到100mm,在纤维方向的宽度调整到10mm,从而获得用于拉伸试验的试验片。
[管子的生产]
通过薄片卷绕法使用预浸体P1~P12制造管子。图6是显示管子层叠构造的展开图。如图6所示,预浸体s1~s8依序围绕芯杆(芯轴)卷绕。预浸体1构成最内侧,并且预浸体8构成最外层。预浸体s1、s4、s5、s7和s8组成直置层。预浸体s2和s3组成偏置层。预浸体s6组成环绕层。如图7所示,堆叠预浸体s2和预浸体s3从而获得合体薄片。堆叠预浸体s5和预浸体s6,从而获得合体薄片。以合体薄片的状态卷绕经堆叠的薄片。市场上可购得的预浸体(Toray Industries公司,TORAYCA预浸体P805S-3)可用作预浸体s6。以缠绕带在所获得的缠绕主体的外周表面上卷绕的状态,通过加热进行固化工序。卷绕条件和固化条件如下表所述。如图6和7中所示的尺寸的单位是mm。
·卷绕条件:转动速度:34Hz
·缠绕带:Shin-Etsu Chemical有限公司制造,PT-30H,6000±100gf的拉力
·间距:2.0mm
·主杆的旋转速度:1870~1890Hz
·固化条件:
(1)在30分钟内,温度从室温升高到80℃
(2)在80℃±5℃保持30分钟±5分钟
(3)在30分钟内,温度从80℃升高到130℃
(4)在130℃±5℃保持120分钟±5分钟
改变预浸体薄片,并生产管子1~25。例如,在管子1中,薄片s1~s5分别使用预浸体P1。“P805S-3”被用于薄片s6。薄片s7和s8分别使用预浸体P1。这些管子的规格以及评估结果如下表5、6和7中所示。
[表5]
表5管子的规格和评估结果
[表6]
表6管子的规格和评估结果
[表7]
表7管子的规格和评估结果
市场上可购得的预浸体A可以用于管子23和24中的预浸体s7和s8。市场上可购得的预浸体A可用于管子25的预浸体s4、s5、s7、和s8。通过Toray Industries公司制造的“P2253S-10”(商标名称)可用作预浸体A。在P2253S-10中,碳纤维是T800SC,并且树脂含量为30质量%。
[甲基乙基酮膨胀试验]
用于甲基乙基酮膨胀试验的试验片浸没在100ml的甲基乙基酮中,并在40℃静置48小时。测定浸没前后该试验片的质量。按照如下技术甲基乙基酮溶胀比。
溶胀比=100×[m1-m2]/m2
此处,m1是在膨胀试验后的试验片的质量,并且m2是在膨胀试验前的试验片的质量。
[拉伸试验]
图8A和8B显示用于环氧树脂组合物的固化产品的拉伸试验的方法。图8C显示用于增强纤维环氧树脂材料的拉伸试验的方法。这些拉伸试验使用Shimadzu公司制造的Shimadzu Autograph以1mm/min的拉伸速度进行。
图8A是显示用于环氧树脂组合物的固化产品制成的试验片12的拉伸试验方法的示意图。图8B是在图8A中夹持试验片12的夹子10的侧视图。虽然在夹子10的内部提供了防滑的凹凸,但是凹凸并未在图8B中显示。图8C是显示用于增强纤维环氧树脂材料的拉伸试验方法的示意图。在图8A和8C中,箭头方向是拉伸试验的方向。如图8C所示,铝标记14被施加在增强纤维环氧树脂材料制成的试验片15上。氰基丙烯酸盐系粘合剂用于本申请。铝标记14的长度为4mm,宽度为1.5mm,厚度为0.5mm。在沿垂直于增强纤维16的趋向方向的方向(90°)拉伸该试验片15的状态下进行试验。
通过最大应力×彼时的伸长率/2(MPa·%)显示环氧树脂组合物的固化制品的强度。结果如表2所示。增强纤维的环氧树脂材料的强度通过最大应力(MPa)显示。结果如表2所示。
[三点弯曲强度]
三点弯曲强度根据通过日本消费产品安全协会限定的SG型三点弯曲强度试验进行测定。Shimadzu公司制造的ShimadzuAutograph被用作测定装置。图9显示测定三点弯曲强度的方法。如图9所示,负载F从负载点e3由上向下施加,同时管子20从下方的两个支撑点e1和e2处得到支撑。负载点e3位于将支撑点e1和e2之间的部分划分为两个相等部分的位置。负载点e3是测量点。负载点e3的移动速度设定为20mm/min。将测定点调整到沿管子20的纵向的中心位置。跨度S调整到300mm。测定当管子20破碎时负载F的值(峰值)。测定值如表5~7中所示。
用于生产基质树脂组合物和预浸体的原料如下。
·jER828EL:Mitsubishi Chemical公司制造的双酚A型环氧树脂(环氧当量:184to194)
·jER4005P:Mitsubishi Chemical公司制造的双酚F型环氧树脂(环氧当量:1070)
·jER154:Mitsubishi Chemical公司制造的苯酚线型酚醛树脂型环氧树脂(环氧当量:176to180)
·聚乙烯醇缩甲醛:JNC公司制造的VINYLEC E
·双氰胺:Mitsubishi Chemical公司制造的DICY7
·脲衍生物:Hodogaya Chemical有限公司制造的DCMU-99(3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲)
·甲基乙基酮:Yoneyama Yakuhin Kogyo有限公司制造
·碳纤维:如表1所示
表5~7的结果显示了如果含有线型酚醛树脂的层被布置在外侧,杆身强度可能得以改进。本发明的优点是明显的。
上述杆身可以应用于所有高尔夫球杆。
上述说明书仅用于示例,并且在不脱离本发明原则的范围内可进行各种变形。
Claims (11)
1.高尔夫球杆杆身,其是包含纤维增强树脂层的层叠体,
其中,高尔夫球杆杆身具有多个全长层;
所述全长层具有全长偏置层以及全长直置层;
如果把具有包括线型酚醛树脂型环氧树脂的基质树脂的层定义为含有线型酚醛树脂的层,那么位于全长偏置层外侧的全长直置层包括含有线型酚醛树脂的层;
在含有线型酚醛树脂的层中,基质树脂包括环氧树脂成分;
环氧树脂成分中线型酚醛树脂型环氧树脂的含量Rn为3质量%以上、19质量%以下;并且
如果把构成全长直置层的含有线型酚醛树脂的层的平均比重定义为S1,把全长偏置层和全长偏置层以内的平均比重定义为S2,那么比重S1大于比重S2。
2.如权利要求1所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,所述全长直置层具有位于全长层中最外侧的最外全长直置层;并且,
所述最外侧全长直置层是含有线型酚醛树脂的层。
3.如权利要求1所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,全长直置层中位于最外侧的N层是含有线型酚醛树脂的层;并且N等于或大于2。
4.如权利要求3所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,N等于或大于3。
5.如权利要求1所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,提供M层全长直置层,其是含有线型酚醛树脂的层;并且
在全长层中,所有的M层位于最外侧。
6.如权利要求1所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,位于所述全长偏置层外侧的含有线型酚醛树脂的层的纤维弹性模量等于或大于8t/mm2且小于38t/mm2;并且
所述全长偏置层的纤维弹性模量等于或大于38t/mm2且小于70t/mm2。
7.如权利要求6所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,位于所述全长偏置层内侧的所有层的纤维弹性模量为38t/mm2以上且70t/mm2以下。
8.如权利要求1所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,如果把位于将杆身划分为两个相等部分的分界面的外侧的区域定义为外部区域,把位于所述分界面内侧的区域定义为内部区域,那么外部区域的比重Sx1大于内部区域的比重Sx2。
9.如权利要求1所述的高尔夫球杆杆身,所述杆身进一步包含用以增强杆身顶端部的局部直置层,
其中所述局部直置层位于所述全长直置层的外侧,所述全长直置层是含有线型酚醛树脂的层;并且
所述局部直置层是含有线型酚醛树脂的层。
10.如权利要求2所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,位于杆身最外部的含有线型酚醛树脂的层的总厚度Tn为0.1mm以上且0.8mm以下。
11.如权利要求5所述的高尔夫球杆杆身,其特征在于,M是2以上且8以下。
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