CN1642718A - 纤维增强塑料制管状体的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种纤维增强塑料(FRP)制管状体的制造方法，其特征是，通过将贴合了2枚或其以上纤维增强塑料中间材料层的纤维增强塑料中间材料，放入袋状膜材中进行密封，对内部进行减压处理后，从袋状膜材中取出，卷绕在金属芯上，由此成形纤维增强塑料中间材料。以及一种具有复数层纤维增强塑料中间材料层的FRP制管状体，其长度为750～1500mm，扭曲强度为1800Nm度或其以上。

Description

纤维增强塑料制管状体的制造方法

技术领域

本发明涉及纤维增强塑料制管状体，特别是FRP制高尔夫球杆用杆身的制造方法。

背景技术

作为高尔夫球杆用杆身、钓鱼杆等纤维增强塑料(以下称：FRP)制管状体的制造方法，一般已知有片材缠绕法、长纤维卷绕法等。

其中，片材缠绕法使用FRP中间材料，预先准备多数FRP中间材料，将其顺序卷绕在金属芯上后加热、使其固化制成FRP制管状体。

在使用FRP制中间材料制成的多数FRP中间材料中，例如，为了使FRP制管状体表现扭曲刚性，优选至少准备一组FRP中间材料的纤维方向相对于金属芯轴线在±15°～±75°的范围内取向的正负相反的一对FRP中间材料，但在这些一组FRP中间材料卷绕于金属芯上时，预先使其一体化，则会使向金属芯的卷绕作业变得简易。因此，一般在卷绕作业之前，使一对FRP中间材料层贴合进行一体化。

作为使该FRP中间材料层贴合的方法，一般使用热压法。这种方法是将一对FRP中间材料层重合之后，用热压机夹持，通过进行加热、加压，使构成FRP中间材料的树脂材料软化，而使FRP中间材料层的界面之间熔接，进而通过加压，去除熔接界面中残留的气泡的方法。

在这里，为了抑制成型后的FRP制高尔夫球杆用杆身的层压界面中发生微小空隙(void)，不使贴合的FRP中间材料层的界面中残留气泡是重要的，为此控制热压的温度、压力、加压时间等而设定最适当的条件。

但是，用以往的热压法进行的FRP中间材料层的贴合，如果使用的FRP中间材料层的树脂含有率为33质量％或其以上，可以高精度地实现界面的熔接和气泡的去除，但在使用树脂含有率在33质量％或其以下，特别是不足25质量％的FRP中间材料层的场合，由于界面熔接不充分，在将已一体化的FRP中间材料向金属芯卷绕时，就会发生FRP中间材料层之间的接合脱落，或者即使熔接也会在界面残存大量气泡，因而发生成型后的FRP制高尔夫球杆用杆身的层压界面中出现巨大空隙等不良状况。

另外，为了改善这种状况，在将热压的条件设定为比以往更高的高温、高压而实施时，发生了构成FRP中间材料的树脂材料流动化，碳纤维的摆动或树脂材料流出等问题。

在这里，在已成型的FRP制管状体的层压界面中大量出现空隙，或FRP中间材料内部的碳纤维的摆动，都有可能引起FRP制管状体的扭曲强度或弯曲强度等机械特性的降低，进而，从FRP中间材料的树脂流出，有可能增加已成型的FRP制管状体的重量变化。

作为解决上述问题点的方法之一，有人考虑用选择缠绕带捆缚条件，例如缠绕带的捆扎张力或带材的方法，但已确认缠绕带的捆扎效果，只停留于在接近外层的FRP制高尔夫球杆用杆身的轴向上增强纤维取向的层(以下称直层)的层间残存的气泡的去除，而对于位于最内层的相对于FRP制高尔夫球杆用杆身的轴向在±15°～±75°强化纤维取向的层(以下称角度层)的层间残存的气泡的去除，效果很小。

发明的公开

上述课题，通过作为本发明基本构成的纤维增强塑料制管状体的制造方法可被克服。该纤维增强塑料制管状体具有多个纤维增强塑料中间材料层，该方法通过将贴合了2枚或其以上的纤维增强塑料中间材料的贴合纤维增强塑料(以下称FRP)的中间材料，放入袋状膜材中进行密封，对其内部作减压处理后，从袋状膜材中取出，卷绕在金属芯上，由此形成纤维增强塑料中间材料层。

以下，就本发明的优选方式和作用效果进行详细说明。

本发明中的FRP制管状体的制造方法，是在贴合FRP中间材料层同时形成2层或其以上的FRP中间材料层时，通过将重合的FRP中间材料插入袋状的膜材中之后，对其内部进行减压处理，去除介于贴合界面之间的气泡，由此抑制存在于成型后的FRP制管状体的层压界面的空隙(void)的存在。

作为构成本发明的FRP制管状体的制造方法中使用的FRP中间材料的增强纤维，只要是通常作为FRP增强纤维使用的纤维即可，没有特别限定，可列举：对系芳族聚酰胺、高强度聚乙烯等有机系增强纤维，碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、蒂拉诺(チラノ)纤维等无机系纤维、金属系纤维。进而，这些纤维也可以将2种或其以上组合使用。

另外，作为构成本发明的FRP制管状体的制造方法中使用的FRP中间材料的基质树脂，只要是通常作为FRP的基质树脂公知的树脂即可，没有特别的限定。但一般是环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚双马来酰亚胺树脂等热固性树脂。

而且，本发明的FRP制管状体的制造方法中使用的FRP中间材料，一般是使用将上述增强纤维并丝、并含浸了上述基质树脂的所谓预浸料坯形成的材料。预浸料坯的厚度、纤维的单位重量、树脂含有率等没有特别限定，可根据各层所需的厚度、卷径适当选择。

作为本发明所用的膜材，为了减压时高效率进行抽气，使插入的FRP中间材料和膜材之间不留空隙，优选使用软质树脂薄膜1。作为膜材的材质，优选聚氯乙烯或尼龙等软质且有伸长性的材质，另外膜材的形态，如图1所示，可用上述软质树脂薄膜1制成袋体，也可以如图2所示，用一侧为玻璃或硬质树脂、金属板、或者表面涂布了树脂的复合板等能维持平坦性的硬质板材5，另一侧用上述软质树脂薄膜1制成袋状。在膜材的一个部位设置插入口6，以便进行抽气处理的FRP中间材料的取出和插入，其以外的周围用粘接剂粘合，与外部隔绝。在进行减压处理的FRP中间材料插入后，对插入口6也需要用粘接剂密闭，但为了使膜材可反复使用，优选使用能适度维持粘接性，且能拆装的硅橡胶制的填缝材料。

而且，膜材上至少设置一个为了进行内部减压处理的抽气口2，用于连接真空泵等减压装置。更优选在抽气口2附近设置图中未标示的用以监视减压状态的真空计。

使用上述减压装置的抽气处理，在制作贴合FRP中间材料时，虽然在进行了利用热压法等进行加热、加压而贴合的工程之后实施，但如果用内装了加热器的金属板和软质树脂薄膜形成膜材，与减压处理的同时进行加热的话，将进一步提高贴合FRP中间材料界面的抽气效率。

减压是优选设置在抽气口附近的真空计的指示值维持在表压600mmHg或其以上，更优选700mmHg或其以上。在这里，真空计的表压是大气压和内部的压力之差。在本发明中，膜材内部的压力，可由该表压求得。即，真空计的指示值为表压600mmHg时的膜材内部的压力等于760mmHg(大气压)-600mmHg＝160mmHg。当真空计的指示值为表压600mmHg或其以下时，抽气效率极为低下，得不到减压处理的效果。

另外，贴合的FRP中间材料层的纤维取向角，例如，优选使用为使提高扭曲刚性效果达到最高的、正负相反的+15°～+75°和-15°～-75°的组合，也可以使用周增强层与直层组合的0°和90°的组合等对轴线正负不对称的取向角。

另外，贴合FRP中间材料所使用的FRP中间材料，在使用树脂含有率为15～33质量％，更优选15～25质量％的材料时，可发挥减压处理的效果。对于树脂含有率为33质量％或其以上的FRP中间材料，由于只用以往的热压法进行FRP中间材料的贴合，熔接和抽气效果就很充分，所以即使进行减压处理，效果也很小。

对于使用用膜材进行了减压处理的贴合FRP中间材料成型的FRP制管状体的效果确认，通过显微镜观察成型品的断面，以层压界面的空隙发生状态就可以确认。

在层压界面发生的空隙，根据其大小或连续状态的程度不同，可能会影响机械强度，但空隙的单独尺寸如果周向长度为1mm或其以下，连续空隙的长度为1.5mm或其以下，则机械强度有可能降低到不能满足作为管状体的必要强度的水平，一般来说，即使层压界面的空隙尺寸在1mm～0.5mm，连续空隙的长度在1.5mm～1.0mm以下，也有可能影响机械强度。

在使用树脂含有率为33质量％或其以下的FRP中间材料的场合，如果使用以往方法，就会在层压界面发生可能会使机械强度降低等级的空隙，在制品的抽样检查时，发生机械强度偏差变大的现象，但如果使用本发明，由于不仅可以抑制尺寸在0.5mm或其以上的单独空隙的发生，而且连续空隙的发生也大量减少，因而确认可提高机械强度并且其偏差稳定化。

根据本发明的上述FRP制管状体的制造方法，可以得到扭曲刚性高的管状体。作为表示扭曲刚性高度的指标之一，有在管状体发生扭曲破坏时，用对管状体施加的扭矩和扭曲角度的乘积表示的扭曲强度，而如果是作为一般高尔夫球杆用杆身的长度的750mm～1500mm左右，则确实可以达到约为1800(N·m·度)的高的扭曲强度。

另外，在与使用只通过热压贴合的树脂含有率低的预浸料坯的贴合FRP中间材料的场合比较时，可看到提高10％或其以上的扭曲强度。

附图的简单说明

图1是表示在本发明作为膜材使用的，用软质树脂薄膜制作的软质树脂薄膜制的袋体中，插入了FRP中间材料状态的透视图。

图2是在本发明作为膜材使用的，用可维持平坦性的硬质板材和软质树脂薄膜制作的袋状膜材中，插入了FRP中间体的透视图。

实施发明的最佳方式

下面将基于实施例进一步详细说明本发明的最佳实施方式。

另外，在以下的实施例、比较例、参考例中，如下进行了管状体的扭曲强度的测定和膜体的断面观察。

(管状体的扭曲强度的测定)

扭曲强度是设想管状体用途为高尔夫球杆杆身，根据碳制高尔夫球杆杆身的静强度评价基准〔制品安全协会制订、高尔夫球杆用杆身的认定基准及基准确认方法(通商产业大臣承认5产第2087号平成5年10月4日)中的扭曲试验〕进行了测定。

(断面观察)

埋入市场销售的装填树脂，研磨截断面，用反射型光学显微镜进行了观察。

(实施例1)

使用树脂含有率25质量％的碳纤维单方向并丝，并含浸了环氧树脂组合物的预浸片材(三菱丽阳株式会社制、TR350C125S)，制成了由2枚纤维方向+45°和-45°构成的FRP中间材料层。

对于+45°和-45°的2枚FRP中间材料层，使其在设定温度30℃、辊挤压1kg/cm²、传送速度5m/分的条件下，通过(株)羽岛制带式热压进行一体化后，将贴合的FRP中间材料插入尼龙树脂制膜材，密封插入口，实施抽气。真空计的表压为700mmHg，保持60分钟，制成了贴合FRP中间材料。

然后，将纤维方向+45°和-45°的贴合FRP中间材料层卷绕在金属芯上，再从其上按顺序卷绕纤维方向为0°的中间材料层之后，从其上方以带张力4.0kg、间距2.0mm，卷绕厚度0.03mm、宽度20mm的聚丙烯制带(三菱丽阳株式会社制、ミレフアン)，进行缠绕。然后，在130℃×2小时的固化条件下进行固化，固化后抽出金属芯，取下固定用带，用安装了400#研磨粒带的研磨机研磨表层，得到了10根长度1168mm的FRP制管状体。

(实施例2)

将2枚纤维方向为+45°和-45°的FRP中间材料层对接，用熨斗临时固定使FRP制中间材料的一体化后，将其插入由下部是金属制热板、上部是聚氯乙烯制软质薄膜构成的膜材中，密闭插入口，实施了抽气。真空计的表压为700mmHg，而且将金属制热板加温至表面温度为40℃，保持60分钟，其他与实施例1相同，得到了10根FRP制管状体。

(参考例)

使用树脂含有率35质量％的碳纤维单向并丝，并含浸了环氧树脂组合物的预浸片材(三菱丽阳株式会社制、TR350H125S)，制成了纤维方向为+45°和-45°的2枚构成的FRP中间材料层。

对2枚+45°和-45°的贴合FRP中间材料层，在40℃、挤压力4kg/cm²的条件下，通过热压保持120分钟，制成了贴合FRP中间材料。

然后，在金属芯上卷绕贴合FRP中间材料层，再从其上面卷绕纤维方向为0°的中间材料层后，从其上方以带张力4.0kg、间距2.0mm，卷绕厚度0.03mm、宽度20mm的聚丙烯制带(三菱丽阳株式会社制、ミレフアン)，进行了缠绕。

然后，以130℃×2小时的固化条件进行固化，固化后抽出金属芯，取下固定用带，用安装了400#磨粒带的研磨机研磨表层，得到了10根FRP制管状体。

(比较例)

除了未进行在40℃、挤压力4kg/cm²的条件下，由热压机对FRP制中间材料保持120分钟的一体化之外，与实施例1相同得到了10根FRP制管状体。

表1

	扭曲强度(平均)	扭曲强度(偏差)	层间点的发生
				实施例1	1800Nm度	±10％	很少
实施例2	1900	±10％	很少
				参考例	1800	±10％	很少
比较例	1500	±20％	很多(巨大、连续)

所谓扭曲强度，是指按制品安全协会规定的扭曲试验，在杆体发生扭曲破坏时显示的最大扭矩与扭角的乘积值。

另外，所谓扭曲强度的偏差，是以百分率显示的测定数据的最大值和最小值之差除以平均值的所得的值。

在实施例1和2中，可以确认10根试样的扭曲强度的平均值，作为管状体具有可维持充分性能的强度，偏差幅度小而且稳定性良好。

在对该杆身的截面进行观察时，可确认+45°和-45°的层压界面中的空隙非常少。

另一方面，在使用树脂含有率35质量％的FRP中间材料的参考例中，确认了10根试样的扭曲强度的平均值和偏差程度，水平与实施例1相同，但在使用了树脂含有率25质量％的FRP中间材料的比较例的测定值，同实施例1比较，平均值低而且偏差的幅度也有扩大的倾向。

在对参考例和比较例进行断面观察时，还确认了在参考例中，+45°和-45°的层压界面中的空隙发生少，与此相对，在比较例中，同层间的空隙发生量多，而且存在0.5mm左右的巨大空隙和连续空隙。再有，参考例虽然可得到与本发明方法得到的管状体相同强度和空隙状态的管状体，但其制造方法工序数多，再加上操作中的复杂性，生产性极低。

如上所述，按照本发明，在预先贴合FRP中间材料制作同时形成2层或其以上FRP层的FRP中间材料时，由于通过减压处理可去除贴合界面残存的气泡，所以即使在使用树脂含有率较低的FRP中间材料的场合，也能够有效地成型层压界面空隙少的FRP管状体。

Claims (7)

1.一种纤维增强塑料制管状体的制造方法，其特征在于，通过将贴合了2枚或其以上的纤维增强塑料中间材料层的贴合纤维增强塑料中间材料放入袋状膜材中进行密封，对内部进行减压处理后，从袋状膜材中取出，卷绕在金属芯上，由此形成纤维增强塑料中间材料。

2.如权利要求1所述的纤维增强塑料制管状体的制造方法，进行减压处理将膜材内部减压至160mmHg或其以下。

3.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料制管状体的制造方法，在构成贴合纤维增强塑料中间材料的2枚或其以上的纤维增强塑料中间材料层中，至少一组增强纤维的取向方向是相对于金属芯分别从+15°～+75°和-15°～-75°选择的组合。

4.如权利要求1或2所述的纤维增强塑料制管状体的制造方法，构成贴合纤维增强塑料中间材料的2枚或其以上的纤维增强塑料中间材料层的增强纤维的取向方向，都是选自相对于金属芯为0°、+45°、-45°、90°中的任一方向。

5.如权利要求1～4任一项所述的纤维增强塑料制管状体的制造方法，构成贴合纤维增强塑料中间材料的2枚或其以上的纤维增强塑料中间材料层的、至少一枚纤维增强塑料中间材料层的树脂含有率为15～33质量％。

6.一种具有复数层纤维增强塑料中间材料层的纤维增强塑料制管状体，长度为750～1500mm、扭曲强度为1800Nm度或其以上。

7.一种高尔夫球杆用杆身，由权利要求6所述的具有纤维增强塑料中间材料层的纤维增强塑料制管状体构成。

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