JP2001121663A - 積層体およびそれを用いた筒状体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】炭素からなる成形体の剛性あるいは硬さという
特徴を保持しながら、電気絶縁性を付与して送電設備の
近くでも使用できる補強材料を提供し、また衝撃吸収性
を付与して人体に悪影響を与えにくい成形体を提供す
る。 【解決手段】炭素からなる成形体とポリイミドフィルム
とからなる積層体、特に炭素繊維織物とポリイミドフィ
ルムとからなる積層体、さらに特には炭素からなる成形
体とポリイミドフィルムがエポキシ樹脂を介して接着さ
れてなる積層体、またさらに特には炭素繊維織物にエポ
キシ樹脂を含浸してなる複合製品とポリイミドフィルム
とからなる積層体、ならびに上記積層体を筒状に成形し
てなる筒状体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素からなる成形
体、特には炭素からなるウェブ状物、例えば炭素繊維織
物、グラファイトフィルム、とポリイミドフィルムとを
積層してなる積層体ならびに該積層体を筒状に成形して
なる筒状体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素からなる成形体、例えば炭素繊維は
その剛性の大きさを利用して、構造材料として、あるい
はコンクリートなどの構造体の補強材料として、あるい
は剛性を必要とする筒状体の成形材料として使用され、
ゴルフクラブのシャフト、釣り竿など運動用品あるいは
レジャー用品等が一般的によく知られている。

【０００３】また炭素からなるフィルム、例えばグラフ
ァイトフィルム、も、その剛性と振動特性を利用してス
ピーカーコーンなどに使用されている。

【０００４】一方、炭素からなる成形体は電気伝導性が
優れているという特徴を有するが、例えば構造体の補強
材料として使用する用途においては、送電設備の近くで
は使用を制限される問題があり、また炭素からなる成形
体は非常に硬いという特徴を合わせ持っているが、人間
と直接触れ合う運動用具等の場合には、衝撃が直接人体
に伝わって不快感を与える、繰り返し衝撃による関節へ
の悪影響等の問題が指摘されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭素
からなる成形体の剛性あるいは硬さという特徴を保持し
ながら、電気絶縁性を付与して送電設備の近くでも使用
できる補強材料を提供し、また衝撃吸収性を付与して人
体に悪影響を与えにくい成形体を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために種々の角度から鋭意検討をおこなって
本発明を完成させた。本発明は、炭素からなる成形体と
ポリイミドフィルムとからなる積層体、特に炭素繊維織
物とポリイミドフィルムとからなる積層体、さらに特に
は炭素からなる成形体とポリイミドフィルムがエポキシ
樹脂を介して接着されてなる積層体、またさらに特には
炭素繊維織物にエポキシ樹脂を含浸してなる複合製品と
ポリイミドフィルムとからなる積層体、ならびに上記積
層体を筒状に成形してなる筒状体に関するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の積層体に使用される炭素
からなる成形体は、高分子材料の成形体、例えばポリア
クリロニトリル繊維、ポリイミドフィルム等、を高温で
焼成し炭化して製造された炭素繊維、グラファイトフィ
ルム等の炭素からなる成形体であり、各種の炭素からな
る成形体が市販されていることから、本発明の積層体を
製造するにあたり、その形状やグレードは本発明の積層
体の用途に従った使用法によって選択して本発明の積層
体を製造することができるが、炭素繊維織物、グラファ
イトフィルム等のウェブ状物が好適に使用できる。

【０００８】本発明の積層体に使用されるポリイミドフ
ィルムは、芳香族テトラカルボン酸あるいはその二無水
物と芳香族ジアミンとから製造されるポリアミド酸をフ
ィルム状に成形した後脱水閉環して製造されたポリイミ
ドフィルムあるいは上記ポリアミド酸を脱水閉環してポ
リイミドとした後フィルム状に成形して製造されたポリ
イミドフィルム、あるいはポリアミドイミドフィルム、
ポリエステルイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィ
ルム等のポリイミドフィルム、または炭素からなる成形
体にポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を含浸し、
あるいは塗布してフィルム状とし、脱水閉環させて生成
せしめたポリイミドフィルムであり、各種のポリアミド
酸ワニスあるいはポリイミドフィルムが市販されている
ことから、本発明の積層体の用途に従った使用法によっ
て、そのグレード、フィルムにおいては厚さ等を選択し
て本発明の積層体を製造することができるが、ガラス転
移点が２５０℃以上の非熱可塑性ポリイミドフィルムが
特に好ましく使用できる。

【０００９】炭素からなる成形体とポリイミドフィルム
とからなる積層体は、(１)加熱接着性のポリイミドフィ
ルムを用いて、両者を直接加熱圧着する方法、(２)炭素
からなる成形体にポリイミドの前駆体であるポリアミド
酸を含浸し、あるいは塗布してフィルム状とし、脱水閉
環させてポリイミドフィルムを炭素からなる成形体の表
面に生成せしめる方法、(３)接着剤を介して両者を加熱
圧着する方法等、公知の積層法を用いて製造できるが、
(３)の接着剤を介して接着する方法では、両者との相性
からエポキシ樹脂が好ましく、炭素からなる成形体とし
て炭素繊維を用いる場合には、炭素繊維のウェブにエポ
キシ樹脂を含浸して使用することが好ましい。予め炭素
繊維織物にエポキシ樹脂を含浸してある炭素繊維プリプ
レグを使用して、ポリイミドフィルムと積層する方法が
特に好ましい。

【００１０】エポキシ樹脂は、本発明の積層体を構成す
る炭素からなる成形体の種類および積層体の用途に従っ
た使用法によって、グレード、付着量等を選択して使用
することができるが、未硬化段階で含浸し、あるいは塗
布し、製品製造の最終段階では、キュアリングにより加
熱硬化させて使用に供することが好ましい。エポキシ樹
脂のキュアリング温度は１８０℃を越えるため、耐熱性
であるポリイミドフィルムが、特に効果的に使用され
る。

【００１１】本発明の積層体は、ウェブ状のシートとし
て構造体の補強材料として使用することができる。補強
材料として使用する場合には、構造体の表面に張り付け
る方法、構造体の表面に巻き付ける方法等が採用でき
る。

【００１２】また本発明の積層体は、該積層体を筒状に
成形して筒状体とし、ゴルフクラブのシャフト、釣り竿
等に使用できる。筒状に成形する方法は特に限定される
ものではないが、所定の筒形状に成形されている「芯
金」に該積層体を緊密に巻き付けて、加熱炉に入れ、形
状を固定した後で「芯金」を取り除いて筒状体を製造す
ることができる。ポリアミド酸、エポキシ樹脂等の熱硬
化性高分子を接着剤として使用し、加熱温度を該高分子
のキュアリング温度として、形状固定とキュアリングを
同時に実行する方法は、筒状体の製造工程を簡素化で
き、またきちんとした形状固定ができるので、好ましい
方法である。筒状体の断面形状は「芯金」の断面形状を
設計することにより、真円型、楕円型、三角型、四角
型、多角形型等自由に設計できる。

【００１３】本発明の筒状体を製造するために使用され
る本発明の積層体は、「芯金」に巻き付けるときに巻層
相互が緊密に接着するよう、該積層体の両表面に接着性
の材料を存在させることが好ましい。

【００１４】本発明の積層体からなる筒状体は、炭素か
らなる成形体単独からなる筒状体に比して、衝撃を減衰
させる能力が優れている、ねじれ剛性が大きくなる、破
壊したときに破片が飛散しない、破壊面が滑らかにな
る、破壊された筒状体が分離しない、等の特徴を有し、
例えばゴルフクラブのシャフトを本発明の筒状体とした
場合には、ゴルフボールとクラブヘッドとの衝突で発生
する衝撃が人体に伝わり難くなって、ゴルフエルボーと
呼ばれる人体の損傷を軽減する効果があり、またソフト
な打感が得られる。

【００１５】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明の効果をさら
に具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定され
るものではない。

【００１６】実施例中の各特性は、次の試験方法により
測定した。 ［曲げ試験］２３℃の室内で、長さ４８０ｍｍの筒状体
を試料とし、４２２ｍｍの間隔で設置した２基の支持台
上に試料を横たえて、応力検出機能を有する押圧子を試
料に押しつけ、押圧子を５ｍｍ／分の速度で前進させて
試料の曲がり度合いを増加させ、試料が破壊して応力が
低下する迄の最大応力（Ｎ）を測定して、曲強度とし、
また同時に最大撓み量（ｍｍ）を測定して、撓み量とし
た。 ［衝撃試験］２３℃の室内で、長さ１００ｍｍの筒状体
を試料とし、デュポン式衝撃試験装置（テスター産業社
製）に横置きでセットし、重量１ｋｇの落下ウェイトを
試料に接している先端Ｒが１２．７ｍｍの撃芯上に落下
させて落下衝撃を加え、落下ウェイトの落下距離を変更
して、１０の試料の内５０％が破壊する落下距離（ｍ
ｍ）を測定し、衝撃強度とした。 ［振動減衰試験］２３℃の室内で、長さ４８０ｍｍの筒
状体を試料とし、直径０．３ｍｍのテグスを試料の長さ
方向上端から１２０ｍｍの位置で縛り、試料をテグスで
堅固な箱体の内側に縦置きで吊り下げ固定し、試料の長
さ方向下端から１２０ｍｍの位置に打撃加振をおこな
い、試料の長さ方向中央部に貼り付けられているひずみ
ゲージに伝えられた振動の信号を高速フーリエ変換機に
て処理し、得られた波形からヒルベルト変換によって包
絡線（タイムエンベロープ）を得て、直線部分の勾配か
ら対数減衰率を求めた。 ［実施例１］炭素繊維織物にエポキシ樹脂を含浸させて
製造された炭素繊維プリプレグ（東レ株式会社製「トレ
カＴ−７００」）２枚とポリイミドフィルム（東レ・デ
ュポン株式会社製「カプトン１００Ｈ」）１枚とを図１
に示す如くポリイミドフィルムを中心にして重ね合わせ
て加熱圧着して、炭素繊維／ポリイミドフィルム／炭素
繊維の構成の３層積層品を製造した。

【００１７】次に、直径約２５ｍｍのステンレス鋼製の
「芯金」に上記の３層積層品を緊密に巻き付けて、２０
０℃に加熱されている加熱炉に入れ１時間放置して、エ
ポキシ樹脂をキュアリングし、加熱炉から取り出し、
「芯金」を抜き取って、炭素繊維とポリイミドフィルム
とからなる断面が略真円形で、外径約２７ｍｍ、肉厚さ
約０．９ｍｍの筒状体を得た。得られた筒状体の特性を
調べ、表１に記載の値を得た。 ［比較例１］実施例１記載の炭素繊維プリプレグ（東レ
株式会社製「トレカＴ−７００」）２枚を用いて、実施
例１と同様の方法で、炭素繊維／炭素繊維の構成の２層
積層品を製造した。

【００１８】次に実施例１記載の方法で、炭素繊維から
なる断面が略真円形で、外径約２７ｍｍ、肉厚さ約０．
９ｍｍの筒状体を得た。得られた筒状体の特性を調べ、
表１に記載の値を得た。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明の積層体は、優れた剛性を保持し
て、なおかつ優れた電気絶縁性を付与されており、送電
設備の近くで使用される構造体の補強材料として、また
本発明の積層体を筒状に成形してなる本発明の筒状体は
優れた剛性を保持し、なおかつ優れた振動減衰性を付与
されており、運動用具およびレジャー用具の材料として
その性能を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に記載されている本願発明の積層体の
１例を示す断面図である。

【符号の説明】

１および３：エポキシ樹脂が含浸された炭素繊維織物 ２：ポリイミドフィルム

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素からなる成形体とポリイミドフィルム
   とからなる積層体。
2. 【請求項２】炭素からなる成形体が炭素繊維織物である
   ことを特徴とする請求項１記載の積層体。
3. 【請求項３】炭素からなる成形体とポリイミドフィルム
   がエポキシ樹脂を介して接着されてなる請求項１または
   ２記載の積層体。
4. 【請求項４】炭素からなる成形体が炭素繊維織物にエポ
   キシ樹脂を含浸してなる複合製品であることを特徴とす
   る請求項１〜３いずれか記載の積層体。
5. 【請求項５】請求項１〜４いずれか記載の積層体を筒状
   に成形してなる筒状体。