JP2005238517A - Tubular laminate having nonwoven fabric and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維等を強化繊維とする繊維強化複合材料である、不織布を備える管状積層体及びその製造方法、並びにゴルフクラブシャフトに関する。 The present invention relates to a tubular laminated body including a nonwoven fabric, which is a fiber-reinforced composite material using carbon fibers or the like as reinforcing fibers, a manufacturing method thereof, and a golf club shaft.
炭素繊維等の連続繊維を強化繊維として用いた繊維強化複合材料は、一般に、強化繊維束の織物で強化された織物層や、一方向に引き揃えられた強化繊維束で強化された一方向層が積層された構成を有する。特に、ゴルフクラブシャフトや釣竿等の、軽量化に対する要求レベルの高い繊維強化複合材料である管状積層体は、主として一方向層で構成される。 Fiber reinforced composite materials using continuous fibers such as carbon fibers as reinforcing fibers are generally woven layers reinforced with woven bundles of reinforced fibers or unidirectional layers reinforced with bundles of reinforced fibers aligned in one direction. Have a laminated structure. In particular, a tubular laminate, which is a fiber-reinforced composite material having a high level of demand for weight reduction, such as a golf club shaft and a fishing rod, is mainly composed of a unidirectional layer.
一方向層で構成される管状積層体は、一方向に引き揃えられた強化繊維束に熱硬化性樹脂が含浸された、一方向プリプレグを複数枚積層し、これを加熱することによって熱硬化性樹脂を硬化する方法で一般に製造されている。 Tubular laminates composed of unidirectional layers are thermosetting by laminating multiple unidirectional prepregs, which are impregnated with a thermosetting resin into reinforcing fiber bundles aligned in one direction, and heating them. It is generally manufactured by a method of curing a resin.
そして、一方向層は強度や剛性に関して異方性を有することから、各応力方向に対する適正な強度、剛性を付与することを目的として、管状積層体は、通常、強化繊維束の方向が互いに異なる、複数の一方向層を組み合わせて積層した構成とされる。 And since a unidirectional layer has anisotropy regarding intensity | strength and rigidity, in order to provide the appropriate intensity | strength and rigidity with respect to each stress direction, a tubular laminated body usually differs in the direction of a reinforced fiber bundle mutually. The plurality of unidirectional layers are combined and laminated.
しかし、そのような管状積層体を得るためには、強化繊維束の方向、形状、大きさ等の異なる多数の一方向プリプレグを切り出し、かつ、それらを精度よく積層する必要があり、工程が複雑化するために、製造スピードや歩留まり等の点で改善が望まれている。 However, in order to obtain such a tubular laminate, it is necessary to cut out a large number of unidirectional prepregs having different directions, shapes, sizes, etc. of the reinforcing fiber bundles and to laminate them with high accuracy, and the process is complicated. Therefore, improvements are desired in terms of manufacturing speed and yield.
そこで、例えばゴルフクラブシャフトの用途においては、多軸織物を用いた織物プリプレグを使用した織物層を導入することにより、より簡略な工程によって管状積層体を得る方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、織物プリプレグを用いる場合、一方向プリプレグのみを用いる場合と比較して、積層する際の工程数は減らせる場合があるものの、その柔軟性が低く賦形性が劣るために、積層の工程通過性がむしろ低下したり、得られる材料中に欠陥が生じたりする場合があるという問題があった。 However, when using a woven prepreg, the number of steps when laminating may be reduced compared to when using only a unidirectional prepreg, but because of its low flexibility and poor formability, the laminating step There is a problem that the permeability is rather lowered or a defect may occur in the obtained material.
特に、ゴルフクラブシャフト等のように、曲率の大きな管状積層体を製造する場合、プリプレグの柔軟性が劣ると、管状に積層すること自体が不可能な場合も生じ得るし、積層できたとしても、得られた管状積層体において局所的に層のうねり、しわ等が生じるなどの欠陥を招きやすい。このような欠陥は、管状積層体の強度や耐久性を著しく低下させる場合がある。 In particular, when producing a tubular laminate having a large curvature, such as a golf club shaft, if the flexibility of the prepreg is inferior, it may not be possible to laminate the tube itself, even if it can be laminated. In the obtained tubular laminate, defects such as local undulation, wrinkles and the like are likely to be caused. Such defects may significantly reduce the strength and durability of the tubular laminate.
また、織物層のように強化繊維束同士が交差した状態を視認できるような層が最外層に積層された積層体は、意匠性に優れるとされるが、織物プリプレグを最外層に積層した場合、実用上問題のないレベルの表面品位を有する管状積層体を得ることが困難であった。 In addition, the laminated body in which a layer that can visually recognize the state in which reinforcing fiber bundles cross like a woven layer is laminated on the outermost layer is said to be excellent in design, but when a woven prepreg is laminated on the outermost layer It has been difficult to obtain a tubular laminate having a surface quality at a level that does not cause any practical problems.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、積層の工程通過性を改善し、強度、耐久性、表面品位、意匠性に優れる管状積層体を低コストで製造することが可能な製造方法、並びに、強度、耐久性、表面品位、意匠性に優れ、ゴルフクラブシャフト等に好適に用いることができる管状積層体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a production method that can improve the processability of lamination and can produce a tubular laminate excellent in strength, durability, surface quality, and design at low cost. In addition, an object of the present invention is to provide a tubular laminate that is excellent in strength, durability, surface quality, and design and can be suitably used for a golf club shaft or the like.
上記目的を達成するために、本発明の管状積層体の製造方法は、一方向に引き揃えられた強化繊維束で強化された一方向プリプレグを、強化繊維束の方向が互いに異なるように管状に複数積層し、さらに、経方向、緯方向、斜め方向及び逆斜め方向のそれぞれに引き揃えられた強化繊維束を積層して互いに接着した不織布で強化された不織布プリプレグを積層して、前記一方向プリプレグ及び前記不織布プリプレグの反応温度以上に加熱することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for producing a tubular laminate of the present invention is a method of forming a unidirectional prepreg reinforced with a reinforced fiber bundle aligned in one direction into a tubular shape so that the directions of the reinforced fiber bundles are different from each other. Laminating a plurality of laminated layers, and further laminating non-woven prepregs reinforced with non-woven fabrics laminated to each other in a longitudinal direction, a weft direction, an oblique direction, and a reverse oblique direction, and bonded to each other. It heats more than the reaction temperature of a prepreg and the said nonwoven fabric prepreg, It is characterized by the above-mentioned.
この製造方法において用いる不織布プリプレグは、柔軟性に優れるため、曲面に沿わせて管状に積層することが容易になり、積層の作業性が改善される。また、得られる管状積層体におけるボイド等の欠陥の発生が抑えられ、その強度や耐久性が著しく損なわれることが少なくなる。これは、不織布の場合、織物と比較して熱硬化性樹脂の含浸が容易であるために、プリプレグの未含浸部として持ち込まれる空気の量が少なくなるためであると考えられる。 Since the nonwoven fabric prepreg used in this manufacturing method is excellent in flexibility, it can be easily laminated in a tubular shape along the curved surface, and the workability of the lamination is improved. Moreover, generation | occurrence | production of defects, such as a void, in the tubular laminated body obtained is suppressed, and the intensity | strength and durability reduce significantly. This is thought to be because, in the case of a nonwoven fabric, since the impregnation of the thermosetting resin is easier than that of the woven fabric, the amount of air brought in as an unimpregnated portion of the prepreg is reduced.
さらに、不織布プリプレグを最外層に積層したことにより、意匠性に優れ、かつ、平滑性などの表面品位が良好な管状積層体が得られる。織物プリプレグの場合、管状積層体表面の近傍における樹脂の量が少ないために、織目の部分で樹脂が沈み込む、いわゆるピットといわれる欠陥等が発生しやすいのに対して、不織布プリプレグを用いると、管状積層体表面の近傍における樹脂の量を多くすることができ、ピットのような表面上の欠陥の発生が抑えられる。 Furthermore, by laminating the nonwoven fabric prepreg on the outermost layer, a tubular laminate having excellent design properties and good surface quality such as smoothness can be obtained. In the case of a woven prepreg, since the amount of resin in the vicinity of the surface of the tubular laminate is small, the resin sinks at the portion of the weave, so that defects such as so-called pits are likely to occur. The amount of resin in the vicinity of the surface of the tubular laminate can be increased, and the occurrence of defects on the surface such as pits can be suppressed.
上記製造方法に用いる不織布は、引き揃えられた強化繊維束同士を熱可塑性樹脂繊維により接着して成る不織布であることが好ましい。 It is preferable that the nonwoven fabric used for the said manufacturing method is a nonwoven fabric formed by adhere | attaching the reinforced fiber bundles arranged together with the thermoplastic resin fiber.
これにより、不織布への熱硬化性樹脂の含浸性がより改善される。また、適度な柔軟性を有しながら、形状の安定性にも優れる不織布プリプレグが得られるため、積層工程における作業性がさらに改善される。 Thereby, the impregnation property of the thermosetting resin to the nonwoven fabric is further improved. Moreover, since the nonwoven fabric prepreg which has moderate softness | flexibility and is excellent also in shape stability is obtained, the workability | operativity in a lamination process is further improved.
上記本発明の製造方法においては、不織布が有する強化繊維束が、炭素繊維からなることが好ましい。炭素繊維を用いることによって、得られる管状積層体をさらに軽量化でき、また、管状積層体の意匠性が高められる。 In the production method of the present invention, the reinforcing fiber bundle of the nonwoven fabric is preferably made of carbon fibers. By using carbon fiber, the obtained tubular laminate can be further reduced in weight, and the design of the tubular laminate can be enhanced.
本発明の管状積層体は、上記製造方法によって得られる管状積層体であり、ねじれ、曲げ及び押しつぶしの応力に対する強度や剛性が、大幅な重量増大を伴わずに高められる。 The tubular laminate of the present invention is a tubular laminate obtained by the above-described production method, and the strength and rigidity against twisting, bending, and crushing stress are increased without significant weight increase.
また、不織布層においては樹脂の含有率を高めることが容易であるために、本発明の管状積層体は表面品位が良好で、意匠性にも優れる。 In addition, since it is easy to increase the resin content in the nonwoven fabric layer, the tubular laminate of the present invention has good surface quality and excellent design.
本発明の管状積層体においては、不織布が有する強化繊維束同士が、熱可塑性樹脂繊維によって接着されていることが好ましい。これにより、強化繊維束の配列の局所的な乱れが抑制され、管状積層体の強度や耐久性がさらに改善される。 In the tubular laminate of the present invention, the reinforcing fiber bundles of the nonwoven fabric are preferably bonded with thermoplastic resin fibers. Thereby, the local disturbance of the arrangement | sequence of a reinforced fiber bundle is suppressed, and the intensity | strength and durability of a tubular laminated body are further improved.
また、不織布が有する強化繊維束を炭素繊維とすることで、管状積層体をより軽量化でき、また、高級感のある意匠性を得ることができる。 Moreover, by using the carbon fiber as the reinforcing fiber bundle of the nonwoven fabric, the tubular laminate can be further reduced in weight, and high-quality design can be obtained.
本発明のゴルフクラブシャフトは、上記本発明の管状積層体を備えることを特徴とするものであり、軽量でありながら、ねじれ、曲げ、押しつぶしのそれぞれのモードにおける高い強度及び剛性を有し、且つ、表面平滑性や意匠性にも優れる。 The golf club shaft of the present invention is characterized by comprising the tubular laminate of the present invention, and has high strength and rigidity in each mode of twisting, bending and crushing while being lightweight, and Also, it has excellent surface smoothness and design.
さらに、本発明のゴルフクラブシャフトは、ゴルフボールを打ったときの打感(フィーリング)にも優れる。これは、不織布プリプレグが最外層に配置されたことによって、表面近傍における樹脂含有量が多くなったことに起因して、ゴルフクラブシャフトの振動減衰性が向上したためと考えられる。 Furthermore, the golf club shaft of the present invention is excellent in feel when a golf ball is hit. This is presumably because the vibration damping property of the golf club shaft was improved due to the increase in the resin content in the vicinity of the surface due to the nonwoven fabric prepreg being arranged in the outermost layer.
本発明によれば、積層の工程通過性を向上し、強度、耐久性、表面品位、意匠性に優れる管状積層体を低コストで製造することが可能な管状積層体の製造方法、並びに、強度、耐久性、表面品位、意匠性に優れ、ゴルフクラブシャフト等に好適に用いることができる管状積層体が得られる。 According to the present invention, a method for producing a tubular laminate capable of improving the processability of lamination and producing a tubular laminate excellent in strength, durability, surface quality, and designability at low cost, and strength. In addition, a tubular laminate that is excellent in durability, surface quality, and design properties and can be suitably used for a golf club shaft or the like is obtained.
以下、図面を参照して本発明に係る管状積層体の実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付すものとする。 Hereinafter, embodiments of the tubular laminate according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本実施形態に係る管状積層体を模式的に示す斜視図である。ただし、説明のために、管状積層体を構成する各層が見えるように図示しているが、本実施形態においては各層が管状積層体の全長にわたって積層されているものとする。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a tubular laminate according to the present embodiment. However, for the sake of explanation, the layers constituting the tubular laminate are illustrated so that the layers can be seen, but in the present embodiment, the layers are laminated over the entire length of the tubular laminate.
図1に示す管状積層体200は、一方向層としてのバイアス層40及びストレート層50と、ストレート層50の外側に配置され、管状積層体200の最外層に積層された不織布層60とを備える。
A
不織布層60は、図2に示す不織布100及び不織布100に含浸された樹脂を含んでいる。管状積層体200は、本実施形態におけるように必ずしも不織布層を1層のみ備えている必要はなく、複数の不織布層を備えていてもよい。
The
また、不織布層60は管状積層体200の全長にわたって積層されていなくてもよい。例えば、管状積層体200をゴルフクラブシャフトに用いる場合、不織布層60はグリップ部付近にのみ積層されていてもよいし、逆にヘッド部付近にのみ積層されていてもよい。
Further, the
さらに、不織布層60は、最外層に加えて、例えばバイアス層40とストレート層50との間のような、最外層以外の位置に積層されていてもよい。
Further, in addition to the outermost layer, the
不織布層60が含んでいる不織布100は、図2に示すように、一の方向に引き揃えられた複数の経糸11からなる第一の繊維束層と、経糸11の方向(経方向)を0°としたときに、90°の方向(緯方向)に引き揃えられた複数の緯糸12からなる第二の繊維束層と、−45°の方向(斜め方向)に引き揃えられた複数の斜向糸13からなる第三の繊維束層と、+45°の方向(逆斜め方向)に引き揃えられた複数の斜向糸14からなる第四の繊維束層と、90°の方向(緯方向)に引き揃えられた複数の緯糸15からなる第五の繊維束層と、0°の方向(経方向)に引き揃えられた複数の経糸16からなる第六の繊維層と、がこの順で積層された構成を有する。なお、経糸11及び16、緯糸12及び15、並びに斜向糸13及び14は、それぞれ強化繊維束からなる。
As shown in FIG. 2, the
そして、不織布100の最外層に積層された、第一の繊維束層及び第六の繊維束層を構成する経糸11及び16は、不織布100の主面に垂直な方向から見たときに互い違いになるように引き揃えられて、緯糸及び斜向糸を挟み込むような状態で配置されている。このように挟み込むことが、不織布100における目ずれを防止する点から好ましい。
And the
不織布100においては必ずしも上記のような角度で強化繊維束が配列されていなくてもよいが、経糸11及び16の方向(経方向)を0°としたときに、緯糸12及び15の方向(緯方向)は80°〜100°であることが好ましく、斜向糸13及び14の方向(斜め方向及び逆斜め方向)は、それぞれ−35°〜−55°及び35°〜55°であることが好ましい。
In the
このような範囲の角度になるように強化繊維束が引き揃えられた不織布100を、例えば、経糸11及16の方向が管状積層体200の軸方向に一致するように積層することにより、管状積層体200の曲げ、ねじり及び押しつぶしに対する強度及び剛性を効率的に高めることができる。このとき、管状積層体200において、その中心軸における曲げ応力は経糸11及び16が、中心軸周りの回転方向の応力(ねじり応力)は斜向糸13及び14が、中心軸に対して垂直な方向の圧縮応力(押しつぶし応力)は緯糸12及び15がそれぞれ主として負担する。
For example, the
また、不織布100を平面状の格子とみなしたときに、強化繊維束同士が交差する位置(格子点)は、必ずしも一定の位置でなくてもよい。例えば、第一及び第二の繊維束層で形成される格子点と、第二及び第三の繊維束層で形成される格子点とは互いに格子平面における位置が異なっていてもよい。
Further, when the
不織布100に用いる強化繊維束としては、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維等が挙げられ、これらを単独又は複数組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、管状積層体の軽量化や、意匠性等の点で、炭素繊維を用いることが好ましい。特に、管状積層体の軽量化のためには、不織布100に用いる炭素繊維の引張り弾性率は100〜800GPaであることが好ましく、引張り強度は2000〜7000MPaであることが好ましい。
Examples of the reinforcing fiber bundle used for the
不織布100に用いる強化繊維束を構成するフィラメントの数は、500〜24000本であることが好ましく、1000〜6000本であることがより好ましい。また、それぞれの繊維束層において、強化繊維束は、1〜25本/25mmの範囲の密度で配列されていることが好ましい。ただし、第一の繊維束層及び第六の繊維束層のように、同一方向で互い違いに引き揃えられている繊維束層が複数ある場合は、それらが有する強化繊維束の合計の密度が1〜25本/25mmであることが好ましい。このような範囲のフィラメント数、密度とすることで、強化繊維束同士の間隔が広がって、強化繊維束の動きの自由度が大きくなる。したがって強化繊維束が動きやすくなり、不織布プリプレグの柔軟性がより高められる。また、樹脂が強化繊維束同士の隙間を埋めることで、不織布層における樹脂の含有量を大きくすることが容易になる。樹脂の含有量が大きいと、表面平滑性の良好な管状積層体が得やすく、また、管状積層体をゴルフクラブシャフトに用いた場合に、良好な打感を得ることができる。
The number of filaments constituting the reinforcing fiber bundle used in the
従来のように、強化繊維束の織物を用いた場合には、上記のように強化繊維束同士の間隔を大きくすると、目ずれが生じやすく、得られる管状積層体の強度や意匠性が損なわれる場合が多かったが、上記のような不織布100を用いた場合には、そのような問題も生じにくくなる。
When using a woven fabric of reinforcing fiber bundles as in the past, if the spacing between the reinforcing fiber bundles is increased as described above, misalignment is likely to occur, and the strength and design of the resulting tubular laminate are impaired. In many cases, such a problem is less likely to occur when the
不織布100においては、例えば第一及び第二の繊維束層のように、上下に重なり合った繊維束層において強化繊維束同士が接着されている。強化繊維束が互いに接着されることにより、複数の強化繊維束が集合した不織布としての形態が保たれる。
In the
具体的には、例えば、図3に示すように、経糸11からなる第一の繊維束層21と、緯糸12からなる第二の繊維束層22とが、熱可塑性樹脂繊維30によって互いに接着されている。熱可塑性樹脂繊維30は、緯糸12に沿って付着しており、経糸11と緯糸12とは、その間に熱可塑性樹脂繊維30を介在させることにより接着されている。
Specifically, for example, as shown in FIG. 3, a first
このように、繊維束層が熱可塑性樹脂繊維を介して互いに接着されてる不織布は、適度な柔軟性を有しながら、樹脂の含浸性が良好で、且つ、プリプレグを積層する際に目ずれが生じる等の問題を招きにくい。 As described above, the nonwoven fabric in which the fiber bundle layers are bonded to each other via the thermoplastic resin fibers has an appropriate flexibility, has good resin impregnation properties, and has no misalignment when the prepreg is laminated. It is difficult to cause problems such as occurrence.
熱可塑性樹脂繊維30としては、例えば、共重合ナイロン、共重合ポリエステル、共重合アクリル酸エステル等の繊維を用いることができる。共重合ナイロンとしては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12及びナイロン610からなる群より選ばれる少なくとも一種を用いた共重合体を好適に用いることができる。
As the
熱可塑性樹脂繊維30は、通常、複数のフィラメントからなる繊維束であり、その太さは2〜50TEXであることが好ましく、3〜20TEXであることがより好ましい。熱可塑性樹脂繊維30が2TEX未満であると繊維束層同士の接着強度が充分でない場合があり、50TEXを超えると不織布プリプレグの柔軟性が低下する傾向がある。
The
熱可塑性樹脂繊維30を用いる量は、不織布100における強化繊維束及び熱可塑性樹脂繊維30の合計量100重量%に対して、0.4〜10重量%であることが好ましく、2〜5重量%であることがより好ましい。熱可塑性樹脂繊維30の量が0.4重量%未満であると強化繊維束同士の接着強度が充分でない場合があり、10重量%を超えると不織布への樹脂の含浸性や、不織布プリプレグの柔軟性が低下する傾向がある。
The amount of the
なお、不織布100の場合は熱可塑性樹脂繊維30を用いているが、本実施形態の変形態様として、これに代えて、熱可塑性樹脂の粒子を介して強化繊維束同士が接着された不織布を用いることもできる。
In the case of the
不織布100は、例えば、強化繊維束及び熱可塑性樹脂繊維を、所定の方向に引き揃えて形成させた繊維束層を、引き揃える方向を順次変えながら層状に重ねた後に、層状に重ねられた繊維束層からなる積層体を、加熱及び加圧することにより、繊維束層同士を接着する方法によって得られる。
このような製造方法によって製造することができるため、不織布100は、強化繊維束の織物と比較して、極めて短時間で効率的に製造することができる。
Since the
不織布層60において、不織布100に含浸している樹脂は、熱硬化性樹脂の硬化物でもよいし、熱可塑性樹脂でもよいが、管状積層体200を得るための積層工程の作業性の点等から、熱硬化性樹脂の硬化物であることが好ましい。なお、不織布層60において、樹脂は強化繊維束の内部にまで完全に含浸している必要は必ずしもなく、管状積層体200の強度等が著しく損なわれない程度に、樹脂が含浸していない未含浸部や、層内における空隙(ボイド)が少量含まれていてもよい。
In the
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。これらの中でも、強化繊維束が炭素繊維からなる場合、強化繊維と樹脂との接着性等の点からエポキシ樹脂が好ましい。 Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin, and a phenol resin. Among these, when the reinforcing fiber bundle is made of carbon fiber, an epoxy resin is preferable from the viewpoint of adhesiveness between the reinforcing fiber and the resin.
不織布層60においては、強化繊維束及び樹脂の合計量100重量%に対する樹脂の比率(樹脂含有率)が、20〜60重量%であることが好ましく、30〜40重量%であることがより好ましい。樹脂含有率が20重量%未満であると管状積層体200の表面平滑性が充分でなくなる傾向にあり、60重量%を超えると管状積層体200が重くなってしまう傾向にある。
In the
バイアス層40は、管状積層体200の中心軸周りの回転方向の応力(ねじり応力)を、ストレート層50は、管状積層体200の中心軸方向における曲げの応力(曲げ応力)を、それぞれ負担するすることを主な目的として設けられている。
The
バイアス層40は、管状積層体の内側から順に、+45°層41、−45°層42、+45°層43及び−45°層44を有している。これら各層は、管状積層体200の軸方向に対してそれぞれ+45°、−45°、+45°及び−45°の角度をなす管状積層体断面の周方向に沿って引き揃えられた強化繊維束と、これに含浸された樹脂とを含有している。
The
ストレート層50は、管状積層体の軸方向に対して0°の方向に引き揃えられた強化繊維束及びこれに含浸された樹脂を含有しており、0°層51と52とがこの順で積層された構成を有している。
The
なお、本発明の管状積層体は、ストレート層とバイアス層との関係のように、強化繊維束の方向が互いに異なる一方向層を備えていればよく、例えば管状積層体200におけるストレート層51及び52のように、強化繊維束の方向が同じである複数の一方向層をさらに備えていてもよい。 The tubular laminate of the present invention only needs to include unidirectional layers in which the directions of the reinforcing fiber bundles are different from each other as in the relationship between the straight layer and the bias layer. As in 52, a plurality of unidirectional layers having the same direction of the reinforcing fiber bundle may be further provided.
バイアス層40及びストレート層50における強化繊維束の方向は、上記に限定されるものではないが、管状積層体の軸方向に対して、バイアス層においては15°〜75°であることが好ましく、ストレート層においては0°〜10°であることが好ましい。
The direction of the reinforcing fiber bundle in the
バイアス層40及びストレート層50を構成する強化繊維束としては、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維等が挙げられ、これらを単独又は複数組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、管状積層体の軽量化の点で、炭素繊維を用いることが好ましい。
Examples of the reinforcing fiber bundle constituting the
特に、管状積層体の軽量化のためには、バイアス層40及びストレート層50に用いる炭素繊維の引張り弾性率は100〜800GPa、引張り強度は2000〜7000MPaであることが好ましい。
In particular, in order to reduce the weight of the tubular laminate, it is preferable that the carbon fiber used for the
バイアス層40及びストレート層50において、一方向層に含浸している樹脂としては、不織布層60が含有する樹脂について上述したものと同様の材料が好適に採用される。なお、これら一方向層においても、樹脂が強化繊維束内部にまで完全に含浸している必要は必ずしもなく、管状積層体200の強度等が著しく損なわれない程度に、未含浸部や空隙(ボイド)が存在してもよい。
As the resin impregnated in the unidirectional layer in the
バイアス層40及びストレート層50を構成する樹脂の量は、管状積層体200の強度や重量等のバランスの点から、各層における強化繊維束及び樹脂の合計量100重量%に対して、20〜60重量%であることが好ましい。
The amount of the resin constituting the
本実施形態においては、バイアス層40及びストレート層50はそれぞれ4層及び2層で構成されているが、層の数はこれに限定されず、バイアス層は斜め方向及び逆斜め方向にそれぞれ1〜6層からなることが好ましく、ストレート層は1〜8層からなることが好ましい。
In the present embodiment, the
また、バイアス層40及びストレート層50が積層される層の数は、管状積層体200の全長にわたって同一でなくてもよい。例えば、管状積層体200をゴルフクラブシャフトに用いる場合、特に大きな応力の負荷がかかるヘッド部付近において、積層される層の数を他の部分より多くしてもよい。
Further, the number of layers on which the
管状積層体200の長さ、外径、肉厚等は特に限定されず、用途に応じて適宜調整すればよい。ゴルフクラブシャフトに用いる場合、管状積層体200は、外径が長手方向に沿って減少する、テーパーを有していることが好ましい。
The length, outer diameter, thickness and the like of the
以上のような構成を有する管状積層体200は、通常、その表面に塗装が施され、塗料層を備えた状態で、ゴルフクラブシャフト、釣竿、スキーポール、登山用ステッキ等に好適に用いることができる。管状積層体200を用いることによって、軽量かつ高強度で、意匠性に優れるこれらスポーツ・レジャー用品が得られる。
The
特に、管状積層体200からなるゴルフクラブシャフトは、ドライバー等に用いられたときに、良好な打感(フィーリング)を得ることができる。
In particular, the golf club shaft made of the
管状積層体200は、一方向プリプレグを管状に複数積層し、さらに、不織布100で強化された不織布プリプレグを積層して、一方向プリプレグ及び不織布プリプレグをその反応温度以上に加熱する方法によって好適に製造することができる。
The
一方向プリプレグ及び不織布プリプレグは、シートワインディング法によって管状に巻いて積層することができる。すなわち、所定の形状や強化繊維束の方向になるように、所定の枚数切り出された一方向プリプレグ及び不織布プリプレグのシートを、ステンレス等からなる芯金に、強化繊維束の方向が互いに異なるように一方向プリプレグを順次巻きつけて積層した後、その外側に、最外層として不織布プリプレグを巻きつけて積層することによって、管状のプリプレグ積層体を得る。 The unidirectional prepreg and the nonwoven fabric prepreg can be laminated by being wound into a tubular shape by a sheet winding method. That is, a sheet of unidirectional prepreg and non-woven prepreg that has been cut out in a predetermined shape and in the direction of the reinforcing fiber bundle is placed on a cored bar made of stainless steel or the like so that the directions of the reinforcing fiber bundle are different from each other. A unidirectional prepreg is sequentially wound and laminated, and then a nonwoven fabric prepreg is wound and laminated as an outermost layer on the outer side to obtain a tubular prepreg laminate.
積層において用いる一方向プリプレグは、例えば、一方向に引き揃えられた強化繊維束の片面又は両面に、離型紙上に塗布されたフィルム状の熱硬化性樹脂をラミネートし、離型紙を介して加熱及び加圧することにより熱硬化性樹脂を強化繊維束層に含浸させる方法で得られる。 The unidirectional prepreg used in the lamination is, for example, by laminating a film-like thermosetting resin applied on a release paper on one or both sides of a reinforcing fiber bundle aligned in one direction, and heating it through the release paper. And a method of impregnating the reinforcing fiber bundle layer with a thermosetting resin by pressurization.
また、不織布プリプレグも一方向プリプレグと同様の上記の方法で、不織布100に熱硬化性樹脂を含浸させることで得られる。
Further, the nonwoven fabric prepreg can be obtained by impregnating the
上記の熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂を好適に用いることができるが、この場合、さらに、エポキシ樹脂の硬化剤及び硬化促進剤、熱可塑性樹脂、エラストマー等の他の成分をエポキシ樹脂と混合又は溶解した熱硬化性樹脂組成物を含浸させることができる。 As the thermosetting resin, an epoxy resin can be suitably used. In this case, other components such as an epoxy resin curing agent and curing accelerator, a thermoplastic resin, and an elastomer are mixed with the epoxy resin. The dissolved thermosetting resin composition can be impregnated.
次に、上記のようにして得られたプリプレグ積層体の全体を、これらプリプレグの反応温度以上に加熱することによって熱硬化性樹脂を硬化させ、芯金を取り外して、管状積層体200を得る。
Next, the thermosetting resin is cured by heating the entire prepreg laminate obtained as described above to a reaction temperature or higher of these prepregs, and the cored bar is removed to obtain the
加熱する温度は、プリプレグに含浸された熱硬化性樹脂が反応して、実用上問題のない程度まで硬化させることが可能な温度の範囲で適宜決定する。エポキシ樹脂の場合、加熱温度は、通常100〜180℃でよく、このとき、加熱時間は0.5〜5時間の範囲内がよい。 The heating temperature is appropriately determined within a temperature range in which the thermosetting resin impregnated in the prepreg reacts and can be cured to an extent that causes no practical problem. In the case of an epoxy resin, the heating temperature may usually be 100 to 180 ° C., and at this time, the heating time is preferably in the range of 0.5 to 5 hours.
加熱工程においては、管状積層体200の内部における空隙(ボイド)の発生を抑制するために、プリプレグ積層体を加圧しながら加熱することが好ましい。プリプレグ積層体は、延伸されたポリエチレンテレフタレート等の、熱収縮性の熱可塑性樹脂からなるテープを巻きつけること等により、加圧することができる。
In the heating step, in order to suppress the generation of voids (voids) inside the
さらに、得られた管状積層体200に、好ましくはその表面を研磨した後、塗装を施して、ゴルフクラブシャフト等が得られる。
Further, the obtained
11…経糸、12…緯糸、13,14…斜向糸、15…緯糸、16…経糸、21…第一の繊維束層、22…第二の繊維束層、30…熱可塑性樹脂繊維、40…バイアス層、41…+45°層、42…−45°層、43…+45°層、44…−45°層、50…ストレート層、51,52…0°層、60…不織布層、100…不織布、200…管状積層体。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
さらに、経方向、緯方向、斜め方向及び逆斜め方向のそれぞれに引き揃えられた強化繊維束を積層して互いに接着した不織布で強化された不織布プリプレグを積層して、
前記一方向プリプレグ及び前記不織布プリプレグの反応温度以上に加熱する、管状積層体の製造方法。 A plurality of unidirectional prepregs reinforced with a bundle of reinforcing fibers aligned in one direction are laminated in a tubular manner so that the directions of the reinforcing fiber bundles are different from each other,
Furthermore, laminated non-woven prepregs reinforced with non-woven fabric bonded together by laminating reinforcing fiber bundles aligned in the warp direction, weft direction, diagonal direction and reverse diagonal direction,
The manufacturing method of a tubular laminated body which heats more than the reaction temperature of the said unidirectional prepreg and the said nonwoven fabric prepreg.
さらに、経方向、緯方向、斜め方向及び逆斜め方向のそれぞれに引き揃えられた強化繊維束を積層して互いに接着した不織布で強化された不織布プリプレグを積層して、
前記一方向プリプレグ及び前記不織布プリプレグの反応温度以上に加熱して得られる、管状積層体。 A plurality of unidirectional prepregs reinforced with a bundle of reinforcing fibers aligned in one direction are laminated in a tubular manner so that the directions of the reinforcing fiber bundles are different from each other,
Furthermore, laminated non-woven prepregs reinforced with non-woven fabric bonded together by laminating reinforcing fiber bundles aligned in the warp direction, weft direction, diagonal direction and reverse diagonal direction,
A tubular laminate obtained by heating to a temperature higher than the reaction temperature of the unidirectional prepreg and the nonwoven fabric prepreg.
A golf club shaft comprising the tubular laminate according to any one of claims 4 to 6.
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