JP2006297926A - Tubular body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属/繊維強化樹脂複合材料からなる管状体に関し、とくに金属層と繊維強化樹脂層との接着性を向上した、ゴルフクラブシャフト、釣竿、ラケット等に用いて好適な管状体に関する。 The present invention relates to a tubular body made of a metal / fiber reinforced resin composite material, and more particularly to a tubular body having improved adhesion between a metal layer and a fiber reinforced resin layer and suitable for use in golf club shafts, fishing rods, rackets and the like.
金属と繊維強化樹脂を積層・接着一体化した複合材料は、金属が有する優れた耐衝撃性、導電性等と、繊維強化樹脂が有する優れた軽量性、高力学特性の両方を発現し得る材料として知られている。 A composite material in which metal and fiber reinforced resin are laminated and bonded together is a material that can exhibit both the excellent impact resistance, conductivity, etc. possessed by the metal, and the excellent lightness and high mechanical properties possessed by the fiber reinforced resin. Known as.
とくにゴルフクラブシャフトにおいては、軽量化の点において繊維強化樹脂製のシャフトが優れているものの、金属製(例えば、スチール製)のシャフトの方が、打球のフィーリングに優れるという理由により、現在でもスチールシャフトが多く使用されている。 Especially for golf club shafts, fiber reinforced resin shafts are superior in terms of weight reduction, but metal (for example, steel) shafts are still better because of their better feel at impact. Many steel shafts are used.
そこで、金属と繊維強化樹脂の複合材料からなるゴルフクラブシャフトは、金属による打球のフィーリング向上と繊維強化樹脂による軽量化、高強度化を両立できるゴルフクラブシャフトとして期待されている。 Therefore, a golf club shaft made of a composite material of a metal and a fiber reinforced resin is expected as a golf club shaft that can achieve both improved feeling of hitting with a metal and light weight and high strength with a fiber reinforced resin.
しかしながら、単に金属層と繊維強化樹脂層とを接着して構成した金属/繊維強化樹脂複合材料からなるゴルフクラブシャフトにおいては、打球時などに金属層と繊維強化樹脂層との間で層間剥離が生じ、目標とする特性を発現できないという問題がある。とくに金属層がチタン合金からなる場合には、その金属層は軽量で力学特性にも優れているが、難接着金属であるため、接着層間で剥離が生じやすく、接着性を向上させるためには、ケミカルエッチングなどの表面処理を施す必要があり、生産性の悪化、高コストの問題があり、実用化に至っていない。 However, in a golf club shaft made of a metal / fiber reinforced resin composite material simply formed by bonding a metal layer and a fiber reinforced resin layer, delamination occurs between the metal layer and the fiber reinforced resin layer at the time of hitting. This causes a problem that the target characteristics cannot be expressed. In particular, when the metal layer is made of a titanium alloy, the metal layer is lightweight and excellent in mechanical properties. It is necessary to perform surface treatment such as chemical etching, resulting in poor productivity and high cost, and has not been put into practical use.
金属層の接着性を向上するために、陽極酸化皮膜を形成したりする表面処理も提案されているが(例えば、特許文献1、特許文献2)、金属と接着剤との接着性は向上するものの、接着剤と繊維強化樹脂との接着性は必ずしも向上されない。また、接着剤自体を高靱性化する手法も提案されているが(例えば、特許文献3、特許文献4)、接着剤層内での破壊は抑制されるものの、接着剤層と繊維強化樹脂層との界面の耐剥離強度等は必ずしも向上されない。
そこで本発明の課題は、とくにゴルフクラブシャフト、釣竿、ラケット等の管状体を金属/繊維強化樹脂複合材料から構成する場合に、金属層と繊維強化樹脂層との接着性を向上することにより、各層それぞれの優れた特性を発揮させつつ両層間の剥離等の問題を解消でき、その実用化が可能な管状体を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to improve the adhesion between the metal layer and the fiber reinforced resin layer, particularly when a tubular body such as a golf club shaft, a fishing rod, or a racket is composed of a metal / fiber reinforced resin composite material. An object of the present invention is to provide a tubular body that can solve problems such as peeling between both layers while exhibiting the excellent characteristics of each layer, and can be put to practical use.
上記課題を解決するために、本発明に係る管状体は、金属層と繊維強化樹脂層が中間樹脂層を介して接着一体化された金属/繊維強化樹脂複合材料から構成された管状体であって、前記中間樹脂層が、平均粒径3〜10μmの熱可塑性樹脂の粒子およびイミダゾールシラン化合物を含有していることを特徴とするものからなる。 In order to solve the above problems, a tubular body according to the present invention is a tubular body composed of a metal / fiber reinforced resin composite material in which a metal layer and a fiber reinforced resin layer are bonded and integrated through an intermediate resin layer. The intermediate resin layer contains thermoplastic resin particles having an average particle diameter of 3 to 10 μm and an imidazole silane compound.
この管状体においては、前記中間樹脂層と前記繊維強化樹脂層との境界部(界面近傍部)が、前記粒子を構成する熱可塑性樹脂と前記繊維強化樹脂層の強化繊維とが混在した混合層を形成していることが好ましい。 In this tubular body, the boundary part (interface vicinity part) between the intermediate resin layer and the fiber reinforced resin layer is a mixed layer in which the thermoplastic resin constituting the particles and the reinforced fibers of the fiber reinforced resin layer are mixed. Is preferably formed.
また、前記熱可塑性樹脂の粒子は、粒子同士の融着等により少なくとも部分的に連続相の形態で前記中間樹脂層内に存在していることが好ましい。 The thermoplastic resin particles are preferably present in the intermediate resin layer at least partially in the form of a continuous phase due to fusion of particles or the like.
また、繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂と中間樹脂層の母材樹脂とが同種の樹脂(望ましくは、同一の樹脂)からなることが好ましい。例えば、繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂と中間樹脂層の母材樹脂が同種あるいは同一の熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)からなることが好ましい。 The matrix resin of the fiber reinforced resin layer and the base resin of the intermediate resin layer are preferably made of the same kind of resin (preferably, the same resin). For example, the matrix resin of the fiber reinforced resin layer and the base resin of the intermediate resin layer are preferably made of the same type or the same thermosetting resin (for example, epoxy resin).
前記金属層としては種々の金属を採用し得るが、とくに難接着金属であるチタンを含む層からなる場合に、本発明による効果はとくに大きい。 Various metals can be adopted as the metal layer, but the effect of the present invention is particularly great when the metal layer is composed of a layer containing titanium, which is a difficult-to-adhere metal.
また、前記繊維強化樹脂層の強化繊維としても種々の強化繊維を使用し得るが、とくに炭素繊維を強化繊維として含む層に構成すると、管状体全体としてより優れた力学特性が得られやすく、かつ、その特性も制御しやすくなる。 In addition, various reinforcing fibers can be used as the reinforcing fiber of the fiber-reinforced resin layer, but particularly when the carbon fiber is included in the layer containing the reinforcing fiber, more excellent mechanical properties can be easily obtained as a whole tubular body, and , Its characteristics are also easy to control.
本発明に係る管状体は、とくにゴルフクラブシャフトに適用することにより、金属による打球のフィーリング向上と、繊維強化樹脂による軽量化、高強度化が両立され、期待されている望ましい特性の発現が可能になる。ただし、本発明は、金属が有する特性と繊維強化樹脂が有する特性との両立が望まれるあらゆる管状体に適用できるものであり、ゴルフシャフトの他にも釣竿、テニス用ラケット、バトミントン用ラケット、ホッケースティック、野球もしくはソフトボール用のバット、棒高跳び用棒、ヨット用のマスト、ボート用のオールなどにも適用可能である。 By applying the tubular body according to the present invention to a golf club shaft in particular, it is possible to achieve both improved feeling of hitting with a metal, lighter weight and higher strength with a fiber reinforced resin, and the development of expected desirable characteristics. It becomes possible. However, the present invention can be applied to any tubular body in which both the characteristics possessed by the metal and the characteristics possessed by the fiber reinforced resin are desired. In addition to the golf shaft, the fishing rod, tennis racket, badminton racket, hockey It is also applicable to sticks, baseball or softball bats, pole vaulting poles, yacht masts, boat oars, and the like.
このような本発明に係る管状体においては、中間樹脂層が所定範囲の粒径の熱可塑性樹脂粒子を含有することにより、熱可塑性樹脂粒子が中間樹脂層の所定の厚みを確保するためのスペーサ的な役割を果たし、金属層と繊維強化樹脂層との間に所定厚みの中間樹脂層が確実に介在されることになる。そして、中間樹脂層に熱可塑性樹脂粒子が配合されていることにより、中間樹脂層自体の高靱性化も可能になる。 In such a tubular body according to the present invention, the intermediate resin layer contains thermoplastic resin particles having a particle diameter in a predetermined range, whereby the thermoplastic resin particles ensure a predetermined thickness of the intermediate resin layer. An intermediate resin layer having a predetermined thickness is reliably interposed between the metal layer and the fiber reinforced resin layer. In addition, since the thermoplastic resin particles are blended in the intermediate resin layer, the toughness of the intermediate resin layer itself can be increased.
この中間樹脂層を介して金属層と繊維強化樹脂層が接着一体化されるが、中間樹脂層がイミダゾールシラン化合物を含有していることにより、金属との接着性が向上され、難接着金属であるチタン合金等に対しても、良好な接着性を発現できるようになって、中間樹脂層と金属層間の接着性が大幅に向上される。 The metal layer and the fiber reinforced resin layer are bonded and integrated through this intermediate resin layer. However, the intermediate resin layer contains an imidazole silane compound, so that the adhesion to the metal is improved, and it is difficult to adhere to the metal. Even for a certain titanium alloy or the like, good adhesiveness can be expressed, and the adhesiveness between the intermediate resin layer and the metal layer is greatly improved.
また、中間樹脂層は所定範囲の微小粒径の熱可塑性樹脂粒子を含有しているので、繊維強化樹脂層との界面近傍においては、熱可塑性樹脂粒子が多かれ少なかれ繊維強化樹脂層の強化繊維間に侵入していく形態を容易に形成することができる。すなわち、中間樹脂層と繊維強化樹脂層との境界部を、熱可塑性樹脂粒子と繊維強化樹脂層の強化繊維とが混在した混合層に形成された形態とすることができる。熱可塑性樹脂粒子の平均粒径が10μmよりも大幅に大きいと、熱可塑性樹脂粒子が強化繊維間に侵入しにくいため、熱可塑性樹脂粒子と繊維強化樹脂層の強化繊維が混在した混合層を形成しにくいため好ましくない。このような形態において、例えば、熱可塑性樹脂粒子の融点以上の温度で中間樹脂層と繊維強化樹脂層を同時成形すれば、粒子同士は融着等により容易に少なくとも部分的に連続相の形態に連なる。このような形態を現出すれば、融着等により少なくとも部分的に連続相の形態になった熱可塑性樹脂が、中間樹脂層と繊維強化樹脂層との界面において、中間樹脂層と繊維強化樹脂層の両方にまたがって存在することになり、いずれの層からみても、互いにアンカー効果を発揮することになる。このアンカー効果により、中間樹脂層と繊維強化樹脂層との接着性も、確実にかつ大幅に向上されることになる。さらに最表層が繊維強化樹脂層である場合には、該繊維強化樹脂層の最表層に撥水処理が施され、撥水層が形成されていることが好ましい。本発明の管状体が、高湿度もしくは温水に曝された場合、繊維強化樹脂層が吸湿もしくは吸水することにより、金属と繊維強化樹脂との接着性が劣化する懸念があるが、撥水層を形成することにより、吸湿もしくは吸水を抑制し、接着性の劣化を防ぐことができるためである。 Further, since the intermediate resin layer contains thermoplastic resin particles having a fine particle diameter in a predetermined range, in the vicinity of the interface with the fiber reinforced resin layer, there are more or less thermoplastic resin particles between the reinforced fibers of the fiber reinforced resin layer. It is possible to easily form a form that penetrates into the surface. That is, the boundary portion between the intermediate resin layer and the fiber reinforced resin layer can be formed in a mixed layer in which the thermoplastic resin particles and the reinforced fibers of the fiber reinforced resin layer are mixed. If the average particle diameter of the thermoplastic resin particles is significantly larger than 10 μm, the thermoplastic resin particles are difficult to enter between the reinforcing fibers, so that a mixed layer in which the thermoplastic resin particles and the reinforcing fibers of the fiber reinforced resin layer are mixed is formed. It is not preferable because it is difficult to do. In such a form, for example, if the intermediate resin layer and the fiber reinforced resin layer are simultaneously formed at a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin particles, the particles are easily at least partially in a continuous phase form by fusion or the like. It is a series. If such a form appears, the thermoplastic resin that is at least partially in the form of a continuous phase by fusion or the like is formed at the interface between the intermediate resin layer and the fiber reinforced resin layer. It exists across both layers, and the anchor effect will be exhibited from any layer. Due to this anchor effect, the adhesion between the intermediate resin layer and the fiber reinforced resin layer is also reliably and significantly improved. Further, when the outermost layer is a fiber reinforced resin layer, it is preferable that the outermost layer of the fiber reinforced resin layer is subjected to water repellent treatment to form a water repellent layer. When the tubular body of the present invention is exposed to high humidity or warm water, there is a concern that the adhesion between the metal and the fiber reinforced resin may deteriorate due to moisture absorption or water absorption of the fiber reinforced resin layer. This is because moisture absorption or water absorption can be suppressed and adhesion deterioration can be prevented.
このように、本発明に係る管状体によれば、所定粒径の熱可塑性樹脂粒子とイミダゾールシラン化合物を含有した中間樹脂層を介して金属層と繊維強化樹脂層を接着一体化することにより、接着性を大幅に向上でき、層間剥離を生じずに優れた特性を発現できる金属/繊維強化樹脂複合材料からなる管状体を実用化できる。 Thus, according to the tubular body according to the present invention, by bonding and integrating the metal layer and the fiber reinforced resin layer through the intermediate resin layer containing the thermoplastic resin particles of a predetermined particle size and the imidazole silane compound, A tubular body made of a metal / fiber reinforced resin composite material that can greatly improve adhesiveness and can exhibit excellent characteristics without causing delamination can be put into practical use.
とくに本発明をゴルフクラブシャフトに適用することにより、金属による打球のフィーリング向上と、繊維強化樹脂による軽量化、高強度化を両立でき、期待されている望ましい特性を発現させることができる。 In particular, by applying the present invention to a golf club shaft, it is possible to achieve both improved feeling of hitting with a metal, lighter weight and higher strength with a fiber reinforced resin, and to exhibit desired desirable characteristics.
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施態様に係る管状体の横断面を示しており、とくに本発明をゴルフクラブシャフトに適用した場合の一例を示している。図1において、1は管状体としてのゴルフクラブシャフトの断面を示している。このゴルフクラブシャフト1は、単層あるいは複数層の(図示例では合計2層の)金属層2と、単層あるいは複数層の(図示例では合計2層の)繊維強化樹脂層3と、金属層2と繊維強化樹脂層3との間に介在され、金属層2と繊維強化樹脂層3を接着一体化する、単層あるいは複数層の(図示例では合計2層の)中間樹脂層4を有している。ただし、金属層2は、図示例の如く最外層にあってもよく、最内層、繊維強化樹脂層内のいずれにあってもよい。また、巻き付けて成形する場合は、金属層2の厚みは、例えば0.01〜0.15mmの範囲にあることが好ましい。0.01mm未満では、金属箔を製造するコストが高くなり、0.15mmを超えると、ゴルフクラブシャフト1全体の軽量化が損なわれるおそれがある。釣竿についても、基本的には図1と同様の構造であるが、穂先は中実の金属円筒体に中間樹脂層を介して、繊維強化樹脂層を接着一体化して用いることも好ましい態様である。なお、図1に示した実施態様においては、最内層の繊維強化樹脂層の表面に撥水層Hが形成されている。 上記中間樹脂層4に、所定粒径(平均粒径3〜10μm)の熱可塑性樹脂粒子とイミダゾールシラン化合物が含有されている。ここで中間樹脂層内の熱可塑性樹脂粒子の粒径は、ゴルフクラブシャフトの断面を光学顕微鏡、CCDカメラを用いた顕微鏡、SEM、TEMのいずれかにより観察して、測定することができる。本発明における中間樹脂層内の熱可塑性樹脂粒子の平均粒径は、少なくとも10個以上の粒子の粒径を測定して得られた平均値とする。
FIG. 1 shows a cross section of a tubular body according to an embodiment of the present invention, and particularly shows an example of the case where the present invention is applied to a golf club shaft. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cross section of a golf club shaft as a tubular body. This golf club shaft 1 is composed of a single layer or a plurality of layers (total of two layers in the illustrated example), a single layer or a plurality of layers (total of two layers in the illustrated example) fiber reinforced
ここで、中間樹脂層を構成する樹脂は、予め平均粒径3〜10μmの熱可塑性樹脂粒子を配合した樹脂組成物を用いることが好ましい。この時に該樹脂組成物に配合する熱可塑性樹脂粒子の平均粒径はレーザー回折・散乱式粒度分布測定器を用いて測定された粒度分布から得られたメジアン径により測定することが好ましい。
繊維強化樹脂層3は、強化繊維とマトリックス樹脂(例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂)からなる複合材料に構成されている。これら中間樹脂層4と金属層2および繊維強化樹脂層3との接着構造の例を、図2、図3に示す。図3の方が、より好ましい例である。
Here, as the resin constituting the intermediate resin layer, it is preferable to use a resin composition in which thermoplastic resin particles having an average particle diameter of 3 to 10 μm are blended in advance. At this time, the average particle diameter of the thermoplastic resin particles to be blended in the resin composition is preferably measured by the median diameter obtained from the particle size distribution measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer.
The fiber reinforced
図2に示す例においては、金属層2と、強化繊維(群)5および熱硬化性マトリックス樹脂6を含む繊維強化樹脂層3との間に、熱硬化性樹脂7を母材樹脂とし熱可塑性樹脂8(熱可塑性樹脂連続相8a、熱可塑性樹脂粒子相8b)を含む接着樹脂層としての中間樹脂層4が介在されている。中間樹脂層4に所定粒径の熱可塑性樹脂粒子が配合されることにより、該粒子がスペーサの役割を果たし、中間樹脂層4の所望の厚みを確保し、金属層2と繊維強化樹脂層3との間に望ましい層間厚みを確保できる。また、熱可塑性樹脂粒子を配合することで、中間樹脂層4を高靱性化でき、含有粒子は、例えば、クラックに対するピン止め効果も発揮できる。この中間樹脂層4に含有されていた上記所定粒径の熱可塑性樹脂粒子は、例えば図示の如く、融着等により少なくとも部分的に連続相の形態(線状あるいは膜状の連続相形態)を有する熱可塑性樹脂連続相部分8aと、実質的に粒子の形態のまま残された熱可塑性樹脂粒子相部分8bとの混在形態とされる。このように熱可塑性樹脂が連続相の形態で中間樹脂層4に含有されていることにより、金属層2と繊維強化樹脂層3との接着性が向上する。特に、金属層2に、繊維強化樹脂層3から引き剥がすような剥離モードの応力が加わった時には、中間樹脂層4内の熱可塑性樹脂が連続相8aの形態を有するため、中間樹脂層4を構成する熱硬化性樹脂母材樹脂7に対するアンカーとして作用し、接着性が向上すると考えられる。ここで、繊維強化樹脂層3を構成する熱硬化性マトリックス樹脂6と中間樹脂層4を構成する熱硬化性樹脂母材樹脂7は同一の樹脂組成であってもよいし、それぞれ異なる熱硬化性樹脂であってもよい。
In the example shown in FIG. 2, a thermoplastic resin is used as a base resin between the
また、上記中間樹脂層4を構成する熱硬化性樹脂7は、イミダゾールシラン化合物を含有している。このイミダゾールシラン化合物を含むことにより、中間樹脂層4と金属層2、とくにチタンを含む金属層2との接着性が向上する。特に高温高湿度暴露後の接着性の低下が抑えられ、耐環境暴露特性を向上できる。イミダゾールシラン化合物の熱硬化性樹脂への配合量は、樹脂組成物重量対比0.1重量%以上2.0重量%以下であることが好ましい。すなわち、イミダゾールシラン化合物の混合量が、0.1重量%未満では、接着性向上の効果が小さいため好ましくない。2.0重量%を越えると、特に熱硬化性樹脂にエポキシ樹脂を用いた場合などに、イミダゾールシラン化合物が硬化剤もしくは硬化促進剤としても作用してしまうため、過剰に硬化が促進してしまうため好ましくない。この場合、イミダゾールシラン化合物をエタノールなどの有機溶媒に溶融した溶液を、金属の接着表面に塗布、乾燥して表面処理を施して使用することも好ましい使用形態のひとつである。このように、本発明におけるイミダゾールシラン化合物の使用目的は、特に金属層2への接着性の向上が目的であり、熱硬化性樹脂の硬化剤もしくは硬化促進剤もしくは金属の防錆として使用するものではない。
The thermosetting resin 7 constituting the intermediate resin layer 4 contains an imidazole silane compound. By including this imidazole silane compound, the adhesion between the intermediate resin layer 4 and the
図3は、より好ましい形態例を示している。すなわち、図3に示すゴルフクラブシャフト11においては、中間樹脂層12が、繊維強化樹脂層3との境界部において、繊維強化樹脂層3の強化繊維5と、熱可塑性樹脂、とくに連続相の熱可塑性樹脂8aとが混在している混合層12bを偏在して形成している。混合層12bよりも金属層2寄りの部分は、実質的に図2に示した中間樹脂層4と同等の形態を有している。このように強化繊維5と熱可塑性樹脂連続相8aが混在することにより、熱可塑性樹脂連続相8aが強化繊維群5に対してアンカーとして作用し、中間樹脂層12と繊維強化樹脂層3との接着性が大幅に向上する。各熱可塑性樹脂連続相8aは、複数の強化繊維5と接触していることがより好ましい。
FIG. 3 shows a more preferable embodiment. That is, in the
この中間樹脂層12の厚みは、例えば15μm以上150μm以下であることが好ましく、かつ、混合層12bの最大厚みが10μm以上100μm以下であることが好ましい。図3に中間樹脂層12の厚みをTa,強化繊維群5との熱可塑性樹脂連続相8aとの混合層12bの厚みをTpfを示す。Ta、Tpfは複合材料の断面を光学顕微鏡、CCDを用いた顕微鏡、SEM、TEMにより観察することにより測定することができる。
The thickness of the
中間樹脂層12の厚みTaが15μm未満では、中間樹脂層12が薄すぎて、層が破壊しやすいため好ましくない。一方、150μmより厚い場合には、中間樹脂層12が厚すぎるために、中間樹脂層12の重量が増加し、複合材料としての軽量化が損なわれるため好ましくない。
If the thickness Ta of the
さらに強化繊維5と熱可塑性樹脂連続相8aとが混在している混合層12bの厚みTpfは10μm未満でも構わないが、10μm以上であることにより、より接着性が向上するため好ましい。一方、100μmより厚いと厚すぎるために、中間樹脂層12の重量が増加するため好ましくない。また、熱可塑性樹脂連続相8aを強化繊維間に100μmより厚く混在させることは、成形の観点から非常に困難になるおそれがあるため好ましくない。
Furthermore, the thickness Tpf of the
中間樹脂層12内に配合される熱可塑性樹脂粒子に関しては、上記のような連続形状の連続相と平均粒径が3μm以上10μm以下の粒子形状が混在していることが好ましい。中間樹脂層12は、熱硬化性樹脂からなる母材樹脂7と熱可塑性樹脂から構成されるが、この熱可塑性樹脂は、平均粒径3μm以上10μm以下の粒子形状で、熱硬化性樹脂に混合されている。3μm以上10μm以下の粒子形状にすることにより、成形前に中間樹脂層12をフィルム形状などにする加工が容易であること、さらに硬化、成形工程において、該熱可塑性樹脂が強化繊維間に介在しやすくなり、成形後に強化繊維と熱可塑性樹脂とが混在している層12bを形成しやすくなる。このため、粒子形状で混合した熱可塑性樹脂が連続形状の連続相を形成する他に、該熱可塑性樹脂の一部が、粒子形状のままの状態で存在することが好ましい。
Regarding the thermoplastic resin particles blended in the
成形後の中間樹脂層内の熱可塑性樹脂の形状は、中間樹脂層の厚みの測定と同様に、光学顕微鏡、CCDを用いた顕微鏡、SEM、TEMにより観察することにより測定することができる。 The shape of the thermoplastic resin in the intermediate resin layer after molding can be measured by observing with an optical microscope, a microscope using a CCD, SEM, and TEM, similarly to the measurement of the thickness of the intermediate resin layer.
なお、本発明における中間樹脂層12を構成する樹脂組成物そのものは、ASTM D 5045−96「Standard Test Methods for Plane−Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release Rate of Plastic Materials」に基づいて測定した歪みエネルギー開放率(Strain Energy Release Rate)GICが、400J/m2 以上1000J/m2 以下であることが好ましい。GICが400J/m2 未満では、歪みエネルギー開放率が低すぎるため、中間樹脂層12の破壊が比較的容易に進むため好ましくない。中間樹脂層12内の熱可塑性樹脂が連続形状の連続相で混在することにより、GICを向上させることができる。また、該熱可塑性樹脂の熱硬化性樹脂への混合量を増加させることにより、GICを向上させることが可能である。一方、GICを1000J/m2 よりも大きくするためには、より多くの熱可塑性樹脂を混合する必要があるが、熱可塑性樹脂混合量が多すぎると、樹脂組成物のフィルム形状などへの加工が困難になること、また樹脂層の耐熱性もしくは弾性率の低下の懸念があるため好ましくない。
In addition, the resin composition itself constituting the
上記熱可塑性樹脂を融着等により少なくとも部分的に連続相とするために、熱可塑性樹脂粒子の融点(あるいは、軟化点)以上の温度で成形することが好ましい。粒子を強化繊維間に入り込ませるために、中間樹脂層12と繊維強化樹脂層3の成形を同時に行うか、もしくは、硬化後の繊維強化樹脂を用いる場合には、粒子の粒径以上の表面粗さまで接着表面をブラスト処理する方法も採用できる。
In order to at least partially make the thermoplastic resin into a continuous phase by fusion or the like, it is preferable to mold at a temperature equal to or higher than the melting point (or softening point) of the thermoplastic resin particles. When the
中間樹脂層そのものの歪みエネルギー開放率の測定が困難な場合は、繊維強化樹脂層と金属層を中間樹脂層を介して接着一体化した試験片を用いて、金属層を繊維強化樹脂層から引き剥がす試験を行い、接着性を評価することも可能である。 If it is difficult to measure the strain energy release rate of the intermediate resin layer itself, pull the metal layer from the fiber reinforced resin layer using a test piece in which the fiber reinforced resin layer and the metal layer are bonded and integrated through the intermediate resin layer. It is also possible to evaluate the adhesion by performing a peeling test.
この場合、ASTM D 1781−98(1998)に基づいたクライミングドラムピール法により測定した剥離トルクが10N・mm/mm以上、より好ましくは20N・mm/mm以上であることが好ましい。中間樹脂層の接着性を評価する際には、剪断モードの評価方法よりも、歪みエネルギー開放率や剥離トルクなどの開口モードによる評価方法の方が好ましいのである。 In this case, the peeling torque measured by the climbing drum peel method based on ASTM D 1781-98 (1998) is preferably 10 N · mm / mm or more, more preferably 20 N · mm / mm or more. When evaluating the adhesiveness of the intermediate resin layer, an evaluation method using an opening mode such as a strain energy release rate and a peeling torque is more preferable than a shear mode evaluation method.
また、本発明における金属層層は、繊維強化樹脂層に内挿されていることが好ましい。金属層を繊維強化樹脂層内に内挿することにより、最外層もしくは最内装にのみ金属層を設ける場合に比べて、繊維強化プラスチック層と金属層との接着面積を増加することができるため、管状体に曲げ荷重などが負荷された場合に、管状体に中間樹脂層1層あたりにかかる荷重負担を軽減することが可能となり、金属と繊維強化樹脂層との剥離を抑制することができるため好ましいのである。 Moreover, it is preferable that the metal layer layer in this invention is inserted in the fiber reinforced resin layer. By interpolating the metal layer in the fiber reinforced resin layer, compared to the case where the metal layer is provided only in the outermost layer or the innermost interior, the adhesion area between the fiber reinforced plastic layer and the metal layer can be increased. When a bending load or the like is applied to the tubular body, it is possible to reduce the load applied to the tubular body per one intermediate resin layer, and it is possible to suppress peeling between the metal and the fiber reinforced resin layer. Is preferred.
前記熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点としては、200℃以下であることが好ましい。本発明においては、該熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度、および適切な加圧条件において、複合材料を成形することによって、中間樹脂内の熱可塑性樹脂を一度溶融もしくは軟化させることにより、該熱可塑性樹脂を容易に連続相の形態で混在させることができる。熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点が200℃よりも高い場合には、複合材料の成形温度も200℃より高くする必要があり、成形温度が高くなりすぎるため好ましくない。 本発明における熱可塑性樹脂の融点は、JIS−K7121に準拠して、DSCにより昇温速度10℃/分で測定した値である。軟化点は、JIS−K7206に準拠して、ピカッド軟化温度を測定した値である。
本発明において、前記強化繊維群を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリアミド系合成繊維などの有機繊維、およびそれら2種類以上を組み合わせて使用することができるが、かかる強化繊維としては、とくに炭素繊維が好ましい。炭素繊維は比重が小さく、高強度、高弾性率であるため、比強度、比弾性率が大きく、本発明に係る管状体の複合材料を軽量化、高強度化、高弾性率化できるため好ましく使用でき、また、これら特性の制御も行いやすい。
The melting point or softening point of the thermoplastic resin is preferably 200 ° C. or lower. In the present invention, the thermoplastic resin in the intermediate resin is once melted or softened by molding the composite material at a temperature equal to or higher than the melting point or softening point of the thermoplastic resin and at an appropriate pressure condition. The thermoplastic resin can be easily mixed in the form of a continuous phase. When the melting point or softening point of the thermoplastic resin is higher than 200 ° C., the molding temperature of the composite material needs to be higher than 200 ° C., which is not preferable because the molding temperature becomes too high. The melting point of the thermoplastic resin in the present invention is a value measured by DSC at a heating rate of 10 ° C./min in accordance with JIS-K7121. The softening point is a value obtained by measuring the Picad softening temperature in accordance with JIS-K7206.
In the present invention, the reinforcing fibers constituting the reinforcing fiber group include inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers, and alumina fibers, organic fibers such as aramid fibers and polyamide synthetic fibers, and a combination of two or more thereof. Although it can be used, carbon fiber is particularly preferable as the reinforcing fiber. Since carbon fiber has a small specific gravity, high strength, and high elastic modulus, the specific strength and specific elastic modulus are large, which is preferable because the composite material of the tubular body according to the present invention can be reduced in weight, increased in strength, and increased in elastic modulus. It can be used and it is easy to control these characteristics.
本発明において、前記熱可塑性樹脂としては、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネイト系樹脂、スチレン系樹脂、EVA樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂およびPPS系樹脂の群より選択される少なくとも1種の樹脂であることが好ましい。とくにポリアミド系樹脂は、熱硬化性樹脂との接着性が優れるためより好ましい。 In the present invention, the thermoplastic resin is selected from the group of polyamide resin, polyester resin, polycarbonate resin, styrene resin, EVA resin, urethane resin, acrylic resin, polyolefin resin, and PPS resin. At least one kind of resin is preferred. In particular, a polyamide-based resin is more preferable because it has excellent adhesion to a thermosetting resin.
本発明のポリアミド系樹脂とは、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド612およびこれらの共重合ポリアミド系樹脂としてポリアミド66/6、6/66/610、6/66/612、6/66/610/612より選ばれた樹脂である。
The polyamide resin of the present invention includes
中でもポリアミド11,ポリアミド12は吸水性が低いため、好ましい。
Of these,
また、本発明に係る管状体において、金属層を構成する金属としては、スチールやアルミニウム、アルミ合金等も使用可能であるが、とくにチタンもしくはチタン合金であることが好ましい。つまり、本発明のように軽量、高強度、高弾性率である繊維強化樹脂と接着一体化して用いる場合には、軽量、高強度、高弾性率であるチタン合金がより好ましい。中でもβ合金のTi−15V−3Cr−3Al−3Snやα+β合金のTi−6Al−4Vは、チタン合金の中でも高強度であるため、より好ましい。 In the tubular body according to the present invention, steel, aluminum, an aluminum alloy, or the like can be used as the metal constituting the metal layer, but titanium or a titanium alloy is particularly preferable. That is, in the case of using the fiber reinforced resin having a light weight, high strength, and high elastic modulus as in the present invention, a titanium alloy having a light weight, high strength, and high elastic modulus is more preferable. Of these, β-15 alloy Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn and α + β alloy Ti-6Al-4V are more preferred because of their high strength among titanium alloys.
また、本発明の管状体の製造方法は、熱硬化性樹脂プリプレグを加熱成形して管状体を製造する製造方法であって、前記熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度にて、加熱成形することを特徴とする。前記熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度に加熱成形することにより、成形工程において、中間樹脂層内の前記熱可塑性樹脂同士を融着させることにより連続相を形成させることが可能となる。軟化点以上の温度であっても、適切な圧力をかけることにより、熱可塑性樹脂を変形させて、強化繊維間に混在させることができる。 Further, the method for producing a tubular body of the present invention is a production method for producing a tubular body by thermoforming a thermosetting resin prepreg, wherein the molding is performed at a temperature equal to or higher than the melting point or softening point of the thermoplastic resin. It is characterized by doing. By thermoforming to a temperature equal to or higher than the melting point or softening point of the thermoplastic resin, it is possible to form a continuous phase by fusing the thermoplastic resins in the intermediate resin layer in the molding step. Even at a temperature equal to or higher than the softening point, the thermoplastic resin can be deformed and mixed between the reinforcing fibers by applying an appropriate pressure.
とりわけ、粒子形状の熱可塑性樹脂を中間樹脂層を構成する熱硬化性樹脂に配合した場合には、昇温過程において、熱硬化性樹脂の粘度が低下して、熱可塑性樹脂の粒子が移動しやすくなり、強化繊維間に混在することができ、さらに熱可塑性樹脂の融点以上にまで加熱することにより、隣接する熱可塑性樹脂の粒子同士が融着することにより、連続相を形成することができる。このように熱可塑性樹脂が強化繊維間に混在して、混合層を形成し、さらに熱可塑性樹脂の粒子同士が融着することにより、連続相を形成することにより、金属層と繊維強化樹脂層の接着性をより向上することができる。 In particular, when a particle-shaped thermoplastic resin is blended with the thermosetting resin constituting the intermediate resin layer, the viscosity of the thermosetting resin decreases during the temperature rising process, and the thermoplastic resin particles move. It becomes easy to be mixed between the reinforcing fibers, and further, by heating up to the melting point of the thermoplastic resin or more, the particles of the adjacent thermoplastic resin can be fused to form a continuous phase. . In this way, the thermoplastic resin is mixed between the reinforced fibers to form a mixed layer, and further, the thermoplastic resin particles are fused together to form a continuous phase, whereby the metal layer and the fiber reinforced resin layer are formed. The adhesiveness of can be further improved.
炭素繊維強化プラスチック層の表層に純チタン層が接着一体化されたゴルフクラブシャフトを作成し、打球耐久性を評価した。 A golf club shaft in which a pure titanium layer was bonded and integrated on the surface layer of a carbon fiber reinforced plastic layer was prepared, and hit ball durability was evaluated.
用いた材料は次の通りである。 The materials used are as follows.
炭素繊維強化プラスチック層のバイアス層には、一方向プリプレグシートA(繊維目付:116g/m2、繊維含有率:76重量%、繊維引張弾性率:375GPa、マトリックス樹脂:エポキシ樹脂)を用いた。 A unidirectional prepreg sheet A (fiber basis weight: 116 g / m 2 , fiber content: 76 wt%, fiber tensile elastic modulus: 375 GPa, matrix resin: epoxy resin) was used for the bias layer of the carbon fiber reinforced plastic layer.
炭素繊維強化プラスチック層のストレート層には、一方向プリプレグシートB(繊維目付:125g/m2、繊維含有率:76重量%、繊維引張弾性率:295GPa、マトリックス樹脂:エポキシ樹脂)を用いた。 A unidirectional prepreg sheet B (fiber basis weight: 125 g / m 2 , fiber content: 76% by weight, fiber tensile elastic modulus: 295 GPa, matrix resin: epoxy resin) was used for the straight layer of the carbon fiber reinforced plastic layer.
ただし、繊維強化プラスチック層の最外層(ストレート層の最外層)を形成する一方向プリプレグシートは、一方向プリプレグシートBの片側の表面に中間樹脂層を形成するための樹脂フィルムが予め積層された一方向プリプレグシートCを用いた。
一方向プリプレグシートを構成するマトリックス樹脂のエポキシ樹脂は、一方向プリプレグシートAと一方向プリプレグシートBと一方向プリプレグシートCにおいて、共通である。
一方向プリプレグシートCに積層された樹脂フィルムは、プリプレグシートを構成しているマトリックス樹脂のエポキシ樹脂に、ナイロン微粒子(東レ社製ポリアミド12微粒子SP500、平均粒子径5μm、融点165℃)をエポキシ樹脂重量対比20重量%およびイミダゾールシラン化合物(日鉱マテリアルズ社製IS−1000)をエポキシ重量対比1重量%配合した樹脂組成物を目付が60g/m2のフィルム状に加工したものである。一方向プリプレグシートCは、この樹脂フィルムをプリプレグシートBの片側の表面に配置して、80℃に加熱したカレンダーロールにて加圧することによって積層して、準備した。
チタン層は厚み50μmの純チタン板を用いた。純チタン板の接着面は、#800のサンディングペーパーにより研磨された後、アセトンを用いて洗浄した。
However, the unidirectional prepreg sheet that forms the outermost layer of the fiber reinforced plastic layer (the outermost layer of the straight layer) is preliminarily laminated with a resin film for forming an intermediate resin layer on one surface of the unidirectional prepreg sheet B. Unidirectional prepreg sheet C was used.
The epoxy resin of the matrix resin constituting the unidirectional prepreg sheet is common to the unidirectional prepreg sheet A, the unidirectional prepreg sheet B, and the unidirectional prepreg sheet C.
The resin film laminated on the unidirectional prepreg sheet C is obtained by adding nylon fine particles (
As the titanium layer, a pure titanium plate having a thickness of 50 μm was used. The bonded surface of the pure titanium plate was polished with # 800 sanding paper and then washed with acetone.
[実施例1]
(ゴルフクラブシャフトの評価)
プリプレグシートAとプリプレグシートBと純チタン板をマンドレルを用いてゴルフクラブシャフトを成形した。
[Example 1]
(Evaluation of golf club shaft)
A prepreg sheet A, a prepreg sheet B, and a pure titanium plate were used to form a golf club shaft using a mandrel.
まず、先端の径が6mmφ、手元径が13mmφ、長さが1143mmのテーパー付きステンレス製マンドレルに、バイアス層として所定の形状に裁断したプリプレグシートAを、その繊維方向がマンドレル軸方向に対して+45°になるように1層巻き付け、さらに−45°になるように1層巻き付け、次いで+45°になるように1層巻き付け、さらに−45°になるように1層巻き付けた。さらに、ストレート層として所定の形状に裁断したプリプレグシートBを、その繊維方向がマンドレル軸方向と同じ(円筒軸方向に対して0°の角度)になるように2層巻き付けた。さらに、繊維強化プラスチック層の最外層として一方向プリプレグシートCを一方向プリプレグシートBと同様に1層巻き付けた。ただし、一方向プリプレグシートCは、予め積層された樹脂フィルムがチタン層と接着することができるように、最表層に配置されるように巻き付けられた。さらに、チタン層として、サンディングペーパーで研磨した表面を、マンドレルに巻き付けてある一方向プリプレグシートCの表面の樹脂フィルム側に配置して、巻き付けた。さらにラッピングテープを巻き付け、135℃で2時間加熱して硬化させた後、マンドレルを抜き取り、ゴルフクラブ用シャフトを得た。 First, a prepreg sheet A cut into a predetermined shape as a bias layer on a tapered stainless steel mandrel having a tip diameter of 6 mmφ, a hand diameter of 13 mmφ, and a length of 1143 mm, the fiber direction is +45 with respect to the mandrel axial direction. One layer was wound so that the angle was + 45 °, one layer was wound so as to be −45 °, then one layer was wound so as to be + 45 °, and another layer was wound so as to be −45 °. Further, two layers of the prepreg sheet B cut into a predetermined shape as a straight layer were wound so that the fiber direction was the same as the mandrel axis direction (angle of 0 ° with respect to the cylindrical axis direction). Furthermore, one layer of the unidirectional prepreg sheet C was wound as the outermost layer of the fiber reinforced plastic layer in the same manner as the unidirectional prepreg sheet B. However, the unidirectional prepreg sheet C was wound so as to be disposed on the outermost layer so that the resin film laminated in advance could be bonded to the titanium layer. Furthermore, as a titanium layer, the surface polished with sanding paper was disposed on the resin film side of the surface of the unidirectional prepreg sheet C wound around the mandrel and wound. Further, a wrapping tape was wound and cured by heating at 135 ° C. for 2 hours, and then the mandrel was removed to obtain a golf club shaft.
得られたゴルフクラブ用シャフトの断面観察した結果、最表層のチタン層と炭素繊維強化プラスチック層の間には、厚み(図3のTaに相当)が110μmの中間樹脂層が形成ており、中間樹脂層内には、平均粒径が5μmのナイロン微粒子(図3の8bに相当)が観察された。さらに、ナイロン微粒子の一部は、炭素繊維プラスチックを構成する炭素繊維群の中に入り、炭素繊維とナイロン微粒子とが混在した混合層(図3の混合層12bに相当)が形成されていた。混合層の厚みは40μmであった。
As a result of cross-sectional observation of the obtained golf club shaft, an intermediate resin layer having a thickness (corresponding to Ta in FIG. 3) of 110 μm is formed between the outermost titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer. In the resin layer, nylon fine particles (corresponding to 8b in FIG. 3) having an average particle diameter of 5 μm were observed. Further, some of the nylon fine particles entered the carbon fiber group constituting the carbon fiber plastic, and a mixed layer (corresponding to the
また、一部のナイロン微粒子は、ナイロン微粒子同士が一体化してナイロン連続相(図3の8aに相当)を形成していた。 Further, some nylon fine particles were integrated with each other to form a nylon continuous phase (corresponding to 8a in FIG. 3).
得られたゴルフクラブ用シャフトに3番アイアンヘッドを取り付けて、3番アイアンクラブとした後、エアーキャノン試験器にセットして、ゴルフボール速度毎秒55kmで打撃耐久試験を行った。その結果、3000回打球してもチタン層と炭素繊維強化プラスチック層との間に剥離などは観察されず、打撃耐久試験を合格した。 A No. 3 iron head was attached to the obtained golf club shaft to make a No. 3 iron club, and then set in an air cannon tester, and a hit endurance test was conducted at a golf ball speed of 55 km / sec. As a result, even after hitting 3000 times, no peeling or the like was observed between the titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer, and the impact durability test was passed.
また打球感は、スチールシャフトに近い感覚で良好であった。
(チタン合金層との接着性評価)
本実施例で用いた一方向プリプレグシートCのチタン合金層への接着性を評価するために、クライミングドラムピール用試験片を作成して、剥離トルクを測定した。
チタン合金層は、厚み0.15mm、縦300mm、横25mmのチタン合金Ti−15V−3Cr−3Al−3Snを用いた。チタン合金の接着面は実施例1と同様に研磨、洗浄した。
実施例1で用いた一方向プリプレグシートBを[45/0/−45/90/90/−45/0]の積層構成で7層積層し、最外層に一方向プリプレグシートCを積層して積層材を準備した。積層材は縦250mm、横25mmとした。さらに積層材をチタン合金の上に、重ね合わせ長さ250mm、幅25mmとなるように、且つ一方向プリプレグシートCに予め積層された樹脂フィルムの上に、チタン合金の接着面を配置するように積層した。
オートクレーブを用いて、圧力6kg/cm2をかけた状態で、135℃で2時間加熱して硬化して、5本のクライミングドラムピール試験片を成形した。
ASTM D 1781−98(1998)に基づいて、作成した5本の試験片について試験を行い、剥離トルクを測定し、剥離トルクの平均値を求めた結果、30N・mm/mmであった。
The feel at impact was good with a feeling close to that of a steel shaft.
(Adhesion evaluation with titanium alloy layer)
In order to evaluate the adhesion of the unidirectional prepreg sheet C used in this example to the titanium alloy layer, a test piece for a climbing drum peel was prepared and the peeling torque was measured.
As the titanium alloy layer, a titanium alloy Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn having a thickness of 0.15 mm, a length of 300 mm, and a width of 25 mm was used. The adhesive surface of the titanium alloy was polished and cleaned in the same manner as in Example 1.
Seven layers of the unidirectional prepreg sheet B used in Example 1 were stacked in a stacked configuration of [45/0 / −45 / 90/90 / −45 / 0], and the unidirectional prepreg sheet C was stacked on the outermost layer. A laminated material was prepared. The laminated material was 250 mm long and 25 mm wide. Further, the laminated material is placed on the titanium alloy so that the overlapping length is 250 mm and the width is 25 mm, and the adhesive surface of the titanium alloy is disposed on the resin film previously laminated on the unidirectional prepreg sheet C. Laminated.
Using an autoclave, under a pressure of 6 kg / cm 2 , it was cured by heating at 135 ° C. for 2 hours to form five climbing drum peel test pieces.
Based on ASTM D 1781-98 (1998), the test was performed on the five test pieces prepared, the peel torque was measured, and the average value of the peel torque was obtained. As a result, it was 30 N · mm / mm.
[実施例2]
(ゴルフクラブシャフトの評価)
硬化条件を180℃で2時間にした以外は、実施例1と同様にゴルフクラブ用シャフトを成形して、ゴルフクラブ用シャフトを得た。
実施例1と同様に断面観察をした結果、最表層のチタン層と炭素繊維強化プラスチック層の間には、厚み(図3のTaに相当)が100μmの中間樹脂層が形成ており、中間樹脂層内には広範囲に渡り、ナイロン微粒子は、ナイロン微粒子同士が一体化してナイロン連続相(図3の8aに相当)が形成されていた。
また一部には、平均粒径が5μmのナイロン微粒子(図3の8bに相当)が観察された。さらに、ナイロン連続相の一部は炭素繊維プラスチックを構成する炭素繊維群の中に入り、炭素繊維とナイロン微粒子とが混在した混合層(図3の混合層12bに相当)が形成されていた。混合層の厚みは40μmであった。
[Example 2]
(Evaluation of golf club shaft)
A golf club shaft was formed in the same manner as in Example 1 except that the curing condition was 180 ° C. for 2 hours to obtain a golf club shaft.
As a result of cross-sectional observation in the same manner as in Example 1, an intermediate resin layer having a thickness (corresponding to Ta in FIG. 3) of 100 μm was formed between the outermost titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer. Nylon fine particles were integrated with each other to form a nylon continuous phase (corresponding to 8a in FIG. 3) over a wide range in the layer.
In addition, nylon fine particles (corresponding to 8b in FIG. 3) having an average particle diameter of 5 μm were observed in part. Furthermore, a part of the nylon continuous phase entered the carbon fiber group constituting the carbon fiber plastic, and a mixed layer (corresponding to the
実施例1と同様に打撃耐久試験を行った結果、3000回打球してもチタン層と炭素繊維強化プラスチック層との間に剥離などは観察されず、打撃耐久試験を合格した。 As a result of performing the impact durability test in the same manner as in Example 1, even if the ball was hit 3000 times, no peeling was observed between the titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer, and the impact durability test was passed.
また打球感は、スチールシャフトに近い感覚で良好であった。
(チタン合金層との接着性評価)
硬化条件を180℃で2時間にした以外は、実施例1と同様にクライミングドラムピール用試験片を作成して、剥離トルクを測定した。その結果、剥離トルクの平均値は50N・mm/mmであった。
(樹脂組成物の歪みエネルギー開放率GIC測定)
一方向プリプレグシートCに積層した樹脂フィルムを構成する樹脂組成物のみを180℃で2時間加熱して得られた樹脂硬化物を用いて、歪みエネルギー開放率GICを測定した。測定はASTM D 5045−96「Standard Test Methods for Plane−Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release Rate of Plastic Materials」に基づいて行った。
The feel at impact was good with a feeling close to that of a steel shaft.
(Adhesion evaluation with titanium alloy layer)
A test piece for climbing drum peel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the curing condition was 180 ° C. for 2 hours, and the peeling torque was measured. As a result, the average value of the peeling torque was 50 N · mm / mm.
(Strain energy release rate G IC measurement of resin composition)
The strain energy release rate G IC was measured using a cured resin obtained by heating only the resin composition constituting the resin film laminated on the unidirectional prepreg sheet C at 180 ° C. for 2 hours. The measurement was performed based on ASTM D 5045-96 “Standard Test Methods for Plane-Strain Fracture Tourness and Strain Energy Release Rate of Plastic Materials”.
その結果、GICは700J/m2であった。 As a result, G IC was 700 J / m 2 .
[実施例3]
(ゴルフクラブシャフトの評価)
実施例2において、チタン層を最外層の他に、バイアス層を構成するプリプレグシートAの−45°層とストレート層を構成するプリプレグシートBの0°層の間にも積層する他は実施例2と同様にゴルフクラブ用シャフトを成形して、ゴルフクラブ用シャフトを得た。
[Example 3]
(Evaluation of golf club shaft)
In Example 2, in addition to the outermost layer, the titanium layer is laminated between the −45 ° layer of the prepreg sheet A constituting the bias layer and the 0 ° layer of the prepreg sheet B constituting the straight layer. In the same manner as in No. 2, a golf club shaft was molded to obtain a golf club shaft.
実施例1と同様に断面観察をした結果、最表層および炭素繊維強化プラスチック層の層内に配置されたチタン層と炭素繊維強化プラスチック層の間には、厚み(図3のTaに相当)が100μmの中間樹脂層が形成ており、中間樹脂層内には広範囲に渡り、ナイロン微粒子は、ナイロン微粒子同士が一体化してナイロン連続相(図3の8aに相当)が形成されていた。
また一部には、平均粒径が5μmのナイロン微粒子(図3の8bに相当)が観察された。さらに、ナイロン連続相の一部は炭素繊維プラスチックを構成する炭素繊維群の中に入り、炭素繊維とナイロン微粒子とが混在した混合層(図3の混合層12bに相当)が形成されていた。混合層の厚みは40μmであった。
As a result of cross-sectional observation in the same manner as in Example 1, the thickness (corresponding to Ta in FIG. 3) is between the titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer disposed in the outermost layer and the carbon fiber reinforced plastic layer. An intermediate resin layer of 100 μm was formed, and the nylon fine particles were integrated with each other to form a nylon continuous phase (corresponding to 8a in FIG. 3) over a wide range in the intermediate resin layer.
In addition, nylon fine particles (corresponding to 8b in FIG. 3) having an average particle diameter of 5 μm were observed in part. Furthermore, a part of the nylon continuous phase entered the carbon fiber group constituting the carbon fiber plastic, and a mixed layer (corresponding to the
実施例1と同様に打撃耐久試験を行った結果、3000回打球してもチタン層と炭素繊維強化プラスチック層との間に剥離などは観察されず、打撃耐久試験を合格した。 As a result of performing the impact durability test in the same manner as in Example 1, even if the ball was hit 3000 times, no peeling was observed between the titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer, and the impact durability test was passed.
また打球感は、スチールシャフトに近い感覚で良好であった。 The feel at impact was good with a feeling close to that of a steel shaft.
[比較例]
(ゴルフクラブシャフトの評価)
実施例1で用いた樹脂フィルムを構成する樹脂組成物に、ナイロン微粒子およびイミダゾールシラン化合物を配合しない樹脂組成物(一方向プリプレグシートAを構成するマトリックス樹脂と同一)を用いた以外は、実施例2と同様に成形してゴルフクラブ用シャフトを得た。
実施例1と同様に断面観察をした結果、最表層のチタン層と炭素繊維強化プラスチック層の間には、ほとんど樹脂層は形成されておらず、チタン層と炭素繊維強化プラスチック層との間に配置した樹脂フィルムを構成する樹脂は、成形中に、流出したと考えられる。
実施例1と同様に打撃耐久試験を行った結果、400回打球した時点で、打球音に異音が発生し、試験を中止して、ゴルフクラブ用シャフトを点検したところ、最表層の純チタンが剥離していることが確認された。
(チタン合金層との接着性評価)
実施例2で用いた樹脂フィルムを構成する樹脂組成物に、ナイロン微粒子およびイミダゾールシラン化合物を配合しない樹脂組成物(一方向プリプレグシートAを構成するマトリックス樹脂と同一)を用いた以外は、実施例2と同様にクライミングドラムピール試験片を成形し、剥離トルクを測定し、平均値を求めた結果、13N・mm/mmであった。
(樹脂組成物の歪みエネルギー開放率GIC測定)
比較例1で用いた樹脂フィルムを構成する樹脂組成物のみを180℃で2時間加熱して得られた樹脂硬化物を用いて、実施例5と同様に歪みエネルギー開放率を測定した。その結果、GICは200J/m2であった。
[Comparative example]
(Evaluation of golf club shaft)
Example except that the resin composition constituting the resin film used in Example 1 is a resin composition not containing nylon fine particles and an imidazole silane compound (same as the matrix resin constituting the unidirectional prepreg sheet A). 2 to obtain a golf club shaft.
As a result of cross-sectional observation as in Example 1, almost no resin layer was formed between the outermost titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer, and between the titanium layer and the carbon fiber reinforced plastic layer. It is considered that the resin constituting the disposed resin film flowed out during molding.
As a result of performing the impact durability test in the same manner as in Example 1, when the ball was hit 400 times, an abnormal sound was generated in the hitting sound. The test was stopped and the golf club shaft was inspected. It was confirmed that was peeled off.
(Adhesion evaluation with titanium alloy layer)
Example except that the resin composition constituting the resin film used in Example 2 is a resin composition not containing nylon fine particles and an imidazole silane compound (same as the matrix resin constituting the unidirectional prepreg sheet A). The climbing drum peel test piece was molded in the same manner as in No. 2, the peeling torque was measured, and the average value was obtained. As a result, it was 13 N · mm / mm.
(Strain energy release rate G IC measurement of resin composition)
The strain energy release rate was measured in the same manner as in Example 5 using a cured resin obtained by heating only the resin composition constituting the resin film used in Comparative Example 1 at 180 ° C. for 2 hours. As a result, G IC was 200 J / m 2 .
1、11 管状体としてのゴルフクラブシャフト
2 金属層
3 繊維強化樹脂層
4、12 中間樹脂層
5 強化繊維(群)
6 繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂
7 中間樹脂層の母材樹脂
8 熱可塑性樹脂
8a 熱可塑性樹脂連続相
8b 熱可塑性樹脂粒子相
12a 金属層寄りの中間樹脂層部分
12b 混合層
H 撥水層
DESCRIPTION OF
6 Matrix resin of fiber reinforced resin layer 7 Base resin of intermediate resin layer 8
Claims (13)
状体。 The tubular body according to any one of claims 1 to 6, wherein the metal layer includes a layer containing titanium.
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