JP3981980B2 - ハイブリッド型繊維強化プラスティック - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、炭素繊維と高伸度有機繊維とを用いた強化プラスチック製部材に関し、特に、軽量、高強度でありながら、比較的安価で、破壊時に容易に分断したり危険な壊れ方をせず、スキーポール、ゴルフクラブ用シャフト、自転車フレーム、車椅子などに用いても安全性が高い部材に関する。
背景技術
軽量、高強度、高弾性率等の優れた特性を持つ炭素繊維強化プラスチック製部材は、スポーツ用具や産業用構造材として広く使用されている。
炭素繊維強化プラスチックを使用することにより、従来の材料に比べて部材を軽量化することができるが、炭素繊維強化プラスチックは、金属など従来の材料とは異なった危険な破壊形態をとることがあり、このため適用が制限されたり、適用されてもその優れた特性を十分に生かすことができない場合がある。
たとえば、スキーポールは、軽量化することが大きな意味を持つが、使用中に折損した場合に破面が人体に危険でないことが必要である。従来のアルミニウム合金製スキーポールは、折損しても多くは折れ曲がるのみで分断しないことが多いが、近年増加している炭素繊維強化プラスチック製スキーポールは、折損すると分断することが比較的多い。
また、競技用自転車フレームは軽量化の要求の強い用途であり、炭素繊維強化プラスチックが適用されているが、転倒などでフレームが破壊した場合に直ちに分断してしまうと危険であり、破壊しても分断せずに繋がっていることが望まれる。
また、ゴルフクラブ用シャフトは、軽量化のため炭素繊維強化プラスチックが多く適用されているが、ミスショットなどで、大地や木などを叩いた際に折れて、クラブのヘッドが飛ぶなどの状況もありえる。特に、技術的に未熟な子供が使用する場合には問題になりやすく、破壊しても分断せずに繋がっていることが望まれる。
そのほかにも、車椅子、バドミントン用シャフトなど、軽量化が望まれ、かつ人体に接触する可能性の高い部材において、万一の破壊時に分断破壊しないことが望まれる用途は数多い。
こうした問題に対し、たとえばスキーポールにおいては、炭素繊維強化プラスチックにガラス繊維織物や金属繊維などを組み合わせることが行われている。しかしこれらの方法ではかなりの量のガラス繊維や金属繊維を使用する必要があり、スキーポールの重量が増したり、剛性が低下して使いにくくなる。加えて高性能の金属繊維等は一般に高価であるうえ、成形加工性が悪く、スキーポールのコスト上昇を招くことが多い。
また、自転車のフレームやハンドルバーにおいても、特開平５−６９８７４号公報や特開平５−１４７５６９号公報に記載されているように、強化繊維として金属繊維と、金属繊維以外の異種繊維とを含むことにより分断破壊を防ぐ方法が知られている。しかしながら、この場合もやはり重量増加やコスト上昇といった問題が生じることが多い。
本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、軽量、高強度といった炭素繊維強化プラスチックの優れた特性を持ちながら、破壊時に容易に分断したり危険な壊れ方をせず、スキーポール、自転車フレーム、ゴルフクラブ用シャフトなどに用いても安全な繊維強化プラスチック製部材を比較的安価に提供することにある。
発明の開示
本発明は上記目的を達成するために以下の構成を有する。すなわち、本発明は、炭素繊維と、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリウレタンのうちから選ばれる１種以上の高伸度有機繊維とを有し、炭素繊維と高伸度有機繊維が同方向に引き揃えられていることを特徴とするハイブリッド型繊維強化プラスチックに関する。
また、本発明は、同方向に引き揃えられた、炭素繊維と、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリウレタンのうちから選ばれる１種以上の高伸度有機繊維を樹脂で含浸したことを特徴とする樹脂含浸ハイブリッドプリプレグに関する。
好ましい態様としては、高伸度有機繊維は束状で分散配置され、その体積比率は炭素繊維に対して１０〜３０％で、且つその破断伸度は１０％以上であることがあげられる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明にかかる部材の横断面の一例である。
図２は本発明にかかる部材の横断面の他の一例である。
符号の説明：
１ 炭素繊維を有する部分
２ 高伸度有機繊維を有する部分
３ ハイブリッド部分
４ ハイブリッドでない部分
発明を実施するための最良の形態
本発明に係るハイブリッド型繊維強化プラスチックは、危険な破損の恐れのある用具、例えばスキーポールやゴルフクラブのシャフトなどの全体または部材として用いられる。必要に応じて、繊維強化プラスチックの一部であることもある。
炭素繊維としては、いわゆる黒鉛繊維を含み、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系などいずれでもよいが、引張強度の高いポリアクリロニトリル系が好ましい。その形態は、有撚糸、解撚糸、無撚糸などが使用できるが、解撚糸または無撚糸であることが、部材の成形性と強度のバランスから、好ましい。
高伸度有機繊維は、代表的な無機繊維であるガラス繊維よりも引張破断伸度が高いものがよい。具体的には、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリウレタン繊維である。なかでも、引張破断伸度が高いうえに比較的安価で取り扱い性にも優れるという点から、ポリエステル繊維や、ポリアミド繊維が好ましい。部材が破壊したときに、すなわち炭素繊維が破断した時に高伸度有機繊維が同時に破断せず、蓄積された変形エネルギーを充分吸収することによって部材の分断と危険な破面の露出が避けられる。したがって高伸度有機繊維は、引張強度および引張破断伸度の大きいものが適し、さらに例えば、５％伸び歪み後の残存エネルギー吸収量が大きいことが好ましい。引張り強度は０．５Ｎ／テクス（以下、「ｔｅｘ」と略記）以上が好ましく、特に重要である引張破断伸度は、１０〜２００％であることが好ましく、１５〜５０％であることがさらに好ましい。
炭素繊維と高伸度有機繊維は、同方向に引き揃えられている場合に効果が顕著であるが、製造上の制約などから引き揃え方向を必ずしも完全に一致させる必要はない。ただし両者の方向の差は３度以内であることが好ましい。
炭素繊維と高伸度有機繊維の他、本発明の効果を損なわない範囲で、第３の繊維を含んでいてもよい。全ての繊維を含めた繊維体積含有率は、部材の機械的特性と製造の安定性とのバランスをはかるうえで、好ましくは４０〜８０％の範囲内がよく、さらに好ましくは５０〜７０％の範囲内にあるのがよい。
マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂など各種の熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂を使用することができる。なかでも、成形が容易で物性にすぐれたエポキシ樹脂が好ましい。またマトリクス樹脂中には、様々な機能や性能を付加するために、本発明の効果を損なわない範囲で粒子や繊維状等の物質が含まれていてもよい。
炭素繊維と高伸度有機繊維の引き揃え方向は、部材主軸と平行であることが好ましい。部材主軸とは、部材が最も折損しやすい軸に対応し、板状や棒状、管状の部材の場合には部材の長手方向にあたる。部材主軸に繊維が引き揃えられている場合に、部材破壊に伴う分断破壊や破面露出をより効果的に防止することができる。
ハイブリッド部分において、炭素繊維と高伸度有機繊維との配置に格別の制限はないが、部材の全面的な破断を防ぐために、繊維の引き揃え方向に垂直な横断面において、高伸度有機繊維束が、炭素繊維を有する部分の中に分散して配置され、いわゆる海島状とされているのが好ましい。管状の部材であれば、たとえば図１に示すような、高伸度有機繊維束の部分２が、炭素繊維を有する部分１の中に分散して配置された横断面を持つものが好ましい。なお、図において、３はハイブリッド部分を示す。このことにより、炭素繊維と高伸度有機繊維の同時破断を防ぐことができ、かつ全体物性の均一性を保つことができる。また同時に、炭素繊維を有する部分と高伸度有機繊維束の部分とが剥離した場合にも、部材の特性に及ぼす影響を抑えることができる。このような配置の場合、高伸度有機繊維を有する部分相互間の距離は、スキーポールや、ゴルフクラブ用シャフトや自転車用フレームなどの大きさの部材の場合、５ｍｍを超えないことが好ましい。また、高伸度有機繊維を離形剤処理や非接着状態で使用することにより、部材の全面的な破壊をより効果的に防ぐこともできる。
また、炭素繊維に対する高伸度有機繊維の体積比率は３０％を超えないことが好ましい。この範囲より高くなると、強度や剛性が低下する傾向がある。一方、ゴルフクラブ用シャフトのように比較的軽量であり、ハイブリット部分が相対的に少なめの場合には１０％以上になっていることがさらに好ましい。
本発明のハイブリッド型繊維強化プラスチックは、必要に応じて各種の繊維強化プラスチックや金属などからなる部分と組み合わせた部材として用いられる。たとえば図２に示すような、ハイブリッドでない部分４を内側に有する横断面を持つ管状の部材などである。好ましくは、部材主軸と平行に引き揃えられた炭素繊維を有する繊維強化プラスチック部分のうち５０体積％を超える部分、さらに好ましくは８０％を超える部分が、ハイブリッド部分であるのがよい。
本発明の部材の形状は、板状や棒状など、用途や構成によって任意であるが、炭素繊維強化プラスチックの特性を生かし、かつ本発明の効果を大きくするために、管状であることが好ましい。管状とは、実質的に円形断面を持つ中空あるいは内部にフォーム材などの異種材料を有する形状であり、必要に応じて主軸が屈曲したり、テーパーが付されていてもよい。
一方、炭素繊維束を被覆する高伸度有機繊維を有する構成も、部材破断時に分断や破片飛散を防ぎ、安全性向上に効果がある。この構成では、高伸度有機繊維は炭素繊維と同方向に引き揃えられているのではなく、たとえば炭素繊維束の周囲を高伸度有機繊維がらせん状に周回するなどの形で被覆する。なお、炭素繊維の引き揃え方向に垂直な横断面において、炭素繊維束のそれぞれの周の４０％を超える部分が高伸度有機繊維で被覆されていることが好ましい。また、この構成においても、部材形状は管状であることが好ましい。
本発明の管状の部材を有するスキーポールは、使用中に折損しても分断したり破面が露出することが少なく、人体を傷つける可能性が低いので従来の炭素繊維強化プラスチック製スキーポールに比べて格段に安全性が高い。ＪＩＳ Ｓ７０２６に定められたスキーポールの座屈点試験においても、座屈力によって分断破壊を起こさないスキーポールを提供することができる。スキーポールとして重要な特性である軽量、強度、適度な剛性などに関しては、従来の炭素繊維強化プラスチック製スキーポールとほとんど差はなく、使用の際の違和感もほとんどない。
スキーポールの他にも、ゴルフクラブ用シャフト、自転車フレーム、車椅子用フレーム、ホッケー用スティック、バトミントンラケット用シャフト、剣道竹刀、釣竿、歩行補助具など、軽量化が望まれ、かつ万一の破壊時にも人体に危険性の少ない破壊のしかたが望まれる用途において、本発明の部材は好適に用いられる。
本発明のハイブリッド型繊維強化プラスチックは、同方向に引き揃えられた炭素繊維と高伸度有機繊維に樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグを用いて成形することができる。ハイブリッドプリプレグは、炭素繊維と高伸度有機繊維を同方向に引き揃えてシート状とし、これに硬化前の樹脂を含浸したり、公知の炭素繊維プリプレグの表面に高伸度有機繊維を貼付するなどの方法で得られる。ハイブリットプリプレグにおける炭素繊維に対する高伸度有機繊維の体積率が５０％を越えないことが本発明の繊維強化プラスチック製部材の性能を充分発揮するのに適切である。このハイブリットプリプレグは、別に炭素繊維をシート状に引き揃えたプリプレグなどを貼り付けるなどして用いることもでき、貼り付けるプリプレグの繊維には強度や弾性率の異なる種類のものを用いても、ガラス繊維やアラミド繊維などの異種繊維を用いてもよい。また、貼り付けるプリプレグ量を調整することにより高伸度有機繊維の含有量を調整することもできる。
引き揃えられた高伸度有機繊維は、繊維方向と直角方向に間隔をおいて配されていることにより、本発明の繊維強化プラスチック製部材を成形したときに、高伸度有機繊維を有する部分が分散して配されることになり、好適に用いることができる。また、前述のように部材内の高伸度有機繊維部分の相互間の距離が離れすぎない方がよいため、高伸度有機繊維の間隔、すなわちピッチは５０ｍｍを越えないことが本発明に好適である。さらには３０ｍｍを越えないこと、さらに好ましくは２０ｍｍを越えないことで、本発明のハイブリッド型繊維強化プラスチックの能力が十分に発揮できる。
本発明の部材は、同方向に引き揃えられた炭素繊維と高伸度有機繊維に樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグを用いて成形することにより、従来の炭素繊維強化プラスチック製部材とほとんど変わらないプロセスで製造することができる。したがって、製造コストは従来とほとんど変わらない。
以下に実施例、比較例を示して説明する。それらの結果の概略は末尾の第１表にも示す。
実施例１
ＰＡＮ系炭素繊維束（フィラメント数１２０００、目付８０４ｔｅｘ、伸度２．１％、引張強度４９００ＭＰａ、引張弾性率２３０ＧＰａ）を引き揃え、シート状に拡げたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維プリプレグＡ（プリプレグ目付３２０ｇ／ｍ²、繊維含有率６７重量％）を用意した。
同じＰＡＮ系炭素繊維束とナイロン６６繊維束（フィラメント数３０６、目付２１０ｔｅｘ、伸度１９．５％、引張強度０．９３Ｎ／ｔｅｘ）とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときナイロン６６繊維束のピッチは３０ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＢ（プリプレグ目付３１５ｇ／ｍ²、繊維含有率６８重量％）を用意した。ハイブリッドプリプレグＢの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は５％となった。細径側外径８ｍｍ、太径側外径１１ｍｍ、長さ１４００ｍｍの、離型処理したステンレス製芯金のまわりに、まず炭素繊維プリプレグＡを、繊維方向が芯金主軸と直角になるように巻き付け、次にハイブリッドプリプレグＢを、繊維方向が芯金主軸と平行になるように巻き付け、続いて当業者が通常行う方法で、ラッピングテープ巻き付け、電気炉での硬化、脱芯、外径研磨、両端切断を行い、長さ１２５０ｍｍのスキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にナイロン６６を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６９０Ｎであった。破壊時に一部小破片の飛散があったもののシャフトは分断しなかった。
実施例２
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束とナイロン６６繊維束とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときナイロン６６繊維束のピッチは１５ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＣ（プリプレグ目付３１１ｇ／ｍ²、繊維含有率６８重量％）を用意した。ハイブリッドプリプレグＣの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は１０％となった。
ハイブリッドプリプレグＢのかわりにハイブリッドプリプレグＣを用いた他は実施例１と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にナイロン６６繊維を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６８８Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、しかもシャフトは分断しなかった。
実施例３
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束とナイロン６６繊維束とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときナイロン６６繊維束のピッチは５ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＤ（プリプレグ目付２９６ｇ／ｍ²、繊維含有率６６重量％）を用意した。プリプレグＤの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は２９％となった。ハイブリッドプリプレグＢのかわりにハイブリッドプリプレグＤを用いた他は実施例１と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にナイロン６６繊維を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６２０Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、しかもシャフトは分断しなかった。
実施例４
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束と、ポリエステル繊維束（フィラメント数３６０、目付１６７ｔｅｘ、伸度１１．８％、引張強度０．７７Ｎ／ｔｅｘ）とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときポリエステル繊維束のピッチは１０ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＥ（プリプレグ目付３１４ｇ／ｍ²、繊維含有率６８重量％）を用意した。ハイブリッドプリプレグＥの炭素繊維に対するポリエステル繊維の体積率は１０％となった。
ハイブリッドプリプレグＢのかわりにハイブリッドプリプレグＥを用いた他は実施例１と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にポリエステル繊維を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６６０Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、しかもシャフトは分断しなかった。
実施例５
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束を、ナイロン６６繊維束でらせん状に被覆した被覆ヤーンを引き揃えシート状に拡げた。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸した被覆ヤーンプリプレグＦ（プリプレグ目付３００ｇ／ｍ²、繊維含有率６７重量％）を用意した。被覆ヤーンプリプレグＦの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は１５％となった。
ハイブリッドプリプレグＢのかわりに被覆ヤーンプリプレグＦを用いた他は実施例１と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、炭素繊維方向が主軸と平行となっている部分は、各炭素繊維束の周囲のうち５０％がナイロン６６繊維束に被覆された構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６７０Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、しかもシャフトは分断しなかった。
比較例１
ハイブリッドプリプレグＢのかわりに炭素繊維プリプレグＡを用いた他は実施例１と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面において、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６９０Ｎであった。破壊時に破片が飛散し、シャフトは分断するとともに破面がささくれ状となる危険な破壊を呈した。
比較例２
実施例１で使用したのと同じナイロン６６繊維束を引き揃えシート状に拡げた。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したナイロンプリプレグＧ（プリプレグ目付２３９ｇ／ｍ²、繊維含有率５８重量％）を用意した。
ハイブリッドプリプレグＢのかわりにナイロンプリプレグＧを用いた他は実施例１と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面において、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は３５Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、シャフトは分断しなかった。
実施例６
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束を引き揃え、シート状に拡げたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維プリプレグＨ（プリプレグ目付８８ｇ／ｍ²、繊維含有率６３重量％）を用意した。
同じＰＡＮ系炭素繊維束と、実施例１で使用したのと同じナイロン６６繊維束とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときナイロン６６繊維束のピッチは１０ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＩ（プリプレグ目付２６１ｇ／ｍ²、繊維含有率７０重量％）を用意した。ハイブリッドプリプレグＩの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は２１％となった。
Ｅ−ガラス繊維束（フィラメント数２０００、目付１１０ｔｅｘ、伸度４％、引張強度２５００ＭＰａ、引張弾性率７５ＧＰａ）を平織りでクロス状（ＧＦ打ち込み本数；縦糸３９本／in．、横糸３９本／in．）にし、シート状に拡げたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したガラスクロスプリプレグＪ（プリプレグ目付１３３ｇ／ｍ²、繊維含有率５２重量％）を用意した。
細径側外径５ｍｍ、太径側外径１３ｍｍ、長さ１４００ｍｍの、離型処理したステンレス製芯金のまわりに、まず炭素繊維プリプレグＨを、繊維方向が芯金主軸に対し±４５度程度になるように巻き付け、次にハイブリッドプリプレグＩを、繊維方向が芯金主軸とほぼ平行になるように巻き付け、次にガラスクロスプリプレグＪを巻き付け、続いて当業者が通常行う方法で、ラッピングテープ巻き付け、電気炉での硬化、脱芯、外径研磨、両端切断を行い、長さ１１２０ｍｍのスキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にナイロン６６を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６４０Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、シャフトは分断しなかった。
実施例７
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束とナイロン６６繊維束とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときナイロン６６繊維束のピッチは７．５ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＫ（プリプレグ目付２１４ｇ／ｍ²、繊維含有率６３重量％）を用意した。ハイブリッドプリプレグＫの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は４１％となった。
ハイブリッドプリプレグＩの代わりにハイブリッドプリプレグＫを用いた他は実施例６と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にナイロン６６を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は５１０Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、シャフトは分断しなかった。
比較例３
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束を同方向に引き揃えシート状に拡げたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維プリプレグＬ（プリプレグ目付２６１ｇ／ｍ²、繊維含有率６７重量％）を用意した。
ハイブリッドプリプレグＩの代わりに炭素繊維プリプレグＬを用いた他は実施例６と同様にして、スキーポール用シャフトを作製した。なお、シャフトの肉厚は１．５ｍｍであった。
このシャフトのＪＩＳ Ｓ７０２６に基づいた座屈点試験を行った結果、最大荷重は６６０Ｎであった。破壊時に破片が飛散し、シャフトは分断するとともに破面がささくれ状となる危険な破壊を呈した。
実施例８
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束とナイロン６６繊維束とを同方向に引き揃えシート状に拡げた。このときナイロン６６繊維束のピッチは１４．５ｍｍとした。これにＢステージのエポキシ樹脂を含浸したハイブリッドプリプレグＭ（プリプレグ目付１８７ｇ／ｍ²、繊維含有率６８重量％）を用意した。ハイブリッドプリプレグＭの炭素繊維に対するナイロン６６繊維の体積率は２１％となった。
ＰＡＮ系炭素繊維束（フィラメント数６０００、目付２２５ｔｅｘ、伸度１．２％、引張強度４４１０ＭＰａ、引張弾性率３７５ＧＰａ）を引き揃え、シート状に拡げたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維プリプレグＮ（プリプレグ目付１７４ｇ／ｍ²、繊維含有率６７重量％）を用意した。
細径側外径５．４ｍｍ、太径側外径１４ｍｍ、長さ１４００ｍｍの、離型処理したステンレス製芯金のまわりに、まず炭素繊維プリプレグＮを、繊維方向が芯金主軸に対し±４５度程度になるように巻き付け、次にハイブリッドプリプレグＭを、繊維方向が芯金主軸とほぼ平行になるように巻き付け、次に細径側に先端補強としてハイブリッドプリプレグＭを巻き付け、続いて当業者が通常行う方法で、ラッピングテープ巻き付け、電気炉での硬化、脱芯、外径研磨、両端切断を行い、長さ１１４３ｍｍのゴルフクラブ用シャフトを作製した。
このシャフトの端面を研磨し、光学顕微鏡で観察したところ、シャフト外側の、
繊維方向が主軸と平行となっているハイブリッド部分は、炭素繊維を有する部分中にナイロン６６を有する部分が分散した海島構造を有していた。なお、先端補強が無い部分でのシャフトの肉厚は０．８ｍｍであった。
このシャフトをスパン６００ｍｍで３点曲げ試験を行った結果、最大荷重は３４０Ｎであった。破壊時に破片の飛散はなく、シャフトは分断しなかった。
比較例４
実施例１で使用したのと同じＰＡＮ系炭素繊維束を同方向に引き揃えシート状に拡げたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維プリプレグＯ（プリプレグ目付１８７ｇ／ｍ²、繊維含有率６７重量％）を用意した。
ハイブリッドプリプレグＭの代わりに炭素繊維プリプレグＯを用いた他は実施例８と同様にして、ゴルフクラブ用シャフトを作製した。なお、先端補強が無い部分でのシャフトの肉厚は０．８ｍｍであった。
このシャフトをスパン６００ｍｍで３点曲げ試験を行った結果、最大荷重は３５０Ｎであった。破壊時にシャフトは分断し、飛散した。
産業上の利用可能性
本発明の繊維強化プラスチック製部材は、炭素繊維と高伸度有機繊維とを有するハイブリッド部分、または、引き揃えられた炭素繊維束と、それを被覆する高伸度有機繊維とを有することにより、軽量、高強度といった炭素繊維強化プラスチックの優れた特性を持ちながら、破壊時に容易に分断したり危険な壊れ方をせず、安全性の高い部材を低コストで提供することができる。
本発明の部材は、スキーポール、自転車フレーム、ゴルフクラブ用シャフト、バトミントンラケット用シャフト、車椅子用フレーム、ホッケー用スティックなどに好適に用いることができる。

Claims (23)

1. 炭素繊維と、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリウレタンのうちから選ばれる１種以上の高伸度有機繊維とを有し、炭素繊維と高伸度有機繊維が同方向に引き揃えられていることを特徴とするハイブリッド型繊維強化プラスチック。
2. 高伸度有機繊維が高伸度有機繊維束であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
3. 高伸度有機繊維束の太さが４０〜３００テクスであることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
4. 高伸度有機繊維束の太さが１８０〜２５０テクスであることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
5. 高伸度有機繊維がポリアミド系繊維であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
6. 高伸度有機繊維がナイロンであることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
7. 横断面において、高伸度有機繊維束部分が、分散配置されていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
8. 炭素繊維に対する高伸度有機繊維の体積比率が１０〜３０％であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
9. 請求項１記載のハイブリッド型繊維強化プラスチックを用いたハイブリッド型繊維強化プラスチック製部材。
10. 炭素繊維と高伸度有機繊維との引き揃え方向が、その主軸と平行であることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック製部材。
11. 高伸度有機繊維の破断伸度が１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
12. 高伸度有機繊維の破断伸度が１５〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
13. 高伸度有機繊維が炭素繊維束を被覆していることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
14. 形状が管状であることを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
15. 請求項９に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック製部材を有するスキーポール。
16. 請求項９に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック製部材を有するゴルフクラブ用シャフト。
17. 同方向に引き揃えられた、炭素繊維と、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリウレタンのうちから選ばれる１種以上の高伸度有機繊維を樹脂で含浸したことを特徴とするハイブリッドプリプレグ。
18. 炭素繊維に対する高伸度有機繊維の体積比率が１０〜５０％であることを特徴とする請求項１７記載のハイブリッドプリプレグ。
19. 高伸度有機繊維束が繊維軸に直角方向にピッチをおいて配されていることを特徴とする請求項１７に記載のハイブリッドプリプレグ。
20. 高伸度有機繊維束が５０ｍｍ以下のピッチで配されていることを特徴とする請求項１９に記載のハイブリッドプリプレグ。
21. 請求項１７記載のハイブリッドプリプレグを用いて成形することを特徴とするハイブリッド型繊維強化プラスチックの製造方法。
22. 高伸度有機繊維が離型剤処理されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。
23. 高伸度有機繊維束が非接着状態で内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド型繊維強化プラスチック。

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