JP7239251B2 - 繊維強化プリプレグ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プリプレグ及びその製造方法に関する。また、本発明は、繊維強化プリプレグを用いたインロー構造及び並継ぎ構造も含む。

従来より、様々な竿体及びこれを備えた釣竿に用いることが可能な強化繊維に合成樹脂を含侵したプリプレグを含む様々な複合材料が知られている。

このような複合材料として、例えば、特許文献１に高分子系母材を繊維状強化材で強化した繊維強化複合材料であって、さらに、高分子系母材中にミクロフィブリルセルロースを分散させた複合材料が開示されている。

また、同特許文献には、複合材料が疲労特性ならびに衝撃特性に優れたものであるため、スポーツ用品の中でも例えばテニスラケットやゴルフのクラブシャフト、野球のバットなど打球部位を有する球技用具に好適に適用可能であることが開示されている。

特開２０１０－２４４１３号公報

しかしながら、特許文献１に係る方法では、アルコール分散時やマトリクス樹脂が半硬化する際の熱で樹脂とＣＮＦの分子運動が大きくなり、ＣＮＦの凝集等により分散性が低下するため、低コストな親水性ＣＮＦでは特性向上が難しいという問題があった。また、特許文献１に係る方法では、複合材料の製造時に行う必要があることから、複合材料のメーカーでなければＣＮＦの添加がそもそもできないという問題もあった。

本発明の目的の一つは、繊維強化プリプレグにＣＮＦを添加する際に、ＣＮＦの凝集等により分散性が低下することないＣＮＦ添加繊維強化プリプレグを提供することにある。本発明のこれら以外の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグは、ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を塗布するよう構成される。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグにおいて、塗布した当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）は、ＳＰ値が１２．７－２３．４の溶媒に分散可能にされる。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグにおいて、当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）は、水系エポキシに分散して塗布される。ここで、水系エポキシとは、エポキシ基を有する水系レジンを指すが、以下、水系エポキシとして説明する。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグにおいて、塗布した当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）の含有量は２－１０％である。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグにおいて、当該水系エポキシにより、ＲＣが１－８％増加した。

本発明の一実施形態に係るインロー構造は、これらの繊維強化プリプレグを用いて構成される。

本発明の一実施形態に係る並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造は、これらの繊維強化プリプレグを用いて構成される。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグの製造方法は、繊維強化プリプレグシートを形成し、水系エポキシにＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を分散させ、該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を分散させた該水系エポキシを該繊維強化プリプレグシートに塗布し、６０℃以下の温度で乾燥させる、各ステップを備えるよう構成される。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグの製造方法において、当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を分散させた該水系エポキシの塗布は、スプレーやコータにより行う。

本発明の上記各実施形態によれば、ＣＮＦの分散性を低下させることなく、ＣＮＦがマトリクス樹脂中で疑似架橋を構成することで、せん断応力によるマトリクス樹脂の破壊荷重が増加し、強度を大幅に向上させた繊維強化プリプレグ、そのインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造及び繊維強化プリプレグの製造方法を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る釣竿を示す図である。 本発明に係る繊維強化プリプレグの断面を模式的に示す図である。 発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０の製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０のせん断強度試験の結果を示す図である。 本発明に係る繊維強化プリプレグにおけるＲＣ増加を示す図である。 本発明の一実施形態に係るインロー構造を説明する図である。

以下、本発明に係る釣竿の実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。複数の図面において共通する構素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。

図１は、本発明に係る釣竿の一実施形態を示す図である。図示のように、本発明の一実施形態による釣竿１は、竿体２と、竿体２にリールシート９を介して取り付けられたリールＲと、竿体２に取り付けられた釣糸ガイド８と、を備える。図示の実施形態においては、リールシート９及び釣糸ガイド８の各々が、竿体の外周面に取り付けられる取付部品に該当する。

竿体２は、例えば、元竿３、中竿５、及び穂先竿７等を連結することによって構成されている。これらの各竿体は、例えば、並継ぎ式に継合される。元竿３、中竿５、及び穂先竿７は、振出方式、逆並継方式、インロー方式、又はこれら以外の公知の任意の継合方式により継合され得る。竿体２は、単一の竿体から構成されていても良い。

元竿３、中竿５、及び穂先竿７は、例えば、繊維強化樹脂製の管状体で構成されている。この繊維強化樹脂製の管状体は、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂プリプレグ（プリプレグシート）を芯金に巻回し、このプリプレグシートを加熱して硬化させることにより作成される。このプリプレグシートに含まれる強化繊維として、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、及びこれら以外の任意の公知の強化繊維を用いることができる。当該プリプレグシートに含まれるマトリクス樹脂として、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、熱硬化性樹脂として、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂及びウレタン樹脂を用いることができる。プリプレグシートが硬化された後には、芯金が脱芯される。また、管状体の外表面は、適宜研磨される。各竿体は、中実状に構成されてもよい。本発明に係る繊維強化プリプレグの一実施形態の詳細については後述する。

図示の実施形態において、元竿３、中竿５及び穂先竿７には、リールシート９に装着されるリールＲから繰り出される釣糸を案内する複数の釣糸ガイド８（釣糸ガイド８Ａ～８Ｄ）が設けられている。より具体的には、元竿３には釣糸ガイド８Ａが設けられ、中竿５には釣糸ガイド８Ｂが設けられ、穂先竿７には釣糸ガイド８Ｃが設けられている。穂先竿７の先端には、トップガイド８Ｄが設けられている。

次に、図２を参照して、本発明に係る繊維強化プリプレグ１０の一実施形態を説明する。同図は、本発明に係る繊維強化プリプレグ１０の断面を模式的に示すものである。

図示の例では、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０は、強化繊維１１として、炭素繊維を、当該プリプレグに含まれるマトリクス樹脂１２として、エポキシ樹脂を用いているが、これらに限定されるものではない。また、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０では、ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３が塗布されている。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０によれば、ＣＮＦの分散性を低下させることなく、ＣＮＦがマトリクス樹脂中で疑似架橋を構成することで、せん断応力によるマトリクス樹脂の破壊荷重が増加し、強度を大幅に向上させた繊維強化プリプレグを提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０において、塗布した当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３は、ＳＰ値が１２．７－２３．４の溶媒に分散可能にされる。このような溶媒として、水やエタノール、メタノールを用いることができるが、これらに限られない。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０において、当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３は、水系エポキシに分散して塗布される。このような水系エポキシとして、アデカレジンＥＭシリーズ（株式会社ＡＤＥＫＡ）やヒポルジョンＧ３１５（住友精化株式会社）等を用いることができるが、これらに限られない。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０において、塗布した当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３の含有量は２－１０％である。本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０において、より好ましくは、塗布した当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３の含有量が４－８％である。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０において、当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３及び当該水系エポキシにより、ＲＣを２－１０％増加させる。ここで、ＣＮＦ添加水系エポキシはＣＮＦとエポキシを各５％含んだ水溶液として調整し、プリプレグに塗布し、乾燥する。図５に、乾燥後のプリプレグ重量を測定し、ＣＮＦは増加重量の半分を、水系エポキシは増加重量の全てをＲＣとして計算した結果を示す。

図６に示すように、本発明の一実施形態に係るインロー構造は、これらの繊維強化プリプレグ１０を用いて構成される。図示のように、各層は、ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３が塗布された繊維強化プリプレグ１０で構成される。本発明の一実施形態に係る並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造は、これらの繊維強化プリプレグ１０を用いて構成される。

本発明の一実施形態によれば、ＣＮＦの分散性を低下させることなく、ＣＮＦがマトリクス樹脂中で疑似架橋を構成することで、せん断応力によるマトリクス樹脂の破壊荷重が増加し、強度を大幅に向上させた繊維強化プリプレグで構成されるインロー構造又は並継ぎ構造若しくは逆並継ぎ構造を提供でき、インロー折れ等を効果的に低減することが可能となった。

次に、図３を参照して、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０の製造方法について説明する。

図示のように、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０の製造方法は、（ａ）繊維強化プリプレグシート１４を形成し、（ｂ）水系エポキシ１５にＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３を分散させ、（ｃ）該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３を分散させた該水系エポキシ１５を該繊維強化プリプレグシート１４に塗布し、（ｄ）６０℃以下の温度で乾燥させる、各ステップを備えるよう構成される。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０の製造方法において、当該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）１３を分散させた該水系エポキシ１４の塗布は、スプレーやコータにより行うことができるが、これらに限られない。

本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０の製造方法によれば、ＣＮＦの分散性を低下させることなく、ＣＮＦがマトリクス樹脂中で疑似架橋を構成することで、せん断応力によるマトリクス樹脂の破壊荷重が増加し、強度を大幅に向上させることが可能となる。

次に、図４を参照して、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０のせん断強度試験の結果をその他の場合と比較して説明する。

図示のように、せん断強度に関して４つの態様での比較試験の結果が示されている。具体的には、通常の繊維強化プリプレグシート、当該繊維強化プリプレグシートに水系エポキシを塗布したもの、当該繊維強化プリプレグシートにＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を塗布したもの、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグの４種類を用いて各せん断強度を測定した。

図４の横軸に各態様を示し、縦軸に通常の繊維強化プリプレグシートの破壊応力を１００とした場合のその他の態様における破壊応力を示す。繊維強化プリプレグシートに水系エポキシを塗布したものでは、通常の繊維強化プリプレグシートの破壊応力とほぼ同じという結果となり、破壊応力は９９．９となった。

次に、繊維強化プリプレグシートにＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を塗布したものでは、破壊応力は低下し、８３．７となった。図４における、ＣＮＦ塗布の場合の数値が、プリプレグ単体より低い値となっているが、これは後から加えようとしたＣＮＦが旨く溶剤に拡散できず、だま状で塗布されたために、その部分が層間剥離を起こし、強度が下がったことが原因であると考えられる。これらに対し、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグでは、破壊応力は、通常の繊維強化プリプレグシートの破壊応力を大幅に上回る１１６．４となった。

以上の結果から、本発明の一実施形態に係る繊維強化プリプレグ１０では、ＣＮＦの分散性を低下させることなく、ＣＮＦがマトリクス樹脂中で疑似架橋を構成することで、せん断応力によるマトリクス樹脂の破壊荷重が増加し、強度を大幅に向上させることが可能となることが判った。

本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。

１ 釣竿
２ 竿体
３ 元竿
４ 筒状部材（マンドレル）
５ 中竿
７ 穂先竿
８ 釣糸ガイド
９ リールシート
１０ 繊維強化プリプレグ
１１ 強化繊維
１２ マトリクス樹脂
１３ ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）
１４ 繊維強化プリプレグシート
１５ 水系エポキシ

Claims (7)

1. ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を塗布したことを特徴とする繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿。
2. 塗布した前記ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）は、ＳＰ値が１２．７－２３．４の溶媒に分散可能である、請求項１に記載の繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿。
3. 前記ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）は、水系エポキシに分散して塗布される、請求項１又は２に記載の繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿。
4. 塗布した前記ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）の含有量は２－１０％である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿。
5. 水系エポキシにより、該水系エポキシの増加重量の全てをＲＣの増加とした場合、ＲＣが１－８％増加した、請求項２に記載の繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿。
6. 繊維強化プリプレグシートを形成し、
   水系エポキシにＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を分散させ、
   該ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を分散させた該水系エポキシを該繊維強化プリプレグシートに塗布し、
   ６０℃以下の温度で乾燥させることを特徴とするＣＮＦ（セルロースナノファイバー）添加繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿の製造方法。
7. 前記ＣＮＦ（セルロースナノファイバー）を分散させた該水系エポキシの塗布は、スプレーやコータにより行う、請求項６に記載のＣＮＦ（セルロースナノファイバー）添加繊維強化プリプレグを用いたインロー構造、並継ぎ構造又は逆並継ぎ構造の釣竿の製造方法。

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