JPH03186278A - 棒高跳びの棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高強度、高弾性率のフィルム層と繊維強化熱
硬化樹脂層とを積層し硬化一体化してなる複合材料より
なる棒高跳びの棒に関する。更に詳しくは、改良された
極めて高い衝撃吸収性と機械強度を併せ持ち、また、切
削、研磨等の機械加工性に優れた複合材料よりなる棒高
跳びの棒に関する。

〔従来の技術］ 従来、棒高跳びの棒は、カーボンファイバー、グラスフ
ァイバー等の繊維で強化された、エポキシ等の熱硬化性
樹脂や、金属等が素材として使用されてきた。一般に繊
維強化複合材料は、優れた強度、弾性率を有しているも
のの、靭性に乏しく耐衝撃性に問題があり、さらには、
−旦衝撃的破壊を起こすと、強化繊維がささくれた鋭利
な破壊面を露出するという欠点を有している。そこでマ
トリックス樹脂である熱硬化性樹脂をゴム状重合体で変
性する、あるいは熱可塑性樹脂を配合することにより改
質するなど、靭性を高めるための研究がおこなわれてい
る。

また、繊維強化複合材料の別の問題点は、物性の大きな
異方性であり、一般には強化繊維の配向方向を大きく変
化させて積層することによって擬似等劣化を行っている
ものの、多大の手間と労力を必要とする。あるいは適当
な長さにカットした強化用繊維をランダムに配向させた
マット状に加工し、これにマトリックス樹脂を含浸して
戒形体とすることも行われている。しかしこれらの方法
によっても、強化繊維が本来有している性能を発揮する
ことはできない。

これらに対する一つの考えとして、フィルムを補強体と
して使用することが考えられる。しかし一般に、フィル
ムは繊維に比べて強度、弾性率が一桁以上小さく、また
、マトリックス樹脂との接着界面が繊維に比べて相対的
にかなり小さいという欠点があるため、当業者であれば
ある程、複合材料として適当でないと考えられてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、最近
開発された引っ張り強度及び引っ張り弾性率の非常に大
きいフィルムを用いることにより繊維強化複合材本来の
優れた機械的物性を損なうことなく、靭性、衝撃吸収性
に優れた軽量の棒高跳びの棒を提供するものである。

即ち、本発明は、繊維強化熱硬化性樹脂層と、３５ｋｇ
／ｍｕ”以上の引っ張り強度及び７００ｋｇ／１ｍ１１
２以上の引っ張り弾性率を有する、３００″Ｃ未満には
融点をもたない有機系重合体から実質的になるフィルム
層を捲回積層し、硬化一体化してなる複合材料よりなる
棒高跳びの棒である。

本発明において用いられるフィルムは、以下に述べる要
件が必要である。

まず、第一に、フィルムは、３００℃未満には融点をも
たない有機系重合体から実質的に構成されている必要が
ある。融点が３００″Ｃ未満であると、樹脂の硬化等の
製造工程で融解したり、熱変形したりするので好ましく
ない、このような高融点の有機系重合体としては、アラ
ミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、全芳
香族ポリエステル、ポリベンツイミダゾール、ポリベン
ツビスチアゾール等が挙げられるが、樹脂との接着の良
さや以下に述べる高強度、高弾性率の発現のしやすさか
らアラミドとポリイミド、中でもアラミドが好ましい。

好ましく用いられるアラミドは、下記の一般式（１）、
（ＩＩ）で表される構造のもの、又はこれらの共重合体
である。

○ （式中において、 Ｒ＋ ｔ 及び ３ は から選ばれ、これらの水素原子がハロゲン、メチル、エ
チル、メトキシ、ニトロ、スルホンなどの官能基で置換
されていてもよい。ｍ、ｎは平均重合度であり、約５０
−１０００である。）本発明に用いられるフィルムが特
定の有機系重合体から実質的になるという意味は、上記
した特定の有機系重合体以外の成分が、本発明の効果を
損なわない範囲で少量含まれていてもよいということで
ある。例えば上記以外の有機系重合体、有機系低分子化
合物、無機化合物などを少量含有してもよい。

次に、本発明に用いられるフィルムは３５ｋｇ／ｍｍ以
上の引っ張り強度及び７００　ｋｇ／ｍｍ以上の引っ張
り弾性率を有している必要がある。

これ以下の物性では、熱硬化性樹脂を積層して用いた場
合、得られる、複合材料よりなる棒高跳びの棒は不満足
なものとなり、本発明の目的は果たし得ない。好ましく
は４５ｋｇ／−以上の引っ張り強度及び１０００　ｋｇ
／−以上の引っ張り弾性率を有していることであり、更
に好ましくは５０ｋｇ／−以上の引っ張り強度を有して
いることであり、又は１２００　ｋｇ／　ｍ７以上の引
っ張り弾性率を有していることである。このような物性
を有するフィルムを用いたとき、きわめて優れた耐衝撃
性と、繊維強化複合材よりなる棒高跳びの棒に匹敵する
強度を有する棒高跳びの棒が得られる。

フィルムは複合材料として抗張力の必要な方向に引っ張
り強度や引っ張り弾性率を増強した、テンシライズドタ
イプが用いられてもよいが、もちろん、フィルムとして
等方的な性能を有するものを用いた方が、複合材料の機
械的強度等に方向性が少ないという点で好ましい。

本発明に用いる複合材料において、フィルムの引っ張り
強度と引っ張り弾性率は少なくとも１つの方向が前記の
値を満たしていればよいが、好ましくは、任意に選んだ
互いに直交する２つの方向の特性の平均が前記の値を満
たしていることである。

本発明において、補強効果を十分に発現させるために、
フィルムと熱硬化性樹脂とが十分な接着力を持つことが
好ましい。大きな接着力は、フィルムの表面を粗にする
（製膜上の工夫、製膜後の物理的又は化学的なエツチン
グ等）、表面を化学的に活性化する（コロナ放電処理、
プラズマ放電処理、化学分解等）、接着用の含浸前処理
をする（エポキシ化合物、イソシアネート化合物、レゾ
ゾルシン・ホルマリン・ラテックス混合物等〉、又はこ
れらを組み合わせる等の方法が好ましく用いられ、それ
により達成される。

本発明に用いられるフィルムの厚みは通常約２〜２００
　ｇｒ＠である。２μ−以下では、フィルムの生産性が
悪く経済的に不利であり、また、積層成形する際、シワ
が発生し易い、気泡を作り易い等成形上も困難を伴う。

２００μ−以上では、フィルムのいわゆる腰が強いこと
から、特に曲面に賦形する場合等、取扱いが困難どなる
。好ましくは１０−１００μｍの範囲である。

本発明に用いられる補強繊維としては、ガラス繊維、カ
ーボン繊維、アラ逅ド繊維、ポリベンゾチアゾール繊維
、ポリベンゾチアゾール繊維、若しくはこれらを金属被
覆（例えばニッケルメッキを施したカーボン繊維等）し
たもの、又はアルξす繊維、シリコンカーバイド繊維等
の無機繊維が含まれる。また、これらの繊維の２種以上
を併用することもできる。

繊維は一方向に引き揃えたシート状の形若しくは織物の
形で用いられ、特に等方的な機械物性が要求される用途
においては適当な長さにカットされた繊維がランダムに
配向したマット状で使用される。

本発明に用いられる熱硬化性樹脂は、特に限定されるも
のではなく、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ボ
リイξド樹脂、ポリエステル樹脂などから選ばれる。ま
た、これらの樹脂に紫外線吸収剤、難燃剤、酸化防止剤
、滑剤、着色剤、熱安定剤、老化防止剤、補強用単繊維
、補強用粉粒体、成形用薬剤、熱可塑性樹脂、ゴム状重
合体、エラストマー、その他通常の樹脂添加剤が添加さ
れていてもよい。

フィルム層と繊維強化熱硬化性樹脂層との積層構成及び
積層割合は、後述する成形方法等によって適宜法められ
特に制限はない。

積層構成の例としては、例えば繊維強化熱硬化性樹脂層
とフィルム層が交互に積層されたもの、繊維強化樹脂層
の外側および／または内側にフィルム層が積層されたも
の等がある。特に衝撃吸収性と破壊防護の観点からは、
最外層若しくは最外層と最内層とにフィルム層を配置す
ることが効果的である。

本発明に用いた複合材中におけるフィルムの体積含有率
は、５〜５０％の間にとられ、好ましくは１０〜２０％
である。

本発明の高強度・高弾性率の複合材料よりなる棒高跳び
の棒の成形方法を下記に述べるが、下記の方法に限定さ
れるものではない。

例えば、繊維強化熱硬化性樹脂プリプレグの片面にフィ
ルムを貼合わせ、これを円柱状の金型に捲回し、その後
、硬化脱型すれば、繊維強化樹脂層とフィルム層が交互
に積層一体化した管状の複合材料よりなる棒高跳びの棒
が得られる。

また、−度積層した物を金型から抜取り、いわゆるエア
ーバッグ法で硬化成形することができる。

あるいは、金型に一端、ｍ維強化熱硬化性樹脂層を捲回
した後予めフィルムの片面に熱硬化性樹脂を塗工し、Ｂ
ステージ化したものを、さらにこれに重ねて捲回すれば
、最外層をフィルム層とする管状の複合材料よりなる棒
高跳びの棒が得られる。

強化繊維のトウを熱硬化性樹脂の満たされた浴を通過さ
せ、これを金型に巻取っていく、いわゆるフィラメント
ワインド法による底形において、適宜、フィルム層を捲
回積層することも可能である。

フィルム層の導入に際しては、フィルムの両面が繊維強
化樹脂層に接する場合は、フィルムをそのまま積層すれ
ば良いし、フィルムが複数層連続して積層される場合は
先に述べた通り、予め、ドクターコーター、コンマコー
ター等を用いて、フィルムの少なくとも片面に熱硬化性
樹脂の溶液を塗布し、必要に応じて加熱した、いわゆる
Ｂステージの熱硬化性樹脂をコートしたフィルムを使用
すれば良い。

また、用いるフィルムの形態も一般の広幅のものでも良
ければ、比較的細幅のテープ状のものでもフィラメント
ワインド法と同様の方法等で使用することができる。更
に、−枚のフィルムを用いることもできれば、あらかじ
め複数枚重ねたものを使用することもなされて良い。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

参考例１　アラミドフィルムの製造法 η１ｎｈ（９８％濃硫酸中に溶解して、Ｃ＝０．５ｇ／
ｌ　０　Ｑｄにて、３０℃で測定）が５．５のポリーｐ
フェニレンテレフタルアミド（以下ＰＰＴＡと略す）を
９９．７％の硫酸にポリマー濃度１１．５％で溶解し、
６０℃で光学異方性のあるドープを得た。このドープの
粘度を常温で測定したところ、１０．６００ボイズだっ
た。製膜しやすくするために、このドープを７０℃に保
ったまま、真空下に脱気を行った。この場合も上記と同
じく光学異方性を有し粘度は４，４００ボイズであった
。タンクからフィルターを通し、ギアポンプをへてダイ
にいたる１．５　ｍの曲管を７０℃に保ち、０．ｌＸ３
００ｍｍのスリットを有するグイから、鏡面に磨いたタ
ンタル製のベルトにキャストし、相対湿度約１２％の約
１０５℃の空気を吹き付けて、流延ドープを光学等方化
し、ベルトとともに、５℃の水の中に導いて凝固させた
。次いで凝固フィルムをベルトからひきはがし、約４０
℃の温水中を走行させて洗浄した。洗浄の終了したフィ
ルムを乾燥させずにテンターで長さ方向及び幅方向に各
々１５％ずつ延伸し、次いで第２のテンターを用いて定
長下に３７０″Ｃで熱風乾燥し、２０μ−〇ＰＰＴＡフ
ィルム（フィルムＡとする）を製造した。

得られたフィルムは、淡黄色透明で、熱分析において、
５００℃以下には転移温度はみられなかった。また、引
っ張り強度及び弾性率は、長さ方向で、それぞれ４８ｋ
ｇ／ｍＪ、１４９０　ｋｇ／ｄ、幅方向で、それぞれ４
７ｋｇ／ｌＪ、１４２０ｋｇ／−であった。

参考例２　熱硬化性樹脂塗工フィルムの製造上記、ＰＰ
ＴＡフィルムの片面に、化成ファイバーライト社製エポ
キシ樹脂＃７７１４（メチルエチルケトン混合液、固形
分７０重量％）を自利ロール機械社製塗工機を用い、コ
ンマダイレクト方式で塗工し、１００″Ｃで１５分加熱
し熱硬化性樹脂塗工フィルム（フィルムＢとする）を製
造した。エポキシ樹脂の厚さは約１０μ陽であった。

参考例３　繊維強化熱硬化性樹脂の製造エポキシ樹脂（
化成ファイバーライト社製＃７７１４）（メチルエチル
ケトン混合液、固形分５０重量％）を一方向に引きそろ
えたＰＡＮ系炭素繊維（旭日本カーボンファイバー社製
ハイカーボロン１２Ｋ）に含浸しつつ、これをシリコン
離型紙を巻き付けたドラム上に巻取った。これを繊維方
向と直角な方向に切り開き、１００℃で３０分加熱して
一方向繊維強化熱硬化性樹脂（ＣＦプリプレグとする）
を製造した。

実施例１ フィルムＡをＣＦプリプレグの片面にラミネートロール
を用い圧着してシートを作成した。このシートをステン
レス製の丸棒を金型として繊維軸が長さ方向となるよう
に捲回積層した。得られた積層体を更に離型処理を施し
たポリエチレンテレフタレートのテープ（ＰＥＴテープ
と略す）でラッピングし、１４０″Ｃの熱風循環式加熱
装置で２得られた棒の物性は、弾性率、強度共に、非常
に優れたものであった。またこの試料は、衝撃試験にお
いて座屈したのみで、完全な破壊には至らなかった。

実施例２ ステンレス丸棒にＣＦプリプレグを繊維軸が長さ方向と
一致するように捲回積層した。この上にフィルムＢを捲
回積層しその後は実施例１と同様の方法で処理し内側が
ＣＦプリプレグ層、外側がＰＰＴＡフィルム層であるパ
イプを得た。

この棒の物性は実施例１と同様に優れたもので、あった
。また変形状況も同様であった。

比較例１ 旭日本カーボンファイバー社製炭素繊維「ハイカーポロ
ン３Ｋ」に実施例と同じエポキシ樹脂を含浸して製造し
た一方向プリブレグを、一方向プライ及び±４５度のア
ングルプライにより、炭素繊維強化棒に成形した。

この棒は衝撃試験において、いずれも完全に破壊してし
まい、炭素繊維のささくれた鋭利な破壊面を露出した。

〔発明の効果］ 本発明の棒高跳びの棒は、繊維強化樹脂層と共に、引っ
張り強度、及び引っ張り弾性率が極めて大きく、耐熱性
の優れた、高性能の有機系フィルムを積層一体化して成
形されるものであり、これにより、従来の繊維強化熱硬
化性樹脂複合材料よりなる棒高跳びの棒と比べても全く
遜色のない優れた強度及び弾性率物性を有する上に極め
て高い衝撃吸収性と、破壊に対する抵抗力を具備するも
のであり、競技者が安心して競技できる。また、強化体
がフィルムの為、等方性フィルムを使用すれば、極めて
容易に等方向に強化した棒高跳びの棒を製造することが
できる。

更に、繊維強化複合材料よりなる棒に比べ切削加工や穴
あけ等の機械加工性に優れるという好ましい特徴を有す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、補強繊維で強化された樹脂層と、３５ｋｇ／ｍｍ＾
   ２以上の引っ張り強度及び７００ｋｇ／ｍｍ＾２以上の
   引っ張り弾性率を有する、３００℃未満には融点をもた
   ない有機系重合体から実質的になるフィルム層を捲回積
   層し、硬化一体化してなる複合材料よりなる棒高跳びの
   棒。