JPH07195563A

JPH07195563A - 繊維強化複合樹脂管の成形方法

Info

Publication number: JPH07195563A
Application number: JP5352952A
Authority: JP
Inventors: Kanji Miyao; 巻治宮尾; Makoto Takezawa; 誠竹澤
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】成形品に反りの発生がなく、或は反りを最小
限度に抑えることができ、成形後の研摩作業を省略する
か、或は最小限度の研摩作業にて済ませることができ、
作業能率を著しく向上することのできる繊維強化複合樹
脂管の成形方法を提供する。【構成】マンドレル１００の外周に繊維強化プリプレ
グ２００を巻回し、そしてこのプリプレグ２００の周面
を熱収縮チューブ３００で覆って加熱成形する。この熱
収縮チューブ３００としては、半径方向にのみ熱収縮す
ることのできる一軸延伸チューブを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばゴルフクラブシ
ャフト、釣り竿、自転車のフレームなどのようなスポー
ツ用品として、又は、機械部品或は建設土木用のパイプ
材などとして、種々の分野で幅広く使用されている繊維
強化複合樹脂管の成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばゴルフクラブシャフト、釣
り竿、自転車のフレームなどのスポーツ用品には、軽く
てしかも機械的特性が優れているという点から、繊維強
化複合樹脂管が頻繁に使用されている。

【０００３】通常、斯かる繊維強化複合樹脂管の成形方
法について簡単に説明すると、先ず、細長のマンドレル
の外周に、例えば強化繊維としての炭素繊維、ガラス繊
維、有機繊維などにマトリクス樹脂を含浸させて作製さ
れた繊維強化プリプレグが巻き付けられる。次いで、ポ
リプロピレンテープのような熱収縮テープを、所定の張
力下にプリプレグ周面に螺旋状に巻き付けて巻き締めを
行なった後、硬化炉へと装入して加熱し、プリプレグが
硬化される。その後、テープは除去される。

【０００４】このような方法で成形された繊維強化複合
樹脂管は、テープが除去された周面にテープ巻き締めに
よる段差が生じ、そのために成形後にこの段差をなくす
ための研摩作業が余儀なくされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の繊維
強化複合樹脂管の成形方法における巻き締めのためのテ
ーピング作業及び硬化後の研摩作業は、作業能率を低下
させる原因ともなっている。

【０００６】従って、この問題を解決するべく、特開昭
５６−１５１４３９号公報、特開昭６１−２２０６７４
号公報、特開平２−９６２１号公報などに記載されるよ
うに、従来のテーピングに代えて、熱収縮チューブを利
用して、マンドレルに巻回されたプリプレグの巻き締め
を行なうことが提案されている。

【０００７】この方法によれば、熱収縮チューブは、成
形された繊維強化複合樹脂管から除去しても良く、除去
しなくとも良いが、いずれにしても、上記従来のテープ
巻き締めによる段差は形成されず、そのために成形後の
研摩作業は必須とはされない。

【０００８】しかしながら、本発明者らの研究実験の結
果によると、熱収縮チューブを使用して繊維強化複合樹
脂管を成形した場合に、上述のように、成形後の複合樹
脂管の周面に段差は生じないが、場合によっては、マン
ドレルから引抜いた複合樹脂管に反りが発生することが
分かった。この場合にはこの反りをなくすために、結局
は研摩作業が必要とされる。

【０００９】本発明者らは、この問題を解決するべく、
多くの研究実験を行なったところ、通常使用されてい
る、軸方向及び半径方向に収縮する、所謂「二軸延伸」
の熱収縮チューブを使用した場合には、熱収縮チューブ
の加熱が不均一となることに起因して熱収縮が一様に行
なわれず、複合樹脂管内に残留応力が発生し、上記複合
樹脂管の反りが起こることが分かった。更には、熱収縮
チューブの不均一な熱収縮により、プリプレグ内にてあ
る方向への樹脂流れが発生し、その模様が成形後の樹脂
管表面に筋となって現われ、外観上悪いのみならず、こ
のような樹脂流れ、及び熱収縮チューブの不均一な熱収
縮は、プリプレグ内の強化繊維の配列を乱し、美観を損
なうだけでなく、機械的強度の点でも問題があることが
分かった。

【００１０】本発明者らは、最適の熱収縮チューブの選
択及び複合樹脂管の成形方法を検討する過程において、
熱収縮チューブとして、軸線に対して直交する方向にの
み、つまり半径方向にのみ収縮する、所謂「一軸延伸」
の熱収縮チューブを使用した場合には、熱収縮のための
加熱が例え不均一であっても、従来の、樹脂流れ、或は
強化繊維の配向乱れといった問題が発生しないことを見
出した。又、特に、プリプレグの硬化を熱収縮チューブ
の軟化点以下の温度で硬化することにより上記問題をよ
り好適に解決し得ることをも見出した。

【００１１】本発明は斯かる本発明者らの新規な知見に
基づき成されたものである。

【００１２】従って、本発明の目的は、成形品に反りの
発生がなく、或は反りを最小限度に抑えることができ、
成形後の研摩作業を省略するか、或は最小限度の研摩作
業にて済ませることができ、作業能率を著しく向上する
ことのできる繊維強化複合樹脂管の成形方法を提供する
ことである。

【００１３】本発明の他の目的は、成形時のプリプレグ
における樹脂流れ及び強化繊維の配列の乱れをなくし、
外観上のみならず、機械的強度の点でも改良された繊維
強化複合樹脂管の成形方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
繊維強化複合樹脂管の成形方法にて達成される。要約す
れば、本発明は、マンドレルの外周に繊維強化プリプレ
グを巻回し、そしてこのプリプレグの周面を熱収縮チュ
ーブで覆って加熱成形する繊維強化複合樹脂管の成形方
法において、前記熱収縮チューブとして半径方向にのみ
熱収縮することのできる一軸延伸チューブを使用するこ
とを特徴とする繊維強化複合樹脂管の成形方法である。

【００１５】好ましくは、前記繊維強化プリプレグは、
前記熱収縮チューブの軟化点以下の温度で硬化される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る繊維強化複合樹脂管の成
形方法を図面に則して更に詳しく説明する。本実施例で
は、本発明の方法は、炭素繊維強化プリプレグを使用し
てゴルフクラブシャフト用の繊維強化複合樹脂管を成形
するものとして説明するが、本発明はこれに限定される
ものではない。

【００１７】図１に示すように、離型剤及び仮止め剤な
どが塗布されたマンドレル１００の周面に、所定の形状
寸法に裁断した炭素繊維強化プリプレグ２００を所定枚
数だけ巻き付ける。このとき、一般に、捩り及び曲げ性
能を向上させるために、炭素繊維強化プリプレグ２００
としては、炭素繊維がゴルフクラブシャフトの軸線に対
して或る角度だけ傾斜するように配列されたプリプレグ
（アングル層）と、炭素繊維がゴルフクラブシャフトの
軸線に対して平行とされるプリプレグ（ストレート層）
とが使用される。通常、アングル層を内側に、ストレー
ト層を外側に配置することが多い。

【００１８】次いで、マンドレル１００に巻回されたプ
リプレグ２００の周面を覆って、熱収縮チューブ３００
を遊嵌する。熱収縮チューブ３００は、一軸延伸された
ものであって、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロ
ン、ビニロン、ポリ塩化ビニル、セロファンなどで作製
されたものを使用することができる。

【００１９】このようにして熱収縮チューブ３００にて
被覆されたプリプレグ２００は、硬化炉（オートクレー
ブ）内へと配置され、所定の温度にて、所定時間加熱さ
れる。これによって、熱収縮チューブ３００は、マンド
レルの軸線に対して直交する方向に、即ち、半径方向に
加熱収縮し、プリプレグ２００をしっかりとマンドレル
１００上に押圧して保持する。引き続き、プリプレグ２
００は、硬化炉内にて所定温度に加熱されて硬化する。

【００２０】本発明によれば、熱収縮チューブは、プリ
プレグ２００を半径方向にのみ押圧するので、プリプレ
グにおける樹脂流れを起こすことがなく、又、強化繊維
の配列を乱すこともない。従って、成形後の樹脂管表面
に樹脂流れの筋、或は強化繊維の配向乱れなどは現われ
ず、外観上のみならず、機械的強度の点でも改良された
繊維強化複合樹脂管を提供することができる。

【００２１】本発明にて、硬化炉内の温度は、熱収縮チ
ューブ３００を加熱収縮するに必要な温度、即ち、熱収
縮チューブ３００の軟化点以上、融点以下の温度とされ
るが、できるだけ低い温度にて行なうのが好ましい。一
般に、熱収縮チューブ３００の加熱収縮温度は、軟化点
より２〜５℃高い温度とされる。又、好ましくは、プリ
プレグ２００の硬化温度は、熱収縮チューブ３００の軟
化点以下の温度にて行なわれる。一般に、プリプレグ２
００の硬化は、軟化点より２〜５℃低い温度にて行なう
のが好ましい。

【００２２】つまり、例えば、熱収縮チューブ３００と
してポリ塩化ビニルを使用した場合には、軟化点が１１
０℃とされるので、熱収縮チューブ３００の加熱収縮
は、軟化点以上、融点（１８０℃）以下の温度、つまり
１１０℃以上、１８０℃以下の温度にて、１〜１０分間
行なう。そして、プリプレグ２００の硬化は、軟化点以
下の温度、例えば９０℃、０．５〜２時間にて行なう。

【００２３】従って、この実施例においては、プリプレ
グ２００のマトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用し
た場合には、通常使用される「１３０℃型」の汎用エポ
キシ樹脂を使用する代わりに、「７０℃型」或は「９０
℃型」の低温硬化型のエポキシ樹脂を使用する方が、硬
化時間を短くすることができ、好ましい。

【００２４】このように、熱収縮チューブ３００の加熱
収縮温度をできるだけ低くし、且つ、プリプレグ２００
の硬化を熱収縮チューブ３００の軟化点以下の温度で行
なうことにより、より効率的に、マンドレル１００から
引抜いた硬化後の繊維強化複合樹脂管１に反りが発生す
るのをなくするか、或は、最小限度とすることができ
る。

【００２５】上記実施例で、熱収縮チューブ３００は、
図１に示すように、先細形状のものとしたが、一様の内
径を有したものも同様に使用することができる。

【００２６】勿論、本発明は、ゴルフクラブシャフトの
ように先細形状とされる管のみならず、一様な外径及び
内径を有した繊維強化複合樹脂管の成形にも同様に適用
することができる。

【００２７】次に、本発明の成形方法を更に具体的に実
施例について説明する。

【００２８】実施例１本実施例では、炭素繊維強化複合材料製のゴルフクラブ
シャフトを作製した。

【００２９】一端の直径（Ｄ₁ ）が５ｍｍ、他端の直径
（Ｄ₂ ）が１３ｍｍ、長さ（Ｌ_M ）が１４００ｍｍのマ
ンドレル１００に離型剤及び仮止め剤を塗布した後、マ
ンドレル１００の周面に、所定の形状寸法に裁断した炭
素繊維強化プリプレグ２００を巻き付けた。アングル層
及びストレート層共に、同じ炭素繊維強化プリプレグを
使用した。この実施例にて、アングル層は、繊維配向角
度が±４５°となるようにして交互に合計で８層巻き付
け、その上にストレート層を３層巻き付けた。

【００３０】又、このプリプレグ２００は、強化繊維と
してはピッチ系炭素繊維（東燃株式会社製、商品名「Ｆ
Ｔ７００」）を使用し、厚さ１５０μｍ、マトリクス樹
脂の配合率は３５重量％のものであった。

【００３１】マトリクス樹脂としては、ビスフェノール
Ａ形エポキシ樹脂とノボラック形エポキシ樹脂が主成分
とされる、所謂、低温硬化型のエポキシ樹脂を使用し
た。マトリクス樹脂には、硬化剤としてエポキシ樹脂硬
化剤を包含したマイクロカプセルが配合されており、そ
の配合割合は、生のエポキシ樹脂：マイクロカプセル＝
７０：３０であった。

【００３２】次いで、マンドレル１００に巻回された合
計１１層のプリプレグ２００の外周面を覆って、熱収縮
チューブ３００を装入した。熱収縮チューブ３００とし
ては、厚さ７０μｍ、内径１８ｍｍの一様な断面とされ
る、熱収縮率が５０％の「一軸延伸」ポリ塩化ビニルチ
ューブを使用した。

【００３３】その後、熱収縮チューブ３００にて被覆さ
れたプリプレグ２００は、硬化炉内へと配置し、１３０
℃、１０分で熱収縮チューブ３００を加熱収縮してプリ
プレグ２００をしっかりとマンドレル１００上に押圧し
て保持させ、その後、８０℃、３０分にてプリプレグ２
００の硬化を行なった。プリプレグ２００の硬化後、硬
化炉より取り出し、冷却した後、硬化した炭素繊維強化
複合樹脂管１をマンドレル１００より引抜いた。得られ
た炭素繊維強化複合樹脂管１の内径は、一端（ｄ₁ ）が
５ｍｍ、他端（ｄ₂ ）が１３ｍｍ、肉厚（ｔ）が１．６
５ｍｍ、長さ（Ｌ）が１１５０ｍｍであった。

【００３４】表１に、得られた炭素繊維強化複合樹脂管
１の反りの程度を示す。反り量は、管１の中央部におけ
る中心軸線からの偏倚量である。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例２プリプレグ２００のマトリクス樹脂として、硬化剤ＤＩ
ＣＹ（ジシアンジアミド）に、促進剤としてＤＣＭＵを
添加した触媒形硬化剤を配合した、ビスフェノールＡ形
エポキシ樹脂とノボラック形エポキシ樹脂が主成分とさ
れる、所謂「１３０℃硬化形」の汎用エポキシ樹脂を使
用し、プリプレグ２００の硬化温度を１３０℃、硬化時
間を９０分とした以外は、実施例１と同様にして炭素繊
維強化複合樹脂管１を作製した。得られた炭素繊維強化
複合樹脂管１の反り量を表１に示す。

【００３７】比較例１熱収縮チューブ３００を使用しなかった以外は、実施例
１と同様にして炭素繊維強化複合樹脂管１を作製した。
得られた炭素繊維強化複合樹脂管１の反り量を表１に示
す。

【００３８】比較例２熱収縮チューブ３００を使用しなかった以外は、実施例
２と同様にして炭素繊維強化複合樹脂管１を作製した。
得られた炭素繊維強化複合樹脂管１の反り量を表１に示
す。

【００３９】比較例３熱収縮チューブ３００を二軸延伸タイプとした以外は、
実施例２と同様にして炭素繊維強化複合樹脂管１を作製
した。得られた炭素繊維強化複合樹脂管１の反り量を表
１に示す。

【００４０】上記実施例及び比較例から、熱収縮チュー
ブ３００として「一軸延伸」の熱収縮チューブを使用す
ることにより、成形品に反りの発生がないか、或は極め
て少なくし得ること、更には樹脂流れの跡、繊維の配向
乱れが発生しないことが分かる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る繊維
強化複合樹脂管の成形方法によると、熱収縮チューブと
して「一軸延伸」の熱収縮チューブが使用されるので、
成形品に反りの発生がなく、或は反りを最小限度に抑え
ることができ、成形後の研摩作業を省略するか、或は最
小限度の研摩作業にて済ませることができ、作業能率を
著しく向上することができる。更に、本発明によると、
成形時のプリプレグにおける樹脂流れ及び強化繊維の配
列の乱れをなくし、外観上のみならず、機械的強度をも
改良することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る繊維強化複合樹脂管の成形方法の
一実施例を説明する図である。

【符号の説明】

１繊維強化複合樹脂管１００マンドレル２００繊維強化プリプレグ３００熱収縮チューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マンドレルの外周に繊維強化プリプレグ
を巻回し、そしてこのプリプレグの周面を熱収縮チュー
ブで覆って加熱成形する繊維強化複合樹脂管の成形方法
において、前記熱収縮チューブとして、半径方向にのみ
熱収縮することのできる一軸延伸チューブを使用するこ
とを特徴とする繊維強化複合樹脂管の成形方法。