JPH0780251B2 - 繊維強化樹脂管状体 - Google Patents

繊維強化樹脂管状体

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JPH0780251B2
JPH0780251B2 JP3097325A JP9732591A JPH0780251B2 JP H0780251 B2 JPH0780251 B2 JP H0780251B2 JP 3097325 A JP3097325 A JP 3097325A JP 9732591 A JP9732591 A JP 9732591A JP H0780251 B2 JPH0780251 B2 JP H0780251B2
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fibers
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勝己 山崎
祥司 山根
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂管状体に関
するものであり、さらに詳しくは、釣竿やゴルフシャフ
トなどに用いる繊維強化樹脂管状体に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】繊維強化樹脂管状体は一般的にその管状
体の軸方向繊維と円周方向繊維で構成され、管状体に曲
げ変形が作用する際に生じる主な応力である引張り応力
と圧縮応力を各々の繊維軸方向で負担している。
【0003】本管状体は、その優れた力学特性を利用
し、釣竿、ゴルフシャフト等に使用されている。近年、
高性能化、軽量化の極限性能を追求するためにますます
薄肉化が進み、したがって、補強繊維の高性能化、すな
わち、高強度化、高弾性率化、高圧縮強度化ならびに高
接着強度化が強く望まれている。
【0004】観察によれば、曲げ変形を受ける管状体は
管半径rと肉厚tの比r/tによってその優勢な破壊挙
動がことなってくる。すなわち、r/tが大きい場合に
は、曲げ変形を受ける管状体はその屈曲度が大きくなる
に従って応力を受ける部分の円筒断面が偏平状に変形し
始め、変形が最も大きい部分において亀裂が発生し、こ
の亀裂によって管状体は一挙に全体破壊に至るように観
察される。そのためこの場合には、円周方向補強繊維の
特性がより重要である。一方、r/tが小さい場合に
は、前記の円筒断面の偏平化が小さく通常の曲げ破壊挙
動が優勢となるので、主として軸方向補強繊維の特性が
重要となってくる。
【0005】したがって、特にr/tが大きい場合にお
いて、曲げ強度の大きい薄肉管状体を得る観点からは、
管状体断面の偏平化率を小さくするか、偏平化率の大き
い補強繊維を使用する必要がある。このことから円周方
向の補強繊維の特性向上が重要であり、円周方向の補強
繊維として中空繊維を使用する提案が特開昭56−49
253号公報によりなされている。しかしながら、本発
明者らが検討したところによると、中空繊維特性から見
て期待される程の効果が管状体特性として発揮されない
ことが分かった。管状体に形成され曲げ変形が加えられ
た時に繊維軸に直角な方向(90゜方向)にも応力がか
かるため、樹脂と繊維との接着性が十分でないと繊維特
性が複合材特性として活かしきれないものと思われる。
また、補強繊維としての中空繊維の製造は高度な技術を
必要とするため製造コストが高くなるという問題もあ
る。
【0006】一方、特にr/tが小さい場合において、
曲げ強度の大きい管状体を得る観点からは、一般的に軸
方向補強繊維として圧縮強度(曲げ強度)の高い繊維が
使用され、それによって管状体の曲げ強度を上げること
ができる。しかしながら、一般的に圧縮強度の高い繊維
とするためには繊維の弾性率を低下せざるを得ないので
比弾性率の低下によって管状体の軽量化が困難となる問
題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、安価で軽量
な曲げ強度の高い薄肉の繊維強化樹脂管状体を提供する
ことを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために次の構成を有する。すなわち、軸方向補強繊
維と円周方向補強繊維からなる管状体であり、軸方向補
強繊維および/または円周方向補強繊維の少なくとも一
部が異形断面繊維であることを特徴とする繊維強化樹脂
管状体である。
【0009】以下、本発明の繊維強化樹脂管状体につい
て詳細に説明する。
【0010】本発明の繊維強化樹脂管状体においては、
強化繊維として、軸方向補強繊維、円周方向補強繊維の
いずれかまたはその両方の補強繊維の少なくとも一部に
異形断面繊維を用いるものである。異形断面繊維は丸断
面繊維に比べて単繊維の断面2次モーメントが大きく、
曲げに対する強度が高くなる特性を有し、しかも、繊維
表面積が大きいために樹脂との接着性が良好で、この繊
維特性を複合体特性に有効に反映させることができるた
めである。
【0011】ここに使用される異形断面繊維は、断面2
次モーメントの方向性を小さくして曲げ強度を向上さ
せ、一方、所望の断面異形度を容易に得る観点から、単
繊維断面形状が3〜5葉の多葉形であるのが好ましい。
特に、単繊維の断面形状がほぼその中心を軸とした3〜
5回対称の形状であることが好ましい。
【0012】また、曲げ強度および樹脂との接着性の向
上効果を大きくし、一方、多葉形の葉の形状を破損しに
くくする観点から、断面異形度を1.2〜3.0とする
のが好ましい。
【0013】ここで、断面異形度とは、単繊維断面形状
の外接円半径と同断面形状の内接円半径との比をいう。
【0014】補強繊維としては、ガラス繊維や炭素繊維
が使用されるが、比弾性率の高い炭素繊維が薄肉軽量化
効果が大きく、好ましい。
【0015】また、弾性率を高く、軽量化効果を大きく
する観点から、補強繊維のうち、異形断面繊維の素材は
炭素繊維であることが好ましい。
【0016】補強繊維を含浸するマトリックス樹脂とし
ては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂な
どの熱可塑性樹脂が使用できる。
【0017】本発明の樹脂強化管状体を製造するための
方法の一例を挙げて説明すると、あらかじめ樹脂含浸し
た軸方向補強繊維の引揃えシートおよび円周方向補強繊
維の引揃えシートを、軸方向補強繊維が最外層になるよ
うに数層にわたりマンドレルないし芯金に捲着してその
表面をテープで緊縛し、熱硬化処理をした後にマンドレ
ルないし芯金を引抜き表面を研磨して形成する方法など
が挙げられる。
【0018】このように複数層積層した繊維強化樹脂管
状体の断面は、図1(a)、図1(b)に示すとおりで
ある。すなわち、図1(a)は6層に積層した管状体で
あって、最外層の補強繊維が軸方向に配列されている
例、図1(b)は3層に積層した管状体であって、最外
層の補強繊維が円周方向に配列されている例を示す。な
お、図中、1は軸方向の補強繊維、2は円周方向の補強
繊維を示す。
【0019】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。
【0020】
【実施例】(実施例1〜2、比較例1)管状体の円周方
向補強繊維として表1に示す3種類の炭素繊維(繊維
A、B、C)を使用した。
【0021】
【表1】
【0022】また、軸方向補強繊維としては、炭素繊維
ストランド“トレカ”(登録商標)T300B−300
0−50B(東レ(株)製)(以下、T300)を使用
した。樹脂はプリプレグ用エポキシ樹脂組成物#250
0(東レ(株)製)(以下、エポキシ樹脂)を使用し
た。
【0023】このエポキシ樹脂を離型紙の一面に均一な
厚みで、かつ、樹脂目付が13g/m2 になるように塗
布された離型紙上に、繊維A、B、Cを繊維目付が2
7.5g/m2 になるようにそれぞれ引き揃え、その上
から樹脂を塗布していない離型紙を重ね合わせ、これを
120℃に加熱したプレスロールに通してストランドの
押し拡げとエポキシ樹脂の転移、含浸を行い、さらに後
で重ね合わせた離型紙をはぎ取ってそれぞれの炭素繊維
の一方向プリプレグを3種類作製した。
【0024】T300についても、樹脂目付を70g/
2 、繊維目付を150g/m2 とした以外は上記と同
じ方法でT300のプリプレグを作製した。
【0025】次に、繊維A、B、CおよびT300のプ
リプレグを裁断した後、T300のプリプレグの上に繊
維A、B、Cのプリプレグをそれぞれ繊維軸がT300
の繊維軸と直交するように重ね合わせ、約90℃に加熱
したプレスロールに通し貼着し、両面の離型紙を剥して
3種類の2層プリプレグシートを得た。
【0026】次に、外周面にシリコーン系離型剤を塗布
した外径20mmのマンドレルに、上記3種類の2層プ
リプレグシートをT300の繊維軸が軸方向となり、か
つ外層になるように3回巻き付けた。
【0027】次に、マンドレルに巻き付けた2層プリプ
レグの上に、ポリエステルテープを約2.4kgの力を加
えながら、かつ2mmずつオーバーラップさせながら螺
旋状に巻き付けた後、約130℃の加熱炉内で約2時間
加熱してエポキシ樹脂を硬化させ、冷却の後、マンドレ
ルを引き抜き、表面のテープをはぎ取り、3種類の繊維
強化樹脂管状体を得て、これを長さ825mmに切断し
て4点曲げ破壊試験に供した。
【0028】4点曲げ破壊試験はスパン間距離750m
m、圧子間距離200mmとして圧子点には圧壊防止の
ための補強をして測定した。n=10の曲げ強度の平均
値を表2に示す。
【0029】
【表2】
【0030】表2から明かなように実施例1,2の場
合、円周方向補強繊維として異形断面繊維を使用するこ
とによって、太径薄肉丸筒の曲げ強度が比較例1に比し
て向上していることが明白である。
【0031】(実施例3〜4、比較例2)管状体の軸方
向補強繊維として前記表1に示す3種類の炭素繊維(繊
維A、B、C)を使用した。
【0032】また、円周方向補強繊維としては、炭素繊
維ストランド“トレカ”(登録商標)T300B−30
00−50B(東レ(株)製)(以下、T300)を使
用した。樹脂はプリプレグ用エポキシ樹脂組成物#25
00(東レ(株)製)(以下、エポキシ樹脂)を使用し
た。
【0033】このエポキシ樹脂を離型紙の一面に均一な
厚みで、かつ、樹脂目付が70g/m2 になるように塗
布された離型紙上に、繊維A、B、Cを繊維目付が15
0g/m2 になるようにそれぞれ引き揃え、その上から
樹脂を塗布していない離型紙を重ね合わせ、これを12
0℃に加熱したプレスロールに通してストランドの押し
拡げとエポキシ樹脂の転移、含浸を行い、さらに後で重
ね合わせた離型紙をはぎ取ってそれぞれの炭素繊維の一
方向プリプレグを3種類作製した。
【0034】T300についても、樹脂目付を13g/
2 、繊維目付を27.5g/m2 とした以外は上記と
同じ方法でT300のプリプレグを作製した。
【0035】次に、繊維A、B、CおよびT300のプ
リプレグを裁断した後、T300のプリプレグの上に繊
維A、B、Cのプリプレグをそれぞれ繊維軸がT300
の繊維軸と直交するように重ね合わせ、約90℃に加熱
したプレスロールに通し貼着し、両面の離型紙を剥して
3種類の2層プリプレグシートを得た。
【0036】次に、外周面にシリコ−ン系離型剤を塗布
した外径6.3mmのマンドレルに、上記3種類の2層
プリプレグシ−トをT300の繊維軸が円周方向とな
り、かつ内層になるように8回巻き付けた。
【0037】次に、マンドレルに巻き付けた2層プリプ
レグの上に、実施例1,2で用いたポリエステルテ−プ
を実施例1,2と同様にして螺旋状に巻き付けた後、約
130℃の加熱炉内で約2時間加熱してエポキシ樹脂を
硬化させ、冷却後マンドレルを引き抜き、表面のテ−プ
をはぎ取り3種類の繊維強化プラスチック管状体を得
て、これを長さ425mmに切断して4点曲げ破壊試験
に供した。4点曲げ破壊試験はスパン間距離300m
m、圧子間距離100mmとして、圧子点には圧壊防止
のための補強をして測定した。
【0038】4点曲げ破壊試験の結果を表3に示す。
【0039】
【表3】
【0040】表3から明かなように実施例3,4の場
合、軸方向補強繊維として異形断面補強繊維を使用する
ことによって、丸筒の曲げ強度が比較例2のそれに対し
て6〜11%向上した。換言すれば軸方向補強繊維の使
用量を6〜11%低減でき、管状体の重量をより軽くす
ることできる。
【0041】(実施例5)表1の繊維Aについて、樹脂
目付70g/m2、繊維目付150g/m2 のプリプレ
グシート(イ)と樹脂目付13g/m2 、繊維目付2
7.5g/m2 のプリプレグシート(ロ)とを作製し
て、これらの繊維軸が直交するようにして2層プリプレ
グシートとした。(ロ)のプリプレグシートが内層にな
り、かつ繊維軸が管状体の円周方向になるように外径2
0mmのマンドレルに3回まき付けて実施例1〜2と同
様に管状体を成形して4点曲げ破壊試験に供した。
【0042】曲げ強度76kg/mm2 の高い値が得ら
れ、補強繊維として軸方向と円周方向の両方に異形断面
繊維を使用することにより、太径薄肉丸筒の曲げ強度が
より一層向上した。
【0043】
【発明の効果】本発明は、管状体に曲げ変形が加えられ
た時に生じる円筒断面の偏平化を防止するとともに、曲
げに対する剛性を増加することができるので、管状体の
曲げ強度を更に向上できると共に、その重量も軽量化で
きる優れた特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の管状体の断面図であり、図1(a)は
6層に積層した管状体であって、最外層の補強繊維が軸
方向に配列されている例、図1(b)は3層に積層した
管状体であって、最外層の補強繊維が円周方向に配列さ
れている例を示す。
【符号の説明】
1:軸方向の補強繊維 2:円周方向の補強繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B29L 23:00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸方向補強繊維と円周方向補強繊維からな
    る管状体であり、軸方向補強繊維および/または円周方
    向補強繊維の少なくとも一部が異形断面繊維であること
    を特徴とする繊維強化樹脂管状体。
  2. 【請求項2】異形断面繊維の単繊維断面が3〜5葉の多
    葉形で、かつ断面異形度が1.2〜3.0の炭素繊維で
    あることを特徴とする請求項1の繊維強化樹脂管状体。
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US5788585A (en) * 1996-09-06 1998-08-04 Jackson; Al Composite golf club shaft and method for its manufacture
US6540623B2 (en) 2000-09-14 2003-04-01 Al Jackson Composite shaft for a golf club

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