JPH08336904A

JPH08336904A - 管体

Info

Publication number: JPH08336904A
Application number: JP7170401A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Honma; 清本間; Ikuo Horibe; 郁夫堀部; Akira Nishimura; 明西村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】管体において、特定の強化繊維織物を用いた
ＦＲＰを含む部材とすることにより、軽量化をはかりつ
つ機械的特性を向上する。【構成】複数層の強化繊維材に樹脂が含浸されてなる
繊維強化プラスチックを含む管体において、少なくとも
１層の強化繊維材が、単糸の糸幅が３〜１６ｍｍ、糸幅
／厚み比が２０以上の扁平な強化繊維糸をたて糸とよこ
糸の少なくとも一方とする強化繊維織物であって、前記
たて糸とよこ糸の少なくとも一方は織物の状態で繊維が
並行している扁平糸織物からなることを特徴とする管
体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管体に関し、とくに繊
維強化プラスチック（以下、ＦＲＰとも言う。）を用い
た、パイプ、プロペラシャフト、ローラー、釣竿、ゴル
フクラブのシャフト等の管体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰは、軽量でありながら優れた機械
的特性を有していることから、各種管体構成用材料とし
て、従来用いられていた軽量合金材や鋼、あるいは単な
るプラスチックに代わる材料として注目され始めてい
る。中でも、比弾性率が大きく、かつ、比強度が大きい
炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（以下、Ｃ
ＦＲＰとも言う。）は、高い機械的特性を示す。

【０００３】ＦＲＰは、通常、複数層の強化繊維材に樹
脂が含浸され、成形されたものに構成されるが、成形
前、成形時の取扱い易さ、型への沿わせ易さ、成形後の
ＦＲＰとして優れた特性が得られること等の面から、強
化繊維材として織物の形態にした強化繊維織物が多用さ
れている。

【０００４】ところで、炭素繊維糸は、通常その繊度が
大きくなる程、プリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程
での生産性が向上し、安価に製造することが可能とな
る。

【０００５】しかし、通常の強化繊維織物は、強化繊維
をほぼ円形断面に集束させた強化繊維糸を用いて織物に
しているので、織り込まれた状態においては、たて糸と
よこ糸が交錯する交錯部における強化繊維糸の断面が楕
円形で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い強
化繊維糸を使用した強化繊維織物では、太いよこ糸と太
いたて糸が交錯しているのでこの傾向が大きくなる。

【０００６】このため、強化繊維糸が大きくクリンプし
た強化繊維織物では、繊維密度が不均一となって高強度
特性を充分に発揮できない。また、強化繊維糸が大きく
クリンプしていると、成形されたＦＲＰの表面平滑性も
良くない。さらに、太い強化繊維糸を使用した強化繊維
織物は、一般に、織物目付や厚みが大きくなるため、プ
リプレグやＦＲＰを成形するときの樹脂含浸性が悪くな
る。

【０００７】従って、太い強化繊維糸を製織した強化繊
維織物を用いて得られるＦＲＰやＣＦＲＰは、樹脂中に
存在するボイドが多くなり高い強度特性が期待できな
い。

【０００８】一方、太い強化繊維糸を使用して織物目付
を小さくすると、強化繊維糸間に形成される空隙が大き
くなる。このため、織物目付の小さい強化繊維織物を用
いてＦＲＰやＣＦＲＰを成形すると、強化繊維の体積含
有率が低くなり、強化繊維糸間に形成される空隙部分に
樹脂のボイドが集中的に発生し、高性能な複合材料が得
られなくなるという欠点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に着目し、とくに各種管体構成用材料として、特定
の強化繊維織物を用いたＦＲＰを含む構成とすることに
より、目標とする軽量化をはかりつつ、所望の高い機械
的特性を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
管体は、複数層の強化繊維材に樹脂が含浸されてなる繊
維強化プラスチックを含む管体において、少なくとも１
層の強化繊維材が、単糸の糸幅が３〜１６ｍｍ、糸幅／
厚み比が２０以上の扁平な強化繊維糸をたて糸とよこ糸
の少なくとも一方とする強化繊維織物であって、前記た
て糸とよこ糸の少なくとも一方は織物の状態で繊維が並
行している扁平糸織物からなることを特徴とするものか
らなる。

【００１１】上記強化繊維物のカバーファクターは、９
５〜１００％であることが好ましい。また、上記たて糸
とよこ糸の少なくとも一方を、上記扁平な強化繊維糸を
複数積層した形態とすることもできる。このようにすれ
ば、目付の大きな織物が可能となり、より繊維体積含有
率の大きなＦＲＰの成形が可能となる。

【００１２】また、強化繊維糸としては、炭素繊維糸や
ガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸等の各種強化繊維糸
が使用できるが、とくに、高弾性率、高強度の炭素繊維
糸が好ましい。そして、扁平な強化繊維糸は、通常、マ
ルチフィラメント糸の形態とされる。

【００１３】このような扁平な強化繊維糸からなる織物
の織糸には、実質的に撚りがなく繊維が並行しているこ
とが必要である。ここで「実質的に撚りがない」とは、
糸長１ｍ当たりに１ターン以上の撚りがない状態をい
う。つまり、現実的に無撚の状態をいう。織物の状態で
実質的に撚りがないことが必要である。そのためには、
無撚の扁平な強化繊維糸のボビンを横取り解舒させ、解
舒撚りが入らないようにたて糸およびよこ糸供給を行っ
て織物にする。

【００１４】織糸に撚りがあると、その撚りがある部分
で糸幅が狭く集束して分厚くなり、製織された織物の表
面に凹凸が発生する。このため、製織された織物は、外
力が作用した際にその撚り部分に応力が集中し、ＦＲＰ
等に成形した場合に強度特性が不均一となってしまう。

【００１５】扁平な強化繊維糸単糸の糸幅は３〜１６ｍ
ｍの範囲とされる。この範囲の糸幅が製織し易く、糸厚
みとの関係から、最適な扁平状態が得やすい。糸幅／糸
厚み比は、２０以上とされる。２０未満では、１００％
に近いカバーファクターを得ようとすると、織糸のクリ
ンプを極小に抑えることが難しくなる。

【００１６】このような最適な扁平状態の、実質的に撚
りがない織糸からなる強化繊維織物は、織糸の繊度を大
きくしても、各織糸の交錯部におけるクリンプは極めて
小さく抑えられ、ＦＲＰやＣＦＲＰにした際に高い強度
特性が得られる。クリンプが小さいので、ＦＲＰやＣＦ
ＲＰにした際の表面平滑性が良く、所望の管体の表面形
態が容易に得られる。また、織糸の繊度を上げられるこ
とから、織糸、ひいては強化繊維織物は、より安価に製
造される。

【００１７】また、クリンプが極めて小さく抑えられる
ので、織物目付を高く設定でき、かつ、織糸の扁平状態
を確保した状態にてカバーファクターを１００％近く
に、つまり、９５〜１００％に設定することが可能とな
る。したがって、ＦＲＰにおいて、繊維含有率を高く設
定できるとともに、織糸間の樹脂リッチな部分を極めて
小さく抑えることができ、高強度でかつ均一な強度特性
を有する複合材料が得られる。

【００１８】さらに、織物の形態で各織糸が扁平な状態
に維持されているから、樹脂の含浸性が極めてよい。し
たがって、一層均一な特性の複合材料が得られ、目標と
する強度特性が容易に得られる。

【００１９】ここで、カバーファクターＣｆ（％）と
は、織糸間に形成される空隙部の大きさに関係する要素
で、織物上に面積Ｓ₁の領域を設定したとき、面積Ｓ₁
内において織糸に形成される空隙部の面積をＳ₂とする
と、次式で定義される値をいう。カバーファクターＣｆ＝［（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｓ₁］×１
００

【００２０】本発明の強化繊維織物は、薄い扁平な強化
繊維糸からなるたて糸やよこ糸を用いている。従って、
目抜け度の小さな、すなわちカバーファクターが大きな
織物となる。このようなカバーファクターの大きな強化
繊維織物を用いてＦＲＰを成形すると、均一な成形品が
得られ、樹脂中にボイドが入ったり、応力が集中するよ
うな繊維分布むらが発生しない。

【００２１】なお、上記のような扁平糸自身の作成方法
としては、たとえば、強化繊維糸の製造工程において、
複数の強化繊維からなる繊維束をロール等で所定の幅に
拡げ、扁平な形状にしてそのまま保持するか、あるいは
元に戻らないようにサイジング剤等で形態を保持させれ
ばよい。とくに、扁平形状を良好に保持するためには、
扁平糸に０．１〜１．５重量％程度の小量のサイジング
剤を付着させておくことが好ましい。

【００２２】前記扁平な強化繊維をたて糸およびよこ糸
とする織物とする場合には、織物目付が１００〜３００
ｇ／ｍ²であることが好ましく、とくに、後述の釣竿を
本発明に係るＦＲＰで構成する場合、織物目付が１００
〜２００ｇ／ｍ²であることが好ましい。

【００２３】また、扁平な強化繊維糸をたて糸とよこ糸
の少なくとも一方とする織物であって、該たて糸とよこ
糸の少なくとも一方が、扁平な強化繊維糸が複数積層さ
れてなる織物とする場合には、織物目付が２００〜６０
０ｇ／ｍ²であることが好ましい。扁平な織糸であるた
め、このように複数積層した状態で織成しても、クリン
プは小さく抑えられる。そして、積層により織物の繊維
密度を高めることができる。

【００２４】さらに、補助糸を用いた織物の形態とする
こともできる。補助糸としては、繊度が２，０００デニ
ール以下の細い繊維からなる扁平な織糸を使用すること
が好ましく、さらに好ましくは５０〜６００デニールで
ある。補助糸は、繊度が大きいとクリンプが大きくな
り、また、繊度が小さいと製織や取扱いに際して切断し
易い。この補助糸は、並行する扁平な織糸を一体に保持
することを目的に使用され、炭素繊維やガラス繊維など
の無機繊維、ポリアラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエ
ステル繊維などの有機繊維が使用でき、種類に関しては
特に限定はない。

【００２５】ここで、織物の繊維密度とは、次式で定義
される値をいう。織物の繊維密度（ｇ／ｍ³）＝［織物目付（ｇ／
ｍ²）］／［織物厚さ（ｍｍ）］なお、織物目付（ｇ／ｍ²）および織物厚さ（ｍｍ）
は、それぞれＪＩＳＲ７６０２に準拠して測定した値
である。

【００２６】このような強化繊維織物からなる強化繊維
材が複数層積層され、樹脂が含浸されてＦＲＰに成形さ
れる。織物の積層構成としては特に限定されず、一方向
でも交差積層でもよい。

【００２７】強化繊維織物に使用する強化繊維糸が炭素
繊維糸の場合、使用する炭素繊維扁平糸の特性として、
引張弾性率が高く、引張強度（引張破断強度）が高いこ
とが好ましい。引張弾性率としては、２０×１０³ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上であることが好ましく、高引張弾性率と
することにより、成形されるＦＲＰも高弾性のものに構
成され、各種管体に用いて好適なものとなる。炭素繊維
糸の引張強度としては、４５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上であ
ることが好ましく、これによって、成形されるＦＲＰの
強度が確保される。上記において、引張弾性率はＪＩＳ
−Ｒ７６０１に準拠して測定されるものである。

【００２８】上述のような強化繊維織物からなる強化繊
維材が複数層積層され、該強化繊維材に樹脂が含浸さ
れ、ＦＲＰからなる各種管体あるいはその構成部材に成
形される。これら管体部材は、このＦＲＰ自身のみから
構成されてもよく、このＦＲＰを用いた構成、例えば、
該ＦＲＰが他の材料からなる部材に接合された構成、あ
るいは該ＦＲＰが芯材の両面に設けられたサンドイッチ
構造材等に構成されていてもよい。

【００２９】なお、本発明に係るＦＲＰ成形に使用する
マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの
熱硬化性樹脂は、織物に含浸された状態ではＢステージ
である。また、マトリクス樹脂として、ナイロン樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ビスマ
レイミド樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができ
る。

【００３０】本発明に係る管体においては、そのＦＲＰ
成形に用いられる強化繊維織物を特定の扁平糸織物とし
たので、軽量化は勿論のこと、表面平滑性に優れ、か
つ、機械的特性、とくに高強度、高弾性の部材を実現で
きる。したがって、このような優れた特性を有するＦＲ
Ｐは、各種の管体、例えば、パイプ、プロペラシャフ
ト、ローラー、釣竿、ゴルフクラブのシャフト等の管体
部材に適用できる。

【００３１】

【実施例】以下に、本発明に係る管体について、図面を
参照して各々具体的に説明する。図１は、本発明に係る
ＦＲＰからなるパイプ１を示している。該ＦＲＰ成形に
は、本発明に係る扁平糸織物が用いられている。このよ
うなＦＲＰ管体は、たとえばマンドレル上に扁平糸織物
を巻いてそれに樹脂を含浸させるか、あるいはプリプレ
グの状態にした後にマンドレルに巻き付け、しかる後に
硬化させることにより成形できる。このようなＦＲＰ管
体は各種産業分野における管体として使用可能であり、
軽量でありながら高強度、高弾性特性を示す。また、扁
平糸織物を用いているから、表面平滑性も良好である。

【００３２】図２は、プロペラシャフト２の一方の端部
側を示している。ヨーク３は金属製であるが、管体から
なるシャフト４は、本発明に係るＦＲＰで構成されてい
る。このようなプロペラシャフト２は、軽量化はもちろ
んのこと、そのシャフト４部分で高強度、高弾性特性を
発揮させることができる。

【００３３】図３は、ロール環６に本発明に係るＦＲＰ
を用いたローラーを示している。軸部材７は金属製であ
る。本発明に係るＦＲＰは良好な表面平滑性を有するの
で、比較的高精度の表面平滑性が要求される場合にあっ
ても、その要求特性に沿う表面形態とすることが可能と
なる。さらに、軽量化、高強度化をはかれるので、これ
ら特性が要求される各種産業分野のローラーに適用でき
る。

【００３４】図４は、本発明に係るＦＲＰを用いた釣竿
８を示している。釣竿８は、とくに軽量であることが要
求されるものであるから、管体９の厚みを薄くするとと
もに、織物目付を１００〜２００ｇ／ｍ²とすることが
好ましい。このような低目付としても、織物の織糸に扁
平糸を用いているので高いカバーファクターを確保で
き、軽量化を達成しながら所望の高強度、高弾性を達成
できる。また、表面平滑性も良好である。

【００３５】図５は、シャフト１１、ヘッド１２を備え
たゴルフクラブ１０を示している。このシャフト１１
が、本発明に係るＦＲＰを用いて構成されている。この
ようなＦＲＰ管体からなるシャフト１１とすることによ
り、軽量化を達成しつつ、所望の高強度、高弾性のシャ
フト１１を有するゴルフクラブを実現できる。また、表
面平滑性も良いので見栄えも良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の管体によ
るときは、特定の扁平糸織物を用いて成形したＦＲＰを
含む構成としたので、軽量化を達成しつつ、特に良好な
表面平滑性および高い機械的特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパイプの斜視図である。

【図２】本発明に係るプロペラシャフトの部分断面図で
ある。

【図３】本発明に係るローラーの断面図である。

【図４】本発明に係る釣竿の斜視図である。

【図５】本発明に係るゴルフクラブの正面図である。

【符号の説明】

１パイプ２プロペラシャフト３ヨーク４シャフト５ローラー６ロール環７軸体８釣竿９管体１０ゴルフクラブ１１シャフト１２ヘッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数層の強化繊維材に樹脂が含浸されて
なる繊維強化プラスチックを含む管体において、少なく
とも１層の強化繊維材が、単糸の糸幅が３〜１６ｍｍ、
糸幅／厚み比が２０以上の扁平な強化繊維糸をたて糸と
よこ糸の少なくとも一方とする強化繊維織物であって、
前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は織物の状態で繊
維が並行している扁平糸織物からなることを特徴とする
管体。
【請求項２】前記強化繊維織物のカバーファクターが
９５〜１００％である、請求項１の管体。
【請求項３】前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は
前記扁平な強化繊維糸が複数積層されてなる、請求項１
または２の管体。
【請求項４】前記強化繊維糸が炭素繊維糸からなる、
請求項１ないし３のいずれかに記載の管体。
【請求項５】前記炭素繊維糸の引張弾性率が２０×１
０³ｋｇｆ／ｍｍ²以上である、請求項４の管体。
【請求項６】前記炭素繊維糸の引張強度が４５０ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上である、請求項４または５の管体。
【請求項７】織物目付が１００〜６００ｇ／ｍ²であ
る、請求項４ないし６のいずれかに記載の管体。
【請求項８】プロペラシャフトである、請求項１ない
し７のいずれかに記載の管体。
【請求項９】ローラーである、請求項１ないし７のい
ずれかに記載の管体。
【請求項１０】釣竿である、請求項１ないし７のいず
れかに記載の管体。
【請求項１１】強化繊維糸が炭素繊維糸であり、織物
目付が１００〜２００ｇ／ｍ²である、請求項１０の管
体。
【請求項１２】ゴルフクラブのシャフトである、請求
項１ないし７のいずれかに記載の管体。