JPH10156980A - 繊維強化プラスチック製管状体およびプリプレグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管状体直径方向の押し潰し強さに優れたＦＲＰ
製管状体を提供する。また、かかる管状体を成形するに
あたり好適に用いることのできるプリプレグを提供す
る。 【解決手段】軸方向材［Ａ層］と、その外側に周方向材
［Ｂ層］が配され、更にその外側に、他の周方向材［Ｃ
層］を有するＦＲＰ製管状体において、Ｂ層およびＣ層
が特定の繊維方向圧縮強度を有するか、Ｂ層およびＣ層
を構成する補強繊維を特定の引張弾性率を有する炭素繊
維とするＦＲＰ製管状体、および、繊維方向圧縮強度が
異なるか、または、用いる補強繊維の引張弾性率が異な
る、少なくとも２種類の一方向プリプレグシートを、特
定の位置関係で張り合わせたプリプレグ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、軽量でかつ管状
体の潰し強さに対する能力の高い繊維強化プラスチック
製管状体に関し、さらに詳しくは、例えば、航空機、自
動車、自転車等、ポンプや刈払い機などの産業機械等に
おける各種フレーム、パイプ、シャフトとして、また、
各種スポーツ／レジャー用品として好適なシャフト、ポ
ール、支柱等として用いられる繊維強化製管状体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと
略記）製の管状体、例えば自転車等のフレームやトラス
材等のような管状体に、軽量、高強度、高弾性率の利点
有するＦＲＰ製管状体が使用される。

【０００３】この様な管状体において、引張、圧縮、剪
断、曲げ等の力学的特性である強度、弾性率が重要な要
因となる。一般的にＦＲＰ製管状体における軸方向の引
張、圧縮、曲げ等の特性は、補強繊維が管状体軸方向に
対し０゜〜±１０゜の角度に配向したＦＲＰ層、いわゆ
る軸方向材に大きく依存する。しかし、そのように管状
体軸方向にのみ補強繊維を配している場合、圧縮や曲げ
といった特性は、非繊維方向の破壊や座屈破壊が生じて
充分な強度を得られない、そのため、管状体の補強繊維
層は、Ａ層に加えて、補強繊維が軸方向に対して±４５
゜〜９０゜の角度に配向したＦＲＰ層（以下、周方向材
と略記）から成っていることが多い。

【０００４】しかしながら、管状体の力学的特性につい
ては、管状体軸方向が主体的である引張、圧縮、曲げを
重要視しており、材料も軸方向材の座屈や非繊維方向破
壊を防ぐために必要最低限の周方向材を用いていたり、
軸方向材よりも内側に周方向材を用いているだけで、管
状体の径方向への影響については触れられていない。一
方、管状体の実際の使用に際しては、管状体の径方向の
押し潰し強さの向上は重要である。ところが、管状体径
方向の押しつぶし力に対し、比較的容易に管状体断面が
変形、あるいは破壊することで、管状体が当初持ってい
た管状体軸方向の引張、圧縮、曲げ等の能力よりも低い
力しか発現しないことが起こりうる。

【０００５】また、管状体の径方向の力により破壊に至
らなくとも、管状体の断面変形により、非繊維方向にク
ラックが入ったり、管状体を構成するＦＲＰ層間に剥離
が生じることなどにより、管状体が本来持つ能力より低
い圧縮や曲げ等の力で破壊してしまう。

【０００６】例えば、特開平５−３０４８６０号公報や
特開平７−４０４８８号公報では、管状体の曲げ強度と
曲げ弾性率を意識するあまり、管状体軸方向層について
記されているだけにとどまっている。このような管状体
に対し、押し潰し力が加わった後に曲げ力が加わった
り、曲げ力と押し潰し力が同時に作用すれば、管状体の
本来もっている力を発現しにくくなる可能性がある。つ
まり、従来のＦＲＰ製の管状体は、そのような管状体の
径方向に対する押し潰し強さに関しては充分な注意が払
われていなかった。そのため、管状体の側面から何らか
の力が加わった時など、管状体が潰れてしまったり、ま
たは、その部分に欠陥が生じて、他の力が加わった時に
容易に破壊してしまい、所望の強さを発揮しない等の障
害が生じる可能性がある。

【０００７】上述の様な状況は、実情では十分起こりえ
ることが予想され、仮にそのような状況に陥った場合、
トラス材等の産業分野では大事故になる可能性が高い。
特にＦＲＰの持つ特性を活かした軽量の管状体において
は、軽量化のため管状体の肉厚を薄くするため、押し潰
し強さが低下する。

【０００８】そこで本発明は、管状体の径方向の破壊、
もしくは変形を比較的高いレベルまで抑えることで、管
状体が持つ、圧縮や曲げなどの力学的特性を本来の能力
まで発現させることが可能とした。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来のＦＲＰ製管状体の上述した問題点を解決し、管状体
直径方向の押し潰し強さに優れたＦＲＰ製管状体を提供
するにある。またそのような管状体を成形するにあたり
好適に用いることのできるプリプレグを提供する事にあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のＦＲＰ製管状体は次のいずれかの構成を有
する。すなわち、補強繊維が軸方向に対して０゜〜±１
０゜の角度に配向した繊維強化プラスチック層［Ａ層］
と、その外側に、補強繊維が軸方向に対して±４５゜〜
９０゜の角度に配向したＦＲＰ層［Ｂ層］が配されてな
る管状体であって、前記Ｂ層の更に外側に、補強繊維が
軸方向に対して±４５゜〜９０゜の角度に配向した繊維
強化プラスチック層［Ｃ層］を有し、Ｃ層を構成する補
強繊維は圧縮強度が１０００ＭＰａ以上であり、Ｂ層を
構成する補強繊維の圧縮強度より１００ＭＰａ以上大き
いことを特徴とするＦＲＰ製管状体、または、補強繊維
が軸方向に対して０゜〜±１０゜の角度に配向した繊維
強化プラスチック層［Ａ層］と、その外側に、補強繊維
が軸方向に対して±４５゜〜９０゜の角度に配向したＦ
ＲＰ層［Ｂ層］が配されてなる管状体であって、前記Ｂ
層の更に外側に、補強繊維が軸方向に対して±４５゜〜
９０゜の角度に配向したＦＲＰ層［Ｃ層］を有し、Ｂ層
を構成する補強繊維は引張弾性率が３５０〜６５０ＧＰ
ａであるポリアクリロニトリル系炭素繊維であり、Ｃ層
を構成する補強繊維は、引張弾性率が５０〜４００ＧＰ
ａであって、Ｂ層を構成する補強繊維の引張弾性率より
５０ＧＰａ以上小さいポリアクリロニトリル系炭素繊維
であることを特徴とするＦＲＰ製管状体である。

【００１１】この様な管状体を作製するに好適な本発明
のプリプレグは、次のいずれかの構成を有する。すなわ
ち、圧縮強度の異なる少なくとも２種類の、補強繊維が
一方向に引き揃えたプリプレグシートを、互いの補強繊
維が同方向もしくは、０〜±４５°に張り合わせている
ことを特徴とするプリプレグ、または、引張弾性率の異
なる少なくとも２種類の、補強繊維が一方向に引き揃え
たプリプレグシートを、互いの補強繊維が同方向もしく
は、０〜±４５°になっていることを特徴とするプリプ
レグである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態とともに、本発明について詳細に説明する。本発明
において、ＦＲＰ層は、補強繊維とマトリックス樹脂か
らなる。補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ア
ラミド繊維などを例示できるが、成形品となした場合
に、特に優れた機械的特性を示すポリアクリロニトリル
系（以下、ＰＡＮ系と略記する）やピッチ系などの炭素
繊維、特にＰＡＮ系の炭素繊維を用いることが好まし
い。なお、これらの補強繊維は、異なる種類のものを併
用することができる。また、同じ種類のものであって
も、特性の異なるものを併用することができる。

【００１３】また、マトリックス樹脂としては、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、その他の熱硬化性樹
脂を使用することができる。なかでも、耐熱性、耐水
性、接着性に優れたエポキシ樹脂を用いることが好まし
い。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹
脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジル
アミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ウレタン
変性エポキシ樹脂、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂などを使用することができる。これらのエポキシ
樹脂は、単独または２種類以上を併用して使用すること
ができ、さらには液状のものから固体状のものまで使用
することができる。通常、エポキシ樹脂には硬化剤を加
えて用いられる。

【００１４】本発明の管状体は、補強繊維が管状体軸方
向に対し０゜〜±１０゜の角度に配向したＦＲＰ層（Ａ
層）、すなわち軸方向材を有するとともに、管状体の径
方向の押しつぶし強さを向上させるために、Ａ層の外側
に周方向材を配する。これは、管状体の軸方向材が管状
体の引張、圧縮、曲げ等の主要因であるため、管状体の
径方向の押し潰しによる断面変形により軸方向材の非繊
維方向の破壊や各層間の剥離を抑えるのに軸方向材より
外側の方が効果が高く、直接、管状体軸方向材に傷を生
じることを防ぐ。つまり、管状体の引張や圧縮、曲げ等
の特性を決める軸方向材の欠損が生じるのを十分に防ぐ
ことができる。周方向材は、補強繊維が管状体軸方向に
対し±４５゜〜９０゜、好ましくは、±６０゜〜９０
゜、より好ましくは±８０゜〜９０゜の角度に配向して
いるので、管状体の径方向の押し潰しによる断面変形を
防ぐことができる。これより軸方向に近い角度に補強繊
維が配向した層をＡ層の外側に配しても、管状体の径方
向の押し潰し反力が小さくなるばかりでなく、Ａ層が非
繊維方向に破壊しやすくなったり、Ａ層とその外側の層
との間で剥離してしまう。周方向材は、管状体肉厚中心
より外側に配され、その層のなかの内側の層と外側の層
の補強繊維がほぼ同方向に向いており、管状体軸方向に
対して±８５゜〜９０゜の範囲の角度に配列されている
ことが最も本発明の効果を発揮する。

【００１５】一般に管状体が径方向に力を受け、径方向
を押しつぶす力が加わった場合には、管状体全体、もし
くはその部分を開く（曲率を小さくする）ことになり、
管状体の外側から曲げモーメントが働き、管状体の外側
で径方向に圧縮力が加わるため、管状体肉厚中心よりも
外側にある周方向材の方が、それより内側よりも管状体
径方向の押しつぶし強さに大きく影響する。さらに、管
状体の肉厚中心より外側にある層だけに注目しても、外
層に近い層ほど大きな圧縮力を受ける。

【００１６】したがって、本発明では、Ａ層より外側の
周方向材を、少なくとも２層の層構成とし、これら周方
向材のうち外側のＦＲＰ層（Ｃ層）の繊維方向圧縮強度
が１０００ＭＰａ以上、好ましくは１１００ＭＰａ以
上、より好ましくは１２００ＭＰａ以上であり、かつ、
Ｃ層の繊維方向圧縮強度が内側のＦＲＰ層（Ｂ層）のそ
れより１００ＭＰａ以上、好ましくは１５０ＭＰａ以
上、より好ましくは２００ＭＰａ以上大きいものを配す
る。ＦＲＰは、軽いことが大きな特徴であり、これを用
いた製品は軽量化による効果を重要視している場合が多
いため、管状体の重さは重要な要素である。その様なこ
とから、本発明においても、管状体の径方向の押しつぶ
し強さが若干向上しても、管状体重量が増加しすぎない
ようにすることが、つまり、管状体の重量当たりの径方
向押しつぶし強さが低下しないことが重要である。Ｃ層
の繊維方向圧縮強度がＢ層のそれより１００ＭＰａ以上
大きくないと、管状体径方向の押しつぶし強さの向上は
微小となり、管状体重量当たりの押しつぶし強さは低下
する事になる。また、Ｃ層の繊維方向圧縮強度が１００
０ＭＰａ未満の場合には、充分な押しつぶし強さを得る
ためには、Ｃ層の厚みを大きくする必要が生じ、管状体
重量が著しく増加して、管状体重量当たりの押しつぶし
強さが低下する。

【００１７】このようなＢ層とＣ層の繊維方向圧縮強度
の上記した関係を得やすい好適な補強繊維はＰＡＮ系炭
素繊維である。具体的には、Ｂ層は、それを構成する補
強繊維として、引張弾性率３５０〜６５０ＧＰａ、好ま
しくは３５０〜６００ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維を用
い、Ｃ層は、それを構成する補強繊維として、引張弾性
率５０〜４００ＧＰａ、好ましくは１００〜４００ＧＰ
ａ、より好ましくは１５０〜４００ＧＰａであり、か
つ、Ｂ層を構成する補強繊維の引張弾性率より５０ＧＰ
ａ以上大きいＰＡＮ系炭素繊維を用いる。特に、Ｂ層お
よびＣ層が、前記範囲の繊維方向圧縮強度と、特定の引
張弾性率とを兼ね備えることにより、径方向の押し潰し
に対する管状体の断面変形が抑制され、押し潰し力に対
して壊れにくくなる。Ｂ層に用いる補強繊維の引張弾性
率が小さすぎると、管状体の断面変形をある程度抑える
のに肉厚を厚くせざるを得なくなり、管状体の重量増に
つながるし、大きすぎると、Ｂ層の繊維方向圧縮強度が
低くなりすぎ、外側の層が押し潰し力を支えても、内側
の層が壊れてしまう。また、Ｂ層として引張弾性率の高
い補強繊維を用いることで圧縮や曲げ強さも向上する。
一方、Ｃ層に用いる補強繊維の引張弾性率が大きすぎる
と、Ｃ層の繊維方向圧縮強度が低下して、押し潰し力が
充分に発現しないし、小さすぎても、Ｃ層の繊維方向圧
縮強度は低下して同様の結果になる。

【００１８】また、Ｂ層、Ｃ層にＰＡＮ系炭素繊維を用
いる場合、Ｃ層に用いる炭素繊維は、その結晶サイズを
１．５〜２．５ｎｍのものとし、Ｂ層に用いる炭素繊維
は、その結晶サイズが３〜６．５ｎｍのものとすること
により、前記引張弾性率と前記繊維方向圧縮強度とをと
もに満たせることが多い。

【００１９】一般的に、管状体の径方向に力が掛かった
場合、管状体内径が大きい方が潰れやすくなる。また、
内径の大きい管状体の場合、管状体の一部分に局部的な
力が働くため、管状体の曲げ、圧縮強さに大きな影響を
与えやすい。かかる観点から、本発明において、管状体
の内径（管状体の内直径）は３０ｍｍ以上、好ましくは
４０ｍｍ以上、より好ましくは５０ｍｍ以上であれば本
発明の効果がより顕著に発現される。

【００２０】また、本発明において、Ｂ層およびＣ層
は、管状体肉厚中心より外側に配置されるのがよく、ま
た、Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
が、０．４〜１．５、好ましくは０．４〜１．２の範囲
にあるのが本発明の効果を発揮しやすい。ｔｏ／ｔｉが
小さすぎると、Ｃ層が少なくなりすぎるため、管状体に
押しつぶし力が働いた時、その力を十分支えきれない。
また、逆にｔｏ／ｔｉが大きすぎると、Ｃ層が厚くなり
すぎて、製品の重量が増加し、上述したように繊維強化
プラスチック製品としての特徴が十分に発揮しにくくな
る。

【００２１】本発明において、ＦＲＰ層の補強繊維の含
有率は、管状体の力学的物性をより高いものとするた
め、４０体積％〜８０体積％の範囲にするのがよい。

【００２２】以上のような管状体を簡便に、かつ高効率
で成形するためには、以下述べるような貼り合わせプリ
プレグを用いるのがよい。

【００２３】すなわち、繊維方向圧縮強度が異なる少な
くとも２種類の、補強繊維が一方向に引き揃えたプリプ
レグシートを、互いの補強繊維が同方向もしくは、０〜
±４５°になるよう配するか、引張弾性率の異なる少な
くとも２種類の、補強繊維が一方向に引き揃えたプリプ
レグシートを、互いの補強繊維が同方向もしくは、０〜
±４５°になるよう配してなる貼り合わせプリプレグを
用いる。ここで、繊維方向圧縮強度が高いほうのプリプ
レグシートや、引張弾性率の低いほうの補強繊維を用い
たプリプレグシートは、管状体に成形後、前記Ｃ層とな
るものであり、また、繊維方向圧縮強度が低いほうのプ
リプレグシートや、引張弾性率の高いほうの補強繊維を
用いたプリプレグシートは、管状体に成形後、前記Ｂ層
となるものである。

【００２４】本発明の管状体を製造するに際しては、ま
ず、補強繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグシー
トを、その補強繊維が軸方向になるように、管状体内径
と同じ外径のマンドレルに巻き付けた後、前記した貼り
合わせプリプレグを、繊維方向圧縮強度の高いほうのプ
リプレグシートが管状体の外側になるか、引張弾性率の
低いほうの補強繊維を用いたプリプレグシートが管状体
の外側になるように、かつ、それら補強繊維が軸方向に
対して前記範囲となるように巻き付け、必要に応じて、
ラッピングテープなどで加圧し、加熱成形して管状体を
得る。

【００２５】また、貼り合わせプリプレグとしては、上
記のものに、管状体に成形後、Ａ層となるべき、補強繊
維が一方向に引き揃えられたプリプレグシートを、Ｂ層
となるべきプリプレグシートの側に、Ａ層となるべきプ
リプレグシートとＢ層となるべきプリプレグシートを構
成するそれぞれの補強繊維が±４５°〜９０°で配向す
るよう配したものを用いれば、それをＡ層となるべきプ
リプレグシートの補強繊維が軸方向になるようにマンド
レルに巻き付けるだけで、本発明の管状体を得ることが
でき、軸方向に配向させるプリプレグシートを巻き付け
る手間が省けて更に好ましい。

【００２６】本発明の管状体を作製するに際して、上記
したような貼り合わせプリプレグを用いることで、成形
における不備、巻き難さ、巻き付け時の空気の抱き込
み、プリプレグシートの補強繊維方向が所望の配向角か
らずれてしまうなどによる人為的欠陥が減少し、成形時
間が短縮され効率的に成形ができるなど、管状体の成形
における作業性が著しく改善できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明する。

【００２８】本発明において、ＦＲＰの繊維方向圧縮強
度、炭素繊維の引張強度・引張弾性率、管状体の４点曲
げ強さ、押し潰し強さ、押し潰し負荷後４点曲げ強さ
は、次の試験方法により測定する。

【００２９】（ＦＲＰの繊維方向圧縮強度）ＪＩＳ Ｋ
７０７６に従うコンポジット圧縮強度である。

【００３０】（炭素繊維の引張強度、引張弾性率）ＪＩ
Ｓ Ｒ ７６０１に従って測定されるストランド引張強
度、引張弾性率である。

【００３１】（結晶サイズ）Ｘ線源として、Ｎｉフィル
ターで単色化されたＣｕのＫａ線を用い、２θ=２６．
０°付近に観察される画指数（００２）のピークを赤道
方向にスキャンして得られたピークからその半価幅を求
め、次式により結晶サイズ（Ｌｃ）を算出した。

【００３２】Ｌｃ=λ／（β₀ｃｏｓθ） β₀ ²=β_e ²−β_l ² 但し、λ：Ｘ線の波長、θ：回折角、β₀：真の半価
幅、β_e：みかけの半価幅、β_l：装置定数。

【００３３】（管状体の４点曲げ強さ）管状体を、下ス
パン長さ７５０mm、上スパン長さ２００mm、負荷速度１
０mm/minの条件で４点曲げ試験したときの荷重を管状体
の４点曲げ強さとした。

【００３４】（管状体の押し潰し強さ）長さ１５mmの管
状体試験片を、管状体径方向に全体を均一に圧縮試験し
たときの荷重を、管状体の押し潰し強さとした。

【００３５】（押し潰し負荷後４点曲げ強さ）平面板上
で管状体長さ方向の真ん中を圧子径１０ｍｍで１００Ｎ
の力を加えた後、その部分が上スパンの真ん中になるよ
うに、下スパン長さ７５０mm、上スパン長さ２００mm、
負荷速度１０mm/minで４点曲げ試験したときの荷重を、
押し潰し負荷後４点曲げ強さとした。

【００３６】本実施例においては、次に示すプリプレグ
を製作し用いた。

【００３７】プリプレグＡ：東レ（株）製ＰＡＮ系炭素
繊維Ａ（引張強さ：３８２０ＭＰａ、引張弾性率：５８
５ＧＰａ、結晶サイズ：６．２ｎｍ）を互いに並行かつ
シート状に引き揃えたものにエポキシ樹脂を含浸してな
る一方向プリプレグ。マトリックス樹脂含有率は２４重
量％であった。このプリプレグの厚みは約１３６μｍで
あった。

【００３８】プリプレグＢ：東レ（株）製ＰＡＮ系炭素
繊維Ｂ（引張強さ：３５３０ＭＰａ、引張弾性率：２３
０ＧＰａ、結晶サイズ：１．８ｎｍ）を互いに並行かつ
シート状に引き揃えたものにエポキシ樹脂を含浸してな
る一方向プリプレグ。マトリックス樹脂含有率は４３重
量％であった。このプリプレグの厚みは約２４μｍであ
った。

【００３９】プリプレグＣ：東レ（株）製ＰＡＮ系炭素
繊維Ｃ（引張強さ：４４１０ＭＰａ、引張弾性率：３７
５ＧＰａ、結晶サイズ：３．２ｎｍ）を互いに並行かつ
シート状に引き揃えたものにエポキシ樹脂を含浸してな
る一方向プリプレグ。マトリックス樹脂含有率は４０重
量％であった。このプリプレグの厚みは約２４μｍであ
った。

【００４０】プリプレグＤ：東レ（株）製ＰＡＮ系炭素
繊維Ｃ（引張強さ：４４１０ＭＰａ、引張弾性率：３７
５ＧＰａ、結晶サイズ：３．２ｎｍ）を互いに並行かつ
シート状に引き揃えたものにエポキシ樹脂を含浸してな
る一方向プリプレグ。マトリックス樹脂含有率は４３重
量％であった。このプリプレグの厚みは約３３μｍであ
った。

【００４１】プリプレグＥ：東レ（株）製ＰＡＮ系炭素
繊維Ｂ（引張強さ：３５３０ＭＰａ、引張弾性率：２３
０ＧＰａ、結晶サイズ：１．８ｎｍ）を互いに並行かつ
シート状に引き揃えたものにエポキシ樹脂を含浸してな
る一方向プリプレグ。マトリックス樹脂含有率は５０重
量％であった。このプリプレグの厚みは約１４μｍであ
った。

【００４２】貼り合わせプリプレグＦ：上記プリプレグ
ＡとプリプレグＣとを互いの繊維方向がほぼ直角になる
ように貼り合わせたプリプレグ。

【００４３】貼り合わせプリプレグＧ：上記プリプレグ
ＣとプリプレグＢとを互いの繊維方向がほぼ並行になる
ように貼り合わせ、さらにプリプレグＡをプリプレグＣ
側に、プリプレグＣの繊維方向とプリプレグＡの繊維方
向が互いにほぼ直角になるように貼り合わせたプリプレ
グ。

【００４４】貼り合わせプリプレグＨ：上記プリプレグ
ＣとプリプレグＤとを互いの繊維方向がほぼ並行になる
ように貼り合わせ、さらにプリプレグＡをプリプレグＣ
側に、プリプレグＣの繊維方向とプリプレグＡの繊維方
向が互いにほぼ直角になるように貼り合わせたプリプレ
グ。

【００４５】貼り合わせプリプレグＩ：上記プリプレグ
Ｂを２枚を互いの繊維方向がほぼ並行になるように張り
合わせ、それにプリプレグＣを互いの繊維方向がほぼ並
行になるように貼り合わせ、さらにプリプレグＡをプリ
プレグＣ側に、プリプレグＣの繊維方向とプリプレグＡ
の繊維方向が互いにほぼ直角になるように貼り合わせた
プリプレグ。

【００４６】貼り合わせプリプレグＪ：上記プリプレグ
Ｂを２枚を互いの繊維方向がほぼ６０度異なるように張
り合わせ、それにプリプレグＣを２枚のプリプレグＢの
繊維方向両者からほぼ３０度ずつの角度をもつ様な位置
に繊維方向がなるように貼り合わせ、さらにプリプレグ
ＡをプリプレグＣ側に、プリプレグＣの繊維方向とプリ
プレグＡの繊維方向が互いにほぼ直角になるように貼り
合わせたプリプレグ。

【００４７】貼り合わせプリプレグＫ：上記プリプレグ
Ｂを２枚を互いの繊維方向がほぼ６０度異なるように張
り合わせ、それにプリプレグＣを２枚のプリプレグＢの
繊維方向両者からほぼ６０度ずつの角度をもつ様な位置
に繊維方向がなるように貼り合わせ、さらにプリプレグ
ＡをプリプレグＣ側に、プリプレグＣの繊維方向とプリ
プレグＡの繊維方向が互いにほぼ直角になるように貼り
合わせたプリプレグ。

【００４８】貼り合わせプリプレグＬ：上記プリプレグ
Ｄを２枚を互いの繊維方向がほぼ並行になるように張り
合わせ、それにプリプレグＥを互いの繊維方向がほぼ並
行になるように貼り合わせ、さらにプリプレグＡをプリ
プレグＤ側に、プリプレグＤの繊維方向とプリプレグＡ
の繊維方向が互いにほぼ直角になるように貼り合わせた
貼り合わせプリプレグ。

【００４９】プリプレグＭ： 上記プリプレグＤを２枚
を互いの繊維方向がほぼ並行になるように張り合わせ、
それにプリプレグＢを互いの繊維方向がほぼ並行になる
ように貼り合わせ、さらにプリプレグＡをプリプレグＤ
側に、プリプレグＤの繊維方向とプリプレグＡの繊維方
向が互いにほぼ直角になるように貼り合わせたプリプレ
グ。

【００５０】貼り合わせプリプレグＮ：上記プリプレグ
Ｄを２枚を互いの繊維方向がほぼ並行になるように張り
合わせ、それにプリプレグＢを３枚を互いの繊維方向が
ほぼ並行になるように貼り合わせ、さらにプリプレグＡ
をプリプレグＤ側に、プリプレグＤの繊維方向とプリプ
レグＡの繊維方向が互いにほぼ直角になるように貼り合
わせたプリプレグ。

【００５１】貼り合わせプリプレグ０：上記プリプレグ
Ｄを２枚を互いの繊維方向がほぼ並行になるように張り
合わせ、それにプリプレグＢを４枚を互いの繊維方向が
ほぼ並行になるように貼り合わせ、さらにプリプレグＡ
をプリプレグＤ側に、プリプレグＤの繊維方向とプリプ
レグＡの繊維方向が互いにほぼ直角になるように貼り合
わせたプリプレグ。

【００５２】ここで、プリプレグＢ、Ｃ、 Ｄ、Ｅをそ
れぞれ用い、厚さ約１ｍｍの板を成形し、 繊維方向圧
縮強度を測定した結果、プリプレグＢによるものは１２
００ＭＰａ、プリプレグＣによるものは１１００ＭＰ
ａ、プリプレグＤによるものは９８０ＭＰａ、プリプレ
グＥによるものは１１４０ＭＰａであった。

【００５３】（実施例１）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＧを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．７２mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、１．０であった。この管状体の特性を表１に示す。

【００５４】（比較例１）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＦを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．６７mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。この管状体の特性を表１に示す。

【００５５】（比較例２）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＨを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．７２mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、１．３８であった。この管状体の特性を表１に示
す。

【００５６】（実施例２）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＩを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．７７mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、２．０であった。この管状体の特性を表１に示す。

【００５７】（実施例３）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＪを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．７７mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、２．０であった。この管状体の特性を表１に示す。

【００５８】（比較例３）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＫを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．７７mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、２．０であった。この管状体の特性を表１に示す。

【００５９】（比較例４）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＣを炭素繊維方向がマン
ドレル周方向になるように巻き付け、次にプリプレグＡ
を炭素繊維方向がマンドレルの軸方向になるように２周
巻き付け、次にプリプレグＣを炭素繊維方向がマンドレ
ル周方向になるように巻き付け、次にプリプレグＢを炭
素繊維方向がマンドレル周方向になるように巻き付け、
さらにラッピングテープを巻き付け、１３０℃で１２０
分間加熱して成形し、内径２４mm、外径２４．７２mm、
長さ８５０mmの（実施例１）と同じ構成の管状体を得
た。この管状体を成形するに、プリプレグをマンドレル
に巻き付ける作業に（実施例１）に比べ約倍の時間を費
やし、作業が難しく、作業性が著しく低下した。Ｃ層の
厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉは、１．０で
あった。この管状体の特性を表１に示す。

【００６０】（実施例４）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＬを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．６８mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、０．２１であった。この管状体の特性を表１に示
す。

【００６１】（実施例５）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＭを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．８０mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、０．３６であった。この管状体の特性を表１に示
す。

【００６２】（実施例６）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＮを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．８５mm、長さｔ８５０mmの管状体
を得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔ
ｉは、１．０９であった。この管状体の特性を表１に示
す。

【００６３】（実施例７）外径２４mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグOを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径２４．８９mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、１．４５であった。この管状体の特性を表１に示
す。

【００６４】（実施例８）外径４０mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＧを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径４０．７２mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ／ｔｉ
は、１．０であった。この管状体の特性を表１に示す。

【００６５】（比較例５）外径４０mm、長さ８５０mmの
マンドレルに、上記プリプレグＦを、プリプレグＣ側が
内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向がマンドレルの軸
方向になるように巻き付け、次に上記プリプレグＦを、
プリプレグＡが内側に、プリプレグＡの炭素繊維方向が
軸方向になるように巻き付け、さらにラッピングテープ
を巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内
径２４mm、外径４０．６７mm、長さ８５０mmの管状体を
得た。この管状体の特性を表１に示す。

【００６６】

【表１】

【００６７】

【発明の効果】この発明の管状体は、上記した構成を採
用したことにより、管状体径方向に変形しにくく、か
つ、充分な強さを保つことで、管状体の引張、圧縮、曲
げなどの能力を充分発現することになる。このような管
状体により、航空機、自動車、自転車等における各種フ
レーム、パイプあるいはシャフトなどの高性能化もしく
は軽量化ができる。また、このような管状体を成形する
に適したプリプレグを使用することで、成形性が容易に
なり、かつ、成形者による人為的バラツキを少なくする
ことが可能となる。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補強繊維が軸方向に対して０゜〜±１０゜
   の角度に配向した繊維強化プラスチック層［Ａ層］と、
   その外側に、補強繊維が軸方向に対して±４５゜〜９０
   ゜の角度に配向した繊維強化プラスチック層［Ｂ層］が
   配されてなる管状体であって、前記Ｂ層の更に外側に、
   補強繊維が軸方向に対して±４５゜〜９０゜の角度に配
   向した繊維強化プラスチック層［Ｃ層］を有し、Ｃ層の
   繊維方向圧縮強度が１０００ＭＰａ以上であり、Ｂ層の
   繊維方向圧縮強度より１００ＭＰａ以上大きいことを特
   徴とする繊維強化プラスチック製管状体。
2. 【請求項２】補強繊維が軸方向に対して０゜〜±１０゜
   の角度に配向した繊維強化プラスチック層［Ａ層］と、
   その外側に、補強繊維が軸方向に対して±４５゜〜９０
   ゜の角度に配向した繊維強化プラスチック層［Ｂ層］が
   配されてなる管状体であって、前記Ｂ層の更に外側に、
   補強繊維が軸方向に対して±４５゜〜９０゜の角度に配
   向した繊維強化プラスチック層［Ｃ層］を有し、Ｂ層を
   構成する補強繊維は引張弾性率が３５０〜６５０ＧＰａ
   であるポリアクリロニトリル系炭素繊維であり、Ｃ層を
   構成する補強繊維は、引張弾性率が５０〜４００ＧＰａ
   であって、Ｂ層を構成する補強繊維の引張弾性率より５
   ０ＧＰａ以上小さいポリアクリロニトリル系炭素繊維で
   あることを特徴とする繊維強化プラスチック製管状体。
3. 【請求項３】Ｂ層を構成する補強繊維の結晶サイズが３
   〜６．５ｎｍであって、Ｃ層を構成する補強繊維の結晶
   サイズが１．５〜２．５ｎｍであることを特徴とする請
   求項２に記載の繊維強化プラスチック製管状体。
4. 【請求項４】Ｂ層は管状体肉厚中心より外側に配されて
   おり、かつ、Ｂ層を構成する補強繊維は軸方向に対して
   ±８０゜〜９０゜の角度に配向していることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチッ
   ク製管状体。
5. 【請求項５】Ｃ層を構成する補強繊維は軸方向に対して
   ±８０゜〜９０゜の角度に配向していることを特徴とす
   る請求項４に記載の繊維強化プラスチック製管状体。
6. 【請求項６】管状体の内径が３０ｍｍ以上であることを
   特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の繊維強化プラ
   スチック製管状体。
7. 【請求項７】Ｃ層の厚みｔｏとＢ層の厚みｔｉの比ｔｏ
   ／ｔｉが、０．４〜１．５である請求項１〜６のいずれ
   かに記載の繊維強化プラスチック製管状体。
8. 【請求項８】繊維方向圧縮強度が異なる少なくとも２種
   類の、補強繊維が一方向に引き揃えたプリプレグシート
   を、互いの補強繊維が同方向もしくは、０〜±４５°に
   なるよう配してなる貼り合わせプリプレグ。
9. 【請求項９】引張弾性率の異なる少なくとも２種類の、
   補強繊維が一方向に引き揃えたプリプレグシートを、互
   いの補強繊維が同方向もしくは、０〜±４５°になるよ
   う配してなる貼り合わせプリプレグ。