JPH10337812A - 繊維強化プラスチック成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マトリクス樹脂がエポキシ樹脂からなる繊維
強化プラスチック成形品であって、強度及び振動減衰性
のいずれにも優れた繊維強化プラスチック成形品を提供
する 【解決手段】 強化繊維にエポキシ樹脂を含浸したプリ
プレグシートの片面にアイオノマーフィルムを貼り付け
てなる複合シートを４枚（２３Ａ〜２３Ｄ）作成し、こ
れらをマンドレル２１に被せた６６ナイロンチューブ２
２上に順次に巻き付けて積層し、マンドレル２１を引き
抜いて、中空パイプ状のレイアップ２４とし、このレイ
アップ２４を金型により加熱圧成形して断面円形パイプ
の成型品とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラケットフレー
ム、ゴルフクラブシャフト、釣竿ロッド等のスポーツ用
品や、ロボットアーム等の産業用品等に使用される繊維
強化プラスチック成形品に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種スポーツ用品、産業用品として使用
されている繊維強化プラスチック成形品には、軽量であ
ること、高強度を有すること、及び、高い振動減衰性を
有すること等の性能が要求される。

【０００３】強度（曲げ強度及び衝撃強度等）は成形品
の耐久性に影響し、強度が高いと成形品の耐久性が向上
する。一方、振動減衰性は、成形品がテニスラケットで
ある場合、打球感や打球時に人体に加わる衝撃に大きく
影響し、振動減衰性が優れていると、打球感がマイルド
になると共に、テニスエルボーといった人体への損傷を
抑制することができる。また、成形品がロボットアーム
である場合は、振動減衰性が優れていると、ロボットの
動きの静止にかかる時間を短縮でき、作業効率を短縮す
ることができる。

【０００４】エポキシ樹脂をマトリクス樹脂に用いた繊
維強化プラスチック成形品においても、従来からその強
度や制振性（振動減衰性）を向上させるために、マトリ
クス樹脂の改質について多くの提案がなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】例えば、長脂肪族基や
ゴム状性質をもつ硬化剤の使用、エラストマー的性質を
持つ化合物の添加、アスファルト物質、グリコール類等
の可塑剤の添加、エポキシ化合物へのゴム弾性を示す分
子基の導入等により強靭化を図る試みがある〈越智 光
一，『高分子』 ３８（３），２００（１９８９）、堀
内 伸，『機能材料』 １５（７）２２（１９９
５）〉。また、強靭化をはかる為に、フェノール性水酸
基含有アラミド−ポリブタジエン−アクリロニトリルブ
ロック共重合体、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機または
有機繊維からなる繊維強化複合エポキシ樹脂組成物が提
案されている（特開平４−３２８１１６号公報）。しか
しながら、これらの提案による成形品は、強度・剛性は
かなり優れているものの振動減衰性については好ましい
結果が得られていない。

【０００６】一方、特開平６−１５５４６４号公報に
は、振動減衰性を向上させるために、ブチルゴムを主成
分とする制振性樹脂フィルムを層状に埋め込んだエポキ
シ樹脂含浸炭素繊維プリプレグを用いたラケットが提案
されている。しかるに、かかる提案によるラケットで
は、制振性樹脂フィルムとエポキシ樹脂含浸炭素繊維層
との接着性が悪いために、成形品の強度・剛性が大きく
低下してしまう。

【０００７】このように、従来からエポキシ樹脂をマト
リクス樹脂に用いている繊維強化プラスチック成形品の
性能向上のために種々の提案がなされているが、強度及
び振動減衰性の両者ついて満足できる成形品が得られて
いないのが実情である。

【０００８】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
てものであり、マトリクス樹脂がエポキシ樹脂からなる
繊維強化プラスチック成形品であって、強度及び振動減
衰性のいずれにも優れた繊維強化プラスチック成形品を
提供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するため手段】テニスラケット、ゴルフク
ラブ等の繊維強化プラスチック成形品は、樹脂含浸した
強化繊維層を積層して中空パイプ状に成形したものが主
流である。このような中空成形品では、その耐衝撃性及
び振動減衰性について、単純な曲げモードだけでなく捻
りを含めたモードが重要となる。例えば、テニスラケッ
トフレームの場合、面外方向の曲げ、すなわち、ラケッ
トフェイス面に対する垂直方向の曲げに対して、その変
形に追従するためには、中空フレームに捻りが発生す
る。また、ゴルフクラブシャフトの場合も、その変形は
単純な曲げのみではなく、捻りが複合されたもとのな
る。そして、このような捻りが生じると、中空成形品の
内部では、図８に示すように、捻り方向の力１に対し
て、上下に重なる樹脂含浸強化繊維層間に剪断力２が発
生する。すなわち、中空成形品の耐衝撃強度及び振動減
衰性には積層された樹脂含浸強化繊維層間に発生する剪
断力が大きく影響を与えている。

【００１０】本発明者はかかる中空成形品の積層された
樹脂含浸強化繊維層間で発生する剪断力に着眼し、積層
された樹脂含浸強化繊維層間における剪断方向のズレを
少なくし、かつ、剪断力を効果的に吸収できるように、
成形品の材質及び積層構造について鋭意研究を重ね、本
発明を完成させた。

【００１１】すなわち、本発明は、請求項１で、マトリ
クス樹脂がエポキシ樹脂からなる繊維強化プラスチック
の成形品であって、上下に重なるエポキシ樹脂含浸強化
繊維層間の少なくとも一部にアイオノマーフィルムを介
在させていることを特徴とする繊維強化プラスチック成
形品を提供している。

【００１２】上記アイオノマーフィルムとしては、エチ
レン−メタクリル酸共重合体の分子間を金属イオンで架
橋してなるフィルム、例えば、三井・デュポンケミカル
株式会社製、ハイミラン（商品名）が好適に使用される
（請求項２）。このアイオノマーフィルムはエポキシ基
との反応性が高くエポキシ樹脂に対して優れた接着性を
示すとともに、それ自体は弾力性が大きく、また、強靭
で、耐衝撃性に優れている。

【００１３】上記金属イオンとしてはＮａ、Ｋ、Ｍｇ、
Ｚｎ等のイオンを挙げることができ、特に、アイオノマ
ーフィルムのエポキシ樹脂への接着性をより良好にでき
る点から、Ｚｎイオンが好適である。また、アイオノマ
ーフィルムの厚みは特に限定されないが、３０〜１００
μｍの範囲にするのが好適である。

【００１４】このような本発明の繊維強化プラスチック
成形品においては、エポキシ樹脂含浸強化繊維層間に介
在するアイオノマーフィルムがエポキシ樹脂含浸強化繊
維層のエポキシ樹脂と強固に接着して、上下に重なるエ
ポキシ樹脂含浸強化繊維層間の剪断方向のズレが少なく
なり、しかも、アイオノマーフィルムの弾力性によりエ
ポキシ樹脂含浸強化繊維層間で発生する剪断力に伴う振
動を効果的に吸収することができる。よって、成形品の
耐衝撃強度及び振動減衰性を大きく改善することができ
る。

【００１５】上記アイオノマーフィルムのガラス転移温
度は０〜６０℃の範囲にあるのが好ましい（請求項
３）。一般にアイオノマーはガラス転移温度付近で損失
係数（ｔａｎδ）が大きくなる。よって、ガラス転移温
度が０〜６０℃のアイオノマーフィルムを用いると、実
使用時の温度（一般的にテニスラケット、ゴルフクラ
ブ、ロボットアーム等を実際に使用する屋外または屋内
の環境温度：約５〜３５℃）において、アイオノマーフ
ィルムによる振動吸収性がより顕著に現れる。

【００１６】また、成形品は強化繊維にエポキシ樹脂を
含浸したプリプレグシートの片面にアイオノマーフィル
ムを貼り付けて複合シートとし、該複合シートを中空パ
イプ状に巻き重ね、上記エポキシ樹脂を硬化することに
より中空パイプに成形したものであるのが好ましい（請
求項４）。このようにすると、複合シートを巻き重ねる
だけで、アイオノマーフィルムに対してアイオノマーフ
ィルムが直接接触することなく、下層のエポキシ樹脂含
浸強化繊維層と上層のエポキシ樹脂含浸強化繊維層との
間にアイオノマーフィルムを介在させることができ、よ
って、アイオノマーフィルムとエポキシ樹脂とが効率良
く反応し、成形品の耐衝撃強度及び振動減衰性がより向
上したものとなる。

【００１７】強化繊維に含浸するエポキシ樹脂として
は、アミン類、フェノール類、または炭素炭素二重結合
を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂等が用いら
れる。特に、一分子中に２個以上のエポキシ基を有する
ものが好適である。アミン類を前駆体とするエポキシ樹
脂の具体例としては、テトラグリシジルジアミノジフェ
ニルメタン、トリグリシジル−Ｐ−アミノフェノール、
トリグリシジル−ｍ−アミノフェノール、トリグリシジ
ルアミノクレゾールの各種異性体が挙げられる。フェノ
ール類を前駆体とするエポキシ樹脂の具体例としては、
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ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、レゾルシノールノボラック型エポキ
シ樹脂等が挙げられる。炭素炭素二重結合を有する化合
物を前駆体とするエポキシ樹脂の具体例としては脂環式
エポキシ樹脂等が挙げられる。

【００１８】エポキシ樹脂を硬化させるために配合す
る、所謂、エポキシ樹脂用潜在型硬化剤としては、アミ
ン類、酸無水物類、イミダゾール類等が好適である。ア
ミン類の具体例としては、４, ４´−ジアミノジフェニ
ルスルホン、３, ３´−ジアミノジフェニルスルホン、
ジシアンジアミド等が挙げられる。酸無水物類の具体例
としては、テトラヒドロ無水フタル酸等が挙げられる。
イミダゾール類としては２−ｎ−ヘプタンデシルイミダ
ゾール等が挙げられる。また、これらアミン類、酸無水
物類、イミダゾール類以外にも、例えば、Ｎ, Ｎ−ジア
ルキル尿素誘導体、Ｎ, Ｎ−ジアルキル尿素誘導体、
Ｎ, Ｎ−ジアルキルチオ尿素誘導体、Ｎ−アミノエチル
ピペラジン、メラミン、グアナミン、三フッ化ホウ素錯
化合物、トリスジメチルアミノメチルフェノール等を使
用してもよい。これらの硬化剤は１種または２種以上を
組み合わせて用いてもよい。

【００１９】硬化促進剤としては、例えば、アルコール
系、フェノール系、メルカプタン系、ジメチルウレア
系、脂肪環系、イミダゾール系等が挙げられる。また、
コスト低減のために、通常、良く配合される充填剤とし
ては、例えば炭酸カルシウム、シリカ、タルク、マイ
カ、セライト、パーライト、アスベスト、アルミナ等を
挙げることができる。

【００２０】エポキシ樹脂の硬化温度は硬化剤の種類に
よって変更することができ、特に限定されないが、成形
性及びアイオノマーフィルムとの反応性、アイオノマー
フィルムの融点等を考慮すると１４０〜１６０℃の範囲
にするのが好ましい。

【００２１】強化繊維としては、この種の分野で従来か
ら一般に高性能強化繊維として知られている公知のもの
を使用することができ、例えば、カーボン繊維（炭素繊
維）、黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ
素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、スチ
ール繊維、アモルファス金属繊維、有機繊維等が挙げ
ら、これらは１種または２種以上を組み合わせて用いる
ことができる。また、繊維の形状は連続繊維、長繊維、
短繊維、またはこれらが複合した形態のいずれであって
もよい。また、強化繊維の配置形態や繊維方向は特にに
限定されず、例えば、単一方向、ランダム方向、シート
状、マット状、織物（クロス）状、組み紐状のいずれで
もよい。

【００２２】成形品の作製方法は特に限定されないが以
下の方法が好適である。 エポキシ樹脂を強化繊維に含浸させたプリプレグを積
層し、該積層体に圧力をかけながらエポキシ樹脂の硬化
を行う。この場合、プリプレグを積層していく段階でプ
リプレグの間にアイオノマーフィルムを介在させる。プ
リプレグとしては、ドラムワインディングによりエポキ
シ樹脂を含浸した連続繊維をドラムに一方向に巻き付け
て作製した一方向連続繊維プリプレグを使用するのが好
ましい。

【００２３】スリーブ状の組み紐を積層してこれをパ
イプ状とし、このパイプ状物にエポキシ樹脂を含浸し、
次いで、該エポキシ樹脂を含浸したパイプ物に圧力をか
けながらエポキシ樹脂の硬化を行う。この場合、スリー
ブ状の組み紐を積層していく段階で、スリーブ状の組み
紐の間にアイオノマーフィルムを介在させる。なお、エ
ポキシ樹脂の含浸が積層体全体に行きわたるように、下
側のスリーブ状の組み紐と上側のスリーブ状の組み紐の
間の全領域にアイオノマーフィルムを存在させず、エポ
キシ樹脂が通過する経路を設けておくのが好ましい。

【００２４】予めエポキシ樹脂を含浸させたロービン
グを用い、フィラメントワインディング法により樹脂含
浸した強化繊維を巻き付けた後、圧力をかけながらエポ
キシ樹脂の硬化を行う。この場合、強化繊維を巻き付け
ていく途中でシート状またはテープ状に裁断したアイオ
ノマーフィルムをラッピングして強化繊維層間にアイオ
ノマーフィルムを介在させる。

【００２５】上記〜のいずれの作製方法において
も、成形は、金型内で可撓性チューブの外周面上に層間
にアイオノマーフィルムを介在させた樹脂含浸強化繊維
層の積層物を巻き付け、該積層物に可撓性チューブによ
り圧力を加えながら加熱成形する、所謂、内圧法や、層
間にアイオノマーフィルムを介在させた樹脂含浸強化繊
維層の積層物の外周に加圧用テープを巻き付け、該積層
物に加圧用テープにより圧力を加えながら加熱成形す
る、所謂、外圧法を用いることができる。内圧法におい
ては、余剰の樹脂を金型パーティングラインに流し、外
圧法においては、余剰の樹脂を加圧用テープの隙間から
流す必要があるため、かかる余剰樹脂の流れを阻害する
ようなアイオノマーフィルムの配置は避ける必要があ
る。すなわち、、積層物の最外周をアイオノマーフィル
ムで完全に包み込んでしまったり、上層と下層のアイオ
ノマーフィルム同士が接触するようにアイオノマーフィ
ルムを配置することを避けるのが好ましい。

【００２６】成形品内においてアイオノマーフィルムは
アイオノマーフィルムを用いない場合に、その振動の変
位が最も大きくなる箇所の繊維層間に介在させるのが好
ましい。

【００２７】例えば、近年、テニスラケットの軽量化が
すすみ、全体重量が２５０〜２７０ｇのラケットが出現
しており、このような軽量のラケットは反発性が悪いた
めに、バランスをトップヘビーにすることで飛ひ性能を
維持している。すなわち、繊維強化プラスチック層はラ
ケットのフェイス部分、とりわけトップ部分（図９参
照）に多くなるような重量配分にしている。しかしなが
ら、かかる軽量ラケットの振動減衰性の悪いことがプレ
ーヤーから聞かれており、これについて研究した結果、
フェイス部分の重量を大きくするために、グリップ側の
繊維量をフェイス側の繊維量よりも少なくしており、こ
のために、面外方向の２次振動モードの腹の部分での変
位が大きくなっていることが分かった。

【００２８】図１０（Ａ）（Ｂ）はラケットフレームの
面外方向の一次振動モードと２次振動モードを示し、上
記２次振動モードの腹の部分とは、図１０（Ｂ）中のＲ
１（ガット面を時計面と見て頂点Ｐを１２時とした時の
３時の位置付近）とＲ２（グリップＧとスロート部との
境界付近）の部分である。従って、このようなラケット
においては、かかる２次振動モードの腹の部分Ｒ１、Ｒ
２の繊維層間にアイオノマーフィルムを介在させると、
振動減衰性を大幅に改善することができる。

【００２９】また、全体重量が５５ｇ以下の軽量のゴル
フクラブシャフトの場合、通常のシャフト（全体重量：
５６〜９０ｇ）よりも歪みが大きくなる。この場合、特
に、応力が集中する部分にアイオノマーフィルムを挿入
すると、曲げ強度が高くなりクラブシャフトの耐久性を
大きく向上できる。以下、実施例及び比較例により本発
明を更に詳しく説明する。 （実施例１）東レ（株）製のエポキシ樹脂含浸カーボン
ファイバープリプレグ（Ｔ８００：Ｐ２０５３−１２
２）を用いて、以下の工程により、全長６００ｍｍで外
径（φ）１８．４ｍｍの断面円形パイプを作製した。

【００３０】先ず、長さ６００ｍｍ×幅５９ｍｍにした
エポキシ樹脂含浸カーボンファイバープリプレグシート
に、長さ２００ｍｍ×幅５９ｍｍで、引張強度（ＪＩＳ
Ｋ−６７６０）が２４５ｋｇ／ｃｍ² 、破断点伸び
（ＪＩＳ Ｋ−６７６０）が５６０％、曲げ弾性率（Ｊ
ＩＳ Ｋ−７１０６）が１４８０ｋｇ／ｃｍ² 、ガラス
転移温度が４０℃のＺｎイオンタイプのアイオノマーフ
ィルム（三井デュポン（株）製、ハイミラン １６５２
（商品名））を貼り着けた複合シートを作成した。

【００３１】同様に、長さ６００ｍｍ×幅６０ｍｍにし
たエポキシ樹脂含浸カーボンファイバープリプレグシー
トに長さ６００ｍｍ×幅６０ｍｍにアイオノマーフィル
ム（三井デュポン（株）製、ハイミラン １６５２（商
品名））を貼り着けた複合シート、長さ６００ｍｍ×幅
６２ｍｍにしたエポキシ樹脂含浸カーボンファイバープ
リプレグシートに長さ６００ｍｍ×幅６２ｍｍにアイオ
ノマーフィルム（三井デュポン（株）製、ハイミラン
１６５２（商品名））を貼り着けた複合シート、及び長
さ６００ｍｍ×幅６３ｍｍにしたエポキシ樹脂含浸カー
ボンファイバープリプレグシートに長さ６００ｍｍ×幅
６３ｍｍにアイオノマーフィルム（三井デュポン（株）
製、ハイミラン １６５２（商品名））を貼り着けた複
合シートを作成した。

【００３２】次に上記作成した４枚の複合シートのそれ
ぞれについてプリプレグシート側に該プリプレグシート
との間で繊維方向が±２４ ゜となるように、複合シー
トと同一寸法の（長さ×幅）のポキシ樹脂含浸カーボン
ファイバープリプレグシートを更に重ね合わせた。

【００３３】次に、図１（Ａ）に示すように、φ１６．
５ｍｍのマンドレル２１に６６ナイロンチューブ２２を
被せ、この６６ナイロンチューブ２２の上に上記４枚の
複合シート２３Ａ〜２３Ｄを順次巻き付けた後、図１
（Ｂ）に示すようにマンドレル２１を引き抜いて、レイ
アップ２４を作成した。なお、各複合シートの巻き付け
においてオーバ−ラップ量は７ｍｍとし、図１（Ｃ）に
示すように、複合シートのオーバ−ラップ部分２５が巻
き付け層間で重ならないようにした。これは、次の成形
工程で、加圧力がレイアップ２４にできるだけ均一にか
かるようにするために、レイアップ２４に極端に厚みの
大きい部分が形成されないようにするためである。

【００３４】次に、円型断面の金型に上記レイアップを
配置し、１５０℃で４０分間加熱して成型し、断面円形
パイプを作製した。この時、６６ナイロンチューブには
７ｋｇｆ／ｃｍ² の空気圧を加えた。

【００３５】（実施例２）アイオノマーフィルムとし
て、Ｎａイオンタイプの引張強度（ＪＩＳ Ｋ−６７６
０）が３０５ｋｇ／ｃｍ² 、破断点伸び（ＪＩＳ Ｋ−
６７６０）が４３０％、曲げ弾性率（ＪＩＳ Ｋ−７１
０６）が２０４０ｋｇ／ｃｍ² 、ガラス転移温度が０℃
のアイオノマーフィルム（三井デュポン（株）製、ハイ
ミラン １６０１（商品名））を用いた以外、実施例１
と同様の構造（エポキシ樹脂含浸カーボンファイバープ
リプレグシート、アイオノマーフィルム、複合シート等
の寸法、積層構成等が同一）の断面円形パイプを作製し
た。

【００３６】（実施例３）４枚の複合シートのそれぞれ
におけるアイオノマーフィルムの長さを６００ｍｍにし
た以外は実施例１と同様にして、断面円形パイプを作成
した。

【００３７】（比較例１)アイオノマーフィルムを貼り
付けることなく、繊維方向が±２４ ゜となるよう２枚
のプリプレグシートを重ね合わせた４枚の複合シートを
用いて実施例１と同様の工程により断面円形パイプを作
成した。４枚の複合シートは、それぞれ、長さ６００ｍ
ｍ×幅６３ｍｍのシート２枚を重ねたもの、長さ６００
ｍｍ×幅６２ｍｍのシート２枚を重ねたもの、長さ６０
０ｍｍ×幅６０ｍｍのシート２枚を重ねたもの、長さ６
００ｍｍ×幅５９ｍｍのシート２枚を重ねたものとし
た。

【００３８】（比較例２)レイアップの最外層にアイオ
ノマーフィルム（三井デュポン（株）製、ハイミラン１
６５２）を配置し、他は比較例１と同様にして断面円形
パイプを作成した。

【００３９】（比較例３)アイオノマーフィルムの代わ
りに、エマルジヨン状のブチルゴム系制振塗料（ダイセ
ルル工業（株）製 アングレン）からなる塗布層であっ
て、アイオノマーフィルムと同一寸法にしたものを用い
て、実施例１と同様にして複合シートを４枚作成し、該
４枚の複合シートを用いて実施例１と同様の工程により
断面円形パイプを作成した。

【００４０】以上作製した実施例１〜３及び比較例１〜
３の断面円形パイプの重量を測定し、それぞれについて
強度及び振動減衰性について評価した。

【００４１】曲げ強度は、図２に示すように、ＪＩＳ−
Ｋ７０５５に準じて治具１０により支持長さ（スパン）
を３００ｍｍとし、断面円形パイプ１１の全長の中央が
スパンの中央に合うように置き、中央点Ｐの上方より加
圧具２５により荷重を加え、テストスピード５０ｍｍ／
分で３点曲げ試験を行うことにより測定した。

【００４２】衝撃特性（衝撃最大荷重と衝撃エネルギ
ー）は、図３に示すように、断面円形パイプの中央を切
り出し、該切り出したパイプ１２を治具１０により支持
長さ（スパン）１８５ｍｍで支持し、支持長さ（スパ
ン）中央にロードセル３２を取り付けた重り３２を自由
落下させ、各時間での荷重値と初期加速度から、破壊に
要する最大荷重と破壊に要した衝撃エネルギーを算出し
た。

【００４３】振動減衰率は、図４に示すように、加振器
４１に断面円形パイプ１１の中央を固定し、加振器４１
により種々の周波数の振動をパイプに与えて、パイプの
端から２０ｍｍの部分に貼り付けたアルミ箔４２の振動
をレーザ変位形４３で測定し、該レーザ変位形４３によ
り測定値をＤＦＣ（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｎ
ｃｙ Ｔｒａｃｋｅｒ）を介してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆ
ｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ａｎａｌｉｚｅｒ）
に導入し、１次振動モードの減衰率を測定した。

【００４４】下記表１がその結果である。

【表１】 表１に示すように、アイオノマーフィルムを上下に重な
るエポキシ樹脂含浸カーボンファイバープリプレグシー
ト間に介在させた実施例１〜３の断面円形パイプは、比
較例の断面円形パイプに比して曲げ強度及び耐衝撃性
（衝撃最大荷重、衝撃エネルギー）が明らかに向上して
いた。また、比較例１、２の断面円形パイプに比して振
動減衰性が大きく向上していた。なお、エマルジヨン状
のブチルゴム系制振塗料の塗布層を上下に重なるエポキ
シ樹脂含浸カーボンファイバープリプレグシート間に介
在させた比較例３の断面円形パイプは極めて良好な振動
減衰性を示すが、曲げ強度及び耐衝撃性（衝撃最大荷
重、衝撃エネルギー）が著しく劣悪なものであった。以
上の結果から、アイオノマーフィルムを上下に重なるエ
ポキシ樹脂含浸カーボンファイバープリプレグシート間
に介在させて成形することにより、成形品の強度及び振
動減衰性の両方を向上できることが分かった。

【００４５】（実施例４)長さ１６８０ｍｍ×７０ｍｍ
の８枚の東レ（株）製のエポキシ樹脂含浸カーボンファ
イバープリプレグ（Ｔ８００：Ｐ２０５３−１２２）５
１Ａ〜５１Ｈを用い、これらを図５（Ａ）に示すよう
に、マンドレル２１に被せた６６ナイロンチューブ２２
上に繊維方向が軸芯に対して０゜、０゜、３０゜、３０
゜、４５゜、４５゜、４５゜、４５゜となるように、か
つ、３０゜と４５゜のプリプレグについては、隣接する
プリプレグ間で互いに繊維方向が交差するように積層し
て巻き付けた後、図５（Ｂ）に示すようにマンドレル２
１を引き抜いて、レイアップ５２を作成した。なお、エ
ポキシ樹脂含浸カーボンファイバープリプレグを積層す
る前に内側から１枚目、３枚目、５枚目、７枚目のプリ
プレグには、予め、その外側面に長さ１６８０ｍｍ×幅
７０ｍｍにしたＺｎイオンタイプのアイオノマーフィル
ム（三井デュポン（株）製、ハイミラン １６５２（商
品名））をアイオノマーフィルム５０を貼り付けてから
積層した。

【００４６】そして、図６に示すように、ラケットーフ
レーム用金型５３に上記レイアップ５２を配置し、６６
ナイロンチューブに７ｋｇｆ／ｃｍ² の空気圧を加え、
１５０℃で４０分間加熱して成型し、テニスラケットロ
ーフレームを作製した。なお、ヨーク部分５４は芯材と
して発泡ポリウレタンを使用し、この芯材にプリプレグ
を被せたものを使用した。作製したローフレームのフェ
イス面積は１１０ｉｎ² 、重量は１９０ｇ、バランスは
３６０ｍｍであった。

【００４７】（比較例４)アイオノマーフィルムを介在
させず、他は実施例４と同様にして、重量１９４ｇ、バ
ランス３５８ｍｍのテニスラケットローフレームを作成
した。以上作製した実施例４、比較例４のテニスラケッ
トローフレームの振動減衰率を、図７に示す方法で測定
した。

【００４８】図７（Ａ）に示すように、ガットを張った
ラケットフレーム７０を紐７１でつるし、インパクトハ
ンマー７２でフレームを打撃し、該インパクトハンマー
７２に取り付けたフォースピックアップ（図示せず）に
振動入力（力Ｆ）を計測する一方、グリップエンドより
４ｃｍの部分にフレーム面に対して垂直に固定した加速
度ピックアップ７３により振動応答（加速度α）を計測
し、これら計測値（α／Ｆ）をアンプ７４、７５を介し
て周波数解析装置（ヒューレットパッカード製ダイナミ
ックシグナルアナライザー ＨＰ３５６２Ａ）７６によ
り周波数解析し、周波数領域での伝達関数をもとめて面
外１次固有振動数と面外２次固有振動数を求めた。

【００４９】そして、減衰率（ζ）を図７（Ｂ）に基づ
いて下記式（１）（２）により算出した。

【００５０】 ζ＝（１／２）×（△ω／ω_n ）×１００ ・・・・・・・（１）

【００５１】 Ｔ₀ ＝Ｔ_n ／√２ ・・・・・・・（２）

【００５２】図７（Ｂ）、式（１）（２）において、ω
_n は共振点の周波数、Ｔ₀ はＴ_n ／√２のところの幅、
Ｔ_n は共振点のピーク値である。

【００５３】実施例４のラケットフレームの１次振動減
衰率（％）は０．６４９、２次振動減衰率（％）は１．
４０９であった。一方、比較例４のラケットフレームの
１次振動減衰率（％）は０．２３７、２次振動減衰率
（％）は０．４３８であった。

【００５４】以上の結果から、アイオノマーフィルムを
上下に重なるエポキシ樹脂含浸カーボンファイバープリ
プレグシート間にアイオノマーフィルムを介在させて成
形することによりラケットフレームの振動減衰性が著し
く向上することを確認できた。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば、マトリクス樹脂がエポキシ樹脂からなる繊
維強化プラスチックの成形品において、上下に重なるエ
ポキシ樹脂含浸強化繊維層間の少なくとも一部にアイオ
ノマーフィルムを介在させたことにより、上下に重なる
エポキシ樹脂含浸強化繊維層間の結合力が高まり剪断方
向のズレが生じにくくなると共に、アイオノマーフィル
ムがもつ弾力性により上下に重なるエポキシ樹脂含浸強
化繊維層間で発生する剪断力に伴う振動を効果的に吸収
することができる。よって、成形品の耐衝撃強度及び振
動減衰性の両者を大きく改善することができ、高性能の
繊維強化プラスチック成形品を得ることができる。特
に、強化繊維にエポキシ樹脂を含浸したプリプレグシー
トの片面にアイオノマーフィルムを貼り付けて複合シー
トとし、該複合シートを中空パイプ状に巻き重ね、上記
エポキシ樹脂を硬化してなる中空パイプ成型品とするこ
とにより、イオノマーフィルムとエポキシ樹脂とが効率
良く反応し、成形品の耐衝撃強度及び振動減衰性がより
向上することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例１の繊維強
化プラスチック成形品（断面円形パイプ）のレイアップ
の作成まで製造工程を示す断面図である。

【図２】 繊維強化プラスチック成形品の曲げ強度の測
定方法を示す図である。

【図３】 繊維強化プラスチック成形品の衝撃特性（衝
撃最大荷重と衝撃エネルギー）の測定方法を示す図であ
る。

【図４】 繊維強化プラスチック成形品の振動減衰率の
測定方法を示す図である。

【図５】 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例４の繊維強
化プラスチック成形品（テニスラケットローフレーム）
のレイアップの作成までの製造工程を示す断面図であ
る。

【図６】 図５に示すレイアップを金型によりラケット
ローフレーム形状に成形する成形工程を示す斜視図であ
る。

【図７】 （Ａ）は繊維強化プラスチック成形品の振動
減衰率の測定方法を示す図、（Ｂ）ラケットの振動入力
と振動応力を周波数解析して得られた周波数と伝達関数
との関係を示す図である。

【図８】 繊維強化プラスチック中空パイプ成形品の捻
り方向の力と上下に重なる樹脂含浸強化繊維層間に発生
する剪断力との関係を示す模式図である。

【図９】 ラケットの構成部位を説明する図である。

【図１０】 （Ａ）（Ｂ）はラケットフレームにおける
面外方向の一次振動モードと２次振動モードを示した図
である。

【符号の説明】

２１ マンドレル ２２ ６６ナイロンチューブ ２３Ａ〜２３Ｄ 複合シート ２４ レイアップ ２５ オーバーラップ部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｃ 70/06 Ｂ３２Ｂ 27/38 Ｂ３２Ｂ 1/08 Ｃ０８Ｊ 5/04 ＣＦＣ 27/38 Ａ０１Ｋ 87/00 ６３０Ａ // Ｃ０８Ｊ 5/04 ＣＦＣ Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｇ Ｂ２９Ｋ 105:08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス樹脂がエポキシ樹脂からなる
   繊維強化プラスチックの成形品であって、上下に重なる
   エポキシ樹脂含浸強化繊維層間の少なくとも一部にアイ
   オノマーフィルムを介在させていることを特徴とする繊
   維強化プラスチック成形品。
2. 【請求項２】 上記アイオノマーフィルムがエチレン−
   メタクリル酸共重合体の分子間を金属イオンで架橋した
   ものである請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形
   品。
3. 【請求項３】 上記アイオノマーフィルムのガラス転移
   温度が０〜６０℃の範囲にある請求項１または２に記載
   の繊維強化プラスチック成形品。
4. 【請求項４】 強化繊維にエポキシ樹脂を含浸したプリ
   プレグシートの片面にアイオノマーフィルムを貼り付け
   て複合シートとし、該複合シートを中空パイプ状に巻き
   重ね、上記エポキシ樹脂を硬化することにより中空パイ
   プに成形したものである請求項１〜３のいずれか一項に
   記載の繊維強化プラスチック成形品。