JPS6319332B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管状繊維強化樹脂の成形方法に関し、
さらに詳しくは、繊維強化樹脂製の釣竿やゴルフ
シヤフトなどの管状体を成形するのに好適な方法
に関する。

釣竿やゴルフシヤフトなどの管状の繊維強化樹
脂（以下、繊維強化樹脂をFRPという）は、従
来、炭素繊維やガラス繊維などの補強繊維を一方
向に互に並行かつシート状に引き揃えたものまた
は上記補強繊維の織物に、マトリクス樹脂たるＢ
−ステージの熱硬化性樹脂を含浸してなるプリプ
レグを、離型剤を塗布したテーパー付マンドレル
に、補強繊維がマンドレルの長手方向に対して所
望の方向になるように巻き付け、さらにその上に
セロハンテープを少しづつオーバーラツプさせな
がら螺旋状に巻き付け、次いで加熱炉に入れ、セ
ロハンテープの熱収縮による締付力を付与しなが
らマトリクス樹脂を硬化させ、加熱炉から取り出
して冷却した後セロハンテープを取り除き、マン
ドレルを引き抜くことによつて成形している。し
かしながら、かかる従来の方法は、成形時にプリ
プレグがマンドレルの大径側から小径側に向かつ
て移動する、いわゆる炉落ちが発生するという欠
点があつた。

すなわち、マトリクス樹脂は、加熱に伴つて一
旦軟化し、流動性をもつようになる。一方、加熱
はマンドレルに巻き付けたプリプレグの外側から
行われるので、マンドレルの温度上昇はセロハン
テープやプリプレグのそれにくらべてかなり遅く
なる。したがつて、セロハンテープの熱収縮によ
る締付力が加わり始めてもマンドレルに接する部
分のマトリクス樹脂はまだかなりの流動性をもつ
ている。このような状態で締付力が加わると、マ
ンドレルがテーパーを有しているために、その大
径側から小径側に向かう方向の、締付力の分力が
でき、その分力によつてプリプレグがマンドレル
上を大径側から小径側に向かつて移動せしめられ
るのである。この、いわゆる炉落ちが発生する
と、補強繊維やマトリクス樹脂の分布にむらがで
き、所望の特性を有する管状FRPを得ることが
できなくなる。また、特に直径の小さい部分で反
りができることもある。

一方、特開昭57−22636号公報には、マンドレ
ルへのプリプレグの巻付けに先立つて、糸または
熱硬化性樹脂を含浸した糸をマンドレルの長手方
向に対して30〜45゜の角度で螺旋状に粗巻きして
おき、その糸とプリプレグとの摩擦によつて炉落
ちを防止する方法が提案されている。しかしなが
ら、この方法は、炉落ちの防止効果が十分でない
ばかりか、マンドレルに巻き付けた糸がFRP中
に残存してその調子を変化させるので、特に剛性
や弾性率などの諸特性において微妙な調子が要求
される釣竿などの管状FRPを成形する場合には
問題がある。

本発明の目的は、従来の方法の上記欠点を解決
し、成形時の炉落ちを防止することができ、所望
の特性を有する管状FRPを成形することができ
るばかりか、反りの少ない管状FRPを得ること
ができる方法を提供するにある。

上記目的を達成するための本発明は、補強繊維
にＢ−ステージ（たとえば、「プラスチツク工業
辞典」、第107頁、1973年９月25日、株式会社工業
調査会刊）の熱硬化性樹脂を含浸してなるプリプ
レグをテーパー付マンドレルに巻き付け、その上
に熱収縮性テープを巻き付け、加熱して前記熱硬
化性樹脂を硬化させた後前記マンドレルを引き抜
いて管状の繊維強化樹脂を成形する方法におい
て、前記マンドレルに、前記プリプレグの巻回に
先立つて、130℃におけるゲルタイムが、前記熱
硬化性樹脂のそれの80％以下であり、かつ80〜
400秒である熱硬化性樹脂を塗布する管状繊維強
化樹脂の成形方法を特徴とするものである。

本発明の方法をさらに詳細に説明するに、本発
明においては、まずプリプレグを準備する。この
プリプレグは、たとえば、炭素繊維、ガラス繊
維、有機高弾性繊維（たとえば、ポリアラミド繊
維など）、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維
等の高強度、高弾性繊維からなる補強繊維を一方
向に互に並行かつシート状に引き揃えたものまた
は上記補強繊維の織物に、マトリクス樹脂たるＢ
−ステージの熱硬化性樹脂、たとえば、エポキシ
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フエノール樹
脂、ポリイミド樹脂などを含浸してなるものであ
る。上記補強繊維は、同一のプリプレグについて
ただ１種類のものを使用してもよいし、異なる種
類の補強繊維を交互に規則性をもつて、または不
規則に並べたり、混織織物の形で併用してもよ
い。

上記マトリクス樹脂は、おおむね成形温度の中
心温度に相当する130℃におけるゲルタイムが200
〜600秒のものであるのが好ましい。すなわち、
130℃におけるゲルタイムが極端に長いものは、
成形工程における加熱温度を高くしなければなら
ず、そのためマンドレルの熱膨脹が大きくなつた
り、冷却後のFRPの残存応力が大きくなるので
好ましくない。また、130℃におけるゲルタイム
が極端に短いものは、成形工程でマトリクス樹脂
の硬化が早く起こりすぎ、熱収縮性テープによる
締付力が十分に加わらなくなるのでやはり好まし
くない。

本発明において、130℃におけるゲルタイムは
次のようにして測定したものである。すなわち、
上記マトリクス樹脂またはその溶液を130±１℃
に保つた熱板上に小量落とし、それが小さな円を
描くようにスパチユラ状の棒で直ちに撹拌を始め
る。撹拌を続けてゆくと、樹脂が熱板上から剥離
し、上記棒に巻き付くか、またはひき糸性を失つ
て外周に押しやられ、撹拌範囲の外に食み出すよ
うになる。これを終点とする。ゲルタイムは、熱
板上にマトリクス樹脂またはその溶液を落とした
時から上記終点までの時間である。

一方、適当なテーパーをもつマンドレルを準備
し、そのマンドレルの外周面にシリコーン樹脂や
四フツ化エチレン樹脂などの離型剤を塗布した
後、その離型剤の上に、刷毛塗り、スプレー、溶
液への浸漬などの方法によつて、マトリクス樹脂
の場合と同様に定義した130℃におけるゲルタイ
ムが、上記マトリクス樹脂のそれの80％以下であ
り、かつ80〜400秒、好ましくは100〜200秒であ
る熱硬化性樹脂を塗布する。以下、この熱硬化性
樹脂を下塗樹脂という。

上記において、下塗樹脂は、上記マトリクス樹
脂と同様、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フエノール樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬
化性樹脂からなり、かつマトリクス樹脂と同系の
ものであるのが好ましい。すなわち、マトリクス
樹脂と下塗樹脂の種類が異なると、下塗樹脂によ
つてマトリクス樹脂の硬化特性が変わることがあ
る。最も好ましいのは、両者がともにエポキシ樹
脂である場合である。

そして、本発明においては、上述したように
130℃におけるゲルタイムが、マトリクス樹脂の
それの80％以下であり、かつ80〜400秒、好まし
くは100〜200秒である下塗樹脂をマンドレルに塗
布する。このゲルタイムが上記範囲外であると、
上述したマトリクス樹脂の場合と同様の問題を生
ずるほか、ゲルタイムがマトリクス樹脂のそれの
80％以下でない場合にはマトリクス樹脂の硬化が
先行し、炉落ちを防止することができなくなる。

上記において、マトリクス樹脂や下塗樹脂のゲ
ルタイムは、樹脂の種類、混合割合、混合条件な
どを適当に選ぶことによつて容易に調整すること
ができる。たとえば、シエルエポキシ株式会社製
エポキシ樹脂“エピコート”154と、同“エピコ
ート”1001とを重量比で60：40の割合で100℃に
加熱されたニーダーに入れ、約１時間混練した後
ニーダーの温度を60℃に下げ、さらに硬化剤とし
て三フツ化ホウ素モノエチルアミンを５重量部添
加し、60分間混練、溶解すると、130℃における
ゲルタイムが約240秒である樹脂が得られる。ま
た、100重量部の上記エポキシ樹脂“エピコート”
1001を103重量部のメチルエチルケトン溶液に溶
解し、さらに硬化剤として２−エチル−４−メチ
ルイミダゾールを３重量部加えて撹拌、溶解する
と、130℃におけるゲルタイムが約170秒である樹
脂が得られる。

次に、上記プリプレグを、上記マンドレルに、
その補強繊維が所望の方向を向くように、かつ所
望の回数巻き付ける。たとえば、釣竿を成形する
場合には、長手方向に所望の弾性率や剛性が得ら
れるように、また所望の曲げ座屈強度が得られる
ように、まず補強繊維がマンドレルのほぼ円周方
向になるように巻き付け、その上にこんどはほぼ
長手方向になるように巻き付ける。また、ゴルフ
シヤフトを成形する場合には、所望のねじり強度
が得られるように、補強繊維がマンドレルの長手
方向に対して±30゜〜±45゜である巻層をさらに加
える。巻付回数は、成形したい管状FRPの特性
に応じて任意に定める。

次に、マンドレルに巻き付けたプリプレグの上
に、後述する成形温度、つまり80〜180℃、好ま
しくは90〜150℃で熱収縮可能な、たとえばセロ
ハンテープやポリエチレンテープ、ポリエステル
テープなどの熱収縮性テープを、少しづつオーバ
ーラツプさせながら所望の張力で螺旋状に巻き付
ける。

次に、これを加熱炉に入れ、80〜180℃、好ま
しくは90〜150℃で加熱し、熱収縮性テープの熱
収縮力による加圧力を与えながらマトリクス樹脂
を硬化させる。

マトリクス樹脂が硬化した後、加熱炉から取り
出し、冷却した後マンドレルを引き抜くと管状
FRPが得られる。

以上説明したように、本発明の方法は、マンド
レルにプリプレグを巻き付けるのに先立つて、そ
のマンドレルに、130℃におけるゲルタイムが、
プリプレグのマトリクス樹脂のそれの80％以下で
あり、かつ80〜400秒である下塗樹脂を塗布する
からして、成形時にこの下塗樹脂がマトリクス樹
脂よりも先に硬化し、マンドレルとのすべりが防
止される。そのため、成形時にマンドレル上をプ
リプレグが移動する、いわゆる炉落ちを防止する
ことができ、補強繊維やマトリクス樹脂の分布の
むらが少なくなり、所望の特性を有する管状
FRPを得ることができる。また、補強繊維やマ
トリクス樹脂の分布のむらが少なくなることか
ら、冷却後における残留応力が小さく、反りの発
生を防止することができる。

実施例 小径1.0mm、大径11.0mm、長さ1850mmのテーパ
ー付マンドレルを、米国デユポン社製ポリ四フツ
化エチレン系離型剤VYDAX−525中に浸漬した
後取り出し、10分間風乾して表面に離型処理を施
した。

次に、シエルエポキシ株式会社製エポキシ樹脂
“エピコート”1001と、２−エチル−４−メチル
イミダゾール（硬化剤）と、メチルエチルケトン
とを重量比で100：３：103の割合で混合してな
る、130℃におけるゲルタイムが170秒であるエポ
キシ樹脂を下塗樹脂として上記マンドレルに刷毛
塗りし、メチルエチルケトンが１％以下になるま
で風乾した。

一方、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔ−
300（単糸数6000本）を一方向に互に平行かつシー
ト状に引き揃え、これにシエルエポキシ株式会社
製エポキシ樹脂“エピコート”154と、同“エピ
コート”100と、三フツ化ホウ素モノエチルアミ
ン（硬化剤）とを重量比で60：40：５の割合で混
合してなる、130℃におけるゲルタイムが240秒で
あるエポキシ樹脂をマトリクス樹脂として含浸
し、一方向性プリプレグを得た。このプリプレグ
の目付は125ｇ／m²であり、炭素繊維の含有量は
63重量％である。

次に、上記プリプレグの一面に、上記マトリク
ス樹脂を含浸したガラス織物プリプレグ（目付25
ｇ／m²）、ガラス繊維の含有量75重量％）を貼り
合わせ、貼合せプリプレグを得た。

次に、上記貼合せプリプレグを、上記マンドレ
ルに、小径側で３層、大径層で６層になるように
巻き付け、さらにその上にシリコーンで離型処理
したポリエステルテープ（幅10mm、厚み16μ）を
2.3Kgの力で少しづつオーバーラツプさせながら
巻き付けた。

次に、これを130℃の加熱炉内で２時間加熱し
てマトリクス樹脂を硬化させ、加熱炉から取り出
し、冷却した後マンドレルを抜き取つて管状
FRPを得た。

全く同様にして、合計10本の管状FRPを得た。
いずれの場合も炉落ちは全く発生せず、また反り
も認められなかつた。

比較のため、上記下塗樹脂は使用しないで、離
型処理したマンドレルに上記プリプレグを直接巻
き付け、他の条件については上記と同様にして10
本の管状FRPを成形したところ、４本について
炉落ちが発生し、また７本について反りが発生し
た。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 補強繊維にＢ−ステージの熱硬化性樹脂を含
   浸してなるプリプレグをテーパー付マンドレルに
   巻き付け、その上に熱収縮性テープを巻き付け、
   加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させた後前記マ
   ンドレルを引き抜いて管状の繊維強化樹脂を成形
   する方法において、前記マンドレルに、前記プリ
   プレグの巻回に先立つて、130℃におけるゲルタ
   イムが、前記熱硬化性樹脂のそれの80％以下であ
   り、かつ80〜400秒である熱硬化性樹脂を塗布す
   ることを特徴とする管状繊維強化樹脂の成形方
   法。