WO2014069576A1 - 繊維強化エポキシ樹脂材料、プリプレグ、および、繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体 - Google Patents

繊維強化エポキシ樹脂材料、プリプレグ、および、繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体 Download PDF

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WO2014069576A1
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epoxy resin
fiber
prepreg
type epoxy
mass
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綱島豊容
内藤泰雄
志賀一喜
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ダンロップスポーツ株式会社
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/4007Curing agents not provided for by the groups C08G59/42 - C08G59/66
    • C08G59/4014Nitrogen containing compounds
    • C08G59/4021Ureas; Thioureas; Guanidines; Dicyandiamides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/24Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs
    • C08J5/241Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres
    • C08J5/243Impregnating materials with prepolymers which can be polymerised in situ, e.g. manufacture of prepregs using inorganic fibres using carbon fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C08J2363/02Polyglycidyl ethers of bis-phenols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C08J2363/04Epoxynovolacs

Definitions

  • the present invention relates to a fiber reinforced epoxy resin material, a prepreg used for producing the fiber reinforced epoxy resin material, and a tubular body formed from the fiber reinforced epoxy resin material.
  • Patent Document 1 includes a reinforced fiber aligned in one direction and an epoxy resin composition, and has a tensile elastic modulus E (GPa) of the reinforced fiber and a fiber reinforced obtained by heat curing.
  • E tensile elastic modulus
  • MPa 6 degree compressive strength (sigma) (MPa) of a composite material comprises the fiber reinforced composite material layer obtained by heat-hardening the prepreg sheet characterized by satisfying following Formula (1) and (2)
  • a featured tubular body is disclosed. 200 GPa ⁇ E ⁇ 950 GPa (1) ⁇ 3.6E + 2000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 3.6E + 2600 (2)
  • an epoxy resin composition comprising a reinforcing fiber having a tensile modulus of 200 to 800 GPa, a curing agent, and the following component [A] and / or component [B] is used as a component.
  • a golf club shaft having a cutting amount of 3% by weight or less is disclosed.
  • [A] a compound having one functional group capable of reacting with an epoxy resin or a curing agent and one or more amide bonds in the molecule;
  • Patent Document 3 discloses a cured product of an epoxy resin composition in which a matrix resin is composed of the following components [A], [B], and [C] in a fiber reinforced plastic tubular body composed of a reinforced fiber and a matrix resin.
  • a fiber-reinforced plastic tubular body characterized by the above is disclosed.
  • Patent Document 4 discloses a fiber-reinforced composite material composed of a cured product and a reinforced fiber of an epoxy resin composition for a fiber-reinforced composite material containing at least the following components [A], [B] and [C], and the above-mentioned A golf shaft made of a fiber reinforced composite material is disclosed.
  • [A] Epoxy resin containing 70 parts by weight or more of bifunctional epoxy resin in 100 parts by weight of epoxy resin
  • [B] Polyester-based or polyamide-based thermoplastic elastomer
  • the strength of the tubular body made of the above-described fiber-reinforced composite material is becoming insufficient.
  • the tubular body is provided with a thin-walled portion, so that higher strength is required for the fiber reinforced composite material.
  • prepregs are required to have good tackiness and draping properties.
  • a low molecular weight epoxy resin is used as the resin component and the viscosity of the resin component is lowered, the strength of the resulting fiber-reinforced composite molded product is reduced. To do.
  • This invention is made
  • Another object of the present invention is to provide a prepreg from which a tubular body made of a fiber-reinforced epoxy resin material having excellent tack and drape properties and excellent strength can be obtained.
  • the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention is a fiber-reinforced epoxy resin material containing a cured product of epoxy resin composition and reinforcing fibers, and the epoxy resin composition contains a novolac type epoxy resin as an epoxy resin component. And the cured product of the epoxy resin composition has a swelling ratio of 20% by mass to 44% by mass with methyl ethyl ketone. The swelling rate with the methyl ethyl ketone is an index of the crosslinking density of the epoxy resin composition.
  • a cured product of the epoxy resin composition having a swelling rate with methyl ethyl ketone falling within the above range has an appropriate elongation and excellent adhesion to reinforcing fibers.
  • the epoxy resin component preferably contains a novolac type epoxy resin and a phenoxy type epoxy resin.
  • a novolac type epoxy resin and a phenoxy type epoxy resin as an epoxy resin component, the elongation of the cured product of the epoxy resin composition is improved by the action of the phenoxy type epoxy resin, and by the action of the novolac type epoxy resin, The crosslink density is increased and the strength of the cured product of the epoxy resin composition is improved.
  • the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention improves the interfacial strength between the reinforcing fiber and the matrix resin, increases the effect of combining with the reinforcing fiber, and further increases the mechanical strength of the resulting fiber-reinforced epoxy resin material. improves.
  • the epoxy resin component contains a novolac type epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin, and a bisphenol F type epoxy resin, and the content of the novolac type epoxy resin in the entire epoxy resin component Is 2 to 19% by mass, and the mass ratio of bisphenol A type epoxy resin to bisphenol F type epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin / bisphenol F type epoxy resin) in the epoxy resin component is 0.3 to 3.
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the entire epoxy resin component is 200 to 400.
  • epoxy resin component it contains novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin, and by controlling these contents, the prepreg tack and drape properties are improved
  • the toughness and strength of the cured product of the resin composition can be improved.
  • the fiber-reinforced epoxy resin molded product obtained from the prepreg of the present invention has an improved interfacial strength between the reinforcing fiber and the matrix resin, and the effect of compounding with the reinforcing fiber is increased.
  • the mechanical strength is further improved.
  • the present invention also includes a prepreg used for producing the fiber-reinforced epoxy resin material.
  • the present invention also includes a tubular body made of a fiber reinforced epoxy resin material formed from the fiber reinforced epoxy resin material. As the tubular body, a plurality of prepregs are laminated and the resin composition contained in the prepreg is cured, and the outermost prepreg located on the outermost side is the prepreg of the present invention, and the inner side of the outermost prepreg. It is preferable that at least one prepreg positioned is a prepreg having a density lower than that of the outermost prepreg.
  • the present invention also includes a golf club shaft made of a tubular body made of this fiber-reinforced epoxy resin material.
  • the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention is used, a tubular body excellent in bending strength can be obtained. Moreover, if the fiber reinforced epoxy resin material of the present invention is used, a tubular body having excellent bending strength and reduced weight can be obtained.
  • the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention is a fiber-reinforced epoxy resin material containing a cured product of epoxy resin composition and reinforcing fibers, and the epoxy resin composition contains a novolac type epoxy resin as an epoxy resin component. And the cured product of the epoxy resin composition has a swelling ratio of 20% by mass to 44% by mass with methyl ethyl ketone.
  • the cured product of the epoxy resin composition has a swelling ratio with methyl ethyl ketone of preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, preferably 44% by mass or less, and more preferably 38% by mass or less. .
  • the swelling rate with the methyl ethyl ketone indicates the degree of crosslinking of the cured product of the epoxy resin composition.
  • a cured product of the epoxy resin composition having a swelling rate with methyl ethyl ketone falling within the above range has an appropriate elongation and excellent adhesion to reinforcing fibers. If the swelling ratio is less than 20% by mass, the crosslink density is too high, and the elongation of the cured product of the epoxy resin composition decreases. If it exceeds 44% by mass, the crosslink density is too small, and the cured product of the epoxy resin composition Strength decreases.
  • the tensile strength (maximum stress) of the cured product of the epoxy resin composition is preferably 20 MPa or more, more preferably 30 MPa or more, further preferably 50 MPa or more, preferably 500 MPa or less, more preferably 450 MPa or less, and further preferably 400 MPa or less.
  • the elongation (breaking elongation) of the cured product of the epoxy resin composition is preferably 2% or more, more preferably 3% or more, preferably 300% or less, and more preferably 200% or less. The measuring method of tensile strength and elongation will be described later.
  • the novolac type epoxy resin is a polyfunctional epoxy resin having more than 2 (preferably 3 or more) epoxy groups in the molecule.
  • the crosslink density of the cured product of the epoxy resin composition can be controlled. It is considered that the interfacial strength between the reinforcing fiber and the epoxy resin is improved by controlling the crosslinking density and setting the elongation of the cured product of the epoxy resin composition within an appropriate range.
  • the novolac type epoxy resin is not particularly limited, and examples thereof include a phenol novolac type epoxy resin and an o-cresol novolak type epoxy resin.
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the novolak type epoxy resin is preferably 50 or more, more preferably 75 or more, further preferably 100 or more, preferably 500 or less, more preferably 400 or less, and further preferably 300 or less.
  • the epoxy equivalent of the novolak type epoxy resin is within the above range, a crosslinked structure can be effectively formed.
  • phenol novolac-type epoxy resins include jER (registered trademark) 152, jER154 (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), EPICLON (registered trademark) N-740, EPICLON N-770, EPICLON N-775 (above, DIC) PY307, EPN1179, EPN1180 (above, Huntsman Advanced Materials), YDPN638, YDPN638P (above, Toto Kasei), DEN431, DEN438, DEN439 (above, Dow Chemical) EPR600 (manufactured by Bakelite), EPPN-201 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like.
  • jER registered trademark
  • EPICLON N-740 EPICLON N-770
  • EPICLON N-775 aboveve, DIC
  • PY307 EPN1179, EPN1180 (above, Huntsman Advanced Materials)
  • the content of the novolac type epoxy resin in the total epoxy resin component contained in the epoxy resin composition is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, further preferably 7% by mass or more, and 19% by mass or less. Is preferable, 15 mass% or less is more preferable, and 10 mass% or less is further more preferable. If the content of the novolac type epoxy resin is 2% by mass or more, the crosslink density is increased and the strength of the cured product of the resin composition is further improved, and if it is 19% by mass or less, the elongation of the cured product of the resin composition is increased. Is maintained, the interface strength with the reinforcing fiber is increased, and the strength of the fiber-reinforced epoxy resin material is further improved.
  • the epoxy resin composition preferably contains an epoxy resin having two epoxy groups in the molecule, that is, a bifunctional epoxy resin as an epoxy resin component.
  • a bifunctional epoxy resin as an epoxy resin component.
  • the bifunctional epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin and hydrogenated product thereof, bisphenol F type epoxy resin and hydrogenated product thereof, bisphenol S type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, and bisphenol AD.
  • Bisphenol type epoxy resin such as a type epoxy resin.
  • the bisphenol type epoxy resins may be used alone or in admixture of two or more. Moreover, you may mix
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the entire epoxy resin component contained in the epoxy resin composition is preferably 200 or more, more preferably 250 or more, preferably 400 or less, and more preferably 350 or less.
  • the epoxy equivalent of the whole epoxy resin component is less than 200, the epoxy resin component becomes liquid at room temperature, and it may be difficult to produce and mold a prepreg.
  • the epoxy equivalent is greater than 400, the epoxy resin component may become solid at room temperature, making molding difficult.
  • the epoxy resin component includes a novolac-type epoxy resin and a phenoxy-type epoxy resin, and a swelling ratio of the cured product with methyl ethyl ketone is 20% by mass to 44% by mass (hereinafter sometimes referred to as “aspect I”).
  • a novolac-type epoxy resin, a bisphenol A-type epoxy resin and a bisphenol F-type epoxy resin, and the content of the novolac-type epoxy resin in the total epoxy resin component is 2% by mass to 19% by mass;
  • the mass ratio of bisphenol A type epoxy resin to bisphenol F type epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin / bisphenol F type epoxy resin) in the epoxy resin component is 0.3 to 3.0, Epoxy equivalent (g / eq) is 200 to 400, cured
  • An embodiment in which the swelling ratio of the product with methyl ethyl ketone is 20% by mass to 44% by mass (hereinafter sometimes referred to as “aspect II”) is preferable.
  • the epoxy resin component of the epoxy resin composition of aspect I will be described.
  • the epoxy resin component of the embodiment I by adding the novolac type epoxy resin and the phenoxy type epoxy resin, the elongation of the cured product of the epoxy resin composition is improved by the action of the phenoxy type epoxy resin, and the novolac type epoxy resin By the action, the crosslink density is increased and the strength of the cured product of the epoxy resin composition is improved.
  • phenoxy type epoxy resins can be used.
  • the phenoxy type epoxy resin include bisphenol A type phenoxy resin, bisphenol F type phenoxy resin, copolymerized phenoxy resin of bisphenol A type and bisphenol F type, biphenyl type phenoxy resin, bisphenol S type phenoxy resin, and biphenyl type phenoxy resin. And a phenoxy resin copolymerized with bisphenol S-type phenoxy resin.
  • bisphenol A type phenoxy resin, bisphenol F type phenoxy resin, copolymerized phenoxy resin of bisphenol A type and bisphenol F type are preferable, and bisphenol A type phenoxy resin is more preferable.
  • the phenoxy type epoxy resins may be used alone or in admixture of two or more.
  • the phenoxy type epoxy resin preferably has two epoxy groups in the molecule.
  • the weight average molecular weight of the phenoxy type epoxy resin is preferably 10,000 or more, more preferably 20000 or more, further preferably 30000 or more, preferably 130,000 or less, more preferably 110,000 or less, and further preferably 90000 or less. If the weight average molecular weight is 10,000 or more, the elongation of the cured product of the epoxy resin composition becomes better, and if it is 130000 or less, the strength of the cured product of the epoxy resin composition becomes better.
  • the weight average molecular weight may be measured by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard substance.
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the phenoxy type epoxy resin is preferably 4000 or more, more preferably 4500 or more, further preferably 5000 or more, preferably 20000 or less, more preferably 18000 or less, and further preferably 16000 or less.
  • the epoxy equivalent of the phenoxy type epoxy resin is within the above range, a crosslinked structure can be effectively formed.
  • phenoxy-type epoxy resins include jER (registered trademark) 1256, jER4250, jER4275, jER1255HX30 (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), YP-50, YP-50S (above, manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), PKHB, PKHC, PKHH, PKHJ (above, manufactured by InChem) and the like can be mentioned.
  • the content of the phenoxy-type epoxy resin in the entire epoxy resin component of aspect I is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, further preferably 3% by mass or more, preferably 18% by mass or less, and 17% by mass. % Or less is more preferable, and 16% by mass or less is more preferable. If the content of the phenoxy-type epoxy resin is 1% by mass or more, the elongation of the cured product of the epoxy resin composition becomes better, and if it is 18% by mass or less, the strength of the cured product of the epoxy resin composition is higher. It becomes good.
  • the mass ratio of the novolac type epoxy resin to the phenoxy resin (novolac type epoxy resin / phenoxy resin) in the epoxy resin component of the embodiment I is preferably 0.4 or more, more preferably 0.7 or more, and still more preferably 1. It is 0 or more, 7.0 or less is preferable, More preferably, it is 6.5 or less, More preferably, it is 6.0 or less.
  • the mass ratio is 0.4 or more, the crosslink density is increased and the strength is further improved.
  • the moldability at the time of preparing the prepreg becomes good, the generation of voids is suppressed, and the workability is improved.
  • a crosslinking density will not become high too much and hardening containing a phenoxy type epoxy resin will be exhibited more.
  • the epoxy resin component of aspect I uses a bisphenol A type epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin in combination as the bisphenol type epoxy resin.
  • a bisphenol A type epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin in combination, the bending strength of the resulting fiber reinforced epoxy resin material is improved.
  • the content ratio of the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol F type epoxy resin is preferably 20:80 to 80:20, more preferably 30:70 to 70:30, and 40:60 to 60:40 in mass ratio. Further preferred.
  • the weight average molecular weight of the bisphenol-type epoxy resin is preferably 650 or more, more preferably 700 or more, and even more preferably 750 or more. Yes, 10,000 or less is preferable, More preferably, it is 9500 or less, More preferably, it is 9000 or less.
  • the weight average molecular weight may be measured by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard substance.
  • Examples of bisphenol A type epoxy resins that are liquid at room temperature include jER (registered trademark) 827, jER828, jER828EL, jER828XA, jER834 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), Epototo (registered trademark) YD-115, Epotot YD- 115G, Epototo YD-115CA, Epotot YD-118T, Epotot YD-127, Epotot YD-128, Epotot YD-128G, Epotot YD-128S (above, manufactured by Toto Kasei), EPICLON (registered trademark) 840, EPICLON 840-S EPICLON 850, EPICLON 850-S (above, manufactured by DIC).
  • Examples of the bisphenol A type epoxy resin that is solid at normal temperature include, for example, jER1001, jER1002, jER1003, jER1003F, jER1004, jER1004FS, jER1004F, jER1004AF, jER1055, jER1005F, jER1006FS, jER1007FS, jER1008FS, ER1008 Epototo YD-011, Epototo YD-012, Epototo YD-013, Epototo YD-014, Epototo YD-017, Epototo YD-019, Epototo YD-020N, Epototo YD-020H (above, manufactured by Tohto Kasei) , EPICLON 1050, EPICLON 3050, EPICLON 4050, EPICLON 7050 (and above Manufactured by DIC Corporation), DER-661, DER-663U, DER-664
  • liquid bisphenol F-type epoxy resins at room temperature examples include jER806, jER807 (above, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), EPICLON830, EPICLON830-S, EPICLON835 (above, made by DIC).
  • examples of the bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature include jER4005P, jER4007P, and jER4010P (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
  • the epoxy resin component of aspect II contains a novolac type epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin, and the content of the novolac type epoxy resin, and the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol F type epoxy.
  • the epoxy resin component of the embodiment II contains a bisphenol A type epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin.
  • the mass ratio of the bisphenol A type epoxy resin to the bisphenol F type epoxy resin (bisphenol A type epoxy resin / bisphenol F type epoxy resin) in the epoxy resin component of the embodiment II is 0.3 or more, preferably 0.4 or more. More preferably, it is 0.5 or more, 3.0 or less, preferably 2.5 or less, more preferably 2.0 or less. If the mass ratio is within the above range, the tackiness of the prepreg can be improved while maintaining the strength and toughness of the cured product of the epoxy resin composition. When the mass ratio is less than 0.3, the strength of the cured product of the epoxy resin composition is increased, but the toughness is decreased, and when it exceeds 3.0, the elongation of the cured product is improved, but the strength is decreased.
  • the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol F type epoxy resin are used in a liquid state at room temperature (25 ° C.) on one side and in a solid state on the other side. It is preferable.
  • an embodiment using a bisphenol A type epoxy resin that is liquid at room temperature and a bisphenol F type epoxy resin that is solid at room temperature a bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature and a liquid at room temperature
  • a bisphenol F type epoxy resin that is solid at room temperature and a liquid at room temperature Of using a bisphenol F type epoxy resin that is liquid at room temperature, a mode of using a bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature, and a bisphenol F type epoxy resin that is liquid at room temperature
  • an embodiment using a bisphenol F type epoxy resin that is solid at room temperature is preferable.
  • the viscosity (25 ° C.) of the liquid bisphenol A type epoxy resin at normal temperature is preferably 60 P or more, more preferably 75 P or more, further preferably 90 P or more, preferably 300 P or less, more preferably 250 P or less, Preferably it is 200 P or less.
  • the viscosity of the epoxy resin can be measured with a viscoelasticity measuring device (manufactured by Anton Paar, “MCR301”, applied torque 6 mN ⁇ m).
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the liquid bisphenol A type epoxy resin at normal temperature is preferably 170 or more, more preferably 175 or more, further preferably 180 or more, preferably 300 or less, more preferably 290 or less. More preferably, it is 280 or less.
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the bisphenol A type epoxy resin that is solid at room temperature is preferably 300 or more, more preferably 350 or more, still more preferably 400 or more, preferably 20000 or less, more preferably 18000 or less. More preferably, it is 16000 or less.
  • the viscosity (25 ° C.) of the liquid bisphenol F type epoxy resin at normal temperature is preferably 9P or more, more preferably 12P or more, further preferably 15P or more, preferably 300P or less, more preferably 250P or less, Preferably it is 200 P or less.
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the liquid bisphenol F type epoxy resin at normal temperature is preferably 150 or more, more preferably 155 or more, further preferably 160 or more, preferably 300 or less, more preferably 290 or less. More preferably, it is 280 or less.
  • the epoxy equivalent (g / eq) of the bisphenol F type epoxy resin that is solid at normal temperature is preferably 300 or more, more preferably 350 or more, still more preferably 400 or more, preferably 20000 or less, more preferably 18000 or less. More preferably, it is 16000 or less.
  • the epoxy resin component of the embodiment II may contain only the novolac type epoxy resin, the bisphenol A type epoxy resin and the bisphenol F type epoxy resin, or in addition to these, has two epoxy groups in the molecule. You may further contain an epoxy resin, ie, a bifunctional epoxy resin.
  • the bifunctional epoxy resin include hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, hydrogenated bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, tetrabromobisphenol A type epoxy resin, and bisphenol AD type epoxy. Examples thereof include bisphenol type epoxy resins such as resins.
  • the bisphenol type epoxy resins may be used alone or in admixture of two or more. The amount of these bisphenol-type epoxy resins used is preferably 97% by mass or less, more preferably 96% by mass or less, and still more preferably 95% by mass or less in the epoxy resin component.
  • the epoxy resin composition preferably contains a curing agent.
  • the curing agent include dicyandiamide; active hydrogen such as 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,3′-diaminodiphenylsulfone, m-phenylenediamine, and m-xylylenediamine.
  • Aromatic amines diethylenetriamine, triethylenetetramine, isophoronediamine, bis (aminomethyl) norbornane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, aliphatic amines having active hydrogen such as dimer acid ester of polyethyleneimine; Modified amines obtained by reacting hydrogen-containing amines with compounds such as epoxy compounds, acrylonitrile, phenol and formaldehyde, thiourea; dimethylaniline, triethylenediamine, dimethylbenzylamine, 2, , 6-tris (dimethylaminomethyl) phenol-free tertiary amines; imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole; polyamide resins; hexahydrophthalic anhydride, Carboxylic anhydrides such as tetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methyl nadic anhydride, polycar
  • the amount of the dicyandiamide added is preferably 13 g or more, more preferably 15 g or more, still more preferably 17 g or more, preferably 40 g or less, preferably 38 g or less, and more preferably 35 g or less with respect to 1 mol of the epoxy group of the epoxy resin component. preferable. If the addition amount of dicyandiamide is 13 g or more, the curing reaction further proceeds and the strength is further improved, and if it is 40 g or less, the elongation of the cured product of the resin composition is maintained and the interfacial strength with the reinforcing fiber is high. Thus, the strength of the fiber reinforced epoxy resin material is further improved.
  • the curing agent can be combined with an appropriate curing accelerator in order to increase the curing activity.
  • an appropriate curing accelerator a urea derivative in which at least one hydrogen bonded to urea is substituted with a hydrocarbon group is preferable.
  • the hydrocarbon group may be further substituted with, for example, a halogen atom, a nitro group, or an alkoxy group.
  • Examples of the urea derivative include 3-phenyl-1,1-dimethylurea, 3- (parachlorophenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (Orthomethylphenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (paramethylphenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (methoxyphenyl) -1,1-dimethylurea, 3- (nitrophenyl) Derivatives of monourea compounds such as 1,1-dimethylurea; and N, N-phenylene-bis (N ′, N′-dimethylurea), N, N- (4-methyl-1,3-phenylene) And derivatives of bisurea compounds such as -bis (N ', N'-dimethylurea).
  • Examples of preferred combinations include dicyandiamide, 3-phenyl-1,1-dimethylurea, 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU), 3- (3-chloro-4- Examples include combining urea derivatives such as methylphenyl) -1,1-dimethylurea and 2,4-bis (3,3-dimethylureido) toluene as curing aids. Of these, it is more preferable to combine dicyandiamide with 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU) as a curing accelerator.
  • DCMU 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea
  • the content ratio of dicyandiamide (DICY) and the urea derivative is preferably 1.0 or more, more preferably 1.2 or more, and more preferably 1.5 or more in terms of mass ratio (DICY / urea derivative). 0 or less is preferable, 2.8 or less is more preferable, and 2.5 or less is more preferable.
  • the mass ratio (DICY / urea derivative) is most preferably 2. If the mass ratio of DICY / urea derivative is within the above range, the curing rate is fast and the cured product has good physical properties.
  • the epoxy resin composition of Embodiments I and II may further contain other components such as oligomers, polymer compounds, organic or inorganic particles.
  • a polyester polyurethane having a polyester skeleton and a polyurethane skeleton As an oligomer that can be blended in the epoxy resin composition used in the present invention, a polyester polyurethane having a polyester skeleton and a polyurethane skeleton, a urethane having a polyester skeleton and a polyurethane skeleton, and further having a (meth) acrylate group at the molecular chain terminal (meta) ) Acrylates, indene oligomers and the like.
  • thermoplastic resin As the polymer compound that can be blended in the epoxy resin composition used in the present invention, a thermoplastic resin is suitably used. By blending a thermoplastic resin, the effect of controlling the viscosity of the resin, the handling property of the prepreg sheet, or improving the adhesiveness is preferably increased.
  • thermoplastic resin examples include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, thermoplastic resins having an amide bond, polyamide, polyimide, thermoplastic resins having a sulfonyl group, polysulfone, and the like. Can be mentioned. Polyamide, polyimide and polysulfone may have a functional group such as an ether bond and a carbonyl group in the main chain. The polyamide may have a substituent on the nitrogen atom of the amide group.
  • the epoxy resin composition used in the present invention preferably contains polyvinyl formal as a thermoplastic resin. If polyvinyl formal is contained, the toughness and elongation of the cured product are further improved.
  • thermoplastic resin As content of the said thermoplastic resin, 2 mass parts or more are preferable with respect to 100 mass parts of epoxy resin components, 3 mass parts or more are more preferable, 4 mass parts or more are more preferable, 12 mass parts or less are preferable, 8 parts by mass or less is more preferable. If content of a thermoplastic resin is 2 mass parts or more, the elongation of an epoxy resin composition will become good and a tack
  • Rubber particles and thermoplastic resin particles are used as the organic particles that can be blended in the epoxy resin composition used in the present invention. These particles have the effect of improving the toughness of the resin and improving the impact resistance of the fiber-reinforced composite material. Further, as rubber particles, cross-linked rubber particles and core-shell rubber particles obtained by graft polymerization of a different polymer on the surface of the cross-linked rubber particles are preferably used.
  • crosslinked rubber particles examples include XER-91 (produced by Nippon Synthetic Rubber Industry Co., Ltd.) comprising a crosslinked product of carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, CX-MN series (produced by Nippon Shokubai Co., Ltd.) comprising acrylic rubber fine particles, YR-500 series (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) can be used.
  • XER-91 produced by Nippon Synthetic Rubber Industry Co., Ltd.
  • CX-MN series produced by Nippon Shokubai Co., Ltd.
  • YR-500 series manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.
  • core-shell rubber particles include paraloid EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.) made of butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer, staphyloid AC-3355 made of acrylic acid ester / methacrylic acid ester copolymer, TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Company Limited), PARALOIDEXL-2611, EXL-3387 (registered trademark, trade name, manufactured by Rohm & Haas) made of butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer, etc. can be used. .
  • thermoplastic resin particles polyamide or polyimide particles are preferably used.
  • polyamide particles Toray Co., Ltd., trade name: SP-500, ATOCHEM, Orgasol (registered trademark), etc. can be used.
  • silica, alumina, smectite, synthetic mica and the like can be blended. These inorganic particles are blended in the epoxy resin composition mainly for rheology control, that is, for thickening and thixotropic imparting.
  • the resin component of the fiber reinforced epoxy resin material tubular body of the present invention is preferably composed only of the epoxy resin composition, but a commercially available epoxy resin composition is used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. May be.
  • a commercially available epoxy resin composition is used in combination, the content of the commercially available epoxy resin composition in the resin component of the fiber-reinforced epoxy resin material tubular body is preferably 95% by mass or less, and 90% by mass or less. More preferably, it is more preferably 80% by mass or less.
  • examples of the reinforcing fiber used for the fiber-reinforced epoxy resin material include carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, alumina fiber, and silicon carbide fiber. Also, two or more of these fibers can be mixed. Among these, it is preferable to use carbon fiber.
  • the carbon fibers include acrylic, pitch, and rayon carbon fibers, among which acrylic carbon fibers having high tensile strength are preferable.
  • the form of the carbon fiber carbon fiber obtained by twisting and firing the precursor fiber, so-called twisted yarn, untwisted carbon fiber, so-called untwisted yarn, substantially twisted on the precursor fiber
  • Non-twisted yarn that is heat-treated without being subjected to heat treatment can be used.
  • Non-twisted yarn or untwisted yarn is preferable in consideration of the balance between formability and strength characteristics of the fiber-reinforced composite material, and further, non-twisted yarn is preferable from the viewpoint of handleability such as adhesion between prepreg sheets.
  • the carbon fiber in this invention can also contain a graphite fiber.
  • Tensile modulus of the reinforcing fibers is preferably at least 10tf / mm 2 (98GPa), 24tf / mm 2 (235GPa) or more, and is preferably from 70tf / mm 2 (686GPa), 50tf / mm 2 (490GPa) The following is more preferable.
  • the tensile elastic modulus is measured in accordance with JIS-R7601 (1986) “Carbon Fiber Test Method”. When the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber is within the above range, a tubular body having high bending strength can be obtained.
  • the content of the reinforcing fiber in the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention is preferably 35% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, still more preferably 65% by mass or more, and particularly preferably 70% by mass or more. 85 mass% or less is preferable, More preferably, it is 84 mass% or less, More preferably, it is 80 mass% or less, Most preferably, it is 75 mass% or less. This is because if the content of the reinforcing fibers is within the above range, a good fiber-reinforced epoxy resin material that can fully utilize the high strength of the resin is obtained.
  • the present invention also includes a prepreg used for producing the fiber-reinforced epoxy resin material.
  • a prepreg used for producing the fiber-reinforced epoxy resin material.
  • Examples of such a prepreg include those obtained by impregnating reinforcing fibers with an epoxy resin composition.
  • the epoxy resin composition and reinforcing fiber used for the prepreg include those that can be used for the fiber-reinforced epoxy resin material.
  • the prepreg is a molding intermediate material obtained by impregnating a reinforcing fiber with an epoxy resin composition, and the epoxy resin composition is in an uncured or semi-cured state.
  • the fiber reinforced epoxy resin molded product is obtained by curing the epoxy resin composition contained in the prepreg of the present invention.
  • the prepreg contains an epoxy resin composition and reinforcing fibers, the epoxy resin composition contains a novolac type epoxy resin as an epoxy resin component, and the cured product of the epoxy resin composition is swollen with methyl ethyl ketone.
  • epoxy resin component it contains novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin, and by controlling these contents, the prepreg tack and drape properties are improved
  • the toughness and strength of the cured product of the resin composition can be improved.
  • the swelling ratio with the methyl ethyl ketone is an index of the crosslinking density of the epoxy resin composition.
  • a cured product of the epoxy resin composition having a swelling rate with methyl ethyl ketone falling within the above range has an appropriate elongation and excellent adhesion to reinforcing fibers.
  • the fiber-reinforced epoxy resin molded product obtained from the prepreg of the present invention has an improved interfacial strength between the reinforcing fiber and the matrix resin, and the effect of compounding with the reinforcing fiber is increased.
  • the mechanical strength is further improved.
  • the resin component of the prepreg of the present invention is preferably composed only of the epoxy resin composition, but a commercially available epoxy resin composition may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • a commercially available epoxy resin composition is used in combination, the content of the commercially available epoxy resin composition in the resin component is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and 80% by mass. More preferably, it is as follows.
  • the resin component content of the prepreg is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably 25% by mass or more, and preferably 65% by mass or less, more preferably 60% by mass or less. More preferably, it is 55 mass% or less. If the content rate of a reinforced fiber exists in the said range, it will become a favorable fiber reinforced epoxy resin molded object which can fully utilize the high intensity
  • the content of the reinforcing fiber in the prepreg of the present invention is preferably 35% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, further preferably 65% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, and 85% by mass or less. More preferably, it is 84 mass% or less, More preferably, it is 80 mass% or less, Most preferably, it is 75 mass% or less. This is because if the content of the reinforcing fibers is within the above range, a good fiber-reinforced epoxy resin material that can fully utilize the high strength of the resin is obtained.
  • Examples of the form of the reinforcing fiber in the prepreg include long fibers aligned in one direction, bi-directional woven fabric, multiaxial woven fabric, non-woven fabric, mat, knit, braided string, and the like.
  • the long fiber means a single fiber or a fiber bundle substantially continuous for 10 mm or more.
  • a so-called unidirectional prepreg using long fibers aligned in one direction has a high fiber strength direction and a high strength utilization rate in the fiber direction because the fibers are less bent.
  • the unidirectional prepreg is formed by appropriately laminating a plurality of prepregs so that the arrangement directions of the reinforcing fibers are different, the elastic modulus and strength in each direction of the molded product can be easily designed.
  • the sheet shape is preferable as the shape of the prepreg.
  • thickness is 0.01 mm or more, More preferably, it is 0.03 mm or more, 1.0 mm or less is preferable, More preferably, it is 0.9 mm or less.
  • the density of the prepreg is preferably 1.45 g / cm 3 or more, more preferably 1.47 g / cm 3 or more, still more preferably 1.48 g / cm 3 or more, and preferably 1.75 g / cm 3 or less. More preferably, it is 1.72 g / cm ⁇ 3 > or less, More preferably, it is 1.69 g / cm ⁇ 3 > or less. This is because, if the density is within the above range, a good fiber-reinforced epoxy resin material that can fully utilize the reinforcing effect of the carbon fiber can be obtained.
  • a prepreg can be produced by impregnating the epoxy resin composition into a reinforcing fiber such as carbon fiber.
  • a wet method in which the epoxy resin composition is dissolved in a solvent such as methyl ethyl ketone and methanol to lower the viscosity and impregnated into the reinforcing fiber
  • a hot method in which the epoxy resin composition is reduced in viscosity by heating and impregnated into the reinforcing fiber. It can be produced by a method such as a melt method.
  • the wet method is a method of obtaining a prepreg by evaporating a solvent while evaporating a reinforcing fiber after being immersed in a solution made of an epoxy resin composition and heating using an oven or the like.
  • the hot melt method is preferable because the solvent does not substantially remain in the prepreg.
  • the present invention also includes a tubular body formed from the fiber-reinforced epoxy resin material.
  • a method for producing a tubular body made of a fiber reinforced epoxy resin material a known method is used. For example, a prepreg obtained by impregnating a reinforcing fiber such as carbon fiber with the epoxy resin composition is prepared, cut into the shape of each material constituting the tubular body, and after lamination, pressure is applied while heating the laminated body. The method of giving can be mentioned.
  • a fiber reinforced composite material can be obtained without using the prepreg as an intermediate substrate.
  • a tubular molded body can also be obtained by a filament winding molding method in which rovings of reinforcing fibers are impregnated with an epoxy resin composition and wound around a core metal, and then the resin is heated and cured. The surface of the tubular molded body may be cut and painted.
  • Examples of methods for applying pressure while heating the prepreg laminate include a wrapping tape method and an internal pressure molding method.
  • the wrapping tape method is a method of obtaining a molded body by winding a prepreg around a mandrel or the like. Specifically, a prepreg is wound around a mandrel, a wrapping tape made of a thermoplastic resin film is wound around the outside of the prepreg for fixing and applying pressure, and the resin is heated and cured in an oven, and then a cored bar. This is a method for removing the slag to obtain a tubular molded body. The surface of the tubular molded body may be cut and painted.
  • a prepreg is wound around an internal pressure applying body such as a tube made of a thermoplastic resin to form a preform, which is then placed in a mold, and then a high pressure gas is introduced into the internal pressure applying body to increase the pressure. It is a method of molding by heating and mold.
  • a bias prepreg in which the array of reinforcing fibers is arranged to be inclined with respect to the axis of the tubular body a straight prepreg in which the array of reinforcing fibers is arranged in parallel to the axis of the tubular body, and a tubular body
  • a hoop prepreg in which an array of reinforcing fibers is arranged at right angles to the axis to give the tubular body necessary rigidity and strength.
  • the tubular body is preferably formed by winding and laminating a plurality of prepregs and curing the resin composition contained in these prepregs.
  • the number of laminated prepregs constituting the tubular body is preferably 5 layers or more, more preferably 7 layers or more, still more preferably 9 layers or more, preferably 30 layers or less, more preferably 28 layers or less, still more preferably 26. Below the layer.
  • the tubular body is composed of a plurality of prepregs
  • the prepreg of the present invention is used as the outermost prepreg located on the outermost side. That is, it is preferable to use the fiber reinforced epoxy resin material of the present invention as a fiber reinforced resin (hereinafter sometimes referred to as FRP) material located on the outermost side of the tubular body.
  • FRP fiber reinforced resin
  • the initial failure of the tubular body occurs from the outermost layer of the tubular body. Therefore, by using the fiber reinforced epoxy resin material of the present invention having excellent mechanical strength for the outermost layer, the initial breakage of the tubular body can be prevented, and the strength of the tubular body can be further increased.
  • the tubular body is composed of three or more prepregs
  • the outermost prepreg and the prepreg inscribed in the outermost prepreg may use different prepregs, but preferably use the same prepreg.
  • the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber contained in the outermost prepreg and / or the prepreg inscribed in the outermost prepreg is preferably 10 tf / mm 2 (98 GPa) or more, more preferably 15 tf / mm 2 (147 GPa) or more, more preferably and at 20tf / mm 2 (196GPa) or more, and is preferably 38tf / mm 2 (373GPa), more preferably at 30tf / mm 2 (294GPa) below. If the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber contained in these prepregs is within the above range, the initial fracture of the tubular body can be further suppressed.
  • At least one prepreg having a density lower than that of the outermost prepreg (hereinafter sometimes referred to as a light-weight prepreg) as the other prepreg positioned inside the outermost prepreg.
  • a prepreg having a low density the tubular body can be reduced in weight.
  • a prepreg having a low density usually has a small content of reinforcing fibers, the use of such a prepreg tends to lower the mechanical strength of the tubular body.
  • the initial fracture is suppressed by using the prepreg of the present invention as the outermost prepreg, the weight can be reduced while maintaining the mechanical strength of the tubular body.
  • the difference in density between the outermost prepreg and the light prepreg (outermost prepreg ⁇ light prepreg) is preferably 0.08 g / cm 3 or more, more preferably 0.10 g / cm 3 or more, and further preferably 0.12 g / cm 3. cm 3 and preferably from 0.28 g / cm 3 or less, more preferably 0.26 g / cm 3 or less, further preferably 0.24 g / cm 3 or less. If the difference in density is within the above range, the weight can be reduced while maintaining the strength.
  • the lightweight prepreg is not particularly limited, and a known prepreg can be used. In addition, it is also preferable to use the prepreg of the present invention as the lightweight prepreg.
  • the density of lightweight prepreg is preferably 1.35 g / cm 3 or more, more preferably 1.40 g / cm 3 or more, preferably 1.55 g / cm 3 or less, more preferably 1.50 g / cm 3 or less is there.
  • the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber contained in the lightweight prepreg is preferable to make the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber contained in the lightweight prepreg larger than the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber contained in the outermost prepreg.
  • the tensile modulus of the reinforcing fibers, wherein the weight prepreg contains is preferably at least 30tf / mm 2 (294GPa), more preferably 40tf / mm 2 (392GPa) or more, more preferably be 46tf / mm 2 (451GPa) or 70 tf / mm 2 (686 GPa) or less, more preferably 60 tf / mm 2 (588 GPa) or less, and still more preferably 50 tf / mm 2 (490 GPa) or less. If the tensile elastic modulus of the reinforcing fiber contained in the lightweight prepreg is within the above range, the weight can be reduced while maintaining the mechanical strength of the tubular body.
  • the lighter prepreg can reduce the mass of the tubular body as the number of used sheets increases.
  • the position of the lightweight prepreg is not particularly limited, but it is preferable to dispose the lightweight prepreg as much as possible. Therefore, it is preferable that the innermost prepreg located on the innermost side is a lightweight prepreg. Two or more lightweight prepregs may be used. In this case, the order of the prepregs is preferably arranged so that the lightweight prepregs are continuous. That is, it is more preferable that the lightweight prepreg is continuously arranged from the innermost prepreg to a desired number.
  • the prepreg of the present invention is used for the outermost prepreg located on the outermost side, and at least one prepreg located on the inner side of the outermost prepreg
  • the aspect which is a lightweight prepreg whose density is smaller than the said outermost prepreg is preferable.
  • n prepregs are wound and laminated, the prepreg of the present invention is used as the outermost prepreg and the prepreg inscribed in the outermost prepreg, and the n-3th sheet from the innermost prepreg A mode in which a light-weight prepreg is used as the prepreg is preferable (where n is 5 or more).
  • the prepreg of the present invention is used for the outermost prepreg (eighth sheet) and the prepreg inscribed in the outermost prepreg (seventh sheet), and the innermost prepreg ( It is preferable to use a lightweight prepreg as the first to fifth prepregs.
  • the outermost prepreg, the prepreg inscribed in the outermost prepreg, and the lightweight prepreg are preferably prepregs of the present invention having different densities.
  • the length of the tubular body is preferably 40 inches (101.6 cm) or more, more preferably 41 inches (104.1 cm) or more, preferably 49 inches (124.5 cm) or less, more preferably 48 inches ( 121.9 cm) or less. If the length of the tubular body is within the above range, the operability of the golf club using the golf club shaft made of this tubular body will be good. Further, the mass of the tubular body is preferably 30 g or more, more preferably 35 g or more, preferably 80 g or less, more preferably 75 g or less. If the mass is 30 g or more, the shaft is sufficiently thick and the mechanical strength is further improved, and if it is 80 g or less, the shaft is not too heavy and the operability is improved.
  • the wall thickness of the tubular body is preferably 0.5 mm or more, more preferably 0.6 mm or more, preferably 4 mm or less, more preferably 3.5 mm or less. If the thickness of the tubular body is within the above range, good or bad is obtained.
  • the wall thickness of the tubular body can be controlled by adjusting the position of the thin-walled portion, thereby controlling the center of gravity of the tubular body and the bending position.
  • the tubular body formed using the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention can be suitably used for, for example, a golf club shaft, a fishing rod, a tennis racket, a badminton racket, and the like.
  • a tensile test specimen was molded from the cured resin plate in accordance with JIS-K7162 (1994) specimen 1BA.
  • a 2 cm ⁇ 2 cm square test piece was cut out and used as a test piece for methyl ethyl ketone swelling test.
  • Test specimen for tensile test of fiber-reinforced epoxy resin material Ten prepregs were cut and laminated so that the fiber direction was constant. A fiber reinforced epoxy resin material sheet was obtained by sandwiching between 0.1 mm release sheets and pressing under conditions of 80 ° C. ⁇ 30 minutes + 130 ° C. ⁇ 2 hours using a 1 mm spacer to cure the epoxy resin. . The obtained fiber-reinforced epoxy resin material sheet was cut to have a length: 100 mm in the fiber vertical direction and a width: 10 mm in the fiber direction to prepare a test piece for a tensile test.
  • FIG. 1 is explanatory drawing which illustrates typically the tension test method about the test piece 12 which consists of hardened
  • FIG.1 (b) is the side view which looked at the chuck
  • unevenness for preventing slipping is provided on the inner side of the chuck 10, but it is not shown.
  • FIG.1 (c) is explanatory drawing which illustrates typically the tension test method about a fiber reinforced epoxy resin material. 1A and 1C, the arrow direction is the direction of the tensile test.
  • the aluminum tag 14 of length 4mm * width 1.5mm * thickness 0.5mm is affixed on the test piece 15 which consists of a fiber reinforced epoxy resin material with a cyanoacrylate adhesive, A tensile test was performed in a direction perpendicular (90 degrees) to the direction of the reinforcing fibers 16.
  • the tensile characteristic was shown by the maximum stress x the elongation at that time / 2 (MPa *%).
  • Prepreg tack test The prepreg tack was measured using a rubber / adhesive tackiness tester (PICMA tack tester P-2, manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.). The measurement conditions were descending speed: 1000 mm / second, pressure bonding time: 0 second, peeling speed: 1000 mm / second (adhesion time 1 second).
  • PICMA tack tester P-2 manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.
  • Tables 1 to 7 show the evaluation results for the epoxy resin composition, prepreg, and fiber reinforced epoxy resin material.
  • T700SC carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc., TORAYCA (registered trademark) T700SC (tensile elastic modulus 24 tf / mm 2 (235 GPa))
  • T800SC carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc., trading card T800SC (tensile modulus of elasticity 30 tf / mm 2 (294 GPa))
  • M40JB carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc., trading card M40JB (tensile elastic modulus 40 tf / mm 2 (392 GPa))
  • M50JB carbon fiber manufactured by Toray Industries, Inc., trading card M50JB (tensile elastic modulus 50 tf / mm 2 (490 GPa))
  • XN-15 Carbon fiber made of Japanese graphite fiber, GRANOC XN-15 (tensile elastic modulus 15 tf / mm 2 (147 GPa))
  • YSH-60A Carbon fiber made of Japanese graphite fiber, GRANOC
  • an epoxy resin composition containing a predetermined amount of a novolak-type epoxy resin, a bisphenol A-type epoxy resin, and a bisphenol F-type epoxy resin, and the cured product having a methyl ethyl ketone swelling ratio of 20 mass% to 44 mass% Prepreg No. using the product.
  • PP21, PP22, PP25 to PP27, and PP29 to PP32 have good tack and drape properties.
  • the fiber reinforced epoxy resin material which consists of these prepregs has high tensile strength.
  • Prepreg No. PP28 has an excessively high methyl ethyl ketone swelling ratio of 45.6% by mass, so that the tensile strength of the fiber-reinforced epoxy resin material is poor.
  • Prepreg No. PP33 and PP34 are inferior in drape because the methyl ethyl ketone swelling ratio is too low at 19.6% by mass and 13.2% by mass.
  • a tubular body made of a fiber reinforced epoxy resin material was produced by a sheet winding method. That is, as shown in FIG. 3, the prepregs 1 to 8 were wound around a mandrel in order.
  • the prepreg 1 constitutes the innermost layer
  • the prepreg 8 constitutes the outermost layer.
  • the prepregs 1, 4, 5, 7, and 8 are straight prepregs in which the reinforcing fibers are arranged in parallel to the axis of the tubular body.
  • the prepregs 2 and 3 are bias prepregs in which the arrangement direction of the reinforcing fibers is inclined with respect to the axis of the tubular body.
  • the prepreg 6 is a hoop prepreg in which the reinforcing fibers are arranged in a direction perpendicular to the axis of the tubular body. As shown in FIG. 4, the prepreg 2 and the prepreg 3, and the prepreg 5 and the prepreg 6 were bonded together so that the inclination directions of the reinforcing fibers intersected. As the prepregs 1 to 8, those shown in Tables 8 to 18 were used. A tape was wound around the outer peripheral surface of the obtained wound body and heated to perform a curing reaction. The winding conditions and curing conditions are shown below. 3 and 4, the dimensions are displayed in mm.
  • Winding conditions Rolling speed: 34Hz Tape: PT-30H manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., tension 6000 ⁇ 100 gf Pitch: 2.0mm Spindle speed: 1870-1890Hz Curing conditions: (1) Temperature rise from room temperature to 80 ° C in 30 minutes (2) Hold at 80 ° C ⁇ 5 ° C for 30 minutes ⁇ 5 minutes (3) Temperature rise from 80 ° C to 130 ° C in 30 minutes (4) 130 ° C ⁇ 5 ° C Hold for 120 minutes ⁇ 5 minutes.
  • P-805S-3 Toray prepreg P805S-3 (carbon fiber: M30S (tensile elastic modulus 30 tf / mm 2 (294 GPa)), resin content: 40 mass%, density 1.47 g / cm 3 ) manufactured by Toray Industries, Inc.
  • the epoxy resin composition contains a novolak-type epoxy resin and a phenoxy-type epoxy resin, and the cured product has a methyl ethyl ketone swelling ratio of 20% by mass to 44% by mass. It can be seen that the three-point bending strength and tensile strength are high.
  • Tubular body No. Nos. 8 to 10 do not contain a novolac-type epoxy resin, and are inferior in three-point bending strength and tensile strength.
  • Tubular body No. No. 7 has an inferior three-point bending strength because the methyl ethyl ketone swelling ratio is too high at 47.1% by mass.
  • the tubular body No. 48, 49, 52 to 54, and 56 to 59 have high three-point bending strength.
  • the tubular body formed using the fiber-reinforced epoxy resin material of the present invention can be suitably used for, for example, a golf club shaft, a fishing rod, a tennis racket, a badminton racket and the like.
  • Prepreg 10: Chuck, 12: Test piece made of a cured product of epoxy resin composition, 14: Aluminum tag, 16: Reinforced fiber, 18: Tubular body, 20: Support point, 22: Midpoint between support points

Landscapes

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Abstract

 強度が向上した新規な繊維強化エポキシ樹脂材料を提供すること目的とする。 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料は、エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とを含有する繊維強化エポキシ樹脂材料であって、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%である。

Description

繊維強化エポキシ樹脂材料、プリプレグ、および、繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体
 本発明は、繊維強化エポキシ樹脂材料、前記繊維強化エポキシ樹脂材料の作製に使用されるプリプレグ、前記繊維強化エポキシ樹脂材料から形成された管状体に関する。
 ゴルフクラブシャフトや釣竿には、繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体が使用されている。例えば、特許文献1には、一方向に引き揃えられた強化繊維と、エポキシ樹脂組成物とを含んでなり、前記強化繊維の引張弾性率E(GPa)と、加熱硬化して得られる繊維強化複合材料の6度圧縮強度σ(MPa)が、次式(1)と(2)を満足することを特徴とするプリプレグシートを加熱硬化せしめて得られる繊維強化複合材料層を含んでなることを特徴とする管状体が開示されている。
 200GPa≦E≦950GPa・・・(1)
 -3.6E+2000≦σ≦-3.6E+2600・・・(2)
 特許文献2には、引張弾性率が200~800GPaである強化繊維と、硬化剤、並びに次の構成要素[A]及び/又は構成要素[B]を含んでなるエポキシ樹脂組成物を構成要素とする繊維強化複合材料が使用されてなるゴルフクラブ用シャフトであって、該エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張弾性率が3.4~4.4GPaであり、前記繊維強化複合材料の湿式切削加工による切削量が3重量%以下であるゴルフクラブ用シャフトが開示されている。
[A]分子内にエポキシ樹脂又は硬化剤と反応しうる官能基1個と1個以上のアミド結合を有する化合物、
[B]分子内に芳香環を有するポリエステルポリウレタン
 特許文献3には、強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチック製管状体において、マトリックス樹脂が、次の構成要素[A]、[B]および[C]からなるエポキシ樹脂組成物の硬化物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が開示されている。
[A]エポキシ樹脂100重量部中、2官能エポキシ樹脂を70重量部以上含むエポキシ樹脂、
[B]ゴム相を含みエポキシ樹脂に実質的に不溶な微粒子、
[C]硬化剤
 特許文献4には、少なくとも次の構成要素[A]、[B]および[C]を含有する繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維からなる繊維強化複合材料、及び、前記繊維強化複合材料からなるゴルフシャフトが開示されている。
[A]エポキシ樹脂100重量部中、2官能エポキシ樹脂を70重量部以上含むエポキシ樹脂
[B]ポリエステル系またはポリアミド系熱可塑性エラストマー
[C]硬化剤または硬化剤と硬化促進剤の配合物
特開2003-103519号公報 特開2001-54602号公報 特開平9-85844号公報 特開平8-337707号公報
 ゴルフクラブや釣竿などの高性能化、高品位化に伴って、前記した繊維強化複合材料からなる管状体では、強度が十分ではなくなってきている。特に近年では、管状体の重心位置、しなりの大きさなどを制御するために、管状体に薄肉部分を設けるため、繊維強化複合材料にはより高い強度が求められている。また、プリプレグには良好なタック性およびドレープ性が求められるが、樹脂成分として低分子量のエポキシ樹脂を使用して、樹脂成分の粘度を低くした場合、得られる繊維強化複合成形体の強度が低下する。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、強度に優れた管状体が得られる新規な繊維強化エポキシ樹脂材料を提供すること目的とする。また、本発明は、良好なタック性およびドレープ性を有し、かつ、強度に優れた繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体が得られるプリプレグを提供すること目的とする。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料は、エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とを含有する繊維強化エポキシ樹脂材料であって、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%であることを特徴とする。前記メチルエチルケトンでの膨潤率は、エポキシ樹脂組成物の架橋密度を指標するものである。メチルエチルケトンでの膨潤率が前記範囲に入るエポキシ樹脂組成物の硬化物は、適度な伸度を有し、強化繊維に対する接着性に優れる。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料は、前記エポキシ樹脂成分が、ノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を含有することが好ましい。エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を配合することにより、フェノキシ型エポキシ樹脂の作用によりエポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度が向上するとともに、ノボラック型エポキシ樹脂の作用により、架橋密度が高められエポキシ樹脂組成物の硬化物の強度が向上する。これらの結果、本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が向上し、強化繊維による複合化の効果が大きくなり、得られる繊維強化エポキシ樹脂材料の機械的強度が一段と向上する。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料は、前記エポキシ樹脂成分が、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が2質量%~19質量%、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との質量比(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)が0.3~3.0、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量(g/eq)が200~400であることが好ましい。エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、かつ、これらの含有量を制御することにより、プリプレグのタック性およびドレープ性を向上させつつ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靱性および強度が向上させることができる。これらの結果、本発明のプリプレグから得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が向上し、強化繊維による複合化の効果が大きくなり、得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体の機械的強度が一段と向上する。
 本発明には、前記繊維強化エポキシ樹脂材料の作製に用いられるプリプレグも含まれる。また本発明には、前記繊維強化エポキシ樹脂材料から形成された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体も含まれる。前記管状体としては、複数のプリプレグを積層し、該プリプレグが含有する樹脂組成物を硬化してなり、最も外側に位置する最外プリプレグが本発明のプリプレグであり、前記最外プリプレグの内側に位置するプリプレグは、少なくとも1つが前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグであるものが好ましい。また本発明には、この繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体からなるゴルフクラブシャフトも含まれる。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料を用いれば、曲げ強度に優れた管状体が得られる。また、本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料を用いれば、曲げ強度に優れ、かつ、軽量化された管状体が得られる。
引張試験の態様を説明する説明図である。 曲げ試験の態様を説明する説明図である。 繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体を構成する繊維強化プリプレグの積層態様を示す図である。 プリプレグの貼合わせ態様を説明する説明図である。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料は、エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とを含有する繊維強化エポキシ樹脂材料であって、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%であることを特徴とする。
 本発明において、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が、20質量%以上が好ましく、25質量%以上がより好ましく、44質量%以下が好ましく、38質量%以下がより好ましい。前記メチルエチルケトンでの膨潤率は、エポキシ樹脂組成物の硬化物の架橋度を指標するものである。メチルエチルケトンでの膨潤率が前記範囲に入るエポキシ樹脂組成物の硬化物は、適度な伸度を有し、強化繊維に対する接着性に優れる。前記膨潤率が20質量%未満では、架橋密度が高すぎて、エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸びが低下し、44質量%を超えると架橋密度が小さすぎ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度が低下する。
 前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張特性(=最大応力×その時の伸び÷2)は、100MPa・%以上が好ましく、150MPa・%以上がより好ましく、200MPa・%以上がさらに好ましく、6000MPa・%以下が好ましく、5500MPa・%以下がより好ましく、5000MPa・%以下がさらに好ましい。
 前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張強度(最大応力)は、20MPa以上が好ましく、30MPa以上がより好ましく、50MPa以上がさらに好ましく、500MPa以下が好ましく、450MPa以下がより好ましく、400MPa以下がさらに好ましい。また、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度(破断伸度)は、2%以上が好ましく、3%以上がより好ましく、300%以下が好ましく、200%以下がより好ましい。引張強度および伸度の測定方法は、後述する。
 前記ノボラック型エポキシ樹脂は、分子内に2個超(好ましくは3個以上)のエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂である。ノボラック型エポキシ樹脂を含有することにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物の架橋密度を制御することができる。架橋密度を制御して、エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度を適度な範囲とすることにより、強化繊維とエポキシ樹脂との界面強度が向上すると考えられる。前記ノボラック型エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、o-クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などを挙げることができる。
 前記ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、50以上が好ましく、75以上がより好ましく、100以上がさらに好ましく、500以下が好ましく、400以下がより好ましく、300以下がさらに好ましい。ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量が前記範囲内であれば、有効に架橋構造を形成することができる。
 フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、jER(登録商標)152、jER154(以上、三菱化学社製)、EPICLON(登録商標)N-740、EPICLON N-770、EPICLON N-775(以上、DIC(株)製)、PY307、EPN1179、EPN1180(以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアル社製)、YDPN638、YDPN638P(以上、東都化成(株)製)、DEN431、DEN438、DEN439(以上、ダウケミカル社製)、EPR600(Bakelite社製)、EPPN-201(日本化薬(株)製)などが挙げられる。
 前記エポキシ樹脂組成物が含有するエポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率は、2質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、7質量%以上がさらに好ましく、19質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましい。ノボラック型エポキシ樹脂の含有率が2質量%以上であれば、架橋密度が高められ樹脂組成物の硬化物の強度が一層向上し、19質量%以下であれば、樹脂組成物の硬化物の伸びが維持され、強化繊維との界面強度が高くなり、繊維強化エポキシ樹脂材料の強度が一層向上する。
 前記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分として、分子内に2個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、すなわち2官能のエポキシ樹脂を含有することも好ましい。前記2官能のエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂が挙げられる。前記ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独であるいは2種以上を混合して使用してもよい。また、エポキシ樹脂組成物には、フェノキシ樹脂を配合してもよい。
 前記エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量(g/eq)は、200以上が好ましく、250以上がより好ましく、400以下が好ましく、350以下がより好ましい。エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量が、200未満の場合、エポキシ樹脂成分が常温で液状になってしまい、プリプレグの作製や成型が困難になる場合がある。また、エポキシ当量が400より大きくなると、エポキシ樹脂成分が常温で固体になり成型が困難になる場合がある。
 前記エポキシ樹脂成分としては、ノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を含有し、硬化物のメチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%である態様(以下、「態様I」と称する場合がある。);ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が2質量%~19質量%であり、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との質量比(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)が0.3~3.0であり、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量(g/eq)が200~400であり、硬化物のメチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%である態様(以下、「態様II」と称する場合がある。)が好ましい。
 まず、態様Iのエポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂成分について説明する。態様Iのエポキシ樹脂成分は、ノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を配合することにより、フェノキシ型エポキシ樹脂の作用によりエポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度が向上するとともに、ノボラック型エポキシ樹脂の作用により、架橋密度が高められエポキシ樹脂組成物の硬化物の強度が向上する。
 前記フェノキシ型エポキシ樹脂は、従来公知のものが使用できる。フェノキシ型エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂、ビスフェノールF型フェノキシ樹脂、ビスフェノールA型とビスフェノールF型との共重合フェノキシ樹脂、ビフェニル型フェノキシ樹脂、ビスフェノールS型フェノキシ樹脂、ビフェニル型フェノキシ樹脂とビスフェノールS型フェノキシ樹脂との共重合フェノキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂、ビスフェノールF型フェノキシ樹脂、ビスフェノールA型とビスフェノールF型との共重合フェノキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂がより好ましい。前記フェノキシ型エポキシ樹脂は、単独であるいは2種以上を混合して使用してもよい。フェノキシ型エポキシ樹脂は、分子内に2個のエポキシ基を有することが好ましい。
 前記フェノキシ型エポキシ樹脂の重量平均分子量は10000以上が好ましく、より好ましくは20000以上、さらに好ましくは30000以上であり、130000以下が好ましく、より好ましくは110000以下、さらに好ましくは90000以下である。前記重量平均分子量が10000以上であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度がより良好となり、130000以下であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度がより良好となる。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定すればよい。
 前記フェノキシ型エポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、4000以上が好ましく、4500以上がより好ましく、5000以上がさらに好ましく、20000以下が好ましく、18000以下がより好ましく、16000以下がさらに好ましい。フェノキシ型エポキシ樹脂のエポキシ当量が前記範囲内であれば、有効に架橋構造を形成することができる。
 フェノキシ型エポキシ樹脂の市販品としては、jER(登録商標)1256、jER4250、jER4275、jER1255HX30(以上、三菱化学社製)、YP-50、YP-50S(以上、新日鉄住金化学(株)製)、PKHB、PKHC、PKHH、PKHJ(以上、InChem社製)などが挙げられる。
 態様Iのエポキシ樹脂成分全体に占めるフェノキシ型エポキシ樹脂の含有率は、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、18質量%以下が好ましく、17質量%以下がより好ましく、16質量%以下がさらに好ましい。フェノキシ型エポキシ樹脂の含有率が1質量%以上であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度がより良好となり、18質量%以下であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度がより良好となる。
 態様Iのエポキシ樹脂成分中のノボラック型エポキシ樹脂とフェノキシ樹脂との質量比(ノボラック型エポキシ樹脂/フェノキシ樹脂)は、0.4以上が好ましく、より好ましくは0.7以上、さらに好ましくは1.0以上であり、7.0以下が好ましく、より好ましくは6.5以下、さらに好ましくは6.0以下である。前記質量比が0.4以上であれば、架橋密度が高められ強度がより向上する。また、プリプレグ作製時などの成形性が良好となり、ボイドの発生が抑制され作業性が向上する。また、前記質量比が7.0以下であれば、架橋密度が高くなり過ぎず、フェノキシ型エポキシ樹脂を含有する硬化がより発揮される。
 態様Iのエポキシ樹脂成分は、前記ビスフェノール型エポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂とを併用することが好ましい。ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂とを併用することにより、得られる繊維強化エポキシ樹脂材料の曲げ強度が向上する。前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の含有比率は、質量比で、20:80~80:20が好ましく、30:70~70:30がより好ましく、40:60~60:40がさらに好ましい。
 前記ビスフェノール型エポキシ樹脂として、常温(25℃)で固体状であるものを使用する場合、そのビスフェノール型エポキシ樹脂の重量平均分子量は650以上が好ましく、より好ましくは700以上、さらに好ましくは750以上であり、10000以下が好ましく、より好ましくは9500以下、さらに好ましくは9000以下である。前記重量平均分子量が前記範囲内であれば、有効に架橋構造を形成することができる。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定すればよい。
 常温で液体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、例えば、jER(登録商標)827、jER828、jER828EL、jER828XA、jER834(以上、三菱化学社製)、エポトート(登録商標)YD-115、エポトートYD-115G、エポトートYD-115CA、エポトートYD-118T、エポトートYD-127、エポトートYD-128、エポトートYD-128G、エポトートYD-128S(以上、東都化成社製)、EPICLON(登録商標)840、EPICLON840-S、EPICLON850、EPICLON850-S(以上、DIC社製)が挙げられる。
 常温で固体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、例えば、jER1001、jER1002、jER1003、jER1003F、jER1004、jER1004FS、jER1004F、jER1004AF、jER1055、jER1005F、jER1006FS、jER1007、jER1007FS、jER1008、jER1009(以上、三菱化学社製)、エポトートYD-011、エポトートYD-012、エポトートYD-013、エポトートYD-014、エポトートYD-017、エポトートYD-019、エポトートYD-020N、エポトートYD-020H(以上、東都化成社製)、EPICLON1050、EPICLON3050、EPICLON4050、EPICLON7050(以上、DIC社製)、DER-661、DER-663U、DER-664、DER-667、DER-668、DER-669(以上、ダウケミカル社製)が挙げられる。
 常温で液体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、例えば、jER806、jER807(以上、三菱化学社製)、EPICLON830、EPICLON830-S、EPICLON835(以上、DIC社製)が挙げられる。常温で固体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、例えば、jER4005P、jER4007P、jER4010P(以上、三菱化学社製)が挙げられる。
 続いて、態様IIのエポキシ樹脂成分について説明する。態様IIのエポキシ樹脂成分は、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、かつ、ノボラック型エポキシ樹脂の含有率、および、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との質量比を制御することにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靱性および強度が向上し、このプリプレグを用いて形成される繊維強化エポキシ樹脂成形体の強度が向上する。
 前記態様IIのエポキシ樹脂成分は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有する。前記態様IIのエポキシ樹脂成分中の前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の質量比(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)は、0.3以上、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.5以上であり、3.0以下、好ましくは2.5以下、さらに好ましくは2.0以下である。前記質量比が上記範囲内であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度、靱性を維持しつつプリプレグのタック性を向上できる。前記質量比が0.3未満では、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度が高くなるが、靱性が低下し、3.0を超えると硬化物の伸び率は向上するが、強度が低下する。
 前記態様IIのエポキシ樹脂成分は、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂は、一方に常温(25℃)で液体状のものを使用し、他方に常温で固体状のものを使用することが好ましい。このような態様としては、例えば、常温で液体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と常温で固体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂とを用いる態様;常温で固体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と常温で液体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂とを用いる態様;常温で液体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と常温で固体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と常温で液体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂とを用いる態様;常温で液体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と常温で液体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂と常温で固体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂とを用いる態様;が挙げられる。これらの中でも、常温で固体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いる態様が好ましい。
 前記常温で液体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂の粘度(25℃)は、60P以上が好ましく、より好ましくは75P以上、さらに好ましくは90P以上であり、300P以下が好ましく、より好ましくは250P以下、さらに好ましくは200P以下である。エポキシ樹脂の粘度は、粘弾性測定器(アントンパール社製、「MCR301」、印加トルク6mN・m)により、測定できる。前記常温で液体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、170以上が好ましく、より好ましくは175以上、さらに好ましくは180以上であり、300以下が好ましく、より好ましくは290以下、さらに好ましくは280以下である。
 前記常温で固体状のビスフェノールA型エポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、300以上が好ましく、より好ましくは350以上、さらに好ましくは400以上であり、20000以下が好ましく、より好ましくは18000以下、さらに好ましくは16000以下である。
 前記常温で液体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂の粘度(25℃)は、9P以上が好ましく、より好ましくは12P以上、さらに好ましくは15P以上であり、300P以下が好ましく、より好ましくは250P以下、さらに好ましくは200P以下である。前記常温で液体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、150以上が好ましく、より好ましくは155以上、さらに好ましくは160以上であり、300以下が好ましく、より好ましくは290以下、さらに好ましくは280以下である。
 前記常温で固体状のビスフェノールF型エポキシ樹脂のエポキシ当量(g/eq)は、300以上が好ましく、より好ましくは350以上、さらに好ましくは400以上であり、20000以下が好ましく、より好ましくは18000以下、さらに好ましくは16000以下である。
 前記態様IIのエポキシ樹脂成分は、前記ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂のみを含有してもよいし、これらの他に、分子内に2個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、すなわち2官能のエポキシ樹脂をさらに含有してもよい。前記2官能のエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の水素添加物、ビスフェノールF型エポキシ樹脂の水素添加物、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂が挙げられる。前記ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独であるいは2種以上を混合して使用してもよい。これらのビスフェノール型エポキシ樹脂の使用量は、前記エポキシ樹脂成分中97質量%以下が好ましく、より好ましくは96質量%以下、さらに好ましくは95質量%以下である。
 エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有することが好ましい。前記硬化剤としては、ジシアンジアミド;4,4’-ジアミノジフェニルメタン、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、m-フェニレンジアミン、m-キシリレンジアミンのような活性水素を有する芳香族アミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、ビス(アミノメチル)ノルボルナン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ポリエチレンイミンのダイマー酸エステルのような活性水素を有する脂肪族アミン;これらの活性水素を有するアミンにエポキシ化合物、アクリロニトリル、フェノールとホルムアルデヒド、チオ尿素などの化合物を反応させて得られる変性アミン;ジメチルアニリン、トリエチレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールのような活性水素を持たない第三アミン;2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール類;ポリアミド樹脂;ヘキサヒドロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルナジック酸無水物のようなカルボン酸無水物;アジピン酸ヒドラジドやナフタレンジカルボン酸ヒドラジドのようなポリカルボン酸ヒドラジド;ノボラック樹脂などのポリフェノール化合物;チオグリコール酸とポリオールのエステルのようなポリメルカプタン;および、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などを用いることができる。これらの中でも、硬化剤としてジシアンジアミドを使用することが好ましい。
 前記ジシアンジアミドの添加量は、エポキシ樹脂成分のエポキシ基1モルに対して、13g以上が好ましく、15g以上がより好ましく、17g以上がさらに好ましく、40g以下が好ましく、38g以下が好ましく、35g以下がさらに好ましい。ジシアンジアミドの添加量が13g以上であれば、硬化反応がより進行し、強度が一層向上し、40g以下であれば、樹脂組成物の硬化物の伸びが維持され、強化繊維との界面強度が高くなり、繊維強化エポキシ樹脂材料の強度が一層向上する。
 前記硬化剤には、硬化活性を高めるために適当な硬化促進剤を組合せることができる。硬化促進剤としては、尿素に結合する水素の少なくとも1つが、炭化水素基で置換された尿素誘導体が好ましい。前記炭化水素基は、例えば、さらに、ハロゲン原子、ニトロ基、アルコキシ基などで置換されていてもよい。前記尿素誘導体としては、例えば、3-フェニル-1,1-ジメチル尿素、3-(パラクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(オルソメチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(パラメチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(メトキシフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(ニトロフェニル)-1,1-ジメチル尿素等のモノ尿素化合物の誘導体;および、N,N-フェニレン-ビス(N’,N’-ジメチルウレア)、N,N-(4-メチル-1,3-フェニレン)-ビス(N’,N’-ジメチルウレア)などのビス尿素化合物の誘導体を挙げることができる。好ましい組合せの例としては、ジシアンジアミドに、3-フェニル-1,1-ジメチル尿素、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素(DCMU)、3-(3-クロロ-4-メチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、2,4-ビス(3,3-ジメチルウレイド)トルエンのような尿素誘導体を硬化助剤として組合せる例が挙げられる。これらのなかでも、ジシアンジアミドに、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素(DCMU)を硬化促進剤として組み合わせることがより好ましい。
 本発明では特に、硬化剤としてジシアンジアミド(DICY)を、硬化助剤として尿素誘導体を使用することが好ましい。この場合、ジシアンジアミド(DICY)と尿素誘導体の含比率は、質量比(DICY/尿素誘導体)で、1.0以上が好ましく、1.2以上がより好ましく、1.5以上がより好ましく、3.0以下が好ましく、2.8以下がより好ましく、2.5以下がさらに好ましい。また、前記質量比(DICY/尿素誘導体)は、2が最も好ましい。DICY/尿素誘導体の質量比が前記範囲内であれば、硬化速度が速く、硬化物が、良好な物性を有する。
 態様I、IIのエポキシ樹脂組成物は、さらに、オリゴマー、高分子化合物、有機または無機の粒子などの他成分を含んでもよい。
 本発明で使用するエポキシ樹脂組成物に配合できるオリゴマーとしては、ポリエステル骨格およびポリウレタン骨格を有するポリエステルポリウレタン、ポリエステル骨格およびポリウレタン骨格を有し、さらに分子鎖末端に(メタ)アクリレート基を有するウレタン(メタ)アクリレート、インデン系オリゴマーなどが挙げられる。
 本発明で使用するエポキシ樹脂組成物に配合できる高分子化合物としては、熱可塑性樹脂が好適に用いられる。熱可塑性樹脂を配合することにより、樹脂の粘度制御やプリプレグシートの取扱い性制御、あるいは接着性改善の効果が増進するので好ましい。
 前記熱可塑性樹脂の例としては、ポリビニルホルマールやポリビニルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール、アミド結合を有する熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリイミド、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホンなどが挙げられる。ポリアミド、ポリイミド及びポリスルホンは主鎖にエーテル結合、カルボニル基などの官能基を有してもよい。ポリアミドは、アミド基の窒素原子上に置換基を有してもよい。本発明で使用するエポキシ樹脂組成物は、熱可塑性樹脂として、ポリビニルホルマールを含有することが好ましい。ポリビニルホルマールを含有すれば、硬化物の靱性、伸度がより向上する。
 前記熱可塑性樹脂の含有量としては、エポキシ樹脂成分100質量部に対して、2質量部以上が好ましく、3質量部以上がより好ましく、4質量部以上がさらに好ましく、12質量部以下が好ましく、8質量部以下がより好ましい。熱可塑性樹脂の含有量が2質量部以上であれば、エポキシ樹脂組成物の伸びがよくなり、タックを付与できる。一方、熱可塑性樹脂の含有量が12質量部超になると、エポキシ樹脂組成物が常温で固化してしまうおそれがある。そのため、強化繊維への含浸性が低下し、プリプレグ作製時にボイドを引き起こす場合がある。
 本発明で使用するエポキシ樹脂組成物に配合し得る有機粒子としては、ゴム粒子及び熱可塑性樹脂粒子が用いられる。これらの粒子は樹脂の靭性向上、繊維強化複合材料の耐衝撃性向上の効果を有する。さらに、ゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、及び架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が好ましく用いられる。
 市販の架橋ゴム粒子としては、カルボキシル変性のブタジエン-アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるXER-91(日本合成ゴム工業社製)、アクリルゴム微粒子からなるCX-MNシリーズ(日本触媒社製)、YR-500シリーズ(東都化成社製)等を使用することができる。市販のコアシェルゴム粒子としては、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合体からなるパラロイドEXL-2655(呉羽化学工業社製)、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなるスタフィロイドAC-3355、TR-2122(武田薬品工業社製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合体からなるPARALOIDEXL-2611、EXL-3387(登録商標、商品名、Rohm & Haas社製)等を使用することができる。
 また、熱可塑性樹脂粒子としては、ポリアミドあるいはポリイミドの粒子が好ましく用いられる。市販のポリアミド粒子としては、東レ社製、商品名:SP-500、ATOCHEM社製、オルガソール(登録商標)等を使用することができる。
 前記エポキシ樹脂組成物に配合し得る無機粒子としては、シリカ、アルミナ、スメクタイト、合成マイカ等を配合することができる。これらの無機粒子は、主としてレオロジー制御、即ち増粘や揺変性付与のために、エポキシ樹脂組成物に配合される。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料製管状体の樹脂成分は、前記エポキシ樹脂組成物のみによって構成されることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で、市販のエポキシ樹脂組成物を併用してもよい。市販のエポキシ樹脂組成物を併用する場合、繊維強化エポキシ樹脂材料製管状体の樹脂成分中の市販のエポキシ樹脂組成物の含有率は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。
 本発明において、繊維強化エポキシ樹脂材料に使用する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維などを挙げることができる。また、これらの繊維を2種以上混在させることもできる。これらのなかでも炭素繊維を使用することが好ましい。
 前記炭素繊維としては、アクリル系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられるが、中でも、引張強度の高いアクリル系の炭素繊維が好ましい。炭素繊維の形態としては、前駆体繊維に撚りをかけて焼成して得られる炭素繊維、いわゆる有撚糸、その有撚糸の撚りを解いた炭素繊維、いわゆる解撚糸、前駆体繊維に実質的に撚りをかけずに熱処理を行う無撚糸などが使用できる。無撚糸又は解撚糸が、繊維強化複合材料の成形性と強度特性のバランスを考慮すると好ましく、さらに、プリプレグシート同士の接着性などの取扱性の面からは無撚糸が好ましい。また、本発明における炭素繊維は、黒鉛繊維も含むことができる。
 前記強化繊維の引張弾性率は、10tf/mm(98GPa)以上が好ましく、24tf/mm(235GPa)以上がより好ましく、70tf/mm(686GPa)以下が好ましく、50tf/mm(490GPa)以下がより好ましい。前記引張弾性率は、JIS-R7601(1986)「炭素繊維試験方法」に準拠して測定する。強化繊維の引張弾性率が、前記範囲内であれば、曲げ強度の高い管状体が得られる。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料中の強化繊維の含有率は、35質量%以上が好ましく、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは65質量%以上、特に好ましくは70質量%以上であり、85質量%以下が好ましく、より好ましくは84質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下、特に好ましくは75質量%以下である。強化繊維の含有率が、前記範囲内であれば、樹脂の高強度が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂材料となるからである。
 本発明には、前記繊維強化エポキシ樹脂材料の作製に使用されるプリプレグも含まれる。このようなプリプレグとしては、エポキシ樹脂組成物を、強化繊維に含浸させて得られるものが挙げられる。プリプレグに使用されるエポキシ樹脂組成物および強化繊維としては、前記繊維強化エポキシ樹脂材料に使用できるものが挙げられる。なお、プリプレグとは、強化繊維にエポキシ樹脂組成物を含浸した成形中間材料であり、前記エポキシ樹脂組成物は未硬化または半硬化の状態である。本発明のプリプレグは、含有するエポキシ樹脂組成物を硬化させることにより、繊維強化エポキシ樹脂成形体が得られる。
 プリプレグとしては、エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有し、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%であるプリプレグ;エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有し、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が2質量%~19質量%、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との質量比(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)が0.3~3.0、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量(g/eq)が200~400であって、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%であるプリプレグ;が好ましい。
 エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、かつ、これらの含有量を制御することにより、プリプレグのタック性およびドレープ性を向上させつつ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靱性および強度が向上させることができる。また、前記メチルエチルケトンでの膨潤率は、エポキシ樹脂組成物の架橋密度を指標するものである。メチルエチルケトンでの膨潤率が前記範囲に入るエポキシ樹脂組成物の硬化物は、適度な伸度を有し、強化繊維に対する接着性に優れる。これらの結果、本発明のプリプレグから得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が向上し、強化繊維による複合化の効果が大きくなり、得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体の機械的強度が一段と向上する。
 本発明のプリプレグの樹脂成分は、前記エポキシ樹脂組成物のみによって構成されることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で、市販のエポキシ樹脂組成物を併用してもよい。市販のエポキシ樹脂組成物を併用する場合、樹脂成分中の市販のエポキシ樹脂組成物の含有率は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、80質量%以下であることがさらに好ましい。
 前記プリプレグの樹脂成分の含有量は、15質量%以上が好ましく、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上であり、65質量%以下が好ましく、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは55質量%以下である。強化繊維の含有率が、前記範囲内であれば、樹脂の高強度が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂成形体となる。
 本発明のプリプレグ中の強化繊維の含有率は、35質量%以上が好ましく、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは65質量%以上、特に好ましくは70質量%以上であり、85質量%以下が好ましく、より好ましくは84質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下、特に好ましくは75質量%以下である。強化繊維の含有率が、前記範囲内であれば、樹脂の高強度が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂材料となるからである。
 前記プリプレグにおける強化繊維の形態としては、例えば、一方向に引き揃えられた長繊維、二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組み紐などを挙げることができる。ここで、長繊維とは、実質的に10mm以上連続な単繊維または繊維束を意味する。一方向に引き揃えられた長繊維を用いた所謂一方向プリプレグは、繊維の方向が揃っており、繊維の曲がりが少ないため繊維方向の強度利用率が高い。また、一方向プリプレグは、複数のプリプレグを、強化繊維の配列方向が異なるように適切に積層した後成型すると、成形物の各方向の弾性率と強度の設計が容易になる。
 前記プリプレグの形状としては、シート状が好ましい。プリプレグをシート状とする場合、厚さは0.01mm以上が好ましく、より好ましくは0.03mm以上であり、1.0mm以下が好ましく、より好ましくは0.9mm以下である。
 前記プリプレグの密度は、1.45g/cm以上が好ましく、より好ましくは1.47g/cm以上、さらに好ましくは1.48g/cm以上であり、1.75g/cm以下が好ましく、より好ましくは1.72g/cm以下、さらに好ましくは1.69g/cm以下である。密度が前記範囲内であれば炭素繊維の補強効果が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂材料となるからである。
 本発明のプリプレグを製造する方法としては、公知の方法が用いられる。例えば、前記エポキシ樹脂組成物を、炭素繊維などの強化繊維に含浸させてプリプレグを作製できる。具体的には、エポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトン、メタノールなどの溶媒に溶解させて低粘度化し、強化繊維に含浸させるウエット法と、加熱によりエポキシ樹脂組成物を低粘度化し、強化繊維に含浸させるホットメルト法などの方法により製造することができる。ウエット法は、強化繊維をエポキシ樹脂組成物からなる溶液に浸漬した後に引き上げ、オーブンなどを用いて加熱しながら溶媒を蒸発させてプリプレグを得る方法である。ホットメルト法には、加熱により低粘度化したエポキシ樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させる方法、あるいは一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングしたフィルムを作製しておき、次いで強化繊維の両側あるいは片側から、かかるフィルムを重ね、加熱することによりエポキシ樹脂組成物を含浸させてプリプレグとする方法がある。ホットメルト法は、溶媒がプリプレグ中に実質的に残留しないことから好ましい。
 本発明には、前記繊維強化エポキシ樹脂材料から形成された管状体も含まれる。繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体を製造する方法としては、公知の方法が用いられる。例えば、前記エポキシ樹脂組成物を、炭素繊維などの強化繊維に含浸させて得られるプリプレグを作製し、管状体を構成する各材料の形状に裁断し、積層後、積層体を加熱しながら圧力を付与する方法を挙げることができる。
 また、中間基材である前記プリプレグを用いずに繊維強化複合材料を得ることもできる。具体的には、強化繊維のロービングにエポキシ樹脂組成物を含浸させ、芯金に巻き取った後、樹脂を加熱し硬化させるフィラメントワインディング成型法によっても管状成型体が得られる。管状成型体の表面を切削し、塗装などを施してもよい。
 プリプレグの積層体を加熱しながら圧力を付与する方法には、ラッピングテープ法、内圧成型法などがある。ラッピングテープ法は、マンドレルなどの芯金にプリプレグを巻いて、成型体を得る方法である。具体的には、マンドレルにプリプレグを巻き付け、プリプレグの固定及び圧力付与のために、プリプレグの外側に熱可塑性樹脂フィルムからなるラッピングテープを巻き付け、オーブン中で樹脂を加熱し硬化させた後、芯金を抜き去って管状成型体を得る方法である。管状成型体の表面を切削し、塗装などを施してもよい。
 内圧成型法は、熱可塑性樹脂製のチューブなどの内圧付与体にプリプレグを巻きつけプリフォームとし、次にこれを金型中に設置し、次いで内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力をかけると共に金型を加熱して成型する方法である。
 繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体を構成するプリプレグの積層枚数、強化繊維の含有率、および、1枚のプリプレグの厚みなどは、所望の特性に応じて、適宜変更することが好ましい。特に、管状体の軸線に対して、強化繊維の配列が傾斜して配されるバイアスプリプレグと、管状体の軸線に対して、強化繊維の配列が平行に配されるストレートプリプレグと、管状体の軸線に対して、強化繊維の配列が直角に配されるフーププリプレグとを適宜配置して、管状体に必要な剛性や強度を付与することが好ましい。
 前記管状体は、複数のプリプレグを巻回して積層し、これらのプリプレグに含有される樹脂組成物を硬化して形成されていることが好ましい。管状体を構成するプリプレグの積層数は、5層以上が好ましく、より好ましくは7層以上、さらに好ましくは9層以上であり、30層以下が好ましく、より好ましくは28層以下、さらに好ましくは26層以下である。
 前記管状体を複数のプリプレグから構成する場合、最も外側に位置する最外プリプレグとして本発明のプリプレグを使用することが好ましい。すなわち、管状体の最も外側に位置する繊維強化樹脂(以下、FRPと称する場合がある。)材料として本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料を使用することが好ましい。管状体の初期破壊は、管状体の最外層から生じる。そのため、機械的強度に優れる本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料を最外層に使用することで、管状体の初期破壊を防ぐことができ、管状体の強度を一層高めることができる。また、管状体が3枚以上のプリプレグから構成されている場合、最外プリプレグおよび最外プリプレグに内接するプリプレグの2枚に本発明のプリプレグを使用することが好ましい。なお、最外プリプレグおよび最外プリプレグに内接するプリプレグは、異なるプリプレグを用いてもよいが、同じプリプレグを用いることが好ましい。
 最外プリプレグおよび/または最外プリプレグに内接するプリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率は、10tf/mm(98GPa)以上が好ましく、より好ましくは15tf/mm(147GPa)以上、さらに好ましくは20tf/mm(196GPa)以上であり、38tf/mm(373GPa)以下が好ましく、より好ましくは30tf/mm(294GPa)以下である。これらのプリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率が上記範囲内であれば、管状体の初期破壊をより抑制できる。
 また、前記最外プリプレグの内側に位置する他のプリプレグは、少なくとも1つに前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグ(以下、軽量プリプレグと称する場合がある。)を使用することが好ましい。密度の小さいプリプレグを使用することにより、管状体を軽量化できる。また、通常、密度が小さいプリプレグは強化繊維の含有量が少ないため、このようなプリプレグを使用すると管状体の機械的強度が低下する傾向がある。しかし、最外プリプレグに、本発明のプリプレグを使用することにより初期破壊が抑制されるため、管状体の機械的強度を維持したまま、軽量化を図ることができる。
 前記最外プリプレグと軽量プリプレグとの密度の差(最外プリプレグ-軽量プリプレグ)は、0.08g/cm以上が好ましく、より好ましくは0.10g/cm以上、さらに好ましくは0.12g/cm以上であり、0.28g/cm以下が好ましく、より好ましくは0.26g/cm以下、さらに好ましくは0.24g/cm以下である。密度の差が上記範囲内であれば強度を維持しつつ、軽量化できる。
 前記軽量プリプレグとしては、特に限定されず、公知のプリプレグが使用できる。なお、前記軽量プリプレグとして、本発明のプリプレグを用いることも好ましい。軽量プリプレグの密度は、1.35g/cm以上が好ましく、より好ましくは1.40g/cm以上であり、1.55g/cm以下が好ましく、より好ましくは1.50g/cm以下である。
 軽量プリプレグを用いる場合、前記最外プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率よりも、前記軽量プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率を大きくすることが好ましい。このような構成とすることで、管状体の機械的強度を維持したまま、軽量化を図ることができる。前記軽量プリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率は、30tf/mm(294GPa)以上が好ましく、より好ましくは40tf/mm(392GPa)以上、さらに好ましくは46tf/mm(451GPa)以上であり、70tf/mm(686GPa)以下が好ましく、より好ましくは60tf/mm(588GPa)以下、さらに好ましくは50tf/mm(490GPa)以下である。軽量プリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率が上記範囲内であれば、管状体の機械的強度を維持したまま、軽量化を図ることができる。
 軽量プリプレグは、使用枚数が多い程管状体の質量を低減できる。軽量プリプレグの位置は特に限定されないが、できるだけ内側に配置することが好ましい。よって、最も内側に位置する最内プリプレグを軽量プリプレグとすることが好ましい。また、軽量プリプレグは2枚以上用いてもよい。この場合、プリプレグの順序は、軽量プリプレグが連続するように配置することが好ましい。すなわち、軽量プリプレグは、最内プリプレグから所望の枚数まで連続して配置することがより好ましい。
 前記管状体としては、複数のプリプレグを巻回積層してなり、最も外側に位置する最外プリプレグに本発明のプリプレグを使用し、前記最外プリプレグの内側に位置するプリプレグが、少なくとも1つは前記最外プリプレグよりも密度が小さい軽量プリプレグである態様が好ましい。具体的には、n枚のプリプレグを巻回積層してなり、最外プリプレグおよびこの最外プリプレグに内接するプリプレグとして本発明のプリプレグを使用し、かつ、最内プリプレグからn-3枚目までのプリプレグとして軽量プリプレグを使用する態様が好ましい(ただし、nは5以上とする)。例えば、管状体が8枚のプリプレグで構成されている場合、最外プリプレグ(8枚目)および最外プリプレグに内接するプリプレグ(7枚目)に本発明のプリプレグを使用し、最内プリプレグ(1枚目)~5枚目のプリプレグとして軽量プリプレグを用いる態様が好ましい。前記最外プリプレグ、最外プリプレグに内接するプリプレグおよび軽量プリプレグには、本発明のプリプレグであって、密度の異なるものを使用することが好ましい。
 前記管状体の長さは、40インチ(101.6cm)以上が好ましく、より好ましくは41インチ(104.1cm)以上であり、49インチ(124.5cm)以下が好ましく、より好ましくは48インチ(121.9cm)以下である。管状体の長さが上記範囲内であれば、この管状体からなるゴルフクラブシャフトを用いたゴルフクラブの操作性が良好となる。また、管状体の質量は、30g以上が好ましく、より好ましくは35g以上であり、80g以下が好ましく、より好ましくは75g以下である。質量が30g以上であればシャフトが十分な肉厚となり機械的強度がより向上し、80g以下であればシャフトが重くなりすぎず操作性がより良好となる。
 前記管状体の肉厚は、0.5mm以上が好ましく、より好ましくは0.6mm以上であり、4mm以下が好ましく、より好ましくは3.5mm以下である。管状体の肉厚が上記範囲内であれば、良好なしなりが得られる。また、管状体の肉厚は、薄肉部の位置を調整することにより、管状体の重心や、しなりの位置を制御できる。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料を用いて形成された管状体は、例えば、ゴルフクラブシャフト、釣竿、テニスラケット、バトミントンラケットなどに好適に使用することができる。
 以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
[評価方法]
(1)試験片の作製
[樹脂引張試験片、及びメチルエチルケトン膨潤試験用試験片の作製]
 表1~7に示したエポキシ樹脂組成物の配合と同様となるように、エポキシ樹脂成分をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して、エポキシ樹脂のMEK溶液を作製した(MEK含有率30%)。得られたエポキシ樹脂のMEK溶液を乾燥し、加熱して融解し、硬化剤および硬化助剤を加えて撹拌した。得られたエポキシ樹脂組成物を厚み2mmの注型金型に注ぎ、130℃で2時間処理して硬化させた。硬化した樹脂板より引張試験用試験片をJIS-K7162(1994)試験片1BAに従い成型した。また、2cm×2cmの正方形状の試験片を切り出し、メチルエチルケトン膨潤試験用試験片とした。
[繊維強化エポキシ樹脂材料の引張試験用試験片]
 プリプレグを裁断し、繊維方向が一定となるように10枚積層した。0.1mmの離型シートで挟み、1mmのスペーサを用いて、80℃×30分+130℃×2時間の条件でプレスして、エポキシ樹脂を硬化させて、繊維強化エポキシ樹脂材料シートを得た。得られた繊維強化エポキシ樹脂材料シートを、長さ:繊維垂直方向に100mm、幅:繊維方向に10mmになるように裁断して、引張試験用の試験片を作製した。
(2)メチルエチルケトン膨潤試験
 前記で得られたメチルエチルケトン膨潤試験用試験片(2cm角、厚み2mm)をメチルエチルケトン100mLに浸漬させ、40℃で48時保持した。浸漬前後の試験片の質量を測定し、メチルエチルケトン膨潤率は、下記のようにして算出した。
膨潤率=100×[膨潤試験後の試験片の質量-膨潤試験前の試験片の質量]/膨潤試験前の試験片の質量
(3)引張試験(最大応力)
 図1に示すように、引張試験は、島津オートグラフ(島津製作所社製)を用いて、引張速度1mm/minで行った。図1(a)は、エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる試験片12についての引張試験方法を模式的に説明する説明図である。図1(b)は、図1(a)の試験片12を掴むチャック10を側面から見た側面図である。なお、図1(b)において、チャック10の内側には、滑り止めのための凹凸が設けられているが、図示していない。図1(c)は、繊維強化エポキシ樹脂材料についての引張試験方法を模式的に説明する説明図である。図1(a),(c)において、矢印方向が引張試験の方向である。図1(c)に示したように、繊維強化エポキシ樹脂材料からなる試験片15には、長さ4mm×幅1.5mm×厚み0.5mmのアルミタグ14をシアノアクリレート系接着剤で貼り付け、強化繊維16の方向に対して垂直(90度)の方向に引張試験を行った。また、エポキシ樹脂組成物の硬化物については、引張特性を最大応力×その時の伸び÷2(MPa・%)で示した。
(4)3点曲げ試験
 図2に示すように、支点20、20間距離が300mmになるように、管状体18を下方から2点で支えて、支点間の中点22において、管状体18の上方から荷重Fを加えて、管状体が破断したときの荷重値(ピーク値)を測定した。なお、管状体18に荷重Fをかける中点22は、管状体の中心部に位置させるようにした。測定は以下の条件で行った。
試験装置:島津社製オートグラフ
荷重速度:20mm/min
(5)プリプレグタック試験
 プリプレグタックは、ゴム・粘着体用粘着性試験機(東洋精機社製、PICMA タックテスター P-2)を用いて測定した。測定条件は、下降速度:1000mm/秒、圧着時間:0秒、引きはがし速度:1000mm/秒(接着時間1秒)とした。
(6)ドレープ性試験
 プリプレグのドレープ性は、管状体作製時の巻き付けやすさにより評価した。作業性が良好であるものを「○」、作業性が劣るものを「×」とした。
[プリプレグの作製]
 表1~表7に示した組成になるように、エポキシ樹脂をメチルエチルケトンに溶解して、エポキシ樹脂のMEK溶液を作製した(MEK含有率:30質量%)。得られたエポキシ樹脂のMEK溶液に、硬化剤および硬化助剤を加えて撹拌し、エポキシ樹脂組成物溶液を調製した。前記エポキシ樹脂組成物溶液を、離型紙に塗布して80℃~90℃で3分間乾燥させてエポキシ樹脂組成物シートを作製した。繊維目付100g/mの炭素繊維シートに得られたエポキシ樹脂組成物シートをホットメルト法により含浸させ、炭素繊維含有率が70質量%のプリプレグを作製した。
 エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、繊維強化エポキシ樹脂材料についての評価結果を表1~表7に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
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Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
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 表1~表7で使用した原料は、以下の通りである。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量:190g/eq):三菱化学社製、jER828EL(常温で液体状、粘度(25℃):120~150P、重量平均分子量:400)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量:1975g/eq):三菱化学社製、jER1007(常温で固体状)
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量:165g/eq):三菱化学社製、jER806(常温で液体状、粘度(25℃):15~25P、重量平均分子量:340)
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量:1070g/eq):三菱化学社製、jER4005P(常温で固体状、重量平均分子量:7200)
フェノールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量:180g/eq):三菱化学社製、jER154(一分子あたりのエポキシ基数:3個以上)
フェノキシ型エポキシ樹脂(エポキシ当量:8000g/eq):三菱化学社製、jER1256(重量平均分子量:50000)
ポリビニルホルマール:JNC社製、ビニレック(登録商標)E
ジシアンジアミド:三菱化学社製、DICY7
尿素誘導体:保土ヶ谷化学工業社製、DCMU-99(3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素)
T700SC:東レ社製炭素繊維、トレカ(登録商標)T700SC(引張弾性率24tf/mm(235GPa))
T800SC:東レ社製炭素繊維、トレカT800SC(引張弾性率30tf/mm(294GPa))
M40JB:東レ社製炭素繊維、トレカM40JB(引張弾性率40tf/mm(392GPa))
M50JB:東レ社製炭素繊維、トレカM50JB(引張弾性率50tf/mm(490GPa))
XN-15:日本グラファイトファイバー製炭素繊維、GRANOC XN-15(引張弾性率15tf/mm(147GPa))
YSH-60A:日本グラファイトファイバー製炭素繊維、GRANOC YSH-60A(引張弾性率63tf/mm(618GPa))
YS-80A:日本グラファイトファイバー製炭素繊維、GRANOC YS-80A(引張弾性率80tf/mm(785GPa))
 表4~表7から、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を所定量含み、その硬化物のメチルエチルケトン膨潤率が20質量%~44質量%であるエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグNo.PP21、PP22、PP25~PP27、PP29~PP32は、タック性およびドレープ性が良好である。また、これらのプリプレグからなる繊維強化エポキシ樹脂材料は、引張強度が高いことが分かる。
 プリプレグNo.PP28は、メチルエチルケトン膨潤率が45.6質量%と高すぎるため、繊維強化エポキシ樹脂材料の引張強度が劣る。プリプレグNo.PP33、PP34は、メチルエチルケトン膨潤率が19.6質量%、13.2質量%と低すぎるため、ドレープ性が劣る。プリプレグNo.PP35は、メチルエチルケトン膨潤率が13.1質量%と低すぎるため、引張試験の試験片作製できなかった。
[繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体の作製]
 繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体は、シートワインディング法により作製した。すなわち、図3に示したように、プリプレグ1~8を順番に芯金(マンドレル)に巻回した。プリプレグ1が、最内層を構成し、プリプレグ8が最外層を構成する。プリプレグ1、4、5,7、8は、強化繊維の配列方向が、管状体の軸線に対して平行に配されるストレートプリプレグである。プリプレグ2,3は、強化繊維の配列方向が、管状体の軸線に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグである。プリプレグ6は、強化繊維の配列方向が、管状体の軸線に対して直角に配されるフーププリプレグである。図4に示したように、プリプレグ2とプリプレグ3、および、プリプレグ5とプリプレグ6とを貼り合わせて、強化繊維の傾斜方向が交差するようにした。なお、プリプレグ1~8には、表8~表18に示すものを用いた。得られた巻回体の外周面にテープを巻き付けて、加熱して硬化反応を行った。巻回条件および硬化条件を以下に示した。図3、4中、寸法は、mm単位で表示されている。
巻回条件:
ローリングスピード:34Hz
テープ:信越化学社製PT-30H、テンション6000±100gf
ピッチ:2.0mm
主軸回転数:1870~1890Hz
硬化条件:
(1)常温から80℃に30分で昇温
(2)80℃±5℃で30分±5分保持
(3)80℃から130℃に30分間で昇温
(4)130℃±5℃で120分±5分間保持。
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Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
P-805S-3:東レ社製、トレカプリプレグP805S-3(炭素繊維:M30S(引張弾性率30tf/mm(294GPa))、樹脂含有量:40質量%、密度1.47g/cm
 表8から、前記エポキシ樹脂組成物がノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を含み、その硬化物のメチルエチルケトン膨潤率が20質量%~44質量%である繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体は、3点曲げ強度、引張強度が高いことが分かる。管状体No.8~10は、ノボラック型エポキシ樹脂を含有しておらず、3点曲げ強度および引張強度がいずれも劣る。管状体No.7は、メチルエチルケトン膨潤率が47.1質量%と高すぎるため、3点曲げ強度が劣る。
 表13に示すように、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を所定量含み、その硬化物のメチルエチルケトン膨潤率が20質量%~44質量%であるエポキシ樹脂組成物を用いた管状体No.48、49、52~54、56~59は、3点曲げ強度が高い。
 本発明の繊維強化エポキシ樹脂材料を用いて形成された管状体は、例えば、ゴルフクラブシャフト、釣竿、テニスラケット、バトミントンラケットなどに好適に使用することができる。
1~8:プリプレグ、10:チャック、12:エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる試験片、14:アルミタグ、16:強化繊維、18:管状体、20:支点、22:支点間の中点
 

Claims (21)

  1.  エポキシ樹脂組成物の硬化物と強化繊維とを含有する繊維強化エポキシ樹脂材料であって、
     前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂を含有し、
     前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%であることを特徴とする繊維強化エポキシ樹脂材料。
  2.  前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が、2質量%~19質量%である請求項1に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  3.  前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分100質量部に対して、さらに、熱可塑性樹脂を2質量部~12質量部含有する請求項1または2に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  4.  前記熱可塑性樹脂として、ポリビニルホルマールを含有する請求項3に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  5.  前記エポキシ樹脂組成物は、硬化剤として、ジシアンジアミドを含有し、硬化促進剤として、尿素誘導体を含有するものである請求項1~4のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  6.  前記エポキシ樹脂組成物が、硬化剤として、エポキシ樹脂成分のエポキシ基1モルに対してジシアンジアミドを13g~40g含有する請求項1~5のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  7.  前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を含有する請求項1~6のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  8.  前記エポキシ樹脂成分中のノボラック型エポキシ樹脂とフェノキシ樹脂との質量比(ノボラック型エポキシ樹脂/フェノキシ型エポキシ樹脂)が、0.4~7である請求項7に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  9.  前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、さらにビスフェノールA型エポキシ樹脂と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂とを含有する請求項7または8に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  10.  前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、
     前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が2質量%~19質量%、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との質量比(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)が0.3~3.0、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量(g/eq)が200~400である請求項1~6のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  11.  前記強化繊維の含有率が65質量%~85質量%である請求項1~10のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  12.  前記強化繊維は、炭素繊維である請求項1~11のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  13.  前記強化繊維の引張弾性率は、10tf/mm~70tf/mmである請求項1~12のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料。
  14.  請求項1~13のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料の作製に用いられるプリプレグであって、
     エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有し、
     前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂を含有し、
     前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が20質量%~44質量%であることを特徴とするプリプレグ。
  15.  前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂およびフェノキシ型エポキシ樹脂を含有する請求項14に記載のプリプレグ。
  16.  前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂およびビスフェノールF型エポキシ樹脂を含有し、
     前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が2質量%~19質量%、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との質量比(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)が0.3~3.0、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量(g/eq)が200~400である請求項14に記載のプリプレグ。
  17.  請求項1~13のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料から形成された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
  18.  複数のプリプレグを積層し、該プリプレグが含有する樹脂組成物を硬化してなり、
     最も外側に位置する最外プリプレグが請求項14~16のいずれか一項に記載のプリプレグであり、
     前記最外プリプレグの内側に位置するプリプレグは、少なくとも1つが前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグである繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
  19.  前記最外プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率よりも、前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率の方が大きい請求項18に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
  20.  前記最外プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率が10tf/mm以上38tf/mm以下であり、前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率が30tf/mm以上70tf/mm以下である請求項18または19に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
  21.  請求項17~20のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体からなるゴルフクラブシャフト。
     
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