JPH067923U

JPH067923U - 積層体

Info

Publication number: JPH067923U
Application number: JP052782U
Authority: JP
Inventors: 信洋高田; 浩康鈴江; 友義鶴藤
Original assignee: ダイワ精工株式会社
Priority date: 1992-07-04
Filing date: 1992-07-04
Publication date: 1994-02-01
Anticipated expiration: 2007-07-04
Also published as: JP2596135Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】高強度繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプ
レグによって形成される高強度な積層体の提供を目的と
する。【構成】一方向に引揃えた高強度繊維１８に熱硬化性
樹脂２０を含浸させたプリプレグを巻装し、熱処理硬化
させて形成する積層体１０であって、繊維１８と樹脂２
０との総重量に対する樹脂２０の重量百分率が概ね１０
％から２０％である層１２を本体層として具備するよう
構成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、一方向に引揃えた高強度繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを巻装し、熱処理硬化させて形成する積層体に関する。従って、釣竿の竿管やゴルフクラブのシャフト等に利用可能である。

【０００２】

【従来の技術】

釣竿は長時間保持するため、また、その操作性向上の観点から軽量化が要求され、更に魚による強い引き等による大きな曲げ力を受けるために強度の向上をも求められる。また、ゴルフクラブも軽く、かつ、高強度な性質が求められる。このように釣竿やゴルフクラブのシャフト等は、軽量かつ高強度という相反する性能の両立を要求される。このため従来から、炭素繊維等の高強度であって軽量な繊維を使用し、これにエポキシ樹脂等の合成樹脂を含浸させたプリプレグを形成し、このプリプレグを巻装し、熱処理して軽量かつ高強度な積層管を形成している。

【０００３】この場合、プリプレグにおける樹脂の重量百分率は一般に３５％から４０％であることが特公平２−４４４９２号公報に開示されている。また、この公報に係る発明は、芯金に対するなじみ性や各層の密着性等の観点から竿管の最内層の樹脂含浸量とその外側層の樹脂含浸量との関係を規定したものであり、最内層を５０％以下とし、外側層を３３％以下とすることが開示されている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

然しながら、上記公報に開示の樹脂量では繊維に対する量が多過ぎ、樹脂層や樹脂溜りが形成されることが本出願人による顕微鏡写真撮影によって観察されている。また、その強度や弾性率を実験によって測定したが十分な値ではない。

【０００５】依って本考案は、高強度繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグによって形成される高強度な積層体の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記目的に鑑みて本考案は、一方向に引揃えた高強度繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを巻装し、熱処理硬化させて形成する積層体であって、繊維と樹脂との総重量に対する樹脂の重量百分率が概ね１０％から２０％である層を本体層として具備することを特徴とする積層体を提供する。

【０００７】

【作用】

一方向に引揃えた高強度繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグに対する当該樹脂の重量パーセントが１０％から２０％程度であれば、樹脂層や樹脂溜りが生ぜず、積層体の強度が向上する。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案を添付図面に示す実施例に基づき、更に詳細に説明する。図１は本考案に係る管形状の積層体、即ち、積層管１０の部分断面図である。図２を参照すると、この積層管１０は一方向に引揃えられた炭素繊維１８の束にエポキシ樹脂２０を含浸させたプリプレグを、炭素繊維１８が積層管１０の長手方向に向くように巻装し、それを熱処理した本体層１２を有している。この炭素繊維１８は高強度繊維としての一例であって、ガラス繊維、ボロン繊維等であってもよい。また、エポキシ樹脂２０は熱硬化性樹脂としての一例であって、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等であってもよい。これらのことは以下同様である。

【０００９】上記本体層１２の内側と外側には、本体層１２よりも薄い層である補強層１４と補強層１６とがそれぞれ形成されている。この各補強層１４，１６は一方向に引揃えた炭素繊維束にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグを、その繊維方向が積層管１０の円周方向を向くように巻装し、上記本体層１２と一緒に熱処理して硬化させ、積層管１０を形成しているのである。

【００１０】各層１２，１４，１６の細かな製造方法の留意点は後述するが、本体層１２の全重量に対する樹脂２０の重量割合は２０％であり、プリプレグの段階における各補強層１４，１６の各重量に対する各含浸樹脂量の重量割合は３５％とする。後述の図５を参照した説明において述べるが、本体層１２における樹脂２０の重量割合は２０％に限らず１０％から２０％程度の範囲であればよい。外側の補強層１６を形成する元のプリプレグ段階での重量割合を３５％とするのは、プリプレグを巻装した後、緊締テープによって締付け力を直接に付与して含浸樹脂の一部を強制的に外部へ流出させて空気溜りを同時に排出させるため、本体層１２よりも１５％程度多くしておく必要があるからである。また、内側の補強層１４の場合は、巻装時に芯金へのなじみ性を向上する観点等からである。

【００１１】この結果製造された積層管１０のＡ−Ａ断面による顕微鏡写真によれば、各層の炭素繊維１８の集合状態には一定の規則があり、密な三角形状に集合したタイプＴＡと、密な四角形状に集合したタイプＴＢと、粗な四角形状に集合したタイプＴＣとの組み合わせで形成されている。

【００１２】タイプＴＡのうち、最も樹脂２０の量の少ない繊維１８の集合は図３に示す状態であり、タイプＴＢのそれは図４に示す状態である。タイプＴＣでは、各繊維１８がある程度離隔しているが、その離隔距離は繊維１８の直径寸法程度以下である。こうした３種類の繊維集合タイプＴＡ，ＴＢ，ＴＣの集合の結果、積層管１０の各層間や層内には樹脂のみの層状部や繊維の存在しない樹脂溜りはほとんど観察されなかった。

【００１３】従って、強度的に強いことが伺える。これを実験によって確認した結果を図５にグラフによって示している。横軸の上段の数値は繊維の体積百分率であり、下段の数値は樹脂量の重量百分率を表わし、左の縦軸Ｓは試験片の曲げ強度（ｋｇｗ／ｍｍ²）、右の縦軸Ｅは試験片の曲げ弾性率（×１０³ｋｇｗ／ｍｍ²）を表わしている。試験片は、以下の条件によって、上記実施例の本体層１２と同様に繊維を一方向に引き揃え、配向して２ｍｍの厚さに成形したものとしている。炭素繊維引張り強度・・・・４００ｋｇｗ／ｍｍ² 引張り弾性率・・・６０×１０³ｋｇｗ／ｍｍ² 密度・・・・・・・１．９４ｇ／ｃｍ³ エポキシ樹脂密度・・・・・・・１．２０ｇ／ｃｍ³

【００１４】丸印が試験片の曲げ強度Ｓの実験値であり、三角印が試験片の曲げ弾性率Ｅの実験値である。実験は樹脂の重量百分率が２８．５％，２６．１％，１９．２％，１７．０％，１３．２％，９．４％について行っており、曲線ＬＳは上記各曲げ強度実験値から得た曲げ強度曲線であり、直線ＬＥは上記各曲げ弾性率実験値から得た曲げ弾性率線である。点線は未確認領域を示す。

【００１５】この結果から、曲げ弾性率Ｅは樹脂量の重量百分率が小さい程大きくなることが分かり、曲げ強度Ｓは樹脂量の重量百分率が約１０％から２０％程度の領域で最も大きな値を示すことが分かる。

【００１６】各樹脂量の重量百分率に対応する試験片の断面を顕微鏡写真によって観察すると、２８．５％と２６．１％の場合では上述の繊維集合タイプＴＡ，ＴＢ，ＴＣの他に樹脂溜り等が多く見られるが、１９．２％，１７．０％，１３．２％，９．４％の場合は樹脂溜り等はほとんど観察されない。更には、樹脂量の重量百分率が減少するに従ってタイプＴＣよりもタイプＴＢが多くなり、更には、タイプＴＢよりもタイプＴＡが多くなっていることが観察される。

【００１７】ちなみに、エポキシ樹脂の密度が１．２０ｇ／ｃｍ³，炭素繊維の密度が１．９４ｇ／ｃｍ³とすると、図３に示す繊維集合タイプがＴＡの場合の樹脂量の理論重量百分率は約６．０％、図４に示す繊維集合タイプがＴＢの場合のそれは約１４．５％であり、繊維集合タイプがＴＣの場合は定まらない。タイプＴＡの場合であっても各繊維１８が樹脂２０の薄い層を挟んで対向していることが一般的であり、この場合には重量百分率は６．０％よりも大きくなり、タイプＴＢの場合も１４．５％よりも大きくなる。また、繊維の断面形状も円形とは限らないため、こうした計算のみでは繊維の集合状態が如何なる状態であれば繊維量の重量百分率が上述した１０％から２０％の範囲となって最も強度が強くなるのかは断言できないが、観察結果とも併せるとタイプＴＡとタイプＴＢとの混合によって形成されることが望ましいといえる（タイプＴＣはタイプＴＢの一種に含められる）。

【００１８】以下では図１に示した積層管１０や、その他、本体層１２を多層に形成する場合等の積層体の製造方法につき留意すべき点につき説明する。各層のプリプレグの成形時には、一方向に引き揃えた炭素繊維１８の長さ方向の一端からエポキシ樹脂を含浸させるか、或いは、繊維の束シートの表側又は裏側の何れか一側から含浸させる。前者の場合には繊維の長さ方向の他端から気泡が押し出されるため、繊維の両端から含浸させる場合よりも気泡が残りにくい。また、後者の場合には、両側から含浸させる場合よりも前者の場合と同様に気泡が残りにくい他、前者の方法と比較して作業効率が向上する。また、前者後者とも気泡を押し出す作業に使用する樹脂が不要になる分だけ樹脂の量を少なくすることができる。

【００１９】積層して加圧、加熱硬化させる前に加圧、密着させて各層間に気泡を保持させないようにする。

【００２０】加熱しつつ加圧して積層管を成形する際には樹脂の流動を押さえた状態で成形する。即ち、従来のように内層から表層へ樹脂が流動するようなことを防止するのである。これはこの流動があると、樹脂の流動と共に繊維が移動して繊維の密集部分と樹脂だけの層や樹脂溜りができる原因となるからである。また、加熱の際には、急には硬化温度まで上昇させないで、硬化温度以下である樹脂の軟化温度で予熱し、この温度に保持して全体をなじませることが好ましい。更に、樹脂量が少ないため、従来のように樹脂量割合の多い場合の成形時よりも加圧力を高くして繊維間の接着性を向上させることが好ましい。

【００２１】上記実施例では本体層１２は繊維を一方向へ引き揃えた単一層であるが、積層管１０の長手方向に引き揃えた層と、これに直交する方向に引き揃えた薄い層とを交互に配設、積層して本体層１２を形成してもよい。この場合もこの本体層１２の樹脂量の重量百分率を１０％から２０％程度に設定する。最外層と最内層の補強層のみは、既述の如く、芯金とのなじみ性や緊締テープによる直接の圧迫によって外部への樹脂流動を伴うため、含浸させる樹脂量を本体層１２よりも１５％以上多くしておくことが好ましい。

【００２２】本考案に係る図１の実施例の積層管１０の本体層１２は衝撃強度には必ずしも充分な強度を有しないため、その最外層である補強層１６の外側か、或いは、本体層１２の直接外側に、振動吸収性の良い熱可塑性樹脂の層を形成してもよい。この樹脂層の例として、ポリアミド繊維を既述のプリプレグを巻回した層の上に巻回し、この状態で既述の硬化のための熱処理を行うと、その温度によっては巻回ポリアミド繊維が軟化して層状に形成される。この軟化は不完全であってもよい。

【００２３】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように本考案によれば、繊維量に対する樹脂量を適切に調節しているので、樹脂だけの層や樹脂溜りの他、ボイドがほとんど生ぜず、負荷時の応力が部分的に集中してそこから破壊することを防止でき、高強度、かつ、高弾性な積層体の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案に係る積層体の一例としての積層
管の部分断面図である。

【図２】図２は図１の矢視線Ａ−Ａによる横断面図であ
る。

【図３】図３は図２に示す繊維集合タイプＴＡの説明図
である。

【図４】図４は図２に示す繊維集合タイプＴＢの説明図
である。

【図５】図５は本考案に係る積層体の強度試験結果の説
明図である。

【符号の説明】

１０積層管１２本体層１４，１６補強層１８炭素繊維２０エポキシ樹脂Ｅ曲げ弾性率Ｓ曲げ強度

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】一方向に引揃えた高強度繊維に熱硬化性
樹脂を含浸させたプリプレグを巻装し、熱処理硬化させ
て形成する積層体であって、繊維と樹脂との総重量に対
する樹脂の重量百分率が概ね１０％から２０％である層
を本体層として具備することを特徴とする積層体。