JPH07165950A

JPH07165950A - プリプレグシート及び繊維強化樹脂管状体

Info

Publication number: JPH07165950A
Application number: JP5315313A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Nishiu; 雅道西宇; Kazushi Fujimoto; 和士藤本
Original assignee: Daifuku Seishi Kk; ENG SYST KK
Current assignee: Daifuku Seishi Kk; ENG SYST KK
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】天然繊維を強化材とし、軽量で、実用上十分な
強度、弾性率を持つと供に、耐衝撃性、振動減衰性に優
れ、薄肉あるいは細い管状体を成形でき、且つ生産性が
高いプリプレグを提供する。【構成】和紙に対してビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
３０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂７０重量
部、硬化剤としてジシアンアミド（ＤＩＣＹ）４重量
部、硬化促進剤としてジクロロフェニルジメチルウレア
（ＤＣＭＵ）を４重量部の比率で混合し、エポキシ樹脂
組成物としたものである。この樹脂を離型紙上に塗布
し、これと紙を重ね合わせて、プレスローラーで加熱圧
着させ、和紙に樹脂を含浸させてプリプレグを得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、植物繊維からなる紙を
強化材としたプリプレグシート及び繊維強化樹脂管状体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、繊維強化樹脂に使用する繊維とし
て、炭素繊維、アラミド繊維、あるいはボロン繊維等の
高性能繊維が開発されている。これらを強化繊維とし
た、いわゆる先端複合材料は高強度・高弾性率を有しか
つ軽量であるため、金属の代替として航空宇宙分野から
スポーツ分野まで幅広く利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、先端複合材料
は非常に高い強度、弾性率を持つ反面、耐衝撃性、振動
減衰等の性能が全般的に低い。さらに、これら高性能繊
維や先端複合材料は廃棄処理が極めて難しく、大きな環
境問題になっている。

【０００４】一方、天然繊維も従来から繊維強化樹脂の
強化繊維として使用されている。天然繊維強化樹脂は先
端複合材料とは逆に、強度、弾性率は低いレベルにある
が、耐衝撃性には比較的優れている（例えば、林毅編、
「複合材料工学」、P78 、日科技連、1971）。また、天
然繊維は自然界で分解されること、そして天然繊維強化
樹脂は比較的簡単に焼却できることから、高性能繊維や
先端複合材料に比べて環境に優しい材料であるといえ
る。

【０００５】天然繊維強化樹脂の例として、マトリック
ス樹脂に天然繊維を混合し、トランスファー成形したゴ
ルフヘッドがある（例えば、日経ニューマテリアル、P6
0 、日経マグロウヒル社、1990年12月24日号) 。また、
特開平４−１７５３４７号公報では、楮繊維を熱硬化性
樹脂に混合し、これを金型にセット、硬化後脱型して成
形物を取り出す方法が提案されている。このように、短
繊維をマトリックス樹脂に混合し成形する方法は、成形
が比較的容易で生産性が高い反面、繊維含有率や繊維配
向性を高くすることが難しく、繊維の持つ力学特性を十
分に活かしきれない問題がある。

【０００６】特開平５−１５５３７４号公報、特開平５
−１５７１８４号公報では、天然繊維からなる和紙を短
冊状に切断し、適度に加撚して作った紙糸を強化材と
し、これにエポキシ樹脂を含浸させながらフィラメント
ワインディング（ＦＷ）して作製したパイプが提案され
ている。紙を紙糸にすることは、シート状の紙に比べ繊
維の密度及び繊維相互の絡み合いが増加し、強度が高く
なるという点でメリットを有する。

【０００７】その反面、ＦＷ法は強化材の巻き角度を管
状体の長手方向に平行にすることが難しいため、長手方
向の強度、弾性率を考える時に不利である。また、ＦＷ
法は糸の交差部を生じるため、その屈曲部に応力集中し
易いという欠点がある。さらに、ＦＷ法は糸を隙間なく
巻くことが難しく、上記交差部に生じる隙間を含めて、
樹脂が余分に入り込む余地が多く、繊維含有率が低下し
易い。

【０００８】また、成形性の点から見れば、ＦＷ法は薄
肉あるいは細い管状体の成形に適していない。生産性の
点からは、通常の抄紙工程に紙糸製造工程が余分に入る
上に、ＦＷ法はシートワインディング法に比べ生産性が
低いという問題もある。

【０００９】紙糸を織物にし、これをプリプレグ化しシ
ートワインディング法で管状体へ成形する方法も考えら
れる。しかし、織物はクリンプが発生し、その部分に応
力集中し易いこと、また生産性が低いこと等の問題があ
る。

【００１０】このように、天然繊維を強化材とした従来
の繊維強化樹脂は、力学特性、成形性、生産性のバラン
スの点で十分に満足できる物ではなかった。そこで、本
発明の目的は、１）天然繊維を強化材とし、軽量で、実用上十分な強
度、弾性率を持つと供に、耐衝撃性、振動減衰性に優れ
ること２）薄肉あるいは細い管状体を成形でき、且つ生産性が
高いことを満足できるプリプレグシート及びそのプリプ
レグから成形した繊維強化樹脂管状体を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、特定の植物
繊維を主成分とすることで力学特性に優れた紙が得ら
れ、これをシート状で使用することによって、上記目的
を満足するプリプレグ及び繊維強化樹脂管状体が得られ
ることを見出し本発明に至った。

【００１２】すなわち、靱皮繊維または葉脈繊維の少な
くとも１種を主成分とする和紙にマトリックス樹脂を含
浸させたプリプレグシート、及び該プリプレグシートを
芯体に捲回し、管状に成形した繊維強化樹脂管状体であ
る。

【００１３】本発明に用いられる靱皮繊維には楮、三
椏、雁皮、桑、サラゴ等の木本性靱皮繊維と大麻、亜
麻、苧麻、黄麻、ケナフ等の草本性靱皮繊維とに分類さ
れる。又、葉脈繊維としてはマニラ麻、サイザル麻、バ
ナナ、パイナップル繊維がある。これらの繊維は比強度
が高く、アスペクト比も大きい。

【００１４】本発明のプリプレグの強化材として使用す
る和紙の主原料はパルプ化植物繊維であるが、複合材の
強化材として使用される場合１）和紙の強度、２）樹脂
の含浸性（繊維と樹脂との親和性を含む）が重要であ
る。

【００１５】更に、和紙の強度の３要素として１）繊維
自体の強度、２）繊維間相互の接着強度、３）繊維相互
の絡み合いによる摩擦があるが、中でも以下の理由で靱
皮繊維や葉脈繊維の中から選ばれる。

【００１６】紙用繊維の繊維間接着は繊維の構成物であ
るセルロースの水素結合に起因する。従って、水素結合
性の高いセルロースを多く含む繊維が望ましい。しか
し、リンター（綿毛繊維）はα−セルロース（結晶化度
が高く水素結合性が低い）が多く、繊維間接着強度が低
いので適さない。（下表に紙用原料繊維のホロセルロー
ス中のα−セルロース含有率を示す）靱皮繊維葉脈繊維木材繊維リンターホロセルロース（％） 50〜72 65.9 77.1 82.5 α−セルロース（％） 43〜56 53〜64 42.5 82.5 靱皮繊維や葉脈繊維は比較的丸断面の繊維が多く、且つ
長いので多孔質な構造を得ることができる。故にマトリ
ックス樹脂の含浸性が良い。一方、洋紙に用いられる木
材パルプ繊維は偏平断面をしており緻密な構造となるの
で、マトリックス樹脂の含浸性が悪い。（同一叩解度に
於ける紙の密度を下表に示す）靱皮繊維（三姫）葉脈繊維（マニラ麻）木材繊維（NBKB）密度（ｇ／cm²） 0.662 0.641 0.865 和紙用繊維の中で木本性靱皮繊維である楮、雁皮、桑や
サラゴは柔細胞が多く、繊維間接着力が高い上に繊維が
細く且つ長いので強度の高い和紙を得ることができる。楮三椏雁皮桑平均繊維長（ｍｍ）6 〜21 3 〜5 3 〜5 6.97 2.97 平均繊維幅（μｍ）10〜30 10〜30 10〜30 17 12 和紙用繊維の中で草本性靱皮繊維である大麻、亜麻やケ
ナフは繊維自体が長く、且つ高強度である。

【００１７】大麻亜麻苧麻黄麻平均繊維長（ｍｍ） 25 20〜30 20〜200 20 〜30 平均繊維幅（μｍ） 15〜25 10〜30 24〜47 20 〜25 単繊維強度(10³N/cm² ）70 76〜88 91 85 和紙用繊維のなかで葉脈繊維であるマニラ麻、サイザル
麻、バナナ、パイナップル繊維は靱皮繊維程ではないが
繊維は比較的細く、長い。この繊維は洋紙用原料である
木材パルプ（ＮＢＫＰ、ＬＢＫＰ）の様に叩解によるフ
ィブリル化によって和紙強度を調整することができる。

【００１８】マニラ麻サイザル麻バナナパイナップル繊維平均繊維長（ｍｍ） 2〜12 0.8 〜8.0 3.5〜4.7 (3 〜 9) 平均繊維幅（μｍ）16〜32 8 〜41 27〜31 (5 〜10) この他に和紙の特性を低下させない程度の少量の木材パ
ルプや合成繊維も混合して用いることかできる。

【００１９】（パイプ化）本体性靱皮繊維は前述の原本
からはぎ取った樹皮をアルカリ等の薬液で蒸煮して和紙
用繊維を製造する。一方、草本性靱皮繊維はその茎から
発酵等の方法で繊維束を分離し、更にそれをアルカリ等
の薬液で蒸煮して和紙用繊維を製造する。又、葉脈繊維
はその葉から葉肉を取り除き残った葉脈をアルカリ等の
薬液で蒸煮して和紙用繊維を製造する。

【００２０】以下に機械抄き和紙の代表的繊維である三
椏とマニラ麻のパルプ化条件について述べる。（三椏パルプ）風乾白皮三椏を一液水に浸した後に、平
釜に投入し、三椏重量の１５％苛性ソーダ及び１５倍の
水を加えて１．５時間加熱する。これを脱液・水洗し、
ビータで分散させてから次亜塩素酸ソーダで漂白し、更
に水洗後除塵・脱水してウェットパルプシートを得る。

【００２１】（マニラ麻パルプ）マニラ麻を球形の蒸解
釜に投入しマニラ麻重量の１５％の苛性ソーダ及び３〜
４倍の水を加えて蒸気圧５．５kg／cm² で６時間蒸気加
熱する。これを脱液・水洗し、ビータで分散させてから
次亜塩素酸ソーダで漂白し、更に水洗後除塵・脱水して
ウェットパルプシートを得る。

【００２２】（調整）和紙の均一性、強度特性、異方性
を決定するのは抄紙工程であるが、古来から受け継がれ
た手漉き法では連続的に均一な和紙をうることはできな
い。従って、機械抄紙法が用いられるがその場合２５mm
以上の極度に長い繊維は工程中の絡み等で結束っを発生
するので不適である。

【００２３】従って、ビーター等の分散・叩解機で繊維
をフィブリル化したり、セン断したり、複数の異種パル
プを混合して抄紙し易い原料系を調整する。（抄紙）機械抄紙機は洋紙製造にも用いられている長
網、短網、傾斜ワイヤー、円網、ロトフォーマー等の各
抄紙機が適宜用いられる。中でも円網抄紙機では繊維が
ＭＤ方向に配向し、異方性の強い和紙を作ることができ
る。又、傾斜ワイヤーやロトフォーマーでは繊維配向を
任意に取ることができ、任意の強度比を有する和紙を作
ることができる。

【００２４】上記紙を強化材とすることで、プリプレグ
自体の強度も高くなり、成形時の作業性が安定する。ま
た、本発明に使用する紙は多孔質構造なので、樹脂含浸
性の良いプリプレグになり易く成形物にボイド等の欠陥
を生じにくい。

【００２５】本プリプレグから成形した繊維強化樹脂は
実用上十分な強度、弾性率を有する。中でも、異方性を
有する紙を強化材とすることはより好ましい結果が得ら
れる。これは、紙に異方性を持たせることが紙を構成し
ている繊維の配向性を高くすることであり、その結果繊
維配向方向における紙の強度、弾性率が上昇するからで
ある。特に、引張強度が1400kgf/cm² 以上、引張弾性率
が1000kgf/mm² 以上の紙を使用することは、繊維強化樹
脂の力学特性を高める上で好ましい。

【００２６】紙のプリプレグ処理は、従来公知の湿式法
（溶剤法）あるいは乾式法（ホットメルト法）によって
行える。湿式法はマトリックス樹脂、硬化剤、触媒等を
適当な溶剤に溶かして溶液を作り、これを強化材に含浸
させた後、加熱して溶剤を除去させる方法である。乾式
法は樹脂、硬化剤等を加熱溶融し、溶融状態の樹脂を強
化材に含浸、冷却させる方法である。ここで、マトリッ
クス樹脂は、力学特性、耐熱性、作業性等の目的に合わ
せてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはビスマレ
イミド樹脂等の熱硬化性樹脂あるいはポリアミド、ポリ
オレフィン、ポリエステル、あるいはポリカーボネート
等の熱可塑性樹脂の中から適当なものを使用すれば良
い。

【００２７】この中でもエポキシ樹脂は特に好ましい結
果が得られる一例である。その樹脂にはエピビス型、フ
ェノールノボラック型、Ｂｒ化エピビス型、ＴＧＤＤＭ
（テトラグリシジルアミノジフェニルメタン）、ＴＧＭ
ＡＰ（トリグリシジルメタアミノフェノール）等が、硬
化剤にはＢＦ3 ・ＭＥＡ（ボロントリフルオライドモノ
エチルアミン）、ＤＩＣＹ（ジシアンジアミド）、ＤＣ
ＭＵ（ジクロロフェニルジメチルウレア）、イミダゾー
ル、ＤＤＳ（ジアミノジフェニルスルホン）、ＤＤＭ
（ジアミノジフェニルメタン）等が広く用いられる。

【００２８】特に、２５０°Ｆ硬化型の場合、エピビス
型とノボラック型エポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤は
ＤＩＣＹ、促進剤はＤＣＭＵがよく使用される。また、
３５０°Ｆ硬化型の場合、四官能エポキシ樹脂であるＴ
ＧＤＤＭを主成分に、硬化剤はＤＤＳ、促進剤はＢＦ3
・ＭＥＡの組合せでよく使用される。ここで、着色した
紙の色を成形品で活かすには、樹脂の色に配慮しなけれ
ばならない。また、本発明の目的を損なわない範囲で本
プリプレグシートはスクリムクロス等と組合わせること
も可能である。

【００２９】プリプレグシートから繊維強化樹脂管状体
を成形するには、ローリングマシーンによるシートワイ
ンディング法（筒巻き法）が一般的である。

【００３０】

【作用】本発明のプリプレグ及び繊維強化樹脂管状体が
種々の優れた特性を持つ理由は、十分に解明されていな
いが、以下のような要因に基づくものと推定される。

【００３１】本発明に使用する紙は強度、弾性率、強靱
性が高い。これは、紙の主成分となる繊維の比強度、比
弾性率が高く、アスペクト比が大きいこと、及び繊維間
相互の接着強度が強いこと等による。特に繊維を配向さ
せて抄紙した異方性を持つ紙は強度、弾性率が高い。ま
た、紙を強化材とすることにより、基本的には短繊維強
化樹脂でありながら、繊維の含有率、配向性、及び分散
性が安定する。また、該紙は多孔性であることから、マ
トリックス樹脂の含浸性が良く、ボイド等の欠陥を生じ
にくい。

【００３２】上記理由から、本発明のプリプレグシート
から成形した繊維強化樹脂、特に管状体は、連続繊維を
強化材とした場合に近い補強効果が得られ、従来の天然
繊維強化材と比べ、高い比強度、比弾性率を有する。そ
の一方で、強化材の紙及び繊維が延性を有すること等か
ら、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）、ＧＦＲＰ（ガラス
繊維強化樹脂）等に比べ耐衝撃性に優れている。また、
振動減衰性も大きい。

【００３３】次に、成形面から見れば、本発明のプリプ
レグシートは薄くできるため、薄肉の管状体や細い管状
体の成形に有利である。また、織物をシートワインディ
ングあるいはＦＷから成形した管状体に比べ、繊維に屈
曲した部分が少なく、応力集中しにくい。

【００３４】

【実施例】原料繊維、配合を変化させ抄紙した各種紙の
物性を表１に示す。ここで、ＭＤは機械方向、ＣＤはそ
れと垂直方向である。和紙No.１〜５は実施例に使用し
た紙で、これらは繊維配向方向に高い引張強度、引張弾
性率を持つ。和紙No.６及び７は比較例に使用した紙
で、これらは引張強度、引張弾性率ともに低い。

【００３５】

【表１】

【００３６】表２は、表１に示した紙に対してビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ［株］
製、エピコート８２８）３０重量部、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ［株］製、エピコ
ート１００１）７０重量部、硬化剤としてＤＩＣＹ（油
化シェルエポキシ［株］製、エピキュアＤＩＣＹ−７）
４重量部、硬化促進剤としてＤＣＭＵを４重量部の比率
で混合し、エポキシ樹脂組成物としたものである。この
樹脂を離型紙上に塗布し、これと紙を重ね合わせて、プ
レスローラーで加熱圧着させ、和紙に樹脂を含浸させ実
施例１乃至５及び比較例１及び２のプリプレグを得た。
その性状を表２に示す。

【００３７】比較例１，２に使用した紙は樹脂の含浸が
悪く、紙強度も低いことから樹脂量が多くなっている。

【００３８】

【表２】

【００３９】本プリプレグの基本的な力学特性を把握す
るため、プリプレグをプレス成形により積層板とし、引
張試験及び３点曲げ試験を行なった。その測定結果を表
３に示す。測定は各々ＪＩＳＫ７０５４（１９８
７）及びＪＩＳＫ７０５５（１９８７）に準じて行
なった。実施例１〜５のプリプレグより成形した積層板
は強度、弾性率とも高く、種々の製品に利用できること
が判る。一方、比較例１及び２の積層板は強度、弾性率
とも低く、実用には向かない。

【００４０】

【表３】

【００４１】さらに、上記プリプレグをシートワインデ
ィングにより芯金に巻きつけ、硬化処理後脱芯して成形
した管状体の耐衝撃性、振動減衰性を調べた結果を表４
に示す。ここで、○は良好、△は不良であることを示
す。

【００４２】本発明の実施例１〜５から成形した管状体
は、耐衝撃性、振動減衰性も良好で、釣竿、ゴルフシャ
フト等種々の分野での応用が可能である。又、薄肉管及
び細管の成形も容易に行うことができる。

【００４３】これに対して、比較例１及び２から成形し
た管状体は、耐衝撃性、振動減衰性も劣り、釣竿、ゴル
フシャフト等には使用できないものであった。

【００４４】

【表４】

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明は下記の
ような優れた効果を奏する。１）植物繊維を強化材としているため、従来の高性能繊
維と比べ廃棄処理が容易である。これから成形した繊維
強化樹脂もマトリックス樹脂の組成に留意すれば容易に
焼却できる。２）本発明の管状体は、軽量で、実用上十分な強度、弾
性率を持ち、さらに耐衝撃性、振動減衰性に優れる。３）プリプレグ及び管状体の製造にあたっては、生産性
の高い方法が採用できる。４）薄肉管や細管を成形することができる。５）繊維あるいは紙を着色しておくことにより、従来の
表面塗装した成形品とは違った品位の製品ができる。

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【手続補正書】

【提出日】平成６年６月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】プリプレグシート及び繊維強化樹脂管
状体

【特許請求項の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、植物繊維からなる和紙
を強化材としたプリプレグシート及び繊維強化樹脂管状
体に関するものである。

【０００２】

【０００３】

【０００６】特開平５−１５５３７４号公報、特開平５
−１５７１８４号公報では、天然繊維からなる和紙を短
冊状に切断し、適度に加撚して作った紙糸を強化材と
し、これにエポキシ樹脂を含浸させながらフィラメント
ワインディング（ＦＷ）して作製したパイプが提案され
ている。和紙を紙糸にすることは、シート状の和紙に比
べ繊維の密度及び繊維相互の絡み合いが増加し、強度が
高くなるという点でメリットを有する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、特定の植物
繊維を主成分とすることで力学特性に優れた和紙が得ら
れ、これをシート状で使用することによって、上記目的
を満足するプリプレグ及び繊維強化樹脂管状体が得られ
ることを見出し本発明に至った。

【００１６】紙用繊維の繊維間接着は繊維の構成物であ
るセルロースの水素結合に起因する。従って、水素結合
性の高いセルロースを多く含む繊維が望ましい。しか
し、リンター（綿毛繊維）はα−セルロース（結晶化度
が高く水素結合性が低い）が多く、繊維間接着強度が低
いので適さない。（表１に紙用原料繊維のホロセルロー
ス中のα−セルロース含有率を示す）

【００１７】

【表１】

【００１８】靱皮繊維や葉脈繊維は比較的丸断面の繊維
が多く、且つ長いので多孔質な構造を得ることができ
る。故にマトリックス樹脂の含浸性が良い。一方、洋紙
に用いられる木材パルプ繊維は偏平断面をしており緻密
な構造となるので、マトリックス樹脂の含浸性が悪い。
（同一叩解度に於ける紙の密度を下表に示す）

【００１９】

【表２】

【００２０】和紙用繊維の中で木本性靱皮繊維である
楮、雁皮、桑やサラゴは柔細胞が多く、繊維間接着力が
高い上に繊維が細く且つ長いので強度の高い和紙を得る
ことができる。

【００２１】

【表３】

【００２２】和紙用繊維の中で草本性靱皮繊維である大
麻、亜麻やケナフは繊維自体が長く、且つ高強度であ
る。

【００２３】

【表４】

【００２４】和紙用繊維のなかで葉脈繊維であるマニラ
麻、サイザル麻、バナナ、パイナップル繊維は靱皮繊維
程ではないが繊維は比較的細く、長い。この繊維は洋紙
用原料である木材パルプ（ＮＢＫＰ、ＬＢＫＰ）の様に
叩解によるフィブリル化によって和紙強度を調整するこ
とができる。

【００２５】

【表５】

【００２６】この他に和紙の特性を低下させない程度の
少量の木材パルプや合成繊維も混合して用いることがで
きる。（パルプ化）本体性靱皮繊維は前述の原木からはぎ取っ
た樹皮をアルカリ等の薬液で蒸煮して和紙用繊維を製造
する。一方、草本性靱皮繊維はその茎から発酵等の方法
で繊維束を分離し、更にそれをアルカリ等の薬液で蒸煮
して和紙用繊維を製造する。又、葉脈繊維はその葉から
葉肉を取り除き残った葉脈をアルカリ等の薬液で蒸煮し
て和紙用繊維を製造する。

【００２７】以下に機械抄き和紙の代表的繊維である三
椏とマニラ麻のパルプ化条件について述べる。（三椏パルプ）風乾白皮三椏を一液水に浸した後に、平
釜に投入し、三椏重量の１５％苛性ソーダ及び１５倍の
水を加えて１．５時間加熱する。これを脱液・水洗し、
ビータで分散させてから次亜塩素酸ソーダで漂白し、更
に水洗後除塵・脱水してウェットパルプシートを得る。

【００２８】（マニラ麻パルプ）マニラ麻を球形の蒸解
釜に投入しマニラ麻重量の１５％の苛性ソーダ及び３〜
４倍の水を加えて蒸気圧５．５kg／cm²で６時間蒸気加
熱する。これを脱液・水洗し、ビータで分散させてから
次亜塩素酸ソーダで漂白し、更に水洗後除塵・脱水して
ウェットパルプシートを得る。

【００２９】（調整）和紙の均一性、強度特性、異方性
を決定するのは抄紙工程であるが、古来から受け継がれ
た手漉き法では連続的に均一な和紙をうることはできな
い。従って、機械抄紙法が用いられるがその場合２５mm
以上の極度に長い繊維は工程中の絡み等で結束っを発生
するので不適である。

【００３０】従って、ビーター等の分散・叩解機で繊維
をフィブリル化したり、セン断したり、複数の異種パル
プを混合して抄紙し易い原料系を調整する。（抄紙）機械抄紙機は洋紙製造にも用いられている長
網、短網、傾斜ワイヤー、円網、ロトフォーマー等の各
抄紙機が適宜用いられる。中でも円網抄紙機では繊維が
ＭＤ方向に配向し、異方性の強い和紙を作ることができ
る。又、傾斜ワイヤーやロトフォーマーでは繊維配向を
任意に取ることができ、任意の強度比を有する和紙を作
ることができる。

【００３１】上記和紙を強化材とすることで、プリプレ
グ自体の強度も高くなり、成形時の作業性が安定する。
また、本発明に使用する和紙は多孔質構造なので、樹脂
含浸性の良いプリプレグになり易く成形物にボイド等の
欠陥を生じにくい。

【００３２】本プリプレグから成形した繊維強化樹脂は
実用上十分な強度、弾性率を有する。中でも、異方性を
有する和紙を強化材とすることはより好ましい結果が得
られる。これは、和紙に異方性を持たせることが和紙を
構成している繊維の配向性を高くすることであり、その
結果繊維配向方向における和紙の強度、弾性率が上昇す
るからである。特に、引張強度が1400kgf/cm2 以上、引
張弾性率が1000kgf/mm2 以上の和紙を使用することは、
繊維強化樹脂の力学特性を高める上で好ましい。

【００３３】和紙のプリプレグ処理は、従来公知の湿式
法（溶剤法）あるいは乾式法（ホットメルト法）によっ
て行える。湿式法はマトリックス樹脂、硬化剤、触媒等
を適当な溶剤に溶かして溶液を作り、これを強化材に含
浸させた後、加熱して溶剤を除去させる方法である。乾
式法は樹脂、硬化剤等を加熱溶融し、溶融状態の樹脂を
強化材に含浸、冷却させる方法である。ここで、マトリ
ックス樹脂は、力学特性、耐熱性、作業性等の目的に合
わせてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはビスマ
レイミド樹脂等の熱硬化性樹脂あるいはポリアミド、ポ
リオレフィン、ポリエステル、あるいはポリカーボネー
ト等の熱可塑性樹脂の中から適当なものを使用すれば良
い。

【００３４】この中でもエポキシ樹脂は特に好ましい結
果が得られる一例である。その樹脂にはエピビス型、フ
ェノールノボラック型、Ｂｒ化エピビス型、ＴＧＤＤＭ
（テトラグリシジルアミノジフェニルメタン）、ＴＧＭ
ＡＰ（トリグリシジルメタアミノフェノール）等が、硬
化剤にはＢＦ3 ・ＭＥＡ（ボロントリフルオライドモノ
エチルアミン）、ＤＩＣＹ（ジシアンジアミド）、ＤＣ
ＭＵ（ジクロロフェニルジメチルウレア）、イミダゾー
ル、ＤＤＳ（ジアミノジフェニルスルホン）、ＤＤＭ
（ジアミノジフェニルメタン）等が広く用いられる。

【００３５】特に、２５０°Ｆ硬化型の場合、エピビス
型とノボラック型エポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤は
ＤＩＣＹ、促進剤はＤＣＭＵがよく使用される。また、
３５０°Ｆ硬化型の場合、四官能エポキシ樹脂であるＴ
ＧＤＤＭを主成分に、硬化剤はＤＤＳ、促進剤はＢＦ3
・ＭＥＡの組合せでよく使用される。ここで、着色した
和紙の色を成形品で活かすには、樹脂の色に配慮しなけ
ればならない。また、本発明の目的を損なわない範囲で
本プリプレグシートはスクリムクロス等と組合わせるこ
とも可能である。

【００３６】プリプレグシートから繊維強化樹脂管状体
を成形するには、ローリングマシーンによるシートワイ
ンディング法（筒巻き法）が一般的である。

【００３７】

【００３８】本発明に使用する和紙は強度、弾性率、強
靱性が高い。これは、和紙の主成分となる繊維の比強
度、比弾性率が高く、アスペクト比が大きいこと、及び
繊維間相互の接着強度が強いこと等による。特に繊維を
配向させて抄紙した異方性を持つ和紙は強度、弾性率が
高い。また、和紙を強化材とすることにより、基本的に
は短繊維強化樹脂でありながら、繊維の含有率、配向
性、及び分散性が安定する。また、該和紙は多孔性であ
ることから、マトリックス樹脂の含浸性が良く、ボイド
等の欠陥を生じにくい。

【００３９】上記理由から、本発明のプリプレグシート
から成形した繊維強化樹脂、特に管状体は、連続繊維を
強化材とした場合に近い補強効果が得られ、従来の天然
繊維強化材と比べ、高い比強度、比弾性率を有する。そ
の一方で、強化材の和紙及び繊維が延性を有すること等
から耐衝撃性に優れている。また、振動減衰性も大き
い。

【００４０】次に、成形面から見れば、本発明のプリプ
レグシートは薄くできるため、薄肉の管状体や細い管状
体の成形に有利である。また、織物をシートワインディ
ングあるいはＦＷから成形した管状体に比べ、繊維に屈
曲した部分が少なく、応力集中しにくい。

【００４１】

【実施例】原料繊維、配合を変化させ抄紙した各種紙の
物性を表６に示す。ここで、ＭＤは機械方向、ＣＤはそ
れと垂直方向である。和紙No.１〜５は実施例に使用し
た和紙で、これらは繊維配向方向に高い引張強度、引張
弾性率を持つ。和紙No.６及び７は比較例に使用した和
紙で、これらは引張強度、引張弾性率ともに低い。

【００４２】

【表６】

【００４３】表７は、表６に示した和紙に対してビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ［株］
製、エピコート８２８）３０重量部、ビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ［株］製、エピコ
ート１００１）７０重量部、硬化剤としてＤＩＣＹ（油
化シェルエポキシ［株］製、エピキュアＤＩＣＹ−７）
４重量部、硬化促進剤としてＤＣＭＵを４重量部の比率
で混合し、エポキシ樹脂組成物としたものである。この
樹脂を離型紙上に塗布し、これと和紙を重ね合わせて、
プレスローラーで加熱圧着させ、和紙に樹脂を含浸させ
実施例１乃至５及び比較例１及び２のプリプレグを得
た。その性状を表７に示す。

【００４４】比較例１，２に使用した和紙は樹脂の含浸
が悪く、紙強度も低いことから樹脂量が多くなってい
る。

【００４５】

【表７】

【００４６】本プリプレグの基本的な力学特性を把握す
るため、プリプレグをプレス成形により積層板とし、引
張試験及び３点曲げ試験を行なった。その測定結果を表
８に示す。測定は各々ＪＩＳＫ７０５４（１９８
７）及びＪＩＳＫ７０５５（１９８７）に準じて行
なった。実施例１〜５のプリプレグより成形した積層板
は強度、弾性率とも高く、種々の製品に利用できること
が判る。一方、比較例１及び２の積層板は強度、弾性率
とも低く、実用には向かない。

【００４７】

【表８】

【００４８】さらに、上記プリプレグをシートワインデ
ィングにより芯金に巻きつけ、硬化処理後脱芯して成形
した管状体の耐衝撃性、振動減衰性を調べた結果を表９
に示す。ここで、○は良好、△は不良であることを示
す。

【００４９】本発明の実施例１〜５から成形した管状体
は、耐衝撃性、振動減衰性も良好で、釣竿、ゴルフシャ
フト等のスポーツ用品等の種々の分野での応用が可能で
ある。又、薄肉管及び細管の成形も容易に行うことがで
きる。

【００５０】これに対して、比較例１及び２から成形し
た管状体は、耐衝撃性、振動減衰性も劣り、釣竿、ゴル
フシャフト等には使用できないものであった。

【００５１】

【表９】

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明は下記の
ような優れた効果を奏する。１）植物繊維を強化材としているため、従来の高性能繊
維と比べ廃棄処理が容易である。これから成形した繊維
強化樹脂もマトリックス樹脂の組成に留意すれば容易に
焼却できる。２）本発明の管状体は、軽量で、実用上十分な強度、弾
性率を持ち、さらに耐衝撃性、振動減衰性に優れる。３）プリプレグ及び管状体の製造にあたっては、生産性
の高い方法が採用できる。４）薄肉管や細管を成形する
ことができる。５）繊維あるいは和紙を着色しておくことにより、従来
の表面塗装した成形品とは違った品位の製品ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】靱皮繊維または葉脈繊維の少なくとも１
種を主成分とする和紙にマトリックス樹脂を含浸させた
プリプレグシート。
【請求項２】紙が異方性を有する請求項１に記載のプ
リプレグシート。
【請求項３】紙の所定方向の引張強度が1400kgf/cm²
以上、引張弾性率が1000kgf/mm²以上である請求項１ま
たは２に記載のプリプレグシート。
【請求項４】請求項１、２または３記載のプリプレグ
シートを芯体に捲回し、管状に成形した繊維強化樹脂管
状体。