JP5061813B2 - Prepreg and golf club shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維とマトリックス樹脂を用いた繊維強化複合材料材に関し、軽量であり、かつ十分な静的曲げ強度を持ちながら、衝撃時に容易に分断しない安全性の高いゴルフシャフト成形材料に関するものである。 The present invention relates to a fiber reinforced composite material using carbon fibers and a matrix resin, and relates to a highly safe golf shaft molding material that is lightweight and has a sufficient static bending strength but does not easily break upon impact. It is.
炭素繊維を強化繊維として用いた炭素繊維強化複合材料は、軽量性とその高い比強度・比弾性率を利用して、航空機や自動車などの構造材料用途や、テニスラケット、ゴルフシャフト、釣り竿などのスポーツ用途などに広く利用されている。これら用途の中でも、ゴルフクラブシャフトには極限レベルの軽量性が求められるもののひとつである。 Carbon fiber reinforced composite materials using carbon fibers as reinforced fibers are used for structural materials such as aircraft and automobiles, tennis rackets, golf shafts, fishing rods, etc. by utilizing their light weight and high specific strength and specific modulus. Widely used in sports applications. Among these applications, the golf club shaft is one of the requirements for an extremely light weight.
繊推強化複合材料の製造方法には、強化繊維に未硬化のマトリックス樹脂が含浸されたシート状中間材料であるプリプレグを用い、それを複数枚積層した後、加熱硬化させる方法や、モールド中に配置した強化繊維に液状の樹脂を流し込こみ加熱硬化させるレジン・トランスファー・モールディング法などが用いられている。これらの製造方法のうちプリプレグを用いる方法は、強化繊維の配向を厳密に制御でき、また積層構成の設計自由度が高いことから、高性能な繊維強化複合材料を得やすい利点があることから、ゴルフクラブシャフトのように極限性能を追求する炭素繊維強化複合材料において、広く用いられている。 In the method of manufacturing the finely reinforced composite material, a prepreg that is a sheet-like intermediate material in which reinforcing fibers are impregnated with an uncured matrix resin is used. A resin transfer molding method, in which a liquid resin is poured into the arranged reinforcing fibers and heat-cured, is used. Among these production methods, the method using a prepreg is capable of strictly controlling the orientation of reinforcing fibers, and has a high degree of freedom in designing a laminated structure, so that there is an advantage of easily obtaining a high-performance fiber-reinforced composite material. It is widely used in carbon fiber reinforced composite materials that pursue extreme performance such as golf club shafts.
ゴルフクラブシャフトにおいては、炭素繊維強化複合材料を適用することによって軽量化を進めてきたが、その前提として、一定の機械強度を保つこと、すなわち、運搬時の積み重なりの荷重に耐えたり、バッグからの取り出し時のたわみ変形に耐える高い静的曲げ強度が必要である。 In golf club shafts, weight reduction has been promoted by applying carbon fiber reinforced composite materials. However, as a premise, it is necessary to maintain a certain mechanical strength, that is, withstand the load of stacking during transportation, A high static bending strength that can withstand bending deformation at the time of take-out is required.
また、実際の使用の場では、通常の(ボールを打つ)使用以外に、ミスショットなどで地面や石、樹木を強打したり、他のプレイヤーが打ったボールがゴルフクラブシャフトの側面に当たるなど不測の事態による強い衝撃がゴルフクラブシャフト加わる可能性があり、かかる場合においてもゴルフクラブシャフトが容易に分断しないことが好ましいとされている。 Also, in actual use, in addition to normal use (striking the ball), it is unpredictable that the ground, stones, or trees will be struck with a miss shot, or the ball hit by another player will hit the side of the golf club shaft. There is a possibility that a strong impact due to the above situation may be applied to the golf club shaft, and even in such a case, it is preferable that the golf club shaft is not easily divided.
このようにゴルフクラブシャフトには、高い静的曲げ強度と、強い衝撃が加わった場合でも分断しないことが求められる特性であるが、ゴルフクラブシャフトに本来求められる軽量性等の特性を犠牲にすることなく上記特性を両立する技術は得られていなかった。 As described above, the golf club shaft is required to have high static bending strength and not to be divided even when a strong impact is applied, but sacrifices characteristics such as lightness originally required for the golf club shaft. No technology has been obtained that satisfies both of the above characteristics.
例えば、引用文献1では、強化繊維として炭素繊維に加え、高伸度有機繊維を配合することで、衝撃破損時のゴルフクラブシャフトの分断を抑える技術が開示されている。ただし、このような高伸度有機繊維を使用した場合、シャフトの静的曲げ強度が不十分となり、破損の頻度そのものは高くなる傾向にあった。また、引用文献2では、ゴルフクラブシャフト長手方向に配向した炭素繊維を有する層のマトリックス樹脂を高弾性率化することで、管状体の静的曲げ強度を向上する技術が開示されているが、本技術においては衝撃に対する分断抑制効果は不十分でであった。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the division of the golf club shaft at the time of impact damage by blending high elongation organic fibers in addition to carbon fibers as reinforcing fibers. However, when such a high elongation organic fiber is used, the static bending strength of the shaft becomes insufficient, and the frequency of breakage tends to increase. Further, in the cited document 2, a technique for improving the static bending strength of the tubular body by increasing the matrix resin of the layer having carbon fibers oriented in the longitudinal direction of the golf club shaft is disclosed. In this technique, the effect of suppressing the breakage against the impact is insufficient.
上記のように、軽量性等の特性を犠牲にすることなく静的機械特性と衝撃時の分断耐性を備えたゴルフクラブシャフトを得ることが可能なプリプレグが、求められていた。
本発明の目的は、高い静的曲げ強度を持ち、衝撃破損時に分断しないゴルフクラブシャフトを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a golf club shaft that has high static bending strength and does not break when impact is damaged.
前記課題を解決するために、本発明の炭素繊維とエポキシ樹脂組成物を組み合わせてなるプリプレグは下記構成から成るものである。すなわち、[A]〜[E]の条件を満たす炭素繊維と、[a]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を20〜50重量部と、[b]ビスフェノールF型エポキシ樹脂を50〜80重量部とを含むエポキシ樹脂と、[c]ジシアンジアミドまたはその誘導体を前記エポキシ樹脂100重量部に対し、2〜10重量部含み、かつその硬化物の曲げ弾性率が3.8〜5.0GPaであるエポキシ樹脂組成物を組み合わせてなるプリプレグである。
[A]引張弾性率が280〜350GPaの範囲内にあること
[B]引張強度が5600〜6500MPaの範囲内にあること
[C]実質的に真円状の断面を有すること
[D]平均径が5.0〜7.0μmの範囲内にあること
[E]原子間力顕微鏡を用いて測定される表面積比が1.00〜1.05、表面粗さRaが1〜10nmであること
さらに、本発明のゴルフクラブシャフトは、上記プリプレグを硬化することで得られる。
In order to solve the above problems, a prepreg formed by combining the carbon fiber and the epoxy resin composition of the present invention has the following constitution. That is, carbon fiber satisfying the conditions [A] to [E] , [a] 20 to 50 parts by weight of tri- or higher functional amine type epoxy resin, and [b] 50 to 80 parts by weight of bisphenol F type epoxy resin. And epoxy resin containing [c] dicyandiamide or a derivative thereof in an amount of 2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin, and the flexural modulus of the cured product is 3.8 to 5.0 GPa A prepreg formed by combining resin compositions.
[A] Tensile elastic modulus is in the range of 280 to 350 GPa [B] Tensile strength is in the range of 5600 to 6500 MPa [C] It has a substantially circular cross section [D] Average diameter Is in the range of 5.0 to 7.0 μm
[E] The surface area ratio measured using an atomic force microscope is 1.00 to 1.05, the surface roughness Ra is 1 to 10 nm, and the golf club shaft of the present invention cures the prepreg. Can be obtained.
本発明によれば、十分な静的曲げ強度を有し、かつ衝撃破損時に分断しない高い安全性を有するゴルフクラブシャフトを得ることが出来る。 According to the present invention, it is possible to obtain a golf club shaft having sufficient static bending strength and high safety that does not break when an impact breaks.
本発明におけるプリプレグは、下記[A]〜[E]の条件を満たす炭素繊維と、[a]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を20〜50重量部と、[b]ビスフェノールF型エポキシ樹脂を50〜80重量部とを含むエポキシ樹脂と、[c]ジシアンジアミドまたはその誘導体を前記エポキシ樹脂100重量部に対し、2〜10重量部含み、かつ硬化物の曲げ弾性率が3.8〜5.0Gpaであるエポキシ樹脂組成物を組み合わせてなるものであり、上記条件を満たすプリプレグを積層、硬化させることで目的とする静的曲げ強度を有し、かつ衝撃破損時に分断しないゴルフクラブシャフトが得られる。
[A]引張弾性率が280〜350GPaの範囲内にあること
[B]引張強度が5600〜6500MPaの範囲内にあること
[C]実質的に真円状の断面を有すること
[D]平均径が5.0〜7.0μmの範囲内にあること
[E]原子間力顕微鏡を用いて測定される表面積比が1.00〜1.05、表面粗さRaが1〜10nmであること
本発明において、分断とは、かかるゴルフクラブシャフトに、曲げ衝撃応力等が付与された際に、独立した2つの断片に切断されることをいう。従来の、分断抑制効果のないゴルフクラブシャフトでは、衝撃エネルギーが円筒の円周方向全体へ直接伝搬し、分断しやすかった。一方、本発明のゴルフクラブシャフトは、十分な炭素繊維の引張強度とエネルギー吸収能力を併せ持つことから、円周方向全体の炭素繊維の破断を免れ、衝撃破損時においても、曲げ衝撃付与サイド、もしくは該サイドと円周方向に対し反対サイドの少なくともいずれかのサイドの炭素繊維の少なくとも一部が破断しないことにより、繋がった形態を示すものである。
The prepreg in the present invention comprises carbon fibers satisfying the following conditions [A] to [E] , [a] 20 to 50 parts by weight of a trifunctional or higher amine type epoxy resin, and [b] bisphenol F type epoxy resin. The epoxy resin containing 50 to 80 parts by weight, [c] dicyandiamide or a derivative thereof is contained in an amount of 2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin, and the flexural modulus of the cured product is 3.8 to 5. A golf club shaft having a desired static bending strength and not being broken at the time of impact breakage is obtained by laminating and curing a prepreg satisfying the above conditions by combining epoxy resin compositions of 0 Gpa. .
[A] Tensile elastic modulus is in the range of 280 to 350 GPa [B] Tensile strength is in the range of 5600 to 6500 MPa [C] It has a substantially circular cross section [D] Average diameter Is in the range of 5.0 to 7.0 μm
[E] The surface area ratio measured using an atomic force microscope is 1.00 to 1.05, and the surface roughness Ra is 1 to 10 nm. In the present invention, the term “splitting” means that the golf club shaft is bent When impact stress or the like is applied, it is cut into two independent pieces. In a conventional golf club shaft that does not have a fragmentation suppressing effect, impact energy propagates directly to the entire circumferential direction of the cylinder, and is easily divided. On the other hand, since the golf club shaft of the present invention has sufficient carbon fiber tensile strength and energy absorption capability, it avoids breaking of the entire carbon fiber in the circumferential direction, and even at the time of impact breakage, the bending impact imparting side, or At least a part of the carbon fibers on at least one side opposite to the side and the circumferential direction does not break, thereby showing a connected form.
本発明において、上記[A]〜[E]の条件を満たす炭素繊維を強化繊維に、特定範囲の弾性率を有する特定配合のエポキシ樹脂組成物をマトリックス樹脂に、用いたプリプレグを用いることで、驚くべきことに高い静的曲げ強度を維持しつつ衝撃破損時に顕著に分断しにくいゴルフクラブシャフトを得ることができることを見いだした。詳細なメカニズムは不明だが、炭素繊維の高い引張強度による分断抑制効果と断面形状が実質的に真円状かつ比較的太径であることで炭素繊維とマトリックス樹脂界面でのエネルギー吸収が顕著になったものと考えられる。また、かかるエポキシ樹脂組成物が十分な塑性変形能力を有することで、マトリックス樹脂においてもエネルギー吸収が顕著になったものと思われる。 In the present invention, by using a prepreg using carbon fiber satisfying the above conditions [A] to [E] as a reinforcing fiber, an epoxy resin composition of a specific composition having a specific range of elastic modulus as a matrix resin, It found that it is possible to obtain the Ku has a golf club shaft to significantly cut into surprisingly high static bending at impact damage while maintaining the strength. Although the detailed mechanism is unknown, the energy absorption at the interface between the carbon fiber and the matrix resin becomes remarkable due to the effect of suppressing the fragmentation due to the high tensile strength of the carbon fiber and the cross-sectional shape being substantially circular and relatively large in diameter. It is thought that. Moreover, it seems that energy absorption became remarkable also in matrix resin because this epoxy resin composition has sufficient plastic deformation capability.
本発明において用いられる炭素繊維は、引張弾性率が295±10GPaである(条件[A])。かかる弾性率の炭素繊維は、十分な剛性と静的曲げ強度を得ることができることから、ゴルフクラブシャフトのシャフト軸方向に用いられる場合が多く、かかる弾性率の炭素繊維を用いたプリプレグに分断抑制効果を付与することが出きると、ゴルフクラブシャフトの設計上非常に有利となるためである。 The carbon fiber used in the present invention has a tensile elastic modulus of 295 ± 10 GPa (condition [A]). Since carbon fibers with such elastic modulus can obtain sufficient rigidity and static bending strength, they are often used in the shaft axis direction of golf club shafts, and prepregs using carbon fibers with such elastic modulus are prevented from being divided. This is because if it is possible to provide an effect, it is very advantageous in designing the golf club shaft.
ここで、引張弾性率を295±10GPaとしたのは、3%程度の特性のバラツキをは許容範囲であることを意味する。 Here, the tensile elastic modulus of 295 ± 10 GPa means that the variation in characteristics of about 3% is within an allowable range.
本発明において用いられる炭素繊維は、引張強度が5400〜6500MPaの範囲内にあることが必要であり(条件[B])、5600〜6500MPaであることが好ましい。かかる引張強度が5400MPa未満であると、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる。一方で、ゴルフシャフトの衝撃時の分断が起こりにくくなるという面から、引張強度は高ければ高いほど好ましいが、現段階で、引張強度が6500Mpaを超える炭素繊維は入手困難であることから上限としたものである。今後、より高い引張強度を有する炭素繊維が入手可能となった場合は、好ましく適用できる。 The carbon fibers used in the present invention are required to have a tensile strength in the range of 5400 to 6500 MPa (condition [B]), and preferably 5600 to 6500 MPa. When the tensile strength is less than 5400 MPa, the golf club shaft is likely to be divided at the time of impact breakage. On the other hand, the higher the tensile strength, the higher the tensile strength from the viewpoint that the golf shaft is less likely to be broken at the time of impact. However, at the present stage, carbon fibers having a tensile strength exceeding 6500 Mpa are difficult to obtain, so the upper limit is set. Is. In the future, when a carbon fiber having a higher tensile strength becomes available, it can be preferably applied.
ここでいう炭素繊維の引張弾性率と引張強度は、JIS R7601(1986)にしたがって測定されるストランド引張弾性率とストランド引張強度を意味する。 The tensile elastic modulus and tensile strength of carbon fiber here mean the strand tensile elastic modulus and strand tensile strength measured according to JIS R7601 (1986).
本発明において用いられる炭素繊維は、アクリル系、ピッチ系、レーヨン系等に分類される。中でも、引張強度の高いアクリル系炭素繊維が好ましい。本発明に好適に用いることができるアクリル系炭素繊維は、例えば以下に述べる工程を経て製造することができる。アクリロニトリルを主成分とするモノマーから得られるポリアクリロニトリルを含む紡糸原液を、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、又は溶融紡糸法により紡糸する。紡糸後の凝固糸は、製糸工程を経てアクリル系プリカーサーとし、続いて耐炎化、炭化などの工程を経てアクリル系炭素繊維を得ることができる。ここで、紡糸方法としては湿式紡糸法または乾湿式紡糸法が好ましい。さらには、繊維表面に微細な凹凸を持たず、極めて高度の平滑性を有していることから、プリプレグ製造時の糸の拡がり性、プリプレグの品位、プリプレグの取り扱い性が良好であり、また、繊維表面が平滑で応力集中を生じにくいため、ゴルフクラブシャフトの分断制御効果を得やすいという観点から、ポリアクリロニトリルを含む紡糸原液を乾湿式紡糸することによって得たプリカーサーを原料として製造された炭素繊維を用いることがより好ましい。 The carbon fibers used in the present invention are classified into acrylic, pitch, rayon and the like. Among these, acrylic carbon fibers having high tensile strength are preferable. The acrylic carbon fiber that can be suitably used in the present invention can be produced, for example, through the steps described below. A spinning solution containing polyacrylonitrile obtained from a monomer containing acrylonitrile as a main component is spun by a wet spinning method, a dry wet spinning method, a dry spinning method, or a melt spinning method. The spun coagulated yarn can be made into an acrylic precursor through a spinning process, and then an acrylic carbon fiber can be obtained through processes such as flame resistance and carbonization. Here, the spinning method is preferably a wet spinning method or a dry and wet spinning method. Furthermore, since it does not have fine irregularities on the fiber surface and has extremely high smoothness, the spreadability of the yarn during prepreg production, the quality of the prepreg, and the handleability of the prepreg are good. Carbon fiber manufactured using a precursor obtained by dry and wet spinning of a spinning stock solution containing polyacrylonitrile from the viewpoint that the fiber surface is smooth and stress concentration does not easily occur, so that it is easy to obtain a golf club shaft split control effect. It is more preferable to use
炭素繊維の形態としては、有燃糸、解燃糸、無燃糸などが使用できるが、糸の拡がり性、プリプレグの品位、取り扱い性が良好な無撚糸が好ましい。ここでいう、無撚り糸とは、通常、撚り数が0.5ターン/m以下のものをいう。 As the form of the carbon fiber, a flammable yarn, a flame retardant yarn, a nonflammable yarn and the like can be used, but a non-twisted yarn having good yarn spreading property, prepreg quality and handleability is preferable. The term “untwisted yarn” as used herein generally means a yarn having a twist number of 0.5 turns / m or less.
本発明において用いられる炭素繊維は、実質的に真円状の断面を有することが必要である(条件[C])。ここで、断面形状が実質的に真円状であるとは、光学顕微鏡を用いて測定される単糸の断面の長径Rと短径rの比(r/R)が0.9以上であることをいう。ここで、長径Rとは、単糸の外接円の直径を指し、短径rとは、単糸の内接円の直径を指す。真円状でない場合、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時、分断しやすいものとなる。 The carbon fiber used in the present invention needs to have a substantially circular cross section (condition [C]). Here, the fact that the cross-sectional shape is substantially circular means that the ratio (r / R) of the major axis R to the minor axis r of the section of the single yarn measured using an optical microscope is 0.9 or more. That means. Here, the long diameter R indicates the diameter of the circumscribed circle of the single yarn, and the short diameter r indicates the diameter of the inscribed circle of the single yarn. If it is not a perfect circle, the golf club shaft will be easily broken when it is damaged.
また、本発明において用いられる炭素繊維は、原子間力顕微鏡を用いて測定される表面積比が1.00〜1.05、表面粗さRaが1〜10nm(条件[E])であり、表面積比が1.00〜1.03、表面粗さRaが1〜7nmであれば好ましい。Raが1nm未満の場合、プリプレグ表面が平滑するので好ましいが、現状ではこのような炭素繊維はない。かかる表面積比は強化繊維表面の実表面積と投影面積との比で、表面の粗さの度合いを表しており、強化繊維表面に凹凸が全くない場合、1.00である。表面積比が1.05を超えたり、表面粗さRaが10nmを越えると、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時、分断しやすいものとなる場合がある。 Further, the carbon fiber used in the present invention has a surface area ratio of 1.00 to 1.05 and a surface roughness Ra of 1 to 10 nm (condition [E]) measured using an atomic force microscope. It is preferable that the ratio is 1.00 to 1.03 and the surface roughness Ra is 1 to 7 nm. When Ra is less than 1 nm, the surface of the prepreg is smooth, which is preferable, but at present there is no such carbon fiber. The surface area ratio is the ratio of the actual surface area of the reinforcing fiber surface to the projected area, and represents the degree of surface roughness, and is 1.00 when the reinforcing fiber surface has no irregularities. If the surface area ratio exceeds 1.05 or the surface roughness Ra exceeds 10 nm, the golf club shaft may be easily broken when broken.
また、本発明における炭素繊維は、X線光電子分光法により測定される炭素Cに対する酸素Oの原子数比、即ち表面比酸素濃度(以下、O/Cと略記)を特定の範囲とすると、本発明の効果を十分に発揮できる。具体的には、本発明における炭素繊維は、O/Cが0.05〜0.15の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.07〜0.12の範囲内にあるのが良い。O/Cが0.15を超えると、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる場合がある。O/Cが0.05未満であると、ゴルフクラブシャフトの静的曲げ強度が低下する場合がある。 Further, the carbon fiber in the present invention has a specific range of the atomic ratio of oxygen O to carbon C measured by X-ray photoelectron spectroscopy, that is, the surface specific oxygen concentration (hereinafter abbreviated as O / C). The effects of the invention can be fully exhibited. Specifically, the carbon fiber in the present invention preferably has an O / C in the range of 0.05 to 0.15, more preferably in the range of 0.07 to 0.12. . If O / C exceeds 0.15, the golf club shaft may be easily broken at the time of impact breakage. If the O / C is less than 0.05, the static bending strength of the golf club shaft may decrease.
本発明において用いられる炭素繊維は、光学顕微鏡を用いて測定される平均繊維径が5.0〜7.0μmの範囲内であることが必要(条件[D])であり、5.3〜6.5μmであることが好ましい。かかる平均径が5.0μm未満であると、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる。一方で、7.0μmを超える場合、静的曲げ強度が低下してしまう。 The carbon fiber used in the present invention is required to have an average fiber diameter measured using an optical microscope in the range of 5.0 to 7.0 μm (condition [D]), and 5.3 to 6 It is preferably 5 μm. When the average diameter is less than 5.0 μm, the golf club shaft is likely to be divided at the time of impact breakage. On the other hand, when exceeding 7.0 micrometers, static bending strength will fall.
かかる条件[A]〜[E]を満たす炭素繊維の製品としては、“トレカ(登録商標)”T800S(東レ(株)製)等が挙げられる。 Examples of the carbon fiber product satisfying such conditions [A] to [E] include “Torayca (registered trademark)” T800S (manufactured by Toray Industries, Inc.).
本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物の曲げ弾性率は、3.8〜5.0GPaである必要があり、4.2〜4.5GPaであることがより好ましい。かかる硬化物は、エポキシ樹脂組成物を室温から1.5℃/分の昇温速度で昇温後130℃、2時間の条件で硬化して得られるものである。かかる曲げ弾性率が3.8GPaに満たない場合、ゴルフクラブシャフトの静的曲げ強度が不十分となる。5.0GPaを超える場合、塑性変形能力が不十分となり、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる。ここでいう曲げ弾性率は、JIS K7171(1999)にしたがって測定される。 The flexural modulus of the cured product obtained by curing the epoxy resin composition used in the present invention needs to be 3.8 to 5.0 GPa, and more preferably 4.2 to 4.5 GPa. Such a cured product is obtained by curing the epoxy resin composition from room temperature at a heating rate of 1.5 ° C./min and then curing at 130 ° C. for 2 hours. When the flexural modulus is less than 3.8 GPa, the static bending strength of the golf club shaft becomes insufficient. When it exceeds 5.0 GPa, the plastic deformation ability becomes insufficient, and the golf club shaft is likely to be divided at the time of impact breakage. The flexural modulus here is measured according to JIS K7171 (1999).
本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物は、[a]3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を20〜50重量部と、[b]ビスフェノールF型エポキシ樹脂を50〜80重量部とを含むエポキシ樹脂と、[c]ジシアンジアミドまたはその誘導体を前記エポキシ樹脂100重量部に対し、2〜10重量部含むことで、かかる硬化物が、所望の耐熱性を発現しつつ、弾性率と塑性変形能力のバランスがこれまでになく優れたものとなる。かかるエポキシ樹脂組成物に、所定の炭素繊維を組み合わせることで、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断抑制効果が顕著となり、初めて本発明の効果が発揮されるものとなる。 The epoxy resin composition used in the present invention comprises: [a] an epoxy resin containing 20 to 50 parts by weight of a trifunctional or higher functional amine type epoxy resin and [b] 50 to 80 parts by weight of a bisphenol F type epoxy resin; , [C] By containing 2 to 10 parts by weight of dicyandiamide or a derivative thereof with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin, the cured product exhibits a desired heat resistance and has a balance between elastic modulus and plastic deformation ability. It will be better than ever. By combining a predetermined carbon fiber with such an epoxy resin composition, the effect of suppressing the breakage at the time of impact breakage of the golf club shaft becomes remarkable, and the effect of the present invention is exhibited for the first time.
本発明において、[a]成分として、3官能以上のアミン型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂100重量部のうち20〜50重量部含むことが必要であり、好ましくは25〜45重量部、さらに好ましくは30〜40重量部含むことが望ましい。これにより、硬化物の耐熱性や靭性を維持しつつ弾性率を向上できる。20重量部に満たない場合、硬化物の弾性率が不十分となり、ゴルフクラブシャフトの静的曲げ強度が不十分となる。50重量部を超える場合、塑性変形能力が不十分となり、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる。 In this invention, it is necessary to contain 20-50 weight part among 100 weight part of all the epoxy resins as an [a] component, and it is preferable that it is 25-45 weight part, More preferably, it is trifunctional or more. It is desirable to contain 30-40 parts by weight. Thereby, an elastic modulus can be improved, maintaining the heat resistance and toughness of hardened | cured material. When it is less than 20 parts by weight, the elastic modulus of the cured product becomes insufficient, and the static bending strength of the golf club shaft becomes insufficient. When it exceeds 50 parts by weight, the plastic deformation ability becomes insufficient, and the golf club shaft is likely to be divided at the time of impact breakage.
かかる3官能以上のアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾール、テトラグリシジルキシリレンジアミンや、これらのハロゲン、アルキル置換体、これらの水素添加物などを使用することができる。特に、高い樹脂弾性率を付与できることから、トリグリシジルアミノフェノールやトリグリシジルアミノクレゾール等の3官能アミノフェノール型エポキシ樹脂が好ましく使用できる。 Examples of the tri- or higher functional amine type epoxy resin include, for example, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, triglycidylaminophenol, triglycidylaminocresol, tetraglycidylxylylenediamine, halogens thereof, alkyl-substituted products, and hydrogenated products thereof. Can be used. In particular, since a high resin elastic modulus can be imparted, a trifunctional aminophenol type epoxy resin such as triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol can be preferably used.
前記テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンとしては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(住友化学工業(株)製)、YH434L(東都化成(株)製)、“jER(登録商標)”604(ジャパンエポキシレジン(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY720、“アラルダイド(登録商標)”MY721(以上、ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ社製)等を使用することができる。トリグリシジルアミノフェノール又はトリグリシジルアミノクレゾールとしては、“スミエポキシ(登録商標)”ELM100、“スミエポキシ(登録商標)”ELM120(以上、住友化学工業(株)製)、“アラルダイド(登録商標)”MY0500、“アラルダイド(登録商標)”MY0510、“アラルダイド(登録商標)”MY0600(以上、ハンツマン・アドバンズド・マテリアルズ社製)、“jER(登録商標)”630(ジャパンエポキシレジン(株)製)等を使用することができる。テトラグリシジルキシリレンジアミンおよびその水素添加物として、“TETRAD(登録商標)”−X、“TETRAD(登録商標)”−C(以上、三菱ガス化学(株)製)等を使用することができる。 Examples of the tetraglycidyldiaminodiphenylmethane include “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM434 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), YH434L (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), and “jER (registered trademark)” 604 (Japan Epoxy Resin Co., Ltd.). ), “Araldide (registered trademark)” MY720, “Araldide (registered trademark)” MY721 (manufactured by Huntsman Advanced Materials) and the like can be used. As triglycidylaminophenol or triglycidylaminocresol, “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM100, “Sumiepoxy (registered trademark)” ELM120 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), “Araldide (registered trademark)” MY0500, Uses “Araldide (registered trademark)” MY0510, “Araldide (registered trademark)” MY0600 (above, manufactured by Huntsman Advanced Materials), “jER (registered trademark)” 630 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), etc. can do. As the tetraglycidylxylylenediamine and hydrogenated product thereof, “TETRAD (registered trademark)”-X, “TETRAD (registered trademark)”-C (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) and the like can be used.
本発明において、[b]成分として、ビスフェノールF型エポキシ樹脂は、全エポキシ樹脂100重量部のうち50〜80重量部含むことが必要であり、好ましくは55〜75重量部、さらに好ましくは60〜70重量部含むことが望ましい。50重量部に満たない場合、塑性変形能力が不十分となり、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる。80重量部を超える場合、硬化物の耐熱性が不十分となり、ゴルフクラブシャフトに反りやゆがみが発生する。 In the present invention, as the component [b], the bisphenol F-type epoxy resin needs to contain 50 to 80 parts by weight, preferably 55 to 75 parts by weight, more preferably 60 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the total epoxy resin. It is desirable to include 70 parts by weight. When the amount is less than 50 parts by weight, the plastic deformation ability becomes insufficient, and the golf club shaft is likely to be divided at the time of impact breakage. When it exceeds 80 parts by weight, the heat resistance of the cured product becomes insufficient, and the golf club shaft is warped and distorted.
ビスフェノールF型エポキシ樹脂の市販品としては“jER(登録商標)”806、“jER(登録商標)”807、“jER(登録商標)”4002P、“jER(登録商標)”4004P、“jER(登録商標)”4007P、“jER(登録商標)”4009P(以上ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エポトート(登録商標)”YDF2001、“エポトート(登録商標)”YDF2004(以上東都化成(株)製)などが挙げられる。テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、YSLV−80XY(新日鐵化学(株)製)などが挙げられる。 Commercially available bisphenol F type epoxy resins include “jER (registered trademark)” 806, “jER (registered trademark)” 807, “jER (registered trademark)” 4002P, “jER (registered trademark)” 4004P, “jER (registered trademark)” Trademark) "4007P", "jER (registered trademark)" 4009P (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), "Epototo (registered trademark)" YDF2001, "Epototo (registered trademark)" YDF2004 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) Etc. Examples of the tetramethylbisphenol F type epoxy resin include YSLV-80XY (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.).
本発明における[b]成分は、平均エポキシ当量が300〜800の範囲にあるものが好ましく用いられ、より好ましくは350〜750、さらに好ましくは400〜700の範囲にあることが望ましい。平均エポキシ当量が300に満たない場合、樹脂の架橋密度が高くなり、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる場合がある。800を超える場合、架橋密度の低下により、硬化物の耐熱性が不十分となり、ゴルフクラブシャフトに反りやゆがみが発生する場合がある。かかる平均エポキシ当量は、JIS K7236(2001)に記載された滴定試験により求めることができるが、エポキシ当量が既知である複数のエポキシ樹脂を併用する場合、以下とおり概算可能である。3品種を併用する場合を考える。例えば、エポキシ当量がEx(g/eq)のエポキシ樹脂XをWx重量部、エポキシ当量がEy(g/eq)のエポキシ樹脂YをWy重量部、エポキシ当量がEz(g/eq)のエポキシ樹脂ZをWz重量部配合する場合、その平均エポキシ当量は以下の計算式で求められる。 The component [b] in the present invention preferably has an average epoxy equivalent in the range of 300 to 800, more preferably in the range of 350 to 750, and still more preferably in the range of 400 to 700. When the average epoxy equivalent is less than 300, the crosslink density of the resin becomes high, and the golf club shaft may be easily broken at the time of impact breakage. If it exceeds 800, the heat resistance of the cured product becomes insufficient due to a decrease in the crosslinking density, and the golf club shaft may be warped or distorted. Such an average epoxy equivalent can be obtained by a titration test described in JIS K7236 (2001), but can be estimated as follows when a plurality of epoxy resins having known epoxy equivalents are used in combination. Consider the case of using three types together. For example, an epoxy resin X having an epoxy equivalent of Ex (g / eq) is Wx parts by weight, an epoxy resin Y having an epoxy equivalent of Ey (g / eq) is Wy parts by weight, and an epoxy resin having an epoxy equivalent of Ez (g / eq) When blending Z with Wz parts by weight, the average epoxy equivalent is determined by the following formula.
平均エポキシ当量=(Wx+Wy+Wz)/(Wx/Ex+Wy/Ey+Wz/Ez)
本発明におけるエポキシ樹脂100重量%のうち、[a]成分と[b]成分の和が80〜100重量%であることが好ましく、より好ましくは90〜100重量%であることが望ましい。これにより、樹脂の塑性変形能力を確保しつつ弾性率を大きく向上できる。70重量%に満たない場合、硬化物の弾性率向上が不十分となり、繊維強化複合材料の強度特性が不足する場合がある。
Average epoxy equivalent = (Wx + Wy + Wz) / (Wx / Ex + Wy / Ey + Wz / Ez)
In 100 wt% of the epoxy resin in the present invention, the sum of the [a] component and the [b] component is preferably 80 to 100 wt%, more preferably 90 to 100 wt%. Thereby, the elastic modulus can be greatly improved while ensuring the plastic deformation ability of the resin. When it is less than 70% by weight, the elastic modulus of the cured product is not sufficiently improved, and the strength characteristics of the fiber-reinforced composite material may be insufficient.
本発明における[c]成分は、エポキシ樹脂組成物を硬化させるために必要な成分であり、ジシアンジミドまたはその誘導体である。 [C] component in this invention is a component required in order to harden an epoxy resin composition, and is dicyandiimide or its derivative (s).
[c]成分の配合量は、耐熱性や力学特性の観点から、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂100重量部に対して1〜10重量部である必要があり、好ましくは2〜8重量部であることが望ましい。1重量部に満たない場合、硬化物の耐熱性が不十分となり、ゴルフクラブシャフトに反りやゆがみが発生する。10重量部を超える場合、硬化物の塑性変形能力が不足し、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる。[c]成分は、粉体として樹脂に配合することは、室温での保存安定性や、プリプレグ化時の粘度安定性の観点から好ましく用いられる。本発明において、[c]成分の平均粒径は10μm以下であることが好ましく、さらに好ましくは、7μm以下である。10μmを超えると、例えばプリプレグ用途で使用する場合、加熱加圧により強化繊維束に樹脂組成物を含浸させる際、[c]成分が強化繊維束中に入り込まず、繊維束表層に取り残される場合がある。 The blending amount of the component [c] needs to be 1 to 10 parts by weight, preferably 2 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin in the epoxy resin composition from the viewpoint of heat resistance and mechanical properties. It is desirable that If it is less than 1 part by weight, the heat resistance of the cured product becomes insufficient, and the golf club shaft is warped and distorted. When the amount exceeds 10 parts by weight, the plastic deformation ability of the cured product is insufficient, and the golf club shaft is likely to be divided at the time of impact breakage. The component [c] is preferably used as a powder from the viewpoint of storage stability at room temperature and viscosity stability during prepreg formation. In the present invention, the average particle size of the component [c] is preferably 10 μm or less, and more preferably 7 μm or less. When the thickness exceeds 10 μm, for example, when used in prepreg applications, when the resin composition is impregnated into the reinforcing fiber bundle by heating and pressing, the component [c] may not enter the reinforcing fiber bundle and may remain in the fiber bundle surface layer. is there.
ジシアンジアミドの市販品としては、DICY−7、DICY−15(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available dicyandiamide include DICY-7 and DICY-15 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.).
ジアンジアミド単独で用いても良いし、ジシアンジアミドの硬化触媒や、その他のエポキシ樹脂の硬化剤と組み合わせて用いても良い。組み合わせるジシアンジアミドの硬化触媒としては、ウレア類、イミダゾール類、ルイス酸触媒などが挙げられ、その他のエポキシ樹脂の硬化剤としては、芳香族アミン硬化剤や、脂環式アミン硬化剤、酸無水物硬化剤などが挙げられる。ウレア類の市販品としては、3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア(DCMU99、保土ヶ谷化学(株)製)、1,1’−4(メチル−m−フェニレン)ビス(3,3’ジメチルウレア)(“オミキュア(登録商標)”24)、4,4’−メチレンビス(フェニルジメチルウレア)(“オミキュア(登録商標)”52)、3−フェニル−1,1’−ジメチルウレア(“オミキュア(登録商標)”94)(以上、ピー・ティ−・アイジャパン(株))などが挙げられる。イミダゾール類の市販品としては、2−メチルイミダゾール(“キュアゾール(登録商標)” 2MZ)、2−フェニルイミダゾール(“キュアゾール(登録商標)” 2PZ)、2−エチル−4メチルイミダゾール(“キュアゾール(登録商標)”2E4MZ)(以上、四国化成(株)製)などが挙げられる。ルイス酸触媒としては、三フッ化ホウ素・ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素・モノエチルアミン錯体、三フッ化ホウ素・トリエタノールアミン錯体、三塩化ホウ素・オクチルアミン錯体などの、ハロゲン化ホウ素と塩基の錯体が挙げられる。 The diandiamide may be used alone or in combination with a curing catalyst for dicyandiamide or a curing agent for other epoxy resins. Examples of curing catalysts for dicyandiamide to be combined include ureas, imidazoles, Lewis acid catalysts, and other epoxy resin curing agents include aromatic amine curing agents, alicyclic amine curing agents, and acid anhydride curing agents. Agents and the like. Commercially available ureas include 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea (DCMU 99, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.), 1,1′-4 (methyl-m-phenylene) bis ( 3,3′dimethylurea (“Omicure®” 24), 4,4′-methylenebis (phenyldimethylurea) (“Omicure®” 52), 3-phenyl-1,1′-dimethyl Urea ("Omicure (registered trademark)" 94) (above, PTI Japan Co., Ltd.). Commercially available imidazoles include 2-methylimidazole (“Curazole®” 2MZ), 2-phenylimidazole (“Curazole®” 2PZ), 2-ethyl-4methylimidazole (“Curazole® Trademark) “2E4MZ” (manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.). Lewis acid catalysts include boron trifluoride / piperidine complex, boron trifluoride / monoethylamine complex, boron trifluoride / triethanolamine complex, boron trichloride / octylamine complex, etc. Is mentioned.
また、本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物には未硬化時の粘弾性を調整して作業性を向上させたり、樹脂硬化物の弾性率や耐熱性を向上させる目的で、[a]成分および[b]成分以外のエポキシ樹脂を添加することができる。これらは1種類だけでなく、複数種組み合わせて添加しても良い。具体的には、ビスフェノールAから得られるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールSから得られるビスフェノールS型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールAから得られるテトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂などが挙げられる。また、これらのハロゲン、アルキル置換体、水素添加物なども使用することができる。 In addition, the epoxy resin composition used in the present invention improves the workability by adjusting the viscoelasticity when uncured, and for the purpose of improving the elastic modulus and heat resistance of the cured resin, [a] component and Epoxy resins other than the component [b] can be added. These may be added in combination of not only one type but also a plurality of types. Specifically, bisphenol A type epoxy resins obtained from bisphenol A, bisphenol S type epoxy resins obtained from bisphenol S, tetrabromobisphenol A type epoxy resins obtained from tetrabromobisphenol A, and the like, phenol novolacs Type epoxy resin, cresol novolac epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, epoxy resin having biphenyl skeleton, urethane modified epoxy resin and the like. These halogens, alkyl-substituted products, hydrogenated products, and the like can also be used.
ビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“jER(登録商標)”825、“jER(登録商標)”828、“jER(登録商標)”834、“jER(登録商標)”1001、“jER(登録商標)”1002、“jER(登録商標)”1003、“jER(登録商標)”1004、“jER(登録商標)”1007、“jER(登録商標)”1009、“jER(登録商標)”1010(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エポトート(登録商標)”YD−128、 “エポトート(登録商標)”YD−011、“エポトート(登録商標)”YD−014、“エポトート(登録商標)”YD−017、“エポトート(登録商標)”YD−019、“エポトート(登録商標)”YD−022、(以上、東都化成(株)製)、“エピクロン(登録商標)”840、 “エピクロン(登録商標)”850、 “エピクロン(登録商標)”1050、“エピクロン(登録商標)”3050、“エピクロン(登録商標)”、HM−101(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、“スミエポキシ(登録商標)”ELA−128(住友化学(株)製)、DER331(ダウケミカル社製)等を挙げることができる。 Commercially available bisphenol A type epoxy resins include “jER (registered trademark)” 825, “jER (registered trademark)” 828, “jER (registered trademark)” 834, “jER (registered trademark)” 1001, “jER ( Registered trademark) 1002, “jER (registered trademark)” 1003, “jER (registered trademark)” 1004, “jER (registered trademark)” 1007, “jER (registered trademark)” 1009, “jER (registered trademark)” 1010 (Epototo (registered trademark) YD-128, Epototo (registered trademark) YD-011, Epototo (registered trademark) YD-014, Epototo (registered trademark) ) “YD-017”, “Epototo (registered trademark)” YD-019, “Epototo (registered trademark)” YD-022, (Toto Kasei Co., Ltd.) ), "Epicron (registered trademark)" 840, "Epicron (registered trademark)" 850, "Epicron (registered trademark)" 1050, "Epicron (registered trademark)" 3050, "Epicron (registered trademark)", HM-101 ( As mentioned above, Dainippon Ink and Chemicals Co., Ltd.), "Sumiepoxy (registered trademark)" ELA-128 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.), DER331 (Dow Chemical Co., Ltd.) and the like can be mentioned.
ビスフェノールS型エポキシ樹脂の市販品としては、“デナコール(登録商標)”EX−251(ナガセ化成工業(株)製)、“エピクロン(登録商標)”EXA−1514(大日本インキ化学工業(株)製)を挙げることができる。 Commercially available products of bisphenol S type epoxy resin include “Denacol (registered trademark)” EX-251 (manufactured by Nagase Kasei Kogyo Co., Ltd.), “Epicron (registered trademark)” EXA-1514 (Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.) Manufactured).
テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピコート(登録商標)”5050(ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エピクロン(登録商標)”152(大日本インキ化学工業(株)製)、“スミエポキシ(登録商標)”ESB−400T(住友化学工業(株)製)、“エポトート(登録商標)”YBD−360(東都化成(株)製)を挙げることができる。 Commercial products of tetrabromobisphenol A type epoxy resin include “Epicoat (registered trademark)” 5050 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and “Epicron (registered trademark)” 152 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.). "Sumiepoxy (registered trademark)" ESB-400T (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), "Epototo (registered trademark)" YBD-360 (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.).
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、“エピコート(登録商標)”152、“エピコート(登録商標)”154(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エピクロン(登録商標)”N−740、“エピクロン(登録商標)”N−770、“エピクロン(登録商標)”N−775(以上、大日本インキ化学工業(株)製)などが挙げられる。 Commercially available products of phenol novolac type epoxy resins include “Epicoat (registered trademark)” 152, “Epicoat (registered trademark)” 154 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), and “Epicron (registered trademark)” N-740. "Epiclon (registered trademark)" N-770, "Epiclon (registered trademark)" N-775 (manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), and the like.
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、“エピクロン(登録商標)”N−660、“エピクロン(登録商標)”N−665、“エピクロン(登録商標)”N−670、“エピクロン(登録商標)”N−673、“エピクロン(登録商標)”N−695(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、EOCN−1020、EOCN−102S、EOCN−104S(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available cresol novolac epoxy resins include “Epicron (registered trademark)” N-660, “Epicron (registered trademark)” N-665, “Epicron (registered trademark)” N-670, and “Epicron (registered trademark)”. “N-673”, “Epicron (registered trademark)” N-695 (above, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), EOCN-1020, EOCN-102S, EOCN-104S (above, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) ) And the like.
レゾルシノール型エポキシ樹脂の具体例としては、“デナコール(登録商標)”EX−201(ナガセケムテックス(株)製)などが挙げられる。 Specific examples of the resorcinol type epoxy resin include “Denacol (registered trademark)” EX-201 (manufactured by Nagase ChemteX Corporation).
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の市販品としては“エピクロン(登録商標)”HP7200、“エピクロン(登録商標)”HP7200L、“エピクロン(登録商標)”HP7200H(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、Tactix558(ハンツマン・アドバンスト・マテリアル社製)、XD−1000−1L、XD−1000−2L(以上、日本化薬(株)製)などが挙げられる。 Commercially available dicyclopentadiene type epoxy resins include “Epicron (registered trademark)” HP7200, “Epicron (registered trademark)” HP7200L, “Epicron (registered trademark)” HP7200H (above, Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) , Tactix 558 (manufactured by Huntsman Advanced Materials), XD-1000-1L, XD-1000-2L (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), and the like.
ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂の市販品としては、“エピコート(登録商標)”YX4000H、“エピコート(登録商標)”YX4000、“エピコート(登録商標)”YL6616(以上、ジャパンエポキシレジン(株)製)、NC−3000(日本化薬(株)製)などが挙げられる。 As commercially available products of epoxy resins having a biphenyl skeleton, “Epicoat (registered trademark)” YX4000H, “Epicoat (registered trademark)” YX4000, “Epicoat (registered trademark)” YL6616 (above, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.), NC-3000 (made by Nippon Kayaku Co., Ltd.) etc. are mentioned.
ウレタンおよびイソシアネート変性エポキシ樹脂の市販品としては、オキサゾリドン環を有するAER4152(旭化成エポキシ(株)製)やACR1348(旭電化(株)製)などが挙げられる。 Examples of commercially available urethane and isocyanate-modified epoxy resins include AER4152 (produced by Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd.) and ACR1348 (produced by Asahi Denka Co., Ltd.) having an oxazolidone ring.
また、本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物は粘弾性を制御しプリプレグのタックやドレープ特性を改良したり、ゴルフクラブシャフトの力学特性を改良するため、熱可塑性樹脂をエポキシ樹脂100重量部に対し、2〜10重量部含むことが好ましく、さらには3〜8重量部含むことが望ましい。 The epoxy resin composition used in the present invention controls the viscoelasticity to improve the tack and drape characteristics of the prepreg, and to improve the mechanical characteristics of the golf club shaft. It is preferable to contain 2 to 10 parts by weight, and more desirably 3 to 8 parts by weight.
かかる熱可塑性樹脂としては、樹脂と強化繊維との接着性改善効果が期待できる水素結合性の官能基を有する熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。 As such a thermoplastic resin, a thermoplastic resin having a hydrogen bonding functional group that can be expected to improve the adhesion between the resin and the reinforcing fiber is preferably used.
水素結合性官能基としては、アルコール性水酸基、アミド結合、スルホニル基などを挙げることができる。 Examples of the hydrogen bonding functional group include an alcoholic hydroxyl group, an amide bond, and a sulfonyl group.
アルコール性水酸基を有する熱可塑性樹脂としては、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、フェノキシ樹脂、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、ポリビニルピロリドン、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホンを挙げることができる。ポリアミド、ポリイミドおよ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に置換基を有してもよい。 Examples of the thermoplastic resin having an alcoholic hydroxyl group include polyvinyl acetal resins such as polyvinyl formal and polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, phenoxy resin, and thermoplastic resins having an amide bond include polyamide, polyimide, polyvinyl pyrrolidone, and heat having a sulfonyl group. An example of the plastic resin is polysulfone. 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.
エポキシ樹脂に可溶で、水素結合性官能基を有する熱可塑性樹脂の市販品を例示すると、ポリビニルアセタール樹脂として、デンカブチラールおよび“デンカホルマール(登録商標)”、(電気化学工業株式会社製)、“ビニレック(登録商標)”、(チッソ(株)製)、フェノキシ樹脂として、“UCAR(登録商標)”PKHP(ユニオンカーバイド社製)、ポリアミド樹脂として“マクロメルト(登録商標)”、(ヘンケル白水株式会社製)、“アミラン(登録商標)”CM4000(東レ株式会社製)、ポリイミドとして“ウルテム(登録商標)”、(ジェネラル・エレクトリック社製)、“Matrimid(登録商標)”5218(チバ社製)、ポリスルホンとして“Victrex(登録商標)”、(三井化学株式会社製)、“UDEL(登録商標)”、(ユニオンカーバイド社製)、ポリビニルピロリドンとして、“ルビスコール(登録商標)”、(ビーエーエスエフジャパン(株)製)を挙げることができる。 Examples of commercially available thermoplastic resins that are soluble in epoxy resins and have hydrogen bonding functional groups include, as polyvinyl acetal resins, Denkabutyral and “Denka Formal (registered trademark)” (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.), “Vinylec (registered trademark)” (manufactured by Chisso Corporation), “UCAR (registered trademark)” PKHP (manufactured by Union Carbide) as phenoxy resin, “Macromelt (registered trademark)” as polyamide resin (Henkel Hakusui) Co., Ltd.), “Amilan (registered trademark)” CM4000 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Ultem (registered trademark)”, (manufactured by General Electric Co., Ltd.), “Matrimid (registered trademark)” 5218 (manufactured by Ciba) ), “Victrex (registered trademark)” as a polysulfone (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.), UDEL (registered trademark) "(manufactured by Union Carbide Corporation), as polyvinylpyrrolidone," Luviskol (registered trademark) ", and (manufactured by BASF Japan Ltd.).
また、アクリル系樹脂はエポキシ樹脂との相溶性が高く、粘弾性制御のために好適に用いられる。アクリル系樹脂の市販品を例示すると、“ダイヤナール(登録商標)”BRシリーズ(三菱レイヨン(株)製)、“マツモトマイクロスフェアー(登録商標)”M、“マツモトマイクロスフェアー(登録商標)”M100,“マツモトマイクロスフェアー(登録商標)”M500(以上、松本油脂製薬(株)製)などを挙げることができる。 In addition, the acrylic resin has high compatibility with the epoxy resin, and is preferably used for controlling the viscoelasticity. Examples of commercially available acrylic resins include “Dianar (registered trademark)” BR series (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), “Matsumoto Microsphere (registered trademark)” M, and “Matsumoto Microsphere (registered trademark)”. “M100,” “Matsumoto Microsphere (registered trademark)” M500 (manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.), and the like.
また、本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物には、ゴルフクラブシャフトの耐衝撃性などを改良するため、ゴム粒子及び熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子や、無機粒子等を配合することも好ましい。 The epoxy resin composition used in the present invention preferably contains organic particles such as rubber particles and thermoplastic resin particles, inorganic particles, and the like in order to improve the impact resistance of the golf club shaft.
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、取り扱い性等の観点から好ましく用いられる。 As the 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 from the viewpoint of handleability and the like.
架橋ゴム粒子の市販品としては、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FX501P(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(株)製)、YR−500シリーズ(東都化成(株)製)等を使用することができる。 Commercially available cross-linked rubber particles include FX501P (made by Nippon Synthetic Rubber Industries) made of a crosslinked product of carboxyl-modified butadiene-acrylonitrile copolymer, and CX-MN series made by fine particles of acrylic rubber (made by Nippon Shokubai Co., Ltd.). YR-500 series (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd.) can be used.
コアシェルゴム粒子の市販品としては、例えば、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合物からなる“パラロイド(登録商標)”EXL−2655(呉羽化学工業(株)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(登録商標)”AC−3355、TR−2122(武田薬品工業(株)製)、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合物からなる“PARALOID(登録商標)”EXL−2611、EXL−3387(Rohm&Haas社製)、“カネエース(登録商標)”MXシリーズ(カネカ(株)製)等を使用することができる。 Commercially available core-shell rubber particles include, for example, “Paraloid (registered trademark)” EXL-2655 (manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd.), acrylic ester / methacrylic ester, composed of a butadiene / alkyl methacrylate / styrene copolymer. "STAPHYLOID (registered trademark)" AC-3355 made of a copolymer, TR-2122 (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.), "PARALOID (registered trademark)" EXL made of a butyl acrylate / methyl methacrylate copolymer -2611, EXL-3387 (manufactured by Rohm & Haas), “Kane Ace (registered trademark)” MX series (manufactured by Kaneka Corporation), and the like can be used.
熱可塑性樹脂粒子としては、ポリアミド粒子やポリイミド粒子が好ましく用いられ、ポリアミド粒子の市販品として、SP−500(東レ(株)製)、“オルガソール(登録商標)”、(アルケマ社製)等を使用することができる。 As the thermoplastic resin particles, polyamide particles and polyimide particles are preferably used, and as commercially available polyamide particles, SP-500 (manufactured by Toray Industries, Inc.), “Orgasol (registered trademark)”, (manufactured by Arkema Inc.), etc. Can be used.
本発明では、ゴム粒子及び熱可塑性樹脂粒子等の有機粒子は、得られる硬化物の弾性率と靱性を両立させる点から、全エポキシ樹脂100重量部に対して、0.1〜30重量部が好ましく、より好ましくは1〜15重量部、さらにこの好ましくは2〜10重量部配合することが望ましい。 In the present invention, the organic particles such as rubber particles and thermoplastic resin particles are used in an amount of 0.1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total epoxy resin from the viewpoint of achieving both the elastic modulus and toughness of the obtained cured product. More preferably, it is 1 to 15 parts by weight, and further preferably 2 to 10 parts by weight.
本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物の調製には、ニーダー、プラネタリーミキサー、3本ロールおよび2軸押出機などが好ましく用いられる。エポキシ樹脂を混練後、熱可塑性樹脂を添加する場合には、撹拌しながら組成物の温度を任意の温度(たとえば90〜120℃)まで上昇させた後、その温度で撹拌しながら熱可塑性樹脂を溶解させる。その後、撹拌しながら好ましくは100℃以下、より好ましくは80℃以下の温度まで下げて[c]成分ならびに硬化触媒を添加し混練する。 For the preparation of the epoxy resin composition used in the present invention, a kneader, a planetary mixer, a three-roll extruder, a twin-screw extruder, and the like are preferably used. When the thermoplastic resin is added after kneading the epoxy resin, the temperature of the composition is raised to an arbitrary temperature (for example, 90 to 120 ° C.) while stirring, and then the thermoplastic resin is stirred while stirring at that temperature. Dissolve. Thereafter, while stirring, the temperature is preferably lowered to 100 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower, and the component [c] and the curing catalyst are added and kneaded.
本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物をプリプレグ用途で用いる場合、タックやドレープなどのプロセス性の観点から、50℃における粘度が100〜10000Pa・sであることが好ましく、より好ましくは200〜5000Pa・s、さらに好ましくは500〜3000Pa・sの範囲にあることが望ましい。100Pa・sに満たない場合、プリプレグの形状保持性が不十分となり割れが発生する場合があり、また成形時の樹脂フローが多く発生し、繊維含有量にばらつきを生じたりする場合がある。10000Pa・sを超える場合、樹脂組成物のフィルム化行程でかすれを生じたり、強化繊維への含浸工程で未含浸部分が発生する場合がある。ここでいう粘度は、動的粘弾性測定装置(例えば、ARES:TAインスツルメント社製)を用い、直径40mmのパラレルプレートを用い、昇温速度2℃/minで単純昇温し、周波数0.5Hz、ギャップ1mmで測定を行った複素粘弾性率η*のことを指している。 When the epoxy resin composition used in the present invention is used for prepreg applications, the viscosity at 50 ° C. is preferably 100 to 10,000 Pa · s, more preferably 200 to 5000 Pa · s from the viewpoint of processability such as tack and drape. s, more preferably in the range of 500 to 3000 Pa · s. If it is less than 100 Pa · s, the shape retention of the prepreg may be insufficient and cracking may occur, and a large resin flow may occur during molding, resulting in variations in fiber content. If it exceeds 10,000 Pa · s, the resin composition may be blurred during the film-forming process, or an unimpregnated portion may be generated in the impregnation step into the reinforcing fiber. The viscosity here is determined by using a dynamic viscoelasticity measuring device (for example, ARES: manufactured by TA Instruments), using a parallel plate with a diameter of 40 mm, and simply raising the temperature at a rate of temperature rise of 2 ° C./min. It refers to the complex viscoelastic modulus η * measured at 5 Hz and a gap of 1 mm.
本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物を硬化してなる硬化物の曲げ撓み量は、8〜20mmの範囲にあるものが好ましく用いられ、より好ましくは12〜20mm、さらに好ましくは14〜20mmの範囲にあることが望ましい。前記硬化物の曲げ撓み量が8mmに満たない場合、塑性変形能力が不足し、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる場合がある。一方で、ゴルフクラブシャフトの衝撃時の分断が起こりにくくなるという面から、曲げ撓み量は高いほど好ましいが、曲げ撓み量と曲げ弾性率はトレードオフの関係にあるため20mmを超える硬化物では、曲げ弾性率は、3.8GPaに満たない場合があるため好ましくない。ここでいう曲げ撓み量は、JIS K7171(1999)にしたがって測定される。 The bending deflection amount of the cured product obtained by curing the epoxy resin composition used in the present invention is preferably 8 to 20 mm, more preferably 12 to 20 mm, and still more preferably 14 to 20 mm. It is desirable to be in When the amount of bending of the cured product is less than 8 mm, the plastic deformation ability is insufficient, and the golf club shaft may be easily broken at the time of impact breakage. On the other hand, from the aspect that the golf club shaft is less likely to be broken at the time of impact, the higher the amount of bending deflection, the better. However, since the amount of bending deflection and the bending elastic modulus are in a trade-off relationship, The flexural modulus is not preferable because it may be less than 3.8 GPa. The amount of bending deflection here is measured according to JIS K7171 (1999).
本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物は硬化した場合の硬化物の示差走査型熱量計(DSC)により測定したガラス転移温度が100〜180℃であることが好ましく、より好ましくは110〜150℃、更に好ましくは120〜140℃であることが望ましい。ガラス転移温度が100℃に満たない場合、硬化後の成形体の耐熱性が不十分となり、ゴルフクラブシャフトに反りやゆがみが発生する場合があり、また高温環境下で使用の際、変形を起こす場合がある。ガラス転移温度が180℃を超える場合、樹脂硬化物が脆いものとなる場合があるためである。 The epoxy resin composition used in the present invention preferably has a glass transition temperature of 100 to 180 ° C., more preferably 110 to 150 ° C., as measured by a differential scanning calorimeter (DSC) of the cured product when cured. More preferably, it is desirable that it is 120-140 degreeC. When the glass transition temperature is less than 100 ° C., the heat resistance of the molded product after curing becomes insufficient, the golf club shaft may be warped or distorted, and deformation occurs when used in a high temperature environment. There is a case. This is because if the glass transition temperature exceeds 180 ° C., the cured resin may become brittle.
本発明のプリプレグは、前記エポキシ樹脂組成物を繊維基材に含浸させて製造する。含浸させる方法としてはエポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトン、メタノール等の溶媒に溶解して低粘度化し、含浸させるウェット法と、加熱により低粘度化し、含浸させるホットメルト法(ドライ法)等を挙げることができる。 The prepreg of the present invention is produced by impregnating a fiber base material with the epoxy resin composition. Examples of the impregnation method include 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 impregnation, and a hot melt method (dry method) in which the viscosity is reduced by heating and impregnation. it can.
ウェット法は、強化繊維をエポキシ樹脂組成物の溶液に浸漬した後、引き上げ、オーブン等を用いて溶媒を蒸発させる方法であり、ホットメルト法は、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、又は一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙等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又は片側から前記フィルムを重ね、加熱加圧することにより強化繊維に樹脂を含浸させる方法である。ホットメルト法によれば、プリプレグ中に残留する溶媒が実質上皆無となるため好ましい。 The wet method is a method in which the reinforcing fiber is immersed in a solution of the epoxy resin composition and then lifted and the solvent is evaporated using an oven or the like. The hot melt method directly applies the epoxy resin composition whose viscosity has been reduced by heating. A method of impregnating reinforcing fibers, or a film in which an epoxy resin composition is once coated on a release paper or the like is prepared, and then the films are laminated from both sides or one side of the reinforcing fibers and heated and pressed to form reinforcing fibers. This is a method of impregnating a resin. The hot melt method is preferable because substantially no solvent remains in the prepreg.
本発明のプリプレグは、単位面積あたりの強化繊維量が50〜150g/m2であることが好ましい。より好ましくは70〜140g/m2、さらに好ましくは90〜130g/m2含むことが望ましい。かかる強化繊維量が50g/m2未満では、繊維強化複合材料成形の際に所定の厚みを得るために積層枚数を多くする必要があり、作業が繁雑となることがある場合がある。一方で、強化繊維量が150g/m2を超えると、プリプレグのドレープ性が悪くなる傾向にある場合がある。 The prepreg of the present invention preferably has a reinforcing fiber amount per unit area of 50 to 150 g / m 2 . More preferably, it is 70-140 g / m < 2 >, More preferably, it is desirable to contain 90-130 g / m < 2 >. When the amount of the reinforcing fiber is less than 50 g / m 2, it is necessary to increase the number of laminated layers in order to obtain a predetermined thickness at the time of forming the fiber reinforced composite material, and the work may be complicated. On the other hand, when the amount of reinforcing fibers exceeds 150 g / m 2 , the prepreg drape property may tend to deteriorate.
また、本発明のプリプレグの繊維重量含有率は、好ましくは70〜87重量%であり、より好ましくは72〜80重量%であり、更に好ましくは74〜78重量%である。繊維重量含有率が70重量%未満では、樹脂の量が多すぎて、比強度と比弾性率に優れる繊維強化複合材料の利点が得られなかったり、繊維強化複合材料の成形の際、硬化時の発熱量が高くなりすぎることがある。また、繊維重量含有率が87重量%を超えると、樹脂の含浸不良が生じ、得られる複合材料はボイドの多いものとなる恐れがある。 The fiber weight content of the prepreg of the present invention is preferably 70 to 87% by weight, more preferably 72 to 80% by weight, and further preferably 74 to 78% by weight. When the fiber weight content is less than 70% by weight, the amount of the resin is too large, and the advantages of the fiber reinforced composite material having excellent specific strength and specific modulus cannot be obtained. The amount of heat generated may be too high. On the other hand, if the fiber weight content exceeds 87% by weight, resin impregnation failure occurs, and the resulting composite material may have many voids.
本発明のプリプレグを積層後、積層物に圧力を付与しながら樹脂を加熱硬化させる方法等により、本発明の繊維強化複合材料管状体、特にゴルフクラブシャフトが作製される。 After laminating the prepreg of the present invention, the fiber-reinforced composite material tubular body of the present invention, particularly a golf club shaft, is produced by a method of heat curing the resin while applying pressure to the laminate.
ここで熱及び圧力を付与する方法には、プレス成形法、オートクレーブ成形法、バッギング成形法、ラッピングテープ法、内圧成形法等が採用される。中でも、ラッピングテープ法は、マンドレル等の芯金にプリプレグを捲回して、繊維強化複合材料製の管状体を成形する方法であり、ゴルフクラブシャフトを作製する際に好適な方法である。より具体的には、マンドレルにプリプレグを捲回し、プリプレグの固定及び圧力付与のため、プリプレグの外側に熱可塑性フィルムからなるラッピングテープを捲回し、オーブン中で樹脂を加熱硬化させた後、芯金を抜き取って管状体を得る方法である。 As a method for applying heat and pressure, a press molding method, an autoclave molding method, a bagging molding method, a wrapping tape method, an internal pressure molding method, or the like is employed. Among them, the wrapping tape method is a method of forming a tubular body made of a fiber reinforced composite material by winding a prepreg on a mandrel or other core metal, and is a suitable method for producing a golf club shaft. More specifically, a prepreg is wound around a mandrel, a wrapping tape made of a thermoplastic 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 extracting a tube to obtain a tubular body.
また、内圧成型法は、熱可塑性樹脂製のチューブ等の内圧付与体にプリプレグを捲回したプリフォームを金型中にセットし、次いで内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力を付与すると同時に金型を加熱せしめ、成形する方法である。本方法は、ゴルフクラブシャフト、バッド、テニスやバドミントン等のラケットの如き複雑な形状物を成形する際に好ましく用いられる。 Also, the internal pressure molding method is to set a preform in which a prepreg is wound on an internal pressure applying body such as a tube made of a thermoplastic resin in a mold, and then introduce a high pressure gas into the internal pressure applying body to apply pressure. At the same time, the mold is heated and molded. This method is preferably used when molding a complicated shape such as a golf club shaft, a bad, a racket such as tennis or badminton.
本発明のプリプレグを硬化して得られた積層板の面内剪断強度は、130〜150MPaの範囲内であることが好ましく、さらには、135〜145MPaであるとより好ましい。かかる積層板は、後述する方法により、一方向プリプレグシートを繊維の方向が±45度になるよう[+45/−45]ns(nは正の整数)の積層構成で、板厚が2mm程度となるように所定枚数を積層し、オートクレーブ中で所定温度、圧力で硬化成形して得られるものである。この得られた材料をJIS K7079(1991)に従い、面内剪断強度を測定する。面内剪断強度が130MPa未満であると、ゴルフクラブシャフトとした際、十分な静的曲げ強度が得られない場合がある。一方、150MPaを越える場合、ゴルフクラブシャフトの衝撃破損時の分断が起こりやすくなる場合がある。 The in-plane shear strength of the laminate obtained by curing the prepreg of the present invention is preferably in the range of 130 to 150 MPa, more preferably 135 to 145 MPa. Such a laminated plate has a laminated structure of [+ 45 / −45] ns (n is a positive integer) so that the fiber direction is ± 45 degrees by a method described later, and the plate thickness is about 2 mm. A predetermined number of layers are laminated so as to be obtained and cured and molded at a predetermined temperature and pressure in an autoclave. The in-plane shear strength of the obtained material is measured according to JIS K7079 (1991). If the in-plane shear strength is less than 130 MPa, sufficient static bending strength may not be obtained when a golf club shaft is obtained. On the other hand, if it exceeds 150 MPa, the golf club shaft may be easily broken at the time of impact damage.
本発明のプリプレグを管状に硬化させてなる繊維強化複合材料製管状体は、炭素繊維の配向を管状体軸方向に対してほぼ平行とした形でプリプレグを積層したストレート層を少なくとも一部含むものである。かかるストレート層は、かかる管状体の曲げ剛性および曲げ強度を負担するものである。本発明の繊維強化複合材料製管状体において十分な効果を得るために、少なくともストレート層に本発明のプリプレグを使用する必要がある。なお、必要に応じて、炭素繊維の配向を管状体軸方向に対して45度前後傾けた形でプリプレグを積層したバイアス層、炭素繊維の配向を管状体軸方向に対してほぼ直交させた形でプリプレグを積層したフープ層、および各種補強層を適宜導入しても構わない。 The tubular body made of a fiber reinforced composite material obtained by curing the prepreg of the present invention into a tube includes at least a part of a straight layer in which the prepregs are laminated so that the orientation of the carbon fibers is substantially parallel to the axial direction of the tubular body. . Such a straight layer bears the bending rigidity and bending strength of such a tubular body. In order to obtain a sufficient effect in the fiber-reinforced composite material tubular body of the present invention, it is necessary to use the prepreg of the present invention at least in the straight layer. If necessary, a bias layer in which prepregs are laminated with the orientation of the carbon fibers tilted by about 45 degrees with respect to the tubular body axis direction, and the orientation of the carbon fibers substantially orthogonal to the tubular body axis direction. The hoop layer in which the prepreg is laminated and various reinforcing layers may be appropriately introduced.
本発明の繊維強化複合材料製管状体は、特にゴルフクラブシャフトに好適に用いることができる。 The tubular body made of fiber-reinforced composite material of the present invention can be suitably used particularly for a golf club shaft.
ゴルフクラブシャフトは、通常炭素繊維の配向をシャフト軸方向に対して45度前後傾けた形でプリプレグを積層したバイアス層を内側に配置し、また炭素繊維の配向をシャフト軸方向に対してほぼ平行とした形でプリプレグを積層したストレート層を外側に配置して構成される。この場合、バイアス層は、ゴルフクラブシャフトのねじり剛性およびねじり強度を負担し、ストレート層はゴルフクラブシャフトの曲げ剛性および曲げ強度を負担するものである。 In a golf club shaft, a bias layer in which prepregs are laminated so that the orientation of carbon fibers is inclined by about 45 degrees with respect to the shaft axis direction is generally arranged inside, and the orientation of carbon fibers is substantially parallel to the shaft axis direction. The straight layer which laminated | stacked the prepreg in the form which was made is arrange | positioned outside, and is comprised. In this case, the bias layer bears the torsional rigidity and torsional strength of the golf club shaft, and the straight layer bears the bending rigidity and the bending strength of the golf club shaft.
本発明のゴルフクラブシャフトにおいて十分な効果を得るために、少なくともストレート層に本発明のプリプレグを使用する必要がある。少なくともストレート層に本発明のプリプレグを使用することにより、曲げ衝撃応力等が付与された際に、曲げ衝撃付与サイド、もしくは該サイドと円周方向に対し反対サイドの少なくともいずれかのサイドの炭素繊維の少なくとも一部が破断しないことにより、かかるゴルフクラブシャフトが、独立した2つの断片に切断されることを抑えることが出来るからである。また、本発明のプリプレグをストレート層と共にバイアス層にも適用することは、さらに優れた効果を得ることができることから好ましい。なお、必要に応じて、炭素繊維の配向をシャフト軸方向に対してほぼ直交させた形でプリプレグを積層したフープ層や各種補強層を導入しても構わない。 In order to obtain a sufficient effect in the golf club shaft of the present invention, it is necessary to use the prepreg of the present invention at least in the straight layer. By using the prepreg of the present invention at least in the straight layer, when a bending impact stress or the like is applied, the carbon fiber on the bending impact imparting side or at least one of the side and the side opposite to the circumferential direction is provided. This is because the golf club shaft can be prevented from being cut into two independent pieces by preventing at least a part of the golf club shaft from breaking. Moreover, it is preferable to apply the prepreg of the present invention to the bias layer as well as the straight layer because a more excellent effect can be obtained. If necessary, a hoop layer or various reinforcing layers in which prepregs are laminated in such a manner that the orientation of carbon fibers is substantially orthogonal to the shaft axial direction may be introduced.
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。各種物性の測定は次の方法によった。なお、これらの物性は、特に断わりのない限り、温度23℃、相対湿度50%の環境で測定した。それらの結果は末尾の表にも示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Various physical properties were measured by the following methods. These physical properties were measured in an environment at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity of 50% unless otherwise specified. The results are also shown in the last table.
(1)炭素繊維の引張強度、引張弾性率の測定
測定する炭素繊維に、ユニオンカーバイド(株)製 、“ベークライト(登録商標)”ERL−4221を1000g(100重量部)、三フッ化ホウ素モノエチルアミン(BF3・MEA)を30g(3重量部)及びアセトンを40g(4重量部)混合した樹脂組成物を含浸させ、次に130℃で、30分間加熱し、硬化させ、樹脂含浸ストランドを得た。樹脂含浸ストランド試験法JIS R7601(1986)により引張強度と引張弾性率を求めた。試験サンプル数n=10とし、その平均値を採用した。
(1) Measurement of tensile strength and tensile modulus of carbon fiber 1000 g (100 parts by weight) of “Bakelite (registered trademark)” ERL-4221 manufactured by Union Carbide Co., Ltd. A resin composition in which 30 g (3 parts by weight) of ethylamine (BF 3 · MEA) and 40 g (4 parts by weight) of acetone are mixed is impregnated, and then heated at 130 ° C. for 30 minutes to be cured, and a resin-impregnated strand is obtained. Obtained. Tensile strength and tensile modulus were determined by the resin impregnated strand test method JIS R7601 (1986). The number of test samples was n = 10, and the average value was adopted.
(2)繊維の表面積比および表面粗さRaの測定
測定に供する強化繊維を試料台に固定し、Digital Instruments社製 NanoScopeIIIを用い、下記条件にて3次元表面形状の像を得た。
・探針:Siカンチレバー一体型探針(オリンパス光学工業社製 OMCL−AC120TS)
・測定環境:室温(20℃〜30℃)大気中
・観察モード:タッピングモード
・走査速度:0.3〜0.4Hz
・走査範囲:2.5μm×2.5μm
・ピクセル数:512×512
得られた像全体について、前期装置付属ソフトウエア(NanoScopeIIIバージョン4.22r2、1次Flattenフィルタ、Lowpassフィルタ、3次Plane Fitフィルタ使用)によりデータ処理し、表面粗さRaに加え、実表面積と投影面積を算出した。なお、投影面積については、繊維断面積の曲率を考慮し近似した2次曲面への投影面積を算出したものを用い、表面積比は以下の式で求めた。
表面積比=実表面積/投影面積
同様の測定を2回行い、その平均値をその繊維の表面積比とした。
(2) Measurement of Fiber Surface Area Ratio and Surface Roughness Ra A reinforcing fiber to be used for measurement was fixed to a sample table, and an image of a three-dimensional surface shape was obtained under the following conditions using DigitalScopes NanoScope III.
Probe: Si cantilever integrated probe (OMCL-AC120TS manufactured by Olympus Optical Co., Ltd.)
・ Measurement environment: Room temperature (20 ° C. to 30 ° C.) in the atmosphere ・ Observation mode: Tapping mode ・ Scanning speed: 0.3 to 0.4 Hz
・ Scanning range: 2.5μm × 2.5μm
-Number of pixels: 512 × 512
The entire image obtained was processed by the software attached to the previous term equipment (using NanoScope III version 4.22r2, 1st flatten filter, lowpass filter, 3rd plane fit filter), and in addition to surface roughness Ra, actual surface area and projection The area was calculated. In addition, about the projected area, the surface area ratio was calculated | required with the following formula using what calculated the projected area to the quadratic curved surface which considered the curvature of the fiber cross-sectional area.
Surface area ratio = actual surface area / similar measurement was performed twice, and the average value was defined as the surface area ratio of the fiber.
(3)炭素繊維の表面比酸素濃度O/Cの測定 表面比酸素濃度O/Cは、次の手順に従ってX線光電子分光法により求めた。 (3) Measurement of surface specific oxygen concentration O / C of carbon fiber The surface specific oxygen concentration O / C was determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure.
先ず、測定する炭素繊維束から、溶媒でサイジング剤等を除去後、5mm程度にカットしてステンレス製の試料支持台上に拡げて並べた後、下記条件にて測定した。 First, the sizing agent and the like were removed from the carbon fiber bundle to be measured with a solvent, cut to about 5 mm, spread on a stainless steel sample support, and then measured under the following conditions.
・光電子脱出角度:90度・X線源:MgKα1,2
・試料チャンバー内真空度:1×10−8Torr
次に、測定時の帯電に伴うピークの補正のため、C1Sの主ピークの結合エネルギー値B.E.を284.6eVに合わせた。
-Photoelectron escape angle: 90 degrees-X-ray source: MgKα1,2
・ Vacuum degree in sample chamber: 1 × 10 −8 Torr
Then, for correction of the peak due to the measurement time of the charging, the binding energy value of the main peak of C 1S B. E. Was adjusted to 284.6 eV.
次いで、C1sピーク面積[O1s]は、282〜296eVの範囲で直線のベースラインを引いて求め、O1sピーク面積[C1s]は、528〜540eVの範囲で直線のベースラインを引いて求めた。 Next, the C 1s peak area [O 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 282 to 296 eV, and the O 1s peak area [C 1s ] is obtained by drawing a straight base line in the range of 528 to 540 eV. Asked.
表面比酸素濃度O/Cは、上記O1sピーク面積[O1s]、C1sピーク面積[C1s]の比、及び装置固有の感度補正値より、次式により求めた。
O/C=([O1s]/[C1s])/(感度補正値)
尚、ここでは、測定装置として島津製作所(株)製、ESCA−750を用い、前記装置固有の感度補正値を2.85とした。試験サンプル数n=3とし、その平均値を採用した。
The surface specific oxygen concentration O / C was obtained from the ratio of the O 1s peak area [O 1s ], the C 1s peak area [C 1s ], and the sensitivity correction value specific to the apparatus according to the following equation.
O / C = ([O 1s ] / [C 1s ]) / (sensitivity correction value)
Here, ESCA-750 manufactured by Shimadzu Corporation was used as the measuring device, and the sensitivity correction value unique to the device was set to 2.85. The number of test samples was n = 3, and the average value was adopted.
(4)炭素繊維の平均繊維径の測定
炭素繊維束を包埋用エポキシ樹脂で包埋し、サンドペーパーを用いて繊維と直交方向に研磨した後、光学顕微鏡で、倍率1000倍にて断面を観察した。視野の中から無作為に単糸20本を選択し、それらの長径Rと短径rを測定し、それぞれの平均値を算出し、{(Rの平均値)+(rの平均値)}/2を平均繊維径とした。また、(rの平均値)/(Rの平均値)が0.9を超える場合、実質的に真円状であると判断した。
(4) Measurement of average fiber diameter of carbon fiber After embedding a carbon fiber bundle with an embedding epoxy resin and polishing it in a direction orthogonal to the fiber using sandpaper, the cross section was magnified 1000 times with an optical microscope. Observed. Select 20 single yarns randomly from the field of view, measure their long diameter R and short diameter r, calculate the average value of each, {(average value of R) + (average value of r)} / 2 was the average fiber diameter. Further, when (average value of r) / (average value of R) exceeded 0.9, it was judged to be substantially circular.
(5)炭素繊維の作製
下記製法により炭素繊維[I]〜[X]を作製した。これらの各種特性値を表2に示す。
(5) Production of carbon fiber Carbon fibers [I] to [X] were produced by the following production method. These various characteristic values are shown in Table 2.
<炭素繊維[I]>
アクリロニトリル99.4%とメタクリル酸0.6モル%からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸法により単繊維繊度0.08tex、フィラメント数12000のアクリル系前駆体繊維を得た。
<Carbon fiber [I]>
An acrylic precursor fiber having a single fiber fineness of 0.08 tex and a filament count of 12,000 was obtained by a dry and wet spinning method using a copolymer consisting of 99.4% acrylonitrile and 0.6 mol% methacrylic acid.
この前駆体繊維を空気中240〜280℃で、延伸比1.05で加熱し、耐炎化繊維に転換し、さらに窒素雰囲気中300〜900℃の温度領域での昇温速度を200℃/分とし、延伸比1.10で加熱した後、1400℃まで焼成し炭化を進めた。得られた炭素繊維の目付は0.50g/m、密度は1.80g/cm3であった。 This precursor fiber is heated in the air at 240 to 280 ° C. at a draw ratio of 1.05, converted to flame-resistant fiber, and further the rate of temperature increase in the temperature range of 300 to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere is 200 ° C./min. Then, after heating at a draw ratio of 1.10, it was fired to 1400 ° C. and carbonized. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.50 g / m and a density of 1.80 g / cm 3 .
次に、濃度1.0モル/lの炭酸水素アンモニウム水溶液を電解液として電気量30クーロン/g・槽で電解酸化処理した。次いで、この電解酸化処理後の炭素繊維を水洗し、150℃の空気中で乾燥し、炭素繊維[I]を得た。 Next, an electrolytic oxidation treatment was performed using an aqueous solution of ammonium hydrogen carbonate having a concentration of 1.0 mol / l as an electrolytic solution in an electric quantity of 30 coulomb / g. Next, the carbon fiber after the electrolytic oxidation treatment was washed with water and dried in air at 150 ° C. to obtain carbon fiber [I].
炭素繊維[I]の引張弾性率は294GPa、引張強度は6100MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.18、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.95であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [I] has a tensile modulus of 294 GPa, a tensile strength of 6100 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.18, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.95. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[II]>
電解酸化処理時の電気量を3クーロン/g・槽とした以外は、炭素繊維[I]と同一の条件で作製し、炭素繊維[II]を得た。
<Carbon fiber [II]>
The carbon fiber [II] was obtained under the same conditions as the carbon fiber [I] except that the amount of electricity during the electrolytic oxidation treatment was 3 coulomb / g · tank.
炭素繊維[II]の引張弾性率は294GPa、引張強度は5800MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.08、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.95であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [II] has a tensile modulus of 294 GPa, a tensile strength of 5800 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.08, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.95. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[III]>
アクリル系前駆体繊維の紡糸法を湿式紡糸法に変更し、得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.09texであった以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[III]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.50g/m、密度は1.80g/cm3であった。
<Carbon fiber [III]>
The acrylic precursor fiber was made under the same conditions as the carbon fiber [II] except that the spinning method of the acrylic precursor fiber was changed to a wet spinning method and the single fiber fineness of the obtained acrylic precursor fiber was 0.09 tex. Carbon fiber [III] was obtained. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.50 g / m and a density of 1.80 g / cm 3 .
炭素繊維[III]の引張弾性率は294GPa、引張強度は5600MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.05、平均繊維径は5.4μmであり、断面形状はr/Rが0.8の扁平なものであった。 Carbon fiber [III] has a tensile modulus of 294 GPa, a tensile strength of 5600 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.05, an average fiber diameter of 5.4 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.8. It was flat.
<炭素繊維[IV]>
得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.07texであった以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[IV]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.45g/m、密度は1.80g/cm3であった。
<Carbon fiber [IV]>
Except that the single fiber fineness of the obtained acrylic precursor fiber was 0.07 tex, it was produced under the same conditions as carbon fiber [II] to obtain carbon fiber [IV]. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.45 g / m and a density of 1.80 g / cm 3 .
炭素繊維[IV]の引張弾性率は294GPa、引張強度は6000MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.11、平均繊維径は4.8μmであり、断面形状はr/Rが0.96であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [IV] has a tensile modulus of 294 GPa, a tensile strength of 6000 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.11, an average fiber diameter of 4.8 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.96. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[V]>
炭化工程の後、2300℃まで焼成し黒鉛化を進めた以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[V]を得た。得られた炭素繊維[V]の目付は0.50g/m、密度は1.80g/cm3であった。
<Carbon fiber [V]>
After the carbonization step, the carbon fiber [V] was obtained under the same conditions as the carbon fiber [II] except that the graphitization was performed by firing to 2300 ° C. The obtained carbon fiber [V] had a basis weight of 0.50 g / m and a density of 1.80 g / cm 3 .
炭素繊維[V]の引張弾性率は380GPa、引張強度は4500MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.10、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.93であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [V] has a tensile modulus of 380 GPa, a tensile strength of 4500 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.10, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.93. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[VI]>
得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.075texであり、また炭化時の延伸比を1.05に変更し、かつ炭化時の最高温度を1450℃に変更した以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[VI]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.50g/m、密度は1.80g/cm3であった。
<Carbon fiber [VI]>
Carbon fiber, except that the resulting acrylic precursor fiber has a single fiber fineness of 0.075 tex, the stretch ratio during carbonization was changed to 1.05, and the maximum temperature during carbonization was changed to 1450 ° C. Fabricated under the same conditions as [II], carbon fiber [VI] was obtained. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.50 g / m and a density of 1.80 g / cm 3 .
炭素繊維[III]の引張弾性率は294GPa、引張強度は5400MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.09、平均繊維径は5.6μmであり、断面形状はr/Rが0.94であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [III] has a tensile modulus of 294 GPa, a tensile strength of 5400 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.09, an average fiber diameter of 5.6 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.94. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[VII]>
得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.085texであり、また炭化時の延伸比を1.15に変更し、かつ炭化時の最高温度を1350℃に変更した以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[VII]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.50g/m、密度は1.80g/cm3であった。
<Carbon fiber [VII]>
Carbon fiber, except that the single fiber fineness of the resulting acrylic precursor fiber is 0.085 tex, the draw ratio during carbonization is changed to 1.15, and the maximum temperature during carbonization is changed to 1350 ° C. Fabricated under the same conditions as [II], carbon fiber [VII] was obtained. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.50 g / m and a density of 1.80 g / cm 3 .
炭素繊維[VII]の引張弾性率は294GPa、引張強度は6400MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.10、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.97であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [VII] has a tensile modulus of 294 GPa, a tensile strength of 6400 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.10, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.97. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[VIII]>
得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.07texであり、また炭化時の延伸比を1.00に変更し、かつ炭化時の最高温度を1200℃に変更した以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[VIII]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.51g/m、密度は1.82g/cm3であった。
<Carbon fiber [VIII]>
Carbon fiber, except that the single fiber fineness of the obtained acrylic precursor fiber was 0.07 tex, the stretch ratio during carbonization was changed to 1.00, and the maximum temperature during carbonization was changed to 1200 ° C. Fabricated under the same conditions as [II], carbon fiber [VIII] was obtained. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.51 g / m and a density of 1.82 g / cm 3 .
炭素繊維[VIII]の引張弾性率は230GPa、引張強度は5200MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.12、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.94であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [VIII] has a tensile modulus of 230 GPa, a tensile strength of 5200 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.12, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.94. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[IX]>
得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.085texであり、また炭化時の延伸比を1.15に変更し、かつ炭化時の最高温度を1500℃に変更した以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[IX]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.49g/m、密度は1.78g/cm3であった。
<Carbon fiber [IX]>
Carbon fiber, except that the single fiber fineness of the obtained acrylic precursor fiber is 0.085 tex, the draw ratio during carbonization is changed to 1.15, and the maximum temperature during carbonization is changed to 1500 ° C. Fabricated under the same conditions as [II], carbon fiber [IX] was obtained. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.49 g / m and a density of 1.78 g / cm 3 .
炭素繊維[IX]の引張弾性率は330GPa、引張強度は5400MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.10、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.96であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [IX] has a tensile modulus of 330 GPa, a tensile strength of 5400 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.10, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.96. There was a substantially circular shape.
<炭素繊維[X]>
得られたアクリル系前駆体繊維の単繊維繊度が0.075texであり、また炭化時の延伸比を1.05に変更し、かつ炭化時の最高温度を1300℃に変更した以外は、炭素繊維[II]と同一の条件で作製し、炭素繊維[X]を得た。得られた炭素繊維の目付は0.50g/m、密度は1.81g/cm3であった。
<Carbon fiber [X]>
Carbon fiber, except that the single fiber fineness of the obtained acrylic precursor fiber is 0.075 tex, the stretch ratio during carbonization is changed to 1.05, and the maximum temperature during carbonization is changed to 1300 ° C. Fabricated under the same conditions as [II], carbon fiber [X] was obtained. The obtained carbon fiber had a basis weight of 0.50 g / m and a density of 1.81 g / cm 3 .
炭素繊維[X]の引張弾性率は270GPa、引張強度は5400MPa、表面比酸素濃度O/Cは0.08、平均繊維径は5.5μmであり、断面形状はr/Rが0.95であり実質的に真円状であった。 Carbon fiber [X] has a tensile modulus of 270 GPa, a tensile strength of 5400 MPa, a surface specific oxygen concentration O / C of 0.08, an average fiber diameter of 5.5 μm, and a cross-sectional shape of r / R of 0.95. There was a substantially circular shape.
(6)樹脂組成物の調製
ニーダー中に、硬化剤・硬化促進剤以外の成分を所定量加え、混練しつつ、160℃まで昇温し、160℃、1時間混練することで、透明な粘調液を得た。80℃まで混練しつつ降温させ、硬化剤および硬化促進剤を所定量添加え、混練しエポキシ樹脂組成物I〜VIを得た。エポキシ樹脂組成物I〜VIの成分配合比は、表1に示す通りである。なお、ここで用いた原料は以下に示す通りである。
(6) Preparation of Resin Composition In the kneader, a predetermined amount of components other than the curing agent / curing accelerator is added, and while kneading, the temperature is raised to 160 ° C., and kneading is performed at 160 ° C. for 1 hour. A preparation was obtained. The temperature was lowered while kneading to 80 ° C., and a predetermined amount of a curing agent and a curing accelerator were added and kneaded to obtain epoxy resin compositions I to VI. The compounding ratios of the epoxy resin compositions I to VI are as shown in Table 1. The raw materials used here are as shown below.
<3官能以上のアミン型エポキシ樹脂(構成要素[a])>
・“スミエポキシ(登録商標)”ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、エポキシ当量:120、住友化学工業(株)製)
・“スミエポキシ(登録商標)”ELM120(トリグリシジル−m−アミノフェノール、エポキシ当量:118、住友化学工業(株)製)
“jER(登録商標)”630(トリグリシジル−m−アミノフェノール、エポキシ当量:90〜105、ジャパンエポキシレジン(株)製)
<ビスフェノールF型エポキシ樹脂(構成要素[b])>
・“エピクロン(登録商標)”830(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:172、大日本インキ工業(株)製)
・“jER(登録商標)”4004P(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量:800、ジャパンエポキシレジン(株)製)
<ジシアンジアミド(構成要素[c])>
・DICY7(ジャパンエポキシレジン(株)製)
<その他の成分>
・“jER(登録商標)”828(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:189、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・“jER(登録商標)”1001(ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量:475、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・“ビニレック(登録商標)”K(ポリビニルホルマール、チッソ(株)製)
・DCMU99(3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、硬化促進剤、保土ヶ谷化学工業(株)製)
(7)エポキシ樹脂組成物の粘度測定
エポキシ樹脂組成物の粘度は、動的粘弾性測定装置(ARES:TAインスツルメント社製)を用い、直径40mmのパラレルプレートを用い、昇温速度2℃/minで単純昇温し、周波数0.5Hz、Gap 1mmで測定を行った。
<Trifunctional or higher amine type epoxy resin (component [a])>
"Sumiepoxy (registered trademark)" ELM434 (tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, epoxy equivalent: 120, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
"Sumiepoxy (registered trademark)" ELM120 (triglycidyl-m-aminophenol, epoxy equivalent: 118, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.)
“JER (registered trademark)” 630 (triglycidyl-m-aminophenol, epoxy equivalent: 90 to 105, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
<Bisphenol F type epoxy resin (component [b])>
"Epiclon (registered trademark)" 830 (bisphenol F-type epoxy resin, epoxy equivalent: 172, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.)
"JER (registered trademark)" 4004P (bisphenol F type epoxy resin, epoxy equivalent: 800, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
<Dicyandiamide (component [c])>
・ DICY7 (made by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
<Other ingredients>
"JER (registered trademark)" 828 (bisphenol A type epoxy resin, epoxy equivalent: 189, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
"JER (registered trademark)" 1001 (bisphenol A type epoxy resin, epoxy equivalent: 475, manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
・ "Vinylec (registered trademark)" K (polyvinyl formal, manufactured by Chisso Corporation)
DCMU99 (3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea, curing accelerator, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd.)
(7) Viscosity measurement of epoxy resin composition The viscosity of the epoxy resin composition was measured using a dynamic viscoelasticity measuring device (ARES: manufactured by TA Instruments), using a parallel plate with a diameter of 40 mm, and a temperature increase rate of 2 ° C. The temperature was simply raised at / min, and measurement was performed at a frequency of 0.5 Hz and a gap of 1 mm.
(8)硬化物のガラス転移温度測定
未硬化の樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で130℃の温度で2時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得た。これを少量切り出し、示差走査熱量計(MDSC2910:TAインスツルメント社製)を用いてガラス転移温度を測定した。JIS K7121(1987)に基づいて求めた中間点温度をガラス転移温度とした。測定条件は、窒素雰囲気下で、昇温速度は10℃/分、測定温度範囲は0℃から350℃とした。試験サンプル数n=3とし、その平均値を採用した。
(8) Measurement of glass transition temperature of cured product After defoaming an uncured resin composition in a vacuum, 130 was placed in a mold set to a thickness of 2 mm by a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. Curing was performed at a temperature of 0 ° C. for 2 hours to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. A small amount of this was cut out, and the glass transition temperature was measured using a differential scanning calorimeter (MDSC2910: manufactured by TA Instruments). The midpoint temperature obtained based on JIS K7121 (1987) was defined as the glass transition temperature. The measurement conditions were a nitrogen atmosphere, a temperature increase rate of 10 ° C./min, and a measurement temperature range of 0 ° C. to 350 ° C. The number of test samples was n = 3, and the average value was adopted.
(9)樹脂硬化物の曲げ弾性率、曲げ撓み量測定
未硬化の樹脂組成物を真空中で脱泡した後、2mm厚の“テフロン(登録商標)”製スペーサーにより厚み2mmになるように設定したモールド中で130℃の温度で2時間硬化させ、厚さ2mmの樹脂硬化物を得た。これを厚さ2mmの樹脂硬化物に切り出し、幅10mm、長さ60mmの試験片を切り出し、インストロン万能試験機(インストロン社製3369型)を用い、最大容量5kNのロードセルを使用し、スパン間長さを32mm、クロスヘッドスピードを2.5mm/分とし、JIS K7171(1999)に従って3点曲げを実施し、曲げ弾性率および曲げ撓み量を得た。サンプル数n=5とし、その平均値で比較した。
(9) Measurement of flexural modulus and amount of flexure of resin cured product After defoaming the uncured resin composition in a vacuum, the thickness is set to 2 mm with a 2 mm thick “Teflon (registered trademark)” spacer. The cured mold was cured at a temperature of 130 ° C. for 2 hours to obtain a cured resin having a thickness of 2 mm. This was cut into a 2 mm thick resin cured product, a test piece with a width of 10 mm and a length of 60 mm was cut out, and an Instron universal testing machine (Instron 3369 type) was used, using a load cell with a maximum capacity of 5 kN, A three-point bending was performed in accordance with JIS K7171 (1999) with an interval length of 32 mm and a crosshead speed of 2.5 mm / min to obtain a bending elastic modulus and a bending deflection amount. The number of samples was set to n = 5, and the average value was compared.
(10)プリプレグの作製
樹脂組成物を、リバースロールコーターを使用し離型紙状に塗布し、樹脂フィルムを作製した。次に、シート状に一方向に整列させた炭素繊維に、樹脂フィルム2枚を炭素繊維の両面から重ね、加熱加圧して樹脂組成物を含浸させ、単位面積当たりの炭素繊維重量125g/m2、繊維重量含有率76%の一方向プリプレグを作製した。
(10) Preparation of prepreg The resin composition was applied to a release paper using a reverse roll coater to prepare a resin film. Next, two resin films are stacked on both sides of the carbon fiber on the carbon fiber aligned in one direction in a sheet shape, and heated and pressed to impregnate the resin composition, and the weight of the carbon fiber per unit area is 125 g / m 2. A unidirectional prepreg with a fiber weight content of 76% was produced.
各実施例、比較例に使用した炭素繊維は、表2に示す通りである。なお、ここで用いた炭素繊維特性を併せて、表2に示す。 The carbon fibers used in each example and comparative example are as shown in Table 2. The carbon fiber characteristics used here are shown together in Table 2.
(11)面内剪断強度
一方向プリプレグシートを繊維の方向が±45°になるよう[+45/−45]5Sの積層構成で、20ply積層し、オートクレーブ中で温度135℃、圧力3kg/mm2で2時間加熱加圧して硬化し、一方向複合材料を作製した。次に得られた材料をJIS K7079(1991)に従い、面内剪断強度を測定した。試験サンプル数n=5とし、その平均値を採用した。
(11) the plane shear strength unidirectional prepreg sheets laminated structure of as [+ 45 / -45] 5S which direction of the fibers is ± 45 °, and 20ply laminated, temperature 135 ° C. in an autoclave, pressure 3 kg / mm 2 Was cured by heating and pressing for 2 hours to prepare a unidirectional composite material. Next, the in-plane shear strength of the obtained material was measured according to JIS K7079 (1991). The number of test samples was n = 5, and the average value was adopted.
上記方法により各実施例、比較例についてエポキシ樹脂組成物、プリプレグおよび繊維強化複合材料管状体を作製し、特性を図った結果を表1および表2にまとめて示す。 Table 1 and Table 2 collectively show the results of producing epoxy resin compositions, prepregs, and fiber-reinforced composite material tubular bodies for each of the Examples and Comparative Examples by the above-described method and aiming at the characteristics.
(12)円筒曲げ試験用複合材料製管状体の作製
試験管状体は以下の方法で作製した。次の(a)〜(e)の操作により、(10)で作製した炭素繊維使い一方向プリプレグを、繊維方向が円筒軸方向に対して45°および−45°になるよう、各々を交互に合計3plyずつ積層し、さらに同一の一方向プリプレグを、繊維方向が円筒軸方向に対して平行になるよう、3plyを積層し、内径が10mmの複合材料製管状体を作製した。マンドレルは、直径10mm、長さ1000mmのステンレス製丸棒を使用した。なお、この試験管状体は、テーパーをもたずまた補強材を使用していない以外は、ごく一般的なゴルフクラブシャフトの積層構成であり、ゴルフクラブシャフトの特性を反映するものである。
(a)上記(10)にて作製した一方向プリプレグから、縦105mm×横800mm縦の長方形形状(長辺の方向に対して繊維軸方向が45度となるように)に2枚切り出した。この2枚のプリプレグの繊維の方向をお互いに交差するように、かつ短辺方向に16mm(マンドレル半周分)ずらして張り合わせた。
(b)離型処理したマンドレルに張り合わせたプリプレグの長方形形状の長辺とマンドレル軸方向が同一方向になるように、マンドレルを捲回した。
(c)その上に、上記(10)にて作製した一方向プリプレグを縦115mm×横800mmの長方形形状(長辺方向が繊維軸方向となる)に切り出したものを、その繊維の方向がマンドレル軸の方向と同一になるように、マンドレルに捲回した。
(d)さらに、その上から、ラッピングテープ(耐熱性フィルムテープ、幅10mm)を張力3kgで巻きつけて捲回物を覆い、硬化炉中、130℃で90分間、加熱成形した。(e)この後、マンドレルを抜き取り、ラッピングテープを除去して複合材料製管状体を得た。
(12) Production of tubular body made of composite material for cylindrical bending test A test tubular body was produced by the following method. By the following operations (a) to (e), the carbon fiber unidirectional prepreg produced in (10) is alternately arranged so that the fiber direction is 45 ° and −45 ° with respect to the cylindrical axis direction. A total of 3 ply was laminated, 3 ply was laminated so that the same unidirectional prepreg was parallel to the cylindrical axis direction, and a composite material tubular body having an inner diameter of 10 mm was produced. As the mandrel, a stainless steel round bar having a diameter of 10 mm and a length of 1000 mm was used. In addition, this test tubular body is a very general laminated structure of golf club shafts except that it does not have a taper and does not use a reinforcing material, and reflects the characteristics of the golf club shaft.
(A) Two sheets were cut out from the unidirectional prepreg produced in the above (10) into a rectangular shape of 105 mm long by 800 mm wide (so that the fiber axis direction was 45 degrees with respect to the direction of the long side). The two prepreg fibers were laminated so that the directions of the fibers intersected each other and shifted by 16 mm (a half of the mandrel) in the short side direction.
(B) The mandrel was wound so that the long side of the rectangular shape of the prepreg bonded to the mandrel subjected to the mold release treatment and the mandrel axial direction were the same direction.
(C) On top of that, the unidirectional prepreg produced in (10) above was cut into a rectangular shape of 115 mm in length and 800 mm in width (the long side direction was the fiber axis direction), and the direction of the fiber was a mandrel. The mandrel was wound so as to be in the same direction as the axis.
(D) Further, a wrapping tape (heat-resistant film tape, width 10 mm) was wrapped around the wound with a tension of 3 kg from above, and the wound product was covered, and was heated and molded at 130 ° C. for 90 minutes in a curing furnace. (E) Thereafter, the mandrel was extracted and the wrapping tape was removed to obtain a composite material tubular body.
(13)円筒曲げ試験
上記(12)の手順で得られた複合材料製管状体(内径10mm)を使用し、「ゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法」(製品安全協会編、通商産業大臣承認5産第2087号、1993年)に記載された、3点曲げ試験方法に準じて曲げ強度を測定した。ここでは、支点間距離は300mm、試験速度は10mm/分とした。
(13) Cylindrical bending test Using the composite material tubular body (inner diameter: 10 mm) obtained in the procedure of (12) above, "Golf Club Shaft Certification Criteria and Standard Confirmation Method" (Product Safety Association, edited by Commerce Industry) The bending strength was measured in accordance with the three-point bending test method described in Minister's Approval No. 5 (2087, 1993). Here, the distance between fulcrums was 300 mm, and the test speed was 10 mm / min.
(14)シャルピー衝撃試験用複合材料製管状体の作製
試験管状体は以下の方法で作製した。次の(a)〜(e)の操作により、上記(10)で作製した炭素繊維使い一方向プリプレグを、繊維方向が円筒軸方向に対して45°および−45°になるよう、各々を交互に合計3plyずつ積層し、さらに同一の一方向プリプレグを、繊維方向が円筒軸方向に対して平行になるよう、3plyを積層し、内径が6.3mmの複合材料製管状体を作製した。マンドレルは、直径6.3mm、長さ1000mmのステンレス製丸棒を使用した。なお、この試験管状体は、テーパーをもたずまた補強材を使用していない以外は、ごく一般的なゴルフクラブシャフトの積層構成であり、ゴルフクラブシャフトの特性をよく反映するものである。
(a)上記(7)に従い作製した一方向プリプレグから、縦68mm×横800mmの長方形形状(長辺の方向に対して繊維軸方向が45度となるように)に2枚切り出した。この2枚のプリプレグの繊維の方向をお互いに交差するように、かつ短辺方向に10mm(マンドレル半周分)ずらして張り合わせた。
(b)離型処理したマンドレルに張り合わせたプリプレグの長方形形状の長辺とマンドレル軸方向が同一方向になるように、マンドレルを捲回した。
(c)その上に、上記(10)に従い作製した一方向プリプレグを縦80mm×横800mmの長方形形状(長辺方向が繊維軸方向となる)に切り出したものを、その繊維の方向がマンドレル軸の方向と同一になるように、マンドレルに捲回した。
(d)さらに、その上から、ラッピングテープ(耐熱性フィルムテープ、幅10mm)を張力3kgで巻きつけて捲回物を覆い、硬化炉中、130℃で90分間、加熱成形した。
(e)この後、マンドレルを抜き取り、ラッピングテープを除去して複合材料製管状体を得た。
(14) Production of Composite Material Tubular Body for Charpy Impact Test A test tubular body was produced by the following method. By the following operations (a) to (e), the carbon fiber unidirectional prepreg produced in (10) above is alternately arranged so that the fiber direction is 45 ° and −45 ° with respect to the cylindrical axis direction. A total of 3 ply was laminated, 3 ply was laminated with the same unidirectional prepreg so that the fiber direction was parallel to the cylindrical axis direction, and a composite material tubular body having an inner diameter of 6.3 mm was produced. The mandrel was a stainless steel round bar with a diameter of 6.3 mm and a length of 1000 mm. In addition, this test tubular body is a laminated structure of a general golf club shaft except that it does not have a taper and does not use a reinforcing material, and reflects the characteristics of the golf club shaft well.
(A) Two sheets were cut out from the unidirectional prepreg produced according to the above (7) into a rectangular shape of 68 mm in length and 800 mm in width (so that the fiber axis direction was 45 degrees with respect to the direction of the long side). The two prepreg fibers were laminated so that the directions of the fibers crossed each other and shifted by 10 mm (half the mandrel half circumference) in the short side direction.
(B) The mandrel was wound so that the long side of the rectangular shape of the prepreg bonded to the mandrel subjected to the mold release treatment and the mandrel axial direction were the same direction.
(C) A unidirectional prepreg produced according to the above (10) is cut into a rectangular shape of 80 mm in length and 800 mm in width (the long side direction is the fiber axis direction), and the fiber direction is the mandrel axis. Wrapped around a mandrel so that it is the same as the direction of
(D) Further, a wrapping tape (heat-resistant film tape, width 10 mm) was wrapped around the wound with a tension of 3 kg from above, and the wound product was covered, and was heated and molded at 130 ° C. for 90 minutes in a curing furnace.
(E) Thereafter, the mandrel was extracted and the wrapping tape was removed to obtain a composite material tubular body.
(15)複合材料製管状体のシャルピー衝撃試験
上記(14)で得た複合材料製管状体を長さ60mmにカットし、内径6.3mm、長さ60mmの試験片を作製した。秤量300kg・cmで管状体の側面から衝撃を与えてシャルピー衝撃試験を行った。振り上がり角から、下記の式、
E=WR[(cosβ−cosα)−(cosα’−cosα)(α+β)/(α+α’)]
E:吸収エネルギー(J)
WR:ハンマーの回転軸の周りのモーメント(N・m)
α:ハンマーの持ち上げ角度(°)
α’:ハンマーの持ち上げ角αから空振りさせたときの振り上がり角(°)
β:試験片破損後のハンマーの振り上がり角(°)
に従って衝撃の吸収エネルギーを計算した。
(15) Charpy impact test of composite material tubular body The composite material tubular body obtained in (14) above was cut to a length of 60 mm to prepare a test piece having an inner diameter of 6.3 mm and a length of 60 mm. A Charpy impact test was performed by applying an impact from the side of the tubular body at a weight of 300 kg · cm. From the swing angle, the following formula:
E = WR [(cosβ-cosα) − (cosα′−cosα) (α + β) / (α + α ′)]
E: Absorbed energy (J)
WR: Moment around the rotation axis of the hammer (N · m)
α: Hammer lift angle (°)
α ': Swing angle when the hammer is swung from the lift angle α (°)
β: Hammer swing angle after breakage of specimen (°)
The absorbed energy of impact was calculated according to
なお、試験片にはノッチ(切り欠き)は導入していない。サンプル数はn=10で行い、平均値より比較した。 Note that notches (notches) are not introduced into the test piece. The number of samples was n = 10 and compared from the average value.
また、試験後に、サンプルが衝撃箇所で2つの破片に分断されている場合、分断したものと判断した。なお、全て分断した場合には分断発生率は100%、10本のうち5本が分断した場合には分断発生率は50%となる。
(実施例1)
表2に示す通り、炭素繊維として[I]を使い、エポキシ樹脂組成物として、弾性率3.8GPaの[i]を用いた結果、良好な静的曲げ強度を有し、かつ衝撃破損時、分断した管状体は10本中3本のみであった。
(実施例2)
炭素繊維として[II]を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。面内剪断強度がやや低下した結果、界面での剥離時のエネルギー吸収が顕著になり、静的曲げ強度を保ちつつ、シャルピー衝撃強度が向上した。また、シャルピー衝撃試験において、管状体は衝撃時に全く分断しなかった。
(実施例3、4、5)
[a]成分として、高い樹脂弾性率を有する3官能アミノフェノール型エポキシ樹脂を用い、[b]成分の配合比を変更したエポキシ樹脂組成物[ii]〜[iv]を用いた以外は、実施例2と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。樹脂曲げ弾性率がさらに向上した結果、静的曲げ強度がさらに向上した。また、シャルピー衝撃試験において、実施例3、4について管状体は衝撃時に全く分断しなかった。実施例5については、分断したサンプルは10本中2本のみであった。
(実施例6)
実施例1の[b]成分の配合比を変更したエポキシ樹脂組成物[v]を用い、炭素繊維として[II]を用いて、プリプレグおよび管状体を得た。面内剪断強度がやや低下した結果、界面での剥離時のエネルギー吸収が顕著になり、シャルピー衝撃試験において、管状体は衝撃時に全く分断しなかった。
(実施例7、8)
炭素繊維として引張強度がやや低い[VI]および引張強度が高い[VII]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。炭素繊維の引張強度が高くなるにつれて、静的曲げ強さ、シャルピー衝撃強度が向上した。シャルピー衝撃試験において、実施例7については、分断した管状体は10本中1本であり、実施例8については、全く分断しなかった。
(比較例1)
エポキシ樹脂組成物[a]成分の配合量を20重量部に減量し、[b]成分の組成比を若干変更したエポキシ樹脂組成物[vi]を用いた以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。シャルピー衝撃試験において、これらの管状体は分断が起こりにくいものではあったが、樹脂組成物の曲げ弾性率が低下した結果、静的曲げ強度は不十分なものとなった。
(比較例2)
炭素繊維として断面形状が真円状でない[III]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。面内剪断強度が高すぎた結果、シャルピー衝撃試験において、管状体は衝撃時全て分断した。
(比較例3)
炭素繊維として平均繊維径が4.8μmと小さな[IV]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。面内剪断強度が高すぎた結果、シャルピー衝撃試験において、管状体は衝撃時全て分断した。
(比較例4)
炭素繊維として[V]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。炭素繊維の引張強度が低く、また面内剪断強度が大きく低下した結果、静的曲げ強度とシャルピー衝撃強度は非常に低いものとなった。また、シャルピー衝撃試験において、管状体は衝撃時に全て分断した。
(比較例5)
エポキシ樹脂組成物[a]成分の配合量を60重量部に増量し、[b]成分の組成比を若干変更したエポキシ樹脂組成物[vii]を用いた以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。樹脂組成物の曲げ弾性率が高すぎた結果、シャルピー衝撃試験において、衝撃時、管状体は10本中8本分断した。
(比較例6)
炭素繊維として[VIII]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。炭素繊維の引張弾性率、引張強度がともに低すぎた結果、静的曲げ強度とシャルピー衝撃強度は非常に低いものとなり、シャルピー衝撃試験において、管状体は衝撃時に全て分断した。
(比較例7)
炭素繊維として[IX]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。炭素繊維の引張弾性率が高すぎた結果、シャルピー衝撃試験において、衝撃時、管状体は10本中6本分断した。
(比較例8)
炭素繊維として[X]を用いたこと以外は、実施例4と同様にしてプリプレグおよび管状体を得た。炭素繊維の引張弾性率が低すぎた結果、静的曲げ強度とシャルピー衝撃強度は低いものとなった。シャルピー衝撃試験において、管状体は10本中5本分断した。
Moreover, after the test, when the sample was divided into two pieces at the impact location, it was determined that the sample was divided. In addition, when all parts are divided, the division occurrence rate is 100%, and when five of the ten pieces are divided, the division occurrence rate is 50%.
Example 1
As shown in Table 2, as a result of using [I] as the carbon fiber and [i] having an elastic modulus of 3.8 GPa as the epoxy resin composition, it has a good static bending strength and at the time of impact breakage. Only three of the ten tubular bodies were cut.
(Example 2)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 1 except that [II] was used as the carbon fiber. As a result of a slight decrease in the in-plane shear strength, energy absorption during peeling at the interface became significant, and the Charpy impact strength was improved while maintaining static bending strength. Further, in the Charpy impact test, the tubular body was not divided at the time of impact.
(Examples 3, 4, and 5)
Implementation was performed except that a trifunctional aminophenol type epoxy resin having a high resin elastic modulus was used as the [a] component and the epoxy resin compositions [ii] to [iv] were used in which the blending ratio of the [b] component was changed. A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 2. As a result of further improvement in the resin flexural modulus, the static bending strength was further improved. In the Charpy impact test, the tubular bodies of Examples 3 and 4 were not divided at all at the time of impact. For Example 5, only 2 of 10 samples were divided.
(Example 6)
A prepreg and a tubular body were obtained using the epoxy resin composition [v] in which the blending ratio of the component [b] in Example 1 was changed and using [II] as the carbon fiber. As a result of a slight decrease in the in-plane shear strength, energy absorption during peeling at the interface became significant, and in the Charpy impact test, the tubular body was not broken at the time of impact.
(Examples 7 and 8)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [VI] having a slightly low tensile strength and [VII] having a high tensile strength were used as carbon fibers. As the tensile strength of carbon fiber increased, static bending strength and Charpy impact strength improved. In the Charpy impact test, with respect to Example 7, the number of divided tubular bodies was 1 out of 10, and Example 8 was not divided at all.
(Comparative Example 1)
Except for using the epoxy resin composition [vi] in which the blending amount of the epoxy resin composition [a] component was reduced to 20 parts by weight and the composition ratio of the [b] component was slightly changed, the same as in Example 4. A prepreg and a tubular body were obtained. In the Charpy impact test, these tubular bodies did not easily break, but as a result of the decrease in the flexural modulus of the resin composition, the static bending strength was insufficient.
(Comparative Example 2)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [III] whose cross-sectional shape was not a perfect circle was used as the carbon fiber. As a result of the in-plane shear strength being too high, in the Charpy impact test, the tubular body was all broken during impact.
(Comparative Example 3)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [IV] having an average fiber diameter as small as 4.8 μm was used as the carbon fiber. As a result of the in-plane shear strength being too high, in the Charpy impact test, the tubular body was all broken during impact.
(Comparative Example 4)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [V] was used as the carbon fiber. As a result of the low tensile strength of carbon fiber and the significant decrease in in-plane shear strength, static bending strength and Charpy impact strength were very low. Moreover, in the Charpy impact test, all the tubular bodies were divided at the time of impact.
(Comparative Example 5)
Except for using the epoxy resin composition [vii] in which the amount of the epoxy resin composition [a] component was increased to 60 parts by weight and the composition ratio of the [b] component was slightly changed, the same as in Example 4. A prepreg and a tubular body were obtained. As a result of the bending elastic modulus of the resin composition being too high, in the Charpy impact test, 8 out of 10 tubular bodies were cut during impact.
(Comparative Example 6)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [VIII] was used as the carbon fiber. As a result of both the tensile modulus of elasticity and the tensile strength of the carbon fiber being too low, the static bending strength and the Charpy impact strength were very low. In the Charpy impact test, the tubular body was all broken during the impact.
(Comparative Example 7)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [IX] was used as the carbon fiber. As a result of the tensile modulus of the carbon fiber being too high, in the Charpy impact test, 6 of the 10 tubular bodies were cut during impact.
(Comparative Example 8)
A prepreg and a tubular body were obtained in the same manner as in Example 4 except that [X] was used as the carbon fiber. As a result of the tensile modulus of the carbon fiber being too low, the static bending strength and Charpy impact strength were low. In the Charpy impact test, the tubular body was cut into 5 pieces out of 10 pieces.
本発明のプリプレグは、十分な静的曲げ強度を有し、かつ衝撃破損時に分断しない繊維強化複合材料製管状体を与えるものであり、特にゴルフクラブシャフトとして用いた場合に、これまでにない高い安全性を付与できるものである。また、本発明の繊維強化複合材料製管状体は、その高い静的強度特性と衝撃特性を活かして、他のスポーツ用途、一般産業用途、さらに航空宇宙用途にも好適に用いることができるものである。 The prepreg of the present invention provides a tubular body made of a fiber reinforced composite material that has sufficient static bending strength and does not break when impact is damaged, and is particularly unprecedented when used as a golf club shaft. Safety can be added. Further, the tubular body made of fiber-reinforced composite material of the present invention can be suitably used for other sports applications, general industrial applications, and aerospace applications by taking advantage of its high static strength characteristics and impact characteristics. is there.
Claims (10)
[A]引張弾性率が295±10GPaの範囲内にあること
[B]引張強度が5400〜6500MPaの範囲内にあること
[C]実質的に真円状の断面を有すること
[D]平均繊維径が5.0〜7.0μmの範囲内にあること
[E]原子間力顕微鏡を用いて測定される表面積比が1.00〜1.05、表面粗さRaが1〜10nmであること Carbon fiber satisfying the following conditions [A] to [E], [a] 20 to 50 parts by weight of trifunctional or higher amine type epoxy resin, and [b] 50 to 80 parts by weight of bisphenol F type epoxy resin And epoxy resin containing [c] dicyandiamide or a derivative thereof in an amount of 2 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin, and the resin cured product has a flexural modulus of 3.8 to 5.0 GPa A prepreg formed by combining a resin composition.
[A] Tensile modulus is in a range of 295 ± 10 GPa [B] Tensile strength is in a range of 5400 to 6500 MPa [C] Has a substantially round cross section [D] Average fiber The diameter is in the range of 5.0 to 7.0 μm [E] The surface area ratio measured using an atomic force microscope is 1.00 to 1.05, and the surface roughness Ra is 1 to 10 nm.
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