碳纤维增强复合材料制管状体及高尔夫球杆杆身制造技术

本发明专利技术提供具有优异的圆筒弯曲强度的碳纤维增强复合材料制管状体、及使用其制成的高尔夫球杆杆身。提供下述碳纤维增强复合材料制管状体，其是将下述直层与下述斜层层叠并固化而形成的，所述直层含有热固性树脂S，直层中，涂布上浆剂S而成的碳纤维S在相对于管状体的管轴而言为‑20°～+20°的方向上平行排列，所述斜层含有热固性树脂B，斜层中，涂布上浆剂B而成的碳纤维B在相对于管状体的管轴而言为+25°～+65°的方向上平行排列，其中，构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上，热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。

Carbon fiber reinforced composite tubular body and golf club body

The present invention provides a carbon fiber reinforced composite tubular body with excellent bending strength of the cylinder and a golf club body made of the carbon fiber reinforced composite body. To provide a carbon fiber reinforced composite material for tubular body, which is the direct oblique layer and a layer laminated and solidified and formed, the straight layer containing a thermosetting resin S, straight coating layer, sizing agent S into carbon fiber S in the tubular body relative to the tube axis is 20 degrees to + 20 degrees direction are arranged parallel to the inclined layer containing a thermosetting resin B, inclined layer, carbon fiber coated with B sizing agent B made in relation to the tube axis of the tubular body is +25 DEG to +65 DEG direction are arranged in parallel, which composed of carbon fiber reinforced composite layer oblique shear strength the material layer is more than 110MPa, the elastic modulus of the cured thermosetting resin S for more than 4.0GPa.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纤维增强复合材料制管状体及高尔夫球杆杆身
本专利技术涉及由碳纤维增强复合材料构成的管状体。详细而言，涉及轻质且抗扭强度优异，适用于高尔夫球杆杆身、网球及羽毛球拍等体育用品、航空航天构件、桁架、桅杆、船舶、汽车的传动轴的碳纤维增强复合材料制管状体，以及使用其形成的高尔夫球杆杆身。
技术介绍
包含碳纤维与基体树脂的碳纤维增强复合材料在轻质性能和力学特性方面优异，因此，被广泛用于航空航天用途、一般产业用途(尤其是体育用途)。在体育用途中，碳纤维增强复合材料有时会成型为管状体，用于高尔夫球杆杆身、钓竿、网球拍、羽毛球拍等中。这些用途属于对轻质化特别有要求的领域，作为轻质化方法的例子，提高材料强度的方法已在被采用。通过在碳纤维增强复合材料中适当应用高强度或高弹性模量的碳纤维，能够提高管状体强度。专利文献1中提出了通过使用呈现出高线束拉伸弹性模量的碳纤维、从而具有高抗扭强度的碳纤维增强复合材料制管状体。然而，近年来，随着对碳纤维增强复合材料要求的特性水平的提高，仅通过提高碳纤维的性能所能够达到的材料强度正日益显得不充分。从环氧树脂的优异的机械特性、与碳纤维良好的粘接性等方面考虑，其可合适地用作碳纤维增强复合材料的基体树脂。专利文献2中提出了使用了双酚F型环氧树脂与胺型环氧树脂的、圆筒弯曲强度及耐冲击性优异的管状体。另外，专利文献3中提出了通过将以特定的交联度固化的环氧树脂固化物作为基体树脂使用、从而提高碳纤维增强复合材料制管状体的3点弯曲强度的方法。使得碳纤维和基体树脂的剪切强度提高的技术也已被公开。专利文献4中公开了通过提高面内剪切强度、从而使得碳纤维增强复合材料制管状体的抗碎强度和耐冲击性提高的方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005-290627号公报专利文献2：日本特开2012-197414号公报专利文献3：日本特开2014-111727号公报专利文献4：日本特开2000-254917号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题在上述文献中，着眼于碳纤维增强复合材料的剪切强度、作为基体树脂的环氧树脂的种类、树脂弹性模量的提高等进行了研究，但仍需要进一步提高碳纤维复合材料制管状体的强度。另外，着眼于碳纤维增强复合材料的层间剪切强度和基体树脂的树脂弹性模量这两者、对破坏模式加以严格控制，从而使得碳纤维增强复合材料制管状体的力学特性提高这样的技术构思从未被公开过。因此，鉴于上述现有技术中的问题点，本专利技术的目的在于提供具有优异的圆筒弯曲强度的碳纤维增强复合材料制管状体、以及使用其制成的高尔夫球杆杆身。用于解决问题的手段为实现上述目的，本专利技术具有如下构成。即，本专利技术的碳纤维增强复合材料制管状体是将直层(straightlayer)与斜层(biaslayer)层叠并固化而形成的碳纤维增强复合材料制的管状体，所述直层含有热固性树脂S，直层中，涂布上浆剂S而成的碳纤维S在相对于管状体的管轴而言为-20°～+20°的方向上平行排列，所述斜层含有热固性树脂B，斜层中，涂布上浆剂B而成的碳纤维B在相对于管状体的管轴而言为+25°～+65°的方向上平行排列，其中，构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上，热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。本文中，“上浆剂S”、“碳纤维S”、“热固性树脂S”分别表示直层中使用的上浆剂、碳纤维、热固性树脂，“上浆剂B”、“碳纤维B”、“热固性树脂B”分别表示斜层中使用的上浆剂、碳纤维、热固性树脂。另外，本专利技术的高尔夫球杆杆身的特征在于，其是使用上述碳纤维增强复合材料制管状体而制成的。专利技术效果根据本专利技术，能够获得具有高圆筒弯曲强度的碳纤维增强复合材料制管状体。具体实施方式以下，更详细地说明本专利技术的碳纤维增强复合材料制管状体(以下记为管状体)。本专利技术的管状体是将直层与斜层层叠并固化而形成的碳纤维增强复合材料制的管状体，所述直层含有热固性树脂S，直层中，涂布上浆剂S而成的碳纤维S在相对于管状体的管轴而言为-20°～+20°的方向上平行排列，所述斜层含有热固性树脂B，斜层中，涂布上浆剂B而成的碳纤维B在相对于管状体的管轴而言为+25°～+65°的方向上平行排列，其中，构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上，热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。本申请的专利技术人发现，热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上时，在圆筒弯曲试验中，破坏的起点会从直层的固化物迁移至斜层的固化物。进一步还发现，在该条件下当构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上时，管状体的圆筒弯曲强度变高，从而完成了本专利技术。即，本专利技术是基于下述发现的专利技术：通过将使用了其中固化物具有特定弹性模量的热固性树脂的直层、与能够提供具有特定层间剪切强度的碳纤维增强复合材料的斜层组合起来，从而可获得高的圆筒弯曲强度。确认到，即使构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上，但如果热固性树脂S的固化物的弹性模量小于4.0GPa，此时也会在直层的固化物中发生破坏，圆筒弯曲强度不充分。确认到，即使热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上，但如果构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度小于110MPa，此时圆筒弯曲强度的提高也不充分。在本专利技术的直层中，碳纤维S相对于管状体的管轴方向的排列方向为-20°～+20°。在该范围内时，由于直层的固化物所能够负担的弯曲应力高，因此作为管状体而言的弯曲强度变高。碳纤维S的排列方向的更优选的范围是-10°～+10°。在本专利技术的斜层中，碳纤维B相对于管状体的管轴方向的排列方向为+25°～+65°。在该范围内时，由于斜层的固化物所能够负担的剪切应力高，因此管状体的弯曲强度变高。碳纤维B的排列方向的更优选的范围是+35°～+55°。管状体也可以具有2层结构的斜层，其中，相对于管轴方向而言，碳纤维互相轴对称地取向。直层及/或斜层的纤维单位面积质量优选为50～200g/m2，纤维含有率优选为65～87质量％。当纤维单位面积质量在50～200g/m2的范围内、纤维含有率在65～87质量％的范围内时，轻质化提高的效果、管状体的成型性变得良好，因此优选。纤维单位面积质量更优选为70～150g/m2。纤维含有率更优选为70～85质量％。在本专利技术的管状体固化前的状态下，优选地，直层的至少一层配置于斜层的外周侧。在斜层的外周侧配置有直层时，管状体的圆筒弯曲强度提高，因此优选。在本专利技术的管状体固化前的状态下，除了上述斜层、直层以外，还可配置有包含以各个方向配置的碳纤维的层，从而能够使管状体具备多种性能。例如，为了使之具备能够抵抗来自侧方向的挤碎力(压碎力)的耐压碎力，可在最内层、在斜层与直层之间、或在最外层配置相对于管状体的管轴而言碳纤维方向为+75°～+90°的环绕层(hooplayer)。本专利技术的管状体涉及的热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上的情况下，直层的固化物中的破坏被抑制，管状体的圆筒弯曲强度变高。热固性树脂S的固化物的弹性模量更优选为4.2GPa以上，进一步优选为4.4GPa以上。本专利技术的管状体涉及的热固性树脂B的固化物的弹性模量优选为4.0G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维增强复合材料制管状体，其为将直层与斜层层叠并固化而形成的碳纤维增强复合材料制的管状体，所述直层含有热固性树脂S，所述直层中，涂布上浆剂S而成的碳纤维S在相对于管状体的管轴而言为‑20°～+20°的方向上平行排列，所述斜层含有热固性树脂B，所述斜层中，涂布上浆剂B而成的碳纤维B在相对于管状体的管轴而言为+25°～+65°的方向上平行排列，其中，构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上，热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.27 JP 2015-0660141.一种碳纤维增强复合材料制管状体，其为将直层与斜层层叠并固化而形成的碳纤维增强复合材料制的管状体，所述直层含有热固性树脂S，所述直层中，涂布上浆剂S而成的碳纤维S在相对于管状体的管轴而言为-20°～+20°的方向上平行排列，所述斜层含有热固性树脂B，所述斜层中，涂布上浆剂B而成的碳纤维B在相对于管状体的管轴而言为+25°～+65°的方向上平行排列，其中，构成斜层的碳纤维增强复合材料的层间剪切强度为110MPa以上，热固性树脂S的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。2.如权利要求1所述的碳纤维增强复合材料制管状体，其中，热固性树脂B的固化物的弹性模量为4.0GPa以上。3.如权利要求1或2所述的碳纤维增强复合材料制管状体，其中，碳纤维B是在利用X射线光电子能谱法测得的表面氧浓度(O/C)为0.25以下、利用化学修饰X射线光电子能谱法测得的表面羟基浓度(COH/C)为0.005以上、且利用化学修饰X射线光电子能谱法测得的表面羧基浓度(COOH/C)为0.01以下的碳纤维上涂布上浆剂B而成的。4.如权利要求1至3中任一项所述的碳纤维增强复合材料制管状体，其中，上浆剂B含有1种...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉弘一贵，坂口真实，藤原隆行，市川智子，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP