(57)【要約】【課題】良好なタック性およびドレープ性を有し、強度が優れた繊維強化エポキシ樹脂成型体が得られるプリプレグを提供する。【解決手段】本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有し、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が２質量％〜１９質量％、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との質量比が０．３〜３．０、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）が２００〜４００であって、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が２０質量％〜４４質量％であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有するプリプレグであって、
前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、
前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が２質量％〜１９質量％、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との質量比（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂）が０．３〜３．０、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）が２００〜４００であって、
前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が２０質量％〜４４質量％であることを特徴とするプリプレグ。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分１００質量部に対して、さらに、熱可塑性樹脂を２質量部〜１２質量部含有する請求項１に記載のプリプレグ。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂組成物が、硬化剤として、ジシアンジアミドを含有し、硬化促進剤として、尿素誘導体を含有する請求項１または２に記載のプリプレグ。
【請求項４】
前記エポキシ樹脂組成物が、硬化剤として、エポキシ樹脂成分のエポキシ基１モルに対してジシアンジアミドを１３ｇ〜４０ｇ含有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のプリプレグ。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂として、ポリビニルホルマールを含有する請求項２〜４のいずれか一項に記載のプリプレグ。
【請求項６】
前記強化繊維の含有率が６５質量％〜８５質量％である請求項１〜５のいずれか一項に記載のプリプレグ。
【請求項７】
前記強化繊維は、炭素繊維である請求項１〜６のいずれか一項に記載のプリプレグ。
【請求項８】
前記強化繊維の引張弾性率は、１０ｔｆ／ｍｍ２〜７０ｔｆ／ｍｍ２である請求項１〜７のいずれか一項に記載のプリプレグ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のプリプレグが含有するエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる繊維強化エポキシ樹脂成形体。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のプリプレグを用いて形成された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
【請求項１１】
複数のプリプレグを積層し、該プリプレグが含有する樹脂組成物を硬化してなり、
最も外側に位置する最外プリプレグが請求項１〜８のいずれか一項に記載のプリプレグであり、
前記最外プリプレグの内側に位置するプリプレグは、少なくとも１つが前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグである繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
【請求項１２】
前記最外プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率よりも、前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率の方が大きい請求項１１に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
【請求項１３】
前記最外プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率が１０ｔｆ／ｍｍ２以上３８ｔｆ／ｍｍ２以下であり、前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率が３０ｔｆ／ｍｍ２以上７０ｔｆ／ｍｍ２以下である請求項１１または１２に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体からなるゴルフクラブシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有するプリプレグに関するものであり、より詳細には、プリプレグを用いて得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体の強度の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブシャフトや釣竿には、繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体が使用されており、このような管状体の製造にはプリプレグが用いられている。例えば、特許文献１には、一方向に引き揃えられた強化繊維と、エポキシ樹脂組成物とを含んでなり、前記強化繊維の引張弾性率Ｅ（ＧＰａ）と、加熱硬化して得られる繊維強化複合材料の６度圧縮強度σ（ＭＰａ）が、次式（１）と（２）を満足することを特徴とするプリプレグシートが開示されている。
２００ＧＰａ≦Ｅ≦９５０ＧＰａ・・・（１）
−３．６Ｅ＋２０００≦σ≦−３．６Ｅ＋２６００・・・（２）
【０００３】
特許文献２には、引張弾性率が２００〜８００ＧＰａである強化繊維と、硬化剤、並びに次の構成要素［Ａ］及び／又は構成要素［Ｂ］を含んでなるエポキシ樹脂組成物を構成要素とする繊維強化複合材料が使用されてなるゴルフクラブ用シャフトであって、該エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張弾性率が３．４〜４．４ＧＰａであり、前記繊維強化複合材料の湿式切削加工による切削量が３重量％以下であるゴルフクラブ用シャフトの作製に用いられるプリプレグが開示されている（段落［００８９］参照）。
［Ａ］分子内にエポキシ樹脂又は硬化剤と反応しうる官能基１個と１個以上のアミド結合を有する化合物、
［Ｂ］分子内に芳香環を有するポリエステルポリウレタン
【０００４】
特許文献３には、強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチック製管状体において、マトリックス樹脂が、次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］および［Ｃ］からなるエポキシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴とする繊維強化プラスチック製管状体の作製に用いられるプリプレグが開示されている（段落［００８３］等参照）。
［Ａ］エポキシ樹脂１００重量部中、２官能エポキシ樹脂を７０重量部以上含むエポキシ樹脂、
［Ｂ］ゴム相を含みエポキシ樹脂に実質的に不溶な微粒子、
［Ｃ］硬化剤
【０００５】
特許文献４には、少なくとも次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］および［Ｃ］を含有する繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物の硬化物が強化繊維に含浸されてなるプリプレグが開示されている（［請求項１１］参照）。
［Ａ］エポキシ樹脂１００重量部中、２官能エポキシ樹脂を７０重量部以上含むエポキシ樹脂
［Ｂ］ポリエステル系またはポリアミド系熱可塑性エラストマー
［Ｃ］硬化剤または硬化剤と硬化促進剤の配合物
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０３５１９号公報
【特許文献２】特開２００１−５４６０２号公報
【特許文献３】特開平９−８５８４４号公報
【特許文献４】特開平８−３３７７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ゴルフクラブや釣竿などの高性能化、高品位化に伴って、前記した繊維強化複合材料からなる管状体では、強度が十分ではなくなってきている。特に近年では、管状体の重心位置、しなりの大きさなどを制御するために、管状体に薄肉部分を設けるため、繊維強化複合材料にはより高い強度が求められている。また、プリプレグには良好なタック性およびドレープ性が求められるが、樹脂成分として低分子量のエポキシ樹脂を使用して、樹脂成分の粘度を低くした場合、得られる繊維強化複合成形体の強度が低下する。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良好なタック性およびドレープ性を有し、かつ、強度に優れた繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体が得られるプリプレグを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有するプリプレグであって、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が２質量％〜１９質量％、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との質量比（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂）が０．３〜３．０、かつ、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）が２００〜４００であって、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が２０質量％〜４４質量％であることを特徴とする。
【０００９】
エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、かつ、これらの含有量を制御することにより、プリプレグのタック性およびドレープ性を向上させつつ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靱性および強度が向上させることができる。また、前記メチルエチルケトンでの膨潤率は、エポキシ樹脂組成物の架橋密度を指標するものである。メチルエチルケトンでの膨潤率が前記範囲に入るエポキシ樹脂組成物の硬化物は、適度な伸度を有し、強化繊維に対する接着性に優れる。これらの結果、本発明のプリプレグから得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が向上し、強化繊維による複合化の効果が大きくなり、得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体の機械的強度が一段と向上する。
【００１０】
前記エポキシ樹脂組成物は、硬化剤として、ジシアンジアミドを含有し、硬化促進剤として、尿素誘導体を含有することが好ましい。前記硬化剤としては、エポキシ樹脂成分のエポキシ基１モルに対してジシアンジアミドを１３ｇ〜４０ｇ含有することが好ましい。前記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分１００質量部に対して、さらに、熱可塑性樹脂を２質量部〜１２質量部含有することが好ましい。前記熱可塑性樹脂としては、ポリビニルホルマールが好適である。
【００１１】
前記エポキシ樹脂組成物は、前記強化繊維の含有率が６５質量％〜８５質量％であることが好ましい。前記強化繊維は、炭素繊維であることが好ましい。前記強化繊維の引張弾性率は、１０ｔｆ／ｍｍ２〜７０ｔｆ／ｍｍ２であることが好ましい。
【００１２】
本発明には、前記プリプレグが含有するエポキシ樹脂組成物を硬化させてなる繊維強化エポキシ樹脂成形体、前記プリプレグを用いて形成された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体も含まれる。前記管状体としては、複数のプリプレグを積層し、該プリプレグが含有する樹脂組成物を硬化してなり、最も外側に位置する最外プリプレグが本発明のプリプレグであり、前記最外プリプレグの内側に位置するプリプレグは、少なくとも１つが前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグであるものが好ましい。また本発明には、この繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体からなるゴルフクラブシャフトも含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のプリプレグを用いれば、曲げ強度に優れた繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体が得られる。また、本発明のプリプレグを用いれば、曲げ強度に優れ、かつ、軽量化された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】引張試験の態様を説明する説明図である。
【図２】曲げ試験の態様を説明する説明図である。
【図３】繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体を構成する繊維強化プリプレグの積層態様を示す図である。
【図４】プリプレグの貼合わせ態様を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のプリプレグは、エポキシ樹脂組成物と強化繊維とを含有するプリプレグであって、前記エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率が２質量％〜１９質量％であり、前記エポキシ樹脂成分中のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との質量比（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂）が０．３〜３．０であり、前記エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）が２００〜４００であって、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が２０質量％〜４４質量％であることを特徴とする。なお、プリプレグとは、強化繊維にエポキシ樹脂組成物を含浸した成形中間材料であり、前記エポキシ樹脂組成物は未硬化または半硬化の状態である。
【００１６】
本発明では、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を使用し、かつ、ノボラック型エポキシ樹脂の含有率、および、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との質量比を制御する。これにより、エポキシ樹脂組成物の粘度を低下させてプリプレグのタック性およびドレープ性を向上することができ、かつ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の靱性および強度が向上し、このプリプレグを用いて形成される繊維強化エポキシ樹脂成形体の強度が向上する。さらに、前記メチルエチルケトンでの膨潤率は、エポキシ樹脂組成物の架橋密度を指標するものである。メチルエチルケトンでの膨潤率が前記範囲に入るエポキシ樹脂組成物の硬化物は、適度な伸度を有し、強化繊維に対する接着性に優れる。これらの結果、本発明のプリプレグから得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が向上し、強化繊維による複合化の効果が大きくなり、得られる繊維強化エポキシ樹脂成形体の機械的強度が一段と向上する。
【００１７】
本発明で使用するエポキシ樹脂組成物について説明する。前記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分として、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有する。
【００１８】
前記ノボラック型エポキシ樹脂は、分子内に２個超（好ましくは３個以上）のエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂である。ノボラック型エポキシ樹脂を含有することにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物の架橋密度を制御することができる。架橋密度を制御して、エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度を適度な範囲とすることにより、強化繊維とエポキシ樹脂との界面強度が向上すると考えられる。前記ノボラック型エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などを挙げることができる。
【００１９】
エポキシ樹脂組成物が含有するエポキシ樹脂成分全体に占めるノボラック型エポキシ樹脂の含有率は、２質量％以上、好ましくは５質量％以上、さらに好ましくは７質量％以上であり、１９質量％以下、好ましくは１５質量％以下、より好ましくは１０質量％以下である。ノボラック型エポキシ樹脂の含有率が２質量％以上であれば、架橋密度が高められ樹脂組成物の硬化物の強度が一層向上し、１９質量％以下であれば、樹脂組成物の硬化物の伸びが維持され、強化繊維との界面強度が高くなり、繊維強化エポキシ樹脂成形体の強度が一層向上する。
【００２０】
前記ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）は、５０以上が好ましく、７５以上がより好ましく、１００以上がさらに好ましく、５００以下が好ましく、４００以下がより好ましく、３００以下がさらに好ましい。ノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量が前記範囲内であれば、有効に架橋構造を形成することができる。
【００２１】
フェノールノボラック型エポキシ樹脂の市販品としては、ｊＥＲ（登録商標）１５２、ｊＥＲ１５４（以上、三菱化学社製）、ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）Ｎ−７４０、エＥＰＩＣＬＯＮ  Ｎ−７７０、ＥＰＩＣＬＯＮ  Ｎ−７７５（以上、ＤＩＣ（株）製）、ＰＹ３０７、ＥＰＮ１１７９、ＥＰＮ１１８０（以上、ハンツマン・アドバンスト・マテリアル社製）、ＹＤＰＮ６３８、ＹＤＰＮ６３８Ｐ（以上、東都化成（株）製）、ＤＥＮ４３１、ＤＥＮ４３８、ＤＥＮ４３９（以上、ダウケミカル社製）、ＥＰＲ６００（Ｂａｋｅｌｉｔｅ社製）、ＥＰＰＮ−２０１（日本化薬（株）製）などが挙げられる。
【００２２】
前記エポキシ樹脂組成物は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有する。前記エポキシ樹脂組成物中の前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の質量比（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂）は、０．３以上、好ましくは０．４以上、より好ましくは０．５以上であり、３．０以下、好ましくは２．５以下、さらに好ましくは２．０以下である。前記質量比が上記範囲内であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度、靱性を維持しつつプリプレグのタック性を向上できる。前記質量比が０．３未満では、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度が高くなるが、靱性が低下し、３．０を超えると硬化物の伸び率は向上するが、強度が低下する。
【００２３】
前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は、一方に常温（２５℃）で液体状のものを使用し、他方に常温で固体状のものを使用することが好ましい。このような態様としては、例えば、常温で液体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と常温で固体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とを用いる態様；常温で固体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と常温で液体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とを用いる態様；常温で液体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と常温で固体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と常温で液体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とを用いる態様；常温で液体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と常温で液体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と常温で固体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とを用いる態様；が挙げられる。これらの中でも、常温で固体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を用いる態様が好ましい。
【００２４】
前記常温で液体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の粘度（２５℃）は、６０Ｐ以上が好ましく、より好ましくは７５Ｐ以上、さらに好ましくは９０Ｐ以上であり、３００Ｐ以下が好ましく、より好ましくは２５０Ｐ以下、さらに好ましくは２００Ｐ以下である。エポキシ樹脂の粘度は、粘弾性測定器（アントンパール社製、「ＭＣＲ３０１」、印加トルク６ｍＮ・ｍ）により、測定できる。前記常温で液体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）は、１７０以上が好ましく、より好ましくは１７５以上、さらに好ましくは１８０以上であり、３００以下が好ましく、より好ましくは２９０以下、さらに好ましくは２８０以下である。
【００２５】
前記常温で固体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）は、３００以上が好ましく、より好ましくは３５０以上、さらに好ましくは４００以上であり、２００００以下が好ましく、より好ましくは１８０００以下、さらに好ましくは１６０００以下である。
【００２６】
常温で液体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、例えば、ｊＥＲ（登録商標）８２７、ｊＥＲ８２８、ｊＥＲ８２８ＥＬ、ｊＥＲ８２８ＸＡ、ｊＥＲ８３４（以上、三菱化学社製）、エポトート（登録商標）ＹＤ−１１５、エポトートＹＤ−１１５Ｇ、エポトートＹＤ−１１５ＣＡ、エポトートＹＤ−１１８Ｔ、エポトートＹＤ−１２７、エポトートＹＤ−１２８、エポトートＹＤ−１２８Ｇ、エポトートＹＤ−１２８Ｓ（以上、東都化成社製）、ＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）８４０、ＥＰＩＣＬＯＮ８４０−Ｓ、ＥＰＩＣＬＯＮ８５０、ＥＰＩＣＬＯＮ８５０−Ｓ（以上、ＤＩＣ社製）が挙げられる。
【００２７】
常温で固体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、例えば、ｊＥＲ１００１、ｊＥＲ１００２、ｊＥＲ１００３、ｊＥＲ１００３Ｆ、ｊＥＲ１００４、ｊＥＲ１００４ＦＳ、ｊＥＲ１００４Ｆ、ｊＥＲ１００４ＡＦ、ｊＥＲ１０５５、ｊＥＲ１００５Ｆ、ｊＥＲ１００６ＦＳ、ｊＥＲ１００７、ｊＥＲ１００７ＦＳ、ｊＥＲ１００８、ｊＥＲ１００９（以上、三菱化学社製）、エポトートＹＤ−０１１、エポトートＹＤ−０１２、エポトートＹＤ−０１３、エポトートＹＤ−０１４、エポトートＹＤ−０１７、エポトートＹＤ−０１９、エポトートＹＤ−０２０Ｎ、エポトートＹＤ−０２０Ｈ（以上、東都化成社製）、ＥＰＩＣＬＯＮ１０５０、ＥＰＩＣＬＯＮ３０５０、ＥＰＩＣＬＯＮ４０５０、ＥＰＩＣＬＯＮ７０５０（以上、ＤＩＣ社製）が挙げられる。
【００２８】
前記常温で液体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の粘度（２５℃）は、９Ｐ以上が好ましく、より好ましくは１２Ｐ以上、さらに好ましくは１５Ｐ以上であり、３００Ｐ以下が好ましく、より好ましくは２５０Ｐ以下、さらに好ましくは２００Ｐ以下である。前記常温で液体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）は、１５０以上が好ましく、より好ましくは１５５以上、さらに好ましくは１６０以上であり、３００以下が好ましく、より好ましくは２９０以下、さらに好ましくは２８０以下である。
【００２９】
前記常温で固体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）は、３００以上が好ましく、より好ましくは３５０以上、さらに好ましくは４００以上であり、２００００以下が好ましく、より好ましくは１８０００以下、さらに好ましくは１６０００以下である。
【００３０】
常温で液体状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂としては、例えば、ｊＥＲ８０６、ｊＥＲ８０７（以上、三菱化学社製）、ＥＰＩＣＬＯＮ８３０、ＥＰＩＣＬＯＮ８３０−Ｓ、ＥＰＩＣＬＯＮ８３５（以上、ＤＩＣ社製）が挙げられる。常温で固体状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、例えば、ｊＥＲ４００５Ｐ、ｊＥＲ４００７Ｐ、ｊＥＲ４０１０Ｐ（以上、三菱化学社製）が挙げられる。
【００３１】
前記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分として、前記ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のみを含有してもよいし、これらの他に、分子内に２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、すなわち２官能のエポキシ樹脂をさらに含有してもよい。前記２官能のエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の水素添加物、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の水素添加物、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂が挙げられる。前記ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独であるいは２種以上を混合して使用してもよい。これらのビスフェノール型エポキシ樹脂の使用量は、前記エポキシ樹脂成分中９７質量％以下が好ましく、より好ましくは９６質量％以下、さらに好ましくは９５質量％以下である。
【００３２】
前記エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量（ｇ／ｅｑ）は、２００以上が好ましく、２５０以上がより好ましく、４００以下が好ましく、３５０以下がより好ましい。エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量が２００未満では、エポキシ樹脂成分が常温で液体になってしまい、プリプレグの作製や成形が困難になる場合がある。一方、エポキシ当量が４００を超えると、エポキシ樹脂成分が常温で固体となりプリプレグの成形が困難となる。
【００３３】
本発明で使用するエポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有することが好ましい。前記硬化剤としては、ジシアンジアミド；４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、ｍ−フェニレンジアミン、ｍ−キシリレンジアミンのような活性水素を有する芳香族アミン；ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、イソホロンジアミン、ビス（アミノメチル）ノルボルナン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ポリエチレンイミンのダイマー酸エステルのような活性水素を有する脂肪族アミン；これらの活性水素を有するアミンにエポキシ化合物、アクリロニトリル、フェノールとホルムアルデヒド、チオ尿素などの化合物を反応させて得られる変性アミン；ジメチルアニリン、トリエチレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールのような活性水素を持たない第三アミン；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類；ポリアミド樹脂；ヘキサヒドロフタル酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルナジック酸無水物のようなカルボン酸無水物；アジピン酸ヒドラジドやナフタレンジカルボン酸ヒドラジドのようなポリカルボン酸ヒドラジド；ノボラック樹脂などのポリフェノール化合物；チオグリコール酸とポリオールのエステルのようなポリメルカプタン；および、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などを用いることができる。これらの中でも、硬化剤としてジシアンジアミドを使用することが好ましい。
【００３４】
前記ジシアンジアミドの添加量は、エポキシ樹脂成分のエポキシ基１モルに対して、１３ｇ以上が好ましく、１５ｇ以上がより好ましく、１７ｇ以上がさらに好ましく、４０ｇ以下が好ましく、３８ｇ以下が好ましく、３５ｇ以下がさらに好ましい。ジシアンジアミドの添加量が１３ｇ以上であれば、硬化反応がより進行し、強度が一層向上し、４０ｇ以下であれば、樹脂組成物の硬化物の伸びが維持され、強化繊維との界面強度が高くなり、繊維強化エポキシ樹脂成形体の強度が一層向上する。
【００３５】
前記硬化剤には、硬化活性を高めるために適当な硬化促進剤を組合せることができる。硬化促進剤としては、尿素に結合する水素の少なくとも１つが、炭化水素基で置換された尿素誘導体が好ましい。前記炭化水素基は、例えば、さらに、ハロゲン原子、ニトロ基、アルコキシ基などで置換されていてもよい。前記尿素誘導体としては、例えば、３−フェニル−１，１−ジメチル尿素、３−（パラクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素、３−（オルソメチルフェニル）−１，１−ジメチル尿素、３−（パラメチルフェニル）−１，１−ジメチル尿素、３−（メトキシフェニル）−１，１−ジメチル尿素、３−（ニトロフェニル）−１，１−ジメチル尿素等のモノ尿素化合物の誘導体；および、Ｎ，Ｎ−フェニレン−ビス（Ｎ’，Ｎ’−ジメチルウレア）、Ｎ，Ｎ−（４−メチル−１，３−フェニレン）−ビス（Ｎ’，Ｎ’−ジメチルウレア）などのビス尿素化合物の誘導体を挙げることができる。好ましい組合せの例としては、ジシアンジアミドに、３−フェニル−１，１−ジメチル尿素、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素（ＤＣＭＵ）、３−（３−クロロ−４−メチルフェニル）−１，１−ジメチル尿素、２，４−ビス（３，３−ジメチルウレイド）トルエンのような尿素誘導体を硬化助剤として組合せる例が挙げられる。これらのなかでも、ジシアンジアミドに、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素（ＤＣＭＵ）を硬化促進剤として組み合わせることがより好ましい。
【００３６】
本発明では特に、硬化剤としてジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）を、硬化助剤として尿素誘導体を使用することが好ましい。この場合、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）と尿素誘導体の含比率は、質量比（ＤＩＣＹ／尿素誘導体）で、１．０以上が好ましく、１．２以上がより好ましく、１．５以上がより好ましく、３．０以下が好ましく、２．８以下がより好ましく、２．５以下がさらに好ましい。また、前記質量比（ＤＩＣＹ／尿素誘導体）は、２が最も好ましい。ＤＩＣＹ／尿素誘導体の質量比が前記範囲内であれば、硬化速度が速く、硬化物が、良好な物性を有する。
【００３７】
前記エポキシ樹脂組成物は、さらに、オリゴマー、高分子化合物、有機または無機の粒子などの他成分を含んでもよい。
【００３８】
本発明で使用するエポキシ樹脂組成物に配合できるオリゴマーとしては、ポリエステル骨格およびポリウレタン骨格を有するポリエステルポリウレタン、ポリエステル骨格およびポリウレタン骨格を有し、さらに分子鎖末端に（メタ）アクリレート基を有するウレタン（メタ）アクリレート、インデン系オリゴマーなどが挙げられる。
【００３９】
本発明で使用するエポキシ樹脂組成物に配合できる高分子化合物としては、熱可塑性樹脂が好適に用いられる。熱可塑性樹脂を配合することにより、樹脂の粘度制御やプリプレグシートの取扱い性制御、あるいは接着性改善の効果が増進するので好ましい。
【００４０】
前記熱可塑性樹脂の例としては、ポリビニルホルマールやポリビニルブチラールなどのポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルアルコール、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、スルホニル基を有する熱可塑性樹脂としては、ポリスルホンなどが挙げられる。ポリアミド、ポリイミド及びポリスルホンは主鎖にエーテル結合、カルボニル基などの官能基を有してもよい。ポリアミドは、アミド基の窒素原子上に置換基を有してもよい。本発明で使用するエポキシ樹脂組成物は、熱可塑性樹脂として、ポリビニルホルマールを含有することが好ましい。ポリビニルホルマールを含有すれば、硬化物の靱性、伸度がより向上する。
【００４１】
前記熱可塑性樹脂の含有量としては、エポキシ樹脂成分１００質量部に対して、２質量部以上が好ましく、３質量部以上がより好ましく、４質量部以上がさらに好ましく、１２質量部以下が好ましく、８質量部以下がより好ましい。熱可塑性樹脂の含有量が２質量部以上であれば、エポキシ樹脂組成物の伸びがよくなり、タックを付与できる。一方、熱可塑性樹脂の含有量が１２質量部超になると、エポキシ樹脂組成物が常温で固化してしまうおそれがある。そのため、強化繊維への含浸性が低下し、プリプレグ作製時にボイドを引き起こす場合がある。
【００４２】
本発明で使用するエポキシ樹脂組成物に配合し得る有機粒子としては、ゴム粒子及び熱可塑性樹脂粒子が用いられる。これらの粒子は樹脂の靭性向上、繊維強化複合材料の耐衝撃性向上の効果を有する。さらに、ゴム粒子としては、架橋ゴム粒子、及び架橋ゴム粒子の表面に異種ポリマーをグラフト重合したコアシェルゴム粒子が好ましく用いられる。
【００４３】
市販の架橋ゴム粒子としては、カルボキシル変性のブタジエン−アクリロニトリル共重合体の架橋物からなるＸＥＲ−９１（日本合成ゴム工業社製）、アクリルゴム微粒子からなるＣＸ−ＭＮシリーズ（日本触媒社製）、ＹＲ−５００シリーズ（東都化成社製）等を使用することができる。市販のコアシェルゴム粒子としては、ブタジエン・メタクリル酸アルキル・スチレン共重合体からなるパラロイドＥＸＬ−２６５５（呉羽化学工業社製）、アクリル酸エステル・メタクリル酸エステル共重合体からなるスタフィロイドＡＣ−３３５５、ＴＲ−２１２２（武田薬品工業社製）、アクリル酸ブチル・メタクリル酸メチル共重合体からなるＰＡＲＡＬＯＩＤＥＸＬ−２６１１、ＥＸＬ−３３８７（登録商標、商品名、Ｒｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ社製）等を使用することができる。
【００４４】
また、熱可塑性樹脂粒子としては、ポリアミドあるいはポリイミドの粒子が好ましく用いられる。市販のポリアミド粒子としては、東レ社製、商品名：ＳＰ−５００、ＡＴＯＣＨＥＭ社製、オルガソール（登録商標）等を使用することができる。
【００４５】
前記エポキシ樹脂組成物に配合し得る無機粒子としては、シリカ、アルミナ、スメクタイト、合成マイカ等を配合することができる。これらの無機粒子は、主としてレオロジー制御、即ち増粘や揺変性付与のために、エポキシ樹脂組成物に配合される。
【００４６】
本発明において、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物は、メチルエチルケトンでの膨潤率が、２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましく、４４質量％以下が好ましく、３８質量％以下がより好ましい。前記メチルエチルケトンでの膨潤率は、エポキシ樹脂組成物の硬化物の架橋度を指標するものである。前記膨潤率が２０質量％未満では、架橋密度が高すぎて、エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸びが低下し、４４質量％を超えると架橋密度が小さすぎ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度が低下する。
【００４７】
前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張特性（＝最大応力×その時の伸び÷２）は、１００ＭＰａ・％以上が好ましく、１５０ＭＰａ・％以上がより好ましく、２００ＭＰａ・％以上がさらに好ましく、６０００ＭＰａ・％以下が好ましく、５５００ＭＰａ・％以下がより好ましく、５０００ＭＰａ・％以下がさらに好ましい。
【００４８】
前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の引張強度（最大応力）は、２０ＭＰａ以上が好ましく、３０ＭＰａ以上がより好ましく、５０ＭＰａ以上がさらに好ましく、５００ＭＰａ以下が好ましく、４５０ＭＰａ以下がより好ましく、４００ＭＰａ以下がさらに好ましい。また、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物の伸度（破断伸度）は、２％以上が好ましく、３％以上がより好ましく、３００％以下が好ましく、２００％以下がより好ましい。引張強度および伸度の測定方法は、後述する。
【００４９】
本発明のプリプレグの樹脂成分は、前記エポキシ樹脂組成物のみによって構成されることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で、市販のエポキシ樹脂組成物を併用してもよい。市販のエポキシ樹脂組成物を併用する場合、樹脂成分中の市販のエポキシ樹脂組成物の含有率は、９５質量％以下であることが好ましく、９０質量％以下であることがより好ましく、８０質量％以下であることがさらに好ましい。
【００５０】
本発明のプリプレグの樹脂成分の含有量は、１５質量％以上が好ましく、より好ましくは２０質量％以上、さらに好ましくは２５質量％以上であり、６５質量％以下が好ましく、より好ましくは６０質量％以下、さらに好ましくは５５質量％以下である。強化繊維の含有率が、前記範囲内であれば、樹脂の高強度が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂成形体となるからである。
【００５１】
本発明において、プリプレグに使用する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維などを挙げることができる。また、これらの繊維を２種以上混在させることもできる。これらのなかでも炭素繊維を使用することが好ましい。
【００５２】
前記炭素繊維としては、アクリル系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられるが、中でも、引張強度の高いアクリル系の炭素繊維が好ましい。炭素繊維の形態としては、前駆体繊維に撚りをかけて焼成して得られる炭素繊維、いわゆる有撚糸、その有撚糸の撚りを解いた炭素繊維、いわゆる解撚糸、前駆体繊維に実質的に撚りをかけずに熱処理を行う無撚糸などが使用できる。無撚糸又は解撚糸が、繊維強化複合材料の成形性と強度特性のバランスを考慮すると好ましく、さらに、プリプレグシート同士の接着性などの取扱性の面からは無撚糸が好ましい。また、本発明における炭素繊維は、黒鉛繊維も含むことができる。
【００５３】
前記強化繊維の引張弾性率は、１０ｔｆ／ｍｍ２（９８ＧＰａ）以上が好ましく、２４ｔｆ／ｍｍ２（２３５ＧＰａ）以上がより好ましく、７０ｔｆ／ｍｍ２（６８６ＧＰａ）以下が好ましく、５０ｔｆ／ｍｍ２（４９０ＧＰａ）以下がより好ましい。前記引張弾性率は、ＪＩＳＲ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定する。強化繊維の引張弾性率が、前記範囲内であれば、曲げ強度の高い管状体が得られる。
【００５４】
本発明のプリプレグ中の強化繊維の含有率は、３５質量％以上が好ましく、より好ましくは５０質量％以上、さらに好ましくは６５質量％以上、特に好ましくは７０質量％以上であり、８５質量％以下が好ましく、より好ましくは８４質量％以下、さらに好ましくは８０質量％以下、特に好ましくは７５質量％以下である。強化繊維の含有率が、前記範囲内であれば、樹脂の高強度が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂材料となるからである。
【００５５】
プリプレグにおける強化繊維の形態としては、例えば、一方向に引き揃えられた長繊維、二方向織物、多軸織物、不織布、マット、ニット、組み紐などを挙げることができる。ここで、長繊維とは、実質的に１０ｍｍ以上連続な単繊維または繊維束を意味する。一方向に引き揃えられた長繊維を用いた所謂一方向プリプレグは、繊維の方向が揃っており、繊維の曲がりが少ないため繊維方向の強度利用率が高い。また、一方向プリプレグは、複数のプリプレグを、強化繊維の配列方向が異なるように適切に積層した後成型すると、成形物の各方向の弾性率と強度の設計が容易になる。
【００５６】
本発明のプリプレグの形状としては、シート状が好ましい。プリプレグをシート状とする場合、厚さは０．０１ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは０．０３ｍｍ以上であり、１．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．９ｍｍ以下である。
【００５７】
本発明のプリプレグの密度は、１．４５ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、より好ましくは１．４７ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは１．４８ｇ／ｃｍ３以上であり、１．７５ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、より好ましくは１．７２ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１．６９ｇ／ｃｍ３以下である。密度が前記範囲内であれば炭素繊維の補強効果が十分に生かせる良好な繊維強化エポキシ樹脂材料となるからである。
【００５８】
本発明のプリプレグを製造する方法としては、公知の方法が用いられる。例えば、前記エポキシ樹脂組成物を、炭素繊維などの強化繊維に含浸させてプリプレグを作製できる。具体的には、エポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトン、メタノールなどの溶媒に溶解させて低粘度化し、強化繊維に含浸させるウエット法と、加熱によりエポキシ樹脂組成物を低粘度化し、強化繊維に含浸させるホットメルト法などの方法により製造することができる。ウエット法は、強化繊維をエポキシ樹脂組成物からなる溶液に浸漬した後に引き上げ、オーブンなどを用いて加熱しながら溶媒を蒸発させてプリプレグを得る方法である。ホットメルト法には、加熱により低粘度化したエポキシ樹脂組成物を直接強化繊維に含浸させる方法、あるいは一旦エポキシ樹脂組成物を離型紙などの上にコーティングしたフィルムを作製しておき、次いで強化繊維の両側あるいは片側から、かかるフィルムを重ね、加熱することによりエポキシ樹脂組成物を含浸させてプリプレグとする方法がある。ホットメルト法は、溶媒がプリプレグ中に実質的に残留しないことから好ましい。
【００５９】
本発明のプリプレグは、含有するエポキシ樹脂組成物を硬化させることにより、繊維強化エポキシ樹脂成形体が得られる。本発明のプリプレグを用いて繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体を製造する方法としては、公知の方法が用いられる。例えば、前記プリプレグを、管状体を構成する各材料の形状に裁断し、積層後、積層体を加熱しながら圧力を付与する方法を挙げることができる。
【００６０】
プリプレグの積層体を加熱しながら圧力を付与する方法には、ラッピングテープ法、内圧成型法などがある。ラッピングテープ法は、マンドレルなどの芯金にプリプレグを巻いて、成型体を得る方法である。具体的には、マンドレルにプリプレグを巻き付け、プリプレグの固定及び圧力付与のために、プリプレグの外側に熱可塑性樹脂フィルムからなるラッピングテープを巻き付け、オーブン中で樹脂を加熱し硬化させた後、芯金を抜き去って管状成型体を得る方法である。管状成型体の表面を切削し、塗装などを施してもよい。
【００６１】
内圧成型法は、熱可塑性樹脂製のチューブなどの内圧付与体にプリプレグを巻きつけプリフォームとし、次にこれを金型中に設置し、次いで内圧付与体に高圧の気体を導入して圧力をかけると共に金型を加熱して成型する方法である。
【００６２】
繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体を構成するプリプレグの積層枚数、強化繊維の含有率、および、１枚のプリプレグの厚みなどは、所望の特性に応じて、適宜変更することが好ましい。特に、管状体の軸線に対して、強化繊維の配列が傾斜して配されるバイアスプリプレグと、管状体の軸線に対して、強化繊維の配列が平行に配されるストレートプリプレグと、管状体の軸線に対して、強化繊維の配列が直角に配されるフーププリプレグとを適宜配置して、管状体に必要な剛性や強度を付与することが好ましい。管状成型体の表面を切削し、塗装などを施してもよい。
【００６３】
前記管状体は、複数のプリプレグを巻回して積層し、これらのプリプレグに含有される樹脂組成物を硬化して形成されていることが好ましい。管状体を構成するプリプレグの積層数は、５層以上が好ましく、より好ましくは７層以上、さらに好ましくは９層以上であり、３０層以下が好ましく、より好ましくは２８層以下、さらに好ましくは２６層以下である。
【００６４】
前記管状体を複数のプリプレグから構成する場合、最も外側に位置する最外プリプレグとして本発明のプリプレグを使用することが好ましい。管状体の初期破壊は、管状体の最外層から生じる。そのため、機械的強度に優れる本発明のプリプレグを最外層に使用することで、管状体の初期破壊を防ぐことができ、管状体の強度を一層高めることができる。また、管状体が３枚以上のプリプレグから構成されている場合、最外プリプレグおよび最外プリプレグに内接するプリプレグの２枚に本発明のプリプレグを使用することが好ましい。なお、最外プリプレグおよび最外プリプレグに内接するプリプレグは、異なるプリプレグを用いてもよいが、同じプリプレグを用いることが好ましい。
【００６５】
最外プリプレグおよび／または最外プリプレグに内接するプリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率は、１０ｔｆ／ｍｍ２（９８ＧＰａ）以上が好ましく、より好ましくは１５ｔｆ／ｍｍ２（１４７ＧＰａ）以上、さらに好ましくは２０ｔｆ／ｍｍ２（１９６ＧＰａ）以上であり、３８ｔｆ／ｍｍ２（３７３ＧＰａ）以下が好ましく、より好ましくは＿３０ｔｆ／ｍｍ２（２９４ＧＰａ）以下である。これらのプリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率が上記範囲内であれば、管状体の初期破壊をより抑制できる。
【００６６】
また、前記最外プリプレグの内側に位置する他のプリプレグは、少なくとも１つに前記最外プリプレグよりも密度が小さいプリプレグ（以下、軽量プリプレグと称する場合がある。）を使用することが好ましい。密度の小さいプリプレグを使用することにより、管状体を軽量化できる。また、通常、密度が小さいプリプレグは強化繊維の含有量が少ないため、このようなプリプレグを使用すると管状体の機械的強度が低下する傾向がある。しかし、最外プリプレグに、本発明のプリプレグを使用することにより初期破壊が抑制されるため、管状体の機械的強度を維持したまま、軽量化を図ることができる。
【００６７】
前記最外プリプレグと軽量プリプレグとの密度の差（最外プリプレグ−軽量プリプレグ）は、０．０８ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、より好ましくは０．１０ｇ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは０．１２ｇ／ｃｍ３以上であり、０．２８ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、より好ましくは０．２６ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは０．２４ｇ／ｃｍ３以下である。密度の差が上記範囲内であれば強度を維持しつつ、軽量化できる。
【００６８】
前記軽量プリプレグとしては、特に限定されず、公知のプリプレグが使用できる。なお、前記軽量プリプレグとして、本発明のプリプレグを用いることも好ましい。軽量プリプレグの密度は、１．３５ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、より好ましくは１．４０ｇ／ｃｍ３以上であり、１．５５ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、より好ましくは１．５０ｇ／ｃｍ３以下である。
【００６９】
軽量プリプレグを用いる場合、前記最外プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率よりも、前記軽量プリプレグに含有される強化繊維の引張弾性率を大きくすることが好ましい。このような構成とすることで、管状体の機械的強度を維持したまま、軽量化を図ることができる。前記軽量プリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率は、３０ｔｆ／ｍｍ２（２９４ＧＰａ）以上が好ましく、より好ましくは４０ｔｆ／ｍｍ２（３９２ＧＰａ）以上、さらに好ましくは４６ｔｆ／ｍｍ２（４５１ＧＰａ）以上であり、７０ｔｆ／ｍｍ２（６８６ＧＰａ）以下が好ましく、より好ましくは６０ｔｆ／ｍｍ２（５８８ＧＰａ）以下、さらに好ましくは５０ｔｆ／ｍｍ２（４９０ＧＰａ）以下である。軽量プリプレグが含有する強化繊維の引張弾性率が上記範囲内であれば、管状体の機械的強度を維持したまま、軽量化を図ることができる。
【００７０】
軽量プリプレグは、使用枚数が多い程管状体の質量を低減できる。軽量プリプレグの位置は特に限定されないが、できるだけ内側に配置することが好ましい。よって、最も内側に位置する最内プリプレグを軽量プリプレグとすることが好ましい。また、軽量プリプレグは２枚以上用いてもよい。この場合、プリプレグの順序は、軽量プリプレグが連続するように配置することが好ましい。すなわち、軽量プリプレグは、最内プリプレグから所望の枚数まで連続して配置することがより好ましい。
【００７１】
前記管状体としては、複数のプリプレグを巻回積層してなり、最も外側に位置する最外プリプレグに本発明のプリプレグを使用し、前記最外プリプレグの内側に位置するプリプレグが、少なくとも１つは前記最外プリプレグよりも密度が小さい軽量プリプレグである態様が好ましい。具体的には、ｎ枚のプリプレグを巻回積層してなり、最外プリプレグおよびこの最外プリプレグに内接するプリプレグとして本発明のプリプレグを使用し、かつ、最内プリプレグからｎ−３枚目までのプリプレグとして軽量プリプレグを使用する態様が好ましい（ただし、ｎは５以上とする）。例えば、管状体が８枚のプリプレグで構成されている場合、最外プリプレグ（８枚目）および最外プリプレグに内接するプリプレグ（７枚目）に本発明のプリプレグを使用し、最内プリプレグ（１枚目）〜５枚目のプリプレグとして軽量プリプレグを用いる態様が好ましい。前記最外プリプレグ、最外プリプレグに内接するプリプレグおよび軽量プリプレグには、本発明のプリプレグであって、密度の異なるものを使用することが好ましい。
【００７２】
前記管状体の長さは、４０インチ（１０１．６ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは４１インチ（１０４．１ｃｍ）以上であり、４９インチ（１２４．５ｃｍ）以下が好ましく、より好ましくは４８インチ（１２１．９ｃｍ）以下である。管状体の長さが上記範囲内であれば、この管状体からなるゴルフクラブシャフトを用いたゴルフクラブの操作性が良好となる。また、管状体の質量は、３０ｇ以上が好ましく、より好ましくは３５ｇ以上であり、８０ｇ以下が好ましく、より好ましくは７５ｇ以下である。質量が３０ｇ以上であればシャフトが十分な肉厚となり機械的強度がより向上し、８０ｇ以下であればシャフトが重くなりすぎず操作性がより良好となる。
【００７３】
前記管状体の肉厚は、０．５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは０．６ｍｍ以上であり、４ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３．５ｍｍ以下である。管状体の肉厚が上記範囲内であれば、良好なしなりが得られる。また、管状体の肉厚は、薄肉部の位置を調整することにより、管状体の重心や、しなりの位置を制御できる。
【００７４】
前記プリプレグを用いて形成された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体は、例えば、ゴルフクラブシャフト、釣竿、テニスラケット、バトミントンラケットなどに好適に使用することができる。
【実施例】
【００７５】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。
【００７６】
［評価方法］
（１）試験片の作製
［樹脂引張試験片、及びメチルエチルケトン膨潤試験用試験片の作製］
表１〜４に示したエポキシ樹脂組成物の配合と同様となるように、エポキシ樹脂成分をメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解して、エポキシ樹脂のＭＥＫ溶液を作製した（ＭＥＫ含有率３０％）。得られたエポキシ樹脂のＭＥＫ溶液を乾燥し、加熱して融解し、硬化剤および硬化助剤を加えて撹拌した。得られたエポキシ樹脂組成物を厚み２ｍｍの注型金型に注ぎ、１３０℃で２時間処理して硬化させた。硬化した樹脂板より引張試験用試験片をＪＩＳ−Ｋ７１６２（１９９４）試験片１ＢＡに従い成型した。また、２ｃｍ×２ｃｍの正方形状の試験片を切り出し、メチルエチルケトン膨潤試験用試験片とした。
【００７７】
［繊維強化エポキシ樹脂成形体の引張試験用試験片］
プリプレグを裁断し、繊維方向が一定となるように１０枚積層した。０．１ｍｍの離型シートで挟み、１ｍｍのスペーサを用いて、８０℃×３０分＋１３０℃×２時間の条件でプレスして、エポキシ樹脂を硬化させて、繊維強化エポキシ樹脂成形体シートを得た。得られた繊維強化エポキシ樹脂成形体シートを、長さ：繊維垂直方向に１００ｍｍ、幅：繊維方向に１０ｍｍになるように裁断して、引張試験用の試験片を作製した。
【００７８】
（２）メチルエチルケトン膨潤試験
前記で得られたメチルエチルケトン膨潤試験用試験片（２ｃｍ角、厚み２ｍｍ）をメチルエチルケトン１００ｍＬに浸漬させ、４０℃で４８時保持した。浸漬前後の試験片の質量を測定し、メチルエチルケトン膨潤率は、下記のようにして算出した。
膨潤率＝１００×［膨潤試験後の試験片の質量−膨潤試験前の試験片の質量］／膨潤試験前の試験片の質量
【００７９】
（３）引張試験（最大応力）
図１に示すように、引張試験は、島津オートグラフ（島津製作所社製）を用いて、引張速度１ｍｍ／ｍｉｎで行った。図１（ａ）は、エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる試験片１２についての引張試験方法を模式的に説明する説明図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の試験片１２を掴むチャック１０を側面から見た側面図である。なお、図１（ｂ）において、チャック１０の内側には、滑り止めのための凹凸が設けられているが、図示していない。図１（ｃ）は、繊維強化エポキシ樹脂成形体についての引張試験方法を模式的に説明する説明図である。図１（ａ），（ｃ）において、矢印方向が引張試験の方向である。図１（ｃ）に示したように、繊維強化エポキシ樹脂成形体からなる試験片１５には、長さ４ｍｍ×幅１．５ｍｍ×厚み０．５ｍｍのアルミタグ１４をシアノアクリレート系接着剤で貼り付け、強化繊維１６の方向に対して垂直（９０度）の方向に引張試験を行った。また、エポキシ樹脂組成物の硬化物については、引張特性を最大応力×その時の伸び÷２（ＭＰａ・％）で示した。
【００８０】
（４）３点曲げ試験
図２に示すように、支点２０、２０間距離が３００ｍｍになるように、管状体１８を下方から２点で支えて、支点間の中点２２において、管状体１８の上方から荷重Ｆを加えて、管状体が破断したときの荷重値（ピーク値）を測定した。なお、管状体１８に荷重Ｆをかける中点２２は、管状体の中心部に位置させるようにした。測定は以下の条件で行った。
試験装置：島津社製オートグラフ
荷重速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ
【００８１】
（５）プリプレグタック試験
プリプレグタックは、ゴム・粘着体用粘着性試験機（東洋精機社製、ＰＩＣＭＡ  タックテスター  Ｐ−２）を用いて測定した。測定条件は、下降速度：１０００ｍｍ／秒、圧着時間：０秒、引きはがし速度：１０００ｍｍ／秒（接着時間１秒）とした。
【００８２】
（６）ドレープ性試験
プリプレグのドレープ性は、管状体作製時の巻き付けやすさにより評価した。作業性が良好であるものを「○」、作業性が劣るものを「×」とした。
【００８３】
［プリプレグの作製］
表１〜表４に示した組成になるように、エポキシ樹脂をメチルエチルケトンに溶解して、エポキシ樹脂のＭＥＫ溶液を作製した（ＭＥＫ含有率：３０質量％）。得られたエポキシ樹脂のＭＥＫ溶液に、硬化剤および硬化助剤を加えて撹拌し、エポキシ樹脂組成物溶液を調製した。前記エポキシ樹脂組成物溶液を、離型紙に塗布して８０℃〜９０℃で３分間乾燥させてエポキシ樹脂組成物シートを作製した。繊維目付１００ｇ／ｍ２の炭素繊維シートに得られたエポキシ樹脂組成物シートをホットメルト法により含浸させ、炭素繊維含有率が７０質量％のプリプレグを作製した。
【００８４】
エポキシ樹脂組成物、プリプレグについての評価結果を表１〜表４に示した。
【００８５】
【表１】
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【００８６】
【表２】
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【００８７】
【表３】
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【００８８】
【表４】
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【００８９】
表１〜表４で使用した原料は、以下の通りである。
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１９０ｇ／ｅｑ）：三菱化学社製、ｊＥＲ８２８ＥＬ（常温で液体状、粘度（２５℃）：１２０〜１５０Ｐ）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１９７５ｇ／ｅｑ）：三菱化学社製、ｊＥＲ１００７（常温で固体状）
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１６５ｇ／ｅｑ）：三菱化学社製、ｊＥＲ８０６（常温で液体状、粘度（２５℃）：１５〜２５Ｐ）
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１０７０ｇ／ｅｑ）：三菱化学社製、ｊＥＲ４００５Ｐ（常温で固体状）
フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１８０ｇ／ｅｑ）：三菱化学社製、ｊＥＲ１５４（一分子あたりのエポキシ基数：３個以上）
ポリビニルホルマール：ＪＮＣ社製、ビニレック（登録商標）Ｅ
ジシアンジアミド：三菱化学社製、ＤＩＣＹ７
尿素誘導体：保土ヶ谷化学工業社製、ＤＣＭＵ−９９（３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチル尿素）
Ｔ７００ＳＣ：東レ社製炭素繊維、トレカＴ７００ＳＣ（引張弾性率２４ｔｆ／ｍｍ２（２３５ＧＰａ））
Ｔ８００ＳＣ：東レ社製炭素繊維、トレカ（登録商標）Ｔ８００ＳＣ（引張弾性率３０ｔｆ／ｍｍ２（２９４ＧＰａ））
Ｍ４０ＪＢ：東レ社製炭素繊維、トレカＭ４０ＪＢ（引張弾性率４０ｔｆ／ｍｍ２（３９２ＧＰａ））
Ｍ５０ＪＢ：東レ社製炭素繊維、トレカＭ５０ＪＢ（引張弾性率５０ｔｆ／ｍｍ２（４９０ＧＰａ））
ＸＮ−１５：日本グラファイトファイバー製炭素繊維、ＧＲＡＮＯＣ  ＸＮ−１５（引張弾性率１５ｔｆ／ｍｍ２（１４７ＧＰａ））
ＹＳＨ−６０Ａ：日本グラファイトファイバー製炭素繊維、ＧＲＡＮＯＣ  ＹＳＨ−６０Ａ（引張弾性率６３ｔｆ／ｍｍ２（６１８ＧＰａ））
ＹＳ−８０Ａ：日本グラファイトファイバー製炭素繊維、ＧＲＡＮＯＣ  ＹＳ−８０Ａ（引張弾性率８０ｔｆ／ｍｍ２（７８５ＧＰａ））
【００９０】
表１〜表４から、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を所定量含み、その硬化物のメチルエチルケトン膨潤率が２０質量％〜４４質量％であるエポキシ樹脂組成物を用いたプリプレグＮｏ．ＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ５〜ＰＰ７、ＰＰ９〜ＰＰ１２は、タック性およびドレープ性が良好である。また、これらのプリプレグからなる繊維強化エポキシ樹脂材料は、引張強度が高いことが分かる。
【００９１】
プリプレグＮｏ．ＰＰ３、ＰＰ４は、エポキシ樹脂成分全体のエポキシ当量が高すぎるため、ドレープ性が劣る。プリプレグＮｏ．ＰＰ８は、メチルエチルケトン膨潤率が４５．６質量％と高すぎるため、繊維強化エポキシ樹脂材料の引張強度が劣る。プリプレグＮｏ．ＰＰ１３、ＰＰ１４は、メチルエチルケトン膨潤率が１９．６質量％、１３．２質量％と低すぎるため、ドレープ性が劣る。プリプレグＮｏ．ＰＰ１５は、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有しておらず、また、メチルエチルケトン膨潤率が１３．１質量％と低すぎるため、引張試験の試験片作製できなかった。
【００９２】
［繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体の作製］
繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体は、シートワインディング法により作製した。すなわち、図３に示したように、プリプレグ１〜８を順番に芯金（マンドレル）に巻回した。プリプレグ１が、最内層を構成し、プリプレグ８が最外層を構成する。プリプレグ１、４、５，７、８は、強化繊維の配列方向が、管状体の軸線に対して平行に配されるストレートプリプレグである。プリプレグ２，３は、強化繊維の配列方向が、管状体の軸線に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグである。プリプレグ６は、強化繊維の配列方向が、管状体の軸線に対して直角に配されるフーププリプレグである。図４に示したように、プリプレグ２とプリプレグ３、および、プリプレグ５とプリプレグ６とを貼り合わせて、強化繊維の傾斜方向が交差するようにした。なお、プリプレグ１〜８には、表５〜表１０に示すものを用いた。得られた巻回体の外周面にテープを巻き付けて、加熱して硬化反応を行った。巻回条件および硬化条件を以下に示した。図３、４中、寸法は、ｍｍ単位で表示されている。
【００９３】
巻回条件：
ローリングスピード：３４Ｈｚ
テープ：信越化学社製ＰＴ−３０Ｈ、テンション６０００±１００ｇｆ
ピッチ：２．０ｍｍ
主軸回転数：１８７０〜１８９０Ｈｚ
硬化条件：
（１）常温から８０℃に３０分で昇温
（２）８０℃±５℃で３０分±５分保持
（３）８０℃から１３０℃に３０分間で昇温
（４）１３０℃±５℃で１２０分±５分間保持。
【００９４】
【表５】
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【００９５】
【表６】
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【００９６】
【表７】
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【００９７】
【表８】
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【００９８】
【表９】
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【００９９】
【表１０】
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【０１００】
Ｐ−８０５Ｓ−３：東レ社製、トレカプリプレグＰ８０５Ｓ−３（炭素繊維：Ｍ３０Ｓ（引張弾性率３０ｔｆ／ｍｍ２（２９４ＧＰａ））、樹脂含有量：４０質量％、密度１．４７ｇ／ｃｍ３）
【０１０１】
表５に示すように、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を所定量含み、その硬化物のメチルエチルケトン膨潤率が２０質量％〜４４質量％であるエポキシ樹脂組成物を用いた管状体Ｎｏ．１、２、５〜７、９〜１２は、３点曲げ強度が高い。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のプリプレグを用いて作製された繊維強化エポキシ樹脂材料製の管状体は、例えば、ゴルフクラブシャフト、釣竿、テニスラケット、バトミントンラケットなどに好適に使用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１〜８：プリプレグ、１０：チャック、１２：エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる試験片、１４：アルミタグ、１６：強化繊維、１８：管状体、２０：支点、２２：支点間の中点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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