CN110494617B - Frp材料与结构体的粘合结构和粘合方法 - Google Patents

Frp材料与结构体的粘合结构和粘合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110494617B
CN110494617B CN201880021369.7A CN201880021369A CN110494617B CN 110494617 B CN110494617 B CN 110494617B CN 201880021369 A CN201880021369 A CN 201880021369A CN 110494617 B CN110494617 B CN 110494617B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base material
fiber
resin
fiber base
bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880021369.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110494617A (zh
Inventor
松井孝洋
越智宽
中村一史
松本幸大
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Legal Person Of Tokyo Metropolitan Public University
Toyohashi University of Technology NUC
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toyohashi University of Technology NUC
Toray Industries Inc
Tokyo Metropolitan Public University Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyohashi University of Technology NUC, Toray Industries Inc, Tokyo Metropolitan Public University Corp filed Critical Toyohashi University of Technology NUC
Publication of CN110494617A publication Critical patent/CN110494617A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110494617B publication Critical patent/CN110494617B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/12—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of short length, e.g. in the form of a mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/18—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length in the form of a mat, e.g. sheet moulding compound [SMC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure
    • B29C70/547—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure using channels or porous distribution layers incorporated in or associated with the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J201/00—Adhesives based on unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J5/00—Adhesive processes in general; Adhesive processes not provided for elsewhere, e.g. relating to primers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20—Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • C09J7/21—Paper; Textile fabrics
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • E04G23/02—Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E04G2023/0251—Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements

Abstract

纤维增强塑料材料与结构体的粘合结构和粘合方法，所述粘合结构是纤维增强塑料材料对于结构体的粘合结构，其特征在于，由纤维系基材和树脂形成的粘合层介于该结构体与纤维增强塑料材料之间，并且粘合层从纤维增强塑料材料的边缘伸出。对于现有的结构体，能够在施工现场容易且切实地通过所需的纤维增强塑料材料进行修复、增强，特别是能够在结构体与用于修复、增强的纤维增强塑料材料之间发挥足够高的粘合力，更切实地使结构体展现出由纤维增强塑料材料实现的作为目标的修复、增强性能。

Description

FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法
技术领域
本发明涉及FRP(纤维增强塑料)材料与结构体的粘合结构和粘合方法，特别是涉及对于需要变更用途的已设的结构体或由于腐蚀等而发生了截面缺损的已设的结构体，不实施螺栓接合或焊接接合，即使在施工现场也能够容易且切实地利用所需的FRP材料进行修复、增强，由此能够切实地提高或恢复已设的结构体的期望性能的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法。
背景技术
在与已设的结构体(例如表面材质为钢或FRP的结构体)的用途变更相伴而谋求其性能提高的情况下，作为增设的钢板等结构用部件与母材(已设的结构体)的接合使用螺栓接合或焊接接合。但是在这些方法中，例如由于螺栓孔成为截面缺损或残留应力被导入焊接接合部，有可能会对母材添加负担，导致新的缺陷产生。另外，在增设的结构用部件为钢制的情况下，由于重量增加，不仅在设计上应考虑的作用力会增加，有时在施工现场的操作性方面也会产生问题。
另外，已知在结构体发生截面缺损时对其进行修补谋求性能恢复的情况下，例如对由于腐蚀等而变薄的钢结构体进行修补的情况下，使用增强纤维片、特别是碳纤维片，贴附与因变薄而失去的刚性相当的碳纤维片，由此使性能恢复的技术。
作为这样的利用碳纤维增强塑料(CFRP)进行的结构体的修复技术，除了在现场手糊(hand layup)修复的技术、利用腻子状的粘合剂将工厂中成形的CFRP平板贴附而进行修复的技术以外，近年来提出了通过VaRTM(Vacuum assisted RTM：真空辅助RTM，RTM：ResinTransfer Molding，树脂传递模塑)成形进行的修复技术。该VaRTM修复技术是在现场重叠干燥的增强纤维片，从其上由薄膜覆盖，利用真空泵将内部减压后注入树脂，将由增强纤维基材和树脂构成的FRP材料与结构体一体化的技术。为了切实地提高一体化修复效果，关键在于树脂切实地流入到粘合面，使其固化从而发挥期望的粘合力。但是现有技术中，存在树脂的环绕不充分，树脂无法充分到达FRP材料与结构体的粘合面，从而难以充分发挥粘合剂所具有的粘合强度这样的课题。
例如，专利文献1虽然记载了通过VaRTM成形进行增强，但关于用于发挥粘合强度的结构没有记载。因此，不存在粘合用基材层这样的概念，有可能无法使树脂切实地流入到所需的部位从而无法确保稳定的粘合强度。另外，在多层叠的情况下，通过高浸透性纤维材料的中间插入，虽然能够确保对于增强层的树脂浸渗性，但有可能树脂无法充分地到达粘合面，进而导致粘合强度降低。
另一方面，专利文献2公开了使用预浸料板的混凝土结构体的增强方法。虽然由于增强纤维基材是浸渗有树脂的预浸料板而能够确保粘合强度，但工序时间精力增加，并且根据树脂不同，在密封化后直到真空吸引为止的期间会开始发生树脂的固化，此外空气有可能残留在粘合面，造成低粘合强度。另外，虽然由于增设部件为预浸料板而品质高，但是会成为伴有加热的施工，因此需要热源设备等，存在操作步骤变得复杂这样的问题。
在先技术文献
专利文献1：特表平10-513515号公报
专利文献2：特开平11-148230号公报
发明内容
本发明的课题是提供对于需要变更用途的已设的结构体或由于腐蚀等而发生了截面缺损的已设的结构体，不实施螺栓接合或焊接接合，在施工现场能够容易且切实地利用所需的FRP材料进行修复、增强，由此能够切实地提高或恢复已设的结构体的期望性能的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法。特别是将在修复、增强对象结构体与作为增强材料的FRP材料之间发挥足够高的粘合力，使结构体切实地体现出由FRP材料带来的修复、增强性能作为课题。
为解决上述课题，本发明涉及的纤维增强塑料材料与结构体的粘合结构，是纤维增强塑料材料对于结构体的粘合结构，其特征在于，由纤维系基材和树脂形成的粘合层介于该结构体与纤维增强塑料材料之间，并且粘合层从纤维增强塑料材料的边缘伸出。
像这样的本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合结构，是作为增强材料的FRP材料向修复、增强对象结构体粘合的结构，在结构体与FRP材料之间明确存在用于发挥结构体与FRP材料的粘合力的粘合层，该粘合层介于结构体与FRP材料之间，FRP材料以足够高的粘合力与结构体粘合。该粘合层由纤维系基材和树脂形成，特别是通过在粘合层形成用的纤维系基材中浸渗树脂而形成，但为了粘合层发挥足够高的粘合力并且将该粘合力的参差变动抑制为较小，需要树脂对于纤维系基材充分地浸渗。也存在从形成FRP材料的增强纤维基材侧向纤维系基材浸渗的树脂，但仅靠这些通常难以期待对于纤维系基材浸渗足够的树脂，通常无法期望形成发挥足够高的粘合力的粘合层。因此本发明中，采用所形成的粘合层从FRP材料的边缘伸出的结构。即，采用粘合层形成用的纤维系基材从形成FRP材料的增强纤维基材的边缘伸出的结构。该纤维系基材的伸出部不需要树脂从FRP材料形成用的增强纤维基材中通过而浸渗，能够直接容易地使树脂浸渗到出现在外部的伸出部，因此通过该伸出部而浸渗的树脂以环绕的方式在纤维系基材中流动，能够使树脂充分良好地(即、在使残存空隙极小化的状态下充分良好地)浸渗纤维系基材整体树脂。特别是如果使用树脂浸渗性高的基材作为纤维系基材，则能够更容易地使树脂充分良好地浸渗纤维系基材整体。遍及纤维系基材整体充分浸渗树脂、在残存空隙极小化的状态下形成的粘合层，能够发挥足够高的粘合力，能够将所期望的高的粘合力的参差变动抑制为较小，通过该粘合层，FRP材料以足够高的粘合力与结构体粘合。换言之，具备这样优选的足够高的粘合力的FRP材料与结构体的粘合结构，作为粘合后的结构，通过结构体与FRP材料之间夹着粘合层的结构以及粘合层从FRP材料的边缘伸出的结构而达成。在不存在上述这样的粘合层的伸出部，例如粘合层的存在区域与FRP材料的存在区域为大致相同大小的情况下，无法期望树脂通过如上所述的伸出部浸渗纤维系基材，难以形成能够发挥足够高的粘合力的粘合层。
上述本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合结构中，上述粘合层从FRP材料的边缘伸出的长度优选为5mm以上且50mm以下。换言之，从增强纤维基材的边缘起到从上述边缘伸出的纤维系基材的边缘为止的直线距离成为伸出长度。在由于纤维系基材的边缘线与增强纤维基材边缘线不平行等理由，两边缘之间的距离不恒定的情况下，采取两边缘之间的最大距离。另外，该伸出部、特别是粘合层形成用的纤维系基材从FRP材料形成用的增强纤维基材的边缘伸出的伸出部，成为树脂向纤维系基材整体浸渗的入口，因此如果伸出长度过少，则难以使树脂良好且迅速地浸渗。从树脂良好且迅速浸渗这一方面出发，可以设为较大的伸出长度，但如果伸出长度过大，则实质上不具备结构体的修复、增强功能的粘合层部位会没有必要地变大，导致材料浪费或损害结构物的外观，因此伸出长度优选限制在所需最小限度，即、鉴于上述理由更优选为10mm以上且30mm以下。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合机构，能够很好地适用于结构体的设置粘合层的面由钢制成的情况，但也能够适用于结构体的设置粘合层的面由FRP制成的情况。此外，也能够适用于结构体的设置粘合层的面由能够发挥粘合层的足够高的粘合力的材质制成的情况。
作为上述粘合层所使用的纤维系基材，没有特别限定，例如优选形成为连续纤维随机取向的席垫状形态、具有空隙的网片状形态、以及由短切纤维构成的席垫状形态中的至少一个形态。如果是这样的形态，即使是比较薄的纤维系基材，也能够期望树脂良好且迅速地从上述伸出部浸渗纤维系基材整体。
作为上述粘合层的纤维体积含有率，没有特别限定，如果过低则与树脂粘合层没有区别，粘合层自身的强度会过低，有可能导致结构体容易从修复、增强用的FRP材料剥离，相反如果过高则树脂从伸出部的浸渗速度降低或树脂难以浸渗，难以使树脂充分良好地浸渗纤维系基材整体，有可能难以发挥粘合层的足够高的粘合力，因此作为纤维体积含有率优选为5％～40％的范围。粘合层自身承担高粘合力的发挥，其目的并不是增强强度的增大，因此不需要极高的纤维体积含有率。
另外，上述粘合层所使用的纤维系基材中，优选树脂良好且讯速地从上述伸出部浸渗纤维系基材整体，为此，该纤维系基材优选为树脂容易浸渗到一定程度以上的基材。树脂对于基材的浸渗难易度，例如可以将基材的透气性作为尺度来表示。基材的透气性通常被认为是与基材的空隙截面积相对应的尺度。从该观点出发，更具体而言，作为上述粘合层所使用的纤维系基材的1枚且单位宽度的空隙截面积，优选为0.05mm2/mm～1.0mm2/mm的范围。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合结构中，上述粘合层的树脂优选与FRP材料的基质树脂相同。如果是相同的树脂，则粘合层与FRP材料之间的亲和性极高，在两层之间不会发生层间剥离等问题。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合结构中，也可以采用以下形态：设置中间吸引用纤维系基材，该中间吸引用纤维系基材在上述纤维增强塑料材料的设置部中延伸(特别是在所设置的FRP材料的厚度方向中间部位沿FRP材料的面方向延伸)，并且从纤维增强塑料材料的边缘伸出，该中间吸引用纤维系基材在从纤维增强塑料材料的边缘伸出的部位重叠于形成粘合层的纤维系基材上。如果采用这样的形态，即使在FRP材料形成用的增强纤维基材较厚，是树脂难以沿厚度方向浸渗的基材的情况下，也能够使树脂经由配置在厚度方向中间部位的中间吸引用纤维系基材良好地浸渗到FRP材料形成用增强纤维基材中。因此，该中间吸引用纤维系基材优选为容易浸渗树脂的基材，优选为上述透气性高的基材。
本发明也提供一种纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，是纤维增强塑料材料对于结构体的粘合方法，其特征在于，包括以下工序：
对结构体的粘合面进行表面处理的工序；
在所述结构体的粘合面上依次配置形成粘合层的纤维系基材和形成纤维增强塑料材料的增强纤维基材，使纤维系基材从增强纤维基材的边缘伸出，暂时固定两个基材的工序；
将所述纤维系基材和增强纤维基材密封，并将密封内部减压的工序；
向减压了的密封内部注入树脂的工序；以及
养护所注入的树脂使其固化的工序。
上述本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合方法中，作为上述结构体的粘合面优选由钢制成，但本发明涉及的方法也能够适用于结构体的粘合面由FRP制成的情况。此外，也能够适用于结构体的粘合面由能够密封化并且能够发挥粘合层的足够高的粘合力的材质制成。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合方法中，也可以在设置纤维系基材之前，将与上述要注入的树脂相同的树脂涂布于结构体的粘合面。这样的话，即使是结构体在粘合面上存在微细的凹凸的情况下，也能够通过涂布树脂而在形成粘合层之前预先将粘合面形成为平坦的面，能够容易地形成期望的粘合层，并且能够通过涂布树脂而将粘合层对于结构体的粘合面的粘合强度预先确保为期望的水平。另外，预先涂布的未固化状态的树脂也能够用于设置纤维系基材和增强纤维基材时的暂时固定。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合方法中，优选对上述纤维系基材和上述增强纤维基材同时注入树脂。这样的话，能够更迅速地形成包含FRP材料和粘合层的修复、增强用的附加部位，使该操作更容易化。作为纤维系基材，优选尽可能使用树脂流动性优异的基材，例如可以使用玻璃纤维短切毡、玻璃纤维连续毡、玻璃纤维网片、玻璃纤维表面垫、聚丙烯网片、环氧树脂网片等。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合方法中，也可以在上述增强纤维基材的配置工序中，将中间吸引用纤维系基材配置为在增强纤维基材的设置部中延伸，从增强纤维基材的边缘伸出，并且在伸出的部位重叠于所述纤维系基材上。作为中间吸引用纤维系基材，优选尽可能使用树脂流动性优异的基材，例如可以使用玻璃纤维短切毡、玻璃纤维连续毡、玻璃纤维网片、玻璃纤维表面垫、聚丙烯网片、环氧树脂网片等。通过配置这样的中间吸引用纤维系基材，如上所述即使在FRP材料形成用的增强纤维基材较厚，是树脂难以沿厚度方向浸渗的基材的情况下，也能够使树脂经由配置在厚度方向中间部位的中间吸引用纤维系基材而良好地浸渗到FRP材料形成用增强纤维基材中。
另外，本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合方法中，也可以在上述暂时固定工序与上述密封、减压工序之间，具有覆盖纤维系基材和增强纤维基材的整体地配置能够在注入树脂固化后剥下的脱模基材的工序。这样的话，如后述的实施方式所示，能够在为了与FRP材料形成粘合层的树脂浸渗、固化后，将在与FRP材料形成粘合层后不再需要的、为了密封减压而覆盖整体的薄膜状部件或为了有助于树脂流动而设置的片状部件与脱模基材一起容易地除去，能够谋求操作整体的效率化。
像这样，根据本发明涉及的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法，能够对已设的结构体，在施工现场切实地利用所需的FRP材料进行修复、增强，特别是能够在结构体与用于修复、增强的FRP材料之间发挥足够高的粘合力，并且也能够将所期望的高粘合力的参差变动抑制为较小，能够使结构体更切实地体现出由FRP材料带来的作为目标的修复、增强性能。另外，粘合层的伸出部能够有助于在端部产生的应力缓和，即使对于反复产生的力也能够难以剥离。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式涉及的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法的概略结构图。
图2是表示本发明的另一实施方式涉及的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法的概略结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明的一实施方式涉及的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法，尤其表示施工时的状态。图1中，100表示结构体、特别是劣化了的钢结构体，在作为该修复、增强的对象的钢结构体100的对象表面上，粘合修复、增强的FRP材料。图1表示配置有形成由增强纤维基材和基质树脂构成的FRP材料之前的(基质树脂浸渗、固化前的)增强纤维基材的状态。
图1所示的用于修复、增强的施工中，首先对成为修复、增强的对象的钢结构体100的表面(粘合面1)实施清除灰尘或减少不必要的凹凸的表面处理。该表面处理只要能够顺利进行本发明的粘合层的形成就不特别限定，进行用于除去通常的油渍、锈迹的清扫，或根据情况利用砂纸等进行表面研磨即可。
在实施了表面处理的钢结构体100的粘合面1上，用于形成粘合层的纤维系基材2的层和用于形成FRP材料的增强纤维基材3的层依次层叠，在以纤维系基材2从增强纤维基材3的边缘伸出的方式配置之后，将两个基材2、3暂时固定。纤维系基材2的伸出长度例如设定为5mm以上，优选为10mm以上。纤维系基材2从增强纤维基材3的边缘伸出的伸出部4的形态，可以采用从增强纤维基材3的至少一端边缘、优选为两侧的边缘伸出的形态，以及从增强纤维基材3的实质整个周围的边缘伸出的形态中的任一者。
纤维系基材2的形态如上所述，例如形成为连续纤维随机取向的席垫状形态、具有空隙的网片状形态、以及由短切纤维构成的席垫状形态中的至少一个形态。对于纤维系基材2所使用的纤维的种类不特别限定，例如可以使用与用于形成FRP材料的增强纤维基材3所使用的纤维的种类相同的纤维，例如可举出碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、酚醛纤维、以及它们的组合等，另外由于粘合层是负责传递载荷的层，因此也可以使用其它有机纤维、无机纤维。另外，同样地由于粘合层是负责传递载荷的层，因此形成后的粘合层、纤维系基材2的层厚可以不那么大，例如以浸渗树脂之前的体积厚度计可以为0.05～0.70mm左右的厚度。该纤维系基材2的树脂浸渗、固化后而形成的粘合层中，纤维体积含有率如上所述优选为5～40％的范围。
另外，纤维系基材2如后所述主要从伸出部4浸渗树脂，为了该树脂浸渗迅速切实地进行，如上所述作为表示树脂浸渗的难易度的指标的纤维系基材2的1枚且单位宽度的空隙截面积优选为0.05mm2/mm～1.0mm2/mm的范围。
再者，省略了图示，也可以在配置纤维系基材2之前，如上所述将与后述的要注入的树脂相同的树脂涂布于钢结构体100的粘合面1。另外，对于向下一工序推进时的树脂的固化状态没有限定，也可以用于纤维系基材和增强纤维基材的暂时固定。
在纤维系基材2和增强纤维基材3配置为预定形态之后，将纤维系基材2和增强纤维基材3密封，对密封内部减压，向减压了的密封内部注入树脂。图1所示的形态中，在上述暂时固定工序与上述密封、减压工序之间，覆盖纤维系基材2和增强纤维基材3的整体地配置能够在注入树脂固化后剥下的脱模基材5。作为该脱模基材5，例如可以使用氟树脂涂层玻璃纤维布、聚乙烯板、聚丙烯板等。但在将后述的树脂流体片6残留在FRP材料的表面并一体化的情况下，脱模基材5也可以设置在树脂流体片6上，在将后述的密闭性薄膜7剥离时能够通过脱模基材5的剥离而将密闭性薄膜7切实地剥离，在即使没有脱模基材5也能够将密闭性薄膜7剥离的情况下，也可以省略脱模基材5的设置。
另外，图1所示的形态中，在上述脱模基材5上，为了使如后所述要注入的树脂迅速且均匀地分布在所需部位整体，配置树脂流体片6(也称为树脂扩散片)。来自树脂流体片6的树脂难以浸渗增强纤维基材3和纤维系基材2，因此上述脱模基材5使用具有树脂透过性的基材。作为该树脂流体片6，例如可使用尼龙网片、聚乙烯网片、聚酯网片、聚丙烯网片等。
在配置了脱模基材5和树脂流体片6之后，利用密闭性薄膜7覆盖包含纤维系基材2和增强纤维基材3的整体，并通过密封件8进行密封，由此将内部密封。作为该密闭性薄膜7，例如可使用尼龙薄膜、聚乙烯薄膜、聚酯薄膜、硅片等。从被密闭性薄膜7覆盖的密封内部9，经由真空吸引泵10进行排气，向减压了的密封内部9注入树脂。图1所示的形态中，设置在外部的树脂罐13中的液状的树脂14通过减压状态的吸引，向配置于树脂注入侧11的树脂注入路径12供给，所供给的树脂14由此经由树脂流体片6主要向增强纤维基材3输送并浸渗，并且主要从纤维系基材2的伸出部4向纤维系基材2遍及整体地浸渗。在真空吸引侧15配置真空吸引路径16，通过由此经由真空吸引泵10的排气，进行从密封内部9的排气和用于注入树脂的减压吸引。向该增强纤维基材3浸渗树脂与向纤维系基材2浸渗树脂实质同时进行。
在树脂注入、浸渗后，养护所注入的树脂使其固化。固化可以在常温下进行，如果存在其它更适合固化的温度，也可以将气氛温度控制为该温度。通过树脂的固化，形成在增强纤维基材3中浸渗、固化有树脂的本发明的FRP材料(省略图示)，和在纤维系基材2中浸渗、固化有树脂的本发明的粘合层(省略图示)。所形成的粘合层残留有与图1所示相同的从FRP材料的边缘伸出的伸出部。在该树脂的固化、养护完成之前或完成之后，将对于实施了修复、增强的钢结构体100而言不再需要的树脂流体片6、密闭性薄膜7、密封件8、树脂注入路径12、真空吸引路径16与脱模基材5一起剥离除去。
经由这样形成的粘合层，FRP材料以稳定的高粘合力与钢结构体100粘合，能够发挥钢结构体100所期望的修复、增强性能。
图2表示本发明的另一实施方式涉及的FRP材料与结构体的粘合结构和粘合方法，特别是表示施工时的状态。图2中与图1所示的形态相比，在增强纤维基材3的配置工序中设置中间吸引用纤维系基材21，该中间吸引用纤维系基材21配置为在增强纤维基材3的设置部中延伸，从增强纤维基材3的边缘伸出，并且在伸出的部位重叠于纤维系基材2上(纤维系基材2的伸出部4上)。关于中间吸引用纤维系基材21的设置，例如图示，将增强纤维基材3在厚度方向上分割，在第一段的增强纤维基材3上配置中间吸引用纤维系基材21，在其上层叠第二段的增强纤维基材3。除了中间吸引用纤维系基材21的设置以外，实质与图1所示的形态相同，因此对于图2中与图1相同的部位通过附带与图1相同的标记而省略说明。
通过将上述的中间吸引用纤维系基材21配置为在增强纤维基材3的设置部中延伸并且从增强纤维基材3的边缘伸出，从该伸出部流入的注入树脂能够在中间吸引用纤维系基材21中迅速流动，向增强纤维基材3中浸渗。即、通过经由中间吸引用纤维系基材21的树脂浸渗，能够有助于对密封内部9的增强纤维基材3的整体的树脂浸渗。因此，即使在FRP材料形成用的增强纤维基材3较厚，是树脂难以在厚度方向上浸渗的基材的情况下，也能够通过在厚度方向中间部位配置如上所述的中间吸引用纤维系基材21，使树脂良好地浸渗到FRP材料形成用增强纤维基材3中。其它作用、效果基于图1所示的形态。
实施例
以下，为了确认本发明的效果，按照以下步骤确认通过VaRTM成形而贴附的CFRP与钢材的粘合强度。
[试验体的制作]
在将厚度12mm、宽度200mm、长度250mm的两枚钢板(弹性模量206kN/mm2)非粘合地对接的状态下，在包含对接部的两枚钢板上涂敷粘合层用的纤维系基材，从其上层叠7层本发明的FRP材料构成用的长度不同的单向碳纤维片トレカクロスUM46-40(东丽制，碳纤维量400g/m2，弹性模量440kN/mm2)。
由层叠的炭纤维片构成的增强纤维基材，具有7层连续的固定长度100mm，并且具有朝向碳纤维片端部、以10mm间隔缩短碳纤维片而制作的锥形(长度60mm)。
在所述纤维系基材和增强纤维基材上被覆脱模基材，从其上设置树脂流体片。在基材周围设置密封胶带、吸管和树脂注射管，进而从其上被覆密封性薄膜之后，利用真空泵进行吸引，使由密封性薄膜覆盖的空间真空化。
然后，在使真空泵工作的状态下注入双组分(2液性)常温固化型环氧树脂AUP40(东丽ACE公司制)，使树脂浸渗后，停止真空泵，将两个管密封，在常温下养护直到树脂固化为止。
在树脂固化而形成碳纤维增强塑料CFRP之后，将试验体切成宽度为15mm，准备拉伸剪切粘合试验体。使用力学试验机，夹持切断粘合试验体的两端部，将试验体拉伸直到CFRP剥离为止。
[粘合层用纤维基材的空隙截面积的测定方法]
基于JIS R 7602碳纤维织物试验方法，测定基材厚度(mm)。接着，以100mm×100mm切取基材，测定每10,000mm2的重量(纤维单位面积重量)。然后，根据使用的材料的密度通过下式计算基材的密度厚度。接着，将基材厚度减去密度厚度，由此计算1枚的单位宽度的空隙截面积(mm2/mm)。
密度厚度(mm)＝纤维单位面积重量(g/m2)÷纤维密度(g/cm3)
1枚的空隙截面积(mm2/mm)＝基材厚度(mm)－密度厚度(mm)
[试验结果]
将通过力学试验机得到的拉伸载荷，除以由试验体宽度与固定量相乘得到的面积，求出粘合强度。
粘合强度(N/mm2)＝拉伸载荷(N)/(试验体宽度(mm)×固定长度(mm))
如表1所示，各试验级别的比较不仅考虑到了平均AVE.，还考虑到了标准偏差σ，并且使用以99.7％概率发生的粘合强度进行比较。
比较的结果，如果使粘合层用的纤维系基材从增强纤维基材伸出则平均参差变动减小，粘合强度提高。另外，在将网片用于纤维系基材的情况下或预先将树脂涂布于粘合层，粘合强度进一步提高。
表1
Figure BDA0002215971190000131
工业可利用性
本发明不仅适用于基础设施建设结构体，也适用于飞机、汽车、船舶等的金属系材料的修复、增强。
附图标记说明
1 粘合面
2 纤维系基材
3 增强纤维基材
4 伸出部
5 脱模基材
6 树脂流体片
7 密闭性薄膜
8 密封件
9 密封内部
10 真空吸引泵
11 树脂注入侧
12 树脂注入路径
13 树脂罐
14 树脂
15 真空吸引侧
16 真空吸引路径
21 中间吸引用纤维系基材
100 钢结构体

Claims (7)

1.一种纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，是由单向纤维片构成的纤维增强塑料材料对于结构体的粘合方法，其特征在于，包括以下工序：
对结构体的粘合面进行表面处理的工序；
在所述结构体的粘合面上依次配置形成粘合层的纤维系基材和形成纤维增强塑料材料的增强纤维基材，使纤维系基材从增强纤维基材的边缘伸出，暂时固定两个基材的工序；
将所述纤维系基材和增强纤维基材密封，并将密封内部减压的工序；
向减压了的密封内部注入树脂的工序；以及
养护所注入的树脂使其固化的工序，
向所述增强纤维基材浸渗树脂与向所述纤维系基材浸渗树脂实质同时进行，
在所述注入树脂的工序中，所述树脂直接浸渗到所述纤维系基材从所述纤维增强塑料材料的边缘伸出的部位，并以环绕的方式在所述纤维系基材中流动，从而在使残存空隙极小化的状态下浸渗所述纤维系基材整体。
2.根据权利要求1所述的纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，
所述结构体的粘合面由钢制成。
3.根据权利要求1所述的纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，
所述结构体的粘合面由纤维增强塑料制成。
4.根据权利要求1所述的纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，
在设置所述纤维系基材之前，将与要注入的所述树脂相同的树脂涂布于所述结构体的粘合面。
5.根据权利要求1所述的纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，
在所述增强纤维基材的配置工序中，将中间吸引用纤维系基材配置为在增强纤维基材的设置部中延伸，从增强纤维基材的边缘伸出，并且在所述中间吸引用纤维系基材从所述增强纤维基材的边缘伸出的部位重叠于所述纤维系基材上。
6.根据权利要求1所述的纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，
在所述暂时固定工序与所述密封、减压工序之间，具有覆盖所述纤维系基材和增强纤维基材的整体地配置能够在注入树脂固化后剥下的脱模基材的工序。
7.根据权利要求1所述的纤维增强塑料材料与结构体的粘合方法，
所述纤维系基材从所述纤维增强塑料材料的边缘伸出的长度为5mm以上且50mm以下。
CN201880021369.7A 2017-04-25 2018-04-23 Frp材料与结构体的粘合结构和粘合方法 Active CN110494617B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-086066 2017-04-25
JP2017086066 2017-04-25
PCT/JP2018/016473 WO2018199032A1 (ja) 2017-04-25 2018-04-23 構造物へのｆｒｐ材の接着構造および接着方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110494617A CN110494617A (zh) 2019-11-22
CN110494617B true CN110494617B (zh) 2022-07-01

Family

ID=63920387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880021369.7A Active CN110494617B (zh) 2017-04-25 2018-04-23 Frp材料与结构体的粘合结构和粘合方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20200070429A1 (zh)
EP (1) EP3617424A4 (zh)
JP (1) JP7075343B2 (zh)
KR (1) KR102539633B1 (zh)
CN (1) CN110494617B (zh)
PH (1) PH12019502064A1 (zh)
WO (1) WO2018199032A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018130330B4 (de) * 2018-11-29 2023-02-09 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörpers
JP6958761B2 (ja) * 2019-03-18 2021-11-02 日本製鉄株式会社 自動車用補強鋼部材
EP3957474A4 (en) * 2019-04-16 2023-02-08 Nippon Steel Corporation METAL/FIBER REINFORCED RESIN COMPOSITE
CN112026201A (zh) * 2020-07-27 2020-12-04 国营芜湖机械厂 一种复合材料快速修理金属裂纹损伤的方法
KR102300526B1 (ko) * 2021-04-08 2021-09-09 국방과학연구소 하이브리드 복합 섬유 재료, 제조 방법 및 이를 포함하는 비행체 날개 구조물
CN115874841B (zh) * 2022-12-08 2023-07-18 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种预应力frp布均匀加固装置及方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9501193D0 (en) * 1995-01-21 1995-03-15 Devonport Management Ltd Reinforced material
CA2181497C (en) * 1996-07-18 2002-04-09 Fernand Ellyin Carbon fiber-reinforced polymer patch for defect repair of a structural steel component
JP3014993B2 (ja) 1997-11-17 2000-02-28 株式会社ケー・エフ・シー コンクリート構造物の補修または補強方法
JP2000213176A (ja) 1999-01-26 2000-08-02 Masatoshi Okura 既設コンクリ―ト材の表面補強方法
JP4104414B2 (ja) * 2002-10-09 2008-06-18 東レ株式会社 繊維強化樹脂成形体の製造方法
KR100513515B1 (ko) 2002-12-20 2005-09-07 현대자동차주식회사 기어 시험용 지그
CN1641130A (zh) * 2004-01-10 2005-07-20 周超 “纤维体外粘贴”进行结构加固的真空袋压法
JP2006306057A (ja) * 2005-03-28 2006-11-09 Toray Ind Inc Ｆｒｐ構造体の製造方法
JP4857032B2 (ja) 2006-06-15 2012-01-18 川崎重工業株式会社 鋼構造物の補強方法および補強構造
CN201962964U (zh) * 2011-03-24 2011-09-07 广西工学院 预应力纤维树脂复合筋嵌贴加固混凝土结构
JP6012951B2 (ja) * 2011-10-27 2016-10-25 倉敷紡績株式会社 構造物の補強繊維シートの末端被覆工法
DE102012201518A1 (de) * 2012-02-02 2013-08-08 Sgl Carbon Se Verstärkungssystem für Bauwerke
JP6581404B2 (ja) * 2015-06-23 2019-09-25 公立大学法人首都大学東京 鋼構造物への構造用部材による増設構造および増設方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3617424A1 (en) 2020-03-04
EP3617424A4 (en) 2021-01-27
WO2018199032A1 (ja) 2018-11-01
PH12019502064A1 (en) 2020-09-14
KR20200002803A (ko) 2020-01-08
CN110494617A (zh) 2019-11-22
KR102539633B1 (ko) 2023-06-02
BR112019019665A2 (pt) 2020-04-22
JPWO2018199032A1 (ja) 2020-02-27
JP7075343B2 (ja) 2022-05-25
US20200070429A1 (en) 2020-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110494617B (zh) Frp材料与结构体的粘合结构和粘合方法
CN109808199B (zh) 具有稳定元件的复合结构
US5879778A (en) Strengthening of structural members
BRPI0809350A2 (pt) Método para fabricar uma peça moldada compósita reforçada por fibra, e, peça moldada compósita reforçada por fibra
US20030219578A1 (en) Sheet moulding compound (SMC) with ventilating structure for entrapped gases
JP5891244B2 (ja) 複合材半径部を圧縮する方法および装置
JP2008531941A (ja) ヒーティングパッドを用いた２次ガスバリヤ接着方法
AU2001293967A1 (en) Sheet moulding compound (SMC) with ventilating structure for entrapped gases
US20090038702A1 (en) Cost effective repair of piping to increase load carrying capability
US20100139839A1 (en) Integral toolface breathing
Wu et al. Flexural behavior of concrete beams strengthened with new prestressed carbon-basalt hybrid fiber sheets
JP2017035848A (ja) 複合材部品の修理方法及び複合材部品の製造方法
US5738741A (en) Pre-fabricated vacuum bag and vacuum bag process to externally reinforce structural members with advanced composites
JP5860674B2 (ja) ライニング材
JP2005271247A (ja) Ｆｒｐの補強・補修方法
KR20020006081A (ko) 복합소재의 진공성형 부착에 의한 콘크리트 구조물의보강방법
KR20200024701A (ko) 프리폼 부형 방법 및 복합재 성형 방법
JP6581404B2 (ja) 鋼構造物への構造用部材による増設構造および増設方法
JP2020183115A (ja) 構造体の補修方法および構造補修成形体の製造方法
JP6301075B2 (ja) 鋼材の補修構造
JP2007168428A (ja) 複合材料の成形方法
KR20100029392A (ko) 액화천연가스 저장탱크용 방벽시트 결합체와 그 제조방법
BR112019019665B1 (pt) Construção de ligação de um material de plástico reforçado com fibra a uma estrutura existente e método de ligação de um material de plástico reforçado com fibra a uma estrutura existente
JP2022040589A (ja) 真空含浸成形方法。
WO2019219662A1 (en) Composite joint

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: TORAY INDUSTRIES, Inc.

Patentee after: Legal person of Tokyo Metropolitan Public University

Patentee after: National University Corporation TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: TORAY INDUSTRIES, Inc.

Patentee before: TOKYO METROPOLITAN University

Patentee before: National University Corporation TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY