JP2000027082A - 繊維強化プラスチック製素線及びより線並びにそれらの製造方法 - Google Patents

繊維強化プラスチック製素線及びより線並びにそれらの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐環境性に優れ、実使用状況での長期耐久性
に優れた繊維強化プラスチック製素線及びより線並びに
それらの製造方法を提供する。 【解決手段】 マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ス
トランドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラス
チック製素線の芯材を形成し、その周囲に第１外層とし
て吸湿防止、電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次
にその周囲に第２外層としての紫外線防止、摩耗防止の
効果を持つ被覆繊維を配する３層構造を特徴とする繊維
強化プラスチック製素線及び素線の複数本を撚合したよ
り線並びにそれらの製造方法である。 【効果】 本発明によって得られる繊維強化プラスチッ
ク製素線により耐環境性に優れ、実使用状況での長期耐
久性に優れた構造用ワイヤー等が提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化プラスチ
ック製素線及びより線並びにそれらの製造方法に係り、
例えば、吊り橋や構造物のロープ、ワイヤ、ケーブルと
して使用される。また、船舶、海中観測機、ブイ等の係
留、各種メッセンジャーワイヤー、送電線等のテンショ
ンメンバーとしても使用される。
【０００２】
【従来の技術】従来、前記の目的に使用されるワイヤー
等は、鋼材を主流に種々のものがある。しかし、最近で
は海水中や潮風での暴露、各種腐食性ガスでの暴露等の
耐蝕性に優れ、金属に比べ軽量で強度に優れる繊維強化
プラスチックのワイヤーが各種開発されている。
【０００３】本発明者も、繊維強化プラスチック製棒材
及びその製造方法（特願平６−２０５８０２号）で周辺
材料との接着性がよくコスト的にも安価なものを提案し
ている。
【０００４】また、特公平６−６０４７１号公報にも繊
維強化プラスチック材料からなる複合線条体を提案して
いる。これらは、芯材の周りに周辺材料との接着性のた
めに被覆材をもうけたり、各線条材を互いに接着させな
いために被覆材を配している。
【０００５】しかしながら、このような被覆された繊維
強化プラスチックでは、各種の複合された耐環境に対し
て十分な長期安定性を保持しうることは、不可能であ
る。近年、各種ワイヤーとしての実使用が現実身をおび
てきたのに対し、前記の提案では現在、コンクリート中
への埋め込み或は、短期使用にしか耐えることができず
用途拡大がおぼつかない。
【０００６】特に耐環境として、吸湿それに関連する電
食は、長期的に重要であり、紫外線の問題は、繊維強化
プラスチックでは考慮しなくてはいけない問題点であ
る。また、ワイヤー等の使用では、線同士あるいは外部
部材との接触、振動による摩耗も考慮しなくては長期使
用に耐える実製品にならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、耐環境性に優れ、実使用状況での長期耐久性に優れ
た繊維強化プラスチック製素線及びより線並びにそれら
の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の目的
は、（１） マトリックス樹脂を含浸した強化繊維スト
ランドを１本又は複数本束ねて形成された未硬化繊維強
化プラスチック製素線の芯材と、該芯材の周囲に配され
てなる、吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維を
用いて構成された第１外層と、該第１外層の周囲に配さ
れてなる、紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊
維を用いて構成された第２外層と、からなる３層構造を
有する未硬化繊維強化プラスチック製素線を（加圧）加
熱硬化してなるものであることを特徴とする繊維強化プ
ラスチック製素線により達成されるものである。
【０００９】この３層構造により耐環境性に優れ、実使
用状況での長期耐久性に優れた繊維強化プラスチック製
素線及びより線を提供するものである。
【００１０】また、本発明の他の目的は、（２） 前記
芯材のストランドを構成する強化繊維が炭素繊維であ
り、第１外層を構成する被覆繊維がガラス繊維またはア
ラミド繊維であり、第２外層を構成する被覆繊維がアラ
ミド繊維またはガラス繊維であることを特徴とする上記
（１）に記載の繊維強化プラスチック製素線によっても
達成されるものである。
【００１１】さらに、本発明の他の目的は、（３） 前
記強化繊維ストランドにおけるマトリックス樹脂付着量
が、２０〜５０重量％であることを特徴とする上記
（１）または（２）に記載の繊維強化プラスチック製素
線によっても達成されるものである。
【００１２】さらにまた、本発明の他の目的は、（４）
前記マトリックス樹脂のガラス転移点が、１８０℃以
上であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれ
か１つに記載の繊維強化プラスチック製素線によっても
達成されるものである。
【００１３】なお、本発明の他の目的は、（５） 上記
（１）〜（４）のいずれか１つに記載の未硬化繊維強化
プラスチック製素線が、複数本撚合されて（加圧）加熱
硬化されたものであることを特徴とする繊維強化プラス
チック製より線によっても達成されるものである。
【００１４】また、本発明の他の目的は、（６） マト
リックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は
複数本束ねて未硬化繊維強化プラスチック製素線の芯材
を形成し、該芯材の周囲に第１外層として吸湿防止及び
電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次に該第１外層
の周囲に第２外層としての紫外線防止及び摩耗防止の効
果を持つ被覆繊維を配して３層構造を特徴とする未硬化
繊維強化プラスチック製素線を形成し、該未硬化繊維強
化プラスチック製素線を（加圧）加熱硬化することを特
徴とする繊維強化プラスチック製素線の製造方法によっ
ても達成されるものである。
【００１５】さらに、本発明の他の目的は、（７） 上
記（６）に記載の未硬化繊維強化プラスチック製素線を
複数本撚合し（加圧）加熱硬化することを特徴とする繊
維強化プラスチック製より線の製造方法によっても達成
されるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】本発明における繊維強化プラスチック製素
線の芯材を構成するストランドは、強度を保持する繊維
であり、高強度高弾性の無機繊維又は有機繊維のいずれ
でも良く、無機繊維としては炭素繊維、ガラス繊維、炭
化けい素繊維、ステンレス繊維等が使用でき、また、有
機繊維としては、アラミド繊維、ビニロン繊維等が使用
できる。これらは通常数１０フィラメントから数１０万
フィラメントの範囲で収束した繊維束から構成されてお
り、一般的にストランドと総称されている。
【００１８】ストランドとしては、これら繊維のなかで
軽量高強度高弾性から好ましくは炭素繊維を使用するこ
とが有効である。
【００１９】また、本発明で用いる樹脂としては、熱可
塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれでもよいが、好
ましくは熱硬化性樹脂であり、エポキシ樹脂、ウレタン
アクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリエステル
樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂を用いることが
できる。また、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ポリ
プロピレン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）
等をもちいることができる。
【００２０】特に好ましくは、長期的に安定で強度に優
れ一般産業用として安価に容易に製造することから鑑み
ガラス転移点１８０℃以上のエポキシ樹脂を用いること
が有効である。
【００２１】このガラス転移点が１８０℃未満のエポキ
シ樹脂を使用すると高温での長期耐久性が望めない。
【００２２】また、これらの樹脂をストランドに含浸さ
せる際の樹脂の含有量は、２０〜５０重量％が好まし
い。この樹脂の含有量が２０重量％より少ないと素線内
のフィラメント間の接着が不十分であり、加圧加熱硬化
した該棒材（繊維強化プラスチック製素線ないしより
線）内にボイドが発生して該棒材自体の強度が低下す
る。
【００２３】また、樹脂の含有量が５０重量％より多く
なると、硬化時に樹脂が表面層ににじみ出し硬化物の表
面樹脂が多くなり単位断面積あたりの強度が低下する。
【００２４】本発明の第１外層として吸湿防止及び電食
防止の効果を持つ被覆繊維としては強度はほとんど該棒
材に寄与しないため、高強度高弾性の繊維を用いる必要
はない。これは、上記の被覆材繊維の被覆角が、棒素材
の長手方向を０°とすると、１０°より小さくすること
は製造上無理であることから判断され１０°以上となっ
てしまう。通常、被覆角が１０°以上となると繊維自体
の引張強度が著しく低下するからである。
【００２５】該吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆
繊維としては、ガラス繊維、炭化けい素繊維等の無機繊
維が使用できるが、価格や繊維の収縮性から好ましくは
ガラス繊維が使用できる。
【００２６】本発明の第２外層として紫外線防止及び摩
耗防止の効果を持つ被覆繊維としては強度はほとんど該
棒材に寄与しないため、高強度高弾性の繊維を用いる必
要はない。これは、上記の被覆材繊維の被覆角が、棒素
材の長手方向を０°とすると、１０°より小さくするこ
とは製造上無理であることから判断され１０°以上とな
ってしまう。通常、被覆角が１０°以上となると繊維自
体の引張強度が著しく低下するからである。
【００２７】該紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被
覆繊維としては、アラミド繊維、ステンレス素繊維等が
使用できるが、価格や繊維の収縮性から好ましくはアラ
ミド繊維が使用できる。
【００２８】該被覆繊維は素線の芯材と同様の樹脂を使
用し、樹脂の含有量は、２０〜５０重量％が好ましい。
【００２９】他の樹脂を使用すると強度低下や長期安定
性が低下する界面剥離を引起こし、素線の芯材と被覆材
とは同時硬化により界面力を強固にする必要がある。
【００３０】また、素線の表面を構成する被覆繊維の層
の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍが有効である。０．５
ｍｍより大きい場合、該棒材の見かけ断面積が大きくな
り、単位断面積当たりの強度が低下する。加えて層間の
硬化割れの一因ともなる。０．０５ｍｍ未満では本発明
に関する素線及びより線の耐久性が低下することにな
る。
【００３１】上述した本発明の繊維強化プラスチック製
素線は、マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストラン
ドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラスチック
製素線の芯材を形成し、該芯材の周囲に第１外層として
吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次
に該第１外層の周囲に第２外層としての紫外線防止及び
摩耗防止の効果を持つ被覆繊維を配して３層構造を特徴
とする未硬化繊維強化プラスチック製素線を形成し、該
未硬化繊維強化プラスチック製素線を加熱硬化すること
を特徴とする繊維強化プラスチック製素線の製造方法に
より得られる。ものである。同様に、上述した本発明の
繊維強化プラスチック製より線は、上記未硬化繊維強化
プラスチック製素線を複数本撚合し加熱硬化することを
特徴とする繊維強化プラスチック製より線の製造方法に
より得られるものである。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の繊維強化プラスチック製芯材
素材（素線ないしより線）及びその製造方法を実施例に
よって具体的に説明する。
【００３３】実施例１ Ｔｇ＝２００℃のエポキシ樹脂マトリックスを弾性率２
３．５ｔｏｎ／ｍｍ2の１２０００フィラメント炭素繊
維に樹脂付着量として３２重量％含浸させた。このスト
ランドを１０本収束させてストランド束とした。このス
トランド束の外周に編角＋６０°になるように１１５０
デニールのガラス繊維を２本束にしてＴｇ＝２００℃の
エポキシ樹脂マトリックスを３２重量％含浸した物を巻
き付け第１外周０．２ｍｍの層を構成する。次にその外
周に編角−６０°になるように４９００デニールのアラ
ミド繊維を１本にＴｇ＝２００℃のエポキシ樹脂マトリ
ックスを３２重量％含浸した物を巻き付け第２外周０．
２ｍｍの層を構成した。この中間体は、図１、図３ａの
構造をしている。
【００３４】実使用では、図３ｂのような撚線形状をと
るのが一般的であるが評価のためこの中間体１ストラン
ド（素線）を図３ａのように直線のまま２００℃３時間
で硬化させた。
【００３５】比較例１ Ｔｇ＝１２０℃のエポキシ樹脂マトリックスを弾性率２
３．５ｔｏｎ／ｍｍ2の１２０００フィラメント炭素繊
維に樹脂付着量として３２重量％含浸させた。このスト
ランドを１０本収束させてストランド束とした。このス
トランド束の外周に４５０デニールのビニロンと、６０
０デニールのポリプロピレンとを、１対１の割合で編角
４５°となるように組ひも状に巻き付けて、中間体を得
た。実施例１と同様に評価のために図３ａのストランド
（素線）１本で直線のまま１５０℃で４時間で硬化させ
た。
【００３６】比較例２ 実施例１と同様に芯材を製作し、第１外周を構成した上
に第２外周を被覆せずに２００℃３時間で硬化させた。
【００３７】比較例３ 実施例１と同様に芯材を製作し、第１外周のガラス繊維
を被覆せずに芯材外周に直接第２外周を被覆させ、中間
体を得て２００℃３時間で硬化させた。
【００３８】これら評価材を１２０℃で４００時間処理
したもの、あるいは６０℃湿度８０％に４００時間処理
したものにつきストランド（１素線）の引張試験を実施
した。定着部３００ｍｍ、スパン２５０ｍｍとし全長８
５０mmで処理中は定着部保護のため定着部のみに保護テ
ープを巻いて処理した。
【００３９】引張強度試験結果を表１に示す。また表１
に同時に表面の耐摩耗性を比較した結果も示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【発明の効果】本発明によって得られる繊維強化プラス
チック製素線の芯材は、マトリックス樹脂を含浸した強
化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強
化プラスチック製素線の芯材を形成し、その周囲に第１
外層として吸湿防止、電食防止の効果を持つ被覆繊維を
配し、次にその周囲に第２外層としての紫外線防止、摩
耗防止の効果を持つ被覆繊維を配する３層構造を特徴と
する繊維強化プラスチック製素線で、実用においての耐
環境において長期使用が可能な繊維強化プラスチック製
素線が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の繊維化プラスチック製素線
の断面を模式的に示す図である。
【図２】 図２は、比較材としての従来報告された繊維
化プラスチック製素線の断面を模式的に示す図である。
【図３】 図３は、本発明の繊維化プラスチック製素線
及びより線を模式的に示す外観図であり、図３ａは、１
本の繊維化プラスチック製素線を示し、図３ｂは、撚合
された７本の繊維化プラスチック製素線（ストランド
束）からなるより線状である。
【付号の説明】
１…芯材、 ２…第１外層、 ２′…外層被覆部、 ３…第２外層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 105:08 (72)発明者 毎熊 宏則 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 Ｆターム(参考） 3B153 AA06 AA15 AA22 BB01 BB15 CC23 CC42 CC43 DD01 DD30 EE04 FF03 FF17 FF35 GG08 GG09 4F072 AA02 AB04 AB06 AB09 AB10 AC08 AD23 AH21 4F100 AD11A AG00B AG00C AK01A AK47B AK47C AK53 BA03 BA07 BA10A BA10C DA16 DG01A DG04B DG04C DH01A DH01B DH01C EH011 EH012 EH511 EH512 EJ082 EJ422 EJ821 GB31 GB90 JA05A JB02B JD09C JD15B JK09C JL00 YY00A 4F205 AA39C AC05 AD02 AD04 AD05 AD15 AE08 AE10 AG03 AG14 AH28 AH34 AH43 HA06 HA14 HA29 HA33 HA37 HA45 HB02 HC02 HC14 HC16 HC17 HK04 HK17 HL02 HL13 HL14 HT02 HT22 HW05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ス
    トランドを１本又は複数本束ねて形成された未硬化繊維
    強化プラスチック製素線の芯材と、 該芯材の周囲に配されてなる、吸湿防止及び電食防止の
    効果を持つ被覆繊維を用いて構成された第１外層と、 該第１外層の周囲に配されてなる、紫外線防止及び摩耗
    防止の効果を持つ被覆繊維を用いて構成された第２外層
    と、からなる３層構造を有する未硬化繊維強化プラスチ
    ック製素線を加熱硬化してなるものであることを特徴と
    する繊維強化プラスチック製素線。
  2. 【請求項２】 前記芯材のストランドを構成する強化繊
    維が炭素繊維であり、第１外層を構成する被覆繊維がガ
    ラス繊維またはアラミド繊維であり、第２外層を構成す
    る被覆繊維がアラミド繊維またはガラス繊維であること
    を特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製
    素線。
  3. 【請求項３】 前記強化繊維ストランドにおけるマトリ
    ックス樹脂付着量が、２０〜５０重量％であることを特
    徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プラスチッ
    ク製素線。
  4. 【請求項４】 前記マトリックス樹脂のガラス転移点
    が、１８０℃以上であることを特徴とする請求項１〜３
    のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック製素線。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の未
    硬化繊維強化プラスチック製素線が、複数本撚合されて
    加熱硬化されたものであることを特徴とする繊維強化プ
    ラスチック製より線。
  6. 【請求項６】 マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ス
    トランドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラス
    チック製素線の芯材を形成し、該芯材の周囲に第１外層
    として吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維を配
    し、次に該第１外層の周囲に第２外層としての紫外線防
    止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊維を配して３層構造
    を特徴とする未硬化繊維強化プラスチック製素線を形成
    し、該未硬化繊維強化プラスチック製素線を加熱硬化す
    ることを特徴とする繊維強化プラスチック製素線の製造
    方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の未硬化繊維強化プラス
    チック製素線を複数本撚合し加熱硬化することを特徴と
    する繊維強化プラスチック製より線の製造方法。
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