JP2002248693A

JP2002248693A - Ｆｒｐ長尺成形体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002248693A
Application number: JP2001049995A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Tainaka; 誠一田井中; Takeshi Sasaki; 健佐々木; Yasuhiro Nishi; 泰博西
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2002-09-03

Abstract

(57)【要約】【課題】課題極薄成形品の幅寸法を安定して縦割れのな
い、かつ端部に棘状のササクレのない長尺ＦＲＰ成形体
を提供すること、さらに該長尺ＦＲＰ成形体を比較的簡
単に製造する製造方法を提供すること。【解決手段】繊維強化複合材料からなる長尺成形体であ
って、該成形体の主たる補強繊維の両側端部に、該主た
る補強繊維とは異なる補強繊維が配置されていることを
特徴とするＦＲＰ長尺成形体であり、連続的に給糸され
る主たる補強繊維の両側端部に、該主たる補強繊維とは
異なる補強繊維を配置し、これら２種の補強繊維に熱硬
化性樹脂を含浸し、金型内で加熱硬化または半硬化して
長尺成形体を成形し、加熱炉で後硬化した後、該長尺成
形体の少なくとも片側表面に表面処理を施すことを特徴
とするＦＲＰ長尺成形体の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＰ長尺成形体
とその製造方法に関し、建造物の補強、特にコンクリー
トのような構造物の補修／補強において、コンクリート
との接着効率を高めるＦＲＰ長尺成形体とそれを比較的
容易に製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】土木・建築分野において建造物の補強や
コンクリート構造物の補修／補強の施工方法として、従
来から炭素繊維、ガラス繊維、あるいはアラミド繊維の
ような強化繊維からなる織物に樹脂または接着剤を塗布
しながら複数枚貼り合わせる方法が行われている。

【０００３】また、別の施工法として、一方向に引き揃
えた上述の強化繊維に樹脂を含浸した後、金型内に通し
て硬化するいわゆる引き抜き成形法で成形したＦＲＰ長
尺成形体に接着剤を塗布して貼り付ける方法がある。

【０００４】前者の施工法では、生樹脂を使用するため
に特に補修・補強部分が天井部分のような場合には、施
工中に樹脂が作業者の身体に滴り落ちたり、また臭気等
が多量に発生することから安全衛生上問題であった。ま
た補強効果をあげるためには、貼り付け枚数を増やす必
要があることから施工に長時間を要した。これに比べて
後者の施工法は、ＦＲＰ成形体を粘度の高い特殊な接着
剤で貼り付けるために施工が容易で、かつ、工期が短時
間で完了できる上、作業者の安全衛生上の問題もないこ
とから後者の施工法に移行しつつある。

【０００５】このような状況下で、後者のＦＲＰ長尺成
形体を用いた施工方法が急速に増えつつあり、最近では
同成形体の要求特性についても施工案件によって板厚
が、従来の１〜２ｍｍの厚さから０．２ｍｍ〜０．５ｍ
ｍの極薄品や剛性の高いもの、幅が現在の５０ｍｍから
１００ｍｍ程度の広幅のもの、あるいは耐熱性や難燃性
に優れた特性を持ったＦＲＰ成形体が要求されつつあ
る。

【０００６】このようなＦＲＰ成形体を製造するに当た
って極薄品や広幅品の成形においては、板厚が１ｍｍ以
上の成形品の成形にくらべて成形品の幅寸法が変動して
長時間の成形が困難であり、また成形品が極薄品でか
つ、一方向材であることから施工中に繊維方向に沿って
割れるという、いわゆる「縦割れ」が発生するという問
題があった。また、成形品の端部に棘状のササクレが発
生する場合があり、施工時の取扱い性や作業性が良くな
いという問題もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した問題点に鑑みてなされたもので、極薄成形品の幅寸
法を安定して縦割れのない、かつ端部に棘状のササクレ
のない長尺ＦＲＰ成形体を提供すること、さらに該長尺
ＦＲＰ成形体を比較的簡単に製造する製造方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の長尺ＦＲＰ成形体は、以下の構成からなる。

【０００９】すなわち、繊維強化複合材料からなる長尺
成形体であって、該成形体の主たる補強繊維の両側端部
に、該主たる補強繊維とは異なる補強繊維が配置されて
いることを特徴とするＦＲＰ長尺成形体である。より具
体的には、繊維強化複合材からなる長尺ＦＲＰ成形体の
補強材として、同材を構成する主たる補強繊維（以下、
第１補強繊維という）と、第１補強繊維とは異なる補強
繊維（以下、第２補強繊維という）を配置することを特
徴とする長尺ＦＲＰ成形体であって、該第２補強繊維は
第１補強繊維の両側の成形体端部に配置されていて、か
つ、同ＦＲＰ成形体の補強繊維は一方向に配列されてな
るものである。

【００１０】かかる本発明のＦＲＰ長尺成形体におい
て、好ましくは、補強繊維の弾性率に関して、第１補強
繊維の弾性率にくらべて第２補強繊維の弾性率が、同等
であるかまたは小さな特性を持った材料構成からなるＦ
ＲＰ成形体であり、あるいは、さらに好ましくは、ＦＲ
Ｐ長尺成形体の主たる補強繊維とは異なる補強繊維（第
２補強繊維）が、アラミド繊維、ガラス繊維、熱可塑性
繊維またはそれらを用いた布帛物からなるものであり、
あるいは、さらに好ましくは、ＦＲＰ成形体の全補強繊
維の繊維体積含有率が４０〜８０％からなり、かつ重量
比で第１補強繊維と第２補強繊維の構成比率が２：１〜
６：１の範囲で構成されているＦＲＰ長尺成形体であ
る。

【００１１】また、上記の目的を達成する本発明の長尺
ＦＲＰ成形体の製造方法は、以下の構成からなる。

【００１２】すなわち、連続的に給糸される主たる補強
繊維の両側端部に、該主たる補強繊維とは異なる補強繊
維を配置し、これら２種の補強繊維に熱硬化性樹脂を含
浸し、金型内で加熱硬化または半硬化して長尺成形体を
成形し、加熱炉で後硬化した後、該長尺成形体の少なく
とも片側表面に表面処理を施すことを特徴とするＦＲＰ
長尺成形体の製造方法である。

【００１３】また、かかる本発明の長尺ＦＲＰ成形体の
製造方法において、好ましくは、連続的に給糸される主
たる補強繊維と該主たる補強繊維とは異なる補強繊維
を、糸張力０．３から３ｋｇ／本の範囲内で給糸して成
形することを特徴とするＦＲＰ長尺成形体の製造方法で
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の長尺ＦＲＰ成形体
とその製造方法について、好ましい実施の形態を図面を
参照しながら更に説明する。

【００１５】図１、図２は本発明に係るＦＲＰ成形体
１、１’の補強材の構成例を示す斜視図である。

【００１６】図１に示すＦＲＰ成形体１は、全体が長尺
で中実の平板状の成形体であって、例えば、土木、主に
コンクリート構造物の補修／補強用の補強材などとして
使用されるものである。このＦＲＰ成形体１は、一方向
に配列した第１補強繊維２と第２補強繊維３、および樹
脂硬化物４からなる成形体であって、この成形体の表面
には、施工時のコンクリート構造物の補強材として使用
するときにコンクリートとの接着力をより効果的に高め
るために、長手方向にスジ状の、いわゆる「目荒らし
部」５が施されている。

【００１７】また、図２は、補強繊維の他の構成例から
なるＦＲＰ成形体１’を示したものであって、構成例と
して、第２補強繊維の代わりに、例えば不織布や織物の
ような布帛物６で端部を包み込んだ成形体を示したもの
である。同図２においても図１と同様にＦＲＰ成形体
１’の表面には、目荒らし加工５が施してある。

【００１８】このようなＦＲＰ成形体１、１’に用いら
れる繊維は、すべての繊維強化プラスチック材に使用さ
れる繊維が用いられ得るが、より具体的には、第１補強
繊維として炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ある
いはシリコーンカーバイド繊維などを用いることができ
る。また、第２補強繊維としては、炭素繊維、アラミド
繊維、ガラス繊維、あるいは熱可塑性繊維または該繊維
を用いた布帛物などを用いることができ、特に好ましく
は、第１補強繊維よりも引っ張り弾性率が同等か小さな
無機繊維や有機繊維あるいは、ポリエステル繊維やポリ
アミド繊維のような熱可塑性繊維を用いることも好まし
いものである。

【００１９】あるいはさらに、第２補強繊維としては、
たとえば第１補強繊維と同種であってもサイジング剤の
付着量が多い繊維（毛羽の少ない繊維）、あるいは単位
長さ当たりの撚り数の多い繊維などを用いることが好ま
しい。

【００２０】また、上述したように、強化繊維は、それ
ら繊維がそのままの形態で用いられる以外に、不織布や
織物のような布帛物の形態にされて用いられてもよいも
のである。

【００２１】引っ張り弾性率について、第１補強繊維に
比べて第２補強繊維の弾性率を同等か小さくすると良い
のは、成形体の面内変形を防ぐためである。また、上述
のように、ＦＲＰ長尺成形体１、１’の補強繊維は一方
向であるが、施工用途によっては一方向の簾状の織物や
通常の織物状物でもよい。

【００２２】また、樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニ
ルエステル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂などを用いることができ、さらに、使用環境によっ
ては熱硬化性樹脂以外に熱可塑性樹脂を用いてもよい。

【００２３】本発明のＦＲＰ成形体において、その全補
強繊維の繊維体積含有率が４０〜８０％からなり、かつ
重量比で第１補強繊維と第２補強繊維の構成比率が２：
１〜６：１の範囲で構成されているのが好ましい。その
理由は、繊維体積含有率がこの範囲を外れると補強繊維
の材料特性を有効に発現できなくなる場合があり、また
成形面から、含有率が４０％以下では成形品の表面品位
が低下する場合があり、８０％以上になると成形が困難
となる場合があるからである。さらに、第１補強繊維と
第２補強繊維の構成比率については、第２補強繊維の比
率を２：１以上にすると成形品に面内変形が生じたり成
形品の材料特性を低下する原因となり、６：１以下にす
ると金型内で第１補強繊維のカバリング硬化が薄れ成形
中に、”基材詰まり”が発生して成形不能となる場合が
あり、いずれも好ましくない場合があるからである。

【００２４】図３ａから図３ｂは、ＦＲＰ成形体１、
１’を構成している各補強繊維の配置の様子を示す模式
図であり、第２補強繊維をＦＲＰ材１、１’の両側端部
に１〜２列にストランド層を配列したもの、あるいは不
織布などの織物を略コ字状に配置したものである。ま
た、図４ａは溝付きガイドの概略を示した外観模式図で
あり、図４ｂは溝付き樽状ガイドの概略を示した外観模
式図である。

【００２５】図１、図２に示したようなＦＲＰ長尺成形
体１、１’を製造する方法１例として本発明のＦＲＰ長
尺成形体の製造方法について、図５に示す製造工程概略
図を参照しながら、以下に説明する。ただし、目荒らし
工程についての詳細は省く。

【００２６】本発明のＦＲＰ長尺成形体の製造方法は、
連続的に給糸される主たる補強繊維（第１補強繊維）の
両側端部に、該主たる補強繊維とは異なる補強繊維（第
２補強繊維）を配置し、これら２種の補強繊維に熱硬化
性樹脂を含浸し、金型内で加熱硬化または半硬化して長
尺成形体を成形し、加熱炉で後硬化した後、該長尺成形
体の少なくとも片側表面に表面処理を施すことを特徴と
するＦＲＰ長尺成形体の製造方法であり、図５に示した
ように、第１補強繊維と第２補強繊維が巻かれているボ
ビン７、８と繊維配向ガイド１１、１１’と未硬化の液
状の熱硬化性樹脂９を収容する樹脂槽１０とスクイーズ
ガイド１２と加熱金型１３と後硬化炉１４と目荒らし装
置１５と引き取り装置１６と巻き取り装置１７がこの順
序に直列に配置されている装置態様をとり、まず、ボビ
ン７、８から引き出された複数本の補強繊維が、繊維配
向ガイド１１、１１’によって所定の形状の繊維束１８
に引き揃えられ、樹脂槽１０の熱硬化性樹脂９に浸漬さ
れる。含浸された繊維束１８’は、次にスクイーズガイ
ド１２を通過して表面に付着した余分な樹脂が除去され
た後、加熱金型１３へと導かれ、金型内を通過中に硬化
または半硬化される。

【００２７】硬化した成形品は、更に後硬化炉１４にて
完全硬化した後、目荒らし装置１５にて成形品の片面に
目荒らし加工を施した後、巻き取り装置１７に巻き取ら
れるものである。引き取り装置１６は、金型内で硬化し
た成形品を引き取るための装置である。

【００２８】なお、かかる一連の成形工程の中で、特に
重要なものは、繊維の配置場所であり、毛羽の発生しや
すい繊維のみを用いた場合は、金型内を通過中に樹脂圧
により金型側面のパーテイング面に繊維の毛羽の咬み込
みが生じ、これに起因して長時間成形中に樹脂の付着／
硬化が進み、成形品の幅寸法が狭まり最終的に金型内で
の機材詰まりが発生して引き抜き不能となる場合があ
る。これらを解決するために、金型パーテイング面のあ
る側面に毛羽の発生しにくい繊維や織物などを配置する
ことが有効である。

【００２９】上述した製造法の中で、成形品の縦割れを
防止するためには、ボビンクリール７、８から第１繊維
配向ガイド１１の間で、第１補強繊維と第２補強繊維の
張力を０．３ｋｇ／本〜３ｋｇ／本の範囲にするのが望
ましく、より望ましくは０．５ｋｇ／本〜２ｋｇ／本の
範囲とすることが、糸の拡幅および毛羽発生防止の点で
良い。

【００３０】また、糸張力については、第１補強繊維よ
りも第２補強繊維の張力を若干高くした方が、成形品の
両側端部に規則正しく配置されるためによい。

【００３１】また、繊維の配向をより積極的に行うため
には、配向ガイドの形状が図４ａに示すように溝付きガ
イド形状とするのが望ましく、さらに繊維の開繊を効率
的に行うためには、図４ｂに示すようなガイド形状を樽
状にしたものも有効である。

【００３２】すなわち、図４ａは溝付きガイドの概略を
示した外観模式図であり、図４ｂは溝付き樽状ガイドの
概略を示した外観模式図である。

【００３３】繊維の張力については、ストランド一本当
たりの張力が、３００ｇｒ以下であれば成形中に繊維に
蛇行やストランドの開繊（拡幅）が十分行われず、強度
低下やストランド間の界面で縦割れの原因となる。繊維
の張力がストランド一本当たりの張力が３ｋｇ以上にな
れば、ガイド部での擦過による毛羽の発生要因となる場
合がある。

【００３４】成形品の縦割れをより効果的に防止するに
は、例えば、図４ａ、４ｂに示すようなガイドの複数
を、左右に１／２溝移動するようにして用いれば、スト
ランド間の境界面をずらして並べることとなり、補強繊
維の局部的な粗密を防ぐことから効果的である。

【００３５】

【実施例】実施例１図５に示した成形略図において、第１補強繊維として炭
素繊維（商品名”トレカ”Ｔ７ＯＯＳＣ−２４Ｋ−６０
Ｅ；東レ（株）製）１６本と、同繊維束の両側端部に第
２補強繊維として第１補強繊維よりもサイジング材の付
着量の多い炭素繊維（商品名”トレカ”Ｔ７００ＳＣ−
１２Ｋ−５０Ｃ；東レ（株）製）６本を配置して、板厚
０．５ｍｍ、幅５０ｍｍの平板状の薄板を成形した。

【００３６】該成形品の繊維体積含有率は、第１補強繊
維と第２補強繊維を合わせて全体で６７％となるように
した。樹脂は、エポキシ樹脂と硬化剤および硬化促進剤
（いずれもジャパンエポキシレジン（株）製）からなる
３液組成に内部離型剤（モールドウィズ（株）製）を添
加した熱硬化性樹脂を用い、補強繊維を樹脂に含浸した
後、１８０℃に加熱した金型内へ引き取り機で０．５ｍ
／分の速度で導入して硬化後、さらに、後硬化炉にて完
全硬化して平板状のＦＲＰ成形体を成形した。この成形
品の片面を目荒らしロールにて加圧しながら成形品表面
に目荒らし処理を行った。

【００３７】このようにして成形したＦＲＰ成形体は、
金型パーテイング面へのフィラメントの咬み込みもなく
長時間安定した成形が可能となった。比較例１この比較例は、本発明の第２補強繊維を用いない例であ
り、全て第１補強繊維で繊維含有率６７％として実施例
１と全て同一条件で成形した。成形開始後約１時間でフ
ィラメントが金型パーテイング面への咬み込みが発生
し、それに起因して金型内に樹脂が固着して、成形品の
幅寸法が小さくなり最終的に金型内で補強繊維詰まりと
なり成形不能となった。また成形品の両端部には、棘状
のササクレが発生した。実施例２本発明の第２補強繊維の代わりに不織布状のポリエステ
ル織物（幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を第１補強繊維
の両端部に図２に示すように配置して、実施例１に示し
た成形条件と同一条件で成形した結果、幅寸法が安定し
て、かつ棘状のササクレのない良好な成形品を連続して
成形することができた。実施例３実施例１の成形法において、各補強繊維の糸張力をクリ
ールと第１繊維配向ガイドの間で通常の１００〜１５０
ｇ／本から６００〜７００ｇ／本に上げ、図４ａに示し
た溝付きガイドを用いてＣＦストランドを約１２ｍｍの
幅に拡幅して成形することにより、成形品の繊維方向の
縦割れがなくなった。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１補強繊維と第２補強繊維の２種類の強化繊維を配置
し、かつ成形時に特殊な形状のガイドを用いて各ストラ
ンドに所定の張力を付与して開繊しながら成形すること
により縦割れのない、かつ長時間成形しても成形品の幅
寸法が安定して端部に棘状のササクレのないＦＲＰ長尺
成形品を提供することができる。

【００３９】また、本発明の製造方法によれば、本発明
のＦＲＰ長尺成形品を簡単に製造することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る長尺ＦＲＰ材の構成例を示す斜視
図である。

【図２】本発明に係る長尺ＦＲＰ材の別な構成例を示す
斜視図である。

【図３】図３ａは長尺ＦＲＰ材を構成している補強繊維
の配置例を図示した模式図であり、図３ｂは長尺ＦＲＰ
材を構成している補強繊維の他の配置例を図示した模式
図である。

【図４】図４ａは溝付きガイドの概略を示した外観模式
図であり、図４ｂは溝付き樽状ガイドの概略を示した外
観模式図である。

【図５】図５は長尺ＦＲＰ材の製造法を説明する工程概
略図である。

【符号の説明】

１，１’：長尺ＦＲＰ材２：第１補強繊維３：第２補強繊維４：樹脂硬化物５：目荒らし部６：布帛物７、８：ボビン９：熱硬化性樹脂１０：樹脂槽１１：第１繊維配向ガイド１１’：第２繊維配向ガイド１２：スクイーズガイド１３：金型１４：後硬化炉１５：目荒らし装置１６：引き取り装置１７：巻き取り装置１８、１８’：繊維束

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F205 AA36 AD16 HA24 HA33 HA37 HA46 HA47 HB02 HC13 HC17 HF01 HF23 HL17 HL25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維強化複合材料からなる長尺成形体であ
って、該成形体の主たる補強繊維の両側端部に、該主た
る補強繊維とは異なる補強繊維が配置されていることを
特徴とするＦＲＰ長尺成形体。
【請求項２】主たる補強繊維の弾性率に比較して、該主
たる補強繊維とは異なる補強繊維の弾性率が、同等であ
るかまたは小さいことを特徴とする請求項１に記載のＦ
ＲＰ長尺成形体。
【請求項３】ＦＲＰ長尺成形体の主たる補強繊維とは異
なる補強繊維が、アラミド繊維、ガラス繊維もしくは熱
可塑性繊維または該繊維を用いた布帛物からなることを
特徴とする請求項１または２に記載のＦＲＰ長尺成形
体。
【請求項４】ＦＲＰ長尺成形体中の全補強繊維の繊維体
積含有率が、４０％〜８０％であって、かつ、主たる補
強繊維と、該主たる補強繊維とは異なる補強繊維の構成
比が繊維重量比で２：１〜６：１の範囲であることを特
徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＦＲＰ長尺
成形体。
【請求項５】連続的に給糸される主たる補強繊維の両側
端部に、該主たる補強繊維とは異なる補強繊維を配置
し、これら２種の補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、金
型内で加熱硬化または半硬化して長尺成形体を成形し、
加熱炉で後硬化した後、該長尺成形体の少なくとも片側
表面に表面処理を施すことを特徴とするＦＲＰ長尺成形
体の製造方法。
【請求項６】連続的に給糸される主たる補強繊維と該主
たる補強繊維とは異なる補強繊維を、糸張力０．３ｋｇ
／本〜３ｋｇ／本の範囲内で給糸して成形することを特
徴とする請求項１に記載のＦＲＰ長尺成形体の製造方
法。