JP2003027358A - 筒状一方向材、frp複合材及びその製造方法 - Google Patents

筒状一方向材、frp複合材及びその製造方法

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JP2003027358A
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Japan
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unidirectional
tubular
composite material
core material
frp
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JP2001220051A
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English (en)
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Hisashi Nanjo
尚志 南条
Norio Hirayama
紀夫 平山
Masanobu Oda
政信 織田
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Nitto Boseki Co Ltd
Nittobo FRP Laboratory Co Ltd
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Nitto Boseki Co Ltd
Nittobo FRP Laboratory Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度が高く、形状の自由度も高い筒状一方向
材、FRP複合材及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 FRP複合材1は、長尺形状を有する芯
材2と、この芯材2を被覆する筒状一方向材3とを備え
ている。この筒状一方向材3は、複数本の強化繊維束4
を有し、この複数本の強化繊維束4が、1本の有機繊維
5に編まれることにより筒を形成している。この複数本
の強化繊維束2は筒の長手方向Aと同じ方向に配列され
ている。更に、筒状一方向材3には樹脂が含浸されてお
り、芯材と一体化した状態で硬化されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば地下埋設タ
ンクのようなシェル構造を補強する部材等に用いられる
FRP複合材及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来このような分野に属する技術として
は、特開平6−146133号公報及び特開平7−31
7213号公報に開示されたものが知られている。特開
平6−146233号公報には、たて糸とよこ糸とが互
いに上下に交差するように織込まれて形成された筒状の
織物と、その織物に被覆されている筒状の芯材とが開示
され、特開平7−317213号公報には、芯材に強化
繊維束をらせん状に巻き締めた複合筋材が開示されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
6−146233号公報に記載のものでは、たて糸とよ
こ糸とが互いに上下に交差するように織り込む構成とし
ていることから、芯材を曲げたとき、一方の糸が他方の
糸を締めつけてしまうため、芯材に自由度がなくなり、
曲率変化を大きくすることができない。
【0004】また、特開平7−317213号公報に記
載のものでは、強化繊維束が芯材のほぼ円周方向に巻か
れているため、芯材を曲げるとその部分に強化繊維束の
ピッチ変化により粗と密の部分が生じ、粗の部分で強度
が弱くなってしまう。例えば、芯材を円弧状に曲げる
と、内周部のピッチが密になる一方、外周部は粗にな
り、強化繊維束の密度が小さな外周部の強度が低くなっ
てしまう。
【0005】本発明の目的は、強度が高く、形状の自由
度も高い筒状一方向材、FRP複合材及びその製造方法
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の筒状一方向材
は、複数本の強化繊維束と、複数本の強化繊維束を編ん
で筒を形成するための1本の有機繊維とを備え、複数本
の強化繊維束は、筒の長手方向に沿って配列されている
ことを特徴とするものである。
【0007】このように複数本の強化繊維束を一本の有
機繊維で編み込んで筒状一方向材としたことで、たて糸
とよこ糸とが互いに上下に交差するように織り込まれて
いる織物とは異なり、一方の糸が他方の糸を締めつける
ということがないので、筒の径を自由に調整することが
できる。これにより、形状の自由度を高めることがで
き、様々な形状の芯材に被覆することが可能となる。ま
た、強化繊維束が筒状一方向材の円周方向ではなく長手
方向に配列されることで、曲率が変化する場所における
外周部、内周部に筒の長手方向における粗密が生じない
ため、筒状一方向材を用いて成形する複合材の高強度化
を図ることができる。
【0008】本発明のFRP複合材は、芯材と、芯材を
被覆する上記の筒状一方向材とを備え、筒状一方向材に
硬化樹脂が含まれていることを特徴とするものである。
【0009】このように、芯材を被覆するものとして上
記の筒状一方向材を使用したことで、FRP複合材の高
強度化を図ることができると共に、形状の自由度を高め
ることができる。
【0010】本発明の棒状複合材において、芯材は、曲
率が異なる複数の領域を有する曲げ部材としてもよい。
上記のように、本発明の筒状一方向材は自由度が高いた
め、このような曲げ部材に容易に被覆できると共に、そ
の棒状複合材の強度は高く保持されている。
【0011】また、芯材は、長尺形状をなし、その長手
方向において太さの異なる複数の領域を有するものとし
てもよい。上記と同様に、本発明の筒状一方向材は自由
度が高いため、このような形状の部材にも容易に被覆で
きると共に、その棒状複合材の強度は高く保持されてい
る。
【0012】本発明のFRP複合材の製造方法は、芯材
に上記の筒状一方向材を被覆した複合材を、金型内に設
置し、金型内に液状樹脂を注入して筒状一方向材に含浸
させ、液状樹脂を硬化させてFRP複合材を得ることを
特徴とするものである。
【0013】このように金型を用い樹脂を注入して成形
することで、製造に必要な設備が少なくて済み、設備投
資の低減を図ることができるので、強度が高く、形状の
自由度の高いFRP複合材を低コストで製造することが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る筒状一方向
材、FRP複合材及び製造方法の好適な実施形態につい
て、図面を参照して説明する。
【0015】図1は、本実施形態による、筒状一方向材
を備えたFRP複合材を示す斜視図であり、図2は、図
1におけるFRP複合材のII―II方向の断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態のFRP複合材1
は、円柱状の芯材2を有し、その芯材2を筒状一方向材
3が被覆している。
【0016】筒状一方向材3は、複数本の強化繊維束4
を有し、この各強化繊維束4が一本の有機繊維5に編み
込まれることで筒が形成されている。また、強化繊維束
4は筒の長手方向Aと同じ方向に配列され、各強化繊維
束4の間に隙間が形成されるように有機繊維5によって
編み込まれている。更に、筒状一方向材3には、樹脂6
が含浸され、芯材と一体化した状態で硬化される。強化
繊維束4としては、フィラメントを束ねてなるガラスロ
ービング等が用いられる。また、有機繊維5の材質とし
てはポリエステル、ポリエチレン等の延伸性を有するも
のが挙げられる。
【0017】以上のように構成したFRP複合材1にお
いては、強化繊維束4を筒状一方向材3の長手方向Aに
配列したので、芯材2を曲げる場合や、予め曲げられた
芯材に筒状一方向材を被覆する場合に、その部分の外周
部と内周部とにおいて、強化繊維束4の筒の長手方向A
における密度差が生じないため、FRP複合材1に均一
且つ高い強度を持たせることができる。また、強化繊維
束4を一本の有機繊維5で編み込んだ一方向材としたこ
とで、織物における一方の糸が他方の糸を締めつけてし
まうという問題を解消できるため、FRP複合材1の形
状の高自由度化が図れる。
【0018】詳細に見ると、ある強化繊維束4の間隔を
広げるとその間の有機繊維5が伸び、反対にある強化繊
維束4の間隔を狭めるとその間の有機繊維5が撓んだり
縮んだりする。つまり、各強化繊維束4は、有機繊維5
によって移動がさほど規制されておらず、被覆しようと
する芯材2の形状に倣うように筒の径を自由に調整する
ことが可能となる。
【0019】そのため、本発明の筒状一方向材3は、例
えば、図3及び図4に示すような形状の芯材にも被覆さ
せることができる。尚、各図に示すものはあくまで一例
であり、この他様々な形状の芯材に対応することができ
る。
【0020】図3に示す例では、芯材8が複数の異なる
曲率を有する曲げ部材であり、筒状一方向材3を被せた
FRP複合材7には曲率がそれぞれ異なる領域7a〜7
cが形成されている。本発明の筒状一方向材は自由度が
高いため、この芯材8のような複雑な形状に対応して容
易に被覆することができる。そのため、FRP複合材7
の強度を高く保持できると共に、自由な形状とすること
が可能となる。
【0021】更に図4に示す例では、芯材9が長手方向
において太さの異なる複数の領域8a〜8cを有してい
る。上記同様、本発明の筒状一方向材は、この芯材9の
ような形状にも対応して容易に被覆することができ、F
RP複合材9の強度を高く保持すると共に、自由な形状
とすることができる。
【0022】なお、本発明に係る筒状一方向材の断面形
状は、図1に示すような丸形には限定されず、角形等で
あってもよく、筒状一方向材内に挿入される芯材の断面
形状に従う。これにより、芯材には、直棒、曲棒、角
棒、丸棒等の使用が可能となる。
【0023】芯材の材質としては、軟質フォーム材(発
泡ポリプロピレン)等が用いられる。また、芯材に袋状
の材料や、ワックス等のような後で除去できる材料等を
用いることで、中空のFRP複合材を成形することが可
能となる。筒状一方向材3に含浸される樹脂としては、
不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂等が用いら
れる。
【0024】次に、図5〜図7を参照して、本発明に係
るFRP複合材の製造方法の好適な実施形態であるRT
M(Resin Transfar Molding)成形法を説明する。
【0025】図5は、RTM成形法によるFRP複合材
の製造方法を示すフローチャートである。
【0026】まず、ステップ10(以下、ステップを
「S」とする)において、図6に示すように、強化繊維
束21と有機繊維22とからなる筒状一方向材23を、
芯材22に被せ、複合材25を形成する。次に、この複
合材25を図7に示す金型24内の溝27に設置する
(S20)。より詳しくは、下型26bの溝27に複合
材25をはめ込んだ後に、上型26aをセットする。そ
の後、金型26の上型26aに形成された、液状樹脂を
注入するための注入孔28から金型内に液状樹脂を注入
し(S30)、複合材25に含浸させる。そして、液状
樹脂が硬化することで(S40)、FRP複合材が完成
する。
【0027】このRTM成形法によるFRP複合材の製
造方法によれば、RTM成形型と注入機を準備する程度
でFRP複合材を得られるため、引抜成形法、フィラメ
ントワインディング法等を利用する場合に比して、必要
とする設備が少なくて済み、設備投資が削減できる。ま
た、芯材24を被覆する強化材として筒状一方向材23
を用いることにより、RTM成形法において液状樹脂を
注入する際、編み糸によって、強化繊維束4同士に隙間
が形成されているため、この隙間が樹脂の流路となる。
このため、注入孔28から注入された樹脂が金型内の溝
の端まで行き渡り易くなり、成形性が向上する。
【0028】以上、本発明を実施形態に基づき具体的に
説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるもの
ではない。例えば、本実施形態では芯材2に被覆された
筒状一方向材1が一層だけであるが、一層には限定され
ず、必要とする強度に合わせて何層被覆させてもよい。
また、最外層の強化繊維束にバルキー性を持つスライバ
ーロービングを用いれば、補強繊維束間の強度を改善す
ることもできる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、複数本の強化繊維束を
一本の有機繊維で編み込んで筒状一方向材としたこと
で、形状の自由度を高めることができ、様々な形状の芯
材に被覆することが可能となる。更に強化繊維束が筒状
一方向材の円周方向ではなく長手方向に配列されること
で、曲率が変化する場所における外周部及び内周部に、
筒の長手方向における粗密が生じないため、筒状一方向
材を用いて成形する複合材の高強度化を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のFRP複合材を示す斜視図である。
【図2】図1に示すFRP複合材のII−II断面図であ
る。
【図3】本発明のFRP複合材の一形態を示す図であ
る。
【図4】本発明のFRP複合材の一形態を示す図であ
る。
【図5】本発明のFRP複合材の製造方法を示すフロー
チャートである。
【図6】本発明の複合材を示す図である。
【図7】本発明の製造方法で用いる金型を示す図であ
る。
【符号の説明】
1…FRP複合材、2…芯材、3…筒状一方向材、4…
強化繊維束、5…有機繊維、6…樹脂、7…FRP複合
材、8…心材、9…FRP複合材、10…心材、21…
強化繊維束、22…有機繊維、23…筒状一方向材、2
4…心材、25…複合材、26a…上型(金型)、26
b…下型(金型)。
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) B32B 5/10 B29C 67/14 G E04C 5/07 X (72)発明者 南条 尚志 福島県郡山市富久山町福原字塩島1番地 株式会社ニットーボー・エフアールピー研 究所内 (72)発明者 平山 紀夫 福島県郡山市富久山町福原字塩島1番地 株式会社ニットーボー・エフアールピー研 究所内 (72)発明者 織田 政信 福島県郡山市富久山町福原字塩島1番地 株式会社ニットーボー・エフアールピー研 究所内 Fターム(参考) 2E164 AA05 EA00 4F100 AG00 AJ11 AK01B AK04 AK07 AK33 AK41 AK44 AK53 AT00A BA02 DA02 DA11 DB12A DB13A DG01B DG04 DG07B DH00B DH02 DJ01 EA02A EH31B EJ08B EJ82B GB90 JB13B JK01 4F205 AD16 AD18 AD19 AD20 AG03 AG09 AH47 HA06 HA25 HA32 HA35 HA40 HB01 HC07 HF24 HG03 HK32 HL02 HL12 HM02 HT14 HT22 4L002 AA00 AA05 AA07 CB02 DA00 EA05 FA06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数本の強化繊維束と、 前記複数本の強化繊維束を編んで筒を形成する1本の有
    機繊維とを備え、 前記複数本の強化繊維束は、前記筒の長手方向に沿って
    配列されていることを特徴とする筒状一方向材。
  2. 【請求項2】 芯材と、 前記芯材を被覆する請求項1に記載の筒状一方向材とを
    備え、 前記筒状一方向材に硬化樹脂が含まれていることを特徴
    とするFRP複合材。
  3. 【請求項3】 前記芯材は、曲率が異なる複数の領域を
    有する曲げ部材であることを特徴とする請求項2記載の
    FRP複合材。
  4. 【請求項4】 前記芯材は、長尺形状をなし、その長手
    方向おいて太さの異なる複数の領域を有することを特徴
    とする請求項2、3いずれか一項記載のFRP複合材。
  5. 【請求項5】 芯材に請求項1に記載の筒状一方向材を
    被覆した複合材を、金型内に設置し、前記金型内に液状
    樹脂を注入して前記筒状一方向材に含浸させ、前記液状
    樹脂を硬化させてFRP複合材を得ることを特徴とする
    FRP複合材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100713834B1 (ko) 2005-08-08 2007-05-02 한국건설기술연구원 다면형 마디를 가진 섬유보강복합체 보강근
WO2010150682A1 (ja) * 2009-06-22 2010-12-29 株式会社 豊田自動織機 補強部材及びその補強部材を用いた締結構造
JP2015200050A (ja) * 2014-03-31 2015-11-12 東レ株式会社 中間基材およびその中間基材を用いた繊維強化プラスチック部品の製造方法

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