JP2004019039A - カーボン繊維ストランド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量で十分な強度及び伸びを有し、プレストレスト構造物用ケーブル等の緊張材に適したカーボン繊維線材、カーボン繊維ストランド及びその製造方法の提供。
【解決手段】カーボン繊維線材２は、多数のカーボン繊維５，５…を各カーボン繊維間に空隙６を生じるように撚り合わせ、カーボン繊維間内部空隙６を合成樹脂材７により埋めるとともに合成樹脂材７で各カーボン繊維５，５…を結合させる。
また、カーボン繊維ストランド１は、複数のカーボン繊維線材２，２…を各カーボン繊維線材間に空隙３が生じるように撚り合わせ、各カーボン繊維線材間内部空隙３を合成樹脂材４により埋めるとともに、合成樹脂材でカーボン繊維線材２，２…を結合させる。
【選択図】 図２
【解決手段】カーボン繊維線材２は、多数のカーボン繊維５，５…を各カーボン繊維間に空隙６を生じるように撚り合わせ、カーボン繊維間内部空隙６を合成樹脂材７により埋めるとともに合成樹脂材７で各カーボン繊維５，５…を結合させる。
また、カーボン繊維ストランド１は、複数のカーボン繊維線材２，２…を各カーボン繊維線材間に空隙３が生じるように撚り合わせ、各カーボン繊維線材間内部空隙３を合成樹脂材４により埋めるとともに、合成樹脂材でカーボン繊維線材２，２…を結合させる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として張弦梁用の緊張用弦材やプレストレスト構造物用ケーブル等の緊張材に用いるためのカーボン繊維線材、カーボン繊維ストランド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレストレスト構造物等に用いられる緊張材としては、ＰＣ鋼線や鋼線を複数撚り合わせたＰＣ鋼撚線が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＰＣ鋼線やＰＣ鋼撚線等は重量が嵩み、高所への設置作業等では作業効率が悪いという問題があった。
【０００４】
そこで、近年では緊張材としてＰＣ鋼線やＰＣ鋼撚線等に代えて重量の軽いカーボン繊維線材（カーボン繊維ストランド）を用いる試みが検討されているが、カーボン繊維線材は十分な引張強さはあっても、伸び難いという性質があり、引張強さ以上の引張力が作用すると伸びることなく破断してしまい、緊張材としての安全性等を考慮すると、緊張材として用いるには問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術の状況を鑑み、軽量で十分な強度及び伸びを有し、プレストレスト構造物用ケーブル等の緊張材に適したカーボン繊維線材、カーボン繊維ストランド及びその製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１の発明は、多数のカーボン繊維を該各カーボン繊維間に空隙を生じるように撚り合わせ、前記カーボン繊維間内部空隙を合成樹脂材により埋めるとともに前記合成樹脂材で前記各カーボン繊維を結合させることを特徴とする。
【０００７】
このように構成することで、カーボン繊維線材は、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維線材全体が伸長できるようになる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、合成樹脂材は、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、これらの熱可塑性樹脂はカーボン繊維線材に比して柔らかいので、カーボン繊維線材は好適に合成樹脂材を半径方向に圧縮することができ、カーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に、好適に伸びることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の構成に加え、合成樹脂材は、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料であることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、これらの材料はカーボン繊維に比して柔らかいのでカーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に好適な伸びが得られると同時に耐熱性が高く、耐火建築材料として使用できる。
【００１２】
請求項４の発明は、複数の前記カーボン繊維線材を各カーボン繊維線材間に空隙が生じるように撚り合わせ、前記各カーボン繊維線材間内部空隙を合成樹脂材により埋めるとともに、前記合成樹脂材で前記カーボン繊維線材を結合させることを特徴とする。
【００１３】
このように構成することで、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維線材間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維線材が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維ストランド全体が伸長できるようになる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の構成に加え、合成樹脂材は、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
このように構成することで、これらの熱可塑性樹脂はカーボン繊維線材に比して柔らかいので、カーボン繊維線材は好適に合成樹脂材を半径方向に圧縮することができ、カーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に、好適に伸びることができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４の構成に加え、合成樹脂材は、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料であることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することで、これらの材料はカーボン繊維に比して柔らかいのでカーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に好適な伸びが得られると同時に耐熱性が高く、耐火建築材料として使用できる。
【００１８】
請求項７の発明は、多数のカーボン繊維を各カーボン繊維間に空隙が生じるように撚り合わせて繊維集合線材を形成し、該繊維集合線材をクロスヘッド型押出成形機に通し、各カーボン繊維間の隙間より各カーボン繊維間内部空隙内に合成樹脂を加圧充填することを特徴とする。
【００１９】
このように構成することにより、カーボン繊維線材に引張力が作用した際の伸び代を備えさせることができる。
【００２０】
請求項８の発明は、複数の前記カーボン繊維線材を各カーボン繊維線材間に空隙が生じるように撚り合わせて繊維撚線を形成し、該繊維撚線をクロスヘッド型押出成形機に通し、各繊維線材間の隙間より各繊維線材間内部空隙に合成樹脂を加圧充填することを特徴とする。
【００２１】
このように構成することで、カーボン繊維ストランドに引張力が作用した際の伸び代を備えさせることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るカーボン繊維ストランドの実施の形態を図について説明する。
【００２３】
図１はプレストレスト構造物等の緊張材として用いられるカーボン繊維ストランドを示し、このカーボン繊維ストランド１は、複数のカーボン繊維線材２，２…を各カーボン繊維線材間に空隙３を生じるように撚り合わせ、各カーボン線材間空隙３を合成樹脂材４で埋め込むとともに、該合成樹脂材で各カーボン線材２，２…間を連結している。
【００２４】
カーボン繊維線材２は、多数のカーボン繊維５，５…を各カーボン繊維間に空隙６を生じるように撚り合わせ、その空隙６を合成樹脂材７によって埋めるとともに、合成樹脂材７によって各カーボン繊維５，５…間を連結している。
【００２５】
上記の合成樹脂材４，７には、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエチレン等からなる熱可塑性樹脂が用いられる。これらの熱可塑性樹脂は、カーボン繊維５或いはカーボン繊維線材２に比して柔らかい為、カーボン繊維ストランド１に引張力が作用すると、カーボン繊維ストランド１を構成する各カーボン繊維線材２，２…に押されて圧縮される。また、カーボン繊維線材２も同様に、引張力が作用するとカーボン繊維５に押されて空隙内に充填された合成樹脂が圧縮される。
【００２６】
このカーボン繊維ストランド１には、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用すると、カーボン繊維線材間空隙３内の合成樹脂材４が半径方向に圧縮される分、このカーボン繊維線材２，２…が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維ストランド１全体が伸長するようになる。
【００２７】
また、カーボン繊維線材２も、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用すると、カーボン繊維間空隙内の合成樹脂材７が半径方向に圧縮される分、このカーボン繊維５，５…が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維線材２全体が伸長するようになる。
【００２８】
尚、合成樹脂材４，７は、上述した材料の他、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料を使用することにより、耐火性の土木建築資材とすることができ、この場合においても、これら高分子材料はカーボン繊維に比べて柔らかい為、引張力が作用した際に、適度の伸びが生じる。
【００２９】
次に、このカーボン繊維ストランドの製造方法について説明する。
【００３０】
図３はカーボン繊維線材の製造装置の概略を示し、図中符号５，５…はロールに巻き取られたカーボン繊維、８は該カーボン繊維５，５…を撚り合わせる撚り機、９は予備加熱器、１０は樹脂充填用のクロスヘッド型押出成形機である。
【００３１】
まず、各ロールに巻き取られたカーボン繊維５，５…を撚り機８に送り出し、多数のカーボン繊維を撚り合わせて、繊維集合線材１１を形成する。このとき、送り出し速度やテンション等の諸条件の設定により、各カーボン繊維間に空隙を生じさせて撚り合わせる。即ち、繊維集合線材１１は、各カーボン繊維５，５…が緊張しきっていない状態で撚り合わされる。
【００３２】
次に、この繊維集合線材１１を予備加熱器９に通して加熱した後、樹脂充填用のクロスヘッド型押出成形機１０に送り出す。
【００３３】
この樹脂充填用の押出成形機１０は、図４に示す如きクロスヘッド型の成形機本体１２の出口側に補助加圧タンク１３を連続配置に備え、その先端にカーボン繊維線材２の外形形状に合わせた成型ダイス１４が回転自在に取り付けられた構造のものを使用している。尚、図中１５は加熱機である。
【００３４】
この押出成形機１０では、ポリエチレン、ナイロン及び飽和ポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなる合成樹脂１６を溶融させてクロスヘッド部に押し出し、補助加圧タンク１３内を通過中に、合成樹脂１６を繊維集合線材外周のカーボン繊維間の隙間より加圧注入し、内部空隙６（図５に示す）内を合成樹脂材で充填させる。
【００３５】
尚、外周面に付着する合成樹脂材は成型ダイス１４により一部を残して掻き取る。
【００３６】
合成樹脂材の充填が完了したら、図示しない冷却装置にて冷却させてカーボン繊維線材２が形成され、これを図示しないロールに巻き取り作業が完了する。
【００３７】
次に、カーボン繊維ストランドの製造方法について説明する。
【００３８】
カーボン繊維ストランドの製造は、図６に示すように、ロール１７，１７…より送り出された複数のカーボン繊維線材２，２…を撚り機１８によって撚り合わせ、該カーボン繊維線材２，２…を撚り合わせた繊維撚線１９をクロスヘッド型押出成形機２０に通すことによって繊維撚線１９の線材間内部空隙に合成樹脂材を加圧充填することにより行う。
【００３９】
まず、各ロール１７に巻き取られたカーボン繊維線材を撚り機１８に送り出し、複数のカーボン繊維線材２，２…を撚り合わせて、繊維撚線１９を形成する。このとき、送り出し速度やテンション等の諸条件の設定によって、各カーボン繊維線材２，２間に空隙４（図８に示す）を生じさせて撚り合わせる。即ち、カーボン繊維線材２，２…は緊張しきっていない状態で撚り合わされる。
【００４０】
次に、この繊維撚線１９を予備加熱器２１に通して加熱した後、樹脂充填用のクロスヘッド型押出成形機２０に送り出す。
【００４１】
この樹脂充填用の押出成形機２０は、図７に示す如きクロスヘッド型の成形機本体２２の出口側に補助加圧タンク２３を連続配置に備え、その先端にカーボン繊維ストランド１の外形形状に合わせた成型ダイス２４が回転自在に取り付けられた構造のものを使用している。尚、図中２５は加熱機である。
【００４２】
この押出成形機２０では、合成樹脂１６を溶融させてクロスヘッド部に押し出し、補助加圧タンク２３内を通過中に、合成樹脂１６を繊維撚線１９外周のカーボン繊維線材間の隙間より加圧注入し、内部空隙３内を合成樹脂で充填させる。
【００４３】
尚、外周面に付着する合成樹脂材は成型ダイス２４により一部を残して掻き取る。
【００４４】
合成樹脂材の充填が完了したら、図示しない冷却装置にて冷却させ、カーボン繊維ストランド１が形成される。
【００４５】
尚、上述の実施例では、カーボン繊維線材とカーボン繊維ストランドとを別の製造ラインにより行う例について説明したが、同一の製造ライン上で連続して製造するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るカーボン繊維線材は、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維線材全体が伸長できるので、ＰＣ構造物用ケーブル等の緊張材用の線材として安全に使用することができ、しかも、軽量であるので設置作業等の作業効率の向上を図ることができ、作業経費が削減される。
【００４７】
また、本発明に係るカーボン繊維ストランドは、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維線材間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維線材が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維ストランド全体が伸長できるので、ＰＣ構造物用ケーブル等の緊張材として安全に使用することができ、しかも、軽量であるので設置作業等の作業効率の向上を図ることができ、作業経費も削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカーボン繊維ストランドを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るカーボン繊維線材を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係るカーボン繊維線材の製造装置の概略を示すブロック図である。
【図４】図３中のクロスヘッド式押出成形機を示す縦断面図である。
【図５】繊維集合線材を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係るカーボン繊維ストランドの製造装置の概略を示すブロック図である。
【図７】図６中のクロスヘッド型押出成形機を示す縦断面図である。
【図８】繊維撚線を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ カーボン繊維ストランド
２ カーボン繊維線材
３ 空隙
４ 合成樹脂材
５ カーボン繊維
６ 空隙
７ 合成樹脂材
８ 撚り機
９ 予備加熱器
１０ クロスヘッド型押出成形機
１１ 繊維集合線材
１２ 成形機本体
１３ 補助加圧タンク
１４ 成型ダイス
１５ 加熱器
１６ 合成樹脂
１７ ロール
１８ 撚り機
１９ 繊維撚線
２０ クロスヘッド型押出成形機
２１ 予備加熱器
２２ 成形機本体
２３ 補助加圧タンク
２４ 成型ダイス
２５ 加熱機
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として張弦梁用の緊張用弦材やプレストレスト構造物用ケーブル等の緊張材に用いるためのカーボン繊維線材、カーボン繊維ストランド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレストレスト構造物等に用いられる緊張材としては、ＰＣ鋼線や鋼線を複数撚り合わせたＰＣ鋼撚線が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のＰＣ鋼線やＰＣ鋼撚線等は重量が嵩み、高所への設置作業等では作業効率が悪いという問題があった。
【０００４】
そこで、近年では緊張材としてＰＣ鋼線やＰＣ鋼撚線等に代えて重量の軽いカーボン繊維線材（カーボン繊維ストランド）を用いる試みが検討されているが、カーボン繊維線材は十分な引張強さはあっても、伸び難いという性質があり、引張強さ以上の引張力が作用すると伸びることなく破断してしまい、緊張材としての安全性等を考慮すると、緊張材として用いるには問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術の状況を鑑み、軽量で十分な強度及び伸びを有し、プレストレスト構造物用ケーブル等の緊張材に適したカーボン繊維線材、カーボン繊維ストランド及びその製造方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１の発明は、多数のカーボン繊維を該各カーボン繊維間に空隙を生じるように撚り合わせ、前記カーボン繊維間内部空隙を合成樹脂材により埋めるとともに前記合成樹脂材で前記各カーボン繊維を結合させることを特徴とする。
【０００７】
このように構成することで、カーボン繊維線材は、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維線材全体が伸長できるようになる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、合成樹脂材は、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することで、これらの熱可塑性樹脂はカーボン繊維線材に比して柔らかいので、カーボン繊維線材は好適に合成樹脂材を半径方向に圧縮することができ、カーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に、好適に伸びることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の構成に加え、合成樹脂材は、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料であることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、これらの材料はカーボン繊維に比して柔らかいのでカーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に好適な伸びが得られると同時に耐熱性が高く、耐火建築材料として使用できる。
【００１２】
請求項４の発明は、複数の前記カーボン繊維線材を各カーボン繊維線材間に空隙が生じるように撚り合わせ、前記各カーボン繊維線材間内部空隙を合成樹脂材により埋めるとともに、前記合成樹脂材で前記カーボン繊維線材を結合させることを特徴とする。
【００１３】
このように構成することで、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維線材間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維線材が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維ストランド全体が伸長できるようになる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４の構成に加え、合成樹脂材は、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
このように構成することで、これらの熱可塑性樹脂はカーボン繊維線材に比して柔らかいので、カーボン繊維線材は好適に合成樹脂材を半径方向に圧縮することができ、カーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に、好適に伸びることができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項４の構成に加え、合成樹脂材は、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料であることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することで、これらの材料はカーボン繊維に比して柔らかいのでカーボン繊維ストランドは、引張力が作用した際に好適な伸びが得られると同時に耐熱性が高く、耐火建築材料として使用できる。
【００１８】
請求項７の発明は、多数のカーボン繊維を各カーボン繊維間に空隙が生じるように撚り合わせて繊維集合線材を形成し、該繊維集合線材をクロスヘッド型押出成形機に通し、各カーボン繊維間の隙間より各カーボン繊維間内部空隙内に合成樹脂を加圧充填することを特徴とする。
【００１９】
このように構成することにより、カーボン繊維線材に引張力が作用した際の伸び代を備えさせることができる。
【００２０】
請求項８の発明は、複数の前記カーボン繊維線材を各カーボン繊維線材間に空隙が生じるように撚り合わせて繊維撚線を形成し、該繊維撚線をクロスヘッド型押出成形機に通し、各繊維線材間の隙間より各繊維線材間内部空隙に合成樹脂を加圧充填することを特徴とする。
【００２１】
このように構成することで、カーボン繊維ストランドに引張力が作用した際の伸び代を備えさせることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るカーボン繊維ストランドの実施の形態を図について説明する。
【００２３】
図１はプレストレスト構造物等の緊張材として用いられるカーボン繊維ストランドを示し、このカーボン繊維ストランド１は、複数のカーボン繊維線材２，２…を各カーボン繊維線材間に空隙３を生じるように撚り合わせ、各カーボン線材間空隙３を合成樹脂材４で埋め込むとともに、該合成樹脂材で各カーボン線材２，２…間を連結している。
【００２４】
カーボン繊維線材２は、多数のカーボン繊維５，５…を各カーボン繊維間に空隙６を生じるように撚り合わせ、その空隙６を合成樹脂材７によって埋めるとともに、合成樹脂材７によって各カーボン繊維５，５…間を連結している。
【００２５】
上記の合成樹脂材４，７には、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエチレン等からなる熱可塑性樹脂が用いられる。これらの熱可塑性樹脂は、カーボン繊維５或いはカーボン繊維線材２に比して柔らかい為、カーボン繊維ストランド１に引張力が作用すると、カーボン繊維ストランド１を構成する各カーボン繊維線材２，２…に押されて圧縮される。また、カーボン繊維線材２も同様に、引張力が作用するとカーボン繊維５に押されて空隙内に充填された合成樹脂が圧縮される。
【００２６】
このカーボン繊維ストランド１には、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用すると、カーボン繊維線材間空隙３内の合成樹脂材４が半径方向に圧縮される分、このカーボン繊維線材２，２…が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維ストランド１全体が伸長するようになる。
【００２７】
また、カーボン繊維線材２も、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用すると、カーボン繊維間空隙内の合成樹脂材７が半径方向に圧縮される分、このカーボン繊維５，５…が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維線材２全体が伸長するようになる。
【００２８】
尚、合成樹脂材４，７は、上述した材料の他、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料を使用することにより、耐火性の土木建築資材とすることができ、この場合においても、これら高分子材料はカーボン繊維に比べて柔らかい為、引張力が作用した際に、適度の伸びが生じる。
【００２９】
次に、このカーボン繊維ストランドの製造方法について説明する。
【００３０】
図３はカーボン繊維線材の製造装置の概略を示し、図中符号５，５…はロールに巻き取られたカーボン繊維、８は該カーボン繊維５，５…を撚り合わせる撚り機、９は予備加熱器、１０は樹脂充填用のクロスヘッド型押出成形機である。
【００３１】
まず、各ロールに巻き取られたカーボン繊維５，５…を撚り機８に送り出し、多数のカーボン繊維を撚り合わせて、繊維集合線材１１を形成する。このとき、送り出し速度やテンション等の諸条件の設定により、各カーボン繊維間に空隙を生じさせて撚り合わせる。即ち、繊維集合線材１１は、各カーボン繊維５，５…が緊張しきっていない状態で撚り合わされる。
【００３２】
次に、この繊維集合線材１１を予備加熱器９に通して加熱した後、樹脂充填用のクロスヘッド型押出成形機１０に送り出す。
【００３３】
この樹脂充填用の押出成形機１０は、図４に示す如きクロスヘッド型の成形機本体１２の出口側に補助加圧タンク１３を連続配置に備え、その先端にカーボン繊維線材２の外形形状に合わせた成型ダイス１４が回転自在に取り付けられた構造のものを使用している。尚、図中１５は加熱機である。
【００３４】
この押出成形機１０では、ポリエチレン、ナイロン及び飽和ポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなる合成樹脂１６を溶融させてクロスヘッド部に押し出し、補助加圧タンク１３内を通過中に、合成樹脂１６を繊維集合線材外周のカーボン繊維間の隙間より加圧注入し、内部空隙６（図５に示す）内を合成樹脂材で充填させる。
【００３５】
尚、外周面に付着する合成樹脂材は成型ダイス１４により一部を残して掻き取る。
【００３６】
合成樹脂材の充填が完了したら、図示しない冷却装置にて冷却させてカーボン繊維線材２が形成され、これを図示しないロールに巻き取り作業が完了する。
【００３７】
次に、カーボン繊維ストランドの製造方法について説明する。
【００３８】
カーボン繊維ストランドの製造は、図６に示すように、ロール１７，１７…より送り出された複数のカーボン繊維線材２，２…を撚り機１８によって撚り合わせ、該カーボン繊維線材２，２…を撚り合わせた繊維撚線１９をクロスヘッド型押出成形機２０に通すことによって繊維撚線１９の線材間内部空隙に合成樹脂材を加圧充填することにより行う。
【００３９】
まず、各ロール１７に巻き取られたカーボン繊維線材を撚り機１８に送り出し、複数のカーボン繊維線材２，２…を撚り合わせて、繊維撚線１９を形成する。このとき、送り出し速度やテンション等の諸条件の設定によって、各カーボン繊維線材２，２間に空隙４（図８に示す）を生じさせて撚り合わせる。即ち、カーボン繊維線材２，２…は緊張しきっていない状態で撚り合わされる。
【００４０】
次に、この繊維撚線１９を予備加熱器２１に通して加熱した後、樹脂充填用のクロスヘッド型押出成形機２０に送り出す。
【００４１】
この樹脂充填用の押出成形機２０は、図７に示す如きクロスヘッド型の成形機本体２２の出口側に補助加圧タンク２３を連続配置に備え、その先端にカーボン繊維ストランド１の外形形状に合わせた成型ダイス２４が回転自在に取り付けられた構造のものを使用している。尚、図中２５は加熱機である。
【００４２】
この押出成形機２０では、合成樹脂１６を溶融させてクロスヘッド部に押し出し、補助加圧タンク２３内を通過中に、合成樹脂１６を繊維撚線１９外周のカーボン繊維線材間の隙間より加圧注入し、内部空隙３内を合成樹脂で充填させる。
【００４３】
尚、外周面に付着する合成樹脂材は成型ダイス２４により一部を残して掻き取る。
【００４４】
合成樹脂材の充填が完了したら、図示しない冷却装置にて冷却させ、カーボン繊維ストランド１が形成される。
【００４５】
尚、上述の実施例では、カーボン繊維線材とカーボン繊維ストランドとを別の製造ラインにより行う例について説明したが、同一の製造ライン上で連続して製造するようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るカーボン繊維線材は、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維線材全体が伸長できるので、ＰＣ構造物用ケーブル等の緊張材用の線材として安全に使用することができ、しかも、軽量であるので設置作業等の作業効率の向上を図ることができ、作業経費が削減される。
【００４７】
また、本発明に係るカーボン繊維ストランドは、空隙を生じさせずに撚り合わせた場合に比べ長手方向へ伸びる余裕、言い換えれば伸び代があり、引張力が作用した際に、カーボン繊維線材間空隙内の合成樹脂材が半径方向に圧縮される分、カーボン繊維線材が長手方向に向かって緊張され、カーボン繊維ストランド全体が伸長できるので、ＰＣ構造物用ケーブル等の緊張材として安全に使用することができ、しかも、軽量であるので設置作業等の作業効率の向上を図ることができ、作業経費も削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカーボン繊維ストランドを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るカーボン繊維線材を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係るカーボン繊維線材の製造装置の概略を示すブロック図である。
【図４】図３中のクロスヘッド式押出成形機を示す縦断面図である。
【図５】繊維集合線材を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係るカーボン繊維ストランドの製造装置の概略を示すブロック図である。
【図７】図６中のクロスヘッド型押出成形機を示す縦断面図である。
【図８】繊維撚線を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ カーボン繊維ストランド
２ カーボン繊維線材
３ 空隙
４ 合成樹脂材
５ カーボン繊維
６ 空隙
７ 合成樹脂材
８ 撚り機
９ 予備加熱器
１０ クロスヘッド型押出成形機
１１ 繊維集合線材
１２ 成形機本体
１３ 補助加圧タンク
１４ 成型ダイス
１５ 加熱器
１６ 合成樹脂
１７ ロール
１８ 撚り機
１９ 繊維撚線
２０ クロスヘッド型押出成形機
２１ 予備加熱器
２２ 成形機本体
２３ 補助加圧タンク
２４ 成型ダイス
２５ 加熱機
Claims (8)
- 多数のカーボン繊維を該各カーボン繊維間に空隙を生じるように撚り合わせ、前記カーボン繊維間内部空隙を合成樹脂材により埋めるとともに前記合成樹脂材で前記各カーボン繊維を結合させることを特徴としてなるカーボン繊維線材。
- 合成樹脂材は、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂である請求項１に記載のカーボン繊維線材。
- 合成樹脂材は、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料である請求項１に記載のカーボン繊維線材。
- 複数の前記カーボン繊維線材を各カーボン繊維線材間に空隙が生じるように撚り合わせ、前記各カーボン繊維線材間内部空隙を合成樹脂材により埋めるとともに、前記合成樹脂材で前記カーボン繊維線材を結合させることを特徴としてなるカーボン繊維ストランド。
- 合成樹脂材は、ポリエチレン、ナイロン又は飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂である請求項４に記載のカーボン繊維ストランド。
- 合成樹脂材は、フッ素樹脂、芳香族ポリアミド又は芳香族ポリイミド等の耐熱性高分子材料である請求項４に記載のカーボン繊維ストランド。
- 多数のカーボン繊維を各カーボン繊維間に空隙が生じるように撚り合わせて繊維集合線材を形成し、該繊維集合線材をクロスヘッド型押出成形機に通し、各カーボン繊維間の隙間より各カーボン繊維間内部空隙内に合成樹脂を加圧充填するカーボン繊維線材の製造方法。
- 複数の前記カーボン繊維線材を各カーボン繊維線材間に空隙が生じるように撚り合わせて繊維撚線を形成し、該繊維撚線をクロスヘッド型押出成形機に通し、各繊維線材間の隙間より各繊維線材間内部空隙に合成樹脂を加圧充填することを特徴としてなるカーボン繊維ストランドの製造方法。
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