JP2017095841A

JP2017095841A - 強化繊維シート

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Publication number: JP2017095841A
Application number: JP2015232485A
Authority: JP
Inventors: 北村　雅之; Masayuki Kitamura; 雅之北村
Original assignee: HOKURIKU FIBER GLASS Co Ltd
Current assignee: HOKURIKU FIBER GLASS Co Ltd
Priority date: 2015-11-28
Filing date: 2015-11-28
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-28
Also published as: JP6701589B2

Abstract

【課題】一方向に伸び易いことで賦形性が高く且つ硬化後の高強度を確保できる強化繊維シートを提供する。【解決手段】本発明の強化繊維シート1は、一方向に配向した複数本の強化繊維糸11を当該配向方向と直交する方向に並べて成るシート片10を複数枚備えており、各シート片を部分的に重複するように配向方向に連続配置すると共に当該重複箇所40をステッチ糸20で縫製することで各シート片を一体化しており、ステッチ糸の縫製ラインLが、重複箇所上を配向方向に搖動しながら前記直交方向にのびる。強化繊維シートの配向方向に引張力を作用させると、縫製ラインが配向方向に搖動している箇所においてシート片が配向方向にずれる。つまり、従来のように強化繊維糸がずれるのではなく、シート片自体がずれることで強化繊維シートが配向方向に伸びることになる。一方向（配向方向）に伸び易いので強化繊維シートの賦形性を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、多数の強化繊維糸を面状に配置して成る強化繊維シートに関し、特に一方向に伸び易いことで賦形性が高く且つ硬化後の高強度を確保できる強化繊維シートに関する。

多数の強化繊維糸を面状に配置して成る強化繊維シートは軽量で剛性が高く、成形性に優れることから種々の分野で利用されている。
例えば、下水管の亀裂箇所の補修・補強工事では、硬化性樹脂に含浸させた状態の筒状の強化繊維シートに対して径方向外側に向かって圧力（空気圧や水圧）を加えることで周方向に伸ばして拡径させる。これにより強化繊維シートを下水管の内周面に密着させた状態で硬化させることができる。
他には、強化繊維シートを成形型に貼り付けて硬化させることで型の強度を高めたり、硬化させた強化繊維シート自体を製品の外殻として使用することもある。

ここで、一般的に強化繊維シートは強化繊維糸が延在する方向（強化繊維糸の長手方向）に引張力を加えた場合に伸びにくく、上述したような筒状の強化繊維シートを伸ばして拡径することが実際には容易ではないという問題がある。また、強化繊維シートが成形型の凹凸部や湾曲部などの複雑な形状部分にうまく密着せず、皺が発生するという問題もある。
このように、強化繊維シートには硬化後の強度だけでなく、硬化前の成形性（賦形性）の高さも求められる。
そこで、例えば特許文献1には、層状に積み重ねたガラス繊維を一方向に配向させると共に、各層を配向方向と直交する方向にステッチ糸で直線状に縫製した配向ガラス繊維マットが開示されている。
また、特許文献2には、多数の不連続繊維を同一方向に配向させたシート状部材を複数枚形成し、各シート状部材を、その不連続繊維の配列方向が交差するように積層し、ステッチ糸で直線状に縫製して一体化した多軸ステッチ基材が開示されている。
これら技術は配向方向に引張力を加えて各繊維をずらすことで強化繊維シートを引張方向に伸ばす仕組みである。
また、特許文献3には、シート材の幅方向両端部をオーバーラップさせることで筒状にした地中管用補修材が開示されている。この補修材を下水管内に引き込んだ状態でその内部に加圧水を供給すると、オーバーラップ箇所が短くなるようにシート材の幅方向両端部がスライド移動し、これにより筒が拡径して膨張する仕組みになっている。

特開2003-105663号公報特開2009-249784号公報特許第4288318号公報

ところが、上記各特許文献に開示された技術では以下のような問題がある。
すなわち、特許文献1及び2の技術では強化繊維シートを伸ばす際に各強化繊維糸の位置がずれるので、強化繊維糸の密度分布が均一ではなくなり、硬化後の強度にばらつきが生じて強度が低下する可能性や、強化繊維シートに部分的に穴が開く可能性がある。
また、特許文献3の技術ではオーバーラップ状態を維持したまま、つまり筒状態を維持したまま補修材を下水管内に引き込むのが難しいという問題がある。また、仮にシート材の幅方向両端部を仮止めしてオーバーラップ状態を維持するものとすれば、加圧水の供給時にオーバーラップ箇所が短くなるように幅方向両端部をスムーズにスライド移動させるのが困難という問題がある。また、オーバーラップ箇所だけが他の箇所と比較してほぼ2倍の厚さになってしまい施工性が悪化するという問題もある。

本発明はこのような問題に鑑み、一方向に伸び易いことで賦形性が高く且つ硬化後の高強度を確保できる強化繊維シートを提供することを目的とする。

本発明の強化繊維シートは、一方向に配向した多数の強化繊維糸を、当該配向方向と直交する方向に並べることで一枚のシート片とし、複数枚のシート片を配向方向に連続的に繋げることを特徴とする。
また、ステッチ、縫製、タフティング及びニードルパンチのうちの少なくとも一つの方法により前記複数枚のシート片を繋げることを特徴とする。
また、前記強化繊維糸の配向方向が周方向となるように筒状に形成することを特徴とする。
本発明の強化繊維シートの製造方法は、一方向に配向した多数の強化繊維糸を、当該配向方向と直交する方向に並べることで一枚のシート片とするステップと、複数枚のシート片を配向方向に連続的に繋げるステップとを備えることを特徴とする。
また、ステッチ、縫製、タフティング及びニードルパンチのうちの少なくとも一つの方法により前記複数枚のシート片を繋げることを特徴とする。
また、前記強化繊維糸の配向方向が周方向となるように筒状に形成するステップを備えることを特徴とする。

本発明の強化繊維シートは、配向方向に引っ張るとシート片の繋がり箇所においてシート片が引張方向に僅かにずれ、これによって強化繊維シート全体を配向方向に伸ばすことができる。これは、強化繊維糸の配向方向と引張方向とが一致しているためであり、例えば図10(a)に示すように多数の強化繊維糸100を左右方向に配向して成る2枚のシート片101を、その一部を上下に重ねた状態で縫製で繋げる場合、図10(b)に示すように左右方向（配向方向）に力Pで引っ張ると、縫製糸102は強化繊維糸100の側面に沿って相対的に距離dだけ僅かに移動することができるためである。
このように、本発明では引っ張った際に従来技術のように強化繊維糸自体がずれて伸びるのではなく、シート片自体が繋がり箇所においてずれるので、これにより強化繊維シートが配向方向に伸びることになる。
したがって、伸びた後の強化繊維シートを見ると、強化繊維糸の密度分布は伸びる前と同等の均一な状態が維持されるので、硬化後の強度にばらつきが生じず、また、強化繊維シートに部分的に穴が開く事態を防止できる。また、一方向（配向方向）に伸び易いので成形型に密着させ易くなり強化繊維シートの賦形性を高めることができる。
シート片を繋げる方法としてはステッチ、縫製、タフティング及びニードルパンチのうちの少なくとも一つの方法を採用するのが好ましい。これらの方法は低コストで実施できるというメリットがある。また、一般的に強化繊維シートは硬化性樹脂等によって硬化させられるため、シート片同士を必ずしも強固に繋げておく必要がなく、タフティングやニードルパンチで留めておく程度で実用上は充分である。
また、シート片を構成する強化繊維糸の配向方向が周方向に一致するように強化繊維シートを筒状にすることで、加圧水等を利用して内部から径方向外向きに外力を作用させた場合に強化繊維シートが周方向に伸びて拡径するので、下水管・水道管等の各種管の内周面に強化繊維シートを密着させることができ、各種管の補修・補強用途として最適になる。
本発明の強化繊維シートを筒状にする場合、幅方向の両端部同士をオーバーラップ又は突き合わせた状態で縫製等により固定することができる。強化繊維シートの幅方向の両端部同士を固定することにより、筒状態を維持したまま強化繊維シートを下水管の内部に引き込むことが可能になる。本発明で強化繊維シートの幅方向の両端部同士を固定できるのは、各シート片の繋がり箇所においてシート片同士が引張方向に僅かにずれることで強化繊維シート全体が周方向に伸びるという特性を備えているためである。換言すると、本発明では強化繊維シートの幅方向の両端部同士を固定していても、上記特許文献3の技術とは異なり、加圧水等の径方向外向きの外力を作用させて筒状の強化繊維シートを拡径し、膨張させることができる。また、幅方向の両端部同士をオーバーラップさせる場合、周方向に多数のオーバーラップ箇所が形成されるため厚みを全周に亘ってほぼ均一にでき、また、幅方向の両端部同士を突き合わせる場合は当然厚みを全周に亘って完全に均一にでき、施工性を高めることができる。

複数枚のシート片をステッチ糸で縫製した強化繊維シートを示す斜視図 1枚のシート片を示す斜視図(a)及び実物写真(b) 1枚のシート片を示す斜視図(a)及び実物写真(b) 1枚のシート片の一方の面を示す斜視図(a)及び他方の面を示す斜視図(b) 縫製ラインの例を示す平面図(a1)〜(e1)及び伸びた後の状態を示す平面図(a2)〜(e2) 第2の実施の形態におけるシート片の他のステッチ例を示す斜視図第3の実施の形態における強化繊維シートを示す斜視図(a)及び伸びた後の状態を示す平面図(b) 第4の実施の形態における強化繊維シートを示す配向方向に沿った縦断面図第5の実施の形態における強化繊維シートを筒状に形成した状態を示す図(a)、下水管等の補修・補強に使用した状態を示す図(b)及び伸びた後の状態を示す図(c) 本発明の強化繊維シートを示す平面図(a)、引っ張って伸びた状態を示す平面図(b)

［第1の実施の形態］
本発明の強化繊維シートの実施の形態について説明する。
図1及び図2に示すように強化繊維シート1は複数枚のシート片10をステッチ糸20によって連続的に繋げた構成を備えている。なお、図1ではシート片10を模式的に表わしている。シート片同士を繋げる方法としてはステッチ以外に縫製、タフティング、ニードルパンチ等が挙げられるが、必ずしもこれらに限定されない。
具体的には、シート片10は一方向に配向させた強化繊維糸11を当該配向方向と直交する方向（以下、単に「直交方向」と表記する。）に多数シート状に並べて構成される。強化繊維糸11を一方向に配向させる手段は周知の配向装置を用いればよいため説明を省略する。

また、直交方向に隣接する強化繊維11同士は図2(a)及び(b)に示すように留め糸11aで結ばれると共に、図示は省略するが留め糸11a同士もシート片10の下面側で結ばれている。これにより強化繊維糸11がばらけることを防いで一枚のシート片10として独立して取り扱うことができる。
シート片10の寸法に特に制限はなく、例えば配向方向の長さが数十センチ程度で、直交方向の長さが数十メートル程度であってもよい。また、強化繊維糸11の太さ（直径）も特に制限はなく、強化繊維糸11の材質、シート片10の要求強度等に応じて調節すればよい。なお、強化繊維糸の断面は本来円形であるが、図2(a)及び(b)に示すように留め糸11aで結んだ状態では上下につぶれた楕円形になるのが一般的である。
なお、本発明の強化繊維シートとして図3(a)及び（b）に示すように、配向方向にのびる強化繊維糸11を、留め糸11aではなく、直交方向にのびる強化繊維糸12或いは他の種類の糸で織り上げた織物構造にしても良い。
また、本発明の強化繊維シートとして図4(a)及び（b）に示すように、配向方向にのびる強化繊維糸11の一方の面に、直交方向にのびる強化繊維糸13を均等間隔で配置し、交差箇所を留め糸14で結んだノンクリンプファブリックの構造にしてもよい。
強化繊維糸11の材質に特に制限はなく、強化繊維シート用として一般的に用いられている全ての繊維を使用できる。強化繊維糸11として例えば炭素繊維、ガラス繊維、ボロン・チタン・スチール等の金属繊維、アラミド・ポリアミド・ポリエステル等の合成の有機繊維、綿・麻・絹等の天然の有機繊維等が挙げられる。また、一般的に知られている強化繊維糸以外にも例えばゴム製の弾性糸や生体内で吸収されて溶ける吸収糸を用いてもよい。また、これら各種糸を単独或いは複数種混入して使用してもよい。

図1に示すように複数枚のシート片10を相互に部分的に重複させた状態で配向方向に沿って連続的に繋げることで強化繊維シートを形成している。本実施の形態ではシート片10を上下に2枚重ねているが、3枚以上重ねてもよい。シート片10の厚さとシート片10を重ねる枚数によって強化繊維シート1の厚さ、強度及び重量を調節できる。

ステッチ糸20の材質は特に限定されるものではなく、例えばポリエステルやナイロン等の合成樹脂糸が挙げられるが、強化繊維糸11との相性を考慮して適宜選択すればよい。

図5にステッチ糸20のラインLの例を示す。
いずれのラインLもシート片10の重複箇所40上を単純な直線ではなく、配向方向に搖動しながら直交方向にのびる点で共通している。
図5(a1）のラインLaは三角波状に搖動しており、図5(b1）のラインLbは台形波状になっており、図5(c1）のラインLcは矩形波状になっており、図5(d1）のラインLdはノコギリ波状になっており、図5(e1）のラインLeは滑らかなサイン波状になっている。なお、ラインLとして単純な直線形状になる箇所が部分的に混在していてもよく（図5(b1)及び(c1)参照）、また、配向方向に搖動しながら直交方向にのびてさえいれば必ずしも図5(a1)〜(e1)に示した形状に限定されない。
図5(a2)〜(e2)は配向方向に引張力Pが作用することによりシート片10が距離dだけ移動した状態を示している。配向方向に引張力Pが作用するとラインLが配向方向に搖動している箇所に沿ってシート片が僅かにずれる。これにより強化繊維シート1全体を配向方向に伸ばすことができる。

［第2の実施の形態］
次に本発明の第2の実施の形態に説明するが、上記第1の実施の形態と同様の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図6に示すように、本実施の形態ではステッチ糸20のラインが単純な直線である点に特徴を有する。ステッチ糸20のラインを直線にすることでシート片同士を繋げるための作業時間を短縮できる。
また、ステッチ糸20のラインを直線にした場合には上記第1の実施の形態と比較してシート片が配向方向へ伸びる量は小さくなるが、シート片の配向方向の長さを短めにすると共にシート片の枚数を増やせば強化繊維シート2全体として上記第1の実施の形態と同様の伸び量を確保できる。

［第3の実施の形態］
次に本発明の第3の実施の形態に説明するが、上記各実施の形態と同様の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図7(a)に示すように、本実施の形態では、シート片10同士を重ね合わせずに、シート片10の端面同士を突き合わせた状態で繋げる点に特徴を有する。強化繊維シート3の裏面側はフェルト等で裏当てしてあり、この裏当て部材30によって各シート片を水平面内に保持する構造になっている。
図7(b)に示すように、配向方向に引張力Pが作用することによりステッチ糸20のラインが配向方向に搖動している箇所に沿ってシート片が距離dだけ僅かにずれる。これにより強化繊維シート1を配向方向に伸ばすことができる。
本実施の形態の強化繊維シート3の場合、厚みを抑えて均一化できるため、屈曲等変形させる際の自由度を増すことができる。また、第5の実施の形態で示すように強化繊維シートを筒状に形成した場合、拡径性を向上したり、一方の端部を、筒の内部を通して他方の端部まで引っ張ることで表裏を反転させる際の作業性を向上できる。

［第4の実施の形態］
次に本発明の第4の実施の形態に説明するが、上記各実施の形態と同様の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図8に示すように、本実施の形態では、上記第1の実施の形態で示した強化繊維シート1を第一層とし、その表面や裏面に第二層31や、更には第三層32等を設けた多層構造にした点に特徴を有する。
第2層31、第3層32等の材質は特に限定されるものではなく、例えば一般的な強化繊維シートや、強化繊維を含まない不織布やメッシュシートなどが挙げられる。
多層構造にすることで引張強度を増すことができる。また、直交方向に引張力が作用した場合でもシート片が直交方向に伸びることを防止できる。

［第5の実施の形態］
次に本発明の第5の実施の形態に説明するが、上記各実施の形態と同様の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図9(a)に示すように、本実施の形態では、強化繊維糸の配向方向が周方向となるように強化繊維シートを筒状に形成した点に特徴を有する。
強化繊維シート4は幅方向の端部同士を縫い合わせてシート状にし、シートの幅方向の両端部同士をオーバーラップさせて符号4aで示す箇所で縫い合わせて固定することで筒状に形成されている。そして、強化繊維シート4の内周面側及び外周面側をフィルム（図示略）で覆った状態で未硬化の合成樹脂を含浸させている。
このような筒状の強化繊維シートの用途としては図9(b)に示すような下水管50等の補修・補強が挙げられる。
図9(c)に示すように強化繊維シート4の内部から径方向外向きに圧力P（空気圧や水圧）をかけると、強化繊維シート4が配向方向（筒状の強化繊維シート4の周方向）に伸び、拡径されて下水管50の内周面に密着する。この状態で光や熱を照射して合成樹脂を硬化させることで周方向の強度（耐圧強度等）が高い内面ライニング層を形成することができる。

なお、本発明の強化繊維シートは土木・建築分野のみならず、航空宇宙、医薬バイオ、工芸美術等、様々な分野で利用できる。
また、本願発明者は上記複数枚のシート片（一方向に配向した多数の強化繊維糸を、当該配向方向と直交する方向に並べることで形成したシート片）を、配向方向に直交する方向に連続的に繋げた強化繊維シートや、或いは強化繊維糸を多方向にばらばらに配向して成るシート片を一方向に連続的に繋げた強化繊維シートも作成済みである。そして、これら強化繊維シートに対して、各シート片が連続する方向に引張力を作用させた場合でも、各シート片の繋がり箇所において各シート片が引張方向に僅かにずれ、これによって強化繊維シート全体が引張方向に僅かに伸びることを確認している。

本発明は、一方向に伸び易いことで賦形性が高く且つ硬化後の高強度を確保できる強化繊維シートに関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

1 強化繊維シート
2 強化繊維シート
3 強化繊維シート
4 強化繊維シート
4a 固定箇所
10 複数枚のシート片
11 強化繊維糸
11a 留め糸
12 強化繊維糸
13 強化繊維糸
14 留め糸
20 ステッチ糸
30 裏当て部材
31 第二層
32 第三層
40 重複箇所
50 下水管

Claims

一方向に配向した多数の強化繊維糸を、当該配向方向と直交する方向に並べることで一枚のシート片とし、複数枚のシート片を配向方向に連続的に繋げることを特徴とする強化繊維シート。
ステッチ、縫製、タフティング及びニードルパンチのうちの少なくとも一つの方法により前記複数枚のシート片を繋げることを特徴とする請求項1に記載の強化繊維シート。
前記強化繊維糸の配向方向が周方向となるように筒状に形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の強化繊維シート。
一方向に配向した多数の強化繊維糸を、当該配向方向と直交する方向に並べることで一枚のシート片とするステップと、複数枚のシート片を配向方向に連続的に繋げるステップとを備えることを特徴とする強化繊維シートの製造方法。
ステッチ、縫製、タフティング及びニードルパンチのうちの少なくとも一つの方法により前記複数枚のシート片を繋げることを特徴とする請求項4に記載の強化繊維シートの製造方法。
前記強化繊維糸の配向方向が周方向となるように筒状に形成するステップを備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の強化繊維シートの製造方法。