JP2024027419A - 繊維マット、該繊維マットで構成された繊維強化樹脂材及び該繊維強化樹脂材を用いた管状ライニング材 - Google Patents

Abstract

【課題】老朽化した既設構造物の形状にフィットさせることができ、強度を向上することが可能なライニング材を構成する繊維マット、該繊維マットで構成された繊維強化樹脂材及び該繊維強化樹脂材を用いた管状ライニング材を提供すること。【解決手段】繊維マット２０は、該繊維マット２０の長さ方向に長く伸長するように、同方向に伸長する複数の所定長さの短強化繊維２４ａを該繊維の長さ方向に重ねつつ並べて成る第１層２４と、該第１層２４に積層され、該積層状態で、前記第１層２４の前記短強化繊維２４ａと４５°～９０°の角度で交差するように、同方向に伸長する複数の所定長さの短強化繊維２６ａを長さ方向に重ねつつ並べて成る第２層２６と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維マット、繊維強化樹脂材及び管状ライニング材に関し、特に、既設構造物を補修する際に既設構造物の内面の被覆に用いられるライニング材を構成する繊維マット、該繊維マットで構成された繊維強化樹脂材及び該繊維強化樹脂材を用いた管状ライニング材に関する。

下水管等の既設管は、長年の使用により劣化し、その耐用年数は一般に約５０年とされている。近年、耐用年数を超える下水管が増加しており、老朽化した下水管は、管路に生じた亀裂等から下水管周囲の地下水や土砂が管路内に流入することがあり、これによって地中に空洞が生じると地面陥没の原因となる。また、下水管は地震等の地盤変動による影響を受けやすい等、種々の事情から所定の時期に何らかの補修が必要となる。

老朽化した既設管の補修方法として、既設管の内面を硬化した管状のライニング材で被覆する方法が知られている。例えば、特許文献１には、ガラス繊維等の繊維材に硬化性樹脂組成物を含浸した繊維強化樹脂材を管状に形成した管状ライニング材を用いた下水管の補修方法が記載されている。この方法では、管状繊維強化樹脂材を未硬化状態で下水管内に導入した後、管状ライニング材の両端部を閉塞して形成された密閉空間に圧縮空気を供給し、管状ライニング材を下水管の内面に押付ける。この状態で、管状ライニング材を熱や光を用いて硬化させることにより、下水管の内側に硬化した管状ライニング材で被覆する。

この方法で用いられる管状ライニング材は、例えば特許文献２に記載されているように、ガラス繊維等の繊維で形成された帯状の繊維マットに硬化性樹脂組成物を含浸し、この帯状の繊維強化樹脂材を筒体に螺旋状に巻回して管状体に形成することで製造される。製造された管状ライニング材は、その外径が補修対象となる既設管の内径よりもやや小さく形成されており、上記の圧縮空気の導入により、管状ライニング材の径を拡大させることにより、既設管の内面に対して管状ライニング材の外表面が密着するようにしている。

老朽化した既設管の内面は、内面に凹凸があり不均一な面となっているため、管状ライニング材の拡径割合が小さいとライニング材の密着性が低くなる。特許文献２では、管状ライニング材において繊維マットを構成している繊維の長さを２ｃｍ～２０ｃｍとし、さらに、繊維の伸長方向を一方向に揃えることで、管状ライニング材を圧縮空気により拡径させる際に、繊維同士を離間しやすくして、管状ライニング材が拡径する割合を高くし、既設管に対する密着性を高めている。

特許第３６９１８８１号公報 特許第３６７５４７６号公報

しかしながら、特許文献２に記載の管状ライニング材では、繊維長さを短くしているため、繊維の長さ方向の強度が、長繊維で構成された管状ライニング材に比べるとやや低下するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、老朽化した既設構造物の形状にフィットさせることができ、強度を向上することが可能なライニング材を構成する繊維マット、該繊維マットで構成された繊維強化樹脂材及び該繊維強化樹脂材を用いた管状ライニング材を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の繊維マットは、
該繊維マットの長さ方向に長く伸長するように、同方向に伸長する複数の所定長さの短強化繊維を該繊維の長さ方向に重ねつつ並べて成る第１層と、
該第１層に積層され、該積層状態で、前記第１層の前記短強化繊維と４５°～９０°の角度で交差するように、同方向に伸長する複数の所定長さの短強化繊維を長さ方向に重ねつつ並べて成る第２層と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、繊維マットでライニング材を構成した場合に、繊維マットの第２層を構成している各強化繊維が、第１層を構成している複数の短強化繊維と４５°～９０°の角度で交差する方向で繊維強化樹脂材の厚さ方向で重なっている。これにより、第２層を構成している各強化繊維が第１層の複数の短強化繊維のジョイント材の役割を果たすことから、ライニング材における第１層の短強化繊維同士の接着性が向上する。これにより、既設構造物の補修に用いられるライニング材にその基材として用いられた際には、第１層の短強化繊維の伸長方向の強度を向上させることができる。また、繊維マットの第１層及び第２層の繊維は、それぞれ、伸長方向が一方向に揃えられた短強化繊維であるため、繊維マットに硬化性樹脂組成物を含浸させたライニング材を既設構造物に押付けて硬化させる際に、第１層及び第２層内のそれぞれの繊維同士はそれらの伸長方向には離間し易い状態となっており、したがって、曲げ易く、既設構造物の表面形状に良好にフィットさせることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の繊維マットにおいて、
前記第１層と前記第２層との間に、繊維配向が不規則な繊維で構成された第３層を含むことを特徴とする。

この構成によれば、繊維が交差する方向に伸長している第１層と第２層との間に、これらと繊維配向が不規則な第３層を配置することで、各層間で繊維が絡みやすくなって各層間の接着強度が向上する。また、第３層は繊維配向が不規則であるため、繊維マットでライニング材を構成して硬化性樹脂組成物を硬化させる際に繊維同士が離間しやすく、既設構造物の表面形状に良好にフィットさせることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の繊維マットにおいて、
前記第１層にて前記第３層が積層される表面と反対側の表面に隣接して配置され、繊維配向が不規則な繊維で構成された第４層を有することを特徴とする。

この構成によれば、繊維マットを複数積層して使用する際に、第１層と第２層との間には、第３層又は第４層が配置されることとなるが、第３層及び第４層は、それぞれ、繊維配向が不規則な繊維で構成されているため、各層間で繊維が絡みやすくなって各層間の接着強度を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の繊維マットにおいて、
前記第３層と前記第４層とは、繊維構成が等しいことを特徴とする。

この構成によれば、繊維マットを複数積層して使用する際に、第１層と第２層との間には、第３層又は第４層が配置されることとなり、この第３層及び第４層は、繊維構成が等しいため、厚さ方向に複数積層される第１層と第２層との間の接着性を均一にすることができる。

また、上記目的を達成するために請求項５に記載の繊維強化樹脂材は、請求項１～４のいずれか１項に記載の繊維マットに硬化性樹脂組成物が含浸されてなることを特徴とする。

この構成によれば、第２層を構成している各短強化繊維が、第１層を構成している複数の短強化繊維と繊維強化樹脂材の厚さ方向で重なって、第１層の複数の短強化繊維のジョイント材の役割を果たすため、第１層の短強化繊維同士の接着性が向上する。これにより、繊維強化樹脂材にて第１層の短強化繊維の伸長方向の強度を向上させることができる。
また第１層及び第２層の繊維は、それぞれ、伸長方向が一方向に揃えられた短強化繊維であるため、硬化性樹脂組成物を硬化させる際に、各層において、繊維同士が離間しやすくなり、既設構造物の内面形状に良好にフィットさせることができる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の繊維強化樹脂材において、
前記第１層及び前記第２層の前記短強化繊維は、それぞれ、長さが１０ｃｍ～５０ｃｍであることを特徴とする。

この構成によれば、繊維強化樹脂材を既設構造物に密着させて拡径させる際に、各層における繊維が長さ方向に移動する離間性能を良好にすることができる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の繊維強化樹脂材において、
前記第１層と前記第２層とは、前記短繊維の質量比が、５：１～６：１に設定されたことを特徴とする。

この構成によれば、第１層の短強化繊維と第２層の短強化繊維との質量比が５：１～６：１とすることで、第１層の短強化繊維の伸長方向の強度を、第２層を有していない繊維強化樹脂材に比べて約１０％向上させることができ、かつ、繊維強化樹脂材の厚さの増加を抑えることができる。

また、請求項８に記載の発明は、既設管の補修に用いられる管状ライニング材であって、
請求項５に記載の繊維強化樹脂材を厚さ方向に複数積層して管状に形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、下水管等の既設管の補修に用いられる管状ライニング材の一定の厚みを確保しつつ、管状ライニング材を構成している繊維の離間性能を高く保持することができる。また、第２層の各短強化繊維が第１層の短強化繊維同士の接着力を高めるジョイント材の役割を果たすことで、管状ライニング材を硬化させた更生管において、第１層の短強化繊維の伸長方向における強度を向上させることができる。また、既設管内に未硬化状態の管状ライニング材を導入し、これを圧縮空気により既設管の内面に押付けた場合に、各層の短強化繊維同士が離間し易くなっているので伸長方向の良好な変形性が確保され、管状ライニング材を既設管の内面に密着させることができる。これにより、変形した既設管に対して管状ライニング材をフィットさせて、シワの少ない高品質な更生管を形成することができる。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の管状ライニング材において、
前記管状ライニング材は、内周面を被覆する平滑な薄膜体を有することを特徴とする。

この構成によれば、管状ライニング材を硬化させた更生管の内面を滑らかに仕上げることができる。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の管状ライニング材において、
前記第１層の前記短強化繊維の伸長方向は、前記管状ライニング材の軸方向に対して６５°～９０°傾斜していることを特徴とする。

この構成によれば、第１層の短強化繊維の伸長方向に対する曲げ強度が、第２層の短強化繊維の伸長方向に対する曲げ強度よりも高くなっており、さらに、第１層の短強化繊維の伸長方向は、管状ライニング材の軸方向（すなわち補修後の更生管の軸方向）に対して６５°～９０°傾斜している、すなわち軸方向よりも周方向に沿って伸長していることから、更生管の径方向の圧縮に対する強度が高くなる。これにり、更生管に常時作用する径方向の外力に対して強度の高い構造とすることができる。

本発明に係る繊維マット、該繊維マットで構成された繊維強化樹脂材及び該繊維強化樹脂材を用いた管状ライニング材によれば、第２層を構成している各短強化繊維が、第１層を構成している短強化繊維の接着力を高めるジョイント材の役割を果たすため、第１層の短強化繊維同士の接着性が向上する。これにより、繊維マットで構成された繊維強化樹脂材にて第１層の短強化繊維の伸長方向の強度を向上させることができる。また第１層及び第２層の繊維は、それぞれ、伸長方向が一方向に揃えられた短強化繊維であるため、硬化性樹脂組成物を硬化させる際に、各層において、繊維同士が離間しやすくなり、既設構造物の内面形状に良好にフィットさせることができる。

本発明の一実施形態である繊維強化樹脂材の断面図である。 繊維マットを構成する各繊維層の説明図である。 第１の一方向配向層を構成する短強化繊維を示す図である。 繊維マットに硬化性樹脂組成物を含浸する工程の説明図である。 管状ライニング材を示す一部破断斜視図である。 管状ライニング材の厚さ方向の断面図である。 管状ライニング材を製造する過程を示す概略図である。 管状ライニング材における第１の短強化繊維層の短強化繊維と第２の短強化繊維層の短強化繊維の配向状態を説明する模式図である。 管状ライニング材を用いた既設管の補修方法の説明図である。 繊維強化樹脂材の他の実施形態を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態である繊維強化樹脂材１０の断面図である。繊維強化樹脂材１０は、老朽化した既設構造物の補修や更生に用いられ、既設構造物の形状にフィットさせることが可能な材料である。

繊維強化樹脂材１０は、基材繊維層１２と、第１の短強化繊維層（第１層）１４と、不規則繊維層（第３層）１５と、第２の短強化繊維層（第２層）１６とを備えている。基材繊維層１２、第１の短強化繊維層１４、不規則繊維層１５及び第２の短強化繊維層１６には、硬化性樹脂組成物１９が含浸されている。各繊維層１２、１４，１５，１６は、それぞれ繊維を含む層であり、本実施形態では、図２に示すように、これらの層を形成する繊維によって帯状の繊維マット２０が形成し、その後、繊維マット２０に硬化性樹脂組成物１９を含浸している。なお、繊維マット２０の形状は帯状に限られず、補修に用いられる既設構造物の形状に合わせて任意の形状に形成することができる。

次に、繊維強化樹脂材１０の各繊維層１２，１４，１５，１６を構成する繊維について説明する。図２は、繊維マット２０において各繊維層１２，１４，１５，１６を構成している繊維を模式的に示した説明図である。以下の説明では、繊維マット２０において、基材繊維層１２、第１の短強化繊維層１４、不規則繊維層１５及び第２の短強化繊維層１６のそれぞれに対応する層を、基材層２２（繊維マットの第４層）、第１の一方向配向層（繊維マットの第１層）２４、不規則配向層２５（繊維マットの第３層）及び第２の一方向配向層２６（繊維マットの第２層）と称する。

図２に示すように、基材繊維層１２を構成する基材層２２は、繊維配向が不規則な繊維２２ａで構成されている。本実施形態では、所定長さの複数本の繊維（例えば数百から数千本の繊維）を束ねた繊維配向が不規則な繊維ストランドを用いている。繊維マット２０の基材層２２は、繊維２２ａを図示していない布の上に配置して薄いヴェール状にすることで形成することができる。

第１の短強化繊維層１４を構成する第１の一方向配向層２４及び第２の短強化繊維層１６を構成する第２の一方向配向層２４は、それぞれ、所定長さに設定された複数の短強化繊維２４ａ，２６ａで構成されている。第１及び第２の短強化繊維層１４，１６を構成する短強化繊維２４ａ，２６ａは、それぞれ、繊維配向が一方向に揃えられており、第２の短強化繊維層１６の短強化繊維２６ａは、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａと４５°～９０°の範囲で交差するように配向されている。

次に、短強化繊維によって第１及び第２の一方向配向層２４，２６を形成する方法の一例について説明する。各一方向配向層２４，２６は、複数本の長強化繊維（例えば数百から数千本）を束ねた長強化繊維のストランド又はロービングを所定の長さで切断して並べることで形成することができる。例えば、長強化繊維のストランド又はロービングを短強化繊維となるように所定の長さで切断し、切断された各短強化繊維を長さ方向に重なりつつ同方向に伸長するように並べる。並べられた各短強化繊維は、例えば接着剤等のバインダ材を用いて分離しないように接合することが可能である。なお、繊維マットの幅が短い場合（例えば５０ｃｍ以下）、第２の一方向配向層２６の短強化繊維２６ａ（すなわち、繊維マット２０の幅方向に伸長する短強化繊維２６ａ）は、長強化繊維からなるストランド又はロービングを、繊維マット２０の幅方向の長さに合わせて切断したものであってもよい。かかる場合であっても、寸法の短い繊維マット２０の幅方向の長さに強化繊維の長さが揃えられるため、第２の一方向配向層２４の繊維長を短く設定することができる。図３は、第１の一方向配向層２４を構成する短強化繊維２４ａを示す図である。図３に示すように、短強化繊維２４ａは、同方向に伸長しており、少なくとも一部が、長さ方向と直交する方向にて隣接する短強化繊維と重なるように配置されている。なお、第２の一方向配向層２６を構成する短強化繊維２６ａも、図３に示す例と同様の配置とすることができる。

本実施形態では、第１の一方向配向層２４において、短強化繊維２４ａが繊維マット２０の長さ方向に平行に伸長するように配置されている。これにより、短強化繊維２４ａが繊維マット２０の長さ方向に伸長する第１の一方向配向層２４が形成される。なお、短強化繊維２４ａの伸長方向は、これに限られず、繊維マット２０の長さ方向に対して傾斜していてもよいが、繊維マット２０の幅方向よりも長さ方向に長く延びるように配置される。

第２の一方向配向層２６は、不規則配向層２５を介して第１の一方向配向層２４に積層され、積層状態で、短強化繊維２６ａが第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａに対して少なくとも４５度の角度で交差するように配置され、この交差角度は８５度から９０度の範囲であることがより好ましい。本実施形態では、第２の一方向配向層２６において、短強化繊維２６ａを繊維マット２０の幅方向に伸長するように配置している。これにより、短強化繊維２６ａが第１の一方向配向層２４の短強化繊維２４ａとほぼ直角に交差する第２の一方向配向層２６が形成される。なお、第１及び第２の一方向配向層２４，２６における短強化繊維２４ａ，２６ａの交差角度は９０度（直交）に限られず、適宜設定することができる。

第１の短強化繊維層１４と第２の短強化繊維層１６との間に配置される不規則繊維層１５は、繊維配向が不規則（すなわちランダム配向）な繊維で構成されている。不規則繊維層１５を構成する繊維は、短繊維であっても比較的長い長繊維であってもよく、長繊維の場合、繊維は、不規則に曲がっていることが好ましい。本実施形態では、不規則繊維層１５が、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６を構成する短強化繊維２４ａ，２６ａよりも長さが短く繊維配向が不規則な短繊維２５ａで構成されている。不規則繊維層１５を構成している不規則配向層２５において、短繊維２５ａは、複数本の短繊維を束ねた短繊維ストランドを用いることができる。

各層２２，２４，２５，２６を有する繊維マット２０は、以下の手順で製造することができる。まず、布の上に、基材繊維層１２を形成する繊維２２ａを配置する。その上に、第１の短強化繊維層１４を形成する短強化繊維２４ａを配置する。次に、短強化繊維２４ａの上に、不規則繊維層１５を構成する短繊維２５ａを散布する。次に、短繊維２５ａの上に、第２の短強化繊維層１６を形成する短強化繊維２６ａを配置する。各短強化繊維２６ａは、第１の短強化繊維層１４を形成する短強化繊維２４ａと交差するように、平行に並べて配置される。なお、繊維マット２０は、必要に応じて、各層２２，２４，２５，２６を貫通する糸で縫い合わされて一体化されてもよい。縫い合わせに使用される糸は、伸縮性又は非伸縮性の糸とすることができる。形成された帯状の繊維マット２０は、ロール状にされて保管される。

繊維マット２０において、基材繊維層１２は、不規則繊維層１５と等しい繊維構成、すなわち、不規則繊維層１５と同様に不規則な繊維配向であって、不規則繊維層１５とほぼ等しい繊維長さの繊維層であることが好ましい。さらに、基材繊維層１２と、不規則繊維層１５とは、単位面積当たりの繊維の質量がほぼ等しくなるように設定することが好ましい。なお、上述した繊維マット２０の製造の手順では、基材繊維層１２を形成する繊維２２ａや、不規則繊維層１５を構成する短繊維２５ａを散布して、各層１２，１５を形成しているが、基材繊維層１２及び／又は不規則繊維層１５は、一枚の繊維配向が不規則な繊維マットで構成されており、この繊維マットの上に第１の短強化繊維層１４を形成する短強化繊維２４ａや第２の短強化繊維層１６を形成する短強化繊維２６ａを配置してもよい。基材繊維層１２及び／又は不規則繊維層１５を構成する繊維マットは、例えば、所定長さに切断したストランドをランダム方向に分散させて均一な厚みに積層し、結合剤におりマット状にしたガラスチョップドストランドマット（ＣＭ）、連続したガラス繊維を渦巻状に積み重ねて結合剤によりマット状にしたガラスコンティニュアスストランドマット（ＣＳＭ）等とすることができる。

図４は、繊維マット２０に硬化性樹脂組成物１９を含浸する工程の説明図である。芯棒５０に巻き付けられたロール状の繊維マット２０は、一端側が引っ張られて、回転する別の芯棒５８に巻き付けられる。この２つの芯棒５０，５８の間で帯状の繊維マット２０に、硬化性樹脂組成物１９が含浸される。硬化性樹脂組成物１９はタンク１９に貯留されており、タンク１９に接続された配管５３を通って配管５３の先端部に形成された複数のノズル口５４から繊維マット２０に向かって吐出される。ノズル口５４の下流側には、断面が下流側に向かって狭くなる楔状となるように配置された対を成す挟持板５６－１，５６－２が配置されており、この挟持板５６－１，５６－２間を繊維マット２０が通過することで、繊維マット２０内に硬化性樹脂組成物１９が含浸される。また、余剰分の硬化性樹脂組成物１９は、挟持板５６－１，５６－２を通過する際に下方に設置された容器５７内へ落とされる。これにより、図１に示す繊維強化樹脂材１０を形成することができる。

繊維マット２０に含浸される硬化性樹脂組成物１９は、光で硬化する樹脂組成物でも熱で硬化する樹脂組成物でもよい。いずれの硬化性樹脂組成物１９でも、ビニルエステル樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等の重合性樹脂をスチレン等の溶媒に溶かしたものを使用することができ、光硬化性樹脂組成物の場合はアゾ化合物等の光重合開始剤が配合され、熱硬化性樹脂組成物の場合は熱に反応する有機過酸化物が配合される。

繊維強化樹脂材１０において、各繊維層１２，１４，１５，１６を構成する繊維のうち、少なくとも第１及び第２の短強化繊維層１４，１６を構成する繊維は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群から選択される少なくとも１種である。これら繊維は強度が高いため、繊維強化樹脂材１０で形成される更生構造物の強度を十分に高くすることができる。各繊維層１２，１４，１５，１６において、上記繊維は２種以上を組み合わせて使用することができる。なお、基材繊維層１２及び不規則繊維層１５を構成する繊維は、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６を構成する短強化繊維２４ａ，２６ａよりも強度の弱い繊維とすることができる。

第１及び第２の短強化繊維層１４，１６において、短強化繊維２４ａ，２６ａの長さは、例えば、１０ｃｍ～５０ｃｍ、好ましくは１５ｃｍ～４０ｃｍ、より好ましくは２０ｃｍ～３０ｃｍである。繊維の太さは特に限定されないが、例えば、１０μｍ～４０μｍとすることができる。本実施形態では、第２の短強化繊維層１６の短強化繊維２６ａの長さが、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの長さよりも短くなっている。なお、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６の短強化繊維２４ａ，２６ａの長さは、同じであってもよく、第１の短強化繊維層１４の方が長くてもよい。繊維マット２０を既設管の補修に用いる管状ライニング材の材料として用いる場合、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６の短強化繊維２４ａ，２６ａの長さは、補修対象となり既設管の内周の周長の１／２以下の長さであることが好ましく、内周の周長の１／３以下の長さであることがより好ましい。

基材繊維層１２と不規則繊維層１５とは繊維構成が等しいことが好ましい。これらの層１２，１５を構成する繊維は、例えば、渦巻き状に積み重ねた連続した繊維、不規則な方向を向く複数の略直線状の短繊維、又は、ランダムに曲がった短繊維、などとすることができる。基材繊維層１２や不規則繊維層１５が短繊維で形成されることにより、繊維強化樹脂材１０を押圧して硬化性樹脂組成物１９を硬化させる際の繊維同士の離間性能をより良好に保つことができる。基材繊維層１２や不規則繊維層１５を構成する短繊維の長さは、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６を構成する短強化繊維よりも短いことが好ましい。

本実施形態では、第１の短強化繊維層１４及び第２の短強化繊維層１６における短強化繊維の質量は、第２の短強化繊維層１６よりも第１の短強化繊維層１４の方が大きくなっている。第１の短強化繊維層１４と第２の短強化繊維層１６とにおいて短強化繊維の質量比は、５：１～６：１の範囲であることが好ましい。このような質量比にすることで、第２の短強化繊維層１６を有しておらず且つ短強化繊維の質量が等しい繊維強化樹脂材１０と比較した場合に、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維の伸長方向における繊維強化樹脂材１０の強度を１０％程度大きくすることができる。

本実施形態では、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６のそれぞれにおいて、短強化繊維と硬化性樹脂組成物１９との質量比（短強化繊維：硬化性樹脂組成物）が、約５０：５０に設定されている。このような質量比にすることで、各短強化繊維層１４，１６において、短強化繊維間に硬化性樹脂組成物１９を十分に浸透させつつ、硬化性樹脂組成物１９の量を抑えることができる。

本実施形態の繊維強化樹脂材１０では、上記のとおり、第１の短強化繊維層１４の方が第２の短強化繊維層１６よりも短強化繊維及び硬化性樹脂組成物１９の質量が大きくなっている。また、各繊維層１２，１４，１５，１６における繊維の質量は、第１の短強化繊維層１４が最も大きく、次に、第２の短強化繊維層１６、不規則繊維層１５、基材繊維層１２の順で質量が小さくなるように設定されることが好ましく、不規則繊維層１５と基材繊維層１２の質量は等しく設定されることがより好ましい。一例として、各層の繊維の質量は、基材繊維層１２が３０ｇ／ｍ^２、第１の短強化繊維層１４が５６０ｇ／ｍ^２、不規則繊維層１５が３０ｇ／ｍ^２、第２の短強化繊維層１６が１００ｇ／ｍ^２とすることができる。

また、本実施形態の繊維強化樹脂材１０では、図１に示すように、基材繊維層１２の厚さｄ１、第１の短強化繊維層１４の厚さｄ２、不規則繊維層１５の厚さｄ３及び第２の短強化繊維層１６の厚さｄ４が、ｄ２＞ｄ４＞ｄ３≧ｄ１となっている。

なお、繊維強化樹脂材１０は、樹脂が含浸された第１の短強化繊維層１４及び第２の短強化繊維層１６を少なくとも１つ有する構成であればよく、例えば、不規則繊維層１５を有しておらず、第１の短強化繊維層１４と第２の短強化繊維層１６とが隣接する構成であってもよい。本実施形態のように、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６の間に不規則繊維層１５を設けることで、各繊維層１４，１５，１６間で繊維が絡みやすくなり、各繊維層１４，１５，１６間の接着強度が向上する。また、繊維強化樹脂材１０は、第１の短強化繊維層１４及び／又は第２の短強化繊維層１６を２つ以上有する構成であってもよい。また、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６が積層される順番は、上述したものに限られず、例えば基材繊維層１２に隣接して第２の短強化繊維層１６を積層する等、任意に設定することができる。

次に、繊維強化樹脂材１０を用いた管状ライニング材４０について説明する。図５は、管状ライニング材４０の一部破断斜視図であり、図６は、環状ライニング材４０の厚さ方向の断面図である。管状ライニング材４０は、下水管等の既設管の補修に用いられ、内面側から外面側に向かって順に、インナーフィルム４１、第１の薄膜体４２、繊維強化樹脂材１０、第２の薄膜体４４及びアウターフィルム４６を備えている。管状ライニング材４０は、繊維強化樹脂材１０が厚さ方向に複数積層された状態で管状に形成されている。図６では、管状ライニング材４０が６層の繊維強化樹脂材１０－１，１０－２，１０－３，１０－４，１０－５，１０－６を備えた例を示しているが、繊維強化樹脂材１０の積層数はこれに限られず、２層以上とすることができる。

次に、繊維強化樹脂材１０によって既設管の補修に用いる管状ライニング材４０を製造する方法について説明する。図７は、管状ライニング材４０を製造する過程の一例を示す概略図である。

管状ライニング材４０の製造には、円柱状に形成された巻回用のマンドレル６０が使用される。マンドレル６０には、予め、筒状のインナーフィルム２８が装着されている。インナーフィルム１２は必要に応じて用いられるものであり、製造される管状ライニング材４０の内面を保護する役割を有する。

マンドレル６０にインナーフィルム４１が装着された状態で、帯状に形成された第１の薄膜体４１をインナーフィルム４１２の外周上に螺旋状に巻回する。これにより、インナーフィルム４１の外周面が筒状の第１の薄膜体４１で覆われる。

次に、帯状に形成された繊維強化樹脂材１０を第１の薄膜体４１の外周面上に螺旋状に巻回する。これにより、第１の薄膜体４１の外周面が筒状の繊維強化樹脂材１０で覆われる。本実施形態では、ロール状の繊維強化樹脂材１０－１，１０－２が、マンドレル６０の周りに２つ配置されており、それぞれのロールから繊維強化樹脂材１０が繰り出されて第１の薄膜体４１の外周上に巻回される。そして、各繊維強化樹脂材１０－１，１０－２が交互に巻回されて、順次重ねられていく。図示した例では、マンドレル６０を基準として、２つの繊維強化樹脂材１０－１，１０－２のロールを相対する位置に配置した例を示しているが、繊維強化樹脂材１０のロールは１つでもよいし、マンドレル６０に対して３つ以上配置してもよい。すなわち、ロールは１つでも複数個でもよい。

繊維強化樹脂材１０は、上述した第１の短強化繊維層１４を構成する短強化繊維の伸長方向が、管状ライニング材４０の軸方向を基準として６５～９０°なるように角度調整されて巻回される。

本実施形態のように、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維の伸長方向が、帯状の繊維強化樹脂材１０の長さ方向と同方向である場合、繊維強化樹脂材１０を螺旋状に巻回する際の螺旋角度が６５～８５°とされていることが好ましい。螺旋角度とは、図８において角度αで示されるものである。図８（ａ）は管状ライニング材４０を示し、図８（ｂ）は、管状ライニング材４０内の第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａと第２の短強化繊維層１６の短強化繊維２６ａの配向状態を示している。図８（ｂ）において、角度αを形成する直線Ｂは、管状ライニング材４０の軸方向に延びる直線であり、直線Ａは、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの伸長方向に延びる直線である。

次に、帯状に形成された第２の薄膜体４４を筒状に形成された繊維強化樹脂材１０の外周面上に螺旋状に巻回する。これにより、繊維強化樹脂材１０の外周面が筒状の第２の薄膜体４４で覆われ、内面側から順に、第１の薄膜体４２、繊維強化樹脂材１０及び第２の薄膜体４４の層を有する管状体４５が形成される。

第１の薄膜体４２及び第２の薄膜体４４は、それぞれ、繊維強化樹脂材１０の表面よりも平滑な薄厚のシートである。各薄膜体４２，４４は、例えば、ポリエステル等の樹脂製の不織布や、この不織布に僅かに樹脂を含浸させたものとすることができる。平滑な薄膜体４２，４４で繊維強化樹脂材１０の表面を覆うことで、管状ライニング材４０の表面を平滑にすることができ、管状ライニング材４０を硬化させた更生管の表面を滑らかに仕上げることができる。

その後、管状体４５の外周上には、アウターフィルム４６－１、４６－２が設けられる。図７に示す例では、２つの帯状のアウターフィルム４６－１、４６－２が管状体４５を挟んで対向するように配置されている。そして、２つの帯状のアウターフィルム４６－１、４６－２の幅方向端部を熱圧着装置６２において熱圧着して互いに融着する。これにより、一体となったアウターフィルム４６－１、４６－２に、インナーフィルム４１、管状体４５が内包される。アウターフィルム４６－１、４６－２の幅は、これらを合計した長さが、管状体４５の周長よりも長ければよい。

このように製造された管状ライニング材４０は、図５に示すように、内面側から順に、インナーフィルム４１、第１の薄膜体４２、繊維強化樹脂材１０、第２の薄膜体４４及びアウターフィルム４６を備えている。インナーフィルム４１及びアウターフィルム４６は従来から管状ライニング材４０の製造に用いられているものでよく、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどを用いることができる。硬化性樹脂組成物１９が光硬化性樹脂組成物の場合、インナーフィルム４１は照射する光に対して透過性を有するものを用いる。製造された管状ライニング材４０は、保管及び運搬のために、押し潰されて折り畳まれた状態となる。図７では、折り畳まれた管状ライニング材４０が収容箱６４に収容されている。

次に、管状ライニング材４０を用いた既設管の補修方法について説明する。図９は、管状ライニング材を用いた既設管の補修方法の説明図である。本実施形態において、既設管補修方法は、管状ライニング材４０を既設管８０内に導入する導入工程と、導入された管状ライニング材４０を拡径し、既設管８０の内面に管状ライニング材４０を押圧して密着させる拡径工程と、拡径された状態の管状ライニング材４０を硬化する硬化工程と、を含む。本実施形態では、既設管８０の一例として地中に埋設された下水管（下水道本管）を記載している。

補修対象となる既設管８０は、２つのマンホール８２－１，８２－２の間に配設され、これらを連通している。補修作業において、マンホール８２－１，８２－２を介して既設管８０の上流側及び下流側に設置された既設管８１－１，８２－２には、下水の流れを堰き止めるための止水部材７０－１，７０－２が設置される。止水部材７０－１，７０－２としては、内部に空気等の流体を供給することにより膨張するゴム製のパッカーを用いることができる。

管状ライニング材４０は、一方のマンホール８２－１から既設管８０内に導入する（導入工程）。導入後、管状ライニング材４０の両端を閉塞部材７４－１，７４－２によって閉塞する。この状態で、地上の作業車両７６に搭載された圧縮空気供給手段であるコンプレッサ７６Ａから、ホース７７を介して管状ライニング材４０の閉塞空間８８内に圧縮空気を導入する。閉塞空間８８内に導入された圧縮空気により、管状ライニング材４０が拡径されて既設管８０の内周面に押し当てられる。これにより、既設管８０の内周面に管状ライニング材４０の外周面が密着する（拡径工程）。管状ライニング材４０の一方の端部から導入された空気は、他方の端部に接続されたホース７９を介して排出される。排出された空気は、地上に配置された作業車両７８に搭載された脱臭装置７８Ａへ送られ、臭気原因物質が除去される。

その後、管状ライニング材４０の内部に導入した光照射装置７２により、管状ライニング材４０の内部から光を照射する。これにより、管状ライニング材４０の硬化性樹脂組成物１９が硬化し、既設管８０の内側に樹脂製の更生管が形成される（硬化工程）。光照射装置７２は、牽引装置（図示せず）の牽引ロープ７３に連結されており、牽引ロープ７３を牽引することで管状ライニング材４０内を移動させることができる。管状ライニング材４０が硬化した後、インナーフィルム４１は必要に応じて引き剥がされる。図９では、硬化性樹脂組成物１９として光硬化性樹脂組成物を使用した管状ライニング材４０を用いた例を示しているが、熱硬化性樹脂組成物を使用した管状ライニング材４０の場合は、光照射の代わりに蒸気等によって、管状ライニング材４０を加熱する。

本実施形態の繊維強化樹脂材１０を用いた管状ライニング材４０では、図８に示すように、第２の短強化繊維層１６を構成している各短強化繊維２６ａが、第１の短強化繊維層１４を構成している複数の短強化繊維２４ａと繊維強化樹脂材の厚さ方向で重なっている。これにより、第２の短強化繊維層１６の短強化繊維２６ａは、第１の短強化繊維層１４の複数の短強化繊維２４ａの接合強度を向上させるジョイント材の役割を果たすこととなり、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａ同士の接着性が向上する。一方向に配向された短強化繊維からなる繊維強化樹脂材では、繊維長の長い長強化繊維を用いたものに比べて、繊維の伸長方向における強度が低下するが、本実施形態のように、第２の短強化繊維層１６を設けることで、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの伸長方向の強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２の短強化繊維層１６を構成している短強化繊維２６ａが、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの伸長方向と直交する方向に伸長しているため、第２の短強化繊維層１６の短強化繊維２６ａが第１層の短強化繊維２４ａと重なる繊維の本数を多くすることができる。これにより、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの伸長方向の強度をより向上させることができる。また、第１の短強化繊維層１４と第２の短強化繊維層１６との間に、不規則繊維層１５を配置したことで、各層１４，１５，１６間の接着強度が向上されている。また、繊維強化樹脂材１０を複数積層して管状ライニング材４０を構成する場合、第２の短強化繊維層１６と、これに積層される別の繊維強化樹脂材１０の第１の短強化繊維層１６との間に基材繊維層１２が配置されることとなるが、基材繊維層１２と不規則繊維層１５の繊維構成が等しいものでは、管状ライニング材４０の厚さ方向において、第１の短強化繊維層１６と第２の短強化繊維層１６との間の接着性がほぼ均一になるようにすることができる。

また、第１及び第２の短強化繊維層１４，１６は、それぞれ、伸長方向が一方向に揃えられた長さが１０ｃｍ～５０ｃｍの短強化繊維２４ａ，２６ａで構成されているため、管状ライニング材４０を拡径して既設管８０に密着させる際に、各層１４，１６において、短強化繊維同士が離間しやすくなり、既設管８０の内面形状に良好にフィットさせることができる。このように、繊維強化樹脂材１０を用いた管状ライニング材４０では、拡径度合いを大きくできるため、拡径前の管状ライニング材４０の径を小さくして作業性を向上させることができる。また、老朽化して凹凸や変形が生じた既設管８０を補修する場合に、その箇所に応じた拡径度合いとさせることができ、凹凸や変形等の形状に追従したシワ等の少ない品質の良好な更生管を形成することができる。

さらに、本実施形態では、管状ライニング材４０を硬化させた更生管の内周面が平滑な第１の薄膜体４２で覆われているため、更生管の内周面を滑らかに仕上げることができる。

また、管状ライニング材４０では、短強化繊維の質量が、第２の短強化繊維層１６よりも第１の短強化繊維層１４の方が大きくなっており、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの伸長方向に対する曲げ強度が、第２の短強化繊維層１６の短強化繊維２６ａの伸長方向に対する曲げ強度よりも高くなっている。図８に示すように、第１の短強化繊維層１４の短強化繊維２４ａの伸長方向は、管状ライニング材４０の軸方向（すなわち補修後の更生管の軸方向）に対して６５°～９０°傾斜しており（図８の角度α参照）、更生管の軸方向よりも周方向に沿って伸長しているため、更生管の径方向の圧縮に対する強度が高くなる。これにり、更生管に常時作用する径方向の外力に対して強度の高い構造とすることができる。

次に、繊維強化樹脂材１０の他の実施形態について説明する。図１０は、繊維強化樹脂材１０の他の実施形態を示す断面図である。本実施形態の繊維強化樹脂材１０は、外表面が第１の被膜層１１と、第２の被膜層１８とで被覆されており、繊維強化樹脂材１０が、第１の薄膜層１１と、基材繊維層１２と、第１の短強化繊維層（第１層）１４と、不規則繊維層（第３層）１５と、第２の短強化繊維層（第２層）１６と、第２の薄膜層１８とを備えている。第１の薄膜層１１及び第２の薄膜層１８は、上述した第１の薄膜体４２及び第２の薄膜体４４と同様の薄膜体で形成することができる。

図１０に示す繊維強化樹脂材１０は、繊維マット２０に硬化性樹脂組成物１９が含浸された樹脂含浸繊維マットを形成した後、この樹脂含浸繊維マットの基材繊維層１２の外表面を第１の薄膜層１１で被覆し、第２の短強化繊維層１６の外表面を４第２の薄膜層１８で被覆することで製造することができる。このように、繊維強化樹脂材１０の外表面が平滑な薄膜層１１，１８で覆われることで、繊維強化樹脂材１０を硬化させて形成した更正構造物の表面を滑らかに仕上げることができる。なお、繊維強化樹脂材１０は、一方の表面にのみ薄膜層１１又は１８を有する構成であってもよい。

なお、本発明は上述した各実施形態や変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本発明の繊維強化樹脂材１０は、少なくとも第１の短強化繊維層１４及び第２の短強化繊維層１６を備えた構成であればよい。

また、例えば、繊維強化樹脂材１０は、繊維マット２０を構成する第１の一方向配向層２４、不規則配向層２５及び第２の一方向配向層２６を個別に形成し、各層２４，２５，２６に別個に硬化性樹脂組成物１９を含浸した後、樹脂が含浸された各層２４，２５，２６を積層して形成してもよい。

１０ 繊維強化樹脂材
１１ 第１の被膜層
１２ 基材繊維層（第４層）
１４ 第１の短強化繊維層（第１層）
１５ 不規則繊維層（第３層）
１６ 第２の短強化繊維層（第２層）
１８ 第２の被膜層
１９ 硬化性樹脂組成物
２０ 繊維マット
２２ 基材層
２２ａ 繊維
２４ 第１の一方向配向層
２４ａ，２６ａ，３２ 強化繊維
２５ 不規則配向層
２５ａ 短繊維
２６ 第２の一方向配向層
３０ ロービング材
３４ バインダ
４０ 管状ライニング材
４１ インナーフィルム
４２ 第１の薄膜体
４４ 第２の薄膜体
４６ アウターフィルム
７２ 光照射装置
７６Ａ コンプレッサ
８０ 下水管（既設管）
８２ マンホール

Claims (10)

1. 該繊維マットの長さ方向に長く伸長するように、同方向に伸長する複数の所定長さの短強化繊維を該繊維の長さ方向に重ねつつ並べて成る第１層と、
   該第１層に積層され、該積層状態で、前記第１層の前記短強化繊維と４５°～９０°の角度で交差するように、同方向に伸長する複数の所定長さの短強化繊維を長さ方向に重ねつつ並べて成る第２層と、を含むことを特徴とする繊維マット。
2. 前記第１層と前記第２層との間に、繊維配向が不規則な繊維で構成された第３層を含むことを特徴とする請求項１に記載の繊維マット。
3. 前記第１層にて前記第３層が積層される表面と反対側の表面に隣接して配置され、繊維配向が不規則な繊維で構成された第４層を有することを特徴とする請求項２に記載の繊維マット。
4. 前記第３層と前記第４層とは、繊維構成が等しいことを特徴とする請求項３に記載の繊維マット。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の繊維マットに硬化性樹脂組成物が含浸されてなることを特徴とする繊維強化樹脂材。
6. 前記第１層及び前記第２層の前記短強化繊維は、それぞれ、長さが１０ｃｍ～５０ｃｍであることを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂材。
7. 前記第１層と前記第２層とは、前記短強化繊維の質量比が、５：１～６：１に設定されたことを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂材。
8. 既設管の補修に用いられる管状ライニング材であって、
   請求項５に記載の繊維強化樹脂材を厚さ方向に複数積層して管状に形成されたことを特徴とする管状ライニング材。
9. 前記管状体の内周面を被覆する平滑な薄膜体を有することを特徴とする請求項８に記載の管状ライニング材。
10. 前記第１層の前記短強化繊維の伸長方向は、前記管状ライニング材の軸方向に対して６５°～９０°傾斜していることを特徴とする請求項８に記載の管状ライニング材。

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