JP2688606B2

JP2688606B2 - 補強された網状管状体による立体構造体

Info

Publication number: JP2688606B2
Application number: JP63305510A
Authority: JP
Inventors: 時夫岡田; 和彦栗原; 茂三小島
Original assignee: 株式会社高分子加工研究所
Priority date: 1988-12-02
Filing date: 1988-12-02
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH02154052A

Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野本発明は、高弾性率繊維の管状網状体よりなる立体構
造体で、FRP、FRMやコンクリートなどの立体構造物の補
強体に使用される。

b.従来技術及び本発明が解決しょうとする問題点従来プラスチックやコンクリートなどの立体構造物を
補強する手段として、ガラス繊維や炭素繊維の短繊維
を、樹脂やコンクリートなどのマトリックスに混入する
手段が一般に行われているが、短繊維なので繊維の量の
割には補強効果が小さい。そこで、近年３次元織物が注
目を集めてきたが、この３次元織物は、生産速度が極端
に遅く、産業資材として多量に安く使用するには不適で
ある。また装置が複雑で大型の製品を製造するには、装
置費も高過ぎる。出来た製品も、糸を複雑に絡ましてあ
るので糸の直線性を保てず、せっかく弾性率の大きな繊
維を使用しても、製品の曲げ弾性率などに効果が小さ
い。３次元織物や短繊維を、FRPなどのマトリックスに
親和性を持たせるためには、繊維表面をアンカー処理を
する必要がある場合が多い。そのため糸の段階か、また
は製品の段階でアンカー剤をコートする工程が必要であ
り、工程が煩雑になるばかりでなく、製造コストも高く
なる。

本発明者らは、上記の問題点を解決すべく検討して、
高弾性繊維よりなる粗目管状体を形成させ、それを組み
合わせた立体的補強構造体を提案した（特願昭63−1860
79号、以下先願発明と略称する）。本発明はこの先願発
明の追加的発明である。この先願発明は、簡単な構造
で、安く、大型の補強体も簡単に出来、しかもマトリッ
クスとの親和性も良い構造体にすることができた。しか
し、先願の管状体単体では、コンクリートのような高粘
度マトリックスを含浸していくときに、この粘度による
外圧のために、管が潰れたり曲がったりしてしまうこと
があった。本発明は、この問題点を解決すると同時に、
管状体そのものも、さらに補強された構造体にすること
を目的としている。

c.問題点を解決するための手段本発明は、粗目管状体へのマトリックスの侵入圧に耐
えられる構造にすること、管そのものの剛性を高めるべ
く鋭意研究した結果、管に竹の節のような構造を持たせ
ることにより、画期的効果を上げることが出来ることを
見いだした。

管状体は、マトリックスの侵入が容易なように粗目で
ある必要がある。管を構成する糸の少なくとも一部が、
引張弾性率2000kg/mm²以上の高弾性率の糸でないと、補
強効果が少ないことも実験の結果確認した。この高弾性
率の糸が管状体のタテ方向に配置されていると、補強効
果が著しいことも確認できた。このような管状体を補強
し、マトリックスの外圧に耐えられるようにする２方法
を提案する。その一つは管の内部に、圧縮強度の高い板
状体やリング状物体が、管壁に内接して配置されている
構造体にすることである。この内接する物体は、金属で
もプラスチックでも、ある程度の剛性があれば使用でき
る。紙や布、不織布などでも、樹脂含浸して剛性を持た
せれば使用することができる。内接する物体が板である
なら、穴を開けてマトリックスの貫通を良くする必要は
ある。２番目の方法は、網状管状体の外部に、圧縮強度
の高いリング状物体が、管状体に外接する形で接合され
ている構造にする方法である。リングの材質は、方法１
と同様に剛性があれば種々の物体が使用できるが、マト
リックスと親和性があることが望ましい。例えば、マト
リックスがコンクリートであれば、鉄は良い材料で、鉄
は剛性が高いので、薄くて細くても良い。

本発明の内接または外接している物体の設置個数は、
もちろん、多ければ多いほど強度効果はあるが、経済性
や作業性よりあまり多いのは得策ではない。実験の結
果、管の直径に密接な関係があることが判った。管の直
径の５倍以上ではあまり効果がなく、理想的には２倍以
内であれば効果が顕著である。

上記の管状体に内接または外接する物体の形状は、本
発明の重要な点であるので、図面の説明で詳述する。内
接または外接して固定する方法は、接着または粘着固定
が一般的だか、内接または外接する物体に切り欠き溝を
設けて、管状体の糸の一部をここに物理的にはめ込んで
も良い。また、他の固定金具などで固定しても良い。

本発明の補強物は管に外接する物と内接する物とを適
宜組み合わせて使用しても良い。

本発明の網状管状体としては、糸による粗目の直交積
層不織布もしくは斜交不織布、多軸不織布を、丸めるか
折り曲げて円筒または角柱状に形成された管状体が特に
適する。丸めるか折り曲げるかにより、断面が円弧と直
線の組合せになるような形状の管に形成させても良い。
直交積層不織布や斜交不織布などが本発明の管状体に適
する理由は、ヤーンやロービングを原料とした経緯直交
不織布（特公昭61−9067、特公昭53−38783）や、斜交
３軸不織布（特公昭62−54904）や多軸不織布またはフ
ィラメントワインディング法等（以下糸の交差不織布と
略す）は、糸が実質的に直線的に配置されており、これ
らを原料とした管状体は、いずれも良い補強効果を示
す。これらの糸の交差不織布は、タテ、ヨコまたは斜交
の相互の糸が接着剤で固定されており、この接着剤を硬
いものにすることにより、管状体として自立性のある構
造体にすることが可能になった。また、この接着剤を適
当に選択することにより、マトリックスと親和性を増す
糸にすることが出来、マトリックスの補強効果を一層高
めることが出来る。織物や編物を原料にしたものは、管
状体に自立性を持たせることも困難であるばかりでな
く、マトリックスに親和性のあるアンカーコート剤で処
理しないと、補強材として使用できない場合が殆どであ
る。但し、一般の織物や編物を管状体にしたものは、ヤ
ーンが屈曲してしまい、補強効果は少ないが、織物や編
物でも、管状体のタテ方向に配置される糸が高弾性率繊
維よりなり、他の糸は比較的細いか又は柔らかい糸より
なり、タテに配置される糸の直線性を妨げないように
し、織り方も、絡み織りなどで粗目の織物となし、しか
も目止剤などで硬く仕上げた場合は、本発明の網状体と
して使用可能である。

先述のような、圧縮強度が大きく、剛性のある物体で
内接、または外接されている網状管状体は、単独でもマ
トリックスの補強に使用されるが、効果的な立体補強構
造体にするために、２つの方法がある。その一つは、網
状管状体のタテ方向が並列するように複数個配設されて
おり、それらの管状体のヨコ方向に高弾性率を持つよう
に、高弾性率の物体で連結されている複数個の網状管状
体よりなるマトリックス補強用構造体である。ヨコ方向
に補強する弾性率の高い物体としては、やはり高弾性率
繊維よりなる糸や粗目交差不織布、また鉄筋や金属の板
やパイプまたは高弾性率繊維よりなるロープも使用され
る。糸や布状体では、並列している管状体の全体を一体
化するように、ヨコ方向に巻き付ける構造にすることが
出来る。巻き付ける糸や粗目布は、あらかじめ接着剤が
付いているか、または巻き付けた後で接着固定すること
が望ましい。鉄筋またはロープは、粗目の網目を通し
て、管状体をヨコ方向に貫通させて一体化させる構造体
になる。鉄筋、鉄板やパイプなどは、並列管状体のヨコ
方向に並べて、並列管状体と、接着剤や、固定具、糸な
どで固定されている構造体になる。並列した管状体は、
かならずしも同一平面内にある必要はなく、円筒形など
湾曲した配列していても、管状体の軸芯方向が互いに平
行で、かつこの管状体の並列配置された形態を取り、そ
れを高弾性率物体で連結してあれば良い。上記の説明
で、タテ方向、ヨコ方向と述べているのは、あくまでも
相対的な問題で、管の長さ方向を便宜的にタテとして述
べたものである。管をヨコに積み重ねてタテに高弾性物
質で補強しても良いもう一つの管状体の組み合わせ方として、この複数個
の管状体を、斜交または直交させて組み合せる方法であ
る。これは丸太小屋や校倉造り、合掌造りなど、丸木や
角材を組み合わせた構造のように、管状体を組み合わせ
る方法である。もっと複雑な構造としては、ヨコ方向に
水平に一定間隔で並列して多数本並べ、その上の段はそ
れと直角方向に多数本一定間隔で並列して置く。これを
繰り返して、出来た立体構造体の一定間隔の隙間に、垂
直方向に管状体を入れて行くことにより、管状体の立体
積層構造体にすることも可能である。これらの管状体相
互が接する部分は、凹部を設けて、交差がより一体化し
やすい構造にすると、より補強効果のある構造体とな
る。組み合わせた後は、そのままでも良いが、接着固定
や、継ぎ金具、糸などで結んで、相互に固定しても良
い。管状体の直交や斜交される部分に凹部を設けて、交
点が一体化可能にすることも、構造体の補強効果を上げ
る有効な手段である。

使用した管状体の端部を板状体やリングで固定して、
それに張力を掛け、管状体のタテ方向にある糸に張力を
働かせて糸の持つ弾性率をより有効に働く構造にする事
は、少ない繊維量で、より補強効果を出させるためにも
有効な手段である。本発明では、内接または外接した補
強物体があるので、管の両端近くにある補強物体に管状
体を強固に固定して、これに張力を掛けることができる
ので、非常に都合が良い。

本発明に使用される2000kg/mm²以上の弾性率を持つ繊
維としては、超延伸ポリエチレン繊維、高弾性率ポリビ
ニルアルコール系繊維（ビニロンなど）、高弾性率ポリ
アクリルニトリル、高弾性率ポリエステル、ガラス繊
維、炭素繊維、アラミド繊維（ケブラーなど）等では、
いずれも補強効果があった。また、スチールファイバー
やアモルファス金属繊維などの金属繊維、アルミナ繊維
などのセラミック繊維なども使用可能である。これらの
繊維は単独で使用されるばかりでなく、違う種類の繊維
（かならずしも高弾性率繊維でなくとも良い）を合わせ
たり、混ぜて使用することも出来る。糸の形態的な種類
としては、モノフィラメント、マルチフィラメント、紡
績糸、フラットヤーン、ロービング、紐、ロープなどが
使用できる。

本発明の構造体で補強されるマトリックスとしては、
エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性
樹脂、ポリプロピレン樹脂やフッ化樹脂、液晶樹脂、ポ
リイミド樹脂などの熱可塑性樹脂、また土壌やアスファ
ルト、石膏、コンクリートなどの土木建築資材、カーボ
ンなどのセラミック、アルミニウムなどの金属などの補
強用として使用される。この構造に特に重要なマトリッ
クスとしては、コンクリート補強がある。コンクリート
は砂利や砕石が使用されるので、管状体の網目は、少な
くとも10mm以上ある必要がある。これらのマトリックス
の種類により、管状体を形成する高弾性繊維には、マト
リックスに親和性のある物体で処理しておく必要はあ
る。

上記のマトリックスは、樹脂やコンクリート単体だけ
でなく、短繊維状の高弾性率繊維やマイカやシリカなど
の無機フィラー、砂利や小石や鉄屑などを混入させても
良い。

これらのユニットになる、補強体を内接または外接さ
れた管状体の製法として、（イ）製袋機における連続胴
貼法のように、原料である網状（不織）布を、連続的に
管に成形する過程で、一定ピッチごとに内接する物体を
挿入していく方法。（ロ）網状（不織）布を、海苔巻の
ように一定長さ毎に管状体に仕上げる過程で、その芯に
一定ピッチごとに内接する物体を設置しておく。（ハ）
特願昭63−187283号の両端にピンのあるフィラメントワ
インディング法において、その芯に一定ピッチで内接す
る物体を配置しておく方法もある。補強リングを管に外
接させる方法も、種々考えられるが、単純に、出来た管
に後でリングを外接させ、接着固定する方法でも良い。
前述の（イ）の方法で、胴貼機のガイドパイプ上に外接
する補強物体を複数個設置しておき、管状体が形成され
るにしたがい、順次一個づつ一定ピッチごとに外接させ
る方法もある。

d.図面による説明本発明の構造体の例を図面により示す。

第１図は、格子状直交不織布を丸めた管状体１の内部
に板状の板２−１、２−２を内接した場合を示す。この
例では板は穴が開いていない。図では２個しか示してい
ないが、長さ方向に数段、管の直径の３〜５倍以内に一
個、理想的には直径の２倍以内に一個設置することが望
ましい。第２図は、内接する物体が、穴の開いる例で、
上は平面図、下は側面図を示す。（イ）は、ドーナッツ
型のリング状物体で、マトリックスが粘度が高く、板状
体ではエアーが残留したりする場合に有効である。
（ロ）は、板状体であるが、ところどころ穴の開いてい
る例である。（ハ）は、板をドーナッツ状に打ち抜いた
板に、直交不織布の縦糸に相当する位置に切り欠きを設
けて、管状体と板を物理的にはめ込めるようにした例で
ある。第３図は、斜交３軸不織布を丸めた管３に、板を
ドーナッツ状に打ち抜いたリング４−１、４−２が外接
している例を示した。

e.効果産業界では、簡単な構造で、大型の製品を品質（補強
効果）良く、しかもコストの安い立体補強体が求められ
ている。本発明では、網状管状体で、しかも、それを内
部または外部より補強することにより、それを達成する
ことができた。以下本発明の効果を具体的に述べる。

従来の網状管状体だけでは、補強効果の少ない場合で
も、本発明の補強材が接合されていることにより、補強
性能が向上た。さらに良いことは、これらの補強された
管状体で、マトリックス補強する場合、マトリックスの
粘度や浸漬圧力、浸漬時間などを考慮することなく、現
場操業しても問題が少ないことである。すなわち、高い
粘度のマトリックスを、高い圧力で、短時間に浸漬して
も良いので、作業性が良いばかりでなく、現場コストが
大幅に削減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管状体に内接している板状体を図示し、第２
図は、内接する物体の他の例を示し、上は平面図、下は
側面図である。第３図は、管状体にリング状物体が外接
した例を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】構成する糸の少なくとも一部が引張弾性率
2000kg/mm²以上の引張弾性率を有する糸からなる粗目の
直交不織布または斜交不織布からなる網状管状体の内部
と外部の少なくとも一方に、圧縮強度の高い板状体やリ
ングを管状体の水平方向に接して配置しいる補強された
網状管状体よりなる立体構造体。
【請求項２】請求項１の管状体のタテ方向が並列するよ
うに複数個配列されており、それらの管状体のヨコ方向
に高弾性率をもつ物体で連結されているか、請求項１の
網状管状体を複数個相互に直交または斜交させて組み合
わせることにより複数個の補強された網状管状体による
立体構造体。
【請求項３】請求項１および２を構成している管状体の
端部を板状体やリングで固定して、管状体のタテ方向に
張力を掛けてある補強された網状管状体よりなる立体構
造体。