JP3581334B2

JP3581334B2 - Continuous reinforcing fiber sheet and method for producing the same

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Publication number: JP3581334B2
Application number: JP2001161126A
Authority: JP
Inventors: 巻治宮尾; 敏和竹田; 信吉村上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002053683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ成型品の中間基材或いは構造材として、又は、照明柱、標識柱、電柱などに使用されている金属管柱或いはプラスチック管の補強材として、更には、土木、建築構造物の補強材などとしても好適に使用し、捩じり剛性の向上を図ることのできる連続した強化繊維シート及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、飛行機の翼、胴体、風車のブレード、更には、船舶、自動車などの大型構造物を作製する場合に、例えばＩ型、Ｈ型、Ｔ型、Ｌ型、又は、シャフト或いはパイプなどのロッド状或いは管状などとされる連続した長尺の繊維強化プラスチック構造材が使用されている。
【０００３】
このような長尺の繊維強化プラスチック構造材は、強化繊維が主軸方向に沿って配列された一方向強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させてモールドへと連続して送給し成形する、所謂、引抜成形法にて作製することができる。
【０００４】
又は、強化繊維シートに予めエポキシ樹脂などをホットメルトで含浸させたプリプレグを作り、そのプリプレグを複数層重ねながら所定の形状になるように連続的に加熱、加圧を行うことで長尺の繊維強化プラスチックを成形することができる。
【０００５】
しかしながら、このようにして形成された繊維強化プラスチック構造材は、所望の曲げ強度及び剛性は達成し得るが、一方向繊維の成形品であるため、捩じり剛性が弱いという問題がある。
【０００６】
そこで、従来、捩じり剛性を得るために、強化繊維を例えば４５°方向に配列した強化繊維シートを繊維強化プラスチック構造材に貼付することが行われている。
【０００７】
しかし、強化繊維が主軸に対して、例えば４５°方向に配列された連続した強化繊維シートは、現時点では存在しておらず、捩じり剛性をも向上した連続した成形品を引抜成形法などの成形法により作製することは不可能であった。
【０００８】
強化繊維をオーバーワインダーで繊維強化プラスチック構造材上に巻き付ける方法もあるが、Ｉ型、Ｈ型などとされる繊維強化プラスチック構造材を作製するのは不可能である。
【０００９】
更には、引抜成形時に、炭素繊維やガラス繊維のチョップドストランドマットを使い、捩じり剛性を上げる方法もあるが、強化繊維を４５°方向に配列した強化繊維シートを使用した場合に比較すると、弾性率が大幅に不足しているため、十分な捩じり剛性を得ることができない。
【００１０】
そこで、図１１に示すように、強化繊維１０１を一方向に整列して作製した強化繊維シート１００を、強化繊維１０１が所定の角度、例えば４５°にて配列されるように裁断することにより作製した多数枚の強化繊維シート１０２を繋ぎ合わせて、引抜成形などに使用することも不可能ではない。
【００１１】
しかしながら、この場合には、多数枚の強化繊維シート１０２を繋ぎ合わせることにより強化繊維シートの繋ぎ目が重なったり、段差ができたりするために、形成された繊維強化プラスチック構造材の品質の面で十分に満足し得るものではない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、多くの研究実験を行った結果、詳しくは後述するように、連続したメッシュ状支持体シートの上に所定長さの強化繊維を、主軸に対して所定の角度、例えば４５°をなして配列して、メッシュ状支持体シートにて接着保持することにより、強化繊維が４５°方向に配列した連続した強化繊維シートを好適に作製することができ、このような構成とされる連続強化繊維シートは、強化繊維がバラケルこともなく、十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製し得ることを見出した。
【００１３】
又、このような構成の連続強化繊維シートは、パイプなどの管状物に巻き付けて補強する際に、ラップ部にて繊維方向が同じとされ強化繊維の定着をとることができ、捩じり剛性を飛躍的に向上させ得ることも分かった。
【００１４】
更に又、このような構成の連続強化繊維シートは、裏返して使用することにより強化繊維が逆方向に配向された連続強化繊維シートとなり、そのためにシンメトリ（対称積層）にて複数層容易に積層することが可能であり、従来問題とされた加熱成形時の曲がりの問題をも完全に解決し得ることが分かった。
【００１５】
本発明は、斯かる本発明者らの新規な知見に基づきなされたものである。
【００１６】
従って、本発明の目的は、主軸に対して強化繊維が任意の角度で配列され、強化繊維がバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することのできる連続した強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、パイプなどの被補強物に巻き付けて補強するに際して、周方向のラップ部での定着を良好に行うことができ、被補強物の捩じり剛性を向上することのできる連続した強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、シンメトリ（対称積層）にて複数層容易に積層することが可能であり、加熱成形時の曲がりの問題をも完全に解決することのできる連続した強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る連続強化繊維シート及びその製造方法にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製するための、又は、長尺の被補強物に貼付するための、幅（Ｗ）が１０〜１５０ｃｍ、長手方向の長さ（Ｌ）が１０ｍ以上とされる、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートであって、
連続した樹脂透過性支持体シートと、前記連続強化繊維シートの先頭端と最後尾端を除いて一定長さ（Ｆ）を有した長繊維とされる強化繊維が前記樹脂透過性支持体シートの長手方向に対して４５°の角度（α）をもって且つ前記樹脂透過性支持体シートの長手方向に沿って配列され、前記樹脂透過性支持体シートに保持された強化繊維層とを有することを特徴とする連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートが提供される。本発明の一実施態様によれば、連続強化繊維シートは、土木用或いは建築用鉄筋コンクリート柱に対し耐震補強用として、前記コンクリート柱の長さ方向に対して強化繊維の角度が略４５°の角度で接着することができる。又、他の実施態様によれば、連続強化繊維シートは、引抜成形加工用の基材として使用することができる。
【００２０】
第２の本発明によれば、上記連続強化繊維シートを２枚以上重ねて一体としたことを特徴とする多層形状の連続強化繊維シートが提供される。本発明にて一実施態様によれば、積層された連続強化繊維シートの間には少なくとも１枚以上の前記樹脂透過性支持体シートが介在している。他の実施態様によれば、各連続強化繊維シートの強化繊維層を形成する強化繊維は、前記樹脂透過性支持体シートの長手方向に対して同じ方向に且つ同じ角度で配向されているか、或いは、各連続強化繊維シートの強化繊維層を形成する強化繊維は、前記樹脂透過性支持体シートの長手方向に対して異なる方向に配向されている。
【００２２】
第３の本発明によれば、長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製するための、又は、長尺の被補強物に貼付するための、幅（Ｗ）が１０〜１５０ｃｍ、長手方向の長さ（Ｌ）が１０ｍ以上とされる、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートの製造方法であって、
（ａ）樹脂透過性支持体シートを連続して供給する工程、
（ｂ）前記樹脂透過性支持体シートと積層するように、一定長さ（Ｆ）を有した長繊維とされる強化繊維を前記樹脂透過性支持体シートの長手方向に対して４５°の角度（α）をもって供給する工程、
（ｃ）前記樹脂透過性支持体シートと、前記強化繊維により形成され、前記樹脂透過性支持体シートと積層された強化繊維層とを加熱圧着する工程、
を有することを特徴とする連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートの製造方法が提供される。本発明の一実施態様によれば、前記（ｂ）工程は、強化繊維を一方向に配列して形成された所定幅の連続した強化繊維シートを前記連続して供給される樹脂透過性支持体シートの周りに螺旋状に巻き付けることにより達成される。前記樹脂透過性支持体シートは、離型紙の両側にそれぞれ配置されている。又、前記離型紙の両側に配置された前記樹脂透過性支持体シートにそれぞれ加熱圧着された前記螺旋状に巻かれた強化繊維シートは、両側縁位置にてシートの長手方向に沿って切断され、２枚のシートとされる。
【００２３】
上記各本発明の一実施態様によれば、連続した前記樹脂透過性支持体シートは、前記強化繊維層の片面或いは両面に設けることができる。他の実施態様によれば、前記樹脂透過性支持体シートは、メッシュ状体或いはクロスである。又、他の実施態様によれば、前記メッシュ状体は、前記連続強化繊維シートの長手方向と同一方向の縦糸と、この縦糸と直交する横糸とにて形成された２軸メッシュ状体である。
【００２４】
本発明の他の実施態様によれば、前記強化繊維層を形成する強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用する。又、前記強化繊維層の繊維目付は、１００〜６００ｇ／ｍ^２とし得る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る連続強化繊維シート及びその製造方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２６】
実施例１
図１及び図２は、本発明の連続強化繊維シート１の一実施例を示す。本実施例にて、連続強化繊維シート１は、樹脂透過性の支持体シート２と、この支持体シート２にて保持された強化繊維層３とを有する。強化繊維層３は、主軸に対して所定の角度（α）にて配列され、実質的に、即ち、連続強化繊維シート１の先頭端と最後尾端を除いて一定の所定長さ（Ｆ）とされる長繊維の強化繊維４にて形成される。シート形状とされる連続強化繊維シート１には、未だマトリクス樹脂は含浸されてはいない。マトリクス樹脂は、使用時に含浸することもでき、場合によっては、使用に先立って予め含浸して連続強化繊維シート１をプリプレグの状態としておくことも可能である。
【００２７】
本明細書にて「主軸」とは、連続強化繊維シート１の長手方向に沿った軸を意味するものとする。樹脂透過性支持体シート２は、図１及び図２に示す本実施例では、強化繊維層３の片面に配置されているが、強化繊維層３の両面に配置することもできる。
【００２８】
本発明の連続強化繊維シートは、幅（Ｗ）が１０〜１５０ｃｍ、長さ（Ｌ）が１０ｍ以上とされる。従って、連続的に行われる引抜成形加工用の基材として好適に使用し得る。これに対して、図１１を参照して説明した従来のアングル強化繊維シートは、略４５°の角度を持つシートの場合、最大のもので、幅（Ｗ）が２００ｃｍ以下、長さ（Ｌ）が２００ｃｍ以下とされ、例えば引抜成形加工用などの連続した成形法には到底使用することはできない。
【００２９】
本実施例にて、強化繊維層３を構成する強化繊維４は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００３０】
上記樹脂透過性支持体シート２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図示するように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体２の糸条５、６の間隔（ｗ１、ｗ２）は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。
【００３１】
メッシュ状支持体シート２にて強化繊維層３を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート２を構成する縦糸５及び横糸６の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート２を強化繊維層３の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート２の縦糸５及び横糸６の部分を強化繊維層３に溶着する。
【００３２】
樹脂透過性支持体シート２としてクロスを使用した場合にも同様の方法にて、強化繊維層３を保持することができる。
【００３３】
実施例２
実施例１にて説明した構成の本発明の連続強化繊維シート１は、例えば、図３に示す製造装置を使用して製造することができる。
【００３４】
第１及び第２の離型紙１１、１２が送出しロール１１ａ、１２ａから供給され、案内ローラ１３、１４、送りローラ対１５、更に、ホットロール装置１６を介して巻取りロール１１ｂ、１２ｂにて巻き取られる。
【００３５】
又、同様に、溶着樹脂が塗布された縦糸及び横糸にて形成された連続したメッシュ状支持体シート２が、上記第１及び第２の離型紙１１、１２の間に位置して狭持される態様で、送出しロール２１から連続して供給され、送りローラ対１５を介して、ホットロール装置１６へと送給される。
【００３６】
更に、本実施例によれば、第１の離型紙１１とメッシュ状支持体シート２の間に、強化繊維４を送り込み強化繊維層３を形成するための強化繊維供給装置３１が配置される。
【００３７】
従って、第１の離型紙１１、強化繊維層３、メッシュ状支持体シート２、第２の離型紙１２が送りローラ対１５を介してホットロール装置１６へと送給される。
【００３８】
これによって、強化繊維供給装置３１にて主軸に対して所定の角度に配列された強化繊維４にて形成される強化繊維層３は、メッシュ状支持体シート２と接合して連続した強化繊維シート１を形成し、巻取機３２にて巻き取られる。又、第１及び第２の離型紙１１、１２は、上述のように、連続した強化繊維シート１から分離された後、巻取りロール１１ｂ、１２ｂに巻き取られる。
【００３９】
実施例３
本発明の連続強化繊維シート１は、図４に示す製造装置により製造することもできる。本実施例では、実施例１にて説明した連続強化繊維シート１（１ａ、１ｂ）が２枚同時に作製される。
【００４０】
本実施例によると、第１の離型紙１１を介在した状態で、第１及び第２の支持体シート２ａ、２ｂがそれぞれ供給ロール（図示せず）から同時に供給される。各支持体シート２ａ、２ｂの縦糸及び横糸には溶着樹脂が含浸されている。
【００４１】
強化繊維４が一方向に配列された所定幅を有した連続した強化繊維シート１Ａが強化繊維供給装置（図示せず）から供給され、上記第１の離型紙１１にて分離された第１及び第２の支持体シート２ａ、２ｂ積層体の周りに螺旋状に密巻きにて巻き付けられ、強化繊維層３を形成する。強化繊維層３を形成する強化繊維４は、主軸に対して所定の角度に配列されることとなる。
【００４２】
表面に強化繊維層３が形成された第１及び第２の支持体シート２ａ、２ｂ積層体は、更に、第２及び第３の離型紙１２、１３にて狭持された態様で、ホットロール装置１６へと供給される。これによって、主軸に対して所定の角度に配列された強化繊維４にて形成される強化繊維層３は、メッシュ状支持体シート２ａ、２ｂと接合して連続した強化繊維シート１ａ、１ｂを形成する。
【００４３】
ホットロール装置１６の出口には、カッター１７、１８が配置され、螺旋状に巻き付けられ、今や、強化繊維シート１ａ、１ｂを形成している強化繊維シート１Ａの両側縁部を長手方向に沿って切断する。
【００４４】
第１、第２及び第３の離型紙１１、１２、１３はそれぞれ巻取りロール（図示せず）に巻き取られ、又、上述のようにして作製された連続した強化繊維シート１ａ、１ｂも又分離した後、巻取りロール（図示せず）に巻き取られる。
【００４５】
このように、本実施例では、実施例１にて説明した連続強化繊維シート１（１ａ、１ｂ）が２枚同時に作製される。
【００４６】
実施例４
上記実施例１では、連続強化繊維シート１は、図１及び図２に示すように、強化繊維層３の片面或いは両面に樹脂透過性の支持体シート２を接着した構成とされたが、本発明の連続強化繊維シートは、実施例１で説明した構成の連続強化繊維シート１を２枚以上重ね、多層形状とすることもできる。このとき、各連続強化繊維シート１の間には、少なくとも１枚以上の樹脂透過性支持体シート２を介在させて一体とするのが好ましい。
【００４７】
つまり、図５に示すように、樹脂透過性支持体シート２の両面に強化繊維層３（３ａ、３ｂ）を設けた構成とすることもできる。強化繊維層３ａ、３ｂを構成する強化繊維４ａ、４ｂは、同じ方向に、しかも、同じ角度で、例えば＋４５°配向と、＋４５°配向にて配列することができる。
【００４８】
又、図６に示すように、強化繊維層３ａを構成する強化繊維４ａは、例えば＋４５°配向で、強化繊維層３ｂを構成する強化繊維４ｂは、逆方向に、例えば−４５°配向にて配列することもできる。
【００４９】
ただ、図６に示す構成の強化繊維シート１の場合には、例えば、この構成の強化繊維シート１を１層だけ使用して、プラスチック管の表面に巻き付けて補強を行う場合などには、ラップ部が同じ繊維方向とならないため、繊維方向の定着が取れないこととなる。そのために、斯かる構成の強化繊維シート１は、このような方法による補強の目的に使用するのは好ましくない。
【００５０】
又、強化繊維シート１を積層して使う場合には、成形品の曲がり防止のためにシンメトリ（対称積層）を行うことが必要である。即ち、ＦＲＰの成形において、一般的なオートクレーブ成形や加熱プレス成形ではシンメトリでないと、冷却後必ず曲がりが発生し、良好な成形品を得ることはできない。
【００５１】
図６に示す構成の強化繊維シート１は、複数枚積層した場合にシンメトリとすることができず、従って、プレス成形法や引抜成形法などの加熱成形工程が必要とされる成形法による成形品の作製には適していない。但し、常温硬化樹脂などで成形される場合には成形品の曲がりが発生し難いので、図６の構成でも使用し得る。
【００５２】
上記実施例の説明では、樹脂透過性支持体シート２は、強化繊維層３（３ａ、３ｂ）の間に介在させるものとして説明したが、強化繊維層３（３ａ、３ｂ）の間だけでなく、更に、強化繊維層３（３ａ、３ｂ）の外側面にも接着して設けてもよい。
【００５３】
次ぎに、本発明の連続強化繊維シート１の使用例について説明する。
【００５４】
使用例１
本発明の連続強化繊維シート１を使用して、図７に示すようなＩ型ＦＲＰ構造材５０を引抜成形により作製した。
【００５５】
本使用例では、図３を参照して説明した製造方法により、メッシュ状支持体シート２を強化繊維層３の片面に積層し、次いで、加熱加圧することにより作製した、図１に示す構成の連続強化繊維シート１を使用した。
【００５６】
連続強化繊維シート１にて、強化繊維層３は、強化繊維４として平均径７μｍ、収束本数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、繊維目付３００ｇ／ｍ^２にて配列した。メッシュ状支持体シート２は、縦糸５及び横糸６としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状体であった。２軸メッシュ状体の糸条の間隔（ｗ１、ｗ２）は、１０ｍｍとした。
【００５７】
メッシュ状支持体シート２の縦糸５及び横糸６には、熱可塑性樹脂を、含有量３０重量％の割合で含浸させた。
【００５８】
このようにして作製した連続強化繊維シート１は、幅（Ｗ）が５０ｃｍ、長さ（Ｌ）が１００ｍ、強化繊維の主軸に対する角度は４５°であった。
【００５９】
図８に概略示すように、本発明の連続強化繊維シート１、及び従来使用されている一方向配列強化繊維シート２００を概略Ｉ型形状に組合せて、モールドへと送給し、引抜成形し、その後硬化して、Ｉ型ＦＲＰ構造材５０を作製した。連続強化繊維シート１及び一方向配列強化繊維シート２００は、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。連続強化繊維シート１及び一方向配列強化繊維シート２００における樹脂含有量は、３５重量％であった。一方向配列強化繊維シート２００は、強化繊維として炭素繊維を使用した。
【００６０】
引抜成形されたＩ型ＦＲＰ構造材５０は、高さ（Ｈ１）８０ｍｍ、幅（Ｈ２）５０ｍｍ、厚み（Ｔ）２ｍｍ、長さ（Ｈ３）６ｍのものであった。
【００６１】
比較例１として、本発明の連続強化繊維シート１の代わりに、一方向配列強化繊維シート２００のみで同じ形状寸法のＩ型ＦＲＰ構造材５０を作製した。
【００６２】
表１に、本発明の連続強化繊維シート１を使用した使用例１と比較例１の場合におけるＩ型ＦＲＰ構造材５０の機械的特性を示す。測定データは、試験片３個の平均値である。
【００６３】
表１より、本発明の連続強化繊維シート１を使用したＩ型ＦＲＰ構造材は、捩じり剛性が著しく向上していることが分かる。
【００６４】
【表１】

【００６５】
使用例２
本使用例２では、使用例１で使用したと同様の強化繊維シート１を所定長さに切断し、図９に示すように、プラスチック製パイプ６０の長手方向に沿って強化繊維シート１の主軸を合致させ、プラスチック製パイプ６０の表面に巻き付け、樹脂を含浸して、補強した。
【００６６】
更に説明すると、本使用例で使用したプラスチック製パイプ６０は、ポリエチレン製の直径５８０ｍｍ、長さ５ｍのものであった。先ず、このプラスチック製パイプ６０の表面をコロナ処理によって活性化させ、エポキシ樹脂との接着性を上げ、パイプ６０の長手方向に沿って、強化繊維として炭素繊維を使用した一方向炭素繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製：商品名「トウシート」）２００を２層貼り付け、曲げ強度と曲げ剛性の向上を図った。
【００６７】
続いて、一方向炭素繊維シートの外側に、使用例１で使用した＋４５°配向の強化繊維シート１を１層貼り付けた。又、周方向の重ね部分（Ｒ）は、２００ｍｍラップさせた。ラップ部では繊維方向が同じとなるために強化繊維シート１の定着がとれた。
【００６８】
更に、＋４５°配向の強化繊維シート１の外側に、図９には示していないが、強化繊維の角度が逆方向とされた−４５°配向の強化繊維シートを１層貼り付けた。このときも、周方向の重ね部分は、同様に、２００ｍｍラップさせ、強化繊維シートの定着をとることができた。勿論、＋４５°配向の強化繊維シート１を裏返しに使用することにより、強化繊維の角度が逆方向とされた−４５°配向の強化繊維シートとして使用することができる。
【００６９】
一方向炭素繊維シート２００、及び＋４５°或いは−４５°配向の強化繊維シート１に対するマトリクス樹脂は、パイプ６０に巻き付ける度に行い、一方向炭素繊維シート２００及び４５°配向強化繊維シート１における樹脂量は、８００ｇ／ｍ^２であった。
【００７０】
比較例２として、図１に示すような構成のそれぞれ＋４５°配向及び−４５°配向の連続強化繊維シートを使用する代わりに、図６に示すように、予め＋４５°配向及び−４５°配向の２枚の連続強化繊維シートがメッシュ状支持体シートを介して積層され一体とされた、所謂、±４５°配向のダブルバイアス連続強化繊維シート１を使用した。
【００７１】
表２に、連続強化繊維シートを使用した使用例２と比較例２の場合におけるプラスチック製パイプの機械的特性を示す。表２より、使用例２の連続強化繊維シートを使用して補強したプラスチック製パイプは、捩じり剛性が向上していることが分かる。
【００７２】
これは、±４５°配向の連続強化繊維シートでは、２００ｍｍラップにより形成される周方向の重ね部分にて定着がとれないことに起因しているものである。
【００７３】
【表２】

【００７４】
つまり、上記説明にて理解されるように、図１、図２に示す構成の連続強化繊維シート１は、シンメトリが簡単にできるという利点を有している。又、この構成の連続強化繊維シート１は、図６に示す±４５°配向のダブルバイアス連続強化繊維シート１と異なり、１層のみのシートが必要なときは１層のみで使用することができ、２層以上必要な時には積層して使用することができる。このとき、２層目は１層目の連続強化繊維シートを裏返して使用することにより、強化繊維の角度方向を変えることも可能である。
【００７５】
使用例３
土木用或いは建築用の鉄筋コンクリート柱の耐震補強は、一般的にせん断補強が主体である。せん断での破壊には、斜めひび割れを抑える目的で±４５°方向に強化繊維を配向することが望ましい。
【００７６】
しかしながら、既存の炭素繊維シートなどにおいては、一方向に炭素繊維を引き揃えた一方向炭素繊維シート、或いは、クロス状の２方向炭素繊維シートは存在するが、炭素繊維を４５°方向に配向した炭素繊維シートは存在せず、現実に使用することはなかった。
【００７７】
本使用例では、図１０に示すように、本発明に係る、例えば図１に示す構成の−４５°強化繊維シート１と、＋４５°強化繊維シート１とを鉄筋コンクリート柱３００の周りに貼り付けて積層した。なお、強化繊維としては、炭素繊維を使用した。
【００７８】
更に、柱のせん断破壊を拘束するために、上記積層された強化繊維シート１の上に積層して、本使用例では、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向炭素維シート１００を周方向に接着した。
【００７９】
このような構成により、鉄筋コンクリート柱の耐震補強を有効に達成することができた。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製するための、又は、長尺の被補強物に貼付するための、幅（Ｗ）が１０〜１５０ｃｍ、長手方向の長さ（Ｌ）が１０ｍ以上とされる、連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートであって、連続した樹脂透過性支持体シートと、前記連続強化繊維シートの先頭端と最後尾端を除いて一定長さ（Ｆ）を有した長繊維とされる強化繊維が樹脂透過性支持体シートの長手方向に対して４５°の角度（α）をもって且つ樹脂透過性支持体シートの長手方向に沿って配列され、樹脂透過性支持体シートに保持された強化繊維層とを有する構成とされるので、
（１）主軸に対して強化繊維が任意の角度で配列され、強化繊維がバラケルこともなく十分引抜成形加工に使用することができ、捩じり剛性が著しく向上した長尺の繊維強化プラスチック構造材を作製することができる。
（２）パイプなどの被補強物に巻き付けて補強するに際して、周方向のラップ部での繊維方向を同じとすることができ、定着を良好にとることができ、被補強物の捩じり剛性を向上することができる。
（３）ダブルバイアス連続強化繊維シートと異なり、２層以上必要な時には積層して使用することができ、又、２層目は１層目の連続強化繊維シートを裏返して使用することにより、強化繊維の角度方向を変えることも可能であって、シンメトリ（対称積層）が簡単にできるという利点を有している。
【００８１】
本発明に係る上記構成のシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートの製造方法によれば、（ａ）樹脂透過性支持体シートを連続して供給する工程、（ｂ）樹脂透過性支持体シートと積層するように、一定長さ（Ｆ）を有した長繊維とされる強化繊維を樹脂透過性支持体シートの長手方向に対して４５°の角度（α）をもって供給する工程、（ｃ）樹脂透過性支持体シートと、強化繊維により形成され、樹脂透過性支持体シートと積層された強化繊維層とを加熱圧着する工程、を有する構成とされるので、上記種々の特長を備えた連続したシート形状を成す樹脂未含浸の連続強化繊維シートを極めて好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連続強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す本発明に係る連続強化繊維シートの分解斜視図である。
【図３】本発明に係る連続強化繊維シートを製造するための一実施例の製造装置の概略構成図である。
【図４】本発明に係る連続強化繊維シートを製造するための他の実施例の製造装置の概略構成図である。
【図５】本発明に係る連続強化繊維シートの多層構成とされる他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る連続強化繊維シートの多層構成とされる他の実施例を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る連続強化繊維シートを使用して作製されるＩ型ＦＲＰ構造材の一実施例を示す斜視図である。
【図８】図６のＩ型ＦＲＰ構造材を作製するための強化繊維シートの配置方法の一実施例を示す図である。
【図９】本発明に係る連続強化繊維シートを使用してプラスチック管を補強する態様を説明する斜視図である。
【図１０】本発明に係る連続強化繊維シートを使用して鉄筋コンクリート柱を耐震補強する態様を説明する斜視図である。
【図１１】一方向配列強化繊維シートの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ連続強化繊維シート
２、２ａ、２ｂ樹脂透過性支持体シート
３、３ａ、３ｂ強化繊維層
４、４ａ、４ｂ強化繊維
５縦糸
６横糸
１１、１２、１３離型紙
１００、２００一方向配列強化繊維シート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intermediate substrate or a structural material of an FRP molded product, or a reinforcing material for a metal tube column or a plastic tube used for a lighting column, a sign column, an electric pole, and the like, and further, for civil engineering and building structures. The present invention relates to a continuous reinforcing fiber sheet which can be suitably used as a reinforcing material of the above and can improve torsional rigidity, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for example, when fabricating large structures such as airplane wings, fuselage, windmill blades, and even ships and automobiles, for example, I-type, H-type, T-type, L-type, or shaft or pipe, etc. A continuous and long fiber-reinforced plastic structural material having a rod shape or a tubular shape is used.
[0003]
Such a long fiber-reinforced plastic structural material is formed by impregnating a unidirectional reinforcing fiber sheet in which a reinforcing fiber is arranged along a main axis direction with a matrix resin and continuously feeding it to a mold, so-called, It can be manufactured by a pultrusion molding method.
[0004]
Alternatively, a prepreg in which a reinforced fiber sheet is impregnated with a hot melt in advance with an epoxy resin or the like is made in advance, and the prepreg is continuously heated and pressurized so as to have a predetermined shape while stacking a plurality of layers of the prepreg to obtain a long fiber. Reinforced plastics can be molded.
[0005]
However, although the fiber-reinforced plastic structural material thus formed can achieve desired bending strength and rigidity, it has a problem that it has low torsional rigidity because it is a unidirectional fiber molded product.
[0006]
Therefore, in order to obtain torsional rigidity, conventionally, a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in, for example, a 45 ° direction is attached to a fiber-reinforced plastic structural material.
[0007]
However, a continuous reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in, for example, a 45 ° direction with respect to the main axis does not exist at present, and a continuous molded product having improved torsional rigidity is formed by a pultrusion method or the like. It was not possible to produce it by the molding method described above.
[0008]
There is a method of winding a reinforcing fiber around a fiber-reinforced plastic structural material with an overwinder, but it is impossible to produce a fiber-reinforced plastic structural material such as an I-type or an H-type.
[0009]
Furthermore, at the time of pultruding, there is also a method of using a chopped strand mat of carbon fiber or glass fiber to increase the torsional rigidity, but compared with the case where a reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in a 45 ° direction is used. Since the elastic modulus is significantly insufficient, sufficient torsional rigidity cannot be obtained.
[0010]
Therefore, as shown in FIG. 11, the reinforcing fiber sheet 100 manufactured by aligning the reinforcing fibers 101 in one direction is manufactured by cutting the reinforcing fibers 101 so that the reinforcing fibers 101 are arranged at a predetermined angle, for example, 45 °. It is not impossible to connect a large number of reinforcing fiber sheets 102 and use them for pultrusion molding or the like.
[0011]
However, in this case, the seams of the reinforcing fiber sheets are overlapped by connecting a large number of the reinforcing fiber sheets 102, or a step is formed, so that the quality of the formed fiber-reinforced plastic structural material is reduced. Not fully satisfactory.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have conducted many research experiments, and as a result, as described in detail later, a reinforcing fiber of a predetermined length is placed on a continuous mesh-like support sheet at a predetermined angle with respect to the main axis, for example, 45 degrees. °, and by adhesively holding with a mesh-shaped support sheet, a continuous reinforcing fiber sheet in which reinforcing fibers are arranged in a 45 ° direction can be suitably produced, and such a configuration is adopted. It has been found that a continuous reinforcing fiber sheet can be used for pultruding without reinforcing fibers, and can produce a long fiber-reinforced plastic structural material with significantly improved torsional rigidity. .
[0013]
Further, when the continuous reinforcing fiber sheet having such a configuration is wound around a pipe or other tubular material and reinforced, the direction of the fiber is the same at the wrap portion, so that the reinforcing fibers can be fixed, and the torsional rigidity can be improved. It was also found that could be dramatically improved.
[0014]
Furthermore, the continuous reinforcing fiber sheet having such a configuration becomes a continuous reinforcing fiber sheet in which the reinforcing fibers are oriented in the reverse direction by being turned upside down. Therefore, a plurality of layers are easily laminated by symmetry (symmetric lamination). It has been found that it is possible to completely solve the problem of bending at the time of heat molding, which was a conventional problem.
[0015]
The present invention has been made based on such novel findings of the present inventors.
[0016]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a long fiber in which the reinforcing fibers are arranged at an arbitrary angle with respect to the main axis, can be used for pultruding processing without reinforcing fibers, and the torsional rigidity is remarkably improved. It is an object of the present invention to provide a continuous reinforced fiber sheet capable of producing the above fiber reinforced plastic structural material and a method for producing the same.
[0017]
Another object of the present invention is to improve the torsional rigidity of a reinforced object by wrapping it around a reinforced object such as a pipe so that it can be fixed well at a circumferential lap portion. It is an object of the present invention to provide a continuous reinforcing fiber sheet and a method for producing the same.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a continuous reinforcing fiber sheet which can easily laminate a plurality of layers by symmetry (symmetric lamination) and can completely solve the problem of bending at the time of heat molding, and a continuous reinforcing fiber sheet therefor. It is to provide a manufacturing method.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by a continuous reinforcing fiber sheet and a method for producing the same according to the present invention. In summary, according to the first invention, Long Affixed to fabrics made of fiber-reinforced plastic or to long reinforcements in order to A resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape having a width (W) of 10 to 150 cm and a longitudinal length (L) of 10 m or more,
The continuous resin permeable support sheet and the reinforcing fibers which are long fibers having a fixed length (F) except for the leading end and the rear end of the continuous reinforcing fiber sheet are formed of the resin permeable supporting sheet. A reinforcing fiber layer arranged at an angle (α) of 45 ° to the longitudinal direction and along the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet and held by the resin-permeable support sheet. A resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape is provided. According to one embodiment of the present invention, the continuous reinforcing fiber sheet is used for seismic reinforcement of reinforced concrete columns for civil engineering or construction, and the angle of the reinforcing fibers is approximately 45 ° with respect to the length direction of the concrete columns. Can be glued. According to another embodiment, the continuous reinforcing fiber sheet can be used as a substrate for a pultrusion process.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a multilayer continuous reinforcing fiber sheet comprising two or more continuous reinforcing fiber sheets stacked and integrated. According to one embodiment of the present invention, at least one or more of the resin-permeable support sheets are interposed between the laminated continuous reinforcing fiber sheets. According to another embodiment, the reinforcing fibers forming the reinforcing fiber layer of each continuous reinforcing fiber sheet are oriented in the same direction and at the same angle with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet, or The reinforcing fibers forming the reinforcing fiber layer of each continuous reinforcing fiber sheet are oriented in different directions with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet.
[0022]
According to a third invention, Long Affixed to fabrics made of fiber-reinforced plastic or to long reinforcements in order to A width (W) of 10 to 150 cm and a length (L) of 10 m or more in a longitudinal direction, wherein the resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet is formed into a continuous sheet shape,
(A) continuously supplying a resin-permeable support sheet;
(B) reinforcing fibers, which are long fibers having a fixed length (F), at an angle of 45 ° with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet so as to be laminated with the resin-permeable support sheet. (Α) supplying step,
(C) a step of thermocompression bonding the resin-permeable support sheet and the reinforcing fiber layer formed of the reinforcing fibers and laminated with the resin-permeable support sheet;
The present invention provides a method for producing a resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape, characterized by having the following. According to an embodiment of the present invention, in the step (b), a continuous reinforcing fiber sheet having a predetermined width formed by arranging reinforcing fibers in one direction is supplied to the resin-permeable support which is continuously supplied. Achieved by spirally winding around the sheet. The resin-permeable support sheet is disposed on each side of the release paper. Further, the helically wound reinforcing fiber sheet which is heat-pressed to the resin permeable support sheet arranged on both sides of the release paper is cut along the longitudinal direction of the sheet at both side edge positions. , Two sheets.
[0023]
According to one embodiment of the present invention, the continuous resin-permeable support sheet can be provided on one side or both sides of the reinforcing fiber layer. According to another embodiment, the resin-permeable support sheet is a mesh or a cloth. According to another embodiment, the mesh-like body is a biaxial mesh-like body formed by a warp in the same direction as a longitudinal direction of the continuous reinforcing fiber sheet and a weft orthogonal to the warp. .
[0024]
According to another embodiment of the present invention, the reinforcing fibers forming the reinforcing fiber layer are PAN-based or pitch-based carbon fibers, glass fibers, or organic fibers such as aramid, PBO, polyamide, polyarylate, and polyester; Further, one kind or plural kinds of steel fibers are used. The fiber weight of the reinforcing fiber layer is 100 to 600 g / m. ² And
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the continuous reinforcing fiber sheet and the method for producing the same according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0026]
Example 1
1 and 2 show one embodiment of the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention. In this embodiment, the continuous reinforcing fiber sheet 1 has a resin-permeable support sheet 2 and a reinforcing fiber layer 3 held by the support sheet 2. The reinforcing fiber layer 3 is arranged at a predetermined angle (α) with respect to the main axis, and substantially, that is, a predetermined length (F) except for the leading end and the trailing end of the continuous reinforcing fiber sheet 1. And the reinforcing fibers 4 of long fibers. The continuous reinforcing fiber sheet 1 in sheet form has not yet been impregnated with the matrix resin. The matrix resin can be impregnated at the time of use, and in some cases, can be impregnated before use to keep the continuous reinforcing fiber sheet 1 in a prepreg state.
[0027]
In the present specification, “main axis” means an axis along the longitudinal direction of the continuous reinforcing fiber sheet 1. In the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the resin-permeable support sheet 2 is disposed on one surface of the reinforcing fiber layer 3, but may be disposed on both surfaces of the reinforcing fiber layer 3.
[0028]
The continuous reinforcing fiber sheet of the present invention has a width (W) of 10 to 150 cm and a length (L) of 10 m or more. Therefore, it can be suitably used as a substrate for continuous pultrusion processing. On the other hand, the conventional angle reinforced fiber sheet described with reference to FIG. 11 is the largest in the case of a sheet having an angle of about 45 °, and has a width (W) of 200 cm or less and a length (L). Is not more than 200 cm, and cannot be used for a continuous molding method such as a pultrusion molding process.
[0029]
In this embodiment, the reinforcing fibers 4 constituting the reinforcing fiber layer 3 are made of PAN-based or pitch-based carbon fiber, glass fiber, or aramid, PBO (polyparaphenylene benzobisoxazole), polyamide, polyarylate, polyester, or the like. Organic fibers, and further, steel fibers or the like can be used singly or in combination.
[0030]
The resin permeable support sheet 2 can be a biaxial or triaxial mesh or cloth, but in this example, a biaxial mesh was used as shown in the figure. The interval (w1, w2) between the threads 5, 6 of the biaxial mesh body 2 is usually about 1 to 100 mm, preferably 2 to 50 mm.
[0031]
As a method of holding the reinforcing fiber layer 3 with the mesh-like support sheet 2, for example, the surface of the warp yarn 5 and the weft yarn 6 constituting the mesh-like support sheet 2 is impregnated with a low melting point type thermoplastic resin in advance. Then, the mesh-like support sheet 2 is laminated on one or both sides of the reinforcing fiber layer 3 and heated and pressurized, and the warp 5 and the weft 6 portions of the mesh-like support sheet 2 are welded to the reinforcing fiber layer 3.
[0032]
Even when a cloth is used as the resin-permeable support sheet 2, the reinforcing fiber layer 3 can be held in the same manner.
[0033]
Example 2
The continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention having the configuration described in the first embodiment can be manufactured using, for example, a manufacturing apparatus shown in FIG.
[0034]
The first and

second release papers

11 and 12 are supplied from delivery rolls 11a and 12a, and are guided by guide rollers 13 and 14, a pair of feed rollers 15, and a take-

up roll

11b and 12b via a hot roll device 16. It is wound up.
[0035]
Similarly, a continuous mesh-like support sheet 2 formed of warp yarns and weft yarns to which a welding resin is applied is sandwiched between the first and

second release papers

11 and 12. In this manner, the paper is continuously supplied from the delivery roll 21, and is supplied to the hot roll device 16 via the pair of feed rollers 15.
[0036]
Further, according to the present embodiment, the reinforcing fiber supply device 31 for feeding the reinforcing fibers 4 and forming the reinforcing fiber layer 3 is disposed between the first release paper 11 and the mesh-like support sheet 2.
[0037]
Accordingly, the first release paper 11, the reinforcing fiber layer 3, the mesh-like support sheet 2, and the second release paper 12 are fed to the hot roll device 16 via the feed roller pair 15.
[0038]
Thereby, the reinforcing fiber layer 3 formed by the reinforcing fibers 4 arranged at a predetermined angle with respect to the main axis in the reinforcing fiber supply device 31 is joined to the mesh-like support sheet 2 to form a continuous reinforcing fiber sheet. 1 is wound and wound by a winder 32. Further, the first and

second release papers

11 and 12 are separated from the continuous reinforcing fiber sheet 1 and then wound up by the winding

rolls

11b and 12b as described above.
[0039]
Example 3
The continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention can also be manufactured by a manufacturing apparatus shown in FIG. In this embodiment, two continuous reinforcing fiber sheets 1 (1a, 1b) described in the first embodiment are produced at the same time.
[0040]
According to this embodiment, the first and second support sheets 2a and 2b are simultaneously supplied from supply rolls (not shown) with the first release paper 11 interposed therebetween. The warp yarns and the weft yarns of the support sheets 2a, 2b are impregnated with a welding resin.
[0041]
A continuous reinforcing fiber sheet 1A having a predetermined width in which the reinforcing fibers 4 are arranged in one direction is supplied from a reinforcing fiber supplying device (not shown), and the first and second separated reinforcing fiber sheets are separated by the first release paper 11. The second support sheet 2a, 2b is spirally wound tightly around the laminated body to form the reinforcing fiber layer 3. The reinforcing fibers 4 forming the reinforcing fiber layer 3 are arranged at a predetermined angle with respect to the main axis.
[0042]
The first and second support sheets 2 a and 2 b having the reinforcing fiber layer 3 formed on the surface thereof are further hot-rolled in such a manner that the first and second support sheets 2 a and 2 b are sandwiched between the second and

third release papers

12 and 13. It is supplied to the device 16. Thereby, the reinforcing fiber layer 3 formed by the reinforcing fibers 4 arranged at a predetermined angle with respect to the main axis is joined to the mesh-like support sheets 2a, 2b to form continuous reinforcing fiber sheets 1a, 1b. I do.
[0043]
At the outlet of the hot roll device 16, cutters 17 and 18 are arranged and spirally wound, and now extend along both longitudinal edges of the reinforcing fiber sheet 1A forming the reinforcing fiber sheets 1a and 1b. Disconnect.
[0044]
The first, second, and

third release papers

11, 12, and 13 are respectively wound on winding rolls (not shown), and the continuous reinforcing fiber sheets 1a and 1b produced as described above are also used. After being separated, it is taken up by a take-up roll (not shown).
[0045]
Thus, in this embodiment, two continuous reinforcing fiber sheets 1 (1a, 1b) described in the first embodiment are simultaneously produced.
[0046]
Example 4
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the continuous reinforcing fiber sheet 1 has a configuration in which the resin-permeable support sheet 2 is bonded to one or both surfaces of the reinforcing fiber layer 3. The continuous reinforcing fiber sheet of the present invention can be formed into a multilayer shape by stacking two or more continuous reinforcing fiber sheets 1 having the configuration described in the first embodiment. At this time, it is preferable that at least one or more resin-permeable support sheets 2 are interposed between the continuous reinforcing fiber sheets 1 to be integrated.
[0047]
That is, as shown in FIG. 5, a configuration in which the reinforcing fiber layers 3 (3a, 3b) are provided on both sides of the resin-permeable support sheet 2 can also be adopted. The reinforcing

fibers

4a, 4b constituting the reinforcing

fiber layers

3a, 3b can be arranged in the same direction and at the same angle, for example, at + 45 ° orientation and at + 45 ° orientation.
[0048]
As shown in FIG. 6, the reinforcing fibers 4a constituting the reinforcing fiber layer 3a are oriented, for example, at + 45 °, and the reinforcing fibers 4b constituting the reinforcing fiber layer 3b are oriented in the opposite direction, eg, at -45 °. They can be arranged.
[0049]
However, in the case of the reinforcing fiber sheet 1 having the configuration shown in FIG. 6, for example, when only one layer of the reinforcing fiber sheet 1 having this configuration is used and wound around the surface of a plastic pipe to reinforce, Since the portions do not have the same fiber direction, fixing in the fiber direction cannot be achieved. Therefore, it is not preferable to use the reinforcing fiber sheet 1 having such a configuration for the purpose of reinforcing by such a method.
[0050]
When the reinforcing fiber sheets 1 are used in a laminated state, it is necessary to perform symmetry (symmetrical lamination) in order to prevent bending of the molded product. That is, in the molding of the FRP, if not symmetric in general autoclave molding or hot press molding, bending always occurs after cooling, and a good molded product cannot be obtained.
[0051]
The reinforcing fiber sheet 1 having the configuration shown in FIG. 6 cannot be formed into a symmetry when a plurality of layers are laminated, and therefore, is formed by a molding method that requires a heat molding step such as a press molding method or a pultrusion molding method. Not suitable for the production of However, when molded with a room temperature curing resin or the like, the molded product is unlikely to be bent, so that the configuration shown in FIG. 6 can be used.
[0052]
In the description of the above embodiment, the resin-permeable support sheet 2 is described as being interposed between the reinforcing fiber layers 3 (3a, 3b), but not only between the reinforcing fiber layers 3 (3a, 3b). Further, the reinforcing fiber layer 3 (3a, 3b) may be provided by bonding to the outer surface.
[0053]
Next, an example of use of the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention will be described.
[0054]
Usage example 1
Using the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention, an I-type FRP structural material 50 as shown in FIG. 7 was produced by pultrusion molding.
[0055]
In the present usage example, the mesh-shaped support sheet 2 is laminated on one surface of the reinforcing fiber layer 3 by the manufacturing method described with reference to FIG. The continuous reinforcing fiber sheet 1 was used.
[0056]
In the continuous reinforcing fiber sheet 1, the reinforcing fiber layer 3 uses PAN-based carbon fiber strands having an average diameter of 7 μm and a convergent number of 12,000 as the reinforcing fibers 4, and has a fiber weight of 300 g / m 2. ² Were arranged. The mesh-like support sheet 2 was a biaxial mesh-like body using glass fibers (300d, count 1/10 mm) as warp yarns 5 and weft yarns 6. The interval (w1, w2) between the threads of the biaxial mesh-like body was 10 mm.
[0057]
The warp yarns 5 and the weft yarns 6 of the mesh-like support sheet 2 were impregnated with a thermoplastic resin at a content of 30% by weight.
[0058]
The continuous reinforcing fiber sheet 1 thus produced had a width (W) of 50 cm, a length (L) of 100 m, and an angle of the reinforcing fiber with respect to the main axis of 45 °.
[0059]
As shown schematically in FIG. 8, the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention and a conventionally used unidirectional array reinforcing fiber sheet 200 are combined into a roughly I-shape, fed into a mold, and drawn, After curing, an I-type FRP structural material 50 was produced. For the continuous reinforcing fiber sheet 1 and the unidirectionally arrayed reinforcing fiber sheet 200, a prepreg previously impregnated with an epoxy resin was used as a matrix resin. The resin content in the continuous reinforcing fiber sheet 1 and the unidirectional array reinforcing fiber sheet 200 was 35% by weight. The unidirectionally reinforced fiber sheet 200 used carbon fibers as the reinforcing fibers.
[0060]
The pultruded I-type FRP structural material 50 had a height (H1) of 80 mm, a width (H2) of 50 mm, a thickness (T) of 2 mm, and a length (H3) of 6 m.
[0061]
As Comparative Example 1, instead of the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention, an I-type FRP structural material 50 having the same shape and dimensions was produced using only the unidirectional array reinforcing fiber sheet 200.
[0062]
Table 1 shows the mechanical properties of the I-type FRP structural material 50 in the case of the use example 1 and the comparative example 1 using the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention. The measurement data is an average value of three test pieces.
[0063]
Table 1 shows that the I-type FRP structural material using the continuous reinforcing fiber sheet 1 of the present invention has significantly improved torsional rigidity.
[0064]
[Table 1]

[0065]
Usage example 2
In the present usage example 2, the same reinforcing fiber sheet 1 as used in the usage example 1 is cut into a predetermined length, and the main shaft of the reinforcing fiber sheet 1 is cut along the longitudinal direction of the plastic pipe 60 as shown in FIG. Was wrapped around the surface of the plastic pipe 60, impregnated with resin, and reinforced.
[0066]
More specifically, the plastic pipe 60 used in the present usage example was made of polyethylene and had a diameter of 580 mm and a length of 5 m. First, the surface of this plastic pipe 60 is activated by corona treatment to increase the adhesiveness with the epoxy resin, and along the length of the pipe 60, a unidirectional carbon fiber sheet (carbon fiber) using carbon fibers as reinforcing fibers is used. Two layers of 200 (manufactured by Iron Composite Co., Ltd .: trade name “Tow Sheet”) were attached to improve bending strength and bending rigidity.
[0067]
Subsequently, one layer of the + 45 ° oriented reinforcing fiber sheet 1 used in Use Example 1 was attached to the outside of the unidirectional carbon fiber sheet. The overlapping portion (R) in the circumferential direction was wrapped by 200 mm. In the lap portion, the reinforcing fiber sheet 1 was fixed because the fiber directions were the same.
[0068]
Further, a single layer of a reinforcing fiber sheet of −45 ° orientation, in which the angle of the reinforcing fibers was reversed, was attached to the outside of the reinforcing fiber sheet 1 of + 45 ° orientation. At this time, the overlapping portion in the circumferential direction was similarly wrapped by 200 mm, and the reinforcing fiber sheet could be fixed. Of course, by using the + 45 ° oriented reinforcing fiber sheet 1 upside down, it can be used as a −45 ° oriented reinforcing fiber sheet in which the angle of the reinforcing fiber is reversed.
[0069]
The matrix resin for the unidirectional carbon fiber sheet 200 and the reinforcing fiber sheet 1 oriented at + 45 ° or −45 ° is applied every time the pipe 60 is wound, and the amount of resin in the unidirectional carbon fiber sheet 200 and the 45 ° oriented reinforcing fiber sheet 1 is determined. Is 800 g / m ² Met.
[0070]
As Comparative Example 2, instead of using continuous reinforcing fiber sheets of + 45 ° orientation and −45 ° orientation respectively as shown in FIG. 1, as shown in FIG. A so-called ± 45 ° oriented double-bias continuous reinforcing fiber sheet 1 in which two continuous reinforcing fiber sheets were laminated and integrated via a mesh-like support sheet was used.
[0071]
Table 2 shows the mechanical properties of the plastic pipe in the case of use example 2 using the continuous reinforcing fiber sheet and in the case of comparative example 2. Table 2 shows that the plastic pipe reinforced using the continuous reinforcing fiber sheet of Use Example 2 has improved torsional rigidity.
[0072]
This is due to the fact that, in the case of a continuous reinforcing fiber sheet having an orientation of ± 45 °, fixation cannot be achieved at a circumferential overlapping portion formed by a 200 mm wrap.
[0073]
[Table 2]

[0074]
That is, as understood from the above description, the continuous reinforcing fiber sheet 1 having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 has an advantage that the symmetry can be easily performed. Further, the continuous reinforcing fiber sheet 1 of this configuration can be used with only one layer when only one layer is required, unlike the double-bias continuous reinforcing fiber sheet 1 of ± 45 ° orientation shown in FIG. When two or more layers are required, they can be laminated and used. At this time, it is also possible to change the angular direction of the reinforcing fibers by using the second layer by turning over the continuous reinforcing fiber sheet of the first layer.
[0075]
Usage example 3
The seismic reinforcement of reinforced concrete columns for civil engineering or construction is generally mainly shear reinforcement. For breaking by shearing, it is desirable to orient the reinforcing fibers in a ± 45 ° direction in order to suppress oblique cracks.
[0076]
However, in existing carbon fiber sheets and the like, there is a unidirectional carbon fiber sheet in which carbon fibers are aligned in one direction, or a cross-shaped bidirectional carbon fiber sheet, but the carbon fibers are oriented in a 45 ° direction. The carbon fiber sheet was not present and was not used in practice.
[0077]
In this use example, as shown in FIG. 10, the −45 ° reinforcing fiber sheet 1 and the + 45 ° reinforcing fiber sheet 1 according to the present invention, for example, having the configuration shown in FIG. 1 are attached around the reinforced concrete column 300. Laminated. Note that carbon fibers were used as the reinforcing fibers.
[0078]
Further, in order to restrain the shear failure of the columns, the unidirectional carbon fiber sheet 100 in which carbon fibers are aligned in one direction is laminated on the laminated reinforcing fiber sheet 1 in this use example. Glued in the direction.
[0079]
With such a configuration, seismic reinforcement of reinforced concrete columns could be effectively achieved.
[0080]
【The invention's effect】
As explained above, the present invention Long Affixed to fabrics made of fiber-reinforced plastic or to long reinforcements in order to A resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape having a width (W) of 10 to 150 cm and a longitudinal length (L) of 10 m or more, wherein the continuous resin-permeable support is The sheet and the reinforcing fibers, which are long fibers having a constant length (F) except for the leading end and the trailing end of the continuous reinforcing fiber sheet, have an angle of 45 ° with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet. Since it is configured to have an angle (α) and arranged along the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet and to have a reinforcing fiber layer held by the resin-permeable support sheet,
(1) A long fiber-reinforced plastic structure in which reinforcing fibers are arranged at an arbitrary angle with respect to the main shaft, can be used for pultruding without any reinforcing fibers, and have significantly improved torsional rigidity. Materials can be made.
(2) When wrapping around a reinforcing object such as a pipe to reinforce it, the fiber direction at the circumferential wrap portion can be the same, good fixing can be achieved, and the torsional rigidity of the reinforcing object can be obtained. Can be improved.
(3) Unlike the double-bias continuous reinforcing fiber sheet, two or more layers can be laminated and used when necessary, and the second layer is reinforced by turning the first continuous reinforcing fiber sheet upside down. It is also possible to change the angle direction of the fiber, and there is an advantage that symmetry (symmetric lamination) can be easily performed.
[0081]
According to the present invention Of the above configuration According to the method for producing a resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a sheet shape, (a) a step of continuously supplying a resin-permeable support sheet, and (b) a step of laminating the resin-permeable support sheet. , Had a constant length (F) The reinforcing fibers, which are long fibers, are 45 ° angle (α) And (c) a step of thermocompression bonding a resin-permeable support sheet and a reinforcing fiber layer formed of reinforcing fibers and laminated with the resin-permeable support sheet. Resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheets having a continuous sheet shape having the above-mentioned various features can be produced extremely favorably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of a continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a production apparatus of one embodiment for producing a continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a production apparatus of another embodiment for producing a continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment in which the continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention has a multilayer structure.
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment in which the continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention has a multilayer structure.
FIG. 7 is a perspective view showing one embodiment of an I-type FRP structural material produced using the continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing one embodiment of a method of arranging a reinforcing fiber sheet for producing the I-type FRP structural material of FIG. 6;
FIG. 9 is a perspective view illustrating an embodiment of reinforcing a plastic pipe using the continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention.
FIG. 10 is a perspective view illustrating an embodiment in which a reinforced concrete column is seismically reinforced using the continuous reinforcing fiber sheet according to the present invention.
FIG. 11 is a plan view illustrating an example of a unidirectionally reinforced fiber sheet.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b continuous reinforcing fiber sheet
2,2a, 2b resin-permeable support sheet
3, 3a, 3b reinforcing fiber layer
4,4a, 4b reinforcing fiber
5 Warp
6 weft
11, 12, 13 Release paper
100, 200 unidirectionally reinforced fiber sheet

Claims

The width (W) is 10 to 150 cm and the length (L) in the longitudinal direction is 10 m or more for producing a long fiber-reinforced plastic structural material or sticking to a long reinforcing object. A resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape,
The continuous resin permeable support sheet and the reinforcing fibers which are long fibers having a constant length (F) except for the leading end and the rear end of the continuous reinforcing fiber sheet are formed of the resin permeable supporting sheet. A reinforcing fiber layer arranged at an angle (α) of 45 ° to the longitudinal direction and along the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet and held by the resin-permeable support sheet. A resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape.

The continuous reinforcing fiber sheet according to claim 1, wherein the continuous resin-permeable support sheet is provided on one side or both sides of the reinforcing fiber layer.

3. The continuous reinforcing fiber sheet according to claim 2, wherein the resin-permeable support sheet is a mesh-like body or a cloth.

The continuous mesh according to claim 3, wherein the mesh-like body is a biaxial mesh-like body formed by a warp thread in the same direction as a longitudinal direction of the continuous reinforcing fiber sheet and a weft thread orthogonal to the warp thread. Reinforced fiber sheet.

The reinforcing fibers forming the reinforcing fiber layer include PAN-based or pitch-based carbon fibers, glass fibers, or organic fibers such as aramid, PBO (polyparaphenylene benzobisoxazole), polyamide, polyarylate, and polyester. The continuous reinforcing fiber sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein one or a plurality of steel fibers are mixed and used.

The fiber basis weight of the reinforcing fiber layer, continuous reinforcing fiber sheet according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a 100 to 600 / m ^2.

A multilayer continuous reinforcing fiber sheet comprising two or more continuous reinforcing fiber sheets according to any one of claims 1 to 6, which are integrated.

The multilayer continuous reinforcing fiber sheet according to claim 7, wherein at least one or more of the resin-permeable support sheets are interposed between the laminated continuous reinforcing fiber sheets.

The reinforcing fibers forming the reinforcing fiber layer of each continuous reinforcing fiber sheet are oriented in the same direction and at the same angle with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet. Multi-layer continuous reinforcing fiber sheet.

The multilayer fiber according to claim 7 or 8, wherein the reinforcing fibers forming the reinforcing fiber layer of each continuous reinforcing fiber sheet are oriented in different directions with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet. Continuous reinforced fiber sheet.

2. The continuous reinforcing fiber sheet according to claim 1, wherein the reinforcing fiber is bonded at an angle of approximately 45 [deg.] With respect to the length direction of the concrete column for seismic reinforcement of a reinforced concrete column for civil engineering or construction. .

The continuous reinforced fiber sheet according to claim 1, which is used as a substrate for pultrusion processing.

The width (W) is 10 to 150 cm and the length (L) in the longitudinal direction is 10 m or more for producing a long fiber-reinforced plastic structural material or sticking to a long reinforcing object. A method for producing a resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape,
(A) continuously supplying a resin-permeable support sheet;
(B) reinforcing fibers, which are long fibers having a fixed length (F), at an angle of 45 ° with respect to the longitudinal direction of the resin-permeable support sheet so as to be laminated with the resin-permeable support sheet. (Α) supplying step,
(C) a step of thermocompression bonding the resin-permeable support sheet and the reinforcing fiber layer formed of the reinforcing fibers and laminated with the resin-permeable support sheet;
A method for producing a resin-impregnated continuous reinforcing fiber sheet having a continuous sheet shape, characterized by having:

In the step (b), a continuous reinforcing fiber sheet having a predetermined width formed by arranging reinforcing fibers in one direction is spirally wound around the continuously supplied resin-permeable support sheet. 14. The method for producing a continuous reinforcing fiber sheet according to claim 13, which is achieved.

The method for producing a continuous reinforcing fiber sheet according to claim 14, wherein the resin-permeable support sheet is disposed on both sides of the release paper.

The helically wound reinforcing fiber sheet, which is respectively heat-pressed to the resin permeable support sheet disposed on both sides of the release paper, is cut along the longitudinal direction of the sheet at both side edge positions. The method for producing a continuous reinforced fiber sheet according to claim 15, wherein the sheet is a sheet.