JP3591142B2

JP3591142B2 - Ｆｒｐ格子およびその製造方法

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Publication number: JP3591142B2
Application number: JP18420596A
Authority: JP
Inventors: 信彦清水; 靖之川野元
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1996-06-24
Filing date: 1996-06-24
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-06-24
Also published as: JPH106408A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）格子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは土木分野や建築分野等で好適に用いられるＦＲＰ格子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）からなる格子部材は、メッキ工場や下水処理場などの耐触性および水はけ性が要求される箇所の床材や、軽量で強度が要求される高所工事用などの通路、バルコニーなどの床材、道路の側溝や枡などの蓋体、および壁材や天井材など多目的に土木分野や建築分野における部材として用いられている。
【０００３】
ＧＦＲＰはこれら分野に用いられている鉄に比べ、耐触性に優れ、錆びないという特徴は有するが、鉄に比べ弾性率が小さいので、ＧＦＲＰで作られた格子部材は曲げ剛性が小さかったり剪断剛性が小さく、土木や建築分野の部材として用いると種々の問題が生じる。
【０００４】
たとえば、道路の側溝の蓋として用いると、重量車両が上に乗ったとき、蓋の撓み量が大きくなり、ＧＦＲＰ格子蓋が大きく変形し、ＧＦＲＰ蓋縁側が持ち上がり、周囲のコンクリートとの間に大きな隙間や段差ができ、歩行中の人が挟まれたり、躓いてしまう。
【０００５】
また、壁材や天井材に用いると、これらは地震の際、建物の変形を抑え、建物の耐震性向上に寄与するものであるが、剪断剛性が小さいので、地震に弱い建物となってしまう。ＧＦＲＰ部材の高さを大きくしたり格子バーの幅を大きくすることで、剛性を大きくすることが可能であるが、部材を組み込むスペースが大きくなったり、開口率が小さくなって、水はけが悪くなったりする。また、透視性が悪くなるので人間に圧迫感を与える、通気性が悪くなる、重くなるという問題もある。
【０００６】
また、ガラス繊維と樹脂からなるＧＦＲＰは他の金属材料に比べ軽量、高強度ではあるが、金属材料のように塑性変形せず、一気に脆性的な破壊を起す。各種床材などに使用している際、補強繊維や樹脂が薬品や紫外線で劣化すると、強度劣化が進む。したがって、望ましくない破壊状態が突然生じるおそれがある。このような強度劣化や損傷が生じた場合、その一部あるいは全部を補修する必要があるが、その根拠となる損傷の程度を評価する適当な手法がない。
【０００７】
さらに、ＧＦＲＰ格子部材は金属格子部材に比べ軽くはなっているが、一般に土木・建築職場は重労働を伴う職場であるので、取り扱う各種部材のより一層の軽量化要求が強い。
【０００８】
また、このようなＧＦＲＰ格子部材の製造方法として、予め補強繊維に樹脂を含浸した状態（以下、ウエット状態という。）で引き揃えて、成形溝が格子状に並んだ成形型に積層した後、硬化・脱型する方法が採られてきた。しかしこの方法には、積層作業時間が樹脂のポットライフに制限され、大きな格子部材が製造できないという問題や、ウエット状態での補強繊維は表面が滑りやすく、積層作業時に十分な張力を加えられず成形型の成形溝の中で蛇行するため、格子部材の強度、剛性が低下するという問題があった。
【０００９】
このような問題の解決策として、補強繊維を樹脂含浸しない状態（以下、ドライ状態という。）で成形型に積層し、次いでこの成形型に樹脂を注入して補強繊維に含浸させ硬化する方法が考えられる。しかしこの方法でも、成形溝の底面側にある補強繊維まで含浸するのに時間がかかり、生産効率が落ちたり、補強繊維内に残っている空気が抜け切らず樹脂硬化後にボイドとなって残り、格子部材の強度、剛性が低下するという問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、このような現状に着目し、強度、剛性が高く、破壊の予知が可能で安全であり、かつ、一層の軽量化が可能なＦＲＰ格子を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の課題は、樹脂のポットライフ等に影響を受けないで任意の大きさで製造でき、かつ、ボイドレスで強度、剛性の高いＦＲＰ格子の製造用成形型および製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ格子は、補強繊維と樹脂とを複合してなるＦＲＰ格子であって、前記補強繊維は高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを含み、かつ、高引張弾性率補強繊維をＦＲＰ格子の全体積に対して４０％を超えない範囲で含んでいることを特徴とするものからなる。
【００１３】
このＦＲＰ格子においては、高引張弾性率補強繊維が格子の目を形成する枠の横断面においてランダムに分布していてもよく、規則的に配置されていてもよい。たとえば、高引張弾性率補強繊維が格子の目を形成する枠の横断面において市松模様を形成するように分布している構成としてもよい。
【００１４】
また、上記高引張弾性率補強繊維は、格子の目を形成する枠の横断面全体にわたって、ランダムに、あるいは市松模様を形成するように配されてもよいが、以下のような各態様で配されてもよい。
【００１５】
たとえば、格子の目を形成する枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在する構成としてもよい。
【００１６】
また、格子の目を形成する枠の横断面において、高引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在する構成としてもよい。
【００１７】
さらに、格子の目を形成する枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、高引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在する構成としてもよい。
【００１８】
このようなＦＲＰ格子においては、その開口率が６５〜９５％の範囲にあることが好ましい。また、格子の目を形成する枠の横断面形状が逆台形状であることが好ましい。さらに、格子の目を形成する枠の横断面に段部を有する形状とすることもできる。但し、格子の横断面形状は、これらの形状に限定されず、任意の形状を採ることが可能である。
【００１９】
ＦＲＰ格子を構成する樹脂としては、特に限定されないが、ビニルエステル樹脂であることが好ましい。また、上記高引張弾性率補強繊維が炭素繊維であり、高引張弾性率補強繊維の引張弾性率が低引張弾性率補強繊維のそれの少なくとも３倍であることが好ましい。２種類の補強繊維の引張弾性率の差が大きい程、荷重がかかったときの高引張弾性率補強繊維で形成されたＦＲＰ部分と低引張弾性率補強繊維で形成されたＦＲＰ部分との層間剪断応力は大きくなるが、その差が余り大きすぎると、低荷重で剥離が発生してしまい、格子部材として成立しなくなるおそれがあるので、高引張弾性率補強繊維は低引張弾性率補強繊維の３倍以上、より好ましくは３〜７倍の範囲の引張弾性率を有することが望ましい。
【００２０】
また、このように構成されたＦＲＰ格子では、高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維の両方を用いて補強されるので、低引張弾性率補強繊維のみを用いたＦＲＰ格子に比べて、材料の引張弾性率が向上し、ＦＲＰ格子としての必要な曲げ剛性が小さな断面積で得られることになり、重量が軽減される。本発明のＦＲＰ格子の重量は１５ｋｇ／ｍ^２以下とすることが好ましく、これによって剛性や強度を確保しつつ、軽量化要求に応えることができる。ＦＲＰ格子の曲げ剛性は、用途にもよるが、少なくとも０．７×１０^６ｋｇｆ・ｍｍ^２であることが好ましく、曲げ強度としては、少なくとも４０ｋｇｆ／ｍｍ^２であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係るＦＲＰ格子においては、高引張弾性率補強繊維は、ＦＲＰ格子に負荷される荷重を、低引張弾性率補強繊維に比較して多く負担する。したがって強度劣化等によりＦＲＰ格子に損傷が生じる場合には、先ず高引張弾性率補強繊維が損傷する。本発明では高引張弾性率補強繊維を散在させているので、この初期の損傷は損傷の起こった補強繊維内部では伝幡するものの隣接する補強繊維までは伝幡せず、ＦＲＰ格子の破壊モードを段階的な破壊とする。その結果、ＦＲＰ格子が全体破壊に至るまでの時間を長くすることができ、床材等として望ましくない瞬時の全体破壊を効果的に防ぐことができる。
【００２２】
このような効果をもたらすために、とくに、高引張弾性率補強繊維の体積のＦＲＰ格子全体積に占める割合を、４０％を超えない範囲、好ましくは１〜４０％の範囲としている。１％未満であると、曲げ剛性の向上が不充分であり、４０％を超えると、高引張弾性率補強繊維の破壊に伴って、解放されるエネルギーが大きくなりすぎ、ＦＲＰ格子が瞬時に全体破壊するおそれがある。
【００２３】
また高引張弾性率補強繊維に炭素繊維などの導電性繊維を用いれば、高引張弾性率補強繊維に起こる初期の損傷を、炭素繊維の電気伝導性を利用して簡便にかつ確実に検出することが可能となる。具体的には、ＦＲＰ格子の端部などの炭素繊維の露出部を利用して、炭素繊維の電気抵抗あるいは電流を測定する方法である。初期損傷により炭素繊維が切断されれば、電気抵抗が増大し電流が低下するので、それを容易に検出することができる。
【００２５】
さらに、本発明に係るＦＲＰ格子の製造方法は、成形型内に補強繊維を配置し、樹脂を注入してＦＲＰ格子を製造するに際し、前記補強繊維として、高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを含み、かつ、高引張弾性率補強繊維をＦＲＰ格子の全体積に対して４０％を超えない範囲で含むものを用いることを特徴とする方法からなる。この高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを予め混合しておき、混合した補強繊維を成形型内に配置してもよい。
【００２７】
上記ＦＲＰ格子の製造方法においては、樹脂としてビニルエステル樹脂を用いることが好ましい。また、高引張弾性率補強繊維として炭素繊維を用い、低引張弾性率補強繊維としてガラス繊維を用いることが好ましい。
【００２８】
さらに、これらＦＲＰ格子の製造方法においては、成形を減圧下で行うことが好ましい。
【００２９】
上記のような本発明に係るＦＲＰ格子を用いて、各種土木・建築用部材を構成できる。本発明に係るＦＲＰ格子は、たとえば、各種床材や高所工事用などの通路材（たとえば、足場材）、道路の側溝や枡などの蓋体（溝蓋、枡蓋）、各種壁材や天井材（たとえば、表面に化粧板等が配置される壁材や天井材のコア材）などに使用できる。さらに詳しく言えば、たとえば、水関係では、下水（汚水）処理場の床板や歩廊、レジャー施設、船舶の床板、海洋構造物等、薬品関係では、石油精製、薬品等の化学プラントの構築物内の床材、レーダー周辺等電波透過性を必要とする場所の床材、階段、壁材等、建築・橋梁関係では、高層建築物の歩廊、非常階段の踏み板やバルコニーの床、フェンス（たとえば、ベランダのフェンスや、一般的な柵用フェンスや仕切り）、ドアのコア材、駐車場の床材、吊橋や桟橋の歩廊、鉄橋等の点検歩廊、クリーンルームの床材や壁材、天井材、ヘリポートの敷板等があり、その他にも、メッキ槽、タワー廻りの床板、排水・排液溝の蓋体（たとえば、マンホールの蓋、溝蓋）等がある。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ格子を示している。図１において、１はＦＲＰ格子全体を示しており、該ＦＲＰ格子１は、補強繊維を２方向に配置し、樹脂と複合したものからなる。すなわち、引揃えられた多数本の補強繊維を２方向に配置して格子形状となし、それらを樹脂と複合してなるものである。本実施態様に係るＦＲＰ格子１は、たとえば、耐触性、水はけ性、耐久性などが要求される箇所用の部材として使用される。
【００３１】
このＦＲＰ格子１の各格子バーの横断面形状、つまり、格子の目を形成する枠の横断面形状は、図２に示すように、逆台形状に形成されている。そして、各格子バーの横断面においては、ほぼ全面に低引張弾性率補強繊維２ｂが配され、その中に高引張弾性率補強繊維２ａがランダムに、かつ、ＦＲＰ格子の全体積に対して１〜４０％の範囲で含まれるように分布している。したがって、高引張弾性率補強繊維２ａは、横断面中にほぼ均一に分布されている。
【００３２】
この高引張弾性率補強繊維２ａに使用する補強繊維としては、マルチフィラメントからなる炭素繊維や炭化ケイ素繊維、金属繊維などの高強度・高弾性率繊維が好ましい。なかでも、炭素繊維は耐薬品性、耐水性などに優れ、軽量、高強度、高弾性率で、又、樹脂含浸性、樹脂との接着性なども良く、上記高引張弾性率補強繊維として最適である。但し、二種以上の補強繊維、たとえば炭素繊維とガラス繊維を含む補強繊維としてもよい。
【００３３】
低引張弾性率補強繊維２ｂに使用する補強繊維としては、たとえばガラス繊維を使用できる。但し、この低引張弾性率補強繊維２ｂにおいても、二種以上の補強繊維、たとえばガラス繊維と炭素繊維を含むものとしてもよい。このような補強繊維と樹脂とが複合される。
【００３４】
使用する樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂など熱硬化性樹脂が主に用いられるが、なかでもビニルエステル樹脂は耐薬品性、耐候性などに優れているので好ましい。
【００３５】
なお、このマトリックス樹脂は熱硬化性樹脂に限定する必要はなく、ナイロン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン樹脂など熱可塑性樹脂であってもよく、また、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合物であってもよい。
【００３６】
このような樹脂は、予め繊維束に含浸させておき、それを引き揃えて形状を賦型してもよいし、ドライで賦型したプリフォームに後で樹脂を含浸させてもよい。また、繊維と樹脂を複合した後に、ボイドをなくすために、真空チャンバ内で脱泡することも可能である。つまり、樹脂の硬化や固化を、減圧下で行うのである。
【００３７】
このように製造されたＦＲＰ格子は、軽量でありながら優れた機械的特性を有することができる。すなわち、重量が１５ｋｇ／ｍ^２以下であり、かつ、曲げ剛性が少なくとも０．７×１０^６ｋｇｆ・ｍｍ^２であるＦＲＰ格子や、重量が１５ｋｇ／ｍ^２以下であり、かつ、曲げ強度が少なくとも４０ｋｇｆ／ｍｍ^２であるＦＲＰ格子を実現できる。
【００３８】
図２は、別の実施態様に係るＦＲＰ格子の格子バーの横断面構造、つまり、格子の目を形成する枠の横断面構造を示している。本実施態様においては、格子バーの横断面において、低引張弾性率補強繊維３ｂはほぼ全面にわたって均一に配されているが、その中に高引張弾性率補強繊維３ａが市松模様を形成するように配置されている。
【００３９】
このようにある模様状に規則的に高引張弾性率補強繊維３ａを配置すれば、より正確に目標特性を実現することが可能となる。また、ＦＲＰ格子全体にわたって、より均一な特性とすることも可能となる。
【００４０】
また、格子の目を形成する枠、つまり、格子バーの横断面形状については、図２や図３に示したような逆台形状のものに限られず、台形、矩形、楕円、多角形、つづみ形等任意の形状が可能であり、さらには単純な形状の断面に限らず、複雑な特殊形状の断面とすることも可能である。
【００４１】
さらに、図４に示すように、格子の目を形成する枠の横断面に段差を有する構造としてもよい。図示例では、図２に示した態様に比べ、逆台形状の上部側の部分４ａの幅をより大きくし、下部側の部分４ｂとの間に段部５を形成してある。高引張弾性率補強繊維６ａと低引張弾性率補強繊維６ｂの分布状態は、図２に示した態様と同様に設定されている。
【００４２】
また、本発明においては、格子の目を形成する枠の横断面においてランダムにまたは市松模様に配される高引張弾性率補強繊維は、上述の如く格子枠の横断面全面にわたって分布してもよいが、部分的に分布していてもよい。したがって、以下に示すような各態様を採ることができる。なお、以下に示す態様では、高引張弾性率補強繊維をランダムに分布させた例を示しているが、これを市松模様に分布させることもできる。
【００４３】
たとえば図５に示す実施態様では、格子の目を形成する枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在する構成とされている。図５の（Ａ）では、格子枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維７ｂのみで補強された層８ｂが下部側に、高引張弾性率補強繊維７ａと低引張弾性率補強繊維７ｂで補強された層８ａが上部側に配置されている。（Ｂ）では、層８ａが下部側に、層８ｂが上部側に配置されている。（Ｃ）では、層８ａの上下両側に層８ｂが配置されている。（Ｄ）では、層８ｂの上下両側に層８ａが配置されている。（Ｅ）では、層８ａが上下２位置に配置され、それぞれその上下両側に層８ｂが配置されている。
【００４４】
また、図６に示す実施態様では、格子の目を形成する枠の横断面において、高引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在する構成とされている。図６の（Ａ）では、格子枠の横断面において、高引張弾性率補強繊維９ａのみで補強された層１０ａが上部側に、高引張弾性率補強繊維９ａと低引張弾性率補強繊維９ｂで補強された層１０ｂが下部側に配置されている。（Ｂ）では、層１０ａが下部側に、層１０ｂが上部側に配置されている。（Ｃ）では、層１０ｂの上下両側に層１０ａが配置されている。（Ｄ）では、中央部に層１０ａが配置され、その上下両側に層１０ｂが配置されている。
【００４５】
さらに、図７に示す実施態様では、格子の目を形成する枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、高引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在する構成とされている。図７の（Ａ）では、格子枠の横断面において、高引張弾性率補強繊維１１ａのみで補強された層１２ａが上部側に、低引張弾性率補強繊維１１ｂのみで補強された層１２ｂが中央部に、高引張弾性率補強繊維１１ａおよび低引張弾性率補強繊維１１ｂで補強された層１２ｃが下部側に、それぞれ配置されている。（Ｂ）では、層１２ａが下部側に、層１２ｂが中央部に、層１２ｃが上部側にそれぞれ配置されている。（Ｃ）では、上部側に層１２ａが、下部側に層１２ｃが配置され、その層１２ａと層１２ｃの上下両側に層１２ｂが配置されている。（Ｄ）では、下部側に層１２ａが、上部側に層１２ｃが配置され、その層１２ａと層１２ｃの上下両側に層１２ｂが配置されている。（Ｅ）では、上下の２位置に層１２ａが配置され、２つの層１２ａ間に層１２ｃが配置され、上側の層１２ａの上側および下側の層１２ａの下側に層１２ｂが配置されている。（Ｆ）では、上下の２位置に層１２ａが配置され、２つの層１２ａ間に層１２ｂが配置され、上側の層１２ａの上側および下側の層１２ａの下側に層１２ｃが配置されている。（Ｇ）では、上下両端部に層１２ａが、それらの内側に層１２ｃが、中央部に層１２ｂが、それぞれ配置されている。
【００４６】
図８は、別の実施態様に係るＦＲＰ格子２０を示している。
本実施態様においては、互いに交又するように２方向に配置されている各格子バーの、交点間のピッチが縦横互いに異なるピッチとされている。なお、図示は省略するが、交点間のピッチは一定であってもよく、途中で変化するタイプのものであってもよい。
【００４７】
また、図１、図８に示したＦＲＰ格子１、２０は、補強繊維を２方向に配置し、実質的に直交する方向に延びる格子バーを有する構成に形成したが、３方向以上、たとえば、さらに斜めに延びる補強繊維、格子バーを有する構成としてもよい。さらに、耐電蝕性を付与するためや、外層を保護する目的などで、表面にＧＦＲＰ層などの薄い層を設けることも可能である。
【００４８】
上記のようなＦＲＰ格子は、少なくとも２方向に延びる格子成形溝を有する成形型を用いて成形される。
たとえば、図１および図２に示したＦＲＰ格子１を成形するための成形型は、図９に示すようなものである。成形型３０には、２方向（本実施態様では互いに直交する２方向）に延びる成形溝３１が形成されている。各成形溝３１の横断面は、図２に示した逆台形状に対応する形状に形成されている。
【００４９】
このような成形型３０内に、たとえば図２に示したような補強繊維２ａ、２ｂが配置され、樹脂が注入されてＦＲＰ格子が成形される。補強繊維２ａ、２ｂは、予め、高引張弾性率補強繊維２ａを、成形後のＦＲＰ格子の全体積に対し４０％を超えない範囲になるように低引張弾性率補強繊維２ｂ中に混合しておき、混合した補強繊維２ａ、２ｂを成形型３０内に配置するようにしてもよい。成形を減圧下で行えば、効率よく脱気でき、ボイドレスのＦＲＰ格子を得ることができる。
【００５０】
成形型として、図１０に示すような型を用いることもできる。図１０に示す成形型４０においては、成形溝４１の側壁４１ａに、つまり、格子の目を形成する型の側壁４１ａに、成形型４０の厚み方向に延びる溝４２が刻設されている。溝４２は、全ての側壁に設けてもよく、一部の側壁のみに設けてもよい。溝４２は、本実施態様ではＶ溝に形成されているが、溝４２の横断面形状としては、Ｕ字状、円弧状、角形状、台形状等任意の形状が可能である。
【００５１】
このように側壁４１ａに成形型４０の厚み方向に延びる溝４２を設けておくと、ドライ状態の補強繊維が成形溝４１に配置された状態の成形型４０に樹脂を注入する際に、樹脂が溝４２を通って成形溝４１の底面４１ｂあるいは底面近くまですぐに到達するため、補強繊維への樹脂の含浸が速くなる。また、樹脂含浸後も補強繊維内に残っている空気がこの溝４２を通って抜けやすくなり、ＦＲＰ格子のボイドが低減できる。
【００５２】
さらに、樹脂注入後の成形型４０を真空チャンバー等の中に入れ、成形を減圧下で行えば、一層ボイドレスなＦＲＰ格子を得ることができる。
【００５３】
このようなＦＲＰ格子製造用成形型の溝４２としては、樹脂の入りやすさ、空気の抜けやすさから、図１０に示したように成形溝底面４１ｂに対し略垂直方向に設けてあることが好ましいが、斜め方向に設けてあっても構わない。また、溝４２の大きさとしては、いくらでも構わないが、幅１０ｍｍ以下、深さ５ｍｍ以下とするのが好ましい。幅が１０ｍｍを超えると、積層した補強繊維が溝４２に沿って曲り、溝４２を塞いでしまうおそれがあるため、上記した効果が十分に得られない。また、溝４２の深さが５ｍｍを超えると、この溝４２に入って硬化した樹脂の重量が増え、ＦＲＰ格子として十分な軽量化効果が得られなくなるおそれがある。
【００５４】
また、溝４２は、成形溝４１の側壁４１ａの底面４１ｂ部から上面まで貫通して設けてあるのが好ましいが、上記の効果が得られれば途中で切れていても構わない。さらに、溝４２は、それぞれの格子部の成形溝の側壁に１本以上あればよいが、それぞれの格子の各辺の成形溝の側壁に１本以上あればより効果が大きい。ただし、このときそれぞれの格子の各辺の成形溝の側壁に５本以上の溝４２を設けると、この溝に入って硬化した樹脂により、軽量化効果が得られなくなるおそれがあるので注意が必要である。
【００５５】
上記のような成形型４０を用いて成形したＦＲＰ格子は、たとえば図１１に示すようになる。ＦＲＰ格子５０の各格子部の側面には、図１０に示した溝４２に対応して、格子の厚み方向に延びる突条５１が形成されている。突条５１の大きさや長さ、横断面形状は、上述した溝４２のそれらに対応したものとなる。このようなＦＲＰ格子５０は、軽量、高剛性、高強度特性に加え、ボイドレスの高品質なものとなる。
【００５６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
実施例１
格子状に成形溝を配置した、寸法が縦、横それぞれ１，００７ｍｍ、厚みが５０ｍｍ、格子間のピッチが４０ｍｍの成形型に、ガラス繊維からなる補強繊維に、炭素繊維の補強繊維をその体積割合が格子部材全体積の１５％になるように、炭素繊維同士が接触しないように混合配置して、２方向に配置し、次いで配置した補強繊維に樹脂を注入、含浸硬化させた。硬化後成形品を型から取り出し、４０ｍｍの厚みに面加工し、さらに１，００７ｍｍ長×４０７ｍｍ幅に切り出した。格子部断面は図２に示したものである。格子の目を形成する枠の横断面の寸法は、上面幅４．５ｍｍ、下面幅２．５ｍｍ、厚みが４０ｍｍであった。
【００５７】
この格子の重量は約１１ｋｇ／ｍ^２であった。この格子を、スパン間隔６００ｍｍで両端単純支持し、中央集中荷重にて３点曲げ試験を行った。なおこのとき、格子部横断面の最下面に近い所に分布している炭素繊維の両端部分に銀ペーストを塗布して通電し、電気抵抗をモニターした。
【００５８】
この結果、このＦＲＰ格子の曲げ剛性は１．２×１０^６ｋｇｆ・ｍｍ^２、曲げ強度は４８．７ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。また破壊荷重の約７０％である１６００ｋｇｆで電気抵抗は２６μΩ／ｍから無限大へと変化した。
【００５９】
比較例１
実施例１と成形溝の断面寸法以外は同様な成形型にガラス繊維のみを２方向に積層し、次いで樹脂を注入、含浸硬化させた。硬化後成形品を取り出し４０ｍｍ幅の厚みに面加工しさらに１，００７ｍｍ長×４０７ｍｍ幅に切り出した。格子部断面形状は図２に示したと同様のものである。格子部横断面の寸法は上面幅７ｍｍ、下面幅５ｍｍ、厚みが４０ｍｍであった。この格子の重量は８ｋｇであった。この格子を実施例１と同様に３点曲げ試験した結果、曲げ剛性は１．２×１０^６ｋｇｆ・ｍｍ^２、曲げ強度は３１．６ｋｇｆ／ｍｍ^２であった。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＦＲＰ格子によれば、高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを含み、かつ、高引張弾性率補強繊維をＦＲＰ格子の全体積に対して特定の範囲で含む構成としたので、軽量で、かつ、高機械特性を有するＦＲＰ格子を形成できる。また、高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維の２種の補強繊維を含んでいるので、長期の使用下で材料が劣化したとき、あるいは過大な荷重がかかったときなどに、引張弾性率の異なった２種の補強繊維の層間で剥離が発生し、繊維の破断による大きな破壊に至る前に予知が可能となり、安全上すぐれた部材を実現できる。
【００６１】
また、材料使用量が少なくなるので大幅に軽量化を促進できる。さらには、使用材料低減により材料コストが下がり、同時に作業時間も少なくなって、従来品に比べコスト的にも安いものができることになる。
【００６２】
さらに、本発明に係る、格子の目を形成する型の側壁に成形型の厚み方向に延びる溝を有する成形型を用いれば、補強繊維をドライ状態で成形型内に配置できるので、生産効率が良く、任意の大きさのＦＲＰ格子を容易に製造できる。さらに、ボイドレスにすることができるので、一層強度、剛性の高いＦＲＰ格子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ格子の部分斜視図である。
【図２】図１のＦＲＰ格子の拡大部分横断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ格子の部分横断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ格子の部分横断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ格子の部分横断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ格子の部分横断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ格子の部分横断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ格子の部分斜視図である。
【図９】図１、図２に示したＦＲＰ格子製造用の成形型の部分斜視図である。
【図１０】本発明に係る別のＦＲＰ格子製造用の成形型の部分斜視図である。
【図１１】図１０の成形型を用いて成形したＦＲＰ格子の部分斜視図である。
【符号の説明】
１、２０、５０ＦＲＰ格子
２ａ、３ａ、６ａ、７ａ、９ａ、１１ａ高引張弾性率補強繊維
２ｂ、３ｂ、６ｂ、７ｂ、９ｂ、１１ｂ低引張弾性率補強繊維
８ａ、１０ｂ、１２ｃ高引張弾性率補強繊維および低引張弾性率補強繊維で補強された層
８ｂ、１２ｂ低引張弾性率補強繊維のみで補強された層
１０ａ、１２ａ高引張弾性率補強繊維のみで補強された層
５段部
３０、４０成形型
３１、４１成形溝
４１ａ側壁
４１ｂ成形溝底面
４２溝
５１突条

Claims

補強繊維と樹脂とを複合してなるＦＲＰ格子であって、前記補強繊維は高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを含み、かつ、高引張弾性率補強繊維をＦＲＰ格子の全体積に対して４０％を超えない範囲で含んでいることを特徴とするＦＲＰ格子。
高引張弾性率補強繊維が格子の目を形成する枠の横断面においてランダムに分布している、請求項１のＦＲＰ格子。
高引張弾性率補強繊維が格子の目を形成する枠の横断面において市松模様を形成するように分布している、請求項１のＦＲＰ格子。
格子の目を形成する枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在している、請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
格子の目を形成する枠の横断面において、高引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在している、請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
格子の目を形成する枠の横断面において、低引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、高引張弾性率補強繊維のみで補強されている層と、低引張弾性率補強繊維および高引張弾性率補強繊維で補強されている層とが存在している、請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
開口率が６５〜９５％の範囲にある、請求項１ないし６のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
格子の目を形成する枠の横断面形状が逆台形状である、請求項１ないし７のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
格子の目を形成する枠の横断面に段部を有する、請求項１ないし８のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
格子の目を形成する枠の側面に、格子の厚み方向に延びる突条を有する、請求項１ないし９のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
樹脂がビニルエステル樹脂である、請求項１ないし１０のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
高引張弾性率補強繊維が炭素繊維であり、低引張弾性率補強繊維がガラス繊維である、請求項１ないし１１のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
高引張弾性率補強繊維の引張弾性率が低引張弾性率補強繊維のそれの少なくとも３倍である、請求項１ないし１２のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
重量が１５ｋｇ／ｍ²以下であり、かつ、曲げ剛性が少なくとも０．７×１０⁶ｋｇｆ・ｍｍ²である、請求項１ないし１３のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
重量が１５ｋｇ／ｍ²以下であり、かつ、曲げ強度が少なくとも４０ｋｇｆ／ｍｍ²である、請求項１ないし１４のいずれかに記載のＦＲＰ格子。
請求項１ないし１５のいずれかに記載のＦＲＰ格子を有する土木・建築用部材。
成形型内に補強繊維を配置し、樹脂を注入してＦＲＰ格子を製造するに際し、前記補強繊維として、高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを含み、かつ、高引張弾性率補強繊維をＦＲＰ格子の全体積に対して４０％を超えない範囲で含むものを用いることを特徴とする、ＦＲＰ格子の製造方法。
前記高引張弾性率補強繊維と低引張弾性率補強繊維とを予め混合しておき、混合した補強繊維を成形型内に配置する、請求項１７のＦＲＰ格子の製造方法。
成形を減圧下で行う、請求項１７または１８のＦＲＰ格子の製造方法。
樹脂としてビニルエステル樹脂を用いる、請求項１７ないし１９のいずれかに記載のＦＲＰ格子の製造方法。
高引張弾性率補強繊維として炭素繊維を用い、低引張弾性率補強繊維としてガラス繊維を用いる、請求項１７ないし２０のいずれかに記載のＦＲＰ格子の製造方法。