JP5758203B2 - 紐状強化繊維複合体およびコンクリート補強筋材並びにブレース材 - Google Patents

Description

本発明は、紐状強化繊維複合体に関する。更に詳しくは、バサルト繊維を芯線とした紐状強化繊維複合体およびコンクリート補強筋材並びにブレース材に関するものである。

従来、コンクリートの補強のため、コンクリート中に埋設される筋材として、金属製のいわゆる鉄筋が用いられているが、鉄筋は重量（比重）が大きいため、高層ビルなど単位面積当たりの重量負荷が大きくなる構造物に使用する場合、鉄筋自体の重量を保持できるよう設計する必要があり、設計上の制約やコスト高の一因となっている。また、従来の鉄筋は工場で製造された材料をそのまま建設現場まで輸送して施工することが多く、その形状やサイズに制約があり、長尺物の製造や輸送が難しく、また作業性も悪いといった問題がある。加工性・施工性については、現場で自由に曲げ加工等の加工が施せない点が使用上の大きな制約となっている。また、鉄筋をコンクリートへの筋材として使用した場合、コンクリートの主成分であるセメントはアルカリ性であるが、外部からの炭酸ガスなどの侵入によりセメントが中性化することで、鉄筋に腐食が発生するという問題もある。また、鉄筋に腐食が発生すると、鉄筋の腐食部分が膨張することでコンクリートにクラックが発生してしまい、更に、このクラックから水や空気、酸などが侵入することで、更に鉄筋の腐食が進行するという悪循環を招く結果となる。このような背景から、鉄筋の代替物が求められている。

炭素繊維やバサルト繊維は、引張強度や弾性係数等の機械的性能、酸やアルカリに対する耐食性に優れると共に、軽量であることから、直接コンクリート中の鉄筋の代替として使用する試みも数多くなされてきている。例えば、特許文献１には、芯材をバサルト繊維で形成することで、バサルト繊維を鉄筋の代わりに使用した筋金棒が記載されている。しかし、バサルト繊維は、コンクリート構造物への使用があまり普及していない。
これは、バサルト繊維とコンクリートとの接着力がそれほど高くないため、バサルト繊維の強度が十分に発揮されないことに加え、バサルト繊維は剪断強度がそれほど高くないため、コンクリート中に骨材として含まれる表面が鋭利な砂利等によって切損することが挙げられる。
また、熱硬化性樹脂でバサルト繊維を固めるとバサルト繊維の有する柔軟性が利用できないため、鉄筋と同様に現場で自由に曲げ加工等の加工が施せない点が使用上の大きな制約となっていた。

特開２００８−２７４６６７号公報

バサルト繊維糸を用いた紐状強化繊維複合体の引張強度の最大値は理論的には使用されているバサルト繊維の量によると考えられるが、実際には紐状強化複合体を構成するバサルト繊維が剪断力（ヨコ方向の力）に弱いため、紐状強化繊維複合体を製造している段階、紐状強化繊維複合体の保管中、輸送中、工事での施工中に、バサルト繊維糸の一部が折損して、剪断してしまうおそれがある。
また、該紐状強化繊維複合体の紐状物を、コンクリート補強鉄筋やブレース材として用いる場合には、他の建築材料との接合箇所にてバサルト繊維糸に対してヨコ方向の力がかかると、バサルト繊維糸の一部が折損して剪断してしまう。以上のような理由により、バサルト繊維に由来する理論値どおりの強度は得られてはいないのが実状である。また、単にバサルト繊維の周囲を他の繊維や樹脂等で覆ったものでは、バサルト繊維の剪断力向上に十分な効果は得られない。
このようにバサルト繊維を利用した紐状材料において、機械的強度（特にヨコ方向の力に対する）や可変性などを充分満足するものは見出されていない。
かかる状況下、本発明の目的は、バサルト繊維に由来する優れた引張強度を有すると共に、剪断強度にも優れ、また、より好ましい形態では、形状の可変性をも有するバサルト繊維を利用した紐状強化繊維複合体およびコンクリート補強筋材並びにブレース材を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。

＜１＞ １または複数の紐状バサルト繊維束の芯線からなる内層と、
前記芯線の周囲に設けられた樹脂を含む中間層と、
前記中間層の周囲に設けられた、編状筒紐からなる外層と、
を含む紐状強化繊維複合体。
＜２＞ 前記中間層が、前記樹脂及び前記芯線と同軸方向に配置された複数の補強糸からなる前記＜１＞に記載の紐状強化繊維複合体。
＜３＞ 前記内層を構成する芯線が、樹脂でコートされた紐状バサルト繊維束からなる前記＜１＞又は＜２＞に記載の紐状強化繊維複合体。
＜４＞ 前記芯線をコートする樹脂と、前記中間層を構成する樹脂とが、同一の樹脂である前記＜３＞に記載の紐状強化繊維複合体。
＜５＞ 前記内層、前記中間層及び前記外層が、前記中間層を構成する樹脂と同一の樹脂により接着されて一体化している前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体。
＜６＞ 前記中間層を構成する樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリプロピレン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体。
＜７＞ 前記中間層を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体。
＜８＞ 前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体を含むコンクリート補強筋材。
＜９＞ 前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体を含むブレース材。

本発明によれば、芯線であるバサルト繊維に由来する優れた引張強度を保ちつつ、剪断強度にも優れた紐状強化繊維複合体が提供できる。

本発明の紐状強化繊維複合体の模式図であり、（ａ）は外観図、（ｂ）は断面図（芯線を構成する紐状バサルト繊維束：７本）である。 本発明の紐状強化繊維複合体の芯線における紐状バサルト繊維束の配置を表す図であり、該紐状バサルト繊維束が、それぞれ（ａ）１本、（ｂ）３本、（ｃ）７本の例である。 樹脂コーティング装置の模式図である。

以下、本発明につき詳細に説明する。
本発明の紐状強化繊維複合体は、図１に模式図を示すように、紐状バサルト繊維束の芯線（好ましくは断面円形）からなる内層と、芯線の周囲に設けられた樹脂含む中間層と、中間層の周囲に設けられた編状筒紐からなる外層とを含んで構成され、必要に応じて中間層と外層の間、あるいは外層の外側に他の層を有する複層構造であり、芯線であるバサルト繊維に由来する優れた引張強度や弾性係数等の機械的性能を保持しつつ、中間層や外層の存在により、剪断強度を有する。

なお、詳しくは後述するが、本発明の好ましい態様の一つは、中間層が、樹脂及び芯線と同軸方向に配置された複数の補強糸からなる紐状強化繊維複合体である。
中間層にこのように配置された補強糸を含むことにより、保管中や輸送中、取り扱い中や使用中にバサルト繊維に横方向の力がかかったときに芯線に用いられているバサルト繊維糸が折損したり、剪断したりすることを抑制することができる。

また、強度の観点から、本発明の好ましい態様は、内層、中間層及び外層が、中間層を構成する樹脂と同一の樹脂により接着されて一体化している紐状強化繊維複合体である。なお、中間層には上記補強糸が含まれていてもよい。
引張強度の高い内層と中間層及び外層との接着性が不十分であると、内層であるバサルト繊維糸由来の引張強度が得られず、引っ張られた時に外層部分、あるいは外層及び中間層が引きちぎられるおそれがある。また、中間層と外層又は内層と中間層の接着性が十分でない場合には、施工時等に中間層と外層又は外層のみが抜けてしまうことがある。
これに対し、本発明の紐状強化繊維複合体は、内層、中間層及び外層が樹脂で一体化されるため、各層の接着性が向上し、上記問題が生じない。
特に内層、中間層及び外層を一体化するために使用される樹脂が、中間層を構成する樹脂と同一の樹脂であるため、異種類の樹脂を使用したときに生じうる各層の接着性不足を回避できる。

なお、上記中間層を構成する樹脂として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できるが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
この樹脂を熱可塑性樹脂とすることにより、熱を加えることにより可変性を有することによりドラムなどに撒いて保管、運搬が可能となる。

本発明の紐状バサルト繊維複合体の直径は、用途等に応じて任意であり、特に限定されるものではないが通常、１ｍｍから１５０ｍｍ程度である。
また、本発明の紐状バサルト繊維複合体の長さも任意であり、用途等に応じ決定すればよいが、通常、数十ｃｍ〜数百ｍ程度であるが、これ以上の長さであってもよい。

本発明の紐状強化繊維複合体は、棒状、曲線状などいろいろな形状を取ることができる。特に、中間層を構成する樹脂として熱可塑性樹脂を使用した場合（内層、中間層及び外層を中間層を構成する樹脂と同一の樹脂により接着されて一体化している場合含む）には、芯線を構成する紐状バサルト繊維束が非常に高い引張強度を有し外層が適度な柔軟性を有し、その間に設けられる中間層が熱可塑性樹脂を含んで構成されるため、熱可塑性樹脂が軟化する温度に加熱することにより、変形することが可能であることから、棒状のみならず、曲線状、さらには糸巻等に巻き取った形状にすることができる。
そのため、保管移動の際には長尺の紐状強化繊維複合体を巻き取った形状とし、使用するときに加熱して必要な長さに引き出し、切断し、使用時には棒状の直線形状とすることもできる。

以下、本発明の紐状強化繊維複合体を構成する、芯線（内層）、中間層、外層についてそれぞれ説明する。

［芯線（内層）］
本発明の紐状強化繊維複合体の内層を構成する芯線は、１または複数の紐状バサルト繊維束からなる。
この紐状バサルト繊維束は、バサルト繊維糸のみ、あるいはバサルト繊維糸に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、その他有機繊維からなる糸をその強度や曲げ性が損なわれない範囲で混合したものであり、通常、バサルト繊維糸（フィラメント）を束ねた糸状体である。なお、この紐状バサルト繊維束を構成するバサルト繊維糸は、撚りがあるものと、撚りがないものとを用いることができるが、撚りがあると剪断力及び引張強度が低下するので撚りがかかっていない方が好ましい。すなわち、内層を構成するバサルト繊維糸が引き揃えて構成されていることが好ましい。

また、紐状バサルト繊維束として、撚紐状、組紐状、編紐状、織紐状、くけい紐状、束紐状、裁紐状、合成紐状などのいずれの形態の紐状バサルト繊維束を用いることは可能である。一方で、紐状バサルト繊維束に、上記バサルト繊維糸やその他の糸からなる交絡点が存在する場合、その交絡点にて横方向の剪断力がバサルト繊維糸にかかりやすく、バサルト繊維糸が切断してしまい、紐状バサルト繊維束の引張強度が低下するおそれがある。また、バサルト繊維糸と同様に、紐状バサルト繊維束は撚りがかかっていない方が好ましい。そのため、上記形態の中でも、紐状バサルト繊維束として、撚りがなく、交絡点が生じないようにバサルト繊維糸を引き揃えたものが好ましい。

紐状バサルト繊維束は、そのバサルト繊維糸がばらけることを防ぐために、接着力のある樹脂（サイジング剤や収束剤と呼ばれる）等で仮接着されていることが好ましい。サイジング剤や収束剤は、中間層を構成する樹脂と親和性が高いものを用いるとよい。

紐状バサルト繊維束を構成するバサルト繊維糸の平均径は特に限定されないが、得られる成形品の力学特性や加工性の観点から、通常、１〜２０μｍの範囲である。芯線に使用される紐状バサルト繊維束において、その外径は使用されるバサルト繊維糸の太さ、本数によって決定され、通常、１ｍｍから１００ｍｍ程度である。

本発明の紐状強化繊維複合体において、より太い芯線が必要な場合には、複数本の紐状バサルト繊維束を束ねるように配置すればよく、特に断面が円形になるように配置することが好ましい。
芯線を構成する紐状バサルト繊維束が、（ａ）１本、（ｂ）３本、（ｃ）７本の場合を図２に例示する。
ここで、芯線の直径ｄは、断面が円形の場合には、芯線を構成する紐状バサルト繊維束の外周に接する仮想円の直径である。芯線の断面が楕円形など円形でない場合には、仮想円の長径方向を、芯線の直径ｄとする。
なお、芯線を構成する紐状バサルト繊維束の本数はこれに限定されず、その使用目的に合わせて適宜決定されるが、例えば、本発明の紐状強化繊維複合体をコンクリート補強筋材やブレース材として使用する場合には、芯線の直径ｄは、１ｍｍから１００ｍｍ程度である。芯線の直径ｄは、ノギスで測定したり、断面を顕微鏡（電子顕微鏡含む）にて測定したりすることができる。
また、複数の紐状バサルト繊維束を使用する場合、各紐状バサルト繊維束を構成するバサルト繊維糸を収束させて一体化し、全体として１本の紐状バサルト繊維束となるようにしてもよい。

紐状バサルト繊維束の長さは、使用目的によって適宜決定され、通常、数十ｃｍから数百ｍ程度である。

ここで、芯線を構成する紐状バサルト繊維束が、樹脂でコートされていることが好ましい。なお、芯線を構成する紐状バサルト繊維束が、樹脂でコートされているとは、１の紐状バサルト繊維束から芯線が構成されている場合は、当該紐状バサルト繊維束が樹脂でコートされたものをいう。この場合、当該紐状バサルト繊維束を構成する内部のバサルト繊維糸も樹脂で接着し一体化していてもよい。
また、複数の紐状バサルト繊維束から芯線が構成されている場合には、
（１）それぞれの紐状バサルト繊維束が個別に樹脂でコートされているが、芯線全体としては樹脂で接着されておらず一体化していないもの、
（２）それぞれの紐状バサルト繊維束が個別に樹脂でコートされていないが、芯線全体としては、樹脂で紐状バサルト繊維束がコートされ接着し一体化しているもの、
（３）それぞれの紐状バサルト繊維束が個別に樹脂でコートされ、かつ、芯線全体としても樹脂で接着され一体化しているもの
を含む。

該紐状バサルト繊維束は、樹脂がコートされることにより、製造方法にもよるが芯線の表面にあらかじめ樹脂を存在させることによって、中間層との接着性が向上するため、紐状強化繊維複合体としての強度が向上する。
また、芯線として複数本の紐状バサルト繊維束を芯線として使用した場合には、上記（２）、（３）のように樹脂によってそれぞれの紐状バサルト繊維束が接着結合して一体化した芯線となることでより強度が向上する。
特に強度の観点からは、紐状バサルト繊維束の内部にまで熱可塑性樹脂が含浸し、紐状バサルト繊維束の内部のバサルト繊維糸も樹脂で接着結合し一体化しているものが好ましい。

使用される樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよいが、可変性を持たせるためには、熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
好適な具体例としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン４２等）、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂などを挙げるが、これに制限されない。
この中でも酸やアルカリに対する耐久性の観点から、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂が好適である。
なお、紐状バサルト繊維束のコートに使用される樹脂と、中間層を構成する樹脂は、それぞれが接着性を有するものであればよく同一である必要はないが、より接着力を向上させるためには同一の樹脂を用いることが好ましい。

紐状バサルト繊維束への上述の樹脂のコートする方法は、スプレーや刷毛でバサルト繊維に樹脂をコートするなど特に制限はないが、生産性の観点から、ディプ−ニップ法やさらにダイスを用いた図３に示すような装置を用いることができる。
樹脂として熱可塑性樹脂をコートする場合で説明すると、図３に示すような装置を用いた場合、クリールから供給された紐状バサルト繊維束を、溶融あるいは溶媒に溶解した熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を含むエマルジョンに浸漬し通過させ、その後必要に応じてマングルで絞り、余分な熱可塑性樹脂を取り除いてダイスで線径を整えたのちに必要に応じて乾燥、硬化させることでコーティングを行うことができる。

［中間層］
本発明の紐状強化繊維複合体の中間層は樹脂を含み、芯線（内層）と外層との間に設けられる。
本発明の紐状強化繊維複合体において、該中間層は、芯線と外層とが直接接触することを防ぎ、含まれる樹脂によって芯線と外層とを接着する。さらに、中間層を構成する樹脂を熱可塑性樹脂とした場合には、常温では硬質であるが、軟化する温度域にて適度な柔軟性を有すため、該熱可塑性樹脂の軟化温度以上に加熱することにより、本発明の紐状強化繊維複合体は、様々な形状に曲げることができる。そのため、本発明の紐状強化繊維複合体は、棒状のみならず、曲線状、さらには糸巻に巻き取った状態にすることができる。
なお、本発明の効果を損なわない範囲で、この中間層と外層との間に、別の層（例えば、接着層等）を設けても良い。

中間層に使用される樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよく、芯線を構成する紐状バサルト繊維束や、外層を構成する編状筒紐との接合性が高いものが用いられる。特に、熱可塑性樹脂を使用する場合には、常温での硬化性、加熱時に柔軟性のバランスを考慮して適当なものが選択される。
好適な具体例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン４２等）、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂などを挙げることができる。
この中でも酸やアルカリに対する耐久性の観点から、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂が好適である。
また、中間層に熱可塑性樹脂を使用する場合、用途及びバサルト繊維糸、下記の補強糸、外層を形成する材料の耐熱性を考慮し任意の熱可塑性樹脂を用いればよいが、軟化温度が５０℃〜２００℃程度の熱可塑性樹脂が施工性に優れるため好ましい。もちろん用途に応じて、軟化温度が２００℃超である熱可塑性樹脂であってもよい。
なお、上述のように樹脂でコートした紐状バサルト繊維束を芯線として用いる場合、芯線と中間層の接着性を高める観点からは、芯線のコートに用いる樹脂と、中間層に用いる樹脂とが同一であることが好ましい。

中間層は、軟化した際に充分な曲げ性を与え、かつ、芯線を構成する紐状バサルト繊維束が被覆できる厚みが必要である。使用目的や芯線の太さにもよるが、中間層の厚みは、好ましくは、０．０５ｍｍ以上であり、より好ましくは０．１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。中間層の厚みの上限は特にない。中間層の厚みは、通常、３０ｍｍ程度以下であるが、使用用途によってはこれ以上でもよい。
中間層の厚みは、紐状バサルト繊維束の断面の内層と外層の間の距離を、ノギスで測定したり、顕微鏡（電子顕微鏡含む）で測定したりすることができる。

なお、前記中間層には、補強糸を含むことが好ましい。中間層に、樹脂と共に補強糸を含むことにより、保管中や輸送中、取り扱い中や使用中にバサルト繊維に横方向の力がかかったときに芯線に用いられているバサルト繊維糸が折損したり、剪断したりすることを抑制することができる。
中間層に補強糸を配置する向きとしては、芯線と同軸方向に配置することが紐状バサルト繊維束を剪断から保護し、また、製造工程の観点から好ましい。
また、紐状バサルト繊維束を内層（芯線）とした本発明の紐状強化繊維複合体は、引張方向への強度に特に優れるものであるが、それ以外の強度を高める観点からは、芯線と直交方向に配置された補強糸を含む構成としてもよい。
また、芯線の周囲にスパイラル状に補強糸を巻き付けたり、芯線に対し、斜め方向に配置された補強糸を含む構成としたりしてもよい。
また、補強糸は、芯線の保護の観点より芯線の外周を覆うように配置されることが好ましい。特に、芯線の外周を隙間なく覆うように配置されていることが好ましい。
このように、中間層に補強糸を含むことにより、芯線に用いられているバサルト繊維糸を保護し、バサルト繊維糸の断線を防ぎ、また、中間層自体の強度も向上させ、ひいては、紐状強化繊維複合体全体の強度が向上する。
また、該補強糸を中心として厚みのある中間層を形成することができる。そのため、最終的に得られる紐状バサルト繊維複合体として求められる直径に対し、芯線の直径が比較的大きい場合あるいは比較的小さい場合にも、それに対応して任意の厚みのある中間層を形成し、求められる太さの紐状バサルト繊維複合体を供給することができる。したがって、必要な引張強度に応じた必要量のバサルト繊維を用い、必要な太さの紐状強化繊維複合体を適切なコストで得ることができる。

上記補強糸としては、天然繊維、合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維のいずれも使用できるが、通常、好ましくは合成繊維が使用される。合成繊維としては、ポリアミド（ナイロン等）、ビニロン、ポリアクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、ポリエステル等の繊維を使用することができ、これらは一種または２種以上を組み合わせてもよい。この中でも、靭性の観点からポリアミド、ポリアラミドが特に好ましい。コスト及び形態安定の観点からはポリエステル繊維が好ましい。
また、糸の形態としてはフィラメント糸、スパン糸、カバーリング糸のいずれでもよい。
なお、このような補強糸は、芯線を構成するバサルト繊維より、高い剪断抵抗を有することから、補強糸を中間層内部に芯線と同軸方向に配置することで、芯線の紐状バサルト繊維束を剪断から保護する効果がある。

なお、芯線の周囲に中間層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、芯線を構成する前記紐状バサルト繊維束を、樹脂でコートする方法と同様にスプレーや刷毛などを用いて芯線の周囲に樹脂層を形成する方法、芯線の回りに樹脂のフィルムを巻き付ける方法が挙げられる。
また、この樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、生産性を高める観点からは、上述の芯線を構成する紐状バサルト繊維束への熱可塑性樹脂のコートする方法と同様に、芯線を溶融あるいは溶媒に溶解した熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を含むエマルジョンに浸漬し通過させる方法が挙げられる。
特に補強糸を含む中間層を、生産性よく形成するためには、紐状バサルト繊維束や紐状バサルト繊維束の周囲に補強糸を配置させたものを、ディプ−ニップ法やさらにダイスを用いた図３に示すような装置を用い、芯線の周囲に熱可塑性樹脂を付与し、中間層を形成することが好ましい。この方法では、クリールから供給された紐状バサルト繊維束や紐状バサルト繊維束の周囲に補強糸を配置させたものを、溶融あるいは溶媒に溶解した熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を含むエマルジョンに浸漬し通過させ、その後必要に応じマングルで絞り、余分な熱可塑性樹脂を取り除いてダイスで線径を整えたのちに必要に応じ乾燥、硬化させることで補強糸を含む中間層を得ることができる。

［外層］
本発明の紐状強化繊維複合体の外層は、編状筒紐からなり、外部から芯線である紐状バサルト繊維束を保護する役割を有する。なお、「編状筒紐」とは、図１に示すように繊維を編み上げた編状構造又は組み上げた組紐構造を有する筒形体である。

上述のようにバサルト繊維は、引張強度は高いが、剪断強度はそれほど高くないため、芯線を構成する紐状バサルト繊維束に外部から鋭利物が接触すると、その周囲に設けられた中間層を突き破り、バサルト繊維糸が切断され、芯線の強度が低下するおそれがある。
特にコンクリート中には、鋭利物となる砂利や破石などの骨材が多数存在するため、紐状バサルト繊維束で構成される芯線のみ、若しくは、該芯線を上述の樹脂を含む中間層で被覆するのみでは、内部の紐状バサルト繊維束を十分に保護することができず、紐状バサルト繊維束の強度が低下して、コンクリートの強度を十分に向上させることができないおそれがある。
ここで、強度の高い、編状筒紐からなる外層を設けることによって、内部の紐状バサルト繊維束を鋭利物や外力から保護することができる。
なお、このような外層の役割を損なわない限り、外層の上に更なるコーティングなどを行ってもよい。例えば、意匠性を高めるために外層の外部を塗料などで着色したり、各種無機物、有機物でコーティングしたりしてもよい。
また、本発明の紐状強化繊維複合体を、コンクリート補強材として用いる場合には、外層の編状筒紐は、その表面に凹凸を有するものがコンクリートの強度の向上により寄与するため、好ましい。また、本発明の紐状強化繊維複合体を、ブレース材として用いる場合には、外層の編状筒紐は、その用いられる空間デザインに応じた編状構造あるいは組紐構造を有する編状筒紐を用いるとよい。

なお、本発明の紐状強化繊維複合体の特徴の一つは、外層を編状筒紐としたことにある。本発明の紐状強化繊維複合体の外層は、編状筒紐であることにより、フレキシビリティがあり、多少の外力に対して変形できることから、その外力を逃がすことができる。このように、編状筒紐では、紐状の形態を維持することができ、また、外層の厚みを外部から鋭利物や外力から十分保護できる厚みにしても、フレキシビリティを保つことができるという利点がある。
これに対し、外層を樹脂コーティングのみで形成した場合では、保護層としての役割と、フレキシビリティを両立することができない。
なお、外層に使用する繊維の密度を変えることにより、フレキシビリティと強度のバランスをとることができる。
さらに編状筒紐には、上述のように繊維を編み上げた筒状の編状構造（以下、「丸編」ともいう。）や、繊維を筒状に組み上げた組紐構造（以下、「丸打組物」ともいう）が挙げられるが、適度の固さ、フレキシビリティを有し、より優れた強度、形態安定を有することから組紐構造が好ましく用いられる。
また、組紐構造では、引き延ばされた際に、径が細くなるため、張力がかかるように製造すると外層とその内部に含まれる中間層及び内層との密着性が高まるという点でもより好ましい。

外層の編状筒紐を構成する繊維としては、天然樹脂や合成樹脂からなる樹脂繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、炭素繊維などを使用でき、これらを組み合わせても使用することができる。この中でも、通常、好ましくは、合成樹脂の繊維が用いられる。
外層を構成する繊維の好適な具体例としては、ポリアミド（ナイロン等）、ビニロン、ポリアクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、セルロース、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール等の繊維を挙げることができる。この中でも耐薬品性（特に耐アルカリ性）や可変性のバランスがよい、ビニロン、セルロース、ポリアミド、ポリアセタールが好ましく、ビニロンが特に好ましい。これらの繊維は、外層として充分な強度を有するのみならず、アルカリに対して強い耐性を有する。
また、紐状強化繊維複合体の製造工程や使用用途によって熱処理が施される場合には、外層の編状筒紐がポリエステル繊維からなると熱や水分による収縮や膨張などが発生し難く寸法安定性の観点より好ましい。

外層の編状筒紐の直径や長さ、厚みは、その使用目的に適宜決定することができ、内部の芯線や中間層にあわせての任意の太さ、長さとすることができる。

また、外層の編状筒紐を構成する繊維を、様々な色彩に着色して意匠性を高めることもできる。また、外層を着色することにより、外層、中間層及び内層の種類等を判別できるようにしてもよい。

外層の編状筒紐の製造方法は、特に限定はないが、例えば、従来公知の製紐機、丸編機、また公知の靴下製造装置を一部改造して、編状筒紐製造装置に転用して作製することができる。

以下、外層としての編状筒紐を芯線および中間層の周囲に設ける方法について説明する。
外層を設ける方法は、特に限定されず、例えば、まず、内層（芯線）の周囲に中間層を形成し、次いで、その周囲に外層を組むあるいは編んでゆき外層を形成する方法；
まず、編状筒紐としての外層を形成し、この外層の中に、中間層が周囲に設けられた芯線を挿入する方法；
などが挙げられる。
なお、外層である編状筒紐と、樹脂との接着性が悪い場合には、中間層の上により接着性の高い接着層を設けてもよい。
また、中間層を構成する樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、編状筒紐の内部に中間層が周囲に設けられた芯線を入れた状態で加熱することにより、中間層を構成する熱可塑性樹脂を軟化させて外層となる編状筒紐と一体化させてもよい。
また、使用する外層である編状筒紐は、上述の中間層を構成する樹脂と同様の樹脂を用い、前記と同様な方法でコートされていてもよく、このような編状筒紐を用いることで、中間層との接着性が向上する。

［好適な態様の紐状強化繊維複合体の製造方法］
以下、本発明の好ましい態様の紐状強化繊維複合体の製造方法を説明する。
本発明の好ましい態様の一つは、樹脂及び芯線と同軸方向に配置された複数の補強糸からなる中間層、編状筒紐からなる外層を有する紐状強化繊維複合体である。以下、その製造方法の例を説明する。
（１）１または複数の紐状バサルト繊維束からなる芯線の周囲を、中間層の一部となる補強糸にて、芯線の外周の全体を隙間なく覆う様に配置し、芯線の外周に配置された補強糸の周囲を製紐機を用い適当な繊維を組んで外層となる編状筒紐を形成し、次に、この芯線、補強糸及び編状筒紐で構成される紐状物に樹脂をディップ−ニップ法により付与し、必要に応じ、ダイスを通し、必要に応じ、乾燥、熱処理、冷却等をおこない、樹脂を外層（編状筒紐）、中間層（補強糸）、内層（紐状バサルト繊維束）に付与し、内層、中間層、外層を接着し、一体化し紐状強化繊維複合体を製造する。なお、樹脂に紐状物をディップした後、ニップせずにダイスに通し、余剰の樹脂を除去してもよい。
（２）１または複数の紐状バサルト繊維束からなる断面円形の芯線の周囲に、前記芯線を中心にして二重円状になるように、補強糸にて、芯線の外周の全体を隙間なく覆い、次に、熱可塑性樹脂をディップ−ニップ法により付与し、必要に応じ、ダイスを通し、乾燥、熱処理、冷却等をおこない、熱可塑性樹脂を内層、中間層にコートし、内層、中間層を接着し、一体化する。次に、この中間層の周囲に製紐機を用い外層となる繊維を組んでゆき、紐状強化繊維複合体を製造する。また、これを熱処理することにより、熱可塑性樹脂を軟化させ冷却することにより内層、中間層、外層を接着一体化することができる。なお、熱可塑性樹脂に芯線の外周を補強糸で覆った紐状物をディップした後、ニップせずにダイスに通し、余剰の樹脂を除去してもよい。
また、上記（１）、（２）の方法によれば、芯線が樹脂でコートされ、又、芯線をコートする樹脂と中間層を構成する樹脂とが同一であり、内層、中間層及び外層が中間層を構成する樹脂と同一の樹脂により接着され一体化することを一度の樹脂付与工程で行うことができる。

また、本発明の特に好ましい態様は、内層、中間層及び外層が、中間層を構成する樹脂と同一の樹脂により接着されて一体化している紐状強化繊維複合体である。以下、その製造方法の例を説明する。
特に、内層、補強糸、外層を配置した紐状物に樹脂を付与し、内層、中間層、外層を形成すること、特に、同時にこれらの層を樹脂にて接着し、一体化することが、強度、生産性の観点から好ましい。
この際、樹脂が、内層まで浸透しやすくする観点から、外層の編状筒紐は、外層を形成する糸と糸の間に隙間を有しているものが好ましく、例えば、石目打にて打たれた組物がよい。
また、樹脂を付与する際の樹脂の状態は、溶融状態、溶媒に溶解された状態、樹脂を含むエマルジョン状態でいずれでもよいが、外層、中間層、内層を構成するそれぞれの繊維の内部にまで浸透しやすい粘度の低いものが好ましい。
その粘度は、５００００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１００００ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、１０００ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい（測定方法：Ｂ型粘度計、ローターＮｏ.４ １２ｒｐｍ）。下限は１ｍＰａ・ｓ程度であり、好ましくは１０ｍＰａ・ｓ以上である。
粘度が５００００ｍＰａ・ｓを上回ると樹脂が、外層、中間層、内層まで十分に浸透せず、強度が低下するおそれがある。また、１ｍＰａ・ｓを下回ると加工中に樹脂垂れが発生し、十分な量の樹脂を紐状強化繊維複合体に付与できず強度が低下するおそれがある。
なお、樹脂を、芯線である紐状バサルト繊維束の内部にまで浸透させる観点からは、内層を構成する、紐状バサルト繊維束は、樹脂で事前にコートされていないものを用いることが好ましい。なお、紐状バサルト繊維束の製造時に、バサルト繊維糸のバラケを防ぐためにわずかに付与されるサイジング剤や収束剤と呼ばれるものは、本発明の効果に影響を及ぼさないものが多く、このようなものであれば、当該製造方法においても紐状バサルト繊維束にあらかじめ付与されていてもよい。好ましくは、サイジング剤や収束剤は、コートされる樹脂と親和性が高いものを用いるとよい。

［複層構造紐状強化繊維複合体の用途］
本発明の紐状強化繊維複合体は、土木、建設、船舶、鉱業や漁業などのあらゆる産業分野へ適用することができ、その用途は限定されない。
使用用途の中でも、本発明の紐状強化繊維複合体は、鉄筋にまけない、バサルト繊維に由来する強度を有し、軽量でコンクリートとの整合性がよく、さらにコンクリート中のアルカリに対する耐性も高いため、コンクリートの筋材として使用すると、コンクリートの強度を向上することができ、筋材の腐食によるコンクリート構造物の強度劣化を回避することができる。そのため、本発明の紐状強化繊維複合体は、磁性を帯びると問題がある精密機械を使用する建物や、塩害が起こりやすい環境、高層ビルなどメンテナンス費用がかかる場合など、鉄筋の使用が望ましくない用途に特に好適に使用できる。

また、コンクリート構造物は、コンクリートに含まれるセメントのアルカリ性の中性化により鉄筋の腐食が発生し、異常膨張やそれに伴うひび割れなどを引き起こすが、本発明の紐状強化繊維複合体の外層は編状構造あるいは組紐構造を有する編状筒紐であり、腐食が伴う金属製でないため、フレキシビリティがあり、このような現象に左右されることは無い。
また、本発明の紐状強化繊維複合体は、鉄筋にまけない、バサルト繊維に由来する優れた強度を有し、軽量であるため、鉄骨構造や鉄筋コンクリートや木造などの建物、橋等の橋梁などに用いられるブレース材、補強材（補強金具代替品を含む）として好ましく用いることができる。また、細いものであっても十分な強度を有しているため、デザイン性に優れた建築物を製造することも可能である。
特に、本発明の紐状強化繊維複合体において、中間層に熱可塑性樹脂を使用した場合には、熱を加えることにより可変性を有することによりドラムなどに撒いて保管、運搬が可能であり長尺のブレース材が供給できる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。

本実施例における紐状強化繊維複合体の直径（外径）及び各層の厚みはノギスで測定した。

（実施例１）
製造時に、バサルト繊維糸同士に撚りを掛けず、またバサルト繊維糸を束ねた紐状バサルト繊維束全体にも撚りを掛けていないことで、実質的に無撚糸と同等の状態とした紐状バサルト繊維束を用い、これを芯線（内層）とした。次いで、芯線の周囲にポリエステルフィラメント（１１００デシテックス）を５本合糸したものを補強糸として２０本を芯線と同軸方向に配置し、芯線の周囲を隙間なく覆った。
次に補強糸の外周をビニロンスパン（１０番手）を５本合糸したもの１２本を用い、製紐機（２４打機）を用い１２石目打にて組み、補強糸の周囲に編状筒紐からなる外層を形成し紐状物を得た。
次に、この紐状物に対し、熱可塑性エポキシ樹脂（ＸＮＲ６８５０Ａ、ナガセケムテックス株式会社製）、硬化剤（ＸＮＨ６８５０ＡＹ、ナガセケムテックス株式会社製）、有機溶媒（メチルエチルケトン）からなる溶液（粘度６６ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ.４、１２ｒｐｍ）を室温（２０℃）にてディップ−ニップ法で付与し、ダイスを通し、断面を円形に整え、１５０℃にて１０分間熱処理を行った後、冷却した。このようにして、紐状バサルト繊維束を熱可塑性樹脂でコートし、かつ、補強糸を含む熱可塑性樹脂からなる中間層を形成し、内層、中間層、外層が熱可塑性樹脂で接着一体化された実施例１の紐状強化繊維複合体を得た。紐状強化繊維複合体は、外径６．６ｍｍ、外層の厚み０．４ｍｍ、中間層の厚み０．９ｍｍ、内層の直径４ｍｍであった。また、紐状バサルト繊維束は中心部のバサルト繊維糸も接着されていることが確認された。
また、得られた紐状強化繊維複合体は１００℃のまだ軟化している間に、ドラムに巻きつけることができた。
さらに、ドラムに巻きつけた紐状強化繊維複合体を熱風ファンを用い１００℃程度に加熱しながら、引き出すことができた。

（実施例２）
実施例１と同様に撚りを掛けていない紐状バサルト繊維束を用い、これを芯線（内層）とした。次いで、芯線の周囲にポリエステルフィラメント（１１００デシテックス）を５本合糸したものを補強糸として２０本を芯線と同軸方向に配置し、芯線の周囲を隙間なく覆った。
次に補強糸の外周をポリエステルスパン（１０番手）を５本合糸したもの１２本を用い、製紐機（２４打機）を用い１２石目打にて組み、補強糸の周囲に編状筒紐からなる外層を形成し紐状物を得た。
次に、この紐状物に対し、熱可塑性エポキシ樹脂（ＸＮＲ６８５０Ａ、ナガセケムテックス株式会社製）、硬化剤（ＸＮＨ６８５０ＡＹ、ナガセケムテックス株式会社製）、有機溶媒（メチルエチルケトン）からなる溶液（粘度６６ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ.４、１２ｒｐｍ）を室温（２０℃）にてディップ法で付与し、ダイスを通し断面を円形に整えながら余剰の熱可塑性樹脂を除去した。次に、１５０℃にて１０分間熱処理を行った後、冷却した。このようにして、紐状バサルト繊維束を熱可塑性樹脂でコートし、かつ、補強糸を含む熱可塑性樹脂からなる中間層を形成し、内層、中間層、外層が熱可塑性樹脂で接着一体化された実施例２の紐状強化繊維複合体を得た。紐状強化繊維複合体は、外径６．６ｍｍ、外層の厚み０．４ｍｍ、中間層の厚み０．９ｍｍ、内層の直径４ｍｍであった。また、紐状バサルト繊維束は中心部のバサルト繊維糸も接着されていることが確認された。
また、得られた紐状強化繊維複合体は１００℃のまだ軟化している間に、ドラムに巻きつけることができた。
さらに、ドラムに巻きつけた紐状強化繊維複合体を熱風ファンを用い１００℃程度に加熱しながら引き出すことができた。

（実施例３）
実施例１と同様に撚りを掛けていない紐状バサルト繊維束を用い、これを芯線（内層）とした。次いで、芯線の周囲にポリエステルフィラメント（１１００デシテックス）を５本合糸したものを補強糸として２０本を芯線と同軸方向に配置し、芯線の周囲を隙間なく覆った。
これに対し、熱可塑性エポキシ樹脂（ＸＮＲ６８５０Ａ、ナガセケムテックス株式会社製）、硬化剤（ＸＮＨ６８５０ＡＹ、ナガセケムテックス株式会社製）、有機溶媒（メチルエチルケトン）からなる溶液（粘度６６ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ.４、１２ｒｐｍ）を室温（２０℃）にて刷毛を用い付与し、手袋をした手でしごきながら余分な溶液を除去し、１５０℃にて１０分間熱処理をおこない、冷却しながら断面を円形に整えた。このようにして、熱可塑性樹脂でコートされた紐状バサルト繊維束からなる内層と補強糸を含有する熱可塑性樹脂を含む中間層を製造した（１．５ｍ）。
次に補強糸の外周をビニロンフィラメント（１１００デシテックス）を５本合糸したもの１２本を用い、製紐機（２４打機）を用い１２石目打にて組み、補強糸の周囲に編状筒紐からなる外層を形成し、熱処理（１５０℃）をおこない、内層、中間層、外層を接着し、一体化した。
得られた実施例３の紐状強化繊維複合体は、外径６．６ｍｍ、外層の厚み０．４ｍｍ、中間層の厚み０．９ｍｍ、内層の直径４ｍｍであった。また、紐状バサルト繊維束は中心部のバサルト繊維糸も接着されていることが確認された。
また、得られた紐状強化繊維複合体は１００℃で軟化し、ドラムに巻きつけることができた。
さらに、ドラムに巻きつけた紐状強化繊維複合体を熱風ファンを用い１００℃程度に加熱（１００℃）しながら、引き出すことができた。

（実施例４）
実施例１と同様に撚りを掛けていない紐状バサルト繊維束を用い、これを芯線（内層）とした。次いで、芯線の周囲にポリエステルフィラメント（１１００デシテックス）を５本合糸したものを補強糸として２０本を芯線と同軸方向に配置し、芯線の周囲を隙間なく覆った。
次に補強糸の外周をビニロンスパン（１０番手）を５本合糸したもの１２本を用い、製紐機（２４打機）を用い１２石目打にて組み、補強糸の周囲に編状筒紐からなる外層を形成し紐状物を得た。
次いで、この紐状物を１．５ｍカットして得た棒状体を熱硬化性エポキシ樹脂（ＸＮＲ３３２４、ナガセケムテックス株式会社製）、硬化剤（ＸＮＨ３３２４、ナガセケムテックス株式会社製）、有機溶媒（メチルエチルケトン）からなる溶液（粘度８５０ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ.４、１２ｒｐｍ）を室温（２０℃）にてディップ−ニップ法で付与し、ダイスを通し断面を円形に整え、室温（２０℃）で７日間静置することで樹脂を硬化させて実施例４の紐状強化繊維複合体を得た。実施例４の紐状強化繊維複合体は、紐状炭素繊維束を樹脂でコートし、かつ、補強糸を含む樹脂からなる中間層が形成され、内層、中間層及び外層が樹脂で接着一体化しており、外径６．６ｍｍ、外層の厚み０．４ｍｍ、中間層の厚み０．９ｍｍ、内層の直径４ｍｍであった。また、紐状バサルト繊維束は中心部のバサルト繊維糸も接着されていることが確認された。

（実施例５）
実施例１と同様に撚りを掛けていない紐状バサルト繊維束を用い、これを芯線（内層）とした。次いで、芯線の周囲にポリエステルフィラメント（１１００デシテックス）を５本合糸したものを補強糸として２０本を芯線と同軸方向に配置し、芯線の周囲を隙間なく覆った。
次に補強糸の外周をポリエステルスパン（１０番手）を５本合糸したもの１２本を用い、製紐機（２４打機）を用い１２石目打にて組み、補強糸の周囲に編状筒紐からなる外層を形成し紐状物を得た。
次いで、この紐状物を２ｍカットして得た棒状体を熱硬化性エポキシ樹脂（ＸＮＲ３３１１、ナガセケムテックス株式会社製）、硬化剤（ＸＮＨ３３１１、ナガセケムテックス株式会社製）、有機溶媒（メチルエチルケトン）からなる溶液（粘度８５０ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ.４、１２ｒｐｍ）を室温（２０℃）にてディップ法で付与し、ダイスを通し断面を円形に整えながら余剰の樹脂を除去し、室温（２０℃）で７日間静置することで樹脂を硬化させて実施例５の紐状強化繊維複合体を得た。実施例５の紐状強化繊維複合体は、紐状バサルト繊維束を樹脂でコートし、かつ、補強糸を含む樹脂からなる中間層が形成され、内層、中間層及び外層が樹脂で接着一体化しており、外径６．６ｍｍ、外層の厚み０．４ｍｍ、中間層の厚み０．９ｍｍ、内層の直径４ｍｍであった。また、紐状バサルト繊維束は中心部のバサルト繊維糸も接着されていることが確認された。

本発明の紐状強化繊維複合体は、芯線であるバサルト繊維に由来する引張強度や弾性係数等の機械的性能を保ちつつ、形状の可変性を有することから、土木、建設、船舶、鉱業や漁業などのあらゆる産業分野へ適用することができ、特にコンクリート補強筋材として好適に使用することができるため、工業的に有望である。

Claims (7)

1. １または複数の紐状バサルト繊維束の芯線からなる内層と、
   前記芯線の周囲に設けられた樹脂を含む中間層と、
   前記中間層の周囲に設けられた、編状筒紐からなる外層と、
   を含み、
   前記内層を構成する芯線が、樹脂でコートされた紐状バサルト繊維束からなり、
   前記芯線をコートする樹脂と、前記中間層を構成する樹脂とが、同一の樹脂であることを特徴とする紐状強化繊維複合体。
2. １または複数の紐状バサルト繊維束の芯線からなる内層と、
   前記芯線の周囲に設けられた樹脂を含む中間層と、
   前記中間層の周囲に設けられた、編状筒紐からなる外層と、
   を含み、
   前記内層、前記中間層及び前記外層が、前記中間層を構成する樹脂と同一の樹脂により接着されて一体化していることを特徴とする紐状強化繊維複合体。
3. 前記中間層が、前記樹脂及び前記芯線と同軸方向に配置された複数の補強糸からなる請求項１または２に記載の紐状強化繊維複合体。
4. 前記中間層を構成する樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリプロピレン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１から３のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体。
5. 前記中間層を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂である請求項１から４のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体を含むことを特徴とするコンクリート補強筋材。
7. 請求項１から５のいずれかに記載の紐状強化繊維複合体を含むことを特徴とするブレース材。

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