JP6129963B2 - 高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体 - Google Patents
高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6129963B2 JP6129963B2 JP2015521406A JP2015521406A JP6129963B2 JP 6129963 B2 JP6129963 B2 JP 6129963B2 JP 2015521406 A JP2015521406 A JP 2015521406A JP 2015521406 A JP2015521406 A JP 2015521406A JP 6129963 B2 JP6129963 B2 JP 6129963B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- strength fiber
- strand structure
- strength
- strand
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
- E04C5/07—Reinforcing elements of material other than metal, e.g. of glass, of plastics, or not exclusively made of metal
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
- D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
- D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
- D02G3/40—Yarns in which fibres are united by adhesives; Impregnated yarns or threads
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04C—BRAIDING OR MANUFACTURE OF LACE, INCLUDING BOBBIN-NET OR CARBONISED LACE; BRAIDING MACHINES; BRAID; LACE
- D04C1/00—Braid or lace, e.g. pillow-lace; Processes for the manufacture thereof
- D04C1/02—Braid or lace, e.g. pillow-lace; Processes for the manufacture thereof made from particular materials
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
- D07B1/02—Ropes built-up from fibrous or filamentary material, e.g. of vegetable origin, of animal origin, regenerated cellulose, plastics
- D07B1/025—Ropes built-up from fibrous or filamentary material, e.g. of vegetable origin, of animal origin, regenerated cellulose, plastics comprising high modulus, or high tenacity, polymer filaments or fibres, e.g. liquid-crystal polymers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B1/00—Constructional features of ropes or cables
- D07B1/16—Ropes or cables with an enveloping sheathing or inlays of rubber or plastics
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B7/00—Details of, or auxiliary devices incorporated in, rope- or cable-making machines; Auxiliary apparatus associated with such machines
- D07B7/02—Machine details; Auxiliary devices
- D07B7/14—Machine details; Auxiliary devices for coating or wrapping ropes, cables, or component strands thereof
- D07B7/145—Coating or filling-up interstices
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2201/00—Ropes or cables
- D07B2201/10—Rope or cable structures
- D07B2201/104—Rope or cable structures twisted
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2201/00—Ropes or cables
- D07B2201/10—Rope or cable structures
- D07B2201/1096—Rope or cable structures braided
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2201/00—Ropes or cables
- D07B2201/20—Rope or cable components
- D07B2201/2001—Wires or filaments
- D07B2201/2014—Compound wires or compound filaments
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2201/00—Ropes or cables
- D07B2201/20—Rope or cable components
- D07B2201/2015—Strands
- D07B2201/2038—Strands characterised by the number of wires or filaments
- D07B2201/2039—Strands characterised by the number of wires or filaments three to eight wires or filaments respectively forming a single layer
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2201/00—Ropes or cables
- D07B2201/20—Rope or cable components
- D07B2201/2015—Strands
- D07B2201/2046—Strands comprising fillers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2201/00—Ropes or cables
- D07B2201/20—Rope or cable components
- D07B2201/2075—Fillers
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2205/00—Rope or cable materials
- D07B2205/20—Organic high polymers
- D07B2205/206—Epoxy resins
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2205/00—Rope or cable materials
- D07B2205/30—Inorganic materials
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2205/00—Rope or cable materials
- D07B2205/30—Inorganic materials
- D07B2205/3007—Carbon
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D07—ROPES; CABLES OTHER THAN ELECTRIC
- D07B—ROPES OR CABLES IN GENERAL
- D07B2501/00—Application field
- D07B2501/20—Application field related to ropes or cables
- D07B2501/2015—Construction industries
- D07B2501/2023—Concrete enforcements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Ropes Or Cables (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
Description
一方で、前記高強力繊維複合材をワイヤーやロープ等で径の細いドラムに巻いたりなどの曲げ応力が発生する用途で使用する場合、高強力繊維複合材の芯線を構成する炭素繊維束が一部折れてしまうことがある。その結果、高強力繊維複合材全体としての引張強度が低下してしまうおそれがある。また、高強力繊維複合材を、引張材等のロッド状で使用する場合においても、保管時には長尺状の高強力繊維複合材をドラムに巻き取って使用することがあり、同様の問題が生じるおそれがある。
かかる状況下、本発明の目的は、曲げ応力が発生する用途で使用する場合においても、高強力繊維糸本来の引張強度を得ることが可能な高強力繊維複合材及びその応用品を提供することである。
<1> 高強力繊維糸を束ねてなる高強力繊維束に撚りをかけ、当該撚りがかかった高強力繊維束を固化剤により固化した芯線を有してなり、
前記高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、前記高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して前記芯線を構成してなる高強力繊維複合材。
<2> 前記高強力繊維束が、前記拘束材で形成された筒状の組紐によって被覆されている<1>に記載の高強力繊維複合材。
<3> 前記高強力繊維複合材が棒状である<1>または<2>に記載の高強力繊維複合材。
<4> 前記高強力繊維束の撚り数が、2〜50回/mである<1>から<3>のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
<5> 前記固化剤が、熱可塑性樹脂である<1>から<4>のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
<6> 前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性エポキシ樹脂である<5>に記載の高強力繊維複合材。
<7> 前記熱可塑性エポキシ樹脂が、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂である<6>に記載の高強力繊維複合材。
<8> 前記重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が、直鎖状に重合した構造を有する熱可塑性エポキシ樹脂である<7>に記載の高強力繊維複合材。
<9> 前記芯線の直径が1〜5mmである<1>から<8>のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
<10> 前記高強力繊維糸が、炭素繊維またはバサルト繊維を含む<1>から<9>のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
<11> <1>から<10>のいずれかに記載の高強力繊維複合材を2本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有するストランド構造体。
<12> 撚り数が1.1〜50回/mである<11>に記載のストランド構造体。
<13> ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数が、2〜40本である<11>または<12>に記載のストランド構造体。
<14> <11>から<13>のいずれかに記載のストランド構造体を2本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有するマルチストランド構造体。
<15> 撚り数が0.3〜30回/mである<14>に記載のマルチストランド構造体。
<16> マルチストランド構造体を構成するストランド構造体の本数が、2〜40本である<14>または<15>に記載のマルチストランド構造体。
このような構成において、高強力繊維複合材を構成する芯線が、高強力繊維束に撚りをかけられた状態で固化剤によって固化されているので、外部から強い力がかかっても、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がバラけたりするのが抑制され、高強力繊維本来の引張強度を安定し発揮することができる。
そして、高強力繊維束が、撚りが掛けられた状態で固化剤により固化されているため、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がバラケないことによりハンドリング性や強度が向上(安定)すると共に、曲げられても高強力繊維糸が折れにくい。高強力繊維束に撚りをかけないと、当該高強力繊維複合材をドラムに巻いた場合や曲げ応力がかかる場所で使用した場合に高強力繊維複合材が折れてしまう可能性がある。そのため、高強力繊維複合材(さらには該高強力繊維複合材から構成される後述のストランド構造体)が使用できなかったり、高強力繊維本来の強度を発揮できないおそれがある。また、高強力繊維束に撚りをかけないと、高強力繊維束において、束ねられた高強力繊維糸それぞれの長さにばらつきが発生しやすくなり、高強力繊維糸それぞれが有する本来の高強力繊維本来の強度が発揮できなくなり、高強力繊維束全体としての強度が不足する場合がある。
高強力繊維束に撚りをかけることにより高強力繊維複合材が折れてしまうことが回避され、さらに、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸それぞれの長さが揃った状態で一体化されるため、高強力繊維本来の強度が発揮される。その結果、高強力繊維複合材は、ドラムに巻いた後伸ばして使用した場合や曲げたまま引っ張られる場合など、曲げ応力がかかっても強い引張強度を維持することができる。
なお、固化剤を使用せずに高強力繊維束に撚りをかけただけであると、固化剤で一体化した本願発明の高強力繊維複合材と比較して強度が不足する。
バサルト繊維や炭素繊維は、引張強度が強いが、剪断強度が弱く折れやすいため、これらを用いた高強力繊維複合材をワイヤーやロープ等の曲げ応力が発生する用途で使用したり、ドラム等に巻き取って保管する場合に、高強力繊維複合材が折れやすいが、バサルト繊維や炭素繊維からなる高強力繊維束に撚りをかけることで、高強力繊維複合材の長さ方向に対する横(垂直)方向の力がかかっても折れを防ぐことができる。そのため、バサルト繊維や炭素繊維からなる高強力繊維束を有する高強力繊維複合材は、曲げ応力が発生する場合においてもバサルト繊維や炭素繊維本来の引張強度を有する。
このように撚られた高強力繊維束が拘束材によってその周囲を巻き回して結束され、かつ、固化剤によって高強力繊維束と拘束材が一体化した芯線であると、外部から強い力がかかっても、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がねじれたり、交絡したり、バラけたりするのが抑制され、高強力繊維本来の引張強度を十分に保つことができる。特に撚られた高強力繊維束を使用することにより、固化剤で一体化した後、曲げ応力がかかっても高強力繊維複合材が折れることが抑制される。
特に高強力繊維束を結束する拘束材を組紐構造にすると、高強力繊維束の表面を目視にて確認できない程度にまで被覆できるので、高強力繊維束を結束すると共に、拘束材が内部の高強力繊維束を構成する高強力繊維糸の保護を行う保護層として機能するため好ましい。
固化剤の詳細は実施形態にて後述するが、好ましい熱可塑性樹脂として、熱可塑性エポキシ樹脂(特には直鎖状に重合した構造を有する熱可塑性エポキシ樹脂)を挙げることができる。熱可塑性エポキシ樹脂の中でも、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂(特には直鎖状に重合した構造を有する熱可塑性エポキシ樹脂)が好ましい。
芯線の直径がこのような範囲であれば、熱をかけなくとも細い径のドラム(例えば、直径70cm以下のドラム)に巻くことができる。また、ストランド構造体とした場合にも小さな径のドラムに巻きやすく、ストランド構造体の端部と定着治具との接着時には、表面積も大きくなり、定着治具とストランド構造体の接着強度の向上に寄与することができる。
ここで、「ストランド構造」とは、同一径又は異なる直径の2本〜数十本の素線が単層又は多層により合わされた構造を意味し、本願の第2の発明にかかるストランド構造体は、本願の第1の発明にかかる高強力繊維複合材を素線として使用していることに特徴がある。
第2の発明にかかるストランド構造体は、上記性質を有する高強力繊維複合材から構成されるため、上述した本発明の高強力繊維複合材の性能を保ちつつ、さらに引張強度に優れた複合材である。
製造時に得られるストランド構造体は長尺であり、高強力繊維複合材と同様にドラムに巻きつけて保管することができる。当該ストランド構造体は、適当な長さに切断し、ワイヤーやロープ等の用途に使用することができる。また、ロッド状に切断して、コンクリートの筋材や、引張材として用いることができる。
なお、撚りをかけることにより得られるストランド構造体は、ストランド構造体が一体となり、バラケを防ぎ、また、引張強度が安定する。
第2の発明にかかるストランド構造体を撚り合わせる方法として、(1)必要本数の高強力繊維複合材を束ね、束ねられた高強力繊維複合材全体に撚りを掛けてもよいし、(2)1本または複数本の高強力繊維複合材を中心に配置して芯とし、当該芯となる高強力繊維複合材を他の高強力繊維複合材が取り囲む構造となるようにして、芯となる高強力繊維複合材と他の高強力繊維複合材とを撚り合わせてもよい。
このようにストランド構造体を撚り合わせたストランド構造(マルチストランド構造)とすることにより、同本数のストランド構造体を単に引き揃えた場合と比較して、より強度の強いマルチストランド構造体となる。そのため、当該マルチストランド構造体は、大型建築物の補強筋材やPC鋼線やPC鋼材、大型船舶の係留用の鎖代替ワイヤーの用途など、特に引張強度が求められる用途に好適である。
なお、第3の発明に係るマルチストランド構造体は、同本数のストランド構造体を引きそろえて使用した場合と比較して、バラバラにならないためハンドリング性が良いと共に強度が安定するという利点がある。
第3の発明にかかるマルチストランド構造体を撚り合わせる方法として、(1)必要本数のストランド構造体を束ね、束ねられたストランド構造体全体に撚りを掛けてもよいし、(2)1本または複数本のストランド構造体を中心に配置して芯となるストランド構造体(以下、「芯ストランド」と称す場合がある。)とし、当該芯ストランドを他のストランド構造体が取り囲む構造となるようにして、芯ストランドと他のストランド構造体とを撚り合わせてもよい。
本発明の高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体は、高強力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、照明、テーブルなどの家具、階段などを吊り下げるワイヤー、間仕切りなどの建具、テーブル、椅子、手すりなどのインテリア、フェンス、塀、グリ−ンカーテンなどに用いるツタ類の支持具、ネットなどのエクステリアなどを種々のものに用いることができ、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。また、塩害の起こりやすい洋上風力発電施設や船舶等の係留に用いる鎖などの代替物としても好適である。また、さらに曲げ応力がかかっても折れにくいため、ドラムに巻いて長尺のものとして用いたり、曲げ応力がかかる場所であっても好ましく用いることができる。
また、本発明の高強力繊維複合材(または、ストランド構造体やマルチストランド構造体)は、任意の部材と複合化させて使用して複合構造部材としてもよい。好適な複合構造部材の例として、高強力繊維複合材(または、ストランド構造体やマルチストランド構造体)の少なくとも一方の端部が定着治具の胴部内に挿入され、当該高強力繊維複合材(または、ストランド構造体やマルチストランド構造体)の端部と定着治具の胴部とを接着固定することにより、当該高強力繊維複合材(または、ストランド構造体やマルチストランド構造体)と定着治具とを一体化してなる複合構造部材が挙げられる。
特に複数の高強力繊維複合材を撚り合せて構成されるストランド構造体は、撚り合わされた複数の高強力繊維複合材が固化剤で一体化されていないため、ストランド構造体の表面積が大きくなり定着治具との接着強度が増大、安定化し、特に引張強度及び強度の安定性に優れるため、定着治具とを一体化してなる複合構造部材として、ブレースなどの引張材として好適に使用できる。なお、本発明の複合材に好適な定着治具として、本発明者等により特願2012−84240号にて開示された定着治具が挙げられる。また、コンクリート用筋材として用いた場合にも、撚り合わされた複数の高強力繊維複合材が固化剤で一体化されていないため、ストランド構造体の表面積が大きくなりコンクリートとの接着強度が増大し、コンクリート建築物等の強度向上を図ることができる。
また、本発明の高強力繊維複合材から構成されるストランド構造体やマルチストランド構造体は、高強力繊維に由来する強度を有し、軽量で引張強度に優れ、様々な用途に使用することができる。
1b 芯となる高強力繊維複合材
1c 芯となる高強力繊維複合材を取り囲む高強力繊維複合材
2 芯線
3 拘束材
4 高強力繊維糸
5 高強力繊維束
7a クリール
7b ダイス
7c 加熱炉
7d ローラ
7e ドラム
7g 予熱炉
7f ダイス
10 ストランド構造体
10a 芯となるストランド構造体(芯ストランド)
10b 芯ストランドを取り囲むストランド構造体
100 マルチストランド構造体
図1に本発明の実施の形態1の高強力繊維複合材1を示す。高強力繊維複合材1は、撚りがかかった高強力繊維束5を固化剤により固化した芯線2からなる。
高強力繊維束5は、高強力繊維糸4を、複数本(通常、数千本から数十万本、あるいは数百万本)束ねたものであり、その断面が円形状または扁平状である。本実施形態の高強力繊維複合材1では、高強力繊維束5は所定の回数の撚りがかけられた状態で固化剤により、固化されている。高強力繊維束5の撚り数は、得られる高強力繊維複合材の曲げ応力に対する耐性、高強力繊維糸のバラケ防止性、高強力繊維糸4の撚りに対する強度(撚りにより炭素繊維糸が切れない)や後に説明する固化剤を付与する前の拘束材で拘束された状態のときに拘束材の間から炭素繊維束が飛び出す(目むき)ことが無いようにすることを考慮して決定される。高強力繊維束5の撚り数は、好ましくは2〜50回/mであり、より好ましくは5〜40回/mであり、さらに好ましくは10〜30回/mである。
芯線の直径が直径1〜10mm(より好適には1〜5mm)であると、当該高強力繊維複合材及び後に説明するストランド構造体やマルチストランド構造体がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができる。また、芯線の直径が直径1〜10mm(より好適には1〜5mm)であると、ストランド構造体やマルチストランド構造体の端部と定着治具との接着時には、表面積も大きくなり、定着治具とストランド構造体やマルチストランド構造体の接着強度の向上に寄与することができる。
高強力繊維束5は、上記高強力繊維糸を1種類で用いてもよく、2種類以上を混合させてもよい。また、高強力繊維束5は、上記高強力繊維糸以外の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りしたものでもよい。また、高強力繊維束5にはサイジング剤や集束剤を含ませてもよい。
また、この炭素繊維糸を束ねた高強力繊維束は、炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維糸6000本(6K)、12000本(12K)、24000本(24K)等を、必要とされる強度に応じて1本、または複数本(2本以上)束ねたものを用いることができる。炭素繊維糸を束ねた高強力繊維束を複数本束ねる場合の高強力繊維束の本数に特に制限はなく、目的用途に応じで適宜決定されるが、通常、100本以下である。
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、レゾルシノール樹脂などが挙げられるが、これに制限されない。
芯線となる高強力繊維束に撚りがかけられていたり、さらには高強力繊維束の周りが拘束材で覆われているものでは、高強力繊維束の内部にまで樹脂を含侵させることが困難である。
一方、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合させる前の熱可塑性エポキシ樹脂を有機溶剤で希釈することができるので粘度調整が容易である。
そのため、有機溶媒で希釈した低粘度の樹脂溶液を用いることにより、撚りがかけられている高強力繊維束の内部まで(さらには拘束材で覆われているものであっても外周の拘束材から内部の高強力繊維束まで)重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を高強力繊維束の内部に含侵させた後、当該重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させることにより高強力繊維束と拘束材が熱可塑性エポキシ樹脂で一体化された、強度の優れた高強力繊維複合材が得られる。
また、加熱溶融することにより流動性を付与し用いられる一般的な熱可塑性樹脂は、粘度調整が困難であると共に、一般に結晶性樹脂であるためか加熱溶融を行うことにより結晶配列が変化し、当初の樹脂が有している強度などの性質が変質するおそれがあるが、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合前及び重合後も非晶質であるため、加熱溶融や加熱変形させても変質のリスクが小さい。
樹脂として熱可塑性樹脂を付与する場合で説明すると、図2に示す形式の装置を用いて実施形態1に係る芯線2を製造する場合には、まず、クリール7aから、所定の撚り数で撚りがかけられた高強力繊維束5を供給し、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て通過させる。その際、ダイス7fによって絞ることにより、樹脂を高強力繊維束5の内部まで含有させる。次いでダイス7bを通過させ、余分な樹脂を取り除くと共に線径、線形を整え、また、樹脂を高強力繊維束5の内部まで含有させたのちに、予熱炉7gを有する加熱炉7cにより加熱して溶媒を留去して乾燥させ、熱可塑性樹脂を硬化させ、熱可塑性樹脂(固化剤)が付与された高強力繊維束5からなる芯線2を形成する。芯線2からなる高強力繊維複合材は、長尺のまま、ドラム7eに巻き取られ保管される。そして、施工が決まった後、任意の長さに切断して用いることができる。また、得られた高強力繊維複合材はドラムに巻かずに任意の長さに切断し保管してもよい。
以下、図3A及び図3Bを参照して、高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、当該高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して芯線を構成してなる実施の形態2の高強力繊維複合材について説明する。なお、図3A及び図3Bにおいては、図1と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する場合がある。
また、拘束材で拘束された高強力繊維束5を樹脂(固化剤)溶液にディップした後、ダイスで扱いて余分な樹脂を絞るときに繊維の長さ方向に張力がかかるが、拘束材が組紐構造であれば編物のように目が開いてしまうのではなく、目が閉じた状態で組紐の径が細くなる。そのため、内部の高強力繊維束の露出を抑えつつ、拘束材と高強力繊維束の密着性を高めることができるので、得られる高強力繊維複合材1aの強度の観点より好ましい。
他の拘束材による配置の例として、1本の拘束材を螺旋状に巻きつけて高強力繊維束を結束したり、高強力繊維束の周囲面に拘束材となる繊維を巻き回して目の粗い筒状の丸編を編んだ編紐状の拘束材によって高強力繊維束を結束したり、高強力繊維複合材の高強力繊維束を結束するための拘束材として、拘束材で挙げられている繊維等を所定間隔に配置した拘束材によって高強力繊維束を結束する形態であってもよい。
一方で、高強力繊維束の保護という観点からは、拘束材を組紐状にして、高強力繊維束の表面全体を被覆することが好ましい。
芯線2を強固に一体化させた高強力繊維複合材は、棒状(ロッド状)にすることができる。この場合には、巻き取って移動保管も可能であるが、高強力繊維複合材を数cm〜数m程度の長さに切断した状態で移動、保管を行うることもできる。特にはロッド状の高強力繊維複合材であれば、狭い溝に配置するときや奥行きの深い穴などに挿入するときなどに、型崩れしないため容易に配置することができる。
また、別途撚りをかけた高強力繊維束5を製紐機に通したり、丸編機(図示せず)に通したりして拘束材等で拘束し、拘束材で結束された高強力繊維束を得、ドラムに巻きとる。前記ドラムを前記クリール7aに取り付け、上述と同様の手順で実施の形態2の高強力繊維複合材を得ることができる。
本発明の実施の形態3を図4に基づき説明する。なお、図4においては、図1〜図3A、図3Bと同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
また、図4ではストランド構造体10を構成する高強力繊維複合材としては、図3A及び図3Bで示した構成の高強力繊維複合材1aを例示しているがこれに限定されず、本発明の高強力繊維複合材の構成のものであればいずれものでもよい。また、本実施形態において、高強力繊維複合材1bと高強力繊維複合材1cは同一の高強力繊維複合材1aであるが、本発明の高強力繊維複合材の要件を満たす高強力繊維複合材であれば、異なっていてもよい。
高強力繊維束×ストランド構造体=S方向×Z方向、S方向×S方向、Z方向×Z方向、Z方向×S方向、のいずれでも可能である。
なお、製造後の長尺のストランド構造体10は切断せずに、長尺のまま、ドラムに巻き取り、施工が決まった後、任意の長さに切断して用いることができる。また、ドラムには巻かずにあらかじめ任意の長さに切断してもよい。
例えば、炭素繊維糸を24000本束ねたもの(24k)を高強力繊維束5として用いた場合には、ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数は2本〜50本程度であるとブレース材等の用途として好適である。
また、炭素繊維糸を12000本束ねたもの(12k)を高強力繊維束5として用い、ワイヤーとして使用するためのストランド構造体を得る場合には、ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数は2本〜50本程度である。
本発明の実施の形態4を図5A及び図5Bに基づき説明する。なお、図5A及び図5Bにおいては、図1〜4と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する
そのため、鉄筋の代替物となる筋材や、PC鋼線代替物として緊張材等のロッド状のようになど、特に引張強度が求められる用途に好適である。
マルチストランド構造体100の撚り数は0.3〜30回/mであることが好ましく、ストランド構造体10の本数が7〜37本の場合には、0.5〜15回/mが好ましい。
撚りをかけた高強力繊維束としてS方向に30回/m撚りをかけた24Kの炭素繊維束(PAN系炭素繊維。東レ株式会社製。T700SC。)1本を用い、拘束材としてポリエステル繊維(1100デシテックスのポリエステル繊維束)を用い、製紐機(24打機)を用いて、8打ちの石目打にて、24Kの炭素繊維束の周りの全面を組紐状にポリエステル繊維で拘束した。拘束材による炭素繊維束表面の被覆率は、ほぼ100%であり、内部の炭素繊維束は目視できなかった。
次に、図2に構成を示した装置を用い、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂(DENATITE TPEP−AA−MEK−05B、ナガセケムテックス株式会社製)100質量部、硬化剤(XNH6850RIN−K、ナガセケムテックス株式会社製) 6.5質量部、メチルエチルケトン(MEK)1.6部からなる溶液(粘度100mPa・s、B型粘度計、ローターNo.20、12rpm。東機産業株式会社:TVB−15形粘度計)を、拘束された炭素繊維束に対し、20℃で付与した。その後、熱処理(150℃、20分間)を行うことで、前記重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させて、撚りがかかった状態の炭素繊維束と拘束材とが熱可塑性エポキシ樹脂(固化剤)で一体化した芯線からなる実施例1の高強力繊維複合材を得た。図6に実施例1の高強力繊維複合材の外観写真を示す。 得られた実施例1の高強力繊維複合材は、直径2.0mm(ノギスで測定)であった。
実施例1の高強力繊維複合材を室温で直径50cmのドラムに巻きとったところ、折れることなく、スムーズに巻き取ることができた。
拘束材としてポリエステル繊維(1100デシテックスのポリエステル繊維束)に変えてビニロン繊維(1100デシテックスのビニロン繊維)を用いた以外は実施例1と同様にし、実施例2の高強力繊維複合材を得た。
得られた高強力繊維複合材を10本引き揃え、室温で直径60cm及び50cmの径のドラムに巻き取った状態で一か月放置した。次に、一か月放置した高強力繊維複合材を60cmに切断し、10本束ね、それぞれの端部をネジを切った鋼管(長さ120mm、内径14mm、外形20mm)に挿入し、ウレタン系接着剤(UM890改1 主剤 1質量部、硬化剤 2質量部。セメダイン株式会社製)を用いて固定し、JIS K7165に準拠して、引張試験装置は株式会社島津製作所製 AG−100kN plusを使用し、試験片 A形、試験速度2mm/分、治具は丸棒用V溝平行目を用いて引張強度を測定した。また、巻き取らずにまっすぐな状態で保管したものも引張強度を測定した。
結果は、巻き取っていないもの41.7kN、50cmに巻き取って保管したもの42.0kN、60cmに巻き取って保管したもの44.9kNと巻き取って保管したものにおいて引張強度の低下は見られなかった。
実施例1で得られたドラムに巻かれた高強力繊維複合材10本を束ね、120℃に加熱しながら、束ねられた10本の高強力繊維複合材全体にZ方向に20回/mで撚りをかけ、当該10本の高強力繊維複合材を撚り合わせて室温で70cmの径のドラムに巻きとることにより、実施例3のストランド構造体を得た。得られた実施例3のストランド構造体は、芯となる高強力繊維複合材がない構造であった。図7に実施例3のストランド構造体の外観写真を示す。
得られた長尺のストランド構造体を2mに切断してロッドとし、それぞれの端部をネジを切った鋼管(長さ120mm、内径14mm、外形20mm)に挿入し、ウレタン系接着剤(UM890改1 主剤 1質量部、硬化剤 2質量部。セメダイン株式会社製)を用いて固定し、JSCE-E532-1995に準拠して、曲げ引張強度評価装置(株式会社東京試験機製、RAT100DE-S)を用いて実施例3のストランド構造体の曲げ引張強度を測定した。曲げ引張強度試験で用いたR部の径は300mmと500mmである。試験速度は100〜500N/mm2で行った。曲げ角度は180°である。
結果は、300mmでは66kN、500mmでは66kNとどちらも優れた引張強度を有していた。各径の治具に取り付けるときは加熱は行わず、室温にて取付をおこなった
使用する実施例1の高強力繊維複合材を7本準備し、1本の高強力繊維複合材を芯とし、これを6本の高強力複合材で取り囲むように120℃に加熱しながら撚り数をZ方向に5回/mで撚り合せた実施例4のストランド構造体を得た。図8に外観写真を示す。
実施例1の高強力繊維複合材37本準備し、120℃に加熱しながらS方向に8回/m撚り合せ1×6×12×18の4層構造のストランド構造体を得た。次に、このストランド構造体7本を、1本のストランド構造体を芯とし、これを6本のストランド構造体で取り囲むように120℃に加熱しながらZ方向に5回/mで撚り合せることで実施例5のマルチストランド構造体を得た。図9に実施例5のマルチストランド構造体の外観写真を示す。
高強力繊維束として、撚りをかけていない24Kの炭素繊維束(PAN系炭素繊維、東レ株式会社製、T700SC)1本を用いた以外は、実施例1と同様にして、比較例1の高強力繊維複合材を得た。比較例1の高強力繊維複合材を用いて、実施例3と同様の曲げ引張強度試験を試みたところ、300mmのR部、500mmのR部に取り付けると折れてしまった。
実施例3のストランド構造体に準じる形態として、比較例1の高強力繊維複合材10本を撚りをかけずに引きそろえて、実施例3と同様の曲げ引張強度を試みたところ、500mmのR部に取り付けるときに折れてしまった。
Claims (15)
- 高強力繊維糸を束ねてなる高強力繊維束に撚りをかけ、当該撚りがかかった高強力繊維束を固化剤により固化した芯線を有してなり、
前記高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、前記高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して前記芯線を構成してなる高強力繊維複合材を2本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有することを特徴とするストランド構造体。 - 撚り数が1.1〜50回/mである請求項1に記載のストランド構造体。
- ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数が、2〜40本である請求項1または2に記載のストランド構造体。
- 前記高強力繊維束が、前記拘束材で形成された筒状の組紐によって被覆されている請求項1から3のいずれかに記載のストランド構造体。
- 前記高強力繊維複合材が棒状である請求項1から4のいずれかに記載のストランド構造体。
- 前記高強力繊維束の撚り数が、2〜50回/mである請求項1から5のいずれかに記載のストランド構造体。
- 前記固化剤が、熱可塑性樹脂である請求項1から6のいずれかに記載のストランド構造体。
- 前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性エポキシ樹脂である請求項7に記載のストランド構造体。
- 前記熱可塑性エポキシ樹脂が、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂である請求項8に記載のストランド構造体。
- 前記重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が、直鎖状に重合した構造を有する熱可塑性エポキシ樹脂である請求項9に記載のストランド構造体。
- 前記芯線の直径が1〜5mmである請求項1から10のいずれかに記載のストランド構造体。
- 前記高強力繊維糸が、炭素繊維またはバサルト繊維を含む請求項1から11のいずれかに記載のストランド構造体。
- 請求項1から12のいずれかに記載のストランド構造体を2本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有することを特徴とするマルチストランド構造体。
- 撚り数が0.3〜30回/mである請求項13に記載のマルチストランド構造体。
- マルチストランド構造体を構成するストランド構造体の本数が、2〜40本である請求項13または14に記載のマルチストランド構造体。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013119113 | 2013-06-05 | ||
JP2013119113 | 2013-06-05 | ||
PCT/JP2014/064127 WO2014196432A1 (ja) | 2013-06-05 | 2014-05-28 | 高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2014196432A1 JPWO2014196432A1 (ja) | 2017-02-23 |
JP6129963B2 true JP6129963B2 (ja) | 2017-05-17 |
Family
ID=52008081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015521406A Active JP6129963B2 (ja) | 2013-06-05 | 2014-05-28 | 高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3006611B1 (ja) |
JP (1) | JP6129963B2 (ja) |
WO (1) | WO2014196432A1 (ja) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10961360B2 (en) | 2014-01-10 | 2021-03-30 | Komatsu Matere Co., Ltd. | Fiber-reinforced resin material and molded fiber-reinforced resin body obtained using the same |
CN104613080A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-13 | 柳州市莫尔斯汽配制造有限公司 | 高强度刹车线 |
JP6576865B2 (ja) * | 2016-03-28 | 2019-09-18 | 小松マテーレ株式会社 | 不燃性炭素繊維複合材 |
JP6830763B2 (ja) * | 2016-05-02 | 2021-02-17 | 小松マテーレ株式会社 | 耐震補強材 |
GB2558654A (en) * | 2017-01-16 | 2018-07-18 | Univ Bath | Fibre ropes and composite materials containing fibre ropes |
JP6917231B2 (ja) * | 2017-07-24 | 2021-08-11 | 東京製綱株式会社 | 高強度繊維複合材ケーブル |
JP6879855B2 (ja) * | 2017-07-28 | 2021-06-02 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 無機系繊維の製造方法 |
JP2019044542A (ja) * | 2017-09-06 | 2019-03-22 | 小松マテーレ株式会社 | コンクリート柱補強器具 |
JP7162476B2 (ja) * | 2017-09-11 | 2022-10-28 | 小松マテーレ株式会社 | 木舞構造および塗壁 |
EP3483109B1 (en) * | 2017-11-10 | 2021-01-20 | Otis Elevator Company | Elevator system belt |
MX2020008724A (es) | 2018-03-06 | 2020-12-10 | Toray Industries | Haz de fibra de carbono y metodo de produccion para el mismo. |
JP6610835B1 (ja) | 2018-03-06 | 2019-11-27 | 東レ株式会社 | 炭素繊維およびその製造方法 |
FR3089844B1 (fr) * | 2018-12-13 | 2022-02-18 | Safran Aircraft Engines | Préforme fibreuse d’une pièce de turbomachine |
CN110303732A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-08 | 吴江市美林格纺织品有限公司 | 一种防止断裂的乱麻 |
JP7059997B2 (ja) * | 2019-10-16 | 2022-04-26 | 株式会社豊田中央研究所 | 炭素繊維撚糸装置 |
KR20230095116A (ko) | 2020-11-02 | 2023-06-28 | 케이브이 알&디 센터 게엠베하 | 로프, 스트랜드, 그리고 로프 및 스트랜드를 제조하기 위한 방법 및 장치 |
CN114804765A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-07-29 | 扬州大学 | 一种掺杂有束状绞联玄武岩纤维的混凝土及其制法 |
CN114855483B (zh) * | 2022-04-29 | 2023-03-31 | 浙江百傲新材料有限公司 | 一种聚酯线绳生产线 |
CN117187999B (zh) * | 2023-11-06 | 2024-01-26 | 常州市武进广宇花辊机械有限公司 | 一种大丝束碳纤维控径抽丝加工收卷一体化设备 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6128092A (ja) * | 1984-07-11 | 1986-02-07 | 東京製綱繊維ロ−プ株式会社 | 複合線条体およびその製造方法 |
JPH01174413A (ja) * | 1987-12-28 | 1989-07-11 | Toyobo Co Ltd | 複合糸プリプレグ |
JP2599187B2 (ja) * | 1988-10-11 | 1997-04-09 | 東京製綱株式会社 | 複合線条体の製造方法 |
JPH08390Y2 (ja) * | 1990-03-30 | 1996-01-10 | 東レ株式会社 | 無機質材料の補強用メッシュ織物 |
US7650742B2 (en) * | 2004-10-19 | 2010-01-26 | Tokyo Rope Manufacturing Co., Ltd. | Cable made of high strength fiber composite material |
JP2006182915A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Daicel Chem Ind Ltd | 繊維強化樹脂組成物で構成された成形用基材及びその製造方法 |
JP2006348506A (ja) | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Keiichi Ikeda | ブレース材固定具とこのブレース材固定具を有する補強用ブレース |
EP2158355A1 (en) * | 2007-05-18 | 2010-03-03 | Samson Rope Technologies | Composite rope structures and systems and methods for making composite rope structures |
JP2009013512A (ja) * | 2007-06-30 | 2009-01-22 | Scalar High Touch Kk | ゴム補強用炭素繊維コードの製造方法およびゴム補強用炭素繊維コード |
DE08731002T1 (de) * | 2008-02-28 | 2011-03-17 | Bell Helicopter Textron Inc., Fort Worth | Ungehärtetes verbundseil mit mehreren verschiedenen fasermaterialien |
US20110288259A1 (en) * | 2009-01-09 | 2011-11-24 | Nagase Chemtex Corporation | Process for production of thermoplastic cured epoxy resin with transparency to visible light, and thermoplastic epoxy resin composition |
CN102081993A (zh) * | 2009-11-30 | 2011-06-01 | 单云刚 | 一种多芯绞合型碳纤维复合材料电缆芯 |
JP5505776B2 (ja) * | 2009-12-15 | 2014-05-28 | ナガセケムテックス株式会社 | ホットメルト型接着剤及びrtm成形方法 |
JP3158927U (ja) * | 2010-02-09 | 2010-04-22 | 東京製綱株式会社 | 繊維複合型撚合ケーブル |
JP5687873B2 (ja) | 2010-10-06 | 2015-03-25 | 株式会社フジクラ | 作用極及びこれを有する色素増感太陽電池 |
JP5670230B2 (ja) * | 2010-12-10 | 2015-02-18 | 小松精練株式会社 | 紐状強化繊維複合体 |
JP6022186B2 (ja) * | 2011-04-01 | 2016-11-09 | 小松精練株式会社 | 筋材 |
JP5758203B2 (ja) * | 2011-06-03 | 2015-08-05 | 小松精練株式会社 | 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 |
JP5953554B2 (ja) * | 2011-12-28 | 2016-07-20 | 小松精練株式会社 | 高強力繊維線材及び該高強力繊維線材を有してなる複合材 |
-
2014
- 2014-05-28 EP EP14808311.6A patent/EP3006611B1/en active Active
- 2014-05-28 JP JP2015521406A patent/JP6129963B2/ja active Active
- 2014-05-28 WO PCT/JP2014/064127 patent/WO2014196432A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3006611B1 (en) | 2019-02-20 |
WO2014196432A1 (ja) | 2014-12-11 |
JPWO2014196432A1 (ja) | 2017-02-23 |
EP3006611A1 (en) | 2016-04-13 |
EP3006611A4 (en) | 2016-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6129963B2 (ja) | 高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体 | |
JP5953554B2 (ja) | 高強力繊維線材及び該高強力繊維線材を有してなる複合材 | |
JP5758203B2 (ja) | 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 | |
US20080282664A1 (en) | Composite rope structures and systems and methods for making composite rope structures | |
JP5670230B2 (ja) | 紐状強化繊維複合体 | |
CN107429481B (zh) | 绳索和用于制造绳索的方法 | |
RU2482247C2 (ru) | Способ изготовления неметаллического арматурного элемента с периодической поверхностью и арматурный элемент с периодической поверхностью | |
JP6022186B2 (ja) | 筋材 | |
JP6022188B2 (ja) | 引張材 | |
JP6199440B2 (ja) | 高強力繊維線材及び該高強力繊維線材を有してなる複合材 | |
JP5808598B2 (ja) | 木製部材の接合部構造 | |
JP6830763B2 (ja) | 耐震補強材 | |
JP6794152B2 (ja) | 接合構造体 | |
JP6576865B2 (ja) | 不燃性炭素繊維複合材 | |
JP5801129B2 (ja) | 木製部材の接合方法 | |
JP5801130B2 (ja) | 木製部材補強用の高強力繊維線材およびそれを用いた木製部材の接合構造 | |
CN111535178A (zh) | 一种可用于夹片锚固的预应力frp筋及其制备方法 | |
JP2021147791A (ja) | 結束具及び結束方法 | |
JP2017036519A (ja) | 強化用組紐構造体及びこれを用いた複合材料 | |
JP6705958B1 (ja) | 繊維ロッド結束具及び繊維ロッド結束方法 | |
JP7369610B2 (ja) | 接合構造体 | |
JP6022187B2 (ja) | 引張材 | |
JP2008139582A (ja) | 繊維コードテンションメンバー | |
JP2005283624A (ja) | 光ファイバケーブル及びその製造方法 | |
JP2015172261A (ja) | アラミド繊維ロッド |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170201 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170201 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20170201 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20170202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170307 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170322 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170404 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170412 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6129963 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |