JPH02105830A - 炭素繊維製組紐の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、炭素繊維製組紐の製造方法に関し、より詳細
には、コンクリートなどの補強材として好適に使用され
る炭素繊維製組紐の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、コンクリートなどの構造用補強材として、鉄筋な
どが知られている。しかしながら、鉄筋を構造用補強材
として使用すると、錆が生じ耐久性が十分でないばかり
か、施工性も十分でなく、また軽量化することが困難で
ある。

上記の点に鑑み、例えば、芳香族ポリアミドなどの引張
強度の大きな材料で形成される細線を組紐状に編成した
構造用補強材（特開昭６０−１１９８５３号公報）や、
芳香族ポリアミドなどの引張強度の大きな材料で形成さ
れた細線を組紐状に編成し、組紐状物を結合剤で互いに
結着した構造用材料（特開昭６１−２９０１５０号公報
）が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前者の場合、組紐状の補強材を構成する
細線が互いに結合していないため、補強性が十分でない
という問題がある。

また後者の場合、前者よりも補強性に優れるものの、細
線として、引張弾性率の大きなピッチ系炭素繊維を用い
ると、ピッチ系炭素繊維が毛羽立ち易いため、組紐機で
組紐を製造するとき、炭素繊維がガイドと摺接して切れ
て易く、製織性が十分ｔ−なく、構造用材料としての炭
素線ｆｉｌｌ！組紐の生産性が十分でない。

またポリアクリロニトリル系炭素繊維製組紐を製造する
際、生産性を高めるため、通常、炭素繊維を編成して組
紐を作製した後、該組紐に熱硬化性樹脂などを含浸させ
、硬化させているが、組紐の状態では１１１１維が緻密
に編成されているため、組紐に対する樹脂の含浸効率が
低下する。また組紐の状態で樹脂を含浸させると、組紐
中の空隙部に存在する空気を排除できず、ボイドが生成
するので機械的強度に劣る。特に組紐は長手方向に引張
力を作用させたとき、組紐のストランドが絡み合い、繊
維密度が大きくなるのに対して、幅方向に引張力を作用
させると繊維密度が小さくなる特性がある。従って、組
紐に作用させる引張力の変動により樹脂の含浸効率、組
紐の一体性ひいては補強性が大きく変動するという問題
がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、樹脂
の含浸効率を高め、一体性および補強効果に優れると共
に、ピッチ系炭素繊維であっても炭素繊維製組紐を簡便
かつ生産性よく製造できる炭素繊維１１！組紐の製造方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］本発明は、ピ
ッチ系炭素繊維に、ガラス転移温度−５〜１００°Ｃの
熱硬化性樹脂または熱変形温度５０°Ｃ以上の熱可塑性
樹脂を１０〜５０重量％含浸させてストランド状プリプ
レグを調製した後、該ストランド状グリプレグを用いて
組紐に編成し、硬化させる炭素繊維製組紐の製造方法に
より、上記課題を解決するものである。

上記構成の本発明によれば、繊維が緻密な組紐の状態で
はなく、ピッチ系炭素繊維の状態で特定の樹脂を含浸さ
せるので、樹脂の含浸効率を高めることができる。また
組紐作製時に切れ易いピッチ系炭素繊維に、特定の熱硬
化性樹脂または熱可塑性ｖＩ４ａを所定量含浸させたス
トランド状プリプレグを調製し、このストランド状グリ
プレグを用いて組紐に編成するので、ピッチ系炭素繊維
が毛羽立つことなく、付着した樹脂により組紐機のガイ
ドに対するストランドの滑り性をよくすることができ、
ピッチ系炭素繊維を保護することができる。またストラ
ンド状プリプレグを用いて組紐に編成するので、ボイド
が生成せず、編成時にストランドが互いに接合し、その
後の硬化により一体化する。

なお、本明細書において、硬化とは熱硬化性樹脂の硬化
に限らず、熱可塑性樹脂の固化をも含む意味に用いる。

また熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、硬化剤を含まず
未硬化状態の熱硬化性樹脂のガラス転移温度を意味する
。

以下に、本発明の詳細な説明する。

本発明の炭素繊維製組紐の製造方法は、ピッチ系炭素繊
維に、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させてス
トランド状プリプレグを調製するストランド状プリプレ
グ調製工程と、該ストランド状プリプレグを用いて組紐
に編成する編成工程と、編成された組紐の樹脂を硬化さ
せる硬化工程とを含んでいる。

上記ストランド状プリプレグ調製工程で使用されるピッ
チ系炭素繊維としては、ピッチ、液晶ピッチなどを素材
とする種々の炭素繊維が例示される。ピッチは石炭系、
石油系のいずれであってもよい、上記炭素繊維は、炭素
質だけでなく黒鉛質を含む概念である。炭素繊維は、例
えば、繊維径５〜２０７ａなど適宜の繊維径を有するも
のが使用できる。

また炭素繊維としては、高強度タイプ、高伸度タイプ、
高弾性タイプ、汎用タイプなど種々のものが使用でき、
該炭素繊維は、通常、５〜１００ｘｉ０３ｋｖ／−程度
の引張弾性率を有しているが、構造物に対する補強効果
を高めるため、引張弾性率１５　Ｘ　１０３ｋｌ／ｍ−
以上の炭素繊維が好ましい。

前記ストランド状プリプレグ調製工程では、樹脂の含浸
効率を高めると共に、組紐作製時の糸切れを防止するた
め、上記ピッチ系炭素繊維に、特定のガラス転移温度を
有する熱硬化性樹脂または特定の熱変形温度を有する熱
可塑性樹脂を所定量含浸させる。

なお、ストランド状プリプレグ調製工程では、樹脂が含
浸されたストランドが得られればよく、例えば、炭素繊
維フィラメントや、適宜本数、例えば、２〜５０００本
程度の炭素繊維フィラメントが結束されたストランドに
ｌ！ｌ脂を含浸させ、ストランド状プリプレグを調製し
てもよい。

熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素
樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフ
タレートｖＡ脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル、
ポリイミドなどが例示される。

上記熱硬化性樹脂は一種または二種以上混合して使用さ
れる。

熱硬化性樹脂としては、ガラス転移温度−５〜１００℃
のものを用いる。熱硬化性樹脂のガラス転移温度が上記
範囲を外れると、組紐編成時に糸切れが生じ易くなり、
製織性が十分でない。

また熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエチレンテレ
フタレート、ボリブチレンチレフタレートなどの飽和ポ
リエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリスルポ
ン、ポリエーテルスルポン、ポリフェニレンスルフィド
、ポリフェニレンオキサイド、ボリアリレート、ポリエ
ーテルスンジレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
アミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミノビスマ
レイミド、芳香族ポリアミドなどが例示される。上記熱
可塑性樹脂は一種または二種以上使用される。上記例示
の熱可塑性樹脂のうち、エンジニアリングプラスチック
として使用されるポリスルホンなどは、特に、耐熱性だ
けでなく、機械的強度に優れているため、補強用構造材
の結合剤として好適に使用される。

また上記熱可塑性樹脂として、熱変形温度５０℃以上の
もの用いる。熱可塑性樹脂の熱変形温度が５０℃未満で
あると、組紐編成時に糸切れが生じ易くなり、製織性が
十分でない。

なお、樹脂の含浸に際しては、前記熱硬化性樹脂と熱可
塑性樹脂とを併用してもよい。

前記ストランド状プリプレグ調製工程では、前記ピッチ
系炭素繊維に熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を１０〜５０
重量％含浸させる。樹脂の含浸量が１０重量％未満であ
るとピッチ系炭素繊維の毛羽立ちを十分に抑制できない
ばかりか、サイジング効果が小さく糸切れが生じ易くな
り、製織性が十分でなく、また炭素繊維製組紐を一体化
するのが困難である。また樹脂の含浸量が５０重量％を
越えると炭素１ｍ維の割合が低下し、補強性が十分でな
い。上記のように炭素繊維の状態で樹脂を含浸させるこ
とにより、樹脂の含浸量を大きくすることができると共
に、編成工程においてボイドのない組紐状物が得られる
。

なお、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂は、液状であれ
ばそのままの状態あるいは加熱溶融状態で使用でき、必
要に応じて有機溶媒に溶解した溶液または水系、非水系
エマルジョンなどの分散液として使用してもよい。

熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の含浸量は、種々の方
法で制御することができる０例えば、溶剤非含有の液状
または加熱溶融状態の樹脂を使用するときは、該樹脂の
粘度、浸漬やａＱｓなどの塗布手段による付着量の調整
や、樹脂付着後にロールで過剰の樹脂を絞出す方法など
で樹脂の付着量を制御できる。また樹脂を溶媒含有の溶
液や分散液として使用するときは、樹脂の含有量や粘度
などを調整することにより樹脂の付着量を制御すること
ができる。

なお、ピッチ系炭素繊維に含浸した樹脂は、編成作業に
支障を来さない範囲で乾燥または一部硬化させてもよい
、上記のようにして樹脂を乾燥または一部硬化させるこ
とにより、炭素繊維の一体性が大きくなるので、編成時
の糸切れをより一層防止することができる。

上記のようにして前記熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
をピッチ系炭素繊維に含浸させたストランド状プリプレ
グを用いて、編成工程で組紐を作製する。

上記編成工程は、通常、組紐機を用いて、ストランド状
プリプレグを適宜の打ち数で編成することにより行なわ
れる。その際、編成時にストランドに作用させる張力や
打ち数を調整することにより、組紐のピッチや凹凸部の
大きさなどを制御するこ−とができる０編成工程では、
前記熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が含浸されたストラン
ド状プリプレグを編成するので、ストランドを互いに接
合させ一体化することができる。

また編成工程において、炭素繊維の打ち数を調整するこ
とにより、種々の形態の組紐、例えば、平打紐状、角打
紐状、丸打紐状の組紐を作製することができる。また組
紐の芯部は中空であってらよいが、補強性の点から、打
ち数３〜８で芯部が中実のものが好ましい。

なお、上記編成工程の後、硬化工程で、前記熱硬化性樹
脂や熱可塑性樹脂を硬化させる。

この硬化工程において、樹脂が熱硬化性樹脂であるとき
は、硬化温度に応じて種々の温度条件で、熱可塑性樹脂
であるときは、熱変形温度に応じて適宜の温度条件下で
硬化させることができるが、通常室温〜３００°Ｃ程度
の温度条件下で行なうことができる。なお、生産性を高
めるため、加熱条件下、例えば、５０〜３００℃程度の
温度条件下で加熱硬化するのが好ましい。

この硬化工程では、前記のように、編成工程でストラン
ドが互いに接合して一体化しているため、一体性に優れ
た炭素繊維製組紐が得られる。また編成工程で得られた
組紐が凹凸部を有しているため、コンクリートなどの構
造物に埋設したとき、構造物との付着力を大きくするこ
とができ、構造物のひび割れを防止することができ、補
強性に優れている。

なお、上記のようにして得られた炭素繊維製組紐は、コ
ンクリートなどとの親和性を高めるため、シランカップ
リング剤、チタンカップリング剤などで表面処理されて
いてもよい。

また炭素繊維製組紐は表面にさらに凹凸部が形成された
断面異形状であってもよい、このような炭素繊維製組紐
によれば、上記組紐の凹凸部による補強作用と相まって
構造物に対して確実に係止させ付着させることができ、
補強効果を高めることができる。

上記の炭素繊維製組紐は、所望する補強性などに応じて
適宜の径を有していてもよいが、通常、１〜５０ｍｍ、
好ましくは２〜２５開で十分である。

上記のようにして得られた炭素繊維製組紐は、コンクリ
ートに埋設される主筋、プレストレスコンクリートの鋼
材などの代用として使用できる。

なお、炭素繊維製組紐は、必要に応じて、所定長さに切
断してもよい。

［実施例］ 以下に、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明す
る。

実施例１ エポキシ樹脂（油化シェル■製、商品名エピコート１０
０１、ガラス転移温度３０℃）１００重量部に対してジ
シアンジアミド５重量部を添加すると共に、メチルエチ
ルゲトンとメタノールの混合溶媒に溶解し、５０ｆｆｉ
量％のエポキシ樹脂溶液を調製した。

ピッチを原料とした２０００フイラメントからなるピッ
チ系炭素繊維（引張強度３００ｋｉ／ｍｄ、引張弾性率
２０　Ｘ　１０ｊ　ｋｇ／ｍ＋ｄ）を、上記エポキシ樹
脂溶液に浸漬し、ロールで過剰の樹脂を除去し、１５０
℃の乾燥機を通過させることにより、含浸樹脂量３０重
量％のストランド状プリプレグを得た。

そして、組紐機（国分鉄工■製）を用いて打ち数８の条
件で上記炭素繊維を組紐に編成したところ、糸切れがな
く、ストランドが互いに接合した組紐が得られ、製織性
に優れていた。

次いで、得られた組紐を硬化させたところ、体性に優れ
た炭素繊維製組紐が得られた。

実施例２ ポリエーテルスルホン（熱変形温度２００℃）をＮ−メ
チルピロリドンに溶解し、３０重量％のポリエーテルス
ルホン溶液を調製した。

次いで、実施例１で用いたピッチ系炭素繊維を上記ポリ
エーテルスルホン溶液に浸漬し、ロールで過剰の樹脂を
除去し、２００℃の乾燥機を通過させることにより、含
浸樹脂量３０重量％のストランド状プリプレグを得た。

そして、実施例１と同様にして組紐に編成したところ、
糸切れがなく、ストランドが互いに接合した組紐が得ら
れ、製織性に優れていた。

次いで、得られた組紐を硬化させたところ、−体性に優
れた炭素繊維製組紐が得られた。

比較例１および２ 実施例１のエポキシ樹脂に代えて、ガラス転移温度−５
℃未満のエポキシ樹脂（油化シェル■製、商品名エピコ
ート８２８、比較例１）および１００℃を越えるガラス
転移温度を有するエポキシ樹脂（油化シェル■製、比較
例２）を用い、上記実施例１と同様にして、ストランド
状プリプレグを調製した。

そして、上記実施例１と同様にして、編成したところ、
比較例１のものでは粘着性が強く、糸切れが生じ、製織
性が十分でなかった。また比較例２のストランド状プリ
プレグでは、ストランド状グリプレグが剛直であり、製
へ性か十分でなかった。

比較例３ 実施例２のポリエーテルスルホンに代えて、熱変形温度
５０℃未満の熱可塑性樹脂であるエチレン−酢酸ビニル
共重合体を用い、上記実施例２と同様にしてストランド
状プリプレグを調製し、編成したところ、製織性が十分
でなかった。また得られた上記樹脂の耐熱性および機械
的強゛度が十分でないため、炭素繊維製組紐用のマトリ
ックス樹脂として適当でなかった。

比較例４ 実１Ｊ＠例１で用いた２０００フイラメントからなるピ
ッチ系炭素繊維を、樹脂溶液に浸漬することなく、実施
例１と同様にして編成したところ、ピッチ系炭素繊維が
毛羽立ち、編成時に糸切れが生じた。

比較例５ 実施例１のピッチ系炭素繊維に代えて、芳香族ポリアミ
ド繊維（デュポン社製、商品名ゲブラー）を用いて編成
工程で組紐に編成し、その後、実施例１のエポキシ樹脂
溶液に浸漬したところ、樹脂の含浸率が３０重量％であ
ったものの、ボイドが存在し、不均質であった。また得
られた組紐エポキシ樹脂を硬化させたところ、得られた
組紐は一体性が十分でなかっな。

［発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、特定のガラス転移温度
を有する熱硬化性樹脂または特定の熱変形温度を有する
熱可塑性樹脂をピッチ系炭素繊維に含浸させるので、樹
脂の含浸効率を高めることができる。また上記樹脂を所
定量含浸させてストランド状プリプレグを調製すると共
に、該ストランド状グリプレグを用いて組紐に編成し、
硬化させるので、弾性率が高く毛羽立ち易いピッチ系炭
素繊維であっても編成時の糸切れを防止し、一体性およ
び補強効果に優れた炭素繊維製組紐を簡便かつ生産性よ
く製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ピッチ系炭素繊維に、ガラス転移温度−５〜１００℃
   の熱硬化性樹脂または熱変形温度５０℃以上の熱可塑性
   樹脂を１０〜５０重量％含浸させてストランド状プリプ
   レグを調製した後、該ストランド状プリプレグを用いて
   組紐に編成し、硬化させることを特徴とする炭素繊維製
   組紐の製造方法。