JPH0323676B2

JPH0323676B2 -

Info

Publication number: JPH0323676B2
Application number: JP61311174A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sugita; Teruyuki Nakatsuji; Tadashi Fujisaki; Minoru Sawaide; Noboru Ishikawa; Yasuo Inada
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-12-29
Publication date: 1991-03-29
Also published as: JPS6312785A; JPS6312786A

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」本発明は、例えば鋼棒等の代わりに建築用材料
として、あるいは船舶や車両の骨組み材料として
用いるFRP製の棒材に関するものである。「従来の技術」いわゆるFRP（繊維強化プラスチツク）は、比
強度が高い、耐食性に優れる、成形性がよく形状
の自由度が高い等の特徴を有し、種々の構造材料
等に広く使用されている。例えば鉄筋用の鋼棒の
代わりにFRPの棒材を用いれば、塩分等による
腐食の心配がないので建築物の耐久性が向上し、
しかも、軽量なので施工時の取り扱いが著しく楽
になることが考えられる。「発明が解決しようとする問題点」ところで、従来のFRP成型品はほとんど塑性
変形せず、鋼材に比べていわゆる「粘り強さ」が
ないので、鋼材の代用に使用する場合、粘り強さ
が要求されてない用途に使用範囲が限られてい
た。本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、鋼棒に近い破壊挙動を
示し、鋼棒の代用品としてコンクリート構造物の
配筋等に適用できるFRPの棒材を提供すること
にある。「問題点を解決するための手段」かかる目的を達成するために本願第１の発明
は、複数本の繊維製線状体を同一方向に引き揃え
て合成樹脂製のマトリツクスで一束に結束し、複
数本の繊維製線状体のうちの一部の繊維製線状体
を組み紐としたものである。この場合、組み紐は
複数本のロービングを組んだものであり、組み紐
以外の繊維製線状体は、組み紐を形成するロービ
ングと同種または異種のロービングであることが
好ましい。また、組み紐を丸打組物とした場合、
組み紐以外の繊維製線状体を丸打組物の中に芯糸
として配してもよい。一方、本願第２の発明は、複数本の繊維製線状
体を一本に撚り合わせ、しかも合成樹脂製のマト
リツクスで互いに接着したもので、複数本の繊維
製線状体のうちの一部の繊維製線状体を組み紐と
したものである。「作用」上記第１の発明の棒材では、組み紐と比較して
高弾性を持つ繊維製線状体（組み紐以外のもの）
の破断後も、組み紐がその大きな伸縮性によりさ
らに伸び続け、鋼棒に近い応力−歪挙動を示す。また、第２の発明の棒材でも、第１の発明の棒
材と同様に、組み紐以外の繊維製線状体の破断後
にも、組み紐がさらに伸び続ける。しかも、棒材
の中心から離れて位置する繊維製線状体ほど撚り
の影響を受けて大きな伸縮性を示すから、組み紐
以外の線状体は中心寄りに位置するものから順次
破断する。つまり、これらの破断時に組み紐が受
ける衝撃荷重が小さいから、棒材全体としての応
力−歪挙動は、より鋼棒に似た応力−歪挙動とな
る。「実施例」以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の第一実施例を示している。こ
の実施例の棒材は二種類の繊維製線状体を各々複
数本ずつ備えている。すなわち、図中符号１は一
方の繊維製線状体であるロービング、符号２は他
方の繊維製線状体である組み紐である。これらロ
ービング１および組み紐２は、不規則に混ぜ合わ
された状態で同一方向に引き揃えられ、しかも、
若干の引張応力が加えられた状態で合成樹脂製の
マトリツクス３により一束に結束されている。前記ロービング１は、例えばガラス繊維、炭素
繊維、ホウ素繊維、アルミナセラミツク繊維、酸
化硅素セラミツク繊維、スチール繊維、ビニロン
繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アラミ
ド繊維等のモノフイラメントを400〜25000本引き
揃えたものである。前記種々のモノフイラメント
は各々単独で、あるいは二種以上を適宜組み合わ
せて使用される。また、前記モノフイラメント
は、マトリツクス３の種類に応じてシラン処理、
ボラン処理等の表面処理を施されていることが好
ましい。前記組み紐２は、第２図に示すように前記ロー
ビング１と同種もしくは異種のロービング４を複
数本互いに交錯させて組み上げたものである。本
実施例の組み紐２には図示するように二本組平打
組物が用いられているが、他に一本組、三本組、
四本組の平打組物、あるいは一本組〜四本組みの
丸打組物等を用いることもできる。さらに、前記マトリツクス３としては熱硬化性
樹脂であるビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジ
アリルフタレート樹脂、フエノール樹脂、あるい
は熱可塑性樹脂であるポリアセタール樹脂、飽和
ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチロ
ール樹脂、ポリカーボネイト樹脂、塩化ビニル樹
脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ア
クリル樹脂等が棒材の用途に応じて適宜用いられ
る。上記棒材中の繊維製線状体１，２の割合は20〜
80体積％の範囲が好ましい。20体積％未満では充
分な補強効果が得られず、また、80体積％を越え
ると製造が困難となる。さらに、繊維製線状体
１，２中の組み紐２の割合は、組み紐２の割合が
少なくなるとロービング１の破断により終局とな
り組み紐２の大きな伸縮性が生かせなくなるの
で、20〜95体積％の範囲、好ましくは50〜90体積
％の範囲とされる。このような構成の棒材を得るには、例えば所定
本数のロービング１と組み紐２とを各々同一方向
に送り出し、これら繊維製線状体１，２を未硬化
液状の合成樹脂が満たされた樹脂含浸槽に連続的
に送り込んで樹脂含浸する。次いで、樹脂含浸さ
れた各々複数のロービング１と組み紐２とを一本
に束ねて円筒状の引き抜き金型に通し、合成樹脂
を硬化させることにより、連続的に長尺の棒材を
製造することができる。この際、前述したように
繊維製線状体１，２に所定の張力がかかつた状態
で合成樹脂を硬化させる必要があるので、ロービ
ング１および組み紐２は所定のバツクテンシヨン
をかけた状態で金型に通す。上記のような構成の棒材においては、ロービン
グ１がほぼ完全弾性的な性質を示す一方、組み紐
２がロービング１の破断後にもさらに伸び続ける
優れた伸縮性を示す。従つて、棒材全体としての
応力−歪挙動は、両者の性質が合成されて見掛け
上、弾性域での弾性率が高くかつ破断伸びの大き
な挙動、すなわち鋼棒に似た応力−歪挙動とな
る。一方、第３図は本発明の第二実施例を示してい
る。この実施例の組み紐５は丸打組物である。つ
まり、組み紐５はスリーブ状をなしており、その
中に芯糸としてロービング１が複数本（本実施例
では二本）ずつ配されている。また、第４図は本発明の第三実施例を示してい
る。この実施例の棒材は、複数本のロービング１
を棒材の中心部に集中的に束ね、その外側にロー
ビング１を囲むように組み紐２を引き揃え、、し
かも、これら繊維製線状体１，２を第５図の如く
一本に撚り合わせた（集合撚りした）状態でマト
リツクス３により結束したものである。このよう
な構成の棒材では、一束にした繊維製線状体１，
２に集合撚りがかけられているため、棒材の中心
から離れて位置する繊維製線状体ほど撚りの影響
を受けて大きな伸縮性を示すようになる。従つ
て、引張試験を行うと、複数本のロービング１は
中心寄りに位置するものから順次破断する傾向を
示すから、一度にまとめて破断する場合に比べて
組み紐２に与える衝撃荷重が小さく、より鋼棒に
近い挙動を示すようになる。また、第６は本発明の第四実施例を示してい
る。この棒材は、樹脂含浸されたロービング１と
組み紐２とが束ねられた後、角筒状の金型に通さ
れて横断面が角形（本実施例では四角形）に成形
され、さらに、樹脂が硬化する前に全体に撚りが
かけられて第７図の如く捩り棒状になされたもの
である。このような棒材は、前記第二実施例の棒
材と同様の作用効果に加えて、外表面に凹凸を有
することから、コンクリート構造物用の配筋とし
た場合にコンクリートに対する付着性が良好であ
る。さらにまた、第８図は本発明の第五実施例を示
している。この実施例の棒材は、第三実施例の棒
材とは逆に複数本の組み紐２を中心部に束ね、そ
の外側にロービング１を引き揃えてマトリツクス
３により結束したものである。ただし、この棒材
の外表面には断熱層６が被覆されている。この断
熱層６は、例えばアルミナセラミツク、酸化硅素
セラミツク、酸化ホウ素セラミツク、または酸化
チタンセラミツクからなるもので、例えば万一の
火災等の際に、中のマトリツクス３や繊維製線状
体１，２を熱から保護する効果がある。なお、上記実施例では組み紐２をロービング４
で構成するとともに、組み紐以外の繊維製線状体
としてロービング１を使用したが、これらロービ
ング１，４に代えて例えば撚り紐や撚り糸を使用
することもできる。また、１本の組み紐を一種類
のロービングからではなく、複数種類のロービン
グあるいは撚り糸等から構成してもよい。ちなみに、第９図は、ビニルエステル樹脂を含
浸させて１本にした２本のロービング（以下ロー
ビング束と称す）および同じくビニルエステル樹
脂を含浸させた１本の組み紐の各々に対して引張
試験を行つて得られた荷重−伸長線図の一例を示
している。引張試験は、株式会社東洋ボールドウ
イン製万能試験機を用い、クロスヘツドスピード
５mm／minで、ロービング束および組み紐の各々
に対し５回ずつ行つた。試料として使用したロー
ビング束および組み紐についての詳細を表１に示
す

【表】

【表】上記引張試験に用いたロービング２本と組み紐
１本とを引きそろえてビニルエステル樹脂のマト
リツクスで結束したFRP棒材は、両者の荷重−
伸長線を合成することにより、第９図破線で示す
ような荷重−伸張挙動を示すことが予想される。
ところが、同様のロービングを20本、組み紐を10
本結束したFRP棒材では、引張試験時に全ての
ロービングが一度に破断しにくく、特に、前記ロ
ービング20本と前記組み紐10本を一本に撚り合わ
せた場合、ロービングが１本または複数本ずつ
徐々に破断するから、第１０図に実線で示すよう
な荷重−伸張挙動を示すと考えられる。これは同
図に鎖線で示す鋼棒の荷重−伸張挙動に近い挙動
である。表２に第１０図の挙動を得た鋼棒につい
ての詳細を示す。

【表】「発明の効果」以上説明したように本願第１の発明の棒材は、
同一方向に引き揃えた複数本の繊維製線状体を合
成樹脂製のマトリツクスで一体に結束し、複数本
の繊維製線状体のうちの一部を組み紐としたの
で、組み紐の大きな伸縮性と組み紐以外の繊維製
線状体の高弾性とが組み合わされて、弾性域での
弾性率が高くかつ破断伸びの大きな応力−歪挙
動、すなわち鋼棒に似た応力−歪挙動を示す。また、本願第２の発明の棒材は、一本に撚り合
わされた複数本の繊維製線状体を合成樹脂製のマ
トリツクスで一体に結束し、複数本の繊維製線状
体のうちの一部を組み紐としたので、前記第１の
発明と同様の作用効果を有するとともに、棒材の
中心から離れて位置する繊維製線状体ほど撚りの
影響を受けて大きな伸縮性を示すから、組み紐以
外の線状体が中心寄りに位置するものから順次破
断する。つまり、これらの破断時に組み紐が受け
る衝撃荷重が小さいから、棒材全体としての応力
−歪挙動は、より鋼棒に似た応力−歪挙動とな
る。従つて、本願第１、第２の発明により、軽量
性、耐食性、非磁性というFRPとしての優れた
特性を持つ新しい棒材が得られることになる。こ
の棒材は、鋼材の代用品としてコンクリート構造
物の配筋等に適用できるだけでなく、FRP板を
含むプラスチツク板あるいは石綿板等の建築用板
材の補強材として使用することもできる。また
FRP製船舶（特にヨツト）や車両等の骨組み用
材料として採用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す横断面図、
第２図は第１図に示す組み紐の概略側面図、第３
図は本発明の第二実施例を示す横断面図、第４図
は本発明の第三実施例を示す横断面図、第５図は
第４図に示す棒材の一部を切り欠いた側面図、第
６図は本発明の第四実施例を示す横断面図、第７
図は第６図に示す棒材の一部を切り欠いた側面
図、第８図は本発明の第五実施例を示す横断面
図、第９図は樹脂を含浸させたロービング束およ
び同じに樹脂を含浸させた組み紐の荷重−伸張線
図、第１０図は第９図のロービング束を構成する
ロービングおよび組み紐を多数本ずつ用いた
FRP棒材の予想される荷重−伸張線図および鋼
棒の荷重−伸張線図である。１……ロービング、２，５……組み紐、３……
マトリツクス、４……ロービング、６……断熱
層。

Claims

【特許請求の範囲】１複数本の繊維製線状体が同一方向に引き揃え
られた状態で、しかも、合成樹脂製マトリツクス
により一束に結束されており、さらに、前記複数
本の繊維製線状体のうちの一部の繊維製線状体は
組み紐であることを特徴とする棒材。２前記組み紐は、複数本のロービングを互いに
組んだものであり、一方、組み紐以外の繊維製線
状体は、前記ロービングと同種または異種のロー
ビングであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の棒材。３前記組み紐は丸打組物であり、組み紐以外の
繊維製線状体は、丸打組物の中に芯糸として配さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の棒材。４複数本の繊維製線状体が一本に撚り合わされ
た状態で、しかも、合成樹脂製マトリツクスによ
り互いに接着されており、さらに、前記複数本の
繊維製線状体のうちの一部の繊維製線状体は組み
紐であることを特徴とする棒材。