JPH06158873A - 炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方法 - Google Patents
炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【構成】連続した炭素繊維よりなる繊維束に未硬化の熱
硬化製樹脂が含浸された可撓性複合体を土木、建設用の
部材の被補強部または被補修部に配置し、該複合体に通
電し、炭素繊維を発熱させ熱硬化性樹脂を硬化させるこ
とにより、該部材を炭素繊維強化複合材料で補強または
補修する方法。 【効果】持ち運び、取扱い性に優れる中間素材を用い
て、簡便かつ安全に炭素繊維強化複合材料による補強ま
たは補修が可能となる。
硬化製樹脂が含浸された可撓性複合体を土木、建設用の
部材の被補強部または被補修部に配置し、該複合体に通
電し、炭素繊維を発熱させ熱硬化性樹脂を硬化させるこ
とにより、該部材を炭素繊維強化複合材料で補強または
補修する方法。 【効果】持ち運び、取扱い性に優れる中間素材を用い
て、簡便かつ安全に炭素繊維強化複合材料による補強ま
たは補修が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭素繊維強化複合材料に
よる部材の補強または補修方法に関する。特に土木や建
設の分野で用いられる部材の補強または補修方法に関す
る。
よる部材の補強または補修方法に関する。特に土木や建
設の分野で用いられる部材の補強または補修方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】いわゆる繊維強化複合材料（以下、ＦＲ
Ｐということがある）は金属材料と比較して比強度、比
剛性が高いこと、あるいは耐蝕性に優れることから、ス
ポ−ツ、レジャ−分野や航空機分野をはじめとして、種
々の工業分野において使用されるようになってきてい
る。特に炭素繊維を強化繊維として用いたＦＲＰ（以
下、ＣＦＲＰということがある）は、その他のＦＲＰに
比べて強度および弾性率が高く、しかも軽量であり、さ
らには耐蝕性にも優れることから、種々の分野において
積極的に使用されつつある。例えば、ＣＦＲＰ製の棒状
体は、土木・建設用部材、土木や建設工事等に用いられ
るコンクリ−ト強化用鉄筋の代替物など、各種用途に注
目されてきている。しかしながら、このような優れた性
能にもかかわらず、ＣＦＲＰを成形するには、熱プレス
やオ−トクレ−ブあるいは硬化炉等の設備を必要とする
ために、ＣＦＲＰを用いてこれらの部材を工事現場にて
補強あるいは補修する方法は従来行われていなかった。
Ｐということがある）は金属材料と比較して比強度、比
剛性が高いこと、あるいは耐蝕性に優れることから、ス
ポ−ツ、レジャ−分野や航空機分野をはじめとして、種
々の工業分野において使用されるようになってきてい
る。特に炭素繊維を強化繊維として用いたＦＲＰ（以
下、ＣＦＲＰということがある）は、その他のＦＲＰに
比べて強度および弾性率が高く、しかも軽量であり、さ
らには耐蝕性にも優れることから、種々の分野において
積極的に使用されつつある。例えば、ＣＦＲＰ製の棒状
体は、土木・建設用部材、土木や建設工事等に用いられ
るコンクリ−ト強化用鉄筋の代替物など、各種用途に注
目されてきている。しかしながら、このような優れた性
能にもかかわらず、ＣＦＲＰを成形するには、熱プレス
やオ−トクレ−ブあるいは硬化炉等の設備を必要とする
ために、ＣＦＲＰを用いてこれらの部材を工事現場にて
補強あるいは補修する方法は従来行われていなかった。
【０００３】一方、炭素繊維に通電するとジュ−ル熱が
発生することは従来より知られている。例えば、特開昭
５８−１５５９２６号公報には、炭素繊維に通電させ発
生するジュ−ル熱を利用して複合材料成形物を製造する
方法が開示されている。
発生することは従来より知られている。例えば、特開昭
５８−１５５９２６号公報には、炭素繊維に通電させ発
生するジュ−ル熱を利用して複合材料成形物を製造する
方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の如き
優れた性能を持つＣＦＲＰを用いて、工事現場等で容易
に部材の大小や形状を問わずに補強または補修する方法
を提供することにある。
優れた性能を持つＣＦＲＰを用いて、工事現場等で容易
に部材の大小や形状を問わずに補強または補修する方法
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は次に記
す発明に関する。 １．連続した炭素繊維よりなる繊維束に未硬化の熱硬化
性樹脂が含浸された可撓性複合体を被補強部または被補
修部に配置し、該複合体に通電し炭素繊維を発熱させる
ことにより熱硬化性樹脂を硬化せしめることを特徴とす
る炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方
法。 ２．前記部材が土木用または建設用の部材である前記項
１記載の炭素繊維強化複合材料による部材の補強または
補修方法。 ３．前記可撓性複合体の一部または全部が、撚りをかけ
たり、あるいは編組みされることによって複数ストラン
ドが一体化された複合体である前記項１または２記載の
炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方
法。 ４．前記可撓性複合体の一部または全部が、電気絶縁性
材料によって被覆されたされた複合体である前記項１、
２または３記載の炭素繊維強化複合材料による部材の補
強または補修方法。
す発明に関する。 １．連続した炭素繊維よりなる繊維束に未硬化の熱硬化
性樹脂が含浸された可撓性複合体を被補強部または被補
修部に配置し、該複合体に通電し炭素繊維を発熱させる
ことにより熱硬化性樹脂を硬化せしめることを特徴とす
る炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方
法。 ２．前記部材が土木用または建設用の部材である前記項
１記載の炭素繊維強化複合材料による部材の補強または
補修方法。 ３．前記可撓性複合体の一部または全部が、撚りをかけ
たり、あるいは編組みされることによって複数ストラン
ドが一体化された複合体である前記項１または２記載の
炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方
法。 ４．前記可撓性複合体の一部または全部が、電気絶縁性
材料によって被覆されたされた複合体である前記項１、
２または３記載の炭素繊維強化複合材料による部材の補
強または補修方法。
【０００６】本発明者らは、炭素繊維よりなる繊維束に
未硬化の熱硬化性樹脂が含浸された可撓性複合体を部材
の被補強部または被補修部に配置し、該複合体に通電し
炭素繊維を発熱させて該熱硬化性樹脂を硬化せしめるこ
とにより、ＣＦＲＰを用いて部材の補強または補修を容
易に行うことができ、上記課題が解決することを見出し
たものである。かかる本発明の方法は、特に土木や建設
用の各種部材の工事現場での補強または補修に適してい
る。
未硬化の熱硬化性樹脂が含浸された可撓性複合体を部材
の被補強部または被補修部に配置し、該複合体に通電し
炭素繊維を発熱させて該熱硬化性樹脂を硬化せしめるこ
とにより、ＣＦＲＰを用いて部材の補強または補修を容
易に行うことができ、上記課題が解決することを見出し
たものである。かかる本発明の方法は、特に土木や建設
用の各種部材の工事現場での補強または補修に適してい
る。
【０００７】本発明において炭素繊維よりなる繊維束と
は、炭素繊維フィラメント複数本を束にしたものをいう
（以下、炭素繊維束ということがある）。該可撓性の複
合体の取扱い性や作業性、あるいは補強または補修に用
いられ硬化された後のＣＦＲＰ製部材の性能から、該熱
硬化性樹脂が含浸された炭素繊維束の一部または全部
が、撚りをかけたり、あるいは編組みされることによっ
て複数ストランドが一体化された複合体であることがさ
らに好ましいものである。
は、炭素繊維フィラメント複数本を束にしたものをいう
（以下、炭素繊維束ということがある）。該可撓性の複
合体の取扱い性や作業性、あるいは補強または補修に用
いられ硬化された後のＣＦＲＰ製部材の性能から、該熱
硬化性樹脂が含浸された炭素繊維束の一部または全部
が、撚りをかけたり、あるいは編組みされることによっ
て複数ストランドが一体化された複合体であることがさ
らに好ましいものである。
【０００８】また、作業時の安全性や、屋外での作業を
考慮した場合は、該熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維
束が、電気絶縁性材料によって一部または全部が被覆さ
れた複合体であることが好ましいものである。
考慮した場合は、該熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維
束が、電気絶縁性材料によって一部または全部が被覆さ
れた複合体であることが好ましいものである。
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
用いられる炭素繊維は、その性能、性状は必ずしも限定
されないが、通電条件と発熱との関係から、体積電気抵
抗が１０-4乃至１０-1Ω・ｃｍの範囲にあるものが好ま
しい。このような特性を有する炭素繊維としては、ポリ
アクリロニトリル系プリカ−サ−やピッチ系プリカ−サ
−を焼成して作られるグラファイト構造が形成された炭
素繊維が好ましいものである。
用いられる炭素繊維は、その性能、性状は必ずしも限定
されないが、通電条件と発熱との関係から、体積電気抵
抗が１０-4乃至１０-1Ω・ｃｍの範囲にあるものが好ま
しい。このような特性を有する炭素繊維としては、ポリ
アクリロニトリル系プリカ−サ−やピッチ系プリカ−サ
−を焼成して作られるグラファイト構造が形成された炭
素繊維が好ましいものである。
【００１０】本発明において、マトリックス樹脂中の炭
素繊維の含有量は、例えば、未硬化の熱可塑性樹脂が含
浸された複合体の取扱い性や、通電加熱により硬化した
ＣＦＲＰ部材の性能から、体積含有率として３０乃至８
０％であることが好ましい。
素繊維の含有量は、例えば、未硬化の熱可塑性樹脂が含
浸された複合体の取扱い性や、通電加熱により硬化した
ＣＦＲＰ部材の性能から、体積含有率として３０乃至８
０％であることが好ましい。
【００１１】また、上述した炭素繊維に加えて、他の強
化用繊維を併用することも可能である。他の強化用繊維
としてはガラス繊維、炭化珪素繊維、アルミナ質繊維、
チタニア繊維、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエス
テル繊維などの無機質や有機質の繊維を例示できる。さ
らに、上記強化繊維の他に、タルク、マイカ、シリカ等
の無機質粒状物や、鉄粉やアルミニウム粉などの金属粉
を添加してもよい。さらに必要に応じては、鋼線や銅線
などを併用することもできる。また、発熱体としてニク
ロム線などを併用することも可能である。以上、炭素繊
維と併用できる繊維について例示したが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。また、使用目的によって
は２種類以上の繊維、形状の異なった繊維を併用する場
合もある。
化用繊維を併用することも可能である。他の強化用繊維
としてはガラス繊維、炭化珪素繊維、アルミナ質繊維、
チタニア繊維、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエス
テル繊維などの無機質や有機質の繊維を例示できる。さ
らに、上記強化繊維の他に、タルク、マイカ、シリカ等
の無機質粒状物や、鉄粉やアルミニウム粉などの金属粉
を添加してもよい。さらに必要に応じては、鋼線や銅線
などを併用することもできる。また、発熱体としてニク
ロム線などを併用することも可能である。以上、炭素繊
維と併用できる繊維について例示したが、本発明はこれ
らに限定されるものではない。また、使用目的によって
は２種類以上の繊維、形状の異なった繊維を併用する場
合もある。
【００１２】本発明に使用する熱硬化性樹脂は特に限定
されないがフェノ−ル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイ
ミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジ
アリルフタレ−ト樹脂やエポキシ樹脂などが例示され、
これらのうちの一種類、必要に応じて二種類以上を用い
ることができる。これらの樹脂のなかでも、製造工程で
の取扱い性や樹脂の硬化後の製品の性能面から、エポキ
シ樹脂が好適である。
されないがフェノ−ル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイ
ミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジ
アリルフタレ−ト樹脂やエポキシ樹脂などが例示され、
これらのうちの一種類、必要に応じて二種類以上を用い
ることができる。これらの樹脂のなかでも、製造工程で
の取扱い性や樹脂の硬化後の製品の性能面から、エポキ
シ樹脂が好適である。
【００１３】エポキシ樹脂としては特に限定はないが、
ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＡＤ
型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＦ型エポキシ樹脂、フ
ェノ−ルノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ−ルノボラ
ック型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェ
ニルメタンやトリグリシジル−Ｐ−アミノフェノ−ルな
どのグリシジルアミン型のエポキシ樹脂が例示され、こ
れらのうちの一種または２種以上を使用できる。
ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＡＤ
型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＦ型エポキシ樹脂、フ
ェノ−ルノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ−ルノボラ
ック型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェ
ニルメタンやトリグリシジル−Ｐ−アミノフェノ−ルな
どのグリシジルアミン型のエポキシ樹脂が例示され、こ
れらのうちの一種または２種以上を使用できる。
【００１４】本発明に使用する熱硬化性樹脂は一般的に
硬化剤や硬化触媒を配合して用いられる。例えば、該熱
硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合、硬化剤として従来公
知のエポキシ樹脂硬化剤を使用することができる。例え
ば、エチレンジアミンなどの脂肪族アミン、ジエチレン
トリアミンなどの脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジ
アミンやジアミノジフェニルスルフォンなどの芳香族ア
ミン、ピペリジンやジアザビシクロウンデセンのような
第一、第三アミン、メチルテトラヒドロ無水フタル酸な
どの酸無水物硬化剤、２−メチルイミダゾ−ルや２−エ
チル−４メチルイミダゾ−ルなどのイミダゾ−ル化合物
およびその誘導体、ルイス酸やブレンステッド酸塩、さ
らには、ジシアンジアミドやアミンイミドなどの潜在性
硬化剤など各種のものを例示することができ、これらの
ものを１種類または２種類以上を併用することができ
る。
硬化剤や硬化触媒を配合して用いられる。例えば、該熱
硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合、硬化剤として従来公
知のエポキシ樹脂硬化剤を使用することができる。例え
ば、エチレンジアミンなどの脂肪族アミン、ジエチレン
トリアミンなどの脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジ
アミンやジアミノジフェニルスルフォンなどの芳香族ア
ミン、ピペリジンやジアザビシクロウンデセンのような
第一、第三アミン、メチルテトラヒドロ無水フタル酸な
どの酸無水物硬化剤、２−メチルイミダゾ−ルや２−エ
チル−４メチルイミダゾ−ルなどのイミダゾ−ル化合物
およびその誘導体、ルイス酸やブレンステッド酸塩、さ
らには、ジシアンジアミドやアミンイミドなどの潜在性
硬化剤など各種のものを例示することができ、これらの
ものを１種類または２種類以上を併用することができ
る。
【００１５】本発明の炭素繊維束に熱硬化性樹脂が含浸
された可撓性のある複合体が、長期の保存寿命が望まれ
る場合には、特に潜在硬化性のエポキシ樹脂硬化剤を使
用することで目的を達することができる。この場合エポ
キシ硬化剤としてジシアンジアミド、有機酸ヒドラジ
ド、アミンイミド、第三アミン塩、イミダゾ−ル塩やル
イス酸、ブレンステッド酸などを用いることができる。
その他にマトリクッス樹脂の性能を改良するためにに必
要に応じて、カルボキシル基末端アクリロニトリル−ブ
タジエンブロックコポリマ−などの変性剤を添加するこ
とも可能である。
された可撓性のある複合体が、長期の保存寿命が望まれ
る場合には、特に潜在硬化性のエポキシ樹脂硬化剤を使
用することで目的を達することができる。この場合エポ
キシ硬化剤としてジシアンジアミド、有機酸ヒドラジ
ド、アミンイミド、第三アミン塩、イミダゾ−ル塩やル
イス酸、ブレンステッド酸などを用いることができる。
その他にマトリクッス樹脂の性能を改良するためにに必
要に応じて、カルボキシル基末端アクリロニトリル−ブ
タジエンブロックコポリマ−などの変性剤を添加するこ
とも可能である。
【００１６】次に炭素繊維束に未硬化の熱硬化性樹脂が
含浸された可撓性複合体の形態及び製造法について説明
する。炭素繊維束の一部または全部が、撚りをかけた
り、あるいは編組みされることによって複数ストランド
が一体化された複合体とは、連続した炭素繊維が複数本
合わされ撚りがかけていないか、あるいは撚りがかけて
あるもの（ストランド）を複数本撚り合わせたり、組む
ことによって一体化して作った長い繊維索であって、例
えば一般に綱、縄、紐などと呼称される複数ストランド
が一体化された材料のことであり、その太さや形状につ
いて特に限定されない。
含浸された可撓性複合体の形態及び製造法について説明
する。炭素繊維束の一部または全部が、撚りをかけた
り、あるいは編組みされることによって複数ストランド
が一体化された複合体とは、連続した炭素繊維が複数本
合わされ撚りがかけていないか、あるいは撚りがかけて
あるもの（ストランド）を複数本撚り合わせたり、組む
ことによって一体化して作った長い繊維索であって、例
えば一般に綱、縄、紐などと呼称される複数ストランド
が一体化された材料のことであり、その太さや形状につ
いて特に限定されない。
【００１７】また、炭素繊維束の一部または全部が、電
気絶縁性材料によって被覆された複合体とは、上記熱硬
化性樹脂が含浸されたストランドの表面を電気絶縁性材
料により被覆されているものをいう。また、該熱硬化性
樹脂が含浸された該ストランドが複数本を撚りを合わさ
れたり編組みされることによって一体化されて作られた
長い繊維索であって、一般に綱、縄、紐などと呼称され
る複数ストランドが一体化された材料の表面が電気絶縁
性材料で被覆されたものをいう。また、これらの材料を
複数用いて構成される複合材料をいう。
気絶縁性材料によって被覆された複合体とは、上記熱硬
化性樹脂が含浸されたストランドの表面を電気絶縁性材
料により被覆されているものをいう。また、該熱硬化性
樹脂が含浸された該ストランドが複数本を撚りを合わさ
れたり編組みされることによって一体化されて作られた
長い繊維索であって、一般に綱、縄、紐などと呼称され
る複数ストランドが一体化された材料の表面が電気絶縁
性材料で被覆されたものをいう。また、これらの材料を
複数用いて構成される複合材料をいう。
【００１８】さらには、該複数ストランドが電気絶縁性
材料で被覆された材料を撚合わせたり、網組されたもの
でもよい。また、複数ストランドが一体化された材料に
ついてさらに説明すると、いわゆるロ−プ状、あるいは
ワイヤ−ロ−プ状のものなどである。ここでいうロ−プ
状とは、例えばロ−プの撚方向と反対方向の撚を有する
ストランド３本からなり、その撚が変わらないような方
法で撚合わされたような三つ打ちロ−プや４本のストラ
ンドからなり、それらの中心に芯ロ−プを入れ形崩れし
ないように撚合わされた四つ打ちロ−プや、その他バラ
打ちロ−プ、六つ打ちロ−プ、八つ打ちロ−プ、トエル
ロ−プやタフレロ−プなど、あるいは八打ち組紐、１２
打ち組紐などの組紐、また、太さの異なるストランドを
２本ないし３本撚合わされたものをさらに３本ないし４
本撚合わされた岩糸や延縄などの構造のものでもよい。
材料で被覆された材料を撚合わせたり、網組されたもの
でもよい。また、複数ストランドが一体化された材料に
ついてさらに説明すると、いわゆるロ−プ状、あるいは
ワイヤ−ロ−プ状のものなどである。ここでいうロ−プ
状とは、例えばロ−プの撚方向と反対方向の撚を有する
ストランド３本からなり、その撚が変わらないような方
法で撚合わされたような三つ打ちロ−プや４本のストラ
ンドからなり、それらの中心に芯ロ−プを入れ形崩れし
ないように撚合わされた四つ打ちロ−プや、その他バラ
打ちロ−プ、六つ打ちロ−プ、八つ打ちロ−プ、トエル
ロ−プやタフレロ−プなど、あるいは八打ち組紐、１２
打ち組紐などの組紐、また、太さの異なるストランドを
２本ないし３本撚合わされたものをさらに３本ないし４
本撚合わされた岩糸や延縄などの構造のものでもよい。
【００１９】またここでいうワイヤーロ−プ状とは、建
設、船舶、漁業やエレベ−タ−などに使われているよう
ないわゆるワイヤーロ−プの形態のものでもよい。例え
ば、心線のまわりに何層かの繊維束を撚合わせたストラ
ンドをさらに心綱のまわりに複数本撚合わせたストラン
ドロ−プや、ストランドを所要の断面積になるように平
行に束ねて撚をかけたスパイラルロ−プなどがある。ま
た、撚り方について特に限定はなく、普通Ｚ撚、普通Ｓ
撚、ラングＺ撚またはラングＳ撚など何れでもよい。
設、船舶、漁業やエレベ−タ−などに使われているよう
ないわゆるワイヤーロ−プの形態のものでもよい。例え
ば、心線のまわりに何層かの繊維束を撚合わせたストラ
ンドをさらに心綱のまわりに複数本撚合わせたストラン
ドロ−プや、ストランドを所要の断面積になるように平
行に束ねて撚をかけたスパイラルロ−プなどがある。ま
た、撚り方について特に限定はなく、普通Ｚ撚、普通Ｓ
撚、ラングＺ撚またはラングＳ撚など何れでもよい。
【００２０】さらにその形態については、上記電気絶縁
性材料によって被覆された熱硬化性樹脂が含浸された炭
素繊維束を複数組み合わせて一体化したものでもよく、
ロ−プ状に一体化されたり、網状の形態にしたものが使
用できる。
性材料によって被覆された熱硬化性樹脂が含浸された炭
素繊維束を複数組み合わせて一体化したものでもよく、
ロ−プ状に一体化されたり、網状の形態にしたものが使
用できる。
【００２１】電気絶縁性材料によって被覆された炭素繊
維強化複合材料について説明する。ここでいう電気絶縁
性材料とは、従来公知の非導電性の素材よりなるものを
指し、合成樹脂や天然樹脂、セラミックスなどを例示で
きるが、取扱い性や性能から、必要に応じてそれらを組
み合わせて用いることができる。また、これらの素材
は、使用目的、あるいは被覆工程を容易にするため、パ
イプ状（一般にホ−スと呼ばれることがある）、フィル
ム状、繊維状あるいは織物状にして用いることができ
る。
維強化複合材料について説明する。ここでいう電気絶縁
性材料とは、従来公知の非導電性の素材よりなるものを
指し、合成樹脂や天然樹脂、セラミックスなどを例示で
きるが、取扱い性や性能から、必要に応じてそれらを組
み合わせて用いることができる。また、これらの素材
は、使用目的、あるいは被覆工程を容易にするため、パ
イプ状（一般にホ−スと呼ばれることがある）、フィル
ム状、繊維状あるいは織物状にして用いることができ
る。
【００２２】被覆のために用いられる樹脂としては、上
記で例示した熱硬化性樹脂の他に、紫外線硬化型樹脂、
湿気硬化型樹脂などの架橋性樹脂や、ポリプロピレン、
ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロン６、ナイロン６
６、ナイロン１２、ナイロン４２、ＡＢＳ樹脂、塩化ビ
ニル樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテ
レフタレ−ト、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリサル
フォン、ポリエ−テルサルフォン、ポリエ−テルイミ
ド、ポリアリレ−トなどの熱可塑性樹脂も例示できる。
記で例示した熱硬化性樹脂の他に、紫外線硬化型樹脂、
湿気硬化型樹脂などの架橋性樹脂や、ポリプロピレン、
ポリエチレン、ポリスチレン、ナイロン６、ナイロン６
６、ナイロン１２、ナイロン４２、ＡＢＳ樹脂、塩化ビ
ニル樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテ
レフタレ−ト、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリサル
フォン、ポリエ−テルサルフォン、ポリエ−テルイミ
ド、ポリアリレ−トなどの熱可塑性樹脂も例示できる。
【００２３】また、被覆用の材料を繊維とする場合は、
ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などの合成繊維や、
ガラス繊維やアルミナ繊維繊維などの非導電性のセラミ
ック繊維、麻、木綿、絹などの天然繊維を用いることが
できる。このように例示した被覆用の繊維は単独あるい
は組み合わせて使用できる。繊維を織物状にした材料も
製造作業上有用な材料である。
ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などの合成繊維や、
ガラス繊維やアルミナ繊維繊維などの非導電性のセラミ
ック繊維、麻、木綿、絹などの天然繊維を用いることが
できる。このように例示した被覆用の繊維は単独あるい
は組み合わせて使用できる。繊維を織物状にした材料も
製造作業上有用な材料である。
【００２４】なお、上記繊維状物や織物状物に熱硬化性
樹脂を含浸された電気絶縁性材料を被覆用材料として用
いることは当該炭素繊維強化複合材料の取扱い性や安全
の上からも好ましいものである。
樹脂を含浸された電気絶縁性材料を被覆用材料として用
いることは当該炭素繊維強化複合材料の取扱い性や安全
の上からも好ましいものである。
【００２５】被覆の方法については従来公知の種々の方
法を用いることができる。例えば、溶融熱可塑樹脂中に
炭素繊維と熱硬化性樹脂からなる複合体をくぐらせ、該
複合体を熱可塑性樹脂での表面を被覆するいわゆる電線
被覆の手法や、また、可撓性のある電気絶縁性のパイプ
（一般にホ−スと呼ばれることがある）の中に該熱硬化
性樹脂が含浸された炭素繊維複合体を通して電気絶縁性
ホ−スで被覆する方法も有用な手法である。また、非導
電性繊維を炭素繊維と熱硬化性樹脂からなる複合体に巻
きつけたり、いわゆる袋編みにして被覆することができ
る。また、織物状物については、リボン状に裁断し、巻
きつけることも可能である。
法を用いることができる。例えば、溶融熱可塑樹脂中に
炭素繊維と熱硬化性樹脂からなる複合体をくぐらせ、該
複合体を熱可塑性樹脂での表面を被覆するいわゆる電線
被覆の手法や、また、可撓性のある電気絶縁性のパイプ
（一般にホ−スと呼ばれることがある）の中に該熱硬化
性樹脂が含浸された炭素繊維複合体を通して電気絶縁性
ホ−スで被覆する方法も有用な手法である。また、非導
電性繊維を炭素繊維と熱硬化性樹脂からなる複合体に巻
きつけたり、いわゆる袋編みにして被覆することができ
る。また、織物状物については、リボン状に裁断し、巻
きつけることも可能である。
【００２６】本発明における部材の補強または補修方法
とは、未硬化の熱硬化性樹脂が含浸された可撓性のある
炭素繊維強化複合体を、例えば、土木や建設用の部材の
被補強部位あるいは被補修部位に所望形態に配置して、
しかる後に、その両端または両端および中間部に一個乃
至複数個の電極を取り付け、該炭素繊維束に一様に通電
させ、電力量を調整することで該複合体の温度を制御し
ながら熱硬化樹脂を硬化することにより、外部材の補強
または補修を行うものである。このとき、電源について
は、直流、交流どちらとも用いることができるが、通常
の工業用あるいは家庭用電源を対象として作業性や通電
装置を考慮した場合は、交流電源を用いることが好適で
ある。また、通電硬化させるときに、該複合体に張力を
かけることにより、樹脂の含浸を良好にし、しかも複合
体を構成する繊維に緊張が与えられて、性能上好ましい
炭素繊維による補強または補修結果を与える。
とは、未硬化の熱硬化性樹脂が含浸された可撓性のある
炭素繊維強化複合体を、例えば、土木や建設用の部材の
被補強部位あるいは被補修部位に所望形態に配置して、
しかる後に、その両端または両端および中間部に一個乃
至複数個の電極を取り付け、該炭素繊維束に一様に通電
させ、電力量を調整することで該複合体の温度を制御し
ながら熱硬化樹脂を硬化することにより、外部材の補強
または補修を行うものである。このとき、電源について
は、直流、交流どちらとも用いることができるが、通常
の工業用あるいは家庭用電源を対象として作業性や通電
装置を考慮した場合は、交流電源を用いることが好適で
ある。また、通電硬化させるときに、該複合体に張力を
かけることにより、樹脂の含浸を良好にし、しかも複合
体を構成する繊維に緊張が与えられて、性能上好ましい
炭素繊維による補強または補修結果を与える。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、持ち運び、取扱い性に優れる
中間素材を用いた簡便かつ安全に炭素繊維強化複合材料
による土木・建設用等の各種部材を補強または補修する
技術を提供する。本発明の方法は、工事現場での大型部
材の炭素繊維強化複合材料による強固な補強または補修
を可能にする。
中間素材を用いた簡便かつ安全に炭素繊維強化複合材料
による土木・建設用等の各種部材を補強または補修する
技術を提供する。本発明の方法は、工事現場での大型部
材の炭素繊維強化複合材料による強固な補強または補修
を可能にする。
【００２８】
【実施例】本発明の特徴とするところは、以下の実施例
を説明することによってさらに明らかになるが、本発明
はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
を説明することによってさらに明らかになるが、本発明
はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２９】参考例１ 炭素繊維束として住化ハ−キュレス社製、商品名マグナ
マイトＡＳ４−１２ｋｆ（弾性率２４ｔｏｎ／ｍｍ2 、
強度３９０ｋｇ／ｍｍ2 、フィラメント数１２，０００
本）を用いた。含浸する熱硬化性樹脂としては、住友化
学工業（株）製、商品名スミエポキシＥＬＡ１２８（ビ
スフェノ−ルＡのジグリシジルエ−テル）１００重量部
に対して、東京化成工業（株）製のジシアンジアミドを
５重量部、東京化成工業（株）製のジクロロフェニルジ
メチル尿素を４重量部の割合で混合し、３本ロ−ル混練
して得た熱硬化性エポキシ樹脂組成物を用いた。
マイトＡＳ４−１２ｋｆ（弾性率２４ｔｏｎ／ｍｍ2 、
強度３９０ｋｇ／ｍｍ2 、フィラメント数１２，０００
本）を用いた。含浸する熱硬化性樹脂としては、住友化
学工業（株）製、商品名スミエポキシＥＬＡ１２８（ビ
スフェノ−ルＡのジグリシジルエ−テル）１００重量部
に対して、東京化成工業（株）製のジシアンジアミドを
５重量部、東京化成工業（株）製のジクロロフェニルジ
メチル尿素を４重量部の割合で混合し、３本ロ−ル混練
して得た熱硬化性エポキシ樹脂組成物を用いた。
【００３０】該熱硬化性エポキシ樹脂組成物の炭素繊維
束への含浸は、加熱した該樹脂組成物の樹脂浴中に炭素
繊維束を引き出し、該樹脂浴中に設けた金属棒でしごい
て行った。その後に、間隙の調整できる２本の金属棒の
間を通過させ過剰の樹脂を取り除いてボビンに巻取っ
た。炭素繊維束への樹脂の付着量は、樹脂温度、引き取
り速度および２本の金属棒の間隙を適宜調整することで
行った。このようにして、炭素繊維束に熱硬化性エポキ
シ樹脂組成物が含浸された可撓性複合体を約１００ｍ巻
ボビンとして７５本作成した。この時該複合体中に占め
る樹脂の割合はどのボビンも３０重量％であった。
束への含浸は、加熱した該樹脂組成物の樹脂浴中に炭素
繊維束を引き出し、該樹脂浴中に設けた金属棒でしごい
て行った。その後に、間隙の調整できる２本の金属棒の
間を通過させ過剰の樹脂を取り除いてボビンに巻取っ
た。炭素繊維束への樹脂の付着量は、樹脂温度、引き取
り速度および２本の金属棒の間隙を適宜調整することで
行った。このようにして、炭素繊維束に熱硬化性エポキ
シ樹脂組成物が含浸された可撓性複合体を約１００ｍ巻
ボビンとして７５本作成した。この時該複合体中に占め
る樹脂の割合はどのボビンも３０重量％であった。
【００３１】このようにして作成された樹脂が含浸され
た炭素繊維束が巻かれたボビンを２５本用いて、それぞ
れのボビンから該複合体を引き出しひとまとめにし撚を
かけたストランドを１００ｍ作成した。このとき撚は１
０回／ｍで行った。これをロ−プ用ストランドとした。
同様にして、このロ−プ用ストランド１００ｍを３束用
意した。該ストランド３束用いて、ストランドの撚と反
対方向の撚をかけて三つ打ちロ−プ１００ｍを作成し
た。このときのロ−プ撚は１０回／ｍであった。以上の
工程により炭素繊維に熱硬化性エポキシ樹脂組成物が含
浸された可撓性のあるロ−プ状に一体化された複合体を
得た。
た炭素繊維束が巻かれたボビンを２５本用いて、それぞ
れのボビンから該複合体を引き出しひとまとめにし撚を
かけたストランドを１００ｍ作成した。このとき撚は１
０回／ｍで行った。これをロ−プ用ストランドとした。
同様にして、このロ−プ用ストランド１００ｍを３束用
意した。該ストランド３束用いて、ストランドの撚と反
対方向の撚をかけて三つ打ちロ−プ１００ｍを作成し
た。このときのロ−プ撚は１０回／ｍであった。以上の
工程により炭素繊維に熱硬化性エポキシ樹脂組成物が含
浸された可撓性のあるロ−プ状に一体化された複合体を
得た。
【００３２】続いて、上記の熱硬化性エポキシ樹脂組成
物と全く同様の樹脂組成物を、日本アラミド（株）製の
商品名トワロン平織Ｓ／＃５００（全芳香族ポリアミド
繊維、織物目付１８３ｇ／ｍ2 ）を５幅に裁断したテ−
プ状織物に含浸した。このとき樹脂の含有率は３０重量
％になるように調整した。しかる後に、熱硬化性エポキ
シ樹脂組成物が含浸されたテープ状織物を、上記の炭素
繊維にエポキシ樹脂が含浸されたロ−プ状複合体に巻き
つけ被覆することにより、部材の補強または補修用の電
気絶縁性被覆層を有するロ−プ状炭素繊維複合体を作成
した。
物と全く同様の樹脂組成物を、日本アラミド（株）製の
商品名トワロン平織Ｓ／＃５００（全芳香族ポリアミド
繊維、織物目付１８３ｇ／ｍ2 ）を５幅に裁断したテ−
プ状織物に含浸した。このとき樹脂の含有率は３０重量
％になるように調整した。しかる後に、熱硬化性エポキ
シ樹脂組成物が含浸されたテープ状織物を、上記の炭素
繊維にエポキシ樹脂が含浸されたロ−プ状複合体に巻き
つけ被覆することにより、部材の補強または補修用の電
気絶縁性被覆層を有するロ−プ状炭素繊維複合体を作成
した。
【００３３】参考例２ 参考例１で得た該複合体を１ｍ切り出し、その両端部分
の電気絶縁性被覆層を取り除き、銅製の電極を圧着し
た。該ロ−プ状炭素繊維複合体に５ｋｇの張力を加え
て、両端に圧着した電極を交流電源につなぎ１０ボルト
の電圧をかけたところ、１８Ａの電流が流れ、該ロ−プ
状複合体は１５０℃まで発熱した。このとき該ロープ状
複合体の長手方向の温度ムラはなかった。この状態で３
０分間維持し、含浸した熱硬化性エポキシ樹脂組成物を
硬化させ、直径１０ｍｍのＣＦＲＰ製棒状体を得た。上
記方法で作成したＣＦＲＰ製棒状体の性能評価を行っ
た。当該棒状体から短冊状の試験片を切り出し、粘弾性
の温度分散挙動を測定したところ、損失弾性率がピ−ク
を持つ温度は１４０℃であり良好な耐熱性を示すことが
分かった［測定装置；レオメックス社製ＲＳＡ、昇温速
度：５℃／分］。続いて上記直径１０ｍｍＣＦＲＰ製棒
状体の引張り性能を評価したところ、破断荷重は１１．
５ｔｏｎ、弾性率は１２ｔｏｎ／ｍｍ2 であった。破断
荷重から求めた該棒状体の引張強度は１４６ｋｇ／ｍｍ
2 であり良好な機械的性能を示すことが分かった。
の電気絶縁性被覆層を取り除き、銅製の電極を圧着し
た。該ロ−プ状炭素繊維複合体に５ｋｇの張力を加え
て、両端に圧着した電極を交流電源につなぎ１０ボルト
の電圧をかけたところ、１８Ａの電流が流れ、該ロ−プ
状複合体は１５０℃まで発熱した。このとき該ロープ状
複合体の長手方向の温度ムラはなかった。この状態で３
０分間維持し、含浸した熱硬化性エポキシ樹脂組成物を
硬化させ、直径１０ｍｍのＣＦＲＰ製棒状体を得た。上
記方法で作成したＣＦＲＰ製棒状体の性能評価を行っ
た。当該棒状体から短冊状の試験片を切り出し、粘弾性
の温度分散挙動を測定したところ、損失弾性率がピ−ク
を持つ温度は１４０℃であり良好な耐熱性を示すことが
分かった［測定装置；レオメックス社製ＲＳＡ、昇温速
度：５℃／分］。続いて上記直径１０ｍｍＣＦＲＰ製棒
状体の引張り性能を評価したところ、破断荷重は１１．
５ｔｏｎ、弾性率は１２ｔｏｎ／ｍｍ2 であった。破断
荷重から求めた該棒状体の引張強度は１４６ｋｇ／ｍｍ
2 であり良好な機械的性能を示すことが分かった。
【００３４】実施例１ 参考例１で作成した電気絶縁層によって被覆された部材
の補強または補修用のロープ状複合体を柱の補強材に適
用した。直径３０ｃｍ、高さ１０ｍの地面に直立した柱
の上端部に長さ１１ｍの該複合体を３本取り付け、下端
の接地点が正三角形をなすように配置し、各々の複合体
に均等に１００Ｋｇの張力を加えて地面に固定した。な
お、該複合体の重量は１１ｍで約１．２Ｋｇであり、軽
量であることと、可撓性があることから、取り付け作業
は従来の鋼製ワイヤ−に比べ極めて容易であった。続い
て所定形態に配置した該ロ−プ状複合体の両端の電気絶
縁層を剥がしとり、電極を圧着した。しかる後に、交流
電源を用いて１００ボルトの電圧をかけ該ロ−プ状複合
体を約１４０℃まで加熱した。このとき該複合体の長手
方向の温度ムラはなかった。この状態で３０分維持し含
浸されたエポキシ樹脂を硬化させ得られたＣＦＲＰ製ワ
イヤ−によって柱を支持し補強した。以上の工程から当
該発明の補強方法は、材料の輸送性や実際の施工作業性
が極めて良好であることがわかった。
の補強または補修用のロープ状複合体を柱の補強材に適
用した。直径３０ｃｍ、高さ１０ｍの地面に直立した柱
の上端部に長さ１１ｍの該複合体を３本取り付け、下端
の接地点が正三角形をなすように配置し、各々の複合体
に均等に１００Ｋｇの張力を加えて地面に固定した。な
お、該複合体の重量は１１ｍで約１．２Ｋｇであり、軽
量であることと、可撓性があることから、取り付け作業
は従来の鋼製ワイヤ−に比べ極めて容易であった。続い
て所定形態に配置した該ロ−プ状複合体の両端の電気絶
縁層を剥がしとり、電極を圧着した。しかる後に、交流
電源を用いて１００ボルトの電圧をかけ該ロ−プ状複合
体を約１４０℃まで加熱した。このとき該複合体の長手
方向の温度ムラはなかった。この状態で３０分維持し含
浸されたエポキシ樹脂を硬化させ得られたＣＦＲＰ製ワ
イヤ−によって柱を支持し補強した。以上の工程から当
該発明の補強方法は、材料の輸送性や実際の施工作業性
が極めて良好であることがわかった。
【００３５】実施例２ 参考例１で作成した電気絶縁層によって被覆された部材
の補強または補修用の複合体をコンクリ−トパイプの補
修に応用した。パイプの長手方向に局部的に約１ｍのひ
び割れの入った外径５０ｃｍのコンクリ−トパイプのひ
び割れ部分の表面に、ガラスサ−フェスマットにビニル
エステル樹脂を含浸して、ハンドレイアップし、ビニル
エステル樹脂を硬化させ一次補修した。その上に、参考
例１で作成した補修用炭素繊維複合体を螺旋巻きにし
た。このとき、螺旋巻きのピッチは１０回／ｍにした。
また巻きつけ時に約１０ｋｇの張力をかけた。なお、こ
のとき該複合体を１６ｍ使用した。続いて両端に銅製端
子を圧着し、交流電源を用いて１６０Ｖの電圧をかけ約
１５０℃まで昇温させその状態で３０分維持し、含浸さ
せたエポキシ樹脂を硬化させ、ＣＦＲＰ製棒状体によっ
てコンクリ−トパイプの補修を行った。以上の工程から
当該発明の補修方法は、材料の輸送性や実際の施工作業
性が極めて良好であることがわかった。
の補強または補修用の複合体をコンクリ−トパイプの補
修に応用した。パイプの長手方向に局部的に約１ｍのひ
び割れの入った外径５０ｃｍのコンクリ−トパイプのひ
び割れ部分の表面に、ガラスサ−フェスマットにビニル
エステル樹脂を含浸して、ハンドレイアップし、ビニル
エステル樹脂を硬化させ一次補修した。その上に、参考
例１で作成した補修用炭素繊維複合体を螺旋巻きにし
た。このとき、螺旋巻きのピッチは１０回／ｍにした。
また巻きつけ時に約１０ｋｇの張力をかけた。なお、こ
のとき該複合体を１６ｍ使用した。続いて両端に銅製端
子を圧着し、交流電源を用いて１６０Ｖの電圧をかけ約
１５０℃まで昇温させその状態で３０分維持し、含浸さ
せたエポキシ樹脂を硬化させ、ＣＦＲＰ製棒状体によっ
てコンクリ−トパイプの補修を行った。以上の工程から
当該発明の補修方法は、材料の輸送性や実際の施工作業
性が極めて良好であることがわかった。
Claims (4)
- 【請求項１】連続した炭素繊維よりなる繊維束に未硬化
の熱硬化性樹脂が含浸された可撓性複合体を被補強部ま
たは被補修部に配置し、該複合体に通電して炭素繊維を
発熱させることにより熱硬化性樹脂を硬化せしめること
を特徴とする炭素繊維強化複合材料による部材の補強ま
たは補修方法。 - 【請求項２】前記部材が土木用または建設用の部材であ
る請求項１記載の炭素繊維強化複合材料による部材の補
強または補修方法。 - 【請求項３】前記可撓性複合体の一部または全部が、撚
りをかけたり、あるいは編組みされることによって複数
ストランドが一体化された複合体である請求項１または
２記載の炭素繊維強化複合材料による部材の補強または
補修方法。 - 【請求項４】前記可撓性複合体の一部または全部が、電
気絶縁性材料によって被覆されたされた複合体である請
求項１または２記載の炭素繊維強化複合材料による部材
の補強または補修方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4318297A JPH06158873A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方法 |
| EP19930904346 EP0586707A4 (en) | 1992-02-27 | 1993-02-25 | Electric hardening material, uses of the same and method of practically using the same |
| PCT/JP1993/000229 WO1993016866A1 (fr) | 1992-02-27 | 1993-02-25 | Materiau electro-durcissable, ses applications et son procede de mise en ×uvre |
| CA 2109215 CA2109215A1 (en) | 1992-02-27 | 1993-02-25 | Resistance curable material, and its use and application method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4318297A JPH06158873A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06158873A true JPH06158873A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18097633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4318297A Pending JPH06158873A (ja) | 1992-02-27 | 1992-11-27 | 炭素繊維強化複合材料による部材の補強または補修方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06158873A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000054644A (ja) * | 1998-08-11 | 2000-02-22 | Shinto Paint Co Ltd | 補強工法 |
| JP2007113346A (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-10 | Nippon Oil Corp | 組紐状炭素繊維を使用したコンクリート構造物の剪断補強方法 |
| CN106567555A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-04-19 | 同济大学 | 一种表面斜贴纤维复合材提高钢筋混凝土构件直剪承载力的方法 |
| CN107386109A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-11-24 | 江西省交通科学研究院 | 一种桥面铺装结构 |
| JP2019194004A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-11-07 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 複合材修理パッチ及び構造体の３ｄプリンティング |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP4318297A patent/JPH06158873A/ja active Pending
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| US11772339B2 (en) | 2018-03-08 | 2023-10-03 | The Boeing Company | Three-dimensional printing of composite repair patches and structures |
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