JPH07178728A - 湿気硬化プリプレグ、その用途及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】湿気硬化型樹脂が含浸された強化繊維束からな
ることを特徴とする湿気硬化プリプレグ。該湿気硬化プ
リプレグを所望の形態、形状に配置し、ついで湿気によ
って湿気硬化型樹脂を硬化させて得ることを特徴とする
土木、建築用の繊維強化樹脂製部材。該湿気硬化プリプ
レグを所望の形態に配置し、ついで湿気により湿気硬化
樹脂を硬化せしめることを特徴とする土木、建築用の繊
維強化樹脂製部材の施工方法。 【効果】持ち運び、取扱い性に優れる中間素材を用いて
簡便かつ安全に繊維強化樹脂製棒状体を製造することが
できる。特に土木、建築分野で使用されるコンクリート
補強用鉄筋の代替物を土木、建築作業現場あるいは、そ
の近くで所望の形態に容易に製造できる等の特徴があ
る。また、吊橋等に用いる鋼製のワイヤーの代替材とし
て使用することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として土木及び建築
分野において利用される繊維強化樹脂プリプレグ、その
用途および施工方法に関する。具体的には外気中の水分
（湿気）によって硬化、成形可能なプリプレグ、その用
途および施工方法に関する。本発明は、特にコンクリー
ト補強筋材及びケーブルで代表される土木及び建築分野
の建造物の各種部材に利用できる。代表的なプリプレグ
の形態としては、例えばロープ状のものが挙げられる。
該プリプレグは、建造物やそれから得られる各種部材の
補強および補修に用いることもできる。

【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、あるいは耐食性に優れることから、ス
ポーツ、レジャー分野や航空機分野をはじめとして、そ
の他の工業分野においても使用されるようになってきて
いる。最近では、土木や建築分野等に用いられるコンク
リート強化用鉄筋の代替物用途などの分野でも注目され
ている。そしてこれらのＦＲＰ棒状体の製造方法として
は、強化用繊維に熱硬化性樹脂を含浸せしめ、いわゆる
プルトルージョン法によって所望断面形態をもった金型
内に上記の強化繊維に熱硬化性樹脂が含浸された複合体
を引き込み、金型内で加熱硬化させ引く抜くという技術
が一般的に行われている。また、湿気硬化型樹脂として
は、塗料や接着剤の分野などで、ウレタン系やシアノア
クリレート系、あるいはシリコン系など各種のものが使
用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た一般的方法を含めて、従来のＦＲＰ製棒状体の製造技
術は、熱プレス、オートクレーブ、加熱硬化炉やプルト
ルージョン装置など、大掛かりな装置を必要とし、した
がって製造場所が成形装置の設置場所に限定されるとい
う点や、高価な設備を導入する必要である等の問題点が
あった。また、従来のＦＲＰ製棒状体はその形状やサイ
ズに制限があった。すなわち、長尺物や大形状の製品が
必要とされる場合には、ＦＲＰ製棒状体の製造、輸送及
び現場の施工などに際して、重大な問題があった。

【０００４】例えば、ＦＲＰ製棒状体をコンクリート補
強用材料（以下、コンクリート補強筋ということがあ
る）として使用する場合、工場で製造された材料をその
ままの建設現場まで輸送し施工することになるが、長尺
物の輸送が難しく、また作業性も悪いといった問題があ
った。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
いた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決するものであり、次に記す発明からなる。 １．湿気硬化型樹脂が含浸された強化繊維束からなるこ
とを特徴とする湿気硬化プリプレグ。 ２．前記項１記載の該湿気硬化プリプレグを所望の形態
に配置し、ついで湿気によって湿気硬化型樹脂を硬化さ
せて得ることを特徴とする繊維強化樹脂製部材。 ３．前記項１記載の該湿気硬化プリプレグを所望の形態
に配置し、ついで湿気によって湿気硬化型樹脂を硬化さ
せて得ることを特徴とする土木、建築用繊維強化樹脂製
部材。

【０００６】４．該部材がコンクリート補強用筋材であ
る前記項３記載の土木、建築用繊維強化樹脂製部材。 ５．前記項１記載の該湿気硬化プリプレグを所望の形態
に配置し、ついで湿気により湿気硬化樹脂を硬化せしめ
ることを特徴とする繊維強化樹脂製部材の施工方法。 ６．前記項１記載の該湿気硬化プリプレグを被補強部ま
たは被補修部に所望の形態に配置し、ついで湿気により
湿気硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化
樹脂による土木、建築用部材の補強または補修方法。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。まず本発
明に用いられる強化繊維としては、従来公知の繊維素材
を用いることができる。例えば、炭素繊維、黒鉛繊維、
ガラス繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、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挙げることができる。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。なかでも、コンクリート補
強筋として使用する場合は、炭素繊維、黒鉛繊維や芳香
族ポリアミド繊維が性能上好ましいものである。

【０００８】以上、強化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。本発明において、これらの強化繊維
は、マトリックス樹脂中に体積含有率として３０〜８０
％となることが、ローププリプレグの取り扱い性や、マ
トリックスの湿気硬化により製造された棒状体の性能か
らみて好ましいものである。

【０００９】本発明に用いられる湿気硬化型樹脂につい
て説明する。湿気硬化型樹脂としては、特に限定されず
従来から公知の、湿気により硬化する性質を有する樹脂
を使用することができる。例示すると、塗料や接着剤分
野で使用されてきたポリウレタン系、シリコン系、シア
ノアクリーレート系の樹脂等から適宜選択され、必要に
応じてそれらの樹脂に各種の変性を施したものを用いる
ことができる。なかでも性能や取扱い性からはポリウレ
タン系が好適である。

【００１０】ここで、ポリウレタン系とは、活性基とし
て−ＮＣＯ基（イソシアネート基）を有する化合物であ
って、一般には、ポリオールの末端にジイソシアネート
を付加させ末端を−ＮＣＯ基化したものである。ここで
用いられるポリオールとしては、ポリエチレンアジペー
ト、ポリブチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジ
ペート、ポリカプロラクトン等のポリエステル系ポリオ
ール、ポリオキシプロピレンジオール、ポリテトラメチ
レングリコールエーテル、ポリオキシエチレンジオール
等を例示できるがこれらに限定されるものではない。ま
た、ここで用いられるジイソシアネートとしては、トリ
レンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジ
イソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ヘキサ
メチレンジイソシアネート、４，４’−メチレンビス
（シクロヘキシルジイソシアネート、イソホロンジイソ
シアネート等を例示できるがこれらに限定されるもので
はない。また、上記イソシアネート化合物は空気中の水
（湿気）と反応して、炭酸ガスを発生しながら架橋反応
が進行し、成形物に気泡を含むことがある。この問題を
解決する手段としては、ポリイソシアナートとポリケチ
ミンを組み合わせ、ポリエナミンとポリイソシアネート
の組合せ、あるいはポリアルジミンとポリイソシアネー
トの組合せなどによる無発泡の湿気硬化型ポリウレタン
樹脂を用いることも有用な方法である。

【００１１】また、本発明において使用される湿気硬化
型樹脂には、下記の可塑剤、助剤、充填材等を配合する
こともできる。これらのものは、プリプレグ化の工程
や、プリプレグの性能、さらに成形、硬化されて得られ
るＦＲＰ棒状体の性能向上に有用である。可塑剤として
は、例えば、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレー
ト、ジイソデシルアジペート、トリオクチルホスフェー
ト等を挙げることができる。また助剤としては、溶剤
（芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、石油系溶剤、エス
テル類、ケトン類等）、接着付与剤（シランカップリン
グ剤、チタンカップリング剤等）、あるいは消泡剤等を
例示することができる。また、充填材としては、タル
ク、マイカ、シリカ等の無機質粒状物や、鉄粉やアルミ
ニウム粉等の金属粉を挙げることができる。

【００１２】本発明の湿気硬化型樹脂が含浸された湿気
硬化プリプレグとは、以下に述べるロープ状のもの（以
下、ローププリプレグということがある）を含み、湿気
硬化性において湿気硬化型ローププリプレグと同等の機
能を有し、かつ形状において、例えばテープ状およびシ
ート状のプリプレグを含む概念である。以下、本発明を
ローププリプレグで代表させて説明する。

【００１３】始めにローププリプレグの形態及びその製
法について説明する。本発明においてローププリプレグ
とは、湿気硬化型樹脂が含浸された繊維束が複数本合わ
され撚りがかけられていないか、あるいは撚りがかけら
れているもの（以下、ストランドということかある）を
いう。さらには、該湿気硬化型樹脂が含浸されたストラ
ンドが複数本を撚り合わされたり、編組みされることに
よって一体化している長い繊維索であって、一般に綱、
縄、紐等と呼ばれる複数ストランドが一体化されたもの
を指し、一般にロープやワイヤーと称される材料を含む
ものである。

【００１４】また、撚りがかけられていないストランド
を複数本束ね、その外周を強化繊維と同一の素材または
他の素材によって、シート状、螺旋状、あるいは網状に
被覆して一体化した長い繊維索であってもよい。ロープ
状の場合、例えばロー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ープや４本のスト
ランドからなり、それらの中心に芯ロープを入れ形崩れ
しないように撚合わされた四つ打ちロープや、その他、
バラ打ちロープ、六つ打ちロープ、八つ打ちロープ、ト
エルロープやタフレロープなど、あるいは八つ打ち組
紐、１２打ち組紐等の組紐、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等の構造のものでもよ
い。

【００１５】本発明でいうロ−プとは、建設、船舶、漁
業やエレベーター等に使われているようないわゆるワイ
ヤロープの形態のものでもよい。これは例えば心線のま
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ープや、
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ープ等がある。また、撚方につい
て特に限定はなく、普通Ｚ撚、普通Ｓ撚、ラングＺ撚、
ラングＳ撚等いずれでもよい。なお、コンクリート補強
筋材として使用するためには、コンクリートとの密着を
確保するために表面を凹凸化することが重要である。

【００１６】さらに、上記ローププリプレグを容易に取
り外せる非透湿性素材で被覆された材料も取扱い性のう
えで有用である。また、該ローププリプレグを用いて、
網状の形態やシート状の形態にしたものも使用できる。
該ローププリプレグで代表される本発明の湿気硬化プリ
プレグを、湿気により硬化させることにより土木、建築
用繊維強化樹脂製部材とすることができる。該土木、建
築用繊維強化樹脂製部材としては、例えばコンクリート
補強筋やケーブルを挙げることができる。また、本発明
の湿気硬化プリプレグは、土木及び建築の建造物または
それらの部材の補強、補修に用いることができる。ここ
で補強または補修とは、本発明の湿気硬化プリプレグ、
例えば、湿気硬化用ロープを、土木や建築の建造物、ま
たはその部材の被補強部位または被補修部位に所望の形
態に配置し、しかる後に空気中の湿気により硬化させる
ことにより、該建造物やその部材を補強または補修する
ことをいう。具体的な方法は下記の実施例に示す。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、持ち運び、取扱い性に優れる
中間素材を用いて簡便かつ安全に繊維強化樹脂製棒状体
を製造する技術を提供する。特に土木、建築分野で使用
されるコンクリート補強用鉄筋の代替物を土木、建築作
業現場あるいは、その近くで所望形態に容易に製造でき
るなどの特徴がある。また、吊橋等に用いる鋼製のワイ
ヤーの代替材として使用することも可能である。以上、
本発明の湿気硬化プリプレグ、それを用いる土木、建築
用部材及び該部材の施工方法は産業上有用な技術であ
る。

【００１８】

【実施例】本発明の特徴とするところは、以下の実施例
によってさらに明らかになるが、本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。

【００１９】参考例１ 湿気硬化性樹脂が含浸されたローププリプレグの作成 強化繊維として、東邦レーヨン（株）製の炭素繊維、商
品名ベスファイト ＨＴＡ−２４Ｋ Ｅ３０（弾性率２
４トン／ｍｍ² 、強度３９２ｋｇ／ｍｍ² 、フィラメン
ト数２４，０００本）を用いた。含浸する湿気硬化型樹
脂として、住友化学工業（株）製一液湿気硬化型プライ
マー、商品名コスモプライムＣ（ウレタン系湿気硬化型
樹脂、加熱残分３５％）を用いた。該ウレタン系湿気硬
化性樹脂の繊維束への含浸は、繊維を該樹脂溶液中に引
き出し、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
剰の樹脂を取り除きつつ引き取った。繊維への樹脂の付
着量は、引き取り速度、２本の金属棒の間隙等を適宜調
整することにより行った。このようにして、繊維束に湿
気硬化樹脂が含浸された複合体を、約１０ｍ巻ボビンと
して１５本作成した。このとき、該複合体中に占める樹
脂（溶媒を含まず）の割合はどのボビンも３０重量％で
あった。このようにして作成された湿気硬化型樹脂が含
浸された繊維束を５本用いて、それぞれのボビンから該
複合体を引き出し、ひとまとめにして撚りをかけたもの
を１０ｍ作成した。このとき、撚りは、１５回／ｍで行
った。これをロープ用ストランドとした。同様にしてこ
のロープ用ストランド１０ｍを３束用意した。つづい
て、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ープ１０ｍを作成した。この
ときのロープ撚は１５回／ｍであった。以上の工程によ
り繊維に湿気硬化性樹脂が含浸された直径約６ｍｍのロ
ープ状に一体化された湿気硬化樹脂が含浸されたプリプ
レグを得た。なお、上記工程はすべて湿度が１０％以下
に制御された雰囲気で行われた。得られたローププリプ
レグは密閉容器に窒素を封入して保管した。

【００２０】実施例１ 参考例１で作成したローププリプレグを１ｍ切り出し、
張力を付与した状態で湿度６０〜７０％の室内に一週間
維持し、含浸した湿気硬化性ウレタン樹脂を硬化して直
径約６ｍｍの炭素繊維強化樹脂製（ＣＦＲＰ）の棒状体
を得た。なお、該棒状体の表面は通常の三つ打ちロープ
と同様の凹凸を有していた。上記方法で作成したＣＦＲ
Ｐ棒状体の性能評価を行った。上記直径６ｍｍのＣＦＲ
Ｐ棒状体の引張性能を評価したところ、破断荷重は５．
６トン、弾性率は１０．６トン／ｍｍ² であった。破断
荷重から求めた該棒状体の引張強度は１１７ｋｇ／ｍｍ
²であり、良好な機械的性能を示すことが分かった。な
お、従来の鉄筋の強度は４０〜５０ｋｇ／ｍｍ² であ
る。

【００２１】実施例２ 参考例１で作成したローププリプレグについてコンクリ
ート補強筋への応用を検討した。該ローププリプレグ約
１０ｍの重量は約１ｋｇであった。これは、容易に直径
５０ｃｍのドラムに巻き取ることができ、持ち運びが極
めて容易なものであった。また、窒素封入した密閉容器
に２週間保存した該ローププリプレグのしなやかさは製
造直後のものと何ら変化が無かった。このように保存さ
れた該ローププリプレグを取り出し、直径１０ｃｍの丸
棒に螺旋状に巻きつけ、湿度６０〜７０％の環境に３日
間保持し、湿気硬化性樹脂を硬化させた。以上の工程か
ら、本発明によるプリプレグは、保存寿命があり、また
作業現場において容易に所望形態に成形できることが分
かった。また、以上の結果から、本発明による湿気硬化
プリプレグは、コンクリート補強筋として施工、使用す
る際に極めて有望な材料を提供することが明らかとなっ
た。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｌ 31:10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】湿気硬化型樹脂が含浸された強化繊維束か
   らなることを特徴とする湿気硬化プリプレグ。
2. 【請求項２】請求項１記載の該湿気硬化プリプレグを所
   望の形態に配置し、ついで湿気によって湿気硬化型樹脂
   を硬化させて得ることを特徴とする繊維強化樹脂製部
   材。
3. 【請求項３】請求項１記載の該湿気硬化プリプレグを所
   望の形態に配置し、ついで湿気によって湿気硬化型樹脂
   を硬化させて得ることを特徴とする土木、建築用繊維強
   化樹脂製部材。
4. 【請求項４】該部材がコンクリート補強用筋材である請
   求項３記載の土木、建築用繊維強化樹脂製部材。
5. 【請求項５】請求項１記載の該湿気硬化プリプレグを所
   望の形態に配置し、ついで湿気により湿気硬化樹脂を硬
   化せしめることを特徴とする繊維強化樹脂製部材の施工
   方法。
6. 【請求項６】請求項１記載の該湿気硬化プリプレグを被
   補強部または被補修部に所望の形態に配置し、ついで湿
   気により湿気硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする
   繊維強化樹脂による土木、建築用部材の補強または補修
   方法。