JPH08142238A - 一方向性強化繊維複合基材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化プラスチックの成形作業やコンクリ
ート構造体の補修作業における取扱性や、樹脂の含浸性
の良い一方向性強化繊維複合基材の提供を目的とする。 【構成】 一方向に引き揃えられた強化繊維からなる基
材シートの少なくとも片面に、無機または有機繊維から
なるメッシュ状体がメッシュ状体の繊維の部分で接着さ
れている一方向性強化繊維複合基材。また、一方向に引
き揃えられて引き出された強化繊維基材シートを加熱
し、ついで、該基材シートの少なくとも片面に熱溶融性
樹脂を繊維部分に有する無機または有機繊維からなるメ
ッシュ状体を圧着することによる一方向性強化繊維複合
基材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
の強化用基材として、また、繊維強化プラスチックやコ
ンクリート構造体などの補修用基材として用いられる一
方向性強化繊維複合基材に関する。

【０００２】

【従来技術の説明】炭素繊維やガラス繊維などの強化繊
維を一方向に引き揃えたシート状基材は、いろんな形で
繊維強化プラスチックの強化材として利用されている。
例えば、一方向に引き揃えられたシート状基材を樹脂ワ
ニス中に含浸させ、乾燥し、半硬化状のプリプレグとし
て使用する場合、更に、一方向に引き揃えられたシート
状基材に強化繊維の織物を積層し、同様にプリプレグと
して使用する場合、また、一方向に引き揃えられたシー
ト状基材に強化繊維の織物やチョップドストランドマッ
トを積層し、その層間をニードリングや樹脂パウダーで
部分固着したものを使用する場合、また、最近では、高
速道路や橋脚などのコンクリート構造体の老化に対する
補修用の基材として、薄く全面に塗布された接着剤層を
介して強化繊維の織物や離型シート、離型フィルム等の
支持体上に一方向に引き揃えられた強化繊維シートを積
層したものが開示されている。

【０００３】しかし、一方向に引き揃えられたシート状
基材をプリプレグにして使用する場合は、プリプレグの
ライフの問題から常温硬化型の樹脂を使用することがで
きず、樹脂の選択の点で制限を受ける。また、プリプレ
グの場合は、巻き取る場合に層間の粘着を防ぐためにフ
ィルムを同時に巻き取る必要があり、使用する際はこの
フィルムを剥がして作業をしなければならない煩わしさ
がある。一方向に引き揃えられたシート状基材に強化繊
維の織物やチョップドストランドマットを部分固着した
ものは、樹脂の選択の問題やフィルム剥がし等の煩わし
さがなく、また、一方向に引き揃えられた強化繊維がバ
ラける等の取扱性の問題もないが、層間の接着が部分固
着であるため、織物やマット層をある程度単重の大きい
ものにしなければならず、強化材層中に占める一方向性
の強化繊維の割合がそれだけ小さくなる。また、特に、
織物を用いた場合にいえるが一方向性基材シートの反対
側から樹脂を含浸させる場合に時間がかかるという問題
がある。

【０００４】また、接着剤層を介して支持体上に一方向
性基材シートを積層したものは、基材シートの支持体面
側に薄いとはいえ全面に接着剤が塗布されているため接
着剤層側から樹脂を含浸させる場合に時間がかかる。ま
た、支持体として離型シートを使用する場合は、その分
基材シートのコストが高くなり、成形作業や補修作業後
に離型シートの処分をしなければならずそれだけ作業者
の負担になる。含浸に時間がかかるということと離型シ
ートを処分するということは、現場作業の場合特に問題
になる。また、この一方向性基材シートを、コンクリー
ト構造体の補修用に用いる場合は、一方向に引き揃えら
れる強化繊維として通常炭素繊維が用いられる。この炭
素繊維側から樹脂を含浸させる際に、刷毛等で樹脂を塗
布すると炭素繊維は支持体層側に薄く接着剤を塗布され
ているだけのため、刷毛による摩擦のため表面側が毛羽
だってしまい塗布作業がやりにくいという問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した問
題を解決するに当たり、繊維強化プラスチックの成形作
業やコンクリート構造体の補修作業の取扱い時に、一方
向に配列された強化繊維がバラけたりせず、樹脂の含浸
性が良く、樹脂の選択に制約もなく、一方向に配列され
た強化繊維の補強効果に優れており、また、現場での作
業性も良く、且つ、刷毛などで樹脂を塗布含浸させる際
に、表面に毛羽だちを起こさないような一方向性強化繊
維基材の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、上記課題
を解決するためには、一方向に引き揃えられた強化繊維
からなる基材シートの少なくとも片面に、無機または有
機繊維からなるメッシュ状体が該メッシュ状体の繊維の
部分で接着されている一方向性強化繊維複合基材とする
ことにより、更には、前記一方向性強化繊維複合基材に
おいて、一方向に引き揃えられた強化繊維が炭素繊維
で、メッシュ状体がガラス繊維からなり、該メッシュ状
体が炭素繊維からなる基材シートの両面に接着されてい
る一方向性強化繊維複合基材とすることにより課題の解
決が可能であることを見出だし、また、これら一方向性
強化繊維複合基材は、一方向に引き揃えられて引き出さ
れた強化繊維からなる基材シートを加熱し、次いで、該
基材シートの少なくとも片面に熱溶融性樹脂を繊維部分
に有する無機または有機繊維からなるメッシュ状体を圧
着することにより得られることを見出だした。

【０００７】本発明の一方向性強化繊維複合基材につい
て更に詳細に説明する。図１に示すように本発明の一方
向性強化繊維複合基材１は、一方向に引き揃えられた強
化繊維２からなる基材シートの両面にメッシュ状体３が
メッシュ状体を構成する繊維４の回りに付着している熱
溶融性樹脂５により接着されている。図１では、メッシ
ュ状体が両面に接着されているが片面の場合も本発明に
含まれる。本発明に用いられる一方向に引き揃えられた
強化繊維としては、ガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊
維、アルミナ繊維などの連続繊維が一種類で、または複
数種類で使用される。連続繊維の形態としては、フィラ
メント径が３μｍ〜３０μｍのモノフィラメントを１０
０〜１２０００本集束したストランドを無撚りの状態
で、または軽く撚りをかけた状態で用いられる。１本の
ストランドの番手としては、５０〜１０００ｔｅｘの範
囲のものが使用される。また、無機または有機繊維から
なるメッシュ状体に使用される繊維は、ガラス繊維、炭
素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維等の外に用途によ
っては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊
維、ビニロン繊維等の有機繊維も使用することができ
る。一方向に引き揃えられた強化繊維とメッシュ状体に
使用される繊維とは同じ種類でも異なる種類でも良い。

【０００８】本発明のメッシュ状体とは、原則的には経
糸と緯糸を有し織物状を構成し、糸の間隔が２〜２０ｍ
ｍのものを指す。間隔が２ｍｍより小さい場合は、樹脂
を含浸する際に障害となり、２０ｍｍより大きい場合
は、樹脂を含浸させる場合の刷毛による摩擦により、一
方向に引き揃えられた強化繊維が毛羽だちを起こしやす
くなる。織物状ということは織物も含むが織物以外でも
上記構成のものであれば当然含まれる。例えば、組布と
いわれる経糸と緯糸を重ね、その交点を熱溶融性の樹脂
で接着した布状体がある。これは織機を使わずに製造で
きるためコストが織物と比較すると安く、且つ、熱溶融
性の樹脂を糸の回りに有しているため一方向に引き揃え
られた強化繊維の基材シートを接着するのに好適であ
る。織物の場合も熱溶融性の樹脂を塗布することにより
使用可能である。熱溶融性の樹脂としては融点が比較的
低いポリオレフィン系樹脂や、エチレン酢ビ共重合体等
が使用できるがこれに限定されるものではない。樹脂の
付着量としては７〜２５ｇ／ｍ² の範囲である。これよ
り小さい場合は、接着力が十分でなく、これより大きい
場合は、樹脂の含浸を阻害したり、成形体の強度物性が
低下する原因になりやすい。組布としては２軸の外に３
軸もあるがこれも使用できる。３軸は経糸に対し対称に
斜行糸が配されたものである。本発明に使用されるメッ
シュ状体は、単重が１０〜１００ｇ／ｍ² のものであ
る。１０ｇ／ｍ² より小さい場合は、支持体としての強
度が十分でなく、１００ｇ／ｍ² より大きい場合は、複
合基材中に占めるメッシュ状体の割合が大きくなり、成
形体中での一方向への補強効果が低下することになる。
本発明の一方向に引き揃えられた強化繊維は連続に配置
されても良いし間隔をおいて配置されても良い。

【０００９】次に本発明の製造方法について図２により
説明する。まず、強化繊維２を一方向に揃えてパーン９
から引だしシート状とし、櫛状ガイド６を通しピッチを
揃える。この一方向基材シートをドラムシリンダー７
ａ，７ｂのような加熱装置を通し加熱する。一定温度以
上に加熱された基材シートが加熱装置を出た直後に、基
材シートの片面、または両面に繊維部分に熱溶融性の樹
脂を有するメッシュ状体３を積層しプレスローラ８で圧
着する。片面、または両面にメッシュ状体３が圧着され
た基材シートは巻き取られ本発明の一方向性強化繊維複
合基材１が得られる。本発明の製造方法に用いられる加
熱装置は、蒸気や電気を熱源とするドラムシリンダーを
使用するのが熱効率やシートの走行安定性の点からは望
ましいが、熱風循環式の加熱装置や、基材シートの両面
にシーズヒーターのような熱源を配列した加熱方法でも
良い。基材シートの加熱温度は、メッシュ状体が有する
熱溶融性樹脂の融点よりも３０〜５０℃高めにすること
が望ましい。融点よりも高い温度に加熱された基材シー
トにメッシュ状体が積層されるとメッシュ状体に付着さ
れている熱溶融性の樹脂が溶融し、プレスローラで圧着
されることにより基材シートの片面、または両面にメッ
シュ状体がメッシュ状体の繊維部分で接着される。

【００１０】圧着用のプレスローラの温度は常温ないし
は常温よりも低い温度に設定することが望ましい。組布
の場合は、糸の交点が熱溶融性の樹脂で固定されている
ため、圧着用のプレスローラの温度が樹脂の融点以上に
設定されると、圧着時に交点の固定が崩れてしまう恐れ
があり、また、圧着後の工程でも基材の温度が樹脂の融
点付近にあればメッシュ状体と基材シートとの接着が弱
く、部分的に剥離の起こる可能性がある。本発明の一方
向性強化繊維複合基材を用いて繊維強化プラスチックを
成形する場合、型の形状に合わせて切断し、一方向に揃
えられた強化繊維の方向に合わせて必要枚数を積層す
る。上から樹脂をかけて含浸させ、型を閉じ圧力をかけ
樹脂を硬化させる。本発明の一方向性複合基材は、一方
向に引き揃えられた強化繊維基材シートの両面にメッシ
ュ状体が接着されているため適当な形状に切断しても一
方向に引き揃えられた強化繊維がバラけたりしない。ま
た、メッシュ状体で接着されているだけのため基材自体
が柔軟性を保持しており、型合わせなどの作業も容易で
ある。

【００１１】樹脂を含浸させる場合もメッシュ状体が表
面にメッシュ状体の繊維の部分で接着されているだけの
ためメッシュ状体の開口部分から樹脂が一方向性基材シ
ートに浸透しやすく、基材シートもその表面に接着剤層
等を有しないため樹脂の含浸速度が速い。また、樹脂を
含浸させる際に、刷毛やローラ等で表面を摩擦してもメ
ッシュ状体が表面にあるため一方向に引き揃えられた強
化繊維は、毛羽だちなどを起こさない。更に、重要なこ
とは本発明の一方向性強化繊維複合基材は、プリプレグ
状でないことや、全面に接着剤層を有していないことに
よりマトリックス樹脂の選択に制限を受けない利点を有
する。また、本発明の一方向性強化繊維複合基材は、メ
ッシュ状体の占める比率が小さいため、本来の目的であ
る一方向への補強効果を大きくすることができる。更
に、両面にメッシュ状体を張付けたものは、どちらの面
も同じように使用することができるため面を自由に選択
できるという利点も有する。本発明の一方向性強化繊維
複合基材を高速道路や橋脚などのコンクリート構造体の
補修工事に用いることもできる。その場合は現場施行に
なる。補修必要な場所に合わせて適当な大きさに切断す
る。補修箇所にプライマーを塗布し、更に常温硬化型の
例えばエポキシ樹脂等を塗布する。切断した複合基材を
張り付けその上から更に刷毛でエポキシ樹脂を塗布す
る。上記したような補修方法において、本発明の一方向
性強化繊維複合基材は、切断しても強化繊維がバラける
こともなく、また、樹脂の含浸速度も速く、一方向の補
強効果も大きい。樹脂塗布時の表面の毛羽だちもなく、
どちらの面も同様に使用することができ、また、粘着防
止のための離型シートやカバーフィルム等も必要としな
いため、現場での施工性、取扱性等が非常に良い。

【００１２】

【実施例】

＜実施例１＞ 一方向性基材シート 強化繊維としてＰＡＮ系炭素繊維［トレカＴ３００−６
Ｋ；東レ（株）製］を用い、５ｍｍピッチで引き揃え一
方向性基材シートとした。（Ｔ３００−６Ｋはフィラメ
ント径７μｍで集束本数６０００本） メッシュ状体 ガラス繊維製２軸組布［ＫＣ０５０５Ａ ＥＶ２；日東
紡績（株）製］を用いた。２軸組布の仕様は次の通りで
ある。 単重 ２２ｇ／ｍ² 密度（タテ×ヨコ） ５本／２５ｍｍ×５本／２５ｍ
ｍ 熱溶融性樹脂付着量 １０ｇ／ｍ² （熱溶融性樹脂は融点が８０℃のものを用いた） 一方向強化繊維複合基材の製造 一方向性基材シートを１３０℃に加熱された２個のドラ
ムシリンダーを裏表通し、シリンダーを出た直後に基材
シートの上下にガラス繊維製２軸組布を積層し、水冷さ
れたプレスローラにより圧着し、空冷した後で巻き取
る。複合基材の単重は１２４ｇ／ｍ² であった。 このようにして得られた一方向性強化繊維複合基材をエ
ポキシ樹脂に含浸させたところ含浸性は良好であった。
また、含浸させる際に刷毛で摩擦しても炭素繊維に毛羽
だちはみられなかった。

【００１３】＜実施例２＞ 一方向性基材シート 強化繊維としてＰＡＮ系炭素繊維［トレカＴ３００−１
２Ｋ；東レ（株） 製］を用い、５ｍｍピッチで
引き揃え一方向性基材シートとした。（Ｔ３００−１２
Ｋはフィラメント径７μｍで集束本数１２０００本） メッシュ状体 メッシュ状体としてガラス繊維織物［ＷＫ−１０１０
Ｌ；日東紡績（株） 製］を用いた。ガラス繊維
織物は次の仕様のものを用いた。 単重 ５４ｇ／ｍ² 密度（タテ×ヨコ） １０本／２５ｍｍ×１０本／２
５ｍｍ 上記ガラス繊維織物に熱溶融性樹脂を８ｇ／ｍ² 塗布し
た。 一方向強化繊維複合基材の製造 一方向性基材シートを１３０℃に加熱された２個のドラ
ムシリンダーを裏表通し、シリンダーを出た直後に基材
シートの上下にのガラス繊維織物を積層し、水冷され
たプレスローラにより圧着し、空冷した後で巻き取る。
複合基材の単重は２８４ｇ／ｍ² であった。 実施例２で得られた一方向性強化繊維複合基材をエポキ
シ樹脂に含浸させたところ、実施例１より劣るが通常の
作業で支障にならない程度の含浸速度であった。また、
刷毛による摩擦でも毛羽だちはみられなかった。

【００１４】＜実施例３＞炭素繊維のピッチを１０ｍｍ
とし、ガラス繊維メッシュ状体として３軸組布［ＫＴ２
２０Ａ；日東紡績（株）製］を用いた外は実施例１と同
様に行った。３軸組布の仕様は下記の通りである。 単重 １５ｇ／ｍ² 密度（タテ×ナナメ） １本／９ｍｍ×１本／９ｍｍ （斜行糸の角度はタテ糸に対し６０度） 熱溶融性樹脂付着量 ７ｇ／ｍ² 得られた複合基材の単重は７０ｇ／ｍ² であった。 実施例３で得られた一方向性強化繊維複合基材をエポキ
シ樹脂に含浸させたところ含浸性は良好であった。ま
た、含浸させる際に刷毛で摩擦しても炭素繊維に毛羽だ
ちはみられなかった。

【００１５】＜実施例４＞実施例１における炭素繊維の
ピッチを１０ｍｍとした外は実施例１と同様に行った。
得られた複合基材の単重は８４ｇ／ｍ² であった。実施
例４で得られた一方向性強化繊維複合基材をエポキシ樹
脂に含浸させたところ含浸性は良好であった。また、含
浸させる際に刷毛で摩擦しても炭素繊維に毛羽だちはみ
られなかった。

【００１６】

【発明の効果】本発明の一方向性強化繊維複合基材は、
使用樹脂の制約がなく、樹脂の含浸性にも優れ、一方向
に引き揃えられた強化繊維の比率が高いため一方向への
補強効率を高めることができる。又、本発明の一方向性
強化繊維複合基材は、一方向に揃えられた強化繊維がバ
ラけることなく、柔軟性を有し、かつ、表裏面による選
択性もなく取扱性、現場施工性に優れている。本発明の
一方向性強化繊維複合基材の製造方法は、溶剤の使用や
乾燥設備を必要とせず、簡単な設備で効率的に製造する
ことができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一方向性強化繊維複合基材の断面図

【図２】本発明の製造方法の一例を示す概略図

【符号の説明】 １． 本発明の一方向性強化繊維複合基材 ２． 一方向に引き揃えられた強化繊維 ３． メッシュ状体 ４． メッシュ状体用繊維 ５． 熱溶融性樹脂 ６． 櫛状ガイド ７ａ，７ｂ．加熱用ドラムシリンダー ８． プレスローラ ９． 炭素繊維パーン １０ａ，１０ｂ．メッシュ状体送出し装置 １１．巻取り装置

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｄ０６Ｍ 17/00 // Ｂ２９Ｂ 11/16 9268−4Ｆ Ｂ３２Ｂ 17/04 Ｚ Ｃ０８Ｊ 5/24 Ｂ２９Ｋ 105:06 309:08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方向に引き揃えられた強化繊維からな
   る基材シートの少なくとも片面に、無機または有機繊維
   からなるメッシュ状体が該メッシュ状体の繊維の部分で
   接着されていることを特徴とする一方向性強化繊維複合
   基材。
2. 【請求項２】 請求項１において、一方向に引き揃えら
   れた強化繊維が炭素繊維で、メッシュ状体がガラス繊維
   からなり、該メッシュ状体が炭素繊維からなる基材シー
   トの両面に接着されていることを特徴とする一方向性強
   化繊維複合基材。
3. 【請求項３】 一方向に引き揃えられて引き出された強
   化繊維からなる基材シートを加熱し、次いで、該基材シ
   ートの少なくとも片面に熱溶融性樹脂を繊維部分に有す
   る無機または有機繊維からなるメッシュ状体を圧着する
   ことを特徴とする一方向性強化繊維複合基材の製造方
   法。