JPH11117138A - 一方向性強化繊維材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方向性強化繊維材１１において、その繊維
の余剰部分３が貼り付け用樹脂により固まることを防
ぎ、コンクリートに貼り付け時の型面または施工面の表
面仕上がり性を向上させ、積層化した場合にも、一方向
性強化繊維材１１の浮きが発生しないようにする。 【解決手段】 一方向性強化繊維材１１の端部の強化繊
維トウ１に接しない繊維２の余剰部分が３ｍｍ以下とな
るようにする。または、上記余剰部分３を熱融着性繊維
束により一体化し、かつこの余剰部分３が３ｍｍ以下と
なるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋脚、橋梁、床
版、建築物の柱、梁、天井などの補修補強、特にコンク
リート製構造物の補修補強に使用される一方向性強化繊
維材に関する。

【０００２】

【従来の技術】橋脚、橋梁などのコンクリートからなる
既存構造物の補修補強を行う方法として、炭素繊維、ガ
ラス繊維、高強度有機繊維等の強化繊維材に樹脂を含浸
しながら貼り付け、そのまま室温で放置してあるいは加
熱して、前記樹脂を硬化させるハンドレイアップ法が広
く知られている。上記強化繊維材として、強化繊維を一
方向に引き揃えシート状に一体化した一方向性強化繊維
材が知られている。この一方向性強化繊維材は、通常の
二方向織物やマットに比べて特定方向に強化効果あるい
は補強効果を得たい場合に好適に用いられている。

【０００３】一方向強化繊維材としては、強化繊維を一
方向に配列し樹脂を含浸して一体化したプリプレグタイ
プのものや、樹脂を含浸していないドライタイプのもの
などが知られている。上記ドライタイプの一方向性強化
繊維材としては、強化繊維トウを経糸に、その他の繊維
を緯糸としてシート状に織製したものや、特開平7-2431
49号公報や特開平8-15652号公報等に示されているよう
な強化繊維トウを経糸に、その他の熱融着性繊維を緯糸
として用いて、経糸と緯糸とを熱融着し、形状安定化を
計ったものが知られている。また、織製していないドラ
イタイプの一方向強化繊維材として、特開昭59-83619号
公報や特公平4-3461号公報等に示されているような強化
繊維トウを一方向に引き揃え、熱融着性支持体により一
体化したものなどが知られている。

【０００４】図５は、ドライタイプの一方向性強化繊維
材の一例を示すものであり、図中符号１は、複数本の強
化繊維フィラメントが引き揃えられた強化繊維トウを示
す。この一方向性強化繊維材１０は、強化繊維トウ１，
１…を経糸に、その他の繊維２，２…を緯糸に用いて、
平織りで、織製してなるものである。このように一方向
性強化繊維材１０においては、強化繊維トウ１，１…が
一方向に引き揃えられて、繊維２，２…により一体化さ
れ、シート状にされてなるものである。

【０００５】上述のドライタイプの一方向性強化繊維材
１０のコンクリート面への貼り付け方法としては、通
常、下地処理されたコンクリート面に予めプライマーを
塗布し、プライマーが硬化した面上にまず貼り付け用樹
脂を下塗りし、一方向性強化繊維材１０をローラーなど
により加圧して貼り付け、場合によってはさらに貼り付
け用樹脂を上塗りし、貼り付け用樹脂を一方向性強化繊
維材１０に含浸させたのち、この貼り付け用樹脂を硬化
させて一方向性強化繊維材１０を接着させるものがあ
る。場合によっては、さらに上記一方向性強化繊維材１
０の貼り付け作業が繰り返し行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記一
方向性強化繊維材１０を用いた場合、その製造上、その
側端部の強化繊維トウ１，１…が存在しない繊維２，２
…の部分、つまりはみ出した繊維２，２…の余剰部分３
が生じるために次のような問題点があった。すなわち、
一方向性強化繊維材１０に貼り付け用樹脂を含浸させ、
硬化させてコンクリートへの貼り付けを実施した場合
に、この余剰部分３が針状あるいは棒状に固まってしま
い、型面あるいは、施工面上に突起物となって現れるた
めに型面や施工面の表面平滑化が困難となり、仕上がり
性に劣るということや、一方向性強化繊維材１０を積層
してコンクリートに貼り付けを行う際に、この突起物が
原因となり、積層した一方向性強化繊維材１０に浮きが
発生してしまうという問題があった。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、一方向性強化繊維材をコンクリートに貼り付ける際
に、一方向性強化繊維材の繊維の余剰部分が貼り付け用
樹脂によって面外に突起となって固まることを防ぎ、コ
ンクリートに貼り付け時の型面または施工面の表面仕上
がりを平滑化して向上させ、積層化する場合にも、浮き
の発生することがないような一方向性強化繊維材を得る
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、一方向に引き揃えられた強化繊維トウが、繊維に
より一体化され、シート状とされる一方向性強化繊維材
の端部の強化繊維トウに接しない繊維の余剰部分が３ｍ
ｍ以下となるようにした。また、一方向に引き揃えられ
た、一方向性強化繊維材の端部の強化繊維トウに接しな
い熱融着性繊維の余剰部分が、熱融着性繊維束によって
一体化され、かつこの余剰部分が３ｍｍ以下となるよう
にした。このとき、上記繊維が熱融着性繊維であること
が好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一方向性強化繊
維材の一例を示すもので、符号１１は一方向性強化繊維
材である。この一方向性強化繊維材１１は、複数本の強
化繊維トウ１，１…を経糸に、繊維２，２…を緯糸とし
て織製されたもので、熱融着により一体化してなるもの
である。その余剰部分３は、３ｍｍ以下とされている。

【００１０】上記強化繊維トウ１は、強化繊維を引き揃
えて束状としたものである。該強化繊維としては、例え
ば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの高強度
有機繊維や金属繊維など一般に用いられるものであれば
よく、特に限定されるものではないが、このなかでも、
炭素繊維が高い引張強度を有し、安価で、取り扱い性に
優れることから好適に用いられる。また、強化繊維トウ
１としては、２種以上の強化繊維を用いてハイブリット
にして用いることができる。

【００１１】上記緯糸として用いる繊維２としては、一
方向性強化繊維材１１の形状安定化を図るため、熱融着
性繊維が好適に使用される。熱融着性繊維に含有される
熱融着性樹脂としては、低融点熱可塑性樹脂や、３０℃
以下で半固化から固形である高分子量モノマーやオリゴ
マー等や、ポリマーが好適に用いられる。低融点熱可塑
性樹脂としては、融点が３０〜２００℃の範囲であるこ
とが望ましい。この範囲であると、一方向性強化繊維材
１１の室温でのシート形状の保全性がよく、製造時の加
熱が容易であるなど利点がある。具体的には、ポリエチ
レン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ
エステル樹脂などを挙げることができるが、これらに限
定されるものではない。また、上記熱融着性樹脂とし
て、２００℃以下で軟化し、かつ３０℃以下で半固化か
ら固形である高分子量モノマーや、オリゴマーを用いる
こともできる。

【００１２】上記繊維２の形態としては、低融点熱可塑
性樹脂のモノフィラメントあるいはマルチフィラメント
をそのまま用いてもよいし、低融点熱可塑性樹脂のモノ
フィラメントあるいはマルチフィラメントと、ガラス繊
維などの他種繊維との撚り糸などを用いることができ
る。または、低融点熱可塑性樹脂のモノフィラメントあ
るいはマルチフィラメントと、上記他種繊維とをバイン
ダーを介して一体化させたものや、ガラス繊維などを支
持体として、その表面を上記熱融着性樹脂によりコーテ
ィングしたものや、ガラス繊維などを支持体として、そ
の表面にバインダーを介して上記熱融着性樹脂の粉体を
被覆したものなどを用いることができる。

【００１３】上記バインダーとしては、２００℃以下の
温度で溶解、あるいは軟化する高分子化合物であれば特
に制限はないが、水に溶解性のある、あるいは水性エマ
ルジョン化の可能な化合物であることが望ましい。この
化合物であれば、低融点熱可塑性樹脂と他種繊維とを一
体化させるプロセスが容易となる。具体的にこのような
高分子化合物としては、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢
酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−アクリル共重合体、ポ
リアクリル酸エステル、ポリエステル、ポリエチレン、
ポリブタジエン共重合体などが挙げられる。

【００１４】上記一方向性強化繊維材１１は、上述の強
化繊維トウ１を経糸に、繊維２を緯糸に用いて織製する
ことにより得ることができる。また、繊維２に熱融着性
繊維を用いた場合には、上記のように織製後に、加熱し
て経糸と緯糸とを熱融着させることにより得ることがで
きる。また、図１においては、織製したものを示した
が、本発明の一方向性強化繊維材は、織製せずに、強化
繊維トウ１，１…を平行に列状に引き揃えて、その片面
あるいは両面に、繊維２として熱融性繊維束を用いて、
これを強化繊維トウ１，１…の引き揃え方向と垂直とな
るように並べて、これを加熱して熱融着させて、一体化
させることによっても得ることができる。

【００１５】このようにシート状に一体化された一方向
性強化繊維材１１においては、その両側端部の緯糸の強
化繊維トウ１と接しない部分すなわち、緯糸のはみ出し
た余剰部分３は、３ｍｍ以下に切断される。このように
切断することによって、コンクリートへの貼り付け時
に、貼り付け用樹脂によって余剰部分が針状あるいは棒
状に固まることがなくなる。

【００１６】図２は、上記余剰部分３を熱融着性繊維束
４により、固定した一方向性強化繊維材の一例を示すも
のである。熱融着性繊維束４は、熱融着性樹脂を含有す
るものである。この熱融着性樹脂としては、低融点熱可
塑性樹脂や、３０℃以下で半固化から固形である高分子
量モノマーやオリゴマー等が好適に用いられる。低融点
熱可塑性樹脂としては、融点が３０〜２００℃の範囲で
あることが望ましい。この範囲であると、一方向性強化
繊維材１２の室温でのシート形状の保全性がよく、製造
時の加熱が容易であるなど利点がある。具体的には、ポ
リエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリエステル樹脂などを挙げることができるが、こ
れらに限定されるものではない。また、上記熱融着性樹
脂としては、２００℃以下で軟化し、かつ３０℃以下で
半固化から固形である高分子量モノマーやオリゴマーを
用いることもできる。

【００１７】上記熱融着性繊維束４の形態としては、低
融点熱可塑性樹脂のモノフィラメントあるいはマルチフ
ィラメントをそのまま用いてもよいし、低融点熱可塑性
樹脂のモノフィラメントあるいはマルチフィラメント
と、ガラス繊維などの他種繊維との撚り糸などを用いる
ことができる。または、低融点熱可塑性樹脂のモノフィ
ラメントあるいはマルチフィラメントと、他種繊維とを
バインダーを介して一体化させたものや、ガラス繊維な
どを支持体として、その表面を上記熱融着性樹脂により
コーティングしたものや、ガラス繊維などを支持体とし
て、その表面にバインダーを介して上記熱融着性樹脂の
粉体を被覆したものなどを用いることができる。

【００１８】上記バインダーとしては、２００℃以下の
温度で溶解、あるいは軟化する高分子化合物であれば特
に制限はないが、水に溶解性のある、あるいは水性エマ
ルジョン化の可能な化合物であることが望ましい。この
化合物であれば、低融点熱可塑性樹脂と他種繊維とを一
体化させるプロセスが容易となる。具体的にこのような
高分子化合物としては、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢
酸ビニル共重合体、酢酸ビニル−アクリル共重合体、ポ
リアクリル酸エステル、ポリエステル、ポリエチレン、
ポリブタジエン共重合体などが挙げられる。

【００１９】この熱融着性繊維束４は、経糸として引き
揃えられた強化繊維トウ１，１…の両側部に強化繊維ト
ウ１に平行に配される。その数としては、少なくとも繊
維２，２…を拘束できる２〜４本が望ましい。このとき
図２に示すように、熱融着性繊維束４は、一方向性強化
繊維材１２の強化繊維トウ１，１…の両側端部に経糸と
して引き揃えられて、強化繊維トウ１，１…とともに繊
維２，２…と織製されても良いし、図３に示すように、
繊維２，２…に織り込まず、一方向性強化繊維材１３の
織製後に、その両側端部の余剰緯糸部分３を上下から挟
み込むように配置し、加熱して熱融着させても良い。そ
して、熱融着性繊維束４に拘束されない繊維２の余剰部
分３を、３ｍｍ以下に切断する。

【００２０】図４は、強化繊維トウ１と繊維２とを織製
せずに、繊維２に熱融着性繊維束を用い、熱融着によっ
て一体化され、また緯糸余剰部分に熱融着性繊維束４が
配置された一方向性強化繊維材の一例を示したものであ
る。このような場合、繊維２は、引き揃えられた強化繊
維トウ１，１…の少なくとも片面の緯糸方向に配され
る。そして、熱融着性繊維束４を一方向性強化繊維材１
４の余剰部分３を挟み込むようにして経糸方向に配置
し、これらを加熱して熱融着させることにより図４の一
方向性強化繊維材１４を得ることができる。

【００２１】上述の一方向性強化繊維材１１、１２、１
３、１４は、ハンドレイアップ法にて、コンクリート面
に施工される。このとき、本発明の一方向性強化繊維材
１１、１２、１３、１４においては、緯糸余剰部分３が
３ｍｍ以下となっているので、コンクリート貼り付け時
に、その余剰部分が針状あるいは棒状に固まることがな
く、よって施工面の仕上がり性が向上し、積層化する場
合にも、浮きが発生しない。また、その余剰部分３を熱
融着性繊維束４により一体化したものであれば、余剰部
分の繊維が解れることがなく、さらに、針状または棒状
に固まることがなくなり、施工時の取り扱い性が向上す
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳しく説明す
る。 （実施例１）強化繊維トウ１として、フィラメント数が
１２０００本であり、引張弾性率が２３６ＧＰａである
炭素繊維（三菱レイヨン（株）製 ＴＲ−３０Ｓ）を用
い、繊維２として、ガラス繊維（ＥＣＧ４５０−１／０
規格）に融点が１２５℃である低融点ナイロン繊維とを
バインダーを介して接着させた熱融着性を有する複合糸
を用いて実施例１の強化繊維材１１を以下のように作製
した。

【００２３】上記炭化繊維を引き揃えて炭素繊維トウと
したものを経糸に、上記ガラス繊維とナイロンの複合糸
を緯糸に用い、５ｍｍピッチで平織りして織製したのち
に、１８０℃にて加熱し、上記経糸と緯糸とを熱融着さ
せた。そして、この両側端部の余剰部分を２ｍｍとなる
ようにカットして実施例１の一方向性強化繊維材１１を
作製した。このとき、一方向性強化繊維材１１の幅は３
３０ｍｍであり、目付は３０７ｇ／ｍ²であった。

【００２４】（実施例２）強化繊維トウ１と、繊維２と
して実施例１と同様のものを用い、また、熱融着製繊維
束４として繊維２と同様のものを用いて実施例２の一方
向性強化繊維材１２を以下のように作製した。経糸とし
て炭化繊維トウを１０本／インチの間隔で、１３０本平
行に並べて、その両端に炭素繊維トウの引き揃え方向と
同様の方向に、上記熱融着繊維束４のガラス繊維とナイ
ロンの複合糸を２本ずつ並べた。そして、緯糸として繊
維２のガラス繊維とナイロンの複合糸を用いて、５ｍｍ
ピッチで平織りして織製したのちに、１８０℃にて加熱
し、上記経糸と緯糸とを熱融着させた。そして、この両
側端部の余剰部分を２ｍｍとなるようにカットして、実
施例２の一方向性強化繊維材１２を作製した。このと
き、一方向性強化繊維材１２の束端部の緯糸の余剰部分
は、熱融着性繊維束４によって一体化していた。また、
一方向性強化繊維材１２の幅は３３０ｍｍであり、目付
は３０８ｇ／ｍ²であった。

【００２５】（実施例３）強化繊維トウ１と、繊維２と
して実施例１と同様のものを用い、また、熱融着製繊維
束４として繊維２と同様のものを用いて実施例３の一方
向性強化繊維材１３を以下のように作製した。まず、上
記炭化繊維を引き揃えて炭素繊維トウとしたものを経糸
に、上記ガラス繊維とナイロンの複合糸を緯糸に用い、
５ｍｍピッチで平織りして織製したものの両側端部の緯
糸の余剰部分に径糸方向に、熱融着性繊維束のガラス繊
維とナイロンの複合糸を２本ずつ両面から挟み込んだの
ちに、１８０℃にて加熱し、上記経糸と緯糸とを熱融着
させた。そして、この両側面端部の余剰部分を２ｍｍと
なるようにカットして、実施例３の一方向性強化繊維材
１３を作製した。このとき、一方向性強化繊維材の束端
部の緯糸の余剰部分は、熱融着性繊維束４によって一体
化していた。また、一方向性強化繊維材１３の幅は３３
０ｍｍであり、目付は３０７ｇ／ｍ²であった。

【００２６】（実施例４）強化繊維トウ１と、繊維２と
して実施例１と同様のものを用い、また、熱融着製繊維
束４として繊維２と同様のものを用いて実施例３の一方
向性強化繊維材１４を以下のように作製した。経糸とし
て炭化繊維トウを１０本／インチの間隔で、１３０本平
行に並べたものの両面に、緯糸として繊維２のガラス繊
維とナイロンの複合糸を片面に２５ｍｍピッチとなるよ
うに並べ、両面の繊維が重ならないように交互に並べ
て、一方向性強化繊維材１４としては、１２．５ｍｍピ
ッチで両表面に交互に緯糸が配置されるように並べて、
これを１８０℃にて加熱、加圧し、上記経糸と緯糸とを
熱融着させた。そして、この両側端部の余剰部分を２ｍ
ｍとなるようにカットして実施例４の一方向性強化繊維
材１４を作製した。このとき、一方向性強化繊維材の束
端部の緯糸の余剰部分は熱融着性繊維束４によって一体
化していた。また、一方向性強化繊維材の幅は３３０ｍ
ｍであり、目付は３０８ｇ／ｍ²であった。

【００２７】（比較例１）緯糸の余剰部分を平均５ｍｍ
にカットする以外は、実施例２と同様にして比較例１の
一方向性強化繊維材を得た。このとき、一方向性強化繊
維材の幅は３３０ｍｍであり、目付は３０７ｇ／ｍ²で
あった。

【００２８】（比較例２）緯糸の余剰部分を平均６ｍｍ
にカットした以外は、実施例４と同様にして比較例２の
一方向性強化繊維材を得た。このとき一方向性強化繊維
材の幅は３３０ｍｍであり、目付は３０４ｇ／ｍ²であ
った。

【００２９】次に、上記実施例１〜４、比較例１、２の
一方向性強化繊維材において、コンクリートへの貼り付
けを実施した。貼り付け用樹脂としてメチルメタクリレ
ート系樹脂（三菱レイヨン（株）社製ＤＲ−８０）に硬
化助剤、硬化剤を加えたものを用い、上記実施例１〜
４、比較例１、２の一方向性強化繊維材をそれぞれコン
クリート構造体に貼り付け、室温にて放置し、メチルメ
タクリレート樹脂を硬化させ、このときの表面状態を観
察した。さらに、その上からそれぞれの一方向性強化繊
維材を貼り付けて積層したときの浮きの発生状態を観察
した。これらの結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】これらの結果から本発明の一方向性強化繊
維材においては、コンクリート面への貼り付け時に、貼
り付け用樹脂によって余剰部分が針状あるいは棒状に固
まらず、突起とならないため、積層時にも一方向性強化
繊維材の浮きが発生しないことがわかる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の一方向性強
化繊維材においては、コンクリートに貼り付ける際に、
一方向性強化繊維材の繊維の余剰部分が貼り付け用樹脂
によって固まることがなく、コンクリートに貼り付け時
の型面または施工面の表面仕上がりを平滑化して向上す
ることができ、積層化する場合にも、浮きが発生するこ
とがない。よって、橋脚、橋梁、床版、建築物の柱、
梁、天井などの補修補強、特にコンクリート製構造物の
補修補強に使用される強化繊維材として好適に用いるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一方向性強化繊維材の一例を示した
構成図である。

【図２】 本発明の一方向性強化繊維材の一例を示した
構成図である。

【図３】 本発明の一方向性強化繊維材の一例を示した
構成図である。

【図４】 本発明の一方向性強化繊維材の一例を示した
構成図である。

【図５】 一方向性強化繊維材の一例を示した構成図で
ある。

【符号の説明】

１…強化繊維トウ ２…繊維 ３…余剰部分 ４…熱融着性繊維束 １１、１２、１３、１４…一方向性強化繊維材

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トウ
   が、繊維により一体化され、シート状とされた一方向性
   強化繊維材であって、 一方向性強化繊維材の端部の強化繊維トウに接しない繊
   維の余剰部分が３ｍｍ以下であることを特徴とする一方
   向性強化繊維材。
2. 【請求項２】 一方向に引き揃えられた強化繊維トウ
   が、繊維によって一体化され、シート状とされた一方向
   性強化繊維材であって、 一方向性強化繊維材の端部の強化繊維トウに接しない熱
   融着性繊維の余剰部分が、熱融着性繊維束によって一体
   化され、かつこの余剰部分が３ｍｍ以下であることを特
   徴とする一方向性強化繊維材。
3. 【請求項３】 上記繊維が熱融着性繊維であることを特
   徴とする請求項１または２記載の一方向性強化繊維材。