KR100563130B1

KR100563130B1 - 보강용 탄소섬유기재, 적층체 및 검출방법

Info

Publication number: KR100563130B1
Application number: KR1019997009648A
Authority: KR
Inventors: 니시무라아키라; 코바야시타카시; 호리베이쿠오; 홈마키요시
Original assignee: 도레이 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2006-03-22
Also published as: EP0989215B1; US6277771B1; CA2286574A1; TW434360B; EP0989215A4; EP0989215A1; KR20010006558A; DE69941471D1; WO1999042643A1

Abstract

본 발명의 보강용 탄소섬유기재는, 금속선을 보강용 탄소섬유기재 내부에 배치하고, 또한, 금속선의 부피비율을 보강섬유의 4% 이하로 하는 것에 의해, 대형구조물이나 이것과 일체의 여러가지 형상의 FRP에 성형할 수 있고, 더구나, 구조물이나 FRP에 발생하는 변형의 상황을 정확히 검출할 수가 있다. ．

본 발명의 적층체 및 검출방법은, 금속선을 부피비율이 4% 이하이고 보강용 탄소섬유기재 내부에 배치하여, 또한, 상기 기재가 금속선의 삽입위치가 서로 다르도록 적층되어 있는 것에 의해, 보통의 비파괴검사방법으로서는 검출할 수 없는, 적층체의 적층수, 적층방향을 비파괴로, 간단히 검출할 수가 있다.

본 발명의 보강용 탄소섬유기재, 적층체 및 검출방법은, FRP 제의 구조체, 특히, 콘크리트 구조물의 보수 또는 보강에 바람직하게 쓰인다.

탄소섬유기재

Description

보강용 탄소섬유기재, 적층체 및 검출방법{REINFORCING CARBON FIBER BASE MATERIAL, LAMINATE AND DETECTION METHOD}

본 발명은, 구조물로서, 또는 구조물과 일체로 쓰이는 FRP(섬유강화 플라스틱)를 얻기 위한 보강용 탄소섬유기재 및 그 적층체와, 그것을 써서 구조물에 발생하는 변형의 열화 상태를 검출하는 방법 및 적층체의 적층수를 검출하는 방법에 관한 것이다.

근래에, FRP의 용도는 확대되고 있어, 항공우주나 스포츠의 분야 뿐만 아니라, 토목·건축의 분야등 대형구조물에도 널리 적용되기 시작하고 있다.

특히, 콘크리트 구조물의 보수 또는 보강에의 FRP의 사용은, 차량의 중량규제완화나, 대지진의 발생, 및, 시공의 용이함 등으로부터 착안되어 확대되고 있다. 콘크리트구조물에는, 상판이나 교각, 터널, 그리고 건물등이 있지만, 콘크리트의 중성화나 염해에 의한 내부철근에서의 녹발생, 알칼리 골재와의 반응등에 의한 열화가 발생하여, 사회적문제로 되어있다. 또한, 통행차량에 의한 진동이나, 지진, 또는 터널내에서는 토사의 압력이 가해지면, 콘크리트에 발생한 균열이 확대되어 열화의 진행을 빠르게 하여 버린다. 또한, 토목·건축분야의 구조물은 대형의 것이 많기 때문에, 파괴가 예지되기 어렵고, 돌발적인 파괴에 의한 큰 사고로 연결될 가능성이 있다.

이상의 것에서, 구조물의 피로나 열화의 진행상태를 관찰하여, 구조물의 파괴를 사전에 예지하는 기술이 요청되고 있다. 그러나, 현재상태로서는, 직접 관찰등의 비파괴검사가 중심이기 때문에, 피로나 열화의 상황을 정확히 파악하는 것은 용이하지 않다.

종래부터, 변형을 검출하는 재료로서, 변형게이지가 알려져 있다. 변형게이지는 그 면적내의 변형을 검출하는 것으로, 더구나 길이가 30mm 이하의 짧고 국소적인 변형만을 검출할 수 밖에 없다. 따라서, 대형구조물의 변형을 널리 검출하기위해서는 수 많은 변형게이지를 붙일 필요가 있다.

한편, 일본 특허 공개 소60-114741호공보에, FRP부재 내에 탄소장섬유 사조(炭素長纖維絲條)를 배치하여, 이 사조를 구성하는 탄소장섬유 단사(炭素長纖維單絲)의 파단비율을 동 사조의 저항변화로부터 측정하여, 부재의 강성저하나 피로파괴를 사전에 검출하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 의하면, 확실히, 대형구조물에서 넓은 면적의 변형을 검출하는 것이 가능하다.

그러나, 상기 사조를 구성하는 많은 탄소장섬유 단사는, 사조 내에서 여러가지 배열상태로 존재하고, 또한, 그 배열상태는 사조마다 다르다. 그 때문에, 같은 하중하에서의 단사의 파단비율은, 사조에 따라 가지각색이고, 상기 사조의 전기저항변화의 재현성이 나빠져 버린다. 더욱이, 저항측정에 필요한 상기 사조 양단의 단자는, 모든 단사에 접촉해야 하지만, 사조 내의 지름 수 미크론의 수천∼ 수만의 단사 모두에 접촉시키는 것은 어렵다.

더욱이, 일본 특허 공개 평2-38945호 공보에, 유리섬유강화복합재료로 이루어지는 구조물의 내부에, 금속 단선을 배치하여, 이 전기저항의 변동을 측정하는 피로파괴검사방법이 기재되어 있다.
그러나, 대형구조물, 특히, 콘크리트 구조물의 보수·보강에 사용하는 FRP 내에 금속선을 배치 하는 경우, 사용대상이 되는 구조물의 표면이 평면으로는 한정되지 않고, 곡면이나 요철면인 것이 많다. 그 때문에, FRP의 성형은, 구조물의 표면에 보강용섬유기재를 첨부하며, 동시에 수지 함침(含浸)하게 된다. 따라서 금속선의 배치는, 함침 직후의 수지가 미경화때에, 보강용섬유기재의 위에 수작업 등으로 해야하는 번잡한 것으로 된다. 이 것과 같은 배치방법에서는 금속선이 보강섬유와 병행하게 배치 되지 않고, 사행(蛇行)하는 것이 많아지기 때문에, 보강섬유방향으로의 하중이나 변형으로 설계된 FRP의 변형이 금속선으로부터 정확히 검출되지 못한다.

그런데, 탄소섬유강화 플라스틱의 분야에서는, 시트상 탄소섬유기재(예를 들면 1방향으로 탄소섬유가 병행으로 배열되어, B스태이지 상태의 에폭시수지가 함침된 프리프레그(pre-preg))를 소망의 방향으로 섬유가 배향되도록 다수매 적층하여, 오토클레이브(autoclave)성형으로 수지를 경화하여, 항공기의 도리(桁) 등의 구조재가 제조되어 있으나, 이들 적층체는, 시트상 탄소섬유기재의 적층의 방향이나 적층 매수의 설정이 인위적인 작업에 의해서 행하여지기 때문에, 잘못 제조될 가능성도 있다. 이러한 것때문에 항공기의 일차 구조체로 되는 도리 등은, 도리의 끝으로부터 샘플을 추출하여, 수지를 태워 타고남은 탄소섬유의 적층의 방향이나 적층 매수를 확인하는 것도 행하여지고 있다.

더욱이, 콘크리트구조물의 보수 또는 보강을, 시트상 탄소섬유기재를 구조물에 붙여, 상온 경화형의 에폭시를 함침, 경화시켜 행한 경우의 시트상 기재적층체의 적층수 확인은, 예를 들면 1층 적층 작업이 완료할 때마다 사진촬영하는 방법으로 행하여지고 있지만 대단히 성가신 작업이다.

본 발명의 목적은, 종래의 기술에 있어서의 상술한 문제점을 해결하여, 대형구조물이나, 이것과 일체의 여러가지 형상의 FRP로 성형가능하고, 또한 구조물에 발생하는 변형을 정확히 검출하여, 구조물의 피로나 열화를 예지할 수 있는 보강용 탄소섬유기재를 얻는 것에 있다.

또한, 본 발명의 별도의 목적은, 종래의 기술에 있어서의 상술한 문제점을 해결하여, 시트상 탄소섬유 기재로 이루어지는 적층체의 적층수를 비파괴로 간편히 검출하는 것이 가능한 적층체 및 그 검출방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 목적은, 이하의 구성에 의해서 달성된다.

탄소섬유와 금속선이 일체로 되어 시트상 탄소섬유기재를 형성하여, 또한, 상기 탄소섬유에 대하는 금속선의 부피비율이 4% 이하인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.

상기에 있어서, 상기 금속선이 주위를 절연성 피복재로 피복시킨 금속선인 보강용 탄소섬유 기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선이 상기 탄소섬유의 배향방향과 동일 방향으로 배열되어 있는 보강용 탄소섬유 기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선이 상기 탄소섬유의 배향방향에 대하여 각도를 갖고 배열되어 있는 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 절연성 피복재는 섬유상물(纖維狀物)인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 절연성 피복재에 의한 금속선의 피복비율이 90% 이상인 보강용 탄소 섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는 직물인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는, 1방향으로 병행하여 배열된 탄소섬유를 접착제에 의해 지지체에 접착고정시켜 이루어지는 투시트(two sheet)인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는, 탄소섬유를 B스태이지 상태의 열경화성 수지로 일체화하여 이루어진 프리프레그인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는 탄소섬유를 세로실로 하는 1방향 직물에, 금속선이 가로방향으로 짜넣어진 직물인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는 금속선이 거의 등간격으로 삽입된 것인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는 종이관에 감아지고, 상기 금속선의 굵기는 기재 두께 이하인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선은 니크롬선인 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선은 철선 또는 그 합금으로 이루어지는 선인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재가 바람직하다.

탄소섬유와 금속선이 일체로 되어 시트상 탄소섬유기재를 형성하고, 또한, 상기 탄소섬유에 대한 금속선의 부피비율이 4% 이하인 시트상 탄소섬유기재는 금속선의 삽입위치가 서로 다르도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 적층체.

상기에 있어서, 상기 금속선은 상기 시트상 탄소섬유기재의 폭방향으로 배열되어 있는 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 시트상 탄소섬유기재에 매트릭스수지가 함침되어 이루어진 섬유강화 플라스틱인 적층체가 바람직하다

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는, 탄소섬유를 세로실로 하는 1방향직물에 금속선이 가로방향으로 짜넣어진 직물인 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는 금속선이 거의 등간격으로 삽입된 것인 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선은 강자성체인 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선은 철선 또는 그 합금으로 이루어지는 선인 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선은 니크롬선인 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 금속선은 주위를 절연성 피복재로 피복시킨 금속선인 적층체가 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 적층체의 금속선의 존재를 검출수단으로 비파괴로 감지하여, 시트상 탄소섬유기재의 적층수를 검출하는 것을 특징으로 하는 적층체의 적층수 검출방법.

상기에 있어서, 상기 검출수단은 금속탐지법인 적층체의 적층수 검출방법을 사용함이 바람직하다.

상기에 있어서, 콘크리트구조물의 표면을 상기 적층체로 보강하여, 그 적층수를 검출하는 적층체의 적층수 검출방법이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 검출수단은 적외선 카메라이며, 상기 금속선을 전자유도에 의해서 발열시켜, 상기 발열부분을 적외선 카메라로 검출하는 적층체의 적층수 검출방법이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 검출수단은 적외선 카메라이며, 상기 금속선에 통전하여 상기 금속선을 발열시켜, 그 발열부분을 적외선 카메라로 검출하는 적층체의 적층수 검출방법이 바람직하다.

상기에 있어서, 보강용 탄소섬유기재를 구조물 또는 구조물과 일체로 되는 FRP로 한 뒤, 상기 금속선의 저항변화로부터, 상기 구조물에 발생하는 변형을 검출하는 것을 특징으로 하는 구조물의 변형 검출방법.

도 1은, 본 발명의 1실시예에 관계되는 1방향성 탄소섬유직물을 가리키는 도 면이다.

도 2는, 본 발명의 1실시예에 관계되는 논크림프(non-crimp) 1방향성 탄소섬유직물을 가리키는 도면이다.

도 3은, 본 발명의 1실시예에 관계되는 세로방향 보조실에 금속선을 사용한 논크림프 1방향성 탄소섬유 직물의 실시예을 가리키는 도면이다.

도 4는, 본 발명의 1실시예에 관계되는 2방향성 탄소섬유 직물을 가리키는 도면이다.

도 5는, 본 발명의 1실시예에 관계되는 금속선이 보강섬유에 대하여 각도를 갖고 배열된 탄소섬유직물을 가리키는 도면이다.

도 6은, 니크롬선의 전기저항변화를 측정하는 시험편의 사시도이다.

도 7은, 피로 전의 전기저항과 변형의 관계를 가리키는 도면이다.

도 8은, 피로 후의 전기저항과 변형의 관계를 가리키는 도면이다.

도 9는, 본 발명의 1실시예에 관계되는, 적층체에 있어서의 금속선 배열상태와 적층수 검출의 형태를 설명하는 도면이다.

도 10은, 본 발명의 1실시예에 관계되는, 기재의 방향으로 배열되어 있는 금속선이 기재의 길이 방향에 대하여 간격(B)으로 2개씩 삽입되어 있는 상태를 설명하는 도면이다.

도 11은, 본 발명의 1실시예에 관계되는, 금속선의 감지의 원리를 설명하는 도면으로, 자계가 평형상태에 있는 것을 설명하는 도면이다.

도 12는, 본 발명의 1실시예에 관계되는, 금속선의 감지의 원리를 설명하는 도면으로, 자계의 속에 금속선이 들어가고, 자계가 불평형상태에 있는 것을 설명하는 도면이다.

이후, 보강용 시트상 탄소섬유기재를 기재로 호칭한다.

본 발명으로 사용하는 금속선은, 단면적이 0.002∼0.2mm²의 범위에 있는 백금, 텅스텐, 몰리브덴, 은, 알루미늄, 니켈, 마그네슘, 동, 강철, 철 및 이것들의 합금, Ni-Cr합금(니크롬 합금이라고도 불린다), Ni-Cr-Fe합금, Fe-Cr-A1합금, Fe-Cr-A1-Co합금 등으로 이루어지는, 환선상(丸線狀), 띠상, 편평한 상의 선상물(線狀物)이며, 이들 선상물을 단선으로서 사용하더라도, 꼬아서 합치는 등 복수선으로서 사용하더라도 지장이 없다. 그 중에서도, 방청 등 내식성에 뛰어나고, 또한, 변형에 대한 저항변화가 크고, 변화를 확인하기 쉬운 니크롬선(니크롬 합금의 하나)이 보다 바람직하다.

또한, 자계나 전자유도를 쓰는 검지방법을 이용하는 경우에는, 철, 코발트, 니켈, 테르븀, 가돌리늄, 홀뮴, 에르븀 및 이것들의 합금과 산화크롬IV(CrO₂) 등의 강자성체로 이루어지는 선재가 좋고, 그중에서도 철 또는 그 합금으로 이루어지는 금속선이 저렴하여 바람직하다.

또, 피복된 경우의 금속선의 굵기는, 특히, 단면형상이 띠상이나 편평한 상의 경우는, 가장 가는 부분의 값으로 한다.

또한, 본 발명에 있어서의 금속선은, 변형 등의 검출을 목적으로 하는 것이기 때문에, 탄소섬유에 차지하는 부피비율은 4% 이하인 것이 바람직하다. 주위가 절연성 피복재로 피복된 금속선의 경우에 있어서는, 주위의 절연성 피복재를 제외한 금속선만의 부피가 탄소섬유에 대하여 차지하는 부피비율이 4% 이하인 것이 바람직하다.

금속선의 파단신도는, 탄소섬유보다도 크지만, 탄소섬유가 파단되면, 동시에 금속선도 파단되어 버린다. 따라서, 금속선의 양을 늘리더라도 보강효과로의 관여는 작다. 더구나, 금속선의 밀도는 탄소섬유보다도 높기 때문에, 금속선을 기재 내에 많이 배치하면, 기재중량이 늘어나고, 특히, 콘크리트 구조물의 하면이나 측면에 붙여 보강하는 용도에 사용하는 경우에는, 기재의 낙하나 떨어져 나가는 결점이 생겨 버리기 때문에 바람직하지 못하다.

더욱이, FRP가, 원래 포함하고 있었던 수분에 더하여, 주위의 수분을 흡수함으로써 FRP 중의 금속선 주위가 습기를 갖게 되면, 금속선이 부식되기 시작할 염려가 있다. 또한, 탄소섬유가 도전성을 갖고 있기 때문에, 토양 중의 금속선이 전식(電食)하는 것처럼, FRP 중의 금속선이 부식될 염려가 있어 바람직하지 못하다.

이상으로부터, 금속선의 비율은 4% 이하로 적은 쪽이 좋고, 더욱 바람직하게는 2% 이하인 것이 좋다.

본 발명의, 금속선으로서, 절연성 피복재로 피복된 금속선을 배치한 기재를 쓰면, 이것을 FRP로 한 뒤, 상기 금속선의 전기저항을 측정하여 FRP에 발생하는 변형 검출을 할 때에 요구되는 이하의 2개의 조건을 만족할 수 있다. 즉, 금속선 주위의 절연성 피복재에 의해 탄소섬유와 금속선 사이를 절연하고, 또한, FRP과 금속선 사이에 미끄러짐이 발생하지 않도록 할 수가 있다.

절연성 피복재로서는, 수지투과성이 있는 절연성 피복재(이후 투과성 피복재라 호칭)를 사용하는 것이 좋다. 이에 따라, FRP를 성형할 때에 함침하는 수지(이후 매트릭스수지로 호칭한다)가, 피복재 내로 투과되고, 금속선 표면에 도달하지만 매트릭스 수지도 절연물이기 때문에, 금속선의 주위를 효과적으로 절연피복할 수 있다. 또, 여기서 말하는 수지투과성이란, 피복재 안을 수지가 투과하는 성질이며, 투과와 함침은 같은 뜻이다.

금속선의 미끄러짐은, 피복재와 FRP 사이 및 금속선과 피복재 사이의 2개의 층사이에서 발생할 가능성이 있지만, 투과성 피복재의 표면에는, 피복재와 투과한 매트릭스 수지로 형성되는 요철이 존재하기 때문에, 피복재와 FRP 사이의 미끄러짐을 억제할 수 있다. 또한, 투과성의 피복재에서는, 수지가 함침되고 금속선과 접착하기 때문에, 피복재와 금속선 사이의 미끄러짐을 억제할 수 있다.

이와 같은 투과성 피복재로서는, 연속발포 플라스틱 또는 섬유상물로 이루어지는 피복재가 좋다. 특히, 섬유상물로 이루어지는 피복재를 금속선에 감아서 피복하면 모세현상에 의해서, 수지가 함침되고, 금속선 표면에 도달하기 때문에 더욱 좋다.

연속발포 플라스틱으로 이루어지는 투과성의 피복재로서는, 불포화 폴리에스테르, 비닐 에스테르, 페놀, 에폭시 등의 딱딱한 열경화성의 수지를 쓰면, FRP의 변형에 추종하기 쉽게 되고, FRP에 발생하는 변형을 금속선에 정확히 전하기 쉽게 되므로 바람직하다.

또한, 섬유상물로 이루어지는 투과성의 피복재로서는, 부직포나 직물의 테이프상물, 또는 필라멘트실이 있고, 이들을, 심재로 되는 금속선의 주위에 커버링(covering)법이나 끈제조법, 래핑(wrapping)법으로 감음으로써 피복할 수가 있다.

본 발명의 섬유상물로 이루어지는 피복재를 구성하는 섬유로서는, 폴리에스테르, 나일론, 유리, 비닐론, 폴리프로필렌, 폴리아라미드 등의 섬유를 들 수 있다. 절연성이면 좋고, 특별히 한정하지 않지만, 매트릭스수지와의 접착성을 고려해서 선택하는 것이 좋다. 매트릭스수지가 에폭시계열의 경우는, 나일론섬유가 바람직하다.

본 발명의 섬유상물로 이루어지는 피복재는, 감기의 회수나 피치, 실의 굵기를 바꿔 피복하는 것이 좋지만, 감는것이 1방향만으로 하면, 피복후 금속선의 말려 올라가는 성질에 의한 사행이 좋지 않게 되어 수정하기 어렵게 되어, 기재로의 배치에 지장을 초래하여 버린다. 따라서, 감는 것은 SZ의 양방향으로 하는 것이 좋다.

또한, 필라멘트실이 지나치게 가늘면, 피복율 확보에 필요한 감는 회수가 증가한다. 따라서, 상기 피복재를 구성하는 섬유의 굵기는, 20∼500 데니어(denier)정도가 좋다. 더욱이, 이들 섬유는, 다중 필라멘트쪽이, 감는 작업시에 섬유가 말려 올라가서 금속선 표면에 넓어져, 피복효율이 좋아지므로 바람직하다. 또한, 감기는, 2중 이상 거듭해도 좋다.

또, 피복을 절연성 재료의 코팅으로 하면, 투과성 피복재같은 표면요철이 적기 때문에, FRP과 피복재 사이의 미끄러짐이 염려된다.

또한, 금속선을 피복하지 않고 사용하면, 기재에 금속선을 배치하는 공정이나, 배치후의 기재에 롤러 등으로 수지함침할 때, 금속선에 손상을 주어 버려, FRP화 후의 저항변화의 이상이나, 금속선의 절단으로 이어져버릴 염려가 있다. 그래서, 피복을 해 두면, 이것이 보호층의 역할을 하기 때문에, 금속선의 검출성능을 유지할 수가 있다. 이상의 점에서도, 금속선에 피복하여 기재 중에 배치 하는 것이 바람직하다.

상기 피복방법에 있어서의 금속선의 피복비율은, 100% 인것이 바람직하지만, 90% 이상이면, 절연의 목적을 달성할 수 있기 때문에 괜찮다.

즉, 절연성의 수지가 함침됨으로써 탄소섬유와 금속선이 접촉할 가능성은 저하하기 때문에, 피복비율이 90% 이상이면, 수지함침후, 금속선에 접촉하는 탄소섬유는 거의 없게 된다. 그러나, 90% 미만에서는, 수지함침 후에도 금속선에 접촉하는 탄소섬유가 잔존하여, 금속선의 저항에 영향을 줄 염려가 있다.

또, 금속선의 피복비율은, 이하의 방법으로 측정했다.

우선, 수지함침 전의 표면의 현미경사진을 찍어, 이 전체 표면적(Sl) 및 금속선이 보이는 표면적(S2)을 계측하여, 이하의 식으로 피복율을 산출했다. 계측은 피복한 금속선이 다른 10개소의, 배향방향의 길이(15mm)과 굵기 방향의 길이(전체폭)으로 표시되는 직사각형의 영역에 관하여 행하고, 그 최저치를 피복율로 했다.

피복율 = (S1 - S2) / S1 × 100(%)

단지, 코팅에 의한 피복의 경우, 이하의 초음파검사법을 이용하여 피복율을 측정하여도 좋다. 즉, 펄스파를 사용한 반사법에 의해, 금속선의 길이 방향에 관해서, 금속선의 전장(L1) 및 금속선 표면반사만이 관찰되는 길이(L2)를 계측하여, 이하의 식으로 피복율을 산출했다. 계측은, 피복한 금속선이 다른 5개소의, 길이 50 mm의 부분에 관하여 행하고, 그 최저치를 피복율로 했다.

피복율 = (L1 - L2) / L1× 100(%)

이상에 있어서, 동일 부분에 피복재가 겹치더라도 피복비율은 동일한 것으로 하였다. 따라서, 피복비율은 0% 이상, l00% 이하로 정의된다.

또는, 상기 피복방법에 있어서, 금속선의 절연의 목적을 달성하기 위해서는, 상기 피복재에 의해 금속선이 피복되어 있지 않은 부분에서, 지름 10㎛ 이상의 구가 빠져 나가는 개소의 개수가, 금속선의 길이 방향 10㎝의 사이에서 5개 이하이면 좋다.

피복되어 있지 않은 부분이, 거기를 빠져 나가는 구의 지름이 10μm 이하로 되는 조건을 만족하면, 탄소섬유의 단사 지름이 상기 값과 동등하기 때문에, 탄소섬유가 피복되어 있지 않은 부분에 진입하기 어렵고, 탄소섬유와 금속선 사이의 절연성을 확보할 수 있다.

특히, 피복되어 있지 않은 부분이 가늘고 긴 형상의 경우, 이 배향방향와 탄소섬유가 병행되어 배열되면, 탄소섬유가 진입하기 쉽게 된다. 그러나, 이 부분을 빠져나가는 구가, 상기의 조건을 만족하면, 탄소섬유의 진입을 막을 수 있기 때문에, 절연성을 확보할 수 있다.

또한, 전기 커버링법 등의 감기에 의한 피복방법에 따르면, 규칙적인 피복을 할 수 있기 때문에, 피복율은 금속선 표면전체가 평균적으로 증가하여, 부분적인 피복율의 차이는 그다지 크지 않다. 그 때문에, 피복되어 있지 않은 부분 중, 10㎛ 이상의 지름의 구가 빠져 나가는 개소의 개수가, 금속선의 길이 방향 10㎝ 중에 5개이하이면, 부분적으로 작은 피복의 불균일이 있더라도, 절연성을 확보할 수 있다라고 판단할 수가 있다.

또, 이러한 개소의 측정방법으로서는, 이하의 방법을 채용했다.

즉, 상기 피복율 산출과 같은 방법으로 찍은 피복한 금속선 표면의 현미경 사진에 있어서, 피복되어 있지 않은 부분에 내접하는 원을 복수개 그리고, 이들 원의 지름을 측정하여, 최대값을 빠져 나가는 구의 지름으로 했다. 이 경우, 측정하는 장소는 임의로 골라도 좋지만, 측정위치에 의한 변화를 억제하기 위해서, 측정은 고른 위치로부터 연속하는 길이 방향 10㎝의 사이에 관해 행하고, 이 부분에 있어서 원의 지름이 10㎛을 넘는 회수를 기록하였다. 상기 기록을 임의의 5개의 부분 각각에 행하고, 최대값을 구가 빠져 나가지는 개소의 개수로 했다.

본 발명에 있어서, 탄소섬유와 금속선이 일체로 된다라고 하는 것은, 탄소섬유와 금속선이 어긋나거나 분리되지 않는 상태로 되어 있는 것을 가리키고, 탄소섬유와 금속선이 적당한 직물이나 편물을 형성하고 있어도 좋고, 양자가 수지나 접착제로 접착 고정되어 있어도 좋고, 특별히 한정되는 것이 아니다.

본 발명의 기재는, 탄소섬유와 금속선이 일체로 되어 있기 때문에, FRP로 했을 때에 변형 검출을 정확히 할 수 있지만, 더욱, 구조물에 맞추어서 여러가지 형상의 FRP에 성형할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 기재로서, 1방향으로 병행으로 배열한 탄소섬유 사조가 접착제에 의해 지지체에 접착 고정된 투시트, 탄소섬유 사조가 B스테이지 상태의 열경화성수지로 일체화되어 이루어지는 프리프레그, 또는 직물이 좋다.

또한, FRP에서의 변형은, 매립된 금속선에 의해 검출하는 것이므로 금속선은 반드시 탄소섬유의 배향방향에 대하여 동일 방향으로 배열되는 것으로 한정되는 것은 아니고, 탄소섬유의 배향방향에 대하여 각도를 갖게 배열시켜도 좋고, 동일 방향과 각도를 갖는 방향의 양방향으로 배열시켜도 좋다. 이와 같이 함으로써 금속선이 배열되어 있는 방향의 변형 검출이 가능해진다.

여기서, 배향방향에 대하여 동일 방향으로 배열한다는 것은, 탄소섬유의 배향에 대한 금속선의 배열각도가 ±15°미만인 것을 말하고, 배향방향에 대하여 각도를 갖고 배열한다는 것은, 탄소섬유의 배향에 대한 금속선의 배열각도가 ±15°이상인 것을 말한다. 배향방향은 필요한 검출방향에 의해서 정하면 좋다.

특히, 금속선을 탄소섬유의 배향방향에 대하여 거의 직교하는 방향으로 배향시킴으로써 탄소섬유의 배향에 대한 직교방향의 변형의 검출이 가능해지기 때문에 바람직한 것이다.

이러한 기재는 시트상이기 때문에, 구조물에 맞추어서 여러가지 형상의 FRP에 성형할 수 있다.

또한, 상기 투시트나 프리프레그는, 탄소섬유가 각각 접착제, 미경화의 매트릭스수지에 의해 고정되어 있기 때문에, 이것을 이용하여 금속선을 탄소섬유와 병행으로 배치할 수가 있다.

또, 상기 투시트에 있어서, 지지체와 접착제는, 탄소섬유 사조의 고정을 목적으로 하는 것이다. 따라서, 지지체는, 적절한 강성을 갖고, 금속선을 고정하기 쉬운 글라스 매쉬(glass mesh)나 글라스 부직포 등이 좋다. 또한, 접착제는, 경화하고 있더라도, 미경화이더라도 좋다. 매트릭스 수지와의 상용성을 생각하면, 매트릭스 수지가 에폭시의 경우는, 에폭시계 수지의 접착제가 좋다.

한편, 직물은 세로실과 가로실의 교착에 의해 서로의 위치나 형상을 고정하고 있다. 따라서, 금속선을, 이것들의 실과 교착시킴으로써 기재 내에 배치할 수 있다. 직물은, 상기 투시트나 프리프레그와 같이, 금속선을 접착이 아닌, 교착(交錯)에 의해서 고정하기 때문에, 벗겨질 걱정이 없다. 따라서, 기재로서는 직물이 보다 바람직하다.

본 발명의 기재에 있어서, 금속선은 기재 내에 2개소이상 병행으로 배열되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 기재는 장척상이기 때문에, 금속선 양단에 단자를 설치하면, 단자사이 거리가 길게 되어, 저항측정이 곤란하지만, 금속선을 2개소이상 배열시켜 기재의 일단에서 금속선을 접속시켜, 타단에 두개의 단자를 설치하여 저항측정을 하면, 측정을 간편히 할 수 있다.

또, 2개소의 금속선의 배열형태는, 다른 2개가 병행되어 배열되어 있어도 좋고, 1개가 기재의 단부나 중도에서 U턴하고 있어도 좋다.

여기서, 2개의 단자를 일단에 설치하는 경우에 있어서는, 단자를 인출하는 1조(2개, U턴시키는 경우는 1개)의 금속선의 간격은 될 수 있는 한 거리가 작은 쪽이 작업상 바람직하다. 따라서, 바람직한 간격은 5㎝ 이하이다. 단지, 동일 기재 내의 금속선끼리나, 인접하는 기재의 접속이 가능하기 때문에, 이 범위에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 단자를 인출하는 1조의 금속선의 간격은 작고, 또한 적절한 간격으로 상기 1조를 배치시킴으로써 기재 내의 보다 많은 개소에서 FRP의 발생 변형의 검출이 가능해지기 때문에 바람직하다. 또한, 복수의 기재를 적층하는 경우에 있어서는, 기재의 금속선이 배열되는 개소를 임의의 간격으로 어긋나도록 하더라도 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 기재의 두께는, 두께 측정기를 사용하여 측정했다. 방법은, JlS R7602「탄소섬유 직물시험법」에 준거했다. 즉, 기재가 다른 5개소에 두께 측정기를 써서, 가압하의 두께가 안정될 때까지 약 10초사이, 23.5KPa의 하중을 가한 후에 두께를 재고, 그 평균치를 나타냈다. 또한, 피복한 금속선의 굵기도 같은 방법으로 측정했다.

또, 여기서의 기재 두께는, 금속선이 배치되지 않는 부분의 값으로 했다. 또한, 후술하는 실시예에서는, 두께 측정기로서, (주)도요정기제작소의 No.132형 디지털 측후기 B-2를 사용했다.

더욱이, 본 발명의 기재는, 대형구조물에 적용할 수 있기 때문에, 종이관에 감을 수 있는 장척상의 것이 좋다. 따라서, 금속선이 배치되더라도, 기재가 종이관에 감겨질 수 있는 것이 바람직하다.

즉, 기재가 종이관에 감겨지고, 이 기재 중의 금속선의 굵기, 피복되어 있는 경우는 피복재를 포함하는 금속선의 굵기가 상기 기재의 두께 이하이면, 종이관으로부터 풀어졌을 때에 기재 표면은 매끄럽다. 그러나, 피복된 금속선의 굵기가 기재 두께보다도 크면, 피복한 금속선에 감는 압력이 집중한 상태로 기재가 종이관에 감기기 때문에, 기재를 종이관으로부터 풀었을 때, 탄소섬유 사조의 실 길이차이에 의해 기재 표면이 파형의 요철을 발생하여, 바람직하지 못하다.

본 발명의 탄소섬유를 사용한 구체적인 직물의 실시예를 도면을 참조하고 설명한다.

도 1은, 다중 필라멘트의 탄소섬유의 단사(1)로 이루어지는 탄소섬유 사조(2)가, 세로방향에 병행으로 배열되고, 가로방향의 보조실(가로실 보조실)(3)이 탄소섬유 사조에 교착되어 있다, 소위 1방향성 직물에 있어서, 인접하는 탄소섬유 사조 사이에, 피복한 금속선(4)을 탄소섬유 사조(2)와 병행으로 배치한 것이다.

또한, 도 2, 도 3은, 세로방향으로도 보조실(세로실 보조실)(5)이 배열되어, 가로방향의 보조실과 교착하고, 또한 세로방향 탄소섬유 사조가 실질적으로 굴곡(crimp)을 갖지 않는 소위 1방향성의 논크림프 직물에 있어서, 도 1과 같이 인접하는 탄소섬유 사조(2) 사이에 피복한 금속선(4)을 탄소섬유 사조(2)와 병행하여 배치한 것이다. 특히, 도 3은, 세로실 보조실(5)의 대신에 피복한 금속선(4)을 배열한 것이다.

도 4와 같이, 가로실의 탄소섬유 사조(6)와, 세로실의 탄소섬유 사조(2)를 교착시킨 2방향성 직물이어도, 피복한 금속선(4)을 세로실의 탄소섬유 사조(2)와 함께 꼬지않고 합쳐서 기재 내에 배치할 수가 있다. 또, 짜는 방법으로서, 이밖에 평직(平織), 주자직(朱子織), 능직(綾織) 등이 쓰인다.

또한, 세로방향 및 가로방향의 탄소섬유 사조에 대하여 1본 교대로 세로방향 및 가로방향의 보조실이 배열되고, 보조실에 의해 일체화한 짜임 구조를 이루고, 세로방향 및 가로방향의 탄소섬유 사조가 실질적으로 굴곡(crimp)을 갖지 않아 소위 2방향성의 논크림프 직물이어도 좋다.

도 5에, 1방향성 직물에 있어서, 금속선이 탄소섬유의 배향방향에 대하여 각도를 갖고 배향하고 있는 케이스의 일례를 가리킨다. 여기서, 금속선(4)은, 가로실 보조실(유리섬유)(3)의 일부와 일체가 되고, 가로실 보조실과 병행으로 배열되어 있는 케이스이지만, 금속선의 배열 개소는 반드시 가로실 보조실과 일체로 되어 있을 필요는 없고, 금속선 단독이더라도 좋다.
또한, 금속선을 직물 내에 배치하는 방법은, 직물의 제작시에, 금속선을 세로실이나 세로실 보조실 또는 가로실이나 가로실 보조실과 함께 꼬지않고 합쳐도 좋고, 금속선을 단독으로 삽입하여도 좋다.

도 1∼ 도 5에 있어서, 금속선의 피복은, 52개의 나일론 필라멘트가 다발로 된 70데니어의 다중 필라멘트를 SZ 양방향으로 함께 1200회/m 감아서, 피복율을 100%로 했다.

또, 도 1, 도 2 및 도 4와 같이, 피복한 금속선을 인접하는 탄소섬유 사조 사이에, 사조에 밀착시켜 배열하면, 금속선이 사조와 사조, 또는, 사조와 보조실에 의해서 위치고정되기 때문에, 금속선을 상기 사조와 병행하여 배치하기 쉽기 때문에 좋다. 더욱이, 세로실과 가로실을 접착제로 고정하는, 소위 눈고정을 하면, 금속선과 사조를 병행하여, 더욱 강고히 고정할 수 있기 때문에 좋다.

또, 눈고정에 사용하는 접착제로서는, 공중합 나일론, 공중합 폴리에스테르, 폴리에틸렌등의 저융점 폴리머를 들 수 있다.

콘크리트 구조물의 보수 또는 보강용도로서는, 내알칼리성에 우수한, 인장강도가 3000∼5600MPa에서 인장탄성율이 220∼640GPa의 탄소섬유를 쓰는 것이 좋다. 특히 인장강도가 4300∼5600MPa, 인장탄성율이 340∼640GPa의 고강도, 고탄성율의 탄소섬유를 쓰면 필요한 기재 매수가 적게 되어 힘을 더는 데에 매우 바람직하다.

또, 기재를 구성하는 탄소섬유 사조는, 6000∼24000개의 필라멘트실로 이루어지는 것이 바람직하고, 특히, 직물형태에 있어서는, 상기 탄소섬유 사조가 복수개, 다발로 되어 꼬아지지 않게 합쳐져 사조를 구성하고 있어도 좋다.

본 발명에 쓰는 기재의 탄소섬유 단위량으로는, 180∼1000g/m²의 범위가 바람직하다. 180g/m² 미만에서는, 수지함침하기 쉬운 점에서는 바람직하지만, 보강에 필요한 기재의 매수가 불어나기 때문에, 함침작업이 대부분 번거롭다. 또한, 기재 두께가 작게 되기 때문에, 피복한 금속선의 굵기가 기재 두께를 넘기 쉽고, 기재를 종이관에 감고 풀었을 때에, 파형 요철이 생겨 버리는 경우가 많아진다. 한편, 1000g/m² 을 초과하는 단위량에서는, 필요한 기재의 매수가 적어서 효율적이지만, 기재의 두께 방향 중앙으로의 수지함침이 곤란하게 되어 버린다.

보다 바람직한 탄소섬유의 단위량의 범위는 200∼400g/m²이다. 200∼400g/m²이면 수지함침작업이 조금 조잡하더라도, 기재에 부착된 수지가 상온 경화할 때까지 모세관현상에 의해 탄소섬유로의 함침이 진행되기 때문에, 소정의 기계적 특성이 얻어진다.

본 발명에 있어서, 도 1, 2, 3 및 도 5에 가리키는 것 같은 1방향성 직물의 경우, 직물의 가로실 보조실은, 세로실과 동일 방향에 배열시킨 금속선과, 짜임 구조를 하고 있으므로 강성이 높은 섬유가 바람직하다. 강성이 높은 섬유를 사용함으로써 세로실이 가로실 보조실에 누르는 힘이 커짐으로써 세로실과 가로실 보조실이 더욱 밀착하고, FRP로 한 경우에 FRP의 변형이 금속선으로부터 정확히 검출하기 쉽게 된다.

강성이 높은 섬유로서는, 유리섬유나 아라미드 섬유, 탄소섬유 등이 좋고, 그중에서도 값싼 유리섬유가 보다 바람직하다. 특히, 100∼6000데니어의 가로실 보조실을 쓰면, 금속선을 고정하기 쉽기 때문에 좋다. 단지, 세로방향과 가로방향의 섬도비(纖度比), 즉, (세로방향의 탄소섬유 사조의 굵기)/(가로실 보조실의 굵기)로 표시되는 값을 3∼ 100으로 하는 것이 바람직하다.

섬도비가 3미만에서는, 가로실 보조실이 지나치게 굵기 때문에, 세로방향 탄소섬유 사조에 크림프가 생기고, 탄소섬유의 강도특성이 충분히 발휘되지 않는다.

한편, 상기 비가 100을 넘으면, 가로실 보조실이 지나치게 가늘어져서, 세로방향 탄소섬유나 금속선을 고정하는 효과가 작게 되어 버린다.

또, 세로실 보조실을 사용하는 경우도, 가로실 보조실의 강성과 동등한 것이 직물형태가 안정하기 때문에, 유리섬유가 보다 바람직히 쓰인다.

구조물이 피로 등에 의해서 균열이 발생하고, 강성 저하를 일으키면, 이 구조물은 동 응력에 대하여 큰 변형을 나타내게 된다. 따라서, FRP 중의 금속선의 저항변화를 측정하면 FRP 구조물이나, FRP와 일체인 콘크리트 구조물의 변형이나 피로의 상태를 검출할 수가 있다.

예컨대, 콘크리트구조물을 CFRP(탄소섬유강화 플라스틱)와 일체로 하여 보강한 경우, 우선, 콘크리트표면을 탈지(脫脂)하거나 요철을 수정한 뒤, 콘크리트와의 접착성을 좋게 하기 위해서, 프라이머(primer)를 칠하고, 건조할 때까지 방치한다. 다음에, 매트릭스수지인 상온 경화형의 에폭시수지를 콘크리트면에 도포하고, 이 위에 탄소섬유기재를 붙이고, 롤러나 주걱으로 수지를 기재로 함침시킨다. 이 때, 금속선의 양단부분에 리드선을, 압착단자등을 써 접속해 두면 좋다.

더욱이, 이것 위에 수지를 도포하여, 마찬가지로 롤러나 주걱으로 수지함침를 한다. 이 작업을 되풀이하여 기재를 소정의 매수 붙이고, 수지를 경화시켜 CFRP로 할 수 있게 된다.

구조물의 변형상황의 검출은, 전기 리드선의 양단을 테스터(tester)에 접속하고, 전기저항을 측정하여도 좋지만, 작은 저항변화을 정밀도 좋게 검출하기 위해서, 이하의 방법으로 측정하는 것이 좋다.

즉, 브리지 회로, 동작 변형계를 접속하여, 금속선의 저항변화를 변형으로서 읽어낸다. 필요에 따라, XY 레코더 등에 기록하여도 좋다. 이것에 의해, 장시간, 변형의 상황을 검출할 수가 있다.

여기서 사용하는 매트릭스수지로서는, 에폭시, 비닐 에스테르, 불포화 폴리에스테르, 페놀 등의 열경화성수지가 사용되지만, 내화성이 필요한 경우에는 페놀수지, 콘크리트 구조물에 사용되는 경우에는 접착력이나 내알칼리성에 뛰어난 에폭시가 바람직하다.

또한, 본 발명의 적층체는, 금속선이 삽입된 기재가, 금속선의 삽입위치가 서로 다르도록 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 적층체의 적층수 검출방법은, 상기 적층체의 금속선의 존재를 검출수단으로 비파괴로 감지하여, 시트재의 적층수를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법으로 이루어진다.

여기서 쓸 수 있는 검출수단은, 이하 같은 것을 들 수 있다.

A 법; 검출수단은 금속탐지법이며, 금속선이 자계 내를 통과하면 자계가 흐트러지는 것에 의해 감지하는 방법,

B 법; 검출수단은 적외선 카메라이며, 금속선을 전자유도에 의해서 발열시켜 상기 발열부분을 적외선 방사 온도계로 검출하는 방법,

C 법; 검출수단은 적외선 카메라이며, 금속선에 통전 발열하여, 상기 발열부분을 적외선 방사 온도계로 검출하는 방법.

도 9에 기초하여 본 발명의 적층체 및 적층수 검출방법에 관한 일례로서, 콘크리트 구조물을 1방향으로 탄소섬유가 배열한 기재에서 보수 또는 보강하는 케이스에 관해서 설명한다.

우선, 프라이머가 도포된 콘크리트구조물(11)의 표면(12)에 에폭시수지 등의 상온 경화형의 수지를 도포한 후, 미리 금속선(4a)가 기재의 폭방향으로 삽입된 1층번째 기재(13a)를 콘크리트구조물의 길이 방향으로, 탄소섬유의 방향이 구조물의 길이 방향이 되도록 붙인다. 또한, 이 위에 에폭시를 도포한 후, 함침 롤러를 걸어 기재에 수지를 함침시킨다. 다음에 이 위에 2층번째 기재(13b)를 탄소섬유의 방향이 13a와 같게 되도록, 또한 금속선(4b)이 금속선(4a)과 간격 A만큼 어긋나도록, 또한 금속섬유(4a)와 금속섬유(4b)가 서로 병행이 되도록 적층하고, 1층번째와 동일하게 되도록 수지의 도포 및 함침를 한다. 이것을 금속선의 삽입위치가 간격 A만큼 어긋나도록 되풀이하여 소정 매수의 기재를 적층하고, 수지의 도포 및 함침을 하고, 상온에서 수지를 경화시키는 것에 의해 콘크리트 구조물을 보강하는 FRP 적층체(14)가 얻어진다.

나중에 검출방법을 상세하게 설명하지만, 상기 FRP의 상부에 금속선의 존재를 검출하는 검출수단의 센서(15)를 설치 또는 이동시키고, FRP에 매립된 금속선 삽입개소의 수를 파악함으로써, 기재의 적층수를 비파괴로 검출할 수 있는 것이다. 또, 동일 기재 내에 배열되는 금속선의 간격, 즉 1주기 내에 포함되는 금속선의 개수를 층수로 하면 잘못되는 일없이 간편히 층수 검출이 가능해진다.

본 발명의 적층체에서는, 적층할 때에 금속선의 삽입위치를 비키어 놓은 간격(A)은, 2∼10㎝의 범위가 바람직하다. 또한, 1층번째, 2층번째, 3층번째···의 금속선(4a, 4b, 4c··)의 간격은 거의 같게 되어 있으면 바람직하다. FRP 중의 금속선의 위치를, FRP의 두께 방향에서 감지하기 때문에 금속선이 2㎝ 미만의 간격으로 배열되어 있으면, 검출수단의 감도에도 좋지만 층마다의 금속선을 식별하기 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 금속선의 간격이 10㎝를 넘는 경우, 적층수가 많아지면, 1층번째로부터 최종층(n)까지의 금속선의 거리가, 10×(n-1)㎝ 로 증가하여 대단히 커지고, 적층수의 검출이 번거롭게 된다. 2∼10㎝의 간격이, 복수의 금속선의 구별이 가능하고, 또한 감지를 정확하고 또한 용이하게 행하기 위해 바람직하다.

또, 1개소의 삽입위치에 금속선이 다수개 삽입되어 있는 경우는, 상기의 금속선의 간격(A)은, 각 층에 있어서의 삽입개소에서의 1개번째의 금속선으로부터의 거리를 가리킨다.

또한, 본 발명의 적층체에 있어서, 금속선을 동일 기재 내에 배열하는 간격(B)은, 검출의 효율화를 고려하여 될 수 있는 한 작게 되도록 설정하면 좋다. 검출하고자 하는 층수에 따라서도 다르지만, 3∼100㎝의 범위의 거의 등간격으로 하는 것이 좋다. 금속선의 배열간격이 3㎝ 미만에서는 1층번째와 2층번째 금속선의 어긋남이 작게 되거나, 또한 겹치기도 하여 삽입개소를 식별하기 어렵게 되기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, 100㎝ 을 넘으면 검출가능한 층수는 늘어나지만, 1주기의 거리가 크게 되기 때문에 검출작업이 번거로와진다.

또한, 도 1, 2, 3 및 도 5에 도시한 바와 같은 1방향성 직물의 경우, 금속선의 배열방향은, 세로실의 탄소섬유에 대하여, 도 1, 2, 3도에 가리키는 것같이, 세로방향으로 배열되어 있어도 좋고, 도 5에 도시한 바와 같이 가로방향으로 배열되어 있어도 좋다. 단지, FRP로 한 후, 층수를 검출하기 위해서는 금속선의 위치를 비키어 놓으면서 적층하는 것이 필요하게 되므로 금속선을 세로방향으로 배열시키면, 금속선 삽입위치가 다른 직물을 많은 종류 준비하지 않으면 안되고, 직물의 제조나 로트(lot)관리에 손이 많이 간다. 한편, 금속선을 가로방향으로 배열시키면, 1종류의 직물을, 금속선 삽입위치가 소정의 간격씩 어긋나도록 재단하면 좋다. 이러한 직물은, 도비(dobby) 조작에 의해서 자동적으로 제조하는 것이 가능하기 때문에, 제조나 로트관리에 손이 많이 가지 않고, 바람직하다.

또한, 동일 기재 내에서 금속선이 거의 등간격으로 배열되어 있으면, 1주기의 간격이 어느 위치라도 같기 때문에, 정확히 층수를 검출하는 것이 가능해지기 때문에 바람직하다.

또, 금속선의 1개소의 삽입위치로 금속선이 다수개 삽입되어 있는 경우는, 상기의 금속선을 동일 기재 내에 배열하는 간격(B)은, 도 10에 가리키는 것같이, 금속선의 삽입개소에서의 l개번째의 금속선으로부터의 거리를 가리킨다.

또한, 도 9에서는 바람직한 일실시예로서, 금속선의 기재로의 배열방향이, 기재의 폭방향으로 삽입된 예에 관해서 설명했지만, 금속선이 기재의 길이 방향으로 배열되어 있어도 좋다.

또한, 기재의 적층방향은, 적층체의 길이방향인 0°만의 1방향 적층, 길이방향과 폭방향인 0, 90°의 2방향 적층, 또한 이것에 ±α°의 방향을 가한 다방향 적층 등으로 할 수 있다.

특히, 탄소섬유가 길이방향의 1방향으로 배열된 기재는, 탄소섬유의 배열방향(0°)으로는 인장강도나 인장탄성율 등의 기계적 성질이 뛰어 나지만, 이 방향이 어긋나서 90°에 가까이 감에 따라서 기계적 성질은 크게 저하한다. 적층의 방향은 크게 FRP의 기계적 성질을 지배하기 때문에 중요한 요인이다. 따라서, FRP에 있어서의 적층수 뿐만 아니라 적층방향을 정확히 파악하는 것은 FRP로 이루어지는 구조체의 신뢰성을 확보하기 위해서는 중요한 일이다.

금속선의 삽입개소가 볼록한 형상으로 부풀어 오르는 것을 억제하고, 또한, 금속감지하기 쉽게 하는 수단으로서, 편평한 금속선을 사용하는 수단을 들 수 있다. 특히 A법, 즉, 검출수단이 금속탐지법을 사용하며, 금속선이 자계 내를 통과하면 자계가 흐트러지는 것에 의해 감지하는 방법이 바람직하다. 이러한 편평한 금속선은, 금속부분이 일체로 되어 편평한 상으로 되어 있어도 좋고, 복수개의 금속선이 피복재에 의해 일체로 되어, 전체적으로 편평한 상으로 되어 있어도 좋다. 그러나, 제작의 용이성 등을 고려하면, 복수개의 금속선 또는 복수개의 피복된 금속선이 집단을 이루어 전체적으로 편평한 상을 형성하는 쪽이 바람직하다.

상기 편평한 상으로서는, 금속선의 합계 단면적이 0.002∼0.2mm² 이고, 편평한 상의 폭은 5mm 이하가 바람직하고, 편평한 상의 높이는 기재 두께의 10 - 100% 가 바람직하다. 상기 폭이 5mm 이상, 또는 상기 높이가 기재의 두께의 10% 미만이면, 금속선의 검출이 정상으로 할 수 없게 되기 때문에 바람직하지 못하고, 또한 상기 높이가 기재 두께의 100% 를 넘으면 금속선 삽입부가 볼록하게 부풀어 오르는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다. 또, 기재의 두께는 JlS R 7602「탄소섬유 직물시험법」에 준거하여 측정한 값이다.

복수개의 금속선 또는 복수개의 피복된 금속선을 써서, 편평한 금속선을 형성하는 경우, 2∼4개 기재와 병행이 되도록 삽입하면 좋다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 하나의 삽입위치에, 금속선은 반드시 1개가 아니라, 다수개 집중해서 삽입되어 있어도 좋다.

따라서, 본 발명의 검출방법에 관해서 설명한다. 도 9에서 가리킨 바와 같이, 본 발명의 적층체의 상부에, 금속선의 존재를 검출하는 검출수단(15)을 설치 또는 이동시키고, FRP에 매립된 금속선의 개수를 파악함으로써, 기재의 적층수를 비파괴로 검출할 수가 있다.

도 11 및 도 12는 검출수단이 A법을 사용하는 원리의 일예를 설명하는 개략도이다. 도 11에 가리킨 것 같이 발진기(16) 및 여자 코일(17)에 의해서 평형한 l차 자계(18)가 형성되어 있는 중에, 도 12에 가리키는 것 같이 적층체의 금속선(4)이 들어 가면 정상교류자계가 흐트러져 금속선(4)에 유도전류가 흐른다. 이 유도전류에 의해서 금속선의 주위에 2차 자계(21)가 발생하고, 평형한 자계를 흐트린다. 이 흐트러짐에 의해 수자(受磁)코일(19)에 미소 전압이 유도되고, 이 전압을 검출기(20)가 검지하여, 금속선의 존재를 감지할 수가 있는 것이다.

이 방법에 쓰이는 검출장치로서는, 금속탐지기나 근접 스위치를 들 수 있다. 이들 장치는, 소형이고 경량이기 때문에 취급이 간단하고 높은 곳이나 좁은 부분 등, 검출이 곤란한 곳에서도 사용될 수 있어 좋다.

또, 적층체가 탄소섬유로 이루어지는 일방향 프리프레그나 직물의 기재로 이루어지는 FRP의 경우, 탄소섬유의 도전성 때문에, 탄소섬유의 교락(交絡)상태에 의해서, 금속탐지기나 근접 센서를 적층체에 가까이 하면, 금속선이 존재하지 않더라도 기재에 소용돌이 전류가 흐르고, 이 소용돌이 전류에 의해서 자계가 발생하여 수자코일이 작동하여 오동작하는 경우도 있다. 이러한 경우는 금속탐지기나 근접 스위치의 발진기와 여자코일로 형성되는 평형자계가 미치는 범위, 즉 동작범위가 작은 금속탐지기나 근접 스위치를 사용함으로써 오동작을 방지할 수 있다. 이 금속탐지기 또는 근접 스위치의 동작범위는 바람직하게는, 10∼40mm의 범위가 좋다. 10mm 미만이면 금속탐지기 또는 근접 스위치가 검지하는 것에 필요한 금속선의 굵기를 크게 하지만 1개소에 다수개의 금속선을 사용하는 것이 필요하여 된다. 따라서, 금속선 삽입개소의 적층체가 볼록한 모양으로 되거나, 이물인 금속선의 삽입량이 많아져, 기계적 특성 등이 저하되는 경우가 있다. 또한, 40mm를 넘으면 기재의 상태에도 영향을 주지만, 금속탐지기나 근접 스위치가 오동작하는 경우가 있다.

기재의 적층수 검출은, FRP 표면에 검출장치를 두고, 금속선의 배열방향에 대하여 수직방향으로, 기재에 있어서의 금속선의 배열간격과 같은 거리만큼 이동시키면서, 그 동안에 검출장치가 금속선을 감지하는 회수를 세어, 그 회수를 적층수로서 검출하는 것이다. 또한, 검출장치로부터의 출력을 기록장치에 입력하여, 검출결과를 기록할 수도 있다.

B법, 즉 검출수단이 적외선 카메라가며, 금속선을 전자유도에 의해서 발열시켜, 상기 발열부분을 적외선 방사 온도계로 검출하는 방법에 관해서 설명한다. 이 방법에서는, 유도발열장치의 코일을 흐르는 전류에 의해서 발생하는 자계의 안에, 적층체의 금속선이 들어 가면, 금속선에 소용돌이 전류가 생기고, 이 소용돌이 전류에 의해서 금속선에 줄(Joule)열이 발생하여, 금속선이 발열한다. 이 발열부분이나 부분적으로 온도상승한 FRP부를 적외선 방사 온도계로 검출하여, 금속선의 위치를 검지할 수가 있는 것이다. 또, 시간이 경과하면 열이 적층체 내에 전해져 확산하여 금속선의 온도가 내려 가기 때문에, 적외선 방사 온도계에 의한 검출작업을 온도가 내려가기 전에 신속하게 하는 것이 바람직하다.

이 방법에서는 적외선 방사 온도계를 써 관찰하면, 발열부분이 선형으로 나타나기 때문에, 기재로의 금속선 배열의 1주기의 간격 내에 있는 발열부분의 총수로부터, 적층수를 검출할 수 있는 것이다.

C법, 즉 검출수단이 적외선 카메라이며, 금속선에 통전 발열하여, 이 발열부분을 적외선 방사 온도계로 검출하는 방법에 관해서 설명한다. 이 방법은, 금속선의 양단에 단자를 접속하여 전류를 흘림으로써 금속선을 발열시키고, 이 발열부분이나 부분적으로 온도상승한 FRP부를 적외선 방사 온도계로 금속선을 검지할 수 있게 된다. 그러나, 층수만큼의 금속선의 결선이 필요하게 되므로, 작업이 약간 귀찮은 점이 있다.

B법, C법의 검출수단인 적외선 방사 온도계는, 측정대상물로부터 자기방사되는 적외선 방사 에너지를 검출하여, 최종적으로 컬러 또는 흑백의 열화상으로서 표시하는 것이고, 서머 트레이서(thermo-tracer), 서머 그래프(thermo graph), 적외선 카메라등이 있다.

또, B법, C 법은 금속선을 선형으로 검출할 수 있기 때문에, 적층수뿐만 아니라 적층방향도 용이하게 검출할 수가 있다.

본 발명의 적층수의 검출방법은, 기재가 다수매 적층되어 매트릭스수지가 함침, 고화되어 있고 있고 성형품에서의 비파괴검사가 곤란한 FRP 제의 구조체, 즉 항공기부재, 자동차부재, 선각(船殼), 풍차의 날개, 콘크리트 구조물의 FRP 보강부, 차량부재, 건축부재 등에 바람직하게 쓰인다.

특히, 콘크리트 구조물의 FRP 보강부의 적층수 확인은, 종래는 1층적층작업이 완료할 때마다 사진촬영 등을 할 수밖에 없기 때문에, 본 발명의 적층수의 검출방법을 쓰는 장점이 크다.

이하, 본 발명의 FRP에 생기는 변형을 금속선의 저항변화로서 검출하기 위한 기재 및 이것을 쓴 시공이나 검출의 상황에 관해서, 실시예에 의해 설명한다.

(실시예1)

금속선은, 벗긴 선지름이 0.1mm 의 둥근 단면이고, 저항률이 141.3Ω/m인 니크롬선을 사용하고, 미리 아세톤으로 세정하여 탈지해 두었다. 이 니크롬선에, 52개의 나일론 필라멘트가 다발로 된 70 데니어의 다중 필라멘트를, SZ 양방향으로 모두 1200회/m 감아서 피복했다. 피복율은 표1과 같았다. 또한, 절연성 피복재에 의해 금속선이 피복되어 있지 않은 부분에서, 지름10㎛ 이상의 구가 빠져 나가는 개소의 개수가, 상기 금속선의 길이 방향 10㎝의 사이에, 1개이하였다.

기재는, 표1에 가리키는 물성의 PAN계 고강도형 탄소섬유 사조[단사수: 24,000개, 직도(織度): 14,400데니어]를 세로방향으로 배열하고, 가로방향에는 유리섬유를 보조실로서 배열하여, 또한, 피복한 니크롬선을 상기 탄소섬유와 병행으로 배치하여 도 2에 가리키는 형태로 제작한 일방향성 탄소섬유 직물을 사용했다. 이 직물을 50미터 제작하여 종이관에 감아 모았다. 그 후, 이 직물을 종이관으로부터 풀어서 파형 요철의 유무를 확인했다. 결과를 표2에 나타낸다.

CFRP의 성형은, 길이 300mm, 폭 250mm 로 자른 상기 직물에 상온 경화형의 에폭시를 롤러로 함침하여 행하였다. 이 때, 함침의 용이성이나 기재의 취급성 등의 시공성을 평가했다. 경화는 23℃의 실온 중에 10일간 방치하여 행했다.

CFRP에 인장 변형을 주었을 때의 니크롬선의 전기저항의 변화를 측정했다. 상기 작성한 CFRP(7)에 유리탭(8)을 붙인 후, 도 6에 가리키는 형상으로 잘라내서 시험편을 작성했다. 니크롬선(4)의 양단부에는, 압착단자를 통해서 리드선을 땜납으로 접속했다.

시험편의 배향방향 양단의 단면에 보인 2개의 니크롬선 단면을 연결한 직선과, 탄소섬유방향과의 사이에 각도의 어긋남은 보이지 않았다. 또한, 상기 시험편의 매트릭스수지를 전기로로 태워 날려 니크롬선을 인출하고, 그 길이를 측정한 곳, 실제의 니크롬선의 길이와 시험편 길이가 일치했다. 즉, 니크롬선이 탄소섬유와 병행하여 배치되어 있었다.

전기저항은, 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)로 측정했다. 측정은, 섬유길이방향의 인장 변형이 0, 0.1% 및 0.2% 때에 3회 행했다. 0.2%의 변형은 콘크리트 내의 철근이 항복하는 변형의 값이다. 또, 변형은 (주)쿄와덴교의 변형게이지 (KFG-20-120-C1-11)로 확인했다. 변형은, 23℃의 분위기 중에서 1mm/min의 속도로 하였다. 결과를 표2 및 도 7에 가리킨다.

더욱이, 변형이 0.1∼0.2% 사이의 인장-인장피로시험을 했다. 피로시험의 반복수는, l0⁶회로 했다. 피로시험 뒤의 인장 변형-전기저항의 관계를 측정한 결과를 표2및 도 8에 나타낸다.

피로시험 전후의 변형-전기저항곡선에 차이는 보이지 않고, 모두 0.2%의 변형을 줌으로써 전기저항이 0.13Ω 증가했다. 측정을 각각 l0회 되풀이했지만, 재현성이 좋고 같은 전기저항 증가율이 얻어졌다. 이 증가량은, 니크롬선의 전기저항값 지체와 비교하면 약 0.3%로 작지만, 재현성에 뛰어나고, 전기저항치는 피로의 영향을 받지 않았다. 즉, 전기저항값의 측정에 의해, 변형의 값을 검출할 수 있는 것을 알 수 있었다.

한편, CFRP의 물성으로서, 탄소섬유방향의 인장강도를 측정했다. 측정은 JlS K 7073에 준거하여, 23℃의 분위기 중에서 1 mm/min 의 인장속도로 행했다. 강도는, 파단 하중을 CFRP 내에서 인장방향으로 배열한 CF와 직각방향의 CF단면적으로 나눈 값으로 하여, 5회 측정의 평균치로 했다.

본 실시예의 CFRP의 인장강도는, 4450MPa 였다. 한편, 니크롬선을 삽입하지 않는 경우 이외는 동등의 CFRP의 인장강도는, 성형법이 핸드레이업(hand layup)인 것과, 사조마다 강도의 변화가 있기 때문에 변화가 있지만, 4500MPa ± 10% 였다. 그래서, 본 실시예의 CFRP의 인장강도는, 니크롬선를 삽입하지 않은 경우와 비교하여, 변화의 범위 내이며, 물성 저하는 없는 것을 알 수 있었다.

(실시예2)

금속선의 배열방향을 가로방향으로 배열시킨 도 5에 가리키는 직물을 쓴 것 이외는, 실시예1과 같이 CFRP의 제작 및 평가를 했다. 결과를 표2에 나타낸다.

여기서, 가로방향으로의 금속선의 배열은, 직물 제작시 가로실의 유리섬유 삽입을 할때, 부분적으로 유리섬유와 꼬아지지 않게 합쳐져 삽입하는 것으로 배열시켰다.

피로시험 전후의 변형-전기저항곡선에 차이는 보이지 않고, 0.2%의 변형을 줌으로써 저항이 0.12Ω 증가했다.

실시예1 같이 시험편 내의 니크롬선의 배열 방향을 조사한 바, 가로실로서 짜넣어져 있기 때문에, 사행 등은 관찰되지 않았다.

(비교예1)

직물로서, 니크롬선을 배치 하지 않는 것 이외는 실시예1과 같은 것을 2장 제작하여, 이 2장의 층사이에 니크롬선를 수작업으로 배치한 것 이외는, 실시예1과 같이 CFRP의 제작 및 평가를 했다. 결과를 표2에 나타낸다.

성형은, 상기 직물에 수지함침하고, 그 위에 피복한 니크롬선를 탄소섬유와 병행하여 수작업으로 배치하고, 그 위에 다시 1장의 직물을 적층하여, 수지함침하였다.

실시예1과 같이 시험편 내의 니크롬선의 배열방향과, 탄소섬유방향과의 사이의 각도를 조사한 바, 어긋남이 보였다. 또한, 시험편으로부터 인출한 니크롬선의 길이는, 시험편의 길이보다도 길었다. 즉, 니크롬선이 탄소섬유와 병행으로 배치되어 있지 않았다.

피로시험 전후에 변형-전기저항곡선에 차이는 보이지 않았지만, 0.2%의 변형에 대하여, 전기저항의 증가는 0.07Ω 였다.

본 비교예에서는, 니크롬선이 탄소섬유와 병행하여 배치되어 있지 않았기 때문에, 변형에 대한 전기저항 증가율이 작고, 변형의 검출에 알맞지 않는 것을 알 수 있었다.

(비교예2).

기재중의 니크롬선의 부피비율을 10%로 한 것 이외는, 실시예1과 같게 피복한 니크롬선을 사용하여, 실시예1과 같이 CFRP의 제작 및 평가를 했다. 결과를 표2에 나타낸다.

피로시험 전후의 변형-전기저항곡선에 차이는 보이지 않고, 0.2%의 변형을 줌으로써 저항이 0.13Ω 증가했다.

그렇지만, 인장강도가, 실시예1보다 약 12% 저하되었다. 본 비교예는, 니크롬선의 부피비율이 지나치게 높기 때문에, 물성 저하를 일으킨 것을 알 수 있었다.

(비교예3)

직물로서, 니크롬선를 배치하지 않는 것 이외는 실시예2와 같은 것을 2장 제작하여, 이 2장의 층사이에 니크롬선을 수작업으로 배치한 것 이외는 실시예2와 같이 CFRP의 제작 및 평가를 했다. 결과를 표2에 나타낸다.

성형은, 상기 직물에 수지함침하고, 그 위에 피복한 니크롬선을 탄소섬유와 병행하는 작업으로 배치하여, 또한, 그 위에 또 1장의 직물을 적층하여, 수지함침하는 것으로 행했다.

실시예2와 같이 시험편 내의 니크롬선의 배열방향과, 직물의 가로실과의 관계를 조사한 바, 어긋남이 보여, 니크롬선 사행이 관찰되었다.

피로시험 전후에 변형-전기저항곡선에 차이는 보이지 않았지만, 0.2%의 변형에 대하여, 전기저항의 증가는 0.06Ω 였다.

본 비교예에서는, 니크롬선이 FRP의 변형의 측정방향인 직물의 가로실 방향에 대하여, 병행하여 배치되어 있지 않았기 때문에, 변형에 대한 전기저항 증가율이 작고, 변형의 검출에 알맞지 않는 것을 알 수 있었다.

이하, 본 발명의 적층체 및 적층수 검출방법에 관하여, 콘크리트구조물을 보 수 또는 보강하는 케이스에 관해서, 실시예에 의해 설명한다.

(실시예3)

금속선으로서 선지름이 0.11mm 의 철선을 사용하고, 이 철선에 75데니어, 36 필라멘트의 다중 필라멘트의 폴리에스테르섬유를 S방향으로, 그 다음에 100데니어의 저융점 나일론실을 Z방향으로 함께 1000회/m 감아서 피복하여, 피복율이 100%의 절연피복한 철선을 준비했다.

다음으로, PAN계 고강도형 탄소섬유(단사수: 24,000개, 직도: 14,400데니어, 인장강도: 4900MPa, 인장탄성율: 230GPa)를 세로방향으로, 1.88개/㎝의 밀도로 배열시키고, 가로방향으로는 405데니어의 유리섬유에 50데니어의 저융점 나일론실을 피복한 커버링실을 보조실로서 3개/㎝의 밀도로 투입하고, 50㎝의 간격으로 2피크(pick)분의 보조실 대신에, 상기 피복한 철선 2개를 꼬이지 않게 합쳐서 합계 4개의 철선을 삽입했다. 다음에, 히터로 가열하여, 철선의 절연피복에 사용한 저융점 나일론실 및 가로실 보조실의 저융점 나일론실을 용융함으로써, 세로실의 탄소섬유와 접착했다. 이것에 의해 50㎝의 간격, 즉 배열주기가 50㎝로 철선이 배열되고, 또한, 눈고정된 탄소섬유 단위량이 300g/m²의 25㎝ 폭의 1방향성 탄소섬유직물을 제작했다.

다음으로, 적층에 대비하여, 직물의 가로방향이 정렬된 상태로 금속선의 위치가 5㎝ 씩 어긋나도록 4장 재단했다.

다음으로, 프라이머가 도포되어 하룻동안 방치된 교각의 콘크리트 표면에 상온 경화형의 에폭시수지를 도포하고, 우선 1층번째의 직물을 교각의 둘레방향에 붙이고, 또한, 직물의 위에 에폭시수지를 도포한 후, 함침 롤러로 수지를 직물에 함침시켰다. 그 다음에 2층번째의 직물을 1층번째의 위에, 직물의 가로방향을 정렬하여 교각의 주방향에 붙여 1층번째와 동일하도록 수지를 도포하고, 함침 롤러로 수지를 직물에 함침시켰다. 마찬가지로 3층번째, 4층번째의 적층, 수지의 도포, 수지의 함침을 하고, 상온으로 경화시켜, 콘크리트 표면을 적층체, 즉 탄소섬유직물의 FRP에서 보강했다.

금속선의 검출에는 금속탐지기로서, 센서 외경 ø30의 근접 스위치를 사용했다. 이 장치는, 금속을 감지하면 램프가 점등하므로 이것을 적층체의 표면에 두었다. 다음에, 근접 스위치를 2m/min 의 속도로, 금속선의 길이방향에 대하여 수직한 방향으로 움직이고, 50㎝ 이동시킨 곳에서 근접 스위치를 멈추었다. 이 이동의 사이의 램프 점등 회수를 측정한 바 4회이며, 적층수가 4장인 것이 확인되었다. 이 적층수는 상기 적층체의 다른 부분으로 행하더라도 동일하고, 임의의 위치로 검출가능한 것을 알았다.

탄소섬유는 검은 색이라서, 적층체도 검게 되어, 외관으로부터 금속선의 존재를 눈으로 확인할 수 없지만, 근접 스위치로 비파괴로 적층수의 검출이 가능했다.

(실시예4)

실시예3와 같은 적층체를 사용하고, 100V, 1400W의 전자유도장치로 1분간 금속선을 가열한 후 전자유도장치를 떼어내고, 적층체로부터 1m 의 거리에 설치한 적외선 방사 온도계로 측정했다. 또, 적외선 방사 온도계로서, HgCdTe 검출기로, 30℃ 에서의 최소검지 온도차이가 0.08℃, 온도측정범위가 -50 ∼ 2000℃의 것을 사용했다.

온도분포를 컬러의 열화상으로서 표시시킨 곳, 교각의 길이 방향으로 가늘고 길게 계속되는 고온부분이 4개소 관찰되고, 적층수가 4장인 것을 검출할 수 있었다.

(실시예5)

금속선으로서 벗긴 선지름이 0.2mm 의 니크롬 단선을 쓰고, 그 외는 실시예3과 같은 조건으로 적층체를 성형하고, 4개의 니크롬선의 양단부에 단자, 리드선을 접속했다. 본 실시예로서는, 가열을 상기 금속선으로의 통전에 의해서 행했지만, 금속선의 감지방법은 실시예4와 같이 했다.
통전은, 교류전원으로부터 슬라이닥(sliding transformer)을 통해서 4개의 금속선을 병렬로 접속하고, 전체에 5V 의 전압을 걸었다.

온도분포를 컬러의 열화상으로서 표시시킨 바, 교각의 길이 방향으로 가늘고 긴 고온부분이 합계 4개소 보이고, 적층수가 4장인 것을 검출할 수 있었다.

본 발명의 보강용 탄소섬유기재는, 금속선을 보강용 탄소섬유기재 내부에 배치하고, 또한, 금속선의 부피비율을 보강섬유의 4% 이하로 하는 것에 의해, 대형구조물이나 이것과 일체의, 여러가지 형상의 FRP에 성형할 수 있고, 더구나, 구조물이나 FRP에 발생하는 변형의 상황을 정확히 검출할 수가 있다.

본 발명의 적층체 및 검출방법은, 금속선을 부피비율이 4% 이하에서 보강용 탄소섬유기재 내부에 배치하고, 또한, 상기 기재가 금속선의 삽입위치가 서로 다르도록 적층되어 있는 것에 의해, 보통의 비파괴 검사방법에서는 검출할 수가 없는 적층체의 적층수, 적층방향을 비파괴로, 간단히 검출할 수가 있다.

Claims

탄소섬유와 금속선이 일체로 되어, 직물, 투시트 및 프리프레그 중에서 선택되는 구조를 갖는 시트상 탄소섬유기재를 형성하고, 상기 금속선이, 상기 탄소섬유의 배향방향에 대해 동일방향으로 또는 각도를 갖고 배열되어 있으며, 또한, 상기 탄소섬유에 대한 금속선의 부피비율이 4% 이하인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
제1항에 있어서, 상기 금속선이 주위를 절연성 피복재로 피복시킨 금속선인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
삭제
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제2항에 있어서, 상기 절연성 피복재가 섬유상물인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
제5항에 있어서, 상기 절연성 피복재에 의한 금속선의 피복비율이, 90% 이상인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
삭제
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제1항에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는, 탄소섬유를 세로실로 하는 1방향직물에 금속선이 가로방향으로 짜넣어진 직물인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
제1항에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는 금속선이 거의 등간격으로 삽입된 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
제1항에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재가 종이관에 감아지고, 상기 금속선의 굵기가 기재 두께 이하인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
제1항에 있어서, 상기 금속선이 니크롬선인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
제1항에 있어서, 상기 금속선이 철선 또는 그 합금으로 이루어지는 선인 것을 특징으로 하는 보강용 탄소섬유기재.
탄소섬유와 금속선이 일체로 되어, 직물, 투시트 및 프리프레그 중에서 선택되는 구조를 갖는 시트상 탄소섬유기재를 형성하고, 상기 금속선이, 상기 탄소섬유의 배향방향에 대해 동일방향으로 또는 각도를 갖고 배열되어 있으며, 또한, 상기 탄소섬유에 대한 금속선의 부피비율이 4% 이하인 시트상 탄소섬유기재가, 금속선의 삽입위치가 서로 다르도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 상기 금속선이 상기 시트상 탄소섬유기재의 폭방향으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 시트상 탄소섬유기재에 매트릭스수지가 함침되어 이루어진 섬유강화 플라스틱인 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는, 탄소섬유를 세로실로 하는 1방향직물에 금속선이 가로방향으로 짜넣어진 직물인 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 상기 시트상 탄소섬유기재는, 금속선이 거의 등간격으로 삽입된 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 상기 금속선이 강자성체인 것을 특징으로 하는 적층체.
제20항에 있어서, 상기 금속선이 철선 또는 그 합금으로 이루어지는 선인 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 상기 금속선이 니크롬선인 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 있어서, 상기 금속선이 주위를 절연성 피복재로 피복시킨 금속선인 것을 특징으로 하는 적층체.
제15항에 기재된 적층체의 금속선의 존재를 검출수단으로 비파괴로 감지하여, 시트상 탄소섬유기재의 적층수를 검출하는 것을 특징으로 하는 적층체의 적층수 검출방법.
제24항에 있어서, 상기 검출수단이 금속탐지법을 사용하는 것을 특징으로 하는 적층체의 적층수 검출방법.
제24항에 있어서, 콘크리트 구조물의 표면을 상기 적층체로 보강하여, 그 적층수를 검출하는 것을 특징으로 하는 적층체의 적층수 검출방법.
제24항에 있어서, 상기 검출수단은 적외선 카메라이며, 상기 금속선을 전자유도에 의해 발열시켜, 상기 발열부분를 적외선 카메라로 검출하는 것을 특징으로 하는 적층체의 적층수 검출방법.
제24항에 있어서, 상기 검출수단은 적외선 카메라이며, 상기 금속선에 통전하여 상기 금속선를 발열시켜, 상기 발열부분를 적외선 카메라로 검출하는 것을 특징으로 하는 적층체의 적층수 검출방법.
제1항에 기재된 보강용 탄소섬유기재를 구조물 또는 구조물과 일체로 된 FRP로 한 후, 상기 금속선의 저항변화로부터 상기 구조물에 발생하는 변형을 검출하는 것을 특징으로 하는 구조물의 변형 검출방법.