JPH0416541A - スケルトン状繊維構造体とその製造方法および同構造体を用いた繊維補強複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンクリートやモルタル等の補強材料として
、或いは、合成樹脂の補強材料等として用いられるスケ
ルトン状繊維構造体とその製造方法および同構造体を用
いた繊維補強複合材料に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、コンクリート等の補強材料として、鉄筋や鋼材が
使用されてきたが、これらは、重量が大であり、また、
塩化物や炭酸ガスの侵入等による塩分腐食や電気腐食等
による劣化がある。

そこで、コンクリート等の補強に繊維材料を使用すれば
、上記の問題点が解決できるとの認識のもとに種々の試
みがなされている。

例えば、繊維材料を、チョップ状、綱状、三次元織物状
として使用することが提案されている。

しかし、チョップ状の繊維で補強した複合材料は、繊維
の長さが制限されることと、混入できる繊維の量に限界
があるため、高い耐力と変形能力を有する材料を得るこ
とが難しい。

また、網状の織編物を用いた複合材料は、チョップ状の
繊維より良好であるが、網と網との間にクランクや界面
剥離の発生があった。

これに対して、三次元檄物を用いた場合は、上記問題点
が改善される。但し、三次元織物は、組織が緻密すぎる
と、織物の両側間のコクリートの結合力が低下し、界面
剥離の原因ともなるため、成る程度、粗目の組織でなけ
ればならない。このような観点から、従来、例えば、特
開昭６３−１５９５５８号、特開平１−３１７１５２号
、特開平２−３８０３８号等の提案がなされている。こ
れらの概要は次の通りである。

先ず、特開昭６３−１５９５５８号は、ダブルラッセル
機で、頭初から完成品形状を目差して編立てる方式であ
る。

次に、特開平１−３１７１５２号は、樹脂を含浸した連
続繊維を一方向及びこれに直交する方向へ交差させて軸
筋及び剪断補強筋を有する籠状の補強筋を一体に整形し
、この籠状補強筋の両端にプラスチック製の定着ブロッ
クを形成した上で、籠状補強筋をコンクリート型枠内に
配置し、定着ブロックを介してジヤツキで軸筋に緊張力
を付与した状態でコンクリートを打設し、硬化させて製
造したプレストレスコンクリート部材自体とその製造方
法及び装置を提案しているものである。

さらに、特開平２−３８０３８号は、網状構造不織布を
複数枚平行に並べ、その間を波形、山形、コの字形等に
屈曲させた網状構造の不織布又は糸条物によって結合し
て成層構成した立体的網状構造体を提案しているもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

特開昭６３−１５９５５８号は、ダブルラッセル機で、
頭初から完成品形状を目指して編立てるものであるが、
三次元織編物の製織は困難で効率の低いものであり、そ
の形状は用途間の互換性や設計の自由度がなく、前原て
量産準備しておくこともできないため、補強材料の製造
コストが高価となり、納期も長くなるのみならず、製造
できる大きさも機械幅等に制約されて自ずから限度があ
り、しかも、建設現場へ機械を持ち込んで製造すること
も困難である。

特開平１−３１７１５２号は、補強材料の形状が籠状補
強筋という１種類の形状のみに限定され、他の各種形状
への変更ができず、設計の自由度がないため、前記提案
と同様に製造コストが高価となる。

また、特開平２−３８０３８号は、設計の自由度という
点では、前記したいずれの提案よりもやや優れているが
、あくまでも綱状構造不織布を複数枚平行に並べ、その
間を別の綱状構造不織布又は糸条物によって結合して成
層構成した立体的綱状構造体であるから、設計の自由度
があると云っても、平行配置される網状構造不織布の配
設枚数、即ち、成層数と層間隔とを選択できるにすぎな
いため、形状のバリエーションがそれ程豊富ではない。

本発明は、従来の補強材料の上記問題点に鑑みて提案さ
れたものであり、その目的とするところは、生産性の向
上及び量産が可能な形状構造を開発し、低コストで設計
の自由度が大きく、かつ、生産設備の簡略化、小規模化
を図り、工場生産或いは現場生産を可能としたスケルト
ン状繊維構造体とその製造方法及び同構造体を用いた繊
維補強複合材料を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の１つは、並列配置し
た複数本の線状体に結束糸を捲回し、接着剤で固着して
形成した略梯子形状のモジュールを基本単位とし、該モ
ジュールを複数個、所定の形状に緊止し、これを結束糸
で捲回し、接着剤で固着してブロックを形成し、該ブロ
ックを複数個または前記モジュールを複数個最終の所定
形状に配置構成し、結束糸を瞳包−１接着剤で固着して
スケルトンとなしたスケルトン状繊維構造体を提供する
ものである。

また、本発明の他の１つは、下記（ａｌ　（ｂｌまたは
、（ａｌ　（ｂ）　（ｃ）の工程よりなるスケル；・ン
状ｔＩＩｈＶＩ構造体の製造方法である。

（ａｌ　　複数本の線状体を並列状態で保持し、結束糸
を一端から他端まで螺旋伏に捲回じ、両者を接着剤で固
着してモジュールを形成する工程。

（ｂ）　　複数のモジュールを所定形状に緊止し、両端
部を把持し結束糸を外周に捲回して後、接着剤にて両者
を固着してブロックを形成する工程。

（ｃ）複数のブロックを最終の所定形状に配置構成し、
結束糸で捲回して後、両者を接着剤で固着着させてスケ
ルトンを形成する工程。

さらに、本発明の１つは、下記（ａｌ　（ｂｌまたは、
（δ）（ｂ）　ｆｃ）の工程よりなるスケルトン状繊維
構造体の製造方法である。

（ａｌ　　複数本の線状体を並列状態に保持して連続的
に走行させ、走行方向と交差方向に結束糸を捲回し、次
いで接着剤を含浸硬化させ、所定の寸法に明所して所望
の略梯子形状のモジュールを連続的に製造する工程。

（ｂｌ　　複数のモジュールを所定形状に緊止し、両端
部を把持し結束糸を外周に擾回して後、接着剤にて両者
を固着してブロックを形成する工程。

（Ｃ）　　複数のブロックを最終の所定形状に配置構成
し、結束糸で階回して後、両者を接着剤で固着させてス
ケルトンを形成する工程。

本発明のさらに他の１つは、並列配置した複数本の線状
体に結束糸を捲回し、接着剤で固着して形成した略梯子
形状のモジュールを基本単位とし、該モジュールを複数
個、所定の形状に緊止し、これを結束糸で捲回し、接着
剤で固着してブロックを形成し、該ブロックを複数個ま
たは前記モジュールを複数個最終の所定形状に配置構成
し、結束糸を階回し、接着剤で固着してスケルトンとな
したスケルトン状繊維構造体を、セメント系材料または
合成樹脂材料内に補強材料として埋設しである繊維補強
複合材料である。

〔作用〕

上記のように構成されたスケルトン状繊維構造体の製造
方法によれば、モジュール自体及びブロック並びにスケ
ルトンが、編織機を不要化した結束糸の捲回と接着剤に
よる固着とによって形成されているため、生産設備の簡
略化及び小規模化が図れ、生産性の向上及び量産が可能
となり、低コストで提供できる。また、小形のものから
大形のものまで自由に形成でき、しかも、必要な強度を
維持させることが容易であるため、設計の自由度が拡大
する。

上記製造方法で製造されたスケルトン状繊維構造体及び
同構造体を用いた繊維補強複合材料は、軽量かつ安価で
あり、必要とされる形状及び強度を有すると共に、塩分
腐食や電気腐食等による劣化がない。

〔実施例〕

第１図〜第４図は、本発明の製造方法の一具体例を示す
説明図であって、本発明は、先ず、連続繊維（マルチフ
ィラメント、モノフィラメント、紡績糸）を複数本合糸
、撚糸等により併合して接着剤を含浸させ、硬化させて
線状体（１）を作成する。

この線状体（１）を構成する繊維は、連続繊維であれば
よく、その併合状態は問わないもので、例えば、マルチ
フィラメント、トウ、ストランド、ロービング等の合撚
、引揃え、組紐等のいずれの状態でもよい。

使用する繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維
、ポリエステル繊維、ビニロン繊維等がある。

上記繊維に含浸させ、硬化させる接着剤としては、合成
樹脂系の接着剤、水ガラス等の無機系の接着剤、シリコ
ン等のゴム系の接着剤があり、合成樹脂系では、例えば
エポキシ系、不飽和ポリエステル等がある。

線状体（１）の作成方法は、第１図に示す様な合成樹脂
（２）の供給ホッパ（３）を有する加熱ダイス（４）内
を、連続繊維の併合体（１ａ）を引抜き通過させ、硬化
させるプルトルージョン法で作成するのが好ましいが、
他の方法によることも可能である。

上記のようにして作成した剛直な線状体（１）は、所定
長さに切断した２本または、２本以上の複数本のものを
、一定の間隔を保って並列に配置させ、その両端を第２
図に示す様に、フィラメントワインディング装置等にチ
ャック手段（５）（５）を用いて保持させておく。そし
て、チャック手段（５）（５）を、軸（６）（６）を中
心として回転させ、線状体（１）の張設方向に沿って結
束糸（７）の捲付ヘッド（８）を平行移動させ得るよう
に設置する。このようにしておくことによって、例えば
、２本の線状体（１）（１）の周囲に結束糸（７）を螺
旋状に捲回するものである。線状体（１）を２本以上の
複数本用いる場合も同様に実施するものである。尚、螺
旋状の捲回は、捲付ヘフド（８）を固定させておき、チ
ャック手段（５）（５）を回軸させつつ平行移動させて
もよいし、また、チャック手段（５）（５）を固定させ
ておき、捲付ヘフド（８）を回転させつつ平行移動させ
てもよい。

上記結束糸（７）は、線状体（１）と同様な連続繊維の
併合物を使用するもので、合成樹脂を含浸させないもの
或いは、プリプレグ状態で使用するものである。この合
成樹脂は、前述したものと同一のものを使用する。

上記結束糸（７）を２本または２本以上の線状体（１）
（１）の周囲に螺旋状に捲回した後、合成樹脂の槽に浸
漬するか、又は、合成樹脂を吹き付けて硬化させること
によって、２本または２本以上の線状体（１）（１）と
結束糸（７）との接点を固着し、かつ、結束糸（７）に
合成樹脂を含浸硬化させ、同時に、２本または２本以上
の線状体（１）（１）の表面にも合成樹脂を付着硬化さ
せて第２ａ図に示すような略梯子形状のモジュール（Ａ
）を形成させるものである。

長尺のモジュール（Ａ）を製作する場合、上記結束糸（
７）の捲回工程では、２本または２本以上の線状体（１
）（１）の間に、スペーサー治具を適宜間隔で配設して
、２本または２本以上の線状体（１）（１）の撓みを防
止させることが望ましい。

上記スペーサー治具は、プラスチック板等を使用し、後
で除去するか、または、そのまま残存させてもよい。

結束糸（７）の螺旋状の捲回は、第２図に示すような一
方向だけの場合と、これにクロスする２方向に捲回した
場合とがあり、いずれでもよい。

上記した第２図は、モジュール（Ａ）をバッチ方式で製
造する場合であるが、連続方式で製造することもできる
。

第３図は連続方式の製造工程のブロック図を示しており
、ロービングラック（９）からプルトルージョン装置（
１０）により連続的に引き出して作製した複数本の線状
体（１）の外周に結束糸捲回装置（１工）で結束糸（７
）を螺旋状に捲回し、樹脂加工装置（１２）で樹脂含浸
させ、加熱硬化装置（１３）で加熱硬化させてモジュー
ル（Ａ）を作製し、これを引張装置（１４）で連続的に
引き出して所定長さ毎に切断装置（１５）で切断し、倉
庫等へ保管させるようにして、モジュール（Ａ）を連続
的に製造するようにしたものである。

上記プルトルージョン装置（１ｏ）は、例えハ第１図に
示した如き装置を複数個並設したものである。

また、結束糸捲回装置（１１）は、例えば、結束糸（７
）を撞き付けたスプールを収容するシャトルを、複数本
の線状体（１）の進行方向を横断する両側に対向して配
置したシリンダーの交互作動により往復と昇降動作を組
合せて、複数本の線状体（１）の外周に結束糸（７）を
螺旋状に捲回させるものである。この場合、シャトルの
往路と復路とは、複数本の線状体（１）の上側の面と下
側の面とに異ならせて、いわゆるスクエア連動させるこ
とにより、結束糸（７）を線状体（１）の外周に捲回す
ることが可能となる。

上記結束糸捲回装置（１１）は、結束糸（７）のスプー
ルを複数本の線状体（１）の外周で旋回させる方式であ
ってもよい。

さらに、樹脂加工装置（１２）は、浸漬、ローラ塗布、
噴霧のいずれの方式であってもよい。また、樹脂の代わ
りに、水ガラス等の無機系の接着剤やシリコン等のゴム
系の接着剤で実施してもよい。

加熱硬化装置（１３）は、上記樹脂加工装置（１２）で
樹脂加工された結束糸（７）および線状体（１）と結束
糸（７）との接触点を固着させてモジュール（Ａ）を形
成させるものである。尚、結束糸（７）にプリプレグ状
のものを使用した場合、樹脂加工装置（１２）を省略し
、加熱硬化装置（１３）の部分で、半硬化の樹脂を加熱
硬化させると共に、加圧して線状体（１）と結束糸（７
）との接触点を確実に接着させるものである。

このように、モジュール（Ａ）は、バッチ方式と連続方
式のいずれで製作してもよい。

上記モジュール（Ａ＞を複数個用意し、第４図のように
適当間隔で平行に並べて両端を治具（図示省略）で把持
させ、フィラメントワインディング装置（図示省略）・
、にセットし、外周に結束糸（７ａ）を螺旋状に撞回す
る。この捲回手段は、モジュール（Ａ）の場合と同様な
手段で行うものである。

上記のように結束糸（７ａ）を螺旋状に捲回りだ後、フ
ィラメントワインディング装置から取り外し、接着剤を
含浸硬化させてブロック（Ｂ）を形成する。この場合、
結束糸（７ａ）及び接着剤は前述のものと同一のものを
使用する。

上記ブロック（Ｂ）を複数個使用巳、第５図に示す様な
形状に配置し、前述したフィラメントワインディング装
置（図示省略）２こより、その外周に結束糸（図示省略
）を螺旋状に捲回し、上記装置から取り外してまたは機
上で接着剤を含浸硬化させ、または、機上で接着剤を噴
霧してスケルトン（Ｃ）を形成する。この場合の結束糸
及び接着剤は前述のものと同一のものを使用するつ上記
スケルトン（Ｃ）は、種々の形状とすることができ、例
えば、第６図に示す様に、モジュール（Ａ）を放射状に
配列してフィラメントワインディング装置により、外周
に結束糸（図示省略）を［１状に捲回し、接着剤を含浸
硬化させる。

この場合、内部に案内用の管を設け、この管に最初に結
束糸（７）を螺旋状に撞回し、モジュール（Ａ）は、こ
の内部のａ’旋状に捲回した結束糸（７）にも接着する
。

また、第７図に示すような中空四角柱状のスケルトン（
Ｃ）を形成する場合では、第８図に示すヨウニモジュー
ル（Ａ）を台形状に組合せたブロック（Ｂ）を４個使用
する。

このように、ブロック（Ｂ）およびスケルトン（Ｃ）は
、最終形状によってモジュール（Ａ）またはブロック（
Ｂ）を種々の形状とするもので、例えば、第９図に示す
ようなモルタル製の中空スラブ（Ｄ）からなる複合材料
を製造する場合を説明する。

この中空スラブ（Ｄ）は、＠１　ｍ、長さ６ｍ、厘さ１
３Ｑｉｍであり、長手方向の貫通穴は、＠　７０　ｍ、
高さ８０鶴である。

この場合、第１Ｏ図に示すフランジ部分のブロック（Ｂ
１）と、第１１図に示すウェブ部分のブロック（Ｂ２）
とを第２ａ図のモジュール（Ａ）を用いて形成し、これ
らを第１２図のように組合せてスヶルトン（ｃ））を形
成する。

上記スケルトン（ｃ））の貫通穴に棒伏の発泡スチロー
ル（図示省略）を挿入し、この発泡ス千ロール部が、モ
ルタル硬化後、スラブ（Ｄ）の中空穴となるように発泡
スチロール棒を所定の位置に固定する。そして、この発
泡スチロール棒を含むスケルトン（ＣＩ　）を第１３図
に示すように型枠（１６）内の所定位置に固定し、モル
タルを流し込み、モルタルの硬化後、スラブ（Ｄ）を膜
形し、発泡スチロールをアセトンで溶解除去して貫通穴
を形成させたものである。

上記モジュール（Ａ）、ブロック（Ｂｌ）（Ｂ２）及び
スケルトン（ｃ））に用いた連続繊維は、ＰＡＮ系の炭
素繊維である。

スケルトン（ＣＩ）の容積は、フランジ部分でモルタル
体積の３％、ウェブ部分でモルタル体積の２％である。

上記実施例は、スケルトン（Ｃ）（ＣＩ　）の形状とし
て、中空スラブ用のものと中空円柱用のものおよび中空
四角柱状のものを例示しているが、モジュール（Ａ）の
組合せ、ブロック（Ｂ）の組合せ、これらの混合した組
合せにより、３〜８角形形状、その他の多角形柱状、楕
円柱状、断面り形、断面Ｈ形、その他各種の形状を構成
することができる。

また、複合材料として、スケルトンＣＣ）（Ｃ，）をモ
ルタル中に埋設した場合を例示しているが、コンクリー
トや合成樹脂中に埋設することも可能である。

〔発明の効果〕 請求項１の発明によれば、三次元形状の繊維構造体を極
で低密度に、かつ、圧縮、引張、剪断、曲げおよび剥離
等の各方向の応力に対向し得るスケルトン状繊維構造体
を提供することができ、特に、設計の自由度が大きいた
め、多種類の形状のものをモジュールの組合せ、または
、ブロックの組合せ等によって容易に得ることができる
。

請求項２の発明によれば、スケルトン状繊維構造体の生
産性を向上させ、量産が可能となり、生産設備の簡略化
、小規模化が図れ、工場生産或いは現場生産または両者
併用のいずれでも実施でき、８必要な強度及び形状をも
つスケルトン状繊維構造体を安価に製造することができ
る。

請求項３の発明によれば、モジュールを連続的に製作で
きるため、請求項２の発明と同等以上のコストダウンが
可能となる。

請求項４の発明によれば、スケルトン状繊維構造体でセ
メント系材料や合成樹脂材料を補強した複合材料を製造
することにより、従来の三次元織物で補強した複合材料
と同等の性能の建設用材料を高い効率で低コストで生産
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の製造方法の一興体例を示す説
明図であって、その第１図は線状体を作成するプルトル
ージョン装置の要部断面図、第２図はモジュール作成用
フィラメントワインディング装置の一例を示す概略図、
第２ａ図は同装置で作製したモジュールを示す正面図、
第３ｖｌＪは長尺のモジュールの連続製造工程のブロッ
ク図、第４図はブロックの形成例を示す斜視図、第５図
はスケルトンの形成例を示す斜視図である。第６図はス
ケルトンの他の形成例を示す斜視図、第７図はスケルト
ンのさらに他の形成例を示す斜視図、第８図は第７図の
スケルトンを形成する場合に用いるブロックの斜視図、
第９図は複合材料の一例を示す斜視図、第１０図及び第
１１図は第９図の複合材料を形成するための２種類のブ
ロックを示す斜視図、第１２図は上記２種類のブロック
を組合せたスケルトンの斜視図、第１３図は上記スケル
トンを型枠内に配設した状態を示す斜視図である。 （１’）　−−一線状体、　　　（７）　　（７ａ）　
−結束糸、（Ａ）−・モジュール、 （Ｂ）　　（Ｂｌ　）　　（Ｂ２　Ｌ−−−ブロック、
（Ｃ）（Ｃｓ　）−一−スケルトン。 特　許　出　願　人　　　株式会社　作中工務店・　　
　　　敷島紡績株式会社 〃　　　　　　　敷島カンバス株式会社代　　　　理　
　　　人　　　　江　　原　　省　　吾第６図 第７図 第８図 第９図 第１αｇ 第１３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）並列配置した複数本の線状体に結束糸を捲回し、
   接着剤で固着して形成した略梯子形状のモジュールを基
   本単位とし、該モジュールを複数個、所定の形状に緊止
   し、これを結束糸で捲回し、接着剤で固着してブロック
   を形成し、該ブロックを複数個または前記モジュールを
   複数個最終の所定形状に配置構成し、結束糸を捲回し、
   接着剤で固着してスケルトンとなしたことを特徴とする
   スケルトン状繊維構造体。
2. （２）下記（ａ）（ｂ）または、（ａ）（ｂ）（ｃ）の
   工程よりなるスケルトン状繊維構造体の製造方法。 （ａ）複数本の線状体を並列状態で保持し、結束糸を一
   端から他端まで螺旋状に捲回し、両者を接着剤で固着し
   てモジュールを形成する工程。 （ｂ）複数のモジュールを所定形状に緊止し、両端部を
   把持し結束糸を外周に捲回して後、接着剤にて両者を固
   着してブロックを形成する工程。 （ｃ）複数のブロックを最終の所定形状に配置構成し、
   結束糸で捲回して後、両者を接着剤で固着させてスケル
   トンを形成する工程。
3. （３）下記（ａ）（ｂ）または、（ａ）（ｂ）（ｃ）の
   工程よりなるスケルトン状繊維構造体の製造方法。 （ａ）複数本の線状体を並列状態に保持して連続的に走
   行させ、走行方向と交差方向に結束糸を捲回し、次いで
   接着剤を含浸硬化させ、所定の寸法に切断して所望の略
   梯子形状のモジュールを連続的に製造する工程。 （ｂ）複数のモジュールを所定形状に緊止し、両端部を
   把持し結束糸を外周に捲回して後、接着剤にて両者を固
   着してブロックを形成する工程。 （ｃ）複数のブロックを最終の所定形状に配置構成し、
   結束糸で捲回して後、両者を接着剤で固着させてスケル
   トンを形成する工程。
4. （４）並列配置した複数本の線状体に結束糸を捲回し、
   接着剤で固着して形成した略梯子形状のモジュールを基
   本単位とし、該モジュールを複数個、所定の形状に緊止
   し、これを結束糸で捲回し、接着剤で固着してブロック
   を形成し、該ブロックを複数個または前記モジュールを
   複数個最終の所定形状に配置構成し、結束糸を捲回し、
   接着剤で固着してスケルトンとなしたスケルトン状繊維
   構造体を、セメント系材料または合成樹脂材料内に補強
   材料として埋設してあることを特徴とする繊維補強複合
   材料。