JPH0866922A

JPH0866922A - 繊維強化プラスチック製棒材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0866922A
Application number: JP6205802A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yamashita; 博明山下; Hiroyuki Uchino; 洋之内野; Yasuo Nagata; 保雄永田; Atsuo Morii; 惇雄森井
Original assignee: Nippon Steel Corp; Suzuki Metal Industry Co Ltd; Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Suzuki Metal Industry Co Ltd; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1996-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】周辺材料との接着性がよく、コスト的にも安価
な繊維強化プラスチック製棒材を提供する。【構成】マトリックス樹脂を含浸した強化繊維のストラ
ンドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラスチッ
ク製棒素材を形成し、その周囲に互いに熱収縮率の異な
る２種以上の被覆繊維を被覆せしめ、上記マトリックス
樹脂を加熱硬化させる際に発生する上記各被覆繊維の熱
収縮率の差により表面に凹凸を形成せしめたことを特徴
とする繊維強化プラスチック製棒材及びその製造方法で
ある。【効果】本発明によって得られる繊維強化プラスチック
製棒材は、その表面が互いに熱収縮率の異なる２種以上
の被覆繊維により被覆されているため、特別な工程を要
することなく表面に凹凸を生じることができ、周辺材料
との接着性がよくコスト的にも安価な繊維強化プラスチ
ック製棒材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
製棒材及びその製造方法に係り、更に詳しくは、該棒材
がその製造時に用いた被覆繊維の熱収縮率の差により凹
凸を有し、周辺材質との接着性が向上し、コスト的にも
安価な繊維強化プラスチック製棒材及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、セメントやプラスチックの構造
用棒材としては金属製の鉄筋やＰＣ緊張材が用いられて
いるが、これら鉄筋やＰＣ緊張材は、長期の使用の間に
発錆し、これが原因して強度の低下やセメント等の周辺
材料との間の接着性や密着性の低下が起こり、強度の耐
久性不足や解離性という問題があるほか、セメント等の
周辺材料に比べてその熱膨脹率が高く、その熱膨脹によ
って周辺材料に割れが発生するという問題もあり、更
に、金属はその比重が大きく、体積の割に重量が嵩んで
運搬等に特別な装置を要し、その作業性が悪いほか、コ
スト高になるという問題もある。

【０００３】そこで、このような問題点を解決するため
に、軽量で高強度、しかも錆びない棒材が求められるよ
うになっており、現在、高強度、高弾性の有機繊維ある
いは無機繊維にマトリックス樹脂を含浸させ、この繊維
を複数本束ねて所定の太さにした後に加熱処理すること
により形成される繊維強化プラスチック製の棒材が数多
く創案され提出されている。これら繊維強化プラスチッ
ク製の棒材は、金属に比べて比重が小さく発錆もないう
えに強度も金属以上であるため、現在その実用化のため
の開発が進められており、多種類の繊維強化プラスチッ
ク製棒材が提案されている。

【０００４】ところが、繊維強化プラスチック製棒材を
用いた鉄筋やＰＣ緊張材等には、金属製の棒材のように
表面にローレット加工やネジ切り加工をしたり、あるい
は、くさび形等の異形状に加工することができないた
め、セメント等の周辺材料との間の接着性が悪いという
問題がある。これは、繊維強化プラスチック製棒材の材
質が繊維強化しているため、棒材の表面にローレット加
工やネジ切り加工等を施すと繊維が切断されて本来の強
度を発揮することができないからであり、また、くさび
形等の異形状にする加工処理は、成形方法が複雑でコス
ト高になるため一般に行われないからである。

【０００５】また、通常、ストランドを収束しただけの
ものは、未硬化状態では該ストランドがバラバラになり
形状の保持ができず、また、該ストランド束を硬化させ
るには外圧が必要であるため、圧力がない場合にはボイ
ドが発生したり、硬化時にはマトリックス樹脂がたれた
りして到底棒材として使用に耐え得ない。そのため、ス
トランドは一般にその外周部を何らかの方法で、例えば
ブレードといわれる織布で被覆する。その結果、棒材の
表面にわずかな凹凸ができるのだが周辺材料に対しアン
カー効果をもたらすほどの凹凸は得られない。

【０００６】このため、繊維束片を端部遊離状態で巻付
ける方法（実開平１−９６９２５号公報）が知られてい
るが、連続的に巻付けることができないため生産性が悪
く、また、その補強作業の工程が増えてコスト高とな
り、十分とは言えない。また、長繊維の複数本を集束し
た集合体に未硬化の結合材を含浸せしめ、該結合剤が硬
化する前に該集合体に粒子物例えば砂を付着させ、アン
カー効果をもたらす方法（特開昭６４−２９５６０号公
報）も知られているが、付着物が粒子であるため連続的
な結合がされておらず、衝撃により粒子がはずれたり輸
送中剥離したり、また補強作業の工程が増えてコスト高
となるため、これも前述の課題を解決するには至ってい
ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、かかる問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、
未硬化繊維強化プラスチック製棒素材の周囲に互いに熱
収縮率の異なる２種以上の被覆繊維を被服して繊維強化
プラスチック製棒材を成形すると、加熱硬化させた際
に、上記各被覆繊維に熱収縮率の差が生じて表面に凹凸
が形成され、周辺材料との接着性が向上でき、しかも、
棒材製造工程も増えず、安価に製造できることを見出
し、本発明を完成した。

【０００８】従って、本発明の目的は、棒材表面に特別
の処理をせず凹凸を発生させることにより、周辺材料と
の接着性も向上し、棒材製造工程が増えずにコスト的に
も安価に繊維強化プラスチック製棒材を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はマト
リックス樹脂を含浸した強化繊維のストランドを１本又
は複数本束ねて未硬化繊維強化プラスチック製棒素材を
形成し、その周囲に互いに熱収縮率の異なる２種以上の
被覆繊維を被覆せしめ、上記マトリックス樹脂を加熱硬
化させる際に発生する上記各被覆繊維の熱収縮率の差に
より表面に凹凸を形成せしめたことを特徴とする繊維強
化プラスチック製棒材である。

【００１０】また、本発明は、高強度、高弾性を有する
強化繊維のストランドにマトリックス樹脂を含浸させ、
このストランドを１本又は複数本束ねて構成した未硬化
繊維強化プラスチック製棒素材の周囲に互いに熱収縮率
の異なる２種以上の被覆繊維を被覆せしめ、次いでこの
棒素材のマトリックス樹脂を加熱硬化させ、この加熱硬
化時に上記各被覆繊維の熱収縮率の差により表面に凹凸
を形成せしめたことを特徴とする繊維強化プラスチック
製棒材の製造方法である。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おける未硬化繊維強化プラスチック製棒素材を構成する
ストランドは、強度を保持する繊維であり、高強度高弾
性の無機繊維又は有機繊維のいずれでもよく、無機繊維
としては炭素繊維、ガラス繊維、炭素ケイ素繊維、ステ
ンレス繊維等が使用でき、また、有機繊維としては、ア
ラミド繊維、ビニロン繊維、高強度ポリエチレン繊維等
が使用できる。これらのストランドは通常数１０フィラ
メントから数１０万フィラメントの範囲で収束した繊維
束から構成されており、一般的にストランドと総称され
ている。該ストランドをさらに数本から数１０本収束し
ていわゆる素線状態にし、棒材として使用する場合に
は、その素線状態の束を単一であるいは複数本用いて構
成する。単一形態のものは通常直線状であり、複数形態
のものはより線状あるいは編み状がある。

【００１２】また、本発明で用いる樹脂としては、熱可
塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれでもよいが、好
ましくは熱硬化性樹脂であり、エポキシ樹脂、ウレタン
アクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリエステル
樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等を用いること
ができる。また、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ポ
リプロピレン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケト
ン）、ＰＥＳ等を用いることができる。

【００１３】また、これらの樹脂をストランドに含浸さ
せる際の樹脂の含有量は、２０〜５０重量％が好まし
い。この樹脂の含有量が２０重量％より少ないと素線内
のフィラメント間の接着が不十分であり、加圧加熱硬化
した該棒材内にボイドが発生して該棒材自体の強度が低
下する。また、樹脂の含有量が５０％より多くなると、
硬化時に樹脂が表面層ににじみ出し硬化物の表面樹脂が
多くなり凹凸が生じにくくなる。

【００１４】本発明において適用できる被覆用の熱収縮
性繊維としては、ポリエステル繊維、アクリル繊維、Ｐ
ＰＳ繊維、アラミド繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロ
ン繊維、ＴＰＸ繊維等を挙げることができ、これらの繊
維を２種以上使用して未硬化状態の棒素材に被覆する。
被覆された該棒素材の表面状態は、組ひも状、テープ
状、クロス状、螺旋状、スパイラル状等となる。

【００１５】また、この被覆繊維は、フィラメント糸又
は紡績糸のいずれでもよいが、一般に、フィラメント糸
の場合は、マトリックス樹脂の含浸性が良好なため、ス
トランドの樹脂含有率が２０〜３０重量％が好ましく、
また、紡績糸の場合は、マトリックス樹脂の含浸性が悪
いため、ストランドの樹脂含有率が３０〜５０％が好ま
しい。

【００１６】なお、この被覆繊維の強度はほとんど該棒
材には寄与されないため、高強度、高弾性の繊維を使用
する必要はない。これは、上記の被覆された棒素材の表
面状態のいずれの場合も、被覆角が、棒素材の長手方向
を０°とすると、１０°以上となってしまい、１０°以
下とすることは製造上無理であることから判断される。
通常、被覆角が１０°以上となると繊維自体の引っ張り
強度が著しく低下するからである。

【００１７】本発明における被覆繊維の熱収縮率は、マ
トリックス樹脂の硬化温度付近の値であり、被覆繊維の
熱収縮率の最大値と最小値の比が１〜７０％のとき棒素
材の表面の凹凸が良好な状態となる。この被覆繊維の熱
収縮率の比が１％より小さくなると、該棒素材が硬化し
た際に表面の凹凸が認められず周辺材料との接着力が十
分得られない。また、７０％より大きくなると、熱収縮
率の小さい被覆繊維が熱収縮率の大きい繊維に比べて収
縮が進まず、熱収縮率の小さい繊維にマトリックス樹脂
が十分含浸されない状態、いわゆる未含浸状態となるた
め樹脂複合体にならず、接着力が十分発揮できない。

【００１８】また、被覆繊維の太さは１００〜１，００
０デニールが好ましく、この被覆繊維の太さが１，００
０デニールを越えるとマトリックス樹脂が十分に含浸さ
れず、特に表層部が未含浸状態となる。また、１００デ
ニール未満であると、マトリックス樹脂が表面層をおお
うため棒素材の表面に凹凸が発生しなくなる。

【００１９】更に、上記の被覆繊維の熱収縮率の比及び
被覆繊維の太さは、周辺材料の材質によって適した範囲
が異なり、周辺材料のが比較的粘度の低い樹脂系の場合
には、棒材の表面の凹凸を小さくするため、被覆繊維の
熱収縮率の比は１〜４０％、また、被覆繊維の太さは１
００〜５００デニールが好ましい。一方、周辺材料の材
質がフィラー等が混入されているセメント等の場合に
は、棒材の表面の凹凸を大きくするため、被覆繊維の熱
収縮率の比は４０〜７０％、また、被覆繊維の太さは５
００〜１，０００デニールが好ましい。

【００２０】また、棒材の表面層を構成する被覆繊維の
層はできるだけ薄い方が好ましい。被覆繊維の層が厚く
なると、該棒材の見かけ断面積が大きくなり、相対的に
高強度高弾性の部分の占める割合が小さくなるため、単
位断面積の強度が低下してしまい好ましくない。

【００２１】

【作用】本発明における繊維強化プラスチック製棒材
は、マトリックス樹脂を含浸した強化繊維により形成さ
れたストランドが互いに熱収縮率の異なる２種以上の被
覆繊維により被覆されており、マトリックス樹脂を加熱
硬化させる際に発生する各被覆繊維の熱収縮率の差によ
って棒材の表面に凹凸が形成される。そのため、棒材と
周辺材質とは凹凸部の界面による接着性の向上作用によ
り固着強度を上げ、高い引抜き抗力を発揮する。従っ
て、この棒材は特別にアンカー効果をもたらすような、
例えば棒材に粒子を付けたり、突き部をもうけたりする
ことなくアンカー効果を発揮することができる。更に、
凹凸部を設けるような工程も得に必要とせず、価格の低
減も期待することが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の繊維強化プラスチック製棒材
及びその製造方法を実施例にって具体的に説明する。

【００２３】実施例１ビスフェノールＡ型エポキシ（エピコート１００１油化
シェル社製）６０重量部及びフェノールノボラック型エ
ポキシ（ＥＰＮ−１１３８チバガイギ社製）４０重量部
を主剤としてなるマトリックス樹脂に、硬化剤としてジ
シアンジアミド６重量部及び硬化促進剤として、４重量
部の１−ジメチル尿素からなる樹脂組成物を調整した。
このエポキシ樹脂組成物をメチルセルソルブで希釈し、
その希釈液に６０００フィラメントの炭素繊維（エスカ
イノスＮＴ−３５）を含浸させ、その後、熱風乾燥機で
希釈剤であるメチルセルソルブを蒸発させてストランド
とした。このストランドの樹脂付着量は３２重量％であ
った。

【００２４】次いで、このストランドを２０本収束させ
てストランド束とし、このストランド束を１本（図１
（ａ）及び図２（ａ））あるいは７本束ねたもの（図１
（ｂ）及び図２（ｂ））を用い、その表面に熱収縮率が
１．７５（１０^-4／℃）である４５０デニールのビニロ
ン（フィラメント糸・図２の被覆繊維３）と、熱収縮率
が９２（１０^-4／℃）である６００デニールのポリプロ
ピレン（フィラメント糸・図２の被覆繊維２）とを、１
対１の割合で編角４５°となるように組ひも状（平織、
朱子織等）に巻き付け、繊維強化プラスチック製棒素材
を得た。

【００２５】この炭素繊維強化プラスチック製棒素材を
１４０℃で６０分間常気圧下で加圧熱硬化させた。かく
して、図１、図２及び図３に示すような外径４．４ｍｍ
φで表面に凹凸のある繊維強化プラスチック製棒材を得
た。なお、図１中、符号Ｂは凹凸部であり、図２及び図
３中、符号１は繊維強化プラスチック部であり、また、
符号２及び３は被覆繊維である。ここで、被覆繊維２の
熱収縮率は、被覆繊維３の熱収縮率よりも大きい値をと
る。なお、上記の図２は本発明の繊維強化プラスチック
製棒素材の代表的な構成を示すものであって、この構成
については、本発明の範囲内で如何様にも変わり得る。

【００２６】上記の、ストランド束１本から形成された
繊維強化プラスチック製棒材（図１（ａ）及び図２
（ａ））を、図４に示すようにアンカー体の周辺材料に
埋め込み定着せしめ、コンクリート中における引抜強度
を測定した。なお、図４中、符号１は繊維強化プラスチ
ック部であり、符号２及び３は被覆繊維であり、また、
符号４は周辺材料である。引抜強度の測定結果を表１に
示す。

【００２７】実施例２含浸させる炭素繊維を１２，０００フィラメントのトレ
カＴ−７００とした以外は実施例１と同様の方法でスト
ランドを作成した。このストランドの樹脂付着量は３０
重量％であった。

【００２８】次いで、このストランドを２７本収束させ
てストランド束とし、このストランド束を１本（図５
（ｃ）及び図６（ｃ））あるいは７本束ねたもの（図５
（ｄ）及び図６（ｄ））を用い、その表面に熱収縮率が
１．００（１０^-4／℃）である５００デニールのポリエ
ステル（フィラメント糸・図２の被覆繊維３））と、熱
収縮率が３．２５（１０^-4／℃）である４５０デニール
のアクリル（紡績糸・図２の被覆繊維２）とを、巻角８
０°となるようにスパイラル状（テープ、糸等）に巻き
付け、繊維強化プラスチック製棒素材を得た。

【００２９】この炭素繊維強化プラスチック製棒素材を
１２０℃で２０分間、更に、１５０℃で４０分間常気圧
下で加圧熱硬化させた。かくして、図５、図６及び図７
に示すような外径５．０ｍｍφで表面に凹凸のある繊維
強化プラスチック製棒材を得た。なお、図５中、符号Ｂ
は凹凸部であり、図６及び図７中、符号１は繊維強化プ
ラスチック部であり、また、符号２及び３は被覆繊維で
ある。ここで、被覆繊維２の熱収縮率は、被覆繊維３の
熱収縮率よりも大きい値をとる。なお、上記の図６は本
発明の繊維強化プラスチック製棒素材の代表的な構成を
示すものであって、この構成については、本発明の範囲
内で如何様にも変わり得る。

【００３０】上記の、ストランド束１本から形成された
繊維強化プラスチック製棒材（図５（ｃ）及び図６
（ｃ））を、実施例１と同様にアンカー体の周辺材料に
埋め込み、コンクリート中における引抜強度を測定し
た。引抜強度の測定結果を表１に示す。

【００３１】比較例１含浸させる炭素繊維を３０００フィラメントとした以外
は実施例１と同様の方法でストランドを作成した。この
ストランドの樹脂付着量は６２重量％であった。

【００３２】次いで、このストランドを３６本収束させ
てストランド束とし、このストランド束の表面に熱収縮
率が１．７５（１０^-4／℃）である６００デニールのビ
ニロン（フィラメント糸）と、熱収縮率が９２（１０^-4
／℃）である６００デニールのポリプロピレン（紡績
糸）とを、編角４５°となるように組ひも状に巻き付
け、繊維強化プラスチック製棒素材を得た。

【００３３】この炭素繊維強化プラスチック製棒素材を
１４０℃で６０分間常気圧下で加圧熱硬化させた。この
ようにして得られた繊維強化プラスチック製棒材を、実
施例１と同様にアンカー体の周辺材料に埋め込み、コン
クリート中における引抜強度を測定した。この結果、得
られた繊維強化プラスチック製棒材は、外径４．７ｍｍ
φで表面に凹凸がなくマトリックス樹脂が表面に多量に
にじんでおり、コンクリート中においては実施例１と同
様の結果が得られずアンカー効果が認められなかった。
引抜強度の測定結果を表１に示す。

【００３４】比較例２実施例２と同様の方法でストランドを作成した。このス
トランドの樹脂付着量は３０重量％であった。

【００３５】次いで、このストランドを２７本収束させ
てストランド束とし、このストランド束の表面に熱収縮
率が１．７５（１０^-4／℃）である４５０デニールのビ
ニロン（フィラメント糸）を巻角８０°となるようにス
パイラル状に巻き付け、繊維強化プラスチック製棒素材
を得た。

【００３６】この炭素繊維強化プラスチック製棒素材を
１４０℃で６０分間常気圧で加圧熱硬化させた。このよ
うにして得られた繊維強化プラスチック製棒材を、実施
例２と同様ににアンカー体の周辺材料に埋め込み、コン
クリート中における引抜強度を測定した。この結果、得
られた繊維強化プラスチック製棒材は、外径５．０ｍｍ
φで表面に凹凸がなくマトリックス樹脂が表面に一様に
にじんでおり、樹脂中においては実施例２と同様の結果
が得られずアンカー効果が認められなかった。引抜強度
の測定結果を表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明によって得られる繊維強化プラス
チック製棒材は、そのストランドの表面が互いに熱収縮
率の異なる２種以上の被覆繊維により被覆されており、
従来のようにアンカー効果をもたらすために構成された
棒材とは異なり特別な工程を必要としないため、コスト
的にも安価な優れた繊維強化プラスチック製棒材が得ら
れる。また、該棒材は、被覆繊維の種類を種々変えるこ
とによって、周辺材料の各々の用途に合った適切な凹凸
を表面に発生させることが可能であり、更に、該繊維が
硬化時に熱収縮するため繊維強化プラスチック製棒材内
にボイドが発生することなく強厚的にも高いものが得ら
れるので実用上の効果は極めて顕著なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の繊維強化プラスチック製棒
材を模式的に示す外観図であり、（ａ）は、１本のスト
ランド束から成る単線の直線状棒材で被覆繊維は組ひも
状（平織）に編まれた棒材であり、また、（ｂ）は、７
本のストランド束から成る複線のより線状あるいは編み
状棒状で被覆繊維は組ひも状（平織）に編まれた棒材で
ある。

【図２】図２は、本発明の図１の横断面図である。

【図３】図３は、本発明の図１Ａ部の拡大図である。

【図４】図４は、本発明の繊維強化プラスチック製棒
材をアンカー体の棒材（緊張材）として用いた場合の概
略図であり、（ｅ）は縦断面図であり、また、（ｆ）は
横断面図である。

【図５】図５は、本発明の繊維強化プラスチック製棒
材を模式的に示す外観図であり、（ｃ）は、１本のスト
ランド束から成る単線の直線状棒材で被覆繊維はスパイ
ラル状（糸状）に編まれた棒材であり、また、（ｄ）
は、７本のストランド束から成る複線のより線状あるい
は編み状棒材で被覆繊維はスパイラル状（糸状）に編ま
れた棒材である。

【図６】図６は、本発明の図５の横断面図である。

【図７】図７は、本発明の図５Ｃ部の拡大図である。

【符号の説明】Ｂ…凹凸部、１…繊維強化プラスチック部、２，３…被
覆繊維、４…周辺材料。

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 31:06 (72)発明者内野洋之千葉県千葉市花見川区花園２丁目７番３号シャルム検見川304号 (72)発明者永田保雄千葉県木更津市清見台南４−12 Ｔ２棟 (72)発明者森井惇雄千葉県習志野市東習志野７丁目５番１号鈴木金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マトリックス樹脂を含浸した強化繊維の
ストランドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラ
スチック製棒素材を形成し、その周囲に互いに熱収縮率
の異なる２種以上の被覆繊維を被覆せしめ、上記マトリ
ックス樹脂を加熱硬化させる際に発生する上記各被覆繊
維の熱収縮率の差により表面に凹凸を形成せしめたこと
を特徴とする繊維強化プラスチック製棒材。
【請求項２】ストランドへの樹脂付着量が２０〜５０
重量％である請求項１記載の繊維強化プラスチック製棒
材。
【請求項３】複数の被覆繊維における熱収縮率の最大
値と最小値との比ｔ〔但し、ｔ＝（ａ₂／ａ₁）×１０
０、ａ₁：熱収縮率最大値、ａ₂：熱収縮率最小値〕が
１〜７０％である請求項１記載の繊維強化プラスチック
製棒材。
【請求項４】高強度、高弾性を有する強化繊維のスト
ランドにマトリックス樹脂を含浸させ、このストランド
を１本又は複数本束ねて構成した未硬化繊維強化プラス
チック製棒素材の周囲に互いに熱収縮率の異なる２種以
上の被覆繊維を被覆せしめ、次いでこの棒素材のマトリ
ックス樹脂を加熱硬化させ、この加熱硬化時に上記各被
覆繊維の熱収縮率の差により表面に凹凸を形成せしめた
ことを特徴とする繊維強化プラスチック製棒材の製造方
法。