JPH09104082A

JPH09104082A - 一方向性強化繊維複合基材

Info

Publication number: JPH09104082A
Application number: JP9730996A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Yamaguchi; 茂雄山口
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1995-08-09
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: JP3099730B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コンクリート構造体の補強補修作業における
取扱性や、樹脂の含浸性の良い一方向性強化繊維複合基
材の提供を課題とする。【解決手段】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粘着
固定されている一方向性強化繊維複合基材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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等の補強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】

【従来の技術】炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維を一
方向に引き揃えたシート状基材は、いろんな形で繊維強
化プラスチックやコンクリート構造体の強化材として利
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（特公
平１−２２１４７号）、また、最近では、高速道路や橋
脚等のコンクリート構造体の老化に対する補強補修用の
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（特開平６−２０６２７２号）。

【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。このような問題
を避けるためマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用
いた一方向引き揃えプリプレグも市販されているが、こ
の場合は、常温での柔軟性に乏しく、賦形性をもたせる
ためには予熱する必要がある。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（織物側）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、この一方向性基材シートを、コンクリート構造体の
補強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強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、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複合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
部分で粘着固定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、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片面に無機繊維からなるメッ
シュ状体が粘着固定され、もう一方の面に有機繊維から
なるメッシュ状体が粘着固定されており、それぞれのメ
ッシュ状体による粘着固定がメッシュ状体の繊維の部分
にのみ付着している樹脂により行わ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
ることを見出だしたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】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片面にメッシュ
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
ている粘着性樹脂５により粘着固定されている。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
維等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１００〜１２０００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。

【０００８】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。また、図２に
は一方向に引き揃えられた強化繊維の両面にメッシュ状
体３を粘着固定させた一方向性強化繊維複合基材１´が
示されている。図２においても図１の場合と同様に、メ
ッシュ状体３を構成する繊維４の周囲に付着している樹
脂５によって、一方向に引き揃えられた強化繊維の両面
にメッシュ状体３が粘着固定されている。図２の場合、
両面に粘着固定されるメッシュ状体は同じ種類の繊維か
ら構成されていても良いし、また、異なる繊維から構成
されていても良い。例えば、片面を無機繊維のメッシュ
状体、他面を有機繊維のメッシュ状体の組み合わせでも
良い。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２〜２０ｍｍのも
のを指す。間隔が２ｍｍより小さい場合は、樹脂を含浸
する際にメッシュ状体が障害となり、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。

【０００９】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
樹脂等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、
メッシュ状の織物と比較して取扱性も良い。組布として
は二軸の他に三軸もあるがこれも本発明のメッシュ状体
の中に含まれる。三軸は経糸に対し斜行糸が２方向に配
されたものであり、二軸組布や織物と比較して強度やそ
の他の特性の方向性が少なく、本発明に用いられる支持
体として好適である。本発明に使用されるメッシュ状体
は、単重が１０〜７０ｇ／ｍ²のものであり、更に好ま
しくは１０〜４０ｇ／ｍ²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、７０ｇ
／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。

【００１０】本発明の織物や組布等のメッシュ状体に塗
布される粘着性樹脂としては、常温で粘着性を有するも
のが使用される。補強される樹脂がエポキシ樹脂の場合
は、エポキシ樹脂系の粘着性樹脂が適し、また、ポリエ
ステル樹脂の場合はポリエステル樹脂系の粘着性樹脂
が、フェノール樹脂の場合は、フェノール樹脂系の粘着
性樹脂が適する。同系統の樹脂を用いることにより、樹
脂同志の馴染みが良くなりメッシュ状体自体も強化材化
してしまうことが可能になる。エポキシ系の粘着性樹脂
としてはビスフェノール型のエポキシ当量が２２０〜３
４０程度のエポキシ樹脂、例えばエピコート８３４［油
化シェルエポキシ（株）製］が使用できる。また、常温
で粘稠液状のエポキシ樹脂と常温で固体のエポキシ樹脂
例えばエピコート８２８とエピコート１００１［いずれ
も油化シェルエポキシ（株）製］を混合したものも使用
することができる。これら粘着性樹脂は硬化剤や触媒を
用いずに樹脂単体で使用される。

【００１１】樹脂の付着率としては１０〜７０ｗｔ％の
範囲であり、より好ましくは１５〜５０ｗｔ％の範囲で
ある。１０％より小さい場合は、粘着力が十分でなく、
７０より大きい場合は、樹脂がメッシュの目を塞ぐよう
になりマトリックス樹脂の含浸を阻害したり、ボイドの
抱き込みをおこしやすく、成形体の強度物性が低下する
原因になりやすい。ここでいう樹脂の付着率は、Ｒ_C＝（Ｗ_R×１００）／（Ｗ_M＋Ｗ_R）で表される。上式においてＲ_C；メッシュ状体中の粘着性樹脂分の重量％Ｗ_R；メッシュ状体中の粘着性樹脂分の重量Ｗ_M；メッシュ状体の重量をしめす。また、用途によっては必ずしもマトリックス
樹脂と同系統の粘着性樹脂を使用する必要はなく、例え
ば、粘着テープ等に用いられるアクリル樹脂系等の粘着
性樹脂を用いることもできる。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。また、本発明の一方向性強化繊
維複合基材を巻き取る場合は、片面に薄いポリエチレン
フィルムのようなセパレータを入れ一緒に巻き取ること
が望ましい。

【００１２】次に本発明の一方向性強化繊維複合基材の
製造方法について図３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１５から引だしシート状と
し、櫛状ガイド７を通しピッチを揃え、一方向基材シー
ト２とする。一方、メッシュ状体３をロール１２から引
き出しホットローラを有するレジンコータ８ａにより、
樹脂５がコーティングされる。樹脂５は常温で粘稠性を
有し、ホットローラにより加熱されることによりコーテ
ィング可能な粘度に調整される。コーティング量は樹脂
の粘度やローラの回転速度、メッシュ状体の引き出し速
度等により制御される。樹脂の塗布量は前記したように
重量％で１０〜７０％の範囲が望ましく、この範囲内で
あれば図１または図２に示すようにメッシュ状体を構成
する繊維４の表面に樹脂５が塗布された状態になる。メ
ッシュ状体３への樹脂５の塗布は、コーティング法に限
らず、含浸法やスプレー法等により行うことも可能であ
る。樹脂がコーティングされたメッシュ状体３は、一方
向基材シート２と圧着ロール９ａ，９ｂにより積層圧着
される。更に、メッシュ状体３にレジンコータ８ｂによ
り樹脂５をコーティングし、一方向基材シート２の反対
面に圧着ロール１０ａ，１０ｂにより積層圧着し、両面
にメッシュ状体が粘着固定された一方向性強化繊維複合
基材１´が得られる。

【００１３】図３では、片面にセパレータ用フィルム６
が重ねられロール１４に巻き取られる。図３では、一方
向基材シートの両面にメッシュ状体が粘着積層されてい
るが、用途によっては片面に積層することも可能であ
る。このように本発明の一方向性強化繊維複合基材は、
溶剤などを使用せずに製造することができ、従って、乾
燥装置などを必要とせず簡単な方法装置で製造すること
ができる利点を有する。本発明の一方向性強化繊維複合
基材の巻取にセパレータを用いる場合、透明または半透
明のプラスチックフィルムが望ましい。この様なフィル
ムとしては、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエステル等のフィルムが適当
である。これは、コンクリート構造物の補強などの場合
に、基材の合わせ目の幅をコントロールし易くするため
である。従って、基材の合わせ目幅のコントロールが必
要ない場合は、シリコン系等の離型剤により処理された
離型紙のような不透明なものも使用することができる。

【００１４】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
材シートの片面または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。

【００１５】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。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。

【００１６】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強補修工事に
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
ような補強補修方法において、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、樹脂の選択にも制約が
少なく、現場での施工性、取扱性等が非常に良い。

【００１７】

【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Ｔ３００−１
２Ｋ；東レ（株）製］を用い、２００ｇ／ｍ²となるよ
うに引き揃え一方向性基材シートとした。（Ｔ３００−
１２Ｋはフィラメント径７μｍで集束本数１２０００
本）メッシュ状体ガラス繊維製三軸組布［ＫＴ３３８Ｂ；日東紡績（株）
製］を用いた。三軸組布の仕様は次の通りである。単重１５ｇ／ｍ² 密度（タテ×ナナメ）１本／13.5ｍｍ×１本／13.5ｍｍ一方向強化繊維複合基材の製造メッシュ状体に粘着性樹脂としてエポキシ樹脂［エピコ
ート８３４；油化シェルエポキシ（株）製］をホットロ
ールによるロールコーター法により、１５ｇ／ｍ²塗布
したものを作製し、この上に一方向性基材シートを加熱
圧着し一方向性強化繊維複合基材を得た。このようにし
て得られた一方向性炭素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。

【００１８】＜実施例２＞実施例１におけるメッシユ状
体として次のガラス繊維製二軸組布を用いた以外は実施
例１と同様に行った。メッシュ状体ガラス繊維製二軸組布［ＫＣ０５０５ＡＡＤ１；日東
紡績（株）製］を用いた。二軸組布の仕様は次のとうり
である。単重２２ｇ／ｍ² 密度（タテ×ヨコ）５本／２５ｍｍ×５本／２５ｍｍ上記ガラス繊維二軸組布に粘着性樹脂としてエポキシ樹
脂［エピコート８３４；油化シェルエポキシ（株）製］
をホットロールによるロールコーター法により、２０ｇ
／ｍ²塗布したものを作製し、この上に一方向性基材シ
ートを加熱圧着し一方向性強化繊維複合基材を得た。実
施例２で得られた一方向性炭素繊維複合基材をエポキシ
樹脂に含浸させたところ、含浸性良好であった。

【００１９】＜実施例３＞一方向性基材シートとして実
施例１と同じものを用い、メッシュ状体としてガラス繊
維製三軸組布［ＫＴ２２８Ａ；日東紡績（株）製］を用
いた。三軸組布の仕様は次の通りである。単重１４ｇ／ｍ² 密度（タテ×ナナメ）１本／９ｍｍ×１本／９ｍｍ上記ガラス繊維三軸組布に粘着性樹脂としてエポキシ樹
脂［エピコート８３４；油化シェルエポキシ（株）製］
を図３に示すホットロールによるロールコーター法によ
り、１４ｇ／ｍ²塗布したものを作製し、一方向性基材
シートの上に加熱圧着し、更に一方向性基材シートの反
対側の面に同様に樹脂をコーティングしたガラス繊維製
三軸組布を加熱圧着し両面に三軸組布が粘着固定された
一方向性炭素繊維複合基材を得た。実施例３で得られた
一方向性炭素繊維複合基材をエポキシ樹脂に含浸させた
ところ含浸性も良好であり、炭素繊維基材の毛羽だちの
発生もなく、施工性も良好であった。

【００２０】＜実施例４＞一方向性基材シートとして実
施例１と同じものを用い、メッシュ状体としてビニロン
製三軸組布［ＫＴＶ３２２６；日東紡績（株）製］と実
施例３で用いたガラス繊維製三軸組布を用いた。ビニロ
ン製三軸組布の仕様は次の通りである。単重２１．３ｇ／ｍ² 密度（タテ×ナナメ）１本／９ｍｍ×１本／９ｍｍ上記の三軸組布を用い、図３に示す方法により、片面に
ガラス繊維製三軸組布、もう一方の面にビニロン製三軸
組布が粘着固定された一方向性炭素繊維複合基材が得ら
れた。塗布量は両面とも１０ｇ／ｍ²とした。実施例３
で得られた一方向性炭素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も良好であり、炭素繊維基材の
毛羽だちの発生もなく、施工性も良好であった。

【００２１】

【発明の効果】本発明の一方向性強化繊維複合基材は、
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
材の製造は、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幅方向断
面図

【図２】本発明の一方向性強化繊維複合基材の他の実施
態様の幅方向断面図

【図３】本発明の一方向性強化繊維複合基材製造の一例
を示す概略図

【符号の説明】

１，１´．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．粘着性樹脂６．セパレータ用フィルム７．櫛状ガイド８ａ，８ｂ．レジンコータ９ａ，９ｂ．圧着ローラ１０ａ，１０ｂ．圧着ローラ１１ａ，１１ｂ．プレスローラ１４．巻取ロール１５．強化繊維パーン

Claims

【特許請求の範囲】

【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
粘着固定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。
【請求項２】一方向に引き揃えられた強化繊維からな
る基材シートの片面に無機繊維からなるメッシュ状体が
粘着固定され、もう一方の面に有機繊維からなるメッシ
ュ状体が粘着固定されており、それぞれのメッシュ状体
による粘着固定がメッシュ状体の繊維の部分にのみ付着
している樹脂により行われていることを特徴とする一方
向性強化繊維複合基材。
【請求項３】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
トの少なくとも片面に粘着固定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。