JPH0292624A - 長繊維強化樹脂製補強用線・棒体の製造方法 - 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、土木、建築分野で使用される鉄筋、ｐｃ鋼線
、ｐｃ鋼線等の代用品として、或はその他各種マトリッ
クス中に補強材として埋設される長繊維強化樹脂製補強
用線・棒体の製法に関し、特にマトリックスとの一体性
を高めるため表面に多数の係止用突起が形成された線・
棒体を製造する新規な方法に関するものモある。

［従来の技術］ 最近、炭素繊維やガラス繊維等の繊維を強化材として含
有する繊維強化樹脂複合材料が注目を集め、例えば鉄筋
、ｐｃ鋼線、ｐｃ鋼線の代用品として利用しようとする
研究が盛んに進められている（特開昭８３−５５１、同
６３−５５２、同６３−４１５８等）。即ちこれらの複
合材料は、鉄筋等に見られる欠点（例えば高比重で錆が
発生し易いといった欠点）を克服するものであり、特に
厳しい腐食環境が形成される海浜地域における土木建築
構造物や海洋構造物等の補強材等として徐々にその用途
を拡大してきている。

ところでこれらの複合材料は、長繊維を強化材として使
用し、これを様々の樹脂に含浸して線状あるいは棒状に
成形したものであり、強化繊維としては炭素１Ａｌｌ維
（グラファイト１ａ維を含む二以下同じ）やガラス繊維
等の無機ｉａ維あるいはアラミド繊に、ＩＬ等の各種有
機繊維が使用され、樹脂としては不飽和ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、エリア樹脂、メラ
ミン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリオ
レフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂が
例示される。

［発明が解決しようとする課題］ ところで通常の長繊維強化樹脂製補強用線・棒体は、多
数の長繊維を長手方向に引き揃えて収束しこれに樹脂を
含浸して硬化もしくは固化させたものであり、引張り方
向の外力に対しては強化繊維の作用によって優れた強度
を発揮する。ところがこれらの線・棒体はこれを長手方
向に見た場合平滑性が非常に高く、これをコンクリート
等の補強材として使用しても満足のいく強化効果は得ら
れない。即ち上記の様な線・棒体は、その長手方向に見
てマトリックス材との間で噛合効果を期待することがで
きないので、線・棒体とマトリックス材の境界面に前記
長手方向への剪断力が作用したとぎに簡単に滑り現象を
起こし、マトリックス材と強化材の複合効果が十分に発
揮されないからである。

本発明者らはこうした欠点を解消するため、たとえば第
４図に示す様な方法で長繊維強化樹脂製補強用線・棒体
の外周に係止用突起を形成する方法を考えた。即ち線・
棒状に予備成形された未硬化乃至非未固化状態の長繊維
含浸複合樹脂材料１を軸心方向へ走行させながら、これ
を溝付き抑圧ロール２．２間に挟圧し、該ロール２．２
に形成された溝３内に樹脂Ｒを充填し、しかもそのとき
の樹脂の移動に伴なわせて長繊維Ｆをたわませる様に溝
内３に充填させることによって（第３図のＡ状態）、係
止用突起５の形成された線・棒体６を得るものである。

ところがこの様にして製造される突起部ぎ線・棒体６に
は次の様な問題があることが分かった。即ち係止用突起
５の形成に当たって、複合樹脂材料１が溝付き押圧ロー
ル２゜２間に挟圧された時点をとらえると、前述の如く
長繊維Ｆは樹脂Ｒの流動に伴なわれて溝３内に入る。と
ころが押圧ロール２．２から解放された後の線・棒体６
には長手方向の張力がかなり強く作用しているので、Ｂ
状態、さらにはＣ，Ｄ状態に示す如く長ｆａ維Ｆは張力
により突起５から抜は出して再び胴部側へ引き揃えられ
、最終的に突起５は樹脂Ｒだけで構成されることととな
ってしまう。

そうなると長繊維Ｆによる補強効果は突起５に及ばなく
なり、マトリックスに例えば矢印方向への引張り力が作
用したとき、第５図に示す如く突起５がその付根から剪
断破壊を起こし、突起５形成の目的が果たせなくなる。

本発明はこの様な問題点に着目してなされたものであっ
て、その目的は、前記係止用突起内に強化用長ｉａ維を
確実に存在せしめることのできる様な製造技術を確立し
ようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決することのできた本発明に係る方法の
構成は、長繊維強化樹脂によって構成され、且つ任意ピ
ッチで係止用突起が形成された補強用線・棒体を製造す
るにお当たり、下記［Ｉ］式の関係を満たす粘度に調整
された未硬化乃至非固化状態の長繊維含浸複合樹脂材料
を軸心方向へ走行させながら溝付押圧部材間に挟圧し、
前記溝の内部に前記樹脂及び長繊維を充填させることに
よって突起部を形成し、次いで樹脂を硬化もしくは固化
させるところに要旨を有するものである。

但しｄ　：長繊維の径（ｍｍ） Ｌ　：溝付押圧部材による挟圧部全長 δ、：長繊維の破断強度（にｇｆ　７ｍｍ２）γ　：溝
付押圧部材による剪断速度 （１／５ｅｃ） ［作用］ 本発明では、たとえば第１図（要部縦断面説明図）及び
第２図（第１図のＩＩ　−ＩＩ線線断面相面図に示す様
な方法で、未硬化乃至非固化状態の長繊維含浸複合樹脂
材料１を軸心方向へ走行させながら、溝付は抑圧ロール
２．２間に挟圧し、溝３の内部に複合樹脂材料を構成す
る樹脂Ｒと長繊維Ｆを充填させることによって突起５を
形成する際に、挟圧を受ける時点における複合樹脂材料
１の粘度（η）を、前記［Ｉ］式の関係が満たされる様
に調整する。この場合、複合樹脂材料１中に含まれる樹
脂Ｒが熱硬化性樹脂である場合は、予備硬化条件をコン
トロールすることにより挟圧加工時の粘度（η）が前記
［ＩＩ式を満たす様に調整すればよく、また樹脂Ｒが熱
硬化性樹脂である場合は、挟圧加工時の温度を低めに抑
え、粘度（η）が前記［Ｉ］式の右辺の値を下回ること
のない様に調整する。

そうすると長繊維Ｆは高粘性樹脂Ｒの挟圧加工時の流動
に伴なって横３内へ充填されると共に第４図で述べた張
力に抗して溝３内にとどまろうとする。この時の力は線
・棒体を挟圧保持している長さ（Ｌ）に比例し、このと
ぎの保持力（ｆ）は下記式で与えられる。が発生する。

ｆ＝τ・π・ｄ−Ｌ　　　　　　　・・・［ＩＩ　］こ
こでては樹脂Ｒにかかる剪断応力を示し、これは複合樹
脂材料の粘度（η）と挟圧加工時の剪断速度（：ｆ）の
積で表わすことができる（τ＝η・γ）ので、これらの
関係を上記［Ｉ］１式にとり人れると下記［＋１１］式
が導かれ、 ｆ＝η　・γ・π・　ｄ−Ｌ　　　　　　・・・　［Ｉ
ｌｌ　］これに前記［ＩＩ式のηを代入すると、下記［
！Ｖ］式が求められる。

４　・　Ｌ　・　γ 即ち前記［ＩＩ式の関係を満たす高粘性複合樹脂材料に
より生ずる長繊維Ｆの保持力（ｆ）は、い値となり、長
繊維Ｆは溝３内で破断する。その結果、長繊維Ｆの長平
方向にかかる張力は当該破断部で解放されることになり
、従来例の様にその後長繊維Ｆが突起５から抜は出すと
いったことはなくなる。従って、たとえば第３図に示す
如く、長繊維Ｆの破断伸び（ｊ２ｃ）を上回る伸び長さ
（Ａ１）が与えられる様に溝３の深さ（ｈ）及び長さ（
Ｊ２３）を設定してやれば、長繊維Ｆは突起５内で破断
してその中に確実にとり残されることになり、突起５は
線・棒体の胴体部分との一体性が高められるので、第５
図で説明した様な突起５のみの剪断破壊はなくなる。

尚上記の例では、いずれも複合樹脂材料の粘性を利用し
た保持力（ｆ）により長繊維Ｆを破断して突起５内に残
存させる場合について説明したが、このほか前記Ｃ１１
式の要件を満たす条件下で挟圧加工を行なって溝３内に
長繊維Ｆを充填した直後に、複合樹脂材料を加熱硬化も
しくは冷却固化させれば、長繊維Ｆを連続繊維のままで
突起５内に残留させることもできる。尚複合樹脂材料の
粘度や挟圧加工条件等によっては、突起５内に存在する
長１ａ維Ｆの一部のみが破断し残部は連続繊維のままで
存在するといった場合も生じるが、この様な態様が本発
明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。また
挟圧加工によって突起５を形成する際に、抑圧ロール２
．２へ送り込まれる複合樹脂材料をオーバーフィード気
味にしてやれば、長！１ａ　ｍ　Ｆに作用する引張り力
が緩和されるので、溝３内への樹脂Ｒ及び長繊維Ｆの充
填をより円滑に進めることができる。

本発明はたとえば上記の様にして実施されるが、その特
徴は、挟圧加工により樹脂Ｒと長繊ｆ、ＩｔＦを溝３内
へ充填して突起５を形成する際の条件として、挟圧加工
時における複合樹脂材料の粘度を特定し、その保持力を
利用して長繊維Ｆを突起５内へ確実に残留させる様にし
たところにある。

従ってこうした特徴が有効に発揮される限り線・棒体を
構成する長繊維や樹脂の種類、線・棒体の寸法、断面形
状、突起の形状や数等には一切制限がなく、用途、目的
に応じて自由に変更することができ、また突起形成のた
めの溝付押圧部材もロール状のものが最も一般的である
が、線・棒体の形状や突起の形状あるいは樹脂の種類等
によっては往復駆動式の挟圧成形装置等を使用すること
も可能である。

［実施例］ 比較例１ 硬化剤を含むエポキシ樹脂をレジンバースに入れ、この
中に、直径ｄ＝７μｍ、　　δ、＝３００ｋｇｆ／ｍｍ
’のカーボン繊維よりなる束（３６００本）を浸漬して
含浸し、３ｍｍφのノズルを通すことによって、カーボ
ン長ｉａ維が平行に並んだ繊維強化樹脂棒状体（３ｍＩ
ＩＩφ）を得た。

この棒状体を約５ＩＩｍの長さにカットし、キャピラリ
式の粘度計により粘度を測定したところ、約１０３ボイ
ズ（＝　１　ｘ　１０−５ｋｇｆ−ｓｅｅ／ｍｍ’　）
であった。

得られた長尺棒状体を使用し、第１図の方式に準拠して
表面に係止用突起を形成した。このとき、棒状体は賦形
性がある（即ち未硬化である）ので、予熱器を通さずに
抑圧ロールへ供給した。

押圧ロールは最外径が６０ｍａ＋で、係止用突起形成用
の溝は深さ０．２ｍｍ　、長さ２＋ｎｍとし、挟圧加工
時における挟圧部全長（Ｌ）は５ｍｍ、ロール回転数（
Ｎ）は６０　ｒｐｍとした。棒状体の直径（ｄｏ）は３
ｍｍである。

これらの挟圧加工条件を、下記［Ｖｌ式で示されるロー
ル圧延時の歪速度算出式に当てはめて抑圧ロール表面の
剪断歪速度（γＡ）を求めると、γ、　＝２１＋、４５
ｅｃ−’となる。

方、前記［Ｉ］式に上記のｄｌ　δＰ、Ｌ及びγ＾を代
入することによって求められる、繊維の保持に必要な粘
度ηは となるが、この実験で用いた棒状体の挟圧加工時の粘度
は前述の如＜　ｒ　１　ｘ　１０−’　ｋｇｆ−ｓｅｃ
／ｍｍ’」であり、この粘度は上記計算に求められる必
要粘度（η）を下回っているため、得られる係止用突起
加工棒状体の突起内にはカーボン繊維は殆んど残ってお
らず、ｆａ維は羽部のみに集中していることが確認され
た。

夫Ａ■ユ 加熱手段を備えたレジンバースに、熱可塑性樹脂である
ナイロン（融点：２６５℃）を入れて加熱溶融し、比較
例１で用いたのと同じカーボン繊維束を含浸して３ｍｍ
φの繊維強化樹脂棒状体を得た。

得られた棒状体の半溶融時（２５０℃）の粘度を下記の
方法により求めたところ、下記の値が得られた。

η（ａｔ２５０℃）　＝１．５　Ｘ　１０’ボイズ’＝
　０．Ｑ１５　　ｋｇｆ−ｓｅｃ／ｍ＋ｎ２［粘度の測
定法］ 棒状体を適当な長さにカットして数十本を一方向に並べ
、加熱プレス（２７０℃）によって平板状に成形した後
、直径ａ＝３０ｍｍ、厚さり。＝２ｍｍの円板を切り出
す。この円板を、２５０℃に加熱された平板間に挟み、
これを万能試験機にかけて荷重（ｆ）を加え、下記［Ｖ
ｌ　］式より粘度（η）を求める。

・・・　［Ｖｌ　］ ｈｏ　：試料の最初の厚さ（ｍ＋ｎ） ｈ　：荷重付加後の厚さ（ｍｍ） ｔ　：時間　（ｓｅｃ　） ｆ　：荷重　（ｋｇｆ　） ａ　コ円板直径（ｍ＋ｎ） 上記で得た棒状体を、比較例１と同様にして突起形成加
工を行なった。但し棒状体は挟圧加工に先立って２５０
℃に加熱し、押圧ロールは水冷構造とすることにより、
突起形成後直ちに冷却する方法を採用した。抑圧ロール
の形状や運転条件は比較例１と同じであり、この加工条
件から求められる必要粘度（η）は比較例１の場合と同
様４×１０−３ｋｇＬｓｅｃ／＋ｎ＋＋＋’であるが、
本例で用いた棒状体の粘度は前述の如＜　０．０１５　
ｋｇｌｓｅｃ／ｍｍ２であって上記必要粘度を超えてい
る。そして得られた突起加工棒状体表面に形成された係
止用突起内には、カーボンｔａ維が湾曲した状態で多数
存在していることが確認された。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、突起部も長繊維に
よって強化された補強用線・棒体を、簡単な操作で連続
的に製造し得ることになフた。その結果書られる線・棒
体は、突起部のみが剪断破壊を起こすといった問題を生
じることがなく、コンクリートをはじめとするマトリッ
クス材との一体性を高めることができ、繊１．（を強化
樹脂製補強材としての特徴を極めて有効に発揮させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す要部断面説明図、第２図
は第１図におけるＩＩ　−１１断面相当図、第３図は挟
圧加工時における長繊維Ｆの破断状況を示す説明図、第
４図は本発明の基本となった突起形成法を示す縦断面説
明図、第５図は第４図の方法によって得た突起付き線・
棒体の破断状況を示す説明図である。 １：長繊維強化樹脂製複合材料 ２：挟圧加工用押圧ロール ３：溝 ５：突起 ６：長繊維強化樹脂製補強用線・棒体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 長繊維強化樹脂によって構成され、且つ任意ピッチで係
   止用突起が形成された補強用線・棒体を製造する方法で
   あって、下記［ I ］式の関係を満たす粘度に調整され
   た未硬化乃至非固化状態の長繊維含浸複合樹脂材料を軸
   心方向へ走行させながら溝付押圧部材間に挟圧し、前記
   溝の内部に前記樹脂及び長繊維を充填させることによっ
   て突起部を形成し、次いで樹脂を硬化もしくは固化させ
   ることを特徴とする長繊維強化樹脂製補強用線・棒体の
   製造方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・［ I ］ 但しｄ：長繊維の径（ｍｍ） Ｌ：溝付押圧部材による挟圧部全長 δ＿Ｆ：長繊維の破断強度（Ｋｇｆ／ｍｍ＾２） ■：溝付押圧部材による剪断速度（ｌ／ｓｅｃ）