(57)【要約】  ワイヤー等の曲げ応力が発生する用途で使用する場合や、ドラム等に巻き取り保管した場合においても、高強力繊維糸本来の引張強度を得ることが可能な高強力繊維複合材及びその応用品を提供する。高強力繊維糸を束ねてなる高強力繊維束に撚りをかけ、当該撚りがかかった高強力繊維束を固化剤により固化した芯線を有してなる高強力繊維複合材。当該高強力繊維複合材は、曲げられても高強力繊維糸が折れにくく、耐剪断性に優れ、ワイヤー等の曲げ応力が発生する用途で使用したり、ドラム等に巻き取って保管しておいても、高強力繊維本来の引張強度を保つことができる。また、当該高強力繊維複合材を２本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有するストランド構造体は、高強力繊維の本来の強度を保ち、ストランド構造を有さない同数の高強力繊維複合材を使用した場合と比較して、より引張強度が安定する。
2014196432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強力繊維糸を束ねてなる高強力繊維束に撚りをかけ、当該撚りがかかった高強力繊維束を固化剤により固化した芯線を有してなることを特徴とする高強力繊維複合材。
【請求項２】
前記高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、前記高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して前記芯線を構成してなる請求項１に記載の高強力繊維複合材。
【請求項３】
前記高強力繊維束の撚り数が、２〜５０回／ｍである請求項１または２に記載の高強力繊維複合材。
【請求項４】
前記固化剤が、熱可塑性樹脂である請求項１から３のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性エポキシ樹脂である請求項４に記載の高強力繊維複合材。
【請求項６】
前記芯線の直径が１〜５ｍｍである請求項１から５のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
【請求項７】
前記高強力繊維糸が、炭素繊維またはバサルト繊維を含む請求項１から６のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の高強力繊維複合材を２本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有することを特徴とするストランド構造体。
【請求項９】
撚り数が１．１〜５０回／ｍである請求項８に記載のストランド構造体。
【請求項１０】
ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数が、２〜４０本である請求項８または９に記載のストランド構造体。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれかに記載のストランド構造体を２本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有することを特徴とするマルチストランド構造体。
【請求項１２】
撚り数が０．３〜３０回／ｍである請求項１１に記載のマルチストランド構造体。
【請求項１３】
マルチストランド構造体を構成するストランド構造体の本数が、２〜４０本である請求項１１または１２に記載のマルチストランド構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強力繊維糸を束ねた芯線を備えた高強力繊維複合材及び該高強力繊維複合材から構成されるストランド構造体並びに該ストランド構造体から構成されるマルチストランド構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、引張強度や弾性係数等の機械的性能、酸やアルカリに対する耐食性に優れると共に、軽量である。そのため、自動車、航空機、電気・電子機器、玩具、家電製品などの様々な産業分野においても使用され、また、構造物用途への適用も試みられている。例えば、特許文献１には、建物の耐震性を向上させるため、架構内にブレース（筋交い）などの引張材として、炭素繊維複合材が使用された例が開示されている。また、特許文献２には、炭素繊維複合材を使用したワイヤーの例が開示されている。【０００３】
炭素繊維複合材は、引張強度の向上や曲げ強度の向上には効果を発揮するが、剪断力に対して弱いという性質がある。このような問題は、炭素繊維糸だけに限らず、バサルト繊維糸などの高強力繊維と称される繊維を、繊維方向を合わせて束ねて高強力繊維束とし、この高強力繊維束の周囲面全体を他の繊維で覆って高強力繊維複合材としても同様である。【０００４】
また、本発明者等は、特許文献３において、１または複数の紐状炭素繊維束の芯線からなる内層と、前記芯線の周囲に設けられた樹脂を含む中間層と、前記中間層の周囲に設けられた編状筒紐からなる外層と、を含む高強力繊維複合材（紐状強化繊維複合体）について報告している。該高強力繊維複合材は、炭素繊維に由来する優れた引張強度を有すると共に、剪断強度にも優れ、また、前記高強力繊維複合材のより好ましい形態では、形状の可変性も有する。
一方で、前記高強力繊維複合材をワイヤーやロープ等で径の細いドラムに巻いたりなどの曲げ応力が発生する用途で使用する場合、高強力繊維複合材の芯線を構成する炭素繊維束が一部折れてしまうことがある。その結果、高強力繊維複合材全体としての引張強度が低下してしまうおそれがある。また、高強力繊維複合材を、引張材等のロッド状で使用する場合においても、保管時には長尺状の高強力繊維複合材をドラムに巻き取って使用することがあり、同様の問題が生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４８５０６号公報
【特許文献２】米国特許２００８/００２８７４０
【特許文献３】特開２０１２−１３６８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、炭素繊維糸などの高強力繊維糸を束ねた高強力繊維束を使用した高強力繊維複合材は、ワイヤーやロープ等の曲げ応力が発生する用途で使用する場合や、ドラムなどに巻き取り保管した場合において、高強力繊維糸本来の優れた特徴を十分に活用できていない場合があり、改善の余地が残されていた。
かかる状況下、本発明の目的は、曲げ応力が発生する用途で使用する場合においても、高強力繊維糸本来の引張強度を得ることが可能な高強力繊維複合材及びその応用品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下を提供する。
＜１＞  高強力繊維糸を束ねてなる高強力繊維束に撚りをかけ、当該撚りがかかった高強力繊維束を固化剤により固化した芯線を有してなる高強力繊維複合材。
＜２＞  前記高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、前記高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して前記芯線を構成してなる＜１＞に記載の高強力繊維複合材。
＜３＞  前記高強力繊維束の撚り数が、２〜５０回／ｍである＜１＞または＜２＞に記載の高強力繊維複合材。
＜４＞  前記固化剤が、熱可塑性樹脂である＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
＜５＞  前記熱可塑性樹脂が、熱可塑性エポキシ樹脂である請求項４に記載の高強力繊維複合材。
＜６＞  前記芯線の直径が１〜５ｍｍである＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
＜７＞  前記高強力繊維糸が、炭素繊維またはバサルト繊維を含む＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の高強力繊維複合材。
＜８＞  ＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の高強力繊維複合材を２本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有するストランド構造体。
＜９＞  撚り数が１．１〜５０回／ｍである＜８＞に記載のストランド構造体。
＜１０＞  ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数が、２〜４０本である＜８＞または＜９＞に記載のストランド構造体。
＜１１＞  ＜８＞から＜１０＞のいずれかに記載のストランド構造体を２本以上撚り合わせて構成されるストランド構造を有するマルチストランド構造体。
＜１２＞  撚り数が０．３〜３０回／ｍである＜１１＞に記載のマルチストランド構造体。
＜１３＞  マルチストランド構造体を構成するストランド構造体の本数が、２〜４０本である＜１１＞または＜１２＞に記載のマルチストランド構造体。【０００８】
すなわち、本願に係る第１の発明は、高強力繊維糸を束ねてなる高強力繊維束に撚りをかけ、当該撚りがかかった高強力繊維束を固化剤により固化した芯線を有してなる高強力繊維複合材に関する。
このような構成において、高強力繊維複合材を構成する芯線が、高強力繊維束に撚りをかけられた状態で固化剤によって固化されているので、外部から強い力がかかっても、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がバラけたりするのが抑制され、高強力繊維本来の引張強度を安定し発揮することができる。
そして、高強力繊維束が、撚りが掛けられた状態で固化剤により固化されているため、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がバラケないことによりハンドリング性や強度が向上（安定）すると共に、曲げられても高強力繊維糸が折れにくい。高強力繊維束に撚りをかけないと、当該高強力繊維複合材をドラムに巻いた場合や曲げ応力がかかる場所で使用した場合に高強力繊維複合材が折れてしまう可能性がある。そのため、高強力繊維複合材（さらには該高強力繊維複合材から構成される後述のストランド構造体）が使用できなかったり、高強力繊維本来の強度を発揮できないおそれがある。また、高強力繊維束に撚りをかけないと、高強力繊維束において、束ねられた高強力繊維糸それぞれの長さにばらつきが発生しやすくなり、高強力繊維糸それぞれが有する本来の高強力繊維本来の強度が発揮できなくなり、高強力繊維束全体としての強度が不足する場合がある。
高強力繊維束に撚りをかけることにより高強力繊維複合材が折れてしまうことが回避され、さらに、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸それぞれの長さが揃った状態で一体化されるため、高強力繊維本来の強度が発揮される。その結果、高強力繊維複合材は、ドラムに巻いた後伸ばして使用した場合や曲げたまま引っ張られる場合など、曲げ応力がかかっても強い引張強度を維持することができる。
なお、固化剤を使用せずに高強力繊維束に撚りをかけただけであると、固化剤で一体化した本願発明の高強力繊維複合材と比較して強度が不足する。【０００９】
本発明の高強力繊維複合材では、詳しくは実施形態で後述する高強力繊維のいずれも使用できるが、バサルト繊維や炭素繊維が好適であり、特に炭素繊維が好適である。そのため、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸として、炭素繊維またはバサルト繊維を含むことが好ましく、炭素繊維またはバサルト繊維であることがより好ましく、炭素繊維であることが特に好ましい。
バサルト繊維や炭素繊維は、引張強度が強いが、剪断強度が弱く折れやすいため、これらを用いた高強力繊維複合材をワイヤーやロープ等の曲げ応力が発生する用途で使用したり、ドラム等に巻き取って保管する場合に、高強力繊維複合材が折れやすいが、バサルト繊維や炭素繊維からなる高強力繊維束に撚りをかけることで、高強力繊維複合材の長さ方向に対する横（垂直）方向の力がかかっても折れを防ぐことができる。そのため、バサルト繊維や炭素繊維からなる高強力繊維束を有する高強力繊維複合材は、曲げ応力が発生する場合においてもバサルト繊維や炭素繊維本来の引張強度を有する。【００１０】
本願発明の高強力繊維複合材は、前記高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して前記芯線を構成していることが好ましい。
このように撚られた高強力繊維束が拘束材によってその周囲を巻き回して結束され、かつ、固化剤によって高強力繊維束と拘束材が一体化した芯線であると、外部から強い力がかかっても、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がねじれたり、交絡したり、バラけたりするのが抑制され、高強力繊維本来の引張強度を十分に保つことができる。特に撚られた高強力繊維束を使用することにより、固化剤で一体化した後、曲げ応力がかかっても高強力繊維複合材が折れることが抑制される。【００１１】
拘束材は、高強力繊維束の周囲に巻き回し、撚りがかかった状態の高強力繊維束を結束できるものであればよい。特に高強力繊維束の周囲全面を拘束材で覆う形態が好ましい。高強力繊維束（特に炭素繊維、バサルト繊維）の周囲全面を拘束材で覆うことにより、前記の効果に加え、砂利などの鋭利物と接触しても、高強力繊維糸が切断されることを防ぐことができる。
特に高強力繊維束を結束する拘束材を組紐構造にすると、高強力繊維束の表面を目視にて確認できない程度にまで被覆できるので、高強力繊維束を結束すると共に、拘束材が内部の高強力繊維束を構成する高強力繊維糸の保護を行う保護層として機能するため好ましい。【００１２】
なお、高強力繊維束が撚られていないと、固化剤で一体化する前に拘束材の間から高強力繊維束を構成する高強力繊維糸が飛び出すことがあるが、撚られた高強力繊維束を使用することにより、外部から強い力がかかっても、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸がねじれたり、交絡したり、バラけたり、切れたり、折れたりするのが抑制され、高強力繊維束が樹脂で一体化されるまでの間のハンドリング性が保たれ、如いては高強力繊維複合材の本来の引張強度を十分に保つことができる。【００１３】
本願発明において、高強力繊維束の撚り数が、２〜５０回／ｍであることが好適であり、より好適には４〜４０回／ｍである。撚り数は、より好適には１０回／ｍ以上、さらに好適には１５回／ｍ以上、さらにより好適には２０回以上である。撚り数の上限は、５０回／ｍ以下、好ましくは４０回／ｍ以下である。高強力繊維束の撚り数が、２回／ｍ未満であると、高強力繊維束に撚りをかけたことで得られる効果が不十分になるおそれがあり、５０回／ｍを超えると、高強力繊維束を構成する高強力繊維糸が撚糸の段階で切れてしまうおそれがある。【００１４】
使用できる固化剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよいが、熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。すなわち、熱により変形することが可能であり、加熱しながらより細い形のドラムへのドラム巻きや、後述するストランド構造体を形成することが容易である。また、高強力繊維糸と親和性の高い固化剤とすることが好ましい。
固化剤の詳細は実施形態にて後述するが、好ましい熱可塑性樹脂として、熱可塑性エポキシ樹脂（特には直鎖状に重合した構造を有する熱可塑性エポキシ樹脂）を挙げることができる。熱可塑性エポキシ樹脂の中でも、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂（特には直鎖状に重合した構造を有する熱可塑性エポキシ樹脂）が好ましい。【００１５】
本発明の高強力繊維複合材は、芯線の直径が１〜５ｍｍであることが好ましい。なお、芯線の直径は、高強力繊維複合材の最も直径が大きい部分を基準とし、高強力繊維複合材が拘束材を含む場合は、拘束材部分の厚みも含むものとする。
芯線の直径がこのような範囲であれば、熱をかけなくとも細い径のドラム（例えば、直径７０ｃｍ以下のドラム）に巻くことができる。また、ストランド構造体とした場合にも小さな径のドラムに巻きやすく、ストランド構造体の端部と定着治具との接着時には、表面積も大きくなり、定着治具とストランド構造体の接着強度の向上に寄与することができる。【００１６】
また、本願発明の高強力繊維複合材は、上述の芯線を有していればよく、周囲を着色したり、さらにその外層に保護層を設けたりしてもよい。【００１７】
本願に係る第２の発明は、上記第１の発明にかかる高強力繊維複合材を２本以上撚り合わせて構成されたストランド構造を有するストランド構造体である。
ここで、「ストランド構造」とは、同一径又は異なる直径の２本〜数十本の素線が単層又は多層により合わされた構造を意味し、本願の第２の発明にかかるストランド構造体は、本願の第１の発明にかかる高強力繊維複合材を素線として使用していることに特徴がある。
第２の発明にかかるストランド構造体は、上記性質を有する高強力繊維複合材から構成されるため、上述した本発明の高強力繊維複合材の性能を保ちつつ、さらに引張強度に優れた複合材である。【００１８】
第２の発明にかかるストランド構造体は、必要本数の長尺状の高強力繊維複合材をクリールから引き出し、それらを撚り合せて製造することができる。なお、上記固化剤として熱可塑性樹脂を使用している場合には、熱可塑性樹脂が軟化する温度に加熱して撚りあわせることが好ましい。
製造時に得られるストランド構造体は長尺であり、高強力繊維複合材と同様にドラムに巻きつけて保管することができる。当該ストランド構造体は、適当な長さに切断し、ワイヤーやロープ等の用途に使用することができる。また、ロッド状に切断して、コンクリートの筋材や、引張材として用いることができる。
なお、撚りをかけることにより得られるストランド構造体は、ストランド構造体が一体となり、バラケを防ぎ、また、引張強度が安定する。【００１９】
第２の発明にかかるストランド構造体を構成する高強力繊維複合材は、２本以上であればよく、目的とする性能（特に引張強度）、用途を考慮して適宜決定され、通常、２〜４０本であり、好適には７〜３７本である。４０本を超えると所定のピッチで撚りをかけることが困難になるおそれがある。
第２の発明にかかるストランド構造体を撚り合わせる方法として、（１）必要本数の高強力繊維複合材を束ね、束ねられた高強力繊維複合材全体に撚りを掛けてもよいし、（２）１本または複数本の高強力繊維複合材を中心に配置して芯とし、当該芯となる高強力繊維複合材を他の高強力繊維複合材が取り囲む構造となるようにして、芯となる高強力繊維複合材と他の高強力繊維複合材とを撚り合わせてもよい。【００２０】
第２の発明にかかるストランド構造体の撚り数は、上記（１）、（２）のいずれの撚り方法で場合であっても、１．１〜５０回／ｍであることが好ましい。特にストランド構造体を構成する高強力繊維複合材が７〜３７本の場合は、好ましくは、１．５〜２０回／ｍである。【００２１】
また、本願に係る第３の発明は、上記の第２の発明に係るストランド構造体を２本以上撚り合わせて構成されたストランド構造を有するマルチストランド構造体である。ここで、「マルチストランド構造」とは、素線として本願の第２の発明にかかるストランド構造体を素線として使用し、同一径又は異なる直径の２本〜数十本の素線（ストランド構造体）が単層又は多層により合わされた構造を意味する。
このようにストランド構造体を撚り合わせたストランド構造（マルチストランド構造）とすることにより、同本数のストランド構造体を単に引き揃えた場合と比較して、より強度の強いマルチストランド構造体となる。そのため、当該マルチストランド構造体は、大型建築物の補強筋材やＰＣ鋼線やＰＣ鋼材、大型船舶の係留用の鎖代替ワイヤーの用途など、特に引張強度が求められる用途に好適である。
なお、第３の発明に係るマルチストランド構造体は、同本数のストランド構造体を引きそろえて使用した場合と比較して、バラバラにならないためハンドリング性が良いと共に強度が安定するという利点がある。【００２２】
第３の発明にかかるマルチストランド構造体を構成するために使用される（第２の発明にかかる）ストランド構造体は、２本以上であればよく、目的とする性能（特に引張強度）、用途を考慮して適宜決定され、通常、２〜４０本である。マルチストランド構造体を構成する、ストランド構造体の本数が４０本を超えると所定のピッチで撚りをかけることが困難になるおそれがある。好適には７〜３７本である。
第３の発明にかかるマルチストランド構造体を撚り合わせる方法として、（１）必要本数のストランド構造体を束ね、束ねられたストランド構造体全体に撚りを掛けてもよいし、（２）１本または複数本のストランド構造体を中心に配置して芯となるストランド構造体（以下、「芯ストランド」と称す場合がある。）とし、当該芯ストランドを他のストランド構造体が取り囲む構造となるようにして、芯ストランドと他のストランド構造体とを撚り合わせてもよい。【００２３】
第３の発明に係るマルチストランド構造体の撚り数は、上記（１）、（２）のいずれの撚り方法で場合であっても、０．３〜３０回／ｍであることが好ましい。特に当該ストランド構造体を構成するストランド構造体が７〜３７本の場合は、好ましくは、０．５〜１５回／ｍである。【００２４】
本願の第１の発明にかかる高強力繊維複合材及び第２の発明にかかるストランド構造体並びに第３の発明にかかるマルチストランド構造体は、土木、建築、建設、船舶、鉱業や漁業などのあらゆる産業分野へ適用することができ、その用途は限定されない。
本発明の高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体は、高強力繊維に由来する優れた強度を有し、軽量であるため、鉄骨構造や鉄筋コンクリートや木造などの建物、橋等の橋梁などに用いられるブレース材、補強材（補強金具代替品を含む）として好ましく用いることができる。また、細いものであっても十分な強度を有しているため、照明、テーブルなどの家具、階段などを吊り下げるワイヤー、間仕切りなどの建具、テーブル、椅子、手すりなどのインテリア、フェンス、塀、グリ−ンカーテンなどに用いるツタ類の支持具、ネットなどのエクステリアなどを種々のものに用いることができ、デザイン性に優れた建築物を製造することも可能である。また、塩害の起こりやすい洋上風力発電施設や船舶等の係留に用いる鎖などの代替物としても好適である。また、さらに曲げ応力がかかっても折れにくいため、ドラムに巻いて長尺のものとして用いたり、曲げ応力がかかる場所であっても好ましく用いることができる。【００２５】
また、本発明の高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体は、例えば、周囲を着色したり、さらにその外層に保護層を設けたりしてもよい。
また、本発明の高強力繊維複合材（または、ストランド構造体やマルチストランド構造体）は、任意の部材と複合化させて使用して複合構造部材としてもよい。好適な複合構造部材の例として、高強力繊維複合材（または、ストランド構造体やマルチストランド構造体）の少なくとも一方の端部が定着治具の胴部内に挿入され、当該高強力繊維複合材（または、ストランド構造体やマルチストランド構造体）の端部と定着治具の胴部とを接着固定することにより、当該高強力繊維複合材（または、ストランド構造体やマルチストランド構造体）と定着治具とを一体化してなる複合構造部材が挙げられる。
特に複数の高強力繊維複合材を撚り合せて構成されるストランド構造体は、撚り合わされた複数の高強力繊維複合材が固化剤で一体化されていないため、ストランド構造体の表面積が大きくなり定着治具との接着強度が増大、安定化し、特に引張強度及び強度の安定性に優れるため、定着治具とを一体化してなる複合構造部材として、ブレースなどの引張材として好適に使用できる。なお、本発明の複合材に好適な定着治具として、本発明者等により特願２０１２−８４２４０号にて開示された定着治具が挙げられる。また、コンクリート用筋材として用いた場合にも、撚り合わされた複数の高強力繊維複合材が固化剤で一体化されていないため、ストランド構造体の表面積が大きくなりコンクリートとの接着強度が増大し、コンクリート建築物等の強度向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高強力繊維糸本来の引張強度を有し、かつ、曲げ応力が発生する用途に好適に使用できる高強力繊維複合材が提供される。本発明の高強力繊維複合材は、ワイヤーやロープ等の曲げ応力が発生する用途で使用したり、ドラム等に巻き取って保管しておいても強度低下が発生しにいという利点がある。
また、本発明の高強力繊維複合材から構成されるストランド構造体やマルチストランド構造体は、高強力繊維に由来する強度を有し、軽量で引張強度に優れ、様々な用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高強力繊維複合材の模式図である。
【図２】本発明の高強力繊維複合材の製造方法を説明するための図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態２に係る高強力繊維複合材１ａの模式図（側面図）である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態２に係る高強力繊維複合材１ａの模式図（断面図）である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るストランド構造体１０を示す模式図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態４に係るマルチストランド構造体１００を示す模式図（側面図）である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態４に係るマルチストランド構造体１００を示す模式図（断面図（ストランド構造体１０：７本））である。
【図６】実施例１の高強力繊維複合材の写真である。
【図７】実施例３のストランド構造体（撚りピッチ：２０回/ｍ）の写真である。
【図８】実施例４のストランド構造体（撚りピッチ：５回/ｍ）の写真である。
【図９】実施例５のマルチストランド構造体の写真である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１ａ  高強力繊維複合材
１ｂ  芯となる高強力繊維複合材
１ｃ  芯となる高強力繊維複合材を取り囲む高強力繊維複合材
２  芯線
３  拘束材
４  高強力繊維糸
５  高強力繊維束
７ａ  クリール
７ｂ  ダイス
７ｃ  加熱炉
７ｄ  ローラ
７ｅ  ドラム
７ｇ  予熱炉
７ｆ  ダイス
１０  ストランド構造体
１０ａ  芯となるストランド構造体（芯ストランド）
１０ｂ  芯ストランドを取り囲むストランド構造体
１００  マルチストランド構造体
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る高強力繊維複合材の実施形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。また、本明細書において「〜」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。
【００３０】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の高強力繊維複合材１を示す。高強力繊維複合材１は、撚りがかかった高強力繊維束５を固化剤により固化した芯線２からなる。
高強力繊維束５は、高強力繊維糸４を、複数本（通常、数千本から数十万本、あるいは数百万本）束ねたものであり、その断面が円形状または扁平状である。本実施形態の高強力繊維複合材１では、高強力繊維束５は所定の回数の撚りがかけられた状態で固化剤により、固化されている。高強力繊維束５の撚り数は、得られる高強力繊維複合材の曲げ応力に対する耐性、高強力繊維糸のバラケ防止性、高強力繊維糸４の撚りに対する強度（撚りにより炭素繊維糸が切れない）や後に説明する固化剤を付与する前の拘束材で拘束された状態のときに拘束材の間から炭素繊維束が飛び出す（目むき）ことが無いようにすることを考慮して決定される。高強力繊維束５の撚り数は、好ましくは２〜５０回／ｍであり、より好ましくは５〜４０回／ｍであり、さらに好ましくは１０〜３０回／ｍである。
【００３１】
高強力繊維複合材１における芯線２は、直径１〜１０ｍｍであることが好ましく、直径１〜５ｍｍであることがより好ましい。なお、本実施形態において、高強力繊維複合材１の直径は、高強力繊維束５の直径と固化剤の厚みとの合計であり、目的とする直径になるように高強力繊維束５の直径、固化剤の付与量が選択される。
芯線の直径が直径１〜１０ｍｍ（より好適には１〜５ｍｍ）であると、当該高強力繊維複合材及び後に説明するストランド構造体やマルチストランド構造体がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができる。また、芯線の直径が直径１〜１０ｍｍ（より好適には１〜５ｍｍ）であると、ストランド構造体やマルチストランド構造体の端部と定着治具との接着時には、表面積も大きくなり、定着治具とストランド構造体やマルチストランド構造体の接着強度の向上に寄与することができる。
【００３２】
高強力繊維束５を構成する高強力繊維糸４は、スーパー繊維とも称される繊維が使用できる。高強力繊維糸４としては、例えば、炭素繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ繊維）などが使用できる。本発明の高強力繊維糸４は、特に繊維方向の強度は強いが剪断力が弱い炭素繊維、バサルト繊維、特に炭素繊維を用いた場合に有用である。
高強力繊維束５は、上記高強力繊維糸を１種類で用いてもよく、２種類以上を混合させてもよい。また、高強力繊維束５は、上記高強力繊維糸以外の有機繊維からなる糸をその強度や曲げ性が損なわれない範囲で混合したりしたものでもよい。また、高強力繊維束５にはサイジング剤や集束剤を含ませてもよい。
【００３３】
高強力繊維束５を構成する高強力繊維糸４として炭素繊維糸を用いる場合、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系のいずれの炭素繊維糸も使用できる。この中でも、得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、ＰＡＮ系炭素繊維糸が好ましい。
また、この炭素繊維糸を束ねた高強力繊維束は、炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維糸６０００本（６Ｋ）、１２０００本（１２Ｋ）、２４０００本（２４Ｋ）等を、必要とされる強度に応じて１本、または複数本（２本以上）束ねたものを用いることができる。炭素繊維糸を束ねた高強力繊維束を複数本束ねる場合の高強力繊維束の本数に特に制限はなく、目的用途に応じで適宜決定されるが、通常、１００本以下である。
【００３４】
固化剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。また、高強力繊維糸と親和性の高い固化剤が好ましい。特に加熱することにより可変性を持たせることができるため、固化剤として熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
好適な具体例としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ナイロン４２等）、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂などが挙げられるが、これに制限されない。
【００３５】
この中でも酸やアルカリに対する耐久性の観点から、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂が好適であり、特に耐衝撃性に優れ、エポキシ樹脂が好適である。また、熱可塑性エポキシ樹脂であれば、ケトン溶剤に溶解が可能で素材分別しリサイクルができる。
【００３６】
また、特に熱可塑性エポキシ樹脂の中でも、重合する重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が好ましく、特に直鎖状に重合する重合型の熱可塑性エポキシ樹脂がこのましい。
芯線となる高強力繊維束に撚りがかけられていたり、さらには高強力繊維束の周りが拘束材で覆われているものでは、高強力繊維束の内部にまで樹脂を含侵させることが困難である。
一方、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合させる前の熱可塑性エポキシ樹脂を有機溶剤で希釈することができるので粘度調整が容易である。
そのため、有機溶媒で希釈した低粘度の樹脂溶液を用いることにより、撚りがかけられている高強力繊維束の内部まで（さらには拘束材で覆われているものであっても外周の拘束材から内部の高強力繊維束まで）重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を高強力繊維束の内部に含侵させた後、当該重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させることにより高強力繊維束と拘束材が熱可塑性エポキシ樹脂で一体化された、強度の優れた高強力繊維複合材が得られる。
また、加熱溶融することにより流動性を付与し用いられる一般的な熱可塑性樹脂は、粘度調整が困難であると共に、一般に結晶性樹脂であるためか加熱溶融を行うことにより結晶配列が変化し、当初の樹脂が有している強度などの性質が変質するおそれがあるが、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合前及び重合後も非晶質であるため、加熱溶融や加熱変形させても変質のリスクが小さい。
【００３７】
高強力繊維束５への上述の樹脂（固化剤）を付与する方法は、スプレーコート法や刷毛で高強力繊維に樹脂をコートする方法などでもよいが、生産性の観点から、ディップ−ニップ法や樹脂（固化剤）溶液にディップした後、ダイスを通して余分な樹脂を絞る方法が好適である。樹脂（固化剤）を付与する装置として、高強力繊維複合材の形状を整えると共に、樹脂の含浸、樹脂付与量を調整するダイスを有する図２に示す形式の装置を好適な例として挙げることができる。
樹脂として熱可塑性樹脂を付与する場合で説明すると、図２に示す形式の装置を用いて実施形態１に係る芯線２を製造する場合には、まず、クリール７ａから、所定の撚り数で撚りがかけられた高強力繊維束５を供給し、溶融あるいは溶媒に溶解した熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を含むエマルジョンに浸漬して通過させる。その際、ダイス７ｆによって絞ることにより、樹脂を高強力繊維束５の内部まで含有させる。次いでダイス７ｂを通過させ、余分な樹脂を取り除くと共に線径、線形を整え、また、樹脂を高強力繊維束５の内部まで含有させたのちに、予熱炉７ｇを有する加熱炉７ｃにより加熱して溶媒を留去して乾燥させ、熱可塑性樹脂を硬化させ、熱可塑性樹脂（固化剤）が付与された高強力繊維束５からなる芯線２を形成する。芯線２からなる高強力繊維複合材は、長尺のまま、ドラム７ｅに巻き取られ保管される。そして、施工が決まった後、任意の長さに切断して用いることができる。また、得られた高強力繊維複合材はドラムに巻かずに任意の長さに切断し保管してもよい。
【００３８】
また、上記方法では、撚りをかけた高強力繊維束をドラムに巻き取ったのちに前記ドラムをクリールに取り付け樹脂付与を行っているが、撚りをかけていない高強力繊維束に撚りをかけたのち、ドラムに巻かずにそのまま続けて樹脂付与を行ってもよい。
【００３９】
（実施の形態２）
以下、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、高強力繊維束がその周囲に拘束材を巻き回して結束され、当該高強力繊維束に撚りがかかった状態で当該拘束材と共に固化剤によって一体化して芯線を構成してなる実施の形態２の高強力繊維複合材について説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいては、図１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する場合がある。
【００４０】
図３Ａ及び図３Ｂに示す高強力繊維複合材１ａは、撚りがかかった高強力繊維束５と、高強力繊維束５を巻きまわして結束する拘束材３とを固化剤により固化した芯線２からなる。高強力繊維複合材１ａの拘束材３以外の基本的構成は、上記実施の形態１に係る芯線２と同様であるため、適宜説明を省略する。
【００４１】
拘束材３は、高強力繊維束５を周囲面から高強力繊維糸４がばらばらにならないように結束するものである。本実施形態では、高強力繊維複合材１ａは、撚りがかかった高強力繊維束５を拘束材３で拘束して、そこに固化剤を付与することで、高強力繊維束５と拘束材３とが固化剤によって一体化している。
【００４２】
本実施形態の高強力繊維複合材１ａでは、拘束材３となる繊維を巻き回して、筒状の組紐（丸打）を組むことで、組紐状の拘束材３を形成している。拘束材３を組紐状にすることで、高強力繊維束５の表面を目視にて確認できない程度にまで被覆できるので、高強力繊維束５を結束すると共に、拘束材が内部の高強力繊維束５を構成する高強力繊維糸の保護を行う保護層として機能する。そのため、このような構成の高強力繊維複合材をブレース材やコンクリート用の補強筋材等として用いた場合では、砂利などの鋭利物と接触しても断線することを防ぐことができる。また、別途保護層を設ける必要がなくなるため、一本の高強力繊維複合材をより細くすることができ、また、コスト低下にも寄与する。
また、拘束材で拘束された高強力繊維束５を樹脂（固化剤）溶液にディップした後、ダイスで扱いて余分な樹脂を絞るときに繊維の長さ方向に張力がかかるが、拘束材が組紐構造であれば編物のように目が開いてしまうのではなく、目が閉じた状態で組紐の径が細くなる。そのため、内部の高強力繊維束の露出を抑えつつ、拘束材と高強力繊維束の密着性を高めることができるので、得られる高強力繊維複合材１ａの強度の観点より好ましい。
【００４３】
なお、拘束材３は高強力繊維束５を構成する高強力繊維糸４がばらばらにならないように結束できればよく、拘束材３の配置は図３Ａ及び図３Ｂに示す組紐状に限定されない。また、高強力繊維束の表面を拘束材で完全に被覆する必要もなく、高強力繊維束の表面の一部が被覆されていなくてもよい。
他の拘束材による配置の例として、１本の拘束材を螺旋状に巻きつけて高強力繊維束を結束したり、高強力繊維束の周囲面に拘束材となる繊維を巻き回して目の粗い筒状の丸編を編んだ編紐状の拘束材によって高強力繊維束を結束したり、高強力繊維複合材の高強力繊維束を結束するための拘束材として、拘束材で挙げられている繊維等を所定間隔に配置した拘束材によって高強力繊維束を結束する形態であってもよい。
一方で、高強力繊維束の保護という観点からは、拘束材を組紐状にして、高強力繊維束の表面全体を被覆することが好ましい。
【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂに示す組紐状の拘束材３を形成するためには、高強力繊維束５を製紐機の中央に通し、製紐機を用いて高強力繊維束５の周囲面に拘束材３により、組物を形成すればよい。そうすることで、組紐状の拘束材３が高強力繊維束５の周囲面に形成される。なお、高強力繊維束５を結束する拘束材３には撚りが掛かっていても、掛かっていなくてもよい。
【００４５】
拘束材３としては、柔軟なものが好ましく、ポリアミド（ナイロン等）、ビニロン、ポリアクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、セルロース、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール等の合成繊維や、レーヨン等の再生繊維、アセテート等の半合成繊維、絹、羊毛、麻、綿などの天然繊維等が使用できる。また、拘束材３としては、固化剤の耐熱性や固化の状況にもよるが、高強力繊維複合材の製造工程あるいは使用環境において熱がかかる場合には、熱安定性に優れる繊維が好ましく、ポリエステル繊維やガラス繊維、バサルト繊維が好ましく、特にはガラス繊維が好ましい。熱安定性に優れる繊維を用いることにより、熱がかかったときに高強力繊維糸と拘束材とのずれの発生を抑制し、安定した引張強度を発現することができる。
【００４６】
なお、芯線２においては、高強力繊維糸４をより強固に結束するために、特に拘束材により結束した高強力繊維束に固化剤を含浸させ、拘束材と共に高強力繊維束を硬化させることが好ましい。そうすることで、高強力繊維束および拘束材を強固に一体化させることができる。
芯線２を強固に一体化させた高強力繊維複合材は、棒状（ロッド状）にすることができる。この場合には、巻き取って移動保管も可能であるが、高強力繊維複合材を数ｃｍ〜数ｍ程度の長さに切断した状態で移動、保管を行うることもできる。特にはロッド状の高強力繊維複合材であれば、狭い溝に配置するときや奥行きの深い穴などに挿入するときなどに、型崩れしないため容易に配置することができる。
【００４７】
また、高強力繊維複合材１ａは、拘束材３及び固化剤が保護層の役割を有するが、さらにその外周の全面を覆うように別途保護層（繊維材料からなる筒状体や樹脂層等）が設けられていてもよい。
【００４８】
実施の形態２に係る高強力繊維複合材１ａは、高強力繊維複合材１と同様の装置を用い製造することができる。すなわち、クリール７ａから供給された高強力繊維束５に撚りをかけ引き続き製紐機（図示せず）に通したり、丸編機（図示せず）に通したりして拘束材等で拘束し、拘束材で結束された高強力繊維束を得る。得られた拘束材で結束された高強力繊維束を、上述の溶融あるいは溶媒に溶解した熱可塑性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を含むエマルジョンに浸漬して通過させる以外は、上述の実施の形態１で説明した方法と同様の手順で、実施の形態２の高強力繊維複合材を得ることができる。実施の形態２の高強力繊維複合材は、高強力繊維束５を切断せずに、長尺のまま、ドラムに巻き取り、施工が決まった後、任意の長さに切断して用いることができる。また、ドラムには巻かずにあらかじめ任意の長さに切断してもよい。
また、別途撚りをかけた高強力繊維束５を製紐機に通したり、丸編機（図示せず）に通したりして拘束材等で拘束し、拘束材で結束された高強力繊維束を得、ドラムに巻きとる。前記ドラムを前記クリール７ａに取り付け、上述と同様の手順で実施の形態２の高強力繊維複合材を得ることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図４に基づき説明する。なお、図４においては、図１〜図３Ａ、図３Ｂと同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図４に示すストランド構造体１０は、実施の形態２で説明した高強力繊維複合材１ａを７本備えてなり、中心に配置された１本の高強力繊維複合材１ａ（以下、「高強力繊維複合材１ｂ」と称す場合がある。）を他の６本の高強力繊維複合材１ａ（以下、「高強力繊維複合材１ｃ」と称す場合がある。）が取り囲む構造を有する。
【００５１】
高強力繊維複合材１ａ（１ｂ，１ｃ）は、図３Ａ及び図３Ｂで示した構成であるため、詳しい説明は省略する。なお、図４においては図示しないが、ストランド構造体１０を構成する７本の高強力繊維複合材１ａ（１ｂ，１ｃ）のそれぞれにはその外周の全面を覆うように組紐状に拘束材３が配置されている。
また、図４ではストランド構造体１０を構成する高強力繊維複合材としては、図３Ａ及び図３Ｂで示した構成の高強力繊維複合材１ａを例示しているがこれに限定されず、本発明の高強力繊維複合材の構成のものであればいずれものでもよい。また、本実施形態において、高強力繊維複合材１ｂと高強力繊維複合材１ｃは同一の高強力繊維複合材１ａであるが、本発明の高強力繊維複合材の要件を満たす高強力繊維複合材であれば、異なっていてもよい。
【００５２】
本実施形態に係るストランド構造体１０では、芯となる高強力繊維複合材１ｂと、当該高強力繊維複合材１ｂを取り囲む他の６本の高強力繊維複合材１ｃが撚り合されているストランド構造を有していることで、樹脂を用いて一体化しなくとも、バラケを防ぎ一体化できる。このため、ストランド構造体１０は引張強度が安定している。また、ストランド構造体１０の端部と定着治具とを接着する場合においても、ストランド構造体１０を構成する高強力繊維複合材１ａ（１ｂ，１ｃ）の一本一本が独立しているためストランド構造体１０の表面積が大きく、その間に定着治具との接着用の接着剤が入り込み定着治具とストランド構造体１０の接着強度が向上する。また、高強力繊維糸本来の引張強度を有し、かつ、曲げ応力に対する耐久性に優れる高強力繊維複合材１ａ（１ｂ，１ｃ）を用いていることにより、さらにドラムに巻き曲げ応力がかけられた後、伸ばして用いた場合や、曲げ応力がかかる箇所にもちいても優れた引張強度を維持することができる。
【００５３】
また、撚りを形成する方向として、
高強力繊維束×ストランド構造体＝Ｓ方向×Ｚ方向、Ｓ方向×Ｓ方向、Ｚ方向×Ｚ方向、Ｚ方向×Ｓ方向、のいずれでも可能である。
【００５４】
なお、同一径のストランド構造体では、素線数が増加するほど素線径（高強力繊維複合材の直径）を細くすることになる。この場合、ストランドは柔軟性を増すが、逆に耐摩耗性や耐形くずれ性などが低下するおそれがある。
【００５５】
図４に示すストランド構造体１０の撚り数は、２０回／ｍであるがこれに限定されず、目的に応じて１．1〜５０回／ｍで選択される。撚り数が少なすぎると、高強力繊維複合材１ａ単位でバラケやすくなる。一方、撚り数が多くなりすぎると引張強度が低下するおそれがある。高強力複合材の本数が７〜３７本の場合には、１．５〜２０回／ｍが好ましい。より好ましくは２〜１０回／ｍがよい。
【００５６】
なお、図４に示すストランド構造体１０は、芯となる高強力繊維複合材１ｂを取り囲むように芯となる高強力繊維複合材１ｂと他の高強力繊維複合材１ｃとが撚り合わせられているが、ストランド構造体１０の構造として、必要本数（例えば、２〜５０本）の高強力繊維複合材を束ね、束ねられた高強力繊維複合材全体に撚りを掛けてもよい。
【００５７】
ストランド構造体１０は、公知の装置を使用して製造することができる。すなわち、高強力繊維複合材１ａを、ドラム等に巻き、クリールに設置したのちに、所定の撚り数になるように撚線機、撚合機、撚集合機等で撚り合して製造すればよい。
なお、製造後の長尺のストランド構造体１０は切断せずに、長尺のまま、ドラムに巻き取り、施工が決まった後、任意の長さに切断して用いることができる。また、ドラムには巻かずにあらかじめ任意の長さに切断してもよい。
【００５８】
ストランド構造体１０を構成する高強力繊維複合材１ａ（１ｂ，１ｃ）の本数は７本であるが、これに限定されず、目的とする性能（特に引張強度）、用途を考慮して適宜決定され、特に限定されるものではないが、通常、２〜５０本である。好ましくは、７〜３７本がよい。
例えば、炭素繊維糸を２４０００本束ねたもの（２４ｋ）を高強力繊維束５として用いた場合には、ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数は２本〜５０本程度であるとブレース材等の用途として好適である。
【００５９】
なお、ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数が７本を超え、高強力繊維束を２層以上重ねて配置する方法には、各層の高強力繊維束を同じより角で撚る交差撚りと、各層の高強力繊維束が同一ピッチになるように１工程で撚る平行撚りがあるがいずれでもよい。
【００６０】
また、定着治具と一体化した複合材として、例えば、鉄筋の代替としての筋材として用いる場合には、ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数は、２本〜５０本程度である。
また、炭素繊維糸を１２０００本束ねたもの（１２ｋ）を高強力繊維束５として用い、ワイヤーとして使用するためのストランド構造体を得る場合には、ストランド構造体を構成する高強力繊維複合材の本数は２本〜５０本程度である。
【００６１】
ストランド構造体に用いる高強力繊維束の本数が上記の本数では強度の面より不足している場合には、さらに高強力繊維束の本数を増やしてもよいが、ストランド構造体の引張強度の観点から、以下に説明するストランド構造体を２本以上撚り合せた実施の形態４のマルチストランド構造体であるとよい。
【００６２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を図５Ａ及び図５Ｂに基づき説明する。なお、図５Ａ及び図５Ｂにおいては、図１〜４と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する
【００６３】
実施の形態４に係るマルチストランド構造体１００の断面図を図５Ａ、側面図を図５Ｂに示す。マルチストランド構造体１００は、本発明の実施の形態３で説明したストランド構造体１０を７本備えてなり、中心に配置された１本のストランド構造体１０ａ（以下、「芯ストランド１０ａ」と称す場合がある。）を他の６本のストランド構造体１０ｂが取り囲む構造を有する。すなわち、マルチストランド構造体１００は、芯ストランド１０ａと芯ストランド１０ａの取り囲む６本のストランド構造体１０ｂが撚り合わされているストランド構造を有しており、かつ、その構成部材であるストランド構造体１０自体が高強力繊維複合材１ａに由来する高い性能を有するため、単にストランド構造体１０を７本引き揃えた場合と比較して、より強度の安定したストランド構造体となる。また、ストランド構造体１０は上述のように、外周の全面を覆うように組紐状に拘束材３が配置された７本の高強力繊維複合材１ａによって構成され、組紐状に配置された拘束材３が内部の高強力繊維束５に対する保護層として機能する。
そのため、鉄筋の代替物となる筋材や、ＰＣ鋼線代替物として緊張材等のロッド状のようになど、特に引張強度が求められる用途に好適である。
【００６４】
なお、マルチストランド構造体１００において、その構成部材としてストランド構造体１０を使用しているが、これに限定されず、本発明の実施の形態３に準ずる他のストランド構造体を用いることができる。
【００６５】
マルチストランド構造体１００を構成するストランド構造体１０の本数は７本であるが、これに限定されず、目的とする性能（特に引張強度）、用途を考慮して適宜決定され、通常、２〜４０本である。４０本を超えると所定のピッチで撚りをかけることが困難になるおそれがあるため、好適には７〜３７本である。
【００６６】
マルチストランド構造体１００の撚り数は、目的とする性能（特に引張強度）、用途を考慮して適宜決定される。
マルチストランド構造体１００の撚り数は０．３〜３０回／ｍであることが好ましく、ストランド構造体１０の本数が７〜３７本の場合には、０．５〜１５回／ｍが好ましい。
【００６７】
なお、図５Ａ及び図５Ｂに示すマルチストランド構造体１００は、芯ストランド１０ａを取り囲むように芯となる芯ストランド１０ａと他のストランド構造体１０ｂとが撚り合されているが、マルチストランド構造体１００の構造として、必要本数（例えば、２〜５０本）のストランド構造体１０を束ね、束ねられたストランド構造体全体に撚りを掛けて、芯ストランドのないマルチストランド構造体としてもよい。
【００６８】
マルチストランド構造体１００は、公知の撚線機、撚合機、撚集合機等を使用して、製造することができる。すなわち、ストランド構造体１０を所定の撚り数になるように撚り合して製造すればよい。なお、製造後の長尺のマルチストランド構造体１００は切断せずに、長尺のまま、ドラムに巻き取り、施工が決まった後、任意の長さに切断して用いることができる。また、ドラムには巻かずにあらかじめ任意の長さに切断してもよい。
【００６９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の技術的思想の範囲内で上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。【００７１】
実施例１：高強力繊維複合材
撚りをかけた高強力繊維束としてＳ方向に３０回／ｍ撚りをかけた２４Ｋの炭素繊維束（ＰＡＮ系炭素繊維。東レ株式会社製。Ｔ７００ＳＣ。）１本を用い、拘束材としてポリエステル繊維（１１００デシテックスのポリエステル繊維束）を用い、製紐機（２４打機）を用いて、８打ちの石目打にて、２４Ｋの炭素繊維束の周りの全面を組紐状にポリエステル繊維で拘束した。拘束材による炭素繊維束表面の被覆率は、ほぼ１００％であり、内部の炭素繊維束は目視できなかった。
次に、図２に構成を示した装置を用い、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂（ＤＥＮＡＴＩＴＥ  ＴＰＥＰ−ＡＡ−ＭＥＫ−０５Ｂ、ナガセケムテックス株式会社製）１００質量部、硬化剤（ＸＮＨ６８５０ＲＩＮ−Ｋ、ナガセケムテックス株式会社製）  ６．５質量部、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）１．６部からなる溶液（粘度１００ｍＰａ・ｓ、Ｂ型粘度計、ローターＮｏ．２０、１２ｒｐｍ。東機産業株式会社：ＴＶＢ−１５形粘度計）を、拘束された炭素繊維束に対し、２０℃で付与した。その後、熱処理（１５０℃、２０分間）を行うことで、前記重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させて、撚りがかかった状態の炭素繊維束と拘束材とが熱可塑性エポキシ樹脂（固化剤）で一体化した芯線からなる実施例１の高強力繊維複合材を得た。図６に実施例１の高強力繊維複合材の外観写真を示す。  得られた実施例１の高強力繊維複合材は、直径２．０ｍｍ（ノギスで測定）であった。
実施例１の高強力繊維複合材を室温で直径５０ｃｍのドラムに巻きとったところ、折れることなく、スムーズに巻き取ることができた。【００７２】
実施例２：高強力繊維複合材
拘束材としてポリエステル繊維（１１００デシテックスのポリエステル繊維束）に変えてビニロン繊維（１１００デシテックスのビニロン繊維）を用いた以外は実施例１と同様にし、実施例２の高強力繊維複合材を得た。
得られた高強力繊維複合材を１０本引き揃え、室温で直径６０ｃｍ及び５０ｃｍの径のドラムに巻き取った状態で一か月放置した。次に、一か月放置した高強力繊維複合材を６０ｃｍに切断し、１０本束ね、それぞれの端部をネジを切った鋼管（長さ１２０ｍｍ、内径１４ｍｍ、外形２０ｍｍ）に挿入し、ウレタン系接着剤（ＵＭ８９０改１  主剤  １質量部、硬化剤  ２質量部。セメダイン株式会社製）を用いて固定し、ＪＩＳ  Ｋ７１６５に準拠して、引張試験装置は株式会社島津製作所製  ＡＧ−１００ｋＮ  ｐｌｕｓを使用し、試験片  Ａ形、試験速度２ｍｍ／分、治具は丸棒用Ｖ溝平行目を用いて引張強度を測定した。また、巻き取らずにまっすぐな状態で保管したものも引張強度を測定した。
結果は、巻き取っていないもの４１．７ｋＮ、５０ｃｍに巻き取って保管したもの４２．０ｋＮ、６０ｃｍに巻き取って保管したもの４４．９ｋＮと巻き取って保管したものにおいて引張強度の低下は見られなかった。【００７３】
実施例３：ストランド構造体
実施例１で得られたドラムに巻かれた高強力繊維複合材１０本を束ね、１２０℃に加熱しながら、束ねられた１０本の高強力繊維複合材全体にＺ方向に２０回／ｍで撚りをかけ、当該１０本の高強力繊維複合材を撚り合わせて室温で７０ｃｍの径のドラムに巻きとることにより、実施例３のストランド構造体を得た。得られた実施例３のストランド構造体は、芯となる高強力繊維複合材がない構造であった。図７に実施例３のストランド構造体の外観写真を示す。
得られた長尺のストランド構造体を２ｍに切断してロッドとし、それぞれの端部をネジを切った鋼管（長さ１２０ｍｍ、内径１４ｍｍ、外形２０ｍｍ）に挿入し、ウレタン系接着剤（ＵＭ８９０改１  主剤  １質量部、硬化剤  ２質量部。セメダイン株式会社製）を用いて固定し、JSCE-E532-1995に準拠して、曲げ引張強度評価装置（株式会社東京試験機製、RAT100DE-S）を用いて実施例３のストランド構造体の曲げ引張強度を測定した。曲げ引張強度試験で用いたＲ部の径は３００ｍｍと５００ｍｍである。試験速度は１００〜５００Ｎ／ｍｍ2で行った。曲げ角度は１８０°である。
結果は、３００ｍｍでは６６ｋＮ、５００ｍｍでは６６ｋＮとどちらも優れた引張強度を有していた。各径の治具に取り付けるときは加熱は行わず、室温にて取付をおこなった【００７４】
実施例４：ストランド構造体
使用する実施例１の高強力繊維複合材を７本準備し、１本の高強力繊維複合材を芯とし、これを６本の高強力複合材で取り囲むように１２０℃に加熱しながら撚り数をＺ方向に５回／ｍで撚り合せた実施例４のストランド構造体を得た。図８に外観写真を示す。【００７５】
実施例５：マルチストランド構造体
実施例１の高強力繊維複合材３７本準備し、１２０℃に加熱しながらＳ方向に８回／ｍ撚り合せ１×６×１２×１８の４層構造のストランド構造体を得た。次に、このストランド構造体７本を、１本のストランド構造体を芯とし、これを６本のストランド構造体で取り囲むように１２０℃に加熱しながらＺ方向に５回／ｍで撚り合せることで実施例５のマルチストランド構造体を得た。図９に実施例５のマルチストランド構造体の外観写真を示す。【００７６】
比較例１
高強力繊維束として、撚りをかけていない２４Ｋの炭素繊維束（ＰＡＮ系炭素繊維、東レ株式会社製、Ｔ７００ＳＣ）１本を用いた以外は、実施例１と同様にして、比較例１の高強力繊維複合材を得た。比較例１の高強力繊維複合材を用いて、実施例３と同様の曲げ引張強度試験を試みたところ、３００ｍｍのＲ部、５００ｍｍのＲ部に取り付けると折れてしまった。【００７７】
比較例２
実施例３のストランド構造体に準じる形態として、比較例１の高強力繊維複合材１０本を撚りをかけずに引きそろえて、実施例３と同様の曲げ引張強度を試みたところ、５００ｍｍのＲ部に取り付けるときに折れてしまった。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の高強力繊維複合材及びストランド構造体並びにマルチストランド構造体は、炭素繊維糸などの高強力繊維糸本来の引張強度や弾性係数等の機械的性能を十分に発揮することから、土木、建設、船舶、鉱業や漁業などのあらゆる産業分野へ適用することができるため、工業的に有望である。
【図１】
2014196432.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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