(57)【要約】【課題】本発明は、繊維強化複合材料、その中でもＦＲＰ用の補強基材として好適な一方向性補強多層シートを提供する。【解決手段】ＪＩＳ　Ｌ　　１０９６法によるシートの通気量が８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であるシート状支持体と、該シート状支持体の上に０．６ｍｍ〜３０ｍｍの隙間を設けて一方向に互いに並行に配列した多数本の強化繊維糸と、該シート状支持体と該強化繊維糸とを編み込み、固定した補助糸とからなることを特徴とする一方向性補強多層シート【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ　Ｌ　　１０９６法によるシートの通気量が８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であるシート状支持体と、該シート状支持体の上に０．６ｍｍ〜３０ｍｍの隙間を設けて一方向に互いに並行に配列した多数本の強化繊維糸と、該シート状支持体と該強化繊維糸とを編み込み、固定した補助糸とからなることを特徴とする一方向性補強多層シート
【請求項２】
前記強化繊維糸が、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１種あるいは２種以上の強化繊維糸である請求項１記載の一方向性補強多層シート
【請求項３】
前記シート状支持体が、二方向のガラス繊維織物である請求項１乃至２記載の一方向性補強多層シート
【請求項４】
前記シート状支持体が、厚さ０．３ｍｍ以下である請求項１乃至３記載の一方向性補強多層シート
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂含浸性が高く、強化繊維糸の配向が乱れにくく、ボイドができにくい補強基材として優れ、繊維強化複合材料、その中でも繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと呼称する。）用の補強基材として好適な一方向性補強多層シートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維をはじめとする高強度、高弾性率の強化繊維糸からなるＦＲＰは、機械的性質が優れていることから、航空機用、スポーツ用、土木用材料として多用されている。
【０００３】
特に、土木分野では、コンクリートの中性化による補強筋の錆の発生、交通量の急激な増加に伴う鉄筋の疲労など、セメント系構造体の脆弱化や耐久性の低下が問題となっており、炭素繊維をはじめとする高強度、高弾性率の強化繊維糸からなるＦＲＰを接着する補強方法が広く採用されるようになってきている。
【０００４】
この補強方法は、たとえば、まず床版（しょうばん）の下面を平滑にしたのちプライマーを塗り、その上から接着剤である樹脂を塗布して補強基材を貼り付け、その補強基材に樹脂を含浸させながら接着させるものである。補強基材としては、ほとんどの場合長さ方向に引張力が作用する箇所に対する補強であることから、強化繊維糸を一方向に配列した、ＵＤ（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）シートや一方向性の織物が多用されている。
【０００５】
このようなＵＤシートや一方向性の織物の補強基材を床版の下面に樹脂を含浸させながら貼り付けようとした場合、下記の問題があった。
【０００６】
（１）上向き状態で補強基材の全面を含浸ローラーで押さえながら樹脂を含浸させねばならず、均一に含浸させることが難しい。
【０００７】
（２）樹脂の含浸・脱泡ローラがけの際、補強基材の位置がずれ、所定の場所の補強ができないばかりか、強化繊維糸が蛇行し、ＦＲＰとしての強度や引張弾性率等の機械的特性が低下する。
【０００８】
（３）脱泡ローラがけのあと、徐々に補強基材への樹脂の含浸が進み、補強基材に含まれている空気が樹脂と置換され、補強基材に含まれていた空気は上方に移動し、樹脂含浸された補強基材と床版の下面との間に空気が溜まってしまう。床版はコンクリート製のためこれらの空気が自然に抜けて消滅するようなことはなく、樹脂が硬化した後も大きなボイドとして残ってしまいＦＲＰ層は膨れた状態になってしまう。特に、補強基材が高目付になるとこの傾向が顕著になる。
【０００９】
これらの問題に対応するため、たとえば、特開平８−１５８６６５号公報の第３頁の段落２０から第４頁の段落２７、および図２に記載されているように一方向性の織物が提案されている。しかし、当該一方向性の織物は、前述問題点（１）〜（３）を十分に解消しえないものであった。
【００１０】
すなわち、一方向性の織物の緯糸は補助糸であり、織物として非常に不安定な為に、強化繊維糸の隙間を広くすると強化繊維糸が蛇行しやすくなる。強化繊維糸が蛇行すると、ＦＲＰ板としての強度や引張弾性率等の機械的強度が低下する。一方、強化繊維糸の隙間を狭くすると、隙間から空気が抜け出て来ないために、含浸ローラーで押さえながら樹脂を含浸させたとき、補強基材と床版下面の間に空気が溜まり、ボイドとして残りやすい（含浸性が悪くなる）という問題を抱えている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平８−１５８６６５号公報（第３頁段落２０〜第４頁段落２７、図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、本発明の目的とするところは、前記（１）〜（３）の問題点を解消した、繊維強化複合材料、特にＦＲＰ用の補強基材として好適な一方向性補強多層シートを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ＪＩＳ　Ｌ　　１０９６法によるシートの通気量が８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であるシート状支持体と、該シート状支持体の上に０．６ｍｍ〜３０ｍｍの隙間を設けて一方向に互いに並行に配列した多数本の強化繊維糸と、該シート状支持体と該強化繊維糸とを編み込み、固定した補助糸とからなることを特徴とする一方向性補強多層シートにより達成される。
【００１４】
本発明の一方向性補強多層シートの好ましい態様は、強化繊維糸が、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１種あるいは２種以上の強化繊維糸からなる一方向性補強多層シートである。
【００１５】
また好ましくは、前記シート状支持体が二方向のガラス繊維織物からなる一方向性補強多層シートである。
更に好ましくは、厚さ０．３ｍｍ以下であるシート状支持体からなる一方向性補強多層シートである。
【００１６】
本発明により、繊維強化複合材料、特にＦＲＰ用の補強基材として好適な一方向性補強多層シートを提供することができ、例えば、鉄筋コンクリート構造物の補強においては、一方向性補強多層シートを適用することにより、上述した（１）〜（３）の問題点が解消でき、且つ効率良く簡単に施工できるばかりか、長期的な信頼性が高い鉄筋コンクリート構造物の構築を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を詳細に説明する。
【００１８】
本発明の一方向性補強多層シートは、多数本の強化繊維糸を一方向に互いに並行に配列させ、強化繊維糸間に隙間を設けると、樹脂含浸の際、該多層シートに樹脂含浸と共に強化繊維糸の隙間から空気抜きができ、補強基材と床版との間に溜まるボイドの解消に繋がるものである。
【００１９】
本発明の一方向性補強多層シートとしては、隣接する強化繊維糸間に隙間が、０．６ｍｍ〜３０ｍｍ開いていることが必要であり、また強化繊維糸の隙間から樹脂含浸および空気抜きがスムースに移行する点で１．２ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい。０．６ｍｍ未満であると空気抜きが不完全で、補強基材と床版との間にボイドが残る、あるいは、床版の補強・補修作業に時間がかかる。一方、３０ｍｍを超える隙間にすると、強化繊維糸の配列本数が少なくなり、単位面積当りの強化繊維重量が少なくなるか、強化繊維重量が極端に多い部分ができることになり、強化繊維糸への樹脂の含浸が悪くなる。
【００２０】
一方向性補強多層シートを、床版の下面に樹脂を含浸させながら貼り付けるような用途に用いる場合においては、通常のハンドレイアップ法に比べて、樹脂粘度が高く、樹脂が一方向性補強多層シートに含浸しにくいので、かなり強く含浸・脱泡ローラをかけなければならないが、このとき、ローラがけの方法やその圧力によっては、織物が目ずれし、一方向性補強多層シートの強化繊維糸の配列が乱れてしまうおそれがある。このよう点からも、本発明に用いる一方向性補強多層シートは、強化繊維糸を０．６ｍｍ〜３０ｍｍの隙間を開けて配列し、シート状支持体上に補助糸にて編み込んで固定する一方向性補強多層シートとすることが必要である。
【００２１】
前記一方向性補強多層シートの強化繊維糸としては、高強度・高弾性率の連続繊維であれば特に限定されないが、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維などが好ましいものとして挙げられる。また、前記強化繊維糸を１種あるいは２種以上を組み合わせて用いられる。
【００２２】
本発明に用いられるシート状支持体としては、ＪＩＳ　Ｌ　　１０９６法によるシートの通気量が８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であれば、織物、不織布、チョップドストランドマット等、特に限定されないが、一方向性補強多層シートの寸法安定性と取り扱い性に優れた二方向の織物が好ましい。中でも、二方向のガラス繊維織物は、寸法安定性に優れ、樹脂を含浸した際に一体化するので、特に好ましい。
【００２３】
また、該シート状支持体の厚さとしては、本質的にＦＲＰの機械的特性を担うものではなく、強化繊維糸の形態保持を行うものなので、必要以上に厚いものを用いる必要はなく、厚すぎるとＦＲＰの厚さが必要以上に厚くなり、樹脂の使用量も増加してしまうので、その厚さは０．３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
本発明に用いられるシート状支持体の通気量としては、８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上が必要であり、通気量が８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上であれば、樹脂が容易に短時間で支持体を抜け出し、強化繊維糸に含浸して行くが、通気量が８０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃに満たない場合は、支持体自身が樹脂の抜け出しを阻害し、強化繊維糸への樹脂の含浸を阻害する場合がある。
【００２５】
本発明に用いられる強化繊維糸として炭素繊維を用いたとき、炭素繊維は、導電性を有しており、ＦＲＰ用として使用する際にアルミニウム、鋼、鉄などの金属と接触すると、水分の存在下ではイオン化傾向の差から電蝕反応が起こることが知られている。そこで該シート状支持体を絶縁体とすることによりこの電蝕反応を防ぐことができる。したがって、該シート支持体が、絶縁性の高いガラス繊維などが特に好ましいものとして挙げられる。
【００２６】
また、該シート支持体として、ガラス繊維などの様な絶縁体を用いることにより、本発明の一方向性補強多層シートは、コンクリート構造物の電気防蝕を行う場合の材料としても、好適である。
【００２７】
本発明に用いられる補助糸としては、通常当業者が知るところの補助糸で良く、特に限定するものではないが、本質的にＦＲＰの機械的特性を担うものではなく、強化繊維糸の形態保持を行うものであるので、３３デシテックス〜５５５デシテックスの細い糸が好ましい。
【００２８】
該補助糸を構成する繊維としては、特に限定するものではないが、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリアラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。中でもポリエステル繊維が、編み組織を構成する際の屈曲に耐え、その伸度が強化繊維糸の形態保持に非常に適している点で特に好ましい。
【００２９】
強化繊維糸をシート状支持体上に固定するための補助糸の編み組織については、強化繊維糸が固定されていれば特に制限されないが、強化繊維糸を傷つけず、強固に固定できる、トリコットおよびチェーン組織などが好ましい。
【００３０】
一般的な一方向性の織物が、よこ方向補助糸と強化繊維糸が低融点ポリマーで接着されて形態を保持しているのに対し、本発明の一方向性補強多層シートは、補助糸の編み組織で形態を保持しているので、強化繊維糸の保持力が強く、低融点ポリマーが、樹脂の含浸を阻害するようなことはない点で優れている。
【００３１】
本発明の一方向性補強多層シートの用途としては、繊維強化複合材料、その中でもＦＲＰ用の補強基材として好適に使用することができる。特に、既設コンクリート構造物に高強度、高弾性率の強化繊維糸からなるＦＲＰを接着する補強方法において、好適に使用することができる。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例、比較例に基づいて本発明を具体的に説明する。
尚、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
シート状支持体（図１、図２および図３の１、並びに図４の１Ａおよび１Ｂ）として、通気量８８ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃのガラスクロス（カネボウ株式会社製　　テキストグラス　　ＫＳ１５７０）を用い、強化繊維糸（図１、図２、図３および図４の２）を、たて方向に繊度が１６０００デシテックスの炭素繊維糸を５本／２５ｍｍの密度で、糸の隙間が１．２ｍｍになるように一定間隔で配列し、前記シート状支持体上に、ヨコ補助糸（８３デシテックスのポリエステル糸、（図１、図２、図３および図４の３Ａ）でたて方向の強化繊維糸とシート状支持体下のタテ補助糸（（図１、図２、図３および図４の３Ｂ）とを多軸多層織編機を用いて図４に示したようにチェーン組織型に編み込み、固定して、一方向性補強多層シートを作製した。
【００３４】
次に、樹脂含浸性の確認実験として、平らな実験台の上にポリエチレンフィルムを広げ、該フィルム上に常温硬化型のエポキシ樹脂５００ｇ／ｍ２を均一に塗布し、その上に一方向性補強多層シートを置き、溝付きのローラーで樹脂含浸および脱泡を行ったところ、ガラスクロス支持体および炭素繊維糸間の隙間から樹脂と空気が抜けてきた。このときローラーがけで、繊維配向が乱れるようなことはなかった。
樹脂を完全に硬化させた後に、フィルムとＦＲＰ板間のボイドの有無を確認したが、ボイドはなかった。
【００３５】
実施例２
シート状支持体として、通気量３５５ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃのガラスクロス（カネボウ株式会社製　　テキストグラス　　ＫＳ２７５０）を用いた以外は、実施例１と同様に一方向性補強多層シートを作製した。
次に、実施例１と同様に樹脂含浸性の確認実験を行ったところ、ガラスクロス支持体および炭素繊維糸間の隙間から樹脂と空気が抜けてきた。このときローラーがけで、繊維配向が乱れるようなことはなかった。
樹脂を完全に硬化させた後に、フィルムとＦＲＰ板間のボイドの有無を確認したが、ボイドはなかった。
【００３６】
比較例１
シート状支持体として、通気量１５ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃのガラスクロス（カネボウ株式会社製　　テキストグラス　　ＫＳ１２２０）を用いた以外は、実施例１と同様に一方向性補強多層シートを作製した。
次に、実施例１と同様に樹脂含浸性の確認実験を行ったところ、ガラスクロス支持体の隙間から樹脂が抜けでず、ガラスクロス支持体とフィルムの間に樹脂が溜まってしまった。また、ローラーがけにより、樹脂がガラスクロス支持体の端部へ追い出され、炭素繊維糸へ樹脂が含浸しなかった。
【００３７】
比較例２
炭素繊維糸の隙間が０．５ｍｍになるように配列した以外は、実施例１と同様に一方向性補強多層シートを作製した。
次に、実施例１と同様に樹脂含浸性の確認実験を行ったところ、炭素繊維糸の隙間から空気が抜けなかった。
樹脂を完全に硬化させた後に、ＦＲＰを確認したところ、部分的に膨れた状態が確認された。部分的に膨れた箇所は一方向性補強多層シートが屈曲しており、この膨れた箇所ではフィルムとＦＲＰ板との間にボイドが認められた。
【００３８】
比較例３
たて糸に繊度が１６０００デシテックスの炭素繊維糸を５本／２５ｍｍの密度で、糸の隙間が１．１ｍｍになるように配列し、よこ糸に２２５デシテックスのガラス繊維糸と５６デシテックスの熱可塑性の低融点ポリマー糸エルダーとの複合糸を用いて、７本／２５ｍｍの密度で織物を形成した。その後、この織物を加熱して、上記低融点ポリマー糸を溶融して、たて糸とよこ糸を各交絡部で結着させた一方向性補強織物を作製した。
該一方向性補強織物は、形状維持が難しく、取り扱い性の困難なものであった。特に、炭素繊維糸の隙間を１．１ｍｍに保つことは、非常に困難であった。
【００３９】
次に、実施例１と同様に樹脂含浸性の確認実験を行ったところ、炭素繊維糸の隙間を１．１ｍｍに保った部分では、糸間の隙間から樹脂と空気が抜けてきたが、ローラーがけで、繊維配向が乱れ、炭素繊維糸が屈曲してしまった。
【００４０】
【発明の効果】
如上の通り、本発明の一方向性補強多層シートは、樹脂含浸性が高く、強化繊維糸の配向が乱れにくく、ボイドができにくい補強基材として繊維強化複合材料に提供でき、繊維強化複合材料の中でもＦＲＰ用の補強基材として好適に使用することができる。
特に、既設コンクリート構造物に高強度、高弾性率の強化繊維糸からなるＦＲＰを接着する補強方法において、好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一方向性補強多層シートの横断面図
【図２】一方向性補強多層シートの上面図
【図３】一方向性補強多層シートの斜視図
【図４】一方向性補強多層シートの編み込み拡大図
【符号の説明】
１：シート状支持体（１Ａ；ガラス緯糸、１Ｂ；ガラス経糸）
２：強化繊維糸
３Ａ：ヨコ補助糸
３Ｂ：タテ補助糸
４：強化繊維糸間の隙間
【図１】
2004143619.tif 000002
【図２】
2004143619.tif 000003
【図３】
2004143619.tif 000004
【図４】
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