(57)【要約】【課題】樹脂含浸性がよく、施工性良く作業を行うことのできる一方向配列強化繊維シート及びその製造方法を提供する。【解決手段】一方向配列強化繊維シート１０は、強化繊維ｆを一方向に配列した一方向配列繊維１１と、一方向配列繊維１１の少なくとも片面に配置される樹脂透過性支持体シート１２と、を積層して繊維シート積層体２０を作製し、この繊維シート積層体２０を長手軸線方向に沿ってステッチングＳを施す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を一方向に配列した一方向配列繊維と、前記一方向配列繊維の少なくとも片面に配置される樹脂透過性支持体シートと、を積層した繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングしてなることを特徴とする一方向配列強化繊維シート。
【請求項２】
前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとは、前記繊維シート積層体をステッチングすることにより一体化されることを特徴とする請求項１の一方向配列強化繊維シート。
【請求項３】
前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとは、樹脂にて接着されていることを特徴とする請求項１の一方向配列強化繊維シート。
【請求項４】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維などの無機繊維、又は、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維、又は、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することを特徴とする請求項１、２又は３の一方向配列強化繊維シート。
【請求項５】
前記一方向配列繊維の繊維目付は、１００〜１０００ｇ／ｍ2であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の一方向配列強化繊維シート。
【請求項６】
前記樹脂透過性支持体シートは、２軸或いは３軸のメッシュ状体のシート、クロス、又は、前記シートの長手方向に対し９０°方向の１軸のみのシートであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の一方向配列強化繊維シート。
【請求項７】
連続した強化繊維を一方向に配列して連続的に供給すること、
前記一方向配列繊維の少なくとも片面に樹脂透過性支持体シートを供給して、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを積層し、繊維シート積層体を作製すること、
前記繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングし、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを一体化すること、
を特徴とする一方向配列強化繊維シートの製造方法。
【請求項８】
連続した強化繊維を一方向に配列して連続的に供給すること、
前記一方向配列繊維の少なくとも片面に樹脂透過性支持体シートを供給して、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを積層し、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを接着して一体化された繊維シート積層体を作製すること、
前記繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングすること、
を特徴とする一方向配列強化繊維シートの製造方法。
【請求項９】
連続した強化繊維を一方向に配列した一方向配列繊維の少なくとも片面に樹脂透過性支持体シートを接着して一体化された繊維シート積層体を連続的に供給すること、
前記繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングすること、
を特徴とする一方向配列強化繊維シートの製造方法。
【請求項１０】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維などの無機繊維、又は、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維、又は、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することを特徴とする請求項７、８又は９の一方向配列強化繊維シートの製造方法。
【請求項１１】
前記一方向配列繊維の繊維目付は、１００〜１０００ｇ／ｍ2であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の一方向配列強化繊維シートの製造方法。
【請求項１２】
前記樹脂透過性支持体シートは、２軸或いは３軸のメッシュ状体のシート、クロス、又は、前記シートの長手方向に対し９０°方向の１軸のみのシートであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかの項に記載の一方向配列強化繊維シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁や高架道路などの土木建築構造物であるコンクリート構造物或いは鋼構造物（本願明細書では、コンクリート構造物、鋼構造物などを含めて単に「構造物」という。）を補強する補強材として、樹脂含浸性が良好で補強現場で施工性良く補強を行うことができ且つ補強強度も向上し、更には、ＦＲＰ成型品の中間基材の製造において樹脂含浸性が良好な一方向配列強化繊維シート及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、構造物の補強方法として、既存或いは新設の構造物の表面に連続強化繊維シート貼り付けたり、巻き付けたりする接着工法が開発されている。
このような接着工法には、特許文献１及び特許文献２に記載するような一方向配列強化繊維シートが使用されている。
【０００３】
つまり、一方向配列強化繊維シートは、図４に示されるように、樹脂透過性の支持体シート１２と、この支持体シート１２にて保持された、一方向に配列された強化繊維ｆにて形成される強化繊維層１１とを有する構成とされる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−２２４９０１号公報
【特許文献２】
特開平３−２２２７３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、上記構成の一方向配列強化繊維シートは、補強現場にて強化繊維層１１に樹脂を含浸し、構造物に接着することが必要である。
【０００６】
本発明者らの研究実験の結果によると、強化繊維層１１の繊維目付が３００ｇ／ｍ2程度以下の場合には樹脂含浸性において問題はないが、例えば、補強強度を増大するべく繊維目付として３００〜１０００ｇ／ｍ2が要求される場合には、シートの厚さが大となり、樹脂含浸性が悪く、施工性の点で問題があることが分かった。
【０００７】
そのために、現状では、繊維目付２００〜３００ｇ／ｍ2程度とされる薄目付けの一方向配列強化繊維シートを複数枚用意し、シート１枚づつの被補強面への貼付、樹脂含浸作業が余儀なくされている。そのために、補強強度を増大する場合には、施工に時間が掛かり、作業コストが大となる。また、使用する一方向配列強化繊維シートに対するコストも、もし、１枚のシートで作業し得るのであればそれだけ有利である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、樹脂含浸性がよく、施工性良く作業を行うことのできる一方向配列強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、樹脂含浸性が良く、繊維目付３００ｇ／ｍ2以上の目付けが大とされる一方向配列強化繊維シート及びその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る一方向配列強化繊維シート及びその製造方法にて達成される。要約すれば、本発明は、強化繊維を一方向に配列した一方向配列繊維と、前記一方向配列繊維の少なくとも片面に配置される樹脂透過性支持体シートと、を積層した繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングしてなることを特徴とする一方向配列強化繊維シートである。一実施態様によると、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとは、前記繊維シート積層体をステッチングすることにより一体化される。他の実施態様によると、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとは、樹脂にて接着されている。
【００１１】
上記一方向配列強化繊維シートは、次の製造方法にて効率よく製造される。
【００１２】
つまり、第１の製造方法は、連続した強化繊維を一方向に配列して連続的に供給すること、
前記一方向配列繊維の少なくとも片面に樹脂透過性支持体シートを供給して、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを積層し、繊維シート積層体を作製すること、
前記繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングし、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを一体化すること、
を特徴とする一方向配列強化繊維シートの製造方法である。
【００１３】
第２の製造方法は、連続した強化繊維を一方向に配列して連続的に供給すること、
前記一方向配列繊維の少なくとも片面に樹脂透過性支持体シートを供給して、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを積層し、前記一方向配列繊維と前記樹脂透過性支持体シートとを接着して一体化された繊維シート積層体を作製すること、
前記繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングすること、
を特徴とする一方向配列強化繊維シートの製造方法である。
【００１４】
第３の製造方法は、連続した強化繊維を一方向に配列した一方向配列繊維の少なくとも片面に樹脂透過性支持体シートを接着して一体化された繊維シート積層体を連続的に供給すること、
前記繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングすること、
を特徴とする一方向配列強化繊維シートの製造方法である。
【００１５】
本発明の一実施態様によると、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維などの無機繊維、又は、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維、又は、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００１６】
他の実施態様によると、前記一方向配列繊維の繊維目付は、１００〜１０００ｇ／ｍ2である。
【００１７】
他の実施態様によると、前記樹脂透過性支持体シートは、２軸或いは３軸のメッシュ状体のシート、クロス、又は、前記シートの長手方向に対し９０°方向の１軸のみのシートである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一方向配列強化繊維シート及びその製造方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１９】
実施例１
図１に、本発明に係る一方向配列強化繊維シートの一実施例を示す。本実施例によると、一方向配列強化繊維シート１０は、強化繊維ｆを一方向に配列して形成された一方向配列繊維１１と、一方向配列繊維１１の片面に配置された樹脂透過性支持体シート１２とが積層された繊維シート積層体２０を有する。樹脂透過性支持体シート１２は、一方向配列繊維１１の両面に設けても良い。
【００２０】
更に、本発明によると、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２にて構成される繊維シート積層体２０は、長手軸線方向に沿ってステッチング（Ｓ）が施される。このステッチングＳにより、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２とが一体化されると共に、一方向配列繊維１１にステッチングＳによる針穴（縫い目）が形成される。
【００２１】
本発明者らの研究実験の結果によると、本発明の一方向配列強化繊維シート１０は、使用に際しての樹脂含浸作業時に、ステッチングＳにより形成された一方向配列繊維１１を貫通する針穴（縫い目）を通して、樹脂含浸が充分に行われ、それによって、樹脂含浸性が飛躍的に向上することが分かった。
【００２２】
より具体的には、ステッチングＳは、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２にて構成される繊維シート積層体２０を、シート幅方向に数十本〜数百本並べたステッチング用針とステッチ糸により、繊維シート積層体２０の長手方向に連続的に縫って行き、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２をステッチ糸により一体化させる。ステッチングＳは、図示するようなチェーンステッチでも、或いはジグザグ状のトリコットステッチでも良い。
【００２３】
繊維シート積層体２０の幅方向における各ステッチングＳの幅間隔（ｓ１）は、３〜３０ｍｍとされる。又、ステッチングＳの送り（ｓ２）は、２〜１０ｍｍ程度とされる。
【００２４】
また、ステッチングＳは、一般的にはステッチ糸としてポリエステル糸を用いるが、綿、ナイロン、ビニロン、ガラス繊維などを使用することができる。
【００２５】
本実施例に従って作製した一方向配列強化繊維シート１０は、即ち、一方向配列繊維１１は、その繊維目付を１００ｇ／ｍ2以上、特に、３００ｇ／ｍ2以上、１０００ｇ／ｍ2以下、といったようにシート厚を充分厚くしても、ステッチングを施すことにより樹脂含浸性を飛躍的に向上することができる。
【００２６】
本実施例にて、一方向配列繊維１１を構成する強化繊維ｆは、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維などの無機繊維、又は、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維、更には、鋼繊維などを一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【００２７】
上記樹脂透過性支持体シート１２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図１に示すように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体１２の糸条１３、１４の縦、横の間隔は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。
【００２８】
また、上記樹脂透過性支持体シート１２は、図２に示すように、シート１２の、即ち、強化繊維ｆの長手方向に対し９０°方向のみに糸条１４が配列された１軸シートとすることもできる。
【００２９】
上記実施例の説明では、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２にて構成される繊維シート積層体２０にて、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２とは、長手軸線方向に沿ってステッチングＳされることにより一体化されるものとして説明したが、例えば、メッシュ状支持体シート１２を構成する縦糸１３及び横糸１４の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１２を一方向配列繊維１１の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４の部分を一方向配列繊維１１に溶着（樹脂接着）して、メッシュ状支持体シート１２を一方向配列繊維１１が一体化された繊維シート積層体２０を形成し、その後、繊維シート積層体にステッチングＳを施し、更に繊維シート積層体２０の一体化を増大することも可能である。この場合には、作製された一方向配列強化繊維シート１０の取扱い時の繊維の乱れをより有効に防ぐことができる。
【００３０】
樹脂透過性支持体シート１２としてクロス、或いは、１軸シートを使用した場合にも同様の方法にて、一方向配列繊維１１を保持することができる。
【００３１】
実施例２
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して、本発明に係る一方向配列強化繊維シートの製造方法について説明する。
【００３２】
図３（Ａ）に示す第１の実施例によると、樹脂透過性支持体シート１２が供給ロール１２Ａより連続してガイドロール３０へと供給される。
【００３３】
一方、連続した強化繊維ｆを一方向に配列した一方向配列繊維１１が連続的にガイドロール３０へと供給され、ガイドロール３０位置にて、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２とが積層され、繊維シート積層体２０とされる。
【００３４】
更に、必要に応じて、図３（Ａ）に点線で示すように、一方向配列繊維１１の、上記樹脂透過性支持体シート１２が積層された側とは反対側の面にも、樹脂透過性支持体シート１２を供給して積層することもできる。
【００３５】
次いで、このようにして作製された繊維シート積層体２０は、ステッチング装置３１へと供給される。ステッチング装置３１は、繊維シート積層体２０の長手軸線方向に沿ってステッチングＳを施す。これにより、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２とは一体化され、ステッチングＳが施された一方向配列強化繊維シート１０が作製され、巻取ロール１０Ａに巻き取られる。
【００３６】
図３（Ｂ）に示す第２の実施例によると、樹脂透過性支持体シート１２が供給ロール１２Ａより連続して、加熱ロール３２が対向配置されたガイドロール３０へと供給される。
【００３７】
本実施例では、樹脂透過性支持体シート１２は、例えば、図１に示すようなメッシュ状支持体シートとされ、その縦糸１３及び横糸１４の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸されている。
【００３８】
一方、連続した強化繊維ｆを一方向に配列した一方向配列繊維１１が連続的にガイドロール３０と加熱ロール３２との間へと供給され、一方向配列繊維１１は樹脂透過性支持体シート１２と積層される。
【００３９】
このとき、本実施例では、樹脂透過性支持体シート１２が一方向配列繊維１１に加熱加圧され、樹脂透過性支持体シート１２、即ち、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４の部分を一方向配列繊維１１に溶着（樹脂接着）して、樹脂透過性支持体シート１２が一方向配列繊維１１に一体化された繊維シート積層体２０を形成する。
【００４０】
更に、必要に応じて、図３（Ｂ）に点線で示すように、一方向配列繊維１１の、上記樹脂透過性支持体シート１２が積層された側とは反対側の面にも、他の樹脂透過性支持体シート１２を供給し、加熱加圧して積層することもできる。
【００４１】
次いで、このようにして作製された繊維シート積層体２０は、ステッチング装置３１へと供給される。ステッチング装置３１は、繊維シート積層体２０の長手軸線方向に沿ってステッチングＳを施す。これにより、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２とは更に一体化され、ステッチングＳが施された一方向配列強化繊維シート１０が作製され、巻取ロール１０Ａに巻き取られる。
【００４２】
図３（Ｃ）に示す第３の実施例によると、樹脂透過性支持体シート１２が一方向配列繊維１１の片面或いは両面に配置され、一方向配列繊維１１と樹脂透過性支持体シート１２とが融着され、一体化された繊維シート積層体２０が、供給ロール２０Ａより連続してステッチング装置３１へと供給される。
【００４３】
ステッチング装置３１は、繊維シート積層体２０の長手軸線方向に沿ってステッチングＳを施す。これにより、ステッチングＳが施された一方向配列強化繊維シート１０が作製され、巻取ロール１０Ａに巻き取られる。
【００４４】
次に、本発明の一方向配列強化繊維シート１０の実験例について説明する。
【００４５】
実験例１
本発明の一方向配列強化繊維シート１０を使用して、接着工法に従ってコンクリート梁を補強した。
【００４６】
本実験例では、図１を参照して説明した構成の一方向配列強化繊維シート１０を、図３（Ａ）に示す製造方法にて作製して、使用した。
【００４７】
一方向配列強化繊維シート１０における一方向配列繊維１１は、強化繊維ｆとして平均径７μｍ、収束本数２４０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用いて、繊維目付６００ｇ／ｍ2のものを作製した。
【００４８】
このようにして得た一方向配列繊維１１の片面に、メッシュ状支持体シート１２を接着した。
【００４９】
メッシュ状支持体シート１２は、縦糸１３及び横糸１４としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状支持体シートであった。２軸メッシュ状支持体シート１２の縦糸１３及び横糸１４の間隔は、１０ｍｍとした。
【００５０】
次いで、一方向配列繊維１１とメッシュ状支持体シート１２にて構成される繊維シート積層体２０に対して、ポリエステル糸を用いてチェーンステッチにてステッチングＳを施した。繊維シート積層体２０の幅方向におけるステッチングＳの幅間隔（ｓ１）は、５ｍｍであり、又、ステッチングＳの送り（ｓ２）は、２ｍｍであった。
【００５１】
このようにして作製した一方向配列強化繊維シート１０は、幅（Ｗ）が５００ｍｍ、軸線方向の長さが１００ｍであった。
【００５２】
次に、上記一方向配列強化繊維シート１０を使用してコンクリート梁に接着した。つまり、長さ１０ｍのコンクリート梁シート貼着面に一方向配列強化繊維シート１０を適合し、一方向配列強化繊維シート側からマトリクス樹脂を塗布し、含浸した。
【００５３】
樹脂含浸性は、繊維目付３００ｇ／ｍ2のものと同等の時間で十分な含浸が得られ、仕上がりも極めて良好であった。補強強度も所期のものが得られた。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、強化繊維を一方向に配列した一方向配列繊維と、一方向配列繊維の少なくとも片面に配置される樹脂透過性支持体シートと、を積層した繊維シート積層体を長手軸線方向に沿ってステッチングする構成とされるので、樹脂含浸性がよく、施工性良く作業を行うことができる。また、樹脂含浸性が良く、繊維目付３００ｇ／ｍ2以上の目付けが大とされる一方向配列強化繊維シートをも可能とする。
【００５５】
又、本発明の製造方法によれば、上記種々の特長を備えた一方向配列強化繊維シートを連続して極めて好適に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一方向配列強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る一方向配列強化繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る一方向配列強化繊維シートの製造方法を説明する図である。
【図４】従来の一方向配列強化繊維シートを説明する斜視図である。
【符号の説明】
１０                  一方向配列強化繊維シート
１１                  一方向配列繊維
１２                  樹脂透過性支持体シート
２０                  繊維シート積層体
【図１】
2004209667.tif 000003
【図２】
2004209667.tif 000004
【図３】
2004209667.tif 000005
【図４】
2004209667.tif 000006