(57)【要約】【課題】可撓性のある繊維補強材の強度改善を図ることを課題とする。【解決手段】開繊処理された繊維が略均一に分布するように配置された繊維群と、可撓性のある支持体層とを備え、前記繊維群が粘着材によって前記支持体層に固定されてなる可撓性の繊維補強材による。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開繊処理された繊維が略均一に分布するように配置された繊維群と、可撓性のある支持体層とを備え、前記繊維群が粘着材によって前記支持体層に固定されてなることを特徴とする可撓性の繊維補強材。
【請求項２】
前記繊維群が、前記粘着材で被覆されてなることを特徴とする請求項１記載の可撓性の繊維補強材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開繊処理された繊維を備えてなる可撓性の繊維補強材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被着体を補強するために使用される繊維補強材として、従来、可撓性の支持体層に、炭素繊維等の補強用繊維を固定してなる可撓性の繊維補強テープや繊維補強シートが知られている。この種の繊維補強材は、ヨットセールやテント用基材等の可撓性の被着体を補強するために好適に使用され、また、その可撓性を利用して建築資材の形状に沿って貼りつける用途としても好適に使用されている。
【０００３】
斯かる繊維補強材を高強度とするためには、より多くの繊維を使用することが好ましいと考えられるため、従来、多数の繊維が束状となって結合された繊維束を支持体層に貼り付ける方法が採用されている。
【０００４】
しかしながら、多くの繊維を使用することによって強度改善を図った場合であっても、そのような繊維の本数の増加に見合った強度改善効果が必ずしも得られないという問題がある。また、繊維の本数が増加すれば、繊維補強材のコストアップや重量増加を招くという問題がある。
【０００５】
さらに、ヨットセールやテント用基材の補強用として使用する際には、該繊維補強材が頻繁に折り曲げられたり湾曲されたりして使用されることとなるが、そのような使用状況においても繊維補強材の強度が低下しないようなものとすることが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、可撓性のある繊維補強材の強度改善を図ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題に鑑みて鋭意研究したところ、開繊処理した繊維を可撓性の支持体に接着させることにより、斯かる繊維補強材の強度が顕著に改善され得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の可撓性の繊維補強材は、開繊処理された繊維が略均一に分布するように配置された繊維群と、可撓性のある支持体層とを備え、前記繊維群が粘着材によって前記支持体層に固定されてなることを特徴とする。
【０００９】
尚、本発明において開繊処理とは、複数の繊維（モノフィラメント）がサイジング剤によって接合されてなる繊維束（マルチフィラメント）を解き分けるための処理であって、繊維束を長手方向に送る流送工程と、該流送工程にある繊維束を加熱してサイジング剤を帯熱柔軟状態とするための加熱工程と、サイジング剤が帯熱柔軟状態にある繊維束に対して該繊維束と交差するように気流を通過せしめ、繊維を弓なりに撓曲させて繊維を幅方向に解き分ける通気工程とを備えた処理をいう。
【００１０】
斯かる構成の繊維補強材によれば、開繊処理された繊維を採用することにより、全ての繊維に対して略均等に力が分散されることとなるため、繊維補強材の強度を顕著に改善することができる。また、開繊処理された繊維が略均一に分布するように配置された繊維群を粘着材によって可撓性の支持体層に固定することにより、該繊維補強材が折り曲げ、或いは湾曲して使用された場合であっても、繊維同士のズレや繊維と支持体層とのズレが生じ難くなり、強度が低下し難いものとなる。
【００１１】
また、本発明に係る可撓性の繊維補強材は、前記繊維群が前記粘着材で被覆されてなる構成とすることができる。繊維群が粘着材で被覆された構成であれば、繊維の剥離やほつれが防止され、より一層長期に亘って強度改善効果を発揮し得る繊維補強材となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る繊維補強材の一実施形態としての繊維補強テープを示した平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
図１および図２に示す如く、本実施形態の繊維補強テープ１は、開繊処理されて幅方向に略均一に分布するように配置された繊維群３と、該繊維群３を覆う第１粘着材４ａと第２粘着材４ｂとからなる粘着材４と、第１粘着材４ａを介して繊維群３と固定された帯状の支持体層２と、第２粘着材４ｂを介して一時的に貼り合わされた離型紙５とを備えて構成されている。
【００１４】
繊維群３は、繊維束が開繊処理されたものであり、繊維が繊維補強テープ１の幅方向に略均一に分布するように平坦化した状態で配置されたものである。繊維束としては、炭素繊維、ポリアミド繊維、セラミック繊維、ガラス繊維等の繊維が、エポキシ樹脂系あるいはポリエステル系の集束剤をサイジング剤として結合されてなるものを使用することができる。
【００１５】
本実施形態の繊維補強テープ１において、繊維群３は、１２Ｋ（Ｋは千本を意味し、１２Ｋは即ち１万２千本を意味する）の炭素繊維束が開繊処理され、３０ｍｍの幅に亘って略均一に分布するように配置されたものである。
【００１６】
尚、炭素繊維束としては、他に３Ｋ、６Ｋ、又は２４Ｋ等の種類があるが、支持体層の幅に合わせて何れを使用することも可能であり、また、複数の繊維束を組み合わせて使用することも可能である。
但し、支持体層２との密着性や柔軟性を考慮すれば、単位幅当たりに３５００〜５０００本／ｃｍの繊維が含まれるように繊維群３を構成することが好ましい。
【００１７】
一方、支持体層２は、可撓性のある材料であれば特に限定されず、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、塩化ビニル、セロハン、アセテート、ポリエチレン、四弗化エチレン、弗化ビニル、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレンなどからなる可撓性のフィルム材を使用することができる。
【００１８】
また、粘着材４についても特に限定されず、天然ゴム系、合成ゴム系、アクリル樹脂系、シリコーン系などの粘着材を使用することができる。
【００１９】
斯かる構成の繊維補強材１を使用する際には、該離型フィルム５を剥がすことによって第２粘着材４ｂを露出させ、該第２粘着材４ｂを介して被着体に貼り付けるようにして使用する。
【００２０】
斯かる構成の繊維補強材１によれば、粘着材４を介して被着体に貼り付けることにより、被着体を効果的に補強することが可能となる。特に、束状に結合された繊維束ではなく、これを開繊処理した繊維群３が用いられているため、該繊維補強材１は、従来の繊維補強材と比べて引張強度が顕著に改善されたものとなり、従来よりも少ない繊維本数で同等の補強効果を得ることができる。
【００２１】
本実施形態の繊維補強テープは、被着体として、例えば、ヨットセールやテント用基材の補強用として好適に使用することができる。
該繊維補強テープをヨットセールに貼り付けた場合には、風によるセールの破損や伸びを防止することができる。また、本実施形態の繊維補強テープは、同じ強度を有する従来の繊維補強テープと比較して軽量であるため、ヨットの帆走性能に悪影響となる重量増加が少ないものとなる。さらに、開繊処理された繊維群は、開繊処理されていない繊維群と比べて厚みの小さいものとなるため、被着体に貼り付けた際にも剥離し難いものとなる。
【００２２】
また、本実施形態の繊維補強テープによれば、開繊処理された繊維が２０〜１００μｍという薄さで均一化に配置されているため、ヨットセールやテント用基材のように、使用時に折り曲げられたり湾曲されたりする用途においても、炭素繊維と基材層とが剥離し難いものとなる。
【００２３】
尚、前記実施形態の繊維補強材は、テープ状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシート状とすることも可能である。繊維補強材をシート状とする際には、複数の繊維群を縦横に交差するような織成構造とすることが好ましく、被着体の強度を縦横方向に改善することが可能となる。
【００２４】
また、前記実施形態の繊維補強材は、粘着材の上に離型紙を備えた構成としたが、離型紙を省いた構成とすることも可能である。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明の実施例および比較例を挙げ、本発明について更に詳細に説明する。
【００２６】
実施例１
（繊維束の開繊処理）
１万２千本の炭素繊維（径７μｍ）がエポキシ樹脂系のサイジング剤によって接合されてなる１２Ｋの炭素繊維束を用い、図３に示すような開繊処理装置によって開繊処理を行った。図３に示した開繊処理装置１０は、炭素繊維束１’を一定速度で送る第１流送装置１１および第２流送装置１２と、該第１流送装置１１と第２流送装置１２との間に配された熱風供給装置１３および吸引風道管１４を備えたものである。斯かる構成の開繊処理装置１０を用い、第１流送装置１１および第２流送装置１２によって前記炭素繊維束１’を３〜５ｍ／ｍｉｎの速度で送りつつ、熱風供給装置１３から１８０〜２２０℃、１０ｍ／ｓｅｃの熱風を吹き付けた後、吸引風道管１４の幅２ｃｍの通気流域においてバキュームポンプ１５より吸引される５０ｍ／ｓｅｃの空気流の中を通過させ、該空気流によって炭素繊維１’が１２ｍｍの撓み量となるようにして開繊処理を行うことにより、開繊処理された炭素繊維を得た。
【００２７】
（貼り合わせ）
さらに、ポリエステルフィルム上にアクリル系の粘着材が積層されてなる幅４ｃｍのポリエステル粘着テープを用意し、その上に得られた炭素繊維を３ｃｍの幅で均一に分布するように載置し、さらにその上からアクリル系粘着材を介して離型紙を貼り付けることにより、実施例１の繊維補強材を作製した。
【００２８】
実施例２
アクリル系粘着材および離型紙を貼り合わせないことを除き、他は実施例１と同様にして実施例２の繊維補強材を作製した。
【００２９】
比較例１
１万２千本の炭素繊維（径７μｍ）がエポキシ樹脂系のサイジング剤によって接合されてなる１２Ｋの炭素繊維束を開繊処理せずにそのまま用いることを除き、他は実施例１と同様にして比較例１の繊維補強材を作製した。
【００３０】
比較例２
１万２千本の炭素繊維（径７μｍ）がエポキシ樹脂系のサイジング剤によって接合されてなる１２Ｋの炭素繊維束を開繊処理せずにそのまま用いることを除き、他は実施例２と同様にして比較例２の繊維補強材を作製した。
【００３１】
上記実施例および比較例の繊維補強材を用い、以下の試験を行った。
引張強さ
実施例および比較例の繊維補強材（離型紙がある場合は、これを剥離したもの）を幅４０ｍｍ、長さ３００ｍｍに切断して試験片とし、ＪＩＳ  Ｌ  １０９６のＡ法（ストリップ法）に準じ、つかみ間隔２００ｍｍで引張強さを測定した。
【００３２】
厚さ
ＪＩＳ  Ｚ  ０２３７に準じて行い、９点測定した際の平均値を算出した。
【００３３】
せん断接着力
図４に示すように、ポリエステル板を被着体とし、前記繊維補強材を幅４０ｍｍ長さ２０ｍｍの範囲で重なるように貼り付けたものを試験体とし、該試験体の両端部を固定して３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で長さ方向に引っ張った場合の、剥離するのに要する力の値を測定した。
【００３４】
保持力
図５に示すように、ポリエステル板を被着体とし、前記繊維補強材を幅４０ｍｍ長さ２０ｍｍの範囲で重なるように貼り付けたものを試験体とし、該繊維補強材の他端に５００ｇの重りを固定し、８０℃の温度雰囲気下で１時間保持した場合の、繊維補強材の位置ズレした距離を測定した。
【００３５】
以上の試験結果を、それぞれ下記表１に示す。
【表１】
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【００３６】
表１に示したように、実施例１および実施例２の繊維補強材は、同じ本数の炭素繊維を用いた比較例の繊維補強材と比べて約１．３〜１．５倍の引張強さが得られており、本発明による強度改善効果が顕著であることが認められる。
また、同じ本数の炭素繊維を用いた場合であっても、実施例１および実施例２の９点平均厚さは比較例の約１／２以下となっており、本発明によって繊維補強材の厚みが効果的に低減されていることが認められる。
【００３７】
さらに、実施例２の繊維補強材では炭素繊維が粘着材の広い範囲を覆う状態となっているため、比較例２の繊維補強材よりもせん断接着力や保持力が低下したものとなっている。ところが、その上に粘着材を設けた実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１の方が比較例１を大きく上回る結果となっており、繊維群を覆う粘着材を設ける場合にも開繊処理を施すことが、粘着力の向上に大きく寄与していることが認められる。
【００３８】
尚、実施例２の繊維補強材は、例えば、布製の被着体に縫合して取り付ける場合や、建築資材等に巻回して取り付ける場合など、被着体との強い粘着性が必要でない用途に好適なものとなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る可撓性の繊維補強材によれば、開繊処理された繊維群を採用しているため、繊維補強材にかかる引っ張り応力が繊維全体に加わることとなり、従来の開繊処理していない繊維補強材と比べて強度改善効果が格段に優れたものとなる。
【００４０】
また、従来の可撓性の繊維補強材であれば引っ張り応力が全ての繊維に均一に作用せず、比較的弱い力によっても繊維が徐々に破断し、経年劣化しやすいものとなるが、本発明の可撓性の繊維補強材であれば、常に繊維全体に力が分散されることによって繊維の破断が防止されるため、経年劣化し難いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可撓性の繊維補強材の一実施形態を示した平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】実施例で使用した炭素繊維束の開繊処理工程を示した模式図。
【図４】せん断接着力の測定方法を概念的に示した側面断面図。
【図５】保持力の測定方法を概念的に示した側面断面図。
【符号の説明】
１      繊維補強材
２      支持体層
３      開繊処理された繊維群
４      粘着材
５      離型紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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