(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて形成された芯材と、該芯材の周囲に配される第１外層と、該第１外層の周囲に配される第２外層とからなる３層構造を有する強化プラスチック製素線が複数本束ねられてより線となる強化プラスチック製より線における該素線が、
芯材のストランドを構成する強化繊維が炭素繊維であり、
第１外層を構成する被覆繊維が吸湿防止及び電食防止の効果を持つガラス繊維で構成され、
第２外層を構成する被覆繊維が紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つアラミド繊維で構成されたことを特徴とする繊維強化プラスチック製素線。
【請求項２】
前記強化繊維ストランドにおけるマトリックス樹脂付着量が、２０〜５０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製素線。
【請求項３】
前記マトリックス樹脂のガラス転移点が、１８０℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プラスチック製素線。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック製素線が、複数本撚合されたものであることを特徴とする繊維強化プラスチック製より線。
【請求項５】
マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて芯材を形成し、該芯材の周囲に第１外層として吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次に該第１外層の周囲に第２外層として紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊維を配して３層構造を有する未硬化繊維強化プラスチック製素線を形成し、加熱硬化することを特徴とする強化プラスチック製素線が複数本束ねられてより線となる強化プラスチック製より線における該素線の製造方法であって、
該芯材のストランドを構成する強化繊維が炭素繊維であり、該第１外層を構成する被覆繊維がガラス繊維であり、該第２外層を構成する被覆繊維がアラミド繊維である繊維強化プラスチック製素線の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の未硬化繊維強化プラスチック製素線を複数本撚合し加熱硬化することを特徴とする繊維強化プラスチック製より線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック製素線及びより線並びにそれらの製造方法に係り、例えば、吊り橋や構造物のロープ、ワイヤ、ケーブルとして使用される。また、船舶、海中観測機、ブイ等の係留、各種メッセンジャーワイヤー、送電線等のテンションメンバーとしても使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記の目的に使用されるワイヤー等は、鋼材を主流に種々のものがある。しかし、最近では海水中や潮風での暴露、各種腐食性ガスでの暴露等の耐蝕性に優れ、金属に比べ軽量で強度に優れる繊維強化プラスチックのワイヤーが各種開発されている。
【０００３】
本発明者も、繊維強化プラスチック製棒材及びその製造方法（特願平６−２０５８０２号）で周辺材料との接着性がよくコスト的にも安価なものを提案している。
【０００４】
また、特公平６−６０４７１号公報にも繊維強化プラスチック材料からなる複合線条体を提案している。これらは、芯材の周りに周辺材料との接着性のために被覆材をもうけたり、各線条材を互いに接着させないために被覆材を配している。
【０００５】
しかしながら、このような被覆された繊維強化プラスチックでは、各種の複合された耐環境に対して十分な長期安定性を保持しうることは、不可能である。近年、各種ワイヤーとしての実使用が現実身をおびてきたのに対し、前記の提案では現在、コンクリート中への埋め込み或は、短期使用にしか耐えることができず用途拡大がおぼつかない。
【０００６】
特に耐環境として、吸湿それに関連する電食は、長期的に重要であり、紫外線の問題は、繊維強化プラスチックでは考慮しなくてはいけない問題点である。また、ワイヤー等の使用では、線同士あるいは外部部材との接触、振動による摩耗も考慮しなくては長期使用に耐える実製品にならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、耐環境性に優れ、実使用状況での長期耐久性に優れた繊維強化プラスチック製素線及びより線並びにそれらの製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の目的は、（１）  マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて形成された芯材と、該芯材の周囲に配される第１外層と、該第１外層の周囲に配される第２外層とからなる３層構造を有する強化プラスチック製素線が複数本束ねられてより線となる強化プラスチック製より線における該素線が、芯材のストランドを構成する強化繊維が炭素繊維であり、第１外層を構成する被覆繊維が吸湿防止及び電食防止の効果を持つガラス繊維で構成され、第２外層を構成する被覆繊維が紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つアラミド繊維で構成されたことを特徴とする繊維強化プラスチック製素線により達成されるものである。
【０００９】
この３層構造により耐環境性に優れ、実使用状況での長期耐久性に優れた繊維強化プラスチック製素線及びより線を提供するものである。
【００１１】
さらに、本発明の他の目的は、（２）  前記強化繊維ストランドにおけるマトリックス樹脂付着量が、２０〜５０重量％であることを特徴とする上記（１）に記載の繊維強化プラスチック製素線によっても達成されるものである。
【００１２】
さらにまた、本発明の他の目的は、（３）  前記マトリックス樹脂のガラス転移点が、１８０℃以上であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の繊維強化プラスチック製素線によっても達成されるものである。
【００１３】
なお、本発明の他の目的は、（４）  上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の繊維強化プラスチック製素線が、複数本撚合されたものであることを特徴とする繊維強化プラスチック製より線によっても達成されるものである。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、（５）  マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて芯材を形成し、該芯材の周囲に第１外層として吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次に該第１外層の周囲に第２外層として紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊維を配して３層構造を有する未硬化繊維強化プラスチック製素線を形成し、（加圧）加熱硬化することを特徴とする強化プラスチック製素線が複数本束ねられてより線となる強化プラスチック製より線における該素線の製造方法であって、該芯材のストランドを構成する強化繊維が炭素繊維であり、該第１外層を構成する被覆繊維がガラス繊維であり、該第２外層を構成する被覆繊維がアラミド繊維である繊維強化プラスチック製素線の製造方法によっても達成されるものである。
【００１５】
さらに、本発明の他の目的は、（６）  上記（５）に記載の未硬化繊維強化プラスチック製素線を複数本撚合して未硬化繊維強化プラスチック製より線を形成し、（加圧）加熱硬化することを特徴とする繊維強化プラスチック製より線の製造方法によっても達成されるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明における繊維強化プラスチック製素線の芯材を構成するストランドは、強度を保持する繊維であり、高強度高弾性の無機繊維又は有機繊維のいずれでも良く、無機繊維としては炭素繊維、ガラス繊維、炭化けい素繊維、ステンレス繊維等が使用でき、また、有機繊維としては、アラミド繊維、ビニロン繊維等が使用できる。これらは通常数１０フィラメントから数１０万フィラメントの範囲で収束した繊維束から構成されており、一般的にストランドと総称されている。
【００１８】
ストランドとしては、これら繊維のなかで軽量高強度高弾性から好ましくは炭素繊維を使用することが有効である。
【００１９】
また、本発明で用いる樹脂としては、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のいずれでもよいが、好ましくは熱硬化性樹脂であり、エポキシ樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂を用いることができる。また、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等をもちいることができる。
【００２０】
特に好ましくは、長期的に安定で強度に優れ一般産業用として安価に容易に製造することから鑑みガラス転移点１８０℃以上のエポキシ樹脂を用いることが有効である。
【００２１】
このガラス転移点が１８０℃未満のエポキシ樹脂を使用すると高温での長期耐久性が望めない。
【００２２】
また、これらの樹脂をストランドに含浸させる際の樹脂の含有量は、２０〜５０重量％が好ましい。この樹脂の含有量が２０重量％より少ないと素線内のフィラメント間の接着が不十分であり、加圧加熱硬化した該棒材（繊維強化プラスチック製素線ないしより線）内にボイドが発生して該棒材自体の強度が低下する。
【００２３】
また、樹脂の含有量が５０重量％より多くなると、硬化時に樹脂が表面層ににじみ出し硬化物の表面樹脂が多くなり単位断面積あたりの強度が低下する。
【００２４】
本発明の第１外層として吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維としては強度はほとんど該棒材に寄与しないため、高強度高弾性の繊維を用いる必要はない。これは、上記の被覆材繊維の被覆角が、棒素材の長手方向を０°とすると、１０°より小さくすることは製造上無理であることから判断され１０°以上となってしまう。通常、被覆角が１０°以上となると繊維自体の引張強度が著しく低下するからである。
【００２５】
該吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維としては、ガラス繊維、炭化けい素繊維等の無機繊維が使用できるが、価格や繊維の収縮性から好ましくはガラス繊維が使用できる。
【００２６】
本発明の第２外層として紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊維としては強度はほとんど該棒材に寄与しないため、高強度高弾性の繊維を用いる必要はない。これは、上記の被覆材繊維の被覆角が、棒素材の長手方向を０°とすると、１０°より小さくすることは製造上無理であることから判断され１０°以上となってしまう。通常、被覆角が１０°以上となると繊維自体の引張強度が著しく低下するからである。
【００２７】
該紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊維としては、アラミド繊維、ステンレス素繊維等が使用できるが、価格や繊維の収縮性から好ましくはアラミド繊維が使用できる。
【００２８】
該被覆繊維は素線の芯材と同様の樹脂を使用し、樹脂の含有量は、２０〜５０重量％が好ましい。
【００２９】
他の樹脂を使用すると強度低下や長期安定性が低下する界面剥離を引起こし、素線の芯材と被覆材とは同時硬化により界面力を強固にする必要がある。
【００３０】
また、素線の表面を構成する被覆繊維の層の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍが有効である。０．５ｍｍより大きい場合、該棒材の見かけ断面積が大きくなり、単位断面積当たりの強度が低下する。加えて層間の硬化割れの一因ともなる。０．０５ｍｍ未満では本発明に関する素線及びより線の耐久性が低下することになる。
【００３１】
上述した本発明の繊維強化プラスチック製素線は、マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラスチック製素線の芯材を形成し、該芯材の周囲に第１外層として吸湿防止及び電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次に該第１外層の周囲に第２外層としての紫外線防止及び摩耗防止の効果を持つ被覆繊維を配して３層構造を特徴とする未硬化繊維強化プラスチック製素線を形成し、該未硬化繊維強化プラスチック製素線を加熱硬化することを特徴とする繊維強化プラスチック製素線の製造方法により得られる。ものである。同様に、上述した本発明の繊維強化プラスチック製より線は、上記未硬化繊維強化プラスチック製素線を複数本撚合し加熱硬化することを特徴とする繊維強化プラスチック製より線の製造方法により得られるものである。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の繊維強化プラスチック製芯材素材（素線ないしより線）及びその製造方法を実施例によって具体的に説明する。
【００３３】
実施例１
Ｔｇ＝２００℃のエポキシ樹脂マトリックスを弾性率２３．５ｔｏｎ／ｍｍ2 の１２０００フィラメント炭素繊維に樹脂付着量として３２重量％含浸させた。このストランドを１０本収束させてストランド束とした。このストランド束の外周に編角＋６０°になるように１１５０デニールのガラス繊維を２本束にしてＴｇ＝２００℃のエポキシ樹脂マトリックスを３２重量％含浸した物を巻き付け第１外周０．２ｍｍの層を構成する。次にその外周に編角−６０°になるように４９００デニールのアラミド繊維を１本にＴｇ＝２００℃のエポキシ樹脂マトリックスを３２重量％含浸した物を巻き付け第２外周０．２ｍｍの層を構成した。この中間体は、図１、図３ａの構造をしている。
【００３４】
実使用では、図３ｂのような撚線形状をとるのが一般的であるが評価のためこの中間体１ストランド（素線）を図３ａのように直線のまま２００℃３時間で硬化させた。
【００３５】
比較例１
Ｔｇ＝１２０℃のエポキシ樹脂マトリックスを弾性率２３．５ｔｏｎ／ｍｍ2 の１２０００フィラメント炭素繊維に樹脂付着量として３２重量％含浸させた。このストランドを１０本収束させてストランド束とした。このストランド束の外周に４５０デニールのビニロンと、６００デニールのポリプロピレンとを、１対１の割合で編角４５°となるように組ひも状に巻き付けて、中間体を得た。実施例１と同様に評価のために図３ａのストランド（素線）１本で直線のまま１５０℃で４時間で硬化させた。
【００３６】
比較例２
実施例１と同様に芯材を製作し、第１外周を構成した上に第２外周を被覆せずに２００℃３時間で硬化させた。
【００３７】
比較例３
実施例１と同様に芯材を製作し、第１外周のガラス繊維を被覆せずに芯材外周に直接第２外周を被覆させ、中間体を得て２００℃３時間で硬化させた。
【００３８】
これら評価材を１２０℃で４００時間処理したもの、あるいは６０℃湿度８０％に４００時間処理したものにつきストランド（１素線）の引張試験を実施した。定着部３００ｍｍ、スパン２５０ｍｍとし全長８５０mmで処理中は定着部保護のため定着部のみに保護テープを巻いて処理した。
【００３９】
引張強度試験結果を表１に示す。また表１に同時に表面の耐摩耗性を比較した結果も示す。
【００４０】
【表１】
0003820031.tif 000002
【００４１】
【発明の効果】
本発明によって得られる繊維強化プラスチック製素線の芯材は、マトリックス樹脂を含浸した強化繊維ストランドを１本又は複数本束ねて未硬化繊維強化プラスチック製素線の芯材を形成し、その周囲に第１外層として吸湿防止、電食防止の効果を持つ被覆繊維を配し、次にその周囲に第２外層としての紫外線防止、摩耗防止の効果を持つ被覆繊維を配する３層構造を特徴とする繊維強化プラスチック製素線で、実用においての耐環境において長期使用が可能な繊維強化プラスチック製素線が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の繊維化プラスチック製素線の断面を模式的に示す図である。
【図２】  図２は、比較材としての従来報告された繊維化プラスチック製素線の断面を模式的に示す図である。
【図３】  図３は、本発明の繊維化プラスチック製素線及びより線を模式的に示す外観図であり、図３ａは、１本の繊維化プラスチック製素線を示し、図３ｂは、撚合された７本の繊維化プラスチック製素線（ストランド束）からなるより線状である。
【付号の説明】
１…芯材、
２…第１外層、
２′…外層被覆部、
３…第２外層。
【図１】
0003820031.tif 000003
【図２】
0003820031.tif 000004
【図３】
0003820031.tif 000005