JPH03292111A - 一方向配列ハイブリッド強化繊維シート、その製造方法及び構築物の補強方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 星遣二り悲Ｊｕｔ生Ｉ 本発明は、繊維強化プラスチックにより・橋梁や高架道
路などを初めとする構築物の補強をするに際し、補強現
場で施行性良く補強を行なうことができ且つ補強強度も
向上することを可能とした構築物の補強に使用する一方
配列ハイブリッド強化繊維シート、その製造方法及び構
築物の補強方法に関する。

虻迷」量ｉ逝 橋梁や高架道路などの橋脚を繊維強化プラスチックによ
り補強することが行なわれている。

その補強の仕方として、従来、 （１）硬化した繊維強化プラスチックを橋脚の補強箇所
に貼り付ける方法、 （２）橋脚の補強箇所にプリプレグを貼り付け、その上
に加熱硬化時の変形を防止するための押さえテープを巻
回して、加熱硬化することにより繊維強化プラスチック
と為す方法、 （３）橋脚の補強箇所に強化繊維のクロスを巻き付けて
、それに室温硬化型のマトリクス樹脂を含浸させ、押さ
えテープを巻回後に放置して硬化させることにより、繊
維強化プラスチックと為す方法、 が知られている。

が　　　゛　　　　よ　　　と　　　るしかしながら、
上記（１）の方法では、補強の効率は良好であるが、湾
曲した補強箇所では実施できないという大きな欠点があ
る。

（２〉の方法では、橋脚の補強箇所に貼り付けたプリプ
レグを現場で加熱硬化しなけれらばならないので、加熱
硬化の作業が容易でない欠点がある。

（３）の方法では、強化繊維を平織、綾織等によりクロ
スにして用いているため、強化繊維はその縦糸と横糸と
が交わる箇所で強度が弱く、これが原因で繊維強化プラ
スチックとしたときに十分な補強効果が得られない欠点
がある。

上記以外に、橋脚の補強箇所に現場でフィラメントワイ
ンディング法により樹脂を含浸させた強化繊維の糸を巻
き付け、その後硬化して繊維強化プラスチックと為す方
法も考えられているが、補強対象が限られる上に設備コ
ストが高い等の欠点がある。

従って本発明の目的は、上述の現状に鑑み、繊維強化プ
ラスチックにより橋梁や高架道路などを初めとする構築
物の補強をするに際し、補強現場で施行性良く補強を行
なうことができ且つ補強強度も向上することを可能とし
た構築物の補強に使用する一方配列ハイブリッド強化繊
維シート、その製造方法及び構築物の補強方法を提供す
ることである。

を　　　るための 上記目的は本発明に係る一方配列ハイブリッド強化繊維
シート、その製造方法及び構築物の補強方法にて達成さ
れる。

要約すれば本発明は、支持体シートと、前記シートの一
方の面上に接着剤層を介して一方向に配列して接着した
、剛性が高い第１の強化繊維と靭性が高い第２の強化繊
維とからなることを特徴とする一方向配列ハイブリッド
強化繊維シートである。好ましくは、前記第１の強化繊
維の弾性率が５トン／　ｍ　ｍ　”以上とされ、前記第
２の強化繊維の破断伸びが１．２％以上で且つ前記第１
の強化繊維の破断伸びよりも２０％以上大とされる。

又、本発明は、支持体シートの一方の面上に接着剤層を
設けて、前記シートの一方の面上に剛性が高い第１の強
化繊維と靭性が高い第２の強化繊維とを一方向に配列し
て接着したことを特徴とする一方向配列ハイブリッド強
化繊維シートの製造方法である。前記第１、第２の強化
繊維は、これら強化繊維の繊維束を前記シートの一方の
面上の接着剤層上に間隔を開けて又は開けずに一方向に
並べて、これら強化繊維の繊維束を上方から押し潰して
バラすことにより、前記シートの一方の面上に接着する
ことができる。

更に、本発明は、前記の前記の一方向配列ハイブリッド
強化繊維シートを、前記第１、第２の強化繊維に室温硬
化型のマトリクス樹脂を含浸させた後、構築物の補強箇
所の表面に貼りつけるか、強化繊維シートを、構築物の
補強箇所の表面に室温硬化型のマトリクス樹脂を塗布し
た後貼り付けるか、又は強化繊維シートを、構築物の補
強箇所の表面に貼り付け、その後に前記強化繊維シート
に室温硬化型のマトリクス樹脂を浸透させて前記第１、
第２の強化繊維に含浸させるかし、然るのち前記マトリ
クス樹脂を硬化させることを特徴とする構築物の補強方
法である。

及五池 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一方向配列ハイブリッド強化繊維シ
ートの一実施例を示す断面図である。

本発明の一方向配列ハイブリッド強化繊維シート１は、
支持体シート２と、支持体シート２の一方の面上に接着
剤層３を介して一方向に配列して接着した、剛性が高い
第１の強化繊維４と、靭性が高い第２の強化繊維６とか
らなり、橋梁や高架道路などの補強現場で強化繊維４及
び６にマトリクス樹脂を含浸させて、補強に使用できる
ようにしである。

本発明によれば、マトリクス樹脂には室温硬化型の樹脂
が使用され、強化繊維シート１は、構築物の補強箇所の
表面に貼り付けたまま放置することにより、マトリクス
樹脂を硬化して繊維強化プラスチックと為して、これに
より構築物の補強を行なわせる。

本発明において、支持体シート２の一方の面上に剛性が
高い第１の強化繊維４と、靭性が高い第２の強化繊維６
の２種類の強化繊維を設けて、繊維強化シート１をハイ
ブリッド化したのは、これを繊維強化プラスチックと為
して構築物を補強させる際に、剛性が高い第１の強化繊
維４により構築物の破壊強度を高めて、容易に亀裂が生
じないようにする一方、靭性の高い第２の強化繊維６に
より構築物の破壊靭性を高めて、構築物に亀裂が生じて
も直ちに破壊するのを防いで破壊に至るまでの時間を延
ばすためである。

第２図は、剛性が高い強化繊維と靭性が高い強化繊維と
を設けたハイブリッド強化繊維シートがら得られるハイ
ブリッド化した繊維強化プラスチックの面に垂直荷重を
負荷したときの、繊維強化プラスチックの応カー伸歪み
曲線を模式的に示すグラフである。第３図は、上記より
も剛性が更に高いが靭性が低い１種類の強化繊維を設け
た強化繊維シートから得られる繊維強化プラスチックの
場合の、第２図と同様なグラフである。

ハイブリッド化した繊維強化プラスチックの場合には、
第２図に示されるように、応力σはハイブリッド化して
いない繊維強化プラスチックはどではないが伸歪みεが
大きく、剛性が高い強化繊維が初期破断しても靭性が高
い強化繊維が大きく伸びて直ちに破断するのを防ぎなが
ら、靭性が高い強化繊維が破断する最終破断に至るので
、図の曲線で囲まれる面積が示す破壊エネルギーが大き
い。即ち、繊維強化プラスチツク全体が破壊に至るまで
の時間が大きい。

これに対し、ハイブリッド化していない繊維強化プラス
チックの場合には、第３図に示されるように、応力σは
高いが伸歪みεが小さく、強化繊維の破断が始まると伸
びることなく直ちに最終破断に至るので、図の曲線で囲
まれる面積が示す破壊エネルギーが小さい。即ち、繊維
強化プラスチツク全体が破壊に至るまでの時間が小さい
。

このように、剛性が高い強化繊維４と靭性が高い強化繊
維６の２種類の強化繊維を設けたハイブリッド強化繊維
シート１を使用して、繊維強化プラスチックをハイブリ
ッド化することにより、構築物の破壊強度を高めて、容
易に亀裂が生じないようにする一方、構築物の破壊靭性
を高めて、構築物に亀裂が生じても直ちに破壊するのを
防いで破壊に至るまでの時間を延ばすことができる。

従って、繊維強化プラスチックによる構築物の補強の際
の安全性を図ることができる。

実用的には、第１の強化繊維４は、弾性率が５トン／　
ｍ　ｍ　”以上の剛性を有することが好ましく、第２の
強化繊維６は、破断伸びが１．２％以上で且つ第１の強
化繊維４の破断伸びよりも２０％以上大とされる靭性を
有することが好ましい。第１の強化繊維４の弾性率が５
トン／　ｍ　ｍ　２未満では、剛性が低過ぎるため構築
物の破壊強度の向上が十分とならない。第２の強化繊維
６の破断伸びが１．２％未満で且つ第１の強化繊維４の
破断伸びよりも２０％以上大でないときには、構築物の
破壊靭性の向上が十分とならない。

強化繊維４及び６は、上記の特性値を満たす組合ならば
、ピッチ系炭素繊維、ボロン繊維、ＰＡＮ系炭素炭素繊
維ラミド繊維、ガラス繊維、スチール繊維、ポリエステ
ル繊維、ポリエチレン繊維など各種の強化繊維を使用す
ることができる。

上記支持体シート２としては、スクリムクロス、ガラス
クロス、離型紙、ナイロンフィルム等が使用される。通
常は支持体シート２は樹脂浸透性を有することを要しな
いが、強化繊維シート１を構築物の補強箇所に貼り付け
た後に、マトリクス樹脂を強化繊維４及び６に含浸でき
るようにしたい場合には、シート２に上記のスクリムク
ロス、ガラスクロス等が使用される。支持体シート２の
厚みとしては、可撓性を有し且つ強化繊維４及び６を支
持可能な強度を備える観点から、１〜５００μｍ１好ま
しくは５〜１００４ｃｍ程度あればよい。

接着剤層３を形成する接着剤としては、原則として支持
体シート２上に強化繊維４及び６を少な（とも−時的に
接着できるものならば何でもよいが、マトリクス樹脂に
よる強化繊維４及び６の補強効果と同様な効果を接着剤
層３にも与えるようにすれば好ましい。その観点から接
着剤はマトリクス樹脂との相溶性のよい樹脂を使用する
ことが好ましく、例えばマトリクス樹脂としてエポキシ
樹脂を使用するときには、エポキシ系の接着剤を用いる
ことがよい。

接着剤層３の厚みとしては、強化繊維４及び６を一時的
に接着できればよいことから、それぞれ１０〜３０μｍ
程度あればよい。

強化繊維４及び６は、これをフィラメントとして収束剤
で多数本収束した繊維束または軽度に撚りをかけて収束
した繊維束を接着剤層３上に並べて、上方から押し潰す
ことにより軽度にバラされ、これにより強化繊維４及び
６は収束剤または撚りによる結合により複数層に積層し
た状態で、支持体シート２の一方の面上に接着剤層３を
介して一方向に配列して接着される。

この場合、複数層の強化繊維４及び６は、第４図（ａ）
に示すように、これらの繊維束４Ａ及び６Ａを接着剤層
３を介して支持体シート２の一方の面上に密に一方向に
並べて、繊維束４Ａ及び６Ａを上から押し潰すことによ
り繊維束４Ａ及び６Ａの下部を接着剤層３に接着して、
第４図（ｂ）に示すように、支持体シート２上に横方向
に間隔を置かずに密に設けてもよく、或いは、第５図（
ａ）に示すように、繊維束４Ａ及び６Ａを接着剤層３を
介して支持体シート２上に横方向に間隔を開けて一方向
に並べて、同様に繊維束４Ａ及び６Ａを上から押し潰す
ことにより繊維束４Ａ及び６Ａの下部を接着剤層３に接
着して、第５図（ｂ）に示すように、支持体シート２上
に横方向に間隔を置いて疎に設けてもよい。

繊維束４Ａ及び６Ａは、繊維４同士の間、繊維６同士の
間、即ちフィラメント同士の間の開繊を行ったものでも
、行わないものでもどちらでも使用、することができる
。繊維束４Ａ及び６Ａの押し潰しの程度は、これによっ
て配列した複数層の繊維４及び６の層に得たい層厚にも
よるが、炭素繊維の場合を示すと、直径５〜１５μｍの
炭素繊維フィラメントを１２０００本程度収束した炭素
繊維束のとき、これを横方向の幅が５ｍｍ程度になるよ
うに押し潰すことが一例として挙げられる。

以上のような本発明の一方向配列ハイブリッド強化繊維
シート１は、例えば第６図に示すようにして製造するこ
とができる。

即ち、シート供給ロール７から供給された支持体シート
２の一方の面上に接着剤塗布ロール８で接着剤を塗布し
て接着剤層３を設けた後、シート２を加圧部９へ送り込
み、同時に加圧部９へ強化繊維供給ロール１０ａから剛
性が高い第１の強化繊維４の繊維束４Ａを、強化繊維供
給ロール１０ｂから靭性が高い第２の強化繊維６の繊維
束６Ａを送り込んで、シート２上の接着剤層３上に繊維
束４Ａ及び６Ａを一方向に並べる。更に加圧部９へ離型
紙ロール１１から離型紙１２を送り込んで、繊維束４Ａ
及び６Ａ上に離型紙１２を重ねる。

そしてその状態で加圧部９の加圧ローラ１３ａ、１３ｂ
とで加圧して、繊維束４Ａ及び６Ａを押し潰すと同時に
、これにより軽度にバラされた強化繊維４．６を接着剤
層３を介してシート２の一方の面上に接着する。その後
、離型紙１２を離型紙巻取りロール１４で巻き取ること
により、支持体シート２の一方の面上に接着剤層３を介
して、剛性が高い第１の強化繊維４、靭性が高い第２の
強化繊維６とを一方向に配列して接着してなる一方向配
列ハイブリッド強化繊維シート１が得られる。

強化繊維シート１は、必要に応じてフィルム供給ロール
１５から供給したカバーフィルム１６を強化ｍ維４及び
６上に被されたのち、シート巻取りロール１７に巻き取
られる。

本発明では、上述したように、強化繊維シート１を用い
、橋梁や高架道路などの補強現場で強化繊維４．６に室
温硬化型のマトリクス樹脂を含浸させて補強に供される
が、室温硬化型のマトリクス樹脂には、硬化剤の配合を
調節して室温で硬化するようにしたエポキシ樹脂等が使
用される。これによれば、補強箇所に繊維強化シート１
を貼り付けたまま放置することにより、マトリクス樹脂
を硬化して繊維強化プラスチックと為すことができるが
、しかしながら、本発明は、加熱硬化によってマトリク
ス樹脂の硬化の促進を図ることを妨げられるものではな
い。

本発明によれば、構築物の補強は次のように行われる。

即ち、本発明の一実施例では、橋梁や高架道路の橋脚な
ど構築物の補強現場で、ローラ、刷毛、吹付は等の適宜
な塗布手段により一方向配列ハイブリッド強化繊維シー
ト１上の強化繊維４．６に室温硬化型のマトリクス樹脂
を塗布して含浸させ、第７図に示すように、強化繊維４
及び６の側を構築物の補強箇所１８側として繊維強化シ
ート１を補強箇所１８の周囲に貼り付け、所望の数だけ
積層する。次いでハンドローラ等でマトリクス樹脂の含
浸操作を行った後、その上に押さえテープを巻回するな
どしてカバーを行い、その後そのまま放置してマトリク
ス樹脂を硬化させ、シート１を繊維強化プラスチックと
為せばよい。これによりハイブリッド化した繊維強化プ
ラスチックによる構築物の補強が行われる。

本発明の他の実施例では、第８図に示すように、補強箇
所１８の周囲に室温硬化型のマトリクス樹脂１９を例え
ば１００μｍ程度の厚みに塗布し、次いで強化繊維４又
は６の側を補強箇所１８側として一方向配列強化繊維シ
ート１を所望の数だけ積層し、そして押し付けることに
よりシート１を貼り付けると同時に強化繊維４及び６に
マトリクス樹脂１９を含浸させる。この場合、支持体シ
ート２が樹脂浸透性でないときには、先に積層したシー
ト１上に次ぎのシート１を積層する度に、先のシート１
に更にマトリクス樹脂を塗布してもよい。その後は、上
記と同様に、積層したシート１上に押さえテープを巻回
するなどしてカバーを行い、その後そのまま放置してマ
トリクス樹脂を硬化させ、シートｌを繊維強化プラスチ
ックと為せばよい。これにより同様にハイブリッド化し
た繊維強化プラスチックによる構築物の補強が行われる
。

本発明の更に他の実施例では、一方向配列ハイブリッド
強化繊維シート１として支持体シート２が樹脂浸透性の
ものを使用する。第９図に示すように、先ず、補強箇所
１８の周囲表面上にブライマー２０としてマトリクス樹
脂と同系の樹脂を塗布し、その上からシート１を貼り付
けて所望の数だけ積層し、その後最外層のシート１上か
らローラ等により室温硬化型マトリクス樹脂１９を塗布
してシート２を通って浸透させ、マトリクス樹脂１９を
強化繊維４及び６に含浸させるようにする。その後は、
上記と同様に、積層したシート１上に押さえテープを巻
回するなどしてカバーを行い、その後そのまま放置して
マトリクス樹脂１９を硬化させ、シート１を繊維強化プ
ラスチックと為せばよい。これにより同様にハイブリッ
ド化した繊維強化プラスチックによる構築物の補強が行
われる。

本発明は以上のように構成される。これによれば、繊維
強化プラスチックにより橋梁や高架道路などを初めとす
る構築物の補強をするに際し、支持体シートの一方の面
上に第１、第２の強化繊維を一方向に配列して設けた一
方向配列ハイブリッド強化繊維シート１を用い、補強現
場で強化繊維４及び６に室温硬化型のマトリクス樹脂を
含浸させて使用するようにしているので、マトリクス樹
脂を含浸させたシート１を補強箇所の周囲に貼り付けて
そのまま放置することにより、マトリクス樹脂を硬化さ
せてシート１を繊維強化プラスチックと為すことができ
、補強現場でのマトリクス樹脂の加熱硬化という面倒な
作業を行なうことなく、施行性良く繊維強化プラスチッ
クによる補強を行なうことができる。

然も、ハイブリッド強化繊維シートは、第１の強化繊維
４を、弾性率が５トン／　ｍ　ｍ　”以上と剛性が高い
強化繊維とし、第２の強化繊維６を、破断伸びが１．２
％以上で且つ第１の強化繊維４の破断伸びよりも２０％
以上大と靭性が高い強化繊維として、繊維強化プラスチ
ックをハイブリッド化するようにしているので、剛性が
高い第１の強化繊維４により構築物の破壊強度を高めて
、容易に亀裂が生じないようにできる一方、靭性の高い
第２の強化繊維６により構築物の破壊靭性を高めて、構
築物に亀裂が生じても直ちに破壊するのを防いで破壊に
至るまでの時間を延ばすことができる。又、強化繊維４
．６は一方向に配列されているので、これをクロスにし
たときのような繊維強化プラスチックの強度低下もない
。

更に強化繊維シートｌを補強箇所の周囲に貼り付けた後
にマトリクス樹脂を硬化させるので、湾曲した補強箇所
でも補強の実施をすることができる。

及ｌ」と１呈 以上説明したように、本発明では、支持体シートの一方
の面上に剛性が高い第１の強化繊維、靭性が高い第２の
強化繊維を一方向に配列して設けた一方向配列ハイブリ
ッド強化繊維シートを用い、補強現場で強化繊維に室温
硬化型のマトリクス樹脂を含浸させて補強に供している
ので、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させた強化繊維
シートを補強箇所の周囲に貼り付けてそのまま放置する
ことにより、補強現場でのマトリクス樹脂の加熱硬化と
いう面倒な作業を行うことなく、マトリクス樹脂を硬化
させて繊維強化プラスチックと為して、施行性よく補強
を行わせることができる。然も構築物の破壊強度を高め
て、容易に亀裂が生じないようにでき、又、構築物の破
壊靭性を高めて、構築物に亀裂が生じても直ちに破壊す
るのを防ぐことができる。

更に強化繊維を一方向に配列しているので、得られる繊
維強化プラスチックによる補強強度を向上することがで
きる。又、補強箇所が湾曲していても補強の実施を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一方向配列ハイブリッド強化繊維シ
ートの一実施例を示す断面図である。 第２図は、剛性が高い強化繊維と靭性が高い強化繊維と
を設けたハイブリッド強化繊維シートから得られるハイ
ブリッド化した繊維強化プラスチックの面に垂直荷重を
負荷したときの、繊維強化プラスチックの応カー伸歪み
曲線を模式的に示すグラフである。 第３図は、上記よりも剛性が更に高いが靭性が低い１種
類の強化繊維を設けた強化繊維シートから得られる繊維
強化プラスチックの場合の、第２図と同様なグラフであ
る。 第４図（ａ）は、第１（ａ）図の強化繊維シートでの強
化繊維の繊維束の並べ方の一態様を示す断面図である。 第４図（ｂ）は、第４図（ａ）の繊維束から得られる強
化繊維の配列を示す断面図である。 第５図（ａ）は、第１図（ａ）の強化繊維シートでの強
化繊維の繊維束の並べ方の他の態様を示す断面図である
。 第５図（ｂ）は、第５図（ａ）の繊維束から得られる強
化繊維の配列を示す断面図である。 第６図は、本発明の製造方法の一実施例を示す説明図で
ある。 第７図は、本発明の補強方法の一実施例を示す断面図で
ある。 第８図は、本発明の補強方法の他の実施例を示す断面図
である。 第９図は、本発明の補強方法の更に他の実施例を示す断
面図である。 １：強化繊維シート ２：支持体シート ３：接着剤層 ４．６：強化繊維 ４Ａ、６Ａ：繊維束 １８：補強箇所 １９：マトリクス樹脂 ２０ニブライマー 第１図 第４図 （０） 第５図 （ａ） 第２図 第３図 第６図 伸歪みε 伸歪みε 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）支持体シートと、前記シートの一方の面上に接着剤
   層を介して一方向に配列して接着した、剛性が高い第１
   の強化繊維と靭性が高い第２の強化繊維とからなること
   を特徴とする一方向配列ハイブリッド強化繊維シート。 ２）前記第１の強化繊維の弾性率が５トン／ｍｍ＾３以
   上であり、前記第２の強化繊維の破断伸びが１．２％以
   上で且つ前記第１の強化繊維の破断伸びよりも２０％以
   上大である請求項１記載の一方向配列ハイブリッド強化
   繊維シート。 ３）支持体シートの一方の面上に接着剤層を設けて、前
   記シートの一方の面上に剛性が高い第１の強化繊維と靭
   性が高い第２の強化繊維とを一方向に配列して接着した
   ことを特徴とする一方向配列ハイブリッド強化繊維シー
   トの製造方法。 ４）前記第１、第２の強化繊維は、これら強化繊維の繊
   維束を前記シートの一方の面上の接着剤層上に間隔を開
   けて又は開けずに一方向に並べて、これら強化繊維の繊
   維束を上方から押し潰してバラすことにより、前記シー
   トの一方の面上に接着される請求項３記載の一方向配列
   ハイブリッド強化繊維シートの製造方法。 ５）支持体シートの一方の面上に接着剤層を設けて、前
   記シートの一方の面上に剛性が高い第１の強化繊維と靭
   性が高い第２の強化繊維とを一方向に配列して接着して
   なる一方向配列ハイブリッド強化繊維シートを、前記第
   １、第２の強化繊維に室温硬化型のマトリクス樹脂を含
   浸させた後、構築物の補強箇所の表面に貼りつけ、然る
   のち前記マトリクス樹脂を硬化させることを特徴とする
   構築物の補強方法。 ６）支持体シートの一方の面上に接着剤層を設けて、前
   記シートの一方の面上に剛性が高い第１の強化繊維と靭
   性が高い第２の強化繊維とを一方向に配列して接着して
   なる一方向配列ハイブリッド強化繊維シートを、構築物
   の補強箇所の表面に室温硬化型のマトリクス樹脂を塗布
   した後に貼り付けて、前記第１、第２の強化繊維に前記
   マトリクス樹脂を含浸させ、然るのち前記マトリクス樹
   脂を硬化させることを特徴とする構築物の補強方法。 ７）樹脂浸透性の支持体シートの一方の面上に接着剤層
   を設けて、前記シートの一方の面上に剛性が高い第１の
   強化繊維靭性が高い第２の強化繊維トを一方向に配列し
   て接着してなる一方向配列ハイブリッド強化繊維シート
   を、構築物の補強箇所の表面に貼り付け、その後に前記
   強化繊維シートに室温硬化型のマトリクス樹脂を浸透さ
   せて前記第１、第２の強化繊維に含浸させ、然るのち前
   記マトリクス樹脂を硬化させることを特徴とする構築物
   の補強方法。