JPH0354141A - 炭素繊維製補強材及びその製造方法並びにこれを用いた水硬性複合材料 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軽量且つ高強度なセメント硬化体、或いはそ
の他の水硬性材料の補強に用いられる炭素繊維を用いた
網状を為す水硬性複合材料用補強材及びその製造方法並
びにこれを用いた水硬性複合材料に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、セメント製品の繊維補強材としては、石綿，スチ
ール繊維，ガラス繊維等が用いられている。

然し、石綿は、健康上の問題からその利用が制限される
可能性がある。又、スチール繊維やガラス繊維も、耐久
性上の観点から問題がある。

そこで、近年、強度等の物性，耐久性の点に置いても優
れた種々の繊維がセメント硬化体の補強に用いられよう
としている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これ等の繊維には、炭素繊維，ケブラー繊維，ビニロン
等が挙げられるが、その実用化については夫々問題が残
されている。

共通している問題は、効果のある繊維補強を達成し、且
つそのセメント複合体の製造を如何に効率的に実施でき
るかという所にある。例えば、セメント硬化体の補強効
果という点では、短繊維よりも長繊維の方が力学的に有
利であるが、長繊維になると、セメント複合体の製造方
法が難しくなる。このため、長繊維で補強したセメント
硬化体を製作する時には、長繊維から或る織物や網状物
を用いることが一般的に考えられている。

一方、炭素繊維は、一木の平均径が約１０μｍと細いの
で、多数の繊維を合成樹脂で集束したものが用いられて
いる。

然し、一本の炭素繊維の伸び限界は小さいので、織物に
する段階で摩擦や局部的な応力の作用によって、部分的
に繊維が切れるという現象がよく見られる。このため、
網状物或いは織物にする段階で種々の配慮が必要となり
、製造工程の増加，コストアンプ等の問題がある。

而も、炭素繊維を格子状織物として補強材とする場合に
は、繊維の製造後、織物にする工程と、更に合成樹脂を
含浸させる工程といった処理が必要となり、異なった業
種間に跨がった処理が強いられる。そのため、元々コス
トの高い素材に加えて、加工処理のコストが加算される
こととなり、実用化への問題となっている。

本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為された
もので、その目的は、炭素繊維を簡便な手段によって網
状物することができると共に、水硬性材料に対する補強
効果を十分に発揮することができる炭素繊維製補強材及
びその製造方法並びにこれを用いた水硬性複合材料を提
供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１記載の炭素繊維製補強材は、一方向に配向した
炭素繊維に合成樹脂を含浸させた網状吻から成り、この
網状物は、上記炭素繊維の配向方向と平行して入れられ
たスリットを開いて硬化されているものである。

請求項２記載の炭素繊維製補強材の製造方法は、炭素繊
維を一方向に配向すると共に合成樹脂を含浸してシート
材を形或し、このシート材に、上記炭素繊維の配向方向
と平行してスリットを入れ、次いで、上記シート材を該
炭素繊維の配向方向と直交する方向に開いて網状とした
後、該シート材を硬化させるものである。

請求項３記載の水硬性複合材料は、一方向に配向した炭
素繊維に合成樹脂を含浸して硬化された網状の炭素繊維
製補強材と、水硬性材料とで構威されたものである。

〔作　用〕

請求項１記載の炭素繊維製補強材及び請求項２記載の炭
素繊維製補強材の製造方法に於ては、未硬化の段階で一
方向に配向した炭素繊維に合成樹脂を含浸させたシート
状物にスリットを入れて、スリットを開くから、二次元
又は三次元の綿状物とすることができる。

又、請求項３記載の水硬性複合材料に於では、炭素繊維
製補強材が二次元又は三次元の網状物であるから、水硬
性材料が網状物の表面に付着すると共に、網目内に充満
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る炭素繊維製補強材ｌＯ
を示す。

この炭素繊維製補強材１０は、一方向に配向した炭素繊
維１ｌに合戒樹脂１２を含浸させた未硬化のシ一ト１３
に、第４図の如く、炭素繊維Ｉ１の配向方向と平行して
所望のパターンでスリット１４を設け、このスリット１
４を開いて網状とした後に、所望の手段によって硬化さ
れた第１図及び第２図に示す如き網状物１５によって構
威されている。

この網状物１５は、平面的に網目１６が開かれた網形状
又は第３図に示す如く三次元的に網目１６が開かれた網
形状を為している。

次に、炭素繊維製補強材１０の製造方法を第５図に基づ
いて詳述する。

先ず、ボリニトロアクリルを焼威して製造された炭素繊
維の連続繊維１１を、最初に幾つかのローラ２０を通過
させ乍ら、或る幅に同一方向に配向した繊維束２１とす
る。

次に、この繊維束２１を液状の結束合戒樹脂の入った容
器２２内を通過させる。これによって、第６図に示す如
く、繊維束２１の中に合成樹脂ｌ２を浸透させ、所謂、
シート状の中間物（ブリプレーグシ一ト）であるシ一ト
ｌ３を作る。

次いで、浸透した合戊樹脂１２の粘度をコントロールす
るためにシ一トｌ３の温度を制御し乍ら、そのシ一ト１
３をビン或いは薄い刃等の切込み具２４がスリット・パ
ターン状に配置されたローラ２３間を通過させることに
よって、第４図に示す如く、シ一ト１３にスリット１４
を入れる。

その後、シ一ト１３に矢印で示す如き横方向の荷重を作
用させ乍ら、幾つかのローラ２５を通過させることによ
って、網状にする。

最後に、炭素繊維を結合している合成樹脂１２を硬化さ
せることによって、第１図に示す如き最終製品とする。

此処で、炭素繊維（モノフィラメント）を結合する合成
樹脂１２としては、多くの種類のものを用いることがで
きるが、代表的なものとしては熱硬化性樹脂であるエボ
キシ樹脂が挙げられる。エボキシ樹脂を用いる場合には
、シート状の中間物２６を網状に処理した後、加熱処理
（通常、８０〜１２０゜Ｃ）することにより、硬化した
網状を為す炭素繊維製補強材１０を作戒することができ
る。この他、ポリエステル樹脂の如き熱可塑性樹脂も用
いることができる。この場合には、硬化処理は硬化剤及
び触媒の添加により行なわれる。

又、網状物１５の網目構造は、スリット１４の間隔や長
さ，パターン，そして横方向に開かれる時の倍率によっ
て決まるので、そのパターンはこれが用いられる水硬性
複合材料の目的に応じて選ばれる。

更に、硬化する処理に於では、単層のシートとして用い
る場合には、そのまま熱処理等の硬化処理を施すことに
より、合成樹脂ｌ２を硬化させ綿状物を安定した形状の
構造にできる。

以上の如く、本実施例によれば、炭素繊維製補強材１０
は、未硬化の段階で、シ一ト１３に炭素繊維１１の配向
方向と平行してスリット１４を設け、このスリット１４
を利用して各スリット１４を開くものであるから、所望
の網形状にすることができる。而も、このスリット１４
を開いて網状にする時には、炭素繊維１１が波状にうね
った形で配向し、互いに横方向に連結した網状物となる
ので、炭素繊維１■が切れる虞が無い。更に、その後に
硬化させるので、通常の炭素繊維と合成樹脂との複合材
料と同様の機能を発揮することができる。

又、本実施例は、工業的にはこれ等の製造工程は一貫し
たシステムで達成可能であり、補強材の製造方法として
はより合理的な手法である。

第７図及び第８図は炭素繊維製補強材１０を用いた水硬
性複合材料４０の一例を示す。

炭素繊維性補強材１０が二次元的な網状物によって形或
されている場合（第７図）、及び炭素繊維性補強材１０
が三次元的な網状吻によって形成されている場合（第８
図）であっても、炭素繊維製補強材１０の表面１７には
水硬性材料４１が密着し、又、その網目ｌ６には水硬性
材料４１が充満し、表面１７に密着する水硬性材料４ｌ
と連続している。

以上の如く、炭素繊維製補強材１０は、網状吻であるか
ら、セメント等の水硬性材料４■が繊維の間に浸透し易
く、且つ付着特性を強化できるような繊維配列間隔とす
ることによって、良好な機械的付着をもたらすことが可
能となり、補強された水硬性複合材料４０は、力学的に
優れた性能を発揮することができる。

次に、第ｌ表に示す配合のモルタルを用い、第ｌ図に示
す炭素繊維製補強材１０と、格子状織物状の炭素繊維に
よって補強されたセメント板の純引張試験を行なった。

第ｌ表 補強繊維の体積率は何れの試験体も５．２％程度であっ
た。最大荷重と平均ひびわれ幅を第２表に示した。

第２表 第２表に示される如く、 基本的にセメント板中 の補強方向の炭素繊維量が同じ体積率であれば、その強
度には大きな差は無い。

然し、本実施例では、炭素繊維補強セメント板中の繊維
とセメント間の付着力を高くすることができるので、よ
り細かいひびわれが分散して入る。

このような特性は、その複合体を利用する観点からはよ
り好ましいものと考えられる。

この時の両試験体の引張載荷重時の応力一ひずみ関係は
、第９図に示されている。第９図に於では、Ａが本実施
例、Ｂが比較例を現す。第９図から明らかな如く、何れ
の試験体Ａ，Ｂもマトリックスにひびわれが入るｌＱＭ
Ｐａまでは全く同一の線となっているが、マトリックス
にひびわれが入る段階で曲線の形状が僅かに異なってい
る。これは炭素繊維の配向の仕方が網状になることによ
って炭素繊維とセメント・マトリックスの間の付着が改
善されたためと思われる。その後、応力１５ＭＰａ以上
となり破壊に至るまでの範囲では、複合体中の炭素繊維
が荷重に抵抗するので、応力はひずみに対して直線的に
増加しており、破壊に至っている。

これらの結果から判断すると、本実施例によれば、力学
的に優れた複合材を製造することが可能である。

本発明に係る水硬性複合材料としては、例えば建築用の
内外装材，二次的な構造部材，或いは永久型枠等の如き
、軽量且つ高強度を要求されるコンクリート製品等に用
いることができる。

〔発明の効果〕

以上の如く、請求項１記載の炭素繊維製補強材は、一方
向に配向した炭素繊維に合成樹脂を含浸させた網状物か
ら成り、この網状物は、上記炭素繊維の配向方向と平行
して入れられたスリットを開いて硬化されているもので
あるから、所望の網形状にすることができる。而も、ス
リットを開いて網状にする時には、炭素繊維が波状にう
ねった形で配向し、互いに横方向に連結した網状物とな
るので、炭素繊維が切れる虞が無い。更に、その後に硬
化させるので、通常の炭素繊維と合成樹脂との複合材料
と同様の機能を発揮することができる。

又、請求項２記載の炭素繊維製補強材の製造方法は、炭
素繊維を一方向に配向すると共に合成樹脂を含浸してシ
ート材を形成し、このシート材に、上記炭素繊維の配向
方向と平行してスリットを入れ、次いで、上記シート材
を該炭素繊維の配向方向と直交する方向に開いて網状と
した後、該シート材を硬化させるものであるから、一貫
したシステムで最終補強材まで製造することができる。

従って、従来の格子状補強材に比して大幅なコスト低減
を図ることができる。

更に、請求項３記載の水硬性複合材料は、一方向に配向
した炭素繊維に合成樹脂を含浸して硬化された網状の炭
素繊維製補強材と、水硬性材料とで構成されたものであ
るから、水硬性材料が網状の炭素繊維製補強材の表面に
付着すると共に、網目内に充満し、両者間の良好な機械
的付着をもたらすことができる。そのため、補強された
水硬性複合材料は、力学的に優れた性能を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る炭素繊維製補強材を拡大
して示す平面図である。 第２図は第１図に於ける■部を拡大して示す斜視図であ
る。 第３図は第１図に於ける■−■線に沿って示す側面図で
ある。 第４図は未硬化の段階でスリットを設けたシートの平面
図である。 第５図は本発明の実施例に係る炭素繊維製補強材の製造
方法の工程を示す説明図である。 第６図は繊維束に合成樹脂を含浸させた未硬化のシート
を示す断面図である。 第７図は本発明の実施例に係る水硬性複合材料の一例を
示す断面図である。 第８図は本発明の実施例に係る水硬性複合材料の別の例
を示す断面図である。 第９図は本発明に係る水硬性複合材料と従来例とに於け
る引張載荷重時の応力−ひすみ関係を示すグラフである
。 〔主要な部分の符号の説明〕 ＩＯ・・・炭素繊維性補強材 １ｌ・・・炭素繊維 １２・・・合成樹脂 １３・　・・シート １４・・・スリット １５・・・網状物 １６・・・網目 １７・・・表面 ４０・・・水硬性複合材料 ４１・・・水硬性材料。 第 ｌ 図 第 ６ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ７ 図 １７ １６ 第 ８ 図 第 ９ 図 ＳＴＲＡＩＮ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方向に配向した炭素繊維に合成樹脂を含浸させ
   た網状物から成り、この網状物は、上記炭素繊維の配向
   方向と平行して入れられたスリットを開いて硬化されて
   いることを特徴とする炭素繊維製補強材。
2. （２）炭素繊維を一方向に配向すると共に犯合成樹脂を
   含浸してシート材を形成し、このシート材に、上記炭素
   繊維の配向方向と平行してスリットを入れ、次いで、上
   記シート材を該炭素繊維の配向方向と直交する方向に開
   いて網状とした後、該シート材を硬化させることを特徴
   とする炭素繊維製補強材の製造方法。
3. （３）一方向に配向した炭素繊維に合成樹脂を含浸して
   硬化された網状の炭素繊維製補強材と、水硬性材料とで
   構成されたことを特徴とする水硬性複合材料。