JP5698517B2 - Method for producing flat fiber reinforced plastic wire - Google Patents
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Description
本発明は、扁平形状の繊維強化プラスチック線材の製造方法に関するものである。特に、扁平形状の繊維強化プラスチック線材及び斯かる扁平形状の繊維強化プラスチック線材をシート状に配列した繊維強化シートは、例えば、土木建築構造物であるコンクリート構造物、鋼構造物、繊維強化プラスチック構造物(本願明細書では、コンクリート構造物、鋼構造物、繊維強化プラスチック構造物などを含めて単に「構造物」という。)に接着して或いは埋入して補強するのに使用することができる。
The present invention relates to a method for producing a fiber reinforced plastic wire of a flat shape. In particular, a flat fiber reinforced plastic wire and a fiber reinforced sheet in which such flat fiber reinforced plastic wires are arranged in a sheet form are, for example, a concrete structure, a steel structure, a fiber reinforced plastic structure which is a civil engineering building structure. It can be used to reinforce by adhering or embedding it in a structure (in this specification, including a concrete structure, a steel structure, a fiber reinforced plastic structure, etc.). .
構造物の補強方法として、近年、既存或いは新設の構造物の表面に連続繊維強化シートを貼り付けたり、巻きつけたりする接着工法が開発されている。 As a method for reinforcing a structure, in recent years, a bonding method has been developed in which a continuous fiber reinforced sheet is attached to or wound around the surface of an existing or new structure.
しかしながら、上記接着工法は、単純な接着のみであり、FRP(繊維強化プラスチック)補強材の剥離による構造物の早期破壊により、終局耐力の補強硬化には限界がある一方、例えばコンクリート構造物のひび割れ抑制効果にも限界がある。その上、FRP補強材の高い性能が有効に活用されていない場合が多い。又、既存構造物のひび割れ損傷などの回復や死荷重に対する補強はできない。 However, the above-mentioned bonding method is only simple bonding, and there is a limit to the ultimate strength reinforcement hardening due to the early destruction of the structure due to the peeling of the FRP (fiber reinforced plastic) reinforcing material. There is a limit to the suppression effect. In addition, the high performance of the FRP reinforcement is often not utilized effectively. In addition, it is impossible to recover from crack damage of existing structures or to reinforce dead loads.
このような問題を改善するべく、シート状補強材に荷重を付与して緊張し、緊張状態にてシート状補強材を構造物表面に接着する緊張接着工法が用いられつつある。この緊張接着工法にて使用されるシート状補強材は、現在、樹脂を含浸していない繊維を一方向に引き揃えたシート、所謂、強化繊維シート、或いは、幅50mm以上の繊維強化プラスチックの平板を用いている。 In order to improve such problems, a tension bonding method is being used in which a load is applied to a sheet-shaped reinforcing material and the sheet-shaped reinforcing material is tensioned, and the sheet-shaped reinforcing material is bonded to the structure surface in a tensioned state. The sheet-like reinforcing material used in this tension bonding method is currently a sheet in which fibers not impregnated with resin are aligned in one direction, a so-called reinforcing fiber sheet, or a flat plate of fiber reinforced plastic having a width of 50 mm or more. Is used.
しかしながら、樹脂を含浸していない繊維を用いた強化繊維シートでは、製造上の問題或いは取り扱い時の問題から、強化繊維が必ずしも一方向に一様に引き揃えられていない。そのため、緊張力を導入するべく、強化繊維シートに荷重を付与して緊張する際に部分的な糸切れが発生し、充分な緊張力を導入し得ないことがある。つまり、強化繊維シートが緊張に必要な充分な力を発揮できないことがある。通常、緊張力は、最終破断荷重の50%〜30%減程度となっている。 However, in the reinforcing fiber sheet using the fibers not impregnated with the resin, the reinforcing fibers are not always uniformly arranged in one direction due to a manufacturing problem or a handling problem. For this reason, in order to introduce tension, partial thread breakage may occur when a tension is applied to the reinforcing fiber sheet to cause tension, and sufficient tension may not be introduced. That is, the reinforcing fiber sheet may not exhibit sufficient force necessary for tension. Usually, the tension is reduced by about 50% to 30% of the final breaking load.
又、繊維強化プラスチック平板を用いる場合は、板幅が広いため接着する際に、接着面にボイドが混入して、充分な接着力を得ることが難しいといった問題がある。ボイドの発生を避けるために繊維強化プラスチック平板に孔を開けることが考えられるが、この場合には、繊維強化プラスチック平板の強化繊維を切断することとなり、好ましくない。 Further, when a fiber reinforced plastic flat plate is used, since the plate width is wide, there is a problem that when adhering, voids are mixed into the bonding surface and it is difficult to obtain a sufficient bonding force. In order to avoid the generation of voids, it is conceivable to make a hole in the fiber-reinforced plastic flat plate, but in this case, the reinforcing fiber of the fiber-reinforced plastic flat plate is cut, which is not preferable.
そこで、本発明者らは、特許文献1に記載するように、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸され、硬化された連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、その後線材を互いに固定用繊維材にて固定した繊維強化プラスチック線材シート、即ち、繊維強化シートを提案した。 Therefore, as described in Patent Document 1, the present inventors have arranged a plurality of continuous fiber reinforced plastic wires that are impregnated with a matrix resin in a reinforced fiber and cured, and are arranged in a slender shape in the longitudinal direction. A fiber reinforced plastic wire sheet, that is, a fiber reinforced sheet, which are fixed to each other with a fixing fiber material, has been proposed.
このような繊維強化シートは、緊張に際しての糸切れの問題を解決し、又、施工に際してのボイドの発生も回避して被補強面に対して充分な接着力を得ることができ、特に、緊張接着工法に基づくコンクリート構造物の補強などを極めて作業性良く実施することができる。 Such a fiber reinforced sheet can solve the problem of thread breakage during tension, and can also avoid generation of voids during construction to obtain a sufficient adhesion force to the reinforced surface. Reinforcement of concrete structures based on the bonding method can be performed with extremely good workability.
一方、従来、上記繊維強化シートに使用される丸形状の連続した繊維強化プラスチック線材は、プルトルージョン法という引き抜き成形法にて製造されるのが通常であった。 On the other hand, conventionally, a round continuous fiber-reinforced plastic wire used for the fiber-reinforced sheet is usually manufactured by a pultrusion method called a pultrusion method.
次に、図9を参照して、従来のプルトルージョン法に従った繊維強化プラスチック線材の製造方法について簡単に説明する。図9にて、左側から右側に強化繊維が移動し、その間に樹脂含浸、丸形状成形、1次加熱硬化、2次加熱硬化、巻き取りを行う工程を示している。 Next, with reference to FIG. 9, the manufacturing method of the fiber reinforced plastic wire material according to the conventional pultrusion method is demonstrated easily. FIG. 9 shows a process in which reinforcing fibers move from the left side to the right side, during which resin impregnation, round shape molding, primary heat curing, secondary heat curing, and winding are performed.
図9に示すプルトルージョン法を実施する製造装置200によれば、巻き出し装置51の巻き出しボビン11(11a、11b)に巻かれた樹脂未含浸の、複数の強化繊維から成る強化繊維束f1は、回転軸12(12a、12b)を回転させることにより巻き出され、樹脂含浸工程へと送給される。
According to the
つまり、ボビン11から巻き出された強化繊維束f1は、ガイド14のガイド穴15(15a、15b)により案内されて、次の工程である樹脂含浸工程へと送給される。
That is, the reinforcing fiber bundle f1 unwound from the
樹脂含浸工程へと送給された強化繊維束f1は、入口ガイドローラ16により含浸ローラ18へと導入され、樹脂が含浸される。入口ガイドローラ16は、複数本の強化繊維から成る強化繊維束f1を樹脂含浸前に、強化繊維束f1を構成する複数の繊維を揃える役目である。
The reinforcing fiber bundle f1 fed to the resin impregnation step is introduced into the impregnation roller 18 by the
含浸ローラ18は、強化繊維束f1を強制的に樹脂Rに浸ける役目で、樹脂含浸槽17に溜められた樹脂Rの中に、少なくとも下半分以上は浸かった状態で使用される。
The impregnation roller 18 serves to forcibly immerse the reinforcing fiber bundle f1 in the resin R, and is used in a state where at least the lower half is immersed in the resin R stored in the
樹脂含浸槽17の出口部に設けた出口ガイドローラ19は、樹脂含浸強化繊維束f2を次工程の1次加熱硬化工程に送る前に揃える役目を持っている。
The
樹脂含浸された強化繊維束f2は、加熱金型27Aに送給され、その後、加熱硬化炉27Bへと送給される。
The resin-impregnated reinforcing fiber bundle f2 is fed to the
つまり、加熱金型27Aは、金型を用いた丸形状の成形と樹脂の1次硬化の役目を持っている。金型27Aには、所定の径をもった丸形状の溝27Aa、27Abが強化繊維束f2の移動方向に彫られており、この丸溝27Aa、27Abの中を樹脂含浸した強化繊維束f2が通過する際に、金型内部に組み込まれた熱線により加熱され、樹脂の1次硬化がなされ、半硬化された丸形状の繊維強化プラスチック線材2a、2bが得られる。
That is, the
繊維強化プラスチック線材内の樹脂含有量は、金型27Aの入口で余分の樹脂を絞ることでコントロールされるため、金型の穴溝27Aa、27Abに入れる強化繊維束f2の量を変えないと樹脂含有量を変えられないという欠点を持っている。
Since the resin content in the fiber reinforced plastic wire is controlled by squeezing excess resin at the entrance of the
又、金型27A内を樹脂含浸した強化繊維束f2が移動するため、樹脂と金型との間でくっ付くことは絶対に許されない。このため、樹脂には金型との間がくっ付かないように、大量の離型剤が含まれている。
Further, since the reinforcing fiber bundle f2 impregnated with resin moves in the
2次加熱炉27Bは、2次加熱硬化を行う工程である。ここでは、金型27Aにて半硬化された丸形状の繊維強化プラスチック線材2a、2bでの1次硬化の不足分を補うもので、ここで含浸樹脂の完全硬化がなされる。
The
2次加熱炉27Bにて完全に硬化された線材2は、案内ガイド20のガイド穴21(21a、21b)を通って、巻き取り装置52のボビン30(30a、30b)へと送給され、回転軸31(31a、31b)の回りに回転するボビン30にて巻き取られる。
The
上述のように、従来の引き抜き成形法では、丸形状の線材を成形するのに丸形状の開孔を持った加熱金型を用いるため、金型を通過させる際に抵抗が発生することから成形スピードが上げられないという問題がある。また、金型の大きさの制約等から、金型に設ける孔数に限界が発生し、一度に製造できる線材の本数が、多くても20本〜30本までという問題があった。線材の大きさ、幅など形状が変わると、金型交換が必要であった。そのため、コストアップとなる。 As described above, the conventional pultrusion molding method uses a heated die having a round opening to form a round wire, and thus resistance is generated when passing through the die. There is a problem that the speed cannot be increased. In addition, due to restrictions on the size of the mold, the number of holes provided in the mold is limited, and there is a problem that the number of wires that can be manufactured at one time is at most 20-30. When the shape such as the size and width of the wire changed, it was necessary to change the mold. Therefore, the cost is increased.
更に、マトリックス樹脂と金型とのくっ付き防止のため、離型剤が使用され、その離型剤が線材表面に出ることから、この線材をシート状補強材(繊維強化シート)として構造物補強に使用した場合には、構造物へ接着する際、接着剤と線材表面との接着がうまくいかないという問題があった。そのため、繊維強化シートを使用する場合には、線材硬化後、サンドペーパ−等で表面の目粗しをしなくてはいけないという問題もあった。 Furthermore, a release agent is used to prevent the matrix resin and the mold from sticking together, and the release agent comes out on the surface of the wire. This wire is used as a sheet reinforcement (fiber reinforced sheet) to reinforce the structure. In the case of use in the above, there has been a problem that the adhesion between the adhesive and the surface of the wire does not work well when adhering to the structure. Therefore, when a fiber reinforced sheet is used, there is a problem that the surface must be roughened with sandpaper after the wire is cured.
この問題のため、製造コストのアップや、表面の目粗し時の線材への疵付けによる品質低下をもたらしていた。 Because of this problem, the production cost has been increased, and the quality has been lowered due to brazing of the wire when the surface is rough.
そこで、本発明者らは、特許文献2に開示されるように、丸形状繊維強化プラスチック線材の製造方法を提案した。
Then, the present inventors proposed the manufacturing method of a round shape fiber reinforced plastic wire, as disclosed by
つまり、第一の製造方法は、
(a)一方向に配列された複数本の強化繊維から成る強化繊維束に撚りを入れながら連続的に送給する工程、
(b)連続的に送給される強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸させる工程、
(c)樹脂含浸された強化繊維束を、所定の強さにて緊張させながら加熱して、強化繊維束の横断面を円形状として樹脂を硬化させる工程、
を備えた製造方法である。
In other words, the first manufacturing method is
(A) a step of continuously feeding a reinforcing fiber bundle composed of a plurality of reinforcing fibers arranged in one direction while twisting;
(B) a step of impregnating a matrix resin into a reinforcing fiber bundle that is continuously fed;
(C) a step of heating the resin-impregnated reinforcing fiber bundle while tensioning it at a predetermined strength to cure the resin in a circular cross section of the reinforcing fiber bundle;
It is a manufacturing method provided with.
又、第二の製造方法は、
(a)一方向に配列された複数本の強化繊維から成る強化繊維束を連続的に送給する工程、
(b)連続的に送給される強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸させる工程、
(c)樹脂含浸された強化繊維束に撚りを入れる工程、
(d)樹脂含浸され且つ撚りが入った強化繊維束を、所定の強さにて緊張させながら加熱して、強化繊維束の横断面を円形状として樹脂を硬化させる工程、
を備えた製造方法である。
The second manufacturing method is
(A) a step of continuously feeding a reinforcing fiber bundle composed of a plurality of reinforcing fibers arranged in one direction;
(B) a step of impregnating a matrix resin into a reinforcing fiber bundle that is continuously fed;
(C) a step of twisting the reinforcing fiber bundle impregnated with resin,
(D) a step of heating the reinforcing fiber bundle impregnated with the resin and twisted with tension at a predetermined strength to cure the resin so that the cross section of the reinforcing fiber bundle has a circular shape;
It is a manufacturing method provided with.
特許文献2に記載される製造方法は、
(1)強化繊維に撚りを入れ、マトリックス樹脂の樹脂含浸量をコントロールし、樹脂含浸強化繊維を加熱硬化させる際、強化繊維にテンション力を付与することにより、金型を用いなくても、丸形状の繊維強化プラスチック線材を製造することができる。
(2)金型を使用することがないため、一度に30本以上の線材製造も可能となり、且つ、マトリックス樹脂に離型剤を入れる必要もないことから、丸形状繊維強化プラスチック線材の表面目粗し作業も不要となり、大幅なコスト削減と品質改善を達成することができる。
といった利点を有している。
The manufacturing method described in
(1) Twist the reinforcing fiber, control the resin impregnation amount of the matrix resin, and heat cure the resin-impregnated reinforcing fiber, by applying tension force to the reinforcing fiber, without using a mold Shaped fiber reinforced plastic wire can be produced.
(2) Since no mold is used, it is possible to produce 30 or more wires at a time, and it is not necessary to add a mold release agent to the matrix resin. Roughing work is also unnecessary, and significant cost reduction and quality improvement can be achieved.
It has the following advantages.
一方、コンクリート構造物、鋼構造物などの構造物に繊維強化シートを接着して補強する場合、繊維強化シートを構成する繊維強化プラスチック線材が丸形状だと、補強厚みが厚くなり、接着する樹脂量が多くなる。扁平形状だと同じ補強強度を出すのに補強厚みを薄くでき、接着する樹脂量を少なくできる。 On the other hand, when a fiber reinforced sheet is bonded to a structure such as a concrete structure or a steel structure to be reinforced, if the fiber reinforced plastic wire constituting the fiber reinforced sheet has a round shape, the reinforcing thickness increases and the resin to be bonded The amount increases. The flat shape can reduce the reinforcement thickness and reduce the amount of resin to be bonded to provide the same reinforcement strength.
繊維強化プラスチック線材が、コンクリート構造物やガラス繊維強化プラスチック構造物等に埋め込まれる補強筋として使用される場合も同様に、補強筋を入れた箇所の板厚を薄くできることから、一定板厚内に多くの強化繊維を投入でき、一定体積内での繊維含有量(即ち、Vf)、構造物の目標の断面剛性や強度を丸形状のものに比較し、より薄い板厚で製作することができる。 Similarly, when the fiber reinforced plastic wire is used as a reinforcing bar embedded in a concrete structure or glass fiber reinforced plastic structure, the thickness of the part where the reinforcing bar is inserted can be reduced. Many reinforcing fibers can be introduced, and the fiber content (ie, Vf) within a certain volume, the target cross-sectional rigidity and strength of the structure can be compared with those of a round shape, and can be manufactured with a thinner plate thickness. .
しかしながら、扁平形状の繊維強化プラスチック線材を丸形状と同様に引き抜き成形で作る場合は、金型上の制約があり、穴数の限界で製造本数の制約がある。また、マトリックス樹脂のくっ付き防止のため、離型剤の使用が必須となり、成形後の製品と後で接着させる樹脂やコンクリートとの接着がうまく行かないという問題が発生していた。 However, when a flat fiber-reinforced plastic wire is made by pultrusion in the same manner as a round shape, there are restrictions on the mold, and there is a restriction on the number of production due to the limit of the number of holes. Further, in order to prevent the matrix resin from sticking, it is essential to use a mold release agent, and there has been a problem that the product after molding and the resin or concrete to be bonded later do not adhere well.
また、本発明者らの研究実験の結果によると、樹脂含浸した複数本の繊維(繊維束)に撚りを入れ、一定張力で引っ張り、丸形状にした後、平板で一定厚みに成形しないと、均一に近い幅で製作できないことが分かった。つまり、扁平にする前の形状がランダムな形状では、一定板厚で、均一に近い幅での成形はできない。 In addition, according to the results of the inventors' experiment, a plurality of fibers impregnated with resin (fiber bundles) are twisted, pulled with a constant tension, rounded, and then molded into a constant thickness on a flat plate. It was found that it was not possible to produce with a width that was nearly uniform. That is, when the shape before flattening is random, molding with a constant plate thickness and a nearly uniform width cannot be performed.
一方、型が平板であることから上下間の隙間を調整することにより1つの型で種々の厚みの形状を作り出すことができる。 On the other hand, since the mold is a flat plate, it is possible to create various thickness shapes with one mold by adjusting the gap between the upper and lower sides.
更に、本発明者らは、丸形状を平板形状とするために平板形状の型(金型)を使用し、平板形状型と扁平な線材製品との離型は、離型剤を使用するのではなく、接着剤と接着しない薄い布(ピールプライというポリエステル系の織物等)を、成形する線材の上下面に連続して挿入し、硬化後、剥ぎ取ることで対応し得ることが分かった。この方法は、引き抜き成形では、形状を持った金型のため皺が発生し、採用が困難であった。 Furthermore, the present inventors use a flat plate mold (die) in order to change the round shape into a flat plate shape, and a mold release agent is used for releasing the flat plate mold from the flat wire product. Instead, it was found that a thin cloth (polyester woven fabric called peel ply, etc.) that does not adhere to the adhesive can be continuously inserted into the upper and lower surfaces of the wire to be molded, cured, and peeled off. This method is difficult to adopt in the pultrusion molding because wrinkles are generated due to the mold having a shape.
また、丸形状線材を平板形状(扁平形状)線材に成形する型が、平板形状であることから、型が薄くでき、狭い範囲で、2段、3段に上下に設置でき、一度に成形できる線材本数を、例えば、30本以上、300本程度にまでも増やすことができ効率的である。 In addition, since the mold for forming a round wire into a flat (flat) wire is a flat plate, the die can be made thin, and can be installed vertically in two or three steps within a narrow range, and can be formed at once. The number of wires can be increased to, for example, 30 or more and about 300, which is efficient.
また、単に平板形状型内に樹脂を含浸した丸形状繊維束を引き込むだけでよいこと、及び、その上下に離型用の薄い布で保護され、金属の型と樹脂含浸の繊維束とが直接触れないことから、樹脂含浸の繊維束へのダメージが少なく、製造中の糸切れの頻度が殆どなく、大幅に成形歩留まりを上げることができることが分かった。 Moreover, it is only necessary to draw a round fiber bundle impregnated with a resin into a flat plate mold, and the metal mold and the fiber bundle impregnated with the resin are directly protected by a thin release cloth on the upper and lower sides thereof. Since it was not touched, it was found that there was little damage to the resin-impregnated fiber bundle, there was almost no frequency of yarn breakage during production, and the molding yield could be greatly increased.
本発明は、斯かる本発明者らの新規な知見に基づきなされたものである。 The present invention has been made based on such novel findings of the present inventors.
従って、本発明の目的は、成形スピードの制約や、一度に製造できる本数制約を除去し、且つ離型剤を使用せず、成形後の目粗し等の作業をなくし、製造コストの大幅削減と製品品質の大幅アップを図ることのできる扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法を提供することである。
Therefore, the object of the present invention is to remove the restrictions on the molding speed and the number of parts that can be manufactured at one time, eliminate the use of a mold release agent, eliminate the work such as roughening after molding, and greatly reduce the manufacturing cost. And to provide a method for producing a flat-shaped fiber-reinforced plastic wire that can greatly improve product quality.
上記目的は本発明に係る扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法にて達成される。要約すれば、本発明の第一の態様によれば、
(a)一方向に配列された複数本の強化繊維から成る強化繊維束に撚りを入れながら連続的に送給する工程、
(b)前記連続的に送給される強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸させる工程、
(c)前記樹脂含浸され、撚りが入った強化繊維束を、所定の強さにて緊張させて強化繊維束の横断面を円形状とし、その後、前記横断面が円形状とされた強化繊維束の上下面に樹脂との離型性を持った高密度織物を配置した状態で、加熱された2枚の平板の間に引き込み、前記強化繊維の横断面を扁平形状に成形しながら樹脂を1次硬化させる工程、
(d)前記横断面が扁平形状の1次硬化された強化繊維束を、加熱された硬化炉を通し、2次硬化させる工程、
を備えた横断面が扁平形状とされる繊維強化プラスチック線材を製造することを特徴とする連続した扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法が提供される。
The above object is manually achieved in the manufacture how the flat-shaped fiber-reinforced plastic wire according to the present invention. In summary, according to the first aspect of the present invention,
(A) a step of continuously feeding a reinforcing fiber bundle composed of a plurality of reinforcing fibers arranged in one direction while twisting;
(B) impregnating a matrix resin into the reinforcing fiber bundle continuously fed;
(C) The reinforcing fiber bundle impregnated with the resin and twisted is tensed with a predetermined strength to make the reinforcing fiber bundle have a circular cross section, and then the cross section is made circular. With a high-density fabric having releasability from the resin placed on the upper and lower surfaces of the bundle, the resin is drawn in between the two heated flat plates and the cross section of the reinforcing fiber is molded into a flat shape. A primary curing step,
(D) a step of secondarily curing the reinforcing fiber bundle which has been flatly cured in the transverse cross section through a heated curing furnace;
There is provided a method for producing a continuous flat fiber-reinforced plastic wire, characterized in that a fiber-reinforced plastic wire having a flat cross-section with a flat shape is produced.
本発明の第二の態様によれば、
(a)一方向に配列された複数本の強化繊維から成る強化繊維束を連続的に送給する工程、
(b)前記連続的に送給される強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸させる工程、
(c)前記樹脂含浸された強化繊維束に撚りを入れる工程、
(d)前記樹脂含浸され、撚りが入った強化繊維束を、所定の強さにて緊張させて強化繊維束の横断面を円形状とし、その後、前記横断面が円形状とされた強化繊維束の上下面に樹脂との離型性を持った高密度織物を配置した状態で、加熱された2枚の平板の間に引き込み、前記強化繊維の横断面を扁平形状に成形しながら樹脂を1次硬化させる工程、
(e)前記横断面が扁平形状の1次硬化された強化繊維束を、加熱された硬化炉を通し、2次硬化させる工程、
を備えた横断面が扁平形状とされる繊維強化プラスチック線材を製造することを特徴とする連続した扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法が提供される。
According to a second aspect of the invention,
(A) a step of continuously feeding a reinforcing fiber bundle composed of a plurality of reinforcing fibers arranged in one direction;
(B) impregnating a matrix resin into the reinforcing fiber bundle continuously fed;
(C) a step of twisting the resin-impregnated reinforcing fiber bundle,
(D) The reinforcing fiber bundle impregnated with the resin and twisted is tensed with a predetermined strength so that the cross section of the reinforcing fiber bundle has a circular shape, and then the cross section of the reinforcing fiber bundle has a circular shape. With a high-density fabric having releasability from the resin placed on the upper and lower surfaces of the bundle, the resin is drawn in between the two heated flat plates and the cross section of the reinforcing fiber is molded into a flat shape. A primary curing step,
(E) a step of secondarily curing the reinforced fiber bundle, which has a flat cross-sectional cross section, through a heated curing furnace;
There is provided a method for producing a continuous flat fiber-reinforced plastic wire, characterized in that a fiber-reinforced plastic wire having a flat cross-section with a flat shape is produced.
本発明にて一実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材は、厚み(t)0.2mm〜5.0mm、幅(w)1.0mm〜10.0mmである。 According to one embodiment of the present invention, the fiber reinforced plastic wire has a thickness (t) of 0.2 mm to 5.0 mm and a width (w) of 1.0 mm to 10.0 mm.
本発明にて他の実施態様によれば、前記強化繊維束の撚り回数は、5回/m〜20回/mである。 According to another embodiment of the present invention, the number of twists of the reinforcing fiber bundle is 5 times / m to 20 times / m.
本発明にて他の実施態様によれば、前記樹脂含浸された強化繊維束は、500g/本〜3000g/本の強さにて緊張される。 According to another embodiment of the present invention, the resin-impregnated reinforcing fiber bundle is tensioned at a strength of 500 g / line to 3000 g / line.
本発明にて他の実施態様によれば、前記強化繊維束における前記強化繊維に対する前記マトリックス樹脂の含浸量は、体積比率(Vf)で36%〜60%である。 According to another embodiment of the present invention, the amount of the matrix resin impregnated into the reinforcing fiber in the reinforcing fiber bundle is 36% to 60% in volume ratio (Vf).
本発明にて他の実施態様によれば、前記強化繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、PBO(ポリフェニレンベンズビスオキサゾール)繊維、ポリエステル繊維のいずれかである。 According to another embodiment of the present invention, the reinforcing fiber is any one of glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, PBO (polyphenylenebenzbisoxazole) fiber, and polyester fiber.
本発明にて他の実施態様によれば、前記マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂のいずれかである。 According to another embodiment of the present invention, the matrix resin is one of an epoxy resin, a vinyl ester resin, an MMA resin, an unsaturated polyester resin, or a phenol resin.
本発明にて他の実施態様によれば、前記高密度織物は、インチ長さ間の縦糸、緯糸の合計本数が210本以上投入された平織物である。 According to another embodiment of the present invention, the high-density woven fabric is a plain woven fabric in which a total number of warp yarns and weft yarns between inch lengths is 210 or more.
本発明にて他の実施態様によれば、前記高密度織物は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、又はビニロン繊維の連続フィラメント糸の単独織物、若しくは、混合織物のいずれかである。
According to another embodiment in the present invention, the high-density woven fabric, polyester fiber, nylon fiber, or vinylon fiber continuous filament yarn of a single fabric Wei, or is either mixed fabrics.
本発明によれば、一定厚で、略一定幅とされる扁平形状の繊維強化プラスチック線材を、効率良く、一度に多量製造でき、しかも、歩留まり向上、離型剤不要、製作後の製品の目粗し不要等で、大幅なコスト削減と品質改善を達成できる。 According to the present invention, a flat-shaped fiber-reinforced plastic wire having a constant thickness and a substantially constant width can be efficiently manufactured in a large amount at a time, and the yield is improved, no mold release agent is required. With no need for roughening, significant cost reduction and quality improvement can be achieved.
以下、本発明に係る扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法と、その製造方法にて製造された繊維強化プラスチック線材、及びその線材を用いて製作された繊維強化シートについて、図面に即して詳しく説明する。 Hereinafter, a flat fiber-reinforced plastic wire manufacturing method according to the present invention, a fiber-reinforced plastic wire manufactured by the manufacturing method, and a fiber-reinforced sheet manufactured using the wire, will be described in detail with reference to the drawings. explain.
実施例1
図1〜図4に、本発明に係る扁平形状繊維強化プラスチック線材を製造するための製造装置100(100A、100B)の一実施例を示す。また、図5に、本発明に従って作製された扁平形状の繊維強化プラスチック線材2の断面構造を示し、図6に、斯かる扁平形状繊維強化プラスチック線材2を使用したスダレ状繊維強化シート1の一実施例を示す。
Example 1
1 to 4 show an embodiment of a manufacturing apparatus 100 (100A, 100B) for manufacturing a flat fiber-reinforced plastic wire according to the present invention. FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a flat fiber-reinforced
本実施例にて、製造装置100(100A、100B)は、繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100A(図1)と、繊維緊張、扁平成形、加熱硬化セクション100B(100B1、100B2)(図2)とにて構成される。
In this embodiment, the manufacturing apparatus 100 (100A, 100B) includes fiber feeding, resin impregnation, winding
図1は、製造装置100の繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aを示しており、図面上、左側から右側に複数本の強化繊維fから成る強化繊維ストランド(強化繊維束)f1が移動し、その間に撚り加工と樹脂含浸を行う。
FIG. 1 shows a fiber feeding, resin impregnation, and winding
図2(a)、(b)は、製造装置100の繊維緊張、扁平成形、加熱硬化セクション100B(成形1次硬化セクション100B1、2次硬化セクション100B2)を示しており、図面上、左側から右側に撚り加工と樹脂含浸工程を施された強化繊維f2が移動し、所定の緊張下に扁平形状成形と樹脂硬化を行う。
2A and 2B show the fiber tension, oblate shape, and heat-curing
更に説明すると、図1に示す繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aでは、複数(通常、3〜18個)の、本実施例では図面を簡単とするために2つの繊維供給用の巻き出しボビン(筒状の糸巻き)11(11a、11b)が用意され、各ボビン11には、樹脂未含浸の強化繊維fを所定本数収束した強化繊維ストランド(強化繊維束)f1が巻回されている。
More specifically, in the fiber feeding, resin impregnation and winding
各ボビン11に巻回された強化繊維束f1は、樹脂含浸槽17が配置された樹脂含浸工程へと連続的に送給される。同時に、強化繊維束f1には撚りが入れられる(強化繊維束供給、撚り加工工程)。
The reinforcing fiber bundle f1 wound around each
つまり、樹脂含浸工程へと送給された強化繊維束f1は、樹脂含浸槽17にて樹脂含浸され、樹脂含浸された強化繊維束f2は、撚りを入れながら巻き取り用ボビン22(22a、22b)に巻き取られる(樹脂含浸、撚り加工工程)。
That is, the reinforcing fiber bundle f1 fed to the resin impregnation step is resin impregnated in the
図2(a)、(b)に示す繊維緊張、加熱硬化セクション100Bでは、樹脂含浸され、且つ、撚りが入れられた強化繊維束f2は、複数(通常、50〜300個)の、本実施例では図面を分かり易くするために図1に対応して2つとされるボビン22(22a、22b)から巻き出され、成形1次硬化セクション100B1の1次加熱硬化用加熱板装置27aへと導入され、加熱硬化(1次硬化)される。この時、樹脂含浸強化繊維束f2には、所定の緊張力が加えられた状態にて扁平形状成形と1次加熱硬化がなされる(強化繊維束緊張、扁平成形、1次加熱硬化工程)。扁平形状とされ且つ1次硬化された強化繊維束f3は、引き続いて2次硬化セクション100B2の2次加熱硬化炉27bへと導かれ、更に加熱硬化(2次硬化)される(2次加熱硬化工程)。加熱硬化(2次硬化)された強化繊維束、即ち、強化繊維プラスチック線材2は、巻き取り用のボビン30(30a、30b)に巻き取られる。
In the fiber tension / heat-curing
次に、上記各工程を、更に詳しく説明する。 Next, the above steps will be described in more detail.
(強化繊維束供給、撚り加工工程)
本実施例では、図4をも参照するとより良く理解されるように、繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aでは、ボビン11(11a、11b)は、巻き出し装置51に設けられた回転軸12(12a、12b)に取り付けられ、さらに、この回転軸12は、巻き出し装置の回転主軸13(13a、13b)に回転自在に取り付けられている。
(Reinforcement fiber bundle supply, twisting process)
In this embodiment, as will be better understood with reference also to FIG. 4, in the fiber feeding, resin impregnation and winding
各ボビン11(11a、11b)は、駆動モータM及び歯車伝達機構Gにより、各ボビン11(11a、11b)の回転軸12(12a、12b)の回りに回転して、ボビン11(11a、11b)に巻回された強化繊維束f1を巻き出す。同時に、各ボビン11(11a、11b)は、それぞれ、上述のように、回転軸12(12a、12b)の回りに回転しながら、回転軸12(12a、12b)と共に回転主軸13(13a、13b)の回りに回転される。 Each bobbin 11 (11a, 11b) is rotated around the rotation shaft 12 (12a, 12b) of each bobbin 11 (11a, 11b) by the drive motor M and the gear transmission mechanism G, and the bobbin 11 (11a, 11b) is rotated. The reinforcing fiber bundle f1 wound around (1) is unwound. At the same time, as described above, each bobbin 11 (11a, 11b) rotates around the rotary shaft 12 (12a, 12b) and rotates along with the rotary shaft 12 (12a, 12b). ).
つまり、ボビン11は、回転軸12の回りに回転し、同時に回転主軸13の回りにも回転して、強化繊維束f1を巻き出す。
That is, the
ボビン11から巻き出された強化繊維束f1は、ガイド14に形成したガイド穴15(15a、15b)により案内され、入口ガイドロール16により樹脂含浸槽17内へと導入される。
The reinforcing fiber bundle f1 unwound from the
上記構成により、樹脂含浸槽17を設けた含浸工程へと供給される強化繊維束f1には撚りが入ったものが供給される。
With the above configuration, the reinforcing fiber bundle f1 supplied to the impregnation step provided with the
ボビン11の回転主軸13の回りの回転数と、強化繊維束f1の巻き出しスピードとを調節することにより、1m当たりに入れる撚り回数を制御することができる。
By adjusting the number of rotations of the
本実施例によると、詳しくは後述するように、厚み(t)0.2mm〜5.0mm、幅(w)1.0mm〜10.0mmとされる扁平形状とされる前の繊維強化プラスチック線材の線径は、直径0.5mm〜8.0mmであることが好ましい。従って、含浸工程へと供給される強化繊維束f1は、例えば、強化繊維として炭素繊維を使用する場合には、線径6〜10μmの炭素繊維(フィラメント)fを3000〜320000本を収束した炭素繊維ストランド(炭素繊維束)f1を使用することとなる。 According to the present embodiment, as will be described in detail later, the fiber reinforced plastic wire before being flattened to have a thickness (t) of 0.2 mm to 5.0 mm and a width (w) of 1.0 mm to 10.0 mm. The wire diameter is preferably 0.5 mm to 8.0 mm. Accordingly, the reinforcing fiber bundle f1 supplied to the impregnation step is, for example, carbon in which 3000 to 320,000 carbon fibers (filaments) f having a wire diameter of 6 to 10 μm are converged when carbon fibers are used as reinforcing fibers. The fiber strand (carbon fiber bundle) f1 is used.
また、強化繊維束f1の撚り回数は、5回/m〜20回/mであることが好ましい。詳しくは後述する。 The number of twists of the reinforcing fiber bundle f1 is preferably 5 times / m to 20 times / m. Details will be described later.
(樹脂含浸工程)
樹脂含浸槽17には、マトリックス樹脂Rが収容されており、含浸槽17の入口部には、上述のように、強化繊維束f1を案内する入口ガイドローラ16が配置されている。また、含浸槽17内には、含浸ローラ18が配置されており、含浸槽17の出口部には出口ガイドローラ対19が配置されている。
(Resin impregnation process)
Matrix resin R is accommodated in the
入口ガイドローラ16は、強化繊維束f1に樹脂を含浸させる工程において、含浸槽17に供給される強化繊維束f1を構成する複数の繊維fを、含浸前に揃える役目である。
The
含浸ローラ18は、強化繊維束f1を強制的に樹脂Rに浸ける役目で、含浸槽17に溜められた樹脂Rの中に、少なくとも下半分以上は浸かった状態で使用される。
The impregnation roller 18 serves to forcibly immerse the reinforcing fiber bundle f1 in the resin R, and is used in a state where at least the lower half is immersed in the resin R stored in the
出口ガイドローラ対19(19a、19b)は、樹脂が含浸された強化繊維束f2をしごく役目で、ここで樹脂付着量が制御される。 The pair of outlet guide rollers 19 (19a, 19b) serves to squeeze the reinforcing fiber bundle f2 impregnated with the resin, and the resin adhesion amount is controlled here.
つまり、上下のローラ19a、19bの押し付け圧力を制御することにより、強化繊維束f2に含浸される樹脂量が制御される。
That is, the amount of resin impregnated in the reinforcing fiber bundle f2 is controlled by controlling the pressing pressure of the upper and
本実施例では、強化繊維fに対するマトリックス樹脂の含浸量は、体積比率(Vf)で36%〜60%であることが好ましい。詳しくは後述する。 In this embodiment, the amount of the matrix resin impregnated with respect to the reinforcing fiber f is preferably 36% to 60% in volume ratio (Vf). Details will be described later.
樹脂含浸された強化繊維束f2は、ガイド20に形成したガイド穴21(21a、21b)により案内され、巻き取り装置52における巻き取りボビン22(22a、22b)により巻き取られる。
The resin-impregnated reinforcing fiber bundle f <b> 2 is guided by guide holes 21 (21 a, 21 b) formed in the
各巻き取りボビン22は、それぞれ、回転軸23(23a、23b)の回りに回転駆動されている。
Each take-up
樹脂含浸された強化繊維束f2を巻きつけたボビン22は、取り外され、図2に示す緊張、扁平成形、加熱硬化セクション100Bにおける成形、加熱硬化工程へと供給される。
The
(緊張、扁平成形、加熱硬化工程)
図2(a)、(b)を参照すると、緊張、扁平成形、加熱硬化セクション(以下の説明では、単に「成形硬化セクション」と記載することもある。)100Bでは、上記巻き取り装置52にて樹脂含浸強化繊維束f2を巻き取ったボビン22(22a、22b)が、巻き出し装置53の回転軸24(24a、24b)に設置される。即ち、巻き取りボビン22は、緊張、扁平成形、硬化工程における巻き出しボビンとして機能する。
(Tension, oblate shape, heat curing process)
Referring to FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the tension, oblate shape, and heat-curing section (in the following description, it may be simply referred to as “molding / curing section”) 100B, The bobbin 22 (22a, 22b) around which the resin-impregnated reinforcing fiber bundle f2 is wound is installed on the rotating shaft 24 (24a, 24b) of the unwinding
巻き出しボビン22に巻かれた樹脂含浸した、撚り加工済みの未硬化強化繊維束f2は、ボビン22を回転軸24(24a、24b)の回りに回転させることにより巻き出される。強化繊維束f2は、ガイド25を通って成形硬化セクション100Bを通され、巻き取り装置54の巻き取りボビン30(30a、30b)に巻き取られる。
The twisted uncured reinforcing fiber bundle f2 impregnated with resin and wound around the unwinding
成形硬化セクション100Bは、樹脂含浸、撚り加工済みの未硬化強化繊維束f2を扁平形状に成形すると同時に1次硬化(半硬化)するための加熱板装置27aを備えた成形1次硬化セクション100B1と、扁平形状に成形され且つ半硬化された強化繊維束f3を2次硬化するための硬化炉27bを備えた2次加熱硬化セクション100B2とにて構成される。
The molded and cured
更に説明すると、この巻き出し装置53には、電磁ブレーキ等の機能が付与されており、ボビン22から巻き出される未硬化樹脂含浸強化繊維束f2に適切な緊張力を与えることができる。
More specifically, the unwinding
つまり、巻き出し装置53と加熱板装置27aとの間で、撚りが入れられた、且つ、未硬化樹脂含浸の強化繊維束f2に適切な緊張力を与えることにより、束となっている強化繊維fを一様に緊張し、強化繊維束f2の横断面形状を円形断面、即ち、丸形状とすることができる。
That is, the reinforcing fibers that are bundled by applying appropriate tension to the reinforcing fiber bundle f2 that is twisted and impregnated with the uncured resin between the unwinding
尚、本願明細書、特許請求の範囲にて、「円形」とは、断面における縦方向、横方向における直径比が1.0〜1.5の範囲内とされる「略円形」をも含めて意味するものとする。 In the specification and claims of the present application, the term “circular” includes “substantially circular” in which the diameter ratio in the vertical and horizontal directions in the cross section is within the range of 1.0 to 1.5. Means.
このように、本実施例によれば、巻き出しボビン22に電磁ブレーキをかけつつ、未硬化強化繊維束f2を巻き出し、加熱板装置27a及び硬化炉27bを通して、巻き取りボビン30との間で、適切な緊張力をかけながら、加熱板装置27aにて扁平形状へと成形し、且つ1次硬化(半硬化)させ、次いで、加熱硬化炉27bにて樹脂を完全に硬化させる。
As described above, according to the present embodiment, the uncured reinforcing fiber bundle f2 is unwound while the electromagnetic brake is applied to the unwinding
本実施例にて、緊張力としては、樹脂含浸された強化繊維束f2に500g/本〜3000g/本の強さを付与するのが好ましい。 In this example, as the tension, it is preferable to impart a strength of 500 g / piece to 3000 g / piece to the reinforcing fiber bundle f2 impregnated with the resin.
巻き出しボビン22から巻き出される撚り加工済みの、且つ、未硬化の樹脂含浸強化繊維f2は、ガイド25に形成したガイド穴26(26a、26b)により案内され、加熱板装置27a、加熱硬化炉27bへと連続的に供給される。
The twisted and uncured resin-impregnated reinforcing fiber f2 unwound from the unwinding
各巻き出しボビン22は、それぞれ、回転軸24(24a、24b)の回りに回転駆動される。
Each unwinding
本実施例にて、加熱板装置27aは、図3に示す構造とされる。
In this embodiment, the
つまり、加熱板装置27aは、本実施例では、上下方向に対称配置され、且つ、互いに平行にしかも本実施例では水平に配置された2枚の第1及び第2加熱板27a1、27a2とを備えている。各加熱板27a1、27a2は、それぞれ、互いに対向する内側面を構成する、通常、例えば、鋼、ステンレススチールなどの金属製とされる成形用平板27a3、27a4と、成形用平板27a3、27a4の外側に一体に設けられたパネルヒータ(熱源)27a5、27a6を備えている。
That is, the
各加熱板27a1、27a2は、互いに対向する内側面間に挿入される丸形状線材を厚み(t)、幅(w)の扁平形状の線材へと成形するために、少なくとも幅方向(加熱板装置27a内へと挿入される線材の移動方向に対して直交する方向)両側に厚み調整用シム板27a7が配置され、所定の距離(t1、ここで、t1>t)だけ離間されている。 Each of the heating plates 27a1 and 27a2 has at least a width direction (heating plate device) in order to form a round wire inserted between inner surfaces facing each other into a flat wire having a thickness (t) and a width (w). Thickness adjusting shim plates 27a7 are arranged on both sides (in a direction orthogonal to the moving direction of the wire rod inserted into 27a) and are separated by a predetermined distance (t1, where t1> t).
図示するように、各加熱板27a1、27a2は、厚み調整用シム板27a7を挟持して上下加熱板締付金具270にて一体とされる。即ち、上下加熱板締付金具270は、第1加熱板27a1の外側(図3にて上側)に位置した水平金具271と、第2加熱板27a2の外側(図3にて下側)に位置した水平金具272とを備えている。水平金具271、272は、幅方向において、第1、第2加熱板27a1、27a2の幅(W27a)より大とされ、両側へと突出している。水平金具271、272は、この突出した部分を利用して、ボルト273が貫通して配置され、ナット274にて締め付けることにより、各加熱板27a1、27a2及び厚み調整用シム板27a7を挟持して一体に保持する。図3では、上下加熱板締付金具270は、加熱板装置27aの長さL27aに沿って一つだけ図示されているが、加熱板装置27aの長さL27aに応じて適当数、例えば、2〜4個程度配置される。
As shown in the figure, the heating plates 27a1 and 27a2 are united by a vertical heating
上述のように、本発明によれば、型が平板であることから上下間の隙間を調整することにより一型で種々の厚みの形状を作り出すことができる。 As described above, according to the present invention, since the die is a flat plate, it is possible to create various thickness shapes by adjusting the gap between the upper and lower sides.
また、丸形状線材を扁平形状線材に成形する型が、平板形状であることから、型が薄くでき、狭い範囲で、2段、3段に上下に設置でき、一度に成形できる線材本数を増やすことができ効率的である。実際上、同時成形できる線材の本数は、従来の30本以上は可能であり、100〜300本程度は何ら問題ない。 In addition, since the mold for forming a round wire into a flat wire is a flat plate, the die can be made thin and installed vertically in two or three steps within a narrow range, increasing the number of wires that can be formed at one time. Can be efficient. In practice, the number of wires that can be simultaneously molded can be 30 or more, and there is no problem about 100 to 300 wires.
また、単に平板形状型内に樹脂を含浸した丸形状繊維束を引き込むだけでよいこと、及び、その上下に離型用の薄い布で保護され、金属の型と樹脂含浸の繊維束とが直接触れないことから、樹脂含浸の繊維束へのダメージが少なく、製造中の糸切れの頻度が殆どなく、大幅に成形歩留まりを上げることができることが分かった。 Moreover, it is only necessary to draw a round fiber bundle impregnated with a resin into a flat plate mold, and the metal mold and the fiber bundle impregnated with the resin are directly protected by a thin release cloth on the upper and lower sides thereof. Since it was not touched, it was found that there was little damage to the resin-impregnated fiber bundle, there was almost no frequency of yarn breakage during production, and the molding yield could be greatly increased.
一方、加熱硬化炉27bは、入口と出口以外、基本的には閉構造となっており、内部にヒーター機能、若しくは、熱風循環機能等を持ち、加熱板装置27aから送給される半硬化強化繊維f3を加熱できるようになっている。
On the other hand, the heating and curing
ここで、本発明によれば、図2(b)、図3をも参照すると理解されるように、加熱板装置27aは、上下方向に対称配置された第1及び第2加熱板27a1、27a2の内側を、加熱板装置27a内へと挿入される線材の移動方向(即ち、加熱板装置27aの長さL27aの方向)に沿って上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64が配置される。同様に、2次硬化炉27bにおいても、硬化炉27b内へと挿入される線材の移動方向(即ち、硬化炉27bの長さL27bの方向)に沿って上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64が配置される。
Here, according to the present invention, as understood with reference to FIGS. 2B and 3, the
本実施例では、上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64は、図2(a)、(b)に示すように、加熱板装置27aの入口側から2次硬化炉27bの出口側へと貫通して配置されている。つまり、上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64は、それぞれ、加熱板装置27aの入口側に配置された巻き出しリール61a、62aから巻き出され、2次硬化炉27bの出口側に配置された巻取りリール61b、62bに巻き取られる。
In this embodiment, the upper surface peel ply 63 and the lower surface peel ply 64 are disposed so as to penetrate from the inlet side of the
上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64は、成形硬化セクション100B、即ち、成形1次硬化セクション100B1(即ち、加熱板装置27a内)及び2次硬化セクション100B2(即ち、2次硬化炉27b内)において、成形硬化セクション100Bを移動する線材を上下にて挟持する態様で配置されている。
The upper peel ply 63 and the lower peel ply 64 are molded in the molding and
従って、巻き出し装置53から巻き出された撚り加工済みの未硬化樹脂含浸強化繊維f2は、上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64にて上下方向から挟持された態様にて成形1次硬化セクション100B1(即ち、加熱板装置27a内)を移動され、丸形状から扁平形状への成形及び半硬化の加熱硬化が行われる。引き続いて、2次硬化セクション100B2(即ち、2次硬化炉27b内)へと導入され更なる加熱硬化が行われる。
Accordingly, the uncured resin-impregnated reinforcing fiber f2 that has been untwisted and unwound from the unwinding
通常、成形硬化セクション100Bを移動する強化繊維束の移動速度は0.3〜2.0m/分とされ、また、加熱板装置27a内の温度は、120〜140℃、2次硬化炉27b内の温度は、130〜150℃とされる。
Usually, the moving speed of the reinforcing fiber bundle moving in the molding and
成形硬化セクション100Bを移動する強化繊維束の移動速度、並びに、加熱板装置27a内の温度及び2次硬化炉27b内の温度は、含浸されている樹脂の種類によって決められる。
The moving speed of the reinforcing fiber bundle moving through the molding and
加熱板装置27a、硬化炉27bの長さ(L27a、L27b)を長くすることにより、繊維強化プラスチック線材の製造スピードが上げられ、後で述べる金型を用いた方式より高生産性を達成することができる。
By increasing the lengths (L27a, L27b) of the
上記上面ピールプライ63及び下面ピールプライ64は、強化繊維束に含浸された樹脂との離型性を持った高密度織物とされる。 The upper surface peel ply 63 and the lower surface peel ply 64 are high density fabrics having releasability from the resin impregnated in the reinforcing fiber bundle.
本発明において、「高密度織物」とは、加熱板装置内に強化繊維束を引き込み、通過させる際、強化繊維束を傷つけないように、金型との間の緩衝材として働き、強化繊維束を守る役目と、2次硬化炉内で一方向に撚りを入れられた扁平形状の製品が捻じれないように拘束し、出側の巻き取り装置に捻じれのない扁平ストランドを供給する役目、及び高密度織物を剥いだ後、扁平ストランドの表面に、微小な凹凸を発生させ、構造物に貼り付けて補強する時、若しくは、樹脂の中に入れて補強材として使用する時、樹脂との付着性を大きく向上させる役目を持っている。 In the present invention, the “high-density fabric” refers to a reinforcing fiber bundle that acts as a buffer material between the mold and the reinforcing fiber bundle so as not to damage the reinforcing fiber bundle when the reinforcing fiber bundle is drawn into and passed through the heating plate device. To protect the flat product twisted in one direction in the secondary curing furnace so as not to twist, and to supply a flat strand without twist to the take-up winding device, And after peeling the high-density fabric, when the surface of the flat strand generates minute irregularities and is reinforced by sticking to the structure, or when used in the resin as a reinforcing material, Has the role of greatly improving adhesion.
そのためには、樹脂との離型性をある程度持っていることは、勿論であるが、織物の折り目の間で入り込まないように、緻密な織り構造であることが必要である。そのためには、インチ長さ間の縦糸、緯糸の合計本数が210本以上投入された、高密度の織物が必須となる。例えば、縦糸×緯糸(50D×75D、75D×75D、84D×84Dなど)をインチ長さ間で投入本数が合計210本以上となるように配置された高密度織物である。 For that purpose, it is necessary to have a dense woven structure so as not to enter between the folds of the woven fabric, as a matter of course to have a parting property with the resin. For that purpose, a high-density woven fabric in which the total number of warp yarns and weft yarns between inch lengths is 210 or more is indispensable. For example, it is a high-density woven fabric in which warps × wefts (50D × 75D, 75D × 75D, 84D × 84D, etc.) are arranged so that the total number of input yarns is 210 or more between inch lengths.
このような役目を果たすものとして、離型フィルムも考えられるが、離型フィルムは剥がれやすくするために、離型剤が必要となったり、フィルムを剥いだ後、表面が円滑で樹脂との付着性が十分でないという問題があり、あまり推薦できない。 A mold release film is also considered as one that fulfills such a role, but a mold release agent is necessary to make the mold release film easy to peel off, or after peeling the film, the surface is smooth and adheres to the resin. There is a problem that the sex is not enough, so I can not recommend much.
本実施例にて、高密度織物は、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、などの連続フィラメント糸の単独織物、若しくは、混合織物のいずれかとされる。 In this embodiment, the high-density fabric is either a single fabric of continuous filament yarn such as polyester fiber, nylon fiber, vinylon fiber, or a mixed fabric.
上述のように、高密度織物は、インチ長さ間の縦糸、緯糸が合計210本以上、通常400本以下、配置された織物であり、平織物であるのが好ましい。また、インチ長さ間の縦糸、緯糸の合計が210本未満であると、剥がれ難いといった問題がある。また、400本を越えると高価となるといった問題がある。また、本実施例にて、織物の厚みt2は、0.1〜0.3mmとされ、通常0.15〜0.2mmの厚みが好適である。 As described above, the high-density fabric is a fabric in which warps and wefts between inch lengths are arranged in a total of 210 or more, usually 400 or less, and is preferably a plain fabric. Further, when the total of warp yarns and weft yarns between inch lengths is less than 210, there is a problem that peeling is difficult. Moreover, there is a problem that if it exceeds 400, the cost becomes high. In this embodiment, the thickness t2 of the woven fabric is 0.1 to 0.3 mm, and a thickness of 0.15 to 0.2 mm is usually preferable.
上記説明した本発明に従った製造方法によれば、次のような利点がある。 The manufacturing method according to the present invention described above has the following advantages.
先ず、扁平形状の繊維強化プラスチック線材を丸形状線材と同様に引き抜き成形で作る場合は、金型上の制約があり、穴数の限界で製造本数の制約がある。また、マトリックス樹脂のくっ付き防止のため、離型剤の使用が必須となり、成形後の製品と後で接着させる樹脂やコンクリートとの接着がうまく行かないという問題が発生していた。 First, when a flat fiber reinforced plastic wire is made by drawing like the round wire, there are restrictions on the mold, and there is a restriction on the number of production due to the limit of the number of holes. Further, in order to prevent the matrix resin from sticking, it is essential to use a mold release agent, and there has been a problem that the product after molding and the resin or concrete to be bonded later do not adhere well.
つまり、品質面において、本発明の方法は、従来の引き抜き成形における金型方式と違って離型剤を使用しないため、出来上がった繊維強化プラスチック線材と接着剤との接着力が良く、繊維強化プラスチック線材の表面の目粗し等の処理が不要になり、線材表面に疵を付ける危険も無く、品質面、コスト面で優れている。 In other words, in terms of quality, the method of the present invention does not use a mold release agent unlike the conventional mold method in pultrusion molding, so the adhesive strength between the finished fiber-reinforced plastic wire and the adhesive is good, and the fiber-reinforced plastic It eliminates the need for roughening the surface of the wire, eliminates the risk of wrinkling the surface of the wire, and is excellent in terms of quality and cost.
また、本発明者らの研究実験の結果によると、扁平形状の線材は、樹脂含浸した複数本の繊維(繊維束)に撚りを入れ、一定張力で引っ張り、丸形状にした後、平板形状の型(金型)で一定厚みに成形しないと、均一に近い幅で製作できないことが分かった。つまり、扁平にする前の形状がランダムな形状では、一定板厚(t)で、均一に近い幅(w)での成形はできない。 Further, according to the results of the research experiments by the present inventors, the flat wire rod is formed by twisting a plurality of fibers (fiber bundles) impregnated with resin, pulling them with a constant tension, rounding them, It was found that if the mold (mold) was not molded to a certain thickness, it could not be produced with a nearly uniform width. That is, when the shape before flattening is random, molding with a constant plate thickness (t) and a nearly uniform width (w) cannot be performed.
更に、本発明者らは、丸形状を扁平形状とするために平板形状の型(金型)を使用し、平板形状型と扁平な製品との離型は、離型剤を使用するのではなく、接着剤と接着しない薄い布(ポリエステル系の織物とされるピールプライ)を、成形する上下面に連続して挿入し、硬化後、剥ぎ取ることで対応し得ることが分かった。この方法は、引き抜き成形では、形状を持った金型のため皺が発生し、採用が困難であった。 Furthermore, the present inventors use a flat plate-shaped mold (mold) in order to make the round shape into a flat shape, and a mold release agent is used for releasing the flat plate-shaped mold from the flat product. In addition, it was found that a thin cloth (a peel ply made of a polyester woven fabric) that does not adhere to the adhesive can be continuously inserted into the upper and lower surfaces to be molded, and then cured and peeled off. This method is difficult to adopt in the pultrusion molding because wrinkles are generated due to the mold having a shape.
また、丸形状を扁平形状に成型する型が、平板形状であることから、型が薄くでき、狭い範囲で、2段、3段に上下に設置することもでき、一度に成形できる本数を増やすことが可能であり、効率的である。上述のように、最大300本程度までは可能である。 Also, since the mold that molds the round shape into a flat shape is a flat plate shape, the mold can be made thin, and can be installed vertically in two or three steps within a narrow range, increasing the number of molds that can be molded at one time. It is possible and efficient. As described above, up to about 300 is possible.
一方、型が平板であることから上下間の隙間を調整することにより1つの型で種々の厚みの形状のものを作り出すことができる。 On the other hand, since the mold is a flat plate, it is possible to create a variety of shapes with a single mold by adjusting the gap between the upper and lower sides.
つまり、本実施例の方式では、加熱板装置27a及び硬化炉27bの内断面積の全体を使用して樹脂含浸強化繊維を配置し、通すことができ、限られた容積内で、一度に製造できる本数が、従来の引き抜き成形のような金型方式に比較し格段に多く、非常に効率のよい製造方法となっている。
That is, in the system of the present embodiment, the resin impregnated reinforcing fibers can be arranged and passed using the entire inner cross-sectional area of the
また、本実施例の方式では、丸形状線材を成形するには、強化繊維にある一定以上の撚りをいれた樹脂含浸した強化繊維に、適切な緊張力を付与することにより達成することができる。また、本実施例の方式では、樹脂含浸の丸形状繊維束を単に平板形状型内に引き込むだけでよいこと、及び、その上下に離型用の薄い布(高密度織物)で保護され、金属の型と樹脂含浸の繊維束とが直接触れないことから、樹脂含浸の繊維束へのダメージが少なく、製造中の糸切れの頻度が殆どなく、大幅に成形歩留まりを上げ得ることが分かった。 Further, in the method of this embodiment, the round wire can be formed by applying an appropriate tension to the resin-impregnated reinforcing fiber in which the reinforcing fiber is twisted at a certain level or more. . Further, in the system of this example, the resin-impregnated round fiber bundle only needs to be drawn into the flat plate mold, and the upper and lower sides thereof are protected by a thin cloth (high-density fabric) for release, and the metal Since the mold and the resin-impregnated fiber bundle were not in direct contact with each other, it was found that there was little damage to the resin-impregnated fiber bundle, there was almost no thread breakage during production, and the molding yield could be greatly increased.
(繊維強化プラスチック線材)
次に、図5を用いて、本製造法で製造された繊維強化プラスチック線材2について説明する。
(Fiber reinforced plastic wire)
Next, the fiber reinforced
図5に、本実施例の製造法で製造された繊維強化プラスチック線材2の断面を示す。繊維強化プラスチック線材2は、横断面形状が扁平形状、即ち、矩形状とされ、複数本の強化繊維fにマトリックス樹脂Rが含浸されている。
In FIG. 5, the cross section of the fiber reinforced
本実施例の製造法で製造される繊維強化プラスチック線材2には、撚りが1m当り5回から20回の範囲のいずれかで入れられている。5回/m未満であると樹脂硬化前にテンションをいれても安定した円形状(丸形状)を確保するのが難しく、撚りが20回/mを越えると扁平の形状の成形が難しくなり、20回/mを越えることは好ましくない。特に、撚りは、10回/mから15回/mの範囲が最適である。
In the fiber reinforced
又、この繊維強化プラスチック線材2を構成する強化繊維fとマトリックス樹脂Rとの比率は、マトリックス樹脂の体積比率(Vf)で、36%から60%の範囲が使用可能である。36%未満であると樹脂が不足し、製造後の繊維強化プラスチック線材2の強度等の物性が低下する。一方、60%を越えると過剰となり、樹脂硬化時に樹脂ダレが発生し丸形状を確保するのが難しくなる。特に、マトリックス樹脂の体積比率は、40%から50%の範囲が最適である。
The ratio of the reinforcing fiber f and the matrix resin R constituting the fiber reinforced
さらに、マトリックッス樹脂を硬化させる際にいれるテンション(緊張)力に関しては繊維束(ストランド)f1に対し500g/本から3000g/本が妥当である。500g/本未満だと、丸形状を確保するのが難しくなり、3000g/本を越えると製造途中で強化繊維fが破断するというトラブルが発生し、安定した製造ができなくなるという問題がでてくる。テンション力は、特に、1000g/本から2000g/本の範囲が最適である。 Further, regarding the tension force to be applied when the matrix resin is cured, it is appropriate that the tension is 500 g / strand to 3000 g / strand for the fiber bundle (strand) f1. If it is less than 500 g / piece, it will be difficult to secure a round shape, and if it exceeds 3000 g / piece, there will be a problem that the reinforcing fiber f breaks during production, resulting in a problem that stable production cannot be achieved. . In particular, the tension force is optimally in the range of 1000 g / line to 2000 g / line.
本実施例の製造法で製造される扁平形状繊維強化プラスチック線材2は、厚み(t)0.2mm〜5.0mm、幅(w)1.0mm〜10.0mm、が妥当である。厚み(t)が0.2mm未満であると、製造時に強化繊維fの破断が頻発する。一方、厚み(t)が5.0mmを超えると、樹脂含浸強化繊維f2を巻き取る際に、繊維fの腰折れが発生し、硬化後の繊維強化プラスチック線材2の強度等の物性低下が著しくなる。繊維強化プラスチック線材2は、特に、厚み(t)0.4mm〜1.5mm、幅(w)1.2mm〜4.5mm、が好適である。
As for the flat shape fiber reinforced
一方、本実施例の製造法においては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、PBO(ポリフェニレンベンズビスオキサゾール)繊維、ポリエステル繊維が使用可能であるが、中でも炭素繊維が好適に使用される。電気絶縁を要するマーケット、金属との電気腐食のあるマーケット等の特殊用途向けに他の繊維が使用される。 On the other hand, in the production method of the present embodiment, glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, PBO (polyphenylene benzbisoxazole) fiber, and polyester fiber can be used. Among these, carbon fiber is preferably used. Other fibers are used for special applications such as markets requiring electrical insulation, markets with electrical corrosion with metals.
又、本実施例の製造法においては、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂が使用可能であるが、中でもエポキシ樹脂が好適に使用される。高温で使用されるマーケット、特殊耐食性の要求されるマーケット等の特殊用途向けに他の樹脂が用いられる。 Moreover, in the manufacturing method of a present Example, although an epoxy resin, vinyl ester resin, MMA resin, unsaturated polyester resin, and a phenol resin can be used, an epoxy resin is used suitably especially. Other resins are used for special applications such as a market used at high temperatures and a market requiring special corrosion resistance.
(実験例)
次に、本実施例の扁平形状繊維強化プラッスチック線材2の製造法について更に具体的に実験例について説明する。
(Experimental example)
Next, an experimental example will be described more specifically with respect to the method for producing the flat-shaped fiber-reinforced
実験例1
本実験例では、図1〜図4の装置を用いて、基本製品として、下記の態様にて扁平形状繊維強化プラスチック線材2を製造した。
Experimental example 1
In this experimental example, a flat fiber reinforced
強化繊維fは、平均径7μm、収束本数15000本のPAN系炭素繊維ストランド(炭素繊維束f1)(三菱レイヨン株式会社製「TR50」(商品名))を用い、マトリックス樹脂Rとして、120℃硬化のエポキシ樹脂(三井化学株式会社製「エポミックR140P」(商品名))を使用した。 Reinforcing fiber f uses PAN-based carbon fiber strand (carbon fiber bundle f1) (“TR50” (trade name) manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) having an average diameter of 7 μm and a converged number of 15000, and cured at 120 ° C. as matrix resin R. Epoxy resin (“Epomic R140P” (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used.
本実験例にて、撚り回数は10回/mとし、樹脂含浸量として、樹脂体積比率(Vf)45%で樹脂未硬化の樹脂含浸ストランド(炭素繊維束f2)を製造した。加熱板装置27aの両加熱板間隔(t1)は0.8mmとし、ストランド走行方向長さ(L27a)は、1.5m、幅(W27a)は、300mm、とした。加熱板27a1、27a2の温度は、120℃とした。
In this experimental example, the number of twists was 10 times / m, and the resin-impregnated strand (carbon fiber bundle f2) was produced with a resin volume ratio (Vf) of 45% as the resin impregnation amount. The distance between the two heating plates (t1) of the
2次加熱炉27bは、幅(W27b)400mm、長さ(L27b)10m、硬化炉内温度140℃であった。
The
樹脂含浸ストランドf2は、テンション力2000g/本が付加され、上面、下面ピールプライ63、64の間に挟持されて、加熱板装置27a及び硬化炉27b内を移動速度5mm/secにて移動された。
The resin impregnated strand f2 was applied with a tension force of 2000 g / strand and was sandwiched between the upper surface and lower surface peel plies 63 and 64 and moved in the
本実験例では、上面、下面ピールプライ63、64としては、エアーテック社製の高密度織物である「Release Ply F」(商品名)を使用した。この高密度織物の仕様は以下の通りであった。 In this experimental example, “Release Ply F” (trade name), which is a high-density fabric manufactured by Airtech, was used as the upper and lower surface peel plies 63 and 64. The specifications of this high density fabric were as follows.
高密度織物
繊維 ポリエステル繊維
目付け 95g/m2
縦糸、緯糸の合計:230本/インチ間
厚さ(t2) 0.15mm
High density fabric Fiber Polyester fiber Weight 95g / m 2
Total of warp and weft: 230 / inch Thickness (t2) 0.15mm
上記構成にて、樹脂含浸ストランドf2は、加熱板装置27aにて断面が矩形状に成形された1次硬化(半硬化)状態のストランドf3とされ、その後、2次硬化炉27b内にて完全に硬化された繊維強化プラスチック線材2が得られた。繊維強化プラスチック線材2は、2次硬化炉27bの出口にて、上面、下面ピールプライ63、64から極めて円滑に、何ら問題なく剥離された。
With the above configuration, the resin-impregnated strand f2 is made into a primary-cured (semi-cured) strand f3 having a rectangular cross section formed by the
このようにして得た繊維強化プラスチック線材2は、厚さ(t)0.6mm、幅(w)1.7mmの扁平形状の断面を有していた。
The fiber reinforced
比較材として、撚り回数3回/m、5回/m、20回/m、30回/mを入れたものを、他の製造条件は、上記基本製品と同様にして製造した。 As a comparative material, a material in which the number of twists was 3 times / m, 5 times / m, 20 times / m, and 30 times / m was produced in the same manner as the above basic product under the other production conditions.
これら繊維強化プラスチック線材を、それぞれ、断面形状について比較した。結果を表1に示す。 Each of these fiber-reinforced plastic wires was compared in terms of cross-sectional shape. The results are shown in Table 1.
上記の表から分かるように、撚り回数5回/m未満だと、幅変動が基準幅±20%を超え、ストランドシートとして使用する際、ストランド間の隙間を大きくとる必要があり、繊維含有量を増やす目的を達成することが難しくなる。 As can be seen from the above table, if the number of twists is less than 5 times / m, the width variation exceeds the reference width ± 20%, and when used as a strand sheet, it is necessary to take a large gap between the strands, and the fiber content It becomes difficult to achieve the purpose of increasing
一方、撚り回数20回/mを超え始めると、製品の厚みが、金型のセット厚みから、乖離を始め、制御が利かなくなり、目標の厚みを得ることが難しくなる。これは、2次硬化の際、高温のため樹脂が柔らかく、撚りにより繊維がふくらみ厚みが戻ることに起因すると思われる。 On the other hand, if the number of twists starts to exceed 20 times / m, the thickness of the product starts to deviate from the set thickness of the mold, the control becomes ineffective, and it becomes difficult to obtain the target thickness. This is considered to be due to the fact that the resin is soft due to the high temperature during secondary curing, and that the fiber swells and returns to its thickness due to twisting.
次に、撚り回数10回/mを固定して、樹脂含浸量をそれぞれ、樹脂体積比率で45%、36%、30%、60%、65%に変更したものを、他の製造条件は、本実験例の上記基本製品と同じで製造した。 Next, the number of twists of 10 times / m was fixed, and the resin impregnation amount was changed to 45%, 36%, 30%, 60%, 65%, respectively, in the resin volume ratio. It was manufactured in the same manner as the basic product in this experimental example.
これら繊維強化プラスチック線材を、それぞれ、断面形状について比較し、また、製品の引張試験を実施して比較した。結果を表2に示す。 Each of these fiber reinforced plastic wires was compared in terms of cross-sectional shape, and compared by performing a tensile test on the product. The results are shown in Table 2.
上記の表から分かるように、樹脂含浸量が36%未満になると、樹脂不足から表面にカサツキが多発し、強度低下が起こり、また樹脂含浸量60%を超えると、樹脂量が増え、樹脂流れが大きくなり、製品幅が変動し、形状の確保が難しくなることが分かる。 As can be seen from the above table, if the resin impregnation amount is less than 36%, the surface is frequently rusted due to insufficient resin and the strength is reduced. If the resin impregnation amount exceeds 60%, the resin amount increases and the resin flow increases. It becomes clear that the product width varies and the shape is difficult to secure.
なお、高密度織物に付着する樹脂量を測定した結果、ストランド1本に含まれる樹脂量の約10%から15%が付着し、結果、硬化したストランドはその分樹脂含有率が低くなることが分かった。 As a result of measuring the amount of resin adhering to the high-density fabric, about 10% to 15% of the amount of resin contained in one strand adheres, and as a result, the cured strand has a lower resin content. I understood.
次に、撚り回数10回/m、樹脂含浸量45%で固定し、樹脂硬化時のテンション力を2000g/本、400g/本、500g/本、3000g/本、3500g/本に変更したものを、他の製造条件は、本実験例の上記基本製品と同じで製造した。 Next, the number of twists was 10 times / m and the resin impregnation amount was fixed at 45%, and the tension force at the time of resin curing was changed to 2000 g / line, 400 g / line, 500 g / line, 3000 g / line, 3500 g / line. The other production conditions were the same as those of the basic product of this experimental example.
これら繊維強化プラスチック線材を、それぞれ、断面形状について比較し、また、製品の引張試験を実施して比較した。結果を表3に示す。 Each of these fiber reinforced plastic wires was compared in terms of cross-sectional shape, and compared by performing a tensile test on the product. The results are shown in Table 3.
上記の表から分かるように、テンション力が500g/本未満になると、幅変動が基準幅の±20%を超えた状態となり、一定厚み内で繊維含有率を上げる目的から外れ、扁平ストランドとしての役目を果たさなくなる。テンション力3000g/本を超えると、製造時に炭素繊維の破断が発生し、製造が難しくなると同時に、製品の強度低下が著しくなることが分かる。 As can be seen from the above table, when the tension force is less than 500 g / strand, the width variation exceeds ± 20% of the reference width, which is out of the purpose of increasing the fiber content within a certain thickness. No longer play a role. It can be seen that when the tension force exceeds 3000 g / piece, the carbon fiber breaks during production, making the production difficult, and at the same time reducing the strength of the product.
実施例2
次に、図7及び図8を参照して、本発明に係る繊維強化プラスチック線材の他の製造方法及び製造装置について説明する。
Example 2
Next, with reference to FIG.7 and FIG.8, the other manufacturing method and manufacturing apparatus of the fiber reinforced plastic wire which concern on this invention are demonstrated.
本実施例の製造装置は、実施例1の製造装置100と同様の構成とされ、繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aと、繊維緊張、扁平成形、加熱硬化セクション100Bとを有している。
The manufacturing apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the
ただ、本実施例にて、繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aは、図7及び図8に示すように、繊維に対する撚り加工を樹脂含浸後において実施している点でのみ、実施例1の製造装置100と異なっている。従って、実施例1と同じ構成及び同じ機能をなす部材には、同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。
However, in this embodiment, the fiber feeding, resin impregnation, and winding
また、本実施例における製造装置100の繊維緊張、扁平成形、加熱硬化セクション100Bは、実施例1の製造装置100と同様とされるので、実施例1の説明を援用し、本実施例での説明は省略する。
Moreover, since the fiber tension of the
図7は、本実施例における製造装置100の繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aを示しており、図面上、左側から右側に複数本の強化繊維fから成る強化繊維ストランド(強化繊維束)f1が移動し、その間に樹脂含浸と撚り加工とを行う。
FIG. 7 shows the fiber feeding, resin impregnation, and winding
つまり、図7を参照すると、本実施例の繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aにおいては、巻き出し装置51に、複数の強化繊維供給用の巻き出しボビン(筒状の糸巻き)11(11a、11b)が用意され、各ボビン11には、樹脂未含浸の強化繊維fを所定本数収束した強化繊維ストランド(強化繊維束)f1が巻回されている。
That is, referring to FIG. 7, in the fiber feeding, resin impregnation and winding
各ボビン11に巻回された強化繊維束f1は、ガイド14のガイド穴15a、15bにガイドされて、樹脂含浸工程へと連続的に送給される(強化繊維束供給工程)。
The reinforcing fiber bundle f1 wound around each
樹脂含浸工程へと送給された強化繊維束f1は、樹脂含浸槽17にて樹脂含浸される。
樹脂含浸工程の構成及びその作業内容は、実施例1と同様である。
The reinforcing fiber bundle f1 fed to the resin impregnation step is impregnated with resin in the
The configuration of the resin impregnation step and the work contents are the same as those in the first embodiment.
樹脂含浸された強化繊維束f2は、巻き取り装置52における巻き取り用ボビン22(22a、22b)に巻き取られる。
The resin-impregnated reinforcing fiber bundle f2 is wound around the winding bobbin 22 (22a, 22b) in the winding
この時、巻き取りボビン22(22a、22b)は、図8をも参照するとより良く理解されるように、巻き取り装置52に設けられた回転軸23(23a、23b)に取り付けられ、さらに、この回転軸23は、巻き取り装置52の回転主軸32(32a、32b)に回転自在に取り付けられている。
At this time, the winding bobbin 22 (22a, 22b) is attached to the rotary shaft 23 (23a, 23b) provided in the winding
各ボビン22は、駆動モータM及び歯車伝達機構Gにより、各ボビン22の回転軸23の回りに回転して、樹脂含浸された強化繊維束f2を巻き取る。同時に、各ボビン22(22a、22b)は、それぞれ、上述のように、回転軸23(23a、23b)の回りに回転しながら、回転軸23(23a、23b)と共に回転主軸32(32a、32b)の回りに回転される。
Each
つまり、ボビン22は、回転軸23の回りに回転し、同時に回転主軸32の回りにも回転して、強化繊維束f2を巻き取る。
That is, the
従って、樹脂含浸槽17から、出口ガイドローラ対19(19a、19b)及びガイド20に形成したガイド穴21(21a、21b)により案内され、ボビン22により巻き取られた強化繊維束f2には、撚り加工が施される。
Therefore, the reinforcing fiber bundle f2 guided from the
ボビン22の回転主軸32の回りの回転数と、強化繊維束f2の巻き取りスピードとを調節することにより、1m当たりに入れる撚り回数を制御することができる。
By adjusting the rotation speed of the
本実施例によると、実施例1と同様に、丸形状の繊維強化プラスチック線材の線径は、直径0.5mm〜8.0mmであることが好ましい。従って、含浸工程へと供給される強化繊維束f1は、例えば、強化繊維として炭素繊維を使用する場合には、線径6〜10μmの炭素繊維(フィラメント)fを3000〜320000本を収束した炭素繊維ストランド(炭素繊維束)f1を使用することとなる。 According to this example, as in Example 1, the wire diameter of the round fiber-reinforced plastic wire is preferably 0.5 mm to 8.0 mm. Accordingly, the reinforcing fiber bundle f1 supplied to the impregnation step is, for example, carbon in which 3000 to 320,000 carbon fibers (filaments) f having a wire diameter of 6 to 10 μm are converged when carbon fibers are used as reinforcing fibers. The fiber strand (carbon fiber bundle) f1 is used.
また、強化繊維束f1の撚り回数は、5回/m〜20回/mであることが好ましい。 The number of twists of the reinforcing fiber bundle f1 is preferably 5 times / m to 20 times / m.
樹脂含浸された強化繊維束f2を巻きつけたボビン22は、取り外され、次工程の加熱、硬化工程に供給される。
The
本実施例においても、実施例1と同様の構成とされる、図2(a)、(b)、図3に示す繊維緊張、扁平成形、加熱硬化セクション100Bが使用される。
Also in this embodiment, the fiber tension, oblate shape, and heat-curing
つまり、図2を参照すると、上記樹脂含浸工程にて樹脂含浸強化繊維束f2を巻き取ったボビン22(22a、22b)が、巻き出し装置53の回転軸24(24a、24b)に設置される。即ち、巻き取りボビン22は、緊張、扁平成形、加熱硬化工程における巻き出しボビンとして機能する。
That is, referring to FIG. 2, the bobbin 22 (22a, 22b) around which the resin-impregnated reinforcing fiber bundle f2 is wound in the resin impregnation step is installed on the rotating shaft 24 (24a, 24b) of the unwinding
巻き出しボビン22に巻かれた樹脂含浸した未硬化強化繊維束f2は、ボビン22を回転軸24(24a、24b)の回りに回転させることにより巻き出される。強化繊維束f2は、加熱板装置27a、加熱硬化炉27bを通され、巻き取りボビン30(30a、30b)に巻き取られる。
The resin-impregnated uncured reinforcing fiber bundle f2 wound around the unwinding
本実施例においても、実施例1と同様にして、樹脂含浸され、撚り加工が施された強化繊維束f2は、ボビン22から巻き出され、加熱板装置27aにて扁平形状に成形され、1次硬化される。次いで、加熱硬化炉27bへと導入され、加熱硬化(2次硬化)される(強化繊維束緊張、扁平成形、加熱硬化工程)。加熱硬化(2次硬化)された強化繊維束、即ち、強化繊維プラスチック線材2は、巻き取り用ボビン30に巻き取られる。
Also in the present embodiment, the reinforcing fiber bundle f2 impregnated with resin and twisted is unwound from the
実施例1の製造方法と、本実施例の製造方法とを比較すると、両実施例の製造方法の違いは、実施例1の製造方法によると、繊維送給、樹脂含浸、巻取セクション100Aと、繊維緊張、加熱硬化セクション100Bとを接続して製造工程を連続化することが可能である。これに対して、本実施例の製造方法によると、製造工程の連続化が難しい。
When the manufacturing method of Example 1 is compared with the manufacturing method of this example, the difference between the manufacturing methods of both examples is that according to the manufacturing method of Example 1, fiber feeding, resin impregnation, and winding
一方、実施例1の製造方法では、厚み(t)1.0mm、幅(w)3.3mmを超えるような大きい扁平(矩形断面)形状の繊維強化プラスチック線材を製造する際、撚りを入れた後樹脂含浸すると、強化繊維束f1の内部まで充分に樹脂が含浸するのが難しくなるという問題がある。 On the other hand, in the production method of Example 1, a twist was added when producing a large flat (rectangular cross-section) fiber reinforced plastic wire having a thickness (t) of 1.0 mm and a width (w) of 3.3 mm. When the post-resin impregnation is performed, there is a problem that it is difficult to sufficiently impregnate the resin into the reinforcing fiber bundle f1.
従って、実施例1、2の製造方法は、製造する品種により使い分けるのが妥当である。 Therefore, it is appropriate to use the manufacturing methods of Examples 1 and 2 depending on the kind to be manufactured.
(実験例)
次に、本実施例の繊維強化プラッスチック線材2の製造法について更に具体的に実験例について説明する。
(Experimental example)
Next, an experimental example will be described more specifically with respect to the method for producing the fiber-reinforced
実験例2
本実験例では、図7、図8、図2及び図3の装置を用いて繊維強化プラスチック線材2を製造した。
Experimental example 2
In this experimental example, the fiber reinforced
実施例1で説明した実験例1と同様に、強化繊維fは、平均径7μm、収束本数15000本のPAN系炭素繊維ストランド(炭素繊維束f1)(三菱レイヨン株式会社製「TR50」(商品名))を用い、マトリックス樹脂Rとして、120℃硬化のエポキシ樹脂(三井化学株式会社製「エポミックR140P」(商品名))を使用した。 Similar to Experimental Example 1 described in Example 1, the reinforcing fiber f has an average diameter of 7 μm and a converged number of 15,000 PAN-based carbon fiber strands (carbon fiber bundle f1) (“TR50” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. (trade name). )) And a 120 ° C. epoxy resin (“Epomic R140P” (trade name) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was used as the matrix resin R.
又、撚り回数は10回/m、樹脂含浸量は樹脂体積比率45%、扁平成形、樹脂硬化時のテンション力2000g/本、加熱板装置27aの温度120℃、硬化炉27bの炉内温度140℃、上下面ピールプライ63、64及び繊維束f2、f3などの移動速度5mm/sec、で繊維強化プラスチック線材2を製造した。
Further, the number of twists is 10 times / m, the resin impregnation amount is a resin volume ratio of 45%, oblate shape, a tension force of 2000 g / piece during resin curing, the temperature of the
尚、加熱板装置27a、硬化炉27b等の製造装置100の構成は、実験例1と同じとした。
The configuration of the
その結果、製品の断面形状は、実施例1の実験例1の基本となる製造方法で製造された繊維強化プラスチック線材とほぼ同一で、製品の破断荷重も表4に示すように、ほとんど実験例1のものと同じであった。 As a result, the cross-sectional shape of the product is almost the same as the fiber-reinforced plastic wire manufactured by the manufacturing method that is the basis of Experimental Example 1 of Example 1, and the breaking load of the product is almost experimental as shown in Table 4. Same as one.
このことから、繊維強化プラスチック線材2を製造する方法として、実験例1、2で製造される製品に差がないことが分かった。
From this, it was found that there is no difference in the products manufactured in Experimental Examples 1 and 2 as a method of manufacturing the fiber reinforced
実施例3
次に、図6を参照して、上記実施例1、2にて作製された繊維強化プラスチック線材2を使用した繊維強化シートの一実施例について説明する。
Example 3
Next, with reference to FIG. 6, an example of a fiber reinforced sheet using the fiber reinforced
図6に、本発明の繊維強化シート1の一実施例を示す。繊維強化シート1は、上記実施例1、2にて作製した、連続した扁平形状繊維強化プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材2を互いに固定用繊維材3にて固定される。
In FIG. 6, one Example of the fiber reinforced sheet | seat 1 of this invention is shown. The fiber reinforced sheet 1 is formed by aligning a plurality of continuous flat fiber reinforced
繊維強化プラスチック線材2は、一方向に配向された多数本の連続した強化繊維fにマトリクス樹脂Rが含浸され硬化された横断面が扁平形状とされる細長形状のものであり、弾性を有している。従って、斯かる弾性の繊維強化プラスチック線材2をスダレ状に、即ち、線材2が互いに近接離間して引き揃えられたシート形状とされる繊維強化シート1は、その長手方向に弾性を有している。そのために、例えば、繊維強化シート1は、搬送時には、所定半径にて巻き込んだ状態にて持ち運びが可能であり、極めて可搬性に富んでいる。また、繊維強化シート1は、繊維強化プラスチック線材2にて構成されているために、搬送時に、従来の未含浸強化繊維シートのように、強化繊維の配向が乱れたり、また、緊張力導入時に、強化繊維の配向乱れに起因した糸切れを生じるといった心配は全くない。
The fiber reinforced
上述のように、本実施例で使用する繊維強化プラスチック線材2は、横断面にて厚み(t)0.2mm〜5.0mm、幅(w)1.0mm〜10.0mmの横断面が扁平形状(即ち、矩形状)(図5)とされる。
As described above, the fiber reinforced
上述のように、一方向に引き揃えスダレ状とされた繊維強化シート1において、各線材2は、互いに空隙(g)=0.1〜20.0mmだけ近接離間して、固定用繊維材3にて固定される。また、このようにして形成された繊維強化シート1の長さ(L)及び幅(W)は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取扱い上の問題から、一般に、全幅(W)は、100〜500mmとされる。又、長さ(L)は、100m以上のものを製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。
As described above, in the fiber reinforced sheet 1 that is aligned and slender in one direction, the
又、各線材2を固定用繊維材3にて固定する方法としては、図6に示すように、例えば、固定用繊維材3として横糸を使用し、一方向にスダレ状に配列された複数本の線材2から成るシート形態とされる線材、即ち、連続した線材シートを、線材に対して直交して一定の間隔(P)にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。横糸3の打ち込み間隔(P)は、特に制限されないが、作製された繊維強化シート1の取り扱い性を考慮して、通常1〜15cm間隔の範囲で選定される。
In addition, as a method of fixing each
このとき、横糸3は、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用される。 At this time, the weft 3 is, for example, a yarn obtained by bundling a plurality of glass fibers or organic fibers having a diameter of 2 to 50 μm. Moreover, nylon, vinylon, etc. are used suitably as an organic fiber.
次に、本発明の繊維強化シートの実験例について説明する。 Next, experimental examples of the fiber reinforced sheet of the present invention will be described.
実験例3
本発明のシート状補強材である繊維強化シート1を使用して、緊張接着工法に従ってコンクリート梁を補強した。
Experimental example 3
Using the fiber reinforced sheet 1 which is a sheet-like reinforcing material of the present invention, a concrete beam was reinforced in accordance with a tension bonding method.
本実験例では、図6を参照して説明した構成の繊維強化シート1を使用した。 In this experimental example, the fiber reinforced sheet 1 having the configuration described with reference to FIG. 6 was used.
繊維強化シート1における繊維強化プラスチック線材2は、実験例1、2にて作製した繊維強化プラスチック線材2を使用した。線材2は、厚み(t)0.6mm、幅(w)1.7mmの扁平断面を有していた。
As the fiber reinforced
このようにして得た繊維強化プラスチック線材2を、一方向に引き揃えてスダレ状に配置し、各線材2を互いに空隙(g)だけ近接離間して、固定用繊維材3にて固定した。
The fiber reinforced
このようにして作製した繊維強化シート1は、幅(W)が200mm、長さ(L)が100mであった。各線材2間の間隙(g)は、0.4〜0.5mmであった。実験では、繊維強化シート1の長さは500cmに切断して使用した。
The fiber reinforced sheet 1 thus produced had a width (W) of 200 mm and a length (L) of 100 m. The gap (g) between each
次に、上記繊維強化シート1を使用してコンクリート梁を緊張接着工法により、次のようにして補強した。 Next, concrete beams were reinforced by the tension bonding method using the fiber reinforced sheet 1 as follows.
先ず、本実験例では、繊維強化シート1をコンクリート梁に接着するに先立って、繊維強化シート1に緊張力100000Nを導入した。緊張力導入時に、何ら糸切れを発生することがなく、炭素繊維の破断強度近くまで充分な緊張力を導入することができた。 First, in this experimental example, prior to bonding the fiber reinforced sheet 1 to a concrete beam, a tension force of 100,000 N was introduced into the fiber reinforced sheet 1. When the tension force was introduced, no thread breakage occurred, and a sufficient tension force could be introduced to near the breaking strength of the carbon fiber.
繊維強化シート1が緊張状態に維持された状態にて、コンクリート梁シート貼着面に対面した側から繊維強化シート1にマトリクス樹脂を塗布し、次いで、繊維強化シート1をコンクリート梁貼着面に接着した。この時、接着力を上げるため繊維強化シート回り全体をバグフィルムで覆い、真空ポンプでバグフィルム内の空気を抜き、真空圧で梁に押し付けながら接着した。繊維強化シート1の貼着面に、何らボイドを発生することなく、コンクリート梁に極めて良好に接着することができた。 In a state where the fiber reinforced sheet 1 is maintained in a tension state, a matrix resin is applied to the fiber reinforced sheet 1 from the side facing the concrete beam sheet bonding surface, and then the fiber reinforced sheet 1 is applied to the concrete beam bonding surface. Glued. At this time, in order to increase the adhesive strength, the entire fiber reinforced sheet was covered with a bag film, the air in the bag film was evacuated with a vacuum pump, and bonded while pressing against the beam with vacuum pressure. It was possible to adhere to the concrete beam very well without generating any voids on the sticking surface of the fiber reinforced sheet 1.
上記実験例3では、コンクリート構造物の補強に関して説明したが、本発明の繊維強化シート1は、鋼構造物の補強に際しても同様に適用することでき、同様の作用効果を達成し得る。 In the experimental example 3 described above, the reinforcement of the concrete structure has been described. However, the fiber reinforced sheet 1 of the present invention can be similarly applied to the reinforcement of the steel structure, and the same operational effects can be achieved.
また、本発明の繊維強化シート1は、上記実験例で説明した緊張接着工法以外の、単に、構造物に接着して補強する補強工法に、更には、ガラス繊維等の繊維強化プラスチック構造物内に埋入して補強する方法にも好適に使用することができる。 Further, the fiber reinforced sheet 1 of the present invention is not limited to the tension bonding method described in the above experimental example, but is simply applied to a reinforcing method in which the reinforcing material is bonded to a structure, and further in a fiber reinforced plastic structure such as glass fiber. It can be suitably used also for the method of embedding in and reinforcing.
1 繊維強化シート
2 扁平形状繊維強化プラスチック線材
3 固定用繊維材
11 巻き出しボビン
17 樹脂含浸槽
22 巻き取りボビン(巻き出しボビン)
27a 加熱板装置
27a1、27a2 第1及び第2加熱板
27a3、27a4 成形用平板
27a5、27a6 パネルヒータ(熱源)
27b 加熱硬化炉
32 巻き取りボビン
63 上面ピールプライ(高密度織物)
64 下面ピールプライ(高密度織物)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fiber reinforced
27a Heating plate device 27a1, 27a2 First and second heating plates 27a3, 27a4 Flat plates for molding 27a5, 27a6 Panel heater (heat source)
27b
64 Bottom peel ply (high density fabric)
Claims (10)
(b)前記連続的に送給される強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸させる工程、
(c)前記樹脂含浸され、撚りが入った強化繊維束を、所定の強さにて緊張させて強化繊維束の横断面を円形状とし、その後、前記横断面が円形状とされた強化繊維束の上下面に樹脂との離型性を持った高密度織物を配置した状態で、加熱された2枚の平板の間に引き込み、前記強化繊維の横断面を扁平形状に成形しながら樹脂を1次硬化させる工程、
(d)前記横断面が扁平形状の1次硬化された強化繊維束を、加熱された硬化炉を通し、2次硬化させる工程、
を備えた横断面が扁平形状とされる繊維強化プラスチック線材を製造することを特徴とする連続した扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法。 (A) a step of continuously feeding a reinforcing fiber bundle composed of a plurality of reinforcing fibers arranged in one direction while twisting;
(B) impregnating a matrix resin into the reinforcing fiber bundle continuously fed;
(C) The reinforcing fiber bundle impregnated with the resin and twisted is tensed with a predetermined strength to make the reinforcing fiber bundle have a circular cross section, and then the cross section is made circular. With a high-density fabric having releasability from the resin placed on the upper and lower surfaces of the bundle, the resin is drawn in between the two heated flat plates and the cross section of the reinforcing fiber is molded into a flat shape. A primary curing step,
(D) a step of secondarily curing the reinforcing fiber bundle which has been flatly cured in the transverse cross section through a heated curing furnace;
A method for producing a continuous flat fiber reinforced plastic wire, characterized in that a fiber reinforced plastic wire having a flat cross-section is provided.
(b)前記連続的に送給される強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸させる工程、
(c)前記樹脂含浸された強化繊維束に撚りを入れる工程、
(d)前記樹脂含浸され、撚りが入った強化繊維束を、所定の強さにて緊張させて強化繊維束の横断面を円形状とし、その後、前記横断面が円形状とされた強化繊維束の上下面に樹脂との離型性を持った高密度織物を配置した状態で、加熱された2枚の平板の間に引き込み、前記強化繊維の横断面を扁平形状に成形しながら樹脂を1次硬化させる工程、
(e)前記横断面が扁平形状の1次硬化された強化繊維束を、加熱された硬化炉を通し、2次硬化させる工程、
を備えた横断面が扁平形状とされる繊維強化プラスチック線材を製造することを特徴とする連続した扁平形状繊維強化プラスチック線材の製造方法。 (A) a step of continuously feeding a reinforcing fiber bundle composed of a plurality of reinforcing fibers arranged in one direction;
(B) impregnating a matrix resin into the reinforcing fiber bundle continuously fed;
(C) a step of twisting the resin-impregnated reinforcing fiber bundle,
(D) The reinforcing fiber bundle impregnated with the resin and twisted is tensed with a predetermined strength so that the cross section of the reinforcing fiber bundle has a circular shape, and then the cross section of the reinforcing fiber bundle has a circular shape. With a high-density fabric having releasability from the resin placed on the upper and lower surfaces of the bundle, the resin is drawn in between the two heated flat plates and the cross section of the reinforcing fiber is molded into a flat shape. A primary curing step,
(E) a step of secondarily curing the reinforced fiber bundle, which has a flat cross-sectional cross section, through a heated curing furnace;
A method for producing a continuous flat fiber reinforced plastic wire, characterized in that a fiber reinforced plastic wire having a flat cross-section is provided.
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