JP5416341B2 - 丸形状繊維強化プラスチック線材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、小径且つ丸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。斯かる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或いは鋼構造物（本願明細書では、コンクリート構造物、鋼構造物を含めて単に「構造物」という。）に接着して補強するのに使用することができる。

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。

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。

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。

しかしながら、樹脂を含浸していない繊維を用いた繊維強化シートでは、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。

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。

そこで、本発明者らは、特許文献１に記載するように、繊維強化シートにて、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シートを提案した。

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。
特開２００４−１９７３２５号公報

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。

この方法では、丸形状の線材を成形するのに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。

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。

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。

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丸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。

本発明の他の目的は、加熱金型を用いなくても、丸形状が成型でき、しかも、一度に多量の本数を作ることができ、コスト面、品質面の両面で、引き抜き成形法の線材より有利である丸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。

上記目的は本発明に係る丸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、５回／ｍ〜４０回／ｍの撚り回数にて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、前記強化繊維に対する前記マトリックス樹脂の含浸量が体積比率で３０％〜６０％にて含浸させる工程、
（ｃ）前記樹脂含浸された強化繊維束を、５００ｇ／本〜３０００ｇ／本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、
を備えた横断面が円形状とされる、線径が直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであ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丸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。

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、前記強化繊維に対する前記マトリックス樹脂の含浸量が体積比率で３０％〜６０％にて含浸させる工程、
（ｃ）前記樹脂含浸された強化繊維束に、５回／ｍ〜４０回／ｍの撚り回数にて撚りを入れる工程、
（ｄ）前記樹脂含浸され且つ撚りが入った強化繊維束を、５００ｇ／本〜３０００ｇ／本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、
を備えた横断面が円形状とされる、線径が直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであ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丸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。

本発明にて一実施態様によれば、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。

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。

本発明によれば、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、丸形状の線材を製造することができる。

又、本発明によれば、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、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。

以下、本発明に係る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。

実施例１
図１〜図３に、本発明に係る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４に、本発明に従って作製された繊維強化プラスチック線材の断面構造を示し、図５に、斯かる繊維強化プラスチック線材を使用したスダレ状繊維強化シートの一実施例を示す。

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、加熱硬化セクション１００Ｂ（図２）とにて構成される。

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。

図２は、製造装置１００の繊維緊張、加熱硬化セクション１００Ｂ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、所定の緊張下に樹脂の硬化を行う。

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、複数の、本実施例では二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。

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）。

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）。

図２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、ボビン２２から巻き出され、加熱硬化炉２７へと導入され、加熱硬化される。加熱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。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加熱硬化される（強化繊維束緊張、加熱硬化工程）。

次に、上記各工程を、更に詳しく説明する。

（強化繊維束供給、撚り加工工程）
本実施例では、図３をも参照するとより良く理解されるように、二つのボビン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。

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。

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。

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。

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。

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。

本実施例によると、詳しくは後述するように、繊維強化プラスチック線材の線径は、直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ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３０００〜４８０００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。

また、強化繊維束ｆ１の撚り回数は、５回／ｍ〜４０回／ｍであることが好ましい。詳しくは後述する。

（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（１９ａ、１９ｂ）が配置されている。

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。

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。

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。

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。

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、体積比率で３０％〜６０％であることが好ましい。詳しくは後述する。

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。

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。

樹脂含浸された強化繊維束ｆ２を巻きつけたボビンは、取り外され、図２に示す繊維撚り、加熱硬化セクション１００Ｂにおける加熱、硬化工程へと供給される。

（緊張、加熱、硬化工程）
図２を参照すると、繊維撚り、加熱硬化セクション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、加熱、硬化工程における巻き出しボビンとして機能する。

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を通って加熱硬化炉２７へと通され、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。

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。

つまり、上記構成により、加熱硬化炉２７における樹脂硬化工程で、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、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。

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。

更に、強化繊維束に適切な緊張力を与えることによって、束となっている強化繊維ｆをなるべく一様に緊張し、硬化後に得られる繊維強化プラスチック線材２の強度等の品質を安定させることができる。

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、巻き取りボビン３０との間で、適切な緊張力をかけながら、加熱硬化炉２７にて樹脂を硬化させる、構成とされる。

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。詳しくは、後述する。

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、加熱硬化炉２７へと連続的に供給される。

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。

加熱硬化炉２７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、樹脂含浸強化繊維ｆ２を加熱できるようになっている。

樹脂含浸強化繊維ｆ２は、ここで、適切な温度と、ある一定の時間をかけて樹脂の硬化がなされる。加熱硬化炉２７における温度と時間は、含浸されている樹脂の種類によって決められる。

従って、この硬化炉２７の長さ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。

又、後で述べる金型方式では、上下の２分割面でしか樹脂含浸強化繊維ｆ２を通す穴型を製作できない。このため、金型の幅で一度に製造できる本数が決まり、効率の悪い製造方法となっている。

一方、本実施例の方式では、硬化炉の内断面積の全体を使用して樹脂含浸強化繊維ｆ２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、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。

また、金型方式で丸形状線材を成形するには、金型に丸形状の溝穴を形成し、そこで樹脂を加熱硬化することにより得られるが、本実施例の方式では、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ｆ２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。そのため、金型が不要となり、製造効率アップや、次に述べるような品質改善が図れる方式となっている。

次に、品質面において、本実施例の方法は、後述の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、疵を付ける危険も無く、品質面、コスト面で優れている。

加熱硬化炉２７により、樹脂硬化された繊維強化プラスチック線材２は、ガイド２８に形成したガイド穴２９（２９ａ、２９ｂ）により案内され、巻き取り装置５４の巻き取りボビン３０（３０ａ、３０ｂ）により巻き取られる。

巻き取りボビン３０により巻き取られる、樹脂硬化の終了した強化繊維束、即ち、繊維強化プラスチック線材２は、この段階では硬い線材となっているため、細い径のボビンでは、巻き取れないことから、径の大きなリールを巻き取り軸、即ち、回転軸３１（３１ａ、３１ｂ）に取り付けて巻き取る。

本実施例にて、繊維強化プラスチック線材２の線径は、直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍとされる。

このようにして作製された繊維強化プラスチック線材２は、回転軸３１からリール３０を取り外し、次工程のスダレ状繊維強化シート作製工程へと送給される。スダレ状繊維強化シートの作製方法については後述する。

（プルトルージョン法との比較）
次に、一般的な繊維強化プラスチック線材の製造方法であるプルトルージョン法を説明し、本実施例の製造法との違いを明確にする。

図６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説明する。図６にて、左側から右側に強化繊維ｆ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。以下に詳細を説明する。

なお、先に説明した本実施例の製造装置１００におけると同様の構成とされる部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。

図６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、巻き出しボビン１１（１１ａ、１１ｂ）に巻かれた樹脂未含浸の、複数の強化繊維ｆ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。プルトルージョン法によれば、本発明の特徴とする、強化繊維束ｆ１に撚りを入れる工程はない。

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。

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ｆ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。

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。

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。

これに対して、本発明における上記実施例の出口ローラ対１９（１９ａ、１９ｂ）は、樹脂量をコントロールする役目を有しており、本発明における出口ローラ対１９（１９ａ、１９ｂ）とは、機能において大きく異なっている。

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。

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。

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。

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。

この離型剤は、作製された線材２をスダレ状繊維強化シートとして実際に使用する際に、樹脂等との接着を阻害する。そのため、対策として、線材の表面にサンドペパー等で目粗しを行い対応している。この目粗しをすると、線材２の表面に疵をつけることと同等で、強度等の物性低下の原因となっている。

又、製造スピードもこの金型２７Ａで制約され、この金型２７Ａ内で丸形状を確保しなくてはいけないことから、ある程度以上のスピード（使用樹脂で異なるがエポキシ樹脂で０．８ｍ／分）では成形不可能となる。この制約も、上記本発明の実施例で説明した製造方法にはない。

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。

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、巻き取り装置のボビン３０（３０ａ、３０ｂ）へと送給され、ボビン３０にて巻き取られる。

本実施例の製造法と、従来のプルトルージョン法との大きな違いは、巻き出し、樹脂含浸、加熱硬化、巻き取りの工程が、連続しているか、そうでないかである。つまり、従来のプルトルージョン法では、連続しており、上記本実施例の製造法では、連続していない。

しかし、上記本実施例の製造方法においても、樹脂含浸と加熱硬化の工程間に、テンションコントローラー等を入れ、加熱硬化される間で、テンションコントロールできるようにすれば、連続化は可能である。従って、上記実施例の製造方法が連続化という点において、劣っている、ということはできない。

（繊維強化プラスチック線材）
次に、図４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。

図４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、横断面形状が円形状、即ち、丸形状とされ、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。

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４０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時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４０回／ｍを越えると強化繊維ｆの直線性が損なわれ、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り、４０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２０回／ｍの範囲が最適である。

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で、３０％から６０％の範囲が使用可能である。３０％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。

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。

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の線径（ｄ）は、直径０．５ｍｍから３．０ｍｍが妥当である。線径が０．５ｍｍ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、３．０ｍｍ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の線径（ｄ）は、特に、０．８ｍｍから１．５ｍｍの範囲が好適である。

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。

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。

（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。

実験例１
本実験例では、図１〜図３の装置を用いて、基本製品として、下記の態様にて繊維強化プラスチック線材２を製造した。

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。

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５５％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。

次いで、樹脂含浸ストランドｆ２にテンション力２０００ｇ／本を入れ、硬化炉２７の硬化温度１２０℃、硬化時間３０分で製造した。

このようにして得た繊維強化プラスチック線材２は、直径（ｄ）が１．０ｍｍの円形状の断面を有していた。

比較材として、撚り回数３回／ｍ、５回／ｍ、４０回／ｍ、４５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。

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１に示す。

上記の表から分かるように、撚り回数、５回／ｍ未満だと、円形状を確保するのが難しくなり、又撚り回数４０回／ｍを超えると製品の強度が急に低下し問題となることが分かる。

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％、３０％、２５％、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。

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。

上記の表から分かるように、樹脂含浸量が３０％未満になると、樹脂不足から表面にカサツキがでて、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、線径の直径が大きくなり、樹脂のタレの発生も起こり、形状の確保が難しくなることが分かる。

次に、撚り回数１０回／ｍ、樹脂含浸量５５％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。

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。

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、円形状を確保するのが難しくなると同時に、製品の強度も低くなり、又テンション力が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。

一方、比較例として、強化繊維として、上記実験例と同じ平均径７μｍ、収束本数１５０００本ＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、マトリックス樹脂として、１２０℃硬化のエポキシ樹脂を使用し、図６に示すプルトルージョン法で繊維強化プラスチック線材を製造した。

その際の、樹脂含浸量は、樹脂体積比率で５５％であり、得られた線材の直径は１．０ｍｍであった。

この比較例の線材の引張試験を実施した結果、破断荷重２４５８Ｎとなり、本実験例の上記基本製品としての繊維強化プラスチック線材とほぼ同一であった。

このことから、本実施例の製造方法で製造された製品が、従来の製造方法でつくられたものと強度で遜色ないことが証明された。

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。

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、加熱硬化セクション１００Ｂとを有している。

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。

また、本実施例における製造装置１００の繊維緊張、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。

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。

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、本実施例では二つの、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。

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）。

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。

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。

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、巻き取り装置の回転主軸３２（３２ａ、３２ｂ）に回転自在に取り付けられている。

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。

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。

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。

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。

本実施例によると、実施例１と同様に、繊維強化プラスチック線材の線径は、直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ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３０００〜４８０００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。

また、強化繊維束ｆ１の撚り回数は、５回／ｍ〜４０回／ｍであることが好ましい。

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。

本実施例において、実施例１と同様の構成とされる繊維撚り、加熱硬化セクション１００Ｂが使用される。

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、加熱、硬化工程における巻き出しボビンとして機能する。

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、加熱硬化炉２７を通され、巻き取りボビン３０（３０ａ、３０ｂ）に巻き取られる。

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、加熱硬化炉２７へと導入され、加熱硬化される。加熱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。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加熱硬化される（強化繊維束緊張、加熱硬化工程）。

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。

一方、実施例１の製造方法では、直径２．０ｍｍを超えるような太径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。

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。

（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。

実験例２
本実験例では、図７、図８及び図２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。

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。

又、撚り回数は１０回／ｍ、樹脂含浸量は樹脂体積比率４５％、樹脂硬化時のテンション力２０００ｇ／本、硬化炉の樹脂硬化温度１２０℃、硬化時間３０分で繊維強化プラスチック線材２を製造した。

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。

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。

実施例３
次に、図５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。

図５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。

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細長形状（細径）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。

上述のように、本実施例で使用する細径の繊維強化プラスチック線材２は、直径（ｄ）が０．５〜３．０ｍｍの円形断面形状（図４）とされる。

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）＝０．１〜１．０ｍｍ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。

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５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１〜１５ｍｍ間隔の範囲で選定される。

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。

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。

実験例３
本発明の繊維強化シート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。

本実験例では、図５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。

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、直径１．４ｍｍの円形断面を有していた。

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）＝０．１〜１．０ｍｍだけ近接離間して、固定用繊維材３にて固定した。

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、０．３〜０．４ｍｍであった。

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。

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１００００ｋｇ／ｍｍ²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。

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。

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。

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も好適に使用することができる。

本発明に係る繊維強化プラスチック線材の製造方法の一実施例を説明するための製造装置の概略構成図である。 本発明に係る繊維強化プラスチック線材の製造方法の一実施例を説明するための製造装置の概略構成図である。 本発明に係る繊維強化プラスチック線材の製造方法の一実施例を説明するための製造装置における巻き出しボビンの作動を説明する概略構成図である。 本発明の繊維強化シートを構成する繊維強化プラスチック線材の断面図である。 本発明の繊維強化シートの一実施例を示す斜視図である。 従来のプルトルージョン法を説明するための線材製造装置の概略構成図である。 本発明に係る繊維強化プラスチック線材の製造方法の他の実施例を説明するための製造装置の概略構成図である。 本発明に係る繊維強化プラスチック線材の製造方法の他の実施例を説明するための製造装置における巻き取りボビンの作動を説明する概略構成図である。

符号の説明

１ 繊維強化シート
２ 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）
２７ 加熱硬化炉
３２ 巻き取りボビン

Claims (4)

1. （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、５回／ｍ〜４０回／ｍの撚り回数にて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、前記強化繊維に対する前記マトリックス樹脂の含浸量が体積比率で３０％〜６０％にて含浸させる工程、
   （ｃ）前記樹脂含浸された強化繊維束を、５００ｇ／本〜３０００ｇ／本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、
   を備えた横断面が円形状とされる、線径が直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであ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丸形状繊維強化プラスチック線材の製造方法。
2. （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、前記強化繊維に対する前記マトリックス樹脂の含浸量が体積比率で３０％〜６０％にて含浸させる工程、
   （ｃ）前記樹脂含浸された強化繊維束に、５回／ｍ〜４０回／ｍの撚り回数にて撚りを入れる工程、
   （ｄ）前記樹脂含浸され且つ撚りが入った強化繊維束を、５００ｇ／本〜３０００ｇ／本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、
   を備えた横断面が円形状とされる、線径が直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍであ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丸形状繊維強化プラスチック線材の製造方法。
3. 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ことを特徴とする請求項１又は２に記載の丸形状繊維強化プラスチック線材の製造方法。
4. 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ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の丸形状繊維強化プラスチック線材の製造方法。

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