JP6576865B2 - Non-combustible carbon fiber composite material - Google Patents
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Description
本発明は、不燃性又は準不燃性を有する炭素繊維複合材に関するものである。 The present invention relates to a carbon fiber composite material having incombustibility or quasi-incombustibility.
炭素繊維は、引張強度や弾性係数等の機械的性能、酸やアルカリに対する耐食性に優れると共に、軽量である。そのため、自動車、航空機、電気・電子機器、玩具、家電製品などの様々な産業分野においても使用され、また、建築物用途への適用も試みられている。例えば、建物の耐震性を向上させるため架構内にブレース(筋交い)などの引張材として、また、ワイヤーとして、また、コンクリートの補強筋として炭素繊維複合材を使用したものが知られている。 Carbon fibers are excellent in mechanical performance such as tensile strength and elastic modulus, corrosion resistance to acids and alkalis, and are lightweight. Therefore, it is used in various industrial fields such as automobiles, aircraft, electrical / electronic devices, toys, and home appliances, and is also being applied to buildings. For example, in order to improve the earthquake resistance of a building, a carbon fiber composite material is used as a tensile material such as braces (bars) in the frame, as a wire, and as a reinforcing bar for concrete.
炭素繊維複合材は、1000℃以上で焼かれて製造されるため、非酸素下では、1600℃程度までは実用的な強度を持つと言われているが、空気中では約450℃以上で酸素と結合し、二酸化炭素となって消失してしまう。
建築物では、建築基準法にて、不燃材料や準不燃材料が定義されているが、前記のように炭素繊維複合材は、約450℃以上で消失してしまうため、不燃材料や準不燃材料としての性能を有していない。
Since the carbon fiber composite material is manufactured by being baked at 1000 ° C. or higher, it is said that it has practical strength up to about 1600 ° C. under non-oxygen, but in air it is said to have oxygen at about 450 ° C. or higher. And disappears as carbon dioxide.
In buildings, the Building Standard Act defines incombustible materials and quasi-incombustible materials. However, as mentioned above, carbon fiber composites disappear at about 450 ° C or higher, so incombustible materials and quasi-incombustible materials It does not have performance as.
そこで、炭素繊維複合材を不燃材料とするため様々な検討がなされている。例えば、特許文献1では、炭素繊維にマトリック樹脂を含浸させ形成した炭素繊維複合材を用いることが挙げられており、マトリックス樹脂としてフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、水酸化アルミニウム等の充填剤を添加したエポキシ樹脂、又は、ハロゲン化合物、リン化合物等の添加剤を配合したエポキシ樹脂を用いることが挙げられている。これらは、耐熱性に優れた樹脂や、難燃剤を練り込んだ樹脂を用いて、炭素繊維複合材の耐熱性を向上させたものである。
Therefore, various studies have been made to use carbon fiber composites as non-combustible materials. For example,
しかしながら、本発明者らが検討したところ、棒状の炭素繊維複合材において、前記のポリイミド樹脂などの耐熱性樹脂を用いたり、水酸化アルミニウムを充填剤としてエポキシ樹脂に添加したものでは、炭素繊維複合材に十分な燃焼に対する耐久性を付与することができなかった。
よって、本発明の目的は、炭素繊維複合材でありながら、優れた不燃性を有し、建築基準法に基づく準不燃性もしくは不燃性相当の不燃性を有する炭素繊維複合材を提供することである。
However, when the present inventors examined, in the rod-shaped carbon fiber composite material, when the heat-resistant resin such as the polyimide resin is used or aluminum hydroxide is added to the epoxy resin as a filler, the carbon fiber composite The material could not be given sufficient durability against combustion.
Therefore, an object of the present invention is to provide a carbon fiber composite material that has excellent non-combustibility and is quasi-incombustible or non-combustible equivalent to non-combustibility based on the Building Standard Law, while being a carbon fiber composite material. is there.
本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が前記目的に合致することを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the following inventions meet the above-mentioned object, and have reached the present invention.
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
<1> 下記(1)〜(3)のいずれかのコア材と、前記コア材の外周に金属被覆層と、を有する不燃性炭素繊維複合材。
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材
<2> 前記金属被覆層は、金属箔である前記<1>に記載の不燃性炭素繊維複合材。
<3> 前記金属被覆層が、多層構造を有する金属箔である前記<2>に記載の不燃性炭素繊維複合材。
<4> 前記金属被覆層が、アルミニウム、ステンレス、軟質銅、チタン及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも1つを含む金属被覆層である前記<1>から<3>のいずれかに記載の不燃性炭素繊維複合材。
<5> 前記金属被覆層は、前記コア材の軸心に対して、テープ状の金属箔を重なり合うように螺旋状に配置した金属被覆層である前記<2>から<4>のいずれかに記載の不燃性炭素繊維複合材。
<6> 前記固化剤により一体化した炭素繊維束が、炭素繊維束の周囲に巻回して結束する拘束材を有し、炭素繊維束と拘束材とが共に固化剤によって一体化したものである前記<1>から<5>のいずれかに記載の不燃性炭素繊維複合材。
<7> 前記芯線が、前記固化剤により一体化した炭素繊維束の外周の全面を覆うよう耐熱層が設けられている芯線である<1>から<6>のいずれかに記載の不燃性炭素繊維複合材。
<8> 前記ストランド芯線、又は、前記マルチストランド芯線が、さらに、その外周の全面を覆うように耐熱層が設けられている前記<1>から<7>のいずれかに記載の不燃性炭素繊維複合材。
<9> 前記<1>から<8>のいずれかに記載の不燃性炭素繊維複合材を含む建材。
That is, the present invention relates to the following inventions.
<1> A nonflammable carbon fiber composite material having the core material of any one of (1) to (3) below and a metal coating layer on the outer periphery of the core material.
(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent (2) Two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent are arranged or twisted together Core material composed of strand core wires (3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent are aligned or twisted, and two or more strand core wires are aligned or twisted The core material <2> made of a multi-strand core wire configured together. The metal coating layer is a nonflammable carbon fiber composite material according to the item <1>, which is a metal foil.
<3> The nonflammable carbon fiber composite material according to <2>, wherein the metal coating layer is a metal foil having a multilayer structure.
<4> The metal coating layer according to any one of <1> to <3>, wherein the metal coating layer is a metal coating layer including at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, soft copper, titanium, and alloys thereof. Non-combustible carbon fiber composite material.
<5> The metal coating layer according to any one of <2> to <4>, wherein the metal coating layer is a metal coating layer arranged in a spiral shape so as to overlap a tape-shaped metal foil with respect to an axis of the core material. The incombustible carbon fiber composite material described.
<6> The carbon fiber bundle integrated by the solidifying agent has a binding material wound around the carbon fiber bundle and bound, and the carbon fiber bundle and the binding material are both integrated by the solidifying agent. The nonflammable carbon fiber composite material according to any one of <1> to <5>.
<7> The nonflammable carbon according to any one of <1> to <6>, wherein the core wire is a core wire provided with a heat-resistant layer so as to cover an entire outer surface of a carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent. Fiber composite material.
<8> The nonflammable carbon fiber according to any one of <1> to <7>, wherein the strand core wire or the multi-strand core wire is further provided with a heat-resistant layer so as to cover the entire outer surface thereof. Composite material.
<9> A building material comprising the noncombustible carbon fiber composite material according to any one of <1> to <8>.
本発明によれば、炭素繊維本来の引張強度を有し、かつ、不燃性に優れた不燃性炭素繊維複合材が提供される。本発明の不燃性炭素繊維複合材は、強度及び不燃性が求められる建材などに用いることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the nonflammable carbon fiber composite material which has the original tensile strength of carbon fiber and was excellent in nonflammability is provided. The incombustible carbon fiber composite material of the present invention can be used for building materials and the like that are required to have strength and incombustibility.
以下、本発明に係る不燃性炭素繊維複合材の実施形態について、説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。また、本明細書において「〜」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。 Hereinafter, embodiments of the non-combustible carbon fiber composite material according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and may be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention. Can be implemented. Further, when the expression “to” is used in the present specification, it is used as an expression including numerical values before and after the expression.
[不燃性炭素繊維複合材]
本発明は、下記(1)〜(3)のいずれかのコア材と、前記コア材の外周に金属被覆層とを有する不燃性炭素繊維複合材(以下、「本発明の不燃性炭素繊維複合材」又は、単に「不燃性炭素繊維複合材」と記載する場合がある。)に関する。
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材
[Non-combustible carbon fiber composite]
The present invention provides a non-combustible carbon fiber composite material (hereinafter referred to as “non-combustible carbon fiber composite of the present invention”) having any one of the following core materials (1) to (3) and a metal coating layer on the outer periphery of the core material. Material "or simply" noncombustible carbon fiber composite material ").
(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent (2) Two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent are arranged or twisted together Core material composed of strand core wires (3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent are aligned or twisted, and two or more strand core wires are aligned or twisted Core material consisting of multi-strand core wire configured together
このような構成において、前記(1)から(3)のいずれかのコア材が、耐熱性や熱線の反射性の高い金属により被覆されているため、コア材の加熱が抑制される。また、コア材から発生する可燃性ガスの放出を抑制できるため、コア材から発生する可燃性ガスが不燃性炭素繊維複合材の表面付近に高濃度で存在することが抑制される。また、外部からコア材へ可燃性ガスや助燃性ガスの透過が抑制される。このため、本発明の不燃性炭素繊維複合材には、不燃性が付与されると推測している。
また、前記(1)から(3)の「固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線」は、炭素繊維が固化剤によって一体化されているので、外部から強い力がかかっても、炭素繊維束を構成する炭素繊維がバラけたりするのが抑制され、炭素繊維本来の引張強度を安定し発揮することができる。
In such a configuration, since any one of the core materials (1) to (3) is coated with a metal having high heat resistance and high heat ray reflectivity, heating of the core material is suppressed. Moreover, since it can suppress discharge | release of the combustible gas which generate | occur | produces from a core material, it is suppressed that the combustible gas which generate | occur | produces from a core material exists in high concentration in the surface vicinity of a nonflammable carbon fiber composite material. Moreover, the permeation | transmission of combustible gas and auxiliary combustion gas to the core material from the outside is suppressed. For this reason, it is estimated that nonflammability is provided to the nonflammable carbon fiber composite material of the present invention.
In addition, since the “core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent” in the above (1) to (3), carbon fibers are integrated with a solidifying agent, so even if a strong force is applied from the outside, carbon It is possible to suppress the carbon fibers constituting the fiber bundle from being scattered, and to stably exhibit the original tensile strength of the carbon fibers.
なお、本明細書において、「不燃性」とは、建築基準法第2条第9号の規定に基づく不燃材料もしくは建築基準法施行令第1条の五に基づく準不燃材料の認定に係る性能評価として、「防耐火性能試験・評価業務方法書」に記載の4.10不燃性能試験・評価方法の4.10.2 発熱性試験・評価方法、4.11準不燃性能試験・評価方法の4.11.1の発熱性試験・評価方法に準じて試験・評価をおこない、いずれかの基準に適合するものをいう。評価方法については、実施例にて後述する。 In this specification, “non-combustible” means the performance related to the certification of non-combustible materials based on Article 2-9 of the Building Standard Law or quasi-incombustible materials based on Article 1-5 of the Building Standard Law Enforcement Ordinance. As an evaluation, 4.12. Nonflammability performance test / evaluation method 4.10.2 Exothermic test / evaluation method 4.11 Semi-incombustibility performance test / evaluation method Tests / evaluation according to the exothermic test / evaluation method of 4.11. The evaluation method will be described later in Examples.
本発明の不燃性炭素繊維複合材は、長尺であり、不燃性炭素繊維複合材の軸心方向に垂直な断面の径(直径)に比べ、不燃性炭素繊維複合材の軸心方向の長さが長いいわゆる棒状などの構造をしている。不燃性炭素繊維複合材の軸心方向に垂直な断面が円でない場合は、長径を断面の経とする。 The incombustible carbon fiber composite material of the present invention is long and has a longer length in the axial direction of the incombustible carbon fiber composite material than the diameter (diameter) of the cross section perpendicular to the axial direction of the incombustible carbon fiber composite material. It has a long rod-like structure. When the cross section perpendicular to the axial direction of the incombustible carbon fiber composite material is not a circle, the major axis is taken as the cross section.
本発明の不燃性炭素繊維複合材の長さは特に限定されるものではないが、3cm以上であるとよい。なお、本明細書において、「不燃性炭素繊維複合材の長さ」は、不燃性炭素繊維複合材の軸心方向の長さをさす。上限は特にないが、不燃性炭素繊維複合材の保管を考慮すると100m程度である。また、ドラムに巻き付けて保管すれば上限は100m以上であってもよく、ドラムの大きさや不燃性炭素繊維複合材の直径にもよるが、10000m程度である。
また、不燃性炭素繊維複合材の直径は、コア材の種類や使用目的に応じて適宜変更されるが、0.5mm〜100mm程度であり、1〜50mmが好ましく、2〜10mmであることがより好ましい。
The length of the incombustible carbon fiber composite material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 3 cm or more. In the present specification, “the length of the non-combustible carbon fiber composite material” refers to the length in the axial direction of the non-combustible carbon fiber composite material. Although there is no upper limit in particular, it is about 100 m in consideration of storage of the non-combustible carbon fiber composite material. Moreover, if it winds around a drum and stores, an upper limit may be 100 m or more, and it is about 10000 m although it depends on the size of the drum and the diameter of the non-combustible carbon fiber composite material.
Moreover, although the diameter of a nonflammable carbon fiber composite material is suitably changed according to the kind and use purpose of a core material, it is about 0.5 mm-100 mm, 1-50 mm is preferable and it is 2-10 mm. More preferred.
以下、本発明の不燃性炭素繊維複合材の構成要素であるコア材、金属被覆層について詳細に説明する。 Hereinafter, the core material and the metal coating layer, which are constituent elements of the incombustible carbon fiber composite material of the present invention, will be described in detail.
(コア材)
本発明においてコア材とは、本発明の不燃性炭素繊維複合材の大部分を占める、炭素繊維束を含む長尺の炭素繊維材であり、前記(1)〜(3)のいずれかである。
(Core material)
In the present invention, the core material is a long carbon fiber material including a carbon fiber bundle that occupies most of the incombustible carbon fiber composite material of the present invention, and is any one of the above (1) to (3). .
本明細書においては、「(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材」の構成要素である「固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線」を、「芯線(A)」と記載する場合がある。
また、「(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材」の構成要素である「固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を、「芯線(B)」と記載する場合がある。
また、「(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材」の構成要素である「固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を、「芯線(C)」と記載する場合がある。
In the present specification, “(1) a core material including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent” as a constituent element of “(1) a core material including a core fiber including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent” is referred to as “core wire. (A) "may be described.
In addition, “(2) by the solidifying agent” which is a constituent element of “(2) a core material composed of a strand core wire formed by aligning or twisting two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated by a solidifying agent” The core wire including the integrated carbon fiber bundle may be described as “core wire (B)”.
Also, "(3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent are aligned or twisted, and two or more strand core wires are aligned or twisted. The core wire including the carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent, which is a constituent element of the “core material composed of the multi-strand core wire”, may be referred to as “core wire (C)”.
以下、「芯線(A)」と、「芯線(B)」と、「芯線(C)」と、をあわせて単に「芯線」と記載する。 Hereinafter, “core wire (A)”, “core wire (B)”, and “core wire (C)” are simply referred to as “core wire”.
なお、「ストランド芯線」とは、「固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線」を素線に用いて構成され、ストランド構造を有する芯線である。「ストランド構造」とは、同一径又は異なる直径の2本〜数十本の素線が単層又は多層に引き揃えられた構造、又は、同一径又は異なる直径の2本〜数十本の素線が単層又は多層に撚り合わされた構造を意味する。
また、「マルチストランド芯線」とは、ストランド芯線を素線に用いて構成され、マルチストランド構造を有する芯線である。「マルチストランド構造」とは、同一径又は異なる直径の2本〜数十本のストランド構造を有する素線が単層又は多層に引き揃えられた構造、又は、同一径又は異なる直径の2本〜数十本のストランド構造を有する素線が単層又は多層に撚り合わされた構造を意味する。
The “strand core wire” is a core wire having a strand structure, which is configured by using “a core wire including a carbon fiber bundle integrated by a solidifying agent” as a strand. “Strand structure” means a structure in which two to several tens of strands having the same diameter or different diameters are arranged in a single layer or multiple layers, or two to several tens of strands having the same diameter or different diameters. It means a structure in which wires are twisted into a single layer or multiple layers.
Further, the “multi-strand core wire” is a core wire having a multi-strand structure that is configured by using a strand core wire as a strand. “Multi-strand structure” means a structure in which strands having two to several tens of strand structures of the same diameter or different diameters are arranged in a single layer or multiple layers, or two of the same diameter or different diameters to It means a structure in which strands having several tens of strand structures are twisted into a single layer or multiple layers.
(芯線)
本発明において、芯線(芯線(A)、芯線(B)、芯線(C))は、「固化剤により一体化した炭素繊維束」を含む。芯線は、固化剤により一体化した炭素繊維束のみから構成されてもよく、後述するように、拘束材を用いた構成や、固化剤により一体化した炭素繊維束の外周を耐熱層で被覆した構成であってもよい。
(Core wire)
In the present invention, the core wires (core wire (A), core wire (B), core wire (C)) include “carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent”. The core wire may be composed of only a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent. As described later, the configuration using a restraining material or the outer periphery of the carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent is covered with a heat-resistant layer. It may be a configuration.
芯線は、直径0.5〜25mmであることが好ましく、直径1〜10mmであることがより好ましく、直径1〜5mmであることがさらに好ましい。芯線の直径が直径0.5〜25mmであると、コア材、不燃性炭素繊維複合材がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができるので、フレキシブル性を付与しつつ不燃性を維持できる。
なお、芯線の直径は、固化剤で一体化した炭素繊維束の軸心方向に垂直に切断した断面の径であり、炭素繊維束の軸心方向に垂直に切断した断面が円でない場合は、断面の長径であり、目的とする径になるように炭素繊維束の直径、固化剤の付与量が選択される。また、芯線が、後述するような拘束材を用いた構成である場合や、固化剤により一体化した炭素繊維束の外周を耐熱層で被覆した構成である場合は、拘束材部分や耐熱層の厚みも含むものとする。
The core wire preferably has a diameter of 0.5 to 25 mm, more preferably 1 to 10 mm in diameter, and still more preferably 1 to 5 mm in diameter. When the core wire has a diameter of 0.5 to 25 mm, the core material and the non-combustible carbon fiber composite material can be easily wound around the drum, and the flexibility such as following an arbitrary shape can be improved. Nonflammability can be maintained while imparting properties.
The diameter of the core wire is the diameter of the cross section cut perpendicular to the axial direction of the carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent, and when the cross section cut perpendicular to the axial direction of the carbon fiber bundle is not a circle, The diameter of the carbon fiber bundle and the application amount of the solidifying agent are selected so as to be the major axis of the cross section and to be the target diameter. In addition, when the core wire has a configuration using a constraining material as will be described later, or when the outer periphery of a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent is covered with a heat-resistant layer, Including thickness.
また、芯線の軸心方向に垂直に切断した際の断面は、円形状、扁平状等任意であってもよいが、円形状が好ましい。得られる不燃性炭素繊維複合材の強度が安定するとともに、後述する炭素繊維束の周りが拘束材で覆われているものをストランド芯線の素線として用いる場合にも、安定した構造体を得ることができる。 Moreover, the cross section when cut perpendicularly to the axial direction of the core wire may be arbitrary, such as a circular shape or a flat shape, but a circular shape is preferable. The strength of the obtained non-combustible carbon fiber composite material is stabilized, and a stable structure can be obtained even when the strands of carbon fiber bundles described below are covered with a restraining material are used as strands of the strand core wire. Can do.
芯線を構成する「固化剤により一体化した炭素繊維束」は、炭素繊維を束ねてなる炭素繊維束を固化剤により一体化して形成される。
炭素繊維束は、炭素繊維を、複数本(通常、数千本から数十万本、あるいは数百万本)束ねたものであり、軸心方向に垂直に切断した場合のその断面は円形状、扁平状等任意であってもよいが、円形状が好ましい。不燃性炭素繊維複合材で用いられる炭素繊維の束は、所定の回数の撚りがかけられた状態で固化剤により、一体化されていると好ましい。炭素繊維の束の撚り数は、得られる不燃性炭素繊維複合材の曲げ応力に対する耐性、炭素繊維束のバラケ防止性、炭素繊維束の撚りに対する強度(撚りにより炭素繊維糸が切れない)を考慮して決定される。
炭素繊維束の撚り数は、0〜100回/m、好ましくは2〜50回/mであり、より好ましくは5〜40回/mであり、さらに好ましくは10〜30回/mである。
The “carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent” constituting the core wire is formed by integrating a carbon fiber bundle formed by bundling carbon fibers with a solidifying agent.
A carbon fiber bundle is a bundle of carbon fibers (usually thousands to hundreds of thousands, or millions), and the cross section when cut perpendicular to the axial direction is circular. Any shape such as a flat shape may be used, but a circular shape is preferred. The bundle of carbon fibers used in the non-combustible carbon fiber composite material is preferably integrated by a solidifying agent in a state where a predetermined number of twists are applied. The number of twists in the bundle of carbon fibers takes into account the bending stress resistance of the resulting non-combustible carbon fiber composite material, the anti-breaking property of the carbon fiber bundles, and the strength against twisting of the carbon fiber bundles (the carbon fiber yarn cannot be cut by twisting). To be determined.
The twist number of the carbon fiber bundle is 0 to 100 times / m, preferably 2 to 50 times / m, more preferably 5 to 40 times / m, and further preferably 10 to 30 times / m.
本実施形態の炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系のいずれの炭素繊維も使用できる。この中でも、得られる不燃性炭素繊維複合材の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維糸が好ましい。
また、この炭素繊維を束ねた炭素繊維束は、炭素繊維を3000本(3K)、6000本(6K)、12000本(12K)、24000本(24K)、40000本(40K)、60000本(60K)などに束ねた炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維束を、必要とされる強度に応じて1本、又は複数本(2本以上)束ねたものを用いることができる。炭素繊維を束ねた炭素繊維束を複数本束ねる場合の炭素繊維束の本数に特に制限はなく、目的用途に応じで適宜決定されるが、通常、100本以下である。
As the carbon fiber of this embodiment, any of polyacrylonitrile (PAN) -based and pitch-based carbon fibers can be used. Among these, PAN-based carbon fiber yarn is preferable from the viewpoint of the balance between the strength and the elastic modulus of the obtained noncombustible carbon fiber composite material.
Moreover, the carbon fiber bundle which bundled this carbon fiber has 3000 carbon fibers (3K), 6000 (6K), 12000 (12K), 24000 (24K), 40000 (40K), 60000 (60K). ) Or the like, and carbon fiber bundles supplied from a carbon fiber maker bundled in one or more (two or more) can be used depending on the required strength. The number of carbon fiber bundles in the case of bundling a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling carbon fibers is not particularly limited and is appropriately determined depending on the intended use, but is usually 100 or less.
固化剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。また、炭素繊維と親和性の高い固化剤が好ましい。冷蔵保管を行わなくともよいため保管の容易性やリサイクル性、また特に加熱することにより可変性を持たせることができるため、固化剤として熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
好適な固化剤の具体例としては、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ナイロン42等)、ABS樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂などが挙げられるが、これに制限されない。
As the solidifying agent, either a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used. Further, a solidifying agent having high affinity with carbon fiber is preferable. Since it is not necessary to perform refrigerated storage, it is easy to store and recyclable, and in particular, it can be made variable by heating. Therefore, a thermoplastic resin is preferably used as a solidifying agent.
Specific examples of suitable solidifying agents include polyetheretherketone (PEEK), polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyamide (nylon 6, nylon 66, nylon 12, nylon 42, etc.), ABS resin, acrylic resin, vinyl chloride resin, Vinylidene chloride resin, polyphenylene oxide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyarylate, epoxy resin, urethane resin, polyimide resin, phenol resin, silicone resin, polycarbonate resin, resorcinol resin, etc. Although it is mentioned, it is not restricted to this.
この中でも酸やアルカリに対する耐久性の観点から、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂が好適であり、特に耐衝撃性に優れるエポキシ樹脂が好適である。また、熱可塑性エポキシ樹脂であれば、ケトン溶剤に溶解が可能で素材分別しリサイクルができる。また、耐熱性の観点より、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂が好ましい。 Among these, from the viewpoint of durability against acids and alkalis, polyether ether ketone (PEEK), acrylic resin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, polyethylene resin, epoxy resin, urethane resin, polycarbonate resin, resorcinol resin are preferable. In particular, an epoxy resin excellent in impact resistance is suitable. Moreover, if it is a thermoplastic epoxy resin, it can melt | dissolve in a ketone solvent and can separate a material and can recycle. Moreover, a polyimide resin and a silicone resin are preferable from a heat resistant viewpoint.
また、特に熱可塑性エポキシ樹脂の中でも、重合する重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が好ましく、特に直鎖状に重合する重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が好ましい。
炭素繊維束に撚りがかけられていたり、さらには後述するように炭素繊維束の周りが拘束材で覆われているものでは、炭素繊維束の内部にまで樹脂を含侵させることが困難である。
一方、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合させる前の熱可塑性エポキシ樹脂を有機溶剤で希釈することができるので粘度調整が容易である。
そのため、有機溶媒で希釈した低粘度の樹脂溶液を用いることにより、撚りがかけられている炭素繊維束の内部まで(さらには拘束材で覆われているものであっても外周の拘束材から内部の炭素繊維束まで)重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を炭素繊維束の内部に含侵させた後、当該重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させることにより炭素繊維束と拘束材が熱可塑性エポキシ樹脂で一体化された、強度の優れた芯線が得られる。
In particular, among thermoplastic epoxy resins, a polymerizable thermoplastic epoxy resin that polymerizes is preferable, and a polymerizable thermoplastic epoxy resin that polymerizes in a straight chain is particularly preferable.
If the carbon fiber bundle is twisted or the carbon fiber bundle is covered with a restraining material as will be described later, it is difficult to impregnate the resin into the carbon fiber bundle. .
On the other hand, the polymerization-type thermoplastic epoxy resin can be easily adjusted in viscosity because the thermoplastic epoxy resin before polymerization can be diluted with an organic solvent.
For this reason, by using a low-viscosity resin solution diluted with an organic solvent, the inside of the carbon fiber bundle that is twisted (even if it is covered with a restraint material, the inner periphery of the restraint material is Can be impregnated with a thermoplastic epoxy resin prior to polymerization. After impregnating the thermoplastic epoxy resin before polymerization into the inside of the carbon fiber bundle, the carbon fiber bundle and the restraining material were integrated with the thermoplastic epoxy resin by polymerizing the thermoplastic epoxy resin of the polymerization type, A core wire with excellent strength can be obtained.
また、加熱溶融することにより流動性を付与し用いられる一般的な熱可塑性樹脂は、粘度調整が困難であると共に、一般に結晶性樹脂であるためか加熱溶融を行うことにより結晶配列が変化し、当初の樹脂が有している強度などの性質が変質するおそれがあるが、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合前及び重合後も非晶質であるため、加熱溶融や加熱変形させても変質のリスクが小さい。 In addition, a general thermoplastic resin used to impart fluidity by heating and melting is difficult to adjust the viscosity, and the crystal arrangement is changed by heating or melting because it is generally a crystalline resin, Although the properties such as strength of the original resin may be altered, the polymerizable thermoplastic epoxy resin is amorphous before and after polymerization, so it can be melted and deformed by heating. The risk of alteration is small.
炭素繊維束への上述の樹脂(固化剤)を付与する方法は、スプレーコート法や刷毛で炭素繊維に樹脂をコートする方法などでもよいが、生産性の観点から、ディップ−ニップ法や樹脂(固化剤)溶液にディップした後、ダイスを通して余分な樹脂を除去すると共に炭素繊維束の軸心方向の断面形状を整え、樹脂(固化剤)を硬化させる方法が好適である。 The method of applying the above resin (solidifying agent) to the carbon fiber bundle may be a spray coating method or a method of coating the carbon fiber with a brush, but from the viewpoint of productivity, a dip-nip method or a resin ( After dipping into the (solidifying agent) solution, a method of removing excess resin through a die and adjusting the cross-sectional shape of the carbon fiber bundle in the axial direction to cure the resin (solidifying agent) is preferable.
また、本発明においては、芯線の構成要素である、固化剤により一体化した炭素繊維束が、炭素繊維束の周囲に巻回して結束する拘束材を有し、炭素繊維束と拘束材とが共に固化剤によって一体化したものであることが好ましい。すなわち、炭素繊維束と拘束材とが共に固化剤によって一体化した炭素繊維束は、芯線(A)を構成する炭素繊維束のみならず、芯線(B)を構成する炭素繊維束、又は、芯線(C)を構成する炭素繊維束として、炭素繊維束と拘束材とが共に固化剤によって一体化したものを用いることが好ましい。このような構成にすることで、外部から強い力よって炭素繊維束の炭素繊維がねじれたり、交絡したり、バラけたりすることがさらに抑制され、また、不燃性炭素繊維複合材の製造工程中などに外力により炭素繊維が切れることを保護するので、このような炭素繊維束より構成されるコア材は、金属被覆層の割れ等が起こりにくく、不燃性が向上し、炭素繊維束本来の引張強度を維持することができる。 Further, in the present invention, the carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent, which is a constituent element of the core wire, has a binding material that is wound around the carbon fiber bundle and bound, and the carbon fiber bundle and the binding material are It is preferable that both are integrated by a solidifying agent. That is, the carbon fiber bundle in which the carbon fiber bundle and the restraining material are integrated together by the solidifying agent is not only the carbon fiber bundle constituting the core wire (A) but also the carbon fiber bundle constituting the core wire (B) or the core wire. As the carbon fiber bundle constituting (C), it is preferable to use a carbon fiber bundle and a restraint material integrated together by a solidifying agent. By adopting such a configuration, the carbon fibers of the carbon fiber bundle are further suppressed from being twisted, entangled, or loosened by a strong force from the outside, and during the manufacturing process of the incombustible carbon fiber composite material Since the core material composed of such a carbon fiber bundle is protected from breakage of the metal coating layer, nonflammability is improved, and the original tension of the carbon fiber bundle is improved. The strength can be maintained.
拘束材は、炭素繊維束を周囲面から炭素繊維がばらばらにならないように結束するとともに芯線の形状を安定させることができるものである。 The restraining material can bind the carbon fiber bundle so that the carbon fibers are not separated from the peripheral surface, and can stabilize the shape of the core wire.
例えば、拘束材となる繊維を炭素繊維束の外周に巻きまわして筒状の組紐(丸打)を組むことで、組紐状の拘束材を形成することができる。拘束材を組紐状にすることで、炭素繊維束を結束すると共に、得られる芯線やそれにより構成されるコア材、不燃性炭素繊維複合材の形状をより安定させることができ、また、拘束材が内部の炭素繊維束を構成する炭素繊維の保護を行う保護層として機能する。 For example, a braided constraining material can be formed by winding a fiber serving as a constraining material around the outer circumference of a carbon fiber bundle and assembling a tubular braid (round punching). By binding the binding material into a braided shape, the carbon fiber bundle can be bundled, and the resulting core wire, the core material formed thereby, and the shape of the non-combustible carbon fiber composite material can be further stabilized. Functions as a protective layer for protecting the carbon fibers constituting the inner carbon fiber bundle.
そのため、このような構成の芯線を有する不燃性炭素繊維複合材を引張材やブレース材やコンクリート用の補強筋材等として用いた場合では、安定した強度を発揮し、外観品位も良く、砂利などの鋭利物と接触しても断線することを防ぐことができる。また、不燃性炭素繊維複合材の製造工程における外力による断線を防ぐことができる。
また、拘束材で拘束された炭素繊維束を樹脂(固化剤)溶液にディップした後、ダイスで扱いて余分な樹脂を絞るときに繊維の長さ方向に張力がかかるが、拘束材が組紐構造であれば編物のように目が開いてしまうのではなく、目が閉じた状態で組紐の径が細くなる。そのため、内部の炭素繊維束の露出を抑えつつ、拘束材と炭素繊維束の密着性を高めることができるので、得られる芯線や不燃性炭素繊維複合材の強度の観点より好ましい。
Therefore, when using a non-combustible carbon fiber composite material having a core wire with such a configuration as a tensile material, brace material, reinforcing reinforcing material for concrete, etc., it exhibits stable strength, good appearance quality, gravel, etc. Even if it comes into contact with sharps, it can be prevented from being disconnected. Moreover, the disconnection by the external force in the manufacturing process of a nonflammable carbon fiber composite material can be prevented.
In addition, after dipping the carbon fiber bundle restrained by the restraint material into the resin (solidifying agent) solution, when the excess resin is squeezed by handling with a die, tension is applied in the length direction of the fiber. Then, the eyes do not open like a knitted fabric, but the diameter of the braid is reduced with the eyes closed. Therefore, it is possible to improve the adhesion between the restraining material and the carbon fiber bundle while suppressing the exposure of the inner carbon fiber bundle, which is preferable from the viewpoint of the strength of the obtained core wire and the nonflammable carbon fiber composite material.
なお、拘束材は炭素繊維束を構成する炭素繊維がばらばらにならないように結束できればよく、拘束材の配置は組紐状に限定されない。また、炭素繊維束の表面を拘束材で完全に被覆する必要もなく、炭素繊維束の表面の一部が被覆されていなくてもよい。
他の拘束材による配置の例として、1本の拘束材を螺旋状に巻きつけて炭素繊維束を結束したり、炭素繊維束の周囲面に拘束材となる繊維を巻き回して目の粗い筒状の丸編を編んだ編紐状の拘束材によって炭素繊維束を結束したり、炭素繊維束を結束するための拘束材として、拘束材で挙げられている繊維等を所定間隔に配置した拘束材によって炭素繊維束を結束する形態であってもよい。
一方で、炭素繊維束の保護、芯線の形状の安定による強度の安定、外観品という観点からは、拘束材を組紐状にして、炭素繊維束の表面全体を被覆することが好ましい。
In addition, the restraint material should just be able to bind so that the carbon fiber which comprises a carbon fiber bundle may not become disjoint, and arrangement | positioning of a restraint material is not limited to braid shape. Further, it is not necessary to completely cover the surface of the carbon fiber bundle with the restraining material, and a part of the surface of the carbon fiber bundle may not be covered.
As an example of arrangement by other restraint materials, a single restraint material is spirally wound to bind a carbon fiber bundle, or a fiber that serves as a restraint material is wound around the carbon fiber bundle to form a coarse tube Constraints in which carbon fiber bundles are bundled with a knitted string-like restraint material knitted in a circular shape, or fibers listed as restraint materials are arranged at predetermined intervals as a restraint material for binding carbon fiber bundles The form which binds a carbon fiber bundle with a material may be sufficient.
On the other hand, from the viewpoint of protecting the carbon fiber bundle, stabilizing the strength by stabilizing the shape of the core wire, and appearance, it is preferable to form a restraint material in the form of braid to cover the entire surface of the carbon fiber bundle.
拘束材としては、柔軟なものが好ましく、ポリアミド(ナイロン等)、ビニロン、ポリアクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、セルロース、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール等の合成繊維や、レーヨン等の再生繊維、アセテート等の半合成繊維、絹、羊毛、麻、綿などの天然繊維等が使用できる。また、熱安定性に優れる繊維が好ましく、ガラス繊維、バサルト繊維が好ましく、特にはガラス繊維が好ましい。ガラス繊のように熱安定性に優れる繊維を用いることにより、熱がかかったときに、不燃性に優れるとともに、炭素繊維束と拘束材とのずれの発生を抑制し、安定した引張強度と不燃性を発現することができる。 The binding material is preferably a flexible material, such as polyamide (nylon, etc.), vinylon, polyacryl, polypropylene, vinyl chloride, aramid, cellulose, polyamide, polyester, polyacetal, etc., regenerated fiber such as rayon, acetate, etc. Semi-synthetic fibers, natural fibers such as silk, wool, hemp and cotton can be used. Moreover, the fiber excellent in heat stability is preferable, a glass fiber and a basalt fiber are preferable, and especially a glass fiber is preferable. By using fibers with excellent thermal stability, such as glass fibers, when heated, they have excellent nonflammability and suppress the occurrence of misalignment between the carbon fiber bundle and the restraint material, providing stable tensile strength and nonflammability. Sex can be expressed.
なお、炭素繊維束をより強固に結束するために、特に拘束材により結束した炭素繊維束に固化剤を含浸させ、拘束材と共に炭素繊維束を硬化させることが好ましい。そうすることで、炭素繊維束及び拘束材を強固に一体化させることができる。 In order to bind the carbon fiber bundles more firmly, it is preferable to impregnate the carbon fiber bundles bundled with the restraining material with a solidifying agent and harden the carbon fiber bundles together with the restraining material. By doing so, a carbon fiber bundle and a restraint material can be firmly integrated.
また、本発明においては、固化剤により一体化した炭素繊維束の外周の全面を覆うように被覆層が設けることができ、被覆層として耐熱性を有する耐熱層が設けられていることが好ましい。すなわち、芯線(A)を構成する炭素繊維束、又は、芯線(B)を構成する炭素繊維束、芯線(C)を構成する炭素繊維束の外周の全面を覆うように耐熱層が設けられていることが好ましい。 Moreover, in this invention, a coating layer can be provided so that the whole outer periphery of the carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent may be covered, and it is preferable that the heat resistant layer which has heat resistance is provided as a coating layer. That is, the heat resistant layer is provided so as to cover the entire outer surface of the carbon fiber bundle constituting the core wire (A), the carbon fiber bundle constituting the core wire (B), or the carbon fiber bundle constituting the core wire (C). Preferably it is.
固化剤により一体化した炭素繊維束の外周の全面を覆うように設けることのできる耐熱層としては、不燃性向上の観点から、ポリイミド樹脂やシリコーン樹脂を用いた耐熱性を有する樹脂層や、シリカ粒子や、アルミニウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム等のアルミニウム系化合物粒子やリン系等の難燃剤を含む樹脂層などが挙げられる。当該樹脂層は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれであっても用いることはできるが、固化剤として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、耐熱層に用いられる樹脂も熱可塑性樹脂が好ましい。このような樹脂層と組み合わせることで、可燃性ガスの発生や、高温領域で炭素繊維と酸素との接触がより起こりにくい。
また、耐熱層は1層である必要はなく、2層以上積層してもよく、本発明の目的を達成できる範囲で、適宜設計できる。
また、繊維材料からなる筒状体を用いて耐熱層を形成してもよい。
As a heat-resistant layer that can be provided so as to cover the entire outer surface of the carbon fiber bundle integrated by the solidifying agent, from the viewpoint of improving nonflammability, a heat-resistant resin layer using polyimide resin or silicone resin, silica Examples thereof include particles, resin layers containing aluminum-based compound particles such as aluminum, aluminum oxide, and aluminum hydroxide, and phosphorus-based flame retardants. The resin layer can be used with either a thermoplastic resin or a thermosetting resin, but when a thermoplastic resin is used as a solidifying agent, the resin used for the heat-resistant layer is also preferably a thermoplastic resin. . By combining with such a resin layer, generation of combustible gas and contact between carbon fiber and oxygen are less likely to occur in a high temperature region.
Moreover, the heat-resistant layer does not need to be one layer, and two or more layers may be laminated, and can be appropriately designed as long as the object of the present invention can be achieved.
Moreover, you may form a heat resistant layer using the cylindrical body which consists of fiber materials.
ストランド芯線及びマルチストランド芯線については、実施形態2及び実施形態3にて後述する。
The strand core wire and the multi-strand core wire will be described later in
(金属被覆層)
金属被覆層は、金属によりコア材の外周に形成される層のことであり、コア材の燃焼を起こりにくくする役割を担う。
金属被覆層は、得られる不燃性炭素繊維複合材が不燃性を有することができる程度にコア材の外周を被覆していればよく、金属被覆層によりコア材の周囲の面全体の90%以上が被覆されていることが好ましく、95%以上が被覆されていることがより好ましく、全体が被覆されていることがさらに好ましい。
(Metal coating layer)
A metal coating layer is a layer formed in the outer periphery of a core material with a metal, and plays the role which makes combustion of a core material difficult to occur.
The metal coating layer only needs to cover the outer periphery of the core material to such an extent that the obtained non-combustible carbon fiber composite material can have non-combustibility, and the metal coating layer is 90% or more of the entire surface around the core material. Is preferably coated, more preferably 95% or more is coated, and even more preferably the whole is coated.
また、金属被覆層は、単層構造でも多層構造でもよいが、2層以上の多層構造であるとよく、特に、コア材の外周の面全体が多層構造で形成されていることにより、熱線の反射性が大きくなりやすく、コア材から発生する可燃性ガスが不燃性炭素繊維複合材の表面付近に高濃度で存在することがより抑制され、また、外部からコア材へ可燃性ガスや助燃性ガスの透過がより抑制され、得られる不燃性炭素繊維複合材の不燃性がより向上する可能性がある。金属被覆層が多層構造を有する場合は、それぞれの層は異なる金属及びその合金により形成されていてもよい。 The metal coating layer may be a single layer structure or a multilayer structure, but is preferably a multilayer structure of two or more layers. In particular, the entire outer peripheral surface of the core material is formed in a multilayer structure, Reflectivity is likely to increase, and the presence of high concentrations of flammable gas generated from the core material near the surface of the non-combustible carbon fiber composite material is further suppressed. Gas permeation may be further suppressed, and the incombustibility of the obtained incombustible carbon fiber composite material may be further improved. When the metal coating layer has a multilayer structure, each layer may be formed of different metals and alloys thereof.
金属被覆層の全体の厚みは、被覆対象となるコア材の構成や直径の大きさ等により適宜設計されるが、1μm〜2000μmが良く、不燃性の観点からは5μm以上がより好ましく、より好ましくは10μm以上がよい。被覆層を安定して成形するとの観点からは5μm〜1000μmが好ましく、より好ましくは10μm〜500μmである。 The total thickness of the metal coating layer is appropriately designed depending on the configuration of the core material to be coated, the size of the diameter, etc., but is preferably 1 μm to 2000 μm, more preferably 5 μm or more from the viewpoint of nonflammability. Is preferably 10 μm or more. From the viewpoint of stably forming the coating layer, the thickness is preferably 5 μm to 1000 μm, more preferably 10 μm to 500 μm.
金属被覆層は、金属箔により形成された被覆層、溶融させた金属を用い形成された被覆層、メッキ法により形成された金属膜で形成された被覆層などが挙げられ、特に限定されるものではないが、金属箔で被覆層を形成したものであるとよい。 Examples of the metal coating layer include a coating layer formed of a metal foil, a coating layer formed using a molten metal, a coating layer formed of a metal film formed by a plating method, and the like. However, it is preferable that the coating layer is formed of a metal foil.
金属箔を用いることにより、金属箔の柔軟性により、不燃性炭素繊維複合材を曲げるなど変形させても、芯線がむき出しになることを抑制し、不燃性を維持することができる。また、金属箔を用いることにより、容易に炭素繊維複合材に不燃性を付与することができる。また、柔軟な金属箔を用いることにより、拘束材を用いた芯線などをコア材に用いた場合にも、形状に合わせてコア材に隙間なく金属被覆層を形成し易い。 By using the metal foil, even if the nonflammable carbon fiber composite material is bent or deformed due to the flexibility of the metal foil, the core wire is suppressed from being exposed, and the nonflammability can be maintained. Moreover, nonflammability can be easily given to a carbon fiber composite material by using metal foil. Further, by using a flexible metal foil, it is easy to form a metal coating layer on the core material without a gap in accordance with the shape even when a core wire using a constraining material is used as the core material.
金属被覆層を金属箔により形成する場合には、コアの軸心に対して垂直方向に金属箔を巻きつけたり、コアの軸心に対して、テープ状の金属箔を螺旋状(スパイラル状ともいう)に巻きつけたものなどが挙げられる。 When the metal coating layer is formed of a metal foil, the metal foil is wound in a direction perpendicular to the axis of the core, or the tape-shaped metal foil is spirally formed (also referred to as a spiral) around the core of the core. ) And the like wrapped around.
金属箔は、被覆されるコア材が露出しないように、金属箔同士が重なり合うように被覆するとよい。このような場合、コア材等からガスが発生した場合、不燃性に悪影響を及ぼさない範囲で、重なりあった金属箔同士のわずかな隙間からガスを外部に放出し、金属被覆層の発生ガスによる破裂を防ぐことが可能である。このため、不燃性炭素繊維複合材の不燃性をさらに維持することが可能となる。この効果は、金属箔がテープ状の場合により期待できる。 The metal foil may be coated so that the metal foils overlap each other so that the core material to be coated is not exposed. In such a case, when gas is generated from the core material or the like, the gas is released to the outside through a slight gap between the overlapped metal foils within a range that does not adversely affect the nonflammability, and the gas generated by the metal coating layer It is possible to prevent rupture. For this reason, it becomes possible to further maintain the nonflammability of the nonflammable carbon fiber composite material. This effect can be expected when the metal foil is in the form of a tape.
テープ状の金属箔を用いる場合、形成される金属被覆層は、コア材の軸心に対して、テープ状の金属箔を螺旋状に配置したもの、特に、コア材の軸心に対して、重なりあうように螺旋状に配置したものであることが好ましい。 When a tape-shaped metal foil is used, the formed metal coating layer is a spirally-arranged tape-shaped metal foil with respect to the axis of the core material, in particular, with respect to the axis of the core material, It is preferable that they are arranged in a spiral so as to overlap each other.
なお、「テープ状の金属箔」とは、巻き取ることのできる金属箔のことである。 The “tape-shaped metal foil” is a metal foil that can be wound.
テープ状の金属箔を、コア材の軸心に対して螺旋状に巻きつけたもの、すなわち、コア材の軸心に対して螺旋状に配置したものであれば、長さが長いコア材であっても、その外周に容易に金属被覆層を形成することができる。また、テープ状の金属箔をコア材の周りに、コア材の軸心に対して重なるように螺旋状に巻きつけたもの、すなわち、コア材の軸心に対して螺旋状に配置したものであれば、金属箔の幅方向の重ね部の重なる幅を多くとるほど、得られる不燃性炭素繊維複合材を曲げるなど変形させても、コア材がむき出しになることをより抑制し、不燃性を維持することができ、また、コア材の外周に金属箔による多層構造の形成が容易なため好ましい。 If the tape-shaped metal foil is spirally wound around the axis of the core material, that is, if it is arranged spirally with respect to the axis of the core material, Even if it exists, a metal coating layer can be easily formed in the outer periphery. In addition, a tape-shaped metal foil is spirally wound around the core material so as to overlap the axis of the core material, that is, spirally arranged with respect to the axis of the core material. If so, the larger the overlapping width of the overlapping parts in the width direction of the metal foil, the more the non-flammable carbon fiber composite material is bent and deformed, which suppresses the core material from being exposed, and the non-flammability is reduced. It is preferable because it can be maintained, and it is easy to form a multilayer structure with a metal foil on the outer periphery of the core material.
また、本発明において、前記金属被覆層は、多層構造を有する金属箔であるとよい。なお、「金属箔による多層構造」とは、コア材の外周が少なくとも金属箔2層以上で被覆されている構造をいう。
多層構造の金属箔は、部分的であってもよいが、コア材の外周の面全体が多層構造の金属箔であることが好ましい。また、被覆される金属箔の層数は、少なくとも2層以上であれば、部分的に異なってもよく、金属箔2層で被覆された部分と金属箔3層で被覆された部分があるなどしてもよい。
In the present invention, the metal coating layer may be a metal foil having a multilayer structure. The “multilayer structure using metal foil” refers to a structure in which the outer periphery of the core material is covered with at least two metal foil layers.
The metal foil having a multilayer structure may be partial, but the entire outer peripheral surface of the core material is preferably a metal foil having a multilayer structure. Moreover, the number of layers of the metal foil to be coated may be partially different as long as it is at least two layers or more, and there are a portion coated with two metal foil layers and a portion coated with three metal foil layers. May be.
金属被覆層を、2層以上の多層構造の金属箔とすることにより、熱線の反射量が増し、コア材からガスが発生した場合には、微量な量ずつガスを内部から逃がすことができるため不燃性への影響を抑えながら可燃性ガスを放出でき、可燃性ガスが一時期に大量に表面にでることをより抑制する。また、外部からの酸素の流入を抑制することができる。また、金属箔と金属箔の間に(炭素繊維に悪影響を及ぼさないレベルで)存在する空気により断熱性が向上し、コア材の加熱を抑制することができる。さらに、外部、内部からの力で金属箔が破れコア材がむき出しになることをより防止できる。このため、炭素繊維複合材の不燃性がより向上する可能性がある。 When the metal coating layer is made of a metal foil having a multilayer structure of two or more layers, the amount of heat ray reflection increases, and when gas is generated from the core material, the gas can be released from the inside by a minute amount. Combustible gas can be released while suppressing the impact on nonflammability, and the amount of combustible gas on the surface is further suppressed. Further, inflow of oxygen from the outside can be suppressed. Moreover, heat insulation improves with the air which exists between metal foil and metal foil (at the level which does not have a bad influence on carbon fiber), and can suppress the heating of a core material. Furthermore, it is possible to further prevent the metal foil from being broken and the core material from being exposed by the force from the outside and inside. For this reason, the nonflammability of a carbon fiber composite material may improve more.
金属箔による多層構造とする方法は、特に限定されるものではないが、例えば、テープ状の金属箔を用い、コア材の軸心に対して、螺旋状に巻きつけコア材を被覆する場合には、一層目は右回りに巻き付け、2層目は左回りに巻きつけるなど1層目と2層目を異なる方向で巻き付けたものであってもよい。また、同一の方向に2回以上複数回巻き付けたものであってもよい。また、巻きつける際のテープ状の金属箔の重なりの幅をテープ状の金属箔の幅の1/2以上としたものであってもよい。 The method of forming a multilayer structure with metal foil is not particularly limited. For example, when a tape-shaped metal foil is used and the core material is wound around the axis of the core material in a spiral shape, the core material is covered. The first layer and the second layer may be wound in different directions such that the first layer is wound clockwise and the second layer is wound counterclockwise. Further, it may be wound two or more times in the same direction. Moreover, the width of the overlap of the tape-shaped metal foil when winding may be set to be 1/2 or more of the width of the tape-shaped metal foil.
金属被覆層は、コア材の全体に多層構造を有する金属被覆層を容易に形成することができるので、テープ状の金属箔を、コア材の軸心に対して、テープ状の金属箔の幅の1/2以上が重なりあうように螺旋状に巻きつけたものであるとよい。 Since the metal coating layer can easily form a metal coating layer having a multilayer structure over the entire core material, the width of the tape-shaped metal foil is determined with respect to the axis of the core material. It is good that it is spirally wound so that 1/2 or more of the two overlap.
また、シート状の金属箔を用い、コア材の軸心に対して垂直方向に、2回以上金属箔を巻きつけ、コア材を金属箔で多層に被覆したものであってもよい。 Alternatively, a sheet-like metal foil may be used, the metal foil may be wound twice or more in the direction perpendicular to the axis of the core material, and the core material may be covered in multiple layers with the metal foil.
また、コア材の軸心に対して螺旋状に金属箔を巻きつけ被覆し、その後、コア材の軸心に対して垂直方向に金属箔を巻きつけるなど複数の方法で、金属箔による多層構造としたものであってもよい。 In addition, the metal foil is wound around the axis of the core material in a spiral manner, and then the metal foil is wound in a direction perpendicular to the axis of the core material. It may be what.
また、金属箔により形成される金属被覆層の厚みは、被覆対象となるコア材の構成や直径の大きさ等により、炭素繊維本来の性能を損なわない範囲で適宜設計されるが、1μm〜2000μmであり、目的の金属被覆層の厚みになるように、金属被覆層は、金属箔1層により形成しても、2層以上の多層構造により形成してもよいが、多層構造により形成されていることが好ましい。また、金属箔により2層以上の多層構造を形成する場合は、金属箔により形成される単層の厚み(金属箔の厚み)は、1μm〜500μmが良く、不燃性の観点からは5μ以上がより好ましい。金属被覆層を安定して成形するとの観点からは8μm〜150μmが好ましく、より好ましくは10〜75μmであり、さらに好ましくは10〜30μmである。
また、金属箔は表面に粘着剤が付与されているものを用いてもよいが、粘着剤は耐熱性を有するものが好ましく、例えば、シリコーン系の粘着剤が好ましい。
In addition, the thickness of the metal coating layer formed of the metal foil is appropriately designed within a range that does not impair the original performance of the carbon fiber depending on the configuration of the core material to be coated, the size of the diameter, and the like, but 1 μm to 2000 μm. The metal coating layer may be formed of one metal foil layer or a multilayer structure of two or more layers so that the thickness of the target metal coating layer is obtained. Preferably it is. Moreover, when forming the multilayer structure of two or more layers with metal foil, the thickness of the single layer formed with metal foil (thickness of the metal foil) is preferably 1 μm to 500 μm, and 5 μm or more from the viewpoint of nonflammability. More preferred. From the viewpoint of stably forming the metal coating layer, the thickness is preferably 8 μm to 150 μm, more preferably 10 to 75 μm, and still more preferably 10 to 30 μm.
The metal foil may have a pressure-sensitive adhesive on the surface, but the pressure-sensitive adhesive preferably has heat resistance, for example, a silicone-based pressure-sensitive adhesive.
また、本発明の金属被覆層を形成する金属は、本発明の目的を達成することができる範囲で適宜選択することができるが、アルミニウム、銅、鉄、錫、亜鉛、ステンレス、チタン及びその合金などが挙げられる。また、金属被覆層は、2以上の複数の金属によって構成されてもよいが、アルミニウム、ステンレス、銅、チタン及びその合金からなる群から選ばれる少なくとも1つを含むことが好ましく、更に、取り扱いのしやすさからアルミニウム、ステンレス、軟質銅のいずれか1つを含むことがより好ましく、アルミニウム、ステンレス、軟質銅のいずれか1つにより金属被覆層を構成することがさらに好ましいく、アルミニウムであることが最も好ましい。
アルミニウムであれば、熱反射性や熱伝導性が高いためコア材の加熱が抑えられ、不燃性の向上効果が優れ、また、コア材のアルミニウムの箔(アルミニウム箔)での被覆も容易であり、作業性の観点からも好ましい。
In addition, the metal forming the metal coating layer of the present invention can be appropriately selected within the range in which the object of the present invention can be achieved. Aluminum, copper, iron, tin, zinc, stainless steel, titanium, and alloys thereof Etc. The metal coating layer may be composed of two or more metals, but preferably includes at least one selected from the group consisting of aluminum, stainless steel, copper, titanium, and alloys thereof. It is more preferable that any one of aluminum, stainless steel, and soft copper is included from the viewpoint of easiness, and it is more preferable that the metal coating layer is composed of any one of aluminum, stainless steel, and soft copper, and it is aluminum. Is most preferred.
If it is aluminum, the heat of the core material is suppressed due to its high heat reflectivity and thermal conductivity, and the nonflammability improvement effect is excellent, and it is easy to coat the core material with aluminum foil (aluminum foil) This is also preferable from the viewpoint of workability.
また、コア材の外周の金属被覆層上に、金属被覆層の保護や意匠性の付与や不燃性能の向上のためにさらに、他の被覆層を設けてもよい。被覆層は、不燃性を有するもので形成されているとよく、ガラス繊維や石膏やシリカなどの無機化合物やポリイミド樹脂やシリコーン樹脂を用いた樹脂や無機化合物と有機化合物を併用した樹脂、例えばシリカ粒子、アルミニウム系化合物粒子やリン系等の難燃剤を含む樹脂などが挙げられる。また、固化剤として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、他の被覆層としては、加熱した際に変形が可能な被覆層が好ましく、熱可塑性樹脂を、当該被覆層に用いる樹脂に用いると好ましい。また、組紐のように柔軟性が有する構造を有するものであってもよい。このような樹脂層と組み合わせることで、可燃性ガスや助燃性ガスの発生や、高温領域で炭素繊維と酸素との接触がより起こりにくい。 Moreover, you may provide another coating layer on the metal coating layer of the outer periphery of a core material further for protection of a metal coating layer, provision of designability, and improvement of nonflammability performance. The coating layer is preferably made of non-flammable materials, such as glass fiber, gypsum, silica, or other inorganic compounds, polyimide resins, silicone resins, or a combination of inorganic compounds and organic compounds, such as silica. Examples thereof include resins containing particles, aluminum-based compound particles, and phosphorus-based flame retardants. When a thermoplastic resin is used as the solidifying agent, the other coating layer is preferably a coating layer that can be deformed when heated, and when the thermoplastic resin is used as a resin for the coating layer. preferable. Moreover, you may have a structure which has flexibility like a braid. By combining with such a resin layer, generation of combustible gas and auxiliary combustible gas, and contact between carbon fiber and oxygen are less likely to occur in a high temperature region.
以下、(実施形態1)から(実施形態3)により、本発明の不燃性炭素繊維複合材についてより詳細に説明する。 Hereinafter, the nonflammable carbon fiber composite material of the present invention will be described in more detail with reference to (Embodiment 1) to (Embodiment 3).
(実施形態1)
図1及び図2を参照して、コア材10aと、金属被覆層20aとを有する不燃性炭素繊維複合材100について説明する。なお、実施形態1は、「(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材と、前記コア材の外周に金属被覆層と、を有する不燃性炭素繊維複合材」の態様に対応する。
(Embodiment 1)
With reference to FIG.1 and FIG.2, the nonflammable carbon
金属被覆層20aは、厚さ10μm〜100μm、幅10mm〜100mmのテープ状のアルミニウム箔を、アルミニウム箔同士が重なり合うように、コア材10aの外周の全体を被覆するように螺旋状に巻きつけたものである。金属被覆層20aは、2層以上の多層構造であり、金属被覆層20a全体の厚さは、10μm〜500μmである。なお、金属被覆層20aは、単層構造でもよい。また、部分的に層数が異なる構造をとることもできる。
The
金属箔を用いることにより、容易に、安価に、金属被覆層20aを形成し、不燃性炭素繊維複合材の不燃性を向上させることができる。また、金属箔を螺旋状に巻き付けたことによる伸縮性により、さらに、不燃性炭素繊維複合材を曲げるなど変形させても、コア材10aがむき出しになることを抑制し、不燃性を維持することができる。
By using the metal foil, the
コア材10aは、炭素繊維4を束ねてなる炭素繊維束5に所定の回数の撚りをかけ、拘束材(図示せず)で拘束して、そこに固化剤を付与することで、炭素繊維束5と拘束材とが固化剤によって一体化した芯線1から構成されている。
The core material 10a is obtained by applying a predetermined number of twists to the carbon fiber bundle 5 formed by bundling the
また、拘束材は、拘束材となる繊維を炭素繊維束5の外周に巻きまわして筒状の組紐(丸打)を組むことで、組紐状となっている。拘束材を組紐状にすることで、コア材10a、不燃性炭素繊維複合材100の形状をより安定させることができる。
Further, the restraining material is formed in a braided shape by winding a fiber serving as the restraining material around the outer circumference of the carbon fiber bundle 5 to form a tubular braid (round punching). By making the restraining material into a braided shape, the shapes of the core material 10a and the non-combustible carbon
なお、芯線1は、上述したように、固化剤により一体化した炭素繊維束の外周の全面を覆うように耐熱層(繊維材料からなる筒状体や樹脂層等)を設けたものであってもよい。
As described above, the
また、不燃性炭素繊維複合材100を、ストランド構造を有するストランド構造体や、マルチストランド構造を有するマルチストランド構造体として用いてもよく、さらに、ストランド構造体やマルチストランド構造体の外周に金属被覆層を設けても良い。このような構成にすることで、構成されるストランド構造体は、前記性質を有する不燃性炭素繊維複合材から構成されるため、上述した本発明の不燃性炭素繊維複合材の性能を保ちつつ、さらに、不燃性に優れたものである。
Further, the non-combustible carbon
(実施形態2)
図3は、コア材10bと金属被覆層20bを有する不燃性炭素繊維複合材110である。なお、実施形態2は、「(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材と、前記コア材の外周に金属被覆層と、を有する不燃性炭素繊維複合材」の態様に対応する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a non-combustible carbon
金属被覆層20bは、上述した実施形態1の金属被覆層20aの構成と同様であり、金属被覆層20bの構成は、本発明の目的を阻害しない限り、適宜設計することができる。
The
図4は、金属被覆層を形成する前のコア材10bの斜視図である。コア材10bは、前記実施形態1の芯線1を7本備えてなり、中心に配置された1本の芯線1を他の6本の芯線1が取り囲むストランド構造を有するストランド芯線2からなる。
FIG. 4 is a perspective view of the
実施形態2に係るストランド芯線2では、芯となる芯線1と、芯となる芯線を取り囲む他の6本の芯線1が撚り合されているストランド構造を有していることで、樹脂を用いて一体化しなくとも、バラケを防ぎ一体化できる。そのため、金属被覆層20bの形成時にバラけにくく、金属被覆層20bを形成し易い。また、炭素繊維本来の引張強度を有し、かつ、曲げ応力に対する耐久性に優れるストランド芯線2を用いていることにより、当該ストランド芯線2により構成されるコア材10bを用いて得られる不燃性炭素繊維複合材110は、さらにドラムに巻き曲げ応力がかけられた後、伸ばして用いた場合や、曲げ応力がかかる箇所に用いても優れた引張強度を維持しつつ、不燃性を付与することができる。
The
なお、ストランド芯線は、上記の芯線を複数本、引き揃えた構造を有するものでもよいが、上記の芯線を複数本、撚り合わせた構造を有するものの方が好ましい。 The strand core wire may have a structure in which a plurality of the above-described core wires are aligned, but a strand core having a structure in which a plurality of the core wires are twisted together is preferable.
また、ストランド芯線2を構成する芯線としては、芯線1を例示したがこれに限定されず、本発明の芯線の構成に準ずるものであればいずれものでもよく、芯線1の周囲に耐熱層を形成したものや、拘束材のない芯線、拘束材のない芯線の周囲に耐熱層を形成したものを芯線として用いることができる。また、本実施形態におけるストランド芯線2おいて、ストランド芯線2を構成する芯線は同一の芯線であるが、本発明の芯線の要件を満たす芯線であれば、異なる芯線を複合して用いてもよい。
Moreover, although the
また、撚りを形成する方向として、
炭素繊維束×ストランド芯線=S方向×Z方向、S方向×S方向、Z方向×Z方向、Z方向×S方向、のいずれでも可能である。
Also, as the direction to form the twist,
Carbon fiber bundle × strand core wire = S direction × Z direction, S direction × S direction, Z direction × Z direction, Z direction × S direction are all possible.
ストランド芯線2の撚り数は、目的に応じて1.1〜50回/mで選択される。撚り数が少なすぎると、不燃性炭素繊維複合材110単位でバラケやすくなる。一方、撚り数が多くなりすぎると引張強度が低下するおそれがある。芯線の本数が7〜37本の場合には、1.5〜20回/mが好ましい。より好ましくは2〜10回/mがよい。
The number of twists of the
なお、本実施形態のストランド芯線2は、一本の芯線1を取り囲むように芯となる芯線1と他の芯線1とが撚り合わせられているが、ストランド構造体の構造として、必要本数(例えば、2〜50本)の芯線1を束ね、束ねられた芯線1に撚りを掛けてもよい。
In addition, although the
また、ストランド芯線2を構成する芯線1の本数は7本であるが、これに限定されず、目的とする性能(特に引張強度)、用途を考慮して適宜決定され、特に限定されるものではないが、通常、2〜50本である。好ましくは、7〜37本がよい。
例えば、炭素繊維を24000本束ねたもの(24k)を炭素繊維束として用いた場合には、ストランド構造体を構成する芯線の本数は2本〜50本程度であるとブレース材等の用途として好適である。
The number of the
For example, when a bundle of 24,000 carbon fibers (24k) is used as a carbon fiber bundle, the number of core wires constituting the strand structure is about 2 to 50, which is suitable for uses such as braces. It is.
ストランド芯線2の直径が直径2〜100mm(より好適には4〜50mm)であると、不燃性炭素繊維複合材110及びストランド芯線2がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができ、フレキシブル性と不燃性を有する不燃性炭素繊維複合材110を得ることができる。
When the diameter of the
また、ストランド芯線2は、さらに、その外周の全面を覆うように被覆層が設けられていてもよい。例えば、ストランド芯線2は、さらに、その外周の全面を覆うように耐熱層が設けられている構成でもよい。このような構成にすることで、不燃性がさらに向上する傾向にある。耐熱層は、上述した芯線の外周の耐熱層と同様に形成できる。
Moreover, the
また、ストランド芯線2が、芯線1を複数本、引き揃えたストランド構造を有する場合、不燃性炭素繊維複合材120は、例えば、芯線1を複数本、引き揃えた後に、拘束材や固化剤により束ねた後、テープ状の金属箔を巻きつけることにより得ることができる。
In addition, when the
(実施形態3)
図5は、コア材10cと金属被覆層20cを有する不燃性炭素繊維複合材120である。なお、実施形態3は、「(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材と、前記コア材の外周に金属被覆層と、を有する不燃性炭素繊維複合材」の態様に対応する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a non-combustible carbon
金属被覆層20cは、上述した実施形態1の金属被覆層20aの構成と同様であり、金属被覆層20cの構成は、本発明の目的を阻害しない限り、適宜設計することができる。
The
コア材10cは、マルチストランド芯線3から構成されている。
マルチストランド芯線3は、前記実施形態2のストランド芯線2を7本備えてなり、中心に配置された1本のストランド芯線2を他の6本のストランド芯線2が取り囲むマルチストランド構造をしている。
The
The
なお、マルチストランド芯線3において、その構成部材としてストランド芯線2を使用しているが、これに限定されず、本発明のストランド芯線に準ずるものであればいずれも用いることができる。
In addition, in the
マルチストランド芯線3を構成するストランド芯線2の本数は7本であるが、これに限定されず、目的とする性能(特に引張強度)、用途を考慮して適宜決定され、通常、2〜40本である。40本を超えると所定のピッチで撚りをかけることが困難になるおそれがあるため、好適には7〜37本である。
The number of
マルチストランド芯線3の撚り数は、目的とする性能(特に引張強度)、用途を考慮して適宜決定される。
マルチストランド芯線3の撚り数は0.3〜30回/mであることが好ましく、ストランド芯線2の本数が7〜37本の場合には、0.5〜15回/mが好ましい。
The number of twists of the
The number of twists of the
マルチストランド芯線3の直径が直径4〜200mmであると、不燃性炭素繊維複合材120及びマルチストランド芯線3がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができ、フレキシブル性と不燃性を有する不燃性炭素繊維複合材120を得ることができる。
When the diameter of the
また、マルチストランド芯線3は、さらに、その外周の全面を覆うように被覆層が設けられていてもよい。例えば、マルチストランド芯線3は、さらに、その外周の全面を覆うように耐熱層が設けられている構成でもよい。このような構成にすることで、不燃性がさらに向上する傾向にある。耐熱層は、上述した芯線の外周の耐熱層と同様に形成できる。
Further, the
[建材]
また、本発明は、上述した不燃性炭素繊維複合材を含む建材(以下、「本発明の建材」ということもある。)に関する。
[Building materials]
The present invention also relates to a building material containing the above-described non-combustible carbon fiber composite (hereinafter sometimes referred to as “building material of the present invention”).
本発明の不燃性炭素繊維複合材は、優れた不燃性能を有しているため、建築物にもちいても不燃性を発揮し、かつ、芯線に炭素繊維を用いていることにより、優れた強度を有している。このため、本発明の不燃性炭素繊維複合材は、建材として好適に用いることができる。
さらに、固化剤として熱可塑性樹脂を用いたものでは、不燃性炭素繊維複合材を直線状やアーチ状だけではなく、任意の形状として用いることができるため、意匠性にも優れる不燃性と強度を有する建築材料として用いることができる。
Since the non-combustible carbon fiber composite material of the present invention has excellent non-combustible performance, the non-combustible carbon fiber composite material exhibits excellent non-flammability even when used in buildings, and has excellent strength by using carbon fiber as a core wire. have. For this reason, the nonflammable carbon fiber composite material of the present invention can be suitably used as a building material.
Furthermore, in the case of using a thermoplastic resin as a solidifying agent, the incombustible carbon fiber composite material can be used not only in a linear shape or an arch shape, but also in an arbitrary shape, so that it has excellent incombustibility and strength. It can be used as a building material.
例えば、本発明の建材は、炭素繊維に由来する優れた強度、不燃性を有し、軽量である本発明の不燃性炭素繊維複合材を含むため、鉄骨構造や鉄筋コンクリートや木造などの建物、橋等の橋梁などに用いられるブレース材、補強材(補強金具代替品を含む)として好ましく用いることができる。また、細いものであっても十分な強度を有しているため、照明、テーブルなどの家具、階段などを吊り下げるワイヤー、間仕切りなどの建具、テーブル、椅子、手すりなどのインテリア、フェンス、塀、グリ−ンカーテンなどに用いるツタ類の支持具、ネットなどのエクステリアなどを種々のものに用いることができ、デザイン性に優れた建築物を製造することも可能である。また、塩害の起こりやすい洋上風力発電施設や船舶等の係留に用いる鎖などの代替物としても好適である。また、さらに曲げ応力がかかっても折れにくいため、ドラムに巻いて長尺のものとして用いたり、曲げ応力がかかる場所であっても好ましく用いることができる。 For example, since the building material of the present invention includes the non-combustible carbon fiber composite material of the present invention that has excellent strength and non-combustibility derived from carbon fiber and is lightweight, it is a building, bridge such as a steel structure, reinforced concrete, or wooden structure. It can preferably be used as a brace material or a reinforcing material (including a replacement for a reinforcing metal fitting) used for a bridge or the like. In addition, even if it is thin, it has sufficient strength, so lighting, furniture such as tables, wires that hang stairs, furniture such as partitions, interiors such as tables, chairs and handrails, fences, fences, Supports for ivy and the like used for green curtains, exteriors such as nets can be used for various things, and it is also possible to manufacture buildings with excellent design. It is also suitable as an alternative to chains used for mooring offshore wind power generation facilities and ships that are prone to salt damage. Further, since it is difficult to bend even when bending stress is applied, it can be preferably used by being wound around a drum and used as a long one, or at a place where bending stress is applied.
また、本発明の建材は、本発明の不燃性炭素繊維複合材と、任意の部材と複合化させて使用して複合構造部材としてもよい。好適な複合構造部材の例として、不燃性炭素繊維複合材の少なくとも一方の端部が定着治具の胴部内に挿入され、当該不燃性炭素繊維複合材の端部と定着治具の胴部とを接着固定することにより、当該と定着治具とを一体化してなる複合構造部材が挙げられる。 The building material of the present invention may be combined with the noncombustible carbon fiber composite material of the present invention and an arbitrary member to form a composite structure member. As an example of a suitable composite structural member, at least one end of the non-combustible carbon fiber composite material is inserted into the body of the fixing jig, and the end of the non-combustible carbon fiber composite material and the body of the fixing jig By adhering and fixing, a composite structure member formed by integrating the fixing jig with the fixing jig can be used.
また、建築物以外の土木材料、工作機器材料、ロボット材料、輸送機器材料など他の材料として用いても燃えにくく優れた強度を有している。 Moreover, even if it uses as other materials, such as civil engineering materials other than a building, machine tool material, robot material, and transport equipment material, it has the outstanding intensity | strength which is hard to burn.
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の技術的思想の範囲内で前記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and various structures other than the above can also be employ | adopted within the scope of the technical idea of this invention.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is changed.
まず、芯線、又は、ストランド芯線を製造した。 First, a core wire or a strand core wire was manufactured.
(製造例1):芯線(1A)の製造
24Kの炭素繊維束(PAN系炭素繊維。東レ株式会社製。T700SC。)を3本束ね、S方向に30回/m撚りをかけたもの1本を炭素繊維束として用い、拘束材としてガラス繊維を用い、製紐機(24打機)を用いて、8打ちの石目打にて、炭素繊維束の周りの全面を組紐状にガラス繊維で拘束した。
(Production Example 1): Production of core wire (1A)
Three bundles of 24K carbon fiber bundles (PAN-based carbon fiber, manufactured by Toray Industries, Inc., T700SC), one twisted 30 times / m in the S direction, are used as carbon fiber bundles, and glass fiber is used as a restraining material. , And the entire surface around the carbon fiber bundle was constrained with braided glass fibers by using a string making machine (24 hammering machine) with 8 stone punches.
次に、ガラス繊維で拘束した炭素繊維束を、
重合型の熱可塑性エポキシ樹脂(DENATITE XNR6850V、固形分85質量%、ナガセケムテックス株式会社製)100質量部、
硬化剤(DENATITE XNH6850V、固形分30質量%、
ナガセケムテックス株式会社製) 6.5質量部、
メチルエチルケトン(MEK)10部
からなる溶液(粘度80mPa・s)にデッピングし、ダイスを通し、余分な溶液を除去するとともに、炭素繊維束の軸心に垂直方向に切断した際の断面形状を円形に整え、拘束された炭素繊維束に対し、固化剤を付与した。その後、熱処理(150℃、20分間)を行うことで、前記重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させて、炭素繊維束と拘束材とを熱可塑性エポキシ樹脂(固化剤)を一体化させた芯線(1A)を得た。
Next, the carbon fiber bundle restrained with glass fiber,
Polymerization type thermoplastic epoxy resin (DENATITE XNR6850V, solid content 85% by mass, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), 100 parts by mass,
Curing agent (DENATEITE XNH6850V, solid content 30% by mass,
Manufactured by Nagase ChemteX Corporation) 6.5 parts by mass,
Dipping into a solution (viscosity of 80 mPa · s) consisting of 10 parts of methyl ethyl ketone (MEK), passing through a die to remove excess solution, and rounding the cross-sectional shape when cut perpendicular to the axis of the carbon fiber bundle A solidifying agent was applied to the aligned and restrained carbon fiber bundle. Thereafter, the core wire in which the thermoplastic thermoplastic resin of the polymerization type is polymerized by performing heat treatment (150 ° C., 20 minutes), and the carbon fiber bundle and the binding material are integrated with the thermoplastic epoxy resin (solidifying agent). (1A) was obtained.
得られた芯線(1A)の断面は円形状で、直径3mm(ノギスで測定)であった。
芯線(1A)を室温で直径100cmのドラムに3000m巻きとったところ、折れることなく、スムーズに巻き取ることができた。
The obtained core wire (1A) had a circular cross section and a diameter of 3 mm (measured with calipers).
When the core wire (1A) was wound on a drum having a diameter of 100 cm at a room temperature of 3000 m, it could be smoothly wound without breaking.
(製造例2):芯線(1B)の製造
製造例1と同様にして芯線(1A)を得た。
次に、芯線(1A)を、シリコーン樹脂エマルジョン(粘度6000mPa・s)にデッピングし、ダイスを通し、余分な溶液を除去するとともに、芯線(1A)の軸心に垂直方向に切断した際の断面形状を円形に整え、芯線(1A)の表面にシリコーン樹脂を付与した。その後、熱処理(150℃、20分間)を行うことで、芯線(1A)をシリコーン樹脂で被覆した芯線(1B)を得た。
(Manufacture example 2): Manufacture of a core wire (1B) It carried out similarly to manufacture example 1, and obtained the core wire (1A).
Next, the core wire (1A) is dipped into a silicone resin emulsion (viscosity 6000 mPa · s), passed through a die to remove excess solution, and a cross section when cut in a direction perpendicular to the axis of the core wire (1A). The shape was adjusted to a circle, and a silicone resin was applied to the surface of the core wire (1A). Then, the heat treatment (150 degreeC, 20 minutes) was performed, and the core wire (1B) which coat | covered the core wire (1A) with the silicone resin was obtained.
得られた芯線(1B)の断面は円形状で、直径3mm(ノギスで測定)であった。
芯線(1B)を室温で直径100cmのドラムに3000m巻きとったところ、折れることなく、スムーズに巻き取ることができた。
The obtained core wire (1B) had a circular cross section and a diameter of 3 mm (measured with calipers).
When the core wire (1B) was wound 3000 m on a drum having a diameter of 100 cm at room temperature, it could be wound smoothly without breaking.
(製造例3):芯線(1C)の製造
固化剤として、熱可塑性エポキシ樹脂に変えて、ポリイミド樹脂と水酸化アルミニウムの配合物を用いた以外は、製造例2と同様にして芯線(1C)を得た。
(Production Example 3): Production of core wire (1C)
A core wire (1C) was obtained in the same manner as in Production Example 2 except that a compound of polyimide resin and aluminum hydroxide was used instead of the thermoplastic epoxy resin as a solidifying agent.
(製造例4):芯線(1D)の製造
炭素繊維束を、拘束材で拘束しなかった以外は、製造例2と同様にして芯線(1D)を得た。
(Production Example 4): Production of Core Wire (1D) A core wire (1D) was obtained in the same manner as in Production Example 2 except that the carbon fiber bundle was not restrained by a restraining material.
(製造例5):ストランド芯線(2A)の製造
製造例1で得られた芯線(1A)(シリコーン樹脂被覆されていないもの)を7本用い、中心に1本の芯線(1A)、その周りを6本の芯線(1A)で覆うように、120℃に加熱しながら撚り合わせて、ストランド芯線(2A’)を100m製造した。室温で70cmの径のドラムに巻きとった。
(Production Example 5): Production of Strand Core Wire (2A) Using seven core wires (1A) (not coated with silicone resin) obtained in Production Example 1, one core wire (1A) at the center and the periphery Was twisted while being heated to 120 ° C. so as to be covered with six core wires (1A), and a strand core wire (2A ′) was manufactured to 100 m. It was wound on a drum having a diameter of 70 cm at room temperature.
次に、このストランド芯線(2A’)の周りをアクリル樹脂、シリカ粒子、アルミニウム粒子、リン系難燃剤を含む樹脂を用いた樹脂層で被覆し、ストランド芯線(2A)を得た。
なお、ストランド芯線(2A)の表面及びストランド芯線(2A)を構成する芯線(1A)と芯線(1A)の間も当該樹脂で充填されていた。
得られたストランド芯線(2A)は、直径10mm(ノギスで測定)であった。
Next, the strand core wire (2A ′) was covered with a resin layer using a resin containing acrylic resin, silica particles, aluminum particles, and a phosphorus-based flame retardant to obtain a strand core wire (2A).
The surface of the strand core wire (2A) and the space between the core wire (1A) and the core wire (1A) constituting the strand core wire (2A) were also filled with the resin.
The obtained strand core wire (2A) had a diameter of 10 mm (measured with calipers).
(製造例6):ストランド芯線(2B)の製造
製造例2で得られた芯線(1B)を7本用い、中心に1本の芯線(1B)、その周りを6本の芯線(1B)で覆うように、120℃に加熱しながら撚り合わせて、ストランド構造を有するストランド芯線(2B)を100m製造した。なお、ストランド芯線(2B)は、室温で70cmの径のドラムに巻きとった状態で保管した。
得られたストランド芯線(2B)は、直径10mm(ノギスで測定)であった。
(Production Example 6): Production of Strand Core Wire (2B) Seven core wires (1B) obtained in Production Example 2 were used, one core wire (1B) at the center and six core wires (1B) around it. As it covered, it twisted together, heating at 120 degreeC, and manufactured 100m of strand core wires (2B) which have a strand structure. The strand core wire (2B) was stored in a state of being wound around a drum having a diameter of 70 cm at room temperature.
The obtained strand core wire (2B) was 10 mm in diameter (measured with calipers).
(製造例7):ストランド芯線(2B’)の製造
製造例6のストランド芯線(2B)に、さらに、製造例5で用いたアクリル樹脂、シリカ粒子、アルミニウム粒子、リン系難燃剤を含む樹脂で被覆し、ストランド芯線(2B’)を得た。
得られたストランド芯線(2B)は、直径10mm(ノギスで測定)であった。
(Production Example 7): Production of strand core wire (2B ′)
The strand core wire (2B) of Production Example 6 was further coated with a resin containing the acrylic resin, silica particles, aluminum particles, and phosphorus-based flame retardant used in Production Example 5 to obtain a strand core wire (2B ′).
The obtained strand core wire (2B) was 10 mm in diameter (measured with calipers).
(製造例8):ストランド芯線(2C)の製造
製造例3で得られた芯線(1C)を7本用い、中心に1本の芯線(1C)、その周りを6本の芯線(1C)で覆うように、120℃に加熱しながら撚り合わせて、ストランド芯線(2C)を100m製造した。なお、室温で70cmの径のドラムに巻きとった状態で保管した。
得られた比較例3のストランド芯線(2C)は、直径10mm(ノギスで測定)であった。
(Production Example 8): Production of strand core wire (2C)
7 core wires (1C) obtained in Production Example 3 were used, twisted while heating to 120 ° C. so as to cover one core wire (1C) at the center and 6 core wires (1C) around it. A strand core wire (2C) was produced 100 m. It was stored in a state wound around a drum having a diameter of 70 cm at room temperature.
The obtained strand core wire (2C) of Comparative Example 3 had a diameter of 10 mm (measured with calipers).
次に、製造例1〜4の芯線、又は、製造例5〜8のストランド芯線をコア材として用いて、不燃性炭素繊維複合材を製造し、得られた不燃性炭素繊維複合材の不燃性能を測定した。 Next, using the core wires of Production Examples 1 to 4 or the strand core wires of Production Examples 5 to 8 as a core material, a non-flammable carbon fiber composite material is produced, and the non-flammable performance of the obtained non-flammable carbon fiber composite material Was measured.
なお、不燃性能の測定は、建築基準法第2条第9号の規定に基づく不燃材料もしくは建築基準法施行令第1条の五に基づく準不燃材料の認定に係る性能評価として、「防耐火性能試験・評価業務方法書」に記載の4.10不燃性能試験・評価方法の4.10.2 発熱性試験・評価方法、4.11準不燃性能試験・評価方法の4.11.1の発熱性試験・評価方法に準じて試験・評価をおこない、それぞれの基準値を満たしているものを合格、満たしていないものを不合格とした。
なお、これらの試験は、板状物に対して行うものであるが、本実施例の不燃性炭素繊維複合材及び炭素繊維複合材は、棒状物のため、長さ10cmの棒状物を試料として準備し、試験体ホルダーに棒状物を平行に並べ、タテ×ヨコ10cmの長さとし、試験を行った。(不燃性炭素繊維複合材及び炭素繊維複合材の軸心方向に垂直に切断した断面の直径が1cmであれば10本並べたもの。)。試料となる不燃性炭素繊維複合材の両端部の断面は、試料となるコア材の外周がアルミニウム箔で覆われているものはアルミニウム箔で覆った。また、試料となるコア材の外周が軟質銅で覆われているものは、軟質銅箔で覆い、金属被覆層を有しない比較例1〜3の炭素繊維複合材は、試料の断面は金属箔等覆わず切断面のままで試験を行った。
In addition, the measurement of non-combustible performance is based on the performance evaluation related to the certification of non-combustible materials based on the provisions of Article 2-9 of the Building Standards Act or semi-incombustible materials based on Article 1-5 of the Building Standards Act Enforcement Order. 4.10 Non-combustible performance test / evaluation method 4.10.2 “Exothermic test / evaluation method” 4.11 Quasi-incombustibility performance test / evaluation method 4.11.1 Tests / evaluations were conducted according to the exothermic test / evaluation method, and those satisfying the respective standard values were accepted and those not met were rejected.
In addition, although these tests are performed with respect to a plate-shaped object, since the nonflammable carbon fiber composite material and carbon fiber composite material of a present Example are rod-shaped objects, a 10-cm-long rod-shaped object is used as a sample. The rod-shaped objects were arranged in parallel on the test specimen holder, and the test was performed with a length of 10 cm in length and width. (10 non-combustible carbon fiber composite materials and 10 carbon fiber composite materials arranged in a line perpendicular to the axial direction of the carbon fiber composite material if the diameter is 1 cm). The cross section of the both ends of the nonflammable carbon fiber composite material used as the sample was covered with the aluminum foil when the outer periphery of the core material used as the sample was covered with the aluminum foil. In addition, the carbon fiber composite material of Comparative Examples 1 to 3 in which the outer periphery of the core material used as the sample is covered with soft copper is covered with the soft copper foil and does not have the metal coating layer. The test was carried out with the cut surface remaining uncovered.
(実施例1)
製造例2の芯線(1B)を10cmにカットし、コア材(1)として用いた。コア材(1)すべてが覆われるように幅12cm、厚さ20μmのアルミニウム箔を、コア材(1)の軸心に対して垂直方向に、3重(3層)に巻き付け、不燃性炭素繊維複合材(1)を得た。なお、不燃性炭素繊維複合材の軸心方向の両端からはみ出たアルミニウム箔で、コア材(1)の断面も覆った。
得られた不燃性炭素繊維複合材(1)の直径は3mmであった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(1)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
Example 1
The core wire (1B) of Production Example 2 was cut into 10 cm and used as the core material (1). An aluminum foil having a width of 12 cm and a thickness of 20 μm is wrapped in a triple (three layers) direction perpendicular to the axis of the core material (1) so as to cover all the core material (1), and non-combustible carbon fiber A composite material (1) was obtained. In addition, the cross section of the core material (1) was covered with the aluminum foil which protruded from the both ends of the axial center direction of the nonflammable carbon fiber composite material.
The obtained incombustible carbon fiber composite material (1) had a diameter of 3 mm.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (1) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例2)
製造例6で得られた長尺のストランド芯線(2B)を2mに切断しロッドとしたものをコア材(2)として用いた。
(Example 2)
The long strand core wire (2B) obtained in Production Example 6 was cut into 2 m to form a rod, and the core material (2) was used.
次に、厚み20μm、幅20mmのテープ状のアルミニウム箔を、アルミニウム箔の側辺が10mmずつ重なるようにして、コア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で右回りに、一度、巻き付け、コア材(2)の全体をアルミニウム箔で被覆した。引き続き、同様のテープ状のアルミニウム箔をコア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で左回りに、同様に一度、巻きコア材(2)の全体をアルミニウム箔で再度被覆した。さらに、コア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で右回りに、同様に一度、巻き付け、コア材(2)の全体をアルミニウム箔で再度被覆し、不燃性炭素繊維複合材(2)を得た。 Next, a tape-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width of 20 mm is rotated clockwise at an angle of about 45 degrees with respect to the axial direction of the core material (2) so that the sides of the aluminum foil overlap each other by 10 mm. Once wound, the entire core material (2) was covered with aluminum foil. Subsequently, the same tape-shaped aluminum foil was counterclockwise rotated at an angle of about 45 degrees with respect to the axial direction of the core material (2), and once again, the entire wound core material (2) was covered again with the aluminum foil. . Further, the core material (2) is wound once in the clockwise direction at an angle of about 45 degrees with respect to the axial direction of the core material (2), and the whole core material (2) is covered again with aluminum foil, and the nonflammable carbon fiber composite material (2) was obtained.
得られた不燃性炭素繊維複合材(2)の直径は10mmであった。また、アルミニウム箔で覆われたコア材(2)は、アルミニウム箔6層で覆われており、金属被覆層は多層構造であった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(2)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
The obtained non-combustible carbon fiber composite material (2) had a diameter of 10 mm. Moreover, the core material (2) covered with the aluminum foil was covered with 6 layers of the aluminum foil, and the metal coating layer had a multilayer structure.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (2) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例3)
実施例2と同様に、製造例6で得られた長尺のストランド芯線(2B)を2mに切断しロッドとしたものをコア材(2)として用いた。
コア材(2)に、厚み10μm、幅20mmのテープ状のアルミニウム箔を、アルミニウム箔の側辺が10mmずつ重なるようにして、コア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で右回りに、一度巻き付け、コア材(2)の全体を被覆し、不燃性炭素繊維複合材(3)を得た。
(Example 3)
In the same manner as in Example 2, the long strand core wire (2B) obtained in Production Example 6 was cut into 2 m to form a rod, and the core material (2) was used.
A tape-shaped aluminum foil having a thickness of 10 μm and a width of 20 mm is placed on the core material (2) at an angle of about 45 degrees with respect to the axial direction of the core material (2) so that the sides of the aluminum foil overlap each other by 10 mm. Once wound clockwise, the entire core material (2) was coated to obtain a nonflammable carbon fiber composite material (3).
得られた不燃性炭素繊維複合材(3)の直径は10mmであった。また、アルミニウム箔で覆われたコア材(2)は、アルミニウム箔を巻きつける際の重なり部分によりアルミニウム箔2層で覆われており、金属被覆層は多層構造であった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(3)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
The obtained incombustible carbon fiber composite material (3) had a diameter of 10 mm. Moreover, the core material (2) covered with the aluminum foil was covered with two layers of the aluminum foil by the overlapping portion when the aluminum foil was wound, and the metal coating layer had a multilayer structure.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (3) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例4)
実施例2と同様に、製造例6で得られた長尺のストランド芯線(2B)を2mに切断しロッドとしたものをコア材(2)として用いた。
コア材(2)に、厚み100μm、幅50mmのシリコーン系粘着剤付のテープ状の耐熱アルミニウム箔をアルミニウム箔の側辺が25mmずつ重なるようにして、コア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で右回りに、一度、巻き付け、コア材(2)の全体を被覆した。引き続き、同様のテープ状の耐熱アルミニウム箔をコア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で左回りに、同様に一度、巻くことでコア材(2)の全体を耐熱アルミニウム箔で再度被覆し、不燃性炭素繊維複合材(4)を得た。
Example 4
In the same manner as in Example 2, the long strand core wire (2B) obtained in Production Example 6 was cut into 2 m to form a rod, and the core material (2) was used.
A tape-shaped heat-resistant aluminum foil with a silicone adhesive with a thickness of 100 μm and a width of 50 mm is placed on the core material (2) so that the sides of the aluminum foil overlap each other by 25 mm with respect to the axial direction of the core material (2). The core material (2) was entirely covered by wrapping once clockwise at an angle of about 45 degrees. Subsequently, the same tape-shaped heat-resistant aluminum foil is wound counterclockwise at an angle of about 45 degrees with respect to the axial center direction of the core material (2), and then the core material (2) as a whole is wound once in the same manner. Was coated again to obtain a nonflammable carbon fiber composite material (4).
得られた不燃性炭素繊維複合材(4)の直径は10mmであった。また、アルミニウム箔で覆われたコア材(2)は、アルミニウム箔を巻きつける際の重なり部分によりアルミニウム箔4層で覆われており、金属被覆層は多層構造であった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(4)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
The obtained incombustible carbon fiber composite material (4) had a diameter of 10 mm. Moreover, the core material (2) covered with the aluminum foil was covered with four layers of the aluminum foil by the overlapping portion when the aluminum foil was wound, and the metal coating layer had a multilayer structure.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (4) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例5)
実施例2と同様に、製造例6で得られた長尺のストランド芯線(2B)を2mに切断しロッドとしたものをコア材(2)として用いた。
コア材(2)に、厚み100μm、幅50mmのシリコーン系粘着剤付のテープ状の耐熱アルミニウム箔をアルミニウム箔の側辺が25mmずつ重なるようにして、コア材(2)の軸心方向に対し約45度の角度で右回りに、一度のみ、巻き付け、コア材(2)の全体を被覆し、不燃性炭素繊維複合材(5)を得た。
(Example 5)
In the same manner as in Example 2, the long strand core wire (2B) obtained in Production Example 6 was cut into 2 m to form a rod, and the core material (2) was used.
A tape-shaped heat-resistant aluminum foil with a silicone adhesive with a thickness of 100 μm and a width of 50 mm is placed on the core material (2) so that the sides of the aluminum foil overlap each other by 25 mm with respect to the axial direction of the core material (2). The core material (2) was covered only once in a clockwise direction at an angle of about 45 degrees, and the entire core material (2) was coated to obtain a nonflammable carbon fiber composite material (5).
得られた不燃性炭素繊維複合材(5)の直径は10mmであった。また、アルミニウム箔で覆われたコア材(2)は、アルミニウム箔2層で覆われており、金属被覆層は多層構造であった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(5)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
The obtained incombustible carbon fiber composite material (5) had a diameter of 10 mm. Moreover, the core material (2) covered with the aluminum foil was covered with two aluminum foil layers, and the metal coating layer had a multilayer structure.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (5) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例6)
コア材(1)に代わりに、製造例1の芯線(1A)を10cmにカットし、コア材(3)として用いた以外は、実施例1と同様にして、不燃性炭素繊維複合材(6)を得た。
得られた不燃性炭素繊維複合材(6)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
(Example 6)
Instead of the core material (1), the core wire (1A) of Production Example 1 was cut to 10 cm and used as the core material (3) in the same manner as in Example 1 except that the nonflammable carbon fiber composite material (6 )
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (6) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例7)
コア材(1)に代わりに、製造例4の芯線(1D)を10cmにカットし、コア材(4)として用いた以外は、実施例1と同様にし、不燃性炭素繊維複合材(7)を得た。得られた不燃性炭素繊維複合材(7)はところどころ潰れて変形している箇所があった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(7)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
(Example 7)
Instead of the core material (1), the core wire (1D) of Production Example 4 was cut to 10 cm and used as the core material (4) in the same manner as in Example 1 except that the nonflammable carbon fiber composite material (7) Got. The obtained noncombustible carbon fiber composite material (7) was crushed and deformed in some places.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (7) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例8)
アルミニウム箔でのコア材(2)の被覆を、厚み10μm、幅20mmのテープ状の軟質銅箔を用いコア材(2)の全体を被覆した以外は、実施例3と同様にし、不燃性炭素繊維複合材(8)材を得た。
(Example 8)
The non-flammable carbon was coated in the same manner as in Example 3 except that the core material (2) was covered with an aluminum foil and the entire core material (2) was covered with a tape-shaped soft copper foil having a thickness of 10 μm and a width of 20 mm. A fiber composite material (8) was obtained.
得られた不燃性炭素繊維複合材(8)の直径は10mmであった。また、軟質銅箔で覆われたコア材(2)は、軟質銅箔を巻きつける際の重なり部分により軟質銅箔2層で覆われており、金属被覆層は多層構造であった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(8)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
The obtained incombustible carbon fiber composite material (8) had a diameter of 10 mm. Moreover, the core material (2) covered with the soft copper foil was covered with two layers of the soft copper foil by an overlapping portion when the soft copper foil was wound, and the metal coating layer had a multilayer structure.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (8) was measured, and the results are shown in Table 1.
(実施例9)
製造例5で得られた長尺のストランド芯線(2A)を2mに切断しロッドとしたものをコア材(5)として用いた。
コア材(5)に、厚み20μm、幅20mmのテープ状のアルミニウム箔を、アルミニウム箔の側辺が10mmずつ重なるようにして、コア材(5)の軸心方向に対し約45度の角度で右回りに、一度のみ巻き付けコア材(5)の全体を被覆し、不燃性炭素繊維複合材(9)を得た。
Example 9
The long strand core wire (2A) obtained in Production Example 5 was cut into 2 m to form a rod, and the core material (5) was used.
A tape-shaped aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width of 20 mm is placed on the core material (5) at an angle of about 45 degrees with respect to the axial direction of the core material (5) so that the sides of the aluminum foil overlap each other by 10 mm. In the clockwise direction, the entire core material (5) was covered only once to obtain a nonflammable carbon fiber composite material (9).
得られた不燃性炭素繊維複合材(9)の直径は10mmであった。また、アルミニウム箔で覆われたコア材(5)は、アルミニウム箔を巻きつける際の重なり部分によりアルミニウム箔2層で覆われており、金属被覆層は多層構造であった。
得られた不燃性炭素繊維複合材(9)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
The obtained incombustible carbon fiber composite material (9) had a diameter of 10 mm. Moreover, the core material (5) covered with the aluminum foil was covered with two layers of the aluminum foil by the overlapping portion when the aluminum foil was wound, and the metal coating layer had a multilayer structure.
The incombustible performance of the obtained incombustible carbon fiber composite material (9) was measured, and the results are shown in Table 1.
(比較例1)
製造例6で得られた長尺のストランド芯線(2B)を炭素繊維複合材(1)として用いた。
得られた炭素繊維複合材(1)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
(Comparative Example 1)
The long strand core wire (2B) obtained in Production Example 6 was used as the carbon fiber composite material (1).
The incombustible performance of the obtained carbon fiber composite material (1) was measured, and the results are shown in Table 1.
(比較例2)
製造例7で得られた長尺のストランド芯線(2B’)を炭素繊維複合材(2)として用いた。
なお、この炭素繊維複合材(2)は、実施例2の不燃性炭素繊維複合材(2)のアルミニウム箔の金属被覆層を、アクリル樹脂、シリカ粒子、アルミニウム粒子、リン系難燃剤を含む樹脂の被覆層に置き換えた構造となる。
得られた炭素繊維複合材(2)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
(Comparative Example 2)
The long strand core wire (2B ′) obtained in Production Example 7 was used as the carbon fiber composite material (2).
In addition, this carbon fiber composite material (2) is a resin containing an acrylic resin, silica particles, aluminum particles, and a phosphorus flame retardant for the metal coating layer of the aluminum foil of the non-combustible carbon fiber composite material (2) of Example 2. The structure is replaced with the coating layer.
The incombustible performance of the obtained carbon fiber composite material (2) was measured, and the results are shown in Table 1.
(比較例3)
製造例8で得られた長尺のストランド芯線(2C)を炭素繊維複合材(3)とした。
得られた炭素繊維複合材(3)の不燃性能を測定し、結果を表1に記載した。
(Comparative Example 3)
The long strand core wire (2C) obtained in Production Example 8 was used as the carbon fiber composite material (3).
The incombustible performance of the obtained carbon fiber composite material (3) was measured, and the results are shown in Table 1.
従来耐熱性向上のために使用されている、ポリイミド樹脂や水酸化アルミニウム、リン系難燃剤を含有する耐熱樹脂を用いた比較例1〜3の炭素繊維複合材は、不燃性又は/及び準不燃性の試験・評価の基準を満足していないのに対し、実施例1〜9の不燃性炭素繊維複合材は、不燃性又は/及び準不燃性の試験・評価の基準を満足していた。前記の結果より、実施例1〜9の不燃性炭素繊維複合材は、建築基準法で定められている不燃材料又は準不燃材料の性能を有していることがわかる。 Carbon fiber composite materials of Comparative Examples 1 to 3 using a heat-resistant resin containing a polyimide resin, aluminum hydroxide, and a phosphorus-based flame retardant, which have been used for improving heat resistance in the past, are non-combustible and / or semi-incombustible. The non-flammable carbon fiber composite materials of Examples 1 to 9 satisfied the non-flammability and / or quasi-non-flammability test / evaluation standards. From the above results, it can be seen that the non-combustible carbon fiber composite materials of Examples 1 to 9 have the performance of the non-combustible material or the semi-incombustible material defined by the Building Standard Law.
本発明の不燃性炭素繊維複合材は、炭素繊維本来の引張強度や優れた不燃性を有することから、不燃性材料として、土木、建設、船舶、鉱業や漁業などのあらゆる産業分野へ適用することができるため、工業的に有望である。 Since the non-combustible carbon fiber composite material of the present invention has the original tensile strength and excellent non-combustibility of carbon fiber, it can be applied as a non-combustible material to all industrial fields such as civil engineering, construction, ships, mining and fishing. This is industrially promising.
1 芯線
2 ストランド芯線
3 マルチストランド芯線
4 炭素繊維糸
5 炭素繊維束
10a,10b,10c, コア材
20a,20b,20c, 金属被覆層
100,110,120 不燃性炭素繊維複合材
DESCRIPTION OF
Claims (13)
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、
引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材 And any of the core material of the following (1) to (3), have a, and a metal coating layer on the outer periphery of the core material, the metal coating layer, incombustible carbon fiber composite material is a metal foil.
(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent (2) Two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent are arranged or twisted together Core material consisting of strand core wire (3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent, two or more strand core wires formed by aligning or twisting,
Core material consisting of multi-strand core wire that is formed by drawing or twisting
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材(2) A core material composed of a strand core wire constituted by aligning or twisting two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent.
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、(3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent, two or more strand core wires configured by aligning or twisting,
引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材Core material consisting of multi-strand core wire that is formed by drawing or twisting
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材(2) A core material composed of a strand core wire constituted by aligning or twisting two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent.
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、(3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent, two or more strand core wires configured by aligning or twisting,
引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材Core material consisting of multi-strand core wire that is formed by drawing or twisting
ここで、前記(1)〜(3)における前記芯線に含まれる、前記固化剤により一体化した炭素繊維束は、炭素繊維束の周囲に巻回して結束する拘束材を有し、炭素繊維束と拘束材とが共に固化剤によって一体化したものである。 Here, the carbon fiber bundle integrated with the solidifying agent contained in the core wire in the above (1) to (3) has a restraining material that is wound around and bundled around the carbon fiber bundle, and the carbon fiber bundle And the constraining material are integrated by a solidifying agent.
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材(2) A core material composed of a strand core wire constituted by aligning or twisting two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent.
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、(3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent, two or more strand core wires configured by aligning or twisting,
引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材Core material consisting of multi-strand core wire that is formed by drawing or twisting
ここで、前記(1)〜(3)における前記芯線は、前記固化剤により一体化した炭素繊維束の外周の全面を覆うよう耐熱層が設けられている芯線である。 Here, the said core wire in said (1)-(3) is a core wire in which the heat resistant layer is provided so that the whole outer periphery of the carbon fiber bundle integrated with the said solidifying agent may be covered.
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材(2) A core material composed of a strand core wire constituted by aligning or twisting two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent.
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、(3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent, two or more strand core wires configured by aligning or twisting,
引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材Core material consisting of multi-strand core wire that is formed by drawing or twisting
ここで、前記(2)及び(3)における、前記ストランド芯線、又は、前記マルチストランド芯線は、さらに、その外周の全面を覆うよう耐熱層が設けられているものである。 Here, the strand core wire or the multi-strand core wire in the above (2) and (3) is further provided with a heat-resistant layer so as to cover the entire outer periphery.
前記不燃性炭素繊維複合材が、下記(1)〜(3)のいずれかのコア材と、前記コア材の外周に金属被覆層と、を有する不燃性炭素繊維複合材である建材。 The building material which is a non-combustible carbon fiber composite material in which the non-combustible carbon fiber composite material has any one of the following core materials (1) to (3) and a metal coating layer on the outer periphery of the core material.
(1)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線からなるコア材(1) Core material comprising a core wire including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent
(2)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線からなるコア材(2) A core material composed of a strand core wire constituted by aligning or twisting two or more core wires including a carbon fiber bundle integrated with a solidifying agent.
(3)固化剤により一体化した炭素繊維束を含む芯線を2本以上、引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるストランド芯線を2本以上、(3) Two or more core wires including carbon fiber bundles integrated with a solidifying agent, two or more strand core wires configured by aligning or twisting,
引き揃え、又は、撚り合わせて構成されるマルチストランド芯線からなるコア材Core material consisting of multi-strand core wire that is formed by drawing or twisting
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