図面 (/)

技術 セメント補強用熱可塑性合成繊維

出願人 宇部エクシモ株式会社
発明者 松原政幸飯田祥夫
出願日 1991年5月14日 (29年1ヶ月経過) 出願番号 1991-137036
公開日 1994年1月18日 (26年5ヶ月経過) 公開番号 1994-009254
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養正 セメント、コンクリート、人造石、その養生
主要キーワード 断面比率 繊維状無機物 断面積比率 インストロン型試験機 繊維表面層 高強度性 引抜抵抗 化学的結合力
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年1月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

目的

セメント補強用熱可塑性合成繊維の物性を改善すること。

構成

本発明の熱可塑性樹脂合成繊維は、部と芯部とを有する複合繊維であって、鞘部には、粒径20μm以下の板状無機剤が1〜60重量%添加されている。この無機剤の添加率は、複合繊維の全体に対して、25重量%以下である。

効果

本発明にかかるセメント補強用熱可塑性合成繊維によれば、繊維表面が有効に粗雑化されているので、これによりセメントとの間にアンカー効果発現されて、引き抜き抵抗が高くなり、FRCとしての機械強度が大きくなる。

概要

背景

セメント製品に各種の補強繊維混入補強効果を得ることは公知である。そして、従来においては、無機繊維とりわけアスベスト石綿)がスレート板の補強繊維として使用されて来た。しかし、近年アスベストは人体に有害であることが判り、世界的に使用禁止が叫ばれ、全面廃止が規案される方向にある。これらの点から、アスベストに代わるセメント用補強繊維の開発が要請されているが、価格をも含めた総合評価では、アスベストに代替できる繊維は未だ開発されるに至っていない。

ところで、FRC用繊維として有効な補強効果を得るには、繊維自身の強度、弾性率を高くすることのほか、セメントと堅牢接着密着)して繊維の強度を充分にセメントに伝えることが出来ることが重要であることは従来からよく知られている。そして接着性引き抜き抵抗の値を測定することからわかる。

熱可塑性樹脂からなる繊維の製造は、ポリプロピレン系繊維に見られるように、一般に溶融紡糸法をとるため、紡糸時の溶融樹脂表面張力により、繊維表面がきわめて平滑となる。このため繊維をセメントと混合し、硬化させた時、接着が弱く容易に引き抜かれ、FRCとして充分に機械強度を上げることが出来ない。

セメントとの接着性を良くするには、繊維表面において、セメントと化学的に強固に結合できることが望ましいが、熱可塑性樹脂からなる合成繊維は、一般に、親水性に乏しく、セメントとの化学的結合力が小さく、接着性の不十分なものが多い。

接着性を上げるために、繊維表面を粗雑化させる物理的な方法が従来から色々試みられてきた。例えば有機剤無機剤を紡糸の時に添加したり、また後処理で除去したり、機械的に繊維をしごきフィブリル化させたり、放射線照射したりしてきた。しかしいずれも接着性を十分向上させることが出来なかった。

この中で無機剤の添加による方法は、表面粗雑化の効果が確実で生産性の点で優れているため従来からよく試みられてきた。この方法の第一の問題点は樹脂への均一分散であり、粒子径シリカやセメントのように小さいと凝集が生じ、うまく添加できない。第二には添加粒子が樹脂内部に埋め込まれてしまい、表面に出なく粗雑化が難しいことである。第三には、繊維表面を粗雑化させた状態で糸強度をいかに保持できるかである。

このような無機剤の添加方法としては、例えば、特公昭44−25720号公報、特開昭57−129861号公報、特開昭52−30608号公報に示されている技術があるが、これらはいずれも以下に説明する課題があった。

概要

セメント補強用熱可塑性合成繊維の物性を改善すること。

本発明の熱可塑性樹脂合成繊維は、部と芯部とを有する複合繊維であって、鞘部には、粒径20μm以下の板状無機剤が1〜60重量%添加されている。この無機剤の添加率は、複合繊維の全体に対して、25重量%以下である。

本発明にかかるセメント補強用熱可塑性合成繊維によれば、繊維表面が有効に粗雑化されているので、これによりセメントとの間にアンカー効果発現されて、引き抜き抵抗が高くなり、FRCとしての機械強度が大きくなる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

粒子径が20μm以下の略板状無機剤を1〜60重量%の範囲で添加してなる部を有する鞘芯型熱可塑性合成繊維であって、該板状無機剤の添加率が鞘芯型複合繊維の全体に対して25重量%以下であることを特徴とするセメント補強用熱可塑性合成繊維。

技術分野

0001

本発明はセメント類との接着性に優れたセメント補強用熱可塑性合成繊維に関する。さらに詳しくは、アスベスト石綿代替繊維として使用可能な比較的細繊度のセメント補強用熱可塑性合成繊維、つまり、FRC繊維強化セメント用繊維に関する。

背景技術

0002

セメント製品に各種の補強繊維混入補強効果を得ることは公知である。そして、従来においては、無機繊維とりわけアスベスト(石綿)がスレート板の補強繊維として使用されて来た。しかし、近年アスベストは人体に有害であることが判り、世界的に使用禁止が叫ばれ、全面廃止が規案される方向にある。これらの点から、アスベストに代わるセメント用補強繊維の開発が要請されているが、価格をも含めた総合評価では、アスベストに代替できる繊維は未だ開発されるに至っていない。

0003

ところで、FRC用繊維として有効な補強効果を得るには、繊維自身の強度、弾性率を高くすることのほか、セメントと堅牢接着密着)して繊維の強度を充分にセメントに伝えることが出来ることが重要であることは従来からよく知られている。そして接着性は引き抜き抵抗の値を測定することからわかる。

0004

熱可塑性樹脂からなる繊維の製造は、ポリプロピレン系繊維に見られるように、一般に溶融紡糸法をとるため、紡糸時の溶融樹脂表面張力により、繊維表面がきわめて平滑となる。このため繊維をセメントと混合し、硬化させた時、接着が弱く容易に引き抜かれ、FRCとして充分に機械強度を上げることが出来ない。

0005

セメントとの接着性を良くするには、繊維表面において、セメントと化学的に強固に結合できることが望ましいが、熱可塑性樹脂からなる合成繊維は、一般に、親水性に乏しく、セメントとの化学的結合力が小さく、接着性の不十分なものが多い。

0006

接着性を上げるために、繊維表面を粗雑化させる物理的な方法が従来から色々試みられてきた。例えば有機剤無機剤を紡糸の時に添加したり、また後処理で除去したり、機械的に繊維をしごきフィブリル化させたり、放射線照射したりしてきた。しかしいずれも接着性を十分向上させることが出来なかった。

0007

この中で無機剤の添加による方法は、表面粗雑化の効果が確実で生産性の点で優れているため従来からよく試みられてきた。この方法の第一の問題点は樹脂への均一分散であり、粒子径シリカやセメントのように小さいと凝集が生じ、うまく添加できない。第二には添加粒子が樹脂内部に埋め込まれてしまい、表面に出なく粗雑化が難しいことである。第三には、繊維表面を粗雑化させた状態で糸強度をいかに保持できるかである。

0008

このような無機剤の添加方法としては、例えば、特公昭44−25720号公報、特開昭57−129861号公報、特開昭52−30608号公報に示されている技術があるが、これらはいずれも以下に説明する課題があった。

発明が解決しようとする課題

0009

すなわち、特公昭44−25720号公報のセメント材料主体とする添加では、粒子径のばらつきが大きく分散、脱落ボイドが問題になる。特開昭57−129861号公報の方法では、無機剤によっては繊維にボイドが発生し、あるいは無機剤の脱落が生じる。特開昭54−131028号公報、特開昭52−30608号公報では、繊維状無機物混合紡糸しているが繊度の大きいものしか得られておらず、石綿代替となるような繊度の小さい高強度の繊維は得られていない。

0010

そこで、本発明者らは、無機剤を添加しても強度低下が少なく、セメントに対する補強効果のある繊維を得るべく、従来の無機剤添加の技術においては無視されてきた、無機剤の形状に着目して詳細に研究を重ねた結果、次の結論に達した。即ち無機剤のうち板状形状のものは繊維強度を低下させることなく繊維表面を有効に粗雑化させうることが判った。無機剤の形状の区分には種々の方法があるが、塊状、針状、板状という分け方で板状の添加剤が極めて効果が顕著なことが知得された。

0011

すなわち、塊状の無機剤には、例えば、シリカや酸化チタン,セメント,珪砂炭酸カルシウムなどと種類が極めて多い。これらのうち粒径の小さいものは、凝集を生じやすく、また繊維内部に埋め込まれ易いため、繊維表面の粗雑化にあまり寄与できない。粒径の大きいものは、繊維表面に出て粗雑化効果は顕著になるが、大きなボイドが発生しやすく、繊維強度の低下が大きい。そして塊状粒子では、板状の粒子に比較して繊維樹脂と接する面積割合が小さいため、繊維との接着性に乏しく、繊維表面に出ている粒子はわずかな外力で容易に脱落し、セメントと繊維との十分なアンカー効果を発揮することは困難である。

0012

一方、板状の無機剤では、繊維の紡糸延伸により粒子の長径は、繊維軸方向配向し、繊維軸断面方向では、粒子の面積が最も小さくなるので、ボイドの発生する量が極めて小さくなる。これは無機剤添加による繊維強度の低下を防ぎ、無機剤の脱落の防止に有効である。繊維表面層の粒子は、一端が繊維の中に埋もれていても他端は表面に出る確率が非常に大きくなるため、繊維表面の粗雑化が進み、繊維の表面は、無機剤の突起のほか、縦筋も多く見られる。粒子の表面積が大きいため、繊維自身に堅牢に保持され、かつ、粗雑化効果でセメントにも確実に保持されるため、該無機剤は、セメントと繊維との間の強いアンカー効果を生みだす。その結果、繊維の引き抜き抵抗は高くなり、FRCの機械強度は高くなる。本発明者らはかかる知見に基づき、さらに重ねて検討した結果、本発明を完成するに至った。

課題を解決するための手段

0013

上記目的を達成するため、本発明は、粒子径が20μm以下の略板状無機剤を1〜60重量%の範囲で添加してなる部を有する鞘芯型の熱可塑性合成繊維であって、該板状無機剤の添加率が鞘芯型複合繊維の全体に対して25重量%以下であることを特徴とする。

0014

本発明における略板状無機剤の板状とは、いわゆる板状以外に、鱗片状、薄葉状、薄片状、葉状等等の語句表現されるものも含まれる。これらも表面粗雑化の作用に対しては同一の機能を発揮するからである。板状の無機剤にはタルクカオリンマイカ板状炭酸カルシウム等がある。しかし必ずしもこれだけに限定されるものではない。板状形状は、無機剤を構成している分子構造へき開性を有しているためであり、細化のための粉砕や繊維作製時の紡糸機スクリューによる混練によって形状が変わることはない。

0015

これら板状の無機剤の多くは天然岩石や砂として存在し、現在大量に産出されているものであり中でもタルクは品質および供給が安定しており、価格も極めて安価である。繊維表面の粗雑化を効果的に行うためには、板状無機剤の粒子はある範囲になければならない。粒子径が小さくなると塊状の場合に生じたのと同様な粗雑化阻害現象が懸念される。これらの点から1μm径以上のものが望ましく、径が20μmを越えると紡糸や延伸性を損ない、高強度の繊維が得られない。

0016

本発明における繊維の樹脂の種類は、熱可塑性樹脂であれば特に限定されないが、化学的接着に乏しくセメントのアルカリ性耐性があり、高強度性に優れたポリオレフィン系繊維への適用が最も効果的である。

0017

表面粗雑化のための板状無機剤の添加は他の無機剤添加より繊維強度の低下が少ないとはいえ添加の影響は無視することは出来ない。この影響を少しでも減らすためには繊維を鞘芯型に複合化することが有効である。表面の粗雑化の機能だけを目的として無機剤を添加するには、鞘部はできるだけ薄くして、芯部で強度を保持させることが好ましいが、技術的には課題が多い。

0018

板状無機剤の添加によるに効果は、添加率を上げると粗雑化が進み、アンカー効果が上がり、繊維強度に対する引き抜き抵抗の発現率が良くなる。しかし繊維自身の強度が下がるため、引き抜き抵抗は制約を受ける。従って、板状無機剤の添加効果が得られるのは鞘部の添加率として1.0重量%以上60重量%の範囲である。また、板状無機剤の鞘芯型複合繊維全体に対する添加量は、繊維の強度との関係から25重量%以下とする必要がある。

0019

以下本発明につき、実施例により詳述する。
《実施例1および比較例》
(熱可塑性樹脂にポリプロピレンメルトインデックスMI=30)を用いた鞘芯型の複合繊維。)図2に示す各無機剤は表面処理を行い、ポリプロピレン(以下、PPと略す)と混合して240℃の押出機で無機剤40重量%から60重量%のマスターバッチを作成した。そして2台の紡糸機により紡糸温度250℃で、鞘部にPP(MI=30)と上記のマスターバッチを混合して、無機剤の添加量を10重量%とし、芯部はPP(MI=30)のみで押し出し、鞘芯型複合ノズルで繊維の断面比率(鞘部:芯部)が50:50となるように複合させ、繊度が6dから7dの原糸を得た。

0020

原糸は90℃で延伸倍率を最大にして乾熱延伸を行い、130℃で連続に定長熱処理してボビンに捲き取り、繊度が1.6dの複合繊維を得た。得られた複合繊維の引き抜き抵抗を以下の方法で測定した。

0021

a.引き抜き抵抗の測定
試料作成》セメントは早強硬化型を用い、砂(珪砂5号):セメント1:1とした。繊維が緩まないように並べ、一端を外に出し他端をセメントに埋め込む。埋め込み長は10mmとして5日間養生させる。
《測定》セメント部と糸端を掴み引抜き速度10mm/min で引抜き強力を測定した。引き抜き強度は引き抜き強力を繊維デニールで除して求めた。また引き抜きテスト中繊維の破断が生じたものについてチェックをした。

0022

図2に示す結果から明らかなように、比較例2〜5の塊状や針状の無機剤が繊維破断、すなわち、基材破壊が生じ難いのに対して、板状の無機剤を添加した実施例では、繊維破断(基材破壊)が100%起こり、引き抜き抵抗が高いことが判る。繊維表面は塊状の酸化チタンやシリカでは無添加のPPと同じように平滑であることがわかる(図1電子顕微鏡写真参照)。一方炭酸カルシウムでは粒子の延伸軸方向に大きなボイドが見られ、脱落しているものも多く見られ、これが引抜き抵抗を低下させているものと思われる。

0023

《実施例2および比較例》板状の無機剤としてタルクについて、粒子径の大きさによる効果を確認するため、実施例1と同一の方法で繊維を作り、引き抜き抵抗を同様に測定した。タルクはマスターバッチを作成する前に分級して用いた。測定結果図3に示している。同図からも明らかなように、粒子径が20μm以上では繊度を小さくすることができず、引き抜き抵抗を高くできなかった。粒子径が1μmから20μmでは引き抜き抵抗が極めて高い。これより引抜抵抗の効果を上げるには粒子径の範囲が20μm以下に限られることが判る。

0024

《実施例3》板状無機剤のタルクを鞘部に添加し、複合繊維の鞘部と芯部との比率を変えた場合の特性の変化を図4に示している。この実施例では、タルクの添加量および複合繊維の鞘部と芯部の断面積比率以外は、上記実施例2と同一の方法で繊維を作製し、同様に引抜き抵抗を測定した。

0025

図4に示す結果から明らかなように、鞘部と芯部の断面積比率を一定にした場合に、鞘部の無機剤添加量を上げると繊維全体の粗雑化が進み、アンカー効果が上がり、繊維強度に対する引抜き抵抗が高くなる。しかし、無機剤添加により繊維自身の強度が下がるため、引抜き抵抗は最大値を示した後低下する。このように繊維強度は、鞘部と芯部との断面積比率によって変化するので、無機剤添加量は複合繊維全体に対して25重量%以下にする。

0026

《実施例4》本発明繊維セメント中に分散させ成形品での補強効果を確認するために試験を行った。繊維の製造法は、紡糸原糸の作成は実施例2−1と同一であるが、温水バスを用いて90℃で4.5倍に延伸し、続いて温水バス95℃で定長熱処理した。そして成形品に分散させるために親水性の油剤を付着させ5mm長にカットした。100℃で1時間乾燥を行なった。また、同一条件で作製したタルク無添加の繊維(比較例7)および、塊状の炭酸カルシウムを添加した繊維(比較例8)を得て、これらを用いて以下の方法でモルタル成形品を作製し、それぞれの曲げ強度を以下の方法で測定した。
強度試験用モルタル成形品の作製》成形材料としてセメントに普通ポルトランドセメント、水に地下水を用いた。モルタル混練はオムニミキサーを用い、始めにセメントと砂を撹拌し、ついで水を加え撹拌し、最後に繊維を添加し撹拌した。成形突き棒を用いてモルタルが均一になるように型枠注入し、ついでプレス機加圧(30kg/cm2 )した。試料のサイズは厚さ40mm、40mm、長さ160mm。7日間水中で養生を行なった。
《曲げ強度の測定》試料は湿潤状態で、インストロン型試験機を用い、3点曲げ法(スパン間距離100mm、押え速度1mm/min )で曲げ強力を測定した。曲げ強度は次の式により求めた。(JIS A 5907に準処)
ID=000003HE=015 WI=105 LX=0525 LY=1400
図7に示す測定結果から明らかなように、板状無機剤タルクが添加された繊維をセメントに混練した本実施例の成形品の物性(曲げ強度)は、引抜き抵抗の場合と同様に、無機剤無添加のもの(比較例7)はもちろん、塊状の炭酸カルシウム添加品(比較例8)と比較してもはるかに高い値になっている。

0027

成形品の曲げ強度を測定した後に破壊断面を観察すると、本実施例のタルク添加品では、繊維が引き抜かれずに繊維自身の破断(基材破壊)が生じていることが判る。これに対して、比較例7では、繊維破断は全く見られない(図5の電子顕微鏡写真参照)。なお、写真は添付していないが、比較例8の場合でも繊維破断は極僅かしか生じていなかった、。以上のことより、板状無機剤を添加することにより、繊維とセメントとの接着を大幅に改良できることが判る。

発明の効果

0028

以上、実施例および比較例で詳細に説明したように、本発明にかかるセメント補強用熱可塑性合成繊維によれば、繊維表面が粗雑化され、これにより引き抜き抵抗が高くなり、FRCとしての機械強度も大きくなる。

図面の簡単な説明

0029

図1本発明の実施例および比較例の合成繊維の繊維の形状を示す図面代用写真である。
図2合成繊維の無機剤の形状と接着性評価との関係を示す表である。
図3合成繊維の無機剤の粒子径を変えた場合の引抜抵抗の測定結果を示す表である。
図4複合繊維の鞘部に添加する無機剤の量を変えた場合の引張強度の測定結果を示す表である。
図5曲げ強度試験後の繊維形状の図面代用写真である。
図6FRC成形品用の合成繊維の物性を示す図表である。
図7本発明にかかる合成繊維を用いたFRC成形品と比較品の物性を示す図表である。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ