JPH04214053A - 繊維補強水硬性成形品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、曲げ強度が高く、曲げ
歪が大きい、すなわち高強度で靭性（タフネス）に優れ
た繊維補強水硬性成形品と該成形品を製造する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セメントや石膏などの水硬性物質
の補強にはアスベストが広く使用されてきた。

【０００３】しかし、アスベストは天然素材であるため
価格の変動が大きく、さらに近年アスベストの粉塵が健
康および衛生上有害であることが明白になってきたため
、その使用が忌避ないし制限されようとしている。そこ
でアスベストに代わる繊維素材の開発が、我が国をはじ
め世界的規模で検討されている。

【０００４】これまでにアスベストを代替する繊維素材
として、例えばガラス繊維、ロックウール、炭素繊維、
スチール繊維、アラミド、オレフィン系繊維、ビニロン
およびアクリル系繊維など多くの繊維が提案されてきた
。これらの代替繊維の中で、価格が安く、耐アルカリ性
およびセメントなど水硬性物質との接着性に優れている
アクリル系繊維が注目され、サイディングボード、スレ
ートおよび屋根材などの補強材に使用されはじめた。

【０００５】ところが、従来の湿式紡糸で得られたアク
リル系繊維は引張強度が低く、アスベストに比べ十分な
補強効果が得られず成形品の曲げ強度は劣るものであっ
た。そこで、本発明者らは、先に特願昭５９−１２５８
１８号（特公平１−４０７８５号公報）で、乾湿式紡糸
で得られた高強力高弾性率で結節強度が高く、かつ繊維
表面が平滑なアクリル系繊維で補強された繊維補強水硬
性物質を提供し、成形品の曲げ強度、曲げ破壊仕事量お
よび衝撃強さを大幅に増大させることを提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、建材の大型化あ
るいは長尺化に伴い、輸送中もしくは建設現場での破損
を防止するためセメントなどの水硬性成形品において従
来にも増して曲げ強度が高く、かつ曲げ歪の大きい、す
なわち靭性に優れた性能が要求されるようになってきた
。

【０００７】そこで、本発明者らは、セメントなどの破
壊伸度の小さい脆性物質により一層大きな靭性を付与す
るため、アクリル系繊維で補強された水硬性成形品にお
いて曲げ破壊挙動に注目し鋭意研究した結果、本発明を
なすに到ったものである。

【０００８】すなわち、本発明の目的は、アクリル系繊
維を補強材とし、曲げ強度が高く、かつ曲げ歪の大きい
繊維補強水硬性成形品とその製造方法を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明の繊維補強水硬性成形品は、表面処理剤を付着
させたアクリル系繊維と水硬性物質とからなる成形品に
おいて、曲げ破壊したとき引張側で少なくとも３個のク
ラックが発生する繊維補強水硬性成形品である。

【００１０】また、本発明の繊維補強水硬性成形品の製
造方法は、水硬性物質とアクリル系繊維を用いて繊維補
強水硬性成形品を製造するにあたり、アクリル系繊維と
して水硬性物質との接着力を弱める表面処理剤を付着せ
しめたアクリル系繊維を用いることを特徴とする繊維補
強水硬性成形品の製造方法である。

【００１１】

【作用】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１２】本発明にかかる繊維補強成形品の特徴は、
アクリル系繊維と水硬性物質とからなる繊維補強成形品
（以下、単に成形品と略す）を曲げ破壊したとき引張側
に少なくとも３個、望ましくは４個以上、さらに望まし
くは５個以上のクラックが発生することにある。

【００１３】元来、アクリル系繊維はセメントなど水硬
性物質との接着性に優れるため、該アクリル系繊維を用
いた成形品を曲げ破壊したときは引張側に高々１個のク
ラック、すなわち該アクリル系繊維の切断を伴う１個の
大きなクラックが発生するののが通常である。したがっ
て、このようなアクリル系繊維を補強材とする成形品は
曲げ歪が小さく靭性に劣るという特性を有するものであ
る。

【００１４】そこで、成形品の曲げ歪を大きくするには
、曲げ破壊したとき引張側に繊維の切断を伴う１個の大
きなクラック以外に繊維の切断を伴わない微小なクラッ
クを多数発生させることが重要なものである。それには
、本発明者らの知見によれば、アクリル系繊維に表面処
理剤を付与しマトリックスであるセメントなど水硬性物
質に対する補強効果を損なうことなく該アクリル系繊維
と該水硬性物質との接着力を弱めることが重要であり、
後述するように成形品の曲げ破壊試験で引張側に少なく
とも３個のクラックが発生するように表面処理剤を付与
することが必要である。なお、クラックの数の上限につ
いては特に限定されるものではないが、本発明者らの各
種知見によれば、本発明の所期の効果を有効に発揮させ
る上で、１００ないし数１００個ぐらいまでが現実的で
あるようであり、より現実的には数１０個程度まででも
十分なようである。すなわち、それを越えても効果上の
差異はあまりないようである。

【００１５】本発明でアクリル系繊維に付着させる表面
処理剤としては、成形品を曲げ破壊したとき引張側に少
なくとも３個のクラックを発生させることができるもの
であれば、特に限定されるものではなく、例えば、酸化
ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、アクリロニトリル
をグラフト重合したポリビニールアルコール、架橋性ポ
リビニールアルコール、水溶性ポリエステル、ウレタン
樹脂、変性フッソ樹脂、アミノ変性、アルコール変性お
よびエポキシ変性シリコン樹脂などがある。これらのう
ち、特に酸化ポリエチレン系化合物（一例として、低分
子量ポリエチレンの側鎖にカルボキシル基を導入し、特
にその一部に適当な原子団を介したりして一般式（−Ｃ
Ｈ２　ＣＨ２　Ｏ−）ｌ　−Ｈで示されるポリオキシエ
チレン基を導入した化合物などが挙げられる）、あるい
は変性フッソ樹脂、特にポリフルオロアルキル基含有化
合物、好ましくはポリパーフルオロアルキル基含有化合
物（一例として、下式１に示される構造を主構成単位と
するポリパーフルオロアルキルアルケニルカルボキシレ
ート系樹脂や、下式２で示される構造を主構成単位とす
るポリビニルパーフルオロアルキレート系樹脂などが挙
げられる）が有効である。

【００１６】 　　ここで、Ｒ１、Ｒ１′は水素、低級アルキル基、カ
ルボキシル基あるいはアミノ基あるいは水酸基を有する
反応性原子団、Ｒ２は一般式Ｃｎ　Ｆ（２ｎ＋１）で示
されるパーフルオロアルキル基であり、ｌ　、ｍ、ｎ　
はいずれも整数であるが、Ｒ２におけるｎの値は十分な
性能を得るためには少なくとも３以上好ましくは６以上
必要である。また、エステル基とＲ２の間に適当なフッ
ソ不含原子団、例えば、（−ＳＯ２　ＮＲ３Ｒ３′Ｒ３
″−）や（−ＣＯＮＨ−）や（−Ｒ３ＯＣＯ−）や（−
Ｒ３Ｏ−）や（−Ｒ３−）、ここでＲ３、Ｒ３′、Ｒ３
″は低級アルキル基や２価のアルキレン基等のフッソ不
含原子団等を適宜組合せて導入することもできる。

【００１７】また、ポリフルオロアルキル基を含有する
化合物の共重合割合は、望ましくは４０重量％以上好ま
しくは５０重量％以上である。

【００１８】ところで、上記表面処理剤を付着したアク
リル系繊維をセメントなど水硬性物質へ配合するときは
、水の存在下で混合される。特に、抄造法で成形品を製
造する場合多量の水が用いられる。そのため、成形品の
製造工程中、すなわち、水の存在下で撹拌されたときア
クリル系繊維に付着した上記表面処理剤ができるだけ脱
落しないようにすることが望ましい。例えば、酸化ポリ
エチレンの場合、水系エマルジョンにエポキシ系乳化剤
やカチオン系乳化剤を添加するとか、高分子量の酸化ポ
リエチレンを用いるのが望ましい。しかしながら、高分
子量であるほどアクリル系繊維に均一に付着させにくく
なるので、分子量にして７００から６０００程度のもの
を用いるのが好ましい。

【００１９】また、変性フッソ樹脂の場合、例えば上記
式１あるいは式２に示されたポリパーフルオロアルキル
アルケニルカルボキシレート系樹脂の場合、Ｒ１、Ｒ１
′中に側鎖として導入することのできる反応性原子団に
、例えばシランカップリング剤のごとき反応性シリコー
ンやイソシアネート基を持つ化合物等を作用させて脱落
を抑制することができる。また、シリコーン樹脂や架橋
性ウレタン樹脂等をバインダーとして併用するのが望ま
しい。

【００２０】さらにアクリル系繊維の表面にできるだけ
均一に、かつ広く上記表面処理剤を付着させるため、ア
クリル系繊維に対する濡れ性を向上させる意味から酸化
ポリエチレンを溶媒であるキシレンなどに溶解した溶液
で処理したり、上記表面処理剤の水系エマルジョンに表
面張力低下剤を添加して処理するのが望ましい。

【００２１】また、上記表面処理剤の付着量は０．０５
〜２重量％とすることが好ましく、より好ましくは０．
５〜１．５重量％である。ここで、付着量が０．０５重
量％より少ないと本発明の効果を十分に発揮することが
むずかしくなり、一方、２重量％より多くなると繊維同
志が接着して分散性が低下する傾向にあり好ましくない
。

【００２２】さらに、上記表面処理剤の付着方法は、特
に限定されるものでなく、例えば浸漬法、スプレー法、
タッチロール法などが採用できる。特に、トウ状の繊維
束を用いる場合は、上記表面処理剤が十分に繊維間に含
浸するように多段処理したり、超音波を用いたり、付着
処理した後熱固定したりするのは有効な手段である。本
発明に用いられるアクリル系繊維は、アクリロニトリル
（以下ＡＮと略す）系ポリマを湿式、乾式および乾湿式
紡糸して得られる繊維である。このうち、特に重合度が
極限粘度で２．５〜５．０の高重合度ＡＮ系ポリマを乾
湿式紡糸して得られ、引張強度が少なくとも１０ｇ／ｄ
、弾性率が少なくとも１８０ｇ／ｄおよび結節強度が少
なくとも１．９ｇ／ｄであり、かつ表面が平滑なアクリ
ル系繊維が望ましい。すなわち、上記のように乾湿式紡
糸して得られた高強度で、かつ表面が平滑なアクリル系
繊維に前記表面処理剤を付着させると、セメントなど水
硬性物質に対する補強効果が高く、かつ該水硬性物質と
の接着力を適度に弱めることができるので曲げ強度およ
び曲げ歪がともに大きい靭性に優れた成形品を得ること
ができる。

【００２３】ここで、アクリル系繊維の製造に用いられ
るＡＮ系ポリマとしては、ＡＮ単独または少なくとも９
０モル％のＡＮと１０モル％以下の該ＡＮに対して共重
合性を有するモノマ、例えばアクリル酸、メタクリル酸
、イタコン酸などのカルボン酸及びそれらの低級アルキ
ルエステル類、ヒドロキシメチルアクリレート、ヒドロ
キシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタアクリ
レートなどのカルボン酸の水酸基を含有するヒドロキシ
アルキルアクリレート、アクリルアミド、メタクリルア
ミド、α−クロルアクリロニトリル、ヒドロキシエチル
アクリル酸、アリルスルホン酸、メタクリルスルホン酸
などの共重合モノマを例示することができるが、このう
ちアクリルアミド系モノマが高強度高弾性率繊維を得る
上で特に望ましい。

【００２４】これらのＡＮ系ポリマは、ジメチルスルホ
キシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）
、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）などの有機溶剤、
塩化カルシウム、塩化亜鉛、ロダンソーダなどの無機塩
濃厚水溶液、硝酸などの無機系溶剤に溶解して、溶液粘
度が２０００ポイズ以上、好ましくは３０００〜１００
００ポイズ、ポリマ濃度が５〜２０％の紡糸原液を作成
する。

【００２５】かくして得られた前記高重合度ＡＮ系ポリ
マの溶剤溶液（紡糸原液）から、できる限り高強度高弾
性率で、内外構造差の少ない緻密な繊維を製造するため
には、この高重合度ＡＮ系ポリマの紡糸原液を紡糸口金
を通していったん空気などの不活性雰囲気中に吐出した
後、吐出された該紡糸原液を凝固浴中に導いて凝固を完
結させる、いわゆる乾湿式紡糸法を採用し、高度に延伸
することが望ましい。この乾湿式紡糸の具体的条件とし
ては、紡糸原液を紡糸口金面と凝固浴液面との距離が１
〜２０ｍｍ、好ましくは３〜１０ｍｍの範囲内に設定さ
れた該紡糸口金面と凝固浴液面とで形成される微小空間
に吐出した後、凝固浴へ導いて凝固させ、次いで得られ
た繊維糸条を常法により、水洗、脱溶媒、１次延伸、乾
燥・緻密化、２次延伸、熱処理などの後処理工程を経由
せしめて延伸繊維糸条とする。この乾湿式紡糸によって
得られる繊維糸条は、延伸性が極めて優れているが、好
ましくは２次延伸方法として、１５０〜２７０℃の乾熱
下に少なくとも１．１倍、好ましくは１．５倍以上延伸
し、全有効延伸倍率が少なくとも１０倍、好ましくは１
２倍以上になるように延伸し、その繊度を０．５〜７デ
ニール（ｄ）、好ましくは１〜５ｄの範囲内とするのが
よい。

【００２６】得られたアクリル系繊維は、好ましくは長
さ０．５〜１５ｍｍに切断され、配合組成物重量あたり
０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３重量％の範囲
内で水硬性物質と混合される。

【００２７】本発明に用いられる水硬性物質とは水和に
よって硬化する無機物質をいい、例えばポルトランドセ
メントを始めとする各種セメント類、石膏、ケイ石、ケ
イソウ土、高炉スラグ、フライアッシュおよび石灰など
が挙げられる。

【００２８】次いで、上記水硬性物質と水とからなるス
ラリーまたはペーストにアクリル系繊維を混入した配合
物は所望の形状に成形される。成形方法として、たとえ
ばハチェック法といわれるスラリー状の配合物を抄造し
て成形する方法またはペースト状の配合物を押出し機で
金型に注入する方法などを適用することができる。この
とき、抄造性およびペーストの流動性を向上させるため
に、木材パルプ、アクリル系繊維やアラミド繊維などを
フィブリル化したパルプ状物、無機繊維およびその他充
填剤を適宜配合することができる。さらに、成形品に多
孔性を与え軽量化するために、パーライト、シラスバル
ーン、ガラスバルーンなどを適宜配合してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明にかかる成形品は、表面処理剤を
付着したアクリル系繊維を補強材とした水硬性物質から
なり、かつ高い曲げ強度を維持しながら引張側に多数の
クラックを発生して曲げ破壊するため曲げ歪が大きく靭
性に優れている。

【００３０】したがって、建築用資材、土木用資材等多
くの用途に活用することができる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果をさらに具
体的に説明する。なお、本発明において成形品の曲げ破
壊と引張側に発生したクラック数の測定は次のような方
法で行なった。

【００３２】曲げ破壊：含水率が６±１重量％の成形品
を成形方向、すなわち、アクリル系繊維がより配向して
いる方向と平行に幅７ｍｍ、長さ２００ｍｍに切断し試
験片を作成する。得られた試験片をＪＩＳ−Ａ１４０８
に準じ切断面に垂直に３点曲げ試験を行なう。このとき
、スパンは１６５ｍｍ、曲げ速度は１ｍｍ／分とする。 そして、成形品の曲げ強度および曲げ歪を測定する。

【００３３】クラック数の測定：上記曲げ破壊した成形
品において、引張側に発生したクラックを倍率３０倍の
ルーペで観察しその数を測定する。このとき、クラック
数はｎ数を７としたときの平均値とする。

【００３４】実施例１〜１０、比較例１〜３アクリルア
ミド１重量％とＡＮ９９重量％をＤＭＳＯ中で溶液重合
し、極限粘度の異なるＡＮ系重合体を作成した。得られ
た重合体溶液を紡糸原液とし湿式および乾湿式紡糸した
。凝固浴としては１５℃、５５％ＤＭＳＯ水溶液を用い
た。得られた未延伸繊維糸条は熱水浴中で５倍に延伸し
た後、油剤を付与し１１０℃で乾燥、緻密化した。次い
で、１８０℃の乾熱チューブ中で最高延伸倍率の８５％
で二次延伸し、表１に示す繊度約２デニールのアクリル
系繊維を得た。

【００３５】得られた繊維を表２に示す各種表面処理剤
の水系エマルジョン溶液に浸漬した後、乾燥し繊維長５
ｍｍに切断した。このとき、表面処理剤の付着量は約１
重量％であった。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】次に、木材パルプ１０ｇ、シリカ微粉末５
０ｇおよびポルトランドセメント４１０ｇを水１０リッ
トルに入れ撹拌した後、表２のアクリル系繊維１０ｇを
加え再度撹拌した。次いで、低速で撹拌しながらアニオ
ン性ポリアクリルアミド系高分子凝集剤を水硬性物質に
対し２００ｐｐｍ添加しスラリーを作成した。得られた
スラリーを５０メッシュの金網を敷いた２０ｃｍ×２５
ｃｍの金型に移して濾過した後、１００ｋｇ／ｃｍ２　
の圧力で１分間プレスして厚さ約６ｍｍのグリーンシー
トを作成した。次いで、得られたグリーンシートを１０
０％ＲＨの室温に２４時間、２５℃水中に６日間および
８０℃水中に１５時間養生した後、５０℃で２０時間乾
燥し比重約１．６のセメント板を得た。このとき、成形
品の含水率は約６重量％であった。

【００３９】得られたセメント板から試験片を切出し、
曲げ破壊を行ない、曲げ強度、曲げ歪およびクラック数
を測定した。その結果を表２に示した。表２から本発明
の成形品は曲げ強度および曲げ歪が大きく、靭性に優れ
ていることがわかる。

【００４０】実施例１１、１２、比較例４表１に示した
アクリル系繊維Ｃを用い、実施例１と同様にしてスラリ
ーを作成し、ハチェック法でスレートを成形した。得ら
れたスレートを２８日間室温で自然養生した後、成形方
向と平行に試験片を切出し実施例１と同様にして曲げ強
度、曲げ歪およびクラック数を測定した。 その結果を表２に示した。表２から本発明の成形品は曲
げ強度および曲げ歪が大きく、靭性に優れている。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面処理剤を付着させたアクリル系繊維と
   水硬性物質とからなる成形品において、曲げ破壊したと
   き引張側で少なくとも３個のクラックが発生することを
   特徴とする繊維補強水硬性成形品。
2. 【請求項２】表面処理剤が、酸化ポリエチレン系化合物
   であることを特徴とする請求項１記載の繊維補強水硬性
   成形品。
3. 【請求項３】表面処理剤が、変性フッソ樹脂であること
   を特徴とする請求項１記載の繊維補強水硬性成形品。
4. 【請求項４】アクリル系繊維が、アクリロニトリル系重
   合体を乾湿式紡糸することによって得られ、かつ引張強
   度が少なくとも１０ｇ／ｄ、弾性率が少なくとも１８０
   ｇ／ｄおよび結節強度が少なくとも１．９ｇ／ｄのもの
   であることを特徴とする請求項１記載の繊維補強水硬性
   成形品。
5. 【請求項５】水硬性物質とアクリル系繊維を用いて繊維
   補強水硬性成形品を製造するにあたり、アクリル系繊維
   として水硬性物質との接着力を弱める表面処理剤を付着
   せしめたアクリル系繊維を用いることを特徴とする繊維
   補強水硬性成形品の製造方法。
6. 【請求項６】表面処理剤が、酸化ポリエチレン系化合物
   であることを特徴とする請求項５記載の繊維補強水硬性
   成形品の製造方法。
7. 【請求項７】表面処理剤が、変性フッソ樹脂であること
   を特徴とする請求項５記載の繊維補強水硬性成形品の製
   造方法。
8. 【請求項８】アクリル系繊維が、アクリロニトリル系重
   合体を乾湿式紡糸することによって得られ、かつ引張強
   度が少なくとも１０ｇ／ｄ、弾性率が少なくとも１８０
   ｇ／ｄおよび結節強度が少なくとも１．９ｇ／ｄである
   請求項５記載の繊維補強水硬性成形品の製造方法。