JPH0681219A - シリカ含有炭素繊維、その製造方法およびそれを使用した繊維補強セメント系材料 - Google Patents
シリカ含有炭素繊維、その製造方法およびそれを使用した繊維補強セメント系材料Info
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- JPH0681219A JPH0681219A JP23378092A JP23378092A JPH0681219A JP H0681219 A JPH0681219 A JP H0681219A JP 23378092 A JP23378092 A JP 23378092A JP 23378092 A JP23378092 A JP 23378092A JP H0681219 A JPH0681219 A JP H0681219A
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/10—Coating or impregnating
- C04B20/1055—Coating or impregnating with inorganic materials
- C04B20/1066—Oxides, Hydroxides
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 芳香族スルホン酸類又はそれらの塩がメチレ
ン型結合を介して結合した高分子化合物の水溶液に、該
水溶液中の高分子化合物の０．０４〜４．０重量％相当
量のシリカ微粒子を添加し必要により紡糸助剤を添加し
て紡糸原液とし、これを紡糸して得られる前駆体繊維を
熱処理して炭化させる。 【効果】 得られたシリカ含有炭素繊維は、セメントマ
トリックスへの分散性に優れ、しかもセメントマトリッ
クスへの定着性が極めて良好であり、このシリカ含有炭
素繊維を使用することにより、容易に、繊維による補強
効率の高いＣＦＲＣを製造することができる。
ン型結合を介して結合した高分子化合物の水溶液に、該
水溶液中の高分子化合物の０．０４〜４．０重量％相当
量のシリカ微粒子を添加し必要により紡糸助剤を添加し
て紡糸原液とし、これを紡糸して得られる前駆体繊維を
熱処理して炭化させる。 【効果】 得られたシリカ含有炭素繊維は、セメントマ
トリックスへの分散性に優れ、しかもセメントマトリッ
クスへの定着性が極めて良好であり、このシリカ含有炭
素繊維を使用することにより、容易に、繊維による補強
効率の高いＣＦＲＣを製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高層ビルの外壁材、床
材等に使用される繊維補強モルタルや繊維補強コンクリ
ートなどの繊維補強セメント系材料（以下ＣＦＲＣと略
称する）の補強用繊維として有用な改質された炭素繊維
の製造方法に関する。
材等に使用される繊維補強モルタルや繊維補強コンクリ
ートなどの繊維補強セメント系材料（以下ＣＦＲＣと略
称する）の補強用繊維として有用な改質された炭素繊維
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＦＲＣの補強用繊維としてピッ
チ系の短炭素繊維が多用されるようになってきている。
ＣＦＲＣは、通常、セメントマトリックスのペースト中
に短炭素繊維を分散させ、硬化させることによって製造
される。
チ系の短炭素繊維が多用されるようになってきている。
ＣＦＲＣは、通常、セメントマトリックスのペースト中
に短炭素繊維を分散させ、硬化させることによって製造
される。
【０００３】ところが、従来の短炭素繊維を用いてＣＦ
ＲＣを製造する場合、硬化後のセメントマトリックスと
炭素繊維表面との間の接着強度が低いため、セメントマ
トリックスから繊維が引き抜け易く、炭素繊維の強度の
割りには補強効率が低いという問題があった。
ＲＣを製造する場合、硬化後のセメントマトリックスと
炭素繊維表面との間の接着強度が低いため、セメントマ
トリックスから繊維が引き抜け易く、炭素繊維の強度の
割りには補強効率が低いという問題があった。
【０００４】このような問題を解決する目的で補強用炭
素繊維の表面物性を改善する方法が種々検討されてい
る。代表的な方法としては次のような方法がある。
素繊維の表面物性を改善する方法が種々検討されてい
る。代表的な方法としては次のような方法がある。
【０００５】先ず、繊維に科学的酸化処理を施し、繊維
表面上に酸性基を導入する方法がある（セメント技術年
報、第４０巻．ｐ４７９〜４８２，１９８５等）。この
方法は、炭素繊維の表面を硝酸等で科学的に酸化するこ
とにより、セメントマトリックスと繊維との親和性を高
め、接着強度を改善するものである。しかし、この方法
では、酸化処理により繊維の表面に傷が生じ、繊維自身
の強度が低下するため、繊維強度の高いポリアクリロニ
トリル系繊維以外では、ＣＦＲＣの強度を向上させる効
果は認められない。
表面上に酸性基を導入する方法がある（セメント技術年
報、第４０巻．ｐ４７９〜４８２，１９８５等）。この
方法は、炭素繊維の表面を硝酸等で科学的に酸化するこ
とにより、セメントマトリックスと繊維との親和性を高
め、接着強度を改善するものである。しかし、この方法
では、酸化処理により繊維の表面に傷が生じ、繊維自身
の強度が低下するため、繊維強度の高いポリアクリロニ
トリル系繊維以外では、ＣＦＲＣの強度を向上させる効
果は認められない。
【０００６】次に、繊維表面をシリカやアルミナの微粒
子を含有するエポキシ樹脂等で被覆する方法がある（特
開昭６３−２０３９８７６号公報等）。この方法は、セ
メントマトリックス成分と化学反応を起こし易いシリカ
やアルミナを含むコーティング剤等で繊維表面を処理
し、セメントマトリックスへの定着性を改善しようとす
るものであるが、実質的には、コーティング膜と繊維と
の接着強度が弱く、大きな改善効果は望めない。
子を含有するエポキシ樹脂等で被覆する方法がある（特
開昭６３−２０３９８７６号公報等）。この方法は、セ
メントマトリックス成分と化学反応を起こし易いシリカ
やアルミナを含むコーティング剤等で繊維表面を処理
し、セメントマトリックスへの定着性を改善しようとす
るものであるが、実質的には、コーティング膜と繊維と
の接着強度が弱く、大きな改善効果は望めない。
【０００７】さらに、繊維にねじりや凹凸を持たせ、物
理的に繊維が引き抜け難くする方法も試みられている
（特開平１−２３９０４４号公報等）。この方法は、繊
維の形状を変えることにより、セメントマトリックス中
でアンカーとして働き、補強効果を高めるものである。
しかしながら、この方法においては、繊維の製造プロセ
ス中で、繊維に物理的応力を作用させたあとに、熱処理
を施しているので、繊維に熱的歪みが残り、繊維の強度
が低下するため期待したほどの補強効果の向上は得られ
ていない。
理的に繊維が引き抜け難くする方法も試みられている
（特開平１−２３９０４４号公報等）。この方法は、繊
維の形状を変えることにより、セメントマトリックス中
でアンカーとして働き、補強効果を高めるものである。
しかしながら、この方法においては、繊維の製造プロセ
ス中で、繊維に物理的応力を作用させたあとに、熱処理
を施しているので、繊維に熱的歪みが残り、繊維の強度
が低下するため期待したほどの補強効果の向上は得られ
ていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記のとおり、ＣＦＲ
Ｃの繊維補強効率を高めるため、繊維表面に化学的、物
理的な処理を施す方法が検討されてきたが、いずれの方
法によっても、繊維の特性、特に強度が損なわれたり、
コーティング剤を使用する場合にはコーティング剤と繊
維との接着性が悪いなどの問題があり、炭素繊維の強度
を十分に利用できる、補強効率の高いＣＦＲＣの製造方
法は見出されていなかった。
Ｃの繊維補強効率を高めるため、繊維表面に化学的、物
理的な処理を施す方法が検討されてきたが、いずれの方
法によっても、繊維の特性、特に強度が損なわれたり、
コーティング剤を使用する場合にはコーティング剤と繊
維との接着性が悪いなどの問題があり、炭素繊維の強度
を十分に利用できる、補強効率の高いＣＦＲＣの製造方
法は見出されていなかった。
【０００９】本発明の目的は、前記従来技術における問
題点を解決し、炭素繊維の強度を損なうことなく、セメ
ントマトリックスへの接着強度を高め、ＣＦＲＣの補強
用に使用した際の補強効率を高めることのできる炭素繊
維、その製造方法及びそれを使用したＣＦＲＣを提供す
ることにある。
題点を解決し、炭素繊維の強度を損なうことなく、セメ
ントマトリックスへの接着強度を高め、ＣＦＲＣの補強
用に使用した際の補強効率を高めることのできる炭素繊
維、その製造方法及びそれを使用したＣＦＲＣを提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭素繊維の表
面および内部にシリカ微粒子が均一に分散しているシリ
カ含有炭素繊維であり、又、該炭素繊維を製造する方法
であって、芳香族スルホン酸類又はそれらの塩がメチレ
ン型結合を介して結合した高分子化合物の水溶液に、該
水溶液中の高分子化合物の０．０４〜４．０重量％相当
量のシリカ微粒子が分散してなる紡糸原液を紡糸し、得
られる前駆体繊維を熱処理して炭化させることを特徴と
するシリカ含有炭素繊維の製造方法である。又本発明
は、炭素繊維の表面および内部にシリカ微粒子が均一に
分散しているシリカ含有炭素繊維を補強材として使用し
た繊維補強セメント系材料である。
面および内部にシリカ微粒子が均一に分散しているシリ
カ含有炭素繊維であり、又、該炭素繊維を製造する方法
であって、芳香族スルホン酸類又はそれらの塩がメチレ
ン型結合を介して結合した高分子化合物の水溶液に、該
水溶液中の高分子化合物の０．０４〜４．０重量％相当
量のシリカ微粒子が分散してなる紡糸原液を紡糸し、得
られる前駆体繊維を熱処理して炭化させることを特徴と
するシリカ含有炭素繊維の製造方法である。又本発明
は、炭素繊維の表面および内部にシリカ微粒子が均一に
分散しているシリカ含有炭素繊維を補強材として使用し
た繊維補強セメント系材料である。
【００１１】シリカ微粒子が表面および内部に分散して
いる本発明の炭素繊維では、表面のシリカ微粒子がセメ
ントマトリックスへの分散性、定着性へ関与し、内部の
シリカ微粒子が繊維自体の強度へ関与すると考えられ、
ＣＦＲＣの補強効果を高めることができる。このような
炭素繊維は次に説明する方法により製造することができ
る。
いる本発明の炭素繊維では、表面のシリカ微粒子がセメ
ントマトリックスへの分散性、定着性へ関与し、内部の
シリカ微粒子が繊維自体の強度へ関与すると考えられ、
ＣＦＲＣの補強効果を高めることができる。このような
炭素繊維は次に説明する方法により製造することができ
る。
【００１２】先ず、本発明で使用する紡糸原液の主成分
である芳香族スルホン酸類又はそれらの塩がメチレン型
結合を介して結合した高分子化合物（以下、高分子化合
物と略称する）は、フェノール類スルホン酸、ナフタレ
ンスルホン酸、アントラセンスルホン酸、フェナントレ
ンスルホン酸等の各種芳香族スルホン酸化合物又はそれ
らの塩もしくはこれらの混合物をメチレン型結合を介し
て結合させた数平均分子量２０００〜５０００程度のも
のであって、これらの芳香族スルホン酸類をホルマリン
等のアルデヒド化合物と縮合反応させるなど、それ自体
公知の方法により製造することができる。この高分子化
合物の好ましい例としては、セメント用減水剤などに用
いられているナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物
があげられる。
である芳香族スルホン酸類又はそれらの塩がメチレン型
結合を介して結合した高分子化合物（以下、高分子化合
物と略称する）は、フェノール類スルホン酸、ナフタレ
ンスルホン酸、アントラセンスルホン酸、フェナントレ
ンスルホン酸等の各種芳香族スルホン酸化合物又はそれ
らの塩もしくはこれらの混合物をメチレン型結合を介し
て結合させた数平均分子量２０００〜５０００程度のも
のであって、これらの芳香族スルホン酸類をホルマリン
等のアルデヒド化合物と縮合反応させるなど、それ自体
公知の方法により製造することができる。この高分子化
合物の好ましい例としては、セメント用減水剤などに用
いられているナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物
があげられる。
【００１３】これらの高分子化合物は、そのまま、ある
いは中和した形で水溶液として使用するが、アンモニウ
ム塩の形で使用すると、安定で、しかも水やメタノール
等のアルコール系溶媒に容易に溶解し、又、シリカ微粒
子としてコロイダルシリカを添加した場合は、コロイダ
ルシリカの電位バランスを損ない凝集させる強酸イオン
をほとんど含まないので特に好ましい。
いは中和した形で水溶液として使用するが、アンモニウ
ム塩の形で使用すると、安定で、しかも水やメタノール
等のアルコール系溶媒に容易に溶解し、又、シリカ微粒
子としてコロイダルシリカを添加した場合は、コロイダ
ルシリカの電位バランスを損ない凝集させる強酸イオン
をほとんど含まないので特に好ましい。
【００１４】以下、プロセスに従い、本発明の方法を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１５】前記高分子化合物の水溶液にシルカ微粒子
を分散させるためには、コロイダルシリカ等のシリカ微
粒子の水溶液あるいはスラリーを添加するとよい。次
に、得られた混合液には、必要により紡糸助剤として適
量のポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等
の水溶性高分子化合物を添加したのち、５０℃における
粘度が５０〜２０００ポイズとなるように水分量を調整
して紡糸原液とする。
を分散させるためには、コロイダルシリカ等のシリカ微
粒子の水溶液あるいはスラリーを添加するとよい。次
に、得られた混合液には、必要により紡糸助剤として適
量のポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等
の水溶性高分子化合物を添加したのち、５０℃における
粘度が５０〜２０００ポイズとなるように水分量を調整
して紡糸原液とする。
【００１６】紡糸原液中の高分子化合物の濃度は、高分
子化合物の種類、必要により添加する紡糸助剤やシリカ
微粒子の種類及び添加量等によって異なるが、通常２０
〜８０重量％、好ましくは４０〜７０重量％である。
子化合物の種類、必要により添加する紡糸助剤やシリカ
微粒子の種類及び添加量等によって異なるが、通常２０
〜８０重量％、好ましくは４０〜７０重量％である。
【００１７】ここで使用するシリカ源としては、特にコ
ロイダルシリカに限るものではないが、コロイダルシリ
カのように予め水溶液中にシリカ微粒子を分散させたも
のは前記高分子化合物水溶液と容易に混合できるので好
ましい。
ロイダルシリカに限るものではないが、コロイダルシリ
カのように予め水溶液中にシリカ微粒子を分散させたも
のは前記高分子化合物水溶液と容易に混合できるので好
ましい。
【００１８】使用するシリカ微粒子の粒径が大きくなり
すぎると、紡糸原液中での分散性が悪くなるとともに炭
素繊維の強度が低下し、ＣＦＲＣの補強効果が減少する
ので、使用するシリカ微粒子の粒径はできるだけ細かい
ことが望ましい。シリカ微粒子の好ましい大きさは平均
粒径で１０〜１５０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜３０
ｎｍの範囲である。
すぎると、紡糸原液中での分散性が悪くなるとともに炭
素繊維の強度が低下し、ＣＦＲＣの補強効果が減少する
ので、使用するシリカ微粒子の粒径はできるだけ細かい
ことが望ましい。シリカ微粒子の好ましい大きさは平均
粒径で１０〜１５０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜３０
ｎｍの範囲である。
【００１９】シリカ微粒子の添加量は、シリカ分に換算
して高分子化合物の水溶液中の高分子化合物の０．０４
〜４．０重量％相当量とする。この量は、ここで使用す
る高分子化合物の炭化収率が約３５〜６０％であること
から、シリカ含有炭素繊維の段階でシリカ含有率が約
０．１〜１０重量％となる量に相当する。シリカ微粒子
の添加量が０．０４重量％未満では効果が少なく、また
４．０重量％を超えるとシリカ微粒子の分散液がゲル化
しやすくなり、紡糸工程に支障をきたすので好ましくな
い。
して高分子化合物の水溶液中の高分子化合物の０．０４
〜４．０重量％相当量とする。この量は、ここで使用す
る高分子化合物の炭化収率が約３５〜６０％であること
から、シリカ含有炭素繊維の段階でシリカ含有率が約
０．１〜１０重量％となる量に相当する。シリカ微粒子
の添加量が０．０４重量％未満では効果が少なく、また
４．０重量％を超えるとシリカ微粒子の分散液がゲル化
しやすくなり、紡糸工程に支障をきたすので好ましくな
い。
【００２０】このようにして調製した紡糸原液を乾式紡
糸し、前駆体繊維（径１０〜１４０μｍ程度）を得る。
この前駆体繊維は、熱溶融しないという特性を有してお
り、通常のＰＡＮ系やピッチ系の炭素繊維では必須の工
程である不融化処理工程が必要なく、そのまま、不活性
雰囲気中で、８００〜１２００℃の温度で熱処理を施す
ことにより、シリカ含有炭素繊維とすることができる。
尚、前駆体繊維は、乾式紡糸後に延伸乾燥を経て得られ
るのが普通である。又、熱処理前に前駆体繊維を所望の
長さに裁断しておくとよい（１〜３０ｍｍ程度）。
糸し、前駆体繊維（径１０〜１４０μｍ程度）を得る。
この前駆体繊維は、熱溶融しないという特性を有してお
り、通常のＰＡＮ系やピッチ系の炭素繊維では必須の工
程である不融化処理工程が必要なく、そのまま、不活性
雰囲気中で、８００〜１２００℃の温度で熱処理を施す
ことにより、シリカ含有炭素繊維とすることができる。
尚、前駆体繊維は、乾式紡糸後に延伸乾燥を経て得られ
るのが普通である。又、熱処理前に前駆体繊維を所望の
長さに裁断しておくとよい（１〜３０ｍｍ程度）。
【００２１】このようにして得られた本発明のシリカ含
有炭素繊維は、表面及び内部にシリカ微粒子が分散した
炭素繊維である。この状態はＳＥＭ等で観察することが
できる。この繊維においては添加したシリカ粒子の大き
さが小さいため、繊維の強度に悪影響を与えることはな
く、逆に添加率０．０４〜４．０重量％の範囲内におい
ては、シリカの添加量が増加するに従いシリカ含有炭素
繊維の強度が向上する。これはシリカと炭素とが反応
し、一部ＳｉＣ結合が生成し、その結果、シリカ含有炭
素繊維の強度が増加するものと考えられるが、その詳細
は明らかではない。本発明のシリカ含有炭素繊維をＣＦ
ＲＣの補強用に使用すると、炭素繊維表面上のシリカ成
分がセメントと化学反応（ポゾラン反応）を起こし、セ
メントマトリックス中に水和物として結晶化することに
より炭素繊維とセメントマトリックスとの間の定着性が
著しく改良され、炭素繊維による補強効率の高いＣＦＲ
Ｃを得ることができる。シリカ含有炭素繊維は通常、セ
メントマトリックスあたり０．５〜５容量％の使用量で
優れた補強効果を得ることができる。
有炭素繊維は、表面及び内部にシリカ微粒子が分散した
炭素繊維である。この状態はＳＥＭ等で観察することが
できる。この繊維においては添加したシリカ粒子の大き
さが小さいため、繊維の強度に悪影響を与えることはな
く、逆に添加率０．０４〜４．０重量％の範囲内におい
ては、シリカの添加量が増加するに従いシリカ含有炭素
繊維の強度が向上する。これはシリカと炭素とが反応
し、一部ＳｉＣ結合が生成し、その結果、シリカ含有炭
素繊維の強度が増加するものと考えられるが、その詳細
は明らかではない。本発明のシリカ含有炭素繊維をＣＦ
ＲＣの補強用に使用すると、炭素繊維表面上のシリカ成
分がセメントと化学反応（ポゾラン反応）を起こし、セ
メントマトリックス中に水和物として結晶化することに
より炭素繊維とセメントマトリックスとの間の定着性が
著しく改良され、炭素繊維による補強効率の高いＣＦＲ
Ｃを得ることができる。シリカ含有炭素繊維は通常、セ
メントマトリックスあたり０．５〜５容量％の使用量で
優れた補強効果を得ることができる。
【００２２】
【実施例】以下、実施例により本発明の方法をさらに具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００２３】（実施例１〜３、比較例１〜２）ナフタレ
ンスルホン酸ホルマリン縮合物アンモニウム塩（数平均
分子量約３２００）の４０％水溶液中に、該水溶液のナ
フタレンスルホン酸ホルマリン縮合物アンモニウム塩に
対し０．０４，１．０，４．０及び４．５重量％相当量
のシリカを含む平均粒径１６ｎｍのコロイダルシリカ
（日産化学製、スノーテックＯ）の水溶液を添加し、さ
らに全水溶液の０．８重量％相当量のポリビニルアルコ
ールを添加し、十分に混合した。次いで１μｍのフィル
ターでろ過し、ろ液を濃縮して、Ｂ型粘度計で測定した
５０℃における粘度が４００〜５００ポイズの紡糸原液
を得た。
ンスルホン酸ホルマリン縮合物アンモニウム塩（数平均
分子量約３２００）の４０％水溶液中に、該水溶液のナ
フタレンスルホン酸ホルマリン縮合物アンモニウム塩に
対し０．０４，１．０，４．０及び４．５重量％相当量
のシリカを含む平均粒径１６ｎｍのコロイダルシリカ
（日産化学製、スノーテックＯ）の水溶液を添加し、さ
らに全水溶液の０．８重量％相当量のポリビニルアルコ
ールを添加し、十分に混合した。次いで１μｍのフィル
ターでろ過し、ろ液を濃縮して、Ｂ型粘度計で測定した
５０℃における粘度が４００〜５００ポイズの紡糸原液
を得た。
【００２４】この紡糸原液を口径０．２ｍｍのノズルを
用いて乾式紡糸し、得られた前駆体繊維を切断したの
ち、不活性雰囲気下に１０００℃で熱処理して炭化し、
長さ約３ｍｍのシリカ含有炭素繊維を得た。なお、４．
５重量％相当量のコロイダルシリカを添加したものは、
紡糸原液の一部にゲル化した部分が認められ、円滑な紡
糸を行うことができず、シリカ含有炭素繊維を得ること
はできなかった。炭化収率はいずれも約４０％で、ほぼ
一定であった。得られたシリカ含有炭素繊維の性状及び
物性値を表１に示す。
用いて乾式紡糸し、得られた前駆体繊維を切断したの
ち、不活性雰囲気下に１０００℃で熱処理して炭化し、
長さ約３ｍｍのシリカ含有炭素繊維を得た。なお、４．
５重量％相当量のコロイダルシリカを添加したものは、
紡糸原液の一部にゲル化した部分が認められ、円滑な紡
糸を行うことができず、シリカ含有炭素繊維を得ること
はできなかった。炭化収率はいずれも約４０％で、ほぼ
一定であった。得られたシリカ含有炭素繊維の性状及び
物性値を表１に示す。
【００２５】さらに比較例１としてシリカ分を添加しな
い以外は同様にして製造したシリカ無添加の炭素繊維の
例を、また、比較例２として平均粒径２００ｎｍのシリ
カ微粒子を１．０重量％を添加し、実施例と同様にして
製造したシリカ含有炭素繊維の例も併せて表１に示す。
い以外は同様にして製造したシリカ無添加の炭素繊維の
例を、また、比較例２として平均粒径２００ｎｍのシリ
カ微粒子を１．０重量％を添加し、実施例と同様にして
製造したシリカ含有炭素繊維の例も併せて表１に示す。
【００２６】
【表１】 （実施例４）実施例１で使用したコロイダルシリカの代
わりに２．０重量％相当量の平均粒径１５０ｎｍの微粒
子状シリカを使用した他は実施例１と同様に操作し、シ
リカ含有炭素繊維を製造した。紡糸性は若干低下した
が、炭化収率約４０％で、表２に示すシリカ含有炭素繊
維を得ることができた。
わりに２．０重量％相当量の平均粒径１５０ｎｍの微粒
子状シリカを使用した他は実施例１と同様に操作し、シ
リカ含有炭素繊維を製造した。紡糸性は若干低下した
が、炭化収率約４０％で、表２に示すシリカ含有炭素繊
維を得ることができた。
【００２７】
【表２】 表１及び表２の結果から、本発明のシリカ含有炭素繊維
は、シリカ分を含有しているにもかかわらず、シリカ無
添加の炭素繊維に比較して高い引っ張り強度と弾性率を
有する繊維であることが分かる。また、添加するシリカ
微粒子の粒径が大きくなると、得られるシリカ含有炭素
繊維の引っ張り強度及び弾性率が低下する傾向にあるこ
とが分かる。なお、これらの繊維は表面及び内部にシリ
カ微粒子が均一に分散した炭素繊維であることがＳＥＭ
観察により確認された。
は、シリカ分を含有しているにもかかわらず、シリカ無
添加の炭素繊維に比較して高い引っ張り強度と弾性率を
有する繊維であることが分かる。また、添加するシリカ
微粒子の粒径が大きくなると、得られるシリカ含有炭素
繊維の引っ張り強度及び弾性率が低下する傾向にあるこ
とが分かる。なお、これらの繊維は表面及び内部にシリ
カ微粒子が均一に分散した炭素繊維であることがＳＥＭ
観察により確認された。
【００２８】（実施例５）上記実施例及び比較例で得ら
れた炭素繊維を用い、早強セメント（Ｃ）及び細骨材と
しての微粒硅砂（Ｓ）を使用してＣＦＲＣの製造試験を
行った。製造条件は、Ｗ／Ｃ＝０．８１、Ｓ／Ｃ＝０．
８４、炭素繊維の添加量は２．０重量％とし、ほかに適
量の増粘剤、消泡剤を添加して混練後、４×４×１６ｃ
ｍの型枠に流し込み、５時間蒸気養生したのち、オート
クレーブ中で１８０℃で４時間処理して硬化させた。
れた炭素繊維を用い、早強セメント（Ｃ）及び細骨材と
しての微粒硅砂（Ｓ）を使用してＣＦＲＣの製造試験を
行った。製造条件は、Ｗ／Ｃ＝０．８１、Ｓ／Ｃ＝０．
８４、炭素繊維の添加量は２．０重量％とし、ほかに適
量の増粘剤、消泡剤を添加して混練後、４×４×１６ｃ
ｍの型枠に流し込み、５時間蒸気養生したのち、オート
クレーブ中で１８０℃で４時間処理して硬化させた。
【００２９】このようにして得られた試験片の曲げ強度
を、ＪＩＳ Ｒ５２０１のコンクリートの曲げ強度試験
方法に準じて、３点曲げ試験により測定した。結果を表
１に示す。尚、炭素繊維無添加を参考例として示した。
を、ＪＩＳ Ｒ５２０１のコンクリートの曲げ強度試験
方法に準じて、３点曲げ試験により測定した。結果を表
１に示す。尚、炭素繊維無添加を参考例として示した。
【００３０】表１に示したＣＦＲＣの曲げ強度試験の結
果から、本発明の方法によって製造したシリカ含有炭素
繊維は、従来のシリカ無添加の炭素繊維に比較してセメ
ントマトリックスの強化効率が高く、ＣＦＲＣの強化用
繊維として、極めて優れた特性を有していることが分か
る。
果から、本発明の方法によって製造したシリカ含有炭素
繊維は、従来のシリカ無添加の炭素繊維に比較してセメ
ントマトリックスの強化効率が高く、ＣＦＲＣの強化用
繊維として、極めて優れた特性を有していることが分か
る。
【００３１】なお、試験片の破断面の顕微鏡観察によ
り、繊維とセメントマトリックスとの間に層状の水和物
が観察された。
り、繊維とセメントマトリックスとの間に層状の水和物
が観察された。
【００３２】
【発明の効果】本発明のシリカ含有炭素繊維は、セメン
トマトリックスへの分散性に優れ、しかもセメントマト
リックスへの定着性が極めて良好であり、更に炭素繊維
自体の強度も向上している特徴を有する。このシリカ含
有炭素繊維を使用することにより、容易に、繊維による
補強効率の高いＣＦＲＣを製造することができる。
トマトリックスへの分散性に優れ、しかもセメントマト
リックスへの定着性が極めて良好であり、更に炭素繊維
自体の強度も向上している特徴を有する。このシリカ含
有炭素繊維を使用することにより、容易に、繊維による
補強効率の高いＣＦＲＣを製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 茂 福岡県北九州市若松区響町１丁目３番地 三井鉱山株式会社九州研究所内 (72)発明者 花下 和彦 福岡県北九州市若松区響町１丁目３番地 三井鉱山株式会社九州研究所内 (72)発明者 末永 龍夫 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 谷口 可一 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 遠山 幸三 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 武井 吉一 東京都調布市飛田給２丁目19番１号 鹿島 建設株式会社技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素繊維の表面および内部にシリカ微粒
子が均一に分散していることを特徴とするシリカ含有炭
素繊維。 - 【請求項２】 芳香族スルホン酸類又はそれらの塩がメ
チレン型結合を介して結合した高分子化合物の水溶液
に、該水溶液中の高分子化合物の０．０４〜４．０重量
％相当量のシリカ微粒子が分散してなる紡糸原液を紡糸
し、得られる前駆体繊維を熱処理して炭化させることを
特徴とするシリカ含有炭素繊維の製造方法。 - 【請求項３】 使用するシリカ微粒子が、粒子径１０〜
１５０ｎｍのコロイダルシリカである請求項２に記載の
シリカ含有炭素繊維の製造方法。 - 【請求項４】 炭素繊維の表面および内部にシリカ微粒
子が均一に分散しているシリカ含有炭素繊維を補強材と
して使用した繊維補強セメント系材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4233780A JP2837586B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | シリカ含有炭素繊維、その製造方法およびそれを使用した繊維補強セメント系材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4233780A JP2837586B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | シリカ含有炭素繊維、その製造方法およびそれを使用した繊維補強セメント系材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0681219A true JPH0681219A (ja) | 1994-03-22 |
| JP2837586B2 JP2837586B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=16960455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4233780A Expired - Lifetime JP2837586B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | シリカ含有炭素繊維、その製造方法およびそれを使用した繊維補強セメント系材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2837586B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5679149A (en) * | 1993-10-13 | 1997-10-21 | Mitsubishi Chemical Corporation | Short carbon fiber chopped strands and short carbon fiber reinforced hydraulic composite materials |
| JP2004036073A (ja) * | 2002-07-10 | 2004-02-05 | Advanced Composite Materials Corp | 実質的にウイスカのない炭化ケイ素繊維およびその製造方法 |
| JP2009514700A (ja) * | 2005-11-04 | 2009-04-09 | ビービーエイ ブラックブル アクティーゼルスカブ | コンクリート要素の強化材並びに強化コンクリート要素の製造方法及びシステム |
| CN102965767A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-13 | 中国科学院化学研究所 | 杂化碳纳米纤维及其制备方法 |
| US9688583B2 (en) | 2006-03-30 | 2017-06-27 | Advanced Composite Materials, Llc | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101712183B (zh) * | 2009-10-20 | 2011-08-03 | 武汉理工大学 | 一种制造短切碳纤维增强混凝土的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0248445A (ja) * | 1988-08-10 | 1990-02-19 | Asahi Chem Ind Co Ltd | セメント補強用炭素繊維 |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP4233780A patent/JP2837586B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0248445A (ja) * | 1988-08-10 | 1990-02-19 | Asahi Chem Ind Co Ltd | セメント補強用炭素繊維 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5679149A (en) * | 1993-10-13 | 1997-10-21 | Mitsubishi Chemical Corporation | Short carbon fiber chopped strands and short carbon fiber reinforced hydraulic composite materials |
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| JP4612287B2 (ja) * | 2002-07-10 | 2011-01-12 | アドヴァンスド・コンポジット・マテリアルズ・コーポレーション | 実質的にウイスカのない炭化ケイ素繊維およびその製造方法 |
| JP2009514700A (ja) * | 2005-11-04 | 2009-04-09 | ビービーエイ ブラックブル アクティーゼルスカブ | コンクリート要素の強化材並びに強化コンクリート要素の製造方法及びシステム |
| US9688583B2 (en) | 2006-03-30 | 2017-06-27 | Advanced Composite Materials, Llc | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
| CN102965767A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-13 | 中国科学院化学研究所 | 杂化碳纳米纤维及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2837586B2 (ja) | 1998-12-16 |
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