JP2008190078A

JP2008190078A - 補強用繊維

Info

Publication number: JP2008190078A
Application number: JP2007025245A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yanai; 孝谷内; Shinichi Okajima; 真一岡嶋; Kiyoshi Miyaji; 清宮地
Original assignee: Asahi Kasei Fibers Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】特に高靭性のＦＲＣ材料を提供できる補強用繊維を関するものである。
【解決手段】繊維補強セメント複合材料に用いる補強用繊維であって、該繊維が、繰り返し単位の９５モル％以上が、下記式（１）で示されるポリケトンで構成される繊維の短繊維であり、該短繊維の繊維長が５〜３０ｍｍであることを特徴とする補強用繊維。
【化１】

【選択図】なし

Description

本発明は繊維補強セメント複合材料（以下「ＦＲＣ材料」という。）に用いる補強用繊維に関し、特に高靭性ＦＲＣ材料を提供できる補強用繊維に関する。

特許文献１には、ポリケトン繊維をＦＲＣ材料の補強用繊維に用いることが記載されているが、特に高靭性のＦＲＣ材料を提供できる補強用繊維については、何ら記載されていない。

国際公開第０４／２０７０７号パンフレット

本発明は、特に高靭性のＦＲＣ材料を提供することが可能である補強用繊維に関する。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は下記の通りである。
（１）繊維補強セメント複合材料に用いる補強用繊維であって、該繊維が、繰り返し単位の９５モル％以上が、下記式（１）で示されるポリケトンで構成される繊維（以下、「ポリケトン繊維」という。）の短繊維であり、該短繊維の繊維長が５〜３０ｍｍであることを特徴とする補強用繊維。

本発明の補強用短繊維は、特に高靭性のＦＲＣ材料を提供し得るものである。

本発明について以下に具体的に説明する。
本発明のポリケトン繊維を構成するポリケトンは、繰り返し単位の９５モル％以上、好ましくは９８モル％以上、特に９９．６モル％以上が、上記式（１）で示されるものであり、５モル％未満の範囲で、上記式（１）以外の繰り返し単位、例えば、下記式（２）に示すもの等を含有していても良い。

但し式中、Ｒは、エチレン以外の炭素数１〜３０の有機基であり、例えば、プロピレン、ブチレン、１−フェニルエチレン等の基であり、Ｒの水素原子の一部または全部が、ハロゲン基、エステル基、アミド基、水酸基、エーテル基で置換されていてもよい。もちろん、Ｒは二種以上であってもよく、例えば、プロピレン基と１−フェニルエチレン基が混在していてもよい。

ポリケトンの固有粘度［η］は、好ましくは１ｄｌ／ｇ以上、より好ましくは２ｄｌ／ｇ以上、特に好ましくは４ｄｌ／ｇ以上であり、好ましくは２０ｄｌ／ｇ以下、より好ましく１５ｄｌ／ｇ以下、特に好ましく１０ｄｌ／ｇ以下である。
尚、固有粘度［η］は次の定義式に基づいて求められる値である。

式中のｔ及びＴは、それぞれヘキサフルオロイソプロパノール（セントラル硝子（株）社製）及び該ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解したポリケトンの希釈溶液の２５℃での粘度管の流過時間である。Ｃは、上記希釈溶液の濃度であり、ヘキサフルオロイソプロパノール１００ｍｌ中のポリケトンの質量（ｇ）である。
ポリケトンには必要に応じて、酸化防止剤、ラジカル抑制剤、他のポリマー、艶消し剤、紫外線吸収剤、難燃剤、金属石鹸等の添加剤を含有させてもよい。

次に、ポリケトン繊維の好ましい特性としては、引張強度は５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、３０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であり、引張伸度は３％以上、より好ましくは３．５％以上、特に好ましくは４％以上であり、８％以下、より好ましくは７％以下、特に好ましくは６％以下であり、引張弾性率は１００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、より好ましくは２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは３００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、１０００ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。
ポリケトン繊維の形態は、長さ方向に均一なものや太細のあるものでもよく、繊維の断面形状は、丸型、三角、Ｌ型、Ｔ型、Ｙ型、Ｗ型、八葉型、扁平（扁平度１．３〜４程度のもので、Ｗ型、Ｉ型、ブーメラン型、波型、串団子型、まゆ型、直方体型等がある）、ドッグボーン型等の多角形型、多葉型、中空型や不定形なものでもよい。

本発明の補強用繊維は、ＦＲＣ材料補強用、即ちセメントモルタル又はコンクリート補強用の繊維であって、短繊維であり、且つ該短繊維の繊維長が５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍであることが必要である。５ｍｍ未満では、本発明の目的が達成されず、３０ｍｍ超では練り混ぜの際に、塊状（ファイバーボール）となり、均一に分散しない。ここで、モルタル補強用途として、プレミックスと呼ばれる砂とセメントと繊維を混ぜ合わせた混合物がよく用いられる。プレミックスを作製する場合、繊維の分散が均一であるほど繊維の特性を有効に発揮される。
又、単糸繊度は、好ましくは０．３ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは０．５ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは１ｄｔｅｘ以上であり、好ましくは３０ｄｔｅｘ以下、特に好ましくは２０ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは１１ｄｔｅｘ以下である。
本発明では、かかるポリケトン繊維に、従来公知のＦＲＣ材料用補強繊維、例えば、ポリエステル繊維やポリアミド繊維、アラミド繊維（パラ系、メタ系）、ポリビニルアルコール繊維、ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、超高分子量ポリオレフィン繊維、炭素繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、金属繊維等を混用してもよい。

特に特開２０００−００７３９５号公報に開示されているような、材令２８日の硬化体の引っ張り試験において、引っ張りひずみが１％以上、好ましくは２％以上を示すクラック分散型のＦＲＣ材料に混用するのが好ましく、さらに高靭性のＦＲＣ材料を得ることができる。即ち、下記＜１＞又は＜２＞に示すＦＲＣ材料である。
＜１＞
下記（１）に示すポリビニルアルコール短繊維を、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）４０％以上で、かつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合のマトリックスに、１．５超え〜３ｖｏｌ．％の配合量で、３次元方向にランダムに分散配合したＦＲＣ材料。
（１）繊維強度；１０００〜１５００Ｍｐａ未満
見かけの繊維強度；７００〜１０００Ｍｐａ未満
繊維直径；４０〜５０μｍ
繊維長；５〜２０ｍｍ

＜２＞
下記（２）のポリビニルアルコール短繊維を、水セメント比（Ｗ／Ｃ×１００）３０％以上でかつ砂セメント比（Ｓ／Ｃ）が１．０以下（０を含む）の調合のマトリックスに、１〜３ｖｏｌ.％の配合量で、３次元方向にランダムに分散配合したＦＲＣ材料。
（２）繊維強度；１５００〜２４００Ｍｐａ
見かけの繊維強度；１０００〜１８００Ｍｐａ
繊維直径；５０μｍ以下
繊維長；５〜２０ｍｍ
さらに、超高分子量ポリオレフィン繊維との混用も好適であり、特に上記＜１＞、又は＜２＞のＦＲＣ材料に、本発明のポリケトン繊維及び超高分子量ポリオレフィン繊維を混用したものも好ましい。

本発明のポリケトン繊維を用いてＦＲＣ材料を得るための材料配合としては、水結合材、砂結合材、骨材、混和剤等が挙げられる。例えば、結合材は、普通ポルトランドセメントを使用することができ、この普通ポルトランドセメントに加えてシリカ系粉末（人工ポゾラン）を使用できる。シリカ系粉末としては、シリカフューム、フライアッシュ、各種スラグ粉等が適用できる。
骨材は、硅砂、石灰石粉等があるが、最大粒径０．８ｍｍ以下の細粒体が好ましく、特に平均粒径０．４ｍｍ以下が好ましい。混和剤は、高性能ＡＥ減水剤、増粘剤等があり、高性能ＡＥ減水剤としては、ポリカルボン酸系、ポリエーテル系、ナフタレン系、メラミン系、アミノスルホン酸系等がある。増粘剤としては、コンクリート用増粘剤として公知の水溶性高分子系のものがあるが、特に微生物醗酵によるバイオサッカライド系の増粘剤例えばウェランガム、キサンタンガム、デュータンガム等が好ましい。

尚、例えば屋外で強い紫外線を受けることによってポリケトン繊維の引張強度等の低下が懸念される場合は、繊維の形態で紫外線吸収材（例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ヒンダードアミン系の一種又は二種以上の組み合わせがある。）及び／又は紫外線遮蔽剤（例えば、酸化チタン、酸化鉄、酸化セリウム等の微粒子があり、平均粒径は０．０１〜０．６μｍが好ましい。）を含有させてもよい。含有させる方法としては、例えば、繊維に紫外線吸収材及び／又は紫外線遮蔽剤を含有した樹脂やフィルムを付与又は被覆する方法があり、紫外線吸収材及び／又は紫外線遮蔽剤の含有量は、樹脂やフィルムの質量に対して０．００１〜１０質量％が好ましい。

本発明を実施例などに基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例などにより何ら限定されるものではない。
本発明における測定方法及び評価方法は以下の通りである。
（１）引張強度、引張伸度、引張弾性率
ＪＩＳ−Ｌ−１０１３に準じて測定する。
サンプル長：２０ｃｍ、引張速度：２０ｃｍ／分で測定し、２０回測定した時の平均値を求めた。
（２）モルタルプレミックスの分散性評価
砂とセメント（Ｓ／Ｃ＝４０）の混合物をビニール袋に入れ、繊維を０．１ｖｏｌ％ずつ混入していき、ファイバーボールが発生するまでの混入量を測定した。繊維は、極力、分散した状態で投入し、３０秒間攪拌して、５ｍｍ以上の塊が発生したら、ファイバーボールが発生したと判断した。５回繰り返し、平均値を算出して、限界混入量とした。
（３）モルタル曲げ試験
モルタルプレミックスの分散性評価で得られた最大混入量のプレミックス材に水セメント比が４５％になるように水を混入し、２分間攪拌した。モルタルペーストを１０×１０×４０（ｃｍ）の供試体に作製した。養生期間は１４日とし、曲げ試験は、たわみ速度はスパンの１／１５００、スパン３０ｃｍの４点曲げ試験を実施し、中央の変位点が２ｍｍ撓んだ位置での荷重値を、靭性性能とした。

［実施例１］
１６７０ｄｔｅｘ／１２５０ｆのポリケトン繊維（旭化成せんい（株）社製；商標サイバロン；引張強度１８ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張伸度５％、引張弾性率３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ）を繊維長１２ｍｍにカットして、モルタルプレミックスの分散性評価とモルタル曲げ試験を実施した結果、限界混入量は１．５ｖｏｌ％、撓み２ｍｍでの荷重値（Ｎ／ｍｍ²）は、１０．２と靭性に優れたものであった。
［実施例２〜３、比較例１〜２］
実施例１において、繊維長を変化させて実施例１同様に評価した結果、繊維長５ｍｍ（実施例２）の限界混入量は１．５ｖｏｌ％、撓み２ｍｍでの荷重値（Ｎ／ｍｍ²）は、１０．０、繊維長３０ｍｍ（実施例３）の限界混入量は１．２ｖｏｌ％、撓み２ｍｍでの荷重値（Ｎ／ｍｍ²）は、１０．３と、共に靭性に優れたものであったが、繊維長３ｍｍ（比較例１）の限界混入量は１．５ｖｏｌ％、撓み２ｍｍでの荷重値（Ｎ／ｍｍ²）は、７．２と実施例対比、靭性に劣ったものであり、繊維長３５ｍｍ（比較例２）は、限界混入量は０．５ｖｏｌ％以下と補強効果が期待できないものであった。

本発明は、特に高靭性のＦＲＣ材料を提供するものであり、軽量かつ曲げ強度、耐久性、靭性、耐湿性に優れたＦＲＣ材料用の補強用繊維である。

Claims

繊維補強セメント複合材料に用いる補強用繊維であって、該繊維が、繰り返し単位の９５モル％以上が、下記式（１）で示されるポリケトンで構成される繊維の短繊維であり、該短繊維の繊維長が５〜３０ｍｍであることを特徴とする補強用繊維。
請求項１に記載の補強用繊維で補強されていることを特徴とする繊維補強セメント複合材料。