説明

補強用繊維

【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】

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
【特許文献1】国際公開第04/20707号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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。
【化1】

【発明の効果】
【0006】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
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。
【化2】

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。
【0008】
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。
【数1】

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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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
【0012】
<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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【実施例】
【0015】
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。
【0016】
[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。
【産業上の利用可能性】
【0017】
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。

【特許請求の範囲】
【請求項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】

【請求項2】
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。

【公開番号】特開2008−190078(P2008−190078A)
【公開日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−25245(P2007−25245)
【出願日】平成19年2月5日(2007.2.5)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)国等の委託研究の成果に係る特許出願(平成18年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「基盤技術研究促進事業(民間基盤技術研究支援制度)/高性能ポリケトン繊維の工業化基盤技術の開発」、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受ける特許出願)
【出願人】(303046303)旭化成せんい株式会社 (548)
【Fターム(参考)】