JP2002060252A - ガラス繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、アルカリ成分との反応性が低く、
ＦＲＰのマトリックス樹脂の含浸性に優れた耐アルカリ
性ガラス繊維を提供することを目的とするものである。 【構成】 本発明のガラス繊維は、ＺｒＯ₂を１４質量
％以上、アルカリ金属酸化物を１０質量％以上含有し、
その表面がサイジング剤によって処理されてなるガラス
繊維において、サイジング剤がポリエステル樹脂とビス
フェノールＡのエチレンオキサイド付加物を含み、ポリ
エステル樹脂とビスフェノールＡのエチレンオキサイド
付加物が、質量比で８：２〜２：８であることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラス繊維に関し、
特にアルカリ性物質に曝される用途のＦＲＰの補強材と
して好適なガラス繊維に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の補
強材として、ＳｉＯ₂を約５５質量％、ＣａＯを約２
１．５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を約１４質量％、Ｂ₂Ｏ₃を約
７．５質量％、Ｎａ₂Ｏを約０．３質量％、Ｋ₂Ｏを約
０．２質量％、ＭｇＯを約１．０質量％、ＴｉＯ₂を約
０．５質量％含有するＥガラス繊維が広く用いられてい
るが、Ｅガラス繊維は、耐アルカリ性が不十分であるた
め、下水管、浄化槽や鉄筋代替として使用されるＦＲＰ
の補強材として用いると、浸食されやすいという問題が
ある。

【０００３】すなわち、下水管、浄化槽や鉄筋代替用Ｆ
ＲＰロッドに使用されるＦＲＰは、不飽和ポリエステル
樹脂やビニルエステル樹脂などをＥガラス繊維で強化し
たもので、下水管のように地中でコンクリートやモルタ
ルを使用して施工されたり、ＦＲＰロッドのように鉄筋
の変わりにコンクリートの補強に使用されるが、長期間
に亘ってコンクリートやモルタルに接触している間に、
コンクリートやモルタル中に水が浸透すると、これらか
らアルカリ性物質が溶出し、この溶出したアルカリ性物
質によってＥガラス繊維が劣化することになる。

【０００４】そこで、上記した問題を解決するために、
ＺｒＯ₂を１４質量％以上含有する耐アルカリ性ガラス
繊維を、下水管、浄化槽や鉄筋代替用ＦＲＰロッドとし
て使用すれば、アルカリ性物質による浸食を抑制するこ
とができ、ＦＲＰの強度低下を防止することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】耐アルカリ性ガラス繊
維の構成成分であるＺｒＯ₂は、アルカリ性物質に対し
て非常に強く、これを多量に（具体的には１４質量％以
上）含有することによって、ガラス繊維の耐アルカリ性
を向上させている。

【０００６】しかしながら、ＺｒＯ₂を多量に含むガラ
スは、ガラス溶融時における溶融性が非常に悪いため、
融剤としてアルカリ金属酸化物を多量に（具体的には１
０質量％以上）含有させることによって、ガラスの溶融
性を向上している。

【０００７】ところで、ガラス繊維は、紡糸直後に、サ
イジング剤で表面処理されるが、一般にＥガラス繊維の
サイジング剤としては、ＦＲＰのマトリックス樹脂の含
浸性が良く、耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性に優れたエ
ポキシ樹脂が主に用いられている。

【０００８】通常、この種のエポキシ樹脂としては、ノ
ボラックタイプのエポキシ樹脂が使用されているが、ノ
ボラックタイプのエポキシ樹脂は反応性の高い基を有す
るため、アルカリ成分を多量に含む耐アルカリ性ガラス
繊維のサイジング剤として使用すると、ガラス繊維を乾
燥させる際に、エポキシ樹脂が、ガラス中のアルカリ成
分と反応してガラス繊維表面に強固なフィルムを形成す
るため、解舒性が悪く、ガラス繊維が毛羽立ちや糸切れ
を起こしたりする。

【０００９】このような事情から耐アルカリ性ガラス繊
維のサイジング剤の材料としては、アルカリ成分との反
応性が低い酢酸ビニル樹脂やアクリル樹脂が使用されて
いるが、これらをＦＲＰの補強材として用いると、ＦＲ
Ｐのマトリックス樹脂の含浸性が悪く、十分な補強効果
が得られないという問題がある。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、アルカリ成分との反応性が低く、ＦＲＰのマトリ
ックス樹脂の含浸性に優れた耐アルカリ性ガラス繊維を
提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく種々の実験を繰り返した結果、耐アルカリ性
ガラス繊維の表面を、ポリエステル樹脂とビスフェノー
ルＡのエチレンオキサイド付加物からなるサイジング剤
によって処理すると、アルカリ成分との反応性が低く、
ＦＲＰのマトリックス樹脂の含浸性が良いガラス繊維が
得られることを見いだし、本発明を提案するに至った。

【００１２】すなわち、本発明のガラス繊維は、ＺｒＯ
₂を１４質量％以上、アルカリ金属酸化物を１０質量％
以上含有し、その表面がサイジング剤によって処理され
てなるガラス繊維において、サイジング剤がポリエステ
ル樹脂とビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物
を含み、ポリエステル樹脂とビスフェノールＡのエチレ
ンオキサイド付加物が、質量比で８：２〜２：８である
ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明のガラス繊維は、ＺｒＯ₂を１４質量％
以上含有するため、耐アルカリ性に優れており、これを
ＦＲＰの補強材として使用し、このＦＲＰにアルカリ性
物質が浸透しても、ガラス繊維が浸食されにくい。従っ
てアルカリ性物質によって、ガラス繊維と樹脂との界面
における接着力が低下し、ガラス繊維の引張強度が低下
するのを防止でき、幅広い環境下でも、補強効果を維持
することができる。

【００１４】また、最近、下水の酸性化傾向が強まって
おり、下水中の酸性物質が下水管に浸透しやすくなって
いる。従ってこれらの用途のＦＲＰには耐アルカリ性と
共に、耐酸性も要求されるため、耐アルカリ性及び耐酸
性に優れたガラス繊維を使用することが望ましい。

【００１５】本発明において使用可能な耐アルカリ性及
び耐酸性に優れるガラス繊維の具体的組成は、質量％
で、ＳｉＯ₂ ５４〜６５％、ＺｒＯ₂ １４〜２５％、
Ｌｉ₂Ｏ ０〜５％、Ｎａ₂Ｏ １０〜１７％、Ｋ₂Ｏ
０〜８％、ＲＯ（ただし、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ
ａ、Ｚｎを表す） ０〜１０％、ＴｉＯ₂ ０〜７％、
Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜２％であり、より好ましくは、質量百分
率で、ＳｉＯ₂ ５７〜６４％、ＺｒＯ₂ １８〜２４
％、Ｌｉ₂Ｏ ０．５〜３％、Ｎａ₂Ｏ １１〜１５％、
Ｋ₂Ｏ １〜５％、ＲＯ（ただし、Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎを表す）２〜８％、ＴｉＯ₂ ０．５
〜５％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０〜１％である。

【００１６】また、本発明のガラス繊維は、ＺｒＯ₂に
よる溶融性の低下を、アルカリ金属酸化物を１０質量％
以上含有することによって補っているが、その表面に塗
布されるサイジング剤が、ポリエステル樹脂とビスフェ
ノールＡのエチレンオキサイド付加物を含み、ポリエス
テル樹脂とビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加
物が、質量比で８：２〜２：８（好ましくは７：３〜
３：７）であるため、アルカリ金属を多く含むガラス繊
維であってもガラス中のアルカリ成分と反応し難く、ガ
ラス繊維表面に強固なフィルムを形成しないので、解舒
性が良く、ガラス繊維が毛羽立ちや糸切れを起こさず、
また、ＦＲＰのマトリックス樹脂の含浸性が高い。すな
わち、ポリエステル樹脂とビスフェノールＡのエチレン
オキサイド付加物との合量に対して、ポリエステル樹脂
が、２０質量％より少ないと、集束性が低下し、８０質
量％よりも多いとガラス繊維表面の滑性が低くなって、
粘着性が増し、毛羽立ちや糸切れを発生するからであ
る。

【００１７】本発明で使用するポリエステル樹脂は、マ
レイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、無水フタル酸、
イソフタル酸、テレフタル酸、アジピン酸などの二塩基
酸、芳香族酸、脂肪族酸と、プロピレングリコール、エ
チレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレ
ングリコール、ビスフェノールＡやプロピレンオキサイ
ドを付加したグリコール、脂肪族グリコールから得るこ
とができ、イソ系不飽和ポリエステル樹脂、オルソ系不
飽和ポリエステル樹脂、ビス系不飽和ポリエステル樹脂
あるいは飽和ポリエステル樹脂等であると好ましい。

【００１８】また、ビスフェノールＡのエチレンオキサ
イド付加物としては、エチレンオキサイドが５〜４０モ
ル、好ましくは、１０〜２０モル付加したものが好まし
い。

【００１９】本発明のガラス繊維は、サイジング剤が、
固形分表示で、メタクリルシランカップリング剤を０．
１〜１．０質量％、好ましくは０．２〜０．６質量％、
ウレイドシランカップリング剤を０．０５〜０．５質量
％、好ましくは０．１〜０．３質量％含有してなると、
ＦＲＰの機械的強度及び耐熱水性が向上するため好まし
い。すなわち、メタクリルシランカップリング剤が０．
１質量％より少ない、あるいはウレイドシランカップリ
ング剤が０．５質量％より少ないと、ガラス繊維表面と
マトリックス樹脂である不飽和ポリエステル樹脂やビニ
ルエステル樹脂との接着強度を低下させ、ＦＲＰ成型品
の機械的強度及び耐熱水性を向上させる効果に乏しく、
メタクリルシランカップリング剤が１．０質量％よりも
多く、あるいはウレイドシランカップリング剤が０．５
質量％より多くなっても、ＦＲＰ成型品の機械的強度及
び耐熱水性の作用効果がほとんど増大せず、経済的でな
いからである。

【００２０】メタクリルシランカップリング剤として
は、γメタクリロキシプロピルトリメトキシシランが、
ウレイドシランカップリング剤としては、γウレイドプ
ロピルトリエトキシシランが好適である。

【００２１】従って本発明で用いるサイジング剤として
は、ポリエステル樹脂とビスフェノールＡのエチレンオ
キサイド付加物を含み、ポリエステル樹脂とビスフェノ
ールＡのエチレンオキサイド付加物の比率が、質量比で
８：２〜２：８であり、固形分表示で、メタクリルシラ
ンカップリング剤を０．１〜１．０質量％、好ましく
は、０．２〜０．６質量％、ウレイドシランカップリン
グ剤を０．０５〜０．５０質量％、好ましくは、０．１
〜０．３質量％含有するものが適している。

【００２２】また、本発明のガラス繊維は、生産性を考
慮すると、ＤＷＲ（ダイレクトワインディングロービン
グ）の形態とすることが望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明のガラス繊維を実施
例に基づいて詳細に説明する。

【００２４】表１に本発明のガラス繊維（試料Ｎｏ．１
〜５）と比較例のガラス繊維（試料Ｎｏ．６〜８）を示
すものである。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】表１、２のガラス繊維は、次のようにして
作成した。

【００２８】まず、ガラス繊維として、耐アルカリ性ガ
ラス繊維（ＳｉＯ₂ ６１．０質量％、ＺｒＯ₂ １９．
５質量％、Ｌｉ₂Ｏ １．５質量％、Ｎａ₂Ｏ １２．３
質量％、Ｋ₂Ｏ ２．６質量％、ＣａＯ ０．５質量
％、ＴｉＯ₂ ２．６質量％）とＥガラス繊維（ＳｉＯ₂
５５．０質量％、ＣａＯ ２１．５質量％、Ａｌ₂Ｏ ₃
１４．０質量％、Ｂ₂Ｏ₃ ７．５質量％、Ｎａ₂Ｏ
０．３質量％、Ｋ₂Ｏ０．２質量％、ＭｇＯ １．０質
量％、ＴｉＯ₂ ０．５質量％）と、表１及び２に示す
サイジング剤を準備した。

【００２９】尚、ポリエステル樹脂としては、飽和ポリ
エステル樹脂を、ビスフェノールＡのエチレンオキサイ
ド付加物としては、エチレンオキサイドの１５モル付加
物を、エポキシ樹脂としては、フェノールノボラック型
エポキシ樹脂を、メタクリルシランカップリング剤は、
Ａ−１７４（日本ユニカ（株）製）、ウレイドシランカ
ップリング剤は、ＡＹ４３−０３１Ｈ（東レダウシリコ
ーン（株）製）を使用した。

【００３０】次に、耐アルカリ性ガラス繊維の表面に、
Ｎｏ．１〜７のサイジング剤を強熱減量が０．５０質量
％となるように調整して塗布し、またＥガラスの表面
に、Ｎｏ．８のサイジング剤を強熱減量が０．５０質量
％となるように調整して塗布した後、各ガラス繊維を２
０００本集束し、ＤＷＲの形態に巻き取った。これらの
ガラス繊維の直径は２４μｍで、番手が２５００テック
スのＤＷＲを得た。

【００３１】こうして得られたＤＷＲを１３０℃、１０
時間の条件で乾燥し、ＤＷＲの最内外層５００ｇのガラ
ス繊維を除去してから、各ガラス繊維のＦＲＰマトリッ
クス樹脂への含浸時間としごき毛羽の評価を行った。Ｆ
ＲＰマトリックス樹脂への含浸時間は、ガラス繊維にビ
ニルエステル樹脂（デラケーン４１１−３５０：ダウケ
ミカル社製）を塗布し、ガラス繊維が樹脂に完全に含浸
するまでの時間を測定した。しごき毛羽は、バーテンサ
ーを上部に２本、下部に１本設置し、その上下の間隔を
３０ｃｍ、上部２本の間隔を４ｃｍにし、ガラスストラ
ンドを各バーテンサー表面で、３００ｍ／ｍｉｎの速度
で１５００ｍ摺動させ巻き取ったときに発生する毛羽の
量を測定し評価した。

【００３２】また各ガラス繊維と上記ビニルエステル樹
脂を使用し、引抜き成形によりガラス繊維を６５質量％
含む直径５ｍｍのＦＲＰロッドを作製した。このＦＲＰ
ロッドを５５０ｍｍの長さに切断し、その両端を木綿糸
で結ぶことにより、歪が３％となるようにアーチ型に湾
曲させた試料を作成し、この試料を３０℃、２０質量％
のＨ₂ＳＯ₄溶液と６０℃、２０質量％のＮａＯＨ溶液に
浸漬し、その破損状態を調べた。

【００３３】表１に示すように、実施例であるＮｏ．１
〜５の各試料はＦＲＰマトリックス樹脂への含浸時間が
７３秒以下であり、マトリックス樹脂の含浸性に優れ、
しごき毛羽の量が６７ｍｇ以下で、毛羽の発生量が少な
かった。また、これらのガラス繊維を補強材として用い
たＦＲＰロッドはＨ₂ＳＯ₄溶液に１００時間とＮａＯＨ
溶液に２００時間浸漬した後も破損せず、これらのガラ
ス繊維が、耐酸性と耐アルカリ性に優れていることがわ
かる。また、実施例の各ガラス繊維は、ストランドの解
舒性が良く、毛羽立ちや糸切れを起こしたりすることは
ほとんどなかった。

【００３４】それに対し、表２に示すように、比較例の
Ｎｏ．６、７の各ガラス繊維は、樹脂への含浸時間がそ
れぞれ８７３秒、５２７秒と長く、マトリックス樹脂の
含浸性に劣っていた。また、比較例のＮｏ．７のガラス
繊維は、ストランドの解舒性が悪く、毛羽立ちや糸切れ
を起こした。Ｅガラス繊維を使用したＮｏ．８は、含浸
性時間も４８秒と短く、しごき毛羽の量も３２ｍｇと少
なかったが、そのＦＲＰロッドはＨ₂ＳＯ₄に５分間、Ｎ
ａＯＨ溶液に２５時間浸漬させると、完全に破損し、こ
のガラス繊維が耐酸性及び耐アルカリ性に劣っているこ
とがわかる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明のガラス繊維は、優
れた耐アルカリ性また耐酸性を有し、アルカリ成分との
反応性が低く、毛羽の発生や糸切れの発生を抑制でき、
ＦＲＰのマトリックス樹脂の含浸性に優れるため、アル
カリ物質に曝される下水管、浄化槽や鉄筋代替に使用さ
れるＦＲＰの補強材として好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 67/00 Ｃ０８Ｌ 71/02 71/02 Ｄ０６Ｍ 13/513 Ｄ０６Ｍ 13/513 15/53 15/507 101:00 15/53 Ｃ０３Ｃ 25/02 Ｎ // Ｄ０６Ｍ 101:00 Ｄ０６Ｍ 15/507 Ｚ Ｆターム(参考） 4F072 AB09 AC05 AC13 AD38 4G060 BB02 BC01 BD15 CB23 CB26 CB33 4G062 AA05 BB01 DA06 DB01 DB02 DB03 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EA02 EA03 EB04 EC01 EC02 EC03 ED01 ED02 ED03 EE01 EE02 EE03 EF01 EF02 EF03 EG01 EG02 EG03 FA01 FB01 FB02 FB03 FC04 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM15 NN34 4J002 CF03W CF04W CF05W CF09W CF22W CH02X EX036 EX076 FD146 GK02 4L033 AA09 AB01 AC11 BA14 BA96 CA45 CA59

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＺｒＯ₂を１４質量％以上、アルカリ金
   属酸化物を１０質量％以上含有し、その表面がサイジン
   グ剤によって処理されてなるガラス繊維において、サイ
   ジング剤がポリエステル樹脂とビスフェノールＡのエチ
   レンオキサイド付加物を含み、ポリエステル樹脂とビス
   フェノールＡのエチレンオキサイド付加物が、質量比で
   ２：８〜８：２であることを特徴とするガラス繊維。
2. 【請求項２】 サイジング剤が、固形分表示で、メタク
   リルシランカップリング剤を０．１〜１．０質量％、ウ
   レイドシランカップリング剤を０．０５〜０．５０質量
   ％、含有してなることを特徴とする請求項１記載のガラ
   ス繊維。
3. 【請求項３】 ＦＲＰの補強材として用いられることを
   特徴とする請求項１、２記載のガラス繊維。