JP2688434B2 - 強化用繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は繊維強化複合材料、強化用粒子を含むポリオ
レフィン繊維に関する。

背景技術 長い間にわたって、異ったタイプの繊維が無機および
有機の複合材料を強化するために用いられている。現在
迄に広く用いられているタイプの繊維の一例をアスベス
ト繊維である。しかしながらアスベスト繊維の使用はそ
の繊維の健康に対する危険から最近は制限されてきてい
る。又異ったタイプの各種合成樹脂繊維が広く用いられ
ている。特にポリオレフィンから作られた繊維は、それ
らを製造することが容易且つ低価格であり、さらに当面
の複合材料に有利な強化性能を与えるので、有用である
ことが知られている。

ある場合には、ポリオレフィン繊維はマトリックス材
料中に均一に分布させることが困難であり、且つマトリ
ックス材料中での平坦なポリオレフィン材料の固定が満
足されていない。繊維を構成するポリオレフィン素材の
中に複数の微細な粒子を入れることが、多分繊維の表面
に粒子を存在させることから生ずる繊維表面内の複数の
気孔、複数の突起およびその他の不均一性のために、よ
り容易に分布されやすく且つマトリックス材料に非常に
良く接着する繊維が得られることを幾人かの研究者は発
見している。これらの粒子の含有は、エリス（Ellis）
による欧州特許第0026581号明細書および、フイルス（F
irth）による欧州特許第0006318号明細書によって与え
られており、これらにおいては全繊維重量当りの粒子含
有重量％は最大限10％である。

発明の簡単な開示 本発明は粒子の濃度が高く（繊維と粒子の全重量を基
準として計算して10％を越える濃度）、しかし繊維の表
面には実質的に粒子が露出していないポリオレフィン繊
維に関する。それによって繊維に与えられた特種の性質
のために、繊維はマトリックス材料中に容易に分布さ
れ、マトリックス材料中での固定が優れたものになる。
加えて、通常のポリオレフィン繊維で強化されている材
料と比べて、この繊維が存在しているマトリックス材料
に対して、繊維が、強度と可撓性に関する非常に優れた
性質を与える。この事は、繊維自身が従来のポリオレフ
ィン繊維と比べて強度および曲げ性能に対して特別の性
質を示さないにもかかわらず、生ずる。

発明の詳細な開示 より詳しくは、本発明はポリオレフィン又はポリオレ
フィン誘導体から作られた強化用繊維に関し、その繊維
は10〜100μｍの太さ（thickness）を有し、繊維全重量
を基にして計算して少くとも12％の重量％で１〜10μｍ
のサイズの複数の無機粒子を含み、且つ複数の粒子はそ
れら粒子が実質的に繊維表面に露出されずにポリオレフ
ィン又はポリオレフィン誘導体の中に埋没されている。

前記無機粒子が、強化用繊維の全重量に対して少くと
も17重量％のように少くとも15重量％の量で入れられて
一体になっていると好ましい。より好ましくは、全繊維
重量に対して無機粒子が17重量％の量で入れられている
とよい。

前記強化用繊維は下記の複数のステップから成る方法
によって用意されるとよい。

・プラスチック塊の形状をした繊維構成材料を押出して
フィルムを得るステップ、 ・フィルム中のポリオレフィン鎖を実質的に一方向に配
向するためにフィルムを延伸するステップ、 ・ナイフおよび／又はピンローラによって、延伸された
フィルムをフィブリル化するステップ、 ・フィルム中の張力を緩和するために延伸されたフィル
ムを熱処理するステップ、 ・表面を改質するためにフィルムの表面を処理するステ
ップ、 ・複数の繊維を得るために、フィブリル化フィルムを適
切な長さの複数の切片に任意に切断するステップ。

前記方法は、より詳細には下記方法で行われる。

後述される各種繊維成分が、ポリオレフィン又はポリ
オレフィン誘導体、すなわちプラスチック成分中に複数
の粒子の均質な分散を得るように混合される。例えば混
合力および混合時間のような混合特性は用いられる粒子
の種類および量によって左右される。通常は、粒子の量
が多い程、混合時間を長くし、混合力を大きくしなけれ
ばならない。繊維成分の全重量に対する重量％で示す粒
子の量が約20％を越すと、粒子を分散させることが困難
となる。粒子の含有率の高い繊維が望まれるならば、通
常非常に苛酷な混合条件を用いなければならない。

繊維全重量に対して20重量％以下の粒子含有率の繊維
の場合には、繊維成分同志の均一な混合を得るのに通常
問題がないことが観察されている。

160℃以下の温度で通常固体であるプラスチック成
分、すなわちポリオレフィン又はポリオレフィン誘導体
は押出しが実施される前にプラスチック塊を得るために
溶融される。溶融は適当な装置、従来はその後の押出し
に対して用いられる押出機で行われるとよい。通常は、
繊維成分の混合がプラスチック成分の溶融と同時に押出
機内で実施される。粒子の均一な分散はプラスチック成
分全体を溶融するのに必要とされる時間内に得ることが
通常できる。プラスチック成分のタイプおよび量と用い
られる装置によって左右されるが、溶融（および混合）
の時間は10分以内、多くの場合５分以内であればよい。
混合温度は用いられるプラスチック成分の溶融点に左右
される。又粒子はプラスチック成分の溶融中にプラスチ
ック成分に加えられるとよい。

複数の繊維構成物からプラスチック塊が得られた後、
プラスチック塊は、引続いて冷却されるフィルムを得る
のに望ましいフィルム寸法に適した寸法のダイを経て押
出される。

冷却に際して、重合物結晶および結晶パターンは、用
いられる冷却タイプと用いられるポリオレフィン又はポ
リオレフィン誘導体によって左右される。一般的に、結
晶化された材料は非晶質構造と結晶構造を有し、これら
が互いに混合している。結晶域と非晶質域の容積比が従
来結晶度を示す。

押出しはインフレートフィルムを得るようにして行わ
れるとよい。この手順の場合に、プラスチック素材は円
形リングを経て押出され、繊維材料から成る空気が充満
したバッグを作られる。このバッグは２番目のリング、
すなわち冷却リングを通過することによって冷却され、
其の後一対のローラを通り、２層重ねられたフィルムが
形成されることになる。この手順の際に、冷却速度は比
較的遅く、プラスチック成分の結晶を比較的大きい程度
にする。又比較的大きい結晶が形成される。

しかしながら、押出しによって、プラスチック塊がフ
ラットダイを経て押出されるキャストフィルムが形成さ
れてもよく、それによって一層のフィルムが得られる。
このフィルムは水槽の中であるいは一対以上の冷却ロー
ラを通過させるかの何れかによって冷却される。水槽お
よび冷却ローラの温度はそれぞれほゞ環境温度であると
適している。水槽はむしろ厚いフィルムに対する冷却媒
体として特に有用であり、これはこのタイプの冷却はロ
ーラを用いる冷却より、より早く且つ均一である。

延伸されたフィルムはそれから延伸を受ける。これ
は、繊維の方向で高引張強度と増大した引張弾性率を得
るように、ポリオレフィンあるいはポリオレフィン誘導
体のポリオレフィン鎖を配向するために行われる。又延
伸の後に行うフィブリル化は延伸することによって容易
になる。

フィルムを延伸するために用いられる方法は、決定的
なものではなく、どのような方法および装置を用いるこ
とができる。従来は、フィルムは空気加熱の炉あるいは
水あるいはオイルのような液体媒体内で延伸される。炉
の温度は延伸されることになるフィルムのタイプに左右
されるが、多くの場合、約165℃のように約130〜200℃
である。フィルムはそれぞれ炉又は液体媒体の前（第１
ローラ対）、後（第２ローラ対）に配置された２対のロ
ーラ対を用いて炉又は液体媒体の中を通されるとよい。
第２ローラ対の速度は第１ローラ対の速度より高く、２
対のローラ対の間のフィルムに延伸を生ずることにな
る。

延伸の最初の部分がフィルムのネッキングを生じ、そ
の結果マイクロフィブリルがフィルム中に形成される。
マイクロフィブリルは、非晶質領域によって囲まれてい
る、フィルムの長手方向内の結晶ブロックによって構成
されていると定義される。すなわちマイクロフィブリル
はフィブリルと名付けられるバンドル中に集められる。
マイクロフィブリルおよびフィブリルは延伸方向で互い
に平行に配向される。最初のネッキングの次に、マイク
ロフィブリルが移動されて互いにさらに離れるよう動さ
れるように、フィルムは延伸によってさらに変形する。

２対のローラ対の速度間の関係が延伸比、すなわち延
伸の範囲を決める。好ましくはフィルムは少くとも1:10
のように、少くとも1:6の比で延伸され、特に少くとも
1:15の比で延伸されると好ましい。1:17の比でフィルム
が延伸されると特に好ましい。この後者の延伸比は、例
えば5m/minの速度の第１ローラ対と85m/minの速度の第
２ローラ対にフィルムを通過させることによって得られ
るだろう。

延伸はフィルム内の張力を発展させる。これら張力は
延伸フィルムを加熱することによって弛緩される。通常
この事は、フィルムが縮みことが許されるような炉内に
フィルムを通過させることによって行われる。この熱セ
ット又は緩和が延伸の温度より低い温度で行われること
が重要である。本発明の繊維の好ましいポリオレフィン
成分の１つであるポリプロピレンに関して、このヒート
セットは約130℃で行われる。この処理の後で残存収縮
は130℃以下の温度で非常に小さい（３〜５％）。

定義されているように、延伸フィルムの長手方向での
フィブリル化すなわち分割はナイフ及び／又はフィルム
が走行する速度よりも早い周速を有するピンローラで実
施される。ピンローラはフィルムの移動の方向で複数の
ステッキが装備されているシリンダであり、前記ステッ
キには狭い間隔で配置された複数のピンが設けられてい
る。フィブリル化は小さい複数のフィブリルを有するフ
ィルムのネット状構造を生ずる。

ポリオレフィンあるいはポリオレフィン誘導体は大抵
の薬品に対して抵抗があり不活性であるので、繊維と強
化されることになるマトリックス材料間の満足な相互作
用を得るために、フィブリル化されたフィルムの表面を
改質することが必要となるだろう。フィブリル化された
フィルムの表面は、熱処理および／又は化学的改質およ
び／又は電気的改質および／又は機械的改質によって改
質される。

非常に効果的であることが発見されている熱処理の１
つのタイプはガス火炎を通すことである。これは幾つか
の分子結合を切り、表面上に極性基を作る可能性を与え
る。

化学的処理は例えば共重合、粉末の配合、あるいは表
面に液体を与える等の各種の方法で行えばよい。用いら
れる化学物質は繊維のセメントへの良好な固定を与える
等表面上に望まれる性質によって選択される。特に、ポ
リオレフィン成分にOH基、COOH基および／又は無水基を
導入することから成る化学的処理は有益であることが見
出されている。前述の基の導入に適切である化学物質の
例はビニールアルコール、アクリル酸および無水マレイ
ン酸である。

フィルムに非常に望ましい性質を与えることが発見さ
れて、且つ世界中で合成繊維製造に広く用いられている
電気的処理の例はコロナ処理である。この処理は特別の
電極からフィルムの表面に向けて強い電気放電を行うこ
とである。表面に浸入するのに充分なエネルギを電子に
与えるために、特に高電圧（約25KVと20KHZ）が必要と
される。複数の電子が高速度でポリマー鎖に当ると、こ
れら鎖の多くが切れ、空気中のオゾン（O₃）によってカ
ルボニル基を形成す可能性を与える。カルボニル基の形
成はフィルムの表面を有極性にし、他の化学的物質との
反応に対してより適するようにする。

機械的処理はサンドブラスチングを含み、例えば後述
の実施例１で説明するように、サンドブラスチングチャ
ンバで実施すればよい。しかしながら多くの他の有用な
機械的処理があり、これらの処理の基本的な特徴は長手
方向でフィルムの表面にさらに割目を設けることであ
る。さらに例えば実施例１の後端で説明するようにフィ
ルムの表面に波形をつくるテクスチャード加工は表面を
改質する非常に効果的な手段である。

ある場合において、特定の用途に適した繊維および／
又はフィブリル化されたフィルムを作るために、これら
繊維および／又はフィルムの表面性質を変えるすなわち
変性することが有益である。この繊維および／又はフィ
ブリル化されたフィルムは親水性、疎水性あるいは帯電
防止性に作られるだろうし、又該当するマトリックス材
料内により容易に分散できるようにするだろう。表面改
質は、例えばいわゆる「親水性アビイベエージ（avivag
e）」（これらは又「親水性再湿潤剤」あるいは「親水
性潤滑剤」といわれる）のような湿潤剤の如き界面活性
剤で繊維および／又はフィブリル化されたフィルムを処
理することを含む。用いられる界面活性剤は街頭する繊
維表面の品質的要求を満足するタイプのものである。例
えば繊維表面が親水性であるべき時には、英国のLeices
tershire,HinchleyのAmoa Chemicals社供給のAMOA P23
1、英国のNorth Humberside,CrodaのCowich Hall社供給
のCithrol Aあるいは日本のNissin Kagaku研究所供給の
SW−Ｔのような界面活性剤を使用できる。界面活性剤は
繊維準備工程の最終段階、すなわち切断前に通常用いら
れる。フィブリル化されたフィルム材料の重量に対する
界面活性剤の代表的な量は約0.15〜３重量％であり、よ
り代表的な量は約0.4〜1.6重量％である。繊維表面の処
理の特定の例は後述の実施例中で与えられる。

前述の改質すなわち表面処理の１種類以上を受けたフ
ィブリル化されたフィルム材料は適切な長さの繊維を得
るために切断の対象となる。繊維の長さは、好ましくは
最大限15mm、より好ましくは最大限12mm、特に好ましく
は最大限6mmである。前述の最大長は混合された状態に
おける実質的に全ての繊維に対する最大実長さとして解
釈されるべきである。しかしながら、少量の繊維が前記
最大長さを越える長さであってもよく、これらも本発明
の範囲内であると考えられるべきである。

前述の処理から生じた繊維の幅は好ましくは20〜700
μｍ、より好ましくは60〜300μｍ、特に好ましくは約2
50μｍである。個々の繊維の長さが複数の繊維間のスリ
ットの長さより短くてネットワークを形成する繊維は特
に有用であることが見出されている。これは例えばフィ
ルムがチョップトファイバーに切断されることになる時
に、個々の繊維間の相互連結を避けるために、スリット
長が繊維長より大きいと有利である場合である。

複合材料中に粒子を含有する繊維を用いることの有益
な効果は、マトリックス材料と繊維間に毛管作用を確立
することによって得られることが信じられる。顕微鏡に
よる研究により、フィルムが延伸を受けた時に、細かい
細孔がフィルム中に存在することが観察される。これら
細孔が繊維中の粒子と、繊維が埋没されているマトリッ
クス材料間の連結を構成することが信じられている。複
数の粒子が都合良く親水性タイプであると、粒子はマト
リックス材料から通常湿気の形態で水を吸収することに
なり、それによってある種の接合および／又は有益な固
定が確立される。

実質的に全ての粒子がポリオレフィン又はポリオレフ
ィン誘導体中に全体として埋没され、その結果、粒子の
存在により生ずるふくらみあるいはその他の不規則性が
存在しない平滑性が繊維の表面にあらわれる。この事か
ら、複数の粒子の最大寸法、圧縮して形成された複数の
粒子の場合の直径が繊維の最終直径より小さいように、
複数の粒子の大きさを繊維の最大太さに関連させなけれ
ばならないことが生ずる。本発明の範囲を限定すること
無しに、大ざっぱな表現で云えば複数の粒子の最大寸
法、すなわちサイズは最終繊維太さのせいぜい約1/3で
ある。

前述のように、繊維の太さは10〜100μｍの範囲であ
り、好ましくは20〜80μｍの範囲であり、特に好しく35
μｍの太さである。無機粒子のサイズは１〜10μｍの範
囲である。１μｍより小さい粒子はポリオレフィン又は
ポリオレフィン誘導体繊維成分の中に均一に分散するこ
とが困難であるので粒子のサイズの下限は制限される。
上限は実際上の条件と、繊維太さと粒子サイズ間の前述
の関係に基づく。無機粒子のサイズは好ましくは２〜７
μｍの範囲であり、特に好ましくは３〜５μｍの範囲で
ある。

無機粒子が繊維を用意するために用いられる装置を損
傷しないタイプであると好都合である。通常、用いられ
る押出機のダイは、ダイに通される金属およびその他の
対応する硬い材料のような硬質材料に過敏である。かく
して複数の無機粒子が、前述の望ましい諸性質、すなわ
ち親水性および粒子サイズを満たす柔かい材料（すなわ
ち、他の表現で云えば、押出機のダイを実質的に僅かで
も損傷しない材料）から選ばれると好都合である。適切
な無機材料の例はチョーク、タルク、シリカ、マイカ、
セメント、硫酸バリウム、ガラスおよびTiO₂である。特
にチョークおよび硫酸バリウムはそれらの独特の親水性
によって多分有用であると思われる。又、前述の他の有
用なタイプの粒子と比べて硫酸バリウムが相当に高い密
度（約2.2〜3.0g/cm³に対して4.5g/cm³）を有すること
が下記に説明するポリオレフィン又はポリオレフィン誘
導体の中に複数の粒子を容易且つより効率的に混合させ
ると信じられる。ある場合には、粒子を含む繊維が染色
されていると望ましい。前述のように規定された粒子性
質を有する例えばTiO₂のような多くの無機粒子がこの目
的のために好都合に用いられる。

無機粒子とは別に、繊維は炭素と水素によって構成さ
れているポリオレフィン又はポリオレフィン誘導体のよ
うなプラスチック重合体材料から構成されている。

前記ポリオレフィンがポリプロピレンおよびポリエチ
レンから選ばれると好ましい。ポリプロピレンはプラス
チック繊維の公知の成分であり、酸や塩基に対する抵抗
性、有益な強度的性質、低密度および低価格のために長
い年月の間用いられている。通常KRENIT として知られ
る代表的なポリプロピレン繊維の性質が下記の実施例中
で説明される。

下記実施例１の表２から明らかなように、ポリプロピ
レン繊維成分に無機粒子に加えると、強度や弾性率に関
する性質が無機粒子を加えてないポリプロピレン繊維よ
りも不利になる繊維を生ずる。しかしながら繊維が無機
バインダを含んで成る複合材料中の成分である時には、
反対の効果を観察することができる。下記の実施例２の
表３および表４から明らかなように、複合材料中に粒子
含有繊維を用いることは、ポリプロピレンだけの繊維が
用いられている材料に比べてこれら複合材料を驚く程強
く且つ可撓性にする。

又多様なポリプロピレン誘導体は粒子含有繊維成分と
して有用であることが確められている。これらの例は炭
素、水素および酸素から成るポリビニルアルコールのよ
うなビニルポリマー、アクリル酸および無水マレイン酸
のような無水有機酸である。

特に有益な繊維成分は重量比率でポリプロピレン83重
量％とチオーク17重量％から成る。

他の有益な繊維成分は重量比率でポリプロピレン86％
と硫酸バリウム14％から成る。

その中で複数の繊維が用いられることになる材料の種
類および得られた材料の用途に応じて、該当する用途に
適した諸性質を得るために、繊維がさらに他の添加物を
含んでいてもよい。これらの添加物は繊維のプラスチッ
ク材料の分解を避ける酸化防止剤、および紫外線安定剤
から成るとよい。代表的には、酸化防止剤および紫外線
安定剤は全繊維成分の重量に対して0.5〜５重量％が加
えられる。適切な酸化防止剤の例は、Irganoxであり、
紫外線安定剤の例はChimnasorbである。又難燃剤が用い
られてもよい。これらは芳香族ブロモを含有する配合物
および三酸化アンチモン（Sb₂O₃）の組合せ物であり、
例えばスイスのSandoz社より供給のSandoflam 5071であ
る。

本発明の粒子含有繊維は、代表的には建築材料のよう
な無機マトリックスベースの材料あるいは複合材料の物
理的性質を改良するために、これら材料における成分と
して用いられると好ましい。これら繊維がアスベスト繊
維用の代替品として用いられると好都合である。代表的
には、複合材料が例えばPortlandであるセメント、石
膏、フライアッシュのようなパアゾレン（Puzzolan
e）、シリカ、ウオラストナイトおよび／又はベントナ
イトであるとよい無機バインダを含むとよい。加えて、
複合材料が例えばスルホン化ナフタリン化合物のような
超可塑剤を含むとよい。本発明の繊維が用いられるとよ
い複合材料の例はコンクリートやモルタルのようなセメ
ントベースのマトリックス材料である。繊維は、代表的
には全複合材料の重量に対して約５重量％のように全複
合材料の重量に対して0.1〜10重量％で供給されるとよ
く、且つ全複合材料の重量に対して約３重量％の繊維含
有率が特に有用であることが見出されている。用いられ
る繊維の量は勿論製造される複合材料のタイプに左右さ
れる。又複合材料の製造方法は製造される複合材料の種
類によって変る。本発明の粒子含有繊維が用いられると
よい複合材料は例えばGregersenによる米国特許4,626,3
45に開示されているような材料である。

繊維強化セメント材料に関して、複合材料の全重量に
対して約1.5〜３重量％のポリプロピレン繊維の量が有
益であることが見出されている。モルタル材料におい
て、プラスチック繊維がモルタル材料に加えられている
とクラックの生長が減少されることが発見されている。
又プラスチック繊維の使用はコンクリートに高い引張強
力と可撓性をもたらす 図面の簡単な説明 第１図は繊維強化複合材料の４点荷重試験の原理を示
す。プレート１が手頃なタイプの試験器の上に置かれ、
図示したように荷重が加えられる。Ｐはプレートに加え
られた全荷重の大きさである。

第２図は第１図に示した４点荷重試験から得られた実
施例２のプレートの応力（σ）対歪（ε）の性質を示す
グラフであり、このグラフから、グラフの最初の直線部
分の傾斜である弾性率と、グラフの下方区域である破断
エネルギが決定される。

発明を実施するための最良の形態 本発明は下記の実施例においてさらに説明される。

〈実施例１〉 フィルムをフィブリル化した繊維の製造 繊維の製造は下記のステップ（工程）をできるだけ含
んで成る。

・ポリオレフィンフィルムを押出しによって製造する工
程 ・得られたポリオレフィンフィルムを延伸する工程 ・延伸されたフィルムをフィブリル化する工程 ・延伸されて、フィブリル化されたフィルムをヒートセ
ットする工程 ・フィルムの表面を処理する工程 ・フィルムを切断する工程 得られた各種の繊維変形例のそれぞれの組成および製
造条件が表１に示され、その表に示す各工程については
後述される。

押出しによるポリオレフィンフィルムの製造 任意に添加物が添加されているポリオレフィンフィル
ムのポリオレフィンと粒子は、Banderaタイプの押出機
（60mφ、L/D＝24）で210℃、５分間混合され、直径300
mmの円形ダイを用いてインフレートフィルムの形状で押
出される。このようにして、空気が充満したバッグ形状
のフィルムが形成される。この場合のインフレート比
率、すなわちバッグの直径の円形ダイ直径に対する比率
は1.02である。押出されたフィルムはダイの上方に置か
れている冷却リングを通過させることによって冷却され
る。冷却後空気が充満されたフィルムは5.5mm/minの速
度で一対のニップローラを通され、空気が追出されて、
二層フィルムが作られる。

ポリオレフィンフィルムの延伸 ニップローラから、フィルムはニップローラの下方に
配置された２番目のローラ対に通される。それからフィ
ルムは165℃の温度の炉と炉の下流に配置された３番目
のローラ対に通される。インフレートフィルムは、３番
目のローラ対の速度が２番目のローラ対の速度より早い
ことによって炉中で延伸される。実際の延伸比、すなわ
ち２対のローラ間の速度は、それぞれのフィルム変形例
について表１で示される。

延伸されたフィルムのフィブリル化加工 延伸されたフィルムは1cm当り26本のピンを有するピ
ンローラを越えて通される。ローラ表面の1cm当りのピ
ン列の数は0.55である。フィブリル化されることになる
フィルムは230m/minの速度でピンローラを越えて通され
る。

延伸されてフィブリル化されたフィルムのヒートセット フィルムのヒートセットは温度130℃の空気で加熱さ
れた炉中をフィルムを通すことによって行われる。フィ
ルムは92m/minの速度で移動する。

下記に記載の処理（表面処理および切断）中では、ヒ
ートセット中のフィルムの速度の約95％に相当する約8
7.0m/minの速度でフィルムは移動する。

フィルムの表面の処理 〈機械的処理〉 ・サンドブラッシング フィルムは出願人によって作られたサンドブラスチン
グチャンネルに通される。このチャンネル内で直径45μ
ｍの細いガラス球体で衝撃が与えられる。この処理はフ
ィルムの表面をよりラフにし、さらにフィルムの移動の
方向でフィルムに割目を生ずる。

・フィルム表面の型付け フィルムの表面には、（10cm当り100個の波形を有す
る）波付き表面を有する加熱ケーブルをフィルムに押付
けることによって長手方向に波構造が型付けされる。フ
ィルム上に複数のローラによって与えられる圧力は徐々
に増加され、その後圧力が解放され且つケーブルが外さ
れる。この処理手順はスタッファボックス技術として知
られている。

〈化学的処理〉 ・界面活性剤での処理 フィルムが潤滑剤付与ローラ（キスローラ）対に通さ
れる時に界面活性剤がフィルムに加えられる。フィルム
上に置かれる界面活性剤の量はローラの回転速度によっ
て調節される。下記の表１中に界面活性剤の使用量と組
成が各種繊維変形例に対して示される。

〈電気的処理〉 Vetaphone T 1200型の電極の下を通すことによって強
い電気放電にフィルムが曝らされる。電極の電圧は約25
KVおよび30KHZ（12KW）である。この電気的処理は又コ
ロナ処理として知られている。

フィルムの切断 フィルムの切断は、その上に複数のナイフが半径方向
に配置された直径468mmのホイールに対して接線方向に
フィルムを通すことによって行われる。フィルムはロー
ラから発生する圧力によって複数のナイフに対して押付
けられる。得られた繊維の長さは、半径方向に置かれた
複数のナイフ間の距離に等しい。

異ったタイプの複数の繊維が前述の方法にしたがって
製造される。繊維のそれぞれのタイプはその組成および
その製造条件がその特定の略式表示から明らかになるよ
うに表示される。ポリプロピレン用の略字としてはPPが
用いられる。繊維の変形例のそれぞれの特性が下記に示
される。

◎ PP/チョークから成り、1:12の延伸比の繊維（変形
例B12） 組成 Plastigranより供給されたマスターバッチチョー
クFulline PMB−F/301（その組成はチョーク70％とポリ
プロピレン30％）の25％ ポリプロピレン（Propathene GWE23）の74.74％ PP繊維に対して説明した紫外線安定剤と酸化防止剤 延伸比 1:12 繊維長 6mm 表面処理 PP繊維の場合と同じ 下記に示すように前述の特性が異る他の繊維変形例が
製造される。

◎ PP/チョークから成り、1:17の延伸比の繊維（変形
例B17） ◎ PP/チョークから成り、1.17の延伸比、さらにサン
ドブラスチングされている繊維（変形例B17S） ◎ PP/チョークから成り、1:17の延伸比、さらにサン
ドブラスチングと型付けが行われている繊維（変形例B1
7SP） ◎ PP/チョークから成り、1.20の延伸比の繊維（変形
例B20） ◎ PP/硫酸バリウムから成る繊維（変形例Ｃ） 組成 Plastigranより供給されたマスターバッチ硫酸バ
リウムFulline PMB−F/401/BF（その組成は硫酸バリウ
ム70％とポリプロピレン30％）の20％ ポリプロピレン（Propathene GWE23）の79.74％ PP繊維に対して説明した紫外線安定剤と酸化防止剤 延伸比 1:17 繊維長 6mm 表面処理 PP繊維の場合と同じ ◎ PP/チョークから成る特種繊維（変形例Ｄ） 組成 マスターバッチチョークFulline PMB−F/301（そ
の組成はチョーク70％とポリプロピレン30％） ポリプロピレン（Propathene GWE23）の74.74％ PP繊維に対して説明した紫外線安定剤と酸化防止剤 延伸比 1:17 繊維長 6mm 表面処理 機械 前述のサンドブラスチング 化学 フィルムが、水で稀釈されたNissin Kagaku研究所か
ら供給されてSW−Ｔから成る界面活性剤で処理される。
界面活性剤と水との容積比は1:3.8 電気 前述通り （切断される前の段階における）それぞれのフィルム
変形例に対してZwick試験機を用いる引張試験が行われ
る。この試験はフィルムの固定長が約200mm、変形速度
が2m/minで行われる。弾性率は0.2,0.5および1.0％伸長
時の割線モジュラスとしてそれぞれ計算される。極限応
力はフィルムの断面積で割られた最大力として計算され
る。極限伸度は最大力時の伸度である。５回の試験から
得られた平均値が標準偏差と変動係数と共に表２に示さ
れる。それぞれのフィルム変形例の密度も示される。

フィルム変形例に対して得られた諸結果は、フィルム
と繊維は同じ組成の異った形態であるという事実によっ
て繊維変形例にあてはまる。したがって下表においては
用語繊維が用いられている。

前述の説明により、（PP繊維を除く全てのタイプの）
粒子を含む繊維は粒子を含まぬ繊維（PP繊維）より望ま
しい性質が低いことが明らかである。かくしてPP繊維の
弾性率および強度の値は粒子を含む繊維の対応する性質
および破断前の歪への抵抗として規定されるとよい極限
伸びの値より明らかに高い。

〈実施例２〉 繊維強化プレート 濾過による繊維強化プレートの製造 Cellulose stora 61 SR° 50 ４％ Elkem silica 98％ 10％ ポリオレフィン繊維 ３％ セメント（低アルカリ、防硫酸塩剤） 83％ から成る乾燥物での109gと水163gの懸濁液が濾過装置
（John Mansville filtratim apparatus）に入れられ
る。前述の％は乾燥物の全重量を基にした重量％であ
る。ポリオレフィン繊維は実施例１の繊維である。懸濁
液の水は0.27barの低圧で吸引されて除かれる。その後
フィルタケークは、約10MPaの圧力が短い時間加えられ
るプレス内に置かれる。固められていない形状での材料
の透過性が濾過の時間を用いて決定される。濾過時間、
すなわちそれぞれのプレート試料の低圧処理の時間が記
録される。

形成後、プレートは湿潤ボックス内で24時間の間固め
られ、その後大気温度で６日間の間水存在下で固められ
る。前述の工程によって製造されたプレートは、長さが
約203mm、幅が約76.5mm、厚さが約5mmである。

繊維強化プレートの機械的性質 繊維強化プレートの機械的性質は、第１図にその原理
が示されている４点荷重試験機にプレートを配置するこ
とによって調べられる。それぞれの変形例に対して10枚
のプレートが試験され、その内５枚のプレートが湿潤状
態で試験され、残りの５枚が、110℃の温度の炉中で２
日間プレートを乾燥させることによって得られた乾燥状
態で試験される。４点荷重試験で得られたプレートの応
力（σ）／歪（ε）性能は第２図に略示するグラフにプ
ロットされる。応力と歪間の比例関係が変化する点の応
力／歪の値（σ_ｋ，ε_ｋ）と最大荷重の点の応力（歪の
値（σ_ｍ，ε_ｍ）が読まれる。これらの値から弾性率お
よび破壊エネルギが計算される。弾性率はグラフの最初
の直線部分の傾斜として定義され、破壊エネルギは最大
荷重迄のグラフの下方域として定義され、下記式によっ
て計算される。

通常グラフの上方部分は僅かに湾曲するので、前記式
が近似値であることが強調されなければならない。しか
しながら湾曲したグラフについての面積と直線のグラフ
についての面積との差が全面積に対して非常に小さいの
で、眞の値からの偏差は重要ではない。

繊維強化プレートの機械的性質が、平均値（Ｍ）と標
準偏差（Dev）として下表に示される。

押出による繊維強化プレートの製造 下記に記載の成分から成るスラリーを押出すことによ
って繊維強化プレートが製造される セメント（低アルカリ、防硫酸塩剤） 43.5％ フライアッシュ 20％ シリカ 75％ 20％ ウオラストナイト Nyad C 14％ Mighty 超可塑剤 1.0％ ポリオレフィン繊維 1.5％ 前記成分に水が加えられ、水に対する固型分の重量換
算比率が約0.09になるようにする。

前記パーセンテージはスラリーの固型分の重量によっ
て計算された重量％で表される。ポリオレフィン繊維は
実施例１の繊維であり、プレートの試料に用いられる繊
維のタイプはプレートの性質の説明に関連して示す。

プレートは下記のように製造される。

フライアッシュ、シリカ、ポリオレフィン繊維、Migh
ty 超可塑剤および水がベーキング産業で従来から用い
られているミキサ内で完全に混合される。セメントとウ
オラストナイトが得られた均一なマスの中に加えられ、
これら成分がマス中で全面的に分散される迄混合が継続
される。得られたプラスチックのマスが押出機（Linde
n）に移され、厚さ4.5mmのプレートが得られるようにフ
ラットダイを経て直接ローリングミルに押出される。プ
レートは約300mm×約600mmの寸法のプレートに切断さ
れ、80℃の温度の固化チャンバ内で16時間かけて固化さ
れる。実験室試験のために、202×600mmの寸法を有する
テストピースが切出され、これらテストピースが大気温
度で貯蔵された湿度状態で試験される。テストピースは
４点荷重試験を受ける。テストピースは生産の方向に沿
って破壊が生ずるように、又生産の方向を横切る方向で
破壊が生ずるように切出される。前の説明で規定された
応力・歪性質、すなわちσ_ｋ・ε_ｋおよびσ_ｍ・ε_ｍが
決定される。又弾性率、破壊エネルギおよびプレートの
密度が前述のように決定される。得られた結果、すなわ
ち平均値および標準偏差が下記の表IVに示される。試験
の結果において、破壊が生産の方向で生ずる場合には、
A1で示し、生産の方向を横切る方向で生ずる場合にはＴ
で示す。

得られた結果は、本発明の粒子含有繊維を含む各種プ
レートが従来のポリプロピレン繊維で作られたプレート
と比較して弾性、強度および伸度に関して優れた性能を
有することを示す。

〈実施例３〉 押出されて未延伸のポリオレフィンフィルムのセメント
への固定 繊維の機械的性質を利用することを可能にするために
はあらかじめ良好な固定が必要であるので繊維とマトリ
ックス間の固定はプラスチック繊維の発展において重要
なパラメータである。しかし同時にこのパラメータの測
定は非常に難しい。

プラスチックとセメント間の固定の測定が、それから
実施例１の各種繊維変形例がそれぞれ得られる押出され
て未延伸のフィルムに対して行われる。純セメントペー
スト（急速セメント、水／セメント比＝0.5）がプラス
チックフィルムと、内径44mmと70mmの２本の円形スチー
ル試料の表面にそれぞれ付与される。２つの試料はプラ
スチックフィルムの両側に同心状に配置され、その結果
プラスチックフィルムの両側上のセメントとそれぞれの
スチール試料セメントが互いに接着する。このような10
枚の試料が作られ、セメントが湿潤ボックス内で室温下
で固化される。７日後に、５枚の試料が取出され、実験
室（湿度50％、温度21℃）内に自由状態で置かれ（乾燥
による固化）、残りの５枚は湿潤ボックス（湿度95〜10
0％、温度21℃）内に残される（湿潤による固化）。

さらに７日間放置された後、それぞれのポリオレフィ
ンフィルムの固定性能が試験される。２本の同心に配置
された円形スチール試料が互いにモーメントトルクによ
って捩られ、得られたトーションモーメントが読まれ
る。

得られた最大剪断応力は下記式で表される。

ここでM_vはトルクであり、W_vはトルク反作用である。
W_vは下記式から計算される。

ここでａは小径の方のスチール試料の内側半径（＝44
/2mm）であり、ｂは大径の方のスチール試料の内側半径
（＝70/2mm）である。

それから繊維変形例から製造される押出されて未延伸
のフィルムの試験結果が下記の表Ｖに示される。

粒子を含有するフィルムに対する値が、粒子を有しな
いフィルムに対するよりも体系的によいという結果が見
られる。さらに乾燥で固化されたテスト試料についての
値は湿潤で固化されたテスト試料の値より、より良好で
ある。このことはPP繊維（粒子を含有してない）で観察
された結果とは反対である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−132029（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−79239（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−8790（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−2687（ＪＰ，Ｂ２) 欧州特許公開公報6318（ＥＰ，Ａ１)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機セメント−ベース材料を含んでなる複
   合材料の強化のための強化用繊維であって、該強化用繊
   維がポリオレフィン又はポリオレフィン誘導体から造ら
   れたフイルムのフィブリル化によって造られており、該
   フイルムは少なくとも1:10の割合で延伸されており、該
   繊維は10〜100μｍの太さを有し、そして１〜10μｍの
   サイズで、繊維全重量で計算して12〜20重量％の量の複
   数の無機粒子を含有し、該無機粒子のサイズは該繊維の
   太さのせいぜい1/3であり、そして該無機粒子がチョー
   ク、タルク、シリカ、マイカ、セメント、硫酸バリウ
   ム、ガラス、TiO₂から選択され、更に該無機粒子がポリ
   オレフィン又はポリオレフィン誘導体の中に埋没し、繊
   維表面に露出する粒子が実質的に無い、前記強化用繊
   維。
2. 【請求項２】無機粒子が全材料の重量で計算して少なく
   とも15重量％、好ましくは少なくとも17重量％を構成す
   る請求の範囲第１項記載の強化用繊維。
3. 【請求項３】無機粒子のサイズが３〜５μｍである、請
   求の範囲第１項又は第２項に記載の強化用繊維。
4. 【請求項４】ポリオレフィンがポリプロピレンおよびポ
   リエチレンから選択され、ポリオレフィン誘導体がアル
   コール、アクリル酸、あるいはポリオレフィンの有機酸
   無水物誘導体である、請求の範囲第１項から第３項迄の
   何れか１項に記載の強化用繊維。
5. 【請求項５】繊維が、重量で計算して83％のポリプロピ
   レンと17％のチョークから成るか、あるいは86％のポリ
   プロピレンと14％の硫酸バリウムから成る、請求の範囲
   第１項から第４項迄の何れか１項に記載の強化用繊維。
6. 【請求項６】複数の繊維の太さが最大値100μｍ、好ま
   しくは20〜80μｍ、より好ましくは35μｍである請求の
   範囲第１項から第５項迄の何れか１項に記載の強化用繊
   維。
7. 【請求項７】複数の繊維の幅が20〜700μｍ、好ましく
   は60〜300μｍ、最も好ましくは約250μｍである請求の
   範囲第１項から第６項迄の何れか１項に記載の強化用繊
   維。
8. 【請求項８】フィブリル化されたフイルムの形態にあ
   り、個々のフィブリルがネットワークを形成し、個々の
   フィブリルの長さが複数のフィブリル間のスリットの長
   さより短い請求の範囲第１項から第７項迄の何れか１項
   に記載の強化用繊維。
9. 【請求項９】複数のフィブリルの実質的に全てのフィブ
   リルの長さが最大値15mm、好ましくは最大値12mmであ
   り、より好ましくは最大値6mmである請求の範囲第１項
   から第８項迄の何れか１項に記載の強化用繊維。
10. 【請求項１０】繊維表面が界面活性剤を含んで成る請求
    の範囲第１項から第９項迄の何れか１項に記載の強化用
    繊維。
11. 【請求項１１】少なくとも１対15の延伸比を用いて製造
    されたものである、請求の範囲第１項から第10項迄の何
    れか１項に記載の強化用繊維。
12. 【請求項１２】無機セメント−ベースバインダおよび請
    求の範囲第１項から第11項迄の何れか１項に記載の強化
    用繊維を含んで成る繊維強化複合材料。