JP2787368B2 - 網状成形体強化無機質成形体の製造方法 - Google Patents

網状成形体強化無機質成形体の製造方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、土木建築分野で用いられる繊維強化無機質
成形体の製造方法に関し、さらに詳しくは、所望の形状
に変形させた網状成形体を、変形を保持したまま含む網
状成形体強化無機質成形体の製造方法に関する。
(従来の技術および発明が解決しようとする課題) 従来、繊維強化無機質板について種々の提案がされて
おり、補強材としての短繊維をランダムに配向した繊維
強化無機質板、及び連続繊維を一方向または二方向に配
向して積層した繊維強化無機質板が知られている(鹿島
建設技術研究所年報第29号,第81〜88頁,及び第30号,
第57〜68頁:特開昭59−138647号公報)。
短繊維を用いた補強方法では、繊維がランダムに分散
しているため強化効率が悪い。一方、連続繊維による補
強方法では、繊維を秩序立てて配向させれば補強効率を
良好にすることができる。その1つの改良形態として、
繊維を網状体となし、熱硬化性樹脂で固定して一種の成
形体(網状成形体)とした後、水硬性無機質材料(以
下、セメントと呼ぶ)をマトリックスとして用いて一体
化した板状物が提案されている(特開昭57−212047号公
報)。さらに、網状体の交点拘束力を強化して破壊時の
靭性を高めるために、からみ織物を樹脂で固定した網状
成形体を用いる方法もすでに広く提案されてきている
(特願平1−60738号および特願平1−60739号)。
しかしながら、補強効率を良好にした上記の板状物に
おける網状成形体では、固化した樹脂により強固に平板
形状が維持されているため、平板以外の形状、例えば円
柱状、角柱状等の形状のセメントを補強しようとする場
合には、曲げることは容易ではなく、また無理に曲げて
も破損したり、弾性回復力で元の形状に戻ろうとする力
が強く、非常に扱いにくい。
そこで、上記の網状成形体を用いるときに、容易に変
形して曲げ加工し易くするために、樹脂を流動性が残る
Bステージのプリプレグの状態で止めて、これをセメン
トに埋め込む方法が考えられる。しかし、この方法は次
の点で現場での使用が困難である。すなわち、プリプレ
グをセメント中で硬化させるのは難しいので常温硬化型
のものを使用する必要があり、このようなプリプレグは
保存がきかないこと;プリプレグは耐薬品性が低いので
セメント等のアルカリに侵されて劣化し、補強材として
の役割を果たさなくなること;柔らかいプリプレグでは
セメントに埋め込む際に補助の支持具が必要となり、作
業が煩雑になること等である。
そこで本発明は網状成形体の利点を生かしつつ、所望
の形状の網状成形体強化無機質成形体を容易に製造でき
る方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明の方法は、網状繊維構造体が樹脂で固定されて
なる網状成形体を強化材として含有し、硬化性無機質材
料をマトリックスとする網状成形体強化無機質成形体の
製造方法であって、 網状繊維構造体を硬化性樹脂で含有し、硬化させ、 得られた網状成形体を、該硬化性樹脂の軟化点以上に
加熱して変形させ、 変形を保持したまま、硬化性樹脂の軟化点より下の温
度に冷却して該硬化性樹脂を固化させ、 次いで、 これを硬化性無機質材料中に置き、該硬化性無機質材
料を硬化させる ことを特徴とする。
本発明の方法について順次述べる。
まず、網状繊維構造体を硬化性樹脂で含浸し、該硬化
性樹脂を硬化させる。網状繊維構造体の繊維の種類は、
炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチール繊維、
高強力ビニロン繊維等が使用できる。また、繊維の網状
形態は、織物、編み物、不織布等、または目の空いたメ
ッシュ状のものが使用でき、単に長繊維を直交させ、交
点を樹脂接着させた単純なものから絡み織物まで、種々
の形態が可能である。
網状繊維構造体に含浸させる樹脂としては硬化性樹脂
を使用する。加熱変形が極めて容易であるという点で熱
可塑性樹脂がまず第1に想起されるが、熱可塑性樹脂の
場合には繊維への含浸が極めて困難であるので、本発明
には適さない。硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ
樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹
脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が
挙げられる。マトリックスとして用いる硬化性無機質材
料の成分にセメントが存在する場合は、アルカリ性に対
して長期間の耐久性を持つ樹脂が望ましく、さらに、可
能であれば、180℃×5時間程度のオートクレーブ養生
を施しても強度低下が少ないものが好ましい。
網状繊維構造体を樹脂で含浸する方法は、適当な手
段、例えば浸漬、スプレー法等を用いることができる。
次に、上記の硬化性樹脂の硬化手段は、加熱硬化、紫
外線硬化等公知の方法のいずれを用いても良い。
硬化の程度は、加熱による流動性が失われるいわゆる
Cステージ化物である。この硬化段階の網状成形体は、
取扱い易く、強度も有するので、長期保存が可能であ
り、使用時に輸送され、現場で次の加工が施され得る。
硬化性樹脂は、その硬化度に応じていわゆるAステー
ジ、BステージおよびCステージと大きく3段階に分け
られるが、これは定性的な分け方であり、厳密な定義で
はない。Aステージとはまだ架橋反応がほとんど生じて
おらず、個々の分子が拘束されずに自由に運動している
状態を指し、Bステージとは、一部に架橋が見られる
が、個々の分子の自由度は大きく、加熱すると流動性が
観察される状態をいう。また、Cステージとは、架橋は
かなり進み、もはや加熱による流動性が見られなくなっ
た状態である。なお本発明においては、Cステージの定
義として、熱硬化性樹脂の硬化時間試験法(JIS C 6
487)で示されるように、いかなる温度の熱板上で加熱
しても樹脂が曳糸性を持たない状態であるとした。
次に、得られた網状成形体を上記の硬化性樹脂の軟化
点以上に網状成形体を加熱し、変形する。硬化性樹脂の
軟化点は、曲げ加工以外で変形しないで取扱い易いとい
う点からは、室温以上であるのが好ましい。
ここで、本発明における樹脂の軟化点とは、樹脂構成
分子が運動の自由度を急速に増す温度のことであり、定
性的にはいわゆるガラス転移点と同義である。具体的な
測定法としては種々の方法があるが、本発明においては
熱機械分析装置(TMA)による軟化点の測定法を採用し
た。すなわち、次のようにして軟化点を測定した:ま
ず、網状成形体の小片(樹脂で固めた糸条1本分)を切
り取り、その厚み方向の変位を測定すべくTMA内に設置
した。荷重は20g、昇温速度は5℃/分とし、昇温によ
る変位を記録した。この温度−変位曲線では、ある温度
で厚みの急激な減少が観察される。この変曲点前後の直
線部分の延長線の交点の温度を軟化点と定義した。
網状成形体の変形は、製造しようとする繊維強化無機
質成形体の形状に応じて任意に行うことができる。例え
ば、第1図a,b,c,d,eおよびfにそれぞれ示したような
円柱、角柱、L型、H型、円筒および角筒等が基本の形
として挙げられるが、gのような複雑な形態とすること
も可能である。加熱変形方法は、慣用の方法が使用でき
る。第1図の各図は、上記の形状に変形させた網状成形
体を埋め込んだ無機質成形体を水平方向に切断した図を
示す。
次いで、上記の変形を保持したまま、硬化性樹脂の軟
化点より下の温度に冷却して該硬化性樹脂を固化させ
る。変形を保持するために、慣用の支持具が使用でき
る。
上記のような網状成形体の変形は、見かけ上の変形で
あり、このままで放置すれば徐々に元の形状に戻る傾向
がある。
そこで次に、この変形が保持された網状成形体を硬化
性無機質材料中に置き、硬化性無機質材料を硬化させ
る。つまり、網状成形体の変形が元に戻る前に硬化性無
機質材料を硬化させて、網状成形体の形状を固定してし
まう。マトリックスとしての無機質硬化材料としては、
上記の網状成形体の変形が元に戻るより早く硬化して、
変形回復を妨げることができるものであればいずれも使
用できる。例えば、ポルトランドセメント、アルミナセ
メント、高炉セメント等の通常のセメント類、石灰質と
珪酸質よりなる珪酸カルシウム系化合物の粉砕物、石膏
(半水石膏、無水石膏等)、高炉スラグ及び水砕スラグ
粉砕物と石膏の混合物等の水砕スラグ系水硬性材料等の
各種バインダーと水に、必要に応じて天然又は、人工の
骨材及び混和剤、混和材を混練して得られるものが例示
される。上述のようにして得られた網状成形体を型に配
筋し、マトリックス材料を流し込み、硬化して繊維強化
構造体が得られる。なおこの段階で、網状成形体の形状
を修正するため、さらに、留具、接着剤等で補助的に追
加変形させることを否定するものではない。
また、本発明にかかる網状成形体強化無機質成形体に
おいては、異なる形状および/または材質の複数の網状
成形体を組合せて含むことができ、さらに網状成形体に
加えて、別の強化材として鉄筋、繊維強化プラスチック
ロット等を含むこともできる。これらは適宜に網状成形
体と組合せて配筋することができる。第2図に各種の組
合せを例示した。a〜cは、異なる形状の網状成形体
(1〜6)を組合せた円柱(a)、角柱(b)および角
柱(c)を水平方向に切断した断面図である。また、d
およびeは網状成形体(7)と鉄筋(8)とを組合せて
用いた円柱(d)および角柱(e)を水平方向に切断し
た断面図である。
本発明にかかる網状成形体強化無機質成形体では、網
状成形体の変形が回復するときの回復力は極めて弱い。
なぜなら、網状の成形体の故に、面密度が小さく、極め
て薄いためである。したがって、通常の硬化性無機質材
料、例えば水硬性無機質材料(セメント等)は1日程度
でほぼ硬化するが、この程度の硬化速度でも十分に網状
成形体の変形を押さえることができる。
また、通常の繊維強化プラスチック(FRP)の場合
は、樹脂内部の残留応力は大きな問題となるが、繊維強
化無機質材料、特に網状成形体強化無機質成形体の引張
方向では、ほとんど繊維の物性(強度、弾性率)のみが
関与するため、残留応力の繊維強化無機質成形体への影
響はほとんど無い。したがって、このような網状の強化
材料と硬化性無機質材料との組合せにおいて、本発明の
方法が有効となり得る。
(実施例) 以下の実施例により本発明をさらに説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。
実施例1 一組の経糸として、引張り強度が460kgf/mm2の炭素繊
維束〔6,000及び12,000フィラメント(単糸経7ミクロ
ン)、以下6k,12k filと略す〕およびアラミド繊維 ケ
ブラー29(400デニール)を用いた。緯糸として上記と
同じ炭素繊維束(12k fil)を用いた。織密度が経糸、
緯糸ともに3.3本/25mmの条件で、炭素繊維束の経糸は絡
ませずアラミド繊維の経糸のみを絡ませた絡み織物を作
製した。この織物に下記処方のエポキシ樹脂液を含浸さ
せ、150℃×15分間で乾燥硬化させた。樹脂の量は、硬
化網状成形体重量に対して41%であった。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂 100部 (GY−260,チバガイギー社製) ジシアンジアミド 10部 イミダゾール型促進剤 2部 (キュアゾール2P4MHZ,四国化成株式会社) 溶剤(メチルセロソルブ) 120部 得られたシート状の網状成形体を、200℃に加熱した
鉄製角管に当てて軟化した。次いでこの鉄製角管の角を
利用して角柱の形状に曲げ加工した(緯方向に曲げた)
後、冷却固化した。かくして、98×98×400mmの角筒状
の(端部ではメッシュ6目分が重なっていた)網状成形
体が得られた。
この網状成形体を100×100×400mmの角柱の型に入
れ、以下の配合のセメントモルタルを流し込み、20℃の
水中で14日間の養生を行い、そして硬化させた。
マトリックス配合: 普通ポルトランドセメント:100重量部 8号珪砂 :100重量部 水 : 30重量部 得られた網状成形体強化セメントの角柱を、100×400
mmの面が底辺となるように置き、0.5mm/分の載荷速度、
支点間距離300mmで4点曲げ試験を行なった。結果を表
に示す。
比較例1 網状成形体を強化材として用いなかった外は実施例1
と同様にしてセメントの角柱を製造し、これを用いて実
施例1と同一の条件で曲げ試験を行った。結果を表に併
記する。
比較例2 実施例1と同様にして、絡み織物を樹脂に含浸して固
化させ、網状成形体のシートを作成した。このシート状
の網状成形体(100×400mm)を、実施例1と同様の角柱
の型の一つの面(100×400mm)上に置き、実施例1と同
様にセメントモルタルを流し込み、養生を行い、そして
硬化させた。
得られた網状成形体強化セメントを用いて、網状成形
体のシートが置かれた面が底辺となるようにして、実施
例1と同一の条件で曲げ試験を行った。結果を表に併記
する。
実施例2 実施例1と同様にして得た網状成形体のシートを、20
0℃に加熱した鉄製円筒管に当てて軟化した。次いでこ
れを円筒管の周囲に巻き付けて円筒状に曲げ加工した
(緯方向に曲げた)後、冷却固化した。かくして、直径
98mmおよび長さ200mmの円筒状(端部ではメッシュ6目
分が重なっていた)の網状成形体が得られた。
この網状成形体を直径100mmおよび長さ200mmの円柱の
型に入れ、実施例1と同様にしてセメントモルタルを流
し込み、養生を行い、そして硬化させた。
このように、円柱状の繊維強化セメントも極めて容易
に製造することができた。
(発明の効果) 本発明の方法によれば、複雑な形状の無機質成形体も
容易に簡便に網状成形体を用いて強化することができ
る。また、網状成形体を変形前の状態で長期保存および
輸送が可能なので、取扱いが容易である。さらに、建設
現場にて、容易に目的とする形状に曲げ加工して変形さ
せ、網状成形体強化無機質成形体を製造することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜gは、各種の形状を有する網状成形体強化無
機質成形体を、水平方向に切断した図である。 1〜9……網状成形体 第2図a〜eは2種以上の強化材を含む網状成形体強化
無機質成形体を、水平方向に切断した断面図である。 1〜7……網状成形体 8……鉄筋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長沼 弘規 埼玉県浦和市北浦和5丁目15番地39号 819 (72)発明者 中沢 好夫 東京都千代田区大手町2丁目6番3号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 林 隆介 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式会社第1技術研究所内 (72)発明者 山田 寛次 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式会社第1技術研究所内 (56)参考文献 特開 平2−243546(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B28B 23/02 E04C 5/07

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】網状繊維構造体が樹脂で固定されてなる網
    状成形体を強化材として含有し、硬化性無機質材料をマ
    トリックスとする網状成形体強化無機質成形体の製造方
    法であって、 網状繊維構造体を硬化性樹脂で含有し、硬化させ、 得られた網状成形体を、該硬化性樹脂の軟化点以上に加
    熱して変形させ、 変形を保持したまま、硬化性樹脂の軟化点より下の温度
    に冷却して該硬化性樹脂を固化させ、 次いで、 これを硬化性無機質材料中に置き、該硬化性無機質材料
    を硬化させる、 ことを特徴とする網状成形体強化無機質成形体の製造方
    法。
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