JP3189965B2 - 高強力土木用シート - Google Patents

高強力土木用シート

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JP3189965B2 JP02427493A JP2427493A JP3189965B2 JP 3189965 B2 JP3189965 B2 JP 3189965B2 JP 02427493 A JP02427493 A JP 02427493A JP 2427493 A JP2427493 A JP 2427493A JP 3189965 B2 JP3189965 B2 JP 3189965B2
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佳充 坂口
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄くて透水性が良く、か
つ引張強度の高い高強力土木用シートに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、鉄道、道路などの盛土築堤用や地
盤改良用及び山岳斜面の改良、河岸部や海岸部の護岸用
として土木用シートは数多く用いられている。特に、軟
弱地盤表層処理、水中堤体不等沈下防止、洗掘、吸出し
防止、フィルター材、ドレーン材、さらには土嚢などに
は土木用シートは欠かせないものとなっている。それら
の用途上、土木用シートには良好な透水性と高い引張強
度および耐久性が要求される。
【0003】従来、これらの土木用シートの素材として
はポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ナイロン、
ポリエステル等の合成繊維の織布や不織布が用いられて
いるが、これらの汎用繊維は引張強度が高々9.5g/
デニール、弾性率が高々90g/デニールと低いため、
砂やバラスなどの重量に十分耐えるためにはシート厚み
を厚くする必要があり、シートを厚くすると透水性が低
くなるという問題があった。シートの引張強度補強用と
して、合成繊維のネットを用いる場合もあるが、これら
の合成繊維も引張強度がさして改良されたものではない
ため、大きな効果は期待できなかった。
【0004】近年、20g/デニール以上の引張強度を
有する全芳香族系ポリアミド繊維を土木用繊維シートあ
るいはネットとして用いることが検討されている。一
方、新しい高耐熱性、高弾性率、高強度有機繊維として
ポリパラフェニレンベンズビスチアゾール(PBT)や
ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール(PBO)
等のポリベンザゾール(PBZ)が、芳香族ポリアミド
よりも優れた性能を有することが報告されてきている。
このため、土木用繊維シートあるいはネットへの応用も
当然考えられている。しかしながら、これまで知られて
いる製糸方法で製造されたPBZ繊維は繊維中のボイド
直径が25Åより大きく、ボイドを通して水分が繊維中
を通過する傾向があるため、水分の存在するところでは
高強度を十分に維持することは困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような現状から、
本発明はPBZ繊維の優れた特性、即ち高強力、高弾性
率、高耐熱性を損なうことなく、繊維中のボイド直径を
25Å以下にすることによって耐加水分解性を改善し、
耐水性の優れたPBZ土木用シートを提供しようとする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】これまで、PBZ繊維が
高弾性率、高強度材料として特に優れた特性を持つこと
は知られていたが、その引張強度が水分の存在で低下し
ていく欠点を持ち合わせていることが分かってきた。本
発明者らは、PBZの引張強度が水分により低下する原
因について検討した結果、強度の低下が水分によるPB
Z分子鎖の加水分解によること、及び比較的大きいボイ
ドを通しての水分の浸入が加水分解作用を加速している
ことを見いだした。このことは、ボイド直径を低下させ
れば加水分解性が改良されることを意味している。実験
の結果、加水分解性はボイド直径が25Å以下の時著し
く改善されることが分かった。ボイド直径を決定する原
因を検討した結果、PBZ繊維は製造時の凝固工程の凝
固浴濃度に大きく依存することを見いだした。鋭意検討
の結果、ボイド直径を25Å以下にする方法の一つとし
てPBZを主成分とするポリマーとポリリン酸からなる
凝固浴のリン酸濃度を5%以上とすることが大きな効果
を持つことを見いだした。このようにして製造したPB
Z繊維はボイド直径が25Å以下であり、これを用いて
製造したパルプにおいても使用中に雨などの水分に接触
する事があっても強度低下が少ない優れた耐水性を示す
ことが分かり、本発明に到達した。
【0007】すなわち、少なくとも4.0GPaの引張
強度と少なくとも140GPaの初期弾性率を有し、ボ
イド直径が25Å以下であるPBZ繊維からなる布帛で
あり、該布帛の単位目付(g/m2 )当たりに対する幅
3cmの引張強度が2.0kg以上である高強力土木用
シートである。
【0008】本発明に言う高強力土木用シートとは、従
来の土木用シートに比べて、シートの厚さを薄く形成す
るにもかかわらず高い引張強さを有する土木用シートを
言う。シートの厚さを薄くする、すなわち布帛の目付け
を小さくすることで土木用シートの透水性を効果的に高
めることが可能になる。
【0009】本発明のポリベンザゾール繊維(PBZ)
は、ポリベンズオキサゾール(PBO)もしくはポリベ
ンズチアゾール(PBT)またはそれらのランダムもし
くはブロック共重合体からなる繊維をいう。引張強度は
4.0GPa,好ましくは4.1GPa以上、引張弾性
率は140GPa以上、好ましくは150GPa以上で
ある。また繊維の平均直径は50μm以下、更には25
μm以下が好ましい。このように本発明のPBZ繊維は
これまで知られている有機繊維の中でも際だって優れた
力学特性を有しており、単位目付(g/m2 )当たりに
対する幅3cmの引張強度が2.0kg以上である布帛
を作製することができる。ちなみに従来から一般に使用
されてきた土木用シートの強さは高々0.9kgであ
る。このことから、本発明のPBZ繊維から実用上必要
な布帛強度を有し、かつこれまでより薄い土木用シート
を得られることが分かる。布帛を薄くできることで、土
木用シートとして重要な透水性を高めることができる。
【0010】本発明のPBO繊維は、ボイド直径が25
Å以下であるという特徴を有している。ボイド直径を2
5Å以下にする方法の一つとしてPBOを主成分とする
ポリマーとポリリン酸からなるドープから紡糸して繊維
を製造するに際し、凝固浴のリン酸濃度を5%以上にす
ることを見いだした。又シート成形時などの後加工のた
めには繊維に油剤が付与されている事が好ましい。
【0011】油剤の糸条への付与方法は、油剤を霧状に
したスプレー付与、油剤浴中をくぐらすディップ付与、
キスロール付与、ガイド付与等いずれの方法でも良い。
また凝固浴中に油剤を加えても良い。油剤の付着量は油
剤を付与する繊維の乾燥重量に対して0.05−7.0
重量%が良い。0.05重量%以下では油剤が繊維表面
を十分被うにいたらず、7.0重量%以上では過剰の油
剤が飛散するので好ましくない。さらに好ましくは0.
1−3.0重量%である。最も好ましいのは、0.3−
2.0重量%である。
【0012】なお油剤を付与させた後にその油剤を除去
させる必要がある場合は別途工程中に油剤除去工程を設
けても良い。油剤中の油剤に不溶の微粉末とは固体潤滑
剤として作用するものを意味する。例えば、直径10m
μ以下のコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、ある
いは直径数百mμ以下の酸化チタン、炭酸カルシウム、
直径数μ程度のシリカゲル、リン酸カルシウム、タル
ク、クレー、マイカ、黒鉛、硫化モリブデン等が使用で
きる。これらは糸条中の単糸径よりも小さいことが必要
である。微粉末は繊維表面で固体潤滑剤として作用し、
繊維間の癒着を防止する効果があるとともに、水分の接
触を防ぐため耐水性を向上させる効果がある。これら微
粉末の付着量は繊維の乾燥重量に対して5.0重量%以
下が好ましい。5.0重量%以上では耐水性及び癒着防
止の効果が頭打ちするので好ましくない。1.0重量%
以下であればさらに好ましい。最も好ましくは、0.5
重量%以下であるといえる。
【0013】本発明のPBZ繊維は以上のようにボイド
直径が25Å以下であるという特徴を有している。その
結果、水分の存在下で起こるポリマー鎖の加水分解性が
効果的に抑えられ、水分存在下で繊維の引張強度が低下
する現象が、ボイド直径が25Åより大のものに比べて
明らかに少なくなる。その結果、土木用シートのような
耐水性が要求される用途においても、PBZ繊維が持つ
優れた力学的特性を長期間維持させることが可能になっ
た。
【0014】本発明のPBZ繊維をそのまま用いて布帛
にすることによって、これまでのPBZ繊維よりも耐水
性に優れた土木用シートとすることができるが、例え
ば、更に耐水性を高めるためのコーティング処理などの
後加工を併用することも可能である。
【0015】本発明の高強力土木用シートの形態は、織
物、編物、不織布、交叉配列型不織布などいずれの形態
でも良く、その組織も問わないが、透水性と土砂の不通
過性の点で、織布、不織布が好ましく、引張強度の保持
性から言うと織布が最も好ましい。織組織は引張強度、
透水性の双方を満足する組織を適宜選択すれば良い。透
水性はシートの目付と関連しシートの目付が小さいほど
透水性は良好であると考えて良い。また、本発明の高強
力土木用シートはネット状のものも包含する。
【0016】本発明の高強力土木用シートは、例えば通
常の製織手段により布帛とすることによって容易に製造
することができる。以上述べてきたように、本発明の高
強力土木用シートは透水性、引張強度とも従来の土木用
繊維資材に比較して極めて高いものとする事ができる。
従って従来のものより薄くしたり、軽くしたりすること
が可能である。また、従来の土木用繊維シートの強度補
強用ネットとして用いることも可能であって、繊維シー
トの目付、厚みを少なくしても土、砂の裁荷荷重に十分
耐えるものとすることができ、透水性が向上した高強力
土木用シートとすることができる。
【0017】本発明の高強力土木用シートの用途として
は、特に限定するものではないが、例えば鉄道、道路等
の盛土築堤用、地盤改良用、山岳斜面の改良用、河岸部
や海岸部の護岸用、軟弱地盤表層処理用、水中堤体不等
沈下防止用、洗掘、吸出し防止用、フィルター材、ドレ
ーン材、強度補強用ネット、土嚢などが挙げられる。
【0018】
【実施例】以下、実施例で本発明を具体的に説明する
が、本発明の評価に用いた物性の測定方法は以下によ
る。 <ボイド直径の測定方法>小角X線散乱強度の測定は、
クラツキカメラを用いて行う。試料繊維を約6m測定ホ
ルダーに巻き付ける。X線の出力は45kv150mA
で、Cukα線をニッケルフィルターで単色化して用い
る。クラツキカメラの縦制限スリットは42mm、巾制
限スリットは0.07mm、受光部スリットの縦制限は
10mm巾制限は0.14mmで行った。測定範囲は
0.1度から3度である。ステップ幅は0.025度刻
みで、30秒もしくはそれ以上積算する。バックグラウ
ンド散乱の補正は、試料および空気散乱の測定結果から
次式を用いて行う。 I=μIsample−Iair μ=Iair(0)/Isample(0) ここでIは真の散乱強度、Isampleは試料を入れ
た状態での実測散乱強度、Iairは試料を入れないで
測定した強度を示す。試料測定後、散乱角0度で強度測
定を行い試料の吸収係数を決定する。ボイドサイズの測
定はギニエプロットを用いて行う。散乱角度(I)の対
数と散乱ベクトル(k)の自乗をプロットしkの自乗の
値が0から0.01Å2の範囲のデータについて直線近
似し、直線の傾き(s)から次式を用いて計算する。 D=2(2S)1/2 耐水性試験:耐水性の評価メジャーとして湿潤状態での
引張強度を用いた。試験片を水(20℃)中に200時
間沈めておいた後、水からこの試料を取り出して1分以
内にJIS−L1096(1979)に規定の方法に準
じ、引張強度を測定した。但し、試験片の幅は3cmを
採用した。 布の透水性試験:JIS−A1218(1977)に規
定の方法に準じ、定水位透水試験法により透水係数を求
めた。
【0019】実施例1 紡糸ドープ(五酸化リン換算で表した組成が83.7重
量%であるポリリン酸中に14.7重量%の濃度の極限
粘度25のポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール
が溶解)を金属網状の濾材を通過させた後、150℃に
保たれた口径0.20mmおよび口数334を有する紡
糸口金から単孔当たりの吐出量0.22g/分で紡出し
た。紡出糸条を整流された流速0.5m/秒、温度70
℃の空気冷却気流で冷却した。ついで糸条を紡糸口金面
から40cmの下方に設置した10%のリン酸水溶液か
らなる15℃の凝固浴中へ導入し、、冷却脱溶媒した。
しかる後に該糸条は200mmの直径を有する第一ロー
ラー、ついで同一直径を有する水洗ローラー、乾燥ロー
ラー、熱処理キロをオンラインで通過させ、実質的に延
伸することなく糸速200m/分で巻き取った。乾燥ロ
ーラー温度はそれぞれ170℃、190℃、210℃で
20秒間加熱した。その後糸条を80℃以下の温度に冷
却し、巻取機で巻き取った。その際、水洗ローラーの出
口にエアブロアーを設け糸条の付着水を除去した後、設
置したオイリングロールによる油剤供給装置を用いて分
子量9000のポリエチレンオキシド・ポリプロピレン
オキシド共重合物を1重量%分散させた。得られたPB
Oマルチフィラメントを表1に示す目付の打ち込み数1
0x10の平織物を作製した。結果を表1に示す。
【0020】比較例1 凝固浴を水とする事以下は実施例1と同様にして平織物
を作製した。結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1から明らかなように、油剤処理するこ
とでPBO繊維中のボイド直径を小さくすることがで
き、それにともないPBO繊維が持つ優れた耐熱性、高
強度、高弾性率の特性を損なうことなく、その最大の欠
点である耐加水分解性を改善することができ、透水性、
耐水性に優れた高強度PBO土木用シートが得られるこ
とが分かる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によりPBZ
繊維の耐加水分解性を改善することにより、薄くて透水
性が良く、かつ引張強度が極めて高い高強力土木用シー
トを得ることができた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02D 3/00 102 D01F 6/74

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも4.0GPaの引張強度と少
    なくとも140GPaの初期弾性率を有し、ボイド直径
    が25Å以下であるポリベンザゾール繊維からなる布帛
    であり、該布帛の単位目付(g/m2 )当たりに対する
    幅3cmの引張強度が2.0kg以上である高強力土木
    用シート。
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