JP3569460B2

JP3569460B2 - セメント補強繊維

Info

Publication number: JP3569460B2
Application number: JP10742899A
Authority: JP
Inventors: 増男矢吹; 義和森宗
Original assignee: Hagiwara Industries Inc
Current assignee: Hagiwara Industries Inc
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP2000302494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント補強繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりモルタルやコンクリートを用いたセメント成形品、または建築物の外壁、トンネルの内壁などが構築されているが、これらは成形体としては比較的脆性が大で、引張強度、曲げ耐力、曲げタフネス、耐衝撃性などの物性が充分でないとセメント成形品にひび割れが生じたり、壁面の水漏れや剥離落下事故などが生じる危険性がある。そして、コンクリートの補強を目的として、鋼繊維やポリビニルアルコール繊維（例えば特開昭６３−３０３８３７号公報、特公平１−４０７８６号公報、特開平８−２１８２２０号公報）を混入することは広く行われている。しかし、鋼繊維を混入したコンクリートは、（１）鋼繊維の比重が７．８と重いために材料の運搬や混入作業が困難である、（２）鋼繊維が錆びる、などの欠点が指摘されている。また、ポリビニルアルコール繊維を混入したコンクリートは、（１）繊維自身が吸水性を有し、（２）繊維がアルカリで高温になると加水分解を起こすなどの問題もある。
【０００３】
上記のような問題を解決するために、セメント成形品の補強繊維として合成繊維の短繊維を配合することは広く試みられており、とくに廉価で成形性にすぐれたポリオレフィン繊維が広く使用されてきた。しかしながら、ポリオレフィン繊維はセメントとの親和力が充分でなく、かつ短繊維の形状が単純であるために応力に対してセメントから容易に抜けるため、その補強効果は満足するものではなかった。短繊維の形状を改善することにより抜けを減少させる方法としては、紡糸された糸の断面積を延伸方向に対して不規則に変化させて繊維の抜けを防止する方法（例えば特公昭５８−１８３４３号公報、特公昭６１−３０１号公報、特公昭６２−４３４６号公報、特公昭６２−２８１０６号公報など）が種々試みられている。
【０００４】
また、短繊維に適度のからまりや集束性を付与してセメント混練時にセメントと短繊維の分散性を向上させることによりセメント成形物の衝撃強度や曲げ強度の向上に寄与することも知られているが、短繊維のからまりや集束性が強すぎると繊維同士が固まってセメントへの分散性が不十分となり、からまりや集束性が不足すると繊維に剛性が得られずセメント成形物の強度がでないという問題があった。
【０００５】
ポリオレフィン繊維としては、一般的に繊度が０．０１〜１００ｄ、繊維長さが０．５〜５ｍｍ程度の単糸や集束糸、あるいはスプリット糸の短繊維が用いられることが多い。この繊維形状から性状として、低繊度でかつ短い繊維は、ファイバーボールという繊維塊が生成したり、嵩高となりセメント中への均一分散がし難いという欠点があり、そのため分散性をよくするために繊度を太くすると、セメントとの接着性が劣り曲げ応力がかかると繊維が引き抜けてしまうなど充分な補強効果が得られない傾向にある。また、低繊度でかつ長い繊維は繊維同士が絡み合ってセメント中へ分散させ難いことや、セメント中に折れ曲がって練り込まれてセメント製品に強度ムラを生じることが多い。
【０００６】
さらに、ポリオレフィン繊維は、疎水性なのでセメントスラリー中において繊維が浮上してしまう現象を生じるが、ポリオレフィン繊維に親水性を付与することにより良好な沈降性が得られ、より分散性が向上し繊維とセメント均質に混合されることによって所定の繊維補強効果が得られることが知られている。加えて、ポリオレフィン繊維のからまりや集束性を改良するために、種々の界面活性剤などで表面処理も行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、軽量で特定形状のポリプロピレンからなるモノフィラメントを使用し、必要に応じて適切な前処理を施して、セメントへの分散性やセメントとの物理的結合が良好で、引張強度、曲げ耐力、曲げタフネス、耐衝撃性に優れ、ひび割れの生じ難いセメント成形品が可能となるセメント補強繊維を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するために手段】
本発明は、ポリプロピレンを紡糸、延伸した後、エンボス加工を施して得られた、その繊維断面の厚みと幅の比である平均偏平率が１／１．１〜１／２の範囲の繊維表面にポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル及びポリオキシアルキレン脂肪酸エステルからなる繊維処理剤を塗布したものであって、その強度が３ｇ／ｄ以上である単糸繊度が２００〜１００００ｄの波形状をしたモノフィラメントを見かけ長さ５〜７０ｍｍにカットした短繊維であり、その波の振幅は１〜４ｍｍ、波長は２〜２０ｍｍで、かつ振幅と波長の比が１／２〜１／５であることを特徴とするセメント補強繊維を要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において繊維原料に用いられるポリプロピレンとは、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合体あるいはランダム共重合体などのポリプロピレン共重合体またはそれらの混合物を使用することができる。これらの中では高強度を要求されるセメント補強用としてプロピレン単独重合体が望ましく、特にアイソタクチックペンタッド率０．９５以上のものを選択することが望ましい。このポリプロピレンのメルトフローレート（以下、ＭＦＲと略す）は、連続的な安定生産性の点で０．１〜３０ｇ／１０ｍｉｎ．の範囲が好ましく、１〜１０ｇ／１０ｍｉｎ．の範囲がより好ましい。
【００１０】
ポリプロピレンには、その紡糸の過程において必要に応じ他のポリオレフィンが添加されてもよい。ここでの他のポリオレフィンとしては、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸アルキル共重合体などのポリエチレン系樹脂、ポリブテン−１等である。また、酸化防止剤、滑剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、無機充填材、有機充填材、顔料、架橋剤、発泡剤、核剤等の各種添加剤を配合してもよい。
【００１１】
本発明においては、上記ポリプロピレンを用いてモノフィラメントを形成するものであるが、その製造方法としては特に限定されるものではなく、円形や楕円形、異型、その他連糸形状のダイスからフィラメントを押し出す公知の製造技術を採用することができる。
【００１２】
また、このモノフィラメントの構成として基本的な単層フィラメントの他に、ポリプロピレン高融点成分を芯層とし、ポリプロピレン低融点成分を鞘層とする複合モノフィラメントを使用することもできる。この複合モノフィラメントの製造方法は、各層のポリプロピレンを押出機で溶融混練し、２層の吐出孔が略同心円上に設けられたダイスの中心吐出孔から高融点成分からなる芯層を供給し、その外面に低融点成分からなる鞘層を押出して被覆して複合モノフィラメントを得るものである。この場合に実質的な強力が芯層の物性に依存するため、高融点成分としてプロピレン単独重合体、アイソタクチックポリプロピレンなどを使用することが好ましく、一方低融点成分としては、プロピレン−エチレンブロック共重合体及びランダム共重合体、シンジオタクチックポリプロピレンなどが好ましい。
【００１３】
次に、モノフィラメントは熱延伸及び熱弛緩処理を施し、この熱処理によってフィラメントの剛性を高めて、伸びの小さいセメント補強用として好適なポリプロピレンモノフィラメントが得られる。この熱延伸はポリプロピレンの融点以下、軟化点以上の温度下に行われ、通常は延伸温度が９０〜１５０℃、延伸倍率は通常５〜１２倍、好ましくは７〜９倍である。熱延伸法としては、熱ロール式、熱板式、赤外線照射式、熱風オーブン式、熱水式などの方式が採用できる。
【００１４】
形成されるポリプロピレンモノフィラメントの単糸繊度は２００〜１００００ｄであることが肝要であり、より好ましくは２０００〜６５００ｄである。単糸繊度が２００ｄ未満では繊維が細すぎてコンクリート混和中の分散が不均一でファイバーボールになり易く、施工性や補強性の点で問題となり、一方、単糸繊度が１００００ｄを超えると繊維のコンクリート混和物との接触面積が減少し曲げ応力に対して引き抜け易くなり補強効果が劣り好ましくない。
【００１５】
ポリプロピレンフィラメントの引張強度は３ｇ／ｄ以上であることが重要で、好ましくは５ｇ／ｄ以上である。また、引張伸度は２０％以下が好ましく、１５％以下がさらに好ましい。引張強度、引張伸度がこれらの範囲を外れるとセメント補強用ポリプロピレン繊維としての強力が不十分となり好ましくない。
【００１６】
ポリプロピレンモノフィラメントは、紡糸、熱延伸の次工程として、波形状が付形されることが必要である。これによって、コンクリート硬化後の繊維の引き抜けを抑制して補強効果を高めることができる。この波形状を付形する方法としては、モノフィラメントをエンボス加工する方法が挙げられる。エンボス加工は、モノフィラメントを１段あるいは多段のエンボスロールを通すことにより行なうもので、モノフィラメントの長手方向に連続して波形状が形成される。また、波形状を形成する前に、モノフィラメント表面に細かい凹凸のエンボス加工を行ってもよい。
【００１７】
ここで、エンボスロールを通過するこにより、図１〜２に示すように、押し潰しによる繊維断面１の厚みＹと幅Ｘとの比である平均偏平率は１／１．１〜１／２の範囲であることが好ましい。繊維断面１が偏平になることにより、波形状の付形が容易となる。また、波形状モノフィラメント２の振幅Ｈおよび波長Ｌ等の形状は種々の数値をとりうるが、振幅Ｈは１〜４ｍｍ、波長Ｌは２〜２０ｍｍであること、および、振幅Ｈと波長Ｌの比が１／２〜１／５であることが重要である。振幅Ｈが１ｍｍ未満で、波長Ｌが２ｍｍ未満で、振幅Ｈの波長Ｌに対する比が１／２より大きいと補強効果が認められなく、振幅Ｈが４ｍｍを超え、波長Ｌが２０ｍｍを超え、振幅Ｈの波長Ｌに対する比が１／５より小さいとコンクリート中への分散性が悪化するので好ましくない。
【００１８】
さらに、波形状が付形されたポリプロピレンモノフィラメントには、後述する短繊維とするための切断前または切断後に種々の処理を施してもよい。例えば、繊維表面を界面活性剤、分散剤、カップリング剤等で処理してもよいし、またはコロナ放電処理、紫外線照射、電子線照射等により表面活性化または架橋化等の処理を行ってもよい。
【００１９】
ここで、疎水性であるポリプロピレン繊維のコンクリートとの親和性を向上させるため、界面活性剤による表面処理を行なうことは有効である。この界面活性剤による表面処理としては、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステルやポリオキシアルキレン脂肪酸エステルからなる繊維処理剤を塗布することにより施される。ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテルリン酸エステルなどが挙げられ、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステルの具体例としては、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ポリオキシエチレンステアリン酸エステルなどが挙げられる。
【００２０】
上記表面処理剤の繊維に対する付着量は、総繊維に対して０．１〜５重量％、このましくは１〜３重量％である。付着量が総繊維に対して０．１重量％未満ではポリプロピレン繊維に親水性が十分付与されず、５重量％を超えても親水性は頭打ちになり、かえってポリプロピレン繊維同士の集束性が強くなりセメントスラリー中での分散性が劣り、さらにポリプロピレン繊維表面に付着しきれない余分の表面処理剤がセメント中に混ざりセメント物性に悪影響を与えるので好ましくない。
【００２１】
こうしたポリプロピレンモノフィラメントは、所定長さにカットされセメント補強用の短繊維となる。短繊維の見かけ長さは５〜７０ｍｍ、好ましくは２０〜５０ｍｍである。見かけ長さが５ｍｍ未満では、セメントからの抜けが生じ、７０ｍｍを越えると分散性が不良となり好ましくない。
【００２２】
本発明のセメント補強繊維は、補強繊維材としてセメント、細骨材、粗骨材、水及び適量のコンクリート混和剤に配合して用いられる。ここで、セメントとしてはポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメント等の水硬性セメントまたは石膏、石灰等の気硬性セメント等のセメント類などが挙げられ、細骨材としては、川砂、海砂、山砂、珪砂、ガラス砂、鉄砂、灰砂、その他人工砂などが挙げられ、粗骨材としてはレキ、砂利、砕石、スラグ、各種人工軽量骨材などが代表的に挙げられる。
【００２３】
セメント中の繊維の配合量は、通常セメント固形分に対して０．１〜１０容量％が好ましい。また、ポリプロピレン繊維をセメントに混合する方法としては、セメント粉体に繊維を分散する方法、セメントスラリー中に繊維を分散するプレミックス法、セメントと繊維および水を同時に吹き付けるスプレーアップ法などの公知の方法を用いることができる。
【００２４】
繊維補強されたセメント成形体の用途としては、あらゆるセメント製品にわたるものであるが、例えば、建造物の壁材、床材コンクリート、仕上げモルタル、防水コンクリート、スレート屋根材等、あるいは土木関係部材としては道路、滑走路等の舗装、トンネルや法面の吹付コンクリート、道路標識、側溝等の道路部材、下水管、ケーブルダクト等のパイプ類、漁礁、護岸ブロック、テトラポット等、その他各種構築物として枕木、ベンチ、フラワーポット等に使用できる。
【００２５】
【実施例】
試験方法
・圧縮強度：ＪＩＳＡ１１０８準拠
・引張強度：ＪＩＳＡ１１１３準拠
・曲げ強度、曲げタフネス：鋼繊維補強コンクリートの曲げ強度および曲げタフネス試験方法、ＪＳＣＥ−Ｇ５５２準拠
・分散性評価：セメント補強繊維とセメントを混練し、表面の状態を目視により評価した。
【００２６】
実施例１：
ポリプロピレン（アイソタクチックペンタッド分率＝０．９６、ＭＦＲ＝５．０ｇ／１０ｍｉｎ．）を押出機に供給し、樹脂温度２３０℃で押出して冷却した後、熱板接触式延伸法による加熱器で加熱し、延伸温度１３０℃、アニーリング温度１３５℃、延伸倍率１２倍で縦一軸延伸を行い、単糸繊度６４００ｄのモノフィラメントを成形した。
このモノフィラメントを多段のエンボスロールを通してエンボス加工し、繊維断面１の厚みＹが０．７５ｍｍ、幅Ｘが１．２ｍｍであって、波形状の振幅Ｈが２．３ｍｍ、波長Ｌが６．８ｍｍの波形状モノフィラメント２を得た。
一方、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル（ＨＬＢ＝８．０）５０重量部とポリオキシアルキレン脂肪酸エステル（ＨＬＢ＝９．０）５０重量部を混合して表面処理剤水溶液を作成した。
この表面処理剤水溶液に、先に形成した波形状モノフィラメントを浸漬後、乾燥させて平均繊維長が５０ｍｍ長になるようにカットし、短繊維を得た。
【００２７】
つぎに、水セメント比６５％、細骨材率５２％の混合物に対して短繊維を０．４ｖ％配合し全体が均一になるように密閉型コンクリートミキサーにより混練した。セメント混合物の繊維浮上割合は０％、分散性は良好であった。ついで、１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０ｍｍの供試体を得た後、２８日間標準養生を行い、評価試験を行った。
評価結果は圧縮強度は２５．３Ｎ／ｍｍ^２、引張強度は２．４２Ｎ／ｍｍ^２、曲げ強度は４．１２Ｎ／ｍｍ^２、曲げタフネスは１８．２Ｎ／ｍｍ、曲げじん性係数は２．１４Ｎ／ｍｍ^２でいずれも良好であったが特に曲げ特性にすぐれたいた。
【００２８】
比較例１：
モノフィラメントにエンボス加工をほどこさず、波形状を形成しなかった他は実施例１と同様に行った。
評価結果は圧縮強度は２５．２Ｎ／ｍｍ^２、引張強度は２．０２Ｎ／ｍｍ^２、曲げ強度は３．９６Ｎ／ｍｍ^２、曲げタフネスは９．８Ｎ／ｍｍ、曲げじん性係数は１．６４Ｎ／ｍｍ^２で曲げ特性は不十分であった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明は、ポリプロピレンを紡糸、延伸した後、エンボス加工を施して得られた、その繊維断面の厚みと幅の比である平均偏平率が１／１．１〜１／２の範囲の繊維表面にポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル及びポリオキシアルキレン脂肪酸エステルからなる繊維処理剤を塗布したもので、特定の波形状をしたモノフィラメントを見かけ長さ５〜７０ｍｍにカットした短繊維であり、その波の振幅は１〜４ｍｍ、波長は２〜２０ｍｍで、かつ振幅と波長の比が１／２〜１／５であるセメント補強繊維であるから、セメントへの物理的結合力を増大させ、圧縮強度、引張強度、曲げ強度、曲げタフネス、曲げじん性係数に優れ、ひび割れの生じ難いセメント成形品を得ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセメント補強繊維の断面図である。
【図２】本発明のセメント補強繊維の波形を示す説明図である。
【符号の説明】
１繊維断面
Ｙ繊維厚み
Ｘ繊維幅
２波形状モノフィラメント
Ｈ波形振幅
Ｌ波形波長

Claims

ポリプロピレンを紡糸、延伸した後、エンボス加工を施して得られた、その繊維断面の厚みと幅の比である平均偏平率が１／１．１〜１／２の範囲の繊維表面にポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル及びポリオキシアルキレン脂肪酸エステルからなる繊維処理剤を塗布したものであって、その強度が３ｇ／ｄ以上である単糸繊度が２００〜１００００ｄの波形状をしたモノフィラメントを見かけ長さ５〜７０ｍｍにカットした短繊維であり、その波の振幅は１〜４ｍｍ、波長は２〜２０ｍｍで、かつ振幅と波長の比が１／２〜１／５であることを特徴とするセメント補強繊維。