JPH01305842A - 炭素繊維強化セメント成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、連続炭素ＩＩＩを強化材としセメント組成物
をマトリックスとする炭素繊維強化セメント成形体に関
する。

（従来技術及び問題点） 近年、セメント組成物の強化材として、比強度、比弾性
率が高く、耐薬品性、耐食性が優れていることから炭素
繊維が注目を浴びている。

しかし、これまでセメント組成物を炭素ｍ維のみで強化
する場合は、はとんどが短繊維を混入させて使用してい
た。短繊維を用いた場合、長ｍ維を用いた場合に較べ、
その強度、弾性率が寄与する効果が小さく、また、混線
上の問題から炭素繊維体積含有割合はせいぜい５％程度
までである。

また、炭素！！維やアラミド繊維の長ｌａＨを用いてセ
メント組成物を強化する方法もあり、これらは長繊維を
エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂等の有機合成樹脂マ
トリックスで棒状又はローブ状等に成形し、鉄筋の代わ
りに応用されつつある。

題がある。

炭素繊維を強化材としセメント組成物をマトリックスと
した複合材料は、この耐火性、耐熱性に乏しいという問
題を解決することができる。

セメント水ペーストを含浸させた成形中間体を継ぎ合せ
て成形した成形体は、その継ぎ合せ部、即ち、炭素繊維
の不連続部の接着力が乏しいため、炭素繊維の優れた強
度特性を発揮できないという１２ｉ１題がある。

〔発明の目的及び構成〕

本発明は、上述のごとき問題がない優れた強度を有する
炭素繊維強化セメント成形体を提供するものである。

本発明は下記の通りである。

セメント水ペーストを含浸し一方向に配向した連続炭素
ｍ維からなるシート状成形中間体を複数層積層した成形
体の一部の層に炭素繊維の継ぎ合せ部が存在する成形体
において、この継ぎ合せ代が５０ＩＩＩＩ１以上で、■
つ、継ぎ合せ部端部がシート状成形中間体の下面に対し
て　１〜４５度の角度を有することを特徴とする炭素繊
維強化セメント成形体。

炭素繊維を強化材としセメント組成物をマトリックスと
する本発明の成形体は、連続長繊維の炭素繊維が使用さ
れるが、成形に用いられる炭素繊維にセメント水ペース
トを含浸させた成形中間体の寸法や成形物の形状により
、炭素繊維を配向方向について継ぎ合せる必要が生じる
。

この場合、成形中間体を積層する際、その継ぎ合せ代（
シロ）を５０１１ｍｍ以上とし、更に継ぎ合せ部を成形
中間体の下面に対して１〜４５度の角度を付けることに
より、セメント組成物の欠点である低いせん断力及び接
着力を補い、且つ、継ぎ合せ部での気泡の残存、炭素繊
維配向の乱れを抑え、この部分での応力集中を減少させ
て、炭素繊維の高特性を効果的に引き出すことが可能と
なる。

この炭素繊維にセメント水ペーストを含浸させたシート
状の成形中間体を所定の寸法、形状に裁断、積層して後
、中間体に含まれるセメント水ペーストの水和反応を進
めることにより、炭素繊維強化セメント成形物が得られ
る。

中間体積層時に必要に応じて炭素繊維の配向方向を変え
ることができるのは勿論である。

かくして得られる炭素繊維強化セメント組成物は、任意
の方向に強度、弾性率を向上させることが可能となり、
用途によっては、従来コンクリート構造物の補強のため
に用いていた鉄筋が不用となる。この場合は鉄筋の錆、
腐食によるコンクリートのひび割れの問題がなくなり、
更に軽隋化も図れる。

本発明において継ぎ合せ代は、５０ｍｍ以上であり、１
００ＩＩＩＩ１１以上が特に好ましい。この継ぎ合せ代
が５０ｍｍ未満では、セメントのせん断強度及び接着力
が低くなり、ひいては成形体の強度が低くなり、高強度
という炭素繊維本来の特徴を発揮できない。

また、本発明において継ぎ合せ部端部は、シート状成形
中間体の下面に対し　１〜４５度の角度を有する。

継ぎ合せ部端部が薄いシートの厚さ方向に直角であると
、積層成形時にこの部分に気泡が残存し易（、また、こ
のシート状成形中間体の上部又は下部に積層されるシー
ト状成形中間体中の炭素繊維の配向が急激に厚さ方向に
乱れる。

このため、継ぎ合せ部は平坦にする必要があり、シート
状成形中間体の継ぎ合せ部端部は１〜４５度の角度を有
することが必要である。１度未満の角度は成形体の特性
には好ましいが、成形時の裁断が繁雑となり実用的でな
い。また、４５度超の角度は、継ぎ合せ部での気泡の残
存、炭素ａｔ帷の配向の乱れが大きくなり好ましくない
。

本発明において炭素繊維は連続繊維であれば特に制限は
なく、ＰＡＮ系、ピッチ系、セルロース系等のいずれで
もよい、。そして炭素ｕＡ維の含有率は５〜３０重置％
の範囲が好ましい。５生母％未満であると、炭素！ｌ維
強化セメント成形物への機械的特性の寄与が小さ（、ま
たセメントの硬化収縮に抗しきれずクラックが発生する
場合があり好ましくない。

本発明においてセメンｌ−とは、ポルトランドセメント
、高炉セメント、アルミナセメント若しくはこれらのセ
メントのアルカリ分により水硬性を発揮する超微粉シリ
カとの混合微粉体、又は、これらを主成分とする微粉体
である。

（発明の効果） 本発明の炭素繊維強化セメント成形体は、炭素繊維の配
向方向に継ぎ合せる場合、その継ぎ合せ代が特定の長さ
以上であり、且つ、継ぎ合せ端部が特定の角度を有して
いて平坦な状態になっているため、炭素繊維が不連続で
あるにもかかわらず、成形体の機械的強度が優れている
。

〔実施例〕

実施例１ セメントとして超微粉高炉系セメント（平均粒径４μｍ
）１００重社部、シリカヒユーム（粒径０．１〜２μｍ
）２０ｍｍ部、高性能減水剤としてナフタレンスルホン
酸塩高縮合物１型澁部、及び水４８重階部を計量、混練
して、セメント水ペーストを調製した。得られたペース
トを、炭素ｗ４４重間繊バーを浴内に有するペースト浴
に入れ、ここに１２０００本のフィラメントからなる連
続炭素繊維束を浴の幅方向に１０ｍｍ間隔で引き揃えつ
つ導入し、開繊バーで炭素繊維束を開繊させつつペース
トを含浸させ、更にペースト浴を出た後で過剰のペース
トを除去した。続いて、ペーストを含浸した炭素繊維シ
ートの両面にポリエチレンフィルムを供給密着させ、キ
ャタピラ−式引き取り機で引き取り、炭素１１ｉＩｆｆ
を強化材とし、セメント組成物をマトリックスとするシ
ート状成形中間体を得た。

この中間体は、厚さが０．６ｍｍ、炭素繊維目付７８ｇ
／ｌ　２、そして、炭素繊維重量含有率が６．９％であ
った。

このシート状成形中間体を第３図に示すように炭素繊維
の配向方向に継ぎ合せ代を変えて積層した。

また、シート状成形中間体の継ぎ合せ部端部は２５度の
角度をもたせた。プレス成形機でＩＪｌ　／Ｃｌ１１２
の圧力下、２３℃の室温で２４時間水和反応を進め、更
にこの板を６０℃の温水中に４８時間浸漬、養生して成
形板を得た。

かくして得られた成形板から、継ぎ合せ部が長さ方向の
中心部になるように、長さ３００ｍｍ＋、幅２５ａｎ＋
の矩形板を切り出し、インストロン万能試験機（Ｍ　ｏ
ｄｅｌ　１１２５型）を用いてせん断引張り試験を行い
、継ぎ合せ代の影響を調べた。継ぎ合せ代と引張り破壊
荷重の関係は第１表の通りである。

第　　１　　表 （注）■〜■：本発明例、１：比較例 以上の結果によれば、継ぎ合せ代が長くなる程、せん断
による引張り破壊荷重も大きくなるが、継ぎ合せ代が５
０ｍｍを超えるとそれが顕著になることがわかる。

実施例２ 実施例１と同様にして、炭素繊維目付２２０（１／Ｉ＋
１２、炭素繊維重量含有率９．１％、厚さ１．２ｍｍの
シート状成形中間体を作成した。

このシート状成形中間体を炭素繊維の配向方向に合せて
９層積層した。ここで、積層物の上面側から２層目に継
ぎ合せ部を設けた。継ぎ合せ部は第４図に示すごとくで
あった。シート状成形中間体の端部の角度を５度とし、
継ぎ合せ代を１００１１ＩＩ１１とした。続いてｌｋ＋
Ｊ　／ｃｍ’の圧力下で２３℃の室温で２４時間水和反
応を進め、更にこの板を６０℃の温水中で４８時間養生
した。

得られた炭素繊維強化セメント板は厚みが１０．８１で
あり、継ぎ合せた部分を含む箇所も平坦で特に厚さに差
はなく、断面を観察したところ、各層の炭素繊維の厚さ
方向への急激な移行はなかった。

この成形板から炭素１１ｉ１ｆｔの配向方向に長さ４５
０＋ｅｍ、幅２５ｍｍの試験片を切り出し、曲げ試験を
行った。曲げ試験は、継ぎ合せ部が下側になるようにし
て３点曲げ法で行った。支点間距離と厚さの比は３２と
し、試験速度を５ｍａ＋／ｍｉｎとした。

比較のため、継ぎ合せ部端部に角度を有しない直角にし
た試験片も同様に試験した。

結果は、第２表に示す通りであった。

第　　２　　表 （注）■：本発明例、６：比較例 この結果によれば、継ぎ合せ部端部に角度を有しない比
較例の場合その断面を観察すると、炭素繊維が厚さ方向
に蛇行しており強度も低く、本発明例の場合が優れてい
ることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び２図は、本発明成形体の概念を示す図であり
、第１図はその板状体の斜視図、第２図はその円筒体の
断面図である。第３図は炭素繊維強化セメント成形中間
体の積層構成をモデル的に示した斜視図、第４図は同じ
く断面図である。 第１〜４図において符号は次の意味である。 １：炭素繊維強化セメント薄層の集合体、２：炭素ｍＮ
強化ヒメント簿薄層炭素繊維の端部、３：薄層の炭素繊
維の端部の継ぎ合せ部、４：シート状の炭素ｍｍ強化セ
メント成形中間体の集合体、５：シート状中間体の炭素
繊維の端部、６：シート状中間体の炭素繊維の継ぎ合せ
部、７：シート状成形中間体、Ｑ＝継ぎ合せ代特許出願
人　　東邦レーヨン林式会社 代理人弁理士　　土　居　三　部 第１図 第３図 第４図 ろ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セメント水ペーストを含浸し一方向に配向した連
   続炭素繊維からなるシート状成形中間体を複数層積層し
   た成形体の一部の層に炭素繊維の継ぎ合せ部が存在する
   成形体において、この継ぎ合せ代が５０ｍｍ以上で、且
   つ、継ぎ合せ部端部がシート状成形中間体の下面に対し
   て１〜４５度の角度を有することを特徴とする炭素繊維
   強化セメント成形体。