JPH02133347A - 全芳香族ポリエステル繊維からなる補強材及びその製造方法 - 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〉 本発明はコンクリート及びプラスチック等に埋設される
補強筋、及びプレストレスコンクリート用抗張材、送電
線や光フアイバー通信ケーブル等の補強材等に用いる補
強筋及び抗張材に関する。

〈従来技術および発明が解決しようとする課題〉従来か
らコンクＩＪ　−トの補強にはＪＩＳ　Ｇ３１１２．３
１１７に規定される各種鉄筋が用いられている。

またプレストレスコンクリート用の抗張材としては、Ｐ
Ｃ鋼材としてＪＩＳＧ２５３６．３１０９．３５３８他
に規定された各種が用いられている。これらは鉄を主成
分とした素材であるため錆を発生する。

この錆は、コンクリートの炭酸化や、ひび割れによる水
の浸入と空気中の酸素によシ発生すると言われておシ、
これを防止するために一短以上の厚さ（カプリ厚さと称
す）にすることが定められている。しかしコンクリート
中の塩類、イオンや、環境内の電気的作用によシ内部電
池をつくシ、錆を発生させる原因とも言われ鉄筋の腐触
の原因である錆の発生に対しては大きな欠点となってい
る。

特に海洋構造物、沿岸構造物、建築物に対する錆発生に
対しては無力である。さらに鉄の脣長である通電性があ
ること、磁性を帯びることが一方では大きな欠点となっ
ている。その一つに通信信号の漏洩や短絡を起すこと、
外部磁界によシ起電し、錆の発生の原因となること、更
には外部磁界の影響を大きく作用する等磁界を用いる構
造材には不適当であるＯ加うるに鉄は重いために作業性
を悪くシ、防錆の丸めのカプリ厚さをとる必要に加え、
構造体自身重量の大きなものにせざるを得ない欠点を有
している。

これら鉄を用いた鉄筋、ＰＣ鋼材の新たな技術として合
成繊維を用いて鉄の欠点を改良する研究がなされている
０例えば第６回コンクリート工学年久講演会論文９％（
１９８４３６９−３７２頁）や第８回コンクリート工字
年次講演会論文集（１９８６６５７−６６０頁、６６１
−６６４頁）には抗張材としてガラス繊維、アラミド繊
維、炭素繊維、そしてその接着剤としてアクリルエポキ
シ樹脂、ビニルエステル樹脂を用いた研究発成がアシ、
また強化プラスチック（１９８８３６巻６号　９−１７
頁）にはコンクリート補強用格子材料、土木技術（１３
巻１２号８８頁）にはコンクリート補強用各種ロンドに
ついての検討がなされている。さらに特開昭６２−２６
０９４７号公報、６２−２８８２４８号公報、さらに６
３−１３９７３５号公報には、繊維強化補強筋があシ、
特開昭６２−２８８２４８にはｐｃ鋼線代替の組紐状物
が示されている。補強筋や抗張体として必要な要件は、
■高強力高ヤング率の合成繊維であ）、■その合成繊維
が耐アルカリ性であること、■非磁性であること、■通
電性がないこと、■荷重に対しクリープ現象の少ないこ
とが必要である０ま九補強筋及び抗張材として利用する
場合、繊維の強力利用率を高めるため、■繊維が一定以
上ひきそろえられて成形されていること、■繊維成形体
に加わる応力が繊維に伝播するに足りる繊維と樹脂の接
着力を有し、■かつセメント用に用いる場合の樹脂は耐
アルカリ性を有するものでなければならない。更には■
工業材料として用いられる経済性を有し、大量の給供の
可能性のあるものであることである。

これらの点から鑑み、ガラス繊維は耐アルカリガラス繊
維といえども耐久的な使用には不適当である。またカー
ボンＩＲｍは通電性、樹脂と接着性の点から好ましくな
い。さらに形態状の違いでは組紐状のものは綾が生じ、
繊維の引き換えの点から繊維強力が充分発揮されないの
みならず、時間経過によるクリープ現象が起こり、補強
筋及び抗張材の本来の実力を発揮することができない欠
点を有している。本発明者らはこれら問題を解決すべく
鋭意研究の結果本発明に到達した。

く珠題を解決するための手段〉 本発明は、繊度が１〜３０００デニールで引張り強１ｊ
ｌｉｌ　１５　？／ｄｒ以上、ヤング率が３００　ｔ／
ｄｒ以上の全芳香族ポリエステル系合成繊維が６０体積
−以上と熱硬化性樹脂からなシ、かつ該全芳香族ポリエ
ステル系合成繊維の５０％以上が引き揃えられてなる棒
状の補強材であ如、そして、その好適な製造方法として
、引張９強度が１５ｒ／ｄｒ以上、ヤング率が３００　
ｒ／ｄｒ以上、単繊維の繊度が１〜３０００デニールの
全芳香族ポリエステル合成繊維を熱硬化性樹脂に含浸し
、延伸率を０．０５〜２％となるような張力を与えなが
らその繊維含有率が６０体積多以上で引抜き同時加熱成
型することにより単繊維の５０チ以上が引出し方向に引
きそろえられた棒状補強材の製造方法を用いるものであ
る。本発明者らは高強度、高ヤング率の全芳香族ポリエ
ステル系合成繊維を用いることによシ、驚くべきことに
鉄筋の欠点をカバーし更に耐久性、耐クリープ性を賦与
した抗張材を発明するに到った。

ここで云う全芳香族ポリエステルとは一種以上の芳香族
ヒドロキク酸の、場合によっては芳香族ジオール及び／
又は芳香族二酸との縮合による溶融加工可能な芳香族ポ
リエステルであって、存在する各成分の少くとも一個の
芳香環が重合体主鎖に寄与しているという意味において
全芳香族と称される全芳香族ポリエステルであって、異
方性溶融相を形成しうるいわゆるサーモトロピック液晶
性全芳香族ポリエステルを意味する。

これらの全芳香族ポリエステルのうち、ヒドロキシ安息
香酸、特にｐ−ヒドロキシ安息香酸と６＝ヒドロキシ−
２−ナフトエ酸とのポリエステル、又更にこれらにｐ、
ｐ　−ビスフェノールを第３成分として共重合させたポ
リエステルの他、ｐ−ヒトｏ　＊　シ安息香Ｈ％　ｐ＋
　Ｐ’−ビフェニール、テレフタール酸及び／又はイソ
フタル酸から成るポリエステルが有用であるが、それら
に限定されるものではなく、本発明の目的を阻害しない
限ｆｉにおいて、他の成分のポリマーへの導入を妨げる
ものではない。

一般的にこれらの全芳香族ポリエステル繊維は以下の様
な物性を有する。

特に単量体としてｐ−ヒドロキシ安息香酸と６゜２−ヒ
ドロキクナフトエ酸の共重合体を主成分としたものは以
下の様な物性を有する。

次に上記熱処理条件について詳細に述べると。

まず熱処理温度としては全芳香族ポリエステルの融点と
融点よ、９５０℃低い温度の範囲が好ましい。

全芳香族ポリエステルの融点は熱処理の進行に伴なって
上昇する。したがって熱処理の進行に伴なって熱処理温
度を高める方法が用いられることもある。熱処理時間と
しては１分〜１００時間、特に５〜５０時間が好ましい
。熱処理は、ボビンに巻いた状態で行なっても、またネ
ット状物上にフリーな状態で置いて行なっても、さらに
は加熱ローラー上を走行させる方法で行なってもよい。

繊度１〜３０００デニールという条件は、高強度及び高
ヤング率の繊維を製造する好適条件であるうえに、繊維
の表面積を大きくとることによシ樹脂との接着力を高め
るために必要である。表面積の点からは１デニ一ル未満
の細デニールの方がより好ましいものの、紡糸条件に問
題があシ更に引抜き成型時の繊維の引き揃え及び樹脂含
浸後の繊維の体積チを低下させ好ましくない。一方３０
００デニールを越えては高強度、高ヤング率の繊維は得
られないこと、及び樹脂との接着面積が減少するため充
分な補強筋又は抗張材が得られないこととなる。

熱硬化性樹脂は、種々選択することができるが、セメン
トコンクリート用に用いる補強筋及びプレストレスコン
クリート用抗張材はセメントアルカリ中で使用するもの
であるから、接着剤がアルカリ劣化した）、繊維との接
着界面で剥離するものは使用できない。又送電線や光フ
アイバー通信用ケーブルの補強材用には耐熱性のある樹
脂を用いる必要があシ、これらの点で、さらに繊維を集
束した時の集束体としての力を充分に発揮できる点で、
熱硬化性樹脂が用いられ、なかでもセメントコンクリー
ト用補強材または抗張材用には、エポキシ系樹脂が好適
であシ、なかでもグリコール類、ポリオール類にエピク
ロルヒドリンを反応して得られるポリグリシジルエーテ
ル化合物、又はフェノール類、アルコール類とエピクロ
ルヒドリンを反応して得られるモノグリシジルエーテル
化合物、代表的にはビスフェノールＡとエピクロルヒド
リンとの縮合反応から得られるグリシジルエーテルが用
いられる。また、メラミン−ホルマリン系、フェノール
系、尿素系の熱硬化性樹脂を用いることができる。また
ケーブル等の補強用には前述の樹脂に加え、不飽和ポリ
エステル系、全芳香族ポリエステル系の樹脂を用いるこ
とができる。樹脂中の繊維含有体積が６０−以上であら
ねばならないが、その理由は補強材として繊維の力を発
揮するためであり、連続繊維を用いた複合側よりマトリ
ックス成分である樹脂が少い方が複合材の引張シ強度、
ヤング率は高まることは明らかである。

本発明において、複合材における繊維の占める体積が６
０−以上でないと轍雑の強力、ヤング率等の機械的性能
を低下してしまい意味がない。また、引抜き成形におい
ては繊維が引抜きノズル内を通過する時空気のだき込み
をおさえ、かつ潤滑に成型する丸めには樹脂は多い方が
好ましいにもかかわらず、複合体の機械的性質を満足す
るためには４０％以下の樹脂量にする必要がある。複合
体の中の繊維集合体の形態は補強筋ないしは抗張材とし
て用いる場合重要な意味を有する。即ち引抜き成形した
棒状物中の繊維の配向が５０％以上好ましくは７０％以
上繊維方向に引き揃えられていなければ、どんなに接着
が完全であってもその繊維の集合体にかかる引張り応力
を単繊維各々に分担しても繊維−本一本が受ける応力が
異るため繊維集合体が１００−の力を発揮せず、３０〜
５０ｇ６の力しか発揮することができなくなるためと考
えられる。

従来技術として、繊維を撚り合せて集束化したのち、接
着剤樹脂を含浸することにより補強用繊維束を製造する
方法は公知である。この方法で得られるｆｆｌ維束では
、一般に単繊維は撚によシ繊維束方向にストレートに伸
びていない。したがってこのような繊維束では、繊維の
強度を十分に発揮すること、特にクリープを抑えること
ができない。

本発明では、繊維集合体の引き抜き方向に繊維が実質的
に撚が付与されずにストレートな状態で存在しているこ
とが重要である。換言すれば、繊維の５０−以上が実質
的に完全に引きそろえられていることが大切である。

なお引抜き成型体の任意の部分を１ｃｒＲ長にとり繊維
軸方向に平行に切断して、切断平面中の繊維成型軸方向
の引揃え本数を顕微鏡で計数することにより引き揃えら
れている割合を求めることができる。繊維の引き揃えを
コントロールすること及び負荷後のクリープを最少限に
するため樹脂含浸後に延伸率が０，０５〜２％となるよ
うな成形ノズルでの張力を与えつつ引抜き成型を行うこ
とによって５０％以上の繊維が引き揃えられながら成形
することが可能となった。

成形体の表面はプレストレスコンクリート用抗張材、送
電ケーブルや光フアイバーケーブル等の補強材は直径Ｉ
Ｗ〜ｌＱｗ、好ましくは３〜９■で表面凹凸のないま＼
巻取って使用することができる。一方コンクリート用鉄
筋代替としては直径６〜６０ｆｉでコンクリートとの接
着性を機械的に付与するため異形鉄筋と同様に棒状表面
に突起物を生じせしめる必要がある。本発明者らは成型
棒状体成型時の全繊度の１〜５％のデニールの太さが必
要で、異形性を高めるために１ｍ当り５０〜２００回の
撚を付与した全芳香族ポリエステル系合成繊維、ポリビ
ニルアルコール系合成繊維、アラミド系合成繊維・―・
・・・・・ｅ・・・・よりなり、引き抜き成型時に用い
た樹脂を含浸したものを、引抜き成型後の棒状物に軸線
方向に対し４０〜５０°の角度をもって斜めふしをつけ
るように２本のコードで巻きつけ熱処理して接合する方
法により異型棒状体を得ることができることを見付けた
。巻き付はピッチは斜めふし間隔と呼ばれ、ふしの平均
間隔を棒状態の直径で割った値が０，６〜０．８が好ま
しく、最も好ましくは０．７程度のピッチがよい。

次に本発明の製造方法は、ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６
−ヒドロキシ−２−す７トエ酸との共重合体からなる溶
融液晶ポリマーを用いて溶融紡糸して１〜３０００　ｄ
ｒの紡糸原糸を得て、更に２９０℃の空気中で２４時間
以上熱処理を行うことにより強度１５　ｆ／ｄｒ以上、
伸度４％以下、ヤング率３　Ｑ　Ｑ　９７４１以上の全
芳香族ポリエステル繊維を得ることができる。

該繊維Ｆｉ２５０〜５０００デニールのヤーン又はモノ
フィラメントとしてチーズ状に巻き取られ、送り出し張
カ一定装置のついたボビンクリールにセットし、ヤーン
は引き出され樹脂含浸槽へ導ひかれデイツプされ、引抜
き成型ノズルへ導ひかれ樹脂の付着と脱泡を行いつつ引
き抜かれ１３０〜２５０℃の加熱炉中を通る。加熱によ
り樹脂が硬化し成型される。樹脂含浸槽と加熱引抜き時
の間の糸のひき揃えは完全なものではなくてはならず。

又引き抜き時のひき揃えを５０％以上とするためには繊
維に０．０５〜２％の延伸を与えるような張力をかけつ
つ成型する必要がある。またこれＦｉ鷹維のクリープを
抑える効果を与える。異型性の付与は加熱硬化後樹脂デ
イプコードを同一工程内で行ってもよいし、別工程とし
て行ってもよい。

く作　用〉 本発明による補強材としてモルタルコンクリートの鉄筋
代替品として機械的強度、耐久性、経済性の点からあら
ゆる部材に利用することが出来る０特にリニヤモーター
カー用の非磁性、非電導性の特殊補強筋として利用でき
る。一方ＰＣ鋼線、送電線ケーブル、光フアイバー通信
用ケーブルの抗張材、補強材として引張り強度はもとよ
シフリープ（リラクゼーション）の少ない線材として利
用できる。また棒状物はネジ切を加えることにより発錆
のない繊維補強ボルト、木ネジなどにも利用することが
できる。以下実施例で説明する。

次に本発明を具体的に実施例と比較例で示す。

実施例１ ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフト
エ酸との共重合体からなる溶融液晶ポリマーを用い、溶
融紡糸して紡糸原糸１５００　ｄ／３００ｆを得た。更
に２９０℃で２４時間空気中で熱処理を行い１５００ｄ
／３００ｆの熱処理系を得た。その単繊維デニールは５
デニール、引張シ強度ｚ４．ａｐ／ｄｒｓ伸度３．４％
、−Ｙ／ダグ率００ｙ　／　ｄｒであった。

該る繊維１６０チーズを張力制御装置付クリールに取シ
つけ全デニールを２４００００デニールとしエポキシ樹
脂（油化シエルエボキ７社製エピコー）８２８）含浸槽
内にトウが乱れないように回転デイツプロール中に注意
深く導入した。樹脂の付着率は３０％となるように紋シ
、繊維の体積チは７０％であった。引抜き成型ノズル直
径は６ｕの円形のものを用いた。樹脂の硬化温度は１８
０℃とし、毎分３ｍで成形を行った。更に加熱硬化後の
引抜きロールはデイツプロールの０．７％の速度差をつ
ける引抜き張力であった。成型棒状体を１１切シ取シ繊
維の引き揃えを顕微鏡で見ると平均８５％以上は線維軸
方向に引き揃えられていることが観察された。

比較例１として、アラミド繊維（Ｄｕｐｏｎ’　を社製
ケプラー２９．１５００ｄｒ／１０ｏＯｆ）繊度１．５
デニール、引張シ強度２１　ｆ／ｄｒ、伸度３．９％、
ヤング率４７０　ｆ／ｄｒを１６８チーズ用い実施例１
と全く同様の方法で成型した。なお異形性を付与するた
めに、実施例１及び比較例１はポリビニルアルコール繊
維からなる１５００デニールのヤーンを２本用い１ｍ当
り１２０回の撚りをかけ引抜き成型品と同一のエポキシ
樹脂に含浸し、軸線方向に対しピッチ８．５　ｆｉ間隔
で時計まわり方向と反時計まわり方向にまきつけ、更に
１８０℃にて熱接着した。

実施例１％比較例１で得た棒状物の物性値を表−１に示
めす。

＊引張り強力の測定はインストロンＴＴ−ＣＭを用い、
試長３０箇でストレーンゲージを試料にはりつけて行な
った。

なお実施例１．比較例１に用いる繊維のりＩＪ−プ性能
をＪＩＳ−Ｌ−１０１７に準じて調らべた。

初荷重は破断強度の１／３ｏ荷重、荷重は破断強力の”
／１．ｓ　トＬ　、試長１ｍ、室温２５℃、相対湿度６
〇−中に放置した。そのクリープ（リラクゼーション率
）性能を表−２に示した。

表　　−２ 引張シ強　　力（４戸　　５０００　　　４３００強　
　度（Ｋｆ／ｄ）　　　　１７０　　　　１４７ヤング
率（Ｋｆ／Ｊ）　　　６８００　　　５８８０実施例１
は比較例１のクリープ率の大きいものに比し大変小さく
、瞬時にしてクリープが止まるという大きな特徴を有し
ている。比較例１は高強度、高ヤング率繊維であるにも
かかわらず、長時間にわたって応力緩和が起っており、
抗張材、補強材として好ましくない。

実施例２．比較例２〜７ セメントマトリックスに補強筋として実施例１で作製し
た異型筋（実施例２．３）と、比較のために比較例１で
作製した異型筋を用い・て（比較例２．３）更に比較例
４．５として市販のＤ６異型筋を用い、配筋率０．２８
　％として補強効果を調らべた。また配筋しないプレー
ンのものを比較例６．７とした。

実施例２．比較例２．４．６に用いたセメントモルタル
配合は早強セメント（アサノ早強セメント）１００重量
部（以下全てＩＦ量部）、珪砂（硯珪砂６．５号）３０
０部、砂利（岡山旭川５■粒径以下）１５０部を計量し
、オムニミキサーにてドライミックス１分間実施後、水
５２部、減水剤（花王マイティ１５０）２．５部添加し
、２分間混合してモルタルを得た。

実施例３、比較例３．５．７に用いた軽量セメントモル
タルの配合は早強セメント（アサノ早強セメン））１０
０部、微粉パーライト（宇部１型）１０部、膨張材（電
気化学社製≠２０）を加え、オムニミキサーにて１分間
ドライミックスし、起［１１（ハマノ工業社製フォーミ
ックス０２）３＠、減水剤１部を加えオムニミキサーに
て２分間混合しモルタルを得た。

成型は１０ａｎＸ１０副×４０ｍの標準型枠を用い、か
ぶシ厚土が１傭となるように長さ方向２本（配筋率０．
２８％）を８傭の間隔に固定した。配筋しないものは１
０ｃｒＲＸ１０儒Ｘ４０ｃｍの型わくそのままを用いた
。

実施例２．比較例２．４．６のセメントモルタル及び実
施例３、比較例３．５．７の軽量セメントモルタルを流
し込み成型を行なった。

養生は、実施例２．比較例２．４．６については室温中
に一昼夜放置硬化後脱型して４週間水中養生を行った。

また長期安定性をみるため海水中に放置し、１年後の変
化を観察した。

実施例３、比較例３．５．７については室温中に一昼夜
放置後脱型してその後気中放置にて４週間養生した。

測定は島津製万能試験機にて曲げ強度を測定した。スパ
ン長３０４とし中央載荷方式により最大破壊荷重と、そ
のたわみを測定した。曲げ強度は（但し、Ｐは荷重、Ｌ
はスパン長、ｂは部材の巾、ｔは部材の厚さ）より求め
た。それらを表−３に示す。

以下）二二〇 セメントモルタルの補強について実施例２は比較例６に
比し５倍以上の補強性と比較例２．４よシも優れ、かつ
耐久性も優れている。軽量セメントモルタルの補強にお
いても実施例３は他の比較例に比べ優れている。

特許出願人　株式会社　り　ラ　し

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊度が１〜３０００デニールで引張り強度が１５
   ｇ／ｄｒ以上、ヤング率が３００ｇ／ｄｒ以上の全芳香
   族ポリエステル系合成繊維が６０体積％以上と熱硬化性
   樹脂からなり、かつ該全芳香族ポリエステル系合成繊維
   の５０％以上が引き揃えられてなる棒状の補強材。
2. （２）引張り強度が１５ｇ／ｄｒ以上、ヤング率が３０
   ０ｇ／ｄｒ以上、単繊維の繊度が１〜３０００デニール
   の全芳香族ポリエステル合成繊維を熱硬化性樹脂に含浸
   し延伸率を０．０５〜２％となるような張力を与えなが
   ら、その繊維含有率が６０体積％以上で引抜き同時加熱
   成型することにより単繊維の５０％以上が引出し方向に
   引きそろえられた棒状補強材の製造方法。