JPH0424287A - 繊維強化材の製造方法 - 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、繊維強化複合材料、特に繊維強化セメントの
強化材として使用される繊維強化材の製造方法に関する
。

［従来の技術］ コンクリートには脆くてひび割れを生じやすいという欠
点かあり、その欠点を改善するために、古くから鉄筋か
使用されてきた。しかし、鉄筋コンクリートにおいては
海水等によって鉄筋か腐蝕されることがあり、従来より
かぶりを深くとる等の処置が講じられてきたものの、耐
食性は改善されていない。また、重量も大変重くなり、
作業性。

施工性に問題がある。

上記のような鉄筋コンクリートの欠点を改善するために
、近年、炭素繊維、ガラスｌＩｉ維、アラミド繊維等の
高強度連続繊維を樹脂系マトリックスで固めて鉄筋また
はＰＣ鋼線の代わりに利用する技術が開発されて来てい
る。しかし、このような樹脂含浸繊維はセメントコンク
リートとのなじみが悪く、付着性、定着性が充分てない
という欠点がある。この欠点を改善するために、繊維を
樹脂で被覆し、次に樹脂表面に０．１〜１０Ｍ径の粒子
を固着ざぜて凹凸を付けたコンクリート用補強材が特開
平１−２５７１５２号公報に記載されている。

［発明が解決しようとする課題］ 繊維強化材に効果的な凹凸を効率良く付ける方法として
は未だ満足なものが提案されていない。

例えば特開平１−２５７１５２号公報には、繊維と硬化
した樹脂から成るロットに樹脂溶液を塗り、その上に固
体粒子を散布しまたはそのロンドを粒子集合体の中にも
ぐり込ませて粒子を付着させる方法、及び粒子を混入し
た樹脂溶液をロンドに塗る方法が開示されているが、い
ずれも操作に手間がかかる上、粒子の付着むらを生じ得
る欠点がある。また、粒子を混合した樹脂溶液を塗付し
た場合、粒子が樹脂中に埋め込まれるようになり、効果
的な凹凸のつかないことがある。

本発明は、粒子の付着むらのない、コンクリートとの接
着力に優れた繊維強化材を、好ましくは連続的に、効率
良く製造す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］ 本発明は、繊維及び樹脂から成る複合材の表面に粒子を
固着させて繊維強化材を作る方法において、平均粒径１
μＴｒＬ〜１＃Ｉの粒子を、該粒子の比重より大きな比
重を有する溶媒または樹脂溶液に浮遊または分散させた
ところの液状物に、繊維またはｍ維樹脂複合材をくぐら
せてこれに粒子を付着させた後、その表面に粒子を固着
させることを特徴とする、繊維強化材の製造方法である
。

ここで、使用する粒子の比重を、粒子を分散または浮遊
させる溶媒または樹脂溶液（以下、簡単に液体というこ
とかある）の比重以下とすることか、本発明の重要な要
件である。このことによって攪拌等の操作を行わなくて
も、比較的大きな粒子が液中で沈降せず、繊維または繊
維樹脂複合材を単に液中にくぐらせるだけで、液体に浮
遊または分散した粒子が、繊維または繊維樹脂複合材上
にむらなく付着される。この方法によれば、粒子を塗付
または散布する方法に比べ、粒子をむらなく付着させる
ことができる上に、ｉ維強化材を簡潔にかつ効率良く製
造することかできる。また、本発明で使用する粒子は比
重が小さいので、粘度の低い液中でも沈降しない。その
ため濃度の高い樹脂溶液を用いる必要がなく、従って樹
脂を硬化させた後に粒子が該樹脂中に埋め込まれること
がないので、繊維強化材表面に効果的な凹凸をつけるこ
とが出来る。

粒子を付着させる繊維または繊維樹脂複合材としては、
全ての合成繊維、高強度繊維、及びそれらを含有する繊
維樹脂複合材を使用することか出来る。本発明で用いら
れる繊維の例として、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊
維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維、
アクリル繊維、ポリプロピレン繊維、炭化ケイ素繊維、
アルミナ繊維等が挙げられるが、中でも炭素繊維、アラ
ミド繊維、ビニロン繊維、特に耐アルカリ性のこれら繊
維が好ましい。これらの繊維は長繊維であることが好ま
しいが、メツシュ、スティック、ステーブル、モノフィ
ラメントのステーブル等、いずれの形状であっても良く
、また、任意的にプラズマ処理、シランカップリング剤
による処理等が施されていても良い。これら繊維を、粒
子を浮遊または分散させた樹脂溶液中にくぐらせて繊維
樹脂複合材とすると同時に粒子を付着させることも出来
る。あるいは、予め繊維樹脂複合材を作り、次に粒子を
浮遊または分散させた液体中にくぐらせて粒子を付着さ
せることか出来る。後者の方が、より多くの粒子を強化
材表面に付着させることか出来る。

Ｖ＆帷樹脂複合材の例としては、上記の繊維と熱硬化性
樹脂または熱可塑性樹脂とから成る、樹脂で被覆したｉ
維または樹脂含浸繊維が挙げられるが、これらに限定さ
れない。樹脂を繊維に含浸させて繊維樹脂複合材を作る
場合、慣用の溶剤または水に溶解した樹脂あるいは溶融
した樹脂のいずれも用いることが出来る。溶剤に溶解し
た熱硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂ワニスが繊維内部へ
の含浸性が良く、好ましい。エポキシ樹脂としては、例
えばビスフェノールＡ系、フェノール／ボラック系環状
脂肪族系、長鎖脂肪族系等の種々のものを使用すること
ができる。熱硬化性樹脂を使用する場合、完全に硬化さ
せる必要はなく、Ｂステージのプリプレグ状態、Ｃステ
ージのゲル状態であっても良い。長繊維に樹脂系マトリ
ックスワニスを含浸させ、次に加熱乾燥することによっ
て水または溶剤を飛ばし、同時に硬化を進めれば、繊維
樹脂複合材を得ることか出来る。樹脂溶液を含浸する方
法としては、浸漬、へケ塗り、スプレイング等、種々の
慣用の方法を用いることが出来る。

尚、ここで「樹脂」という語は、種々のポリマ前駆体を
包含する。樹脂としてポリマー前駆体を用いた場合には
、樹脂溶液を含浸させた後に慣用の方法で重合させるこ
とにより、繊維樹脂複合材を得ることが出来る。

繊維強化材料に固着させる粒子は、使用する液体の比重
より小さい比重のものであれば良く、その種類に特に制
限はない。例えばシラスバルーン、シリカバルーン、カ
ラスバルーン、クレイ発泡体、抗火石発泡体、黒曜石発
泡体などの無機物、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの
有機物の粒子が使用できる。中でも安価で耐熱性のある
鉱物発泡体が好ましい。ここで、使用する液体の比重よ
り小さい比重の粒子とは、使用する粒子の大部分の比重
が液体の比重より小さいことを意味し、全ての粒子か液
体の比重より小さい比重である必要はない。付着させる
粒子は液体に浮遊していることか好ましいが、粒子の一
部または全部が液体中で分散していても良い。通常は、
液体の動きがあるので粒子の少なくとも一部は液体中に
まき込まれて分散させられる。粒子が液体中で沈降する
ことは極力避けねばならないが、一部が沈降していても
通常さしつかえない。使用する粒子の比重は、通常用い
られる溶媒の比重が０．７〜１．１であることを考慮す
ると、一般に１．１以下、特に０．７以下とするのが好
ましいが、用いる溶媒または溶液によっては、１．１を
越えても良い。粒子の粒径は、繊維強化物表面に効果的
な凹凸を付けるために、一般に１μｍ〜１ｍ、特に３０
〜２００μｍとするのか適当である。粒径が１μｍより
小さいと効果的な凹凸が付きにくく、１１ｆＩＩＩｉよ
り大きいと、力がかかったときに粒子が破壊され易く、
コンクリートとの付着強度が低下するおそれがある。

付着させる粒子の量は、繊維強化樹脂材料に対して５〜
５０重量％、特に１５〜３５重量％とするのが好ましい
。付着させる粒子の量が多すぎると、粒子同志で破壊か
生じ易く、コンクリートとの付着強度か弱くなる。同様
に付着させる粒子の量が少なすぎると、凹凸が少なくな
り、また、粒子の分布にむらか生じ易いので、コンクリ
ートとの付着強度が弱くなる。

粒子を浮遊または分散させる溶媒または樹脂溶液に特に
制限はない。繊維をくぐらせる場合には、樹脂溶液を用
い、好ましくは溶剤に溶解した熱硬化性樹脂、特にエポ
キシ樹脂系ワニスを用いる。

これらの樹脂は粒子を繊維強化材表面に固着させるため
に必要なものである。ｌ１ｉＮ樹脂複合材を液体にくぐ
らせる場合には、樹脂溶液の代わりに該樹脂を軟化・膨
潤し得る溶媒を使用することも出来る。また、熱可塑性
樹脂を含有する繊維樹脂複合材をくぐらせる場合には、
液体として該樹脂を軟化・膨潤しない溶媒を用いても、
後に該繊維樹脂複合材を加熱処理に付すことによって粒
子を固着させることが出来る。ここでも、「樹脂」とい
う語はポリマー前駆体をも包含する。繊維または繊維樹
脂複合物を該液体にくぐらせる方法とじては、種々の慣
用の方法を採用することが出来る。

一般に、ｉ雑または繊維樹脂複合材は、該液体から０．
０５〜３０ＴｒＬ／分、特に０．１〜１０Ｔｒｔ／分の
速度で連続的に引き上げるのが好ましい。

このようにして繊維または繊維樹脂複合材表面に付着し
た粒子を、次に付着した面に固着させる。

固着方法は任意であり、使用した繊維、樹脂及び付着さ
せた粒子の種類に応じて種々の方法を用いることが出来
る。例えば粒子を固着するための樹脂として熱硬化性樹
脂を使用した場合には、樹脂を含浸した複合材または繊
維を加熱処理に付して樹脂を硬化させることにより、粒
子を固着させることが出来る。一般に本加熱処理は、溶
剤が飛び、ゲル化が生じる程度で良い。熱硬化性樹脂を
含有する複合材を、該樹脂を軟化・膨潤し得る溶媒に粒
子を浮遊・分散させた液状物にくぐらせた場合も、同様
の加熱処理によって粒子を固着することが出来る。熱硬
化性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂を用いた場合にも、熱
処理によって一度樹脂を軟化させた後に冷却すれば、粒
子の固着した繊維強止材を得ることか出来る。また、樹
脂としてポリマー前駆体を使用した場合には、該ポリマ
ー前駆体をラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合
等の慣用の方法で重合させれば、表面に粒子が固着され
る。ざらに樹脂の種類によっては、光照射、放射線照射
等の方法によって樹脂を硬化させて粒子の固着を行うこ
とも可能である。処理条件は、当業者であれば、使用し
た樹脂、溶剤等の種類に応じ、容易に決定することがで
きるであろう。

［実施例］ 以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。

以下の実施例において、「付着強度」とは、ＪＣＩ−３
Ｆ８ｒ繊維の付着試験方法」に準じ、第１図に示すよう
な試験片（４本の繊維強化材のスティックが、プラスチ
ックの仕切板を通してモルタルに埋め込まれている。引
き抜は側の埋め込み長さ：ｉｏ、、）にて測定した最大
引抜は加重を、スティック４本分の埋め込み長さ（４０
ｓｙ）で除したものである。

実施例１，２及び３ 炭素繊維糸（旭化成カーボンファイバー製、フィラメン
ト１２，０００本）をエポキシ樹脂ワニスに連続的に含
浸して引き上げ、得たスティックかたるまないようにお
る程度張力をかけた状態で１２０℃で５分間乾燥させて
、Ｂステージプリプレグ状態のスティックを作成した。

ここで、スティック全重量に占める樹脂の量は４０Φ量
％、揮発分量０．５重量％であった。ここで使用したエ
ポキシ樹脂ワニスの組成（重量部）を第１表に示す。

第　　　１　　　表 硬化剤　　　　［）　ｉ　ｃ　ｙ２）５溶剤　　　　　
２−メトキシエタノール　　３０１）液状ビスフェノー
ルＡ系エポキシ樹脂、バガイキー社製） チ ２）ジシアンジアミド、 日本力 バイト製 シリカバル−ンフィライト（日本フィライト製、平均粒
径１２０μＴｒＬ、比重０．７、カサ比重０，４）をメ
チルエチルケトン（以下、ＭＥＫと略ス）、スティック
の作成に使用した第１表のエポキシ樹脂ワニス、または
水系エポキシエマルション（ＥＡ７、カネボウＮＳＣ製
）の三種に浮遊・分散させて液状物とした。使用したフ
ィライトの組成を第２表に示す。

第　　２　　表 Ａｌ２Ｏ３２７〜３３ Ｎ　ａ２　ｏＳＫ２０　　　０．５〜４．０Ｆｅ２０３
　　　　　　　４ 液状物の夫々に上述のスティックを含浸させ、１〜２ｒ
ｒｔ１分で引き揚げて粒子を付着させた。次に、該ステ
ィックを１５０℃で５分間加熱乾燥硬化させて、カーホ
ンＨＮ／エポキシ樹脂／フィライトのスティックを作成
した。

得られた三種のスティック及び粒子を浮遊・分散する液
状物にくぐらせずに加熱硬化させたスティック（比較例
１）について、コンクリートとの付着強度を測定した。

その結果を第３表に示す。

本発明に従い粒子を固着させたスティックの付着強度が
優れていることか明らかである。

実施例４及び５ 強化繊維として、炭素繊維の代わりに耐アルカリカラス
繊維（日本電気硝子製、ＡＲＧファイバー８２１．１６
　ｔｅｘ、実施例４）またはアラミド繊維（東しデュポ
ン製、ケプラー４９、実施例５）を用い、実施例１を繰
り返した。付着強度の測定結果を第４表に示す。比較の
ため、実施例１のブタも併せ示した。

実施例６，７及び８ 粒径の異なるフィライト粒子を用いて、実施例１を繰り
返した。付着強度の測定結果を第５表に示す。比較のた
め、実施例１のデータも併せ示した。

実施例９及び１０ 付着させる粒子として、シリカバルーンフィライトの代
わりにシラスバルーン（平均粒径１５０μｍ、実施例９
）またはナイロン樹脂微粒子（ナイロン１２ダイアミド
、比重１．０１、粒径６０〜２５０μｍ、実施例１０）
を用い、実施例１を繰り返した。

付着強度の測定結果を第６表に示す。比較のため、実施
例１のデータも併せ示した。

［発明の効果］ 本発明の方法に従えば、繊維樹脂複合材表面に容易に凹
凸を作ることかできる。その上、粒子の付着むらかなく
、しかも比較的粒径の大きな粒子を付着させることかで
きるので、凹凸が大きく、マトリックス例えばコンクリ
ートとの付着性に優れた製品を得ることができる。従来
、繊維樹脂複合材に効果的な凹凸を付けるためには相当
の手間かかかり、しかも粒子をむらなく付着させること
が困難であった点に鑑み、本発明の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は付着強度の測定に使用した試験片の見取図であ
る。１はコンクリートを、２はｌｌｉ維樹脂複合材のス
ティックを、３は仕切板を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維及び樹脂から成る複合材の表面に粒子を固着させて
   繊維強化材を作る方法において、平均粒径１μｍ〜１ｍ
   ｍの粒子を、該粒子の比重より大きな比重を有する溶媒
   または樹脂溶液に浮遊または分散させたところの液状物
   に、繊維または繊維樹脂複合材をくぐらせてこれに粒子
   を付着させた後、その表面に粒子を固着させることを特
   徴とする、繊維強化材の製造方法。