JPH0598565A - 炭素繊維強化セメント複合材 - Google Patents
炭素繊維強化セメント複合材Info
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- JPH0598565A JPH0598565A JP25537691A JP25537691A JPH0598565A JP H0598565 A JPH0598565 A JP H0598565A JP 25537691 A JP25537691 A JP 25537691A JP 25537691 A JP25537691 A JP 25537691A JP H0598565 A JPH0598565 A JP H0598565A
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- Japan
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- composite material
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
- C04B14/386—Carbon
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、強度、特に曲げ強度の優れた炭素
繊維強化セメント複合材を得ることにある。 【構成】 フッ素ガスで表面処理した炭素繊維を含有し
た炭素繊維強化セメント複合材である。
繊維強化セメント複合材を得ることにある。 【構成】 フッ素ガスで表面処理した炭素繊維を含有し
た炭素繊維強化セメント複合材である。
Description
【０００１】
【産業上の利用野】この発明は、強度、特に曲げ強度の
優れた炭素繊維強化セメント複合材に関する。
優れた炭素繊維強化セメント複合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維強化セメント複合材はすでに各
種のものが公知である。炭素繊維は、比強度、比弾性率
などの機械的性質の外、耐薬品性、耐食性などにも優
れ、セメントなどの補強材として好適なものである。
種のものが公知である。炭素繊維は、比強度、比弾性率
などの機械的性質の外、耐薬品性、耐食性などにも優
れ、セメントなどの補強材として好適なものである。
【０００３】最近では、軽量で高強度のセメント系建材
などを得るため、セメントに炭素繊維を混合する方法に
ついて種々の研究が盛んに行われている。炭素繊維を強
化材とする炭素繊維強化セメント複合材では、炭素繊維
の強度、マトリックスの強度などとともに、炭素繊維と
マトリックスとの接着強度が大きいことが必要である。
などを得るため、セメントに炭素繊維を混合する方法に
ついて種々の研究が盛んに行われている。炭素繊維を強
化材とする炭素繊維強化セメント複合材では、炭素繊維
の強度、マトリックスの強度などとともに、炭素繊維と
マトリックスとの接着強度が大きいことが必要である。
【０００４】このために、ここに使用される炭素繊維に
低温プラズマ処理や光酸化処理を施し、炭素繊維とマト
リックスとの接着強度を改善することが知られている
（特開昭６３−１４４１５３号、特公平３−８８６６
号）。しかしながら、これらの処理には設備にコストが
かかり、このため別に簡便な方法による炭素繊維の改質
が望まれていた。
低温プラズマ処理や光酸化処理を施し、炭素繊維とマト
リックスとの接着強度を改善することが知られている
（特開昭６３−１４４１５３号、特公平３−８８６６
号）。しかしながら、これらの処理には設備にコストが
かかり、このため別に簡便な方法による炭素繊維の改質
が望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、簡単な装
置で炭素繊維が処理出来て、しかもここで得られた炭素
繊維をセメントペ−スト、セメントモルタル、セメント
コンクリ−トに配合することによって、炭素繊維とセメ
ントマトリックスとの濡れ性、接着性、親和性などを改
善し、優れた強度を有する炭素繊維強化セメント複合材
を得ようとするものである。
置で炭素繊維が処理出来て、しかもここで得られた炭素
繊維をセメントペ−スト、セメントモルタル、セメント
コンクリ−トに配合することによって、炭素繊維とセメ
ントマトリックスとの濡れ性、接着性、親和性などを改
善し、優れた強度を有する炭素繊維強化セメント複合材
を得ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、フッ素ガスで
表面処理した炭素繊維を含有した炭素繊維強化セメント
複合材（請求項１）及び炭素繊維が短繊維又はそのシ−
ト、ぺ−パ−、不織布或いは長繊維又はその織布である
請求項１記載の炭素繊維強化セメント複合材（請求項
２）である。以下に、これらの発明を説明する。なお、
本明細書で「炭素繊維」とは、炭素繊維の短繊維、又は
そのシ−ト、ペ−パ−、不織布或いは長繊維、又はその
織布をいう。
表面処理した炭素繊維を含有した炭素繊維強化セメント
複合材（請求項１）及び炭素繊維が短繊維又はそのシ−
ト、ぺ−パ−、不織布或いは長繊維又はその織布である
請求項１記載の炭素繊維強化セメント複合材（請求項
２）である。以下に、これらの発明を説明する。なお、
本明細書で「炭素繊維」とは、炭素繊維の短繊維、又は
そのシ−ト、ペ−パ−、不織布或いは長繊維、又はその
織布をいう。
【０００７】また、同様に本明細書で「炭素繊維強化セ
メント複合材」とは、セメントペ−スト、セメントモル
タル、セメントコンクリ−トに炭素繊維を含有せしめた
もの、又はこれで壁、床、柱等の建築部材や橋、道路用
等の土木部材にしたものをいう。
メント複合材」とは、セメントペ−スト、セメントモル
タル、セメントコンクリ−トに炭素繊維を含有せしめた
もの、又はこれで壁、床、柱等の建築部材や橋、道路用
等の土木部材にしたものをいう。
【０００８】本発明で用いられる炭素繊維は、ＰＡＮ
系、ピッチ系のいずれのものでもよい。炭素繊維の形状
は、径５〜２０μm で、短繊維、長繊維のいずれであっ
てもよい。短繊維は、例えば６０mm以下としてこれをそ
のままセメントペ−スト、セメントモルタル、セメント
コンクリ−トに混練してもよいが、短繊維でシ−ト、ペ
−パ−、不織布としたものでもよい。また、長繊維で織
布としたものでもよい。
系、ピッチ系のいずれのものでもよい。炭素繊維の形状
は、径５〜２０μm で、短繊維、長繊維のいずれであっ
てもよい。短繊維は、例えば６０mm以下としてこれをそ
のままセメントペ−スト、セメントモルタル、セメント
コンクリ−トに混練してもよいが、短繊維でシ−ト、ペ
−パ−、不織布としたものでもよい。また、長繊維で織
布としたものでもよい。
【０００９】炭素繊維は、フッ素ガスでその表面を処理
するが、フッ素ガスは単味でも使用でき、また窒素、ア
ルゴン、ネオン、パ−フルオロ炭化水素、酸素或いは空
気で希釈しても使用することが出来る。
するが、フッ素ガスは単味でも使用でき、また窒素、ア
ルゴン、ネオン、パ−フルオロ炭化水素、酸素或いは空
気で希釈しても使用することが出来る。
【００１０】フッ素ガスによる処理は、作業性からする
と常圧下が好ましいが、減圧下、或いは反対に加圧下で
行ってもよい。処理温度は１００℃以下が好ましい。１
００℃を超えると炭素繊維の機械的強度が低下する場合
がある。処理時間は、フッ素ガスの濃度と関係するが、
高濃度から低濃度となるに従って長時間を要する。フッ
素ガス単味の場合でいえば、５〜６０分である。処理は
バッチ処理、連続処理のいずれでもよく、例えばバッチ
処理では、炭素繊維の所定量を反応容器の中に入れ、こ
れにフッ素ガスを導入するだけでよく、極めて簡単な処
理で済む。炭素繊維は、上記のようにフッ素ガスで表面
処理することによって、その表面が活性化され著しく濡
れ性などが改善される。
と常圧下が好ましいが、減圧下、或いは反対に加圧下で
行ってもよい。処理温度は１００℃以下が好ましい。１
００℃を超えると炭素繊維の機械的強度が低下する場合
がある。処理時間は、フッ素ガスの濃度と関係するが、
高濃度から低濃度となるに従って長時間を要する。フッ
素ガス単味の場合でいえば、５〜６０分である。処理は
バッチ処理、連続処理のいずれでもよく、例えばバッチ
処理では、炭素繊維の所定量を反応容器の中に入れ、こ
れにフッ素ガスを導入するだけでよく、極めて簡単な処
理で済む。炭素繊維は、上記のようにフッ素ガスで表面
処理することによって、その表面が活性化され著しく濡
れ性などが改善される。
【００１１】フッ素ガスで表面処理した炭素繊維は、フ
ッ素が炭素繊維表面とセメントマトリックスとの間で一
種のカップリング剤的なアンカ−効果を示すことなどが
あって、炭素繊維強化セメント複合材の強度向上が達成
されているものと推定される。
ッ素が炭素繊維表面とセメントマトリックスとの間で一
種のカップリング剤的なアンカ−効果を示すことなどが
あって、炭素繊維強化セメント複合材の強度向上が達成
されているものと推定される。
【００１２】複合材のマトリックスとなるセメントは、
例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセ
メントなどのポルトランドセメント、高炉セメント、フ
ライアッシュセメントなどの混合セメント、アルミナセ
メントなどを挙げることができる。
例えば普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセ
メントなどのポルトランドセメント、高炉セメント、フ
ライアッシュセメントなどの混合セメント、アルミナセ
メントなどを挙げることができる。
【００１３】フッ素ガスで表面処理した炭素繊維をセメ
ントペ−スト、セメントモルタル、セメントコンクリ−
トに含有せしめる方法としては、未処理の炭素繊維を含
有させる従来の方法がそのまま使用できる。例えば、セ
メントモルタル、セメントコンクリ−ト中にフッ素ガス
で表面処理した炭素繊維の短繊維を添加し、これを均一
に撹拌、混合して分散せしめる方法、炭素繊維の織布ま
たは不織布を用いる場合は、これらに予めセメントペ−
ストを含浸させたものを複数枚重ね合わせ、加圧して一
定の形状とする方法、セメントペ−ストの吹き付けで
は、セメントペ−スト吹き付けノズルの近傍で炭素繊維
の短繊維を連続的に供給添加したものを吹き付ける方法
などがあげられる。フッ素ガスで表面処理した炭素繊維
の含有率は、上記従来方法の含有率と同様である。以下
に実施例をあげてこの発明をさらに説明する。
ントペ−スト、セメントモルタル、セメントコンクリ−
トに含有せしめる方法としては、未処理の炭素繊維を含
有させる従来の方法がそのまま使用できる。例えば、セ
メントモルタル、セメントコンクリ−ト中にフッ素ガス
で表面処理した炭素繊維の短繊維を添加し、これを均一
に撹拌、混合して分散せしめる方法、炭素繊維の織布ま
たは不織布を用いる場合は、これらに予めセメントペ−
ストを含浸させたものを複数枚重ね合わせ、加圧して一
定の形状とする方法、セメントペ−ストの吹き付けで
は、セメントペ−スト吹き付けノズルの近傍で炭素繊維
の短繊維を連続的に供給添加したものを吹き付ける方法
などがあげられる。フッ素ガスで表面処理した炭素繊維
の含有率は、上記従来方法の含有率と同様である。以下
に実施例をあげてこの発明をさらに説明する。
【００１４】
（実施例１）
【００１５】径１３μm ，長さ６mmのピッチ系炭素繊維
をステンレス製の円筒型反応器に入れ、器内を真空脱気
したのち室温でフッ素ガスを５０mmＨｇで導入し５分間
処理した。処理した炭素繊維の濡れ性を評価するため、
水に対する前進接触角をウイルヘルミ−法で測定したと
ころ６０．１度であった（測定装置、（株）島津製作所
製、自動接触角測定装置、「ＳＴ−１Ｓ」）。なお、処
理前の炭素繊維の前進接触角を同様に測定したが９４．
８度であった。
をステンレス製の円筒型反応器に入れ、器内を真空脱気
したのち室温でフッ素ガスを５０mmＨｇで導入し５分間
処理した。処理した炭素繊維の濡れ性を評価するため、
水に対する前進接触角をウイルヘルミ−法で測定したと
ころ６０．１度であった（測定装置、（株）島津製作所
製、自動接触角測定装置、「ＳＴ−１Ｓ」）。なお、処
理前の炭素繊維の前進接触角を同様に測定したが９４．
８度であった。
【００１６】次に、 普通ポルトランドセメント １００ 重量部 砂 ２５ 〃 水 ４０ 〃 解繊剤（Ｈｉ−メトロ−ズＰＯＳＨ−４０００ 信越化学社製） ０．３ 〃 減水剤（マイティ−１５０、花王社製） １ 〃 を配合したものをオムニ型ミキサ−で１分間混練し、次
で上記のフッ素ガスで表面処理した炭素繊維を２ｖｏｌ
％となるような割合で添加し、さらに６分間混練した。
このようにして得られたフッ素ガス表面処理した炭素繊
維含有モルタルを、型枠（巾５cm，長さ２５cm，厚さ１
cm）に充填し、１日後脱型し温度２０℃の水中で材令７
日まで養生した。このものの曲げ強度は９４．８kgf ／
cm2 であった。
で上記のフッ素ガスで表面処理した炭素繊維を２ｖｏｌ
％となるような割合で添加し、さらに６分間混練した。
このようにして得られたフッ素ガス表面処理した炭素繊
維含有モルタルを、型枠（巾５cm，長さ２５cm，厚さ１
cm）に充填し、１日後脱型し温度２０℃の水中で材令７
日まで養生した。このものの曲げ強度は９４．８kgf ／
cm2 であった。
【００１７】なお、フッ素ガスで表面処理しない炭素繊
維を用い、同様な方法で得たものの曲げ強度は７９．５
kgf ／cm2 で、フッ素ガスで表面処理したものがこれを
行わないものと比較して約１．２倍曲げ強度が増大して
いることが認められた。 （実施例２）
維を用い、同様な方法で得たものの曲げ強度は７９．５
kgf ／cm2 で、フッ素ガスで表面処理したものがこれを
行わないものと比較して約１．２倍曲げ強度が増大して
いることが認められた。 （実施例２）
【００１８】ＰＡＮ系高性能炭素繊維をランダムに配列
した目付３３ｇ／cm2 、厚さ０．３１mmの炭素繊維ペ−
パ−（カ−ボンペ−パ−、ＳＨ−３５Ｚ、日本カ−ボン
（株）商品名）を巾５cm，長さ２５cmに切断し処理時間
を１０分とした以外は実施例１と同じ方法で表面処理し
た。
した目付３３ｇ／cm2 、厚さ０．３１mmの炭素繊維ペ−
パ−（カ−ボンペ−パ−、ＳＨ−３５Ｚ、日本カ−ボン
（株）商品名）を巾５cm，長さ２５cmに切断し処理時間
を１０分とした以外は実施例１と同じ方法で表面処理し
た。
【００１９】次に、水／セメント比４０％の普通ポルト
ランドセメントペ−ストを型枠（巾５cm，長さ２５cm，
厚さ１cm）に０．２cmの高さまで充填し、その上にフッ
素ガスで表面処理した炭素繊維ペ−パ−をのせ、さらに
その上からセメントペ−ストを充填して全体の厚さが１
cmの炭素繊維ペ−パ−とセメントペ−ストとの複合材を
作成した。これを１日後脱型し２０℃の水中で材令１４
日まで養生した。この炭素繊維強化セメント複合材は炭
素繊維含有率が０．２４ｖｏｌ％で、曲げ強度は８８．
４kgf ／cm2 であった。なお、フッ素ガスで表面処理し
ない炭素繊維ペ−パ−を用い、同様な方法で得たものの
曲げ強度は６７．０kgf ／cm2 で、フッ素ガスで表面処
理したものがこれを行わないものと比較して約１．３倍
曲げ強度が増大していることが認められた。 （実施例３）実施例２に用いたものと同じ炭素繊維ペ−
パ−を巾４cm，長さ８cmに切断し、処理時間を３０分と
した以外は実施例１と同じ方法で処理した。
ランドセメントペ−ストを型枠（巾５cm，長さ２５cm，
厚さ１cm）に０．２cmの高さまで充填し、その上にフッ
素ガスで表面処理した炭素繊維ペ−パ−をのせ、さらに
その上からセメントペ−ストを充填して全体の厚さが１
cmの炭素繊維ペ−パ−とセメントペ−ストとの複合材を
作成した。これを１日後脱型し２０℃の水中で材令１４
日まで養生した。この炭素繊維強化セメント複合材は炭
素繊維含有率が０．２４ｖｏｌ％で、曲げ強度は８８．
４kgf ／cm2 であった。なお、フッ素ガスで表面処理し
ない炭素繊維ペ−パ−を用い、同様な方法で得たものの
曲げ強度は６７．０kgf ／cm2 で、フッ素ガスで表面処
理したものがこれを行わないものと比較して約１．３倍
曲げ強度が増大していることが認められた。 （実施例３）実施例２に用いたものと同じ炭素繊維ペ−
パ−を巾４cm，長さ８cmに切断し、処理時間を３０分と
した以外は実施例１と同じ方法で処理した。
【００２０】次に、水／セメント比４０％の普通ポルト
ランドセメントペ−スト中に上記の表面処理した炭素繊
維ペ−パ−を入れ、セメントペ−ストを十分含浸させ
た。次いでセメントペ−スト含浸炭素繊維ペ−パ−を型
枠（巾４cm，長さ８cm，厚さ０．６cm）に順次入れて１
２枚の積層体とした。これを１日後脱型し２０℃の水中
で材令１４日まで養生した。この炭素繊維強化セメント
複合材の炭素繊維含有率は３．８ｖｏｌ％で、曲げ強度
は５８４．３kgf ／cm2 であった。なお、フッ素ガスで
表面処理しない炭素繊維を用い、同様な方法で得たもの
の曲げ強度は３９０．４kgf ／cm2 で、フッ素ガスで表
面処理したものがこれを行わないものと比較して約１．
５倍曲げ強度が増大していることが認められた。
ランドセメントペ−スト中に上記の表面処理した炭素繊
維ペ−パ−を入れ、セメントペ−ストを十分含浸させ
た。次いでセメントペ−スト含浸炭素繊維ペ−パ−を型
枠（巾４cm，長さ８cm，厚さ０．６cm）に順次入れて１
２枚の積層体とした。これを１日後脱型し２０℃の水中
で材令１４日まで養生した。この炭素繊維強化セメント
複合材の炭素繊維含有率は３．８ｖｏｌ％で、曲げ強度
は５８４．３kgf ／cm2 であった。なお、フッ素ガスで
表面処理しない炭素繊維を用い、同様な方法で得たもの
の曲げ強度は３９０．４kgf ／cm2 で、フッ素ガスで表
面処理したものがこれを行わないものと比較して約１．
５倍曲げ強度が増大していることが認められた。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、炭素繊維にフッ素ガス
を単に接触するという簡単な処理を施すだけで、炭素繊
維の濡れ性が著しく改善され、このものをセメントマト
リックスで複合化した場合、炭素繊維とセメントマトリ
ックスとの接着性が向上するので炭素繊維の特性を十分
に発揮した高強度の炭素繊維強化セメント複合材が得ら
れるようになった。
を単に接触するという簡単な処理を施すだけで、炭素繊
維の濡れ性が著しく改善され、このものをセメントマト
リックスで複合化した場合、炭素繊維とセメントマトリ
ックスとの接着性が向上するので炭素繊維の特性を十分
に発揮した高強度の炭素繊維強化セメント複合材が得ら
れるようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ２１Ｈ 13/50 (72)発明者 鄭 容宝 京都府京都市上京区千本通出水下る十四軒 町394番地の１ 西陣グランドハイツ601号 (72)発明者 斉木 幸則 埼玉県浦和市円正寺11−27 (72)発明者 向野 孝元 東京都小金井市本町４−４−５ (72)発明者 黒田 武 千葉県柏市明原４−12−12
Claims (2)
- 【請求項１】 フッ素ガスで表面処理した炭素繊維を含
有した炭素繊維強化セメント複合材。 - 【請求項２】 炭素繊維が短繊維又はそのシ−ト、ぺ−
パ−、不織布或いは長繊維又はその織布である請求項１
記載の炭素繊維強化セメント複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25537691A JPH0598565A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 炭素繊維強化セメント複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25537691A JPH0598565A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 炭素繊維強化セメント複合材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0598565A true JPH0598565A (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=17277910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25537691A Pending JPH0598565A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 炭素繊維強化セメント複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0598565A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0670291A2 (en) * | 1994-03-03 | 1995-09-06 | Atomic Energy Corporation Of South Africa Limited | Production of composites |
| AU705501B2 (en) * | 1994-03-03 | 1999-05-27 | Atomic Energy Corporation Of South Africa Limited | Production of composites |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP25537691A patent/JPH0598565A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0670291A2 (en) * | 1994-03-03 | 1995-09-06 | Atomic Energy Corporation Of South Africa Limited | Production of composites |
| EP0670291A3 (en) * | 1994-03-03 | 1996-04-17 | Atomic Energy South Africa | Manufacture of composite materials. |
| US5744257A (en) * | 1994-03-03 | 1998-04-28 | Atomic Energy Corporation Of South Africa Limited | Production of composites |
| AU705501B2 (en) * | 1994-03-03 | 1999-05-27 | Atomic Energy Corporation Of South Africa Limited | Production of composites |
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