JPH0657404B2

JPH0657404B2 - 炭素繊維強化セメント材の製造方法

Info

Publication number: JPH0657404B2
Application number: JP61081946A
Authority: JP
Inventors: 秀実村田; 斌池田; 廣道坂井; 村上　　淳; 博文太田黒
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1986-04-09
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPS6230008A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、炭素繊維強化セメント材の製造方法に関する
ものである。

（従来の技術）一般に、炭素繊維強化セメント材は耐熱、耐火、耐水性
を備え、軽量で強度の高い特徴を持つ材料として、建築
用、土木用等への利用が近年盛んに行なわれつつある。

炭素繊維強化セメント材の製造方法としては (1) 連続した長繊維状の炭素繊維トウを一定の長さに
切断しながら圧縮空気ガンのノズルより吹き出し、同時
に他のノズルより吹き出すセメントスラリーと一緒に吹
きつけて成形するダイレクトスプレー法 (2) 短繊維状の炭素繊維をセメントスラリーと一緒
に、あらかじめ混合した後成形するプレミックス法 (3) 炭素繊維トウをあらかじめ一方向或いは二方向に
配設したもの、或いはシート状の炭素繊維を配設したも
のにセメントスラリーを含浸させて成形する含浸法（又
はハンドレイアツプ法）。

(4) 炭素繊維を抄造して紙状にしたものをセメントス
ラリー中で成形する抄造法、などが知られている。

（発明が解決しようとする問題点）これらの方法の中、ダイレクトスプレー法は成形作業効
率が格段に優れるので現場施工の観点からは最も好まし
い方法であるが、炭素繊維を使用する限り重大な問題が
あつて未だ十分に実用化されるに到つていない。即ち、
例えば特開昭５８−４５１４２号公報や特開昭６０−３
２８８０号公報に開示されている通り、炭素繊維をダイ
レクトスプレーに供するとその単繊維自身は腰が柔かい
為に吹付けられたセメントモルタル中で綿状に丸く凝集
してしまい均一な分散の得られないことが知られてい
る。その為に前者公報では腰の強いガラス繊維を併用す
ることを、又後者公報ではセメント材料中にドライな状
態で混入させる（上記(2)のプレミツクス法の一種）こ
とが提案されているがガラス繊維を併用するのはセメン
ト中でのガラス繊維の劣化による強度低下を避けられ
ず、使用された繊維種類の総量でのみ本質的に炭素繊維
の強度が部分的にしか活用されていない難点があり、又
後者の方法は本質的にダイレクトスプレー法とは異なる
ものになるという難点を生じ、いずれも満足すべき解決
法を提供するには到つていない。

さらに、従来ダイレクトスプレー法に用いられている炭
素繊維の種類をみると、例えば、特開昭５８−４５１４
２号公報の実施例にも示されるように専らポリアクリロ
ニトリルを原料とする炭素繊維が使用されている。

一方周知のように、ポリアクリロニトリルとは異なる原
料の石炭系ピツチ、石油系ピツチ、石炭液化物などを原
料とするいわゆるピツチ系炭素繊維が知られており、ポ
リアクリロニトリル系に較べより高弾性であるなどの特
徴があるにも拘らず、ダイレクトスプレー法による炭素
繊維強化セメント材の製造には全く用いられていない。

（問題点を解決するための手段）そこで本発明者等はかかる実情に鑑み、ピツチ系の炭素
繊維を用いるダイレクトスプレー法による炭素繊維強化
セメント材の製造方法について鋭意検討した結果、繊維
として炭素繊維のみを用いた場合、ダイレクトスプレー
法では同繊維が綿状に丸まつてしまうのは不可避とする
従来の技術常識は誤りであつて、集束された炭素繊維の
トウを切断した際、その直後でスプレー前の切断炭素繊
維トウの集束状態が適当に維持されるなら、スプレーさ
れた後に綿状に丸まるのを防止し得ることを見出し、本
発明に到達した。かゝる知見は一見単純にみえるが綿状
に丸まることは避け得ないと考えられていた技術水準に
対して著しい進歩を提供するものであり、従来技術では
切断炭素繊維トウは、直後のスプレーによりセメントモ
ルタル中に単繊維に解織されて均一に分散せしめられる
べきものである為に切断後、スプレー前の集束状態につ
いては意味のないものとして軽視もしくは看過されてい
たものと推測される。

本発明の目的は、ダイレクトスプレー法もしくはこれに
類似した方法により炭素繊維強化セメント材を製造する
際に、切断されたピツチ系炭素繊維のトウが綿状となら
ず、作業性、成形性が改良され、かつ強度的にも改善さ
れた炭素繊維強化セメント材を製造する方法を提供する
ものである。

そしてその目的は、集束されたピツチ系炭素繊維のトウ
を連続的に切断しながら、スプレーにより、セメント分
を含むスラリーと混合して成形することにより炭素繊維
強化セメント材を製造する方法において、前記集束され
たピツチ系炭素繊維のトウとして、特定の切断試験法を
用いて切断し集束状態を測定すると、切断されたトウの
５０％以上が切断前の炭素繊維のトウの集束状態と実質
的に等しくなるトウを用い、このトウが切断された際に
大半が実質的に集束状態を維持した状態の切断炭素繊維
のトウをセメントスラリー中への混合に供することによ
り達成される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で用いるピツチ系炭素繊維は各種の重質炭化水素
原料、例えば石炭系ピツチ、石油系ピツチ、石炭液化
物、高分子の熱反応によるピツチ（ポリ塩化ビニルピツ
チなど）、有機化合物からの合成ピツチなど、から作ら
れたものであれば特に限定なく使用出来る。

本発明の目的は、従来、実施されたことのない集束され
たピツチ系の炭素繊維トウを用いて炭素繊維強化セメン
ト材を製造することにあり、更に他の目的はより高強度
の炭素繊維強化セメント材を得ることにある。このため
には、ピツチ系炭素繊維の中でもとりわけ光学的異方性
相を含むピツチから得られる炭素繊維を用いるのが好ま
しい。この理由は光学的異方性相を含むピツチを原料と
する場合は光学的に等方性相のみから成るピツチに較
べ、得られる炭素繊維が著しく高強度であり、そのため
にセメント材中でのフイラーとしての補強効果に優れる
からである。そして本発明で用いるピツチ系炭素繊維と
しては光学的異方性相を含むピツチの異方性部分の含量
が３０％以上より好ましくは５０％以上のピツチを紡糸
原料として得られたものを用いるのがよい。

ここで云う光学的異方性部分の含量は常温下偏光顕微鏡
でのピツチの光学的異方性を示す部分の面積割合として
求めた値である。具体的には、例えば、ピツチ試料を数
mm角に粉砕したものを常法に従つて、約２cm直径の樹脂
の表面のほぼ全面に試料片を埋込み、表面を研磨後、表
面全体をくまなく偏光顕微鏡（１００倍率）下で目視観
察し、試料の全表面積による光学的異方性部分の面積の
割合を測定することによつて求める。

本発明で用いるピツチ系炭素繊維のトウを製造には、様
々の方法が挙げられ、例えば、上記原料を紡糸して得ら
れるピツチ繊維に集束剤を付着して集束してピツチ繊維
のトウを得た後、これを不融化処理し、炭化し、さらに
要すれば黒鉛化して炭素繊維のトウを得ることが出来
る。この場合、集束剤の種類、付着量、付着方法などを
適宜選択決定することにより、所望の集束状態を持つ炭
素繊維のトウを得ることが出来る。

なお、本発明では黒鉛化処理して得られた黒鉛化繊維の
トウも炭素繊維のトウに含めるものとする。

上記の集束剤には種々の物質が使用出来、例えばポリシ
ロキサン誘導体、ポリアルキレングリコール誘導体、脂
肪酸エステル化合物、スルフイド基含有化合物、パーフ
ルオロアルキル基含有化合物、鉱物油の内の１種又はそ
れらの２種以上の混合物が用いられる。

そして集束剤は単味或いは集束剤を主成分とし公知の静
電防止剤、平滑剤、及び界面活性剤を添加して使うこと
が出来、さらには繊維への付着を均一にしかつ、繊維へ
の抵抗を少なくするために集束剤をストレート付着する
以外に、水、ケロシン、ジメチルシリコンダイマーなど
公知の希釈剤で希釈使用してもよい。集束剤のピツチ繊
維のトウに対する付着量は通常０．１〜２０重量％の範
囲であり、特に０．２〜１０重量％が好適である。

上記付着量が０．１重量％より少ないと得られる炭素繊
維のトウの集束性が不足し所期の目的が達成されず、ま
た２０重量％以上となると不融化処理の際に付着した集
束剤の散が不充分となつて繊維上に残存し、不融化処
理の反応を阻害する原因となつたり、繊維から発生する
低分子物ガスの飛散が充分に行なえないためかえつて炭
素繊維の物性を低下させる原因となつたりする。

集束剤をピツチ繊維のトウに付着させる方法としては、
スプレーにより吹き付ける方法、ローラーやガイドに付
けて接触させる方法、浸漬させる方法等が用いられる。

集束剤が付着され、集束されたピツチ繊維のトウは周知
の方法に従つて、不融化処理及び炭化処理が行なわれ
る。不融化処理は、ピツチ繊維を酸素、オゾン、空気、
窒素酸化物、ハロゲン、亜硫酸ガス等の酸化性雰囲気
下、１５０〜４００℃の温度に５分〜１０時間程度加熱
することによつて行なわれる。

また炭化処理は、上記処理により得られた繊維を窒素、
アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、５００〜２０００℃
の温度に０．５分〜１０時間程度加熱することによつて
行なわれる。

さらに黒鉛化処理を行なう場合には、２０００〜３００
０℃の温度に１秒〜１時間程度加熱すれば良い。

また別の方法としては、本発明のピツチ繊維のトウに集
束剤を付着し、不融化処理して得られた不融化繊維に、
再度集束剤を付着して集束し、炭化し、さらに要すれば
黒鉛化して目的の炭素繊維の集束トウを得ることが出来
る。

この不融化繊維に対する具体的な集束剤の種類、付着
量、付着方法などは、既述のピツチ繊維の場合と同様に
実施することが出来、さらに炭化処理及び黒鉛化処理は
ピツチ繊維の場合と同様に実施することが出来る。

さらに別の方法としては、既述した本発明の方法に従つ
て、ピツチ繊維及び／又は不融化繊維段階で集束剤を付
着して製造したピツチ系炭素繊維の集束トウ、或いは通
常の方法で製造したピツチ系炭素繊維のトウにサイジン
グ剤を付着して目的の集束トウを得ることが出来、サイ
ジング剤の種類、付着量、付着方法などを適宜調節する
ことにより、所期の集束状態を持つ集束トウを得ること
が出来る。

用いるサイジング剤としては公知のサイジング剤であれ
ば特に限定されるものではなく、具体的にはポリビニル
アルコール、ポリ酢酸ビニルの部分ケン化物、メチルセ
ルローズ、カルボキシメチルセルローズ、ポリアクリル
アミド、ポリエチレンオキシド、澱粉、ゴムラテツク
ス、エポキシ樹脂などが用いられる。

とりわけ、例えば、ゴム成分としてスチレン−ブタジエ
ン系ゴムラテツクス、ブタジエン系ゴムラテツクス、ア
クリロニトリル−ブタジエン系ゴムラテツクスを用い、
カチオン性界面活性剤としてアルキルアミン類又は第４
級アンモニウム塩を用いたカチオン性ゴムラテツクスや
例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、
環式脂肪族型又は複素環式型の軟化点が４０℃以上の未
硬化のエポキシ樹脂は炭素繊維とセメントマトリツクス
との接着を強め、結果的により高強度の炭化繊維強化セ
メント材が得られるので好ましい。

これらサイジング剤は通常水溶液或いは溶剤に溶解した
溶液となし炭素繊維トウに付着し、その後乾燥或いは溶
剤を蒸発して集束トウを得ることが出来る。

サイジング剤の付着量はサイジング剤の種類により適切
な範囲があり、例えば、ポリビニルアルコールや、ポリ
酢酸ビニルの部分ケン化物を用いる場合には炭素繊維の
トウに対し通常、０．０５〜２０重量％の範囲であり、
特に０．１〜１０重量％が好適である。

付着量が０．０５重量％より少ないと炭素繊維のトウの
集束性が不足し、所期の目的が達成されず、また２０重
量％以上になると炭素繊維のトウがサイジング剤により
剛直化し、ダイレクトスプレー装置で使用する際に、繊
維の装置通過性が悪いなどの欠点がある。サイジング剤
の付着方法にはスプレーにより吹き付ける方法、ローラ
やガイドに付けて接触させる方法、浸漬させる方法等が
用いられる。

さらに、本発明に用い得る炭素繊維集束トウとしては、
前述の方法に従つて炭化或いは黒鉛化処理した後に気相
或いは液相での酸化や電解処理などの表面処理を行なつ
たもの、さらにその後サイジング剤で処理したものも用
いることが出来る。

このようにして得られる集束された炭素繊維のトウは単
繊維の直径と、トウの中の単繊維本数とによつて決まる
トウの太さが適切な範囲にあることが、ダイレクトスプ
レー法において、その集束状態を実質的に変えることな
く切断し、セメント分を含むスラリー中に分散させ成形
するために望ましいことである。

具体的には単繊維直径が数ミクロン〜数十ミクロンの場
合には、集束トウの中の単繊維本数は４０〜３０００本
好ましくは５０〜２０００本更に好ましくは１００〜１
０００本のものが用いられる。５０本未満のものは集束
トウを製造する際の生産性が悪いなどの問題がある。

一方６０００本を越えるものは集束トウを細い太さの単
位でスラリー中に分散させることがむずかしく、それ故
に炭素繊維強化セメント材の均質性を損なったり、物性
を高めにくいなどの問題があり、好ましくない。

次に、本発明における大半が実質的に集束状態を維持し
た状態の切断炭素繊維のトウとは第２図に例示するよう
に切断後の炭素繊維のトウの大半の集束状態が、該炭素
繊維のトウの構成単位である単繊維の大部分ないしは全
部が切断された長さにわたつて相互に近接して配列した
状態を指すものであり、この状態の切断炭素繊維のトウ
は外観がサラサラしたものである。またかかる集束状態
を有する切断炭素繊維のトウの大半とは全切断炭素繊維
のトウに対して実質的に集束状態を維持した状態の切断
炭素繊維のトウの割合が５０％以上、好ましくは７０％
以上、更に好ましくは８０％以上であることをいう。

具体的には、本発明で使用し得るピツチ系炭素繊維のト
ウとしては後記する切断試験方法で切断した後の炭素繊
維のトウの集束状態が切断前の炭素繊維のトウと実質的
に同じ集束状態のものが全切断炭素繊維のトウに対して
５０％以上、好ましくは７０％以上、更に好ましくは８
０％以上存在するような炭素繊維のトウである。

ここで第１図は本発明で用いるピツチ系炭素繊維のトウ
を示す写真であり、第２図は後記の切断試験方法で切断
した切断炭素繊維のトウの写真である。また、第４図は
第２図ａ〜ｅに示すような切断炭素繊維のトウの割合が
約９０％のものを示す写真であるが、第４図に示すよう
に毛羽立ちや炭素繊維のトウ同志のからまりはほとんど
ない。

本発明の対象外の炭素繊維のトウ即ち、切断により切断
前の集束状態と異なる状態になる炭素繊維のトウの切断
後の状態は、第３図ａ〜ｄに例示するように、炭素繊維
のトウの構成単位である単繊維の一部乃至は大部分が解
織してトウが広がつたり、脹らんだりあるいは毛羽立つ
た状態即ち、トウの最大幅（第２図及び第３図にＷとし
て示す長さ）が切断前の幅の３倍以上となる。この状態
の切断炭素繊維のトウが５０％以上有在すると第５図
（第２図ａ〜ｅに示す切断炭素繊維のトウの割合約２０
％）に示すように炭素繊維のトウ同志のからまりが生じ
全体が毛羽立つた状態となる。

次に、炭素繊維のトウの切断試験法を示す。

（切断試験方法）直径３．５cmの切断刃ロールと直径６cmの接圧ロールか
らなり、該切断刃ロールがロール表面に該ロールの回転
軸方向と平行であつて等間隔に設置され、かつロール表
面から切断刃の先端までの長さが１mmであるような６本
の切断刃を有し、また該接圧ロールが硬質ウレタンで構
成されたロール表面を有し、かつ前記切断刃ロールの回
転軸と前記接圧ロールの回転軸とが平行で、両ロールの
ロール表面間の距離が０．６mmとなるように構成された
切断試験装置を用いて、炭素繊維のトウを前記切断刃ロ
ールの回転方向と同方向で、該ロールの回転数を２５０
０r.p.m.の条件下前記装置に導入することにより炭素繊
維のトウを連続的に切断処理する炭素繊維のトウの切断
試験方法。

上述したように本発明のピツチ系炭素繊維のトウは、ガ
ラス繊維などを吹付け成形する際に使用される、常用の
ダイレクトスプレー装置を使つて成形することが出来
る。

炭素繊維のトウは本装置の回転刃と回転ローラーの間に
はさみ込み、回転刃により所定長さに連続的に切断しな
がら、圧縮空気によりノズルから吹き出す。

また該装置の切断部分としては、例えば直径２〜６cmの
ロール表面の軸方向に平行にかつ所定間隔に切断刃を有
する切断刃ロールと、該切断刃ロールと平行に接し、表
面が例えば硬質ウレタン、硬質ゴム等で構成された直径
３〜１０cmの接圧ロールとを有する装置が用いられる。
切断刃ロールの回転数は炭素繊維トウの切断速度が後述
の範囲となるように決めるが、通常１，０００〜５，０
００r.p.m.の範囲から選定される。

炭素繊維のトウの切断長さは５mm〜５０mmの範囲が好適
であり、５mm未満ではセメント材との固着長さが不足し
て碇止力が不充分となり本来の特性を生かすことができ
ない。

一方５０mmを越えると切断した炭素繊維のトウを小さな
長さ単位で数多く、スラリー中に分散させるのがむずか
しくなり、炭素繊維強化セメント材の均質性を損なう欠
点がある。

炭素繊維のトウの切断速度は炭素繊維のトウの長さとし
て、毎分当り５０〜１，０００ｍの範囲が好適である。

炭素繊維のトウの太さにもよるが、毎分当り５０ｍ以下
では生産性が低下し、一方、毎分当り１，０００ｍ以上
では集束状態を実質的に変えずに切断することがむずか
しい。

又、炭素繊維のトウはその太さにもよるが、通常１本〜
１００本を同時切断して使用され、例えば単繊維直径１
９μ、トウ中の単繊維本数２４０本の炭素繊維のトウを
用いる場合には２本〜５０本が同時切断される。そし
て、複数本の炭素繊維のトウを同時切断する際には、装
置透過性が良いように、複数本の炭素繊維のトウを撚る
などの手段により合糸するなどして使うことが出来る。

さらに、ピツチ繊維及び又は不融化繊維段階で集束剤を
付着したトウを複数本束ねた状態で不融化（ピツチ繊維
の場合のみ）、炭化、さらに要すれば黒鉛化して、複数
本の炭素繊維のトウを同時に得ることが可能で、その際
には各炭素繊維のトウ同士はダイレクトスプレー時には
トウ毎にばらけるような軽い接合をもたせておくのが好
ましい。炭素繊維強化セメント材中の炭素繊維の容積含
有率は０．３〜２０％の範囲が好ましく、炭素繊維とセ
メント分を含むスラリーとを夫々のノズルから吹き出す
量などにより調節出来る。

含有率が０．３％以下では炭素繊維を配合することによ
る補強効果が乏しく、一方２０％以上では成形性が悪く
なるなど好ましくない。

用いられるセメント分を含むスラリーはポルトランドセ
メント、高炉セメント、アルミナセメント、ケイ酸カル
シウムなどの水硬性セメント、砂、ケイ砂、バーライ
ト、ひる石、シラスバルーン、フライアツシユ、超微粉
シリカ等の骨材、分散剤、減水剤、発泡剤、消泡剤等の
混和剤などを配合し、水を加え混合スラリー化して作ら
れ、スラリー中の水／セメント比及び骨材／セメント比
を適宜調節することによりダイレクトスプレー時にノズ
ル吹き出し性や成形性の良好なスラリーを得ることが出
来る。

これら比率の具体的範囲は用いるセメント及び骨材の種
類によつても異なるが、例えばポルトランドセメント及
びケイ砂を用いる場合には水／セメント＝２０〜７０／
１００、骨材／セメント＝０〜１００／１００の範囲が
好ましい。

セメント分を含むスラリーはダイレクトスプレー装置の
ノズルより圧縮空気により吹き出し、別のノズルより吹
き出す炭素繊維と一諸に吹きつけ、必要に応じローラー
掛け、コテ仕上げ等を行なつて成形する。この後、周知
の水中養生、気中養生、蒸気養生、高温高圧養生などの
方法により養生し、固化して、目的の炭素繊維強化セメ
ント材を製造することが出来る。

以上、セメント分を含むスラリーとの混合方法としてダ
イレクトスプレー法について述べたが、本発明の他の実
施態様として、型枠に流し込んだセメント分を含むスラ
リーの表面にノズルより吹出す炭素繊維の切断されたト
ウを混合する方法、あるいは、さらにその上にセメント
分を含むスラリーを流し込んで積層にする方法等があ
る。

また、炭素繊維のトウの他の製法としては、前述した集
束剤やサイジング剤を使用することなく撚りをかける方
法、あるいは不融化及び／又は炭化工程に於いて繊維同
志の膠着が僅かに生じるような条件を選ぶ方法等も可能
である。

（本発明の効果）以上述べたように、本発明では切断前の集束状態と実質
的に同じ集束状態のピツチ系炭素繊維のトウを用いるこ
とにより、ダイレクトスプレー時の切断後もその集束状
態は実質的に変らず、単繊維状に解織されたり、綿状に
丸まつたり、繊維同志がからみ合つたりする不都合を呈
さずにセメントスラリー中に分散出来、しかも、このよ
うな集束性を保持した切断繊維束はセメントスラリー中
への含浸性が良いため、ローラーがけ、コテ仕上げなど
の作業性が良く、成形性に優れ、製品強度上に必要な量
の炭素繊維が充分な量配合出来、さらには集束した繊維
束がセメントスラリー中に均一に分散出来るため、製品
物性の均質性も高められるなどの多くの利点を持つてい
る。

（実施例）次に実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本
発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定され
るものではない。

実施例１光学的異方性相を約９０％含むコールタールピツチを３
３０℃で溶融紡糸して得られた単繊維本数１８０本のピ
ツチ繊維トウに、１０センチストークスの粘度（２５
℃）を持つシリコーン油をガイドに付けて接触させる方
法により、ピツチ繊維に対し５％付着して集束した。こ
の集束したピツチ繊維トウを１６本束ね空気中において
１７０℃より４００℃まで１．２時間を要して昇温しな
がら不融化処理し、続いて、アルゴン雰囲気中において
室温から１６００℃まで０．５時間を要して昇温しなが
ら炭化処理を行ない炭素繊維のトウを得た。その性状は
次の通りであつた。

単繊維の直径１０ミクロン単繊維の引張強度２００kg／mm² 前述の切断試験方法で切断したところ、切断前と実質的
に同等の集束状態を有する炭素繊維のトウの割合は約９
５％であつた。

ついで該炭素繊維のトウ（１６本）を、等間隔に６枚の
切刃を設けた回転刃を有するダイレクトスプレー装置の
回転刃と回転ローラーの間にはさみ込み、回転刃の回転
数２４００r.p.m.の条件で、約１８mm長さに連続的に切
断しながら、圧縮空気によりノズルから吹き出した。

一方、早強ポルトランドセメント、ケイ砂、減水剤及び
水を水／セメント比＝３０／１００、ケイ砂／セメント
比＝６６／１００、減水剤／セメント比＝２／１００な
る割合に配合し、混合スラリー化し、このセメント分を
含むスラリーをダイレクトスプレー装置のノズルより圧
縮空気により吹き出し、別のノズルより吹き出す炭素繊
維のトウと一緒に吹きつけ、途中にローラーがけをしな
がら板状に成形した。

その後、温度２０℃、相対湿度６５％の気中養生とし、
炭素繊維容積含有率３％の炭素繊維強化セメント材を得
た。その曲げ強度は材令７日で、３００kg／cm²（縦１
６cm、横４cm、厚さ１．２cmのテストピース３板の平均
値、３点曲げ試験法）であつた。

実施例２光学的異方性相を約７０％含むコールタールピツチを３
２４℃で溶融紡糸して得られた単繊維本数２４０本のピ
ツチ繊維トウに、シリコーン油の水エマルジヨン（エマ
ルジヨン濃度１．７％）をガイドに付けて溶融させる方
法により、ピツチ繊維に対し１０％付着し、集束した。
この集束したピツチ繊維トウを空気中において、１５０
℃から３１０℃まで２．７時間を要して昇温し、３１０
℃にて０．５時間保持し不融化処理し、続いて、アルゴ
ン雰囲気中において室温から１１００℃まで４．３時間
を要して昇温し、１１００℃にて１時間保持し炭化処理
を行なつた。

得られた炭素繊維のトウの性状は単繊維の直径１９ミクロン単繊維の引張強度１９０kg／mm² であつた。この炭素繊維のトウを１％濃度の酢酸ビニル
の部分ケン化物（ケン化度８０％）（サイジング剤）の
水溶液中に連続的に長繊維状で浸漬して集束し、１８０
℃にて乾燥しサイジング剤が２．２％付着した炭素繊維
のトウを得た。

このトウを、前述の切断試験法で切断したところ、切断
前と実質的に同等の集束状態を有する炭素繊維のトウの
割合は約９０％であつた。

次にこのトウの１２本を１束状に甘撚りをかけて合糸し
たものを用い、回転刃の切刃を３枚に変更して切断長さ
を約３６mmとすること以外は、実施例１と同様にして炭
素繊維強化セメント材を製造した。

得られた炭素繊維強化セメント材の曲げ強度は２５０kg
／cm²であつた。

実施例３実施例２と同じ方法により得た、集束したピツチ繊維ト
ウを１２本束ね、空気中において、１７０℃より４００
℃まで１．２時間を要して昇温しながら不融化処理し、
続いて、アルゴン雰囲気中において室温から１１００℃
まで４．３時間を要して昇温し、１１００℃にて１時間
保持して炭化処理を行ない、単繊維の直径１５ミクロン単繊維の引張強度１７０kg／mm² の炭素繊維のトウ（１２本）を得た。次いで該トウ（１
２本）を１束に束ねた実施例２の方法と同じようにして
サイジング処理し、サイジング剤が１．７％付着した炭
素繊維のトウ（単繊維本数２８８０本）を得た。

このトウを、前述の切断試験法で切断したところ、切断
前と実質的に同等の集束状態を有する炭素繊維のトウの
割合は約８５％であつた。

次いでこのトウを用い、実施例２と同じようにして炭素
繊維強化セメント材を製造した。

得られた炭素繊維強化セメント材の曲げ強度は１９０kg
／cm²であつた。

実施例４実施例２と同一の性状を持つ炭素繊維のトウを硬化剤を
添加しない、未硬化のエポキシ樹脂（商品名エピコート
１００１、軟化点６８℃）を５重量％の濃度に溶解した
メチルエチルケトン溶液からなるサイジング剤溶液中に
連続的に長繊維状で浸漬して集束し、９０℃にて溶剤の
メチルエチルケトンを蒸発除去し、サイジング剤が５．
１％付着した炭素繊維のトウを得た。

このトウを、前述の切断試験法で切断したところ、切断
前と実質的に同等の集束状態を有する炭素繊維のトウの
割合は約９５％であつた。

次にこのトウの２４本を１束状に甘撚りをかけて合糸し
たものを用い、実施例２と同様にして炭素繊維強化セメ
ント材を製造した。得られた炭素繊維強化セメント材の
曲げ強度は２７２kg／cm²であつた。

比較例１下記の物性を有する炭素繊維トウ（単繊維本数２８８０
本）を用いる以外は実施例１と同様にして炭素繊維強化
セメント材を得たが、ダイレクトスプレー時の吹付け時
単繊維がばらけ綿状化し、吹付け性が劣り、ローラー掛
けもしずらく成形性が劣り、曲げ強度も１３０kg／cm²
と劣つた。

単繊維の長さ１５ミクロン単繊維の引張強度１７０kg／mm² 前述の切断試験方法で切断した場合の切断前と実質的に同等の集束状態を有する集束トウの割合約４０％比較例２前述の切断試験方法で切断したところ、切断前と実質的
に同等の集束状態を有する集束トウの割合が約２０％で
ある炭素繊維トウを用い、実施例１と同じ方法によりダ
イレクトスプレー成形を行なつたが、単繊維のばらけ、
綿状化が激く、セメントスラリー中に均一に炭素繊維を
分散することが出来ず、ローラー掛け仕上げも出来ず、
曲げ強度が満足に測定出来るような炭素繊維強化セメン
ト材は得られなかつた。

比較例３炭素繊維を配合せず、セメントスラリーのみを用いて、
実施例１の方法と同じようにして得たセメント材の曲げ
強度は１００kg／cm²にすぎず、本発明により得られる
炭素繊維強化セメント材に較べ、甚々しく物性が劣つ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる集束した炭素繊維のトウの一例
の切断前の形状を示す写真、第２図は切断前の集束状態
と実質的に等しい状態の切断炭素繊維のトウの代表的な
形状を示す写真、第３図は切断前の集束状態と実質的に
等しくない状態の切断炭素繊維のトウの代表的な形状を
示す写真、第４図は本発明で用いる炭素繊維のトウの一
例の切断後の形状を示す写真、第５図は従来の炭素繊維
のトウの切断後の形状を示す写真。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上淳福岡県北九州市八幡西区大字藤田2447番地の１三菱化成工業株式会社黒崎工場内 (72)発明者太田黒博文福岡県北九州市八幡西区大字藤田2447番地の１三菱化成工業株式会社黒崎工場内 (56)参考文献特開昭60−13510（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束された炭素繊維のトウを連続的に切断
しながら、スプレーにより、セメント分を含むスラリー
と混合して成形することにより、炭素繊維強化セメント
材を製造する方法において、前記集束されたピッチ系炭
素繊維のトウとして、下記の切断試験方法で切断した結
果、切断された炭素繊維のトウの集束状態が切断前の炭
素繊維のトウの集束状態と実質的に同じ集束状態の切断
された炭素繊維のトウの割合が全切断炭素繊維のトウに
対して５０％以上となるピッチ系炭素繊維のトウを用
い、切断された際に大半が実質的に集束状態を維持した
状態である切断炭素繊維のトウをセメントスラリー中へ
の混合に供することを特徴とする炭素繊維強化セメント
材の製造方法。〔炭素繊維トウ切断試験方法〕直径３．５ｃｍの切断刃ロールと直径６ｃｍの接圧ロー
ルからなり、該切断刃ロールがロール表面に該ロールの
回転軸方向と平行であって等間隔に設置され、かつロー
ル表面から切断刃の先端までの長さが１ｍｍであるよう
な６本の切断刃を有し、また該接圧ロールが硬質ウレタ
ンで構成されたロール表面を有し、かつ前記切断刃ロー
ルの回転軸と前記接圧ロールの回転軸とが平行で、両ロ
ールのロール表面間の距離が０．６ｍｍとなるように構
成された切断試験装置を用いて、炭素繊維のトウを前記
切断刃ロールの回転方向と同方向で、該ロールの回転数
を２５００ｒ．ｐ．ｍ．の条件下前記装置に導入するこ
とにより炭素繊維のトウを連続的に切断処理する炭素繊
維のトウの切断試験方法。
【請求項２】前記ピッチ系炭素繊維が光学的異方性相を
含有するピッチから得られたものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】前記集束されたピッチ系炭素繊維のトウが
ピッチ繊維を集束する際に集束剤を用いて集束した後、
不融化処理および炭化処理を行ない得られたものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項４】前記集束されたピッチ系炭素繊維のトウが
ピッチ繊維を不融化処理を行ない、次いで集束剤を付着
させた後、炭化処理して得られたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項５】前記集束剤がポリシロキサン誘導体、ポリ
アルキレングリコール誘導体、脂肪酸エステル化合物、
スルフィド基含有化合物、パーフルオロアルキリ基含有
化合物、鉱物油の内の１種又はそれらの２種以上の混合
物を主成分とする物質から成る特許請求の範囲第２項も
しくは第３項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】前記集束剤の付着量がピッチ繊維又は不融
化処理した繊維に対して０．１〜１０重量％である特許
請求の範囲第２項〜第４項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】前記集束されたピッチ系炭素繊維のトウが
炭素繊維をサイジング剤で処理したものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項８】前記集束されたピッチ系炭素繊維のトウが
炭素繊維を表面処理した後、サイジング剤で処理したも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
方法。
【請求項９】前記集束されたピッチ系炭素繊維のトウが
５０〜３０００本の単繊維からなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項１０】前記集束されたピッチ系炭素繊維のトウ
を同時に２〜１００本切断することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の方法。