JPS6127340B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はセメント補強用、特にノーマル・キユ
ア（Normal Cure）タイプのセメント硬化製品
の補強に有用なアクリル系繊維およびその製造法
に関する。 従来、セメント硬化製品の耐衝撃性、耐屈曲性
および耐亀裂性などを改良するために、アスベス
トを代表とする各種の補強用繊維をセメントに混
入することが広く行なわれている。特にアスベス
トは、その優れたセメントに対する接着性、耐ア
ルカリ性、耐熱性と価格が安いために、セメント
の補強材として古くから大量に使用されてきた
が、近年に至つて、アスベストは発ガン性物質で
あることが明らかにされ、労働衛生、環境保全上
の見地から欧米等においては法的に使用が禁止さ
れようとしており、アスベスト代替補強繊維への
要望が強くなろうとしている。 このアスベストに代替し得る補強用繊維として
は、既に数多くの提案が為されており、ポリプロ
ピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリ
ロニトリルなど衣料用素材として広く知られてい
る各種の合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維、スチ
ール繊維などがセメント補強用繊維として挙げら
れている。しかしながら、セメント補強用繊維に
は、機械的強度特性に加えて、耐アルカリ性、耐
水性、セメントに対する親和性もしくは接着性、
耐熱性など種々の特性が要求され、アスベストに
代替し得る経済的に安価な大量生産可能な繊維は
未だ提案されていないと云える。これらの従来提
案された発明の中で、特公昭53−18213号公報に
は、湿式紡糸され、かつアクリロニトリルを少く
とも60重量％含有するアクリル系繊維がセメント
のみならず、石膏、アスフアルト、合成樹脂など
各種の硬化補強品の補強繊維として有効であるこ
とが開示されている。すなわち、上記湿式紡糸さ
れたアクリル系繊維は強度的には他の合成繊維に
比較するとかなり弱いにも拘わらず、その繊維表
面に形成された皺や筋および繊維内部の微小な空
隙が前記セメントなどのベース原料に対する接着
力を向上させ、結果として極めて優れた補強効果
を与えることが開示されている。 しかしながら、本発明者らが検討した結果、ア
クリル系繊維は該繊維を構成するアクリロニトリ
ル共重合体の共重合組成によつて耐アルカリ性が
変化し、セメントのように強いアルカリ性を示す
ベース原料に混和すると養生中に溶解乃至劣化す
ること、補強繊維を混入したセメントの養生によ
つて生ずる発熱によつて該アクリル系繊維の機械
的性質が損なわれ、補強効果が失われることなど
多くの問題点があることを見出し、鋭意研究を進
めて本発明に到達したのである。 すなわち、本発明の目的とするところは、セメ
ント硬化製品に対する補強効果、特に該セメント
に対する接着性がよく、補強効果として重要な当
該セメント硬化製品の曲げ強度、耐衝撃強度の向
上に優れた効果を示す補強用アクリル系繊維を提
供するにあり、他の目的は耐熱、耐アルカリ性に
すぐれ、セメントに混和し、該セメントの養生中
にその補強効果がほとんど失われることのないア
クリル系繊維を提供するにある。さらに他の目的
は、このようなセメントの補強用繊維として有用
なアクリル系繊維の商業的な製造法を提供するに
ある。 このような本発明の目的は前記特許請求の範囲
に記載した発明によつて達成することができる。 以下、本発明について具体的、かつ詳細に説明
する。 まず、本発明になるアクリル系繊維は約0.1〜
８モル％のビニル系モノマ、たとえばアクリル
酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、イタコン
酸、メタクリル酸メチル、アクリル酸アミド、ア
クリル酸ジメチルアミド、酢酸ビニル、塩化ビニ
ル、アリルスルホン酸ソーダ、メタリルスルホン
酸ソーダを共重合成分とし、約92〜99.9モル％の
アクリロニトリル（以下、AN）を主成分とする
AN系共重合体から構成されることが必要であ
る。 すなわち、繊維を構成するAN系共重合体組成
は、繊維の可紡性、延伸性、熱セツト性など製糸
上の制約に加えて、耐アルカリ性に関係し、該
AN共重合体の共重合組成が前記範囲外になる
と、仮りに繊維として優れた物性を有するものが
得られたとしてもセメントのように強いアルカリ
性を示し、養生中に発熱を伴うものに対して最終
的に満足すべき補強効果を示さなくなる。かかる
点からこの共重合成分のの共重合割合は共重合成
分の種類によつて異るが、前記製糸性、特に延伸
性や熱セツト性を満足する限りにおいて、できる
だけ少い方がよく、好ましくは0.2〜５モル％の
範囲にするのがよい。 また、本発明の繊維はその繊維物性として、弾
性率が少くとも120ｇ/d、好ましくは140ｇ/d以
上で可能な限り大きい方がよく、しかも80℃にお
ける熱収縮率が５％以下、好ましくは３％以下の
範囲内にあり、十分に熱安定化された繊維である
ことが必要である。すなわち、セメント補強用繊
維としての効果は、アクリル系繊維の場合、他の
ポリオレフインやポリアミド、ポリエステルなど
の合成繊維にくらべてセメントに対する分散性や
接着性にすぐれているから、セメントに混和した
後の養生中における物性の低下が問題となる。 特にセメント硬化製品の曲げ強度は補強繊維の
弾性率と密接な関係があり、少くともアスベスト
に代替し得る補強効果を得るためには、該アクリ
ル系繊維の弾性率は120ｇ/d以上、好ましくは
140ｇ/d以上でできるだけ大きいことが必要であ
るし、かつその耐熱性の尺度として、80℃におけ
る収縮率が５％以下、好ましくは３％以下の範囲
内とすることによつて、当該アクリル系繊維の補
強繊維としての性能をセメント硬化製品の物性に
反映させることが可能になるのである。 本発明のアクリル系繊維の繊度、繊維長として
はアスベストに代替し得る寸法に適宜選択すれば
よいが、通常は0.5〜3d、３〜20mm好ましくは0.6
〜2.0d、３〜10mmの範囲内のものがよく、この範
囲内で異種のものを混合して用いてもよい。ま
た、前記弾性率および熱収縮以外の繊維物性たと
えば強度は5.0ｇ/d以上好ましくは6.0ｇ/d以上が
よく、伸度は５〜15％が好ましい。これら、本発
明品の繊維物性は公知の衣料用アクリル系繊維の
物性とは異なつたものである。 このような本発明のセメント補強用アクリル系
繊維の製造法としては、前述した衣料用繊維とは
異なる弾性率および熱収縮率を具備する繊維とし
なければならないこと、加えて衣料用繊維として
の性能、特に染色性などからの共重合組成の制約
はないが、前述した特定の共重合組成を有する
AN系共重合体を繊維形成性ポリマとして用いる
必要があることから、従来公知のアクリル系繊維
の製造法を任意に適用することができるものでは
ない。 すなわち、本発明に規定する弾性率および熱安
定性を具備するアクリル系繊維を前記特定共重合
組成のAN系重合体を用いて、安価に大量に、す
なわち、商業用規模で製造するためには、以下に
詳述するプロセスおよび条件を採用する必要があ
る。以下、このような本発明のアクリル系繊維の
製造に好ましい１実施例について、具体的に説明
する。 本発明のアクリル系繊維の製造法としては、公
知の湿式紡糸法によりアクリル系繊維トウを製造
し、このトウを所定の繊維長に切断するのが工業
的に有利である。しかしながら、前述した弾性率
および熱収縮率を満足するアクリル系繊維を前記
AN系共重合体から製造するためには、該AN系共
重合体をジメチルスルホキシド（DMSO）、ジメ
チルホルムアミド（DMF）ジメチルアセトアミ
ド（DMAC）などの有機溶媒、塩化亜鉛、ロダ
ンソーダなど無機塩濃厚溶液、硝酸などの各種溶
剤に溶解し、得られた紡糸原液を紡糸口金孔から
吐出し、凝固浴中に導いて固化させ、延伸、水
洗、乾燥の各工程を経た後、次のプロセスを経由
させる必要がある。 すなわち、上記乾燥工程を経た糸条を加圧スチ
ームのような高温熱媒中で高度に二次延伸し、ト
ータル延伸倍率が原繊維長の少くとも８倍、好ま
しくは10〜20倍に延伸し、次いで、得られた延伸
糸条を収縮緩和せしめることなく、該糸条を緊張
下に保持して150〜250℃の熱セツト後冷却を行な
う。 すなわち、本発明においては、AN系重合体溶
液を湿式紡糸し、延伸、水洗、乾燥までの工程は
公知のアクリル系繊維の製造法に準じて実施する
ことができるが、その後の工程として、トータル
延伸倍率が少くとも８倍になるように二次延伸す
ることおよび二次延伸したのち実質的に延伸糸条
が収縮緩和されないように緊張下に保持して、
150〜250℃で熱セツトし、さらに緊張状態を保持
して冷却を行うことが重要である。 トータル延伸倍率が少くとも８倍の延伸は二段
延伸によつて行われ、この二段延伸における延伸
倍率の比率は使用するAN系共重合体の種類、溶
媒の種類などにより異なるが、通常一次延伸倍率
を３〜７倍、二次延伸倍率を1.5〜４倍の範囲内
に設定するのがよい。特に本発明においては、ア
スベスト代替可能な安価なアクリル系繊維を得る
必要があるから、該アクリル繊維は数万デニール
に及ぶトウ形態として紡糸する必要があり、この
ようなトウ形態の糸条を能率よく高倍率に延伸す
るためには、二次延伸によつてはじめて可能であ
る。このような高倍率延伸によつて、本発明のア
クリル系繊維はその弾性率が少くとも120ｇ/d以
上の高弾性率繊維に転換されるが、この高弾性を
最終繊維まで保持させるためには二次延伸後の熱
セツト及び冷却工程を通じて該糸条が収縮緩和さ
れないで緊張下に保たれることが必要である。 ここで、二次延伸された糸条の熱安定化のため
には、熱固定経中として150〜250℃の温度で、か
つ緊張下に熱セツトするのがよい。また、熱セツ
トの加熱雰囲気としては収縮緩和を抑制するため
に熱風雰囲気が好ましい。 この熱セツト工程を経た糸条はその緊張状態を
解除することなく、冷却される。 かくして、得られる繊維は前述したように高い
弾性率を有し、しかも熱に対する安定性が大き
く、セメント中に配合して養生する時に生ずるセ
メントの水和熱による弾性率の低下が少なく、し
かも耐アルカリ性にすぐれており、セメント補強
用繊維としての性能をセメント硬化製品に反映さ
せることができる。 本発明の繊維によつて補強されるべきセメント
としては、普通、早強および中庸熱ポルトランド
セメント、白色ポルトランドセメント、アルミナ
セメントなどがあるが、好ましくはポルトランド
セメントがよい。 本発明のアクリル系繊維はセメントに対する混
和性、分散性、耐アルカリ性にすぐれ、セメント
硬化製品に対して優れた補強効果を有しているが
セメント硬化製品の製造に当つては、該アクリル
系繊維を混合したセメントスラリーを自然養生も
しくは90℃以下の湿熱養生を行なうのがよい。 すなわち、本発明のアクリル系繊維は通常の市
販アクリル系繊維にくらべて、耐アルカリ性、弾
性率、耐熱性において著しく改良されたセメント
補強用繊維であるけれども、170〜185℃、８〜10
Kg/cm²で８〜10時間の養生を行ういわゆるスチー
ムキユアを行うと、養生中の加熱によつて該アク
リル系繊維の弾性率が低下したり、高温下のアル
カリによつて繊維が劣化をきたし、所期の補強効
果が失われることがあり好ましくない。 したがつて、本発明のアクリル系繊維は自然養
生によつて製造可能なもの、たとえば波板、スレ
ートなどのセメント硬化製品に対して特に有用で
ある。 以下、本発明の効果を実施例により具体的に説
明する。 実施例 １ アクリロニトリル（AN）94.2モル％、アクリ
ル酸メチル（MEA）5.5モル％、メタリルスルホ
ン酸ソーダ（SMAS）0.3モル％からなる固有粘
度〔η〕が1.20であるAN系共重合体のジメチル
スルホキシド溶液（ポリマ濃度22.0重量％）を紡
糸原液として孔数200ケ、孔径0.065mmφの紡糸口
金を通してDMSO55％水溶液中に５ｍ／分の引取
り速度で湿式紡糸し、熱水浴中で6.0倍に延伸後
水洗、乾燥し110℃の加圧スチーム中でさらに2.0
倍延伸して全延伸倍率が12.0倍の延伸糸条を作成
した。次いでこの延伸糸条を延伸時の緊張状態を
保つたまま160℃の乾熱雰囲気中で10分間緊張加
熱処理した後緊張状態下に20℃に冷却して安定化
繊維糸条を得た。 得られた繊維糸条の単糸繊度は1.8d、強度は
6.1ｇ/d、伸度は10％、弾性率は142ｇ/d、80℃の
温水中に30分間浸漬した場合の収縮率および弾性
率はそれぞれ３％及び90ｇ/dであつた。 この繊維糸条を５mmの長さにカツトし、カツト
繊維を十分に解繊して、水／セメント比が0.5で
あるポルトランドセメントスラリー中にセメント
100部当り３部の割合で配合し、十分に混和した
後、加圧成形して板状体を作成した。この板状体
を25℃の空気中で28日間自然養生し、その曲げ強
度（JIS−Ｂ−7502）を測定したところ182（Kg/
cm²）であつた。 実施例 ２ 実施例１において、アクリル酸メチル量を変更
した以外は、実施例１と同様にアクリル系繊維、
並びに該繊維で補強したセメント板状体を作成し
た。ただし、この場合のメタリルスルホン酸ソー
ダ共重合量は0.3モル％とした。 その結果を第１表に示す。

【表】 この結果が示すように、セメント補強用アクリ
ル系繊維のMEA共重合率は８モル％以下の範囲
内において、セメント板状体の曲げ強度が実用上
必要とされる170Kg/cm²以上となることがわかる。 実施例 ３ 実施例１における110℃の加圧スチーム中での
二次延伸について、延伸倍率を変更した以外は、
実施例１と同様にアクリル系繊維、並びに該繊維
で補強したセメント板状体を作成した。 その結果を第２表に示す。

【表】 比較例 １ 実施例１において、加圧スチームの延伸温度を
100℃としたところ、延伸倍率1.2倍（トータル
7.2倍）がMAXであり、この倍率で延伸した糸条
を実施例１と同様に処理した繊維、並びに該繊維
で補強したセメント板状体を作成した。 その結果は次のとおりである。 強 度 4.6ｇ/d 収縮率 ６％ 弾性率 112ｇ/d 曲げ強度（セメント板状体） 140Kg/cm² 実施例 ４ 実施例１において、加圧スチーム延伸後の熱固
定における温度条件を変更した以外は、実施例１
と同様にアクリル系繊維、並びに該繊維で補強し
たセメント板状体を作成した。 その結果を第３表に示す。

【表】 比較例 ２ 実施例１において、緊張加熱処理後の冷却を無
緊張下で行なつた以外は、実施例１と同様にアク
リル系繊維、並びに該繊維で補強したセメント板
状体を作成した。 その結果は次のとおりである。 強 度 4.8ｇ/d 収縮率 5.5％ 弾性率 114ｇ/d 曲げ強度（セメント板状体） 157Kg/cm² 実施例 ５ 実施例１において、紡糸口金孔径の変更により
繊維繊度を変更した以外は、実施例１と同様にア
クリル系繊維、並びに該繊維で補強したセメント
板状体を作成した。 その結果を第４表に示す。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 約0.1〜８モル％のビニル系モノマと約92.0
   〜99.9モル％のアクリロニトリルとからなるアク
   リロニトリル系共重合体から構成され弾性率が少
   なくとも約120ｇ/d、80℃における熱収縮率が５
   ％以下であるセメント補強用アクリル系繊維。 ２ 特許請求の範囲第１項において、セメント補
   強用アクリル系繊維が繊度0.5〜３デニール、繊
   維長３〜20mmの短繊維であるセメント補強用アク
   リル系繊維。 ３ 約0.1〜８モル％のビニル系モノマと約92.0
   〜99.9モル％のアクリロニトリルとからなるアク
   リロニトリル系共重合体溶液を紡糸原液として用
   い、湿式紡糸、延伸、水洗、乾燥した後、少くと
   も105℃の加圧スチーム中でトータル延伸倍率が
   少くとも８倍になるように二次延伸し、この延伸
   糸条を収縮緩和せしめることなく、150〜250℃の
   加熱雰囲気中で緊張下に熱固定し、引き続いて該
   糸条を緊張下に保持して冷却することを特徴とす
   るセメント補強用アクリル系繊維の製造法。