JPS63162560A - マグネシアウイスカ−で補強された無機質材料 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はマグネシアウィスカーで補強された無機質材料
に係り、詳しくは建築用内外装材料、船舶等の内装材、
保温材料など曲げ強度、耐衝撃性等を要求される材料と
して極めて有用なマグネシアウィスカーで補強された無
機質材料に関するものである。

［従来の技術］ 従来、建築物の内外装用材料、船舶の内装材、保温材料
のマトリックスとしては、普通ポルトランドセメントや
焼石こう、石灰質と珪酸質との水熱合成によって生成す
る珪酸カルシウム等の無機質材料が使用されている。ま
た、このような無機質材料の曲げ強度、耐？ａ撃性等の
特性の改善のために、強化繊維が複合されている。

強化繊維の代表的なものとしては、石綿がある。石綿は
ポルトランドセメントとの馴染みが良く、石綿スレート
板等として各種建築材料、保温材料に広く使用されてい
る。しかしながら、石綿は人体に対して有害で、発癌性
の物質であるとの見解が特に欧州、米国で取り上げられ
、今後使用禁止措置が取られようとしている現状にある
。

このようなことから、石綿の代替繊維として、耐アルカ
リ性ガラス繊維、カーボン繊維、その他化学繊維等が実
用化されつつある。

［発明が解決しようとする問題点゛］ これらの強化繊維のうち、耐アルカリ性ガラス繊維は一
般的なＥガラス組成に耐アルカリ性を付与させるために
、酸化ジルコニウムを１０数％添加混合し繊維化したも
のであるが、耐アルカリ性といえどもその特性にも限度
があり、例えば、マトリックスが普通ポルトランドセメ
ントである場合、耐アルカリ性ガラス繊維は数年で補強
繊維としての効果が期待出来なくなる。また、マトリッ
クスが水熱合成して得られる珪酸カルシウム硬化体であ
る場合には、マトリックスと耐アルカリ性繊維を混合成
形後、高温高圧養生を行なうと、急激なアルカリの析出
と高温高圧の水蒸気のために耐アルカリ性ガラス繊維は
完全に劣化し、補強効果を全く示さなくなる。

カーボン繊維はガラス繊維のような問題点はなく、従来
よりプラスチックの補強材として利用されているが、高
価なために建築材料のような低コストを要求される材料
には不適当である。

また、各種化学繊維は耐熱性等の面において十分な特性
が得られず、やはり建築材料等には不適当である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは上記従来の問題点を解決する各種無機質材
料の改質方法、強化方法について研究を行なうと共に、
安価な無機質充填材料の開発研究を行なった結果、無機
質材料の強化充填材料として極めて優れた効果を奏する
マグネシアウィスカーの合成に成功するに至った。そし
て、本発明者らは、このマグネシアウィスカーを水硬性
物質や水熱合成されてできる珪酸カルシウム永和物等の
無機硬化体の充填材料として適用すべく更に研究を重ね
、本発明を完成させた。

本発明は、新規な合成マグネシアウィスカーを無機質材
料に充填、複合化することによって、樹脂の耐曲げ強度
、耐衝撃強度等の力学的性質等の特性を改善するもので
あって、水硬性物質や水熱合成されてできるマトリック
スと、合成された針状のマグネシアウィスカーとを含む
ことを特徴とする。

以下、本発明につきさらに詳細に説明する。

まず、本発明における充填材料としてのマグネシアウィ
スカーについて詳しく説明する。

マグネシアは従来から耐火物材料、電気絶縁材料として
利用されてきているが、電融マグネシアといえども、水
和性があることが最大の欠点であることが指摘されてい
る。本発明者らは、この水和性の改善について、鋭意研
究を行った結果、単結晶のマグネシアウィスカーの合成
に成功した。

そして、本発明者らは熱可塑性樹脂への強化充填材料と
してのマグネシアウィスカーの合成条件を種々検討した
結果、第１図（顕微鏡写真（Ｘ５００））に示すような
マグネシアウィスカーを大量に合成することに成功した
。

第１図のような単結晶マグネシアウィスカーは、ハロゲ
ン化物とマグネシウム塩類との混合物の溶融塩を水蒸気
雰囲気で６５０〜９００℃に加熱することによって比較
的低温かつ短時間で容易に析出させることができる。析
出するマグネシアウィスカーの繊維長、繊維径は上記加
熱条件等によって異なるが、一般には、繊維長３０μｍ
〜６ｍｍ、繊維径１〜５μｍで、アスペクト比が３０〜
３０００前後のものが得られる。

このようなマグネシアウィスカーを水硬性物質や水熱合
成されてできる珪酸カルシウム永和物等のマトリックス
の強化充填材料として使用する場合には、ウィスカー形
状が、マトリックスへの充填方法や成形方法、例えば、
ロール混練法、押出成形法、モールド成形法、射出成形
法、抄造法等によって制約される場合があるため、充填
方法や成形方法に適合した形状のマグネシアウィスカー
を得るべく、合成条件を適宜選択する必要がある。

マグネシアウィスカーは、マトリックスへの分散性又は
加工性等の向上のために、ステアリン酸等の脂肪酸又は
その塩類、あるいはシランカップリング剤等で表面処理
することも有効である。特に、シランカップリング剤で
処理することにより力学的にも優れた効果を得ることが
できる。

本発明においては、このようなマグネシアウィスカーを
マトリックス１００重量部に対して２〜３０重量部充填
するのが好ましい。マグネシアウィスカーの含有量がマ
トリックス１００重量部に対して２重量部未満であると
、本発明による十分な改善効果が得られ難く、逆に、マ
グネシアウィスカーの含有量がマトリックス１００重量
部に対して３０重量部を超えるとマトリックスの成形性
等が低下する場合がある。

ところで、本発明のマグネシアウィスカーで補強された
無機質材料は、常法に従って、マトリックス材料に所定
量のマグネシアウィスカーを充填混練して、押出成形、
モールド成形、抄造法等により成形することにより、容
易に得られるが、成形性の改善やその他軽量化等を目的
として、各種の補助材料を充填使用することも好ましい
態様である。補助材料としては、バルブ、無機質繊維、
化学繊維、軽量材、その他各種充填材が挙げられ、これ
らの１種又は２種以上を用いることができる。

［作用］ ウィスカーは、細い繊維状結晶で、ひげ結晶ともいわれ
る。ウィスカーの特徴は、細いほど結晶の欠陥（転位な
ど）が非常に少ないことで、螺旋転位の存在ではよしわ
が起きたり、弾性限界が低かったりすることで結晶の完
全性が検出できる。

従って、マグネシアウィスカーは大きな強度をもつこと
になり、複合材料における繊維強化材として有用である
。

本発明において、マグネシアウィスカーが特に無機質材
料の強化用充填材料として優れた効果を奏する理由は、
針状の形態を有し、かつアスペクト比が大きいことにあ
り、その形態上の特性から優れた補強効果を有する上に
、マトリックスとの馴染みも良好である。しかも、マグ
ネシアウィスカーは耐水性、耐アルカリ性、耐熱性等に
も優れるので、複合材料のこれらの特性の改善効果も極
めて大きい。

［実施例コ 以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが
、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限
定されるものではない。

実施例１ 消石灰、珪操土をその調合割合がＣａｂ／ＳｉＯモル比
で０．８５となるように調整混合し、この調合原料乾物
１００重量部に対して、各々、マグネシアウィスカーを
３．７，１１．１３．１５重量部、更にバルブ３重量部
加えて混合し、次いで水を加えてスラリー状として、モ
ールド成形法により生板を成形した。成形された生板を
、１８３℃の条件で８時間オートクレーブ養生し、自然
冷却後、８０℃で２４時間乾燥して試験片を得た。得ら
れた試験片について諸特性を調べ、その結果を第１表に
示した。

第１表 第１表より、耐アルカリ性ガラス繊維では補強効果が乏
しいのに対し、本発明に係るマグネシアウィスカーでは
著しく高い補強効果が得られることが明らかである。

実施例２ 普通ポルトランドセメント９４重量部にマグネシアウィ
スカー又は耐アルカリ性ガラス繊維を６重量部加えて混
合し、セメント水比４０％で混練し成形した。得られた
成形体の３日材令における自然養生、オートクレーブ養
生（１８３℃、８時間）についての物性を測定し、その
結果を第２表に示した。

第２表 第２表より、耐アルカリｈガラス織惟では、オートクレ
ーブ養生を行なうことにより、強度が大幅に低下してし
まうのに対し、本発明に係るマグネシアウィスカーでは
、オートクレーブ養生を行なっても極めて良好な結果が
得られることが明らかである。

［発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明の無機質材料はマトリックス
に合成針状マグネシアウィスカーを充填してなるもので
あって、マグネシアウィスカーの（夏れな改善効果によ
り、耐曲げ強度、耐衝寮強度等の機械的特性が著しく向
上されると共に、耐水性、耐アルカリ性、耐熱性につい
ても侵れた改善効果が得られる。

また、オートクレーブ処理してもマグネシアウィスカー
は全く劣化しないので、複合材料の製造プロセスにオー
トクレーブ養生を組み込むことが可能であり、短い製造
時間にて高強度材を製造することが可能とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマグネシアウィスカーの繊維形状を示す顕微鏡
写真である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水硬性物質又は水熱合成により得られるマトリッ
   クスと、合成された針状のマグネシアウィスカーとを含
   むことを特徴とするマグネシアウィスカーで補強された
   無機質材料。
2. （２）補助材料としてバルブ、無機質繊維、化学繊維、
   軽量材及び充填材よりなる群から選ばれる１種又は２種
   以上を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のマグネシアウィスカーで補強された無機質材料。
3. （３）マグネシアウィスカーの含有量がマトリックス１
   ００重量部に対して２〜３０重量部であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のマグネシ
   アウィスカーで補強された無機質材料。