JPWO2012133763A1 - 水硬性硬化体補強用繊維およびこれを用いた水硬性硬化体 - Google Patents
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Abstract
本発明は、硬化性材料との物理的な結合ないし係止に優れている形状を有する硬化体補強用繊維およびそれを用いた硬化体を提供する。本発明の硬化体補強用繊維は、繊維の横断面の形状が３つ以上の凸部を有する多葉状であり、少なくとも一つの凸部は、先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっているので、特に曲げ強度が高い。また、本発明の硬化体は、前記硬化体補強用繊維と硬化性材料とが混合され、かつ硬化性材料が硬化されている。
Description
本発明は、各種硬化性材料、特にコンクリートおよびモルタルのような水硬性材料を強化するために用いられる硬化体補強用繊維およびこれを用いた硬化体に関する。
各種硬化性材料、特にコンクリートおよびモルタルのような水硬性材料を強化するために、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂からなる繊維長１〜２０ｍｍ程度の短繊維が補強用繊維として汎用されている。補強用繊維は、その補強機能を発揮するためには、硬化体材料から容易に抜けないものであることを必要とする。そこで、例えば、ポリプロピレン樹脂に他の樹脂等を混合して、硬化体材料との親和性を高めること、あるいは、繊維の断面形状を異形にして、セメントとの物理的な結合を向上させることが提案されてきた。
例えば、特許文献１では、Ｑ値が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ）が９４≦ＩＰＦ＜１００である高結晶性ポリプロピレン繊維であって、少なくとも該繊維の表層を構成するポリプロピレン樹脂に炭酸カルシウム微粉末が練り込まれ、該繊維表面にアルキルホスフェートアルカリ金属塩を付着させた、繊維強度が６ｇ／デニール以上のセメント補強用ポリプロピレン繊維が開示されている。また、特許文献２には、繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有し、突起部の先端に繊維長手方向に沿って凹凸を形成したセメント補強用繊維が開示されている。
特許文献１のセメント補強用繊維は、ポリプロピレンの分子量分布が狭く高立体規則性のため、高強度の繊維が得られるので、物理的外力により繊維の変形、切断あるいは繊維強度の劣化が起こりにくくして、セメント成形体を補強しようと試みている。さらに、繊維表面を構成する大部分の樹脂に炭酸カルシウム微粉末が練り込まれており、この微粉末中のカルシウムイオンと繊維表面に付着させているアルキルホスフェートアルカリ金属塩の少なくともその一部がイオン結合し、アルキルホスフェートアルカリ金属塩を水に難溶性の化合物に変化させて繊維表面に固着することにより、セメントスラリー液中での分散性の改良を試みている。しかしながら、特許文献１のように化学的結合によりセメントとの親和性を高めることだけでは、硬化体に対する十分な補強効果が得られないことがあった。
また、特許文献２のセメント補強用繊維は、繊維の横断面の形状が３〜６個の突起部を有することにより、セメントとの接触面積を大きくし、突起の先端に長手方向に凹凸を形成することにより、セメントとの物理的結合を高くし、セメント硬化後の繊維の素抜けを防止しようと試みている。しかしながら、特許文献２のセメント補強用繊維は、突起先端の長手方向、すなわち繊維側面に凹凸を形成させる工程が必要となり、工程の煩雑さや製造コストが高くなるという問題があった。また、このような形状のセメント補強用繊維は、その単糸繊度が１００〜１００００ｄｔｅｘと太い繊維しか開示がなく、実用化されておらず、用途が限定されるという問題があった。
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、硬化性材料との物理的な結合ないし係止に優れている形状を有する硬化体補強用繊維およびそれを用いた硬化体を提供することを目的とする。
本発明の硬化体補強用繊維は、繊維の横断面の形状が３つ以上の凸部を有する多葉状であり、少なくとも一つの凸部は、先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていることを特徴とする。
本発明の硬化体は、前記硬化体補強用繊維と硬化性材料とが混合され、かつ硬化性材料が硬化されていることを特徴とする。
本発明の硬化体補強用繊維は、所定の形状を有するので、硬化性材料を繊維表面に結合ないし係止することができ、特に曲げ強度が高い。
本発明の硬化体は、例えば、コンクリート、モルタル、およびセメントペーストのような水和反応により硬化する水硬性硬化材料等の硬化材料と、前記硬化体補強用繊維とが混合されているので、特に曲げ強度が高い。
本発明の硬化体補強用繊維について、図３を用いて説明する。本発明の硬化体補強用繊維１は、繊維の横断面の形状が３つ以上の凸部２を有する多葉状であり、少なくとも一つの凸部２は、先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっている。凸部２の数は、３〜１６であることが好ましい。より好ましくは、３〜８であり、さらにより好ましくは、４〜６である。硬化性材料と接触する表面積を増加できるとともに、硬化性材料が入り込むスペースを確保できる。本発明における多葉状の凸部２は、根元から変形、フィブリル化、分離等が起こり易い形態を有するので、セメント等の硬化性材料と混合したときに、繊維の隣り合う凸部間、すなわちくびれ部分３に硬化性材料が結合ないし係止されるので、硬化体の補強効果が高い。凸部の数が多すぎると、硬化性材料が入り込むスペースが得られにくいことがある。前記形状を有する凸部は、繊維横断面において２以上有することがより好ましい。
前記硬化体補強用繊維における少なくとも一つの凸部２は、先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっている。かかる形状を有することにより、根元から変形し易く、硬化性材料がくびれ部分に入り込み易くなる。本発明において、凸部２の先端部分における最大幅は、図３において、Ａで示しており、具体的には繊維の中心から凸部２の先端部分を結ぶ線を引き、その線から凸部の外形に向けて垂線を引いたときの最大長さをいい、凸部２の根元部分の幅は、図３において、Ｂで示しており、具体的には隣り合う凸部における各々の根元部分の両端を結ぶ長さをいう。前記凸部２の先端部分における最大幅Ａと、根元部分の幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１〜５であることが好ましい。より好ましいＡ／Ｂは、１．２〜２．７である。さらに好ましいＡ／Ｂは、１．３〜２．４であり、さらにより好ましくは、１．３〜２．０である。Ａ／Ｂが上記範囲を満たすと、硬化体の補強効果が高い傾向にある。幅Ａ，Ｂは、繊維束の繊維断面を電子顕微鏡等で拡大して、任意の繊維１０本の値を平均して求めることができる。
前記凸部２における先端部分の最大幅Ａは、３〜２０μｍであることが好ましい。より好ましくは、４〜１５μｍである。さらにより好ましくは、５〜１０μｍである。上記範囲内にあると、凸部間に形成されるくびれ部分３に硬化性材料が入り込み易い。
前記凸部２における根元部分の幅Ｂは、０．５〜２０μｍであることが好ましい。より好ましくは、１〜１０μｍである。さらにより好ましくは、３〜７μｍである。上記範囲内にあると、凸部間に形成されるくびれ部分３に硬化性材料を結合ないし係止しやすくなる。また、上記範囲内にあると、硬化性材料との混合時の剪断力により、根元付近から剥離、フィブリル化、または分離し易くなる傾向にある。
前記凸部２の長さＣ（凸部の根元部分の中心点から先端までの距離）は、３〜５０μｍであることが好ましい。より好ましくは、４〜２５μｍである。さらにより好ましくは、５〜１５μｍである。凸部の長さＣが３μｍ未満であると、凸部２が根元から変形しにくくなる。凸部の長さＣが５０μｍを超えると、凸部間に形成されるくびれ部分３での硬化性材料の結合ないし係止が不十分となることがある。凸部の長さＣは、繊維束の繊維断面を電子顕微鏡等で拡大して、任意の繊維１０本の値を平均して求めることができる。
前記凸部の長さＣと、根元部分の幅Ｂとの比（Ｃ／Ｂ）が、１〜４であることが好ましい。より好ましいＣ／Ｂは、１．１〜３である。さらに好ましいＣ／Ｂは、１．２〜２．８であり、さらにより好ましくは、１．２〜２．５である。Ｃ／Ｂが上記範囲を満たすと、凸部が根元から変形しやすく、硬化体の補強効果が高い傾向にある。
前記凸部は、繊維の長さ方向（繊維側面）に対して、連続、不連続のいずれであってもよいが、製造工程性を考慮すると、凸部は繊維側面において連続して存在していることが好ましい。
前記凸部は、根元部分からの変形により、隣り合う凸部間の距離がランダムとなっていることが好ましい。このように変形し易い凸部を有し、隣り合う凸部間の距離がランダムとなることにより、様々な大きさの硬化性材料や充填剤等を隣り合う凸部間、すなわちくびれ部分に取り込み、結合ないし係止することができる。隣り合う凸部間の最大距離（くびれ部分の最大幅）は、１〜２０μｍの範囲内でランダムであることが好ましい。本発明の硬化体補強用繊維は、このようなランダムの形状（不定形）を有する繊維であるか、または硬化性材料と混合する前は定形の多葉型断面の繊維であり、混合したときに凸部が根元から変形してランダムな形状（不定形）となるものであってもよい。
前記凸部は、根元部分の一部が剥離するか、または根元部分からフィブリル化していることが好ましい。このように根元部分が剥離またはフィブリル化すると、硬化性材料との接触面積が増加し、硬化性材料との結合性ないし係止性が高くなる傾向にある。ただし、剥離またはフィブリル化が過度に進むと、繊維強度が低下するので、単繊維当たりに１〜２箇所であるとよい。このような繊維が繊維集合体の中で３０％以下であることが好ましい。
本発明の硬化体補強用繊維に用いられる熱可塑性樹脂は、繊維の製造において通常用いられている熱可塑性樹脂から、任意に選択してよい。具体的には、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブテン−１，ポリメチルペンテン，エチレン−プロピレン共重合体，エチレン−ビニルアルコール共重合体，エチレン−酢酸ビニル共重合体，エチレン−メタクリル酸共重合体，エチレン−アクリル酸共重合体，エチレン−メタクリル酸メチル共重合体およびエチレン−アクリル酸メチル共重合体等のポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート，ポリトリメチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル樹脂；ポリ乳酸，ポリエチレンサクシネート，ポリブチレンサクシネート等の脂肪族ポリエステル樹脂；ナイロン６およびナイロン６６等のポリアミド系樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリオキシメチレン（ポリアセタール）樹脂；ポリケトン樹脂；ポリスチレン樹脂；ビニロン樹脂；ならびにアクリル系樹脂からなる群から、１または複数の樹脂を選択して使用してよい。なかでも、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、またはポリプロピレンとポリメチルペンテンの混合物は、耐熱性および耐アルカリ性が高く、好ましい。
前記ポリプロピレンとしては、特に限定されないが、立体規則性の点で高強度繊維が得られるということから、アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ：モル％）が、好ましくは９０％以上、より好ましくは９３％以上、さらに好ましくは９４％以上のポリプロピレン樹脂を用いることができる。なおＩＰＦは、ｎ−ヘプタン不溶分成分について「マクロモレキュラーズ」（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｒ，Ｖｏｌ．６，９２５（１９７３）およびＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｒ，Ｖｏｌ．８，６８７（１９７５））に準じて測定するとよい。
前記ポリプロピレンとしては、特に限定されないが、Ｑ値（Ｍｗ／Ｍｎ）が６未満であることが、高い延伸性を有するので、高強度の繊維が得られ、好ましい。より好ましいＱ値は、５未満であり、さらに好ましくは４以下である。
本発明の硬化体補強用繊維は、前記熱可塑性樹脂の２以上の成分からなる複合繊維であってよい。具体的には、芯鞘型複合繊維、偏心芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維、分割型複合繊維および海島型複合繊維のいずれであってもよい。例えば、芯鞘型複合繊維の場合、外形が多葉状であり、芯成分は円形または異形のいずれであってもよい。芯成分が異形の場合、外形と略相似形であることが好ましい。２以上の成分としては、前述した熱可塑性樹脂を複数選択するとよいが、いずれの成分も、例えば鞘成分と芯成分のいずれも、ポリオレフィン系樹脂であることが好ましく、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、またはポリプロピレンとポリメチルペンテンの混合物であることがより好ましい。
本発明の硬化体補強用繊維の繊度は、特に限定はないが、０．５〜３０ｄｔｅｘであることが好ましい。より好ましくは、０．８〜５ｄｔｅｘである。さらにより好ましくは、１〜３ｄｔｅｘである。繊度が３０ｄｔｅｘを超えると、紡糸工程時の引き取り速度が低くなるので、紡糸工程あるいは延伸工程での作業性に劣る傾向にある。繊度が０．５ｄｔｅｘ未満であると、可紡性あるいは延伸性に劣る傾向にある。
本発明の硬化体補強用繊維は、ＪＩＳ Ｌ １０１５に従って測定される強度（単繊維強度）が、５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、７ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがより好ましい。なお、好ましい上限は、２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。かかる範囲であると、硬化体の曲げ強度が向上する。また、硬化性材料との攪拌時にファイバーボール（繊維塊）が形成されにくい。
本発明の硬化体補強用繊維は、ＪＩＳ Ｌ １０１５に従って測定される単繊維伸度が１５〜６０％であることが好ましく、２０〜４０％であることがより好ましい。かかる範囲であると、硬化体の衝撃強度が向上する。また、硬化体にクラックが発生しにくい。
本発明の硬化体補強用繊維は、特に限定はないが、繊維長が３〜３０ｍｍの短カット繊維として用いるのが一般的であるが、マルチフィラメントもしくはモノフィラメントとしてこれらのネットの形で用いてもよい。
本発明の硬化体補強用繊維は、熱可塑性樹脂に無機物粒子を混合する方法、熱可塑性樹脂に親水化剤等を混合する方法、熱可塑性樹脂に極性基を有する変性ポリオレフィンを混合する方法、繊維表面に界面活性剤等を付着する方法等により、硬化性材料との親和性を向上させることが好ましい。熱可塑性樹脂に混合される無機物としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムからなる群から選ばれた少なくとも１種の元素の酸化物、炭酸塩若しくは硫酸塩等が挙げられる。これらの無機物は、硬化性材料との親和性を考慮すると、繊維表面に露出していることが好ましく、芯鞘型複合繊維の場合は、鞘成分を構成する熱可塑性樹脂に混合するとよい。前記無機物粒子の配合量は、鞘成分１００質量％に対し、０．１〜４０質量％の範囲が好ましく、より好ましくは１〜２０質量％の範囲である。前記無機物粒子は、平均粒子径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。より好ましくは、０．２〜５μｍであり、さらに好ましくは、０．３〜２μｍである。前記無機物粒子の平均粒子径が０．１μｍ以上であると、繊維表面に凸部が形成されて、硬化体から繊維が抜けにくくなる効果をより顕著に得ることができる。前記無機物粒子の平均粒子径が１０μｍ以下であると、繊維の紡糸工程で糸切れが発生することを抑制することができ、また、得られた繊維は、無機物粒子が繊維表面から脱落しにくい。無機物粒子の平均粒子径は、粒度分布測定装置（商品名：ＳＡＬＤ−２０００、島津製作所社製）で測定したものである。前記親水化剤としては、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、スルホン基などの親水基を有する化合物であればよく特に限定されないが、例えば、脂肪酸グリセライド（モノグリセリン脂肪酸エステル）、ポリグリセリン脂肪酸エステル、アルコキシ化アルキルフェノール、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル、および脂肪酸ジエタノールアミド等が挙げられる。前記親水化剤や極性基を有する変性ポリオレフィン等は、繊維強度を大きく阻害しない範囲で混合することができる。上述した熱可塑性樹脂に無機物粒子、親水化剤、極性基を有する変性ポリオレフィン等を混合して複合繊維とする場合、複合繊維の鞘成分の熱可塑性樹脂に混合することが好ましく、芯成分／鞘成分の複合比は、２／８〜９／１であることが好ましい。より好ましい複合比は、７／３〜９／１である。この場合、芯成分の樹脂は、鞘成分と同じ種類の樹脂を用いると、繊維強度の低下が少なく、硬化性材料との親和性が向上し、好ましい。前記界面活性剤としては、親水性を向上させる目的で使用される通常のもので差し支えなく、例えば、オクチルアルキルホスフェート、デシルアルキルホスフェート、ラウリルアルキルホスフェート、トリデシルアルキルホスフェート、ミリスチルアルキルホスフェート、セチルアルキルホスフェート、ステアリルアルキルホスフェートなどのアルキルホスフェートおよびこれらのナトリウムあるいはカリウム等の金属塩等のリン酸エステル系界面活性剤等が挙げられる。
また、本発明の硬化体補強用繊維は、親水性処理により、硬化性材料との親和性を向上させてもよい。親水性処理としては、例えば、フッ素ガス処理、プラズマ放電処理及びコロナ放電処理などが挙げられる。コロナ放電処理を実施する場合、特に限定されないが、コロナ放電処理における１回当たりの放電量は、５０Ｗ／ｍ２／ｍｉｎ以上であることが好ましく、総放電量は１００〜５０００Ｗ／ｍ２／ｍｉｎであることが好ましい。より好ましい総放電量は、２５０〜５０００Ｗ／ｍ２／ｍｉｎである。また、プラズマ処理は、特に限定されないが、常圧プラズマ処理であることが好ましく、電圧５０〜２５０ｋＶ、周波数５００〜３０００ｐｐｓで処理するとよい。常圧プラズマ処理であると、低電圧で処理できるので、繊維の劣化が少なく都合がよい。また、フッ素ガス処理は、特に限定されないが、例えば、フッ素ガスと酸素ガスを含む混合ガス又はフッ素ガスと亜硫酸ガスを含む混合ガスを用いて行うことができる。
本発明の硬化体補強用繊維は、以下の手順で製造することができる。まず、前記熱可塑性樹脂を１種または２種以上用いて、所定の形状になるような単一型または複合型ノズルを用いて、樹脂が溶融する温度、例えば、ポリプロピレンであれば紡糸温度２００〜３５０℃で溶融紡糸し、引取速度１００〜１５００ｍ／ｍｉｎで引き取り、紡糸フィラメントを得ることができる。また、上記において、必要に応じ、前記熱可塑性樹脂、好ましくは鞘成分となる熱可塑性樹脂に無機物粒子等を混合する。
次いで、紡糸フィラメントは、必要に応じて延伸される。延伸温度は熱可塑性樹脂の種類によって適宜設定される。例えば、熱可塑性樹脂がポリプロピレンである場合、延伸温度は８０〜１６０℃、延伸倍率１．５〜８倍の条件で延伸することが好ましい。より好ましい延伸温度は、１１０〜１５５℃である。より好ましい延伸倍率は、３〜６倍である。延伸方法は、特に限定されず、高温の熱水などの高温の液体で加熱しながら延伸を行う湿式延伸、高温の気体中又は高温の金属ロールなどで加熱しながら延伸を行う乾式延伸、１００℃以上の水蒸気を常圧若しくは加圧状態にして繊維を加熱しながら延伸を行う水蒸気延伸などの公知の方法で延伸処理を行うことができる。延伸工程は、１段階延伸、または複数の段階に分けて行う、いわゆる多段延伸処理のいずれで行ってもよい。得られた延伸フィラメントは、必要に応じて界面活性剤等の繊維処理剤が付与され、必要があれば捲縮付与処理が施され、所定の繊維長に切断する。
以下、本発明の内容について実施例を挙げて説明する。なお、得られた硬化体補強用繊維の強伸度、曲げ強度は、以下のとおり測定した。
［強伸度］
ＪＩＳ Ｌ １０１５に準じて測定した。
ＪＩＳ Ｌ １０１５に準じて測定した。
［曲げ強度］
ＪＩＳ Ａ １４０８に準じて測定した。
一次曲げ強度（ＬＯＰ：ｋｇ／ｃｍ２）：Ｓ−Ｓ曲線の立ち上がり最高強度。
二次曲げ強度（ＭＯＲ：ｋｇ／ｃｍ２）：Ｓ−Ｓ曲線のＬＯＰ以外の最高強度。
ＪＩＳ Ａ １４０８に準じて測定した。
一次曲げ強度（ＬＯＰ：ｋｇ／ｃｍ２）：Ｓ−Ｓ曲線の立ち上がり最高強度。
二次曲げ強度（ＭＯＲ：ｋｇ／ｃｍ２）：Ｓ−Ｓ曲線のＬＯＰ以外の最高強度。
［比ＭＯＲ］
曲げ破壊強度ＭＯＲを密度で除して算出した値を比ＭＯＲとした。
曲げ破壊強度ＭＯＲを密度で除して算出した値を比ＭＯＲとした。
［実施例１］
ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製、商品名ＳＡ０１Ａ）を用意した。この樹脂を四葉型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いて、紡糸温度を２７０℃として溶融押出し、引取速度８３９ｍ／分で引き取り、繊度４ｄｔｅｘの紡糸フィラメント（未延伸糸）を作製した。得られた紡糸フィラメントを使用し、１５０℃で、３．６倍に乾式延伸し、繊維仕上げ剤（界面活性剤）として炭素数１２のアルキルリン酸エステルカリウム塩を１．０質量％付着させ、繊維長６ｍｍに切断し、繊度１．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製、商品名ＳＡ０１Ａ）を用意した。この樹脂を四葉型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いて、紡糸温度を２７０℃として溶融押出し、引取速度８３９ｍ／分で引き取り、繊度４ｄｔｅｘの紡糸フィラメント（未延伸糸）を作製した。得られた紡糸フィラメントを使用し、１５０℃で、３．６倍に乾式延伸し、繊維仕上げ剤（界面活性剤）として炭素数１２のアルキルリン酸エステルカリウム塩を１．０質量％付着させ、繊維長６ｍｍに切断し、繊度１．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
得られた繊維は、繊維断面形状が４つの凸部を有する多葉状であり、その凸部は先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていた。凸部の先端部分における最大幅Ａは６．８μｍ、根元部分の幅Ｂは４．８μｍ、Ａ／Ｂは１．４２、凸部の長さＣ（凸部の根元部分の中心点から先端までの距離）は６．５μｍ、Ｃ／Ｂは１．３５であった。凸部が根元部分から変形していることにより、隣り合う凸部間の距離がランダムになっており、一部の繊維では凸部の根元部分の一部が剥離していた。
［実施例２］
紡糸フィラメント（未延伸糸）の繊度を７．７ｄｔｅｘとし、延伸温度を１５５℃とした以外は、実施例１と同様の方法で、繊度２．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
紡糸フィラメント（未延伸糸）の繊度を７．７ｄｔｅｘとし、延伸温度を１５５℃とした以外は、実施例１と同様の方法で、繊度２．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
得られた繊維は、繊維断面形状が４つの凸部を有する多葉状であり、その凸部は先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていた。凸部の先端部分における最大幅Ａは９．３μｍ、根元部分の幅Ｂは５．８μｍ、Ａ／Ｂは１．６０、凸部の長さＣ（凸部の根元部分の中心点から先端までの距離）は１２μｍ、Ｃ／Ｂは２．０７であった。凸部が根元部分から変形していることにより、隣り合う凸部間の距離がランダムになっており、一部の繊維では凸部の根元部分の一部が剥離し、一部がフィブリル化していた。
［実施例３］
紡糸フィラメント（未延伸糸）の繊度を１７．３ｄｔｅｘとし、延伸倍率を３．８倍とした以外は、実施例２と同様の方法で、繊度５ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
紡糸フィラメント（未延伸糸）の繊度を１７．３ｄｔｅｘとし、延伸倍率を３．８倍とした以外は、実施例２と同様の方法で、繊度５ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
得られた繊維は、繊維断面形状が４つの凸部を有する多葉状であり、その凸部は先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていた。凸部の先端部分における最大幅Ａは１２．１μｍ、根元部分の幅Ｂは６．３μｍ、Ａ／Ｂは１．９２、凸部の長さＣ（凸部の根元部分の中心点から先端までの距離）は１６μｍ、Ｃ／Ｂは２．５４であった。凸部が根元部分から変形していることにより、隣り合う凸部間の距離がランダムになっており、一部の繊維では凸部の根元部分の一部が剥離していた。
［実施例４］
ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製、商品名ＳＡ０１Ａ）を用意した。この樹脂を四葉型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いて、紡糸温度を２７０℃として溶融押出し、引取速度４２８ｍ／分で引き取り、繊度７．８ｄｔｅｘの紡糸フィラメント（未延伸糸）を作製した。得られた紡糸フィラメントを使用し、１５５℃で、４．４倍に乾式延伸した。得られた延伸フィラメントを、コロナ放電処理機に通して、０．５ｋＷ／ｍ２／ｍｉｎの放電量でコロナ放電処理して親水化し、次いで、繊維仕上げ剤（界面活性剤）として実施例１で用いたものよりもセメントとの親和性が高い別のリン酸エステル系界面活性剤を１．０質量％付着させ、繊維長６ｍｍに切断し、繊度２．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製、商品名ＳＡ０１Ａ）を用意した。この樹脂を四葉型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いて、紡糸温度を２７０℃として溶融押出し、引取速度４２８ｍ／分で引き取り、繊度７．８ｄｔｅｘの紡糸フィラメント（未延伸糸）を作製した。得られた紡糸フィラメントを使用し、１５５℃で、４．４倍に乾式延伸した。得られた延伸フィラメントを、コロナ放電処理機に通して、０．５ｋＷ／ｍ２／ｍｉｎの放電量でコロナ放電処理して親水化し、次いで、繊維仕上げ剤（界面活性剤）として実施例１で用いたものよりもセメントとの親和性が高い別のリン酸エステル系界面活性剤を１．０質量％付着させ、繊維長６ｍｍに切断し、繊度２．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
得られた繊維は、繊維断面形状が４つの凸部を有する多葉状であり、その凸部は先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていた。凸部の先端部分における最大幅Ａは８．７μｍ、根元部分の幅Ｂは４．５μｍ、Ａ／Ｂは１．９３、凸部の長さＣ（凸部の根元部分の中心点から先端までの距離）は１１μｍ、Ｃ／Ｂは２．４４であった。凸部が根元部分から変形していることにより、隣り合う凸部間の距離がランダムになっており、一部の繊維では凸部の根元部分の一部が剥離していた。
［実施例５］
芯成分樹脂及び鞘成分樹脂としてポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製、商品名ＳＡ０１Ａ）を用意し、鞘成分樹脂には炭酸カルシウム粒子（平均粒子径０．５７μｍ）を混合した。四葉型のノズル孔形状を有する複合紡糸ノズルを用いて、芯鞘比が芯：鞘＝８：２で紡糸し、紡糸温度を２７０℃として溶融押出し、引取速度４２８ｍ／分で引き取り、鞘成分にのみ炭酸カルシウム粒子を６質量％（ポリプロピレン繊維１００質量％に対して１．２質量％）練り込んだ繊度７．８ｄｔｅｘの紡糸フィラメント（未延伸糸）を作製した。得られた紡糸フィラメントは、実施例４と同様の方法で、延伸、コロナ放電処理、繊維仕上げ剤付着、切断し、繊度２．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
芯成分樹脂及び鞘成分樹脂としてポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製、商品名ＳＡ０１Ａ）を用意し、鞘成分樹脂には炭酸カルシウム粒子（平均粒子径０．５７μｍ）を混合した。四葉型のノズル孔形状を有する複合紡糸ノズルを用いて、芯鞘比が芯：鞘＝８：２で紡糸し、紡糸温度を２７０℃として溶融押出し、引取速度４２８ｍ／分で引き取り、鞘成分にのみ炭酸カルシウム粒子を６質量％（ポリプロピレン繊維１００質量％に対して１．２質量％）練り込んだ繊度７．８ｄｔｅｘの紡糸フィラメント（未延伸糸）を作製した。得られた紡糸フィラメントは、実施例４と同様の方法で、延伸、コロナ放電処理、繊維仕上げ剤付着、切断し、繊度２．２ｄｔｅｘの本発明の硬化体補強用繊維を得た。
得られた繊維は、繊維断面形状が４つの凸部を有する多葉状であり、その凸部は先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていた。凸部の先端部分における最大幅Ａは８μｍ、根元部分の幅Ｂは４．５μｍ、Ａ／Ｂは１．７８、凸部の長さＣ（凸部の根元部分の中心点から先端までの距離）は１０．７μｍ、Ｃ／Ｂは２．３８であった。凸部が根元部分から変形していることにより、隣り合う凸部間の距離がランダムになっており、一部の繊維では凸部の根元部分の一部が剥離していた。
［比較例１］
Ｙ型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いた以外は、実施例２と同様の方法で、Ｙ型断面を有する繊度２．２ｄｔｅｘのポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維は、繊維断面形状が３つの凸部を有するＹ状であり、その凸部は根元部分から先端部分にかけて先細り形状であった。
Ｙ型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いた以外は、実施例２と同様の方法で、Ｙ型断面を有する繊度２．２ｄｔｅｘのポリプロピレン繊維を得た。得られた繊維は、繊維断面形状が３つの凸部を有するＹ状であり、その凸部は根元部分から先端部分にかけて先細り形状であった。
［比較例２］
円型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、円型断面を有する繊度１．１ｄｔｅｘのポリプロピレン繊維を得た。
円型のノズル孔形状を有する紡糸ノズルを用いた以外は、実施例１と同様の方法で、円型断面を有する繊度１．１ｄｔｅｘのポリプロピレン繊維を得た。
［セメント硬化体の作製］
セメント４００ｇ、骨材１００ｇ（セメント：骨材（質量比）＝４：１）、パルプ５ｇを配合したコンクリートに対し、実施例１〜５の繊維及び比較例１〜２の繊維を、それぞれ、１．５ｇ（０．３質量％）混入させた。このコンクリートと水とを、質量比で１：９の割合で混合し、混練を行った後、型に流し込んで脱水して、硬化させ、さらに２８日間自然養生した。得られた硬化体について、それぞれ曲げ強度を測定した結果を表１に示す。
セメント４００ｇ、骨材１００ｇ（セメント：骨材（質量比）＝４：１）、パルプ５ｇを配合したコンクリートに対し、実施例１〜５の繊維及び比較例１〜２の繊維を、それぞれ、１．５ｇ（０．３質量％）混入させた。このコンクリートと水とを、質量比で１：９の割合で混合し、混練を行った後、型に流し込んで脱水して、硬化させ、さらに２８日間自然養生した。得られた硬化体について、それぞれ曲げ強度を測定した結果を表１に示す。
ＬＯＰは、セメント板などのセメント製品の曲げ破断強度に関係し、ＬＯＰが大きいほど割れにくく、ＭＯＲが大きいほど靱性が高いため破断しにくい。実施例の繊維を用いたセメント硬化体は、曲げ強度（ＬＯＰ、ＭＯＲ）、比ＭＯＲが大きく、特にＭＯＲおよび比ＭＯＲが同一繊度の比較例の繊維を用いたセメント硬化体に比べて大きいので、曲げに対する靭性が高いことがわかった。これにより、実施例の繊維は、硬化性材料との物理的な結合ないし係止に優れていることが確認できた。また、実施例１〜５の繊維を含むセメント硬化体の切断面を観察すると、繊維の凸部が根元から変形して、隣り合う凸部間の距離がランダムとなっており、凸部間（くびれ部分）にセメントが結合ないし係止していた。
本発明の硬化体補強用繊維は、曲げ強度が高いので、コンクリート、モルタル、およびセメントペーストのような水和反応により硬化する水硬性硬化材料等の硬化材料と混合された硬化体として用いられる。
本発明の水硬性硬化体補強用繊維は、繊維の横断面の形状が３つ以上の凸部を有する多葉状であり、少なくとも一つの凸部は、先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていることを特徴とする。
本発明の水硬性硬化体は、前記水硬性硬化体補強用繊維と水硬性硬化性材料とが混合され、かつ水硬性硬化性材料が硬化されていることを特徴とする。
Claims (9)
- 繊維の横断面の形状が３つ以上の凸部を有する多葉状であり、
少なくとも一つの凸部は、先端部分が略曲線状であり、繊維の中心に向かう根元部分の幅が先端部分の最大幅に比べて小さくなっていることを特徴とする、硬化体補強用繊維。 - 前記凸部の先端部分における最大幅Ａと、根元部分の幅Ｂとの比（Ａ／Ｂ）が、１〜５である、請求項１に記載の硬化体補強用繊維。
- 前記凸部が、繊維の長さ方向に連続して存在している、請求項１または２に記載の硬化体補強用繊維。
- 繊維断面において、凸部の変形により、隣り合う凸部間の距離がランダムになっている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬化体補強用繊維。
- 繊維断面において、凸部の根元部分の一部が剥離するか、または根元部分からフィブリル化している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の硬化体補強用繊維。
- 前記硬化体補強用繊維の繊度が、０．５〜３０ｄｔｅｘの範囲である請求項１〜５のいずれか一項に記載の硬化体補強用繊維。
- 前記硬化体補強用繊維がフッ素ガス処理、プラズマ放電処理及びコロナ放電処理から選ばれる少なくとも１つの親水化処理により親水化されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の硬化体補強用繊維。
- 前記硬化体補強用繊維は複合繊維であり、前記複合繊維の鞘成分に無機物粒子が含まれている請求項１〜７のいずれか一項に記載の硬化体補強用繊維。
- 請求項１〜８のいずれか一項に記載の硬化体補強用繊維と硬化性材料とが混合され、かつ硬化性材料が硬化されていることを特徴とする、硬化体。
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