JPH0193447A - 無機質板の製造方法 - 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〉 この発明は、ＪＩＳＡ５４１８に定められた“石綿セメ
ント珪酸カルシウム板”と同等以上の性能を有する無機
質板を石綿素材の使用なしに安定製造する方法に関する
ものである。

〈従来技術とその問題点〉 近年、セメントを含む石灰質原料と硅酸質原料からなる
マトリックスを石綿等の繊維で強化した無機質板は建築
材料等として欠かせないものとなっているが、石綿公害
に関する様々な報告が相次いでなされるようになって以
来、石綿代替繊維によって強化した無機質板の開発が活
発化しており、このような用途に供する様々な石綿代替
繊維が提案されている。そして、これらの中でも、経時
的変化が殆んど無く、かつ優れた強度を有するところの
炭素繊維に注目が集まり、これを強化材とした無機質板
に関する報告が目立つようになった。

例えば、「第４回コンクリート工学年次講演会講演論文
集“炭素繊維補強セメントの曲げ強度に及ぼす諸因子”
」にも、セメントを含む石灰質原料と珪酸質原料からな
るマトリックスに炭素繊維を混入し、かつオートクレー
ブ養生を行って強度の高い無機質板を製造する方法が報
告されている。

ところが、この方法は“流込成形”や“押出成形”によ
って所要形状を調えることを前提とじたものであり、次
のような問題が指摘されるものであった。つまり、“流
込成形”を適用した場合には補強のために混入した炭素
繊維が３次元ランダム配向となってしまい、そのため炭
素繊維による補強効率が悪くなるのを如何ともし難＜、
一方、“押出成形”を適用する場合には、押出成形後の
保形性を確保するために押出材料を“硬練り”にしなけ
ればならず、その結果、成形の際に炭素繊維が切損して
しまって得られる無機質板の変形能が小さくなるという
欠点があったのである。

このようなことから、炭素繊維強化無機質板の成形法と
して、炭素繊維の配向が２次元ランダムとなるために炭
素繊維の量が少なくても“流込成形”で得られる無機質
板より高強度が得られ、しかも炭素繊維が切損すること
がないために“押出成形”で得られる無機質板よりも大
きな変形能が得られるところの“抄造成形法”が依然注
目を集めるようになった。そして、“無機質材料に炭素
繊維を単独で、或いは他の合成繊維若しくは多少の石綿
と共に複合で混入したスラリー”を抄造成形することを
前提とした無機質系板材に関する提案が目立つようにな
った（例えば、特開昭５５−１００２５６号、特開昭５
９−７３４６３号、特開昭５８−１５６５６７号、特開
昭５９−２０３７４７号、特開昭５８−９１９００号、
特開昭５９−２２３２６４号、特開昭５９−２３２８０
５号。

特開昭５５−１０９６１０号、特開昭５８−４１７６２
号。

特開昭５８−２０９５１３号、特開昭６０−１６１３６
２号等）。

しかし、これらの提案は何れも、「石綿に比べて抄造性
の悪い炭素繊維を如何にして石綿並に抄造可能とするか
」と言う命題に主眼を置き、抄造性を持たせるために混
入することが必須であるパルプの種類を特定したり、パ
ルプの混入量を調整したり、或いはベントナイト等の無
機質粉末を添加して抄き上げ性能を改善すること等に関
したものであって、“無機質板の高強度化”、“寸法安
定性”或いは“エフロレッセンス（風化性）のｆＪｌｔ
少”のための配慮がされたものではなかった。なぜなら
、前記提案の殆んどは、比較的低温の処理である°単な
る蒸気養生”で生産される１石綿スレート”を対象とし
たものであったからである。従って、得られる炭素繊維
強化無機質板は強度の点でそれほど高いものではなく、
また寸法安定性の面で劣るものでしかなかった。

ところで、強度の高い無機質板を製造するため、成形体
を飽和蒸気によって養生する（オートクレーブ養生）こ
とが行われている。例えば、ＪＩＳ　Ａ３４１８に規定
された“石綿セメント硅酸カルシウム板”もその１つで
あり、これは石綿混入材の抄造成形で得られるものであ
って、オートクレーブ養生することを前提としたもので
ある。

このような飽和蒸気による養生（オートクレーブ養生）
は、セメント中のＣａＯと骨材中の５ｉＯｚ（一部セメ
ント中にも含まれる）とを反応させてトベルモナイトと
呼ばれる結晶を生成させるために行うものである。そし
て、このトベルモナイトが生成すると、高強度で寸法安
定性にも優れ、かつエフロレッセンスの少ない成形材が
得られるのである。

しかしながら、前述のように、これまで上記オートクレ
ーブ養生することを前提とした“石綿セメント硅酸カル
シウム板（ＪＩＳ　Ａ５４１　Ｂ）”に代わる、高強度
の右綿抜き代替品に関する提案を見ることは殆んどなか
った。この大きな理由は、現在有望視されている各種石
綿代替繊維のうら、高温の飽和蒸気によるオートクレー
ブ養生に耐えられ、かつ丸網抄造が可能な繊維が少ない
ためである。

現在、無機質材強化用として有望視され、かつオートク
レーブ養生が可能な石綿以外の繊維としては、鋼繊維及
びポリプロピレン繊維、そして炭素繊維を挙げることが
できる。

ところが、鋼繊維は比重の関係から丸網抄造機では抄き
上げが困難である。

また、ポリプロピレン繊維は１６０℃以下の温度であれ
ばオートクレーブ養生は可能であるが、比重が０．９１
と軽いために抄造原料スラリー中で浮遊しやすく、多量
のポリプロピレン繊維を混入した配合条件では抄造が難
しくなる。その上、ボリプロピレン繊維は弾性係数がセ
メント系無機質マトリックスのそれより小さいため、衝
撃強度の向上には有効な繊維であるが、曲げ強度の向上
はあまり期待できない。そのため、オートクレーブ養生
を前提として抄造成型する無機質板に衝撃強度の向上を
目指してポリプロピレン繊維を混入する場合には、例え
ば特開昭５４−７４２２号公報に見られるように、その
添加量を精々０．１〜０．５貴簡部程度の少量に止め、
主補強繊維として石綿を用いなければならないこととな
る。

これに対して、炭素繊維は比重の面からも曲げ強度向上
効果の点からも十分に満足できるものであったが、依然
として抄造性の面で実用的な改善手段が見付かっていな
い上、炭素繊維混入抄造材は石綿混入材よりも密度が小
さくて吸水率が大きくなる傾向にあることから寸法変化
率が若干大きくなる傾向にあり、しかも得られる無機質
板の衝撃強度が高いレベルに安定し難いと言う問題点が
あった。

もっとも、衝撃強度に関する問題は、「主補強繊維とし
ての炭素繊維と衝撃強度改善材としてのポリプロピレン
繊維とを併用して混入した無機質抄造材をオートクレー
ブ養生することによって解消される」との本願発明者等
の先の提案によって解消されはするものの、炭素繊維混
人材が抄造性に劣り、かつその抄造材の寸法変化率が多
少大きいと言った問題は依然として十分に解決されてお
らず、更に、所定の衝撃強度を確保するためにはコスト
的及び作業的に不利な“ポリプロピレン繊維の混入”を
甘受しなければならない点も見逃せない問題であった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、石綿を全く使用
せず、かつＪＩＳ　Ａ　５４１８に規定された“石綿セ
メント硅酸カルシウム板”と同等以上の性能（曲げ強度
、衝撃強度１寸法安定性、耐エフロレフセンス等）を備
えた無ａ質板を良好な作業性の下でコスト安く安定生産
し得る方法を提供すべく、更に研究を続げたところ、次
の（ａｌ〜（Ｃ）に示すような知見を得たのである。即
ち、 （ａ）　　石綿を全く使用せずに強度の高い無機質板を
製造するためには、石綿代替強化繊維を混入して抄造成
形した成形体のオートクレーブ養生が欠かせず、しかも
石綿代替強化繊維として炭素繊維を使用するのが所要性
能確保の面から好ましいが、炭素繊維を混入した無機質
板を抄造成形する場合、抄造性確保のために混入が必須
とされるパルプのの性状が抄造性や製品品質に大きな影
響を与えるものであり、パルプの叩解度によって抄造成
形性や無機質板製品の性能が大きく左右されること。

（′ｂ）　　この場合、パルプの叩解度調整や無機質材
たるセメントと骨材とのＣａＯ／ＳｉＯ□モル比調整を
適正に実施すれば、得られる無機質板製品の衝撃強度を
安定して高い値に収めることが可能となり、市販の石綿
入り抄造成形材の代替品との考えの下では、必ずしもポ
リプロピレン繊維の混入で衝撃強度を高めなくても十分
に満足できる衝撃強度レベルの確保が行えること。

（Ｃ）　　更に、前述した如く、炭素繊維混入抄造材は
石綿混入抄造材よりも密度が小さく、従って吸収率が大
きくなる傾向にあることから寸法変化率が若干大きくな
る欠点があるが、この問題はオートクレーブ養生の温度
を１６０℃以上と高く調整することによって殆んど解消
できること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 ［叩解度が２０〜７０’Ｒのパルプと、炭素繊維と、Ｃ
ａｂ／Ｓｉｎｇモル比が０．４〜１．５となるようにセ
メント及び骨材を調整した無機質材料とに水を加えて混
練し、これを抄造成形した後、１６０〜１８０℃の飽和
蒸気圧下で養生することにより、ＪＩＳＡ５４１８で規
定される“石綿セメント珪酸カルシウム板”の代替品と
して十分に満足できる性能を備えた、寸法の経時変化が
小さい高強度無機質板を安定して製造し得るようにした
点」に特徴を有するものである。

なお、混入するパルプは、スラリー中の固形分を捕捉す
る作用によって石綿の混入がなくても丸網抄造を可能と
する上、無機質板製品の性能に好結果を与える添加物で
もあるので欠くことのできないものであるが、その種類
は広葉樹或し料よ針葉樹の何れを原料としたものでも良
い。ただ、故紙バルブよりバージンバルブの方が好まし
い。これは、故紙パルプに含まれる不純物がセメントの
反応を疎害する恐れがあるためである。

そして、バルブの叩解度を２０〜７０’ｆｆと定めたの
は、叩解度が２０楡未満であると抄造の際の水抜けが速
くなるために無機質原料が流出しやすく、一方、叩解度
が７０″ｃＲを超えると水抜けが遅くなるため抄造性が
低下するばかりではな（、抄造後の無機質材の吸水率が
大きくなるためである。

更に、このバルブ叩解度は無機質板製品の性能にも微妙
に影響しており、該叩解度が２０’Ｊを下回っても７０
徹を上回っても衝撃強度等の特性を劣化させる（因に、
通常の“石綿スレート”で使用されているバルブは叩解
度が１０〜２０’Ｒ程度でしかない）。

また、炭素繊維はピッチ系或いはＰＮＡ系の何れでもよ
いが、価格面からはピッチ系の汎用タイプが好ましい。

そして、炭素繊維の長さは３〜１０ｍ５が標準的である
が特に限定されるものではない。

本願発明方法において使用される無機質材料としての石
灰質原料には、普通ポルトランドセメントを適用するの
が最も実用的であるが、早強ポルトランドセメントや各
種混合セメントを使用して良いことは勿論である。一方
、同じく無機質材料としての珪酸質原料は、珪砂や硅そ
う土等が一般的である。

ここで１．無機質材料の石灰質原料と珪酸質原料との混
合比をＣａｂ／５ｉｎ２モル比で０．４〜１．５に調整
することとしたのは、主として曲げ強度から決めた値で
ある。即ち、Ｃａｂ／Ｓｉｎｇモル比が１．５を超える
場合にはオートクレーブ養生によっても高強度をもたら
すトベルモナイトが生成せず、同一配合でオートクレー
ブ養生をしない無機質板よりも抽げ強度が低くなる。そ
して、ＣａＯ／ＳｉＯ□モル比が０．４〜０．８の範囲
にあるとトベルモナイトの生成が円滑に行われて最大強
度が得られるものの、０．４を下回るとやはりトベルモ
ナイトが生成せずに曲げ強度が低下する。なお、このＣ
ａＯ／ＳｉＯ□モル比は無機質板製品の寸法安定性や衝
撃強度にも影響を与えるが、該モル比を０．４〜１．５
の範囲内に調整することでこれらの特性値を良好なレベ
ルに止めることができる。

本発明方法では、上記各原料混合物に水を加えて混練し
、このスラリーを抄造成型した後、高温の飽和蒸気圧下
で養生するものであるが、各原料の配合割合は、固形分
に対する重量割合で、叩解度２０〜７１Ｒのバルブ；２
〜７％。

炭素繊維：０．５〜５％。

無機質材料：残り とするのが好ましい。なぜなら、バルブの配合割合が２
％を下回ると抄造の際の水抜けが速くなって無機質原料
が流出しやす（、また７％を超えて配合すると得られる
無機質板の耐火性や防火性が劣ることが懸念され、一方
、炭素繊維の配合割合が０．５％を下回ると炭素繊維に
よる補強効果が十分でなくなる恐れがあり、また５％を
超えて配合すると抄造原料スラリー中で均一に分散させ
ることが難しくなるからである。

そして、抄造原料スラリーを調整するには、以上に示す
ような無機質材料、炭素繊維及び叩解処理したバルブの
総重量に対して５〜１５倍の水を加えて混練するのが良
い。この際の混練機の種類は特に限定されるものではな
いが、プロペラが高速回転する“スラッシュパルパー”
が繊維の均一分散化の点で比較的良好な結果を得られる
ことから好ましい。

なお、“スラッシュパルパー”での処理の後で、更に均
一性を高めるために“リップイニングパルパー”を併用
することも可能である。但し、この際に長時間“リファ
イニングパルパー”にかけると炭素繊維が切損する恐れ
があるため注意を要する。また、“スラッシュパルパー
“への材料投入は一度に行わない方がよい。これは、−
度に材料を投入して混練すると炭素繊維が均一に分散し
ないためである。

従って、まず水とバルブを投入して十分にバルブを解繊
した後、炭素繊維を投入し、解繊されたバルブと炭素繊
維とを一緒に混練するのが良い。

そして、この後無機材料を投入し再度混練するのが望ま
しい。

混純の終ったスラリーはチエストを経由して、ワイヤシ
リンダーバットへ供給される。なお、ワイヤシリンダー
バットへ供給される前に凝集剤が添加される。この凝集
剤の量は種類によっても異なるが、“石綿スレート”等
、通常の石綿材の抄造の際に使用されている量よりも多
くなるのが普通である。

ワイヤシリンダーバットへ供給されたスラリーは、ワイ
ヤシリンダーでスラリー中の固体骨が抄き上げられる。

抄き上げらた固体骨はフェルトに反転され、サクション
工程を経てメーキングロールで巻き取られる。メーキン
グロールで巻き取られた固体骨は、所定厚みに達すると
メーキングロールの軸方向に切断され引取コンベア上に
展開され板状体が得られる。この板状体には通常４０〜
１００　ｋｇ／Ｃｍ”の平面プレスが施されるが、配合
によっては不要の場合もある。

このように平面プレスされた後の板状体は、硬化促進の
ために蒸気養生するのが良いが、この場合の蒸気養生は
６０℃程度の温度で４時間程をめどとする。

さて、蒸気養生後の板状体には、最終的に１６０〜１８
０℃の飽和蒸気下にて５〜１０時間程度のオートクレー
ブ養生が施され無機質板製品とされる。そして、この飽
和蒸気下での養生温度が１６０℃未満では供用時の寸法
変化が大きくなってしまい、一方、１８０℃を超える養
生温度とすると消費熱エネルギーの割には寸法変化防止
効果の向上が顕著ではないことから、飽和蒸気下での養
生温度を１６０〜１８０℃と限定した。

続いて、この発明を実施例により、比較例と対比しなが
ら一層具体的に説明する。

〈実施例〉 まず、無機質材料としての石灰質原料に第１表に示す化
学成分組成の普通ポルトランドセメントを、無機質材料
としての硅酸質原料（骨材）に同じく第１表に示す化学
成分組成の微粉珪砂をそれぞれ準備し、これらを第２表
に示す各Ｃａ　Ｏ／Ｓｉ　Ｏｚモル比となるように混合
した。また、これとは別に炭素繊維として長さが６重１
で直径が１８μｍのピンチ系のものを、そしてパルプ材
として叩解度が３０−の針葉樹さらしパルプを準備した
。

次いで、第２表に示す各配合割合としたこれら固体骨に
、該固体骨総重量の１０倍の水を加え、７００ｒｐｍの
回転羽根を備えた“スラッシュパルパー”で均一混練し
て抄造原料スラリーを得た。

混純には、まず水とパルプとを“スラッシュパルパー”
に投入してパルプを十分に解繊し、続いて更に炭素繊維
を投入した後、解繊されたパルプと炭素繊維とを一緒に
混練し、この後、前記無機材料を投入して再度混練する
と言う手順を採用した。

次に、抄造原料スラリーを丸網抄造機で抄き上げ、メー
キングロールで板厚５Ｂに巻き取った後これを展開して
板状体を得、４０　ｋｇ／ｃｍ２の平面プレスで脱水処
理した。

続いて、得られた脱水板状体に、前置２時間で６０℃×
４時間の蒸気養生を施した後、更に１８０℃の飽和蒸気
下で５時間のオートクレーブ養生を施して無機質板製品
を得た。

このようにして得られた無機質板製品の性能を、ＪＩＳ
Ａ５４１Ｂの「石綿セメント硅酸カルシウム板」に規定
された規格値と共に第２表に併記した。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明で
規定される条件通りに製造された無機質板は何れも上記
ＪＩＳ規格値を満足しているのに対して、ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ□モル比が本発明で規定する条件から外れている無機
材料を使用した比較例では十分な曲げ強度を有する製品
が得られなかったことが分かる。

なお、叩解度が１６’Ｒ及び７８″ＳＲの針葉樹さらし
パルプを使用した他は実施例１と同様の条件で無機質板
の製造を試みたところ、抄造性が悪くて所望の板状体を
抄き上げることができなかった。

更に、実施例２の配合条件で抄造した板状体に６０℃×
４時間の蒸気養生を施した後、温度条件を１４０℃、１
６０℃及び１８０℃とそれぞれ違えて５時間のオートク
レーブ養生を行った無機質板の長さ変化を求めたところ
、１４０℃のものでは長さ変化率が０．１８％、１６０
℃のものでは０．１５％、そして１８０℃のものでは０
．１１％と、オートクレーブ養生温度が高くなると長さ
変化率が小さくなり、１６０℃以上とすることによって
初めて前記ＪＩＳ規格値を満足するようになることが確
認された。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、石綿を全く使
用しないでＪＩＳＡ５４１８に規定された“石綿セメン
ト珪酸カルシウム板”と同等以上の性能を備えた無機質
板をコスト安く高能率生産することができ、健康上の理
由から益々強まってきた脱石綿指向に十分応え得る土木
建築資材の安定供給が可能となるなど、産業上並びに社
会生活上極めて有用な効果がもたらされるのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 叩解度が２０〜７０＾゜ＳＲのパルプと、炭素繊維と、
   ＣａＯ／ＳｉＯ＿２モル比が０．４〜１．５となるよう
   にセメント及び骨材を調整した無機質材料とに水を加え
   て混練し、これを抄造成形した後、１６０〜１８０℃の
   飽和蒸気圧下で養生することを特徴とする、寸法の経時
   変化が小さい高強度無機質板の製造方法。