JPH0248444A

JPH0248444A - 炭素繊維補強セメント硬化体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0248444A
Application number: JP19617188A
Authority: JP
Inventors: Takao Hirota; 広田　孝雄; Toshiyuki Mimura; 三村　俊幸; Keizo Hosoi; 細井　啓造
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1988-08-08
Publication date: 1990-02-19

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）本発明は、引張性能や曲げ性能が優れた炭素繊維補強セ
メント硬化体およびその製造方法に関する。

（従来技術）炭素繊維は引張強度、引張弾性率、耐アルカリ性、耐熱
性等が優れているので、従来からセメント硬化体の補強
用繊維として用いられている。そして得られた炭素繊維
補強セメント硬化体は、セメント硬化体の引張強度や曲
げ強度が向上することが知られていた。しかし、炭素繊
維の性能に比べてその硬化体の強度向上は充分でなく、
得られたセメント硬化体の引張性能や曲げ性能を更に向
上させるために、炭素繊維に種々の処理を施すことが提
案されている。例えば、特開昭５８−２２３６５９号公
報には、アクリルエマルジョン等のポリマーエマルジョ
ンにより被覆処理された炭素繊維が混入されて補強され
たセメント硬化体が提案されており、特開昭６２−１０
８７５５号公報には、ゴムラテックスで被覆した炭素繊
維が混入されて補強されたセメント硬化体が提案されて
おり、昭和６１年のセメント技術年報の第４７９頁〜第
４８２頁には、硝酸で処理された炭素繊維が混入されて
補強されたセメント硬化体が提案されている。

（解決しようとする課題）上記したポリマーエマルジョンやゴムラテックス等の高
分子化合物で被覆された炭素繊維を混入して得られたセ
メント硬化体も、硝酸で処理された炭素繊維を混入して
得られたセメント硬化体も、いずれの硬化体においても
、その破断面において炭素繊維はセメント硬化体から完
全に突出していた。それにも拘らず、セメント硬化体は
性能が向上しているが、性能向上には限度があり、硬化
体の性能を更に向上させるために炭素繊維を多量混入し
ていた。このことから炭素繊維補強セメント硬化体は、
炭素繊維の強度とセメントの強度に差があるために、炭
素繊維を用いた繊維補強セメント硬化体の性能には上限
があり、炭素繊維の使用量を多くしなければ、高い性能
のセメント硬化体が得られないと考えられていた。

本発明は、この常識を打破した新しい炭素繊維補強セメ
ント硬化体を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明のセメント硬化体は、セメント硬化体を破断した
時の破断面に突出して見られる炭素繊維に、その破断面
上でセメント硬化体が円錐状に付着していることを特徴
とする炭素繊維補強セメント硬化体であり、引張強度や
曲げ強度が優れたセメント硬化体である。またこの引張
強度や曲げ強度が優れたセメント硬化体を得る本発明の
方法は、水蒸気を含む雰囲気中で表面処理された炭素繊
維を補強材として用いることを特徴とする炭素繊維補強
セメント硬化体の製造方法である。

本発明でいうセメント硬化体とは、セメントが硬化した
ものであり、セメントとは、無機物であり水との反応の
より硬化する材料をいう。例えば、ポルトランドセメン
ト、アルミナセメント、高炉セメント、混合セメント、
石灰質原料と珪酸質原料との反応により生成する珪酸カ
ルシウム等が挙げられる。更に骨材等が混入していても
よい。

このような強度向上の優れた炭素繊維補強セメント硬化
体を得るには、例えば、次の方法がある。

この製造方法もまた新規な炭素繊維補強セメントの製造
方法である。即ち、この方法は、前記した通り、水蒸気
を含む雰囲気中で表面処理された炭素繊維を補強材とし
て用いることを特徴とする炭素繊維補強セメント硬化体
の製造方法である。

本発明でいう水蒸気を含む雰囲気下で表面処理された炭
素繊維とは、少なくとも水蒸気を含む雰囲気にて加熱下
で表面処理を施された炭素繊維である。その加熱は約８
００°Ｃ以上１，５００°Ｃ程度までであり、特に好ま
しくは１，０００°Ｃ〜ｌ　、　４００°Ｃであり、水
蒸気を含む雰囲気とは、好ましくは、その雰囲気中の水
蒸気濃度が０．４〜５．０容量％であり、塩化水素ガス
、臭化水素ガス等のハロゲン化水素ガスが０．２〜４．
０容量％であり、他は窒素ガス、アルゴンガス等の不活
性ガスであることが好ましい。また、加熱処理時間は、
例えば、１０〜６０秒程度で充分である。

このような処理によって得られる炭素繊維の中で、更に
好ましい炭素繊維は、比表面積（窒素吸着法による比表
面積）は２ｎ（／ｇ以上となっており、また酸性官能基
（アルカリ滴定によって検出される酸性官能基）濃度が
２マイクロ当量／ｇ以上となっているものであることを
本発明者らが見出した。これらの数値を満足すると、そ
の数値がそれ以上になっても、得られるセメント硬化体
の強度向上は、その向上の程度が極めて緩やかになる。

上記のように水蒸気を含む雰囲気中で表面処理された炭
素繊維は、長繊維状、短繊維状、シート状等様々な形態
でセメント硬化体中に混入させ得る。また、セメント中
に混合して配合させる方法も、配合物をピストンを用い
て型枠中に注入するピストン正大成形法や流し込み成形
法などの鋳込み法、押出し法、ダイレクトスプレィ法、
ハンドアップ法、抄造法等の様々な成形方法が採用でき
る。またセメント硬化体の養生は、大気中の養生、水中
養生、水蒸気養生等いずれの養生方法でもよい。生産性
や得られるセメント硬化体の物性の点からは、例えば、
１８０°Ｃ１１０気圧程度で実施されるような、高温高
圧蒸気養生が好ましい。

なお、上述の繊維の水蒸気を含む雰囲気中で表面処理工
程は、炭素化工程と同時に行なってもよいし、また炭素
化したのら表面処理を行なってもよい。また炭素化する
原料繊維（プリカーサ−）としては、アクリロニトリル
単位を少なくとも９０重量％含有し、かつ単糸強度が強
いアクリル系繊維を常法に従って、酸化性雰囲気中で耐
炎化したものであることが特に好ましいようである。

（実施例）以下、本発明を実施例について具体的に説明する。

実施例１アクリロニトリル単位を９４重量％、アクリル酸メチル
４重量％およびメタアクリル酸２重量％を含有するアク
リロニトリル系繊維（単糸繊度１．３デニール、１２．
０００フイラメント）を８％伸長しながら２４０〜２６
０°Ｃで４５分間、空気中で加熱処理することによって
耐炎化繊維とした後、同様に８％伸長しながら窒素ガス
が連続的に導入されている加熱炉で最高温度５００°Ｃ
で２０秒間熱処理した繊維を用いて次の条件の水蒸気を
含む雰囲気中で炭素化と同時に表面処理を施した。即ち
、水蒸気４容量％、塩化水素ガス１容量％、窒素ガス９
５容量％の雰囲気に保たれている加熱炉を用いて、３％
伸長しながら最高温度１３５０°Ｃで約２０秒間熱処理
した。この炭素繊維を６ミリに切断して用いた。

セメント硬化体は、次のようにして作製した。

即ち、普通ポルトランドセメント１００重量部、水４２
重量部、メチルセルロース１重量部、上記した水蒸気を
含む雰囲気中で表面処理された炭素繊維１．３重量％を
オムニミキサーを用いて、混練した後に、この混合物を
幅８ｃｍ、高さ４　ｃｍ、長さ１６ｃｍの３連の型枠に
上から流し込み成形をした。

また上記の混合物を幅８　ｃｍ、高さ１ｃＩ１１、長さ
２０ｃｍの型枠中に横方向からピストン型の圧入装置を
用いても３体成形した。以後、前者の成形方法を流し込
み成形といい、後者の成形方法をピストン圧大成形とい
う。これらの成形方法による型枠から１２時間後に脱型
し、１８０°Ｃ（１０気圧）の飽和水蒸気のオートクレ
ーブを用いて５時間養生した。

得られた炭素繊維補強セメント硬化体の曲げ強度を測定
した。いずれの試供体に於いても、曲げ強度を測定した
ときに現れた破断面において突出する炭素繊維には、第
１図に示す走査型電子顕微鏡写真に見られるように、セ
メント硬化体が炭素繊維に円錐状に付着していた。

なお、第１表の炭素繊維性状の中の比表面積は、窒素吸
着のＢＥＴ法により測定した値である。また官能基量は
炭素繊維の表面の酸性官能基濃度を１／２５ＯＮの水酸
化ナトリウム水溶液を用いて逆滴定法により求めた値で
ある。

実施例２実施例２として炭素繊維を水蒸気処理するときの条件を
、水蒸気０．５容量％、塩化水素ガス１容量％、窒素ガ
ス９８．５容量％とした他は実施例１と同じ条件で炭素
繊維補強セメント硬化体を作製した。その曲げ強度を第
１表に示した。

また、いずれの試供体に於いても、曲げ強度を測定した
ときに現れた破断面において突出する炭素繊維には、第
１図に示す走査型電子顕微鏡写真に見られるものと同様
に、セメント硬化体が炭素繊維に円錐状に付着していた
。

実施例３実施例３として炭素繊維を水蒸気処理するときの条件を
、水蒸気０．２容量％、塩化水素ガス１容量％、窒素ガ
ス９８．８容量％とした他は実施例１と同じ条件で炭素
繊維補強セメント硬化体を作製した。その曲げ強度を第
１表に示した。

なお、実施例１〜３ので用いた炭素繊維の性状を示す第
１表の比表面積や酸性官能基の量に見られるように、こ
れらの値は炭素繊維を処理するときの水蒸気濃度によっ
て変化していた。

比較例１使用する炭素繊維を従来のアクリル系の炭素繊維、即ち
水蒸気雰囲気中での表面処理が施されていない炭素繊維
を補強用の炭素繊維として使用した他は、実施例１と同
じ条件で炭素繊維補強セメント硬化体を得た。この硬化
体の曲げ強度を第１表に示した。また、この比較例工の
いずれの試供体においても、曲げ強度を測定したときに
現れた破断面において突出した炭素繊維には実施例の試
供体に見られたようなセメント硬化体が炭素繊維に円錐
状に付着している状態は観察されず、第２図の走査型電
子顕微鏡写真に示したように、炭素繊維がセメント硬化
体からすっぽ抜けたような状態が観察された。

比較例２比較例１で用いた炭素繊維を８０°Ｃに加熱された６７
％硝酸水溶液中で１５分間連続的に処理した繊維を補強
用の繊維として使用した他は、実施例１と同じ条件で炭
素繊維補強セメント硬化体を得た。この硬化体の曲げ強
度も第１表に示した。

比較例１よりは曲げ強度が向上しているが、実施例より
は格段に低い値である。また、この比較例２のいずれの
試供体においても、曲げ強度を測定したときに現れた破
断面において鐘状に付着している状態は観察されず、第
３図の走査型電子顕微鏡写真に示したように、炭素繊維
がセメント硬化体からすっぽ抜けたような状態で繊維表
面全体に僅かにセメント硬化体と思われる粉末が付着し
ているのが観察されるに過ぎない。

比較例３比較例１で用いた炭素繊維にカチオン性スチレン−ブタ
ヂエンゴムラテックスを付着させた。用いたカチオン性
スチレン−ブタヂエンゴムラテックスは、尾花産業製の
商品名セメンテックスＣであり、これを水で希釈して固
形分濃度の２％のラテツスク溶液とし、長繊維状の炭素
繊維をこの中に連続して移動させ浸漬した後、１１０°
Ｃにて乾燥し、ゴムラテックスが２．３％付着した炭素
繊維を得た。これを長さ６鵬に切断して短繊維としたも
のを使用した。このように使用する炭素繊維が異なる以
外は実施例１と同じ条件で炭素繊維補強セメント硬化体
を得た。この硬化体の曲げ強度を第１表に示した。また
、この比較例３のいずれの試供体においても、曲げ強度
を測定したときに現れた破断面において突出した炭素セ
メントには実施例の試供体に見られたようなセメント硬
化体が炭素繊維に円錐状に付着している状態は観察され
ず、比較例１と同じ状態であった。

第１表以下余白（発明の効果）本発明の炭素繊維補強セメント硬化体は、従来になく引
張性能や曲げ性能が高いものとなる。その結果、炭素繊
維の使用量が少なくとも充分な引張強度や曲げ強度を発
現できるので、−船釣に高価な炭素繊維の使用量を減少
させることが可能となる。また本発明のセメント硬化体
を製造する方法において表面処理された炭素繊維は従来
技術として存在する後工程で硝酸処理を施した繊維とは
異なり、通常の炭素繊維とほぼ同程度の価格となり、特
に高価な繊維にはならないという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の炭素繊維補強セメント硬化体の破断
面の走査型電子顕微鏡写真であり、倍率は３０００倍で
ある。第２図と第３図は、従来の炭素繊維補強セメント
硬化体の破断面の走査型電子顕微鏡写真である。第２図
の倍率は３０００倍であり、第３図の倍率は５０００倍
である。＆〜　　よ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セメント硬化体を破断した時の破断面に突出して
見られる炭素繊維に、その破断上でセメント硬化体が円
錐状に付着していることを特徴とする炭素繊維補強セメ
ント硬化体
（２）水蒸気を含む雰囲気中で表面処理された炭素繊維
を補強材として用いることを特徴とする炭素繊維補強セ
メント硬化体の製造方法