JPH0565746A

JPH0565746A - 繊維補強水硬性無機質材料

Info

Publication number: JPH0565746A
Application number: JP3226218A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takada; 貴高田; Yuzuru Honda; 本田　　譲
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【構成】比重が１．２未満である内部層と、比重が１．
２以上である表層とからなる水硬性無機質材料であっ
て、該表層に編織物が配置されていることを特徴とする
繊維補強水硬性無機質材料。【効果】本発明の繊維補強水硬性無機材料は、曲げ応力
をかけた時、圧縮破壊することがなく、編織物の補強効
果が十分発現されるので、曲げ強度、靭性ともに優れ、
かつ軽量である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】外壁材、床材、間切り材などの建
材などとして有用で、軽量でかつ、強度、靭性の大きい
繊維補強水硬性無機質材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】高層および超高層ビルの外壁材には種々
のカーテンウォールが使用されている。これらの中でコ
ンクリート中に鉄筋を配置したＰＣカーテンウォールは
表面にタイルや石を貼ることによって、多彩なデザイン
が表現できるが、重量が大きいため、軽量化が大きな課
題となっている。

【０００３】軽量化の一つの方法として、比強度、比弾
性率の大きい炭素繊維を複合化することが注目されてい
る。例えば、特開昭63-55146号公報にはセメントなどの
無機質材料と炭素繊維などの補強繊維の織組織体とを複
合した繊維補強無機質材料が提案されているが、その軽
量化の点で不充分であるという問題を有していた。

【０００４】そのため、本願出願人は実願平2-51769 号
において、セメントなどの無機質材料と発泡中空粒体と
の混合物をマトリクスとし、補強材としてメッシュ織物
を表層部に有する複合材料を提案した。しかしながら、
かかる複合材料においては、マトリクスの圧縮強度の点
で不充分であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を解消することにあり、軽量でかつ、強
度、靭性の大きい繊維補強水硬性無機質材料を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために下記の構成を有する。

【０００７】「比重が１．２未満である内部層と、比重
が１．２以上である表層とからなる水硬性無機質材料で
あって、該表層に編織物が配置されていることを特徴と
する繊維補強水硬性無機質材料。」本発明における水硬性無機質材料としては「水和によっ
て硬化する無機質材料」（以下、単に無機質材料と言
う）であれば特に限定されることなく用いることがで
き、例えば、いわゆるポルトランドセメントに代表され
る各種セメント、石膏、珪酸カルシウムなどが挙げられ
る。ここで、本発明の水硬性無機質材料は、比重が１．
２未満である内部層と、比重が１．２以上である表層と
からなり、内部層を介して、その両面あるいは一方の面
に比重が１．２以上である表層が設けられてなる。さら
には、内部層の比重が１．０以下、表層の比重が１．４
以上であることが好ましい。ここで表層においては、編
織物の重量は除いて、上記比重であることが必要であ
る。内部層、表層の比重を上記比重にする方法として
は、特に限定されるものではないが、例えば、表層につ
いては、前記の各種セメントなどに比重の大きい骨材、
例えば、珪石、珪砂を混入したり、配合する水量を少く
したり、あるいは、珪石、スラグ、シリカヒュームなど
の微粒子を用い、緻密な構造とする方法などが挙げられ
る。一方、内部層としては、例えば、パーライト、シラ
スバルーン、ガラスバルーンなどの無機質発泡中空粒
体、ポリスチレンビーズ、ポリ塩化ビニリデンビーズな
どの有機質発泡中空粒体などを添加したり、配合する水
量を極端に多くして粗な構造にする方法などが挙げられ
る。さらに、水硬性物質とスチレンなどの非水溶性ビニ
ル単量体とから、いわゆる、油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）エ
マルジョンを形成して硬化させた無機質材料は、配合す
る水量の調節によって比重を任意に調節できるので望ま
しく用いられる。本発明においては、上記のとおり、表
層の比重を１．２以上とすることにより、圧縮強度が十
分に強くなり、表層に配置される編織物による補強効果
が十分に発現され、また、内部層の比重を１．２未満と
することにより、軽量化を図ることができるのである。

【０００８】また、本発明において、比重の測定方法と
しては、後述するように、無機質材料の製造において、
あらかじめ内部層と表層を別々に製造した場合において
は、それぞれの試験片について、比重を測定する。ま
た、すでに製造された水硬性無機質材料においては、表
層については、最表層から厚さ１ｍｍに切断した少なく
とも１０個の試験片について、その比重を測定し、ま
た、内部層については、繊維補強水硬性無機質材料の全
厚みの２分の１の部分を境にして厚さ１ｍｍの試験片を
少なくとも１０個切断し、その比重を測定する。ただ
し、最表層から厚さ１ｍｍの範囲に編織物が存在する場
合は、編織物の境界から内部へ厚さ１ｍｍの範囲におい
て、上記と同様測定する。いずれの場合についても、比
重の測定はＪＩＳＡ５４１８に準じて行う。

【０００９】ここで、水硬性無機質材料において表層
は、内部層を介してその両面あるいは一方に設けられる
のものであるが、水硬性無機質材料における割合として
は、横断面積において、３０％以下であることが好まし
く、さらには、２０％以下であることが好ましい。横断
面積とは、積層方向と直角方向に切断した場合の断面積
であり、本発明においては、少なくとも５箇所の断面積
を測定し、その平均値として、表層が３０％以下である
ことが好ましい。

【００１０】本発明の水硬性無機質材料の剪断強度を高
めるためには、炭素繊維、アクリル繊維、ビニロン繊
維、アラミド繊維およびその他無機繊維などの短繊維を
配合し補強するのが望ましい。

【００１１】編織物を構成する補強繊維としては、例え
ば炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、芳香族ポリ
エステル繊維、アクリル繊維、ポリエチレン繊維などの
高強度高弾性率繊維が用いられる。これらの中で、無機
質材料に対し不活性な炭素繊維が最も好ましく用いられ
る。中でも、炭素繊維としては、平均直径５〜１０μｍ
程度の単繊維を3000〜30000 本程度束ねてなり、引張強
度が 250kg／mm²以上、引張弾性率が 18000kg／mm²以
上のものが望ましい。また、収束性を向上させるため少
々の撚りを有していたり、樹脂で接着されていたり、他
の繊維が巻回してあってもかまわない。編織物は上記補
強繊維をたて糸およびよこ糸として構成される織物や編
物であって、補強が強く要求される方向に上記補強繊維
を用い、他方向に強度の低い安価な繊維を用いて構成さ
れる織物であってもよい。

【００１２】また、織物の組織は平織、綾織、朱子織な
ど通常の織物の他、三軸織物、目あき織物などが用いら
れる。目あき織物の場合たて糸とよこ糸の交叉部を樹脂
で目止めして組織の安定化をはかることが望ましい。

【００１３】本発明においては、上記編織物が、水硬性
無機質材料の表層に配置されるが、その配置される位置
としては、表層の最表面であっても、表層の中間部であ
っても、表層と内部層との境界面であってもよい。ま
た、編織物は、２つの表層が設けられている場合、その
両方に設けられてあっても、いずれか一方であってもよ
い。

【００１４】次に、本発明の繊維補強水硬性無機質材料
の製造方法を説明する。その方法としては、特に限定さ
れるものではないが、その一実施態様としては、まず、
型枠内に編織物を置きその上に、比重が１．２以上とな
るスラリー状の無機質材料を流し込み、さらにその上に
比重が１．２未満となるスラリー状の無機質材料を流し
込み、そらにその上に編織物を置きその上に比重が１．
２以上となるスラリー状の無機質材料を流し込んで積層
する方法が上げられる。また、押出成形機によって連続
的に成形された比重１．２未満の無機質材料の表面に編
織物が導入された比重１．２以上の無機質材料を積層す
る方法、さらに、比重１．２以上の表層と比重１．２未
満の内部層とで構成された無機質材料の表面に無機質材
料に対して接着性に優れた樹脂を含浸した編織物を積層
する方法などが用いられる。なお、水硬性無機質材料に
対して接着性に優れた樹脂として、ポリサルファイド骨
格を有し、かつ両末端基がエポキシ基であるポリサルフ
ァイド変性エポキシ樹脂と硬化剤とを主成分とする組成
物を用いることが好ましい。かかるポリサルファイド変
性エポキシ樹脂は、例えば、適当な硫黄含有ポリマある
いはオリゴマと一般的エポキシプレポリマとの付加反応
により得られる。ここで用いられる硫黄含有ポリマある
いは硫黄含有オリゴマとは、分子内に−Ｓ結合、−ＳＳ
−結合、−ＳＳＳ−結合など様々な硫黄結合を有し、か
つＯＨ基、ＮＨ₂基、ＮＲＨ基、ＳＨ基のようなエポキ
シ基と反応可能な官能基を分子内に２個以上有するもの
である。エポキシプレポリマとしては、脂肪族ポリオー
ルや芳香族ポリオールとエピクロルヒドリンの縮合反応
により合成され、分子内に２個以上のエポキシ基を有す
るものである。好ましくはビスフェノール型のもので、
例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノ
ールＦ型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂など、またはこれらと類似の分子構造をもつものを
挙げることができる。

【００１５】上記ポリサルファイド変性エポキシ樹脂
は、上記のエポキシプレポリマを硫黄含有ポリマ（ある
いはオリゴマ）に対して２当量、もしくはそれより過剰
に加えて反応させた結果得られるエポキシ樹脂で、下記
一般式で示される構造を持つものである。

【００１６】

【化１】

【００１７】一般式についてさらに詳しく述べると、Ｒ
₂は硫黄含有ポリマ（あるいはオリゴマ）由来の残基
で、その例としては次のようなものがある。

【００１８】−Ｓ（Ｒ₄Ｓ_m）_nＲ₅Ｓ−、 −Ｏ（Ｒ
₄Ｓ_m）_nＲ₅Ｏ−、−Ｓ（Ｒ₄Ｓ_m）_nＲ₅Ｎ
（Ｒ₆）−、 −Ｓ（Ｒ₄Ｓ_m）_nＲ₅Ｏ−、−Ｎ（Ｒ
₆）（Ｒ₄Ｓ_p）_nＲ₅Ｎ（Ｒ₆）−、−Ｏ（Ｒ
₄Ｓ_p）_nＲ₅Ｎ（Ｒ₆）− ここでＲ₄、Ｒ₅はアルキレン基、エーテル結合含有ア
ルキレン基などの有機基であり、ＯＨ基、エーテル基、
エステル基、ハロゲン基等の置換基を有していてもよ
く、また同じでも異なるものでもよい。Ｒ₆は水素、あ
るいは炭素数１〜５のアルキル基である。ｍは０〜５ま
での整数、ｎは１〜５０までの整数、ｐは１〜５までの
整数である。

【００１９】Ｒ₄およびＲ₅についてその具体例を挙げ
ると次のようなものである（ただし、ａは１以上、好ま
しくは１〜５０の整数である）。

【００２０】−（ＣＨ₂）_a−、 −（ＣＨ₂ＯＣ
Ｈ₂）_a−、−（ＣＨ₂ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂）_a−、−
（ＣＨ₂ＣＨ（ＣＨ₃））_a−、−（ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣ
Ｈ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_a− Ｒ₂の具体例としては、上述のものがあるが、これらの
うちでは−ＳＳ−（ジスルフィド結合）を有するものが
好ましく、特に、 −ＣＨ₂ＣＨ₂ＯＣＨ₂ＯＣＨ₂ＣＨ₂ＳＳ− を部分構造単位として有するものが好ましい。

【００２１】次にＲ₁、Ｒ₃はエポキシプレポリマ由来
のエポキシプレポリマ残基であり、その例としては次の
ようなものである（だだし、ｂは１以上、好ましくは１
〜２０の整数であり、Ｒ₇は−Ｈあるいは−ＣＨ₃であ
る）。

【００２２】−（ＯＣＨ₂ＣＨ₂）_bＯＣＨ₂ＣＨ（Ｏ
Ｈ）ＣＨ₂−、−（ＯＣＨ₂ＣＨ（ＣＨ₃））_bＯＣＨ
₂ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂−

【００２３】

【化２】

【００２４】このようなポリサルファイド変性エポキシ
樹脂の市販名としては、東レチオコール（株）製のＦＬ
ＥＰ−１０、ＦＬＥＰ−５０、ＦＬＥＰ−６０、ＦＬＥ
Ｐ−８０等を挙げることができる。

【００２５】ポリサルファイド変性エポキシ樹脂に配合
される硬化剤としては、アミン類が好ましく、例えば、
トリエチレンテトラミン、ビス（4-アミノ-3- メチルシ
クロヘキシル）メタン、変性芳香族ポリアミン、2,4,6-
トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、N,N,N',
N'-テトラメチルヘキサメチレンジアミン、1-(2- アミ
ノエチル）ピペラジン、ポリアミドアミンなどが挙げら
れる。

【００２６】上記ポリサルファイド変性エポキシ樹脂の
編織物への含浸は、補強繊維のみ、すなわち、編織物の
目あき部分に樹脂のない状態であってもよいし、編織物
の目あき部分に樹脂が充填された複合シート状になって
いてもよい。

【００２７】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明す
る。

【００２８】実施例１ポルトランドセメント６５重量部、珪砂２４重量部、シ
リカヒューム１１重量部、アクリル繊維（東レ（株）製
“アトラン”、繊維長４mm）２重量部、および水４５重
量部を配合し、オムニミキサーで混練して高比重水硬性
混合物とした。一方、ポルトランドセメント１００重量
部、ポリ塩化ビニリデンビーズ（直径約４０μ、発泡倍
率約８０倍）１重量部および水４５重量部を配合し、上
記と同様にして、低比重水硬性混合物とした。

【００２９】次に、炭素繊維（東レ（株）製Ｔ−３０
０、繊維１２０００デニール）の密度が１本／cmである
目付量が１６０ｇ／ｍ²の織物を型枠内に配置し、その
上に上記高比重水硬性混合物を注入して厚さ５mmとした
後、さらにその上に上記低比重水硬性混合物を厚さ４０
mm注入した。次いで、再び上記炭素繊維の織物を配置
し、その上に上記高比重水硬性混合物を厚さ５mm注入し
た。その後、２４時間放置後脱型し、７０℃の水蒸気中
で４時間養生して、繊維補強水硬性無機質材料とした。
この時、得られた水硬性無機質材料の比重は、表層で
１．４、内部層で１．０であった。

【００３０】得られた無機質材料から試験片を切り出
し、ＪＩＳＡ１４０８に準じて３点曲げ試験を行っ
たところ、圧縮破壊せず、炭素繊維の破断によって高い
曲げ強度と靭性が得られた。

【００３１】実施例２炭素繊維（東レ（株）製Ｔ−３００、繊度１２０００デ
ニール）の密度が１本／cmである目付量１６０g/m ²の
織物にポリサルファイド変性エポキシ樹脂（東レチオコ
ール（株）製“ＦＬＥＰ−１０”）１００重量部とトリ
エチレンテトラミン９重量部とを混合した接着剤を浸漬
法で含浸させ付着量１０重量％の樹脂含浸織物とした。

【００３２】高比重水硬性混合物、低比重水硬性混合物
ともに、実施例１と同様にして調製し、型枠内に、ま
ず、高比重水硬性混合物を５mm、次いで、低比重水硬性
混合物を４０mm、次いで高比重水硬性混合物を５mm注入
した後、２４時間放置後、脱型した。次いで、上記樹脂
含浸織物を両表層の表面に積層し、７０℃の水蒸気中で
４時間養生して繊維補強水硬性無機質材料とした。

【００３３】得られた無機質材料を、実施例１と同様に
３点曲げ試験したところ、圧縮破壊することなく、炭素
繊維の破断によって、高い曲げ強度と靭性が得られた。

【００３４】比較例１実施例１において、高比重水硬性混合物の層を設けない
以外は、実施例１と同様にして、同様にして表層に織物
を配置した繊維補強水硬性無機質材料を得た。得られた
無機質材料を、実施例１と同様に３点曲げ試験したとこ
ろ、圧縮破壊が先行し、炭素繊維の破断がなく曲げ強
度、靭性とも低いものであった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の繊維補強水硬性無機材料は、曲
げ応力をかけた時、圧縮破壊することがなく、編織物の
補強効果が十分発現されるので、曲げ強度、靭性ともに
優れ、かつ、軽量である。

【００３６】従って、本発明の繊維補強無機質材料は、
建築資材用および土木資材用、例えば、壁材、床材、屋
根材、パイプ、パネルおよびトラフなど多くの用途にお
いて好ましく使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】比重が１．２未満である内部層と、比重が
１．２以上である表層とからなる水硬性無機質材料であ
って、該表層に編織物が配置されていることを特徴とす
る繊維補強水硬性無機質材料。
【請求項２】請求項１において、表層の比重が１．４以
上、内部層の比重が１．０以下であることを特徴とする
繊維補強水硬性無機質材料。
【請求項３】請求項１において、編織物が、炭素繊維か
らなることを特徴とする繊維補強水硬性無機質材料。