JPH07215743A - 導電性硬化体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炭素繊維を水硬性無機物質中に凝集させること
なく均一に分散させることにより、良好な導電性を付与
した導電性硬化体を提供する。 【構成】水硬性無機物質を１００重量部、分散状態にあ
る炭素繊維１を０．５〜１０重量部及び凝結材により相
互に接触した状態で凝結された炭素繊維１１を１０〜９
５重量％含有する導電性粒体２を０．３〜５重量部含有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波シールドが要求
されるインテリジェントビル、医療施設、電波暗室、電
算機室、発電所などの建築物に使用される導電性硬化体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器、医療機器などより放射
される電磁波や、放送局、無線通信源から放射される電
磁波を遮蔽するには、金属粒子や金属繊維等の導電性の
添加物を材料に混入し、材料の電気伝導性を向上せしめ
て、上記電磁波を遮蔽する方法が知られている。

【０００３】特に、電波環境の悪化に伴い、ビル全体を
電磁波からシールドして、外来電磁波に対する障害を取
り除こうとする試みがなされている。即ち、ビル全体を
電磁波シールドする方法としては、その主要構成材であ
るセメント、コンクリートの電気伝導度を向上させる方
法が行われている。

【０００４】セメントの電気伝導度を向上させるため
に、金属繊維を添加する方法が挙げられるが、金属繊維
を添加した場合、電食により電気伝導性が徐々に低下
し、長期の電磁波遮蔽性能を維持することが難しく、さ
らに建築物の軽量化が達成できないという問題点がある
ので、コンクリート等に対する電磁波遮蔽性付与材料と
して適当ではなかった。従って、一般にコンクリートに
対する電磁波遮蔽性を付与する材料としては、炭素繊維
チョップや炭素繊維シートが用いられている。

【０００５】炭素繊維を用いてセメントの導電性を向上
せしめる方法としては、炭素繊維とカーボンブラックの
両者を併用して添加することにより相乗効果を発揮さ
せ、大量に添加することなく導電性を付与せしめた構造
体が開示されている（特開平１−２３４３４７号公
報）。しかしながら、この構造体は繊維と粒子の接触が
良好とはいえず、十分な電気伝導経路を形成することが
できないので、良好な導電性を付与することができない
という問題点があった。

【０００６】また、炭素繊維を添加した電磁波シールド
材料としては、コイル状の炭素繊維片を混入することに
より電磁はシールド性能を付与させた複合材が開示され
ている（特開平５−２１９８４号公報）。この複合体で
は、炭素繊維片がコイルとして作用することにより電磁
波を熱へと変換すると共に、炭素繊維片のコイル形状に
より繊維片同士が相互に接触し易くなるため導電性が向
上し電磁波遮蔽効果が得られる。

【０００７】しかしながら、コンクリートへコイル形状
を保持したままで炭素繊維を混入することは困難である
上に、コイル同士が絡み易いため繊維の凝集や分散ムラ
が生じて部分的に電磁波遮蔽効果が低下するという問題
点があった。このことは、線状の炭素繊維を添加した場
合でも同様の現象が予想され、良好な電磁波遮蔽効果を
得るためには繊維同士の相互接触と均一な分散が必要と
なる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭素繊維を
水硬性無機物質中に凝集させることなく均一に分散させ
ることにより、良好な導電性を付与した導電性硬化体を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の導電性硬化体
は、水硬性無機物質、分散状態にある炭素繊維及び導電
性粒体からなる水硬性無機組成物から形成される。

【００１０】上記水硬性無機物質は、水が添加された状
態で硬化性を示す物質であれば、特に限定されず、普通
ポルトランドセメント、特殊ポルトランドセメント、ア
ルミナセメント、ローマンセメント等の単味セメント；
耐酸セメント、耐火セメント、水ガラスセメント、マグ
ネシアセメント等の特殊セメント；石膏、石灰等が挙げ
られ、これらは単独で使用されてもよく、二種以上が併
用されてもよい。

【００１１】上記水硬性無機物質には、通常、流動性、
強度等を調整するために混和剤、骨材等が添加される。
上記混和剤としては、炭酸カルシウム、マイカ、セピオ
ライト、ウォルストナイト、フライアッシュ、高炉スラ
グ、シリカフューム、シリカフラワー、ベントナイト、
粘土、ＡＥ剤、分散剤、減水剤、防水剤等が挙げられ
る。また、上記骨材としては、珪砂、川砂等が挙げられ
る。上記混和剤及び骨材は単独で使用されてもよく、二
種以上が併用されてもよい。

【００１２】上記水硬性無機組成物中、混和剤及び骨材
の量は、必要とする性能に応じ適宜決定されるが、余り
多くなると水硬性無機物質の硬化性を損なうので、水硬
性無機物質１００重量部に対して、３００重量部以下が
好ましく、より好ましくは２００重量部以下である。

【００１３】上記分散状態の炭素繊維は、導電性を付与
するために添加されるものであり、例えば、ＰＡＮ（ポ
リアクリロニトリル）系、ピッチ系、レーヨン系、カー
ボンウィスカー等が挙げられ、これらは単独で使用され
てもよく、二種以上が併用されてもよい。

【００１４】上記炭素繊維の繊維長は、特に限定されな
いが、短くなると繊維間相互の接触が不十分となり、長
くなると繊維同士が絡まり合って凝集し、分散性が悪く
なるため、３〜１００ｍｍが好ましく、より好ましくは
９〜５０ｍｍである。

【００１５】また、上記炭素繊維の繊維径は、特に限定
されないが、細くなると混合や成形の際に繊維の破断が
起こり易くなると共に、単位重量当たりの繊維数が多く
なってかさ高くなりすぎるため凝集の原因となり、太く
なると単位重量当たりの繊維数が少なくなることにより
導電性が低下するので、１〜２０μｍが好ましく、より
好ましくは６〜１５μｍである。

【００１６】上記炭素繊維は、同一繊維長、繊維径のも
のを一定量添加した場合、導電性硬化体の導電性は繊維
自体の体積抵抗に依存する。即ち、炭素繊維自体の体積
抵抗が小さいほど良好な電磁遮蔽性能が得られるので、
体積抵抗はできるだけ小さいものが好ましい。しかし、
体積抵抗率を５×１０^-5Ω・ｃｍ以下に下げるために黒
鉛化を行うと、繊維が脆くなって混入時に繊維破断を起
こし易くなる。従って、上記炭素繊維の体積抵抗率は、
５×１０^-5〜１×１０^-2Ω・ｃｍが好ましく、より好ま
しくは１×１０^-4〜５×１０^-3Ω・ｃｍである。

【００１７】上記水硬性無機組成物中、分散状態にある
炭素繊維の量は、少なくなると繊維同士の接触が不足し
て十分な導電性が得られなくなり、多くなると導電性は
高くなるが炭素繊維同士の凝集が生じることにより、作
業性が低下するばかりか硬化体の導電性にばらつきを生
じるので、水硬性無機物質１００重量部に対して、０．
５〜１０重量部に限定され、好ましくは０．７〜４重量
部である。

【００１８】上記導電性粒体としては、図１に示すよう
に、複数本の炭素繊維１１を相互に接触させた状態で凝
結材１２で固めて粒体としたものが用いられる。凝結材
としては、特に限定されないが、上述の水硬性無機物
質；ユリア樹脂系接着剤、メラミン樹脂系接着剤、フェ
ノール樹脂系接着剤、α−オレフィン樹脂接着剤、イソ
シアネート系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル
エマルジョン系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、
ＳＢＲ系接着剤、クロロプレンゴム系接着剤、レゾルシ
ン系接着剤等の耐水性接着剤；樹脂等の高分子化合物が
挙げられる。

【００１９】上記導電性粒体は、例えば、炭素繊維を直
角方向に所定の間隔で重ね合わせ、繊維同士の交点を凝
結材で固めた後、凝結材で固めた以外の部分を切断する
ことにより得られる。

【００２０】上記導電性粒体中に含まれる炭素繊維の量
は、少なくなると接触する繊維が少なくなって導電性を
向上させる効果が減少し、多くなるとかさ高くなって混
入の際に繊維同士が凝集を起こし易くなるので、１０〜
９５重量％に限定され、好ましくは３０〜９０重量％で
ある。

【００２１】上記導電性粒体の重量は、炭素繊維量と、
凝結材の種類及び量によって異なるが、大きくなると他
の配合物と分離し易くなって、混合時に繊維破壊を起こ
す原因となり、小さくなると接触固定される繊維量が少
なくなるので、１粒子当たりの重量は０．０１〜４ｇが
好ましく、より好ましくは０．０３〜２ｇである。

【００２２】上記水硬性無機組成物中、上記導電性粒体
の量は、少なくなると導電性向上の効果が得られず、多
くなると導電性は高くなるが炭素繊維同士の凝集や繊維
破壊を生じるので、水硬性無機物質１００重量部に対し
て、０．３〜５重量部に限定され、好ましくは０．６〜
３重量部である。

【００２３】上記水硬性無機組成物には、強度の向上を
目的として、補強繊維が添加されてもよい。このような
補強繊維としては、耐アルカリ性を有するものであれば
特に制限はなく、例えば、セラミックス繊維、ガラス繊
維、鉱物繊維、ビニル繊維、アクリル繊維、ポリプロピ
レン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、アラ
ミド繊維、レーヨン繊維等が、これらは単独で使用され
てもよく、二種以上が併用されてもよい。

【００２４】上記補強繊維の繊維長は、特に限定されな
いが、短くなると補強効果が不十分となり、長くなると
繊維同士が絡まり合って凝集し、分散性が悪くなるた
め、３〜４０ｍｍが好ましく、より好ましくは５〜１５
ｍｍである。

【００２５】上記水硬性無機組成物中の水の量は、上記
混和剤、骨材、導電性粒体、繊維等の各成分の分散状態
に応じて適宜決定されるが、少なくなると各成分が均一
に混合せず、多くなると硬化後の強度が低下するので、
水硬性無機物質１００重量部に対して、２０〜３００重
量部が好ましく、より好ましくは４０〜２００重量部で
ある。

【００２６】上記水硬性無機組成物の硬化体を得るに
は、水硬性無機組成物と水を混合した後、注型、押出等
の成形方法で所定の形状に成形し、自然乾燥、加熱乾
燥、水蒸気養生などによって硬化すればよい。

【００２７】

【作用】本発明の導電性硬化体は、図２に示すように、
導電性粒体２が導電性硬化体３中で接触中心となって、
周囲の炭素繊維１と接触することにより、炭素繊維１と
共に導電性硬化体３中に電気伝導経路が形成されるもの
と考えられる。従って、従来の炭素繊維が単独で添加さ
れた場合は、セメント硬化体中における電気伝導経路の
形成は繊維同士の接触のみでなされているのに比べて、
本発明では予め繊維同士を接触させた状態の導電性粒子
が添加することにより、電気伝導経路の形成は容易とな
り、硬化体の導電性が向上するものと考えられる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 （実施例１〜４）普通ポルトランドセメント（見かけ比
重３．１７）１００重量部に対して、炭酸カルシウム
（見かけ比重２．７２）６６．７重量部、炭素繊維１．
６重量部、水８３．３重量部及び表１に示した所定量の
導電性粒子を加えて混合した後型枠内に注型し、５０
℃、９５％ＲＨの雰囲気中で４日間養生して、大きさ４
０×４０×８０ｍｍの導電性硬化体を得た。この導電性
硬化体を、さらに１０５℃の雰囲気中で４８時間保持し
て乾燥させた後、ＪＩＳ Ｒ５２０１に準拠して交流ブ
リッジ式抵抗器により体積抵抗率を測定し、その結果を
表１に示した。

【００２９】尚、上記炭素繊維は、体積抵抗率１×１０
^-3Ω・ｃｍ、繊維径１３μｍ、繊維長１０ｍｍ、比重
１．９５のものを使用した。また、上記導電性粒子は、
上記炭素繊維を直角方向に重ね合わせ、繊維同士の交点
に一定幅のエポキシ樹脂（比重１．１５〜１．２０）を
縦横方向に塗布し硬化させた後、エポキシ樹脂が塗布さ
れていない部分を切断することにより得た。炭素繊維と
エポキシ樹脂の割合は表１に示した通りである。

【００３０】

【表１】

【００３１】（比較例１〜３）導電性粒子の添加量を表
２に示したように変えたこと以外は、実施例１と同様に
して、導電性硬化体を得、この導電性硬化体につき、実
施例１と同様にして、体積抵抗率を測定し、その結果を
表２に示した。

【００３２】（比較例４）導電性粒子に代えて、炭素粉
末（見かけ比重０．０２、粒子径１〜３ｍｍ）を０．０
８重量部添加したこと以外は、実施例１と同様にして、
導電性硬化体を得、この導電性硬化体につき、実施例１
と同様にして、体積抵抗率を測定し、その結果を表２に
示した。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】本発明の導電性硬化体は、上述した構成
であり、炭素繊維が水硬性無機物質中に凝集することな
く均一に分散させられているので、優れた導電性を有す
る。従って、本発明の導電性硬化体は、電磁波遮蔽性能
が要求される建築分野、例えば、インテリジェントビ
ル、医療施設、電波暗室、電算機室等の外来電磁波を遮
断するための内外壁等に好適に用いることができ、ま
た、変電所、発電所等の電磁波を外部に漏洩させないた
めの部位に好適に用いることができる。さらに、本発明
の導電性硬化体は、炭素繊維によって補強されているの
で、セメント板として使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用される導電性粒子を示す模式図で
ある。

【図２】本発明の導電性硬化体を、一部切り欠いて示す
斜視図である。

【符号の説明】

１，１１ 炭素繊維 ２ 導電性粒子 ３ 導電性硬化体 １２ 凝結材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水硬性無機物質１００重量部、分散状態に
   ある炭素繊維０．５〜１０重量部及び凝結材により相互
   に接触した状態で凝結された炭素繊維を１０〜９５重量
   ％含有する導電性粒体０．３〜５重量部からなることを
   特徴とする導電性硬化体。