JPH08325947A - セメント補強用アラミド短繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集束性が良好でホッパー等による計量が容易
であり、かつ分散性が良好で優れた強化特性を発揮する
ことができる、セメントやコンクリートの補強用として
好適なアラミド短繊維を提供すること。 【構成】 ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポ
リアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）との混合物か
らなる集束剤で集束されたセメント補強用アラミド短繊
維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集束されたアラミド短繊
維に関する。さらに詳しくは、セメントやコンクリート
の補強用として好適で、良好な集束性と優れた強化特性
を発揮するセメント補強用アラミド短繊維に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セメント系材料の曲げ強度、耐衝
撃強度を向上させるために、アスベスト、ガラス繊維、
スチール繊維及び炭素繊維等が用いられてきた。その中
でアスベストは古くから使用されてきたが、発ガン性の
問題から現在では使用が規制されている。また、ガラス
繊維は耐アルカリ性のものでも、セメント中のアルカリ
により劣化し、長期的に補強効果を維持することが困難
であるため、大量使用には至っていない。スチール繊維
はセメント中で腐食が生じ、これによってセメント材料
にひび割れが生じるという問題がある。また、スチール
繊維に防錆処理を施しても長期的には腐食に耐えられ
ず、しかも防錆処理にコストがかかり有益ではない。炭
素繊維はセメント中に分散させるための混練時に折れる
ため、期待通りの補強効果が得られにくいという問題が
ある。

【０００３】これに対しアラミド繊維は、高い引張強
度、耐薬品性を有し、かつ、軽量であるため、近年セメ
ント薄板等の補強用として用いられ始めている。すなわ
ちセメント材料にアラミド短繊維を添加し、ルーダーを
用いて混練し、これを押出成形することにより得られる
薄板は、曲げ強度、耐衝撃強度が著しく向上して薄板を
より薄くすることが可能となる。しかしながら、アラミ
ド短繊維が未処理で集束性が不充分な場合には該短繊維
の計量が困難であるばかりでなく、混練時にファイバー
ボールが発生したりして押出機に所定量づつかみこまれ
なくなり、充分に良好な分散性が得られないという問題
が発生しやすくなる。

【０００４】一方、セメント補強用短繊維の集束性を向
上させる目的で各種処理剤を付与する方法は、例えば特
開昭５８−２１４５８３号公報、特開昭５２−８９１２
２号公報公報等に提案されている。しかしながら、これ
らの処理剤はガラス繊維に付着させるもので、これをア
ラミド繊維にそのまま適用しても、集束された単繊維群
の間隙への集束剤の浸透が未だ不充分で、充分なレベル
の集束性、分散性が得られなかったり、集束性が向上し
てもセメント中への分散性が劣る結果となったりする。
したがって、さらに充分な集束性を有しかつセメント中
への良好な分散性が得られるアラミド短繊維が市場から
望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、集束性
が良好でホッパー等による計量が容易であり、かつ、分
散性が良好で優れた強化特性を発揮することができる、
セメントやコンクリートの補強用として好適なアラミド
短繊維を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構
成、すなわち、「集束剤によって集束されたアラミド短
繊維であって、該集束剤がポリビニルアルコール（ＰＶ
Ａ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（Ｐ
Ａ）との混合物からなることを特徴とするセメント補強
用アラミド短繊維。」により達成される。

【０００７】本発明が対象とするアラミド短繊維とは、
代表例としてポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリ
パラアミノベンズアミド、ポリパラアミノベンズヒドラ
ジドテレフタレート、ポリテレフタル酸ヒドラジド、ポ
リメタフェニレンイソフタラミド等もしくはこれらの共
重合体、又はこれらに第３成分を共重合した共重合体例
えばコポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレ
ン・テレフタラミドからなる短繊維等である。

【０００８】かかるアラミド短繊維に付着させる集束剤
は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアク
リル酸エステル系共重合体（ＰＡ）との混合物からなる
ことが大切である。ここでポリビニルアルコールは、重
合体を形成する単量体中のビニルアルコール成分が５０
モル％以上であればよい。通常ポリビニルアルコールは
ポリ酢酸ビニルをケン化して得られるが、ここで用いら
れるポリビニルアルコールのケン化度は、重合体が水溶
性であればどの程度でもよい。また、ポリビニルアルコ
ールの立体規則性も重合体が水溶性であれば、シンジオ
タクチック、アイソタクチック、アタクチックのいずれ
でもよい。さらに重合度、分岐度についても、同じく水
溶性の条件を満たしていれば特に制限を受けるものでは
ない。

【０００９】また、上記水溶性のポリアクリル酸エステ
ル系共重合体は、重合体を形成する単量体中のアクリル
酸エステル成分が５０重量％以上であって、かつ、重合
体が水溶性を示す程度の親水性共重合成分が共重合され
ていればよい。親水性共重合成分としては、例えばメタ
クリル酸、アクリル酸及びこれらのアルカリ金属塩等を
あげることができ、共重合量としては親水性共重合成分
が例えば（メタ）アクリル酸ナトリウムの場合には１０
〜２０重量％程度である。なお、前述のアクリル酸エス
テルのアルコール成分は、重合体が水溶性を呈する限り
どの様なものでもよく、さらには、２種以上のアルコー
ル成分が併用されていてもよい。

【００１０】本発明においては、集束剤中のポリビニル
アルコールと水溶性のポリアクリル酸エステル系共重合
体との混合重量比は、（ＰＡの重量）／（ＰＶＡの重
量）が１．０〜３．０の範囲内にあることが好ましい。
この混合重量比が１．０未満になると、集束剤の低粘度
化による単繊維間への含浸性向上に寄与する水溶性ポリ
アクリル酸エステル系共重合体の割合が低下して以下の
問題が生じ易くなる。すなわち、充分な集束性を得るた
めに集束剤の付着量をコントロールすべく集束剤処理液
（以下混合処理液と称することがある）の濃度を調整す
ると、混合処理液の粘度が高くなりすぎて処理工程でロ
ーラー表面等にガムアップを生じる等の問題が発生し易
く、長時間連続して処理を行うことが困難となってしま
う。一方、３．０を越えると、良好な集束性は得られる
ものの、集束剤中の、特に水との親和性や溶解性の高い
ポリビニルアルコール成分が少なくなりすぎるため、単
繊維間に形成される被膜の水分による分解性（水への溶
解性）が低下し、セメント等と混練を行う際における単
繊維の分散性が不充分となりやすい。

【００１１】なお、本発明の集束剤には、本発明の目的
を損なわない範囲内で、上記２成分以外に他の成分を含
有していてもよいことはいうまでもない。

【００１２】次ぎに、かかる集束剤の付着量は、繊維重
量を基準として１０〜５０重量％、好ましくは１５〜４
０重量％、さらに好ましくは２０〜３０重量％であるこ
とが望ましい。集束剤の付着量が１０重量％未満の場合
には集束性が不充分となりやすく、繊維補強セメントの
製造段階で短繊維の取り扱いが困難となるだけでなく、
セメントと混練を行う際にファイバーボールが発生しや
すくなる。一方、５０重量％を越える場合には充分な集
束性は得られるものの、セメントの混練中における繊維
の分散が低下して、集束された繊維が単繊維にまで開繊
し難くなるため効果的な繊維補強効果が得られなくな
る。さらに、集束剤を付与する処理工程においても、該
集束剤のガムアップ等がローラー部分等で生じるため、
作業性が著しく不良となり易い。

【００１３】次ぎに集束剤で集束されたアラミド短繊維
の単繊維数は、少なくとも１００本以上であることが望
ましい。この短繊維数が１００本未満の場合には、該短
繊維の製造時における処理剤付与工程やカット工程にお
ける作業性が低下するとともに、カット後の短繊維の嵩
高率が大きくなって大容積となるため梱包や輸送時に不
利となり、また押出機を用いてセメントと混練する際に
供給時における計量精度やかみ込み性が低下してファイ
バーボールを発生しやすくなる。一方単繊維の本数が２
００００本を越える本数で収束されている場合には、短
繊維の梱包や輸送を考えた場合には取扱い性が良好なる
ものの、セメント中への混練時には分散に長時間を要し
て分散性が不充分となり易い。しかし、用途によっては
使用可能であるので、上限は特に限定する必要はない。

【００１４】なお、本発明の集束剤をアラミド短繊維に
付着させる方法は特に限定を受けるものではなく、該集
束剤を含有する処理液を用い、コーティング法、浸漬法
等の従来公知を採用すればよい。なかでも、当該アラミ
ド繊維を処理液中に浸漬した後必要に応じてニップロー
ラー等で絞り、混合処理液のピックアップ量を調整した
後に、乾燥、キュアーさせる方法が最も簡単で効率的で
ある。また、この時の乾燥条件は１０５〜１８０℃の温
度で０．３〜３０分間程度の熱処理が一般的であるが、
装置や効率化を考えて、比較的低温の１０５〜１３０℃
で０．３〜１５分間程度熱処理し、続いて１３０〜１８
０℃の比較的高温で０．３〜１５分間程度熱処理するこ
とが好ましい。

【００１５】

【発明の作用・効果】従来、ポリビニルアルコールは、
紙のサイジング剤、ガラス繊維等の集束剤として広く知
られている。しかし、このポリビニルアルコールでアラ
ミド繊維を集束させても、ある程度の集束性が得られ、
またセメント中への分散性も改善されるが、集束剤の付
着量を思うように上げることができないという問題があ
る。すなわち、集束剤濃度を上げて付着量を上げようと
しても処理液の粘度が上昇するため、処理機等のローラ
ー上でガムアップが発生して安定した処理を行うことが
できない。また、処理液が単繊維間隙中に殆ど含浸しな
くなるため、充分な集束性も得られない。これに対し
て、本発明のアラミド短繊維は、ポリビニルアルコール
と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体との混合物
からなる集束剤が付与されており、該集束剤を含有する
処理液の粘度は該共重合体を併用しているので容易に低
下させることができる。そのため、これを調整すること
により、集束剤の付着量を容易にコントロールすること
が可能となり、充分な集束性が得られるだけでなく、適
度に集束された単繊維の間隙にも処理液が含浸するた
め、集束性及び分散性共に良好なセメント補強用に好適
なアラミド繊維が得られるのである。したがって、本発
明のアラミド短繊維をセメントと複合、混練した場合、
繊維の分散状態は極めて良好であり、得られる複合材料
は曲げ強度が著しく向上する。

【００１６】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、実施例で用いた測定法は下記のとおりであ
る。 ＜集束剤付着量の算出＞処理前後の繊維重量を測定し、
下記の計算式から集束剤の付着量を求めた。なお、重量
の測定は、被測定サンプルを十分に乾燥した後に行っ
た。 集束剤の付着量（％）＝［（混合処理液で処理した後の
繊維重量）−（処理前の繊維の重量）］／（処理前の繊
維の重量）×１００

【００１７】＜曲げ強度測定供試体の作成＞早強ポルト
ランドセメント２３４８ｇ、メチルセルロース２３．５
ｇ、処理アラミド短繊維５５．６ｇ、水９８６ｇをオム
ニミキサー（型式：ＯＭ−１０−Ｅ、容量：１０リット
ル、ＧＡＲＢＲＯ社製）中に投入し、回転数４００ｒｐ
ｍで混練を５分間行う。そして専用の型枠（４×４×１
６ｃｍ）に混練後のセメント複合材料を投入し、気中室
温にて１カ月間養生を行い、これを曲げ強度供試体とし
た。

【００１８】＜集束性＞セメントにアラミド短繊維を計
量しながら添加し、ルーダーを用いて混練押出成形する
際に、ファイバーボールの発生が認められないものを
（○）、ファイバーボールが生じたものを（×）とし
た。

【００１９】＜曲げ強度測定＞供試体（４×４×１６ｃ
ｍ）の３点曲げにて行った。すなわち、１０トン用引張
圧縮試験機（ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ ＴＥＳＴＩＮＧ Ｉ
ＮＳＴＲＵＭＥＮＴＭＯＤＥＬ ＵＴＭ−１０ｔ、ＴＯ
ＹＯ ＢＡＬＤＷＷＩＮ ＣＯ、ＬＴＤ製）を用いて、
支点距離１０ｃｍの中心を、２ｍｍ／ｍｉｎで圧縮し、
応力の最高点より曲げ強度を求めた。

【００２０】＜分散性の評価＞処理アラミド短繊維が混
練されてなる曲げ強度測定供試体作成用の硬化前のセメ
ントをランダムに約１００ｇサンプリングし、これを厚
さ約１ｍｍ程度の平板状にのばした後、短繊維が落ちな
い程度のメッシュ（１００メッシュ）金網上にのせて水
シャワーをかけてセメントを除去し、金網上に残存した
繊維を肉眼により判定する。７０％程度以上が単繊維状
に分散している場合を○、４０〜７０％の範囲内にしか
単繊維状に分散していない場合を△、４０％未満にしか
単繊維状に分散していない場合を×として比較判定し
た。

【００２１】＜加工性の評価方法＞アラミド繊維を１０
ｍ／分のスピードで２４００ｍ処理した後の処理機のニ
ップローラー表面に付着した混合処理剤（集束剤）被膜
の程度（ガムアップの量）により判定した。すなわち、
付着量が少なくて継続して処理が可能な場合を○、ニッ
プローラー表面を簡単に清掃する程度で継続して処理が
可能な場合を△、ニップローラー表面の５０％以上に集
束剤が付着してきれいに清掃しないと継続して処理でき
ない場合を×として比較判定した。

【００２２】［実施例１〜６］１５００デニール／１０
００フィラメントのポリパラフェニレン・３、４’ジフ
ェニルエーテル・テレフタラミド繊維（テクノーラ、帝
人株式会社製）を用いて以下の処理を行った後に、６ｍ
ｍにカットすることによりセメント補強用アラミド短繊
維を得た。

【００２３】実施例１では、ポリビニルアルコールと水
溶性のポリアクリル酸エステル系共重合体の混合物を含
む処理液の調合は以下のようにして行った。すなわち、
ゴーセノールＧＬ−０５（ポリビニルアルコール、日本
合成化学株式会社製）１００ｇを約２００ｇの水（３０
℃以下）に撹拌しながら投入し、よく分散させた後、９
０℃に３０分間保ち、完全に溶解させる。そしてその溶
液にプラサイズＴ−７８０（アクリル酸エステル２４重
量％溶液、互応化学工業株式会社製）を６２５ｇを加
え、さらに、総重量が１０００ｇとなる様に水を加え混
合処理液とする。その結果、ポリビニルアルコールの混
合処理剤中の濃度は１０重量％、アクリル酸エステル系
共重合体の濃度は１５重量％となる。従って、処理液中
の集束剤総濃度は２５重量％となる。アラミド繊維の処
理は前記ポリビニルアルコール及びポリアクリル酸エス
テル系共重合体を含む混合処理液中に前記アラミド繊維
を浸漬し、続いて一対のニップローラーで軽く絞って所
定の混合処理液ピックアップ量にした後、１０５℃で２
分間乾燥し、引続き１分間キュアーを行った。この時、
繊維表面への集束剤（混合処理剤）付着量は２６．８重
量％であった。なお、処理時における加工性は表１に示
すごとく良好（○）であった。以上のように処理を行っ
たヤーンを６ｍｍにカットし、前記「曲げ強度測定供試
体の作成」と同条件でセメントと混練して、曲げ強度試
験用供試体を作成し、養生した後、曲げ強度の評価を行
った。その結果を表１、表２に示す。また、単繊維の分
散性を評価するために、混練後直ちにセメント／アラミ
ド単繊維混合ペーストを取り出し、前記「分散性の評
価」と同様にして評価を行った結果、表１に示すごとく
良好であった。実施例２〜６では、それぞれＰＡ／ＰＶ
Ａの混合割合を変化させる（処理液の総濃度は２５重量
％とし変化させない）以外は実施例１と同様にして処理
を行い、同様に加工性、分散性、曲げ強度の評価を行っ
た。その結果を表１に示す。

【００２４】［比較例１、２］比較例１、２では、それ
ぞれ集束剤としてＰＡ又はＰＶＡ単独（総重量濃度が２
５重量％）とした以外は実施例１と同様に処理を行い、
加工性、分散性、曲げ強度の評価を行った。その結果を
表１に示す。

【００２５】これらの結果より、セメントを効果的に補
強するためにはＰＡとＰＶＡを併用する必要があり、Ｐ
Ａ又はＰＶＡ単独で処理を行ったアラミド単繊維では、
補強効果または加工性に問題があることが明かである。

【００２６】［実施例７〜１１］実施例７〜１１では、
処理液の調合を実施例１と同様にＰＡ／ＰＶＡの値が
１．５となる様に行い、それぞれ、混合処理剤総濃度を
１５、１８、２０、２８、３０重量％とする以外は実施
例１と同様に処理を行い、加工性、分散性、曲げ強度の
評価を行った。その結果を表２に示す。

【００２７】［実施例１２、１３］２００デニール／１
３３フィラメント又は１０００デニール／６６７フィラ
メントのポリパラフェニレン・３、４’ジフェニルエー
テル・テレフタラミド繊維（テクノーラ、帝人株式会社
製）を用いた以外は実施例１と同様に行って単繊維の収
束本数がそれぞれ１３３本、６６７本の集束された短繊
維を得、これらについて実施例１と同様に評価した結果
は表２にあわせて示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集束剤によって集束されたアラミド短繊
   維であって、該集束剤がポリビニルアルコール（ＰＶ
   Ａ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（Ｐ
   Ａ）との混合物からなることを特徴とするセメント補強
   用アラミド短繊維。
2. 【請求項２】 ポリビニルアルコールと水溶性ポリアク
   リル酸エステル系共重合体との混合重量比（ＰＡ／ＰＶ
   Ａ）が１．０〜３．０である請求項１記載のセメント補
   強用アラミド短繊維。
3. 【請求項３】 集束剤の付着量が、繊維重量を基準とし
   て１０〜５０重量％である請求項１記載のセメント補強
   用アラミド短繊維。
4. 【請求項４】 アラミド単繊維の集束数が１００本以上
   である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のセメン
   ト補強用アラミド短繊維。