JPH0986984A - セメント強化用ポリプロピレン繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 引張強度、曲げ強度、耐衝撃性、耐亀裂性等
を改良したセメント成形品を得るべくセメント中に配合
する強化繊維材を作る。 【解決手段】 個々のフィラメントが分離可能に連結し
た連糸形状テープの短繊維からなるセメント強化用ポリ
プロピレン繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメント強化用の
ポリプロピレン繊維に関し、さらに詳しくは引張強度、
曲げ強度、耐衝撃性、耐亀裂性等を改良したセメント成
形品を得るためにセメント中に配合する強化繊維とし
て、特定の成形方法で得られたポリプロピレン繊維に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セメント成形品の強化繊維材とし
てポリプロピレン繊維の短繊維を配合することは広く試
みられてきた。しかしながら、従来のポリプロピレン繊
維はセメントとの親和力が充分でなく、かつ短繊維の形
状が単純であるために応力に対してしてセメントから容
易に抜けることにおいてその補強効果は充分満足するも
のではなかった。一般的には、ポリプロピレン繊維とセ
メントとの親和力を増すためにポリプロピレン繊維に対
して表面処理剤やカップリング剤が用いられることが多
く、さらに、合成樹脂繊維とセメントとの接着性を向上
を目的としてポリプロピレンにエポキシ樹脂を配合した
繊維を用いる方法(特公昭61-25669号公報)や、繊維表面
に金属被覆層を形成させて界面結合力を高める方法(特
公昭63-63504号公報)等が開示されている。また、短繊
維の形状を改善することにより抜けを減少させる方法と
しては、紡糸された糸の断面積を延伸方向にたいして不
規則に変化させて繊維の抜けを防止する方法が種々試み
られており(特公昭58-18343号公報、特公昭61-301号公
報、特公昭62-4346号公報、特公昭62-28106号公報な
ど)、さらにポリプロピレン繊維の断面積に凹凸を設け
た上に電子線による表面処理を施す方法(特公昭61-2651
0号公報)、ポリプロピレンフィルムの割裂繊維を用いる
方法(特公平5-87460号、特開平4-59644号公報)なども試
みられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの技術
はいずれも充分なものではなく、例えばカップリング剤
等を用いる方法は配合が複雑で面倒である上に強化繊維
がセメント中に均一に分散し難いなどの欠点があり、糸
の断面積を不規則に変化させる方法は製造工程において
均一な巻取りが困難でかつ生産性に劣るなどの欠点があ
った。また、ポリプロピレンフィルムの割裂繊維を用い
る方法では割裂分繊のための工程が増え、割裂分繊によ
って発生した枝毛はセメント中での補強効果にあまり期
待できない上に割繊斑による分散にバラツキがあるとい
う欠点を有しているのである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために鋭意検討の結果、引張強度、曲げ強度、耐
衝撃性、耐亀裂性等を改良したセメント成形品を得るべ
くセメント中に配合する強化繊維材として、特定の成形
方法で得られたポリプロピレン繊維を用いることでその
目的を達しようとするものである。

【０００５】すなわち、ポリプロピレン系合成樹脂フィ
ラメントであり、個々のフィラメントが分離可能に連結
した連糸形状テープの短繊維からなるセメント強化用ポ
リプロピレン繊維である。

【０００６】具体的には、ポリプロピレン系合成樹脂を
ノズル孔がシリーズに連結又は隣接された連糸形状ダイ
スから溶融押出して縦一軸延伸処理を施して形成される
フィラメントが個々に分離可能に連結した連糸形状テー
プを所定長さに切断した短繊維からなるセメント強化用
ポリプロピレン繊維である。

【０００７】更に詳細には、ポリプロピレン系合成樹脂
を５〜100個のノズル孔をシリーズに連結又は隣接した
連糸形状ダイスから溶融押出して縦一軸延伸処理を施し
て形成される、単糸繊度５〜100drのフィラメントが分
離可能に連結した総繊度200〜3,000drの連糸形状テープ
を、繊維長が３〜30mmとなる長さに切断したことを特徴
とするセメント強化用ポリプロピレン繊維である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるポリプロピレ
ン系合成樹脂とは、プロピレン単独重合体、エチレン−
プロピレンブロック共重合体あるいはランダム共重合体
等の公知のポリプロピレン共重合体またはそれらの混合
物であって、これらなかでも高強度、耐熱性を要求され
るセメント成形品補強材としてはプロピレン単独重合体
が望ましく、特に、アイソタクチックペンタッド分率0.
95以上のものが好適に採用される。アイソタクチックペ
ンタッド分率とは、A.Zambelli等によってMacromolecul
es 6 925(1973)に発表された、¹³Ｃ−ＮＭＲを使用して
測定されるポリプロピレン分子内のペンタッド単位での
アイソタクチック分率を意味するもので、この数値が高
いほど結晶化度が高くなり、その結果、成形体の剛性と
耐熱性が向上したものとなる。また、樹脂の溶融流動特
性からメルトフローレート(MFR)は0.1〜50g/10min.、好
ましくは１〜40g/10min.、さらに好ましくは５〜30g/10
min.の範囲から選択するのがよい。

【０００９】ポリプロピレン系合成樹脂には、その使用
目的により本発明の主旨を逸脱しない範囲において、酸
化防止剤、滑剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、無機充填
材、有機充填材、架橋剤、発泡剤、核剤等の添加剤を配
合してもよい。

【００１０】本発明のセメント強化用ポリプロピレン繊
維の製造方法としては、前述のポリプロピレン系樹脂を
複数のノズル孔を略直線的に並設した連糸形状ダイスか
ら溶融状態で押出し冷却した後に、縦方向に高倍率に熱
延伸処理を施すことによりフィラメントが連結した連糸
状テープを形成する。

【００１１】連糸形状ダイスは少なくとも５〜100個の
ノズル孔をシリーズに連結又は隣接した形状を有してい
るが、通常10〜50個、好ましくは20〜30個のノズルを連
結した形状である。ノズルの孔数は連糸を構成するフィ
ラメント本数を表すが、孔数が５個未満であると後述す
るがセメント配合前の取扱性とセメント中で解繊した際
の繊維表面の凹凸によるマトリックスと繊維の接触面積
の増加による補強効果において通常のモノフィラメント
形状のものと差がないものとなるし、一方、孔数が100
個を超えると連糸形状テープとしての幅が広くなり必要
な熱延伸を均一に行うことが困難となり、またセメント
に配合しても解繊せずに繊維塊として残存してセメント
成形品の表面を荒らし品質低下を起こすなど問題とな
る。ノズル形状としては、円形もしくは三角形、四角形
等の多角形、Ｙ形、星形等の異形断面形状であってもよ
い。

【００１２】ダイスから押出成形された未延伸の連糸形
状テープは、ポリプロピレン系合成樹脂の融点以下、軟
化点以上の温度下に熱延伸処理が行われるが、加熱方式
としては、熱ロール式、熱板式、赤外線式、熱風式など
の公知の技術がいずれも採用でき、これらのなかでは内
部から電熱加熱されたコンベックス状熱板上で加熱され
る熱板式が高速生産性、安定性の上で好ましい。所定の
温度で加熱された連糸形状テープは、前後ロールの周速
度差により延伸処理が施される。ここで延伸倍率は好ま
しくは３〜20倍、より好ましくは10〜15倍である。この
延伸処理により剛性が高くかつ伸びの小さいフィラメン
トを成すことができ、さらに重要なのは縦方向に高延伸
するため配向が付与され縦方向に割れやすくなり、連糸
が容易に分離可能な状態とすることである。

【００１３】延伸された連糸形状テープは、総繊度が20
0〜3,000drのものが好ましい。総繊度200drより小さい
ものはセメント強化用繊維としての取扱性が悪く、総繊
度3,000drを超えたものはセメントに配合して使用する
際にセメント中で繊維塊を作って分散不良となり易く、
そのためセメント成形品の補強効果が充分に発現しない
など問題となる。

【００１４】所定の総繊度の連糸形状テープは切断され
てその繊維長を３〜30mm、好ましくは５〜15mmとなした
ものである。繊維長が３mm未満では、セメントに配合さ
れた際にセメントからの抜けが生じ易く、30mmを越える
と分散性が不良となり易く好ましくない。繊維長を一定
長さに切断する方法は通常用いられる切断方法がすべて
用いられるが、カッター刃を加熱する必要のあるもの
や、連続運転でカッター刃が熱を蓄積してしまうような
方法は好ましくない。つまり、連糸形状テープの切断時
にフィラメントがカッター刃により加熱され一部溶融す
ることにより隣接するフィラメント同士が溶着して集束
した繊維塊となり分散不良を生じやすくなるためであ
る。

【００１５】こうして得られる本発明のポリプロピレン
繊維は、強化繊維材としてポルトランドセメント、白色
ポルトランドセメント、アルミナセメント等の水硬性セ
メントまたは石膏、石灰等の気硬性セメント等のセメン
ト類などに配合して用いられる。セメント中の繊維の配
合量は、通常セメント固形分に対して0.1〜20重量％で
ある。また、ポリプロピレン繊維をセメントに混合する
方法としては、セメント粉体に繊維を分散する方法、セ
メントスラリー中に繊維を分散するプレミックス法、セ
メントと繊維及び水を同時に吹き付けるスプレーアップ
法などの公知の方法を用いることができる。

【００１６】こうした使用状態における本発明のポリプ
ロピレン繊維は、複数のフィラメントからなる連糸形状
を呈しており、高倍率に縦一軸延伸処理が施されている
ために縦方向に配向が付与され、フィラメント同士の連
結部が外力によって割れやすくなっている。このため
に、本発明のポリプロピレン繊維はセメントに配合され
る前段においては、集束繊維と同様に取扱性の良好な総
繊度200〜3,000dr程度のテープ状の繊維でありながら、
セメントとの混練によって適度に分離し解繊され良好な
分散性を有する繊維となるのである。解繊されたテープ
状は、モノフィラメント状の繊維も若干はあるものの、
その大部分は複数本の集束繊維となっており、フィラメ
ントが連結部によって多数が連なった断面を有するため
に、繊維の表面あるいは全体に凹凸が形成されたものと
なり、この凹凸がセメントへの物理的結合を著しく向上
させるのである。

【００１７】連糸を構成するフィラメントの単糸繊度は
５〜100dr、好ましくは10〜60drであり、単糸繊度が５d
r未満では繊維が細すぎて、たとえ数本が集束しても分
散が不均一になり強化繊維材としての効果も著しく低下
したものとなるし、単糸繊度100drを超えると、セメン
トとの接触面積が減少して補強効果が劣ったものとな
る。また、フィラメントの引張強度は５g/dr以上が好ま
しく、７g/dr以上がより好ましい。引張強度が５g/dr未
満ではセメント強化繊維としての補強効果が不充分とな
ることが考えられる。

【００１８】本発明のポリプロピレン繊維は、セメント
配合前に、種々の処理を施してもよい。例えば、繊維表
面を界面活性剤、分散剤、カップリング剤等で処理して
もよいし、またはコロナ放電処理、紫外線照射、電子線
照射等により表面活性化または架橋化等の処理を行って
もよい。

【００１９】本発明のポリプロピレン繊維を適量配合し
たセメント混合物は、用途により抄造成形法、押出成形
法、注入成形法等公知の成形法に従って成形し、常温で
数十日間大気中又は水中に放置する自然養生法または２
〜３日常温で放置後100〜200℃の温度で処理されるオー
トクレーブ養生法などにより養生硬化しセメント成形品
となる。繊維強化されたセメント成形品の用途として
は、あらゆるセメント製品にわたるものであるが、例え
ば、建造物の壁材、床材コンクリート、仕上げモルタ
ル、防水コンクリート、屋根材等、あるいは土木関係部
材としては道路、滑走路等の舗装、道路標識、側溝等の
道路部材、下水管、ケーブルダクト等のパイプ類、漁
礁、護岸ブロック、テトラポット等、その他各種構築物
として枕木、ベンチ、フラワーポット等に使用できる。

【００２０】

【実施例】ポリプロピレン樹脂(アイソタクチックペン
タッド分率0.96,MFR＝5.0g/10min.)を押出機に供給し、
溶融温度230℃で、２mmφ×25孔の連糸形状ノズルから
押出して冷却した後、熱板接触式延伸法で延伸温度130
℃、アニーリング温度135℃、延伸倍率12倍で縦一軸延
伸を行い、単糸繊度20drのフィラメントが幅方向に連結
した総繊度500drの連糸形状テープを成形し、カッター
刃により約6mm長に切断して本実施例のポリプロピレン
繊維とした。

【００２１】本実施例のポリプロピレン繊維をセメント
に配合して供試体を成形するにあたり、ポルトランドセ
メント100重量部と標準砂200重量部とを充分に混合し、
前述のポリプロピレン繊維を５重量部添加し撹拌混合
し、更に水道水65重量部を加えて全体が均一になるよう
に混練した。この状態で繊維の形状を確認したところ、
僅かに単繊維に分離したものもあるがその大部分が２〜
５本程度の連糸に分繊してセメント混合物中に均一に分
散された状態であった。図１はその顕微鏡写真からスケ
ッチした平面図で、倍率は８倍である。図２は同断面図
であり、倍率は60倍である。連糸形状テープ１が単糸フ
ィラメント２の連続体であり、適当に個々の単糸フィラ
メント２が連接部３から分離している状態が明瞭にわか
る。

【００２２】このセメント混合物は、型枠に流し込み、
大気中、常温で48時間放置した後、オートクレーブ中で
165℃、20時間養生を行い、厚さ５mm、縦横500mmの板材
とした。

【００２３】比較例１として、通常のモノフィラメント
形状のポリプロピレン繊維をとりあげる。これは、ポリ
プロピレン樹脂（アイソタクチックペンタッド分率0.9
6，MFR＝5.0g/10min.)を押出機に供給し、溶融温度230
℃で、２mmφの円形ノズルから押出して冷却した後、熱
板接触式延伸法で延伸温度130℃、アニーリング温度135
℃、延伸倍率７倍で縦一軸延伸を行い、繊度20drのモノ
フィラメントを成形し、カッター刃により約6mm長に切
断してポリプロピレン繊維としたものである。

【００２４】以下、実施例と同様にセメントに配合して
供試体を成形したが、比較例１のポリプロピレン繊維
は、実施例と同程度の単糸繊度であるが、使用前に細か
く分離しており取り扱いがし難く、またセメント中にお
いて分離した単繊維同士が絡み合って分散性が不良なも
のであった。図１と図２の比較で繊維形態の差が理解で
きる。

【００２５】比較例２として、フィルムを割裂分繊した
幹枝形状のポリプロピレン繊維をとりあげる。これは、
ポリプロピレン樹脂(アイソタクチックペンタッド分率
0.94，MFR＝3.0g/10min.)を押出機に供給し、インフレ
ーション法により溶融温度230℃で円形ダイスから無定
形状態で押出し、冷却してフィルムを成形した後、細断
してテープ状とし、熱板接触式法で延伸温度130℃、ア
ニーリング温度135℃、延伸倍率５倍で縦一軸延伸を行
い、高速の回転刃ロールに接触させることにより切れ目
を入れて割裂分繊して幹繊維の平均繊度が60drである幹
枝形状を有するスプリットヤーンを成形し、カッター刃
により約6mm長に切断してポリプロピレン繊維としたも
のである。図３はその顕微鏡写真からスケッチした平面
図で、倍率は８倍である。図４は同断面図(60倍)であ
り、従来のフラットヤーン４にはランダムなスプリット
５が形成されているのみである。

【００２６】以下、実施例と同様にセメントに配合して
供試体を成形したが、比較例２のポリプロピレン繊維
は、特徴的な幹枝形状によって使用前においては繊維が
集束状態であり取り扱いは容易であるが、セメント中に
おいては枝毛の存在が繊維自体を嵩高にし均一に分散し
がたいものであった。

【００２７】上述の実施例１及び比較例１,２のポリプ
ロピレン繊維を配合して得られた強化セメント成形品の
物性を測定した結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例２〜５ 実施例１で用いたポリプロピレン樹脂を異なる連糸形状
ノズルから溶融押出して、延伸したフィラメントを切断
して表２に示す各種の連糸形状テープを作成し、実施例
１と同様の方法で、セメント板材として、それらの物性
を測定した。結果を表１にまとめて示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明のポリプロ
ピレン繊維は、単糸繊度５〜100drの短く切断されたフ
ィラメントの５〜100本が連糸形状を有して分離可能な
連結部で接合されてなるものであるから、セメントに投
入し易いなど取扱性が良好であり、しかもセメント中で
混練する際には容易に少数の連糸に分離するため均一に
分散する。また、その大部分が少数の連糸となることで
繊維の表面あるいは全体に凹凸が形成され、繊維とセメ
ントとの接触面積を増加させセメントへの物理的結合力
を増加することができ、これにより強化繊維材として本
発明のポリプロピレン繊維を配合したセメント成形品
は、引張強度、曲げ強度、衝撃強度などを大幅に改良す
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明(実施例１)のセメント強化用ポリプロピ
レン繊維の顕微鏡写真(８倍)からスケッチした平面図で
ある。

【図２】本発明(実施例１)のセメント強化用ポリプロピ
レン繊維の顕微鏡写真(60倍)からスケッチした断面図で
ある。

【図３】従来(比較例２)のセメント強化用ポリプロピレ
ン繊維の顕微鏡写真(８倍)からスケッチした平面図であ
る。

【図４】従来(比較例２)のセメント強化用ポリプロピレ
ン繊維の顕微鏡写真(60倍)からスケッチした断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 連糸形状テープ ２ 単糸フィラメント ３ 連接部 ４ フラットヤーン ５ スプリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリプロピレン系合成樹脂フィラメント
   であり、個々のフィラメントが分離可能に連結した連糸
   形状テープの短繊維からなるセメント強化用ポリプロピ
   レン繊維。
2. 【請求項２】 ポリプロピレン系合成樹脂をノズル孔が
   シリーズに連結又は隣接された連糸形状ダイスから溶融
   押出して縦一軸延伸処理を施して形成されるフィラメン
   トが個々に分離可能に連結した連糸形状テープを所定長
   さに切断した短繊維からなるセメント強化用ポリプロピ
   レン繊維。