JPS63202406A - 複合材料の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は優れた機械的強度を有する複合材料の新規な製
造方法に関する。

〔従来の技術および問題点〕

高い機械的強度を有するセメント硬化体Ｃ以下、高強度
セメント硬化体という）の開発は、単に構造物の軽量化
を図るのみでなく、セラミック代替材料、鋳鉄代替材料
などの新しい素材としてのセメント硬化体の用途を拡大
する上で重要な意義を有する。

従来、かかる高強度セメント硬化体の製造方法としては
、水硬性セメントと水とを混練する際に、高性能減水剤
を添加して混練に必要な水の量を可及的に減少させ、余
剰水によるセメント硬化体中の空隙率を抑える方法が知
られている。Ｃ以下、この方法を湿式法ともいう） しかしながら、上記の如き湿式法においては、セメント
硬化体の成形時に余剰水および混線時ｋかみ込まれる空
気泡を完全に排除することが困難であり、得られるセメ
ント硬化体中には１００〜１０００μ程度の細孔径を有
する空隙が多数存在する。そのため、かかるセメント硬
化体は、ある程度高い機械的強度を発揮するものの未だ
改良の余地がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、高強度セメント硬化体の製造方法につい
て鋭意研究を重ねた結果、水硬性セメントと粉状成形助
剤との混合粉体な乾式成形した後、得られる成形体に水
を含浸させて養生することにより、前記した余剰水およ
び空気泡に起因するセメント硬化体中での空隙の生成が
なく、従来の水硬性セメントと水とを予め混練して成形
する方法では発現できなかった高い機械的強度を有する
セメント硬化体が得られることを見い出した。（特願昭
６１−５７１４７号） 本発明者らは、上記のセメント硬化体にさらに高い機械
的強度を付与することを考えた。

その結果、上記のセメント硬化体にビニル系単量体を含
浸させた後に該ビニル系単量体の重合を行なうことｋよ
って上記の目的が達成されることを見い出し、本発明を
完成させるに至った。

即ち１本発明は、水硬性セメントおよび粉状成形助剤よ
りなる混合粉体な圧縮成形し、得られる成形体く水を含
浸させて養生してセメント硬化体を得、次いで誼セメン
ト硬化体にビニル系単量体を含浸させた後に該ビニル系
単量体の重合を行なうことを特徴とする複合材料の製造
方法である。

本発明において、水硬性セメントは水和反応によって硬
化するセメントが１！！！に制限なく使用される。例え
ば、ポルトランドセメント。

高炉セメント、フライアーＩシュセメント、アルミナセ
メント、シリカセメント、カラーセメント等が一般的で
ある。これらのうち、ポルトランドセメントが９に好適
である。上記ノ水硬性セメントは、プレーン値２５００
〜２００００ｅｄ／Ｉ、好ましくは３５００〜２０００
０ｃＰｉ／ｌＩの粒度を有するものが、得られる複合材
料中の空隙をより減少させ、該複合材料の機械的強度を
一層向上することができるため好適である。

また、粉状成形助剤は公知のものが特に制限なく使用さ
れる。例えば、ケイ酸カルシウム、ベントナイト、ジャ
モン岩等の無機物の粉状成形助剤、メチルセルロース等
の有機物の粉状成形助剤が一般に使用される。上記の粉
状成形助剤のうちケイ酸カルシウムが成形性に優れ、得
られる複合材料の機械的強度が特に高いため好適に使用
される。特ｋ、ジャイロライト型結晶構造を有し、　８
１０２／ＣａＯのモル比が１．６〜３．２であり、長手
方向の平均直径が０．１〜３０ミクロン、厚みがｏ、ｏ
ｏｓ〜０．１ミクロンの花弁状の薄片が集合した形態を
有するケイ酸カルシウム（以下、花弁状ケイ酸カルシウ
ムという）が最も好適に使用される。かかる花弁状ケイ
酸カルシウムは特開昭５４−９５６９８号に記載された
方法によって製造することができる。

本発明において、混合粉体中の水硬性セメントに対する
粉状成形助剤の割合が多い場合には得られる複合材料の
機械的強度が低下し、逆に少ない場合には後述する圧縮
成形が困難となる傾向がある。従って、混合粉体中にお
ける粉状成形助剤の割合は水硬性セメント１００重量部
に対して１〜５０重量部、好ましくは３〜２０重量部と
することが好まいへまた、上記混合粉体に他の成分を添
加することは必要に応じて実施することができる。

例えば、カーダン繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、
金属繊維等の繊維状物、海砂、川砂、砕砂等の骨材、微
粉状シリカ等の微粉状物、顔料等が挙げられる。繊維状
物は得られる複合材料の曲げ強度の向上に特に効果的で
あり、混合粉体１００重量部に対して１〜２０重量部の
割合で使用すればよい。また、骨材は一般忙水硬性セメ
ント１００重量部に対して５〜２００重量部の割合で使
用することができる。更ｋ、微粉状物は、得られる複合
材料中の空隙を埋め、その機械的強度°を向上する効果
を有し、混合粉体１００重量部に対して５〜２０重量部
の割合で使用することが好ましい。

本発明において、前記した混合粉体は空隙を減少させる
ために一般ＶＣ２００〜１００００ＫＩＦ／１−１１！
、好ましくは５００〜４ｏｏｏＫ４／ｊの圧力で圧縮成
形することにより所定の形状に成形される。成形圧力を
上げると得られる複合材料の機械的強度は向上するが、
上記範囲を超えると効果は頭打ちとなるばかりでなく、
技術的忙も困難となる。

混合粉体の圧縮成形は公知の方法が特に制限な〈実施さ
れる。例えば、金型プレス成形機を用い九−軸加圧成形
法、アインスタテイクプレス成形法等が挙げられる。上
記の一軸加圧成形法を実施する場合には、金型プレス成
形機の内壁に予めステアリン酸カルシウム。

ステアリン酸マグネシウム等の滑剤を塗布するか、或い
は混合粉体中に上記滑剤を混合粉体に対して０．１〜０
．５重量％の割合で添加した後圧縮成形を行うことが、
成形体の内部まで均一に圧力を伝達することができ、よ
り均一な密度を有し、高い機械的強度を有する複合材料
を得ることができ好ましい。

本発明において、圧縮成形によって得られた成形体は、
水硬性セメントの水和に必要な水を含浸させて養生する
ことによりセメント硬化体が得られる。

成形体に水を含浸させる方法は特に制限されないが、成
形体を水に浸漬する方法、成形体に水を散布する方法な
どが一般的である。

また、上記した水として水溶性ポリマーを添加した水を
使用することは得られる複合材料の機械的強度をより向
上することができ好ましい。水に対する水溶性ポリマー
の添加割合は、１〜１５重量％が好ましい。また、水を
含浸させた後の成形体の養生方法Ｖ特に制限されるもの
ではな（、水中養生、湿空養生。

蒸気養生、オートクレーブ養生などが一般に採用される
。これらの養生方法のうち、特にオートクレーブ養生お
よび蒸気養生が水硬性セメントの水和促進に効果的であ
り、得られる複合材料の機械的強度を向上することがで
き好ましい。かかるオートクレーブ養生および蒸気養生
は圧力常圧２０　Ｋｔ／、！！Ｉ１１．温度５０〜２１
０℃の条件下に行うことが望ましい。

本発明では、以上のようにして得られたセメント硬化体
にビニル系単量体が含浸される。

ビニル系単量体としては、公知のものが特に制限なく使
用される。例えば、塩化ビニル・塩化ビニリデン等のハ
ロゲン化ビニル類：スチレン、ジビニルベンゼン等の芳
香族ビニル類；アクリロニトリル、メタクリレートリル
等のビニルニトリル＠ニアクリル酸メチル。

ジエチレングリコールビスアリルカーボネート等のアク
リル酸エステル類；メタクリル酸メチル、グリシジルメ
タクリレート等のメタクリル酸エステル類：酢酸ビニル
等のｅニルエステル類；メチルビニルケトン等のビニル
ケトン類等を挙げることができる。これらのビニル系単
量体は、１種のみ或いは２種以上を混合して使用するこ
とができる。これらのビニル系単量体の中でも、特に本
発明に於すては、スチレン等の芳香族ビニル類及びメタ
クリル酸メチル等のメタクリル酸メチル類が。

より高強度の複合材料が得られるために好ましく用いら
れる。

これらのビニル系単量体の重合のために。

通常は重合開始剤が該ビニル系単量体に混合されて用い
られる。重合開始剤としては公知の化合物が伺ら制限な
く採用し得る。例えば、アゾビスインブチルニトリル等
のアゾニトリル類；メチルエチルケトンパーオキサイＶ
等のケトンパーオキサイド類；クメンハイドロパーオキ
サイド等のハイドロパーオキサイド類；ベンゾイルパー
オキサイド、ラウロイルバーオキサイＦ等のジアシルパ
ーオキサイド類を挙げることができる。これらの中でも
アゾビスインブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイ
ド°が好ましく用いられる。これらの重合開始剤の使用
量は、ビニル系単量体に対して肌００１〜１０重量％の
範囲から選択することが好ましい。

上記したビニル系単量体をセメント硬化体に含浸させる
方法としては、何ら制限されるものではないが、例えば
、セメント硬化体をビニル系単量体中に浸漬する方法、
或−はその後に脱気や加圧を行なう方法が好適忙採用さ
れる。ビニル系単量体は、セメント硬化体中に飽和する
まで含浸させることが好まりへこのようにして、セメン
ト硬化体に含浸されたビニル系単量体は、加熱、放射線
照射等の公知の方法によって重合され、本発明の複合材
料が得られる。

〔効果〕

以上の説明より理解されるように、本発明の方法は、水
硬性セメントを予め水と混練することな（粉体の状態で
乾式成形することにより、極めて緻密な構造を有する成
形体が得られ、これに水を含浸し養生しても上記構造が
崩れないため、水硬性セメントの水和に必要な最少限の
水量に近い水量で、該水硬性セメントを硬化させること
ができる。さらに得られた該セメント硬化体にビニル系
重合体を複合させることＫより緻密でより高い機械的強
度を有する複合材料が得られる。

従って、従来の湿式法において問題となっていた余剰水
および水硬性セメントと水との混線により混入する空気
泡に起因するセメント硬化体中の粗大な空隙によって生
ずる強度低下を低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を更に具体的釦説明する丸め、実施例を示
すが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
。

なお、実施例および比較例における曲げ強度は５点曲げ
法によりスパンを７−０荷重速度な０−５　ａｍ７６０
秒として測定した値である。

また、圧縮強度は２×２−の載荷盤にて測定した値であ
る。さらに、乾燥収縮率は養生後、試料を温度３０℃、
湿度５０％の雰囲気下に７２時間放置して測定した値で
ある。

実施例１〜５ 普通ポルトランドセメント１００重量部に対して第１表
に示す割合でケイ酸カルシウム扮末（フローライ）Ｒ（
商品名）；徳山曹達■社製）を粉状成形助剤として混合
した後、金型プレス機忙より第１表に示す圧力で圧縮成
形を行なｈ　２　ｃｐｓ　Ｘ　２　ａｍ　Ｘ約８ｃＩＲ
の成形体を得た。次いで、この成形体に十分水を含浸さ
せた後、１８０℃、１０気圧の条件で６時間オートクレ
ーブ養生を行な一セメント硬化体を得た。さらに得られ
たセメント硬化体を８０℃で１２時間乾燥した後、アゾ
ビスイソブチロニトリル０．５重量％を含むメタクリル
酸メチル中に浸漬することによってメタクリル酸メチル
を飽和するまで含浸させ、８０℃で３０分重合を行って
複合材料を得た。得られた複合材料の曲げ強度を第１表
に示した。

第１表 実施例６〜８ 実施例１〜５で用いたメタクリル酸メチルＫかえて、第
２表に示したビニル系単量体を用いた以外は、実施例１
〜５と同様にして複合材料を得た。その曲げ強度を第２
表に示した。

第２表 実施例　９ 実施例１〜５における成形体のオートクレーブ養生を３
日間の水中養生に変えた以外は実施例１〜５と同様にし
て複合材料を得た。

得られた複合材料の曲げ強度を第６表に示し比較例 普通ポルトランドセメント１００重量部に対して水２０
重量部および高性能減水剤（マイティ１００（商品名）
；花王石鹸■社＃りを混練した後、２　ｅｎ＊　Ｘ　２
　ｔｖｍ　Ｘ　８凋の形状に成形し、１８０℃、１０気
圧の条件で６時間オートクレーブ養生を行ってセメント
硬化体を得た。得られたセメント硬化体を用いて実施例
１〜５と同様にして複合材料を得た。得られた複合材料
の曲げ強度は３７１　ｂｆ／ｃｄであった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）水硬性セメントおよび粉状成形助剤よりなる混合粉
   体を圧縮成形し、得られる成形体に水を含浸させて養生
   してセメント硬化体を得、次いで該セメント硬化体にビ
   ニル系単量体を含浸させた後に該ビニル系単量体の重合
   を行なうことを特徴とする複合材料の製造方法。