JP2587306B2

JP2587306B2 - 繊維補強複合材料

Info

Publication number: JP2587306B2
Application number: JP7189090A
Authority: JP
Inventors: 夏樹久保
Original assignee: Nozawa Corp
Current assignee: Nozawa Corp
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPH03275544A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、繊維によって補強された、水硬性材料の硬
化体からなる複合材料およびその成形物に関し、特にオ
ートクレーブ養生可能で、耐候性に優れた繊維補強複合
材料に関する。

〔従来の技術〕

ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシ
ュセメント等の各種セメント類、石膏、スラグ石膏、珪
酸カルシウム等の水硬性材料に補強繊維として、スチー
ルファイバー、アモルファス金属繊維等の金属繊維、ガ
ラス繊維、炭素繊維、ロックウール、アスベスト等の無
機繊維、又はポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポ
リビニルアルコール繊維、ポリアクリル繊維等の有機繊
維を単独で、あるいは併用して含有させたものを水で硬
化させて得られる複合材料は、壁材、屋根材、各種パイ
プ、柱、床材等の成形物をつくるために、建築あるいは
土木分野などで盛んに利用されている。また、加工性の
改善、軽量化を目的として繊維として植物繊維を含有す
る複合材料も良く知られている。

しかしながら、従来の金属繊維を用いる場合、スチー
ルファイバーのような鉄系金属繊維では錆の発生が問題
であり、アモルファス金属繊維は著しく高価である。ま
た、アスベストについては近年発癌性が指摘されたた
め、その使用は環境衛生上から問題となっており、ガラ
ス繊維、ロックウールについては、セメントのアルカリ
アタックによる浸食を受け、耐久性に問題がある。炭素
繊維については、分散性やセメントとの付着性に問題が
ある。ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリビニ
ルアルコール繊維、ポリアクリル繊維等の有機繊維につ
いては、耐熱性が不十分であり、オートクレーブ養生が
不可能である。

一方、植物繊維については、安価ではあるが、吸湿性
があり、繊維の大きさが水分含有率と共に変化し、長時
間水に浸されると繊維がふやけ、また約100〜120℃以上
の熱に耐えられないという欠点があり（D.J.ハナント著
「繊維コンクリート」第162頁）、得られる複合材料は
吸水による寸法変化率が大きく、外装材として用いた場
合、吸水、乾燥の繰り返しによるクラックが発生しやす
く耐久性に心配もあった。また、植物繊維は可燃性であ
るため、それを含む複合材料から構成される成形物の不
燃性が損なわれたりする問題もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述のような各種補強繊維の欠点を除き、
植物繊維を利用しながら、強度向上、加工向上、軽量化
と共に耐久性も兼ね備え、かつオートクレーブ養生可能
な複合材料を得るようにしたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、水硬性材料に水不溶性無機化合物を下記
（イ）又は（ロ）の方向により植物繊維内部および表面
に定着させた改質植物繊維を全体の0.5〜30wt％含有さ
せたものを水で硬化させたものであることを特徴とする
繊維補強複合材料、（イ）水不溶性無機化合物のゾル分散液（超微粒子分散
液）を植物繊維に含浸させる方法、（ロ）二酸化炭素と反応して水不溶性無機化合物を生じ
る化合物の水溶液を植物繊維に含浸した後、その含浸植
物繊維を二酸化炭素雰囲気中に置く方法、およびそれからなる成形物によって、上記の課題を解決
した。

なお、上記の改質植物繊維の含有量は、他の配合材
料、添加材を含めた全体の量に対するものであり、複合
材料中の含有量に相当する。

本発明で用いる改質植物繊維とは、上記（イ）又は
（ロ）の方法により植物繊維の繊維組織内部及び表面に
不溶性無機化合物を定着させたものである。その不溶性
無機化合物を定着させる量は、絶乾植物繊維100重量部
に対し10重量部以上であることが好ましい。その定着量
が多いほど耐久性は増すが、加工性、軽量化などの利点
が減少する場合があるので、絶乾植物繊維100重量部に
対し200重量部以上としない方が好ましい。その定着量
が10重量部以下とすると耐久性が小さくなる。

改質植物繊維に用いる植物繊維としては、周知の植物
繊維がいずれも用いられ、綿、麻、パルプなどが好まし
く用いられるが、完全に分離した繊維状態である必要は
なく、木毛、木粉、木片（チップ）の形態でも使用する
ことができる。

本発明で使用する水不溶性無機化合物は、上記（イ）
又は（ロ）の方法により定着できるもので、実質的に水
に不溶性であればいずれをも用いることができて、その
種類は特に限定されないが、次のような種類のものを用
いることができる。

リン酸金属塩:Ba₃（PO₄）₂,CaHPO₄,Al（H₂PO₄）_３金属水酸化物:Ca（OH）₂,Al（OH）₃,Fe（OH）_２炭酸金属塩:CaCO₃,Al₂（CO₃）_２ホウ酸金属塩:BaHBO₃ 硫酸金属塩:CaSO₄,BaSO₄ アパタイト:M₁₀（ZO₄）₆X₂ M:1〜３価イオン、Ca,Pb,Cd,Sr,Ni,Al,Na,K,Ba等 Z:3〜７価イオン、P,Al,As,Cr,Si,C,S等 X:0〜３価イオン、OH,F,Cl,Br,I,O,CO₃,H₂O等エトリンガイド:3CaO・Al₂O₃・3CaSO₄・nH₂O ｎ＝28〜32 無機超微粒子:SiO₂,CaCO₃,Al₂O₃,TiO₂等（粒径0.1μｍ以下）これらの中、CaHPO₄,Al（OH）₃,CaCO₃,アパタイト、
エトリンガイド、二酸化ケイ素などが好ましく用いられ
る。

また、水不溶性無機化合物を植物繊維内部及び表面に
定着させる方法としては、下記の方法による。

（イ）水不溶性無機化合物のゾル分散液（超微粒子）を
植物繊維中に含浸させる方法。

（ロ）二酸化炭素と反応して水不溶性無機化合物を生じ
る化合物の水溶液を植物繊維に含浸した後、その含浸植
物繊維を二酸化炭素雰囲気中に置く方法。

このような反応による定着の例を次に挙げる。

炭酸金属塩シリカ SiO₂超微粒子（粒径0.1μｍ以下）分散液→植物繊維中
に含浸このような無機化合物水溶液の植物繊維への定着にさ
いしては、膨潤剤、寸法安定化剤等の添加剤を必要に応
じて使用することができる。

本発明において使用する水硬性材料としては、従来か
ら水硬性材料として使用されてきたものがいずれも使用
することができ、例えば、ポルトランドセメント、高炉
セメント、フライアッシュセメント、アルミナセメント
等の各種セメント類、石膏、スラグ石膏、珪酸カルシウ
ム等を使用することができる。

この水硬性材料に、前記の水不溶性無機化合物を上記
（イ）又は（ロ）の方法により繊維内部および表面に定
着させた改質植物繊維を全体の0.5〜30wt％含有させた
ものを水で硬化させると、本発明の繊維補強複合材料が
得られる。

なお、この複合材料には、配合材料として、前記の改
質植物繊維以外の各種補強繊維、各種骨材、充填材、AE
剤、減水剤、分散剤等の添加剤を必要に応じて含有させ
ることができる。これらは硬化させる前に水硬性材料と
改質植物繊維との混合物に加えておく。

その繊維補強複合材料をつくるに当り、水により硬化
させるさいに板状等の所望の形状に変形しておくと、そ
の複合材料からなる成形物が得られる。すなわち、水硬
性材料と改質植物繊維、あるいはさらに上記の配号材料
との混合物に水を加えて混練したものを所望の形状に成
形し、硬化させることにより、その複合材料からなる成
形物を得ることができる。

この成形物は種々の形状を取ることができ、板状、柱
状、パイプ状、あるいはその他の形状を取りうるから、
壁材、屋根材、柱、床材、各種パイプなどとすることが
でき、建築、土木等の広い分野に使用することができ
る。

成形手段としては、各種の方法を取ることができ、押
し出し、流し込み、プレス、その方法によることができ
る。

その成形により得られた成形体を硬化させるに当って
は、養生を行うが、その養生の手段としてはオートクレ
ーブ養生、高温湿空養生、自然養生のいずれの方法をも
採用してもよい。

特に、補強繊維として有機繊維を用いた場合には前述
のようにオートクレーブ養生をすることができないが、
本発明の複合材料を製造する場合には、改質植物繊維を
用いているために、短時間に処理でき、かつ最大の強度
に到達させることができるという利点を有するオートク
レーブ養生を行うことができる。

〔作用〕

従来のように、水硬性材料に通常の植物繊維を軽量
化、加工性向上を目的として添加し、水により硬化させ
て得た複合材料では、元来植物繊維は繊維の大きさが水
分含有率と共に変化し、長時間水に浸されると繊維がふ
やけるように、水に弱いものであり、また植物繊維が可
燃性であるところから、耐熱性、耐火性に劣る材料であ
り、更に弾性係数が低いことから、セメントマトリック
ス等の高弾性係数の材料の強度向上には寄与しない。

本発明においては、上記（イ）又は（ロ）の方法によ
り予め水不溶性無機化合物を植物繊維の内部及び表面に
定着させた改質植物繊維を用いることにより、その改質
された植物繊維はバルキング効果により耐水性が向上
し、吸水による寸法変化が小さくなり、得られた複合材
料の耐久性を損なうことがない。そして、それから得ら
れた成形物の寸法変化率や耐久性を損なうことがない。
また、改質植物繊維の弾性係数が高くなるためか、成形
物の曲げ強度向上をもたらすこともできる。

なお、植物繊維への水不溶性無機化合物の定着が、植
物繊維（絶乾）100重量部に対し10重量部以下では植物
繊維が十分に改質されておらず、得られた複合材料の寸
法変化率に悪影響を及ぼす場合があるため、前記無機化
合物を10重量部以上定着させることが好ましい。

また、本発明の複合材料では、補強効果を発揮させる
ためには改質植物繊維を少なくとも0.5wt％添加するこ
とが必要であり、また30wt％より多くなると逆に強度低
下をもたらすためである。

この改質植物繊維は、水不溶性無機化合物が定着して
いるため、通常の植物繊維や前記のポリプロピレン繊維
のような有機繊維類のようなオートクレーブ養生による
劣化を起こすことが少なく、複合材料からなる成形物の
養生にオートクレーブ養生を採用することができる。

〔発明の効果〕

本発明の繊維補強複合材料は、強度、特に曲げ強度が
向上し、加工性が増し、耐久性が増し、軽量化された製
品を作るのに用いることができ、特に成形後にオートク
レーブ養生することができ、その養生によって強度が低
下することがない。さらに、本発明の複合材料は、改質
植物繊維を用いており、これは加熱によって補強強度が
皆無となることがないから、耐火性にも優れている。

また、本発明の成形物は、強度が高く、加工性が良好
で、軽量化されており、クラックの入り方が少なく耐久
性に富み、オートクレーブ養生をしてつくることができ
るので、生産性に優れている。さらに、耐火性に優れて
いるので、商品位の石膏ボード板やスレート板などを得
ることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水硬性材料に、水不溶性無機化合物を下記
（イ）又は（ロ）の方法により植物繊維内部および表面
に定着させた改良植物繊維を全体の0.5〜30wt％含有さ
せたものを水で硬化させたものであることを特徴とする
繊維補強複合材料。（イ）水不溶性無機化合物のゾル分散液（超微粒子分散
液）を植物繊維に含浸させる方法、（ロ）二酸化炭素と反応して水不溶性無機化合物を生じ
る化合物の水溶液を植物繊維に含浸した後、その含浸植
物繊維を二酸化炭素雰囲気中に置く方法。