JPH0570204A

JPH0570204A - 繊維補強無機質体の製造方法

Info

Publication number: JPH0570204A
Application number: JP23808991A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takada; 貴高田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】【目的】成型時における補強用短繊維の折損を防止する
ことができて十分な補強効果を発現させることができる
ばかりか、低比重で、しかも、大型かつ複雑な形状のも
のでも容易に成型することができる、繊維補強無機質体
の製造方法を提供する。【構成】セメントと、このセメント１００重量部に対し
て、０．４〜４０重量部の、平均長１〜２０mmの炭素短
繊維と、２０〜５００重量部の水と、１〜１５０重量部
の、０．５〜５重量％の重合開始剤および３〜５０重量
％の乳化剤を含むスチレンとを含有するエマルジョンを
調製する工程と、このエマルジョンを射出成型する工程
と、得られた成型体を硬化および養生する工程とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、壁材、屋根材、床材
等の建築用資材や、パイプ、パネル、トラフ等の土木用
資材などとして好適な繊維補強無機質体を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルの外壁材、特に、高層ビルや超高層
ビルにおける外壁材には、いろいろなものが使用されて
いる。たとえば、セメントと鉄筋とを複合してなるＰＣ
カーテンウォール材は、表面にタイルや石材等を貼り付
けることで多彩なデザインを発現させることができるこ
とから多用されているが、重量が大きいという問題があ
り、その軽量化が大きな課題になっている。

【０００３】ところで、セメントを主成分とする、カー
テンウォール材をはじめとする各種の外壁材等を軽量化
する一方法として、比強度、比弾性率に優れる炭素繊維
を複合することで肉厚を薄くする方法があり、その製造
には、主として生産性が高いという理由で、セメントと
炭素短繊維とを含むスラリーを押出成型する方法が試み
られている。ところが、押出成型においては、成型体の
保型性を保持するうえでかなり高粘度のスラリーを使用
する必要があり、そのため、押出成型時に炭素短繊維に
強い剪断力が作用して短繊維が細かく折損し、十分に大
きな補強効果が得られなくなるという問題がある。炭素
繊維は抗折強度が極めて低く、脆いからである。これを
防止するために、特開昭６２−２１２２７２号公報は、
合成樹脂で固めた炭素短繊維束の使用を提案している
が、なお十分であるとはいえない。一方、特開平１−１
７６２５８号公報には、セメントと、合成繊維の短繊維
と、水と、重合開始剤および乳化剤を含む非水溶性ビニ
ルモノマーとを含有するエマルジョンを押出成型し、得
られた成型体を硬化、乾燥することによる繊維補強無機
質体の製造方法が記載されている。この従来の方法によ
れば、エマルジョンは、セメントと水とからなるスラリ
ーが非水溶性ビニルモノマー中でエマルジョンを形成す
るので、粘度が低く、流動性が高い。そのため、押出圧
力を低くでき、炭素繊維のように脆い繊維を使用する場
合でもその折損を抑制できる。しかしながら、粘度が低
いことから、成型体は形態保持性に劣り、大型のもの
や、複雑な形状のものや、大きな中空部を有する外壁材
等の成型は、極めて難しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の方法の上述した問題点を解決し、成型時における補
強用短繊維の折損を防止することができて高い補強効果
を発現させることができるばかりか、低比重で、しか
も、大型かつ複雑な形状のものでも容易に成型すること
ができる、繊維補強無機質体の製造方法を提供するにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、セメントを含む水硬性無機質物質と、
補強用短繊維と、水と、重合開始剤および乳化剤を含む
非水溶性ビニルモノマーとを含有するエマルジョンを調
製する工程と、このエマルジョンを射出成型する工程
と、得られた成型体を硬化および養生する工程とを含
む、繊維補強無機質体の製造方法を提供する。エマルジ
ョンは、好ましくは、セメントを含む水硬性無機質物質
と、この水硬性無機質物質１００重量部に対して、０．
４〜４０重量部の、平均長１〜２０mmの補強用短繊維
と、２０〜５００重量部の水と、１〜１５０重量部の、
０．５〜５重量％の重合開始剤および３〜５０重量％の
乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを含有する。補
強用短繊維として好ましいのは、炭素短繊維である。ま
た、非水溶性ビニルモノマーとしては、好ましくはスチ
レンを使用する。

【０００６】この発明においては、最初に、セメントを
含む水硬性無機質物質と、補強用短繊維と、水と、重合
開始剤および乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを
含有するエマルジョンを調製する。

【０００７】セメントは、無機質体の母材となるもの
で、ポルトランドセメント、アルミナセメント等の単味
セメントや、高炉セメント等の混合セメントや、膨脹セ
メント等の特殊セメントを使用することができる。なか
でも、膨脹セメントの一種である、ポルトランドセメン
トの主成分であるケイ酸カルシウムにアウイン、石膏、
高炉スラグを配合してなる無収縮セメント（たとえば、
秩父セメント株式会社製“チチブハイアキュラス”）
は、通常の蒸気養生によってもオートクレーブ養生によ
るのと同等の寸法安定性を得ることができるので好まし
い。

【０００８】水硬性無機質物質には、得られる無機質体
の比重をより一層低くするために、０．５〜５０重量％
の範囲で、ポリスチレンビーズ、ポリ塩化ビニリデンビ
ーズ、パーライト、シラスバルーン、ガラスバルーン等
の軽量骨材を配合することもできる。また、成型性をよ
り向上させるために、０．５〜３０重量％の範囲で、木
材パルプや、アクリル、芳香族ポリアミドのフィブリル
や、ワラストナイトや、エデナイトや、セピオライト
や、マイカや、タルクや、ベントナイト等の成形助剤を
配合することもできる。

【０００９】また、補強用短繊維は、補強材として作用
し、無機質体の物性を向上させる。そして、短繊維は、
アルカリに耐え、しかも、高強度、高弾性率補強繊維か
らなるものであるのが好ましく、補強繊維としては、炭
素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリエ
チレン繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、ビニロン繊
維等を使用することができる。なかでも、炭素短繊維、
たとえば、平均直径５〜１０μｍ、引張強度２５０kg／
mm²以上、引張弾性率１８，０００kg／mm²以上のポリ
アクリルニトリル系炭素繊維や、平均直径１０〜２０μ
ｍ、引張強度６０kg／mm²以上、引張弾性率３，１００
kg／mm²以上のピッチ系炭素繊維は、優れた補強効果が
得られるので好ましい。

【００１０】補強用短繊維は、細すぎると分散性が悪く
なり、また、太すぎるものは強度が低いので、０．１〜
７．０デニール程度のものであるのが好ましい。平均長
は、短すぎると補強効果が低くなり、長すぎると分散性
が悪くなって無機質体の均質性が低下するようになるの
で、１〜２０mmの範囲にするのが好ましい。より好まし
い範囲は、４〜１０mmである。

【００１１】一方、この発明においては、重合開始剤お
よび乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーを調製する。

【００１２】非水溶性ビニルモノマーとしては、スチレ
ンや、αメチルスチレンや、アクリル酸エステルや、メ
タクリル酸エステルや、アクリロニトリルや、ジビニル
ベンゼンや、アルキレングリコールのアクリル酸や、ア
ルキレングリコールのメタクリル酸エステルや、多価ア
ルコールのアクリル酸や、多価アルコールのメタクリル
酸等を使用することができる。これらは、常温下で液体
である。なかでも安価なスチレンが好ましい。

【００１３】また、重合開始剤としては、ラジカル発生
剤や、レドックス触媒、たとえば、ベンゾイルパーオキ
サイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエートを用いるこ
とができる。量は、少なすぎると非水溶性ビニルモノマ
ーの重合が遅くなって十分な硬化が進まないことがあ
り、また、多すぎると重合が速くなって製造時の安定性
が低くなるので、０．５〜５重量％の範囲にするのがよ
い。

【００１４】さらに、乳化剤としては、ＨＬＢ値（hydr
ophilic-lipophilic balance) が３〜６である非イオン
性界面活性剤、たとえば、ソルビタンセスキオレエー
ト、グリセロールモノステアレート、ソルビタンモノオ
レエート、ジエチレングリコールモノステアレート、ソ
ルビタンモノステアレート、ジグリセロールモノオレエ
ートや、アルキレングリコールの無水マレイン酸付加物
を使用することができる。なかでも、ソルビタンモノオ
レエートやジグリセロールモノオレエートが好ましい。
量は、少すぎるとエマルジョンの安定性が低くなり、ま
た、多すぎるとビニルモノマーの重合時の収縮が大きく
なるので、３〜５０重量％の範囲にするのが好ましい。

【００１５】非水溶性ビニルモノマーには、得られる無
機質体の強度や耐熱性を向上させる目的で、ジビニル化
合物やトリビニル化合物からなる架橋剤、たとえば、多
価アルコールのジメタクリレート、エチレングリコール
ジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタク
リレートを配合しておくのも好ましい。

【００１６】さて、セメントを含む水硬性無機質物質
と、補強用短繊維と、水と、重合開始剤および乳化剤を
含む非水溶性ビニルモノマーとを含有するエマルジョン
の調製は、次のようにして行うのが好ましい。

【００１７】すなわち、セメントを含む水硬性無機質物
質１００重量部に対して、補強用短繊維を０．４〜４０
重量部、水を２０〜５００重量部、重合開始剤および乳
化剤を含む非水溶性ビニルモノマーを１〜１５０重量部
加え、ミキサーやニーダー等を使用してよく撹拌、混合
し、エマルジョンを得る。もっとも、短繊維は、得られ
たエマルジョンに加えることであってもよく、他の原
料、たとえば非水溶性ビニルモノマーにあらかじめ加え
ておくことであってもよい。また、水硬性無機質物質
と、短繊維と、水との混合物をあらかじめ調製してお
き、これと非水溶性ビニルモノマーとを混合するように
してもよい。この発明においては、混合操作の順序は重
要ではない。

【００１８】この撹拌、混合操作において、補強用短繊
維は、上述したように、水硬性無機質物質１００重量部
に対して０．４〜４０重量部の範囲になるようにするの
が好ましい。０．４重量部未満では補強効果が低くな
り、また、４０重量部を超えると分散性が低下して無機
質体の均質性が低下するようになる。より好ましい範囲
は、０．５〜２０重量部である。

【００１９】また、水は２０〜５００重量部の範囲にす
るのが好ましい。２０重量部よりも少いと、エマルジョ
ンの粘度が高くなって押出圧力が上昇し、また、５００
重量部よりも多いと、得られる無機質体は、軽量化は進
むものの強度が低くなる。より好ましい範囲は、３０〜
２００重量部である。

【００２０】さらに、重合開始剤および乳化剤を含む非
水溶性ビニルモノマーは、水硬性無機質物質１００重量
部に対して１〜１５０重量部の範囲にするのが好まし
い。１重量部よりも少いとエマルジョンの安定性が低く
なり、１５０重量部よりも多いと無機質体の強度や寸法
安定性が低下するようになる。より好ましい範囲は、２
〜６０重量部である。

【００２１】この発明においては、次に上述したエマル
ジョンを、エクストルダーやプランジャーを使用して射
出成型する。この成型は、エマルジョンを、所望の形状
のキャビティを有する密閉された型枠に注入することに
よって行う。この注入操作は、上述したエマルジョンを
使用するおかげで、低い圧力で行うことができ、補強用
短繊維を折損することなく極めて容易に行うことができ
る。

【００２２】ここで、密閉された型枠とは、型枠内やエ
マルジョン中の空気を抜くことができる程度の密閉性を
有するものということができる。成型性を損わないので
あれば、注入したエマルジョンが少量漏れ出る程度の密
閉性でも構わない。また、型枠は、注入されるエマルジ
ョンによる圧力に耐え、かつ、エマルジョンに対して化
学的に安定であればよく、たとえば、金属製、木材製、
プラスチックス製、石膏製、セメント製の型枠を使用す
ることができる。さらに、型枠は、成型体を取り出すこ
とができるように開閉可能なものであってもよいし、型
枠と成型体とをそのまま一体として使用する、いわゆる
永久型枠であってもよい。永久型枠を使用すると、成型
体を脱型する手間が省けるし、成型体とは異なる意匠を
付与したものを使用すれば意匠性も向上する。なお、型
枠には、無機質体に補強効果を与える目的で、あらかじ
め、上述した補強繊維からなる織物や不織布等を敷設す
るなどしておいてもよい。

【００２３】この発明においては、次に、得られた成型
体を硬化および養生して強度と寸法安定性を向上させ
る。この硬化および養生は、型枠内にある成型体につい
て行ってよい。また、型枠内である程度硬化および養生
を進めてから脱型し、さらに養生してもよい。硬化およ
び養生は、１００℃以下の水蒸気下でビニルモノマーの
重合と水硬性無機質物質の水和反応を同時に行うことで
あってもよいし、これに引き続いて１００〜１８０℃の
水蒸気下で３〜１５時間オートクレーブ養生することで
あってもよい。オートクレーブ養生を行うと、得られる
無機質体の強度や寸法安定性がさらに向上するようにな
る。かくして、セメントを主成分とする繊維補強無機質
体が得られる。

【００２４】

【実施例】水硬性無機質物質たるポルトランドセメント
と、このポルトランドセメント１００重量部に対して、
３８重量部の水と、１重量％の、重合開始剤たるｔ−ブ
チルパホオキシベンゾエート、３３重量％の、乳化剤た
るソルビタンモノオレエート、および、架橋剤たる、７
重量％のトリメチロールプロパントリメタクレートを含
むスチレンモノマー１０重量部とをニーダーで撹拌、混
合した後、これに、繊度が１．０デニール（直径：９μ
ｍ）、引張強度が２８０kg／mm²、引張弾性率が１９，
０００kg／mm²で、平均長が６mmのポリアクリルニトリ
ル系炭素短繊維をポルトランドセメント１００重量部に
対して１．０重量部になるように加え、同様にニーダー
で撹拌、混合し、エマルジョンを得た。

【００２５】次に、上記エマルジョンを、エクストルー
ダーを用いて、角筒形のキャビティを有する型枠に注入
した。このときの圧力は、１．５kg／cm²であった。

【００２６】次に、上記型枠を、成型体ごと湿潤状態下
に２４時間放置し、さらに７０℃のスチーム中に２０時
間放置して硬化および養生をした後、脱型して、肉厚が
１０mmの角筒状の中空無機質体を得た。

【００２７】かくして得られた中空無機質体は、比重が
１．４０で、３点曲げ試験法による曲げ強度は２５０kg
／cm²であった。

【００２８】

【発明の効果】この発明は、セメントを含む水硬性無機
質物質と、補強用短繊維と、水と、重合開始剤および乳
化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを含有するエマル
ジョンを射出成型し、得られた成形体を硬化および養生
するので、注入時の圧力を低くでき、短繊維の折損を抑
制しつつ、低比重で、しかも、大型かつ複雑な形状の無
機質体でも容易に製造することができる。また、短繊維
の折損を防止できるので高強度の無機質体を得ることが
できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 16:06 Ａ 2102−4Ｇ）Ｅ 2102−4Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントを含む水硬性無機質物質と、補強
用短繊維と、水と、重合開始剤および乳化剤を含む非水
溶性ビニルモノマーとを含有するエマルジョンを調製す
る工程と、このエマルジョンを射出成型する工程と、得
られた成型体を硬化および養生する工程とを含む、繊維
補強無機質体の製造方法。
【請求項２】セメントを含む水硬性無機質物質と、この
水硬性無機質物質１００重量部に対して、０．４〜４０
重量部の、平均長１〜２０mmの補強用短繊維と、２０〜
５００重量部の水と、１〜１５０重量部の、０．５〜５
重量％の重合開始剤および３〜５０重量％の乳化剤を含
む非水溶性ビニルモノマーとを含有するエマルジョンを
調製する工程と、このエマルジョンを射出成型する工程
と、得られた成型体を硬化および養生する工程とを含
む、繊維補強無機質体の製造方法。
【請求項３】短繊維が炭素短繊維である、請求項１また
は２の、繊維補強無機質体の製造方法。
【請求項４】非水溶性ビニルモノマーがスチレンであ
る、請求項１または２の、繊維補強無機質体の製造方
法。