(57)【要約】本発明は、脆い母材料を強化および補強する分野に関し、より具体的には、コンクリート、セメント、および他のセメント製品などの母材料の靭性を増強する、延伸フィルムから作製された構造用繊維に関する。
2005502577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１２７マイクロメータ（５ミル）より大きく１：１．１〜１：７５の横アスペクト比（厚さ対幅）および１０００ｋｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）以上の引張弾性率を有する、不連続な延伸半結晶質ポリマー繊維を含むセメント複合材。
【請求項２】
２５４マイクロメータ（１０ミル）以上の厚さを有する、請求項１に記載の繊維。
【請求項３】
５０８マイクロメータ（２０ミル）以上の厚さを有する、請求項１に記載の繊維。
【請求項４】
厚さが５〜５０ミル、幅が７．５〜３００ミルである、請求項１に記載の繊維。
【請求項５】
前記横アスペクト比が１：１．５〜１：５である、請求項１に記載の繊維。
【請求項６】
前記ポリマーが、半結晶質の溶融加工可能なポリマーおよびコポリマーおよびそれらのブレンドである、請求項１に記載の繊維。
【請求項７】
前記ポリマーが、高密度および低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリ（メチルペンテン）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ポリ（ビニリデンフルオリド）、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６，１２、ポリ（ビニルアルコール）、ポリブテン、またはそれらのコポリマーもしくはブレンドからなる群から選択される、請求項１に記載の繊維。
【請求項８】
前記ポリマーが、高密度ポリエチレン、ポリプロピレンからなる群から選択され、前記ポリマーの分子量が、約５，０００〜５００，０００である、請求項４に記載の繊維。
【請求項９】
前記ポリマーブレンドが、ポリプロピレンとポリスチレン、およびポリプロピレンとポリエチレンからなる群から選択される、請求項５に記載の繊維。
【請求項１０】
前記フィルムが、少なくとも１０：１に延伸される、請求項１に記載の繊維。
【請求項１１】
前記ポリマーが、少なくとも２０：１に延伸される、請求項１に記載の繊維。
【請求項１２】
１５００ｋｐｓｉ以上の弾性率を有する、請求項１に記載の繊維。
【請求項１３】
０℃より高いガラス転移温度を有さない、請求項１に記載の繊維。
【請求項１４】
−２５℃より高いガラス転移温度を有さない、請求項１１に記載の繊維。
【請求項１５】
パターン化または造形される、請求項１に記載の繊維。
【請求項１６】
局所的または付加的な湿潤剤を更に含む、請求項１に記載の繊維。
【請求項１７】
少なくとも一方の主面上にミクロフィブリル化表面を有する、請求項１に記載の繊維。
【請求項１８】
前記繊維の少なくとも一方の表面がエンボス表面である、請求項１３に記載の繊維。
【請求項１９】
１０００マイクロメータ2〜１，５００，０００マイクロメータ2の断面積を有する、請求項１に記載の繊維。
【請求項２０】
０．５〜１０ｃｍの長さを有する、請求項１に記載の繊維。
【請求項２１】
０．１〜７重量％の付加された繊維を含む、請求項１に記載の複合材。
【請求項２２】
前記繊維が、
ａ）溶融加工可能なポリマーのキャストフィルムを押出す工程と、
ｂ）前記キャストフィルムを延伸する工程と、
ｃ）前記カレンダードフィルムを予め選択された幅のリボンにスリットする工程と、
前記繊維を予め選択された長さに切断する工程と、
によって作製される、請求項１に記載の複合物品。
【請求項２３】
押出フィルムが、８０℃以上の温度でキャストロール上にキャストされる、請求項１９に記載の複合物品。
【請求項２４】
前記物品が、予め選択された形状にキャストされる、請求項１に記載の複合物品。
【請求項２５】
前記繊維が、延伸する前にカレンダー加工される、請求項１９に記載の複合物品。
【請求項２６】
前記繊維が、５０，０００〜３５０，０００の重量平均分子量を有し、−３０℃より高いガラス転移温度を有さず、５％以下の破断点伸び、５０，０００ｐｓｉ（≧３４５Ｍｐａ）以上の引張強度および１６５〜１８０℃の融点を有する高延伸アイソタクチックポリプロピレンを含む、請求項１に記載の複合物品。
【請求項２７】
前記繊維が、１０％以下の破断点伸びを有する、請求項１に記載の複合物品。
【請求項２８】
湿潤した未硬化セメント母材を、厚さが１２７マイクロメータ（５ミル）より大きく１：１．１〜１：７５の横アスペクト比（厚さ対幅）および１０００ｋｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）以上の引張弾性率の延伸半結晶質ポリマー繊維と混合する工程と、前記セメント母材を水硬させる工程と、を含む補強セメント物品の製造方法。
【請求項２９】
前記繊維が０．１〜７重量％で添加される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記セメント母材が、コンクリート、セメント、またはモルタルである、請求項２８に記載の補強母材。
【請求項３１】
前記繊維が、少なくとも一方の表面をミクロフィブリル化される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記繊維の束が前記セメントの塊中に混合され、混合する間、剪断下で分散される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
複数の前記繊維が、それらの中心軸をほぼ整列して束ねられる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
複数の前記繊維が、湿潤剤によって束ね合わされる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記繊維が造形またはパターン化される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記繊維が、２つの非加熱テクスチャー化カレンダーロール間でフィルムを圧縮することによって造形される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記繊維が、切断する前にクリンプされる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記繊維が、少なくとも一方の主面上にエンボスされたパターンを有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記繊維が、０℃より高いガラス転移温度を有さない、請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記繊維が、−２５℃より高いガラス転移温度を有さない、請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記繊維が、その少なくとも一方の主面上にミクロフィブリル化表面を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項４２】
両方の主面が剪断されるように前記繊維がカレンダー加工される、請求項２５に記載の複合物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆い母材料を強化および補強する分野に関し、より具体的には、コンクリート、セメント、および他のセメント製品などの母材料の靭性を増強する、延伸フィルムから作製された構造用繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは、低い引張強度および破壊靱性を示す脆い材料であるが、引張応力が本質的に弱いからではなく、それを弱める亀裂を有するからである。容易に亀裂が引張応力下、コンクリート中で核形成して成長するため、コンクリートを補強または強化して構造体の寿命を改善することが必要である。
【０００３】
母材の体積の全体にわたって、不規則に分散された繊維を添加することによってコンクリートを補強する方法が周知である。コンクリートを補強するために用いられる繊維材料の多くの異なったタイプには、「現代のプラスチック（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）」（１９６５年４月、ｐｐ．１５６〜１５９ページ）のＳ．ゴールドフェイン（Ｓ．Ｇｏｌｄｆｅｉｎ）著、「ポルトランドセメント用の繊維補強材（Ｆｉｂｒｏｕｓ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｐｏｒｔｌａｎｄ  Ｃｅｍｅｎｔ）」に記載されているように、鋼、ガラスの他、ナイロン、ポリプロピレン、およびポリエチレンなどの有機繊維がある。
【０００４】
繊維の寸法および濃度に依存して、補強の２つのタイプが、繊維補強コンクリート試料において得られる。体積分率パーセンテージにおいてコンクリート母材中に分散された非常に微細な繊維は、固化した時にコンクリートの収縮が原因となる小さな亀裂の誘導および成長を抑えるのに有効である。鋼またはガラスなど、より大きな構造用繊維は、最終的な不良を起こす大きな亀裂の伝播を抑制する。
【０００５】
構造用繊維がコンクリート試料を最も有効に強化するためには、以下のことが重要である。すなわち、繊維が十分な体積パーセンテージで添加され、繊維がコンクリート母材中に十分に分散され、繊維がコンクリート母材に十分に結合され、繊維は亀裂をブリッジするのに十分に長い。不規則に延伸された繊維でコンクリート母材を強化するために、繊維が高い引張性質を有することが有利である。これらの理由のために、非常に強く且つ剛性の鋼繊維が、構造用コンクリート繊維市場を独占している。ストレートか、またはクリンプされたこれらの繊維は、亀裂が形成された後、コンクリートの残留強度を著しく改善することが示された。しかしながら、コストおよび長い時間にわたっての繊維の酸化など、金属繊維を使用するいろいろな制限条件がある。
【０００６】
合成繊維もまた、コンクリートを強化することが示された。しかしながら、コンクリート中で高弾性率の合成繊維を使用する場合の１つの問題は、高弾性率の繊維が一般的に非常に細かいということである。残念なことに、コンクリート中で構造用繊維として大きな表面積を有するこれらの微細繊維の使用には、主な問題点が２つある。第一に、微細繊維は、０．１体積パーセントより大きな濃度の実際的設定においてコンクリート中に分散させることが難しい。微細繊維の高アスペクト比のために、それらが、体積分率のパーセンテージより大きい配合量で添加された時に均一に分散するのではなく、コンクリート母材中で凝集する傾向がある。コンクリートを構造的に補強するのに十分に高い濃度で微細繊維を用いる場合の第二の問題は、微細繊維が非常に高価であるということである。
【０００７】
コストの制限条件にもかかわらず、コンクリート中の微細繊維の分散を改善する様々な試みが開示されている。それは、これらの微細繊維束をコンクリート母材中に分散することを記載しているが、混合プロセスにおいて特定の時間の経過後、単一繊維が束から分散すると言われている。
【０００８】
特許（欧州特許第０，４８８，５７７号、Ｂ１）は湿潤剤を利用し、（米国特許第５，９９３，５３７号明細書）には、無機結合剤を使用して、微細繊維を束ねると共にセメント混合プロセスにおいて破壊し、したがって微細繊維を均一に分散させることが開示されている。（米国特許第４，５２４，１０１号明細書）は、圧縮ニップロールを利用して単一フィラメントを変形し、ゆるく付着するフィラメント束を形成する。その束がコンクリート中に分散され、コンクリートと混合する間に束がばらばらに壊れる時に単一フィラメントが分散される。
【０００９】
米国特許第６，１９７，４２３Ｂ１号明細書には、２つのニップロール間に通され、それによって扁平になり、ミクロ変形を生じる繊維が開示されている。コンクリート中に混合される時に繊維の若干の部分がフィブリル化し、大きな繊維から分離し、それによって亀裂発生を防ぐ小繊維を提供することができる。
【００１０】
微細繊維を束ねてコンクリート母材中により容易に分散させる別の形は、薄フィルムを相互接続繊維の束またはネットにフィブリル化することである。フィブリル化プラスチックフィラメントをセメントモルタルまたはコンクリートに添加することが、米国特許第３，５９１，３９５号明細書に開示されている。多数の特許が、コンクリートを補強するために用いられた様々なフィブリル化フィルムが開示されている（米国特許第３，５９１，３９５号明細書）、（英国特許第２，０３４，２４３Ａ号明細書）、（英国特許第１，６０５，００４号明細書）、（欧州特許第０，０２６，５８１号明細書）、（米国特許第４，４１４，０３０号明細書）、（米国特許第５，３３０，８２７号明細書）、（米国特許第５，４５６，７５２号明細書）、（米国特許第５，６２８，８２２号明細書）、（英国特許第１，１３０，６１２号明細書）。これらすべてのフィブリル化フィルムが、相互接続繊維の不連続な群の形を取る。これらの特許の各々において、フィルムは、移動フィルムと接触している針または歯などの切断要素を有する回転ドラムまたはローラを用いてフィブリル化される。それぞれの結果は、コンクリートと混合する間に単一繊維にばらばらに分離することを意図される相互接続繊維から作製されたフィブリル化フィルムである。
【００１１】
相互接続繊維から作製されたフィブリル化フィルムの使用における問題は、単一繊維がセメントと混合する間にばらばらに分離しない場合があり、繊維の完全な分散が達成されないということである。フィルムから取り入れられた繊維が単一繊維に分離してコンクリート母材中に分散することを確実にするために、米国特許第４，２６１，７５４号明細書には、コンクリート中に混合する前に、フィルムを単一繊維に完全にフィブリル化する利点が開示されている。
【００１２】
微細繊維と同様に、比較的大きな繊維を多量にコンクリート中に添加することは、コンクリート母材中の繊維の分散を制限する。又、これらの繊維をコンクリート母材中に均一に分散させる方法も開発された（米国特許第３，７１６，３８６号明細書）、（Ｗ．Ｏ．特許第００／４９２１１号明細書）、（米国特許第５，８０７，４５８号明細書）、および（米国特許第５，９８５，４４９号明細書）。繊維を７重量％まで、またはそれ以上をコンクリート母材中に分散させる特に有用な方法の１つは、十分な時間の経過後にコンクリート母材中の繊維を遊離して束の各々を十分に分散させる低アスペクト比の束ラップの使用による（米国特許第５，８０７，４５８号明細書）。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１つの態様において、本発明は、従来技術の補強複合材と比較したとき、増大した破壊靱性、減少した亀裂伝播を有する繊維補強セメント物品を提供する。別の態様において、本発明は、セメント母材中の分散された繊維のために減少した脆性を有する繊維強化セメント物品を提供する。別の態様において、セメント母材中に不規則に分散された繊維のために等方性機械的性質を有するセメント物品が、提供される。
【００１４】
簡潔にいえば、本発明は、１２７マイクロメータ（５ミル）より大きい厚さ、１：１．１〜１：７５の横アスペクト比（厚さ対幅）の、不連続な延伸ポリマー繊維を含むセメント複合材を目的としている。前記繊維は、脆いセメント母材に構造補強を提供する、少なくとも１０００Ｋｐｓｉ（〜６８９５ＭＰａ）、好ましくは少なくとも１５００Ｋｐｓｉ（１０３４２ＭＰａ）の弾性率を有する。本発明において用いられた、比較的大きな繊維はセメント母材中に比較的容易に分散することがわかっており、先行技術で用いられた、比較的小さな繊維より「引き抜き（ｐｕｌｌ−ｏｕｔ）」にくい。更に、この繊維は、より大きな引張強度および引張弾性率を有する。不連続な（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）、という語によって、繊維が単体であって、ネットまたはウェブの形のように、他の繊維と相互接続されないことを意味する。不連続な剛性繊維は、セメント母材中により良好に分散させることを可能にし、相互接続繊維よりも不規則な延伸を可能にする。
【００１５】
本発明はまた、高引張強度を有する比較的大きな繊維を作製する場合の問題点を克服する。円形の断面および高延伸微細繊維に比べて低い引張性質を有する、ほとんどの大きな合成繊維が押出される。これらの制限条件は、繊維を円形のオリフィスを通して押出す方法、および繊維が高度に延伸される時の直径の低減から生じる。例えば、１５ミル（３８１マイクロメータ）より大きな直径を有する、少なくとも１０：１に延伸された剛性構造用繊維を製造するために、初期繊維は、少なくとも４８ミル（１２１９マイクロメータ）の直径で押出される必要がある。この寸法の多数の繊維を同時に作製することは、法外に大きな繊維ダイを必要とする。
【００１６】
繊維の高い延伸度および高引張性質は、繊維が更に伸びて「ネッキングする」傾向を低減させ、繊維は、引張応力がかかる時に断面積の相当な縮みを示す。かかる縮みは、繊維と母材との間の脱接着につながり、望ましくなく、繊維が、母材との接触から収縮する。本発明で用いられた繊維は概して、約１０％より小さい破断点伸びを有するため、ネッキングが最小になり、「引抜き」の度合が本質的に低減される。更に、大きな寸法、引張強度、および小さな伸びのために、繊維は、コンクリート母材への応力を繊維の長さにわたって散逸させ、母材中に生じる破断および亀裂が繊維によってブリッジされ、その素材を無損傷のままにすることが可能な場合がある。従って硬化セメント母材は、亀裂を生じても、応力および負荷に耐え続ける。
【００１７】
必要ならば、繊維が、クリンピング、または繊維の１つ以上の主面に適用されたパターンによって造形されてもよい。かかる造形またはパターン化が、繊維とセメント母材との間の接着を改善する場合がある。１つの実施態様において、ミクロフィブリル化表面を繊維の１つ以上の表面に付与して、顕微鏡的繊維またはミクロ繊維（平均の断面が１０マイクロメータ以下）の表面を有する大きな繊維を製造することができる。
【００１８】
必要ではないが、セメント複合材が、多量の比較的小さな繊維を更に含んでもよい。かかる繊維は、セメント組成物が硬化する時に起こる微小亀裂の伝播を抑えるのに有効である。必要ならば、このような比較的小さな繊維は、７０ミクロン以下の公称径、．６３〜２ｃｍの長さを有してもよく、何れの断面形状であってもよい。好ましくはかかる繊維は、使用時に延伸される。典型的にはかかる繊維は、０．１〜１．０体積パーセントの量で用いられる。有用な小繊維は、例えば、米国特許第３，５９１，３９５号明細書、英国特許第２，０３４，２４３Ａ号明細書、英国特許第１，６０５，００４号明細書、欧州特許第０，０２６，５８１号明細書、米国特許第４，４１４，０３０号明細書、米国特許第５，３３０，８２７号明細書、米国特許第５，４５６，７５２号明細書、米国特許第５，６２８，８２２号明細書、英国特許第１，１３０，６１２号明細書に記載されている。
【００１９】
有利には、この発明に用いられた繊維は、未硬化セメント母材中に容易に分散され、相対的に高い体積パーセントで添加されてもよく、母材との結合を促進する高い表面積を有し、硬化した複合材に高い曲げ強さを提供し、相対的に低コストの容易に入手できる出発原料から作製することができる。更に、前記繊維を速い生産速度で作製することができ、産業的な方法として適しており、容易に入手できるポリマーを使用することができる。
【００２０】
キャストまたは成形物品をセメント組成物から作製する様々な寸法および形状の物品を本発明によって作製することができる。物品には、耐弾道構造体、ショットクリート構造体、路床、通路、建築基礎、耐力壁、タイル、パイプ、ドレインタイル、防潮壁およびパネルなどがある。繊維の混入によって付与された大きな曲げ強さのために、そのセメント複合材は、爆発装置および兵器に耐えるために必要な構造などの耐衝撃構造に特に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
セメント母材は、水硬セメント結合剤および砂または石などのしばしば粗い、および／または微細な凝結体を含有する組成物を指す。セメント母材には、本発明の繊維が混入されてもよいセメント、モルタル、グラウト、ポゾロン（ｐｏｚｚｏｌｏｎｅ）および石積みの他、水硬化複合材などがある。
【００２２】
本発明で用いた繊維は、１２７マイクロメータ以上、概して２５０ミクロン〜１０００ミクロンの厚さを有し、断面が略矩形であり、１．１：１〜７５：１、および概して約１．５：１〜１０：１の横アスペクト比（幅対厚さ）を有する。本質的に矩形の断面形状は、有利には、（丸いまたは正方形の断面の繊維に比べて）より大きな表面積を提供し、繊維をキャストセメント材料中の補強繊維として特に有用にする。大きな表面積は、丸いまたは別の曲線状の断面を有する繊維よりも、母材への強い接着を可能にする。更に、それらの高延伸モフォロジーのために、この繊維は、非常に高い弾性率を有し、例えば、ポリプロピレン繊維については、典型的には１０００ｋｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）より大きく、セメント複合材の破壊靱性を改善する点で補強繊維として特に有用である。
【００２３】
強化（ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ）または靭性（ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）は、この発明において用いるとき、第一に、母材が亀裂を生じた後に、大きな繊維によって与えられる増大した曲げ靭性を指す。靭性は、支持セメント梁に力を加えて撓みを測定する、４点梁−曲げ試験によって測定されてもよい。更に、小繊維が用いられるとき、強化（ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ）という用語は更に、コンクリートの固化、物理的負荷および熱サイクルにかける間に小繊維によって得られる亀裂発生および微小亀裂成長の予防を指す。又、靭性は、負荷対撓み（２ｍｍの撓みで）のプロット下の領域を計算することによって測定される「日本靭性試験」によって測定されてもよい。これらの試験方法の更に詳しい説明を実施例において記載する。
【００２４】
本発明に有用なポリマーには、何れの溶融加工可能な、結晶質、半結晶質または結晶化可能なポリマーをも含める。用語「溶融加工可能な（ｍｅｌｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｂｌｅ）」は本明細書中、可塑剤または溶剤の添加を必要とせずに従来の押出装置を用いる通常の溶融加工条件下で溶融加工可能であるポリマーを指すために用いられる。
【００２５】
半結晶質ポリマーは、非晶質領域および結晶域の混合物からなる。結晶域は、より規則化されており、鎖のセグメントが結晶格子を充填する。いくつかの結晶域が、他の結晶域より規則化されている場合がある。結晶域がポリマーの融解温度よりも加熱される場合、分子は比較的に規則化されないか、またはより不規則になる。急速に冷却される場合、この比較的に規則化されない特徴は特定の場所で「凍結され」、得られたポリマーは、非晶質であると言われる。ゆっくりと冷却される場合、これらの分子が再充填して結晶域を形成することができ、このポリマーは半結晶質であると言われる。いくつかのポリマーは常に非晶質であり、結晶化する傾向を示さない。ポリマーには、熱処理、伸張または延伸によっておよび溶剤の誘因によって半結晶質にすることができるものがあり、これらの方法は、真の結晶度を制御することができる。
【００２６】
用語「非晶質」、「結晶質」、「半結晶質」、および「延伸」は一般に、ポリマー材料の説明に用いられる。真の非晶質状態は、ポリマー鎖の不規則にもつれた塊であると考えられる。非晶質ポリマーのＸ線回折パターンは、ポリマー構造の規則性を示さない拡散したハローである。非晶質ポリマーは、ガラス転移温度で軟化挙動を示し、真の溶融または一次転移を示す。ポリマーの半結晶状態は、非晶質および結晶状態または相の両方にポリマー鎖の長いセグメントが生じる状態である。結晶相は、鎖が形成される様々な化学部分の隣接した折りたたみにおいて高度に規則化されている鎖折りたたみ構造をポリマー鎖がとる多数の格子（ラメラ）を含む。格子内の充填配列（短距離秩序の配向（ｓｈｏｒｔ  ｏｒｄｅｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ））は、その化学的および幾何学的な様相の両方において高度に規則的である。半結晶質ポリマーは固有の融点を示し、それより高い温度で結晶質格子が不規則になり、それらの本性を急速に失う。結晶秩序の性質を示している、同心環または対称な点の配列のどちらかが、半結晶質ポリマー（またはコポリマー）のＸ線回折パターンを一般に識別する。
【００２７】
本発明に有用な半結晶質ポリマーには、高密度および低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリ（ビニリジンフルオリド）、ポリ（メチルペンテン）、ポリ（エチレン−クロロトリフルオロエチレン）、ポリ（ビニールフルオリド）、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ（ビニルアルコール）およびポリブテンなどがあるがそれらに制限されない。好ましいポリマーは、低コストで容易に入手できるポリプロピレンおよびポリエチレンなどのポリオレフィンであり、セメント母材と非反応性であり、高い弾性率および高い引張強度などの繊維の非常に望ましい性質を提供することができる。
【００２８】
ポリマーの分子量は、ポリマーが加工条件下で溶融加工可能であるように選択されるのがよい。ポリプロピレンおよびポリエチレンについては、例えば、分子量（Ｍw）は、約５０００〜５００，０００であってもよく、好ましくは、約１００，０００〜３５０，０００である。
【００２９】
セメント物品は温度の極値に暴露される場合があるので、ポリマーは、１２０℃より高い、好ましくは１５０℃より高い融点を有することが好ましい。セメント物品が高温に暴露されるとき、ポリマーの繊維は溶融することがあり、靭性が損なわれる。更に、ポリマーは、０℃より高いガラス転移温度を本質的に有さず、より好ましくは−１０℃より高い、最も好ましくは−２５℃より高いガラス転移温度を本質的に有さないことが好ましい。つまり、ポリマーがガラス転移温度を示す場合、それは好ましくは、０℃以下、より好ましくは−１０℃以下、最も好ましくは−２５℃以下である。セメント物品が極端な寒さに暴露されるとき、これらの範囲のガラス転移温度は、ガラス状態でポリマーの脆化につながり、応力下、不良を生じる可能性につながる。「ガラス転移温度を本質的に有さない」の意味は、１ヘルツで動的機械的分析（ＤＭＡ）によって測定したとき、または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定したとき、転移が明瞭ではないことである。典型的にはＤＭＡ分析のタンジェントデルタ値は約０．０３より小さい。
【００３０】
５０，０００〜３５０，０００の重量平均分子量を有し、−３０℃より高いガラス転移温度を有さず、５％以下の破断点伸び、５０，０００ｐｓｉ（〜３４５Ｍｐａ）以上の引張強度および１６５〜１８０℃の範囲の融点を有する溶融加工可能な高延伸（２０倍以上）、アイソタクチックポリプロピレンが最も好ましい。液体窒素に暴露されるとき、このようなポリプロピレンが脆化しないことがわかった。最も好ましいポリプロピレンが実施例に記載される。
【００３１】
有機ポリマーは典型的には、炭素原子の主鎖を有する長い分子鎖を含む。ポリマーの理論強度は、ポリマー鎖の不規則な配向および絡み合い、並びに結晶欠陥、非晶域、ボイドおよび点欠陥のために達成されない。最大の物理的性質を得るために、およびポリマーフィルムを構造用繊維として使用しやすくするために、ポリマー鎖は、互いにほとんど平行に延伸され、部分的に絡み合いをほどかれる必要がある。分子の配向度は概して、延伸比、すなわち、最終長さの、元の長さに対する比によって画定される。この配向を、カレンダー加工および長手方向延伸の工程を含めて、本発明の技術の組合せによって達成することができる。
【００３２】
溶融加工可能なポリマーのキャストフィルムを押出し、前記キャストフィルムを長手方向に延伸し、延伸されたフィルムを予め選択された幅のリボンにスリットし、繊維を予め選択された長さに切断することによって、本発明で用いた繊維を作製することができる。必要ならば、繊維を造形するか、またはパターンを１つ以上の表面に付与してもよい。
【００３３】
本発明において、誘導結晶度を有する高延伸された、半結晶質溶融加工フィルムが提供される。誘導結晶度は、キャスティングと、カレンダー加工、アニーリング、伸張および再結晶などの後続の加工との最適な組合せによって得られる場合がある最大結晶度である。ポリプロピレンについては、例えば、結晶度は６０％より大きく、好ましくは７０％より大きく、最も好ましくは７５％より大きい。結晶度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）および１００％の結晶質ポリマーの挿入値との比較によって測定されてもよい。例えば、Ｂ．ヴンダーリッヒ（Ｂ．Ｗｕｎｄｅｒｌｉｃｈ）著、「Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（熱分析）」、マサチューセッツ州ボストンのアカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ）、１９９０年を参照のこと。
【００３４】
フィルムは概して、幅および長さに対して薄く、約０．２５ｍｍ以下の公称厚さを有するとして、例えば、現代プラスチック百科事典（ｔｈｅ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ）によって定義されている。より大きな厚さの材料は概して、シートと定義される。又、本明細書に用いた用語「フィルム」は、シートを包含するものとし、管などの他の構造および断面形も同様に容易に使用し、本発明に用いた繊維を製造できることも、理解されよう。
【００３５】
概して、市販のキャストフィルムの結晶度は、本発明の方法において有用であるように増大されなくてはならない。キャストフィルム、例えば、溶融体から押出し、その後に、冷却キャスティングホイールで急冷することによって作製されたキャストフィルムは、従来の加工条件から得られる「自然結晶度」を示す。例えば、アイソタクチックポリプロピレンキャストフィルムは典型的には、ＤＳＣ分析によって５９〜６１％の結晶度を示す。本発明の方法においてかかるポリプロピレンフィルムを用いるとき、結晶度をこの「自然結晶度」の値よりも少なくとも２０％大きく、約７２％以上に増大させることが望ましい。
【００３６】
必要ならば、核剤を添加して結晶度を制御するか、または、ポリプロピレンを使用するとき、結晶質フィルム中のβ−相ポリプロピレンの比率を増大させてもよい。β−相核剤は周知であり、例えば、ジョーンズ（Ｊｏｎｅｓ）ら著、「Ｍａｋｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．」第７５巻、ｐｐ．１３４〜１５８（１９６４年）およびＪ．カーガー（Ｊ．Ｋａｒｇｅｒ）−コクシス（Ｋｏｃｓｉｓ）著、「Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｂｌｅｎｄｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ポリプロピレン：構造、ブレンド、複合材）」、第１巻、ｐｐ．１３０〜１３１（１９９４年）に記載されている。かかるベータ核剤の１つは、日本、大阪、中央区の新日本理化株式会社からＮＪ−Ｓｔａｒ  ＮＵ−１００（商標）として入手できるＮ’，Ｎ’，−ジシクロヘキシル−２，６−ナフタレンジカルボキサミドである。
【００３７】
加工条件の何れかの適した組合せを用いて最大誘導結晶度および配向を溶融加工フィルムに与えることができる。これらは、キャスティング、急冷、アニーリング、カレンダー加工、延伸、固体状態延伸（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｄｒａｗｉｎｇ）、ロール押出（ｒｏｌｌ−ｔｒｕｓｉｏｎ）などの何れの組合せを含めてもよい。かかる加工はまた、概して、ポリマーフィルムの結晶化度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）並びに球晶の寸法および数を増大させるのに役立つ。後続の工程段階のフィルムの適性は、例えば、Ｘ線回折によって、または示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によってポリマーフィルムの結晶化度を測定することによって測定されてもよい。
【００３８】
本発明の１つの実施態様において、ポリマーをフィルムまたはシートの形で溶融体からダイを通して押出し、急冷し、冷却の速度を遅らせるかまたは最小にすることによってフィルムの結晶度を最大にする。ポリマーが溶融体から冷却するとき、晶出し始め、球晶が、成長している微結晶から生じる。その融点より高い温度から結晶化温度よりかなり低い温度まで急速に冷却される場合、大きな非晶質領域によって囲まれた微結晶を含む構造体が生み出され、球晶の寸法が最小にされる。
【００３９】
１つの実施態様において、フィルムは、ガラス転移温度より高く溶融温度より低い温度に維持される加熱キャスティングホイールで急冷される。通常、ポリプロピレンが、例えば、約２４℃（７５°Ｆ）で低温急冷されるが、この方法において、約２２０℃（４５０°Ｆ）の溶融体から約７０〜１００℃（１６０〜２１０°Ｆ）の温度への高温急冷が用いられる。この、より高い急冷温度が、フィルムをゆっくりと冷却させ、アニーリングによって、フィルムの結晶度を増大させることを可能にする。好ましくは急冷は、結晶度を最大にするだけでなく、結晶球晶の寸法を最大にする速度で行われる。
【００４０】
１つの実施態様において、フィルムを、加熱キャスティングロールの三本ロールスタック上にキャストし、そこにおいて、下および中ロールが、溶融ポリマーを供給するニップを形成する。ニップが、溶融体に、或る度合いのカレンダー加工を提供し、キャストフィルムを上キャスティングロールの周りに供給してカレンダー加工装置に供給される前に温度制御を維持し、そこにおいて、ソリッドフィルムが引き続いてカレンダー加工される。「回転バンク」、溶融ポリマーの相対的に濃い塊またはロールをキャスティングロールのニップの前に維持し、一様な、均一なフィルムを維持することが更に好ましい。
【００４１】
キャスティング温度および冷却速度が結晶度に及ぼす効果は周知であり、Ｓ．ピカロロ（Ｓ．Ｐｉｃｃａｒｏｌｏ）ら著、「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ（応用高分子科学）」、第４６巻、ｐｐ．６２５〜６３４（１９９２年）を参照のこと。
【００４２】
キャスティング（もしあるならば、延伸）後に、ポリマーは、相対的に高い結晶度および有意の球晶形成の特徴を有する場合がある。球晶の寸法および数は、キャスティング条件に依存している。結晶化度および球晶構造の存在を、例えば、Ｘ線回折および電子顕微鏡法によって検証することができる。
【００４３】
フィルムの厚さは作業条件の制御によって選択される。本発明に有用なキャストフィルムは典型的には、５０ミル以上（１．３ｍｍ）、好ましくは９０〜３００ミル（２．３〜７．６ｍｍ）の厚さを有する。しかしながら、得られた複合物品の望ましい特徴に依存して、それらはこの範囲外の厚さでキャストされてもよい。
【００４４】
好ましい実施態様において、キャストフィルムが、急冷した後にカレンダー加工される。カレンダー加工は、後続の、より高い延伸比を可能にすることによって、より高度の分子配向を達成することができる。カレンダー加工工程の無い場合、自然延伸比より大きい、延伸工程の後続の延伸比（ポリプロピレンについて７：１）は概して、大きな生産速度で行う場合には破断の恐れがある。適切な温度でのカレンダー加工は、交絡の剪断および劈開によって平均微結晶寸法を低減することができ、球晶にアスペクト比がかかる場合がある（すなわち、横方向に平らになり、縦方向に伸びる）。カレンダー加工は好ましくは、アルファ結晶化温度以上で行われる。アルファ結晶化温度Ｔαcは、微結晶サブユニットがより大きなラメラ結晶ユニット中で移動できる温度に相当する。この温度より高い温度で、ラメラスリップが生じる場合があり、伸び切り鎖結晶が生じ、その結果、ポリマーの非晶質領域がラメラ結晶構造中に引かれる。カレンダー加工工程は、フィブリルを初期の放射状に延伸された範囲からフィルムの平面に延伸する効果を有する。微結晶が剪断力によって劈開され、それを広角Ｘ線によって検証することができる。従って、単一フィブリルは、核形成部位から主に放射状であるが、同一平面にある。
【００４５】
キャストフィルムの一方または両方の主面がカレンダー加工工程の間に剪断されるとき、両方の主面がだいたい等しく剪断されるようにカレンダー加工工程が行われることが好ましい。従って、キャストフィルムを供給する速度より速い速度で各ローラを回転させ、フィルムを圧縮ローラニップを通して供給する「ストレートスルー」方法を用いてフィルムをカレンダー加工することが好ましい。または、キャストフィルムをＳ配置で供給し、圧縮ローラの１つだけがフィルムを剪断する「Ｓ−ラップ」方法は、それほど好ましくない。カレンダーロールによって適用された圧力によってではなく、ハードストップによってカレンダー間隙を維持することが、更に好ましい。
【００４６】
カレンダー加工後、次いで、フィルムを縦方向に延伸するために、フィルムの壊損を引き起こすには不十分である（すなわち、ポリマーが歪みに適合できない）、塑性流動条件下で伸長する。ポリプロピレンを用いて、例えば、フィルムをその長さの少なくとも５倍、伸張してもよい。好ましい実施態様において、カレンダー加工および延伸工程の両方を考慮するとき、総合延伸比は、ポリプロピレンについて少なくとも１０：１、好ましくは２０：１〜約４０：１の範囲である。
【００４７】
引き続いて、繊維にミクロフィブリル化表面を付与することが望ましい場合、伸張条件は、フィルムの表面に（密度の変化によって測定したとき５％を超える）ミクロボイドを付与するように選択される。概して伸張条件は、（所定の最低温度および最大延伸比で）塑性流動下、温度を約１０℃以上低下させ、かかった歪みを約１０％増大させて（約１０％更に伸張）ミクロボイドを誘導するように選択されてもよい。同様に、フィルムの壊損を避けながら、ポリマーがかかった歪みに適合できないように条件が選択される限り、温度を低下させ、同時に、延伸比を増大させてもよい。
【００４８】
ミクロボイドは、フィルムが塑性流動条件下で、かかった応力にフィルムが適合できる引張応力を超える引張応力において、またはフィルムの弛緩速度（ポリマー鎖の脱交絡の速度）より速い速度で延伸される時が生じる小さな欠陥部である。有意量のミクロボイドの発生は、欠陥部からの光の散乱のためにフィルムの表面に乳白色または銀色の外観を与える。対照的に、有意のミクロボイドのないフィルム表面は、透明な外観を有する。ミクロボイドの存在を、小角Ｘ線または密度測定によって、または顕微鏡検査によって検証することができる。外観は、ミクロフィブリル化表面の製造に対する延伸フィルムの適性の経験的試験として役立てることができる。有意量のミクロボイドのない延伸フィルムは容易にミクロフィブリル化されず、フィルムが縦に割れる場合もあり、繊維モフォロジーを有する高延伸ポリマーフィルムの特性を示すことがわかった。
【００４９】
延伸（伸張）工程は好ましくは、カレンダー加工工程のすぐ後に実施され、すなわち、カレンダードフィルムは、カレンダーニップから直接に長手方向延伸装置まで供給される。カレンダーニップと第１の長手方向延伸ローラとの間の間隙を最小にすることにより、冷却を最小にし、フィルムに皺が寄るのを避ける。延伸工程の間に本質的に弛緩が起こらず、カレンダー加工の間の延伸が維持されるように、長手方向延伸機の引張応力が維持される。好ましくは長手方向延伸装置は、フィルムに緩やかに延伸または配向を与えるようにその相対速度が制御されている複数の延伸ローラを含む。更に複数のローラが、延伸フィルムに緩やかな温度減少を提供し、それによって配向を最大にするように温度制御されてもよい。
【００５０】
次に、フィルムが、横の配向を２：１未満に制限したまま、本質的に一軸延伸、すなわち、２０：１以上の全延伸比に延伸されてもよい。フィルムを１つより多い延伸工程において順次に一軸延伸し、配向と同時にフィルムの結晶度を最大にすることができる。従って、フィルムを最初に、４：１〜１０：１に一軸延伸し、次いで引き続き４：１〜１０：１に延伸し、２０：１〜４０：１の全延伸比としてもよい。
【００５１】
第１の延伸（または伸長）温度は、フィルムの性質に影響を与える。加熱ロールの温度を制御することによって、または例えば、赤外ランプによる放射エネルギーの付加を制御することによって、延伸温度の制御を行うことができる。温度制御法の組合せを利用してもよい。
【００５２】
延伸温度が低すぎると、ボイド化または不均一な延伸フィルムをもたらす場合がある。第１の延伸温度を上昇させると、不均一な伸長を低減させ、より均一な外観を伸長フィルムに与える場合がある。フィルムが引き続いてミクロフィブリル化される場合、第１の延伸温度はまた、延伸の間に生じるミクロボイド化の量に影響を与える。ミクロボイド化が生じる温度範囲において、延伸温度がより低いと、概して、延伸の間に生じるミクロボイド化の量が多くなる。同じ方向で第２の延伸が行われることが望ましい場合がある。かかる第２の延伸の温度は、第１の延伸の温度と大体同じか、またはより高い。
【００５３】
フィルムは、伸長された後、更に加工されてもよい。例えば、フィルムが両方の伸長方向に収縮しないようにしつつ、ポリマーを更に結晶化するのに十分な温度にかけることによってフィルムをアニールまたはヒートセットしてもよい。
【００５４】
フィルムの最終厚さは一部は、キャスティング厚さ、カレンダー加工された厚さおよび配向度によって決定される。大部分の用途について、スリットする前のフィルムの最終厚さは、５〜５０ミル（０．１３〜１．３ｍｍ）、好ましくは１０〜２０ミル（０．２５〜０．５０ｍｍ）である。
【００５５】
フィルムが所望の度合まで延伸された後、本技術分野に周知の何れかの手段によってフィルムを単独の不連続なリボンにスリットしてもよい。得られたリボンが本質的に矩形であり、１．１：１以上のアスペクト比を有するように、延伸フィルムは、複数の幅部分にスリットされる。リボンは単一の横アスペクト比であるか、または２つ以上のアスペクト比を有する特定範囲のリボンであってもよい。リボンは予め選択された厚さの延伸フィルムから最適に作製されるので、得られたリボンは、単一の幅であるか、または２つ以上の幅を有する特定範囲のリボンであってもよい。フィルムをリボンにスリットする有用な手段には、剪断スリッタ、液体ジェット、および複数のピンまたはカッティングヘッドが上に配置された回転ドラムなどがある。
【００５６】
次に、得られた延伸リボンを、本技術分野に周知の何れかの技術を用いて予め選択された長さの繊維に切断することができる。概して、繊維は、約０．２５〜４インチ（〜．６４〜１０ｃｍ）の長さであってもよい。繊維は単一の長さ、または特定範囲のいろいろな長さであってもよい。または、延伸フィルムを予め選択された長さにスリットし、引き続いて予め選択された幅の繊維に分けてもよい。
【００５７】
必要ならば、形状またはパターンを繊維に付与し、母材からの引抜きを低減させることができる。パターンおよび形状は、それが表面積を拡大し、および／またはセメント母材との接着性を改善する（引抜く傾向を低減する）限り、必ずしも規則的な繰返し配列を指さず、同一または異なった寸法を有する不規則な配列の特徴を意味する場合がある。適切に造形またはパターン化されるとき、繊維は、より良く引抜きを抑える。繊維の形状またはパターンの選択は概して、従来のコンクリートに有用な比較的大きな形状、微結晶質シリカまたはフライアッシュなどの顕微鏡的要素を有する母材により有用な比較的小さな形状またはパターンを有する、寸法に固有の母材要素の関数である。
【００５８】
形状は一般に肉眼的であり、すなわち、各パターン要素が繊維の平均直径より概して大きいのに対し、パターンは概して顕微鏡的であり、各要素が繊維の平均直径より小さい。更に、形状およびパターンは連続的または不連続、規則的または不規則であってもよい。肉眼的な形状には、正弦波形状、鋸歯形の形状、螺旋、捩り、クリンプ、湾曲、コイル、などを挙げることができ、一般に、クリンピングおよび低温エンボス加工などの技術によって与えられる。有用な肉眼的形状、およびそれらの形成方法は、米国特許第５，９８１，６３０号明細書（バンチア（Ｂａｎｔｈｉａ）ら）および同第５，９８５，４４９号明細書（ディル（Ｄｉｌｌ））（共に、その内容を本願明細書に引用したものとする）に記載されている。
【００５９】
繊維は、少なくとも一方の主面にエンボスされた顕微鏡的パターンを含んでもよい。エンボスを本技術分野に周知の何れかの手段によって実施することができる。好ましいエンボス方法は、スリットする前に、エンボス表面を有するニップを通して延伸フィルムを移動させることである。「ニップ」は、フィルムが間を通過する時にフィルムに圧力を加える近接した２本のロールを指す。ニップは、エンボスロールおよび平滑なロールを含んでもよく、または雄型および雌型の一対のロールを含んでもよい。エンボス表面はフィルムの表面にエンボスを生じるために十分な力でフィルムと接触する。好ましくは、エンボス加工は、結晶化度または配向度が本質的に損なわれないように十分に低い温度で行われる。最も好ましくは温度は、約３０℃より低い。
【００６０】
この発明の実施に適したパターンには、正四角錐、切頭正四角錐、円錐、直線、畝、波線、正方形または矩形のブロック、半球などがあり、エンボスロールの少なくとも一部分に与えられる。パターンの個々の特徴がエンボスと称される。エンボスの数および間隔、並びに、その深さ、鋭いエッジの度合、および形状などの個々のエンボスの性質は、母材との接着を促し、繊維の引抜く傾向を低減させるように必要に応じて変化することができる。パターンは好ましくは、スリッチングおよび切断する前に延伸フィルムに付与されるか、または切断する前にスリットフィルム（リボン）に付与されるが、スリットおよび切断した繊維に付与することが可能である。
【００６１】
必要ならば、繊維に湿潤剤を被覆するかまたは別の方法で処理して分散性を改善してもよい。湿潤剤を適用して、６５〜８０ダイン／ｃｍ2の範囲の表面張力を繊維に提供し、繊維をより親水性にし、水性セメントスラリー中により容易に分散性にすることができる。有用な湿潤剤には、グリセリドの脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、ポリグリコールエステル、ポリエトキシ化アミドの他、ホスフェートエステルなどのカチオン性および非イオン性界面活性剤などがある。又、かかる湿潤剤を使用して、繊維を束にするために用いることができ、且つ次いで分散中に溶解する、可溶性結合剤を形成することができる。
【００６２】
必要ならば、大きな繊維は、繊維の少なくとも一方の主面の上にミクロフィブリル化表面を更に含んでもよい。ミクロフィブリル化表面は、フライアッシュまたは微結晶質シリカなどの顕微鏡的要素または粒子を含有するセメント母材に特に有利であると考えられる。前述のように、ミクロフィブリル化表面が望ましい場合、フィルムを概して長手方向に十分に延伸（伸長）し、ミクロボイド化表面をフィルムに付与して後続のミクロフィブリル化を可能にする。次に、高延伸された、高結晶質フィルムをミクロフィブリル化するために、十分な流体エネルギーを表面に与えて、フィルム表面に付着したままであるミクロ繊維をポリマー母材から遊離する。
【００６３】
フィルムの表面をミクロフィブリル化する方法の１つは、流体ジェットによる。この方法において、微細流体ストリームの１つ以上のジェットが、スクリーンまたは移動ベルトによって支持されてもよいポリマーフィルムの表面に衝突し、それによってミクロ繊維をポリマー母材から遊離させる。フィルムの一方または両方の表面が、ミクロフィブリル化されてもよい。ミクロフィブリル化度は、流体ジェットへのフィルムの暴露時間、流体ジェットの圧力、流体ジェットの断面積、流体接触角、ポリマーの性質の他、少しは、流体の温度に依存している。スクリーンの異なったタイプおよび寸法を使用して、フィルムを支持することができる。
【００６４】
液体またはガス流体の何れのタイプを用いてもよい。液体流体には、水または、エタノールもしくはメタノールなどの有機溶剤を挙げることができる。窒素、空気または二酸化炭素などの適した気体、並びに液体と気体との混合物を用いてもよい。かかる流体の何れも、好ましくは、非膨張性であり（すなわち、ポリマー母材によって吸収されない）、ミクロ繊維の配向および結晶化度を低減させる。好ましくは流体は水である。流体温度を上昇させてもよいが、適した結果は、周囲温度の流体を用いて得られる。流体の圧力はフィルムの少なくとも一部分にある程度のミクロフィブリル化を与えるのに十分であるのがよく、適した条件は、流体や、流体ジェットの組成およびモフォロジー、構成、衝撃角度および温度などのポリマーの性質に依存して広く変化することができる。典型的には、流体は、室温でおよび少なくとも３４００ｋＰａ（５００ｐｓｉ）の圧力の水であるが、より低い圧力およびより長い暴露期間を用いてもよい。かかる流体は概して、流体の非圧縮性、平滑な表面、および摩擦による損失無し、を仮定した計算に基づいて最小５ワットまたは１０Ｗ／ｃｍ2となる。フィルムのミクロフィブリル化に関する更に別の詳細は、米国特許第６，１１０，５８８号明細書（ペレツ（Ｐｅｒｅｚ）ら）（その内容を完全に本願明細書に引用したものとする）に見出すことができる。
【００６５】
このように作製された繊維を、何れかの都合が良い方法で、および硬化セメント物品の曲げ強さを改善するのに十分な何れかの量でセメント母材中に混入し、分散させることができる。概して繊維は、セメント、水、骨材および他の材料または添加剤の全体積に対して、０．０５〜７体積パーセント、好ましくは１〜３体積パーセントの量で添加される。靭性または強度が有意に増強されないので、０．０５体積パーセントより少ない量は概して有用ではない。約７体積パーセントより多い量は、望ましい不規則な配向によって均一に分散させることが難しい場合があり、それは複合材を扱うのを難しくし、硬化複合材の概してより低い破壊靱性および平均の残留強度をもたらす。
【００６６】
ミクロフィブリル化はまた、フィルムの表面にエンボスドパターンを付与する場合があり、そこにおいて、支持スクリーンまたはベルトがその上にパターンを有する。フィルムをこのパターン化支持体の上に置き、高圧流体を表面に与えながら、ジェットヘッド下で移動させてもよい。高圧流体が、フィルムの表面をミクロフィブリル化し、下にあるパターンをそれに与える。又、マスクの使用によって同時にミクロフィブリル化することなく、パターンをフィルムに付与することもできる。
【００６７】
必要ならば、複合材は、比較的小さな直径の繊維を更に含んでもよい。かかる繊維は、セメント組成物が硬化する時に微小亀裂の伝播を抑えるのに有効である。必要ならば、かかる比較的小さな繊維は７０マイクロメータ以下の公称径、０．２５〜２ｃｍの長さを有してもよく、何れの断面形状であってもよい。好ましくはかかる繊維は、使用時に、延伸される。使用時に、かかる繊維は、本明細書に記載した比較的大きな繊維と共に同時にセメント母材に添加されてもよい。微細繊維は高アスペクト比を有するので、微細繊維の有意量をコンクリート中に配合してそれを十分に強化することは難しい。有利には、この比較的大きな繊維は、これらの比較的小さな繊維の分散を助け、凝集する傾向を低減させる。
【００６８】
１つの実施態様において、繊維を乾燥セメントに添加し、機械的撹拌によって分散させるか、またはセメントスラリーに添加し、次いで撹拌してもよい。スラリーに混合する結果として特定の度合いのミクロフィブリル化を繊維に付与することが見いだされた。かかるミクロフィブリル化がミクロ繊維表面、すなわち約１０マイクロメータ未満の平均直径を有する微細な矩形のミクロ繊維の表面を与える。その繊維は概して、一部は繊維の剛性のために、ごく短時間、例えば１〜５分間、セメント母材中に十分に分散されることを必要とする。別の実施態様において、繊維をセメントスラリーの微粒化ジェットに供給し、吹付けコンクリートのために用いたノズルなど、ノズルおよび装置中で組合せてもよい。驚くべきことに、大きな繊維は、混合した時に、より小さな繊維に更に分割したり、またはフィブリル化する傾向がほとんどないことを示す。より微細な繊維へのかかる分割は、各繊維の引張強度を低減させる。
【００６９】
通常、繊維は、セメント物品を作製するセメント母材全体にわたって分散され、好ましくは母材中に均一に分散される。しかしながら、いくつかの適用において、物品の負荷支持または衝撃を受ける領域に繊維を局在化することによって、不均一な分布をもたらすことが望ましい場合がある。これは、繊維含有セメント母材のほかに繊維を含有しない従来のセメント母材を用いることによって実施されてもよい。あるいは、繊維を上塗りまたは補修などによって予備配置し、セメントスラリーを浸透させてもよい。
【００７０】
必要ならば、補強繊維を束にして、最密の、本質的に同一直線上の配列に保持された一組の繊維を提供してもよい。典型的にはラップを使用してもよく、それは、束繊維同士の相対運動を最小にするために十分な引張応力下に維持され、撹拌されたセメントスラリーと接触して溶解または破裂する。かかる束は、繊維を取り扱うのに有利であり、繊維をセメント母材中に均一に分散するのに役立つ。有用な束および束にする技術は、米国特許第５，８０７，４５８号明細書および同第５，８９７，９２９号明細書（サンダース（Ｓａｎｄｅｒｓ）ら）、および同５，９９２，５３７号明細書（トロッティア（Ｔｒｏｔｔｉｅｒ）ら）に記載されている。
【００７１】
試験手順
試験手順Ｉ−フィルムおよび繊維の引張弾性率および引張強度の測定
引張弾性率および引張強度を、５ｋＮのロードセル、モデル２５１１−３１７（イリノイ州バークリッジのインストロンコーポレーション（Ｉｎｓｔｒｏｎ  Ｃｏｒｐ．，Ｐａｒｋ  Ｒｉｄｇｅ，ＩＬ））を備えたインストロン引張試験機、モデル１１２２（イリノイ州バークリッジのインストロンコーポレーション）を用いて測定した。０．２５４ｃｍ／分のクロスヘッド速度をすべての試験に用いた。幅１２．７ｍｍの独立した試料、および２．５４ｃｍのグリップ間の距離を用いた。特に指示しない限り、試験を２３℃で実施した。
【００７２】
試験手順ＩＩ−密度の測定およびボイド含有量の定量
フィルムおよび繊維の密度を、ＡＳＴＭ  Ｄ７９２−８６の方法によって脱イオン水中、２３℃で測定した。試料をメトラー（Ｍｅｔｔｌｅｒ）ＡＧ２４５高精密はかり（ニュージャージー州ハイスタウンのメトラートレド社（Ｍｅｔｔｌｅｒ−Ｔｏｌｅｄｏ，Ｉｎｃ．，Ｈｉｇｈｓｔｏｗｎ，ＮＪ））で秤量し、水面下に置いた。置換された水の質量を密度測定用具を用いて測定した。試料によって置換された水の体積をそれによって測定し、試料の重量と組み合わせて用い、試料の密度を計算した。次に、ボイド含有量を以下のように計算した。
ボイド含有量の計算値＝｛１−（最終密度／初期密度）｝×１００
上式中、初期密度が、延伸する前のキャストフィルムの密度であり、最終密度が、延伸フィルムの密度である。
【００７３】
試験手順ＩＩＩ−延伸比の測定
キャストフィルムと、延伸ボイド化フィルムとの密度、幅、および厚さを測定した。延伸ボイド化フィルムの延伸比を計算するために、キャストフィルムの（密度×幅×厚さ）を延伸ボイド化フィルムの（密度×幅×厚さ）で、以下の式のように割った。
延伸比＝（濃度×幅×厚さ）キャストフィルム／（濃度×幅×厚さ）延伸フィルム
【００７４】
試験手順ＩＶ−コンクリート試料の平均残留強度の測定
低〜中程度の繊維量を用いて作製された繊維補強コンクリート（ＦＲＣ）については、撓曲試験で得られたピーク負荷は、他の点では同一であるが非補強（プレーンの）コンクリートについて判明したピーク負荷と有意に異なっていないことが示された。しかしながら、ＦＲＣの後亀裂性能は、プレーンコンクリートの後亀裂性能とは非常に異なっている。これは、後亀裂負荷−撓み挙動を追うことができるＦＲＣの試験方法論を用いて示される。
【００７５】
３００ｋＮ負荷容量を有するタイニウス・オルセン万能材料試験機（ペンシルベニア州ウィローグローブのタイニウス・オルセン・テスティング・マシーン社（Ｔｉｎｉｕｓ  Ｏｌｓｅｎ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｗｉｌｌｏｗ  Ｇｒｏｖｅ，ＰＡ）から入手できる）を、平均残留強度（ＡＲＳ）試験のために用いた。低電圧変位変換器（ＬＶＤＴ）のほかに、特別設計されたフレームを使用して、支持目的のために０．００２５ｍｍ（０．０００１インチ）解像度を有するダイヤルゲージを取付けた。このフレームを、支持体の上の中立軸上にある、４点だけで支持した。ダイヤルゲージは、試験されるコンクリート試料の下面の中心点に触れているように固定された。この配置は、支持および負荷点でのコンクリートの圧潰による外部からの何れの変形をも、および試験フレーム内に引き起こされた何れの変形および歪みをも除いて真の撓みの測定を可能にした。撓みは中心点で測定されるので、コンクリートビーム試料のどんなわずかな曲がりまたはねじれも、測定した真の撓みに影響を及ぼさなかった。
【００７６】
ＡＳＴＭ  Ｃ１３９９、すなわち、予備亀裂の生じたビームを用いる撓曲試験を使用し、コンクリートビーム試料の平均残留強度を確認した。予備亀裂プロセスの制御を助け、試験機の変動性の影響を低減するために、ＡＳＴＭ  Ｃ１３９９は、延性材料と平行な装填配置で亀裂点に試験ビームを負荷することを必要とした。亀裂時に放出されたエネルギーの大半が、ビーム試料の亀裂に影響を与えないように吸収または散逸されるように、鋼をこの目的のために用いた。コンクリートビーム試料を成形し放しのその位置に対して横倒しにし、試料の載せられる鋼板の上に配置した。プレートおよびビーム試料を支持装置上に配置した。すなわち、鋼板を下方支持ブロックの中央に置き、コンクリートビーム試料を鋼板の中央に置いた。この４点曲げ試験において、「支持ブロック」と呼ばれる、ビームが載っている２つのピボットの先端は、中心間が３０４．８ｍｍ離隔された。鋼板は、コンクリートに予備亀裂を生じさせるために存在するだけであった。コンクリートに予備亀裂を生じさせた後、鋼板を取り除き、コンクリートビームに完全に亀裂を生じさせた。
【００７７】
＋／−０．００２５ｍｍの精度のＬＶＤＴおよびダイヤルゲージを調査に使用し、中央径間の撓み読み取り値をクロスチェックした。試料を載せる前に、ブラテンまたはクロスヘッド移動速度を機械ダイヤルゲージを用いて、０．６５＋／−０．１５ｍｍ／分（０．０２５＋／−０．００５インチ／分）に設定した。
【００７８】
ステンレス鋼板の目的は、初期の負荷サイクルの間に試験用ビームを支持し、亀裂時に試料の撓みの予想された大きな速度の制御を助けることであった。コンクリートビーム試料の下部に直接に接して変位変換器プローブを配置するために、センター穴を鋼板に配置した。
【００７９】
データ収集装置を作動させ、すべての負荷および変位変換器からの信号に応答した。次に、試料と鋼板との組合せを設定速度で負荷し、最初にどちらが起こるにしても、試料が亀裂を生じるかまたは０．５０ｍｍ（０．０２インチ）の撓みに達するまで負荷を続けた。亀裂がこの段階で起こらなかった場合、試験は無効であると考えた。破壊係数を計算するための最大負荷を試験方法ＡＳＴＭ  Ｃ７８に従って使用しなかったが、この負荷が鋼板によって並びにコンクリート試料によって保持された負荷を含んだからである。
【００８０】
亀裂の生じたビーム試料だけを再負荷するために、鋼板を除去し、初期負荷試験サイクル中と同じ向きを維持する下方支持ブロックの中央に、亀裂の生じたビームを置いた。読み取り値がビームを再負荷した時にすぐに得られるように、変位変換器を調節してビーム試料と軽く接触させて正味撓みを得た。撓み記録装置を再びゼロに戻し、亀裂の生じたビーム試料を特定の速度で再負荷した。再負荷の最初から測定した時に２．５ｍｍ（０．１０インチ）の撓みで試験を終了した。
【００８１】
マイクロソフト（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ）（登録商標）エクセル（Ｅｘｃｅｌ）（商標）ソフトウェアパッケージを用いて、グラフを描き、残留強度を、０．５０、０．７５、１．００、および１．２５ｍｍ（０．０２、０．０３、０．０４、および０．０５インチ）の再負荷の撓みの負荷について、以下の式：
ＡＲＳ＝（（ＰＡ＋ＰＢ＋ＰＣ＋ＰＤ）／４）×Ｋ
を用いて計算した。上式中、Ｋ＝ｌ／ｂｄ2、ｍｍ−２（ｉｎ−２）およびＡＲＳ＝平均の残留強度、ＭＰａ（ｐｓｉ）ＰＡ＋ＰＢ＋ＰＣ＋ＰＤ＝特定の撓みでの記録された負荷、Ｎ（ｌｂｆ）ｌ＝支点間距離、ｍｍ（ｉｎ）、ｂ＝試料の平均幅、ｍｍ（ｉｎ）およびｄ＝試料の平均深さ、ｍｍ（ｉｎ）である。
【００８２】
試験手順Ｖ−コンクリート試料の日本国での靭性の測定
コンクリート試料の日本国での靭性を、異なった繊維タイプで作製されたＦＲＣ混合物を有効に識別する別の手段として測定した。試験手法ＩＶで得られた負荷対撓み（２ｍｍの撓みで）のプロット下の領域を計算することによって、靭性を確認した。
【００８３】
コンクリート試料のキャスティング
ＡＳＴＭ  Ｃ１５０を満たす、タイプＩ／ＩＩノーマルポルトランド（Ｔｙｐｅ  Ｉ／ＩＩ  Ｎｏｒｍａｌ  Ｐｏｒｔｌａｎｄ）セメント（サウスダコタ州ラピッドシティーのダコタセメント（Ｄａｋｏｔａ  Ｃｅｍｅｎｔ，Ｒａｐｉｄ  Ｃｉｔｙ，Ｓｏｕｔｈ  Ｄａｋｏｔａ）から入手できる）を用いた。用いた粗骨材は粉砕石灰岩であった。用いた骨材の最大寸法は、直径１９ｍｍであり、０．４５％の吸水係数であった。用いた細骨材は自然のままの砂であり、１．６％の吸水係数であった。粗骨材および細骨材をＡＳＴＭ  Ｃ３３の粒度要求条件に従って選別した。用いた水はラピッドシティー市営給水システム（サウスダコタ州ラピッドシティー）からの水道水であった。
【００８４】
すべての混合を０．１７ｍ3容量ミキサ内で実施した。繊維を正確に秤量し、別個のプラスチック容器内に保持した。緩衝混合物（ｂｕｆｆｅｒ  ｍｉｘ）を調製するために、先ず、ミキサに粗骨材を入れ、次いでミキサ内の骨材に砂と、水の全量の３分の２を加えた。次に、セメントを、水の残っている３分の１とともに加えた。全混合物の体積は０．０５７ｍ3であった。成分を３分間、混合し、次いで２分間、混合せずに放置し、２分間、更に混合した。繊維を手でコンクリートに加え、２分間混合して繊維の均一な分散を得た。すべての繊維を、コンクリート１．０体積パーセントの濃度のコンクリートに加えた。
【００８５】
コンクリートを圧縮試験のためにコンクリートシリンダ中にキャストし、平均残留強度を測定するためのすべての試料および矩形のコンクリートビームにおいてコンクリートが同じであることを確実にした。各シリンダは直径１０２ｍｍ、長さ２０３ｍｍであった。コンクリートビームの各々が厚さ１０２ｍｍ、幅１０２ｍｍ、長さ３５６ｍｍであり、曲げ強さを測定するために使用された。３つのビームおよび３つのシリンダの全部を、各バッチのためにキャストした。
【００８６】
ビームおよびシリンダ試料を周知のＡＳＴＭ規格によってキャストし、室温で２４時間、プラスチックシートで覆った。次に、試料を２８日間、２３＋／−１．７０°Ｃ（７３＋／−３．００°Ｆ）に維持された石灰飽和水タンク内に置き、次いで試験した。
【００８７】
キャストした２８日後、コンクリートシリンダ試料をＡＳＴＭ  Ｃ３９を用いて圧縮強度について試験した。結果は、試料のすべてに用いたすべてのコンクリートが同じであることを示した。
【実施例】
【００８８】
実施例１
ポリプロピレンフィルムを作製するために、供給口から押出機の端まで１９０℃、２１０℃、２２０℃、２３０℃の押出機温度プロフィルで単一スクリュー押出機のポリプロピレンホモポリマー（テキサス州ダラスのフィナ社（Ｆｉｎａ  Ｉｎｃ．，Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ）製のフィナ（Ｆｉｎａ）３３７４Ｘ）を押し出した。ネック管およびダイを２３０℃に維持した。押出機は、マドック（Ｍａｄｄｏｃｈ）混合チップを有するバリアスクリュー、公称０．２４５ｃｍにギャップを調整したオリフィスを有する幅１２．７ｃｍの単一層クローレン（Ｃｌｏｅｒｅｎ）ダイを備えた。厚さ１．９ｍｍおよび幅１２７ｍｍを有するフィルムを、３本ロールスタックキャスティング装置を用いて作製した。３本ロールスタックにおいて、下のクロム被覆ステンレス鋼ロールを７１℃に設定し、中央のクロム被覆ステンレス鋼ロールを８０℃に設定し、上のシリコンゴムロールを４５℃の水で冷却した。押出ダイを出るポリマー溶融体は、３本ロールのスタックの下および中ロールの間に入り、下および中ロールの間を通過した後、中ロールの上に、中および上ロールによって形成されたニップ中へ移動した。上ロールの上を通過した後、得られたキャストフィルムは３本ロールスタックを出た。フィルムを作製する間、シリコンゴムロールを中ロールの温度付近まで加熱した。
【００８９】
キャストフィルムを、１．２２ｍ／分の表面速度、１４９℃の温度、および２．７６ＭＰａの圧力で第１のカレンダー（２本のロール）の圧縮ニップ中に巻出装置から供給した。第１のカレンダーを出るフィルムを、フィルムを破断することなくできる限り高速度で作動する第２および第３の引張カレンダーセット（各セットに２本のロール）中に供給した。得られた延伸ボイド化フィルムを、引張応力下、コアーに巻き取った。フィルムは、試験手順ＩＩＩによって測定したとき１５．３：１の延伸比まで延伸され、１８０マイクロメータの厚さを有し、試験手順ＩＩによって測定したとき６．６％のボイドを含有した。フィルムの引張強度および弾性率を試験手順Ｉによって測定すると、それぞれ、３９０ＭＰａおよび１０．８ＧＰａであった。
【００９０】
得られた延伸フィルムを、レザー／スコアスリッタ（Ｒａｚｏｒ／Ｓｃｏｒｅ  Ｓｌｉｔｔｅｒ）、モデル＃３２５Ｂ１７（フェアフィールドのアロウコンバーティングイクウィップメント社（Ａｒｒｏｗ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  Ｉｎｃ．，  Ｆａｉｒｆｉｅｌｄ）製）を用いて繊維にスリットし、１２インチ（３０．５ｃｍ）マーク１（Ｍａｒｋ１）断裁機を用いて５１ｍｍの長さに切断した。得られた単一繊維は厚さ１８０マイクロメータ（〜７．１ミル）、幅１．３ｍｍ、および長さ５１ｍｍであった。
【００９１】
実施例２
ポリプロピレンフィルムを作製するために、供給口から押出機の端まで１９０℃、２１０℃、２２０℃、２３０℃の押出機温度プロフィルで単一スクリュー押出機のガンマ−キナクリドン（ドイツ、フランクフルトのクラリアントＧｍｂＨ（Ｃｌａｒｉａｎｔ  ＧｍｂＨ，  Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手できるホスタパームレッドＥ３Ｂ（Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ  Ｒｅｄ  Ｅ３Ｂ）顔料）ベータ−核剤０．０１％と共にポリプロピレンホモポリマー（テキサス州、ダラスのフィナ社製のフィナ３３７４Ｘ）を押出した。ネック管およびダイを２３０℃に維持した。２．３ｍｍの厚さおよび１１４ｍｍの幅を有するフィルムを実施例１と同様にして３本ロールスタックキャスティング装置を用いて作製したが、ただし、シリコンゴムロールを３５℃の水で冷却した。
【００９２】
得られたキャストフィルムを実施例１と同様に延伸した。得られた延伸フィルムは、試験手順ＩＩＩによって測定した時に１３：１の延伸比を有し、２１１マイクロメータの厚さを有し、試験手順ＩＩによって測定した時にボイドを含有しなかった。フィルムの引張強度および弾性率を試験手順Ｉによって測定すると、それぞれ、３１０ＭＰａおよび７．５ＧＰａであった。
【００９３】
得られた単一繊維が幅１．５９ｍｍであるように、延伸フィルムを剪断スリッタを用いて繊維にスリットした。次に、前に記載したように繊維を５１ｍｍの長さに切断した。得られた単一繊維は厚さ２１１マイクロメータ（〜８．３ミル）、幅１．５９ｍｍ、および長さ５１ｍｍであった。
【００９４】
実施例３
実施例１と同様に作製したカレンダード／長手方向延伸フィルムを、室温に維持された２本のテクスチャー化ロール間で低温エンボス加工した。
【００９５】
得られた単一繊維が幅１．５９ｍｍであるように、得られたエンボスドフィルムを剪断スリッタを用いて繊維にスリットした。次いで繊維を、前述のように、５１ｍｍの長さに切断した。得られた繊維は、波状またはクリンプ構造を有した。
【００９６】
実施例４
実施例１と同様に作製したカレンダード／長手方向延伸フィルムの両方の主面を水流交絡機（幅７０ｃｍ、Ｓ／Ｎ１０１、プロジェクト＃２３０３、メイン州ビデフォードのハニーカムシステムズ社（Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．，Ｂｉｄｄｅｆｏｒｄ，Ｍａｉｎｅ）製）内で、各面に２回のパスを用い、３．０５ｍ／分のベルト速度、１５．７５の穴／ｃｍを有し、各穴が直径１．０ミクロン、穴間の間隔０．５ｍｍのウォータジェットストリップを用いてミクロフィブリル化した。
【００９７】
得られた表面ミクロフィブリル化フィルムを、前に記載したように、レザー（Ｒａｚｏｒ）スリッタを用いて繊維にスリットし、５１ｍｍの長さに切断した。単一繊維は幅１．３ｍｍ、長さ５１ｍｍであった。繊維を図１および２に見ることができる。これから、ミクロ繊維がコンクリートとの表面の接着性を増大することができるのがわかる。この図はまた、コンクリートが硬化する間、ミクロ繊維の一部が比較的大きな繊維から分離し、従って、微小亀裂の開始を抑えることができることを示す。
【００９８】
実施例５および６
ポリプロピレンフィルムを作製するために、供給口から押出機の端まで２３２℃、２３８℃、２４３℃、２４９℃、２５４℃、２６０℃の押出機温度プロフィルで単一スクリュー押出機のポリプロピレンホモポリマー（テキサス州ダラスのフィナ社製のフィナ３３７６Ｘ）を押し出した。ネック管およびダイを２６０℃に維持した。押出機は、マドックス（Ｍａｄｄｏｘ）混合チップを有するバリアスクリュー、公称１．８ｍｍにギャップを調整したオリフィスを有する幅６１ｃｍのダイを備えた。厚さ１．８ｍｍおよび幅６１０ｍｍを有するフィルムを、実施例１と同様に３本ロールスタックキャスティング装置を用いて作製した。ロールの各々をクロム被覆ステンレス鋼から作製し、約９３℃に設定した。
【００９９】
キャストフィルムをカレンダー加工し、Ｓラップタイプカレンダーで長手方向に延伸した。この方法において、キャストフィルムを先ず予備加熱し、それぞれ１．２２および１．２４ｍ／分の表面速度を有する、１４５℃に保持されたロール１および２の周りに移動させた。次に、フィルムをｓ−ラップタイプカレンダーのロール３および４の周りを移動させた。ロール３および４の間の隙間を０．２ｍｍに設定し、ロール３を１３０℃の温度および１．２８ｍ／分の表面温度に制御し、ロール４を１２０℃の温度および８．６６ｍ／分の表面速度に制御した。次に、得られたフィルムを、１４０℃の温度および１８．４４ｍ／分の表面速度で作動するロール５の周りを移動させた。このＳ−ラップタイプの方法において、ロール３および４の両方がフィルムをカレンダー加工および剪断し、ロール５がフィルムを更に伸長した。得られた延伸ボイド化フィルムが引張応力下、コアーに巻き取られ、試験手順ＩＩＩによって測定した時に大体１４：１の延伸比を有し、３３３ｍｍの幅を有した。
【０１００】
延伸ボイド化フィルムのネックダウンのために、フィルムの端縁はフィルムの中央より厚く、ボイド化されている。この理由から、フィルムを４つの別個のフィルムにスリットした。延伸ボイド化フィルムの中心から１６６ｍｍ切り取られたフィルムは、平均して厚さ０．２２９ｍｍであり、試験手順ＩＩによって測定した時に９．５体積％のボイドを有した。フィルムの引張強度および弾性率を試験手順Ｉによって測定すると、それぞれ、３５２＋／−３４ＭＰａおよび８．８＋／−０．３ＧＰａであった。フィルムをレザースリッタを用いて幅１．６ｍｍの繊維にスリットした。次に、得られた繊維（実施例５）をラッパーで包み、束ね合わせ、５１ｍｍの長さに切断した。得られた単一繊維は厚さ０．２２９ｍｍ、幅１．６ｍｍ、および長さ５１ｍｍであった。繊維をコンクリート中に混合する前にラッパーを繊維から除去した。
【０１０１】
延伸ボイド化フィルムの外側から８３ｍｍ切り取られたフィルムは、平均して厚さ０．３８６ｍｍであり、試験手順ＩＩによって測定した時に１１．４体積％のボイドを有した。フィルムの引張強度および弾性率を試験手順Ｉによって測定すると、それぞれ、３６０＋／−２１ＭＰａおよび８．６＋／−０．７ＧＰａであった。これらのフィルムをレザースリッタ（Ｒａｚｏｒ  Ｓｌｉｔｔｅｒ）を用いて幅３．２ｍｍの繊維にスリットした。次に、得られた繊維（実施例６）を包み、束ね合わせ、５０．８ｍｍの長さに切断した。得られた単一繊維は厚さ０．３８６ｍｍ、幅３．２ｍｍ、および長さ５０．８ｍｍであった。繊維をコンクリート中に混合する前にラッパーを繊維から除去した。
【０１０２】
比較例Ｃ１
コンクリート試料を上に記載したようにキャストしたが、繊維を添加しなかった。日本国での靭性を試験手順Ｖによって測定した。結果を表３に示す。
【０１０３】
比較例Ｃ２
繊維補強コンクリート試料を、スコッチ（Ｓｃｏｔｃｈ）（登録商標）キャスト５０／６３構造用コンクリート強化繊維（ミネソタ州セントポールの３Ｍから入手できる、直径０．６３ｍｍ、長さ５０ｍｍ、記録された引張強度２７６ＭＰａ、記録された弾性率２．６ＧＰａを有する押出ポリプロピレン繊維）を用いて、上に記載したようにキャストした。得られた試料の平均残留強度を試験手順ＩＶによって測定し、結果を表１に示す。日本国での靭性を、試験手順Ｖによって測定し、結果を表３に示す。
【０１０４】
実施例７〜１０
繊維補強コンクリート試料を実施例１〜４で作製した繊維を用いて上に記載したようにキャストした。得られた試料の平均残留強度を試験手順ＩＶによって測定し、結果を表１に示す。
【０１０５】
【表１】
2005502577.tif 000003
【０１０６】
表１の結果は、実施例１〜４の高延伸ＰＰ繊維が、比較例Ｃ２のモノフィラメント繊維と比較した時にコンクリートのより十分な強化をもたらしたことを示す。更に、実施例８の平均残留強度と比べて実施例７の比較的高い平均残留強度は、実施例２の繊維と比べて実施例１の比較的高い弾性率と一致していた。又、結果は、クリンプまたは波を繊維（実施例９）に加えることが、エンボスしない繊維（実施例７）よりも性能を改善したことを示す。最終的に、実施例７および１０の比較は、繊維の表面をミクロフィブリル化することが、平均残留強度を改善しなかったことを示す。しかしながら、実施例１０においてミクロ繊維が存在するために、形成された微小亀裂が比較的少ない利点があったと考えられる。
【０１０７】
実施例１１〜１２
繊維補強コンクリート試料を、実施例５および６で作製した繊維を用いて上述のようにキャストした。得られた試料、並びに実施例７および比較例Ｃ２を繰り返すことによって作製された試料の平均残留強度を、試験手順ＩＶによって測定し、結果を表２に示す。
【０１０８】
【表２】
2005502577.tif 000004
【０１０９】
表２の結果は、実施例１、５および６の高延伸ＰＰ繊維が、比較例Ｃ２で用いたモノフィラメント繊維と比較した時にコンクリートのより十分な強化をもたらすことを示す。同様に、実施例７の平均残留強度を実施例１１および１２の平均残留強度と比較することによって、実施例１の繊維の比較的高い引張性質が実施例５または６の繊維よりも有意に大きな残留強度を破断試料に与えたことは明らかである。更に、大体同じ引張性質を有する繊維を利用した実施例１１および１２を比較すると、実施例１２よりも実施例１１の改善された性能は、実施例５の繊維の比較的小さい断面積のためであった。これは、比較的大きい断面積の繊維と比較して比較的小さい断面積の繊維が、繊維の体積当たり、より大きな表面積を有するからである。この比較および表１に示した結果から、大きな表面積および／またはテクスチャー化（クリンプされるかまたは波状など）繊維がコンクリートをより良好に掴むのを助け、繊維を引き抜くのを防ぐ重要性を見ることができる。
【０１１０】
最終的に、実施例８の平均残留強度を実施例１１および１２の平均残留強度と比較することによって、カレンダー加工のモードの効果を見ることができる。実施例８で用いた実施例２の繊維は、実施例１１で用いた実施例５の引張性質より低い引張性質を有した。しかしながら、表１の実施例８は、実施例１１より大きな平均残留強度を有した。これは、カレンダーニップを通して直接にフィルムをカレンダー加工する方法がＳ−ラップタイプカレンダー加工方法よりも驚くほど有利であることを示唆する。
【０１１１】
実施例１３
ポリプロピレンフィルムを作製するために、供給口から押出機の端まで２３５〜２７０℃の押出機温度プロフィルで６０ｒｐｍで運転した単一スクリュー押出機のポリプロピレン（エスコレン４５０２−Ｅ１（Ｅｓｃｏｒｅｎｅ  ４５０２−Ｅ１）、テキサス州ヒューストンのエクソンケミカル（Ｅｘｘｏｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手できる、約０．５重量％のポリエチレンを含有するポリプロピレン）を押出した。フィルター部を２５０〜２７０℃に維持し、押出機の端部に取付けたネック管およびダイを２５０℃に維持した。押出材料を３６℃の水冷式ロールで冷却し、約２．４５ｍｍの厚さを有するフィルムが得られた。押出フィルムを１３５℃で縦方向に５：１延伸比で長手方向に延伸し、ロールで採取した。得られたフィルムを１．５ｍ／分で４本ロールカレンダー加工装置に供給したが、各ロールを約１５０℃までスチームで加熱した。第３と第４のロール間のニップ力が、フィルムに二軸の２：１延伸比を与え、次いで、それをニップロールと第１の長手方向延伸ロールとの間にわずか２．５４ｃｍの間隔を有する長手方向延伸機に供給した。長手方向延伸機は、２３℃までロール温度を下げる間に更に１０：１の延伸比を達成するように一連のロールを使用した。次に、延伸フィルムをニップ−ローラを通過させて引張応力を維持し、次いでロールで引き取った。２０：１の全延伸比を達成し、約０．２５ｍｍの厚さを有する延伸フィルムが得られた。延伸フィルムの引張強度および弾性率を試験手順Ｉによって測定すると、それぞれ、４９６ＭＰａおよび８．９ＧＰａであった。
【０１１２】
延伸フィルムを、得られた単一繊維が幅１．６ｍｍであるように、剪断スリッタを用いて繊維にスリットした。次いで、得られた繊維を束ね合わせ、ラップし、５１ｍｍの長さに切断した。得られた単一繊維は厚さ０．２５ミリメートル、幅１．６ｍｍ、長さ５１ｍｍであった。繊維をコンクリート中に混合する前にラッパーを繊維から除去した。
【０１１３】
実施例１４
繊維補強コンクリート試料を、実施例１３で作製した繊維を用いて上に記載したようにキャストした。得られた試料の日本国での靭性を、試験手順Ｖによって測定し、結果を表３に示す。
【０１１４】
比較例Ｃ３
繊維補強コンクリート試料を、鋼繊維０．５重量％を用いて本質的に上に記載したようにキャストした。これは、これらの繊維によって達成することができる最も高い配合量であった。得られた試料の日本国での靭性を、試験手順Ｖによって測定し、結果を表３に示す。
【０１１５】
【表３】
2005502577.tif 000005
【０１１６】
表３の結果は、実施例１３の高延伸ポリプロピレン繊維が、周知の繊維および繊維無しの場合と比較してこの繊維を含有するコンクリートの靭性を驚くほど増大させたことを示す。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】セメント母材と混合される前のコンクリート繊維試料４の走査型電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【図２】セメント母材と混合され、母材から除去されて水で洗浄された後のコンクリート繊維試料４の走査型電子顕微鏡写真のデジタル画像である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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