(57)【要約】      （修正有）【課題】モルタルやコンクリート等の水硬性材料、樹脂、ゴム等の各種成形材料に配合したときの分散混合性の改善と、高い補強効果を提供する。【解決手段】（Ａ）有機繊維及び無機繊維から選ばれる繊維材料に（Ｂ）熱可塑性樹脂が含浸され一体化され、表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束であり、成形材料の補強用繊維材として用いる樹脂含浸繊維束。成形材料は、水硬性材料、合成及び天然樹脂、合成及び天然ゴム、セラミックス材料から選ばれるものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）有機繊維及び無機繊維から選ばれる繊維材料に（Ｂ）熱可塑性樹脂が含浸され一体化され、表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束であり、成形材料の補強用繊維材として用いる樹脂含浸繊維束。
【請求項２】
（Ａ）成分の繊維材料が直径５〜２４μmのもので、樹脂含浸繊維束を形成する有機繊維又は無機繊維の本数が1000〜24,000本である請求項１記載の樹脂含浸繊維束。
【請求項３】
樹脂含浸繊維束が、円柱状で、直径が０．５〜４．０ｍｍ、長さが４〜５０ｍｍのものである請求項１又は２記載の水硬性材料の樹脂含浸繊維束。
【請求項４】
（Ａ）成分の有機繊維が、アラミド繊維、ポリアミド繊維（アラミド繊維を除く）、全芳香族ポリエステル繊維、セルロース繊維、レーヨン繊維から選ばれるものであり、
（Ａ）成分の無機繊維が、ガラス繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維から選ばれるものである、請求項１〜３のいずれか１項記載の樹脂含浸繊維束。
【請求項５】
樹脂含浸繊維束の表面の凹凸が、長さ方向に連続又は非連続に直線状に形成された凹凸である、請求項１〜４のいずれか１項記載の樹脂含浸繊維束。
【請求項６】
樹脂含浸繊維束の表面の凹凸が、周方向に連続又は非連続に形成された凹凸である、請求項１〜４のいずれか１項記載の樹脂含浸繊維束。
【請求項７】
樹脂含浸繊維束の表面の凹凸が、長さ方向に連続又は非連続に螺旋状に形成された凹凸である、請求項１〜４のいずれか１項記載の樹脂含浸繊維束。
【請求項８】
樹脂含浸繊維束の表面の凹凸が、独立した複数の凹凸からなるものである、請求項１〜４のいずれか１項記載の樹脂含浸繊維束。
【請求項９】
成形材料が、水硬性材料、合成及び天然樹脂、合成及び天然ゴム、セラミックス材料から選ばれるものである請求項１〜８のいずれか１項記載の樹脂含浸繊維束。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート、モルタル等の水硬性材料、樹脂、ゴム等の各種成形材料に配合して使用する補強用繊維材に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート、モルタル、樹脂、ゴム等の各種成形材料を補強するための天然繊維や合成繊維からなる各種繊維材料が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ポリビニルアルコール系、ポリアクリロニトリル系、ポリアミド系、ポリオレフィン系、アラミド系から選ばれる有機合成繊維で撚掛けしたものを疎水性高分子集束剤で固着した後、アスペクト比２０〜３００に切断したセメントモルタル又はコンクリート補強用繊維の発明が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、セメントを主成分として、高強度ビニロン繊維を補強繊維とする繊維強化高靱性セメントボードからなるコンクリート構造物の発明が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、ポリビニルアルコール系繊維等（〔0018〕）を補強繊維として使用した繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートの発明が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、繊維に対してドライ・ブラスト処理することにより、繊維表面に平均粒径７〜５００μmの粒子が一部埋没した状態で存在させた（さらに凹部も存在させた）、ゴムや樹脂の補強用繊維の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平５−４３６５４号公報
【特許文献２】特開２００４−３６２５３号公報
【特許文献３】特開２００７−３０２５２８号公報
【特許文献４】特開２００９−２４９７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
各種繊維をモルタルやコンクリートの補強材として使用するとき、繊維の分散混合性が高いことが重要となるが、特許文献１〜３の発明では、セメントやモルタルと繊維の分散混合性の点で改善の余地がある。
【０００９】
特許文献４の発明は、製造方法が複雑であり、繊維に対してドライ・ブラスと処理をするため、図１からも理解できるとおり、一定した品質のものを得ることが困難であり、繊維自体が損傷して強度が低下するおそれもある。
【００１０】
本発明は、モルタルやコンクリート等の水硬性材料、樹脂、ゴム等の各種成形材料に配合したときの分散混合性が良く、高い補強効果が得られる補強用繊維材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、（Ａ）有機繊維及び無機繊維から選ばれる繊維材料に（Ｂ）熱可塑性樹脂が含浸され一体化され、表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束であり、成形材料の補強用繊維材として用いる樹脂含浸繊維束を提供する。
【００１２】
本発明の樹脂含浸繊維束は、セメント、モルタル、天然水硬性石灰等の水硬性材料、合成及び天然樹脂、合成及び天然ゴム、セラミックス材料等から選ばれる各種成形材料の補強用繊維材として使用するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の樹脂含浸繊維束は、表面に凹凸を有しているため（即ち、表面積が大きくなっているため）、成形材料と混合したときの接触面積を増大できることから、成形材料との混合・分散性が良くなり、成形材料を固化したときには成形材料との結合性も高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の補強用繊維材として使用する樹脂含浸繊維束の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図２】図１で示すフロー中の一部工程の説明図。
【図３】図２とは別実施形態の一部工程の説明図。
【図４】実施例の試験方法の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の樹脂含浸繊維束は、多数本の（Ａ）成分の繊維材料に（Ｂ）成分の熱可塑性樹脂が含浸され一体化された束の表面に凹凸が形成されたものである。
【００１６】
本発明の樹脂含浸繊維束に含まれる（Ａ）成分は、有機繊維及び無機繊維から選ばれる繊維材料である。
【００１７】
（Ａ）成分の有機繊維は、アラミド繊維、ポリアミド繊維（アラミド繊維を除く）、全芳香族ポリエステル繊維、セルロース繊維、レーヨン繊維から選ばれるものを用いることができる。
【００１８】
（Ａ）成分の無機繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維から選ばれるものを用いることができる。
【００１９】
（Ａ）成分の繊維材料（有機繊維及び無機繊維）の直径及び長さは特に制限されるものではないが、好ましくは直径が５〜２４μmの範囲のものである。なお、樹脂含浸繊維束を構成する（Ａ）成分の繊維材料の長さは、樹脂含浸繊維束の長さと一致するから、前記長さは樹脂含浸繊維束の長さでもある。本発明の樹脂含浸繊維束の製造に使用する（Ａ）成分の繊維材料の長さは、製造方法の説明にも記載しているとおり、もっと長いものを用いる。
【００２０】
本発明の樹脂含浸繊維束に含まれる（Ａ）成分の繊維材料の数は特に制限されるものではないが、1000〜24,000本の範囲が好ましく、1000〜12,000本の範囲がより好ましい。
【００２１】
本発明の樹脂含浸繊維束に含まれる（Ｂ）成分の熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂（ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１２等）、オレフィン樹脂（ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、酸変性ポリプロピレン等）、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエステル（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等）、熱可塑性ウレタン樹脂（ＴＰＵ）、ポリオキシメチレン樹脂（ＰＯＭ）、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリカーボネート樹脂とＡＢＳ樹脂のアロイ等から選ばれるものを用いることができる。（Ｂ）成分の熱可塑性樹脂は、２種以上からなるアロイも用いることができ、その場合には、適当な相溶化剤も含有することができる。
【００２２】
本発明の樹脂含浸繊維束には、上記した（Ａ）成分と（Ｂ）成分以外にも、必要に応じて他の成分を含有することができる。前記他の成分としては、補強用繊維材の適用対象となる成形材料の種類に応じて、公知の添加剤から適宜選択して含有することができる。
【００２３】
本発明の樹脂含浸繊維束において、（Ａ）成分の繊維材料と（Ｂ）成分の熱可塑性樹脂の合計量中、（Ａ）成分の繊維材料の含有量は５〜９０質量％が好ましく、１０〜８０質量％がより好ましく、２０〜７０質量％がさらに好ましい。
【００２４】
本発明の樹脂含浸繊維束は、補強用繊維として使用する各種成形材料の用途や必要な機械的強度等に応じて寸法を調整することができるが、例えば、直径が０．５〜４．０ｍｍ、長さが４〜５０ｍｍにすることができる。
【００２５】
次に、本発明の成形材料の補強用繊維材として用いる樹脂含浸繊維束の製造方法を、製造フローを示した図１により説明する。
【００２６】
本発明の樹脂含浸繊維束は、凹凸の形成工程を有する製造方法を適用して、表面に凹凸が形成されたものである。表面に凹凸が形成されていない樹脂含浸繊維束の製造方法は公知であり、例えば、特許第４３０２９３８号公報に記載されているが（より具体的には、段落番号００３５、段落番号００４６、図１参照）、前記特許発明に記載の製造方法には、凹凸の形成工程（凹凸の形成手段）が含まれていないので、表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束を得ることはできない。
【００２７】
図１は、外観上は、特許第４３０２９３８号公報の図１と同じものであるが、樹脂含浸繊維束の表面に凹凸を形成するための手段が、成形ロール又はペレタイザに備え付けられている。
【００２８】
まず、（Ａ）成分の繊維材料を長さ方向に揃えた状態で束ねた長尺状の繊維束１０ａ（例えば、繊維直径が５〜２４μm程度の繊維系材料を、1000〜24,000本程度束ねたもの）を用意し、この長尺状の繊維束を予備加熱装置１１内に送り、予備加熱する。
【００２９】
予備加熱は、次工程において、繊維材料に溶融状態の樹脂を含浸し易くするための処理である。予備加熱温度は融点未満の温度で、使用する繊維材料の種類により異なるものであり、例えば、アラミド繊維であれば１００〜４００℃程度に加熱し、玄武岩繊維であれば１００〜５００℃程度に加熱する。
【００３０】
次に、予備加熱処理した繊維束１０ｂをクロスヘッドダイ１２に送る。クロスヘッドダイ１２には、図示するとおり押出機１３が接続されており、押出機１３から樹脂供給経路１４を経て溶融状態の（Ｂ）成分の熱可塑性樹脂が供給され、長尺状の繊維束１０ｂと接触する。クロスヘットダイ１２の内部は、少なくとも前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に保たれており、長尺状の繊維束１０ｂに樹脂が含浸される。
【００３１】
次に、クロスヘッドダイ１２から成形（賦形）ロール１５に樹脂含浸繊維束１０ｃを送り、成形（賦形）する。本発明の一実施形態では、成形（賦形）ロール１５において、長尺状の樹脂含浸繊維束の外表面に凹凸を形成する。図１に示す成形（賦形）ロール１５は３本のロールの組み合わせであるが、２本又は４本以上のロールの組み合わせでもよい。
【００３２】
成形（賦形）ロール１５により、樹脂含浸繊維束の表面に凹凸を形成するときには、図２（ａ）、（ｂ）に示す２本のロール２１、２２を組み合わせた成形（賦形）ロール１５を用いることができる。
【００３３】
２本のロール２１、２２の外表面２１ａ、２２ａには、長さ方向に等間隔をおいて複数箇所に凹部２１ｂ、２２ｂが形成されており、凹部２１ｂ、２２ｂは、周方向にも等間隔おいて複数（図面では８個）が形成されている。なお、ロール表面の凹部（又は凸部でもよい）の形成位置や形成状態（例えば、独立した凹部のほか、一定長さの連続した凹部）を適宜調整することにより、樹脂含浸繊維束に形成される凹凸の状態（例えば、特定の方向に対して、連続又は非連続の直線状又は螺旋状の凹凸）を所望の状態に調整することができる。
【００３４】
長尺状の樹脂含浸繊維束１０ｃが成形（賦形）ロール１５（２本のロール２１、２２）の間を通るとき、外表面に形成された多数の凹部と接触することで、表面に凹凸が形成される。
【００３５】
次に、成形（賦形）ロール１５通過させ、凹凸が形成された長尺状の樹脂含浸繊維束１０ｄを引取機１６に送る。
【００３６】
次に、引取機１６を通過させた長尺状の凹凸が形成された樹脂含浸繊維束１０ｄをペレタイザー（裁断機）１７に送り、所定長さに切断して、表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束１０ｅを得る。
【００３７】
なお、本発明の他の実施形態では、成形（賦形）ロール１５にて凹凸を形成しないで、ペレタイザー（裁断機）１７で凹凸を形成することもできる。
【００３８】
ペレタイザー（裁断機）１７で凹凸を形成するときは、図３（ａ）で示すように、ペレタイザー（裁断機）１７に樹脂含浸繊維束１０ｃを導入するための引取ロール３１として、図３（ｂ）に示すように、ロール表面に網目状に形成された溝（ローレット）３２を有する２本のロール３１ａか、又はロール表面に引き取り方向に直角に形成された溝（横溝）３３を有する２本のロール３１ｂの組み合わせを用いることができる。
【００３９】
樹脂含浸繊維束１０ｃが引取ロール３１を通るとき、外表面に形成された多数の溝と接触することで、表面に凹凸が形成される。
【００４０】
本発明の樹脂含浸繊維束に形成された凹凸の好ましい例としては、
（I）長さ方向に連続又は非連続に直線状に形成された凹凸、
（II）周方向に連続又は非連続に形成された凹凸、
（III）長さ方向に連続又は非連続に螺旋状に形成された凹凸、
（IV）独立した複数の凹凸、
のいずれかにすることができるほか、（I）〜（III）から選ばれるいずれか１つと（IV）を組み合わせた凹凸にすることもできる。
【００４１】
凹凸の内、凹部の深さと凸部の高さは、凹凸が形成されていない面を基準として、０．０５〜２ｍｍの範囲にすることができ、好ましくは０．０５〜１．５ｍｍの範囲にすることができる。
【００４２】
本発明の表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束は、水硬性材料、合成及び天然樹脂、合成及び天然ゴム、セラミックス材料から選ばれる成形材料の補強用繊維材として使用する。
【００４３】
水硬性材料としては、公知の各種セメント、前記各種セメントを含むモルタル及びコンクリートのほか、水を添加して硬化する公知の材料を挙げることができ、例えば、天然水硬性石灰（NHL；Natural Hydraulic Lime）にも適用することができる。
【００４４】
樹脂含浸繊維束の含有量は、セメント１００質量部に対して０．１〜５０質量部が好ましく、０．１〜３０質量部がより好ましく、０．１〜２０質量部がさらに好ましい。
【００４５】
水硬性材料がモルタルの場合には、セメント、水、細骨材、混和材料（必要に応じて加える）、上記の樹脂含浸繊維束等を含むことができる。
【００４６】
水硬性材料がコンクリートの場合には、セメント、水、細骨材、粗骨材、混和材料（必要に応じて加える）、上記の樹脂含浸繊維束等を含むことができる。
【００４７】
上記の細骨材、粗骨材、混和材料等は公知のものであり、例えば、特許文献３（特開２００７−３０２５２８号公報）の段落番号２１に記載されているものを挙げることができる。
【００４８】
合成及び天然樹脂の補強用繊維材として使用する場合には、樹脂含浸繊維束を構成する樹脂よりも融点の低い樹脂に使用する。
【実施例】
【００４９】
実施例１
図１、図２に示すフローにて、表面に凹凸が形成された樹脂含浸繊維束を製造した。
【００５０】
表１に示すアラミド（ケブラー）繊維（直径１４μm）約１３００本からなる長さ長尺状の繊維束を予備加熱装置に通して、約３００℃で予備加熱した。
【００５１】
次に、予備加熱後の繊維束をクロスヘッドダイに導入して、押出機から供給した溶融状態（２８０℃）の樹脂（ポリプロピレンとマレイン酸変性ポリプロピレンからなる混合物）と接触させることで、長尺状の繊維束に樹脂を含浸させた。
【００５２】
次に、樹脂を含浸させた長尺状の繊維束を図３で示す成形ロールに通過させ、表面に多数の凹凸を形成した。
【００５３】
次に、引取機を通過させた後、ペレタイザで切断して、直径が約２ｍｍ、長さが２５ｍｍの樹脂含浸繊維束を得た。
【００５４】
実施例２、３
表１に示すバサルト（玄武岩）繊維（直径１３μm）約４０００本を用い、図１と図２又は図３に示すフローにて、表面に凹凸が形成された、直径が約２ｍｍ、長さが２５ｍｍの樹脂含浸繊維束を得た。
【００５５】
比較例１、２
表１に示すアラミド繊維とケブラー繊維（実施例１〜３と同じもの）を用い、図１に示すフロー（但し、凹凸の形成工程は備えていない）にて、表面に凹凸が形成されていない、直径が約２ｍｍ、長さが２５ｍｍの樹脂含浸繊維束を製造した。
【００５６】
試験例１
図４に示す引抜試験用の測定サンプルを調製した。
羽根産業社製のドライモルタル１kg、水１５mlを充分に混合して、試験用モルタルとした。
【００５７】
次に、一端開口部が封鎖された筒５０（ＰＰ製，直径Ｄ＝約６mm、長さＬ＝約２５mm）の内部に試験用モルタルを充填した。その後、さらに図示するように実施例・比較例で得られた樹脂含浸束（長さ２５mm）のｌ1長さ（１０mm）部分を差し込んで、モルタルが固化するまで放置した。
【００５８】
引抜試験は、図４に示す筒５０部分を固定し、棒５２のｌ2長さ部分を固定して、引き抜き速度２mm／minで引っ張ったときの引き抜き荷重（N）を測定した。測定機器は、島津オートグラフAG2000G（島津製作所製）を用いた。結果を表１に示す。
【表１】
2011162905.tif 000002
ＰＰ：ポリプロピレン（ノーブレンZ101A  住友化学株式会社製）
変性ＰＰ：マレイン酸変性ポリプロピレン（OREVAC  CA100  アルケマ製）
アラミド繊維：Kevler49  （東レ・デュポン株式会社製）
玄武岩繊維：バサルトファイバーBCF13（Kamenny Vek社製）
【００５９】
実施例１と比較例１の引き抜き荷重の対比と、実施例２、３と比較例２の引き抜き荷重の対比から明らかなとおり、表面に凹凸が形成されている実施例の樹脂含浸繊維束を用いた方が、引き抜き荷重が大きかった。この結果は、表面に凹凸のある樹脂含浸繊維束の方が、モルタルと良く結合されているからであると考えられる。
【図１】
2011162905.tif 000003
【図２】
2011162905.tif 000004
【図３】
2011162905.tif 000005
【図４】
2011162905.tif 000006