(57)【要約】【課題】補強用材料の繊維軸に垂直の力が加わった場合においても、被覆樹脂の破壊が起こり難く、補強用材料による補強効果が低下し難い補強用材料を得ること。【解決手段】その断面の直径が１０〜１０００μｍのモノフィラメントの表面を熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂で被覆してなる補強用材料であって、該補強用材料には少なくとも１個の突起部が存在しており、且つその長さが、該補強用材料の突起部を除く部分の平均断面直径の３倍以上である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その断面の直径が１０〜１０００μｍのモノフィラメントの表面を熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂で被覆してなる補強用材料であって、該補強用材料には少なくとも１個の突起部が存在しており、且つその長さが、該補強用材料の突起部を除く部分の平均断面直径の３倍以上であることを特徴とする補強用材料。
【請求項２】
モノフィラメントの断面の直径が２０〜２００μｍである請求項１記載の補強用材料。
【請求項３】
モノフィラメントがアラミド繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項４】
モノフィラメントがポリビニルアルコール繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項５】
モノフィラメントがポリエチレン繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項６】
モノフィラメントがポリプロピレン繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項７】
モノフィラメントが脂肪族ポリエステル繊維若しくは芳香族ポリエステル繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項８】
モノフィラメントがポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項９】
モノフィラメントがガラス繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項１０】
モノフィラメントが炭素繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項１１】
モノフィラメントが金属酸化物繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項１２】
モノフィラメントが金属繊維である請求項１又は２記載の補強用材料。
【請求項１３】
補強用材料がコンクリート補強用の補強用材料である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の補強用材料。
【請求項１４】
補強用材料がモルタル補強用の補強用材料である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の補強用材料。
【請求項１５】
補強用材料が樹脂補強用の補強用材料である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の補強用材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリックスを補強するための材料に関するものであり、さらに詳しくは、コンクリートやモルタル材料、あるいは樹脂成形物等の補強用途に使用することにより、その曲げ強度などの機械的特性を可及的に向上せしめることが可能な補強用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンクリートやモルタル材料、あるいは樹脂成形物の曲げ強度、耐衝撃強度等の機械的特性を向上させるために、アスベスト、ガラス繊維、金属繊維、あるいは炭素繊維等の無機繊維や、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維等の有機繊維によって補強することが知られており、既に各種用途で実用化されているが、上記各繊維は、コンクリート中では、アルカリ劣化や腐食を起こして強度低下を生じたり、コンクリート材料にひび割れ等を生じさせるばかりでなく、経年変化や荷重の負荷によりコンクリート界面との結合性が低下し、補強効果が充分に発揮できないという欠点を有していた。
【０００３】
このような欠点を解消するため、特開２００１−３２８８５３号公報には、繊維若しくは可とう性のある棒形状を有する基材の表面を熱可塑性樹脂、および／または熱硬化性樹脂で被覆し、少なくとも１個以上の突起部を形成させた補強用材料が開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記補強用材料において使用される繊維は、専ら多数のフィラメント群から構成されるマルチフィラメントヤーンであるため、補強された材料に何らかの外力が加わって、補強用材料の繊維軸に垂直の力が加わった場合、被覆樹脂の破壊が起こり易く、繊維と被覆樹脂との界面の接着性が損なわれて補強効果が低下し易いという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３２８８５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解消し、補強用材料の繊維軸に垂直の力が加わった場合においても、被覆樹脂の破壊が起こり難く、補強用材料による補強効果が低下し難い補強用材料を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討した結果、モノフィラメントの表面を熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂で被覆するとき、所望の補強用材料が得られることを究明した。
【０００８】
かくして本発明によれば、その断面の直径が１０〜１０００μｍのモノフィラメントの表面を熱可塑性樹脂及び／又は熱硬化性樹脂で被覆してなる補強用材料であって、該補強用材料には少なくとも１個の突起部が存在しており、且つその長さが、該補強用材料の突起部を除く部分の平均断面直径の３倍以上であることを特徴とする補強用材料が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明における補強用材料とは、砂等の骨材とセメントとを混練して作成されるコンクリートや、主としてセメントから製造され、小さな骨材を含むか若しくは骨材を含まないモルタル、或いは熱可塑性または熱硬化性の樹脂を補強するための材料を意味する。
【００１０】
本発明の補強用材料は基材表面に樹脂を被覆した樹脂被覆体からなり、該基材としては、その断面の直径が１０〜１０００μｍのモノフィラメントを使用し、また、樹脂としては熱可塑性樹脂、および／または熱硬化性樹脂を使用する。
【００１１】
ここで、樹脂被覆体の基材として、マルチフィラメントではなくモノフィラメントを使用する理由は次のような機構による。即ち、補強用材料によって補強された材料に外力が加わって補強用材料の繊維軸に垂直の力が加わった場合、マルチフィラメントにおいては、被覆樹脂と接触していない単繊維間の配置がずれるために容易に変形が起こり、その結果被覆樹脂が破壊を受けやすく、繊維と樹脂との剥離が促されて補強用材料としての効果が充分に発揮できなくなるのに対し、モノフィラメントにおいては、変形が起こらないので被覆樹脂の破壊が起こり難く、補強用材料としての効果を充分に発揮することが可能となるからである。
【００１２】
上記モノフィラメントの断面の直径は１０〜１０００μｍであることが必要であり、好ましくは１０〜２００μｍ、更に好ましくは２０〜１２０μｍである。断面の直径が１０μｍ未満の場合は補強用材料としての絶対強力が不足し、一方、断面の直径が１０００μｍを越える場合は樹脂との接触面積が減少（本数が少なくなる）し、補強効率を低下させることがあるので好ましくない。
【００１３】
上記モノフィラメントを構成する素材としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維等の無機繊維、及びアラミド繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、塩化ビニル繊維、セルロース繊維、パルプ繊維等の有機繊維を挙げることが出来る。
【００１４】
中でも、アラミド繊維は高い引張強度と耐熱性および耐薬品性を有し、且つ軽量であるため、近年セメント薄板や樹脂板等の補強用材料として用いられるようになってきた。特にセメント材料の場合、アラミド短繊維を添加し、ルーダーを用いて混練し、これを押出成形することにより得られる薄板は、曲げ強度、耐衝撃強度が著しく向上して薄板をより薄くすることが可能となるので好ましい。
【００１５】
上記アラミド繊維の中でもパラ型アラミド繊維が好ましく例示される。パラ型アラミド繊維としては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタラミドや共重合体であるコポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維等をあげることが出来る。特に、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維を基材として用いた場合には、優れた引抜き特性を有するために他の繊維に比べ特に補強効果が優れている上、耐薬品性にも優れているため、長期にわたって高性能を保持することが出来る。さらに、この繊維は、耐熱性にも優れていることから、２００℃程度のオートクレーブ養生にも耐えられるという利点を有している。
【００１６】
上記モノフィラメントの表面を被覆するための樹脂としては、熱可塑性樹脂、及び／又は熱硬化性樹脂であれば特に限定はないが、好ましくは、エポキシ系樹脂、ビニールエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、ホルムアルデヒド系樹脂、フルオロ重合体系樹脂等の熱硬化性樹脂が使用され、中でも、エポキシ系樹脂やビニールエステル系樹脂が特に好ましく使用される。これらの樹脂は、浸漬法やスプレー法により基材であるモノフィラメント表面に付与し、乾燥及び必要により熱処理することにより樹脂被覆体とすることが出来る。
【００１７】
上記樹脂には、マトリックス材料や基材繊維との接着を高めるためにシランカップリング剤などを含有せしめることも可能である。
【００１８】
上記本発明の補強用材料には少なくとも１個の突起部が存在している。図１は、本発明の補強用材料の一実施態様を模式的に示す側面図であり、図１において、１は補強用材料に存在する突起部を示し、２は該突起部を除く部分を示す。本発明において、突起部が存在しているとは、突起部１の最大径：ｄ１と突起部を除く部分２の平均径：ｄ２の比率：ｄ１／ｄ２が１．３倍以上を満足するような状態を意味する。この比率が１．３倍未満の場合は、補強用材料のマトリックス材料に対する引抜き抵抗値を充分に大きくすることができず、充分な補強効果が得られない。該比率は１．５倍以上であることが好ましく、３倍以上であることがさらに好ましい。
【００１９】
上記突起部の数は、１以上存在していることが必要であり、実用的には２〜５個のものが好ましく例示されるが、５個を超えて存在していても構わない。特に、該樹脂被覆体の長さが長い場合には、５個を超えて存在しているものが好ましい場合もある。
【００２０】
さらに、本発明の補強用材料は、その長さが、突起部を除く部分２の平均径：ｄ２の３倍以上、即ちアスペクト比が３以上であることが必要であり、アスペクト比が４以上であることがさらに好ましい。該アスペクト比が３未満の場合は、補強用材料の単位体積当たりの表面積（マトリックス材料と接触する面積）が小さくなり、補強効率が低下するので好ましくない。また、アスペクト比が３以上であっても、補強用材料の長さが短すぎる（突起部を除く部分２の平均径：ｄ２が小さすぎ）場合は補強効率が低下するので、補強用材料の長さは概ね２０ｍｍ以上あることが好ましい。
【００２１】
上記のような突起部を形成させる方法としては、予め突起部が形成された基材（モノフィラメント）を使用することも出来るが、基材となる繊維表面に樹脂を被覆し乾燥する際に、該樹脂が表面張力により凝縮する性質を利用して該樹脂を球形状に凝縮させ、該球形状の凝縮部（これが突起部となる）を繊維の長さ方向に沿って多数形成させてもよい。
【００２２】
このように、樹脂を球形状に凝縮させるには、付与する樹脂の濃度と付着量を基材の種類に応じて適宜調節（例えばアラミド繊維の場合、樹脂を基材に対し重量比で６０〜２５０重量％付与する）し、樹脂を乾燥若しくは硬化することにより凝縮させることができる。
【００２３】
上記の方法により得られた突起部の形状は、多くの場合球形となるが、他の形状であってもよい。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその内容に限定されるものではない。なお、実施例で用いた試験片の作製方法、物性の評価方法は下記の通りである。
【００２５】
（１）コンクリートの曲げ強度（単位；Ｎ／ｃｍ２）
コンクリートの曲げ強度測定用の、容量１０トンの引張圧縮試験機（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｅｓｔｉｎｇ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ  ＵＴＭ  １０−ｔｏｎ、Ｔｏｙｏ  Ｂａｌｄｗｗｉｎ  Ｃｏ  Ｌｔｄ製）を用い、４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍの試験片の、支点からの距離：１０ｃｍの点を２ｍｍ／分で圧縮する３点曲げ法にて、応力の最高値より曲げ強度を求めた。
【００２６】
なお、試験片は、早強ポルトランドセメント：１１７４ｇ、試験に供する補強用材料：５．９ｇ（補強用材料の添加量：５．０％）、水：４９３ｇをオムニミキサー中に投入した後、粘剤としてメチルセルロース：１１．７ｇを加えて、４００ｒｐｍの条件で５分間混練を行った後、型枠（４ｃｍ×４ｃｍ×１６ｃｍ）に流し込み、室温にて１ケ月間養生を行い試験片とした。また、曲げ試験は試験片１０個に対して実施し、その平均値を曲げ強度とした。
【００２７】
［実施例１］
断面の直径が５２μｍ（３０ｄｔｅｘ）の、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメント（帝人（株）製、「テクノーラ」）を、ビニールエステル樹脂中に浸漬して、該ビニールエステル樹脂の付着量が１５０重量％となるように付着させた後、温度：１７０℃で乾燥、硬化させた。得られた樹脂被覆アラミド繊維モノフィラメントは、多数の球状突起部を有するものであり、該突起部の最大径：ｄ１と突起部を除く部分の平均径：ｄ２との比率：ｄ１／ｄ２が１．３倍以上のものが９０％以上を占めていた。
【００２８】
上記の樹脂被覆体を９ｍｍの長さにカットして補強用材料を得た。得られた補強用材料は、平均して４．１個の突起部を有するものであった。該補強用材料をコンクリートの補強材料として用い、上記（１）に記載した方法により試験片を作成して、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
［比較例１］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１２μｍのフィラメント２０本から構成されるコポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミドマルチフィラメント（総繊度３０ｄｔｅｘ）を使用した以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３０】
［実施例２］
実施例１において、断面の直径が１７μｍのコポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメント（３．３ｄｔｅｘ）を用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
［比較例２］
実施例１において、断面の直径が８．７μｍのコポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメント（０．８３ｄｔｅｘ）を用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３２】
［実施例３］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１７μｍのビニロン繊維のモノフィラメントを用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３３】
［実施例４］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１７μｍのポリエチレン繊維のモノフィラメントを用い、樹脂の乾燥、硬化を９０℃で実施した以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例５］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１７μｍのポリプロピレン繊維のモノフィラメントを用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
［実施例６］
実施例５において、ポリプロピレン繊維のモノフィラメントの断面の直径を５２μｍとした以外は実施例５と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３６】
［実施例７］
実施例５において、ポリプロピレン繊維のモノフィラメントの断面の直径を１８０μｍとした以外は実施例５と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３７】
［実施例８］
実施例５において、ポリプロピレン繊維のモノフィラメントの断面の直径を３００μｍとした以外は実施例５と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３８】
［実施例９］
実施例５において、ポリプロピレン繊維のモノフィラメントの断面の直径を９００μｍとした以外は実施例５と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
［比較例３］
実施例５において、ポリプロピレン繊維のモノフィラメントの断面の直径を１１００μｍとした以外は実施例５と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００４０】
［実施例１０］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１７μｍのポリエチレンテレフタレート繊維のモノフィラメントを用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００４１】
［実施例１１］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１７μｍのガラス繊維のモノフィラメントを用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００４２】
［実施例１２］
実施例１において、コポリパラフェニレン・３，４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維のモノフィラメントに代えて、断面の直径が１７μｍの炭素繊維のモノフィラメントを用いた以外は実施例１と同様に実施し、コンクリートの曲げ強度を測定した。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2004149991.tif 000003
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、補強用材料の繊維軸に垂直の力が加わった場合においても、被覆樹脂の破壊が起こり難く、補強用材料による補強効果が低下し難い補強用材料を得ることが可能となり、コンクリートやモルタル材料、あるいは樹脂成形物等の補強用材料として好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補強材料の一実施態様を模式的に示す側面図。
【符号の説明】
１  突起部
２  突起部を除く部分
【図１】
2004149991.tif 000004