(57)【要約】【課題】特にアスベスト代替として有用な建築材料である抄造板において、補強性を充分に確保しながらも、補強繊維により占めるコストをより安価なものとすることが可能な水硬性成形体を提供する。【解決手段】有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の混合繊維からなり、セメントへの親和性能が有機繊維Ａ群＞有機繊維Ｂ群であり、かつ該混合繊維において有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の繊維混合比が７０／３０〜１０／９０、かつ下記式により求められる該混合繊維の平均繊維強度が６．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である補強繊維を含有してなる水硬性成形体。《平均繊維強度》＝《Ａ群の繊維強度》×Ｘ＋《Ｂ群の繊維強度》×Ｙただし、Ｘは有機繊維Ａ群の繊維混合比、Ｙは有機繊維Ｂ群の繊維混合比を示し、Ｘ＋Ｙ＝１を満足するものとする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の混合繊維からなり、セメントへの親和性が有機繊維Ａ群＞有機繊維Ｂ群であり、有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の繊維混合比が質量比にて７０／３０〜１０／９０、かつ下記式により求められる混合繊維の平均繊維強度が６．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である補強繊維を含有してなる水硬性成形体。
《平均繊維強度》＝《Ａ群の繊維強度》×Ｘ＋《Ｂ群の繊維強度》×Ｙ
ただし、Ｘは有機繊維Ａ群の繊維混合比、Ｙは有機繊維Ｂ群の繊維混合比を示し、Ｘ＋Ｙ＝１を満足するものとする。
【請求項２】
補強繊維が繊維強度９ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維Ａ群および繊維強度４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維Ｂ群との混合繊維である請求項１記載の水硬性成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にアスベスト代替として有用な建築材料である抄造板において、補強性を充分に確保しながらも、補強繊維により占めるコストをより安価なものとすることが可能な水硬性成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セメント、石膏等の水硬性材料の中で、抄造板は優れた建築材料として注目されており、アスベスト使用の抄造板並に安価で且つ必要性能を満たすことができれば、建築材料の中で最も有用であると考えられる。
抄造板の分野において、従来補強繊維として使用されていたアスベストが環境上或いは健康上問題があることから、有機繊維への移行が世界的に進んでいる。補強繊維に用いる有機繊維としては、一般的にポリビニルアルコール（以下ＰＶＡ）系繊維、ポリプロピレン（以下ＰＰ）系繊維、ポリアクリロニトリル（以下ＰＡＮ）系繊維、ポリエチレン（以下ＰＥ）系繊維、ナイロン（以下Ｎｙ）系繊維等が使用されてきているが、これら有機繊維の中で、ＰＶＡ系繊維またはＰＰ系繊維が機械的性能、耐アルカリ性、耐候性に優れる点でセメント補強用繊維として多用されている。
【０００３】
しかしながら、抄造板に補強繊維として有機繊維を使用した場合、ＰＶＡ等の高強力繊維は高価であるため、最終製品のコストが高くなるという問題があった。一方、ＰＰ等の溶融紡糸にて製造される安価な繊維は、繊維強度が低い、或いはセメント親和性が低い等の問題があり、そのため補強性が不十分となっていた。また上記以外の十分な強度を有する溶融紡糸繊維においても、やはりセメント親和性が低いために表面処理、添加物などが必要となるため、結果として高価になるといった問題があった。
これらの問題点を解決する方法として、２種類以上の繊維を併用して使用する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に記載された発明は主にモルタル、コンクリート補強用途に限られており、モルタル、コンクリート補強に用いられる繊維は通常、単繊維繊度が数十〜数百ｄｔｅｘである。このような単繊維繊度の太い繊維を抄造板用に使用する場合、繊維補強複合体の破断時にマトリックスからの抜けが大きくなるといった問題があった。それを補うために繊維長を長くする方法が考えられるが、繊維長を長くした場合、スラリー中の繊維分散性が著しく低下するという問題があった。
【０００５】
また、特許文献３はＰＶＡ繊維とポリオレフィン繊維を混合使用して押出成形して水硬性成形体を製造する方法であるが、押出成形において１０ｄｔｅｘ以下の細い繊度の繊維を用いる場合、原料がスラリーではなくモルタルであるため繊維を分散させることは非常に困難であった。細い繊度の繊維を集束させて見かけ上のアスペクト比を下げることで分散性は向上するものの、繊維を集束させるためコストアップが生じてしまうといった問題点があった。
【０００６】
特許文献４は、安価な抄造セメント板を提供するために、表面処理を施した高強度ＰＰ繊維と数種類の有機・無機繊維を組み合わせて使用する方法が提案されているが、ＰＰ繊維の表面処理にかかるコスト、ＰＰ繊維の高強度化にかかるコストを考えると、通常のＦＲＣ用ＰＰ繊維を用いた場合に比べて大幅なコストアップは避けられなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１３９３６０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３９３６１号公報
【特許文献３】
特開平６−２９３５４６号公報
【特許文献４】
特表２００１−５１９３１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は上記問題点を鑑みて鋭意検討を行った結果、特にアスベスト代替として有用な建築材料である抄造板において、セメント親和性の異なる２種類の有機繊維からなり、かつ特定の平均繊維強度を有する混合繊維を補強繊維として使用することにより、その補強性を充分に確保しながらも、補強繊維により占めるコストをより安価なものとすることが可能な水硬性成形体が得られることを見出した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の混合繊維からなり、セメントへの親和性が有機繊維Ａ群＞有機繊維Ｂ群であり、有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の繊維混合比が質量比にて７０／３０〜１０／９０、かつ下記式により求められる混合繊維の平均繊維強度が６．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である補強繊維を含有してなる水硬性成形体に関する。
《平均繊維強度》＝《Ａ群の繊維強度》×Ｘ＋《Ｂ群の繊維強度》×Ｙ
ただし、Ｘは有機繊維Ａ群の繊維混合比、Ｙは有機繊維Ｂ群の繊維混合比を示し、Ｘ＋Ｙ＝１を満足するものとする。
さらに本発明は、好ましくは補強繊維が繊維強度９ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維Ａ群および繊維強度４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維Ｂ群との混合繊維である上記の水硬性成形体に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の水硬性成形体において、有機繊維Ａ群は、高いセメント親和性能を有するものであり、例えばＰＶＡ、ＰＡＮ系繊維等、耐アルカリ性に優れるものが挙げられる。これら有機繊維Ａ群は、例えば繊度０．５ｄｔｅｘ以上、強度９ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度１２％以下、ヤング率１５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の性能を有する繊維であることが好ましい。特にＰＶＡ系繊維を使用する場合、湿式紡糸または乾湿式紡糸により製造されたＰＶＡ系繊維を使用するのが好ましく、具体的には、特開２０００−０５３４５５号公報に記載の製造方法にて得られたＰＶＡ系合成繊維を用いることが好ましい。
【００１１】
一方、有機繊維Ｂ群は、有機繊維Ａ群と同様耐アルカリ性に優れるが、有機繊維Ａ群よりもセメント親和性能が低い性能を有するものであり、例えばＰＰ、ＰＥ、Ｎｙ系繊維等安価なものが挙げられる。これら有機繊維Ｂ群は、例えば繊度０．５ｄｔｅｘ以上、強度４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２５％以下、ヤング率５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の性能を有する繊維であることが好ましい。
【００１２】
なお、上記したセメント親和性能は、特開２００１−１３９３６１号公報に記載された測定方法に準拠して測定して得られる界面摩擦接着力（ＭＰａ）により求められる。本発明におけるセメント親和性能が高い繊維とは、この界面摩擦接着力が１．５ＭＰａ以上のもの、一方、セメント親和性能が低い繊維とは界面摩擦接着力が１．５ＭＰａ未満のものを指す。
【００１３】
上記有機繊維Ａ群あるいは有機繊維Ｂ群の繊維繊度を細くする方法によってもセメントマトリックスとの接触面積が増加し、セメント親和性能が向上するが、この場合、高度な繊維製造技術が必要となり、その結果製造コストが高くなる。したがって、上記有機繊維Ａ群あるいは有機繊維Ｂ群の繊度は０．５ｄｔｅｘ以上が適当である。一方、セメントマトリックスとの親和性の点からは１０ｄｔｅｘ以下であることが好ましく。より好ましくは１〜８ｄｔｅｘである。
【００１４】
上記有機繊維Ａ群あるいは有機繊維Ｂ群の繊維長は、２〜２０ｍｍが好ましく、更に好ましくは５〜１０ｍｍである。また、繊維の断面形状は特に問わない。真円型、楕円型、扁平型等、いずれの形状においても上記繊維物性を有していればかまわない。ただし、複雑な断面形状は繊維製造コストが高くなる可能性があるので、あまり好ましくない。
【００１５】
本発明の水硬性成形体において、上記有機繊維Ａ群および有機繊維Ｂ群からなる混合繊維を補強繊維として使用するが、該混合繊維の平均繊維強度は、６．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが必要である。該混合繊維の平均繊維強度が６．５ｃＮ／ｄｔｅｘよりも低い場合、十分な補強効果が得られない。好ましくは７ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、より好ましくは８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。
なお、該混合繊維の平均繊維強度は以下により求められたものとする。
《平均繊維強度》＝《Ａ群の繊維強度》×Ｘ＋《Ｂ群の繊維強度》×Ｙ
ただし、Ｘは有機繊維Ａ群の繊維混合比、Ｙは有機繊維Ｂ群の繊維混合比を示し、Ｘ＋Ｙ＝１を満足するものとする。
【００１６】
有機繊維Ａ群と有機繊維Ｂ群の繊維混合比は、質量比にて７０／３０〜１０／９０の範囲である必要がある。有機繊維Ａ群の繊維混合比が１０質量％より低い場合、強度の高い繊維を用いても補強への寄与が期待できない。一方、有機繊維Ａ群の繊維混合比が７０質量％よりも高い場合、補強繊維全体のコストが上がってしまう。好ましくは６０／４０〜２０／８０の範囲であり、より好ましくは５０／５０〜３０／７０の範囲である。
【００１７】
上記補強繊維の条件は、抄造セメント板で砂を含有しない独特な組成を行う加工方式の結果得られるマトリックス成分に対応したものである。すなわちマトリックスと補強繊維との相互作用（摩擦抵抗、引抜き抵抗）は、補強繊維の条件が上記した範囲で好適に維持されるとき、大きな補強効果をもたらす。養生前に高圧プレスを施すことにより、更に補強効果が向上できる。本発明の有機繊維の含有量は１〜１０質量％／成形体が好適である。該繊維の含有量が１質量％／成形体未満であると補強効果が不充分であり、逆に１０質量％／成形体を超えると繊維の分散性が極めて悪くなり抄造性が悪化する。より好適には３〜８質量％／成形体である。
【００１８】
本発明の水硬性成形体は抄造方式により製造する。抄造とは、セメント粒子などを水媒体に縣濁させた粥状のものをメッシュに濾し取り成形するものである。その過程で薄い膜状としたものを順次積層して所望の厚みの成形板とする円網方式（ハチェック法）や長網方式、濃厚縣濁液を用いて１回ないし数回で、ある程度の厚みを確保するフローオン方式等がある。抄造方式は機械的に連続的、バッチ式で量産されるもので、均一で安定した性能が得られる利点があり、また２〜３０ｍｍ、より好適には４〜２０ｍｍの比較的板厚の薄い材料を製造することができる。このような薄板の製造は抄造以外の通常のモルタル流し込みでは極めて困難である。
【００１９】
抄造板は上記したように円網、長網、フローオンなどの方式によって製造されるが、その材料構成は水硬性材料、補強用繊維、その他添加剤などである。スラリーの調製方法は特に限定されないが、固体成分が均一に分散されたスラリーを得る点からは、水を張った攪拌機にパルプを投入して攪拌し、次いで補強用繊維、水硬性材料、他の添加剤（無機物質等）を順次添加するのが好ましい。本発明において、水硬性材料としてはポルトランドセメントが好適に使用される。補強用繊維は前述したように２種類の有機繊維の混合繊維が使用される。その他添加剤としては高炉スラグやフライアッシュ、炭酸カルシウム、シリカフューム、セピオライト、アタパルジャイト、マイカ、ワラストナイトなどの無機物質等が好適に使用される。これらは硬化体の物性を向上させる効果、例えば耐凍結融解性の向上、腐食性物質（塩素、炭酸ガス、硫酸イオンなどの各種有機酸）の侵入抑制、補強繊維とマトリックスとの付着性の改善、縣濁液の粘性を適度に調節して抄造効率を上げる効果や、抄造体の乾燥収縮制御を行う効果、硬化体の強度向上効果が発現する。
【００２０】
本発明ではその他に有機質繊維としてパルプを使用する。パルプは叩解処理の有無を問わないが、好ましくは、パルプの濾水度試験方法ＪＩＳ  Ｐ８１２１−１９７６のカナダ標準型に準じて測定される叩解度がＣＳＦ値で７０〜１３０ｍｌのものが良い。これらパルプの使用量は２〜６質量％が好適であり、３〜４質量％がより好ましい。使用量が２質量％未満であると特に円網（ハチェック）方式において縣濁液におけるセメント粒子の捕捉が不十分となり、セメント粒子が濾し取られ難くなって抄造効率が悪くなると同時に抄造物中のセメント混合率が低下し、硬化体の強度性能が低下する。一方パルプの使用量が６質量％を超えると硬化体の耐水性や腐食性物質（塩素、炭酸ガス、硫酸イオンなどの各種有機酸）の侵入抑制効果が損なわれる。
【００２１】
抄造時、ＰＰの様に比重の軽い繊維を用いる場合、セメントスラリー中で繊維が浮いてしまうため、分散不良が起こったり、抄造用水（白水）を循環させて使用する際、白水タンク等で浮いたＰＰ繊維が滞留してしまう等の問題が生じる。このような問題も、本発明において例えば比重が１より大きいＰＶＡ等の繊維を混合使用することで、スラリー中の浮上繊維を低減することができ、有機繊維全体の分散性が向上できる。
【００２２】
本発明の、特にアスベスト代替として有用な建築材料である抄造板において、セメント親和性能の異なる２種類の有機繊維からなり、かつ特定の平均繊維強度を有する混合繊維を補強繊維として使用することにより、その補強性を充分に確保しながらも、補強繊維により占めるコストをより安価なものとすることが可能な水硬性成形体を提供することが可能となる。
【００２３】
【実施例】
以下実施例によって、本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何等限定されるものではない。なお本発明において繊維繊度、繊維強力、繊維強度、繊維伸度、および抄造板の曲げ強度、成形体中における補強繊維の界面摩擦接着力は以下の測定方法により測定されたものを意味する。
【００２４】
［繊度  ｄｔｅｘ］
得られた繊維状物の一定試長の質量を測定して見掛け繊度をｎ＝１０以上で測定し、平均値を求めた。なお、一定糸長の質量測定により繊度が測定できない繊維（細デニール繊維）はＶＩＢＲＯＭＡＴ  Ｍ［Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ製］により測定した。
【００２５】
［強度  ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度  ％、ヤング率  ｃＮ／ｄｔｅｘ］
予め温度２０℃、相対湿度６５％の雰囲気下で５日間繊維を放置して調湿したのち、単繊維を試長６０ｍｍとし、引張速度６０ｍｍ／分としてＦＡＦＥＧＲＡＰＨ  Ｍ［Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ製］にて繊維強力を測定し、該強力を繊度で除して強度をｎ＝１０以上で測定し、平均値を求めた。
伸度は、単繊維破断長（ｍｍ）／把持長（ｍｍ）×１００により算出し、ｎ＝１０以上の平均値により求めた。本発明では、試長６０ｍｍの値を用いている。
ヤングモジュラスは、伸度０．１％における強度をＴ１（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、伸度０．４％における強度をＴ２（ｃＮ／ｄｔｅｘ）として、｛（Ｔ２−Ｔ１）／（０．４−０．１）｝×１００により算出し、ｎ＝１０以上の平均値により求めた。本発明では、試長６０ｍｍの値を用いている。
尚、繊維長が６０ｍｍより短い場合は、そのサンプルの可能な範囲での最大長さを把持長として測定することとする。
【００２６】
［曲げ強度  ＭＰａ］
水硬性材料スラリーを下記の標準抄造法により標準成形体を製造し、ポリエチレンシートに包んで５０℃、飽和湿度条件下で２４時間予備養生し、次いで２０℃、飽和湿度条件下で１３日養生した材齢１４日後の試験体を、抄造方向および抄造方向に直行する方向をそれぞれ長さとして、幅５０ｍｍ、長さ１７０ｍｍの長方形に切り出して４０℃で３日間乾燥し、以下の条件で中央載荷方式による曲げ試験を行った。抄造方向および抄造方向に直行する方向を長さとしたそれぞれの試験片において、初期クラック発生後の最大応力を各方向につきｎ＝５以上で測定して、それらの平均値を曲げ強度として評価した。
標準抄造法：
ハチェックによる円網抄造法により成形し、養生、調湿後の厚みが６．５ｍｍ±０．５ｍｍとなるように抄造シート１４枚をメーキングローラーに巻き取り、２ＭＰａの圧力でプレス搾液する。
曲げ試験：
装置  島津オートグラフＡＧ５０００−Ｂ
試料  幅５０ｍｍ、厚さ６．５ｍｍ、長さ１７０ｍｍの大きさに、抄造方向を長さ方向として切り出したもの
試験速度（載荷ヘッドスピード）  ２０ｍｍ／分
中央載荷方式曲げスパン  １４６ｍｍ
【００２７】
［界面摩擦接着力  ＭＰａ］
各種補強繊維を、厚さ０．３ｍｍ、水セメント比Ｗ／Ｃ＝０．４のセメントスラリー中に垂直に立てて飽和水蒸気下１４日間養生を行った試験片から繊維を０．５ｍｍ／分の速度で引抜く際、Ｐｂ／（０．５πｄ）として求める。ここでＰｂは、繊維を引抜く際の変位−応力曲線において、最大応力後の応力低下後、変位と応力が実質的に比例関係となりはじめる応力（Ｎ）、ｄは繊維直径（ｍｍ）である。
【００２８】
［実施例１〜３、比較例１〜２］
予備攪拌機に水３７５リットルを投入して攪拌機を攪拌させ、針葉樹パルプ（ＣＳＦ  １００ｍｌ）を固形分中で３．５質量％添加し、次いで炭酸カルシウム２０質量％および普通ポルトランドセメント７６．０質量％を添加し、最後に表１に記載の有機繊維を混合したものを０．６質量％添加し、攪拌した後に得られた濃度１６質量％のスラリーをチェストに移送した。次いでフィードタンクから円網部にスラリーを供給し、希釈水（白水）によって濃度４質量％とし、ミニハチェックマシンを用いて抄造を行った。次いで得られたシート１４枚をメーキングローラーに巻き取り、２ＭＰａの圧力でプレス搾液し、ポリエチレンシートに包み５０℃、飽和湿度条件下で２４時間養生し、さらに２０℃、飽和湿度条件下の環境下に開放状態で調湿した。得られた抄造板は厚さ６．５±０．５ｍｍ、密度１．３７〜１．４３ｇ／ｃｍ３であった。かかる抄造板の性能を表２に示す。
【００２９】
【表１】
2004352556.tif 000002
【００３０】
【表２】
2004352556.tif 000003
【００３１】
本発明のセメント親和性の異なる２種類の有機繊維からなる混合繊維を使用した抄造板は、安価でセメント親和性能の低い繊維を単独で使用した場合に比べ、優れた強度を有するものとなる。例えば、実施例２のように、有機繊維Ａ群として繊維強度１３．３ｃＮ／ｄｔｅｘのＰＶＡ繊維を、有機繊維Ｂ群として繊維強度５．３ｃＮ／ｄｔｅｘのＰＰ繊維をそれぞれＸ＝０．５０、Ｙ＝０．５０の混合比で平均繊維強度を９．３ｃＮ／ｄｔｅｘとした場合、曲げ試験における曲げ強度は１９．７ＭＰａである。これは、比較例１のＰＰ繊維を単独で使用した場合の１０．９ＭＰａに比べ約８割大きな値である。更には、実施例１のように、有機繊維群Ａ、Ｂとして前述のＰＶＡ繊維、ＰＰ繊維をそれぞれＸ＝０．２５、Ｙ＝０．７５の混合比で平均繊維強度を７．３ｃＮ／ｄｔｅｘ補強繊維とした場合、曲げ強度は１６．８ＭＰａとなり、ＰＶＡ繊維をごく少量しか使用していないにも関わらず、比較例１のＰＰ繊維を単独で使用した場合の曲げ強度に比べて５割以上も大きな値となった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の、特にアスベスト代替として有用な建築材料である抄造板において、セメント親和性能の異なる２種類の有機繊維からなり、特定の平均繊維強度を有する混合繊維を補強繊維として使用することにより、補強性能を確保しつつ大幅なコストダウンが実現された水硬性成形体の製造が可能となる。