(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント性マトリックスを強化するための繊維ステープル束であって、前記ステープル束が、複屈折率が０．０３５０から０．０４４０の範囲にある溶融紡糸ナイロン繊維からなるものであり、
さらに、前記繊維は引張応力が１０グラム／デニール超で３５グラム／デニール未満であり、牽引強度が２．１グラム／デニール超で３．７グラム／デニール未満であり、伸長率が３０％超で２２５％未満であることを特徴とする繊維ステープル束。
【請求項２】
さらに、複屈折率が０．０１８５０から０．０２３０の範囲にある溶融紡糸ポリプロピレン繊維を含む請求項１記載の繊維ステープル束。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野とその背景
本発明はセメント性複合物におけるセメント性マトリックスの二次的強化材料としての使用に適した特定の繊維に関わるものであり、詳細には、セメント性複合物の二次的強化材料として使用されるアクリル繊維、溶融紡糸合成繊維及び低配向度の前駆体系ナイロン繊維に関わるものである。さらに本発明は方法にも関わる。
【０００２】
詳細には、本発明は、セメント性複合物の強化のために用いられる短く切断されたアクリル繊維の摩擦特性及び表面張力特性を調整することによって、セメント性マトリックスへのすぐれた繊維分散性、すぐれた強化力及び耐ひび割れ性を得て、セメント性複合物の強化のために用いられる短く切断されたアクリル繊維の効率性を改良することに関する。さらに、本発明は特に、短く切られた溶融紡糸合成繊維の摩擦特性及び表面張力特性を調整することでセメント性マトリックスへのすぐれた繊維分散性、すぐれた強化力及び耐ひび割れ効率性が得られた結果、セメント性複合物の強化性能を改良する短く切断された溶融紡糸合成繊維に関するものである。本発明は、また、低結晶性、低配向性であり、牽引強度及び引張応力が低いものの、伸長率の高い前駆体系ナイロン繊維及び、低配向度の前駆体系ナイロン繊維の摩擦特性及び表面張力特性を調整することで得られたセメント性マトリックスへのすぐれた繊維分散性、すぐれた強化力及び耐ひび割れ性の結果として、セメント性複合物の強化機能の効率を改善する低配向度の前駆体系ナイロン繊維に関するものである。
【０００３】
当該技術分野でよく知られているように、コンクリートなどのセメント性の複合物は本質的に脆性物質であるために自己導入されたひび割れが生じ易い。自己導入されたひび割れは相対的に低い応力のもとでも容易にコンクリート内を伝搬する。このような理由から、進行性のひび割れ成長によりコンクリートの張力均衡を保てない。
【０００４】
コンクリートの張力が実際は低いことは、存在する破面（微細な傷やひび割れ）が、応力負荷がかかった状態ではさらに大きな破面に伝わることによって説明できる。したがって、コンクリートの耐性を高めるには、コンクリート強度を弱め、耐性を減少させる、コンクリート内部に散在する微細な破面やひび割れを減らすことが重要である。
【０００５】
コンクリートの混合物又は他のセメント性の複合物との混合物が放置された場合（流し込む場合であれ、鋳型に入れられた場合であれ、層状であれ、液状の噴射であれ、等々）、内在するセメント骨材や微粒子やセメント等の固体物は重力により下方に集中し始める。固体物が沈下するに伴い、水分が排除され表層に押し出されて水分が滲出する。コンクリートの塑性収縮ひび割れはこのような水分の蒸発率が水分の置換率を越えたときに発生する。コンクリートにおける全ての非組織的なひび割れの多くは、初期の体積変化を伴う収縮歪みに原因がある。上記したように、コンクリート混合物が安定化するまでに形成されるこれらのひび割れは、使用時のコンクリートの強度、耐久性に影響を及ぼす。したがって、通常は、コンクリート製品は硬化する間、水分が加えられ冷やされる。しかしながら、硬化の最中にコンクリート製品に水分を加えても微細ひび割れやひび割れが完全に取り除かれず、特別の注意を要することから、ひび割れ形成を削減するコンクリートへの添加物が求められ始めた。
【０００６】
コンクリート強化のためのナイロン繊維の使用は米国特許第３，６４５，９６１号に述べられている。当該特許は耐衝撃性コンクリート形成のための分離された繊維の使用を開示している。この他関係する文献には、米国特許第５，４５６，７５２号、同第５，３９９，１９５号、同第４，６９３，７４９号、同第４，９０２，３４７号及びソビエト（ＳＵ）特許第１，４７９，６１８号がある。
【０００７】
コンクリート混合物にナイロン繊維が存在することにより固形物の安定化と水分の滲出のプロセスに変化を与え、これにより、硬化中の初期のコンクリート体積変化時の塑性収縮ひび割れを導く内部引張応力が減少される。応力により生じ始めた微細ひび割れは、セメント性マトリックスに均一に分散して存在する数百万の繊維により架橋、交差してひび割れの伝搬は停止される。
【０００８】
微細ひび割れにより形成される傷は、コンクリートが安定化した後もコンクリートの使用時にもさらに大きなひび割れとなり易く、コンクリートを弱め、耐久性を低下させるが、このようにナイロン繊維はコンクリートの安定化時の微細ひび割れの防止の一助となる。しかしながら、コンクリート部材及びその内部体積強度の損失がコンクリート性マトリックスの強度を全体として低下させるため、コンクリートのセメント性マトリックスの全体積の一部を構成する繊維が使用中に劣化しないよう留意されねばならない。以上から、コンクリート強化のために使用されるナイロン繊維には、（ｉ）コンクリート安定化の間に微細ひび割れ形成を減少させる効率性と、（ｉｉ）高い耐久性（劣化するまでの期間の長期化）が要求される。
【０００９】
コンクリート及びセメントの強化のための専用のナイロン繊維の使用の実質的な発展は、コンクリート強化のためにナイロン繊維を試験使用することから始まった。ナイロン６．６（デュポン社のタイプ６６３及びタイプ６６５、両タイプともＫａｐｅｊｏ社が販売）及びナイロン６（Ａｌｌｉｅｄｓｉｇｎａｌ社のＣａｐｒｏｌａｎ−ＲＣ、Ｎｙｃｏｎ社が販売）の双方とも、専用のナイロン性能を付与され、コンクリートの初期の軟練り安定段階における耐ひび割れ対策を目的として二次的強化繊維としてコンクリート生産技術に用いられている。二次的強化という用語はコンクリート生産技術において一般に使われ、コンクリート安定化に伴うひび割れの防止、減少に向けた強化を指している。
【００１０】
米国特許第６，００１，４７６号は、コンクリートの二次的強化材および繊維を含む強化されたセメント性の複合物に用いられる改良されたナイロン繊維の製造及び使用についてのものである。当該特許は、ナイロン繊維、特に織物（ｔｅｘｔｉｌｅ）繊維の強度及び耐久性の改善方法に主眼をおいており、コンクリートのようなセメント性複合物のセメント性マトリックスを二次的に強化するために使用されるに適した繊維をこの方法によって提供している。この先行技術特許は、低配向度の前駆体系ナイロン繊維やアクリル繊維の使用について教示していない。
【００１１】
同じく当該特許に教示されていないものに、繊維の強化特性を改良する方法として繊維とセメント性マトリックスとの摩擦を増加させるという考えがある。しかしながら、繊維により強化されたコンクリートの機械的挙動モデルによれば、セメント系組織に不連続に分散された繊維は、繊維と物質の境界面でのずれ変形による繊維への荷重の変化を通じ、その耐荷重性能に影響が及ぶ。したがって、材質を混合する上での基本的な規則に従えば、系の伸長強度と剛性は、繊維が持ち得る最大強度と係数値の増加に伴って増える。繊維の強度に応じて、耐荷重性が向上し、材質中の応力を支える繊維の最大長が長くなる。したがって、全体的な効果として組織の引張応力が増える。したがって、セメント系組織を強化するような繊維は、高強度のものである（例、鋼鉄、ガラス、アスベスト等）。同じ理由から、セメントの安定化期間におこる塑性収縮ひび割れに対応するためのセメント系組織強化のために使用された合成繊維（例えば、引張応力５、１７０Ｍｐａ、牽引強度８９６Ｍｐａという特徴のある「Ｎｙｃｏｎ  ＲＣ」のようなナイロン、引張応力３，５００Ｍｐａ、牽引強度３７０Ｍｐａという特徴のある「Ｆｉｂｒｉｎ２３」のようなポリプロピレン、引張応力１９，０００Ｍｐａ、牽引強度１，０３０Ｍｐａという「Ｄｏｌａｎｉｔ  １０」のようなポルアクリロニトリル）は標準的な織物繊維に比べて高い引張応力と牽引強度を有する。
【００１２】
セメント性物質の欠陥は主として物質内全体を伝搬するひび割れを生じさせる破面により起きる。強化繊維の役割はひび割れの抑止と破面の強靱化にある。
【００１３】
最近の研究（Ｙ．  ＧｅｎｇとＣ．Ｋ．Ｙ  Ｌｅｕｎｇ（１９９６）“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｆｉｂｅｒ／Ｍｏｒｔａｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｆｉｂｅｒ  Ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｐｕｌｌ−ｏｕｔ”並びにＪ．ＭａｔｅｒのＳｃｉ．３１：１２８５−１２９４及びＡＣＩ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  ５４４，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈ４，ＡＣＩ  ５４４  ＩＲ  ３９頁から５７頁にある（１９９７年）の“Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ”によれば、セメント系組織における合成繊維の結合の解け易さ、及び、鋼鉄、ガラス、アスベスト繊維という一次強化材料に比して境界面での結合が低いことを理由として、破面の平面における繊維の移動は強化メカニズムの支配的な要素であるとしている。
【００１４】
これにより、物質中の繊維の分散は、繊維間距離がひび割れ抑制効果に大きく寄与することから（Ｒ．Ｆ．Ｚｏｌｌｏ（１９９７）“Ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ：  ａｎ  ｏｖｅｒｖｉｅｗ  ａｆｔｅｒ  ｔｈｉｒｔｙ  ｙｅａｒｓ  ｏｆ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ”，Ｓｅｍｉｎａｒ  ２４−６２  Ａｂｒｅｄｅｅｎ’ｓ  ｗｏｒｌｄ  ｏｆ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ，１２頁から４１頁）、ひび割れ減少のために物質中への必要量の制御をすることが重要な要素であることを示している。したがって、先行技術が不適当としてきた材質からでも、繊維／セメント性組織及び繊維間の摩擦の調整により、コンクリートの二次強化材としての新たな繊維を開発する可能性が示された。
【００１５】
米国特許第５，９８９，７１３号は、繊維がセメント性マトリックスと結合でき得る表面積を増加する繊維の断面形状について述べている。強化繊維の単位重量当たりの表面積が大きいほど、繊維の結合強度が増え、物質から繊維への応力変形の効率も上がる。繊維の最大強度の大部分は繊維が物質から解離する前の耐荷重及びひび割れの架橋に用いられる。当該特許においては、かかる効果を生じるように繊維の引張応力を変更することも、複合物の混合中に繊維の分散性を高めることも含まれていない。
【００１６】
しかしながら、実際には、繊維にかかる引き離し応力は繊維の最大の引張応力より遥かに小さく、繊維とセメント性マトリックスの摩擦力により支配される。したがって、硬化済みコンクリートの強力な繊維（鋼鉄、ガラス、アスベスト等）による強化に一般に必要とされる強度や剛性は、合成繊維による二次的強化には実際には必要ではない。
【００１７】
セメント骨材に対する繊維の摩擦係数は標準的な繊維対金属の摩擦係数（ｆ／ｍ）と同じであるので、ｆ／ｍを繊維とセメント性マトリクスとの摩擦作用を定量化する変数として用いる。
【００１８】
繊維／セメント系組織の摩擦力は、さらに、セメント系組織内の繊維の混合と分散の度合いをも決定する。摩擦力が大であるほど、摩擦力が繊維同士の結合力に打ち勝って、スラリー状の新しいセメント内での繊維の混合段階で繊維の分散が速くなる。したがって、セメント系組織に繊維を効率的に混合するには、繊維表面で高いｆ／ｍ摩擦係数を有しながら、繊維対繊維（ｆ／ｆ）の摩擦係数とフィラメント同士の結合力が小さいことが望ましい。
【００１９】
Ｇｏｌｄｆｉｎｅの米国特許第３，６４５，９６１号によれば、ナイロン、アクリル、ポリビニールアルコールの繊維はこれらの基準に合致するとあるが、当該特許では、繊維の表面特性を改善するための潤滑剤や表面処理については述べていない。
【００２０】
予め湿式処理することでコンクリート内での繊維の混合性を改良する手法はＷＯ８３／００３２４に述べられているが、これらはオレフィン系繊維に限定されている。
【００２１】
セメント系組織強化のための、特にポリプロピレン繊維を含むポリオレフィン系繊維の前処理工程について、特許文献中に報告されている（米国特許第５，３９９，１９５号）。当該特許は、疎水性のオレフィン系繊維の親水性を高め、分散性およびセメント性マトリクスとの相容性を高める方法を示している。当該特許が教示する工程は、繊維の摩擦特性を変更するものではない。
【００２２】
このように、セメント性複合物の二次的強化材料として適した特定の繊維及びその製造方法、さらに上述のような制約を負わない繊維を含有するセメント性複合物の必要性は広く認められており、これを得ることは非常に有益である。
本発明の要旨
本発明の１つの局面によれば、コンクリートなどのセメント性マトリックスを強化するための繊維ステープル束が提供される。この束は、繊維対金属の摩擦係数を平均レベル０．５５０超に増加させながら、同時に繊維対繊維の摩擦係数を平均０．５００未満まで減少させる材料で表面を被覆したアクリル繊維からなる。
【００２３】
本発明の他の局面によれば、コンクリートなどのセメント性マトリックスを強化するためのアクリル繊維ステープルの製造方法が提供される。この方法は、（ａ）最低５％の標準的アクリル系ドープ（但し、アクリル系ポリマ−は３５重量％以下）を溶剤中で湿式紡糸して紡糸繊維を作り、（ｂ）このような紡糸繊維をステープルに切断することから構成される。
【００２４】
本発明のさらに他の局面によれば、セメント性複合物が提供される。セメント性複合物は硬化したセメント性マトリックスより構成される。マトリックスは強化用のアクリル繊維ステープルを包含し、この繊維は、繊維対金属の摩擦係数を平均レベル０．５５０超に増加させながら、同時に繊維対繊維の摩擦係数を平均０．５００未満まで減少させる材料で被覆されている。
【００２５】
本発明のさらに他の局面によれば、強化され硬化されたセメント性複合物の製造方法が提供される。この方法は次の工程により構成される。（ａ）セメント性マトリックスを形成するため、セメント性物質、水分、及び強化のためのアクリル繊維ステープルを含む成分を供給する、（ｂ）繊維が十分に分散されるまでこれらの成分を混合する、（ｃ）マトリックスを硬化する。この局面によれば、アクリル繊維は繊維対金属の摩擦係数を平均レベル０．５５０超に増加させながら、同時に繊維対繊維の摩擦係数を平均０．５００未満まで減少させる材料で被覆されている。
【００２６】
本発明のさらに他の局面によれば、コンクリートなどのセメント性マトリックスを強化する繊維ステープル束が提供される。この束は、複屈折率の平均値が０．０３５０超０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超１００％未満という特徴を有する系低配向度の前駆体ナイロン繊維により構成される。
【００２７】
本発明のさらに他の局面によれば、低配向度の前駆体系ナイロン繊維を改良し、セメント性マトリックスの強化により適するようにする方法が提供される。この方法は、（ａ）複屈折率の平均値が０．０３５０超０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超１００％未満という特徴を有する低配向度の前駆体系ナイロン繊維を含むステープル束を得る、（ｂ）この繊維の化学的安定性を向上させて高品質の繊維とするように選択した化学物質をこの繊維に含浸させて含浸繊維とする、（ｃ）低配向度の前駆体系ナイロン繊維を乾燥し、高品質の低配向度の前駆体系ナイロン繊維を得る、という工程により構成される。
【００２８】
本発明のさらに他の局面によれば、硬化したセメント性マトリックスからなる繊維強化されたセメント性複合物が提供される。このマトリックスは、複屈折率の平均値が０．０３５０超０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超１００％未満という特徴を有する低配向性の前駆体系ナイロン繊維束を含んでいる。
【００２９】
本発明のさらに他の局面によれば、強化され硬化されたセメント性複合物の製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）セメント性物質、水分、及び、複屈折率の平均値が０．０３５０超０．０４４０未満、引張応力が平均で１０グラム／デニール超２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超１００％未満という特徴を有する低配向性の前駆体系ナイロン繊維を含むセメント性マトリックスの成分を供給する、（ｂ）繊維が十分に分散されるまでこれらの成分を混合する、（ｃ）マトリックスを硬化する、という工程により構成される。
【００３０】
本発明のさらに他の局面によれば、コンクリートなどのセメント性マトリックスの強化のための繊維ステープル束が提供される。この束は、複屈折率が０．０１８５から０．０４４０の範囲であることを特徴とする分子配向度を有する溶融紡糸繊維から構成される。
【００３１】
本発明のさらに他の局面によれば、セメント性マトリックスの強化に適した溶融紡糸合成繊維ステープルの製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）ポリマーを溶融し、紡糸口金から排出して延伸糸繊維を形成する、（ｂ）この延伸糸繊維に対し紡糸処理を施し、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対金属の摩擦係数が０．４００超であり、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満であることを特徴とする高品質の繊維を得る、（ｃ）この延伸糸繊維を切断してステープルにする、という工程から構成される。
【００３２】
本発明のさらに他の局面によれば、セメント性マトリックスの強化に適した溶融紡糸合成繊維の束を製造する方法が提供される。この方法は、（ａ）配向と機械特性を制御するために、標準的な１段紡糸工程を管理された速度で行い、低配向性糸繊維を製造する、（ｂ）この低配向性糸繊維に紡糸仕上げ材を塗布し、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対金属の摩擦係数が０．４００超であり、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満であることを特徴とする高品質の繊維を得る、（ｃ）この低配向性糸繊維を切断してステープルにする、という工程から構成される。
【００３３】
本発明のさらに他の局面によれば、セメント性マトリックスの強化に適した合成繊維のステープルの製造方法が提供される。この方法は、（ａ）現状の合成繊維を、最終用途のために潤滑処理された連続フィラメントヤーンまたはトウ形状とする、（ｂ）この合成繊維の潤滑液を洗浄する、（ｃ）この合成繊維の表面を異なる潤滑液で被覆し、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対金属の摩擦係数が０．４００超であり、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満であることを特徴とする高品質の繊維を得る、（ｄ）この繊維を切断してステープルにする、という工程から構成される。
【００３４】
本発明のさらに他の局面によれば、硬化したセメント性マトリックスからなる合成繊維で強化されたセメント性複合物が提供される。このマトリックスは、複屈折率が０．００１８５から０．０４４０の範囲にあるということを特徴とする分子配向度を有する溶融紡糸の合成繊維ステープルを含む。
【００３５】
本発明のさらに他の局面によれば、硬化したセメント性複合物の製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）セメント性物質、水分、及び複屈折率が０．００１８５から０．０４４０の範囲にあるということを特徴とする分子配向度を有する溶融紡糸合成繊維のステープルを含むセメント性マトリックスの成分を供給する、（ｂ）溶融紡糸合成繊維が十分に分散されるまでこれらの成分を混合する、（ｃ）このマトリックスを硬化する、という工程から構成される。
【００３６】
以下に記載する本発明の好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維は、平均牽引強度が１．９０グラム／デニール超３．２グラム／デニール未満、平均伸長率が３０％超９０％未満、平均引張応力が２０グラム／デニール超６０グラム／デニール未満、平均音響モジュラス（ｓｏｎｉｃ  ｍｏｄｕｌｕｓ）が３０グラム／デニール超８８グラム／デニール未満であることを特徴とする。
【００３７】
好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維は、平均牽引強度が２．０グラム／デニール超２．５グラム／デニール未満、平均伸長率が５０％超８０％未満、平均引張応力が２３グラム／デニール超５８グラム／デニール未満、平均音響モジュラスが３３グラム／デニール超８０グラム／デニール未満であることを特徴とする。
【００３８】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維は、平均牽引強度が２．３６グラム／デニール、平均伸長率が５６％、平均引張応力が４２グラム／デニール、平均音響モジュラスが６１グラム／デニールであることを特徴とする。
【００３９】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維は、平均の切断長さが２ｍｍ超５０ｍｍ未満、平均の厚みが１デニール超２５デニール未満であることを特徴とする。
【００４０】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維を被覆する物質は紡糸仕上げ材として用いられる。
【００４１】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維を被覆する物質は、非イオン性の乳化剤、石鹸、アニオン系表面活性剤およびシリコン表面活性剤よりなる群から選択された少なくとも１つの物質の水溶液として繊維に塗布される。
【００４２】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、その繊維は、平均の動粘度が１００センチストークス超で、平均の表面張力が６０ｄｙｎｅ／ｃｍ超という低い親水傾向であることを特徴とする被覆物質によって被覆される。
【００４３】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、その被覆物質は紡糸仕上げ材として用いられる。
【００４４】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、繊維対金属の摩擦力消費は２０％を超えており、比較としてフィラメントあたり同一デニールの同一長さに切断した標準的アクリル系繊維を用いたローターリング（Ｒｏｔｏｒ  Ｒｉｎｇ）試験による測定では、輪の直径が３０％を越えている、という表面特性を有している。
【００４５】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴として、この繊維は、緊締リング法により測定されるひび割れ減少率に鑑み、標準のコンクリート１立米あたり４００グラム（０．０１７重量パーセント又は０．０３３体積パーセント）の本発明の繊維が、（ａ）標準のコンクリート１立米あたり１０００グラムの標準的アクリル繊維（０．０４１７重量パーセント又は０．０８４７体積パーセント）、（ｂ）標準のコンクリート１立米あたり９００グラムのポリプロピレン繊維（０．０３７５重量パーセント又は０．１００体積パーセント）の群から選択された何れの材料とも同等またはそれ以上の塑性ひび割れ抑止効果があるという程度にまで、すぐれた塑性ひび割れ抑止効果をもたらすことを特徴とする。
【００４６】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維がけん縮繊維である点である。
【００４７】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、アクリル系ポリマーが少なくとも８５％のアクリロニトリルの共重合体並びに、少なくとも酢酸ビニル、アクリル酸メチル、メタクリ酸メチル、及び硫化スチレンスルホン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一つの他の共重合体を含んでいることである。
【００４８】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、溶剤が、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、チオシアン酸塩、塩化亜鉛の水溶液からなる群から選択されているという点である。
【００４９】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、湿式紡糸工程が、（ｉ）湿った繊維と乾燥した繊維のストレッチを組み合わせることにより、１５０グラム／デニール超の音響モジュラスを有する配向性の高い紡糸繊維を製造する、（ｉｉ）紡糸繊維に紡糸仕上げ物質を与えて、繊維対金属の摩擦係数を平均０．５５０超のレベルに高めながら、同時にその繊維対繊維の摩擦係数を平均０．５００未満のレベルに減少させる、（ｉｉｉ）紡糸繊維を十分な蒸気圧によりアニーリングし、その平均音響モジュラスを８０グラム／デニール未満に下げる、という副工程によって行われることである。
【００５０】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、製造方法がステープル繊維をけん縮する追加工程を含んでいる点である。
【００５１】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維を被覆する紡糸仕上げ材は、非イオン性の乳化剤、石鹸、アニオン性の表面活性剤およびシリコン系表面活性剤よりなる群から選択された少なくとも一つの物質の水溶液から得られるものであるという点である。
【００５２】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、紡糸仕上げ物質は、被覆材料の平均の動粘度が１００センチストークスより高く、平均の表面張力が６０ダイン／センチ以上であり、低い湿潤性を特徴とするという点である。
【００５３】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、化学的安定性が増したことを特徴とする高品質の繊維を得るために、繊維に選択された化学物質を含浸させているという点である。
【００５４】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、その高品質の繊維が卓越した抗塩基性分解性を得ることである。
【００５５】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、前記の化学物質が、酸分解性塩、ベンゼンフォスホン酸、マンガン塩、立体障害フェノール光安定剤、立体障害アミン光安定剤、紫外線安定化用燐化合物、燐、アミノ及びフェノール性酸化防止剤及び、ヨウ化銅、酢酸銅、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、塩化亜鉛及びマイクロシリカからなる群から選択されたものである点である。
【００５６】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、ナイロン６．６、ナイロン６、ナイロン６．６とナイロン６の共重合体、ナイロン６．６と６．ＴＡとナイロン６．４の共重合体からなる群から選択されたナイロン物質が繊維に含まれている点である。
【００５７】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維束が、複屈折率が０．０１８５から０．０２３０の範囲にある溶融紡糸ポリプロピレン繊維と複屈折率が０．０３５０から０．０４４０の範囲にある溶融紡糸ナイロン繊維からなる群の少なくとも一方から作られている点である。
【００５８】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、ステープル繊維の束が、引張応力が１８グラム／デニール超３５グラム／デニール未満であり、牽引強度が２．１グラム／デニール超３．７グラム／デニール未満であり、伸長率が３０％超２２５％未満であることを特徴とする点である。
【００５９】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維が、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対繊維の摩擦係数を０．７００未満に減少させながら、繊維対金属の摩擦係数が０．４００超に増加するような紡糸仕上げ材により被覆されている点にある。
【００６０】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維を被覆する紡糸仕上げ材が、非イオン性の乳化剤、石鹸、アニオン性の表面活性剤およびシリコン系表面活性剤よりなる群から選択された少なくとも一つの物質の水溶液から得られるという点である。
【００６１】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維が、動粘度を少なくとも１５０センチストークスに増し、表面張力を少なくとも６０ダイン／ｃｍに増すことにより、繊維間の密着度を低下させるような紡糸仕上げ材により被覆されている点である。
【００６２】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維が、標準的な溶融紡糸繊維束との比較により測定したローターリング試験によれば、繊維の隙間を開けるのに必要なエネルギー消費（ｆ／ｍ摩擦）が、標準繊維よりも少なくとも２０％大きく、紡糸リングの幅も少なくとも３０％大きいという特徴を有する表面特性を有する点にある。
【００６３】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維が、すぐれた塑性ひび割れ抑止力を有しつつ、他方で、１立米あたり４００グラムの繊維が強化されたコンクリートのスランプを１５％未満に減少させながら、強化されていない同等のセメント性マトリックスに比べてコンクリート内のセメント性マトリックスのひび割れ度を８０％超も減少させるという程度に、コンクリート又はセメント系組織の強化に用いられる標準の繊維に比べ高いスランプ値を有している点である。
【００６４】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維が、すぐれた塑性ひび割れ抑止力を有しつつ、他方で、１立米あたり４００グラムの繊維が強化されたコンクリートのスランプを９％未満に減少させながら、強化されていないセメント性マトリックスに比べてコンクリート内のセメント性マトリックスのひび割れ度を９０％超も減少させるという程度に、コンクリート又はセメント系組織の強化に用いられる標準の繊維に比べ高いスランプ値を有している点である。
【００６５】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、延伸紡糸繊維がポリプロピレン繊維であり、複屈折率が０．０１８５から０．０２３０の範囲にあることを特徴とする分子配向性を有している点である。
【００６６】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、延伸紡糸繊維がナイロン繊維であり、複屈折率が０．０３５０から０．０４４０の範囲にあるという分子配向性を有している点である。
【００６７】
記載された好適な実施例におけるさらなる特徴は、繊維が、繊維対金属の摩擦係数を０．４００超に増加させながら、対応する連続フィラメントヤーンに対して測定された繊維対繊維の摩擦係数を０．７００未満に減少させるような紡糸仕上げ材によってさらに被覆されている点である。
【００６８】
本発明は、改良されたコンクリート強化能力を有する合成繊維、かかる繊維及びかかる繊維を含むセメント性複合物の製造方法、並びに、セメント性複合物の製造方法を提供することにより、従来知られている製品の欠点を解消しようとするものである。
【００６９】
実施例
本発明は、セメント性複合物において二次的強化材料として使用することができるアクリル繊維、溶融紡糸合成繊維および低配向度の前駆体系ナイロン繊維に関するものである。本発明はさらに、かかる繊維の製造方法及びこれを含むセメント性複合物の製造方法に関するものである。詳細には、本発明は、セメント性複合物の強化のために用いられる短く切断されたアクリル繊維の摩擦特性及び表面張力特性を調整することによって、セメント性マトリックスへのすぐれた繊維分散性、すぐれた強化力及び耐ひび割れ性を得て、セメント性複合物の強化のために用いられる短く切断されたアクリル繊維の効率性を改良することに用いることができる。本発明は特に、短く切られた溶融紡糸合成繊維の摩擦特性及び表面張力特性を調整することでセメント性マトリックスへのすぐれた繊維分散性、すぐれた強化力及び耐ひび割れ効率性が得られた結果、短く切断された溶融紡糸合成繊維によるセメント性複合物の強化性能を改良することに用いることができる。さらに、本発明は、結晶性、配向性、牽引強度、引張応力が低く、伸長率が高い低配向度の前駆体系ナイロン繊維を改善し、これにセメント性複合物の二次的強化に適した機能を付与することに用いることができる。
【００７０】
本発明の少なくとも１つの実施例を詳細に説明する前に、本発明の適用は以下の記載で述べている具体的な構成及び構成要素の配置に限定されるものではないということが理解されるべきである。本発明は、他の実施例に適用でき、またさまざまなやり方で実施し使用できるものである。また、ここに用いられる表現・用語は記述するのためのものであり、それによって何らの限定を受けるものではないことが理解されるべきである。
【００７１】
先ず、本明細書の開示、請求の範囲において以下に言及される試験及び特徴化方法について説明する。
【００７２】
試験及び特徴化方法
繊維の分析
単一フィラメントの応力特性
２セットのクランプに一定の低い圧縮応力を加えながら単一のフィラメントの試料をのせ、１２０％／分の一定率でこれを破断するまで引き伸ばす。参考のためにここで用いる繊維用の応力試験機の仕様基準であるＡＳＴＭ  Ｄ  ７６にしたがって、力とひずみを応力−ひずみ曲線で記録する。牽引強度の値（破断時の応力）、破断時の伸長率、および伸長率５％のときの引張応力を求める。
【００７３】
音響モジュラス（ｓｏｎｉｃ  ｍｏｄｕｌｕｓ）
１００本単位のフィラメントヤーンの試料の軸にそった音の速度を、１０ｋｃｐｓの振動数に設定されたＫＬＨパルス伝搬計測器で測定する。試験中、試料は引き伸ばされている。音響モジュラス（グラム／デニールの単位でＥｓｍ）は、Ｅｓｍ＝１１．３Ｖ２の式にしたがって音の速度から計算される。ここで、Ｖはキロメートル／秒の単位である。
【００７４】
糸表面の油の含有量
糸表面の油のパーセンテージは石油エーテルを用いた標準的なＳｏｘｈｌｅｔ装置による抽出によって重量測定される。これはＡＡＴＣＣモノグラフ第３：繊維の分析方法（１３７頁、１９６８）にある繊維仕上げの決定方法に従うものである。
【００７５】
繊維表面の性質の特徴化
繊維対金属の摩擦
繊維対金属（ｆ／ｍ）の摩擦は、参考のためにここで用いるＡＳＴＭ３１０８の標準的方法に従い、１００ｍ／分の速度で、１８０度の巻き角の５ｕｍの粗さ、直径１２．７ｍｍのクロム製針を用いて測定される。繊維対金属の摩擦係数を求める。
【００７６】
繊維体繊維の摩擦
繊維対繊維（ｆ／ｆ）の摩擦は、参考のためにここで用いるＡＳＴＭ３４１２の標準的方法（第２タイプ、ツイスト方法）に従い、２〜２０ｍｍ／分の速度範囲、負荷応力１０グラム、３．５．３６０度の巻き角を用いて測定される。繊維体繊維の摩擦係数を求める。
【００７７】
フィラメント密着テスト
連続フィラメントヤーンの繊維間密着力を特徴化するためのフィラメント密着テストは、この目的のためにドイツの「Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  Ｔｅｘｔｉｌｅｔｅｃｈｎｉｋ  Ｄｅｎｋｅｎｄｏｒｆ」にて開発された装置を用いて行う。この装置を用い、複繊維のフィラメントにフィラメント間を開かせる空気注入（ｂａｌｌｏｏｎｉｎｇ）摩擦応力をかける。糸の軸に対し垂直な単位距離ごとに開いたフィラメントの数が光電管により測定され、１メートル当たりの繊維数として記録される。これは比較試験であり、試料は絶対基準と比較される。
【００７８】
繊維束の密着と摩擦テスト（ローターリング）
このテストはローターリング試験システム（Ｓｐｉｎｌａｂ  Ｓｐｅｃｉａｌ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｉｎｃ．，  Ｋｎｏｘｖｉｌｌｅ，  Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅ）を用いて、切断された繊維束の繊維間密着力とフリクショナル（Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ）、特に繊維対金属（ｆ／ｍ）の摩擦を特徴化するものである。テストシステム製造者の操作指示書にしたがって、１．０〜２．５グラムの繊維束が均一に混ぜ合わされた繊維の「リング」になるようにローター回転される。
【００７９】
繊維の塊をほどくのに必要とされるエネルギーを測定することにより、繊維に作用する全動的摩擦力の指標が求められる。テストのパラメータを調整することにより（例：１．０グラムの繊維塊を投入、ローター速度６０００ｒｐｍ）、その結果は繊維対金属の摩擦の指標となる。ローターリング方法で作られる繊維の「リング」の大きさは繊維間の密着力の指標となり、リング直径が小さいことは相互作用が大きいことを示す。実験結果は、摩擦力はエネルギー単位として、「リング」の直径は糸の密着力として記録される。
【００８０】
本発明の繊維束を試験するため、長さ６０ｍｍ、厚み３．３ｄｔｅｘ、１インチ当たり１０のけん縮を有するビスコース・レイヨンの繊維束を２．５重量％〜５．０重量％混ぜ合わせるという特別な試料準備方法が開発された。
【００８１】
微細繊維の摩擦応答を良くするために、ローターリングの開口ローラーを納めたケースの内壁に既知の粗さのサンドペーパーが任意に挿入された（Ｍｏｇａｈｚｙ他（１９９８）“Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ  ｓｔａｐｌｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”  ｐａｒｔ  Ｉ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  ６８（１１）：８３５−８４０  ａｎｄ  ｐａｒｔ  ＩＩ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ６８  （１２）：  ９０７−９１２）。
【００８２】
これは比較試験でありその結果は絶対基準と比較される。
【００８３】
強化されたセメント性複合物の分析
ひび割れ減少力
緊締リング法（ＦＣＢ  Ｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，  Ｔｒｏｄｅｎｈｅｉｍ，  Ｎｏｒｗａｙ，  ｒｅｐｏｒｔ，  ＩＳＢＮ  Ｎｏ．８２−４０６０−６）によりひび割れ減少力を測定した。１立米当たり４００グラムのアクリル繊維が用いられた。基準は１立米当たり９００グラムを添加したポリプロピレン標準繊維である。これは建設業界での代表的なポリプロピレン標準繊維の使用量に基づくものであり、対照として用いられた。標準繊維は以下に示す各試験に用いられた。
【００８４】
スランプ試験
スランプ試験はＡＳＴＭ  Ｃ  １４３試験方法にしたがって行われた。新しいコンクリート混合物の自己水平化（スランピング）傾向は、最初から円錐形容器に鋳られたコンクリートの高さと、自由にスランプさせた同じコンクリートの残留した形の高さを比較することで求められた。円錐形容器は高さ３００ｍｍで底面の直径２００ｍｍ、上面の直径１００ｍｍである。標準的なスランプ用容器はＡＳＴＭ法に準じて用いられた。
【００８５】
本明細書及び添付の請求項への記載を目的とするため、全ての数値は平均値で記載されており、求められた値の９０％から１１０％の範囲にあるものを含んでいる。
【００８６】
アクリル繊維
本発明に従うアクリル繊維を製造するために、ＭｃＰｅｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｐａｕｌ（Ａ．Ｌ．Ｍｃｐｅｒｅｓ  ａｎｄ  Ｄ．Ｒ，Ｐａｕｌ（１９７４）の“Ｓｔｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｗｅｔ  Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  Ａｃｒｙｌｉｃ  Ｆｉｂｅｒｓ”応用ポリマーシンポジウム、２５、１５９〜１７８）による図１にしたがって、特別に組み立てられた研究用回転機により繊維を紡糸した。本機械の主要部材には紡糸ポンプ（Ｚｅｎｉｔｈ  ｐｕｍｐｓ，  Ｓａｎｆｏｒｄ  Ｎ．Ｃ．）、引き出し加熱ロール（Ｎｅｕｍａｇ  Ｍａｃｈｉｎｅｎ，ＧｍｂＨ、ドイツ）、回転延伸機（Ｌｅｅｚｏｎａ，Ｎ．Ｃ．）及び延伸カッター（ＤＭ＆Ｅ，Ｎ．Ｃ．）が含まれている。
【００８７】
この目的のために、アクリロニトリルのポリマー共重合体及び平均分子量１１８，０００のビニルアセテート７．４５％が用いられた。この標準的なアクリルドープをジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）に２５重量％溶解させた。紡糸口金には３．５ミルの細孔を有する孔が１０００個形成されている。凝固槽は５７％のＤＭＡＣを含む５０℃の水であった。
【００８８】
噴射速度はポンプ率と細孔の大きさで制御し、２０フィート／分に設定した。凝固槽における噴射延伸（Ｖ１／Ｖτ）は１．６８Ｘであった。配向延伸槽（Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｄｒａｗ  Ｂａｔｈ）におけるカスケード延伸（ｃａｓｃａｄｅ  ｓｔｒｅｔｃｈ）（Ｖ２／Ｖ１）は２．０Ｘから７．０Ｘの範囲であった。蒸気加熱されたゴデット上での１６５℃での塑性延伸（Ｖ３／Ｖ２）は３．５Ｘから１．０Ｘの範囲であった。噴射速度は紡糸口金の射出口からドープが排出される速度である。噴射速度は処理量と紡糸口金の細孔径に依存する。ローラー速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は図１（ＭｃＰｅｔｅｒｓ  ａｎｄ  Ｐａｕｌ、前出）に示したローラーと比較したものである。（Ｖ１は洗浄ローラー、Ｖ２は乾燥ローラー、Ｖ３は延伸用ローラー）。最終のゴデットの速度は１００フィート／分であった。塑性延伸の後に最終槽において紡糸仕上げが施された。紡糸仕上げの処理速度は、紡糸仕上げのポンプ率と紡糸仕上げ材の濃度により制御され、紡糸されたトウのデニールと速度にしたがって調整される。０．５％から０．６％の紡糸仕上げ材（繊維重量超、以下各ケース毎に具体的に記載）が用いられた。
【００８９】
アクリル糸には２種類の異なる紡糸仕上げ材を用いた。１つは、Ｔａｌｌｏｐａｌ  ＳＹ  ０１（Ｔａｌ；Ｓｔｏｃｋｈａｕｓｅｎ，Ｋｒｅｆｅｌｄ、ドイツ）で、これはアクリル繊維束の紡糸の仕上げの代表的なものである。２つ目は、Ｓｔａｎｄｏｐｏｌ  １１４４＋２０７４（Ｓｔａｎ：Ｈｅｎｋｅｌ  ＫｇａＡ、ドイツ）で、これはＯ．Ｅ．紡糸とアクリルフィラメントヤーンの延伸織物（Ｄｒａｗ  Ｔｅｘｔｕｒｉｚｉｎｇ）の特殊な組み合わせである。
【００９０】
乾燥は１８０℃に蒸気加熱されたローラーを通るトウの１２巻毎に行われる。
【００９１】
繊維は飽和蒸気アニーラー（Ｅｒｎｓｔ  Ｂｅｎｚ、スイス）の標準的な７サイクル法により「自由に弛緩する」状態にアニーリングされる。各サイクルは、排気、飽和蒸気による加圧、必要とされる温度での３分間の圧力維持、排気で構成される。
【００９２】
試験結果
湿式紡糸の間に適用される延伸の組み合わせ（凝固槽における噴射延伸、湿式、カスケード及び乾燥塑性延伸）の程度と、紡糸直後の繊維の蒸気アニーリングによる弛緩の程度が、配向及びこれに対応する機械的性質を制御することは良く知られている。（ＭｃＰｅｔｅｒｓ，Ａ．Ｌ．とＤ．Ｒ．Ｐａｕｌ，Ｄ．Ｒ．（１９７４）の“Ｓｔｒｅｓｓ  ａｎｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｄｕｒｉｎｇ  ｗｅｔ  ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｏｆ  ａｃｒｙｌｉｃ  ｆｉｂｅｒｓ”  応用ポリマー論文集  Ｎｏ．２５，１５９−１７８及びＧｕｐｔａ，Ｂ．Ｓ．ｅｔ  ａｌ．（１９８９）の“Ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｈｏｔ  ｗｅｔ  ｄｒａｗ  ｒａｔｉｏ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｃｒｙｌｉｃ  ｙａｒｎｓ”Ｊ．Ａｐｐ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．３８：８９９−９０５）。
【００９３】
表１にアクリル繊維に対するカスケード延伸とアニーリング圧力の効果を示す。これによりセメント系組織の強化効率を向上させるのに必要とされる引張応力と収縮幅を有する製品を製造する道筋が示される。
【００９４】
紡糸直後のアクリル繊維及びアニーリングされたアクリル繊維の配向、引張応力及び摩擦
【表１】
0004636693.tif 000002
＊伸長率５％における引張応力
＊＊全配向関数ｆｔ＝１−Ｅｕ／Ｅｓｍ、ここでＥｓｍは繊維の音響モジュラスであり、Ｅｕは非配向繊維の音響モジュラス（３０グラム／デニールと推定される）
【００９５】
アニーリングされない繊維の結果から、カスケード延伸比とこれに応じる引張応力の増加による配向度及び繊維対繊維の摩擦値がよく制御されていることがわかる。高い配向度における高い摩擦値は、微細繊維構造の発達に伴い表面形態がより滑らかになることと関係がある（Ｇｕｐｔａ，Ｂ．Ｓ．ｅｔ  ａｌ（１９８９））“Ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｈｏｔ  ｗｅｔ  ｄｒａｗ  ｒａｔｉｏ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｃｒｙｌｉｃ  ｙａｒｎｓ”Ｊ．Ａｐｐ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．３８：８９９−９０５）。
【００９６】
さらにアニーリング収縮を行うと、引張応力値が実質的に低下し摩擦がさらに増加する。これは摩擦の密着性理論（Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ）によって説明できる。高い延伸比に起因する滑らかな表面とアニーリング収縮に起因する低い引張応力が組み合わさることにより、摩擦係数が増大し、セメント性複合物の相互作用に有効に働く繊維が増える。これらの変化に基づいて本発明の繊維がすぐれたものとなっているのである。
【００９７】
表２は、高い程度の延伸に続いて行われる高いアニーリング収縮という組み合わせによって、すぐれたひび割れ減少性能を有する繊維を得るための、上述の原理を示している。紡糸条件、機械特性及びひび割れ減少可能性は、本発明の最適化された繊維の特徴的なパラメータを示すものである。
【００９８】
ひび割れ防止機能にすぐれたアクリル繊維の性能
【表２】
0004636693.tif 000003
【００９９】
表２にまとめられた結果から、４．７８Ｘのカスケード延伸と１．３８Ｘの塑性延伸の組み合わせは、カスケード延伸のみの場合よりも効果が高く、したがって今回の発明を実施する上で好適に利用できることがわかる。表２にまとめたように、改良されたひび割れ防止力を生み出す繊維の機械的性能を得るためには、塑性延伸及びカスケード延伸と、アニーリングの圧力と温度とのさまざまな組み合わせが推奨される。
【０１００】
本発明の好適な実施例によれば、アクリル繊維は平均牽引強度が１．９０グラム／デニール超３．２０グラム／デニール未満であることを特徴としているが、平均牽引強度が２．０グラム／デニール超２．５グラム／デニール未満であればなお好ましく、平均牽引強度が２．３６グラム／デニールであれば最適である。
【０１０１】
また、平均伸長率が３０％超９０％未満であることを特徴とする繊維が好ましいとしているが、平均伸長率が５０％超８０％未満であればなお好ましく、平均伸長率が５６％であれば最適である。
【０１０２】
さらに、平均引張応力が２０グラム／デニール超６０グラム／デニール未満であることを特徴とする繊維が好ましいとしているが、平均引張応力が２３グラム／デニール超５８グラム／デニール未満であればなお好ましく、平均引張応力が４２グラム／デニールであれば最適である。
【０１０３】
さらに平均音響モジュラスが３０グラム／デニール超で８８グラム／デニール未満であることを特徴とする繊維が好ましいとしているが、平均音響モジュラスが３３グラム／デニール超８０グラム／デニール未満であればなお好ましく、平均音響モジュラス応力が６１グラム／デニールであれば最低である。表２において、これらのパラメータとひび割れ減少の相関関係を示す。
【０１０４】
本発明の好適な実施例によれば、繊維を被覆する物質が紡糸仕上げ材として用いられる。そこに使用される繊維を被覆する物質としては、たとえば非イオン性の乳化剤、石鹸、アニオン性の表面活性剤およびシリコン系の表面活性剤の水溶液が用いられる。アクリル繊維の摩擦及びひび割れ減少可能性に対する紡糸仕上げ被覆材の効果の結果を表３に示す。
【０１０５】
アクリル繊維に対する紡糸仕上げの効果
【表３】
0004636693.tif 000004
仕上げ材の量  ０．６０％
＊繊維番号１０：６．０倍にカスケード延伸され１３５℃（４５ＰＳＩ）で３０％収縮するまでアニーリングされた繊維。
＊＊繊維番号５：最適に塑性延伸され、１４０℃（５２ＰＳＩ）で４０％収縮するまでアニーリングされた繊維。
（１）ｆ／ｆ摩擦は２ｍｍ／分の速度の連続フィラメントテスト（ＡＳＴＭ３４１２、タイプ２、上記に詳述した撚り方式）によって測定した。
（２）ｆ／ｍ摩擦は１０グラムの張力負荷を用いた連続フィラメントテスト（ＡＳＴＭ３１０８、上記に詳述）によって測定した。
【０１０６】
表３に示した結果は、繊維対金属のより大きな摩擦、及び、繊維対繊維のより小さな摩擦を得るために開発されたＳｔａｎｄｏｐｏｌ紡糸仕上げ材が、Ｔａｌｌｏｐｏｌ仕上げ材よりも、塑性延伸された繊維及びカスケード延伸された繊維の両方において、繊維によるひび割れ減少性能を向上させたことを証明している。したがって、繊維対金属の摩擦係数を平均レベルで０．５５０超としつつ、同時に繊維対繊維の摩擦係数を平均レベルで０．５００未満とする物質で被覆されたアクリル繊維を製造する一つの方法として、Ｓｔａｎｄｏｐｏｌ紡糸仕上げ材が推奨される。
【０１０７】
本発明の紡糸仕上げ材は、上述したフィラメント密着試験によって特徴づけられた、繊維間の密着力をも減少させる。表３にあるように、ＴａｌｌｏｐｏｌとＳｔａｎｄｏｐｏｌで紡糸仕上げされた繊維番号５の連続フィラメントは各々、０．００２フィラメント／メーター、０．３００フィラメント／メーターという値を示した。繊維間の密着力は、紡糸仕上げ材の動粘度と表面張力により制御される湿潤作用に影響を受ける。
【０１０８】
Ｓｔａｎｄｏｐｏｌ紡糸仕上げ材は１１０センチストークスの粘度と５０ｄｙｎｅ／ｃｍの表面張力を示すが、Ｔａｌｌｏｐｏｌ紡糸仕上げ材は４０センチストークスの粘度と２８ｄｙｎｅ／ｃｍの表面張力を示す。したがって、より高い粘度と表面張力との相関関係があるＳｔａｎｄｏｐｏｌ仕上げを用いるほうが、繊維間の密着力を著しく小さくするという比較結果が出たことは驚くに値しない。これは、平均の動粘度が１００センチストークス超であり、平均の表面張力が６０ｄｙｎｅ／ｃｍ超であるような低い親水傾向を特徴とする被覆物質で繊維が被覆されていることを証明するものである。
【０１０９】
本発明に基づいてセメント性複合物の製造に使用された切断された繊維束の摩擦特性もまた、前述のローターリング法により測定された。本発明のＳｔａｎｄｏｐｏｌ紡糸仕上げの繊維番号５の繊維（表３を参照）の比較ローターリング試験は、基準値としてコンクリート強化に用いられる市販のＲｉｃｅｍ  ＭＣ  アクリルの繊維ステープルを用いて行われた。両試料のステープルのパラメータは２．０デニール／フィラメントで、１２ｍｍの切断長の扁平繊維である。
【０１１０】
ローターリング試験の結果によれば、ローターリングにおいてＳｔａｎｄｏｐｏｌ仕上げのステープルを開くには、Ｔａｌｌｏｐｏｌ仕上げされたものに比べて２６％超のエネルギー消費を必要とすることが示された。これは、Ｓｔａｎｄｏｐｏｌ処理されたステープルの繊維対金属の摩擦が著しく大きいことを示している。
【０１１１】
ローターリング試験結果においても、Ｓｔａｎｄｏｐｏｌ仕上げの繊維に比べ、Ｔａｌｌｏｐｏｌ仕上げの繊維のリング直径が３８％小さいことが示された。これは、Ｓｔａｎｄｏｐｏｌ仕上げの繊維の繊維間密着力がＴａｌｌｏｐｏｌ仕上げに対し、著しく低いことを示している。
【０１１２】
これは、フィラメント当たりのデニール値及び切断長さが等価の、対照として用いた標準アクリル繊維（本実施例の場合はＴａｌｌｏｐｏｌ被覆した繊維）を使用したローターリング試験によって測定した場合、この繊維は、増加したエネルギー消費が２０％超で、増加したリング直径が３０％超であるという平均の表面特性を有していることを特徴としていることを意味している。
【０１１３】
本発明のアクリル繊維がコンクリートの塑性収縮ひび割れを制御する能力も測定された。試験方法は前述の緊締リング試験とスランプ試験である。
【０１１４】
標準的なコンクリートの組成は、
圧潰セメント骨材        ８００（Ｋｇ／ｍ３）
細圧潰セメント骨材      ３００（Ｋｇ／ｍ３）
砂                      ６００（Ｋｇ／ｍ３）
セメント                ４００（Ｋｇ／ｍ３）
水                      ２２３（Ｋｇ／ｍ３）
標準コンクリートを強化コンクリートとするために、下記表４に記載した繊維を追加した。
【０１１５】
３種類のコンクリートの繊維の量
【表４】
0004636693.tif 000005
＊Ｒｉｃｅｍ  ＭＣは、コンクリートの塑性収縮ひび割れを減少させるために特に設計され、商用生産されているアクリル繊維である。
【０１１６】
３種類のコンクリートのスランプ試験とひび割れ減少率
【表５】
0004636693.tif 000006
【０１１７】
表５の結果は、本発明の繊維は市販の標準繊維（この場合、Ｒｉｃｅｍ  ＭＣ）よりも著しく優れていることを示している。実際、緊締リング法によって求められる塑性ひび割れ減少率に関しては、１立米の標準的なコンクリートあたり本発明の繊維４００グラム（０．０２５重量％、０．０５０体積％）が、例えば１立米の標準的コンクリートあたり１０００グラムの標準的アクリル繊維（０．０４１７重量％、０．０８４７体積％）、又は１立米の標準的コンクリートあたり９００グラムの標準的ポリプロピレン繊維（０．０３７５重量％、０．１００体積％）と、塑性ひび割れ防止において同等あるいはそれ以上であるという程度にまで、すぐれた塑性ひび割れ防止性能がもたらされている。
【０１１８】
さらに、表５にまとめられた結果から、本発明のアクリル繊維がコンクリートのスランプに及ぼす影響が小さいこともわかる。４００グラム／ｍ３の本発明の繊維により、強化されたセメント系組織のひび割れ減少率は、強化されていないコンクリートに比べて、好ましくは最低で８０％、より好ましくは最低８５％、最も好ましくは最低９３％超も改善している。同様に、４００グラム／ｍ３の本発明の繊維により強化されたセメント性物質のスランプは、強化されていないコンクリートに比べて、好ましくは１４％まで、最も好ましくは７％未満にまで低下している。
【０１１９】
コンクリートなどのセメント性マトリックスの強化のために用いるアクリル繊維のステープルの製造方法は、本発明のさらなる好適な実施例を構成する。この方法は、標準的アクリル系ドープ（上記に定義されたもの）を最低５％、但しアクリル系ポリマ−は３５重量％未満を溶剤中で湿式紡糸して、製造された紡糸をステープルに切断するという工程からなる。
【０１２０】
この方法は、例えば、少なくとも８５％のアクリロニトリルの共重合体と、酢酸ビニル、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、スチレンスルホン酸ナトリウムの群から選ばれた少なくとも一つの他の共重合体を含んでいるアクリル系ポリマーに適用できる。溶剤は、例えば、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、チオシアン酸エステル及び塩化亜鉛水である。
【０１２１】
多くの場合、湿式紡糸は３つの工程で実施される。第１の工程は、音響モジュラス値が１５０グラム／デニール超となる高い配向度を持つ紡糸繊維を作るために、延伸した湿った繊維と乾燥した繊維を組み合わせることを含む。第２の工程は、平均の繊維対金属の摩擦係数を０．５５０超に増加させながら、同時に、繊維対繊維の摩擦係数を０．５００未満に減少させるために、この紡糸繊維に紡糸仕上げ物質を塗布することを含む。第３の工程は、紡糸繊維の平均音響モジュラス値を８０グラム／デニール未満に減少させるために十分な蒸気圧のもとで該紡糸繊維をアニーリングすることを含む。
【０１２２】
いくつかの実施例においては、この方法に、さらに、ステープルをけん縮する工程が追加される。
【０１２３】
繊維を被覆する紡糸仕上げ材は、例えば、非イオン性の乳化剤、石鹸、アニオン性の表面活性剤およびシリコン系の表面活性剤のうちの１以上の物質の水溶液から得られる。
【０１２４】
紡糸仕上げ物質は、繊維を被覆する物質の平均の動粘度が１００センチストークス超であり、平均の表面張力が６０ｄｙｎｅ／ｃｍ超であるような、低い親水傾向であるという特徴を持つことが多い。
【０１２５】
強化のためのアクリル系ステープルを含む、硬化されたセメント性マトリックスからなるセメント性複合物は、本発明のさらなる好適な実施例を構成する。この実施例によれば、繊維は、繊維対金属の平均の摩擦係数のレベルを０．５５０超に増加させながら、同時に、繊維対繊維の平均の摩擦係数のレベルを０．５００未満に減少させる物質により被覆されている。この繊維はさらに上述のように処理されてもよい。
【０１２６】
強化されて硬化したセメント性複合物の製造方法は、本発明のさらなる好適な実施例を構成する。この方法は３つの工程より構成される。第１の工程には、セメント性マトリックスを形成するための成分を供給することが含まれる。この成分にはセメント性物質、水、強化のためのアクリル系繊維のステープルが含まれる。第２の工程には、繊維が十分に成分中に分散するまで成分を混合することが含まれる。第３の工程にはマトリックスを硬化することが含まれる。アクリル系繊維は、繊維対金属の平均の摩擦係数のレベルを０．５５０超に大きくしながら、同時に、繊維対繊維の平均の摩擦係数のレベルを０．５００未満に小さくする物質により被覆されている。この繊維はさらに上述のように処理されてもよい。
【０１２７】
低配向度の前駆体系物質であるナイロン繊維
本発明には、米国特許第６，００１，４７６号の教示と相容れない部分がある。本発明においては、改良されてセメント性複合物の強化に使用するのに適するものとしたナイロン繊維は、この特許とは異なり、技術応用向けのナイロン繊維やナイロン繊維の織物の「前駆体」である。これらの前駆体の使用は、米国特許第６，００１，４７６号において全体としては教示されていない。前駆体であるナイロン繊維は、通常、最終製品に必要とされる機械的、織物的特性を付与するためにさらに延伸処理、紡織処理、熱定着処理を行う必要がある中間製品である。これらの追加の生産工程を省くことは、商業的に望ましいことである。ナイロン繊維織物に比べ、前駆体系ナイロン繊維は、織物のナイロン繊維と比べ、低い結晶性と配向度、低い牽引強度と引張応力、高い破断伸長率という特徴がある。表６は、前駆体、織物及び技術応用向けのナイロン繊維の物理特性の違いとともに製造条件の違いをまとめたものである。
【０１２８】
異なる型のナイロン繊維の比較
【表６】
0004636693.tif 000007
＊４０−８０ＲＶポリマーの一段紡糸
＊＊７５０ｍ／分で紡がれた４０ＲＶポリマーＵＤヤーンの延伸
繊維の分子配向度（本表では複屈折率で示される）が大きくなるほど、機械的特性は前駆体から織物、そして技術応用向け繊維へと移行することがわかる。
【０１２９】
したがって、本発明のこの局面は、コンクリートなどのセメント性マトリックスの強化に用いられるステープル繊維束によって具体化されている。この束は、複屈折率の平均値が０．０３５０超で０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超で２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超で３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超で１００％未満という特徴を有する低配向度の前駆体系ナイロン繊維を含む。
【０１３０】
場合によっては、化学的安定性が高められたことを特徴とする高品質の繊維を得るために選択された化学物質を繊維に含浸させする。その結果、その高品質の繊維は卓越した抗塩基性分解性を得る。このような化学物質には、例えば、酸分解性塩、ベンゼンフォスホン酸、マンガン塩、立体障害フェノール光安定剤、立体障害アミン光安定剤、紫外線安定化用燐化合物、燐、アミノ及びフェノール性酸化防止剤及び、ヨウ化銅、酢酸銅、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、塩化亜鉛及びマイクロシリカなどがある。
【０１３１】
繊維には、例えばナイロン６．６、ナイロン６、ナイロン６．６とナイロン６の共重合体、ナイロン６．６と６．ＴＡとナイロン６．４の共重合体からなる群から選択されたナイロン物質が含まれる。
【０１３２】
異なる糸を製造するのに実際に用いられている代表的な製造方法が二つある。第一の方法は「一段紡糸」と呼ばれる方法で、速度をさまざまに変化させることによって、異なる型の糸を製造するものである。「非延伸糸」は低い紡糸速度で製造され、「部分配向糸」（ＰＯＹ又は前駆体系ナイロン繊維）は高い紡糸速度で製造され、「全配向糸」（ＦＯＹ又は技術応用向けナイロン繊維）は超高速の紡糸速度で製造される。第二の方法は、「非延伸糸」の低い紡糸速度の工程に続いて、繊維の配向度を希望値まで上げる少なくとも一段階の延伸を行うという、二つの工程からなるものである。表７に、一段紡糸における、前駆体型を含むさまざまな繊維タイプに対応した、すべての紡糸速度の例を示す。
【０１３３】
ナイロン６．６糸の一段紡糸
【表７】
0004636693.tif 000008
【０１３４】
表８に７５０ｍ／分と１０００ｍ／分の速度で紡糸されたポリマーＲＶ値が４０と８０の低速紡糸の「非延伸」糸が、「前駆体」繊維の域まで延伸された結果を示す。
【０１３５】
ナイロン６．６糸の２段紡糸−延伸
【表８】
0004636693.tif 000009
【０１３６】
表６で定義し、表７、８に記載されたようにして得られた「前駆体系ナイロン繊維」は、かつては、織物用加工糸を製造する際の延伸加工処理用の供給糸、及び扁平な（けん縮のない）織物糸または技術応用向けの糸を製造するための連続的（継続的）または２段階の（分割）延伸工程用の供給糸として主に用いられていた。本発明以前には、これらの繊維は強度と安定性が比較的低いために、織物の最終製品にも、コンクリートの強化材料にも、その他にも応用されなかった。
【０１３７】
しかしながら、後述するように、織物繊維に比較して配向度の低い前駆体系ナイロン繊維は、それに対応する低い引張応力、剛性、及び破断伸長率の大きさ、高い延伸性により、先行技術の教示とは対照的に、コンクリートの強化性能によい影響を与えるということが判明した。
【０１３８】
予想に反して、柔軟性の高い繊維はセメント性複合物と容易に混合され、複合物のセメント骨材間のさまざまな空間に容易に馴染んだ。その結果、骨材間の隙間内への混合と分布が改善し、繊維によるセメント性マトリックスのひび割れ防止力に非常に有益であることがわかった。低い引張応力のナイロン繊維の延伸性と強靱性により、セメント系組織における塑性収縮とひび割れ伝搬応力のもとで伸長することによる歪みと衝撃のエネルギーの吸収が可能となり、マトリックスがさらに効率的に強化される。
【０１３９】
摩擦の密着性理論によれば、低い引張応力の繊維は、滑り面どうしの実効接触面積を増加させるため、セメント系組織の骨材との間により大きな摩擦を生じさせる。このような摩擦力はセメント性複合物内における繊維の分散効率に大きく影響し、さらにひび割れを防止しようとしている繊維への界面間のずり応力移動の効率を高める。
【０１４０】
アモルファス配向度の低いナイロン繊維は、多くの水分とセメント活性成分を吸収する。このため、この繊維は相当程度にまで膨張し、周辺のマトリックスとより強く結合する。
【０１４１】
繊維を含んだセメント性複合物の流れ性は繊維の剛性に反比例する。したがって、低い引張応力と高い伸長率を有する柔軟性のある繊維により強化されたセメント性複合物は、コンクリート強化用の標準的な（市販の）繊維よりも、すぐれた流れ性を有しているはずである。複合物の加工性は改善され、コンクリートの高いスランプ値、すぐれた打ち込み性、相容性、仕上げ性また、すぐれたパイプ内での流動性、可塑性、目止め性、展開性、側壁への密着性、モルタル及びセメント性複合物のその他の微細骨材内での凝集力という特徴を有する。
【０１４２】
表７及び８にしたがって製造された前駆体系繊維を１２ｍｍ長に切断し、ＦＣＢ  Ｃｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｔｒｏｄｅｎｈｅｉｍ、ノルウェー）の報告ＩＳＢＮ番号８２−４０６０−６に従い、１立米のコンクリートに一定量として４００グラムの繊維を加えて、塑性ひび割れ減少可能性の評価を行った。
【０１４３】
表９と表１０に、表７と表８で説明したＰＯＹ（部分配向糸）と延伸糸（Ｄｒａｗｎ  Ｙａｒｎｓ）を対照として用いたひび割れ減少率（％）の比較を示す。
【０１４４】
ＰＯＹナイロン６．６のすぐれたひび割れ防止性能
【表９】
0004636693.tif 000010
紡糸仕上げ材−０．６０％ＢＫ２１７０（ドイツ、ヘンケルＫＧａＡ製）
【０１４５】
延伸ナイロン６．６のすぐれたひび割れ防止性能
【表１０】
0004636693.tif 000011
紡糸仕上げ材−０．６０％ＢＫ２１７０（ドイツ、ヘンケルＫＧａＡ製）
【０１４６】
表９にまとめた結果から、低い繊維配向度において塑性ひび割れ減少能力が向上していることわかる。紡糸速度が３，０００〜４，５００ｍ／分で製造された代表的な前駆体系繊維が最もすぐれた結果を示している。
【０１４７】
表１０の結果にまとめた結果から、低い牽引強度と引張応力、及び、高い伸長率の延伸糸を得るために非延伸ナイロン糸の標準的な延伸作業において延伸比を調節することにより、塑性ひび割れ防止可能性が改善された繊維が生み出される。
【０１４８】
したがって、本発明の前駆体系ナイロン繊維は、米国特許番号第６，００１，４７６号が示す織物ナイロン糸に比して、繊維配向度と機械的特性の幅を広げている。これらの繊維は、セメント性複合物における塑性ひび割れ度の減少に大きく貢献する。
【０１４９】
セメント性複合物の強化のためにより適するように低配向度の前駆体系ナイロン繊維を改良する方法も、本発明のこの局面によって具体化される。この方法は３つの工程からなる。第１工程は、複屈折率の平均値が０．０３５０超で０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超で２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超で３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超で１００％未満であることを特徴とする低配向度の前駆体系ナイロン繊維を含むステープルの束を供給することを含む。第２工程には、含浸ナイロン繊維を得るために繊維に化学物質を含浸させることが含まれる。この化学物質は化学的安定性を向上させることによって繊維を改善するためのものが選ばれている。第３工程には低配向度の前駆体系ナイロン繊維の乾燥が含まれる。これにより改善された低配向度の前駆体系ナイロン繊維が得られる。
【０１５０】
本発明のこの局面はまた、低配向度の前駆体系ナイロン繊維のステープルを含む硬化されたセメント性マトリックスからなる繊維強化されたセメント性複合物によっても具体化される。この繊維は、複屈折率の平均値が０．０３５０超で０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超で２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超で３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超で１００％未満という特徴を有している。
【０１５１】
強化され硬化されたセメント性複合物の製造方法も本発明のこの局面によって具体化される。この方法には３つの工程がある。第１工程には、セメント性物質、水、複屈折率の平均値が０．０３５０超で０．０４４０未満、平均引張応力が１０グラム／デニール超で２５グラム／デニール未満、平均牽引強度が２．５グラム／デニール超で３．４グラム／デニール未満、平均伸長率が４６％超で１００％未満という特徴を有している低配向度の前駆体系ナイロンのステープルを含むセメント性マトリックスの成分を供給することが含まれる。第２工程には、繊維が十分に分散されるまで成分を混合することが含まれる。第３工程には、マトリックスを硬化することが含まれる。
【０１５２】
溶融紡糸繊維
溶融紡糸の工程は広範囲のポリマー系繊維に用いることができる。本発明を限定するものではない例として、ポリプロピレンを用いた実験データを示す。ＰＯＹ型のポリプロピレン繊維の紡糸条件、配向度、機械的特性及びひび割れ減少能力を表１１に示す。
【０１５３】
ＰＯＹ（部分配向糸）ポリプロピレンのすぐれたひび割れ防止性能
【表１１】
0004636693.tif 000012
【０１５４】
この例では、ポリマーは融点１６０℃でメルトフローインデックスが２３．０（グラム／１０分）のアイソタクチックなポリプロピレンである。このポリマーは押し出し成形機内で溶融され、その後、溶融紡糸ラインで紡糸された。溶融温度は２８０℃で、直径０．３００ｍｍの３４の細孔の紡糸口金が用いられた。急冷ゾーンは温度２０℃で１ｆｔ／分の空気流である。収束距離は７２”である。紡糸仕上げ材（０．６％  Ｌａｖｉｒｏｎ  ＮＳＯ）は繊維重量比０．５％超でキスロールを通して塗布された。ポリマー処理量は、全ての紡糸速度において１０２デニールの最終紡糸（フィラメント当たり３．０デニール）となるよう設定された。
【０１５５】
これらの結果により、繊維には、マトリックスを強化するのに必要とされる牽引強度を最低レベル以上となるように維持させつつ、低いレベルの配向度、低い牽引強度及び引張応力、高い伸長値を持たせることで、ひび割れ減少性能が改善される傾向があることが示される。したがって、本発明におけるポリプロピレン繊維の紡糸パラメータとその結果である特性については、次のようなものが推奨される。
【０１５６】
本発明のこの局面による好適な実施例には、コンクリートなどのセメント性マトリックスの強化のための繊維ステープル束が含まれる。この束は、複屈折率が０．０１８５から０．０４４０の範囲にあることを特徴とする分子配向度を有する溶融紡糸繊維からなる。束には、例えば、複屈折率が０．０１８５から０．０２３０の範囲にある溶融紡糸ポリプロピレン繊維、又は、複屈折率が０．０３５０から０．０４４０の範囲にある溶融紡糸ナイロン繊維が含まれる。繊維ステープルの束は、さらに、引張応力が１８グラム／デニール超で３５グラム／デニール未満、好ましくはこれが２２．００グラム／デニール超で２７．００グラム／デニール未満、最も好ましくは２７グラム／デニールであること、また牽引強度は２．１グラム／デニール超で３．７グラム／デニール未満、好ましくは２．７０グラム／デニール超で３．００グラム／デニール未満、最も好ましくは３．００グラム／デニールであること、伸長率は３０％超で２２５％未満、好ましくは５０％超で１２５％未満、最も好ましくは９０％であることを特徴としてもよい。
【０１５７】
本発明の好適な実施例によれば、延伸糸繊維はポリプロピレン繊維で、複屈折率が０．０１８５から０．０２３０の範囲にあることを特徴とする分子配向度を有している。本発明の他の好適な実施例によれば、延伸糸繊維はナイロン繊維で、複屈折率が０．０３５０から０．０４４０の範囲にあることを特徴とする分子配向度を有している。
【０１５８】
本発明の一部としての使用に適した延伸ポリプロピレン繊維は、低速紡糸及び連続的延伸継続して行うか、または２段階に分けた工程のいずれによっても得ることができる。表１２は、延伸ポリプロピレン繊維の紡糸条件、配向度、機械的特性及びひび割れ減少可能性をまとめたものである。
【０１５９】
延伸ポリプロピレン糸のすぐれたひび割れ防止性能
【表１２】
0004636693.tif 000013
【０１６０】
融点１６０℃でメルトフローインデックスが２３．０（グラム／１０分）のアイソタクチックなポリプロピレンを用いた。このポリマーは押し出し成形機内で溶融され、その後、上述の溶融紡糸ラインで溶融温度２８０℃で紡糸された。直径０．３００ｍｍの３４の細孔の紡糸口金が用いられた。３５”の急冷ゾーンは温度２０℃で１ｆｔ／分の空気流である。収束距離は７２”である。ポリマー処理量は、１フィラメント当たり３．０デニール（直径２２μｍ）の最終延伸繊維を製造するよう設定された。紡糸された糸は沸騰水の入った配向延伸槽で延伸された後に弛緩された。延伸比はロール速度比Ｖ２／Ｖ１により制御された。弛緩は１５０℃に蒸気加熱されたロールの上で行われた。ロール速度比Ｖ３／Ｖ２を０．８５に維持することにより１２％という一定値の弛緩が行われた。最終の延伸ロールＶ３の速度は６０ｍ／分であった。弛緩工程の後、仕上げ槽において潤滑仕上げ材が塗布された。この仕上げ材は、繊維を湿らせて、コンクリート内へすぐに分散するような表面特性に調整するように調製されたものである。仕上げポンプ比と仕上げ材濃度を制御して、０．６％（繊維重量超）のレベルの代表的な湿潤剤（例、ドイツのＨｅｎｋｅｌ  ＫＧａＡ製のＬａｖｉｒｏｎ  ＮＳＯ）が塗布された。最終乾燥は、１５０℃に蒸気加熱された対のロール上で延伸糸１２巻毎に行われた。
【０１６１】
表１２にまとめた結果は、代表的な方法で紡糸された直後のポリプロピレンの標準的延伸工程において、標準的な技術応用向け繊維よりも低い牽引強度と引張応力、高い伸長率を有する延伸糸を得るために、延伸比を調節することによって、コンクリートのひび割れ防止可能性が改善された繊維が生み出されることを示している。
【０１６２】
表１２には詳細な製造上のパラメータが表記されているが、本発明のこの局面には、セメント性マトリックスの強化に適した溶融紡糸合成繊維のステープルを製造するための３つの一般的な方法が含まれている。
【０１６３】
本発明に従いセメント性マトリックスの強化に適した溶融紡糸合成繊維のステープルを製造するための第１の方法は、３工程で構成される。第１工程には、ポリマーを融かし紡糸口金から押し出して延伸糸繊維を形成することが含まれる。第２工程には、対応する連続フィラメントヤーンで測定される繊維対金属の摩擦係数が０．４００超であり、対応する連続フィラメントヤーンで測定される繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満であることを特徴とする高品質の繊維を得るために、延伸糸繊維に紡糸仕上げを施すことが含まれる。第３工程は、延伸糸繊維をステープルに切断することを含んでいる。
【０１６４】
本発明に従いセメント性マトリックスの強化に適した溶融紡糸合成繊維のステープルを製造するための第２の方法も、３工程で構成される。第１工程には、低配向度の糸繊維の配向度と機械的特性を制御するために、標準的な１段紡糸工程を用いて管理された速度の下で低配向度の糸繊維を製造することが含まれる。第２工程には、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定される繊維対金属の摩擦係数が０．４００超であり、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定される繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満であることを特徴とする高品質の繊維を得るために、延伸糸繊維に紡糸仕上げを施すことを含んでいる。第３段階には、低配向度の糸繊維を切断してステープルにすることが含まれる。
【０１６５】
本発明に従いセメント性マトリックスの強化に適した溶融紡糸合成繊維のステープルを製造するための第３の方法は、４工程で構成される。第１工程には、現状の合成繊維を、最終用途のために潤滑処理された連続フィラメントヤーンまたはトウ形状にすることが含まれる。第２工程には、合成繊維に施された潤滑液の洗浄が含まれる。第３工程には、合成繊維の表面を異なる潤滑液で被覆し、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定される繊維対金属の摩擦係数が０．４００超であり、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定される繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満であることを特徴とする高品質の繊維を得ることが含まれる。第４工程には、繊維を切断してステープルにすることが含まれる。
【０１６６】
ポリプロピレン繊維の強化効率に対する表面特性の効果を実証するために、紡糸仕上げの湿潤効果に加え、前述の実施例から選んだ最適なＰＯＹ繊維及び延伸繊維を、市販の湿潤仕上げ材（ドイツ、Ｈｅｎｋｅｌ  ＫｇａＡ製のＬａｖｉｒｏｎ  ＮＳＯ）と、ポリプロピレンＰＯＹ（ＢＫＭ）の延伸織物に用いられる、高い繊維対金属の摩擦特性を付与するように特に調整された湿潤剤とで処理した。糸が含む仕上げ材量は０．６％（繊維重量超）に維持された。表１３はこれら２種の仕上げ材によって付与された摩擦とひび割れ減少可能性を比較したものである。
【０１６７】
ポリプロピレン糸に対する紡糸仕上げの効果
【表１３】
0004636693.tif 000014
延伸紡糸速度＝７８７ｍ／分、延伸比＝３．０
【０１６８】
ＰＯＹ紡糸速度は４，０００ｍ／分であった。Ｌａｖｉｒｏｎ標準紡糸仕上げ材は切断されたポリプロピレン繊維を水に分散させるために用いられた。ＢＫＭ紡糸仕上げ材は、切断されたポリプロピレン繊維を水に分散させるためと、ポリプロピレン繊維を延伸織物糸にするために用いられた。
【０１６９】
摩擦特性は、上述のように連続フィラメントに基づいて測定された。これらの結果は、繊維対金属及び繊維対繊維の摩擦係数に対する紡糸仕上げの効果は、処理された繊維のひび割れ減少効率と相関性があることを示している。要約すると、繊維対繊維の摩擦値をしきい値未満に減らしつつ、繊維対金属の摩擦を増加させることにより、繊維のひび割れ減少効率能力は著しく改善される。
【０１７０】
ここでは市販の紡糸仕上げ材を例として挙げているが、繊維対金属の摩擦係数が０．４００超、より好ましくは０．４５０超、最も好ましくは０．５００増大させ、対応する連続フィラメントヤーンに基づいて測定された繊維対繊維の摩擦係数が０．７００未満、より好ましくは０．６００未満、最も好ましくは０．５３０未満に減少させるようなものであれば、どのような延伸織物紡糸仕上げ材でも本発明の一部として使用されるのに適している。繊維を被覆する仕上げ材は、例えば、非イオン性の乳化剤、石鹸、アニオン性の表面活性剤およびシリコン系の表面活性剤などの水溶液から得られるものであってよい。紡糸仕上げ材を塗布すると、通常、動粘度を少なくとも１５０センチストークスまで、表面張力を６０ｄｙｎｅ／ｃｍまで増加させることで、低い繊維間密着力が与えられる。
【０１７１】
本発明の切断された繊維ステープルは直接にセメント性複合物に使用され、上述のローターリング試験で表面特性が特徴化された。４，０００ｍ／分で紡糸され、表１１及び１３に記載したように表面をＢＫＭ特殊延伸織物紡糸仕上げで処理したポリプロピレンのＰＯＹフィラメントの切断繊維ステープルについて、比較試験を行った。塑性ひび割れ防止用のコンクリート強化に用いられる標準的なポリプロピレン繊維（引張応力５１グラム／デニール、牽引強度５．２グラム／デニール、伸長率１０％、断面は円形、セメント系組織への分散を促進するように従来の紡糸仕上げが施されたもの（例：Ｆｉｂｅｒｍｅｓｈ  ｓｔｅａｌｔｈ  ｆｉｂｅｒｓ  ｔｙｐｅ  ６９２２））を比較基準として比較が行われた。両方のステープルとも扁平で（けん縮されていない）、フィランメント当たり３．０デニールで１９ｍｍの長さである。
【０１７２】
ローターリング試験方法で測定されたＢＫＭ繊維の表面特性は、標準の溶融紡糸短繊維ステープルの束（上記に定義）に比べ、繊維の隙間を開けるのに必要なエネルギー消費（ｆ／ｍ摩擦）が、少なくとも標準繊維よりも２０％超大きく、紡糸リングの幅（繊維間の密着度）も少なくとも標準繊維よりも３０％超大きい（本実験では４０％である）というものである。これらの結果から、ＢＫＭ紡糸仕上げされた本発明のステープルが著しく繊維間の密着力を低くすることが示される。
【０１７３】
ひび割れ耐性の試験方法は、上述の緊締リング試験とスランプ試験方法によって行った。
標準的なコンクリートの混合成分（Ｋｇ／ｍ３）
圧潰セメント骨材        ８００
細圧潰セメント骨材      ３００
砂                      ６００
セメント                ４００
水                      ２２３
実験用のコンクリート混合物は表１４に示す繊維を含む。スランプ試験と緊締リング塑性収縮ひび割れ試験を３種の混合物について行った。
【０１７４】
実験用コンクリート混合物の構成
【表１４】
0004636693.tif 000015
＊６９２２−“Ｓｔｅａｌｔｈ  ６９２２”セメント系組織の塑性ひび割れ収縮減少用にＦｉｂｅｒｍｅｓｈにより製造されている市販のポリプロピレン繊維。
【０１７５】
スランプ試験とひび割れ減少試験の結果
【表１５】
0004636693.tif 000016
【０１７６】
表１４は、本発明の繊維が市販の標準的な繊維に比べ、塑性ひび割れ減少力に優れ、コンクリートのスランプにわずかな程度しか影響を及ぼさないことを示している。
【０１７７】
本発明の繊維は、１立米のコンクリートあたり４００グラムの繊維が、強化されたコンクリートのスランプを１５％未満に減少させながら、強化されていない同等のセメント性マトリックスに比べコンクリート内のセメント性マトリックスのひび割れ度を８０％超も減少させるという程度に、コンクリート又はセメント系組織の強化に用いられる標準の繊維に比べ高いスランプ値を維持しつつ、すぐれた塑性ひび割れ抑止力を有していることを特徴とする。
【０１７８】
本発明のいくつかの好適な実施例では、本発明の繊維は、１立米のコンクリートあたり４００グラムの繊維が、強化されたコンクリートのスランプを９％未満に減少させながら、強化されていない同等のセメント性マトリックスに比べコンクリート内のセメント性マトリックスのひび割れ度を９０％超も減少させるという程度に、コンクリート又はセメント系組織の強化に用いられる標準の繊維に比べ高いスランプ値を維持しつつ、すぐれた塑性ひび割れ抑止力を有していることを特徴とする。
【０１７９】
さらなる好適な実施例によれば、硬化されたセメント性マトリックスからなる、合成繊維で強化されたセメント性複合物が提供される。このマトリックスには、複屈折率が０．０１８５から０．０４４０の範囲にあることを特徴とする分子配向度を有する溶融紡糸合成繊維が含まれる。
【０１８０】
さらなる好適な実施例によれば、強化され、硬化されたセメント性複合物の製造方法が開示されている。この製造方法は３工程よりなる。第１工程には、セメント性物質、水、及び複屈折率が０．０１８５から０．０４４０の範囲にあることを特徴とする分子配向度を有している溶融紡糸合成繊維のステープルを含むセメント性マトリックスを供給することが含まれる。第２工程には、溶融紡糸合成繊維が十分に成分中に分散されるまで混合することが含まれる。第３工程には、マトリックスを硬化させることが含まれる。
【０１８１】
本発明のアクリル繊維、前駆体系ナイロン繊維及び溶融紡糸合成繊維に関しては、繊維は典型としては平均の切断長が２ｍｍ超で５０ｍｍ未満であり、平均の太さが１デニール超であり２５デニール未満であることを特徴とするが、その他の長さ及び太さも本発明の範囲内にある。
【０１８２】
本発明のアクリル系繊維、前駆体系ナイロン繊維及び溶融紡糸合成繊維に関しては、繊維はけん縮されている場合もあるが、その他の場合には真っ直ぐである。
【０１８３】
結語
本発明の繊維は、表面被覆または引張応力の減少の結果としての特徴的な表面特性及び機械的特性を有するため、先行技術によるコンクリート及びセメント系組織の強化に用いられる繊維とは、本質的に異なっている。
【０１８４】
本発明の繊維により、湿式のセメント系組織での混合も、また、乾式のセメント系組織での予備混合も、短時間で容易なものとなる。さらに、本発明の繊維は、コンクリート、モルタル及びその他の微少骨材のセメント性複合物への分散性、相容性に優れている。本発明の繊維を用いて調整された硬化されたセメント性複合物は、繊維濃度が低くても塑性ひび割れ度が小さく、遅延ひび割れ度が小さく、塑性及び遅延収縮の程度が小さく、耐衝撃性が大きく、同等の繊維量であっても曲げ強さに優れ、ひび割れ前に大きな延伸性及び高い歪力を示す。さらに、セメント系組織により多くの繊維を含有させることが容易に可能となり、強化された組織のひび割れ阻止、強靱さ、曲げ強さが改善される。
【０１８５】
本発明は、特定の実施例と関連付けて記述されているが、当業者がみれば、多くの代替案、修正案、バリエーションがあることは明らかである。したがって、添付の請求の範囲の精神ならびに広い範囲にこれらのすべての代替案、修正案、バリエーションが含まれることが意図される。本明細書において言及したすべての出版物、特許、特許出願は、それぞれ個々の出版物、特許、特許出願が具体的かつ個別に引用として挿入されているのと同程度に、全体として明細書への引用としてここに挿入されている。さらに、本願中のいかなる引例の引用または特定も、これらの文献が本発明の先行技術であるということを認めていると解釈されるものではない。