(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント、平均粒径４０〜８０μｍの雲母、平均粒径３０μｍ以下のフライアッシュ及び石綿以外の補強繊維を含む原料を水と混合し、得られたスラリーをシート状に成形し、これを、凸部に吸引孔を有する凸形吸引部が間隔をおいて複数設けられた吸引装置に吸引することにより吸着させ、次いで該凸形吸引部の間隔を縮めつつ吸引を行い波形状に成形した後、養生することを特徴とする繊維補強セメント成形体の製造法。
【請求項２】
セメント、平均粒径４０〜８０μｍの雲母、平均粒径３０μｍ以下のフライアッシュ及び石綿以外の補強繊維を含む原料を水と混合し、得られたスラリーをシート状に成形し、これを、凸部に吸引孔を有する凸形吸引部が間隔をおいて複数設けられた吸引装置に吸引することにより吸着させ、次いで該凸形吸引部の間隔を縮めつつ吸引を行い波形状に仮成形した後、加圧成形し、養生することを特徴とする繊維補強セメント成形体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維補強セメント成形体の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
代表的繊維補強セメント成形体として、一般内外装用石綿スレート、波形スレート、住宅屋根用化粧スレート等が挙げられる。これらの製品はほとんどが石綿を含有するものであるが、近年環境重視の社会的要求から無石綿化が進む傾向にある。しかし、石綿を使用せずに高強度のセメント成形体を得ることは難しく、また冬季寒冷地において凍結・融解が繰り返されることによる劣化への耐性いわゆる耐凍害性等といった耐久面での性能低下も指摘されている。更に荷重が懸った場合、特に屋根などに使用した場合に波形状に平行な曲げ強度が小さいため、踏み割れが発生しやすく転落事故などの危険が大きかった。
【０００３】
一方、無石綿化の影響は物性面だけにとどまらず成形体の製造方法にもおよんでおり、従来からある石綿の性質に頼った製造方法（特開昭６２−２４９７１３号）で製造することが困難であり、完全な無石綿化には至っていない。特に抄造法による積層シートの成形、更に波形状に成形する工程においては、無石綿化することで成形した積層シートの柔軟性と層間密着力が低下することによって、波形状に成形する際に層間剥離やクラック特に曲面外周部のクラックが発生し易くなり、不良原因の一つとなっている。このため、仮成形した積層シートに水をかけて含水量を多くすることで柔らかくする方法等がとられているが、無石綿化によって積層シートの保水力が低下しているため思った程効果が出ていないのが実情である。
【０００４】
石綿を含まない波形状を有する繊維補強セメント成形体の製造方法としては特開平８−３３６８８２号、特開平９−５７７２８号、特開平１０−３６１１６０号が開示されているが、季節変動による不良の増加や曲面外周部の微小クラックや層間密着力が不十分であるなどの問題点がある。また、成形したシート状の成形体を型板でプレス成形する際に、短時間で成形しようとすると断裂してしまうため、徐々に加圧しなければならず成形時間を要し、生産効率が低く、ズレによる傷や微小クラックの発生が問題となっている。
また、従来から行われている波形スレートの製造方法としては、積層シートを成形後に複数のロール（又はコンベア）により波形状に仮成形し、更に加圧成形して養生する方法がある。このような製造方法で、石綿を含まない積層シートに波形状を仮成形しようとすると、積層シートの柔軟性と層間密着力が低いために詰まり、切れや割れなどを生じるため仮成形が困難であり、たとえ出来たとしても十分な性能と外観に優れた繊維補強セメント成形体を得ることは出来なかった。更に、波形状に仮成形する際に繊維配向性のある積層シートにおいては、繊維配向の方向と波形状の方向が限定されるため、波形状の方向と繊維配向の方向が直交するようにして、補強効果を更に高めることが出来なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、石綿を用いなくとも低コストで成形性に優れた繊維補強セメント成形体が得られる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる実状において本発明者は鋭意研究を行ったところ、下記方法によれば、補強繊維として石綿を用いない場合であっても、上記問題点がなく、繊維補強セメント成形体が製造できることを見出し本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明は、セメント、平均粒径４０〜８０μｍの雲母、平均粒径３０μｍ以下のフライアッシュ及び石綿以外の補強繊維を含む原料を水と混合し、得られたスラリーをシート状に成形し、これを、凸部に吸引孔を有する凸形吸引部が間隔をおいて複数設けられた吸引装置に吸引することにより吸着させ、次いで該凸形吸引部の間隔を縮めつつ吸引を行い波形状に成形した後、必要により加圧成形し、養生することを特徴とする繊維補強セメント成形体の製造法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の繊維補強セメント成形体の製造法において、必須原料として用いられるものは、セメント及び補強繊維である。これらの必須原料を順次説明する。
【０００９】
本発明に用いるセメントは、特に限定されないが、普通ポルトランドセメント及び早強セメントのいずれか一方、又は両方を適当な割合で混合したセメントが好ましい。セメントの配合量は固形分原料の総量の４０〜７０重量％、特に好ましくは、５０〜６０重量％である。
【００１０】
補強繊維は、公知の無機系繊維及び有機系繊維を使用することができ、特に限定されないが得られる成形体の曲げ強度及び衝撃強度の向上と成形におけるプロセスファイバーとしての役割から、木質パルプを使用することが好ましい。木質パルプの種類は特に限定されないが、補強効果の大きさから見ると針葉樹パルプを使用するのが好ましい。また、必要に応じ解繊処理を行ってパルプの濾水性を調整して使用することもできる。補強繊維の配合割合は固形分原料の総量に対し１〜１０重量％、好ましくは２〜６重量％である。補強繊維を添加する割合が１重量％未満では十分な補強効果が得られずまた１０重量％を超えて過剰に添加すると耐火性能を低下させるので好ましくない。
【００１１】
前記木質パルプに加え、補強繊維として更にポリビニルアルコール繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリルニトリル繊維などの有機系繊維あるいはカーボンファイバー、耐アルカリガラス繊維などの無機系繊維を添加して補強効果の増強を図ることができる。これらの補強繊維の添加割合は固形分原料の総量に対し０．３〜３重量％とするのが好ましい。添加する割合が０．３重量％未満では十分な補強効果が得られず、また３重量％を超えて過剰に添加すると繊維が分散不良をおこして成形体の強度を低下させるので好ましくない。
【００１２】
充填材は、公知の無機系充填材及び有機系充填材が使用でき、特に限定されないが雲母、ワラストナイト、炭酸カルシウム、珪砂、珪藻土、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカヒューム、バーミキュライトなどの一種又は二種以上を組み合わせて用いることができる。また、添加する割合は固形分原料の総量に対して２〜４５重量％、更に好ましくは１０〜３５重量％の範囲である。添加する割合が２重量％未満では、成形性及び十分な強度が得られず、４５重量％を超えると層間密着性や波形状の成形性を悪くするので好ましくない。
【００１３】
更に、本発明においては、充填材として雲母を添加することにより、成形体の強度、寸法安定性、耐凍害性を向上させることができる。更に雲母は他の無機充填材に比べ抄造後のシート状の成形体の保水性を損ないにくく、また鱗片形状の効果により賦形する際に生ずる歪みに対し緩衝効果もある。フライアッシュと組合せて使用することによりその効果は更に顕著となり、シート状の成形体の柔軟性が増して賦形の際に発生する層間剥離やクラックを防止することができる。ここで使用できる雲母としては、白雲母、金雲母、パラゴナイト、レピドナイト等が挙げられる。雲母は平均粒径３０〜１００μｍ、好ましくは平均粒径４０〜８０μｍのものを使用する。雲母の鱗片形状の指標となるアスペクト比の値は２０以上であることが好ましく、４０以上であると更に好ましい。雲母を添加する割合は固形分原料の総量に対し２〜１５重量％、好ましくは４〜８重量％の範囲である。
【００１４】
雲母と他の無機充填材を組合せて使用する場合においては、合算した充填材の添加量が固形分原料の総量に対し２〜２５重量％の範囲とするのが好ましい。
【００１５】
フライアッシュは、石炭火力発電所の微粉炭燃焼炉に取り付けられた集塵機によって採取される微粉炭灰をいう。フライアッシュはその成分中に多量の二酸化珪素（ＳｉＯ2）を含み、それ自身は水硬性を示さないがセメントの水和反応によって生じる水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）と反応して水和物を生成する、いわゆるポゾラン物質の一つである。通常、集塵機で採取されたままのフライアッシュは粒径の分布が１〜１００μｍと広く、その形状は球状粒子である。本発明では、これをそのまま用いてもよいが、更に粉砕又は分級処理して平均粒径を３０μｍ以下としたものを使用することが好ましい。これは微細なものほど反応性が高く、緻密な結合を作るので強度発現への寄与が大きいためである。また、仮成形した積層シートを波形状に仮成形又は成形する際、球状粒子のベアリング効果によって賦形を容易にする効果がある。また、更に本発明においてはフライアッシュは、球状粒子の破壊が少ない分級処理によって得られた微細フライアッシュを用いるのがより好ましい。
【００１６】
本発明の繊維補強セメントの成形体の製造法は、例えば、セメント、充填材及び補強繊維を含む原料を水と混合し、得られたスラリーを例えば抄造法によりシート状の成形体に成形し、これを波形状に（仮）成形し、次いで必要により加圧成形を更に行い、その後養生することにより実施することができる（図１）。以下、各工程について順次説明する。
【００１７】
原料と水を混練するには攪拌機能を有する容器を用意し、この容器の中へ先ず必要量の水を投入し、攪拌を行いながら補強繊維、雲母等の充填材を順次投入してこれらを均一に分散させる。その後、フライアッシュ等を投入し、最後にセメントを投入するのが好ましい。セメント投入後、所定時間攪拌して均一な混練物を得る。この混練に使用する水の量は固形分原料の総量に対し３〜１２倍が好ましく、スラリー状の混練物となるようにする。混練に用いる容器としては、容器の底部に羽根を有し、この羽根が高速で回転して原料を水中で混合することができる、いわゆるパルパーを用いるのが好ましい。
【００１８】
次に、上記混練によって得られたスラリー状混練物を好ましくは抄造法によって所望の厚さのシート状の成形体に成形する。抄造工程は従来公知の石綿スレート製造方法をそのまま採用できる。抄造時には前記スラリー状混練物に割り水を加えて固形分濃度を調整することができる。また、必要に応じて市販の凝集剤や消泡剤を若干量添加するなど、良好なシート状の成形体を成形できるようスラリー状混練物の微調整をすることができる。シート状の成形体の厚さは、後工程で加圧成形することを考慮して、希望の製品厚さに対し１．１〜１．３倍程度となるよう設定することが好ましい。
【００１９】
抄造による成形で得られたシート状の成形体は、セメントが硬化する前に直ちにシート断面が波形状となるよう成形又は仮成形する。またこのとき、シート状成形体の含水率は、３５〜６０重量％が好ましく、特に４０〜５５重量％の範囲にすることが好ましい。３５重量％未満であると波形状の仮成形又は成形時にシート状成形体の柔軟性が悪くなるため、断裂やクラックが発生し、６０重量％を超えるとシート状成形体が柔らか過ぎるため、くずれや断裂が発生し、外観上使用できない。
【００２０】
成形又は仮成形の好ましい方法としては、波形の波の尾根に直交する方向に伸縮可能な機構を備えたサクションボックス（凸部に吸引孔を有する凸形吸引部）が間隔をおいて複数設けられた吸引装置、すなわちサクションコルゲーターを用い、この凸形吸引部の間隔を広げた状態でシート状の成形体を吸着し（図２、▲２▼上）、該凸形吸引部の間隔を、しわをよせるように縮めつつ吸引を行ない（図２、▲２▼下）、波形状に成形（又は仮成形）する方法が挙げられる。このとき、必要に応じ成形（又は仮成形前）のシート状の成形体に水を散布し、柔軟性を増加させてから成形（又は仮成形）してもよい。
特に繊維配向性のあるシート状成形体の場合には、波形状と繊維配向が直交するように成形することによって曲げ強度及び外観上の表面傷やクラックのない優れた繊維補強セメント成形体が製造できる。
【００２１】
更に加圧成形を行う場合は、波形状を仮成形した成形体を型板上に移し取り（図２、▲３▼）、プレス機に設置したモールドにセットして加圧成形を行う。加圧により所望の形状通りに成形され、また余分な水が搾り出されるので成形体の密度が上がり、養生後の強度が高くなる。モールドにセットする際使用する型板には、加圧により搾り出された余剰水が排出されやすいようあらかじめ直径３mm程度の孔を多数設けておくことが望ましく、必要に応じ金網や樹脂ネットなどを仮成形体との間に挟んで加圧すると更に好ましい。また、モールドの下型にもあらかじめ排水用の溝を設けておくことが好ましい。加圧力は、面圧１０〜２０ＭＰａの範囲で任意に設定することが好ましい。設定圧力が１０ＭＰａより低いと得られる成形体の比重が小さすぎて強度が不足するうえ、耐凍害性も十分でなくなる。逆に２０ＭＰａを超えて過剰な圧力を加えても、得られる成形体の強度に効果的に寄与しないので、エネルギー的にも生産性の面から実用的ではない。
【００２２】
加圧成形後又は波形状に成形後、乾燥しない雰囲気を確保した状態で室温のまま自然養生を行い、セメントの硬化によって型板からはずして積み替えられるだけの強度を発現するまで放置する。自然養生に必要な時間は室温に影響されるが、最低でも６時間以上、好ましくは２４時間程度確保することが好ましい。自然養生後、成形体を７０℃以上１００℃未満、好ましくは８０〜９０℃の湿り蒸気中で８時間〜２４時間加熱養生すれば、硬化反応が促進し、強固な成形体が得られる。養生する温度が低いか、あるいは養生時間が短すぎると硬化反応が不十分となり、高強度の成形体を得ることが困難となる。また、養生温度が高すぎると硬化組織が緻密で強固となり初期強度が高くなる反面、成形体の内部空隙が大きくなるので吸水率が高くなり、結果として耐凍害性などの耐久性能が低下することがある。更に１００℃以上の蒸気で養生するにはオートクレーブが必要となるため設備が大がかりとなり、製造コストの面からも好ましくない。一方、養生時間を２４時間より長くしても、得られる成形体の強度に効果的寄与は見られず、エネルギー的にも生産性の面からも実用的ではない。
養生後の成形体は必要に応じて乾燥処理を行い、又は表面に化粧を施して製品とすることができる。
【００２３】
以上によって得られた繊維補強セメント成形体は優れた強度と耐久性を持つことから、建築用材料として好適に用いられる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２５】
実施例１〜２
表１に示した各種原料を、表１に示した配合割合で秤取し、水、補強繊維、充填材、セメントの順でパルパーに投入し、固形分原料に対し約７倍量の水と混練することにより、スラリー状混練物を得た。得られたスラリー状混練物を丸網抄造機を用いた抄造により成形し、幅７５０mm、長さ１５００mm、厚さ約７mmのシート状成形体を得た。抄造条件の概略は以下の通りであった。
【００２６】
＜抄造条件＞
フェルトスピード：１０ｍ／分
抄造スラリー濃度（バット内）：１０％
成形圧力（メーキングロール）：１．５ＭＰａ
【００２７】
抄造後直ちにこの成形体に対し、山の高さ４５mm、山のピッチ１８０mmの連続した波形状をサクションコルゲーター（図２）を用いて仮成形し、その後プレス機にセットされたモールドに移して面圧１５ＭＰａ、保持時間８秒の条件で加圧成形した。
【００２８】
加圧成形した成形体を室温で２４時間自然養生し、その後８０℃（実施例２については９５℃）の湿り蒸気内で８時間養生してから室内で７日間放置乾燥して所望の繊維補強セメント成形体を得た。
【００２９】
比較例１及び２
表１に示した各種原料を、表１に示した配合割合で秤取し、実施例と同様の操作で混練及び抄造を行ってシート状成形体を得た。
比較例１については、抄造後直ちにこのシート状成形体を山の高さ４５mm、山のピッチ１８０mmの連続した波形状をもつ型板に移し取り、そのままプレス機内のモールドにセットして面圧１５ＭＰａ、保持時間８秒で加圧成形したその結果、ほぼ中央の谷の部分で断裂してしまい、所望の形状に成形できなかった。
比較例２については、直ちにシート状成形体を直径１２０mm、中心の厚さ６０mmの楕円断面を持つゴム製円盤７つを１８０mm間隔で一本の軸に固定したロールを使ってコンベアで移送しながら波形状を仮成形し、型板に移して更にプレス機でモールドにセットして面圧１５ＭＰａ、保持時間８秒で加圧成形した。この際、成形体の表面には、波形状と平行なクラックが多数観察された。更に加圧成形した成形体を実施例と同様に養生し、平均厚さ６mmの繊維補強セメント成形体を得た。
＜評価方法＞
シート状の成形体に波形状を仮成形した際に表面クラック及び層間剥離の発生がないか目視観察した。また、養生後に得られた繊維強化セメント成形体については幅４０mm、長さ１６０mmの試験片を切り出して物性を評価した。曲げ試験は１０５℃乾燥機中で２４時間乾燥させた後実施し、また、寸法変化率は水中に２４時間浸漬したときの基線間長さを基準に、１０５℃乾燥機中で２４時間乾燥した後の基線間長さを測定して求めた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、石綿を用いなくとも、強度及び耐久性に優れ、層間剥離やクラックがなく、波形状に成形された繊維補強セメント成形体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維補強セメント成形体の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の繊維補強セメント成形体の製造方法の一部を示す図である。
【図１】
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【図２】
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